Das Microalgas ao Biodiesel Oficinas de Verão

Angelina Pinto (Visionarium)

Joaquim C.G. Esteves da Silva

Faculdade de Ciências

Universidade do Porto | Julho 2009

2

ÍNDICE

1. CULTURA DE MICROALGAS………………………………………………………3

1.1 O que são algas?.....................................................4

1.2 Microalgas……………………………………………………………………….4

1.3 Procedimento Experimental……………………………………………6

1.3.1 Observação Microscópica (MOC) e Microfotografia……………………………………………..6

1.3.2 Cultura de Microalgas……………………………….…8

1.3.3 Fases de Crescimento………………………….……..9

1.3.4 Parâmetros de cultura……………………………….10

1.3.5 Biotecnologia das Microalgas…………………….12

1.4 Utilização de Microalgas……………………………………………….13

1.4.1 Das Microalgas ao Biodioesel…………………….13

1.4.2 Vantagens da Utilização de Microalgas…...14

1.5 Edição de Blogues……………………………………………..………….14

2. PREPARAÇÃO DE BIODIESEL…………………………………………………15

2.1 O que é o Biodiesel………………………….……………………………16

2.2 Matérias-Primas…………………………………………………………….17

2.3 Procedimento Experimental………………………………………….18

2.3.1 Preparação da Solução de Hidróxido de Sódio em Metanol………………………………………………..18

2.3.2 Reacção de Transesterificação……………… …18

2.3.3 Separação de Fases Biodiesel/Glicerol…….19

2.4 Utilizações do Biodiesel e Glicerina………………………………19

2.5 Edição de Blogues – Continuação ………………………………20

3. BIBLIOGRAFIA…..……………………………………………………………………21

3

Cultura de microalgas

Observação de microalgas

Optimização de parâmetros de cultura

Biotecnologia das microalgas

1. CULTURA DE MICROALGAS

4

1.1 O que são Algas?

Algas são organismos fotossintéticos que vivem na água ou em locais

húmidos e cujo corpo é um talo.

É um grupo com grande diversidade de organismos, no que respeita à

morfologia, ao grau de complexidade

e ao tamanho.

As algas são geralmente divididas em MICROALGAS e MACROALGAS.

1.2 Microalgas

Organismos simples, constituídos por uma célula ou um número reduzido de

células.

Maioritariamente eucariontes (núcleo individualizado).

Coloniais ou não.

De dimensões muito reduzidas (1-500 µm), pelo que, só podem ser

observadas à lupa ou ao microscópio.

Possuem maquinaria fotossintética

muito eficiente que converte energia

solar em biomassa.

Fonte: Santos e Santos, 2002

Fonte: Santos e Santos, 2002

5

Energia solar

H2O

N,P, minerais vitaminas

CO2

O2

LLííppiiddooss Glícidos Proteínas

As microalgas (e as macroalgas) podem ser agrupadas em 5 grandes

grupos (Filos ou Divisões) com base na natureza dos diferentes pigmentos

fotossintéticos, no tipo de substância de reserva e na composição da

parede celular:

Divisão Cyanophyta (Cyanobacteria) ou Algas Azuis

Divisão Chlorophyta ou Algas Verdes

Divisão Euglenophyta

Divisão Chromophyta ou Algas Castanhas

Divisão Rhodophyta ou Algas Vermelhas

Fonte : Santos e Santos, 2002

6

Preparações Microscópicas

Lâmina

Lamela Agulha de dissecç ão

Preparação

1.3 Procedimento Experimental 1.3.1 Observação Microscópica (M.O.C.) e Microfotog rafia

Colheita Observação

Isolamento Identificação

Cultura

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Microalgas Marinhas (Câmara de Cultura - Visionariu m):

Microalgas de Água Doce (Lago – Jardins Visionarium ):

Pediastrum sp. Surirella sp.

Motic Images Plus 2.0.lnk

Tetraselmis sp. Microalga marinha verde Móvel (4 flagelos) Forma ovóide Diâmetro: 12-16µm

Phaeodactylum tricornutum Microalga marinha castanha Diatomácea Imóvel Formas oval e fusiforme Dimensões: 3-5x25-35µm

MOC 400x

8

PROCEDIMENTO - Agitar a cultura de Chlorella vulgaris para homogeneizar.

- Retirar 20 ml por litro de meio e adicionar ao Erlenmeyer de vidro, já com o meio de cultura, tapando com uma rolha de algodão e gaze.

- Inserir na rolha um tubo de arejamento encaixado numa pipeta de Pasteur de vidro; de modo a evitar contaminações colocar um pouco de algodão na parte mais larga da pipeta de Pasteur.

- Ligar a extremidade exterior do tubo de arejamento à bomba de ar (colocar um regulador).

- Em condições ideais as culturas são arejadas permanentemente, e mantidas num fotoperíodo de 16h luz / 8h escuro.

- Agitar as culturas 2 em 2 dias - Verificar o arejamento com regularidade.

1.3.2 Cultura de Microalgas

Pipeta de Pasteur 1 ml Cultura de Chlorella vulgaris (inóculo) Meio de Cultura 1 L Álcool etílico 70% Gaze e algodão Tubo de arejamento Bomba de ar Regulador de fluxo de ar Pipeta de Pasteur de vidro Água destilada Erlenmeyer de vidro 1– 2 L Bico de Bunsen/Lamparina/Câmara de fluxo laminar

Material necessário:

9

1.3.3 Fases de Crescimento

Culturas “stock”

Inóculos Culturas em

escala intermédia

Culturas em grande escala

Nº células/ml

nº células

Fase de Latência (lag)

Fase Exponencial

Fase Estacionária

Fase de Declínio

Tempo (Dias)

Fase de Desaceleração

Nº células/ml

nº células

Fase de Latência (lag)

Fase Exponencial

Fase Estacionária

Fase de Declínio

Tempo (Dias)

Fase de Desaceleração

10

1.3.4 Parâmetros de Cultura

Procedimento

Colocaram-se culturas de Tetraselmis sp. nas seguintes condições: Cultura A - água do mar enriquecida com nutrientes. Cultura B - água do mar. Cultura C - fotoperíodo de 15 horas luz e 9 horas de obscuridade. Cultura D - no escuro. Cultura E – em meio e material esterilizado. Cultura F - em meio e material não esterilizado. Cultura G – com arejamento Cultura H – sem arejamento

Completar a Tabela

Contaminação

PRODUTIVIDADE

MICROALGAL

LuzTemperatura

Fonte de Carbono

Nutrientes

pH

EvaporaçãoAclimatação

Potencial Redox

Salinidade

Agitação

Inóculo

Profundidade do Recipiente

Pluviosidade

Contaminação

PRODUTIVIDADE

MICROALGAL

LuzTemperatura

Fonte de Carbono

Nutrientes

pH

EvaporaçãoAclimatação

Potencial Redox

Salinidade

Agitação

Inóculo

Profundidade do Recipiente

Pluviosidade

PRODUTIVIDADE

MICROALGAL

LuzTemperatura

Fonte de Carbono

Nutrientes

pH

EvaporaçãoAclimatação

Potencial Redox

Salinidade

Agitação

Inóculo

Profundidade do Recipiente

Pluviosidade

11

+++ cresce bem, ++ cresce, + cresce pouco, - não cresce

Resultados

Obtidos Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4

Cultura

A

Água mar

+nutrientes

B

Água do mar

C

15 h luz

9 h escuro

D

0 h luz

E

Com

esterilização

F

Sem

esterilização

G

Com

arejamento

H

Sem

arejamento

Parâmetro

em estudo

Resultados

Previstos

Resultados

Obtidos

Conclusão

12

1.3.5 Biotecnologia das Microalgas

Procedimento

Concentração das Microalgas

Centrifugação Filtração Floculação

Cultura de Microalgas

Preparação de Biodiesel

Prensagem Extracção por solvente Extracção fluida supercrítica Extracção

Extracção do óleo das microalgas

Centrifugação Decantação Destilação

Óleo

Decantação Destilação

Vortex 90s Vortex 60s

1,5 ml Ciclohexano

Centrifugar a 3000rpm 4 minutos

1,2 ml de microalgas

1,5 ml Água

Vortex 60s

Óleo

4,5 ml solvente ciclohexano/isopropanol

(1:2)

13

1.4 Utilização de Microalgas

1.4.1 Das Microalgas ao Biodiesel

Microalgas

Aquacultura

Tratamento de águas residuais

Energia: metano, biogás, hidrogénio,

Biodiesel

Rações

Produtos dietéticos

Cosmética Farmaceutica

Recirculação da água

CO2

Desidratação

O2

Biomassa Algal

Outros Rações Etanol Metanol

Biodiesel

Microalgas

14

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1.4.2 Vantagens da utilização de microalgas

Podem crescer praticamente em qualquer lugar onde exista luz do sol.

Elevada eficiência fotossintética. Crescimento mais rápido → Maior produtividade.

Maior facilidade na industrialização do processo.

Menores tempos de colheita. Elevado consumo de CO2.

Produção de óleo

Origem l/ha/ano

Óleo de soja (nos E.U.A. e Brasil) 580

Óleo de girassol 776

Óleo de colza (na Alemanha) 1.178

Óleo de jatrofa (na América do Sul e Índia) 1.879

Óleo de palma (na Malásia) 5.936

Óleo de microalgas 63.167

1.5 Edição de Blogues

15

2. PREPARAÇÃO DE BIODIESEL

Reacção de Transesterificação

Separação de fases Biodiesel/Glicerol

Combustão do Biodiesel

16

2.1 O que é o Biodiesel ?

É um combustível renovável e biodegradável – um Biocombustível.

Obtém-se a partir da reacção química entre os ésteres de ácidos

gordos de óleos ou gorduras com um álcool, na presença de um

catalisador – reacção de transesterificação.

Biodiesel Recicla CO2

Ácidos Gordos Álcool

(Metanol ou Etanol)

Biodiesel

Catalisado

Glicerol

R C O

O

OH

R R C O

+

R O

OH

R +

R

R, R´ e R´´ – Cadeias carbonadas Catalisador – NaOH ou KOH

17

Outros

Óleos alimentares usados Gorduras animais

2.2 Matérias-Primas

Colza Jatropha Palma Milho

Girassol Mamona Soja

Sementes de Oleaginosas

Microalgas

18

Magnete Aquecer 48-54 ºC

32,5 ml Sol. NaOH em

Metanol

250 ml Óleo (50 ºC)

Agitar vigorosamente durante aprox.

1h

32,5 ml Metanol

Pesar (aprox.) 0,9 g NaOH

+

Colocar no agitador até dissolver

NaOH

2.3 Procedimento Experimental 2.3.1 Preparação da Solução de Hidróxido de Sódio em

Metanol

2.3.2 Reacção de Transesterificação

19

2.3.3 Separação de fases Biodiesel/Glicerol

2.4 Utilizações do Biodiesel e Glicerina

Biodiesel

Glicerol

Separar as 2 fases

Biodiesel

Glicerol (Glicerina)

Colocar a mistura num funil de separação e deixar em repouso

Utilizações do Biodiesel

Utilizações da Glicerina

Observar a combustão do

Biodiesel preparado, na

chama de uma lamparina.

20

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2.5 Edição de Blogues – Continuação

21

3. BIBLIOGRAFIA

� De Boni, A., Goldani, E. (2006). Manual Básico para o Preparo de

Biodiesel. Versão 4.1 Tchequimica Consultoria Educacional, Lda. Porto

Alegre.

� Santos, M., Santos, L. (2002). Iniciação ao Estudo das Microalgas.

ACOI. Departamento de Botânica U. C. Coimbra.