mamona e a produção de biodiesel

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1 MICROALGAS: Fonte de Energia para o Brasil? Marco Antnio Azevedo, Econ. Alfa Consortium - [email protected] Alexandre dAvignon, D.Sc. PPE- COPPE/UFRJ [email protected] Marlise A. V. Araœjo, D.Sc Alfaconsortioum. - [email protected] SØrgio Campos Godoy, M.Sc. Alfaconsortioum - [email protected] Abstract A produªo de biocombustveis e energias limpas tŒm sido apontadas como um dos grandes desafios tecnolgicos para viabilizar o desenvolvimento sustentÆvel no sØculo XXI. As microalgas sªo os organismos fotossintetizantes mais eficazes no processo de conversªo da energia luminosa em energia qumica. Desta forma, sªo indicadas como substrato com alto potencial energØtico para a produªo de biocombustveis e energia elØtrica. No entanto, para a obtenªo dessa biomassa em larga escala, economicamente viÆvel, Ø preciso obter estirpes que sintetizem altos teores de Æcidos graxos e sejam adaptÆveis ao cultivo no semi-Ærido do nordeste brasileiro, para que nªo haja uso de solos agriculturÆveis, e desenvolver um sistema que sustente uma cadeia robusta para a produªo industrial. O presente trabalho pretende apresentar um modelo para otimizar a cadeia de produªo de energia e biocombustveis de microalgas em larga escala Palavras-chave: Microalgas, Energia, Biodiesel, Metano, BioQAV, Bioplantas I Introduªo A primeira menªo ao uso de algas para a produªo de biocombustveis ocorreu em 1950 no MIT. Entre 1980 a1995 o United States Department of Energy e o National Renewable Energy Laboratory (NREL) desenvolveram o Algae Species Program (ASP) (Benemann, 2008), atØ hoje considerado um marco referente ao assunto. O cultivo de algas vem apresentando uma sØrie de modalidades e o ultradenso de microalgas com alto teor de leo, em larga escala, parece ser o que mais exigiria inovaıes tecnologicas para obtenªo da produtividade satisfatria. Pesquisadores e instituiıes envolvidas nas Æreas afins, ao considerarem as conquistas recentes da biotecnologia (engenharia metablica, genmica, protemica, metabolmica, nutrigenmica, bioinformÆtica, desenho de bioreatores, etc.), assinalam que o cultivo

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Um estudo desenvolvido pela COPPE/UFRJ, através do núcleo de pesquisa Centro Clima, identifica as microalgas como fonte com alto potencial energético para a produção de biocombustíveis e de energia elétrica, apontando-as como os organismos fotossintetizantes mais eficazes no processo de conversão da energia luminosa em energia química.

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Page 1: Mamona e a produção de biodiesel

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MICROALGAS: Fonte de Energia para o Brasil? Marco Antônio Azevedo, Econ. Alfa Consortium - [email protected]

Alexandre d�Avignon, D.Sc. PPE- COPPE/UFRJ � [email protected] Marlise A. V. Araújo, D.Sc Alfaconsortioum. - [email protected]

Sérgio Campos Godoy, M.Sc. Alfaconsortioum - [email protected] Abstract

A produção de biocombustíveis e �energias limpas� têm sido apontadas como um dos grandes desafios

tecnológicos para viabilizar o desenvolvimento sustentável no século XXI. As microalgas são os

organismos fotossintetizantes mais eficazes no processo de conversão da energia luminosa em energia

química. Desta forma, são indicadas como substrato com alto potencial energético para a produção de

biocombustíveis e energia elétrica. No entanto, para a obtenção dessa biomassa em larga escala,

economicamente viável, é preciso obter estirpes que sintetizem altos teores de ácidos graxos e sejam

adaptáveis ao cultivo no semi-árido do nordeste brasileiro, para que não haja uso de solos

agriculturáveis, e desenvolver um sistema que sustente uma cadeia robusta para a produção industrial.

O presente trabalho pretende apresentar um modelo para otimizar a cadeia de produção de energia e

biocombustíveis de microalgas em larga escala

Palavras-chave: Microalgas, Energia, Biodiesel, Metano, BioQAV, Bioplantas

I � Introdução

A primeira menção ao uso de algas para a produção de biocombustíveis ocorreu em 1950 no MIT. Entre

1980 a1995 o United States Department of Energy e o National Renewable Energy Laboratory (NREL)

desenvolveram o Algae Species Program (ASP) (Benemann, 2008), até hoje considerado um marco

referente ao assunto. O cultivo de algas vem apresentando uma série de modalidades e o ultradenso de

microalgas com alto teor de óleo, em larga escala, parece ser o que mais exigiria inovações tecnologicas

para obtenção da produtividade satisfatória. Pesquisadores e instituições envolvidas nas áreas afins, ao

considerarem as conquistas recentes da biotecnologia (engenharia metabólica, genômica, proteômica,

metabolômica, nutrigenômica, bioinformática, desenho de bioreatores, etc.), assinalam que o cultivo

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ultradenso será viável, em pouco tempo1. Vários experimentos descrevem o potencial de produtividade em

biomassa e teor de óleo, independentemente do uso energético. Até fevereiro de 2008 foram identificadas e

caracterizadas algumas espécies selvagens que apresentam grande potencial. Alguns destes genomas foram

seqüenciados e obtidas estirpes geneticamente modificadas (Mayfield, S., 2008). Atualmente, só existem

técnicas para cultivo em pequena escala. Para desenvolver o cultivo em larga escala é necessário isolar e

caracterizar outras espécies, além de aprimorar ferramentas genéticas em busca de características

específicas. Paralelamente é necessário desenvolver novos métodos de aqüicultura, processos para colheita,

extração e conversão do óleo.

São muitos os desafios para a produção em larga escala e a escolha do processo de cultivo dependerá do

fomento e do interêsse de instituições públicas e privadas no tema. A opção, por exemplo, de implantar o

cultivo comercial de microalgas de origem marinha em áreas em processo de desertificação, como no semi-

árido do Brasil, distante do litoral, permitirá reduzir os índices de contaminação, seja por outras microalgas

estuarinas, marinhas e hipersalinas, seja por espécies continentais, que não sobrevivem em água salina.

O diferencial da aqüicultura de microalgas em larga escala no Brasil está na localização geográfica

(próxima ao Equador), que possibilita a irradiação solar em níveis excelentes, na mesma região dos

aquíferos salinos, cuja outorga não conflitua com outros usos. Os recursos naturais e humanos, a

experiência dos pesquisadores,o estado-da-arte das pesquisas com microalgas, incluindo algumas estirpes

já sequenciadas ou em processo de finalização e a diversidade das espécies endógenas com potencial para

produção de altos teores de lipídios são outros elementos importantes. A estes pode-se ainda associar a

capacidade de desenvolver sistemas de cultivo tecnologicamente avançados, com alto desempenho e baixo

custo e a existência de uma infra-estrutura logística.

A implementação de projeto para desenvolvimento deste tema demanda inicialmente um Centro Nacional de Pesquisa

Avançada em Ficologia com o objetivo proceder a bioprospecção de novas espécies para processos industriais de

1 �Economics of producing microalgal biodiesel need to improve substantially to make it competitive with petrodiesel, but the level of improvement necessary appears to be attainable� (Chisti 2007);

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3

cultivo, colheita e extração do óleo. Neste contexto, faz-se necessário o desenvolvimento de rotas tecnológicas de

conversão do óleo extraído para os biocombustíveis.

II - Cadeia de biocombustíveis baseada em Microalgas

A colheita da biomassa das microalgas não segue regime de safras, pode ser realizada diariamante, pois tem

um tempo de geração de poucas horas, o que permite cultivos contínuos. Não são necessárias áreas aráveis ou

água potável, não competindo, portanto, com a agricultura, animais ou pessoas pela sua outorga. A biofixação

de CO2 é outra característica deste cultivo, tornando neutro em carbono o biocombustível de óleo das

microalgas. Após a colheita e extração do óleo, os meios de cultura são diretamente reaproveitados ou

reciclados, os resíduos usados na produção de biogás por digestão anaeróbica e posterior co-geração de

energia elétrica, para uso no próprio processo de cultivo, utilizando-se o CO2 gerado pela combustão do

biogás na aquicultura das próprias microalgas de forma a incrementar seu crescimento. Este potencial de

reaproveitamento pode ser incorporado às outras receitas, como da comercialização dos biocombustíveis, dos

subprodutos da biomassa e da biodigestão.

O modelo da cadeia produtiva proposto baseia-se no encadeamento dos setores responsáveis por cada etapa

do processo (Fig.1). Esta configuração pressupõe eficácia do balanço energético, reciclagem contínua dos

meios de cultura, escoamento da produção e aproveitamento do metano como fonte para produção de energia

elétrica juntamente com os resíduos de biomassa.

Figura 1 Esquema simplificado do cultivo de microalga e a reciclagem e uso de subprodutos

Produção de Biomassa

Recuperação da Biomassa

Processamento da Biomassa

Processamento da Biomassa SecaGeração de Energia

Lab. de Cultivo

Tanque Mãe

Tanque de Crescimento

Tanque de Engorda

H20 / Nutrientes

IluminaçãoCO2

Óleo de Alga

Energia para Processo de

Biomassa

Energia para Grid

Efluentes:FertilizanteIrrigação

Biogás(Metano)

Águas + Nutrientes

Biocombustível

Fonte: elaboração própria

Page 4: Mamona e a produção de biodiesel

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A eficiência de conversão da energia solar em energia química na maioria das espécies vegetais é

baixa, sendo a cana-de-açúcar a que apresenta maior eficiência de conversão. É relevante a diferença

da produção de biodiesel a partir das microalgas em relação às outras plantas como mostra a Figura 2.

Na Figura 3, Mayfield (2008) apresenta valores do teor de óleo encontrado em algumas espécies de

microalgas. Estes valores ainda não foram demonstrados in situ, sendo extrapolações a partir de dados

obtidos em laboratórios.

Soja

Área Requerida para Equiparar Atual Demanda Global de Óleo

Milhões hectares Fonte de Planta Biodiesel

l / Hect / Ano

Área Requerida como uma

Percentagem de Grandeza

de Terra Global

Colza

Mustarda

Jatropha

Óleo de Palma

Alga Baixa 1%

446

1190

1300

1892

5950

45000

10932

4097

3750

2577

819

108

72,9

27,3

25

17,2

5,5

0,7

Figura 2 (Dismuke, 2008)

Comparação entre Eficiências de Colheitas :O Exemplo de Biodiesel

(Mayfield , S., 2008)

Ankistrodesmus TR-87Botryococcus braunii

Chlorella sp .Chlorella protothecoides

(autotrófica / heterotrófica )

28 - 4029 - 75

29

15 - 55

Espécies Volume de Óleo% Massa seca

Cyclotella DI-35Dunaliella tertiolectaHantzschia DI-160

Isochrysis sp.

Nannocloris

Nannochloropsis

4236 - 42

667 - 33

31(6 � 63)

46(31 � 68)

Phaeodactytum tricomutum

Scenedesmus TR-84

StichococcusTetraselmis suecica

Thalassiosira pseudonana (21 � 31)15 - 32

33(9 59)

45

31

Nitzschia TR-114 28 - 50

Figura 3

Teor de Óleo de Espécies Selecionadas

O óleo das microalgas deve passar por um processo específico de conversão para cada tipo de

biocombustível pretendido. Para a produção comercial é preciso viabilizar o cultivo em larga escala de

espécies de microalgas que acumulem o máximo de lipídios. Através do manejo das condições de

cultivo (nutrientes, por exemplo), diversas espécies podem ser induzidas a sintetizar e acumular altas

concentrações das biomoléculas de interesse para a produção de cada combustível pretendido. Para a

produção de biocombustíveis, os lipídios de interesse corresponde ao Triacilglicerol ou

Triacilglicerídeo, um tri-éster oriundo da combinação do glicerol ácidos graxos (ácidos carboxílicos de

longa cadeia alquílica) como palmitico, olêico e alfa-inolênico.

A seguir é apresentado um conjunto de funções essenciais para o desenvolvimento deste

conhecimento, para a construção de um modelo robusto de produção de microalgas.

Page 5: Mamona e a produção de biodiesel

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III - Modelo para o Criação da Cadeia Energética Baseada em Microalga

III. a � Bioprospecção

Compreendida como o isolamento, seleção e caracterização morfofisiológica das espécies nativas

promissoras para acumularem lipídios. A bioprospecção deverá agregar estudos das coleções dos

herbários exitentes, para levantamento dos grupos taxonômicos ou espécies de algas mais promissoras,

análises de caracterização do perfil fisiológicos das estirpes selecionadas, um sistema de banco de

dados e uma fitoteca para o armazenamento das matrizes de interesse. As análises morfofisiológicas

deverão ser realizadas a partir da revisão da literatura corrente, o que permitirá avaliar o estado da arte

sobre os protocolos de procedimentos e técnicas a serem empregadas.

III. b � Otimização das estirpes para cultivo ultrodenso

Posteriormente à caracterização morfofisiológica é possível empregar técnicas de melhoramento

genético para aumentar a produtividade das culturas e a resistência às pragas e variações climáticas. De

forma geral, as microalgas selvagens produzem baixo teor de lipídios neutros. Para otimizar a síntese

destes lipídios torna-se necessário o uso de manipulação genética. Embora a transgenia em microalgas

ainda esteja em fase inicial, desde a década de 80 artigos têm relatado bons resultados para a

transformação estável genomas (Boynton, J.E. et al. 1988; Fernandez, E. et al., 1989; Debuchy, R. et

al., 1989). Recentemente, o progresso no desenvolvimento de estratégias moleculares e análises de

processos celulares revela a possibilidade de manipular as estirpes para obtenção de fenótipos

adequados à produção das energias renováveis. (Fuhrmann, 2002; Léon-Bañares et al., 2004).

A implantação e manutenção de banco de dados das culturas de microalgas auxiliará o estudo de

espécies isoladas e a seleção das estirpes a serem utilizadas como organismos teste.

III.c � Banco de Culturas Mono especificas de Microalgas

É fundamental a organização de um banco de culturas mono especificas de microalgas que funcione

como um centro depositário das estirpes isoladas e das estirpes-patentes ou envolvidas em processos

de patenteamento. Este banco de culturas deverá atender as qualificações que o habilitarão a se tornar

Page 6: Mamona e a produção de biodiesel

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um centro de referência para as estirpes que nele forem depositadas, assumindo a responsabilidade de

desenvolver protocolos, restrições e controlar a transferência do material coletado para terceiros.

A obtenção de patentes de processos que utlizam linhagens microbianas, ou mesmo de linhagens de

organismos geneticamente modificados (OGM.s), está amparada pela Lei de Patentes Brasileira (Lei

nº. 9.279, de 14 de maio de 1996). São considerados patenteáveis a gama das modernas biotecnologias

e os microrganismos transgênicos que atendam a três requisitos previstos no art. 8 dessa Lei: novidade,

atividade inventiva e aplicação industrial. Também devem respeitar a Lei nº 11.105/2005 e o Decreto

5.591/2005. A Propriedade Intelectual abrange cultivares, desenvolvimento de novos produtos e idéias,

esforço intelectual, capacidade inventiva e investimentos na concepção e criação.

A transferência de espécies pelo Banco de Culturas pode vincular-se à transferência do conhecimento

de outros pesquisadores sobre as microalgas mais estudadas, inclusive seqüenciadas geneticamente.

Este relacionamento pode antecipar e reduzir o custo do desenvolvimento de espécies em fase de

bioprospecção, utilizando-se as características e experiências das microalgas mais estudadas.

III.d� Parâmetros relevantes para o cultivo ultradenso de microalgas

Considerando-se todos os fatores que influenciam a eficiência da fotossíntese, torna-se crucial

conhecer como cada um deles influencia a taxa de conversão energética das espécies de interêsse.

Dentre estes, vale mencionar: o ponto máximo de saturação de luz para a produção fotossintética

máxima, a relação teor de clorofila, condições de cultivo e a taxa de conversão, o comportamento

metabólico sob diferentes condições de luminosidade e densidade populacional. Algumas avaliações

exigem acompanhamento constante como é o caso de possível saturação de níveis do oxigênio

dissolvido que pode causar danos ao mecanismo fotossintetizante.

Para este parâmetro, é relevante a variação de temperatura entre o dia e a noite. Ela não pode

apresentar grandes amplitudes, sob pena de causar as denominadas �chilling injuries�, que podem

levar à morte as microalgas. Este problema pode ser contornado pela implantação das fazendas de

cultivo no semi-árido, que por suas características geográficas apresenta pequena variação entre as

Page 7: Mamona e a produção de biodiesel

7

temperaturas diurnas e noturnas. Na Figura 4a observa-se os índices de insolação do semi-árido, que

assemelha-se às maiores do mundo, com a imensa vantagem de não ser área desértica com grande

variação de temperatura entre o dia e noite. Por fim, na Figura 4b apresenta-se a insolação média diária

para cada mes do ano e para todo o ano2. Os dados mostram que a insolação no semi-árido alcança

6,78 kWh/m2/dia em outubro e um mínimo de 4,78 em abril, valores considerados excepcionais para o

cultivo das microalgas.

F ig u ra 4 a

P a rn a íb a ( 2 .9 0 5 ° S , 4 1 .7 7 7 W ) � P ia u i � 6 8 2 .1 8 K m (1 ) � S U N D A T A V 1 .0 - in s ol a ç ã o , e m k w h /h /m 2 / d ia n o p la n o h o ri z o nta l - C o o r d e n a d a s fo rn e c id a s : L a ti tud e : 3 , L o n g itu d e : 4 0 -

M é d ia =5 , 6 8 k W h /m 2 / d ia x 3 6 5 d ia s = 7 . 0 7 3 M M B T U m 2 / a n o (T ota l s o la r I rr a d i a n c e ) = 7 .4 6 3 M J m 2 / a n o

F ig u ra 4 b

IIIIe-Biofixação de CO2

Microalgas são fixadoras eficientes de carbono atmosférico através da fotossíntese. Estima-se que cada

tonelada de biomassa de alga produzida consuma 1,83 t de CO2. Isso representa dez a vinte vezes mais

do que o absorvido pelas culturas de oleaginosas. Algas como Nannochloropsis oculata e

Thalassiosira weisflogii, testadas em laboratório na - Fundação Universidade Federal Rio Grande

(FURG), apresentaram altas taxas de fixação de carbono, com valores no mínimo duas vezes mais

altos quando comparados aos resultados de outras espécies testadas, uma absorção aproximada de 17 a

32 ton C ha-1 ano-1. É fundamental que sejam conhecidos e controlados os fatores que influenciam o

ciclo de vida e as vias metabólicas das estirpes de interesse. Para que determinada quantidade de

energia luminosa seja convertida em energia química e em óleos, uma cepa que sintetize altos teores

de óleo irá produzir menores percentuais de proteinas e carboidratos, reduzindo a taxa de crescimento.

2 base do programa SUNDATA v.1

Fonte: Matthias Loster, 2006

Page 8: Mamona e a produção de biodiesel

8

Nestes processos irão também influir a disponibilidade de nutrientes, ph, salinidade, concentrações de

CO2e O. No modelo de produção que está sendo proposto, prevê-se a separação do cultivo em duas

etapas, crescimento e engorda, o que facilita a administração de CO2, pois maximiza-se na fase de

crecimento a biofixação do CO2 (com síntese de carboidratos para crescimento das microalgas), e na

engorda, a síntese de lipídios e consequente produção de óleo.

III.f � Desenvolvimento dos sistemas de cultivo

Uma das técnicas a serem utilizadas no semi-árido, dentro dos lagos de cultivo, é o sistema de

fornecimento de mistura de ar-CO2 denominado de Sistema de Bombeamento por Borbulhamento de

Ar (Sistema BBA), que também poderá provocar ciclos helicoidais nos sistemas.O correto

fornecimento e administração dessa mistura é vital, inclusive para controle dos níveis de pH do meio

de cultura. No semi-arido, a captura de CO2 poderá ser efetuada no próprio local, através da co-geração

de energia elétrica com o metano produzido por digestão anaeróbica e queima da biomassa das

microalgas após a extração. A alta produtividade em volume é proporcional à densidade celular e à

velocidade de crescimento. Neste trabalho, entende-se como Alta Densidade Celular (ADC) e Ultra

Alta Densidade Celular (UADC) concentrações celulares, respectivamente, de (>8-15g/l) de biomassa

seca para a primeira e (>15-80g/l) para a segunda.

Ainda não se definiu um sistema ideal para cultivo em larga escala, que pode ser feito em

fotobioreatores fechados ou lagos de cultivo abertos. Há limitações para ambos os sistemas e, embora

possam ser individualmente resolvidas, não tem havido possibilidade de combinar soluções gerais,

pois não são aditivas, mas excludentes. Inúmeras soluções têm sido propostas para incremento da

produtividade (Grobbelaar 2000; Suh and Lee 2003; Torzillo et al. 2003; Carvalho et al. 2006),

inclusive aumento das condições de salinidade, nutrição e alcalinidade (Lee 2001) e a utilização de

cobertura transparente sobre os lagos de cultivo (Hase et al. 2000). Grande parte dos pesquisadores

concorda que a produção de biocombustíveis não suportaria os custos fotobioreatrores fechados.

Devem ser desenvolvidas tecnologias específicas para o semi-árido, unindo as vantagens dos sistemas

Page 9: Mamona e a produção de biodiesel

9

abertos e dos fechados, maximizando a absorção de luz e consequente produtividade. Estas tecnologias

envolveriam otimização de desenho e geometria, automação, monitoramento, membranas, dissorção de

O2, controles do CO2 e de pH, controle da evapotranspiração e da evaporação, manutenção da

temperatura nos meios de cultura para o dia e para a noite através de trocadores de calor. A saída do

caldo com a biomassa e óleo, a biofloculação, a centrifugação e a extração do óleo também devem ser

aprimorados. A biomassa, após extração do óleo, será transportada para biodigestores através de dutos,

assim como os lipídios neutros para as usinas de conversão. O restante do caldo volta diretamente aos

lagos de cultivo ou segue para reciclagem.

VI � Tecnologias de Separação e Extração

A membrana citoplasmática, estrutura vital para qualquer tipo de célula, é uma barreira que separa o

conteúdo celular do meio externo, permitindo que as células concentrem metabólitos específicos em

seu interior. A separação da biomassa do meio de cultura compreende etapas, como: a separação da

biomassa do meio por centrifugação e peneiramento, a extração do óleo do interior da membrana, que

depende de meios físicos e químicos, o transporte em dutos separados do óleo e da biomassa após a

extração, transportada em meio fluído até o digestor anaeróbico.

A colheita tem um custo que pode representar de 20 a 30% do total do custo de produção das

microalgas (Chisti, Y., 2007). Como as microalgas são tipicamente pequenas, com diâmetro de 3 � 30

µm, e o meio de cultura pode ser diluído a menos de 0.5 g l-1., grandes volumes precisam ser

processados. Os processos convencionais para colheita incluem a concentração das células por

filtração e centrifugação (Molina Grima et al., 2003), fracionamento da espuma (separação das células

do meio de cultura usando uma coluna de espuma ascendente, misturando água e ar) (Csordas and

Wang 2004), floculação3, filtração das membranas (Rossignol et al. 2000) e separação ultrasônica

(Bosma et al. 2003). Todo o processo necessitará o desenvolvimento e/ou adaptação de tecnologias.

VII � Localização

3 Após adicionar os coagulantes, as células em suspensão se tornam pequenos flocos (flóculos), decantando em seguida.

Page 10: Mamona e a produção de biodiesel

10

O semi-árido localiza-se em área equatorial em processo de desertificação, com mais de 330 dias de

insolação por ano, não sendo incomum a ocorrência de períodos de 700 dias sem chuvas. A

disponibilidade de radiação fotossinteticamente ativa (PAR) é excepcional, em consequência da

irradiância solar total de 7.463 MJ m2/ano ou 2.073,2 kWh/m2/ano (média de 5,68 kWh/m2/dia x 365

dias) (dados Sundata v.1, Figura 4b). Há efetiva estabilidade térmica acima de 24°C, uniformidade da

duração do período diurno em relação ao período noturno e baixa amplitude térmica dos dois períodos

climáticos do ano. Os ventos contra-alísios, que se formam pelo aquecimento do ar junto à região

equatorial, dissipam a cobertura de nuvens, permitindo que mais luz do Sol aqueça o solo, uma

característica típica do sertão e podem alavancar a produtividade das microalgas. Para a maioria das

plantas, a temperatura ótima para os processos fotossintéticos está entre 30 e 38ºC, exatamente a do

semi-árido. Acima dos 45ºC a velocidade da reação decresce, pois cessa a atividade enzimática.

A proposta para a implantação do cultivo no semi-árido pode beneficiar-se de experimentos já

realizados utilizando um sistema de turbilhamento vigoroso, possivelmente em círculos helicoidais A

hipótese é submeter as células das microalgas ao regime claro e ao escuro de forma uniforme e

constante (Molina Grima et al., 1999, 2000, 2001; Sánchez Mirón et al., 1999; Janssen et al., 2003;

Richmond, 2004). Este modelo, viabiliza a exposição do maior número de indivíduos em ciclos

menores de tempo, controla a fotoinibição e, simultaneamente, a sob-exposição, otimizando altas

produtividades de biomassa e concentração de lipídios neutros.

VIII - Dimensão

Para desenvolvimento em escala comercial, estima-se que um lago de cultivo aberto, com cobertura

transparente possa ter as dimensões de 125 metros de comprimento, por 4 metros de largura e 40

centímeros de profundidade útil, portanto 500 m2 de área e 200 m3 de meios de cultura. Nesse meio

serão colocados os inóculos (as espécies poderão ser mutantes, apesar de autóctones) para se

desenvolverem em duas etapas: na primeira para crescimento, num prazo estimado de cinco dias onde,

potencialmente, crescem 32 vezes o tamanho original; na etapa seguinte, de quatro dias, acumulam

Page 11: Mamona e a produção de biodiesel

11

óleo. Uma Unidade Padrão de Implementação (UPI), considerada neste trabalho devido aos parâmetros

apresentados, ocuparia uma área bruta de 36 ha. Nela se implantaria 480 lagos de cultivo, ou seja, área

útil de 24 ha. Em um ano, cerca de 320 dias seriam de produção e 45 dias seriam disponibilizados para

manutenção e ajustes.

O tamanho projetado para uma bioplanta é de 360.000 ha (3.600 km2) de área bruta, com 240.000 ha

de área útil, de forma a englobar 10.000 UPIs. Esta dimensão viabilizaria, econômicamente, as

escolhas técnicas de cultivo, como dutos longos para transporte de água do mar ou de aqüíferos. A

Bacia Sedimentar do Parnaíba tem área de 521.000 Km2, portanto ocuparia 0,7% de área em processo

de desertificação, sem qualquer conflito com a produção de alimentos.

IX � Água

A água necessária a uma UTI equivale a 105.600 m3 e 1.056 x 106 m3 para a Bioplanta proposta. A

água do mar seria utilizada para enchê-los inicialmente, havendo reciclagem contínua, seja pelo

retorno dos inóculos, seja após processamento em lagoas de estabilização. Contudo, a evaporação

causada pela alta temperatura, umidade, etc. ainda deverá ser estimada. Acredita-se que a evaporação

diária não exceda a 2% do total dos lagos de cultivo. Isto representa 3.168 m3 para cada UPI e 21 x 106

m3/ano para a bioplanta, ou 7.708 x 106 m3/ano.

A complementação da água do mar evaporada deverá ser efetuada com águas não salgadas, para não

aumentar a concentração do sal nos meios de cultura. O sistema de aquíferos da Parnaíba apresenta

disponibilidade potencial de 15.379 (106 m3/ano), com reservas exploráveis de 265,5 m3/s, a que deve

ser acrescida a disponibilidade hídrica potencial subterrânea anual do Piauí, de 9.030 x 106 m3/ano.

Portanto, haveria água para suprir a evaporação de, pelo menos 3 Bioplantas, quando totalmente

implementadas, sem conflito de outorga, pois a demanda por recursos hídricos na área dos aquíferos,

estimada para 2025, é inferior a 0,05 m3/s , em face da tendência ao crescimento populacional no

período 2000 a 2025 é de perda acentuada, superior a 1% ao ano.

Page 12: Mamona e a produção de biodiesel

12

Outro aspecto relevante é que alguns desses aquíferos apresentam alto teor de salinidade, ferro, dureza,

turbidez, grau de eutrofização (resultante do nível excessivo de nutrientes) e presença de substâncias

tóxicas e organolépticas que não permitem serem utilizados para qualquer atividade ou para consumo

humano, quando considerados os limites estabelecidos pela Portaria 518/04 do Ministério da Saúde,

sendo benéficas para microalgas.

X � Mercado para Biodiesel e BioQAV

Mesmo considerando-se o B20, a demanda de biodiesel no Brasil atinge a cerca de 8 bilhões de litros,

o que é pouco em relação o potencial de uma Bioplanta (15.000 Tg de óleo). Há efetiva concorrência,

seja de produtores de biodiesel autorizados e relacionados à agricultura familiar, seja do H-Bio da

Petrobrás, etc. Por outro lado, a Europa que poderia tornar-se o maior mercado potencial, está sujeita a

limitações impostas pelos subsidiados produtores locais de oleginosas, incertezas quanto a efetiva

implementação de metas, publicidade negativa das oleaginosas locais competindo por áreas para

produção de alimentos, etc.

Ambas as situações envolveriam preços de venda do Biodiesel limitados à cotação do barril do

petróleo, seja Nymex Crude ou Brent, cuja maior cotação, em maio de 2008, foi de US$ 135,00

US$/bbl.

Outro aspecto relevante quanto ao Biodiesel refere-se a conversão do óleo das microalgas, seja por

esterificação ou transesterificação, tecnologias bem conhecidas que, no caso da Rota Etílica, requer a

utilização de álcool. A produção do Biodiesel se condicionaria ao cultivo da cana e grande

disponibilidade de álcool.

Quanto ao BioQAV (bio querosene para a aviação comercial), estima-se que, dificilmente, três

Bioplantas, mesmo produzindo a plena capacidade, poderiam suprir um drop in4 conservador de 20%

para a indústria de aviação, sendo projetado pelo U.S. Federal Aviation Administration�s - FAA�s

AEDT System for assessing Aviation�s Global Emissions (AEDT/SAGE) um mercado de 60.000 Tg

4 Drop in � Combustível a ser misturado ao QAV fóssil, certificado em âmbitos nacional e internacional para mistura ao querosene de aviação � Jet Fuel � nas proporções autorizadas pelos fabricantes, em FLEX FUEL AIRPLANES � aparelhos autorizados pelos seu fabricantes e de turbinas a utilizarem diversas misturas de combustíveis alternativos.

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para combustíveis alternativos nessa data, pois cerca de 26.000 novos aviões serão comercializados até

2025, segundo a Boeing Co. Como comparação, projeta-se que três Bioplantas produziriam 45.000

Tg, por volta de 2020, face o prazo para implementação.

As emissões associadas de CO2 (Tg), sem levar em conta outros gases como NOx e efeitos das

emissões potencializados pela altitude, seriam em 2015, respectivamente, de 58.555 Tg de CO2 abaixo

de 3.000 pés, 718.036 Tg de CO2 acima de 3.000 pés e 776.591 Tg de CO2 como um todo, superiores

em 36% a 2000. Esta situação, necessariamente, será penalizada principalmente pela Europa, cujo

Parlamento votou emendas na Diretiva 2003/87/EC pela inclusão dessa indústria a partir de 01 de

janeiro de 2011 como participante do mercado europeu de emissões, sujeita a alocações e,

simultaneamente, a apresentar fuel efficiency de acordo com o indicador de 3,5% ao ano, a título de

redução de emissões, medidas em termos de RTK (Revenue Ton Kilometer). O BioQAV é a opção

desejada por toda essa indústria.

No momento, a indústria da aviação é responsável por cerca de 2,2 % das emissões mundiais totais de

CO2, e cerca de 12% de todas emissões relacionadas a transportes, além de emitir uma série de outros

gases nocivos. O custo de emissão traduzir-se-á num valor a ser agregado ao preço do BioQAV, pela

mitigação de CO2 e, eventualmente, poderá proporcionar Reduções Certificadas de Emissões (RCEs)

relacionadas ao Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL).

As Bioplantas podem gerar uma significativa redução de emissões, com peso institucional e enorme

visibilidade para as empresas aéreas que o adquirirem. Eligibilidades para emissão de RCEs podem

ser, entre outras: pela fixação de CO2 no cultivo de microalgas; pela emissão de metano evitada pela

utilização da biomassa nos biodigestores; pela co-geração de energia elétricapor fonte renovável; pela

substituição de querosene de aviação de origem fóssil por BioQAV; pela substituição de derivados de

petróleo de origem fóssil pela produção de plásticos, reduzindo as emissões.

XI� Conclusão - Microalgas: fonte sustentável de diversas formas de energia

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As dificuldades e incertezas tornam-se riscos aceitáveis, face os benefícios sociais, através da

contratação de grande número de trabalhadores, inclusive a nível de pós-graduação, e pelos

investimentos maciços que serão aportados com forte impacto distributivo pela geração de renda em

área em processo de desertificação que, segundo a ONU, ocupa 1.338.076 km² (15,72% do território

brasileiro), onde habitam 31,6 millhões de habitantes (18,65% população brasileira), viabilizando a

sustentabilidade macroeconomica do semi-árido e integração regional.

Um dos pontos fortes da proposta, além de sua importância econômica e símbolo de status

tecnológico, é a certa previsibilidade em relação aos fatores internos e externos. Um dos pontos fracos

é a obtenção de um mínimo teor de óleo de densidade de cultivo que justifique os investimentos na

bioplanta. Os riscos são proporcionais ao tamanho dos investimentos, que não são poucos. Apesar dos

riscos do negócio em si, os fornecedores de grandes aeronaves comerciais, os operadores de

companhias aéreas, as inúmeras iniciativas internacionais que buscam combustíveis alternativos e

redução de emissões de GEEs, representações como IATA e demais envolvidos apresentam um

ambiente externo extremamente favorável e receptivo à proposta, em face dos números que a

tecnologia pode render em termos de operação e custo do assento por quilômetro. As próprias

companhias petrolíferas poderão compactuar, pelo altíssimo interêsse ambiental, visibilidade de

marketing, econômico e de compliance quanto à mitigação do aquecimento global. Há que se

considerar a possibilidade de parcerias.

As microalgas podem se tornar uma oportunidade, desde que haja competitividade de custo de

produção e visão estratégica de mercados. Há muito trabalho a desenvolver, pois o futuro dos aviões,

inventados por brasileiros, poderá depender da tecnologia nacional.

XII-Referências Bibliográficas

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