Uma das atividades do NPDEAS consiste no desenvolvimento da tecnologia para cultivo de microalgas em fotobiorreatores tubulares compactos. Os estudos compreendem tanto estudos em escala laboratorial quanto a produção em larga escala de biomassa de microalgas.
A produção de larga escala é realizada em fotobiorreatores tubulares compactos desenvolvidos e patenteados pelo NPDEAS desde 2010. Os equipamentos são compostos por tubos transparentes totalizando 3,5 km em cada unidade (Fig. 1). Trabalha-se com volumes de mais de 10 mil litros em utilizando apenas 10 metros quadrados em cada um dos reatores.
Figura 1. Fotobiorreator Tubular Compacto em operação no NPDEAS - UFPR
Os cultivos de microalgas estão sendo realizados em processo semi-contínuo com coletas periódicas de material. Os equipamentos são robustos e a nossa tecnologia permite a operação e produção de biomassa sem a necessidade de qualquer processos químico ou físico de esterilização. Desde os primeiros cultivos não foi observado qualquer diminuição da produtividade ou interrupção dos cultivos devido a problemas como contaminação.
A formação de biofilme constantemente é relatada na literatura como sendo um problema para os cultivos em fotobiorreatores. Isso é devido ao fato de que a película formada por células nas paredes dos tubos transparentes impede a passagem de luz e, desta forma, diminui a iluminação interna afetando a produtividade. O NPDEAS resolveu este problema e nossos equipamentos apresentam a versatilidade de recuperar o biofilme dos fotobiorreatores sem a necessidade de interromper os cultivos em andamento. Assim, conseguimos operar os fotobiorreatores por longos períodos e toda o biofilme formado durante os cultivos é aproveitado aumentando em muito a produtividade geral do complexo.
Na Fig. 2 pode-se observar os reservatórios que foram utilizados para recolher o biofilme dos fotobiorreatores. Todo esse material foi processado para recuperação de biomassa através de processos de centrifugação direta, ou ainda, através do acoplamento de operações unitárias como a floculação e centrifugação.
Figura 2. Biofilme coletado dos Fotobiorreatores aguardando o processamento.
A biomassa centrifugada pode ser observada nas Fig. 3 e 4. Nela o Engenheiro de Bioprocessos Nelson Selesu (mestrando do PIPE - UFPR) retira o excesso de umidade previamente a pesagem.
Figura 3. Remoção do excesso de umidade da biomassa de microalgas.
Figura 4. Remoção do excesso de umidade da biomassa de microalgas.
Após eliminar o excesso de umidade a biomassa de microalgas é levada ao laboratório para pesagem e coleta de amostras para análise. Nas Fig. 5 e 6 pode-se observar o Biotecnólogo (mestrando do PIPE - UFPR) Bruno Miyawaki durante a pesagem da biomassa.
Figura 5. Biomassa recuperada do biofilme durante o processo de pesagem no laboratório de biotecnologia.
Figura 6. Detalhe da biomassa durante o processo de pesagem no laboratório de biotecnologia.
A coleta do biofilme dos fotobiorreatores é realizada periodicamente e contribui para o aumento da produtividade de biomassa de microalgas no NPDEAS. Essas imagens apresentadas neste documento referem-se ao biofilme coletado de 2 fotobiorreatores em operação parcial. Ao todo foram gerados 3 vezes a quantidade apresentada nas Fig. 5 e 6.
Vale ressaltar que para atingir essas produtividades o NPDEAS não fez uso de gás carbônico de origem fóssil. Nas nossas condições operacionais foi utilizado apenas o gás carbônico presente no ar atmosférico injetado no sistema graças a grande eficiência em aproveitamento de gases nos fotobiorreatores tubulares compactos.