Abstract:
Microalgas e cianobactérias vem ganhando destaque nas áreas de alimentos, energia
e proteção ao meio ambiente. A Spirulina é uma cianobactéria que consome CO2
através da fotossíntese e sua biomassa pode ser utilizada para alimentação e
produção de biocombustíveis. A digestão anaeróbia da biomassa da microalga produz
metano e o efluente líquido do processo contém carbono dissolvido, que é o principal
componente dos custos de produção da Spirulina. O objetivo deste trabalho foi estudar
a produção de metano a partir de biomassa de Spirulina através da digestão anaeróbia
e o crescimento e composição da microalga no efluente da produção de metano.
Spirulina foi cultivada em condições ambientais do extremo sul do Brasil, a biomassa
produzida foi utilizada para a produção de biometano em concentrações crescentes
(3,2; 5,4 e 7,2 g.L-1) na alimentação do biorreator anaeróbio. Foram estudados os
efeitos do aumento na concentração de Spirulina na alimentação do biorreator
anaeróbio para 20 e 50 g.L-1 e da agitação contínua ou intermitente na produção de
biometano. Como o efluente continha carbono em concentração inferior (3,8 g.L-1
NaHCO3) aos meios de cultivo de Spirulina, foi estudado o efeito da concentração da
fonte de carbono (NaHCO3 2,8 a 100 g.L-1) no crescimento da microalga. A seguir foi
estudado o crescimento e a composição da biomassa em meio com efluente da
produção de biometano e a capacidade do efluente ser usado como fonte de carbono
e nitrogênio para a microalga. Spirulina LEB-18 cresceu nas condições ambientais do
sul do Brasil com produtividade de 6,63 g.m-2.d-1. A digestão anaeróbia da biomassa
produzida quando alimentada ao biorreator anaeróbio em até 7,2 g.L-1 ocorreu dentro
de limites adequados (pH 7,15–7,21 e N-NH4 388,27–669,44 mg.L-1) ao bioprocesso
anaeróbio, atingindo decomposição de 77 % da biomassa, conversão de Spirulina em
biometano (YCH4/Sp) de 0,31 g.g-1 e 77,7 % de CH4 no gás. A agitação contínua reduziu
YCH4/Sp em 22,6 % comparada à agitação intermitente. A alimentação com 20 e 50 g.L-1
de Spirulina reduziu YCH4/Sp a 0,17 e 0,02 g.g-1 respectivamente. No bioprocesso
anaeróbio 49,7 % do carbono da Spirulina produzida foram transformados em CH4 e
recuperados 83,2 % do poder calorífico da biomassa como biometano. A concentração
da fonte de carbono em que ocorreram as maiores Xmáx (0,75 g.L-1), Pmáx (0,145
g.L-1.d-1) e μmáx (0,254 d-1) foi menor (2,8 g.L-1 NaHCO3) que a dos meios típicos de
cultivo de Spirulina. O aumento na concentração de NaHCO3 no meio de cultivo
aumentou as perdas de carbono para a atmosfera, que atingiram 38,7 % em meio com
NaHCO3 50 g.L-1
. Spirulina LEB-18 cresceu em até 40 % de efluente em substituição
ao meio Zarrouk. O efluente foi usado como fonte de carbono para o crescimento da
Spirulina com µmáx 0,06 d-1 maior do que o valor obtido no meio Zarrouk. O crescimento
usando efluente como fonte de nitrogênio foi idêntico àquele em meio Zarrouk. O teor
de proteínas (66,08 %) na biomassa cultivada em efluente como fonte de carbono e
nitrogênio foi o maior entre os ensaios realizados.
Microalgae and cyanobacteria had been gaining prominence in issues as food, energy
and environmental protection. Spirulina is a cyanobacteria that use CO2 through
photosynthesis and its biomass can be used as feed and to biofuel production.
Anaerobic digestion of microalgal biomass produces biomethane and the liquid effluent
from the bioprocess contains inorganic dissolved carbon, that is the major cost
component in biomass production. The aim of this work was to investigate the methane
production from Spirulina biomass by anaerobic digestion and the microalgal growth
and composition using the effluent from biomethane production. Spirulina was cultured
under environmental climate in the Southern of Brazil, the produced biomass was used
to biomethane production with increasing concentrations (3.2; 5.4 and 7.2 g.L-1) in the
feed of anaerobic reactor. We assessed the effects of increased Spirulina
concentration in feed of anaerobic reactor to 20 and 50 g.L-1 and the effects of
continuous or intermittent mixing on biomethane production. Once the effluent from
biomethane production had carbon concentration (3.8 g.L-1 NaHCO3) lower than the
culture medium for Spirulina, we assessed the effect of carbon source concentration
(from 2.8 to 100 g.L-1) on microalga growth. Next we assessed the biomass growth and
composition in medium with effluent from biomethane production and the potential of
effluent to be used as carbon and nitrogen source to the microalga. Spirulina grew
under environmental climate of Southern Brazil at 6.63 g.m-2.d-1. Anaerobic digestion of
biomass when feed to the anaerobic bioreactor up to 7.2 g.L-1 was carried out between
suitable limits (pH 7.15–7.21 and N-NH4 388.27–669.44 mg.L-1) to anaerobic
bioprocess, reaching biomass decomposition of 77 %, and biomethane yield from
Spirulina (YCH4/Sp) of 0.31 g.g-1 and 77.7 % of CH4 in the gas. Continuous mixing
decreased YCH4/Sp in 22.6 % comparing to the intermittent mixing. The feed with 20 and
50 g.L-1 of Spirulina fall YCH4/Sp to 0.17 and 0.02 g.g-1 respectively. Through the
anaerobic bioprocess 49.7 % of carbon from produced Spirulina was converted in CH4
and 83.2 % of biomass energy was recovered as biomethane. The carbon
concentration that result in better Xmax (0.75 g.L-1), Pmax (0.145 g.L-1.d-1) and μmax (0.254
d
-1) were lower than (2.8 g.L-1 NaHCO3) carbon concentration in the medium usual to
Spirulina. Increasing the carbon concentration in culture medium increased the loss of
carbon to atmosphere, up to 38.7 % in medium with NaHCO3 50 g.L-1
. Spirulina LEB-18
grew in medium with up to 40 % of effluent replacing Zarrouk. The effluent of
biomethane production was used as carbon source to the growth of Spirulina LEB-18,
with µmax 0.06 d-1 higher than the growth in Zarrouk medium. Growth using nitrogen
from effluent was equal to the growth in Zarrouk medium. Protein content (66.08 %) of
the biomass grew in effluent as carbon and nitrogen sources was the higher between
all composition of medium tested.
