Análise exergoeconômica da produção e utilização da biomassa de microalgas como promotor de crescimento vegetal

Abstract

Resumo: Com uma população global em crescimento acelerado e uma crescente pressão sobre os recursos de produção de alimentos, a necessidade de soluções inovadoras e sustentáveis para atender às demandas em todo o mundo é mais urgente do que nunca. Ao mesmo tempo, as preocupações com o aquecimento global e as emissões de carbono elevaram a demanda por processos ambientalmente responsáveis. As microalgas, devido às suas diversas aplicações, potencial de cultivo contínuo e capacidade de absorver gases de efeito estufa e remediar a água, surgiram como uma promissora área de pesquisa. Este estudo se concentra na análise exergoeconômica da produção de biomassa de microalga e sua utilização como promotor de crescimento de plantas, lançando luz sobre sua viabilidade e sustentabilidade financeira. A análise abrange três subsistemas principais: um incinerador (gerador de emissoes ricas em CO2), um fotobiorreator e uma etapa de promoçao de crescimento de vegetal. Os dois primeiros sistemas estão acoplados por uma coluna de fixação de gases, onde o meio de crescimento de microaglas do fotobiorreator interage com os gases gerados pela incineração ricos em CO2 ocorrendo a absorção. Os resultados desta análise revelam que as etapas do incinerador e do fotobiorreator experimentam uma destruição significativa de exergia, sugerindo oportunidades para otimização adicional. A avaliação exergoeconômica estabelece um custo exergético de de 5,245• 10-3R$/kJ, 8,440• 10-3R$/kJ, e 1,705• 10-2R$/kJ para a produçao de microalga, produção de biomassa seca e a utilização da biomassa de microalga como bioestimulante. Esses valores destacam a necessidade de explorar vias alternativas de utilização, com foco em aplicações primárias na produção de biodiesel, seguidas pela extração eficiente de bioestimulantes. Essas descobertas fornecem informações valiosas sobre o uso da biomassa de microalgas como uma solução sustentável e economicamente viável para melhorar o crescimento das plantas e promover um futuro agrícola mais ecologicamente amigável.

Abstract: With a rapidly growing global population and increasing pressure on food production resources, the need for innovative and sustainable solutions to meet demands worldwide is more urgent than ever. Simultaneously, concerns about global warming and carbon emissions have elevated the demand for environmentally responsible processes. Microalgae, due to their diverse applications, potential for continuous cultivation, and the ability to absorb greenhouse gases and remediate water, have emerged as a promising area of research. This study focuses on the exergoeconomic analysis of microalgae biomass production and its use as a plant growth promoter, shedding light on its viability and financial sustainability. The analysis encompasses three main subsystems: an incinerator (generating c o 2-rich emissions), a photobioreactor, and a plant growth promotion stage. The first two systems are coupled through a gas scrubber, where the microalgae growth medium from the photobioreactor interacts with the C02-rich emissions from incineration, facilitating absorption. The results of this analysis reveal that the incinerator and photobioreactor stages experience significant exergy destruction, suggesting opportunities for further optimization. The exergoeconomic assessment establishes an exergetic cost of 5.245-io_3i?$/fc/, 8.440-io_3i?$/fc/, and 1.705-io~2R$/kj for microalgae production, dry biomass production, and the use of microalgae biomass as a plant bio-stimulant, respectively. These values highlight the need to explore alternative utilization pathways, focusing on primary applications in biodiesel production, followed by the efficient extraction of bio-stimulants. These findings provide valuable insights into the use of microalgae biomass as a sustainable and economically viable solution to enhance plant growth and promote a more ecologically friendly agricultural future.