Fixação química e biológica de CO2 utilizadas no cultivo de Spirulina

Abstract

O balanço de energia radiativa emitida pelo sol e refletida pela terra está em desequilíbrio nas últimas décadas. Um dos protagonistas deste fato é o aumento das emissões de dióxido de carbono para atmosfera. Com isso, se tem como efeito mais preocupante o aquecimento global que pode causar impactos severos, os quais incluem o derretimento de geleiras polares, morte de corais pelo aquecimento da água, ondas de calor que afetam o setor agrícola e a saúde humana. Na busca por melhores condições ambientais, tem-se destinado pesquisas e projetos em tecnologias de captura e armazenamento de CO2 que incluem a absorção química, separação por membrana, tecnologia de armazenamento subterrâneo e a biofixação de CO2 por microalgas. Esta última apresenta como vantagem a atenuação da concentração de CO2 atmosférico, concomitantemente à produção de metabólitos secundários interessantes, podendo produzir biocombustíveis. O objetivo desta dissertação foi aliar a fixação química e biológica de CO2 em cultivos de Spirulina sp. LEB 18, avaliando o efeito do absorvente químico e do reciclo de meio na biomassa microalgal produzida. Para isso, a microalga foi submetida à seleção de concentração de absorvente químico de CO2 e ao cultivo semicontínuo com reciclo dos nutrientes do meio de cultivo. O trabalho foi dividido em duas etapas correspondendo a dois artigos científicos. Na primeira etapa foram selecionadas as concentrações de monoetanolamina (MEA), avaliando a cinética de crescimento e a produção de proteínas, carboidratos e lipídios. A segunda etapa se deu com a realização de cultivos semicontínuos com adição de MEA (0,20 mmol.L-1 por corte) com concentração celular de corte de 0,5 g.L-1 e fração volumétrica de reciclo de meio de 0,5. Os cultivos foram conduzidos com a cianobactéria Spirulina sp. LEB 18, meio Zarrouk sem NaHCO3, modo descontínuo (1ª etapa) e modo semicontínuo (2ª etapa), por 13 d (1ª etapa) e 25 d (2ª etapa), a 30°C, 3,2 klx, fotoperíodo 12 h claro/12 h escuro, 0,36 mLCO2.mLmeio-1.d-1. Com a 1ª etapa foram selecionadas as concentrações de 0,10, 0,20 e 0,41 mmol.L-1 de MEA, as quais foram também testadas com hidróxido de sódio (NaOH). Nestas concentrações de absorvente químico, a concentração de carbono inorgânico dissolvido foi superior à obtida no ensaio controle e superior à obtida com NaOH. O teor proteico na biomassa cultivada com MEA foi superior as biomassas produzidas em outras condições deste trabalho, enquanto que a concentração de lipídios obtidos nas biomassas cultivadas com MEA e a NaOH são superiores aos valores encontrados com este gênero de microalga na literatura. Os maiores resultados cinéticos e de biofixação de CO2 foram obtidos com adição de MEA e em modo semicontínuo, assim como a maior concentração de carboidratos (96,0% superior a biomassa produzida sem absorvente químico). Frente ao apresentado, acredita-se que Spirulina pode ser produzida com adição de absorvente químico de CO2, reciclo de nutrientes e promover a redução das emissões de CO2 com seu cultivo. Desta forma, vislumbra-se que a microalga Spirulina poderá vir a ser empregada não só em seguimentos de enriquecimento proteico, mas também em áreas que requeiram maiores concentrações de carboidratos.

The balance of radioactive energy emitted by the sun and reflected by the earth is unbalanced in recent decades. One of the protagonists of this fact is the increased emissions of carbon dioxide to the atmosphere. Thus, it has the most worrisome effect of global warming that can cause severe impacts, which include the melting of polar glaciers, coral death by water heating, heat waves affecting the agricultural sector and human health. In the quest for better environmental conditions, has been designed research and projects on CO2 capture and storage technologies including chemical absorption, membrane separation, underground storage technology and CO2 biofixate by microalgae. This latest has the advantage of mitigating atmospheric CO2 concentration, concomitantly with the production of interesting secondary metabolites, which may produce biofuels. The aim of this dissertation was to combine chemical and biological CO2 fixation in cultivations of Spirulina sp. LEB 18, evaluating the effect of the chemical absorbent and medium recycle in the microalgal biomass produced. For this, the microalga was subjected to selection of chemical absorbent concentration and semicontinuous cultivation with nutrients recycles from the medium of cultivation. The work was divided into two stages corresponding to two scientific papers. In first step were selected the monoethanolamine (MEA) concentrations, evaluating the growth kinetics and production of proteins, carbohydrates and lipids. In second step was accomplished by adding monoethanolamine (0.20 mmol L-1 for cut) in semicontinuous cultivations with blend concentration of 0.5 g L-1 and volume fraction of medium recycle of 0.5. The cultivations were conducted with the cyanobacterium Spirulina sp. LEB 18, Zarrouk medium without NaHCO3, discontinuous mode (1st step) and semicontinuous mode (2nd step), for 13 d (1st step) and 25 d (2nd step), at 30°C, 3.2 klx, photoperiod of 12 h claro/12 h dark and 0.36 mLCO2.mLmeio-1.d-1. In first step have been selected the concentrations of 0.10, 0.20 and 0.41 MEA mmol.L-1, which were also tested with sodium hydroxide (NaOH). At these concentrations of chemical absorbent, the concentration of dissolved inorganic carbon was higher than that obtained in standard assay and greater than obtained with NaOH. The protein concentration in the biomass cultivated with MEA was higher than the biomass produced in other conditions of this work, while the concentration of lipids obtained in the cultivated biomass with MEA and with NaOH are values higher compared with this genus of microalgae in the literature. The highest kinetic and the CO2 biofixation results were obtained with addition of MEA and semicontinuos mode as well as the higher carbohydrates concentration (96.0% more biomass produced without chemical absorbent). Considering the presented, it is believed that Spirulina can be produced with the addition of CO2 chemical absorbent, recycle nutrients and promote the reduction of CO2 emissions in your cultivation. In this way, one sees that the Spirulina microalgae could well be employed not only in segments of protein enrichment, but also in areas which require higher concentrations of carbohydrates.