Propostas tecnológicas para o cultivo e recuperação de biomassa microalgal

Orientador: Prof. Dr. Júlio Cesar de Carvalho

Coorientadora: Prof.ª. Drª. Luciana Porto de Souza Vandenberghe

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 20/04/2022

Inclui referências: p. 98-125

Resumo: As preocupações ambientais nas últimas décadas, a versatilidade metabólica e a descoberta de novos metabólitos úteis alavancaram o interesse na produção de biomassa microalgal, impulsionando o desenvolvimento das tecnologias de produção e recuperação destes micro-organismos. No entanto, há gargalos que devem ser solucionados para otimização dos processos, seja em termos econômicos ou tecnológicos. Em termos tecnológicos, na etapa de produção, os fotobiorreatores apresentam limitações contrastantes, como má distribuição de luz, transferência de massa ou comportamento hidrodinâmico. Assim, novas geometrias, materiais e modos de fornecimento de luz foram desenvolvidos, gerando expressiva produção científica e tecnológica, relatadas no estado da arte e da técnica. Na etapa de recuperação, já visando uma tecnologia menos onerosa, a floculação apresenta como principal limitação a toxicidade dos agentes utilizados neste processo, causam a contaminação da biomassa, conferindo um grau de impedimento em certas aplicações das células recuperadas e destino do meio clarificado. Neste contexto, foi apresentado uma análise do mapeamento tecnológico do projeto de fotobiorreatores, com foco no aprimoramento das geometrias clássicas e nas tendências em fotobiorreatores industriais, sendo apresentado e discutido os esforços recentes na melhoria do design, os principais países, institutos e empresas que inovam e as tendências em tecnologia fotobiorreatores (PBR, Photobioreactor). Em seguida, foi projetado um fotobiorreator como finalidade colateral, de ocupar áreas ociosas nos centros urbanos, no formato de telha para coberturas residenciais, comerciais e industriais. Como resultado foi realizado o pedido de patente sob o número do processo BR 20 2020 025079 0. Foi realizado ainda, o levantamento dos fundamentos da floculação de microalgas, descrevendo as características mais importantes das células microalgais e sua interação com agentes floculantes, bem como os mais importantes agentes floculantes naturais e suas principais modificações de macromoléculas e desempenho. Estes por sua vez, podem ser tão eficientes quanto os sintéticos e muito mais ecologicamente corretos; além de serem facilmente encontrados na natureza oriundos de fontes renováveis. E por fim, foi realizada uma avaliação do processo de neutralização de carga através da observação do potencial zeta na floculação da microalgas, a fim de avaliar se esse parâmetro pode ser uma ferramenta indicativa da floculação.

Abstract: Environmental concerns in the latest productions, biological versatility and the discovery of new useful meta-organisms, driving the growth of technologies for leveraging and recovering these microorganisms. However, there are bottlenecks that must be solved to optimize processes, either in terms of terms or technology. In technological terms, in the production stage, the photobioreactors present or contrast, such as poor distribution of light behavior, hydrodynamic mass transfer. Thus, new technological technologies for the supply of light and materials were developed, generating significant scientific production, related to the state of the art and technique. Recovery stage, aiming at a less expensive technology, flocculation presents as its main limitation the toxicity used in this process, causing the occurrence of biomass agents, conferring a degree of impediment in certain clarified applications of the cells. In this one, an analysis of the technological mapping of the photobioreactor project was presented, focusing on the improvement of the geometries of classical institutes and trends in photobioreactors, being presented and analyzed the advanced exercises in design, the main countries, industrial contexts and companies that innovate and how trends in photobioreactor technology (PBR). In, a photobioreactor was designed as a collateral purpose, to occupy idle areas in urban centers, without a cover format for residential, commercial and industrial walls. As a result, a patent application was filed under the process number BR 20 2020 025079 0. A survey of the fundamentals of flocculation was carried out, describing the most important characteristics of microalgae cells and their interaction with flocculating agents, as well as the most important natural flocculating agents and their main macromolecule and performance characteristics. These, in turn, can be as efficient as synthetic and much more ecologically correct; in addition to being easily found in nature from renewable sources. Finally, an evaluation of the charge neutralization process was carried out through the observation of the zeta potential in the microalgae flocculation, an end of evaluation if this parameter evaluates to be an indicative tool of flocculation.