Modelagem, simulação e otimização da extração de óleo de microalgas

Abstract

Resumo: As microalgas enquadram-se dentro das promissoras fontes sustentáveis de energia, visto que contribuem para biofixação de CO2 no processo de fotossíntese e sua biomassa possui alto valor agregado, considerando que sua composição apresenta componentes tais como lipídeos, proteínas e carboidratos. Dentre esses constituintes, os lipídios apresentam-se como fonte de matéria prima para a produção de biodiesel. O presente projeto apresenta a modelagem, simulação e otimização dessa etapa crucial do processo, que é a extração do óleo de microalgas. Para isso foram utilizadas as microalgas cultivadas no Núcleo de Pesquisas e Desenvolvimento de Energias Autossustentáveis (NPDEAS) utilizando extração com hexano puro e com uma mistura de solventes orgânicos (70%, de hexano e 30% de etanol) em um processo a quente. Os resultados experimentais obtidos foram compatíveis com os valores encontrados na literatura, comprovando o melhor rendimento de extração para a mistura de solventes do que o verificado para o solvente puro. O modelo matemático conseguiu reproduzir o comportamento experimental, o que pode ser constato através dos desvios relativos obtidos, que não ultrapassou 12 % para a extração da mistura hexano-etanol e 18% para a extração com hexano puro. De posse do modelo matemático foi possível desenvolver otimizações do lucro por batelada considerando a etapa de extração, obtendo um lucro máximo com a concentração de 55% de etanol. Comparando duas fontes de energia para a extração (elétrica e GLP) chegou-se aos respectivos lucros ótimos conforme o valor de venda do óleo. Palavras-Chave: Extração, microalgas, modelagem e otimização.

Abstract: Microalgae fit within the promising sustainable sources of energy, since they contribute to CO2 biofixation in the photosynthesis process and their biomass has high benefits, considering that its composition contains components such as lipids, proteins and carbohydrates. Among these constituents, lipids are a source of raw material for the production of biodiesel. The present project presents the modeling, simulation and optimization of this crucial stage of the process, which is the extraction of oil from microalgae. For this, the microalgae cultivated at the Center for Research and Development of Self-Sustainable Energies (NPDEAS) were used using extraction with pure hexane and a mixture of organic solvents (70%, hexane and 30% ethanol) in a hot process. The experimental results obtained were compatible with the values found in the literature, proving the better extraction yield for the solvent mixture than that verified for the pure solvent. The mathematical model was able to reproduce the experimental behavior, which can be seen through the relative deviations obtained, which did not exceed 12% for the extraction of the hexane-ethanol mixture and 18% for the extraction with pure hexane. With the mathematical model, it was possible to develop optimizations of the profit per batch considering the extraction step, obtaining a maximum profit with the concentration of 55% of ethanol. Comparing two sources of energy for the extraction (electrical and LPG), the respective optimum profits were reached according to the sale value of the oil. Key Words: Extraction, microalgae, modeling and optimization.