21º Prêmio Expressão de Ecologia

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1 21º Prêmio Expressão de Ecologia Edição Fotobiorreatores contendo microalgas para o tratamento da fumaça instalados na Devon s Grill Biorreatores plásticos contendo microalgas para tratamento da fumaça na Devon s Grill Biorreatores de 1000 L para expanssão do sistema de tratamento de fumaça Motor soprador (compressor radial) para captação e condução da fumaça aos fotobiorreatores contendo microalgas Esquema e etapas do Sistema de tratamento e aproveitamento de fumaça por meio do uso de microalgas Projeto: Desenvolvimento de fotobiorreator para aproveitamento da emissão atmosférica Organização: Instituto de Tecnologia do Paraná (TECPAR) Página: 1/1

2 PÁGINA 1: Inform ações cadastrais: P1: Título do projeto ambiental participante: Desenvolvimento de fotobiorreator para aproveitamento da emissão atmosférica P2: Categoria de inscrição: (sem rótulo) Selecione: Tecnologia de Controle Ambiental P3: Sobre a organização participante: Razão social: Nome fantasia: Setor de atuação: Instituto de Tecnologia do Paraná (TECPAR) TECPAR Data de fundação:(dd/mm/aaaa) 07/12/1978 Número de colaboradores: Pesquisa e desenvolvimento das ciências físicas e naturais P4: Inform ações de contato: Endereço: Rua Algacyr Munhoz Mader, n 3775 Bairro: CIC Cidade: Curitiba Estado: Paraná CEP: Telefone com DDD: (041) P5: Inform ações do responsável pelo preenchim ento do questionário: Nome completo: Anderson Cardoso Sakuma Cargo: Pesquisador sakuma@tecpar.br Telefone com DDD: (041) P6: Inform ações do responsável pelo projeto: Nome completo: Anderson Cardoso Sakuma Cargo: Pesquisador sakuma@tecpar.br Telefone com DDD: (041) P7: AUTORIZO a divulgação de inform ações cadastrais no Guia de Sustentabilidade 2014 e no site do Prêmio Expressão de Ecologia? PÁGINA 2: Inform ações sobre o projeto am biental participante*: P8: Data de início do projeto: (ex.: 01/02/2012) 02/12/2010

3 P9: O projeto está em andamento? P10: Data do térm ino do projeto: (se aplicável, ex.: 01/02/2012) 12/12/2013 P11: Núm ero de pesssoas que participaram do projeto: (favor digitar som ente o valor num érico, ex.: "10.868") Voluntárias 100 Remuneradas 27 P12: Quantas pessoas, anim ais e/ou espécies já foram beneficiados pelo projeto? (favor digitar som ente o valor num érico, ex.: "5.850") Pessoas 3000 Famílias 600 P13: Parceiros que apoiaram financeiram ente o projeto: TECPAR, UTFPR e Santos Ongaratto e Cia. Ltda Devon s Grill P14: O projeto é decorrente de exigências de órgãos regulam entadores? (m áx caracteres). Exigências do órgão ambiental. Em outubro de 2009 o TECPAR, a partir de uma demanda e necessidade de um empresário de Curitiba o Sr. Augusto Celestino Farfus dos Santos, proprietário da Devon s Grill - o qual buscava uma solução para o problema de emissão de odor e fumaça liberada pela chaminé do seu estabelecimento, e desta forma se adequar à legislação ambiental aplicável ao seu negócio - desenvolveu, por meio de uma parceria entre estas instituições, uma tecnologia sustentável e inovadora em pesquisa e desenvolvimento. P15: Descreva o problem a am biental identificado no projeto: (m áx caracteres) Em outubro de 2009 o TECPAR, a partir de uma demanda e necessidade de um empresário de Curitiba o Sr. Augusto Celestino Farfus dos Santos, proprietário da Devon s Grill. O qual buscava uma solução para o problema de emissão de odor e fumaça liberada pela chaminé do seu estabelecimento. Sabe-se que a queima do carvão vegetal, além de causar o aumento dos índices de dióxido de carbono na atmosfera, resulta na liberação de diversos materiais voláteis que se perdem na fumaça, uma vez que o aproveitamento direto desta biomassa é de apenas 33% (PASA, 2000). A Cetesb (2013) define poluente como qualquer substância presente no ar e que, pela sua concentração, possa torná-lo impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, causando inconveniente ao bem estar público, danos aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade. O nível de poluição atmosférica é medido pela quantidade de substâncias poluentes presentes no ar. A variedade das substâncias que podem ser encontradas na atmosfera é muito grande, o que torna difícil a tarefa de estabelecer uma classificação. Para facilitar esta classificação, os poluentes são divididos em duas categorias. Atualmente há inúmeros meios químicos e físicos para o tratamento desta fumaça que é altamente poluente, sendo meios de custo elevado, principalmente quando se visa o tratamento do CO2 produzido. Conforme apresentado por Mikami (2011), além de outras técnicas ainda emergentes no mercado, as principais tecnologias disponíveis atualmente para o tratamento de gases, são os biofiltros, os biolavadores, a adsorção, os lavadores de gases, a oxidação e a condensação. Cada uma das tecnologias existentes apresentam vantagens e desvantagens tanto econômicas quanto para o meio ambiente, de forma que para a escolha entre elas devem ser consideradas às necessidades do sistema, os custos, as características químicas dos contaminantes, as concentrações e características físicas operacionais como temperatura, vazão e pressão dos gases (WU et al., 2006). No entanto, a natureza há muito já conhece o sistema mais eficaz de tratamento deste gás: a fotossíntese. A fotossíntese é o processo original criado para fixar o carbono na atmosfera (OLAIZOLA et al.,2007). Neste contexto, como organismos capazes de realizar a fotossíntese e fixar carbono, podem ser citadas as microalgas, presentes em ambientes aquáticos naturais e que vêm sendo produzidas com fins industriais e comerciais ao longo do tempo, e desta forma a instituição visa se adequar à legislação ambiental aplicável ao seu negócio - desenvolveu, por meio de uma parceria entre estas instituições, uma tecnologia sustentável e inovadora em pesquisa e desenvolvimento.

4 P16: Qual a solução encontrada? (m áx caracteres) A tecnologia limpa desenvolvida visa o tratamento do odor da fumaça emitida pela chaminé do estabelecimento e já tem uma patente depositada pelo TECPAR. Utiliza um sistema biológico automatizado de fotobiorreatores contendo microalgas (um tipo de microrganismo), as quais, a partir do seu metabolismo em presença de luz e nutrientes da própria fumaça, removem os compostos presentes na mesma, diminuindo, desta forma, o incômodo do odor à população vizinha ao estabelecimento. O cultivo de microalgas apresenta várias características interessantes, como custos relativamente baixos para transporte, menos gasto de água comparado aos de cultivo de plantas. As microalgas apresentam maior eficiência fotossintética que os vegetais superiores e podem ser cultivadas em meios de baixo custo e em condições não adequadas para a produção de culturas convencionais; além disto, são eficientes fixadoras de CO2 (TEIXEIRA & MORALES, 2006). As microalgas são organismos microscópicos, apresentando-se como células solitárias ou formadoras de colônias (BARSANTI & GUALTIERI, 2006). Possuem grandes aplicações por meio da exploração das reações de seu metabolismo celular, como a fotossíntese, a respiração e a fixação de nitrogênio (LOPES, 2007). Uma dessas aplicações está na área da biotecnologia ambiental, visto que esses microrganismos podem utilizar como nutrientes matéria orgânica, nitrato (NO3-), fosfato (PO43-), amônio (NH4+), gás carbônico (CO2) e metais pesados. O tratamento de resíduos utilizando microalgas pode estar associado a uma produção paralela de biomoléculas, como pigmentos, ácidos graxos, fertilizantes e biocombustíveis (LOPES, 2007). Além das vantagens apresentadas relativas ao cultivo destes organismos, há décadas já se é conhecida a diversidade de produtos derivados de microalgas. Produtos farmacêuticos, químicos, alimentares para humanos, e rações animais, são exemplos (ANDERSON et al., 2002). Mais recentemente, as microalgas vêm despertando interesse quanto à produção de biocombustíveis. Além do tratamento de efluentes líquidos, a aplicação de microalgas no tratamento de ar poluído é uma área em crescimento, e está focada na remoção biológica de CO2, óxido de nitrogênio (NOX) e óxido de enxofre (SOx) (LOPES, 2007). Somando a esse contexto mais um objetivo, a retirada do odor de efluentes gasosos, descreve-se o projeto. A partir da motivação deste projeto em parceria com a Devon s Grill, atualmente no TECPAR estão sendo desenvolvidas novas pesquisas na temática de microalgas que podem auxiliar na melhoria contínua do processo de tratamento de emissões na Devon s Grill, assim como em novos desenvolvimentos. As pesquisas em desenvolvimento contemplam às técnicas de separação de biomassa de microalgas por processo de eletroflotação da solução de cultivo, a extração de lipídeos da biomassa de microalgas separada do meio líquido de cultivo utilizado nos fotobiorreatores, assim como pesquisas de meios de cultivo alternativos e de baixo custo. São também avaliados os aspectos relacionados à melhora no rendimento de produção de biomassa, à pesquisa com novas espécies de microalgas para o uso nos fotobiorreatores, com ênfase nas que apresentam um melhor rendimento com relação à qualidade do óleo extraído de microalgas, visando uma futura produção e utilização na indústria alimentícia, de cosméticos, assim como na produção de biocombustível na forma de biodiesel de microalgas.

5 P17: Descreva detalhadam ente o que constitui(u) o projeto e de que form a é(foi) desenvolvido: (m áx caracteres) Após o surgimento da demanda do projeto (desenvolver um sistema capaz de tratar a fumaça emitida pela atividade comercial da empresa) por meio do contato do proprietário da Devon s Grill Sr. Augusto Celestino Farfus dos Santos com o Instituto de Tecnologia do Paraná (TECPAR) foi iniciado um processo de parceria por meio da aproximação entre as duas instituições. Inicialmente os pesquisadores do TECPAR realizaram seguidas visitas técnicas à Devon s Grill para a coleta de informações e dados específicos sobre a necessidade e demanda da empresa. As visitas ocorreram no período de outubro de 2009 a janeiro de Desta forma, durante as visitas foram avaliadas a estrutura disponível no local para a realização do projeto, bem como as características de iluminação solar. Neste mesmo período foram entregues pela Devon s Grill ao TECPAR alguns documentos necessários para o desenvolvimento de um projeto piloto, tais como o projeto hidráulico, projeto elétrico e projeto estrutural. Em dezembro de 2009 foi realizada uma etapa de coleta, análise e caracterização da emissão atmosférica da Devon s Grill, por meio da contratação, por parte daquela empresa, do serviço de análise dos seguintes parâmetros: teor de particulados, teor de NOx, teor de SOx, teor de umidade, teor de CO, teor de CO2 e vazão da chaminé. Durante os meses de fevereiro e março de 2010 foi construído o sistema de cultivo de microalgas em escala de bancada (laboratorial), constituído de frascos para cultivo, lâmpadas fluorescentes com fotoperíodo controlado, bombas de aeração e reservatório de fumaça. O potencial de utilização de microalgas no tratamento de fumaça foi confirmado pelo crescimento de uma amostra contendo uma população de microalgas coletadas nos parques Tingui e Passeio Público no município de Curitiba PR, as quais foram submetidas a aeração de ar atmosférico e fumaça coletada na chaminé da churrascaria Devon s Grill. Diante desta confirmação do crescimento de microalgas a partir da utilização de fumaça, partiu-se então para uma fase de desenvolvimento de alternativas para a resolução do problema, a partir de uma etapa de revisão da literatura, por meio do levantamento de estudos sobre a construção de fotobiorreatores. Neste sentido, foram propostas três alternativas para a construção dos fotobiorreatores contendo uma cultura de microalgas nos quais a fumaça poderia ser então borbulhada: Fotobiorreator de placas planas; Fotobiorreator de tubos; Fotobiorreator de bolsas confeccionadas com filmes coextrusados de polietileno e nylon. Optou-se pelo modelo de fotobiorreator de placas planas para iniciar a fase piloto do projeto de desenvolvimento, de modo a não descartar a possibilidade de retomar as demais alternativas identificadas. Após a definição do modelo de fotobiorreator a ser utilizado no projeto, a etapa seguinte compreendeu a construção de um a Unidade Piloto que foi projetada com base nos dados e parâmetros obtidos na etapa de laboratório. Numa etapa posterior foi avaliada a operacionalização, o monitoramento inicial do sistema de tratamento, assim como foram realizados alguns ajustes necessários ao bom funcionamento da unidade piloto. Por fim, foi realizado um acompanhamento e monitoramento do crescimento de biomassa de microalgas no interior dos fotobiorreatores, desde a fase inicial de monitoramento (julho e 2011) até julho de 2012, cobrindo a exigência de um ano, conforme inicialmente era proposto. As atividades no projeto foram direcionadas e realizadas com base na formalização das parcerias que foram estabelecidas entre as instituições envolvidas no projeto. Neste contexto, em 02 de dezembro de 2010 foi celebrado um convênio de cooperação técnico científica entre o TECPAR e a empresa Santos Ongaratto & Cia Devon s Grill. Na mesma ocasião, ou seja, em 23 de maio de 2011, foi firmado e formalizado um plano de trabalho do projeto, com descrição do objetivo do projeto, metas a serem atingidas, fases de execução, plano de aplicação dos recursos humanos, materiais e financeiros, cronograma físico, infraestrutura necessária e representantes de cada partícipe. O documento foi intitulado: Plano de trabalho do convênio visando a pesquisa e desenvolvimento de fotobiorreator para aproveitamento da emissão atmosférica proveniente de chaminé de churrascaria.

6 P18: Quais os resultados alcançados com o projeto? (m áx caracteres) A seguir são apresentados os principais resultados alcançados pelo projeto de acordo com os objetivos propostos. Construção da Unidade piloto O sistema biológico para o tratamento da fumaça proposto e implantado pelo projeto conta com a utilização de dois Fotobiorreatores transparentes construídos em estrutura metálica e lâminas de vidro, cada um com capacidade para 512 litros de volume de meio contendo microalgas (Figura 1). O sistema também possui dois biorreatores construídos em material plástico, com volumes de 500 litros (Figura 2). Recentemente o sistema foi expandido e contou com a implantação de mais seis biorreatores com capacidade de 1000 litros cada um (Figura 3). A fumaça gerada no processo é captada e enviada aos fotobiorreatores por meio do uso de um compressor radial com capacidade de operação de 1200 m3.h-1 (motor de sucção-soprador) (Figura 4) que foi adquirido pelo projeto e instalado na Devon's Grill. Para a condução da fumaça aos fotobiorreatores, foi necessário o projeto, desenvolvimento e a instalação de um conjunto de tubulações em aço (para suportar a alta temperatura), de modo que atualmente 35% do volume de fumaça gerada na atividade esta sendo tratada pelo sistema de tratamento em operação. Na Figura 5 é apresentado um esquema dos componentes e etapas do Sistema de tratamento e aproveitamento de fumaça desenvolvido no projeto. Operacionalização, monitoramento e ajustes Anteriormente à etapa de operacionalização do sistema, foi necessário o desenvolvimento de atividades relacionadas às etapas em escala laboratorial, semi-piloto e piloto, conforme descrito abaixo. Etapa Laboratorial As microalgas são cultivadas dentro de frascos erlenmeyer de 0,5 a 3L, frascos de boro silicato de 1 a 4L ou galões PET de 4L. O cultivo é iniciado pela adição de 20 a 50% em volume de inoculo (meio líquido contendo a quantidade de células que iniciará o cultivo). O volume total do cultivo é então completado com o meio de cultivo tipo CHU descrito por Knie (2004), o qual proporciona diversos nutrientes necessários à multiplicação celular. Escala Semi-piloto O cultivo de microalgas na escala semi-piloto tem o objetivo de produzir inoculo para o cultivo em escala piloto. O recipiente para cultivo nessa escala é composto de vidro e apresenta um volume útil de 40L. Para iniciar o crescimento, são adicionados de 20 a 25% do volume em inoculo, células iniciais provenientes da escala laboratorial. O volume é completado com meio tipo CHU modificado como descrito anteriormente. A aeração é feita no fundo do frasco utilizando 2 a 4 saídas de uma bomba de membrana para a aeração (SERA air 550R), tubos de silicone e pipetas de vidro de 5ml. Lâmpadas fluorescentes com fotoperíodo controlado são utilizadas na iluminação. Consolidação do desenvolvimento de um produto comercial O sistema de tratamento da fumaça por fotobiorreatores instalado na Devon's Grill conta com um dispositivo de monitoramento online automatizado de temperatura, que foi projetado e desenvolvido pelos técnicos do projeto. O referido sistema, além de coletar os dados em tempo real, cria e armazena um banco de dados, o qual pode ser utilizado para a avaliação do funcionamento do sistema como um todo, haja vista que se pode relacionar a temperatura com a eficiência de produção de biomassa de microalgas. Além da temperatura, o sistema em desenvolvimento contará com o monitoramento de vazão, ph, e densidade de biomassa de microalgas. A geração destes dados auxiliará o conhecimento científico do funcionamento do sistema e permitirá a implementação de melhorias ao sistema, visando a futura aplicação em uma escala maior da tecnologia limpa que foi desenvolvida no TECPAR. P19: Quantifique em números os resultados obtidos com o projeto: (Essa questão exige ao menos um resultado quantificado. Exem plo: 150 árvores foram plantadas; 10 kg de m aterial reciclado; 25 crianças atendidas pelo program a am biental; 150 anim ais beneficiados) Resultado 1 Resultado 2 Resultado 3 Resultado 4 Resultado 5 Resultado pessoas moradoras da região. Toneldas de CO2 fixadas no sistema. Produção de biodiesel. Várias empresas com problemas atmosférico, buscando a implantação. 10 trabalhos de conclusão de curso. 3 dissertções P20: AUTORIZO a disponibilização de dow nload gratuito do arquivo digital do projeto inscrito através do site do Prêm io Expressão de Ecologia?

7 PÁGINA 3: Apresentação da organização participante: P21: Faça um breve histórico da organização participante e suas principais práticas de gestão am biental adotadas: (m áx caracteres) Desde a sua criação, o Instituto de Tecnologia do Paraná (Tecpar) procura se colocar em compasso com as novas exigências e demandas de diversos segmentos da sociedade. Sua origem, como pequeno Laboratório de Análises e Pesquisas dedicado aos estudos do solo e ao controle de pragas vegetais e doenças animais, data de Em 1941, o laboratório teve suas atividades ampliadas e passou a prestar serviços especializados com o nome de Instituto de Biologia Agrícola e Animal (IBAA), funcionando em sede própria no bairro do Juvevê, em Curitiba. Dentre as inúmeras e significativas atividades desenvolvidas, destacam-se as contribuições para o desenvolvimento do processo de exploração do xisto pirobetuminoso de São Mateus do Sul, da produção de vacinas e quimioterápicos para uso animal e da cultura do mate solúvel. Relevantes também foram as atividades para o combate à broca do café; para o estudo do carvão mineral paranaense; para o levantamento e elaboração do mapa geológico e fitogeográfico do Paraná; para a fiscalização e combate à falsificação da gasolina no Estado; para os estudos analíticos de calcários e outros minérios, que deram origem à criação da Mineropar; e para a fiscalização de pesos e medidas, que originou o Instituto de Pesos e Medidas do Paraná (Ipem/PR). Em 1978, o instituto passou por mais uma modificação, talvez a mais importante, quando foi transformado em uma empresa pública, ganhando autonomia e ampliando, mais uma vez, suas áreas de atuação. As áreas de eletro-eletrônica e metal-mecânica passaram a fazer parte do escopo de atividades do instituto por meio de um acordo com a Agência de Cooperação Internacional do Japão (Jica) firmado em A cooperação foi definida para servir de apoio principalmente à indústria automobilística, que estava se instalando no Estado. O Tecpar construiu uma nova sede na Cidade Industrial de Curitiba e contratou técnicos, e o governo japonês ficou responsável por equipar o novo centro voltado à qualidade industrial e pelo treinamento especializado. Hoje, o Instituto de Tecnologia do Paraná é reconhecido como um centro de referência nacional e busca novas tecnologias e o desenvolvimento de novos produtos para a saúde pública brasileira, fortalecendo as relações e compromissos com os governos estadual e federal. A oferta de produtos e serviços de qualidade têm o objetivo de contribuir para o crescimento econômico e o desenvolvimento social do Estado e do país. A integração com diversas instituições de ensino superior e da área de ciência, tecnologia e inovação e a articulação de núcleos internos de pesquisa e desenvolvimento resultam na execução de vários projetos conjuntos, estruturação de centros de referência, expansão de programas para diversas regiões do Estado e difusão do conhecimento. Com sede na Cidade Industrial de Curitiba, o Tecpar possui mais quatro unidades: uma unidade no bairro do Juvevê, em Curitiba; uma em Araucária; uma em Jacarezinho e uma em Maringá. Desenvolvendo pesquisas nas áreas de tratamentos e já premiado no ano de 2002 na categoria tecnologia de controle ambiental. P22: Quais foram os principais beneficiários das ações am bientais de sua organização? P23: Sua organização divulgou, seja em meio impresso ou internet, suas ações am bientais em relatórios ou balanços? Comunidades vizinhas, Organizações governamentais, Organizações não governamentais Divulgou em 2010 P24: Em relação à questão anterior, no caso de a divulgação ter sido feita via internet, favor colar o(s) link(s) de acesso: Link 1: Link 2: Link 3: w w.youtube.com/w atch?v=74nbo7s474a sfmcuritiba.com/2012/11/05/tecnologiadesenvolvida-no-parana-reduz-emissao-de-fumacaem-chamines/ w w.jcorreiodopovo.com.br/exibenoticia.php? id=reatores-com-algas-reduzem-odor-e-poluicao-dafumaca P25: Possui profissional(is) encarregado(s) de segurança, saúde e meio ambiente? P26: Possui procedim entos para redução, reutilização e reciclagem de m ateriais? P27: Possui um plano de redução das emissões de carbono? P28: Por quais norm as a organização é certificada? ISO 9001 PÁGINA 4: Perspectiva financeira:

8 P29: Faturam ento (R$) anual em 2012: (favor digitar som ente o valor num érico, ex.: "25.868,52") Ques tionado ignorou es ta pergunta P30: Investimento (R$) em ações ambientais em 2012: (favor digitar som ente o valor num érico, ex.: "25.868,52") P31: Investimento (R$) total com o projeto inscrito no 21º Prêm io Expressão de Ecologia: (favor digitar som ente o valor num érico, ex.: "25.868,52") P32: Investim ento (R$) com projetos culturais aprovados pela Lei Rouanet de Incentivo à Cultura em 2012: (favor digitar som ente o valor num érico, ex.: "25.868,52") P33: AUTORIZO a divulgação de inform ações financeiras no Guia de Sustentabilidade 2014 e no site do Prêmio Expressão de Ecologia? Ques tionado ignorou es ta pergunta Ques tionado ignorou es ta pergunta Ques tionado ignorou es ta pergunta Não PÁGINA 5: Im agens e anexos do projeto participante: P34: AUTORIZO a divulgação das im agens do projeto inscrito no Guia de Sustentabilidade 2014 e no site do Prêmio Expressão de Ecologia? P35: Embora não seja obrigatório, você pode complementar sua inscrição enviando anexos (docum entos, jornais, revistas, fôlderes, relatórios am bientais ou de sustentabilidade, CDs, DVDs ou qualquer m aterial institucional sobre o projeto) pelo correio, via Sedex, para a sede da Editora Expressão (Av. Rio Branco, 380 6º andar Centro Florianópolis SC) até o dia 25 de outubro de Você enviará anexos para com plem entar sua inscrição? Não enviarei anexos.