universidade federal de santa catarina centro de ciências biológicas - microbiologia geral – mip...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINACentro de Ciências Biológicas - Microbiologia Geral – MIP 7013
Professor Admir José Giachini
MICRORGANISMOS E ENERGIAMICRORGANISMOS E ENERGIA
Ana Letícia Trivia
Júlia Corrêa de Oliveira
Marina Bacha Nascimento
Sheila Simone Kerber
Florianópolis, dezembro de 2010
O que é energia?
Fonte de energia:
• Primária – existe de forma natural na natureza e pode gerar energia diretamente. (gás natural, carvão, petróleo,biomassa,etc).
• Secundária – transformações a partir de fontes primárias. (eletricidade, gasolina, álcool,etc).
Fontes de energia: Não renováveis (fóssil)
Gás natural
Petróleo
Carvão mineral
Renováveis (não fóssil)
Biomassa
Fontes de energia:
Hidráulica Solar Eólica
Panorama energético atual (%)
Fonte: IEA (Mundo) e MME (Brasil). – dados de 2004 (http://www.biodieselbr.com/energia/agro-energia.htm)
Biocombustíveis Fontes secundárias de energia
Conceito:
Bio: vida
Combustível: qualquer substância que reage com o oxigênio (ou
outro comburente) liberando energia
- Qualquer combustível gerado a partir de atividades
biológicas
Biodiesel•Processo tradicional: plantas oleaginosas
- esterificação: ácido carboxílico + álcool ésteres + água
- transesterificação: ácido carboxílico + álcool ésteres + glicerol
- craqueamento: temperatura > 450° C
•Processo microbiológico:
- algas
- cianobactérias (OGM)Gênero Synechocystis
ou
Fonte: http://enecibio.blogspot.com
Pesquisas em andamento
-Bactérias púrpura para obtenção de energia solar (EUA, Colômbia)
- Bactérias marinhas para obtenção de energia solar (Suécia)
- Genética:
- 21 genomas de archaea (metano)
- 24 genomas de outras bactérias (hidrogênio, eletricidade)
- 30 genomas de cianobactérias (biodiesel)
Fonte de energia renovável → vantagens ambientais, sociais, estratégicas e tecnológicas na sua utilização;
Composição:
Varia de 60 a 70% de metano (CH4), 30 a 40% de dióxido de carbono (CO2),
0-3% nitrogênio (N2), 0-1% de Hidrogênio (H2), 0-1% de oxigênio (O2) e 0-1%
de gás sulfídrico (H2S);
Geração:
- Digestão anaeróbia: processo fermentativo no qual bactérias anaeróbias produzem CH
4 e CO
2
- Grupos microbianos importantes: bactérias fermentativas, acetogênicas e metanogênicas
Biogás
Fases do processo de DA:
- Hidrólise: Ocorre através da ação de exoenzimas produzidas pelas bactérias fermentativas hidrolíticas;
- Acidogênese: Ocorre através de bactérias acidogênicas que utilizam as moléculas da hidrólise em seu metabolismo;
- Acetogênese: oxidação dos produtos formados na acidogênese, realizada pelas bactérias acetogênicas. Produção de CO
2, H+ e acetato;
- Metanogênese: Realizado por bactérias metanogênicas em substratos como ácido acético (CH
3COOH), metanol (CH
3OH), CO
2 e H+ .
- Pode incluir ainda a sulfetogênese: redução de sulfato e formação de sulfetos pela ação de bactérias sulforedutoras.
Fonte: CHERNICHARO, C.A.L. http://homologa.ambiente.sp.gov.br/
Grupos microbianos envolvidos:
- Bactérias fermentativas: responsáveis pela hidrólise e acidogêneseGêneros: Bacteroides, Eubacterium, Lactobacillus, Butyribio, Bifidobacterium
e Clostridium;
- Bactérias acetogênicas: grupo intermediário que produz substrato das metanogênicas. Metabolizam os compostos da hidrólise e acidogênese;
- Bactérias sulforedutoras: grupo versátil de organismos capazes de utilizar vários substratos. São anaeróbias estritas e podem ser divididas em dois grupos:
1 - Oxidam seus substratos de forma incompleta até o acetato. Gêneros Desulfobulbus, Desulfomonas e a maioria das espécies dos gêneros Desulfotomaculum e Desulfovibrio;
2 - Oxidam seus substratos completamente até o gás carbônico. Gêneros Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfobacterium e Desulfonema.
- Bactérias metanogênicas: bactérias anaeróbias estritas, de necessidades nutricionais simples, que não necessitam de aminoácidos ou peptídeos.
Gêneros: Methanobacterium, Methanospirillum, Methanobrevibacter, Methanosarcina e Methanotrix (Methanosaeta).
Biodigestores-Dejetos de animais;-Resíduos vegetais;-Lixo orgânico.
Alternativa para tratamento dos resíduos → permite a redução do potencial poluidor e dos riscos sanitários, promove a geração do biogás e permite a reciclagem do efluente, podendo ser utilizado como biofertilizantes.
•Modelo Indiano:
Fonte: Deganutti, R. et al. www.feagri.unicamp.br/energia/agre2002/pdf/0004.pdf
• Modelo Chinês:
Fonte: Deganutti, R. et al. www.feagri.unicamp.br/energia/agre2002/pdf/0004.pdf
• Modelo Batelada:
Fonte: Deganutti, R. et al. www.feagri.unicamp.br/energia/agre2002/pdf/0004.pdf
• Maior vantagem;
• Alta flexibilidade;
• Maneiras diferentes;
• Diferentes organismos.
Hidrogênio
Fonte: Prado et al., 2006.
Biofotólise da água
H2O Luz
O2 + H2
Fotodecomposição de compostos orgânicos
C6H12O6 + H2O
Luz
12H2 + 6CO2
Fermentação de compostos orgânicos
C12H22O11 + 5H2O 4CH3COOH + 4CO2 + 8H2
Fonte: Prado et al., 2006
Scenedesmus obliquus Nostoc muscorum
Rhodobacter capsulatusEnterobacter aerogenes
ORGANISMOS VANTAGENS DESVANTAGENS
Algas verdes e Cianobactérias
Substrato: água Necessidade de iluminação
Bactérias Fotossintetizantes
Substrato: diferentes resíduos
Necessidade de iluminação constante
Geram CO2 como resíduo
Bactérias Fermentativas
Substrato: grande variedade
Produção de H2 o dia todo
Geram resíduos que precisam ser tratados
Fonte: www.greenjobs.com
Etanol (álcool)
Fermentação
Cana-de-açúcar
Etanol
Bagaço da cana
-Pré-tratamento
- Deslignificação
- Fermentação
(levedura Pichia stipitis)
- Destilação
Conteúdo sólido
Sacarificação
Fermentação
Açúcares
Estrutura do etanol
Reação de fermentação
GLICOSE → 2CO2 + 2 ETANOL
Saccharomyces cereviseae Pachia stipitis
Trichodesmium sp.Synechocystis sp.
Etanol a partir de cianobactérias
Fonte: http://revistapesquisa.fapesp.br
- Pesquisas da Universidade do Havaí
Referências
• GRISOLI, Renata; COELHO, Suani Teixeira; MATAI, Patricia H. L. S. Energia Microbiológica. Revista de Gestão Integrada em Saúde do Trabalho e Meio Ambiente, SP, v.4, n.2, Artigo 3, maio/agosto 2009.
• ROMA, Paulo Henrique de Souza. Biodigestor: alternativa para o manejo do lixo em áreas ecoturísticas. 2003. 46 f. Monografia (Especialização em Ecoturismo)-Universidade de Brasília, Brasília, 2003. Disponível em http://bdm.bce.unb.br/handle/10483/529
Referências Eletrônicas•http://www.notapositiva.com/trab_estudantes/trab_estudantes/fisico_quimica/fisico_quimica_trabalhos
/hidrogenio.htm
• http://www.suapesquisa.com/cienciastecnologia/fontes_energia.htm
• http://www.gdse.gov.mo/por/GDSE_Pages/info.asp
•http://inovacao.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1808-23942005000300024&lng=es&nr
m=iso
•http://revistapesquisa.fapesp.br/?art=5157&bd=4&pg=1&lg=
•http://www.amsteel-international.com/envirotec/BACTERIA.htm#HIDROLISE
•http://enecibio.blogspot.com/2009/03/algas-para-producao-de-biodiesel.html
•http://www.biodiesel.gov.br/
•http://aiche.confex.com/aiche/2010/webprogram/Paper191951.html http://synechocystis.asu.edu//
•http://www.greencarcongress.com/2007/11/arizona-state-u.html
•http://www.biodieselfuelonline.com/Biodiesel_Algae.html
•http://www.sciencedaily.com/releases/2008/08/080818184434.htm
•http://www.bdtd.ufu.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=796
* Todos acessados em novembro de 2010
Imagens• http://amanatureza.com/conteudo/noticias/angra-3-polemica-energia-nuclear
• http://manifestzine.blogspot.com/2010_03_01_archive.html
• http://ambiente.maiadigital.pt/ambiente/energia/mais-informacao-1/sobre-as-energias-alternativas/
• http://www.sescsp.org.br/sesc/revistas_sesc/
• http://construcaoearquitetura.blogspot.com/2010/03/usina-hidreletrica-de-itaipu.html
• http://gabriellamineracao.com.br/site/produtos.php
• http://petroleolusofono.blogspot.com/
•http://sosriosdobrasil.blogspot.com
•www.nrel.gov
•www.lookfordiagnosis.com
•www.butbn.cas.cz/ccala/index.php
•http://ecoserver.imbb.forth.gr
•http://arcticboy.arcticboy.com
•www.portalsaofrancisco.com.br
•http://pt.wikipedia.org
•http://quiprona.wordpress.com/2009/07/12/saccharomyces-cereviseae-turbinadas/
•http://www.jgi.doe.gov/education/bioenergy/bioenergy_6.html
•http://www.glerl.noaa.gov/seagrant/GLWL/Algae/Cyanophyta/Cards/Trichodesmium.html
•http://www.unisa.edu.au/maths/phenomics/projects.asp
•http://schaechter.asmblog.org/schaechter/images/2007/07/01/bacteroides_fragilis.jpg
•http://4.bp.blogspot.com/_gQbLhYQDz7U/TGAtUUuMfWI/AAAAAAAADX0/QpBavK4W1yw/s1600/bifidobacterium.jpg
•http://microbewiki.kenyon.edu/images/thumb/d/d7/Methanosarcina_3.jpg/300px-Methanosarcina_3.jpg
•http://visualsunlimited.photoshelter.com/gallery-image/Blog-Micro/G0000zyBNOnvNzX8/I0000IzAUniT53sg
•http://journals.sfu.ca/sigen/index.php/sigen/article/viewArticle/sigs.39508/107
•http://microbewiki.kenyon.edu/images/thumb/f/f2/Widdelpicture.jpg/200px-Widdelpicture.jpg
* Todos acessados em novembro de 2010
Obrigada!!!