Publicação: Produção de Hidrogênio e Etanol a partir da alga verde
Chlamydomonas reinhardtii
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Resumo
Em virtude da redução da disponibilidade de combustíveis fósseis, juntamente com as
mudanças climáticas ocasionadas pelo aumento da concentração de dióxido de carbono na
atmosfera, a utilização de combustíveis alternativos que não ocasionem o acúmulo de gases do
efeito estufa na atmosfera tem se tornado cada vez mais recorrente. Desta maneira se destaca a
utilização de biocombustíveis como o hidrogênio (H2). O objetivo deste trabalho foi avaliar a
produção de biocombustíveis através de rota biológica, utilizando reatores de 50 mL lacrados,
mantidos em uma estufa à 25° C com foto-período de 12h e intensidade luminosa de 2200 lux
(30 μE·m-2·s-1). Neste contexto, a alga verde Chlamydomonas reinhardtii foi utilizada, sendo
que os parâmetros operacionais idade do inóculo, concentração celular de inóculo e tempo de
fermentação, juntamente com o efeito da concentração de enxofre no meio de cultivo foram
avaliados. Salienta-se que o fator temperatura também foi avaliado e para tal, um planejamento
fatorial 23 (I), com 3 réplicas no ponto central, foi utilizado. A influência das variáveis
independentes, teor enxofre no meio (7, 11,5 e 16 mg de SO4
2-), concentração celular de inóculo
(0,10, 0,15 e 0,20 g/L) e temperatura (25, 30 e 35° C) na variável resposta produtividade de H2
foi investigada. Além disso, o desempenho de algumas fontes de carbono como o acetato de
sódio e permeado de soro de leite (rico em lactose) também foi verificado isoladamente. Neste
experimento, o meio com supressão de enxofre e uma concentração inicial de inóculo de 0,1
g/L foram empregados. O efeito de outras fontes de carbono também foi verificado através do
planejamento fatorial 23 (II), com três réplicas no ponto central. Neste caso, o efeito do citrato
de sódio, juntamente com o acetato de sódio (0,10, 1 e 1,9 g/L) e o permeado do soro de leite
(1, 1,5 e 2 g/L), em um meio basal contendo teor fixo de enxofre (10 mg SO4
2-) e a concentração
celular de inóculo de 0,10 g/L, foi investigado. Na sequência um sistema híbrido composto por
algas verdes e bactérias fotossintetizantes foi avaliado. Nesta etapa, a supressão total de enxofre
e uma concentração celular de inóculo de 0,10 g/L foram utilizadas. Posteriormente, a avaliação
de concentrações distintas (0,10 e 1 g/L) das fontes de carbono utilizadas foi verificada. O meio
de cultivo fornecido às bactérias foi suplementado com substratos como ácido málico (30
mmol/L), permeado (6 g/L) e o glutamato de sódio (2,54 g/L). Destacou-se ainda a investigação
do uso da co-cultura das algas e das bactérias na síntese do produto-alvo. Neste experimento a
contribuição das algas e bactérias em uma proporção que variou de 0 a 100% foi avaliada. Os
resultados mais promissores mostraram que o citrato (1,9 g/L) e o permeado (2 g/L)
influenciaram positivamente na produção de H2 (1975,10 μmol/L·d). No sistema híbrido, uma
maior produção de etanol (19,93 g/L) foi observada na condição de 0,10 g/L de permeado
associado ao acetato. Por fim, para a co-cultura observou-se que em meio basal RCV, etanol
(12,60 g/L) e hidrogênio (7,41 μmol/L·d) foram obtidos simultaneamente.
Abstract
The lack of fossil fuels and the climate changes caused by increases on the carbon dioxide in
the atmosphere encouraged the use of alternative fuels that do not cause greenhouse gases
accumulation. Therefore, the use of biofuels, such as hydrogen (H2), produced from renewable
sources stands out. The aim of this work was to evaluate hydrogen and ethanol production by
biological routes using 50 mL sealed bioreactor maintained in incubator at 25° C, 12 h
photoperiod with luminosity of 2200 lux (30 μE·m-2·s-1). A green alga Chlamydomonas
reinhardtii was used. The operational parameters age of inoculum, inoculum density, time of
fermentation and the effect of sulfur contents in the culture medium on the biofuels production
were investigated. The temperature was also evaluated by a 23 factorial design (I), with three
central points was used. The influence of sulfur content into the medium (7, 11.5 e 16 mg of
SO4
2-), inoculum density (0.10, 0.15 and 0,20 g/L) and the temperature (25, 30 e 35° C) on the
H2 productivity was evaluated. In addition, the behavior of carbon sources such as sodium
acetate and milk whey permeate (rich in lactose) on the target-product synthesis was also
verified. In this case, sulfur deprived condition and 0.1 g/L of inoculum density were used. To
increase the hydrogen production the influence of different carbon sources was also
investigated. In this case, 23 factorial design (II) with three central points was also used.
Furthermore, the effect of supplementary carbon source (sodium citrate) and sodium acetate,
both varying from 0.1 g/L (low level) to 1.9 g/L (high level) and milk whey permeate (1, 1.5
and 2 g/L) using a basal medium with sulfur content of 10 mg SO4
2- and inoculum density of
0.1 g/L were evaluated. To improve hydrogen system production a hybrid configuration using
the green algae (C. reinhardtii) and the photosynthetic bacterium (R. capsulatus) was
performed. In this step, sulfur deprived and 0.1 g/L inoculum density were fixed. After that, the
carbon source at different concentrations (0.1 and 1 g/L) was evaluate. It is important to note
the medium offered to PNS bacterium was previously supplemented with malic acid (30mM),
permeate (6 g/L) and sodium glutamate(2.54 g/L). Co-cultures of both strains were also
performed to biofuels evolution. In these experiments a microorganism contribution range was
from 0 to 100%. The results shown that citrate (1.9 g/L) and permeate (2 g/L) strongly increased
the hydrogen production (1975.10 μM/L·d). Ethanol was also produced with isolated carbon
source was investigated. In the hybrid system, ethanol concentration was 1.3-fold (19,93 g/L)
higher at 0.1 g/L of permeate associated to acetate. Finally, to co-culture maintained in RCV
medium, ethanol (12,60 g/L) and hydrogen (7.41 μM/L·d) were obtained simultaneously.
Palavras-chave
Biogás, Chlamydomonas reinhardtii, Hidrogênio molecular, Molecular hydrogen, Hidrogênio - Moléculas, Biocombustíveis
Citação
COSTA, Rosangela Lúcio. Produção de Hidrogênio e Etanol a partir da alga verde
Chlamydomonas reinhardtii. 2014. 86 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2014.347