19 de out de 2013

Eficiência na separação de microalgas depende de cultivos com alta densidade de células

            A coleta de microalgas consiste em uma operação com certa dificuldade tecnológica devido ao pequeno tamanho das células. O processo de coleta pode ser muito caro, em especial quando envolve processos de secagem. O processo de secagem térmica é muito mais oneroso do que os processos mecânicos de remoção de água. Estima-se que aproximadamente 25% do custo de produção de biocombustível de microalga consiste nos gastos durante a coleta, envolvendo despesas com eletricidade, reagentes químicos e manutenção de equipamentos de separação. Os processos mais eficientes energeticamente geralmente envolvem floculação seguida pela coleta por filtração, centrifugação, sedimentação ou flotação. Técnicas de separação por ultrassom ainda estão em desenvolvimento. Um ponto fundamental na separação da biomassa de microalgas trata-se do tempo de operação. Devido à alta umidade do material, longos tempos de processamento levam à degradação da biomassa e a diminuição da qualidade da matéria prima. Um controle de qualidade muito simples que deve ser utilizado consiste no odor da biomassa. Ela deve apresentar aroma de terra ou grama. Quando ocorre degradação do material normalmente percebe-se odores semelhantes ao dos peixes ou de produtos de fermentação bacteriana (ácidos graxos voláteis de cadeia curta).

            As principais formas de separação de microalgas são apresentadas abaixo:

FLOCULAÇÃO: A coleta de microalgas em escala comercial geralmente requer a floculação para redução do tempo necessário à separação das células de microalgas a partir do meio de cultivo. A floculação é um processo em que ocorre a agregação das células e a sua separação do meio. O processo inicia-se com a adição de materiais (floculantes) que promovem distúrbios na estabilidade das partículas suspensas e promove agregação. Depois que as células se agregam, a coleta torna-se muito mais fácil. Os floculantes mais eficientes são polímeros naturais ou sintéticos. Existem ainda processos que envolvem a aplicação de biofloculantes que são micro-organismos que crescem formando filamentos e, desta forma, provocando a floculação do sistemas. Um outro processo relacionado ocorre para algumas microalgas ao final do cultivo, nos quais o pH se eleva e as células se autofloculam, permitindo a separação sem a necessidade de adição de substâncias químicas.


CENTRIFUGAÇÃO: A centrifugação é um processo mais usado em escala laboratorial para recuperação de micro-organismos suspensos. A grande vantagem dessa metodologia é a separação de células sem o uso de substâncias químicas. Comparado à floculação, a centrifugação consome muito mais energia elétrica. O processo de centrifugação fornece um material espesso com baixo teor de umidade comparado com a floculação. Entretanto, os equipamentos em larga escala disponíveis para separação de microalgas por centrifugação são muito caros e consomem grande quantidade de energia. Cultivos mais concentrados são mais fáceis de separar por centrifugação e, desta forma, os cultivos de fotobiorreatores apresentam grande vantagem para a separação de uma forma geral. Na Fig. 1 pode-se observar o aspecto da biomassa de microalgas durante os processos de separação realizados rotineiramente no NPDEAS - UFPR. 

Figura 1. Aspecto da biomassa de microalgas no cesto da centrífuga durante processo de separação.

FILTRAÇÃO: Processos de filtração em larga escala normalmente utilizam filtros prensa. Esses equipamentos são eficientes para separação de microalgas, contudo consomem muito tempo. Além disso, filtros prensa dimensionados para o tamanho da microalga e para atender escala de produção comercial são equipamentos muito grandes, caros e com alto consumo energético.

            O NPDEAS vem trabalhando no aprimoramento da separação da biomassa de microalgas produzida em fotobiorreatores. Atualmente, utilizamos o acoplamento de diferentes operações unitárias de modo a ganhar eficiência na separação e diminuir consumo energético. Confira essa tecnologia pelo link: "ACOPLAMENTO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS".