Purificação de Biogás através de cultivo de microalgas em resíduos agroindustriais

Abstract

Resumo: A necessidade de atender a demanda de energia do mundo e reduzir os impactos ambientais causados pelos resíduos provenientes das atividades humanas são um dos principais desafios da atualidade. Diante deste cenário, a captura e posterior utilização do biogás produzido na degradação da matéria orgânica como fonte de energia se apresenta como uma alternativa a ser avaliada. Todavia, a presença de impurezas no biogás como o dióxido de carbono e o ácido sulfídrico limita sua qualidade para utilização como fonte energética. Uma das possibilidades para melhorar o aproveitamento do biogás consiste em eliminar da sua composição o dióxido de carbono (CO2). O CO2 pode ser biologicamente convertido em matéria orgânica por microrganismos fotossintetizantes como as microalgas. Desta forma, este estudo teve como objetivo avaliar a capacidade de purificação do biogás derivado da biodigestão de efluente suíno, através do cultivo da microalga Scenedesmus disciformis em fotobiorreator airlift (12 L), desenvolvido para essa finalidade. Para este estudo, como meio de cultura alternativo foram utilizados os efluentes biodigeridos suíno, esgoto sanitário e bovino diluídos em 05% (v/v), 25% (v/v) e 30% (v/v) respectivamente, e comparados ao meio sintético CHU utilizado como controle. Além da purificação do biogás pela cultura de microalgas, testou-se a capacidade de crescimento das microalgas através da injeção controlada de biogás nos cultivos. Determinou-se a taxa de crescimento celular e biomassa seca dos cultivos de microalgas diariamente. Os melhores resultados obtidos foram com o meio suíno 05% com injeção de biogás, alcançando a concentração celular de 13257 ± 430 x 104 cél.mL-1 e 2,0 ± 0,16 g.L-1 de biomassa seca com teor de 26% de lipídeos. O biogás purificado apresentou uma concentração média de 91% (v/v) de CH4. O poder calorífico do biogás aumentou de 5592 kcal.m-3 para 8372 kcal.m-3. Com relação à biorremediação, a microalga Scenedesmus disciformis foi capaz de remover 99,3% do nitrogênio amoniacal e 99,2% da concentração de fósforo do efluente suíno. Os resultados demonstram o potencial das microalgas para purificar biogás e biorremediar efluentes, diminuindo os custos de produção concomitantemente a produção de biomassa microalgal.

Abstract: Reduce greenhouse gas emissions in the atmosphere and increase energy supply are the main challenges. Thus, the use of biogas as an energy source shows promising especially in agricultural regions where there is a large availability of waste that can be turned into energy, reducing production costs and environmental impacts. However, the presence of impurities in the biogas reduces its quality. One alternative to improve the utilization of biogas it's eliminate impurities of your composition, such as carbon dioxide (CO2). The CO2 can be biologically converted into organic matter by photosynthetic organisms such as microalgae. This study evaluated the process of purification of biogas derived from the digestion of wastewater through the autotrophic cultivation of microalgae Scenedesmus disciformis. The experiments were performed in airlifts photobioreactors (12 L) at ambient conditions. Three diluted biodigester effluents as alternative culture were used (pig manure 5%, domestic sewage 25% and cattle manure 30%). In these experiments, the capacity to growth of microalgae with injection of biogas into the culture was verified, as well the biogas purification by the system. The maximum biomass productivity obtained in the cultures was 2.0 ± 0.16 g.L-1 yielding a level of 26% lipids for the pig manure with injection of biogas. The maximum cell concentration obtained was 13257 ± 430 x 104 cél.mL-1 with pig manure and biogas. The concentration of methane in the biogas purified reached 95% (v/v), with 88% efficiency in the enrichment of biogas. The calorific value increased from 5592 to 8372 kcal.m-3. The microalgae Scenedesmus disciformis was able to remove 60-99.3% of the nutrients of the pig effluent (nitrite, ammonia and phosphorus). These results demonstrate the high efficiency of microalgae for purifying biogas and its ability to bioremediate urban and agroindustrial effluent, reducing the production cost and producing high quality biomass.