Fotobiorreator pneumático industrial para cultivo de microalgas a concentrações ultra-elevadas

• Processo: 17/14654-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2017
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2018
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Patrícia Aparecida Santiago
• Beneficiário: Patrícia Aparecida Santiago
• Empresa: Meta Consultoria em Agro Negócios Ltda
• Vinculado ao auxílio: 13/50670-2 - Fotobiorreator pneumático industrial para cultivo de microalgas a concentrações ultra-elevadas, AP.PIPE
• Assunto(s): Fotobiorreatores Escoamento multifásico Microalgas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: acoplamento bio-foto-fluidodinâmico | Coluna de bolhas | dinâmica do escoamento multifásico | eficiência fotossintética | microalgas | propagação luminosa | Engenharia Mecanica

Resumo

Nos últimos 20 anos, pesquisas têm sido intensamente direcionadas no potencial biotecnológico das microalgas. Isto tem ocorrido devido eficiência destes organismos em utilizar a energia luminosa para construção de moléculas complexas a partir do CO2 atmosférico. Além da produtividade, o grande interesse pelo seu cultivo em larga escala se deve aos altos teores lipídicos que, sob condições favoráveis, produzir 20 a 35 vezes mais lipídeos do que a soja e 50 vezes mais do que arroz, trigo ou milho para a mesma área. A produção de biocombustíveis e/ou compostos bioquímicos a partir das microalgas é um campo de estudo promissor e desafiador, seja pela busca de alternativas paras combustíveis de origem fóssil, seja pela substituição de insumos petroquímicos por similares produzidos a partir de fontes renováveis. Entretanto, apesar do grande potencial, a tecnologia envolvida no cultivo de microalgas em larga escala ainda é inviável. Atualmente, grande parte das pesquisas está limitada aos laboratórios. As principais razões para tanto são: 1) contaminação por espécies invasoras e predadoras; 2) fornecimento ineficiente de CO2; 3) remoção insuficiente do O2 fotossintético; 4) controle ineficiente de parâmetros operacionais (temperatura, pH, salinidade, etc.); 5) distribuição inadequada de luz; 6) alta demanda energética e 7) baixa eficácia do processo de separação. Pesquisas recentes realizadas no NETeF/USP pelo Prof. Paulo Seleghim Jr. mostraram que a perda de desempenho a grandes escalas é causada por uma solução tecnológica inadequada para o problema do acoplamento biofotofluidodinâmico, i.e., da interdependência entre eficiência fotossintética, propagação luminosa e a dinâmica do escoamento multifásico. Estas pesquisas resultaram em um modelo matemático numérico que, entre outros, permitiu desenvolver uma configuração de fotobiorreator (FBR) capaz de ser escalonado a volumes superiores a 100.000 litros, virtualmente sem perda de desempenho. Neste contexto, este projeto de pesquisa tem como objetivo realizar a prova de conceito e caracterizar o desempenho desta configuração através de testes experimentais em um pequeno protótipo de demonstração. Em específico, o desempenho será quantificado através de parâmetros mensuráveis, com foco nas distribuições de intensidade luminosa e concentração de gases (CO2 e O2 fotossintético) em função da concentração e taxas de crescimento algal, uma vez que esses parâmetros permitem uma comparação objetiva com fotobiorreatores de alto desempenho a pequenas escalas (10 litros). (AU)