Mamona e a produção de biodiesel
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Um estudo desenvolvido pela COPPE/UFRJ, através do núcleo de pesquisa Centro Clima, identifica as microalgas como fonte com alto potencial energético para a produção de biocombustíveis e de ...

Um estudo desenvolvido pela COPPE/UFRJ, através do núcleo de pesquisa Centro Clima, identifica as microalgas como fonte com alto potencial energético para a produção de biocombustíveis e de energia elétrica, apontando-as como os organismos fotossintetizantes mais eficazes no processo de conversão da energia luminosa em energia química.

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Mamona e a produção de biodiesel Mamona e a produção de biodiesel Document Transcript

  • MICROALGAS: Fonte de Energia para o Brasil? Marco Antônio Azevedo, Econ. Alfa Consortium - azevedo.marco@alfaconsortium.com Alexandre d’Avignon, D.Sc. PPE- COPPE/UFRJ – davignon@ppe.ufrj.br Marlise A. V. Araújo, D.Sc Alfaconsortioum. - marlise@esp.puc-rio.br Sérgio Campos Godoy, M.Sc. Alfaconsortioum - sergiog.campos@gmail.com Abstract A produção de biocombustíveis e “energias limpas” têm sido apontadas como um dos grandes desafios tecnológicos para viabilizar o desenvolvimento sustentável no século XXI. As microalgas são os organismos fotossintetizantes mais eficazes no processo de conversão da energia luminosa em energia química. Desta forma, são indicadas como substrato com alto potencial energético para a produção de biocombustíveis e energia elétrica. No entanto, para a obtenção dessa biomassa em larga escala, economicamente viável, é preciso obter estirpes que sintetizem altos teores de ácidos graxos e sejam adaptáveis ao cultivo no semi-árido do nordeste brasileiro, para que não haja uso de solos agriculturáveis, e desenvolver um sistema que sustente uma cadeia robusta para a produção industrial. O presente trabalho pretende apresentar um modelo para otimizar a cadeia de produção de energia e biocombustíveis de microalgas em larga escala Palavras-chave: Microalgas, Energia, Biodiesel, Metano, BioQAV, Bioplantas I – Introdução A primeira menção ao uso de algas para a produção de biocombustíveis ocorreu em 1950 no MIT. Entre 1980 a1995 o United States Department of Energy e o National Renewable Energy Laboratory (NREL) desenvolveram o Algae Species Program (ASP) (Benemann, 2008), até hoje considerado um marco referente ao assunto. O cultivo de algas vem apresentando uma série de modalidades e o ultradenso de microalgas com alto teor de óleo, em larga escala, parece ser o que mais exigiria inovações tecnologicas para obtenção da produtividade satisfatória. Pesquisadores e instituições envolvidas nas áreas afins, ao considerarem as conquistas recentes da biotecnologia (engenharia metabólica, genômica, proteômica, metabolômica, nutrigenômica, bioinformática, desenho de bioreatores, etc.), assinalam que o cultivo 1
  • ultradenso será viável, em pouco tempo1. Vários experimentos descrevem o potencial de produtividade em biomassa e teor de óleo, independentemente do uso energético. Até fevereiro de 2008 foram identificadas e caracterizadas algumas espécies selvagens que apresentam grande potencial. Alguns destes genomas foram seqüenciados e obtidas estirpes geneticamente modificadas (Mayfield, S., 2008). Atualmente, só existem técnicas para cultivo em pequena escala. Para desenvolver o cultivo em larga escala é necessário isolar e caracterizar outras espécies, além de aprimorar ferramentas genéticas em busca de características específicas. Paralelamente é necessário desenvolver novos métodos de aqüicultura, processos para colheita, extração e conversão do óleo. São muitos os desafios para a produção em larga escala e a escolha do processo de cultivo dependerá do fomento e do interêsse de instituições públicas e privadas no tema. A opção, por exemplo, de implantar o cultivo comercial de microalgas de origem marinha em áreas em processo de desertificação, como no semi- árido do Brasil, distante do litoral, permitirá reduzir os índices de contaminação, seja por outras microalgas estuarinas, marinhas e hipersalinas, seja por espécies continentais, que não sobrevivem em água salina. O diferencial da aqüicultura de microalgas em larga escala no Brasil está na localização geográfica (próxima ao Equador), que possibilita a irradiação solar em níveis excelentes, na mesma região dos aquíferos salinos, cuja outorga não conflitua com outros usos. Os recursos naturais e humanos, a experiência dos pesquisadores,o estado-da-arte das pesquisas com microalgas, incluindo algumas estirpes já sequenciadas ou em processo de finalização e a diversidade das espécies endógenas com potencial para produção de altos teores de lipídios são outros elementos importantes. A estes pode-se ainda associar a capacidade de desenvolver sistemas de cultivo tecnologicamente avançados, com alto desempenho e baixo custo e a existência de uma infra-estrutura logística. A implementação de projeto para desenvolvimento deste tema demanda inicialmente um Centro Nacional de Pesquisa Avançada em Ficologia com o objetivo proceder a bioprospecção de novas espécies para processos industriais de 1 “Economics of producing microalgal biodiesel need to improve substantially to make it competitive with petrodiesel, but the level of improvement necessary appears to be attainable” (Chisti 2007); 2
  • cultivo, colheita e extração do óleo. Neste contexto, faz-se necessário o desenvolvimento de rotas tecnológicas de conversão do óleo extraído para os biocombustíveis. II - Cadeia de biocombustíveis baseada em Microalgas A colheita da biomassa das microalgas não segue regime de safras, pode ser realizada diariamante, pois tem um tempo de geração de poucas horas, o que permite cultivos contínuos. Não são necessárias áreas aráveis ou água potável, não competindo, portanto, com a agricultura, animais ou pessoas pela sua outorga. A biofixação de CO2 é outra característica deste cultivo, tornando neutro em carbono o biocombustível de óleo das microalgas. Após a colheita e extração do óleo, os meios de cultura são diretamente reaproveitados ou reciclados, os resíduos usados na produção de biogás por digestão anaeróbica e posterior co-geração de energia elétrica, para uso no próprio processo de cultivo, utilizando-se o CO2 gerado pela combustão do biogás na aquicultura das próprias microalgas de forma a incrementar seu crescimento. Este potencial de reaproveitamento pode ser incorporado às outras receitas, como da comercialização dos biocombustíveis, dos subprodutos da biomassa e da biodigestão. O modelo da cadeia produtiva proposto baseia-se no encadeamento dos setores responsáveis por cada etapa do processo (Fig.1). Esta configuração pressupõe eficácia do balanço energético, reciclagem contínua dos meios de cultura, escoamento da produção e aproveitamento do metano como fonte para produção de energia elétrica juntamente com os resíduos de biomassa. Figura 1 Esquema simplificado do cultivo de microalga e a reciclagem e uso de subprodutos Biocombustível Óleo de Lab. de Tanque Tanque de Tanque de Alga Cultivo Mãe Crescimento Engorda Águas + Nutrientes H2 0 / Nutrientes Produção de Recuperação da Processamento da Iluminação Biomassa Biomassa Biomassa CO2 Energia para Processo de Biomassa Biogás (Metano) Energia para Grid Processamento da Geração de Energia Biomassa Seca 3 Efluentes: Fertilizante Fonte: elaboração própria Irrigação
  • A eficiência de conversão da energia solar em energia química na maioria das espécies vegetais é baixa, sendo a cana-de-açúcar a que apresenta maior eficiência de conversão. É relevante a diferença da produção de biodiesel a partir das microalgas em relação às outras plantas como mostra a Figura 2. Na Figura 3, Mayfield (2008) apresenta valores do teor de óleo encontrado em algumas espécies de microalgas. Estes valores ainda não foram demonstrados in situ, sendo extrapolações a partir de dados obtidos em laboratórios. Teor de Óleo de Espécies Selecionadas Comparação entre Eficiências de Colheitas : Volume de Óleo O Exemplo de Biodiesel Espécies % Massa seca Ankistrodesmus TR-87 28 - 40 Área Requerida Botryococcus braunii 29 - 75 Área Requerida para Equiparar Chlorella sp . 29 co mo uma Atual Demanda Percentagem de Chlorella protothecoides Global de Óleo Biodiesel 15 - 55 Fonte de Pla nta Grandeza (autotrófica / heterotrófica ) l / Hect / Ano Milhões hectares de Terra Global Cyclotella DI-35 42 Dunaliella tertiolecta 36 - 42 Soja 446 10932 72,9 Hantz schia DI-160 66 Isochrys is sp. 7 - 33 Colza 1190 4097 27,3 31 Nannoc loris (6 – 63) Mustarda 1300 3750 25 46 Nannochloropsis (31 – 68 ) Nitzschia TR-114 28 - 50 Jatropha 1892 2577 17,2 Phaeodactytum tricomutum 45 33 Óleo de Palma 5950 819 5,5 Sc enedesmus TR -84 (9 59 ) Stichococ cus 31 Alga Baixa 1% 45000 108 0,7 Tetraselmis s uecica 15 - 32 Thalassiosira pseudonana (21 – 31) Figura 2 (Dismuke, 2008) Figura 3 (Mayfield , S., 2008) O óleo das microalgas deve passar por um processo específico de conversão para cada tipo de biocombustível pretendido. Para a produção comercial é preciso viabilizar o cultivo em larga escala de espécies de microalgas que acumulem o máximo de lipídios. Através do manejo das condições de cultivo (nutrientes, por exemplo), diversas espécies podem ser induzidas a sintetizar e acumular altas concentrações das biomoléculas de interesse para a produção de cada combustível pretendido. Para a produção de biocombustíveis, os lipídios de interesse corresponde ao Triacilglicerol ou Triacilglicerídeo, um tri-éster oriundo da combinação do glicerol ácidos graxos (ácidos carboxílicos de longa cadeia alquílica) como palmitico, olêico e alfa-inolênico. A seguir é apresentado um conjunto de funções essenciais para o desenvolvimento deste conhecimento, para a construção de um modelo robusto de produção de microalgas. 4
  • III - Modelo para o Criação da Cadeia Energética Baseada em Microalga III. a – Bioprospecção Compreendida como o isolamento, seleção e caracterização morfofisiológica das espécies nativas promissoras para acumularem lipídios. A bioprospecção deverá agregar estudos das coleções dos herbários exitentes, para levantamento dos grupos taxonômicos ou espécies de algas mais promissoras, análises de caracterização do perfil fisiológicos das estirpes selecionadas, um sistema de banco de dados e uma fitoteca para o armazenamento das matrizes de interesse. As análises morfofisiológicas deverão ser realizadas a partir da revisão da literatura corrente, o que permitirá avaliar o estado da arte sobre os protocolos de procedimentos e técnicas a serem empregadas. III. b – Otimização das estirpes para cultivo ultrodenso Posteriormente à caracterização morfofisiológica é possível empregar técnicas de melhoramento genético para aumentar a produtividade das culturas e a resistência às pragas e variações climáticas. De forma geral, as microalgas selvagens produzem baixo teor de lipídios neutros. Para otimizar a síntese destes lipídios torna-se necessário o uso de manipulação genética. Embora a transgenia em microalgas ainda esteja em fase inicial, desde a década de 80 artigos têm relatado bons resultados para a transformação estável genomas (Boynton, J.E. et al. 1988; Fernandez, E. et al., 1989; Debuchy, R. et al., 1989). Recentemente, o progresso no desenvolvimento de estratégias moleculares e análises de processos celulares revela a possibilidade de manipular as estirpes para obtenção de fenótipos adequados à produção das energias renováveis. (Fuhrmann, 2002; Léon-Bañares et al., 2004). A implantação e manutenção de banco de dados das culturas de microalgas auxiliará o estudo de espécies isoladas e a seleção das estirpes a serem utilizadas como organismos teste. III.c – Banco de Culturas Mono especificas de Microalgas É fundamental a organização de um banco de culturas mono especificas de microalgas que funcione como um centro depositário das estirpes isoladas e das estirpes-patentes ou envolvidas em processos de patenteamento. Este banco de culturas deverá atender as qualificações que o habilitarão a se tornar 5
  • um centro de referência para as estirpes que nele forem depositadas, assumindo a responsabilidade de desenvolver protocolos, restrições e controlar a transferência do material coletado para terceiros. A obtenção de patentes de processos que utlizam linhagens microbianas, ou mesmo de linhagens de organismos geneticamente modificados (OGM.s), está amparada pela Lei de Patentes Brasileira (Lei nº. 9.279, de 14 de maio de 1996). São considerados patenteáveis a gama das modernas biotecnologias e os microrganismos transgênicos que atendam a três requisitos previstos no art. 8 dessa Lei: novidade, atividade inventiva e aplicação industrial. Também devem respeitar a Lei nº 11.105/2005 e o Decreto 5.591/2005. A Propriedade Intelectual abrange cultivares, desenvolvimento de novos produtos e idéias, esforço intelectual, capacidade inventiva e investimentos na concepção e criação. A transferência de espécies pelo Banco de Culturas pode vincular-se à transferência do conhecimento de outros pesquisadores sobre as microalgas mais estudadas, inclusive seqüenciadas geneticamente. Este relacionamento pode antecipar e reduzir o custo do desenvolvimento de espécies em fase de bioprospecção, utilizando-se as características e experiências das microalgas mais estudadas. III.d– Parâmetros relevantes para o cultivo ultradenso de microalgas Considerando-se todos os fatores que influenciam a eficiência da fotossíntese, torna-se crucial conhecer como cada um deles influencia a taxa de conversão energética das espécies de interêsse. Dentre estes, vale mencionar: o ponto máximo de saturação de luz para a produção fotossintética máxima, a relação teor de clorofila, condições de cultivo e a taxa de conversão, o comportamento metabólico sob diferentes condições de luminosidade e densidade populacional. Algumas avaliações exigem acompanhamento constante como é o caso de possível saturação de níveis do oxigênio dissolvido que pode causar danos ao mecanismo fotossintetizante. Para este parâmetro, é relevante a variação de temperatura entre o dia e a noite. Ela não pode apresentar grandes amplitudes, sob pena de causar as denominadas “chilling injuries”, que podem levar à morte as microalgas. Este problema pode ser contornado pela implantação das fazendas de cultivo no semi-árido, que por suas características geográficas apresenta pequena variação entre as 6
  • temperaturas diurnas e noturnas. Na Figura 4a observa-se os índices de insolação do semi-árido, que assemelha-se às maiores do mundo, com a imensa vantagem de não ser área desértica com grande variação de temperatura entre o dia e noite. Por fim, na Figura 4b apresenta-se a insolação média diária para cada mes do ano e para todo o ano2. Os dados mostram que a insolação no semi-árido alcança 6,78 kWh/m2/dia em outubro e um mínimo de 4,78 em abril, valores considerados excepcionais para o cultivo das microalgas. P a rn a íb a ( 2 .9 0 5 ° S , 4 1 .7 7 7 W ) – P ia u i – 6 8 2 .1 8 K m (1 ) – S U N D A T A V 1 .0 - in s ol a ç ã o , e m k w h / h /m 2 / d ia n o p la n o h o ri z o nta l - C o o r d e n a d a s fo rn e c id a s : L a ti tud e : 3 , L o n g itu d e : 4 0 - M é d ia = 5 , 6 8 k W h /m 2 / d ia x 3 6 5 d i a s = 7 . 0 7 3 M M B T U m 2 / a n o (T ota l s o la r I rr a d i a n c e ) = F ig u ra 4 a 7.4 63 M J m 2/ a n o F ig u ra 4 b Fonte: Matthias Loster, 2006 ofixação de CO2 IIIIe-Bi Microalgas são fixadoras eficientes de carbono atmosférico através da fotossíntese. Estima-se que cada tonelada de biomassa de alga produzida consuma 1,83 t de CO2. Isso representa dez a vinte vezes mais do que o absorvido pelas culturas de oleaginosas. Algas como Nannochloropsis oculata e Thalassiosira weisflogii, testadas em laboratório na - Fundação Universidade Federal Rio Grande (FURG), apresentaram altas taxas de fixação de carbono, com valores no mínimo duas vezes mais altos quando comparados aos resultados de outras espécies testadas, uma absorção aproximada de 17 a 32 ton C ha-1 ano-1. É fundamental que sejam conhecidos e controlados os fatores que influenciam o ciclo de vida e as vias metabólicas das estirpes de interesse. Para que determinada quantidade de energia luminosa seja convertida em energia química e em óleos, uma cepa que sintetize altos teores de óleo irá produzir menores percentuais de proteinas e carboidratos, reduzindo a taxa de crescimento. 2 base do programa SUNDATA v.1 7
  • Nestes processos irão também influir a disponibilidade de nutrientes, ph, salinidade, concentrações de CO2e O. No modelo de produção que está sendo proposto, prevê-se a separação do cultivo em duas etapas, crescimento e engorda, o que facilita a administração de CO2, pois maximiza-se na fase de crecimento a biofixação do CO2 (com síntese de carboidratos para crescimento das microalgas), e na engorda, a síntese de lipídios e consequente produção de óleo. III.f – Desenvolvimento dos sistemas de cultivo Uma das técnicas a serem utilizadas no semi-árido, dentro dos lagos de cultivo, é o sistema de fornecimento de mistura de ar-CO2 denominado de Sistema de Bombeamento por Borbulhamento de Ar (Sistema BBA), que também poderá provocar ciclos helicoidais nos sistemas.O correto fornecimento e administração dessa mistura é vital, inclusive para controle dos níveis de pH do meio de cultura. No semi-arido, a captura de CO2 poderá ser efetuada no próprio local, através da co-geração de energia elétrica com o metano produzido por digestão anaeróbica e queima da biomassa das microalgas após a extração. A alta produtividade em volume é proporcional à densidade celular e à velocidade de crescimento. Neste trabalho, entende-se como Alta Densidade Celular (ADC) e Ultra Alta Densidade Celular (UADC) concentrações celulares, respectivamente, de (>8-15g/l) de biomassa seca para a primeira e (>15-80g/l) para a segunda. Ainda não se definiu um sistema ideal para cultivo em larga escala, que pode ser feito em fotobioreatores fechados ou lagos de cultivo abertos. Há limitações para ambos os sistemas e, embora possam ser individualmente resolvidas, não tem havido possibilidade de combinar soluções gerais, pois não são aditivas, mas excludentes. Inúmeras soluções têm sido propostas para incremento da produtividade (Grobbelaar 2000; Suh and Lee 2003; Torzillo et al. 2003; Carvalho et al. 2006), inclusive aumento das condições de salinidade, nutrição e alcalinidade (Lee 2001) e a utilização de cobertura transparente sobre os lagos de cultivo (Hase et al. 2000). Grande parte dos pesquisadores concorda que a produção de biocombustíveis não suportaria os custos fotobioreatrores fechados. Devem ser desenvolvidas tecnologias específicas para o semi-árido, unindo as vantagens dos sistemas 8
  • abertos e dos fechados, maximizando a absorção de luz e consequente produtividade. Estas tecnologias envolveriam otimização de desenho e geometria, automação, monitoramento, membranas, dissorção de O2, controles do CO2 e de pH, controle da evapotranspiração e da evaporação, manutenção da temperatura nos meios de cultura para o dia e para a noite através de trocadores de calor. A saída do caldo com a biomassa e óleo, a biofloculação, a centrifugação e a extração do óleo também devem ser aprimorados. A biomassa, após extração do óleo, será transportada para biodigestores através de dutos, assim como os lipídios neutros para as usinas de conversão. O restante do caldo volta diretamente aos lagos de cultivo ou segue para reciclagem. VI – Tecnologias de Separação e Extração A membrana citoplasmática, estrutura vital para qualquer tipo de célula, é uma barreira que separa o conteúdo celular do meio externo, permitindo que as células concentrem metabólitos específicos em seu interior. A separação da biomassa do meio de cultura compreende etapas, como: a separação da biomassa do meio por centrifugação e peneiramento, a extração do óleo do interior da membrana, que depende de meios físicos e químicos, o transporte em dutos separados do óleo e da biomassa após a extração, transportada em meio fluído até o digestor anaeróbico. A colheita tem um custo que pode representar de 20 a 30% do total do custo de produção das microalgas (Chisti, Y., 2007). Como as microalgas são tipicamente pequenas, com diâmetro de 3 – 30 µm, e o meio de cultura pode ser diluído a menos de 0.5 g l-1., grandes volumes precisam ser processados. Os processos convencionais para colheita incluem a concentração das células por filtração e centrifugação (Molina Grima et al., 2003), fracionamento da espuma (separação das células do meio de cultura usando uma coluna de espuma ascendente, misturando água e ar) (Csordas and Wang 2004), floculação3, filtração das membranas (Rossignol et al. 2000) e separação ultrasônica (Bosma et al. 2003). Todo o processo necessitará o desenvolvimento e/ou adaptação de tecnologias. VII – Localização 3 Após adicionar os coagulantes, as células em suspensão se tornam pequenos flocos (flóculos), decantando em seguida. 9
  • O semi-árido localiza-se em área equatorial em processo de desertificação, com mais de 330 dias de insolação por ano, não sendo incomum a ocorrência de períodos de 700 dias sem chuvas. A disponibilidade de radiação fotossinteticamente ativa (PAR) é excepcional, em consequência da irradiância solar total de 7.463 MJ m2/ano ou 2.073,2 kWh/m2/ano (média de 5,68 kWh/m2/dia x 365 dias) (dados Sundata v.1, Figura 4b). Há efetiva estabilidade térmica acima de 24°C, uniformidade da duração do período diurno em relação ao período noturno e baixa amplitude térmica dos dois períodos climáticos do ano. Os ventos contra-alísios, que se formam pelo aquecimento do ar junto à região equatorial, dissipam a cobertura de nuvens, permitindo que mais luz do Sol aqueça o solo, uma característica típica do sertão e podem alavancar a produtividade das microalgas. Para a maioria das plantas, a temperatura ótima para os processos fotossintéticos está entre 30 e 38ºC, exatamente a do semi-árido. Acima dos 45ºC a velocidade da reação decresce, pois cessa a atividade enzimática. A proposta para a implantação do cultivo no semi-árido pode beneficiar-se de experimentos já realizados utilizando um sistema de turbilhamento vigoroso, possivelmente em círculos helicoidais A hipótese é submeter as células das microalgas ao regime claro e ao escuro de forma uniforme e constante (Molina Grima et al., 1999, 2000, 2001; Sánchez Mirón et al., 1999; Janssen et al., 2003; Richmond, 2004). Este modelo, viabiliza a exposição do maior número de indivíduos em ciclos menores de tempo, controla a fotoinibição e, simultaneamente, a sob-exposição, otimizando altas produtividades de biomassa e concentração de lipídios neutros. VIII - Dimensão Para desenvolvimento em escala comercial, estima-se que um lago de cultivo aberto, com cobertura transparente possa ter as dimensões de 125 metros de comprimento, por 4 metros de largura e 40 centímeros de profundidade útil, portanto 500 m2 de área e 200 m3 de meios de cultura. Nesse meio serão colocados os inóculos (as espécies poderão ser mutantes, apesar de autóctones) para se desenvolverem em duas etapas: na primeira para crescimento, num prazo estimado de cinco dias onde, potencialmente, crescem 32 vezes o tamanho original; na etapa seguinte, de quatro dias, acumulam 10
  • óleo. Uma Unidade Padrão de Implementação (UPI), considerada neste trabalho devido aos parâmetros apresentados, ocuparia uma área bruta de 36 ha. Nela se implantaria 480 lagos de cultivo, ou seja, área útil de 24 ha. Em um ano, cerca de 320 dias seriam de produção e 45 dias seriam disponibilizados para manutenção e ajustes. O tamanho projetado para uma bioplanta é de 360.000 ha (3.600 km2) de área bruta, com 240.000 ha de área útil, de forma a englobar 10.000 UPIs. Esta dimensão viabilizaria, econômicamente, as escolhas técnicas de cultivo, como dutos longos para transporte de água do mar ou de aqüíferos. A Bacia Sedimentar do Parnaíba tem área de 521.000 Km2, portanto ocuparia 0,7% de área em processo de desertificação, sem qualquer conflito com a produção de alimentos. IX – Água A água necessária a uma UTI equivale a 105.600 m3 e 1.056 x 106 m3 para a Bioplanta proposta. A água do mar seria utilizada para enchê-los inicialmente, havendo reciclagem contínua, seja pelo retorno dos inóculos, seja após processamento em lagoas de estabilização. Contudo, a evaporação causada pela alta temperatura, umidade, etc. ainda deverá ser estimada. Acredita-se que a evaporação diária não exceda a 2% do total dos lagos de cultivo. Isto representa 3.168 m3 para cada UPI e 21 x 106 m3/ano para a bioplanta, ou 7.708 x 106 m3/ano. A complementação da água do mar evaporada deverá ser efetuada com águas não salgadas, para não aumentar a concentração do sal nos meios de cultura. O sistema de aquíferos da Parnaíba apresenta disponibilidade potencial de 15.379 (106 m3/ano), com reservas exploráveis de 265,5 m3/s, a que deve ser acrescida a disponibilidade hídrica potencial subterrânea anual do Piauí, de 9.030 x 106 m3/ano. Portanto, haveria água para suprir a evaporação de, pelo menos 3 Bioplantas, quando totalmente implementadas, sem conflito de outorga, pois a demanda por recursos hídricos na área dos aquíferos, estimada para 2025, é inferior a 0,05 m3/s , em face da tendência ao crescimento populacional no período 2000 a 2025 é de perda acentuada, superior a 1% ao ano. 11
  • Outro aspecto relevante é que alguns desses aquíferos apresentam alto teor de salinidade, ferro, dureza, turbidez, grau de eutrofização (resultante do nível excessivo de nutrientes) e presença de substâncias tóxicas e organolépticas que não permitem serem utilizados para qualquer atividade ou para consumo humano, quando considerados os limites estabelecidos pela Portaria 518/04 do Ministério da Saúde, sendo benéficas para microalgas. X – Mercado para Biodiesel e BioQAV Mesmo considerando-se o B20, a demanda de biodiesel no Brasil atinge a cerca de 8 bilhões de litros, o que é pouco em relação o potencial de uma Bioplanta (15.000 Tg de óleo). Há efetiva concorrência, seja de produtores de biodiesel autorizados e relacionados à agricultura familiar, seja do H-Bio da Petrobrás, etc. Por outro lado, a Europa que poderia tornar-se o maior mercado potencial, está sujeita a limitações impostas pelos subsidiados produtores locais de oleginosas, incertezas quanto a efetiva implementação de metas, publicidade negativa das oleaginosas locais competindo por áreas para produção de alimentos, etc. Ambas as situações envolveriam preços de venda do Biodiesel limitados à cotação do barril do petróleo, seja Nymex Crude ou Brent, cuja maior cotação, em maio de 2008, foi de US$ 135,00 US$/bbl. Outro aspecto relevante quanto ao Biodiesel refere-se a conversão do óleo das microalgas, seja por esterificação ou transesterificação, tecnologias bem conhecidas que, no caso da Rota Etílica, requer a utilização de álcool. A produção do Biodiesel se condicionaria ao cultivo da cana e grande disponibilidade de álcool. Quanto ao BioQAV (bio querosene para a aviação comercial), estima-se que, dificilmente, três Bioplantas, mesmo produzindo a plena capacidade, poderiam suprir um drop in4 conservador de 20% para a indústria de aviação, sendo projetado pelo U.S. Federal Aviation Administration’s - FAA’s AEDT System for assessing Aviation’s Global Emissions (AEDT/SAGE) um mercado de 60.000 Tg 4 Drop in – Combustível a ser misturado ao QAV fóssil, certificado em âmbitos nacional e internacional para mistura ao querosene de aviação – Jet Fuel – nas proporções autorizadas pelos fabricantes, em FLEX FUEL AIRPLANES – aparelhos autorizados pelos seu fabricantes e de turbinas a utilizarem diversas misturas de combustíveis alternativos. 12
  • para combustíveis alternativos nessa data, pois cerca de 26.000 novos aviões serão comercializados até 2025, segundo a Boeing Co. Como comparação, projeta-se que três Bioplantas produziriam 45.000 Tg, por volta de 2020, face o prazo para implementação. As emissões associadas de CO2 (Tg), sem levar em conta outros gases como NOx e efeitos das emissões potencializados pela altitude, seriam em 2015, respectivamente, de 58.555 Tg de CO2 abaixo de 3.000 pés, 718.036 Tg de CO2 acima de 3.000 pés e 776.591 Tg de CO2 como um todo, superiores em 36% a 2000. Esta situação, necessariamente, será penalizada principalmente pela Europa, cujo Parlamento votou emendas na Diretiva 2003/87/EC pela inclusão dessa indústria a partir de 01 de janeiro de 2011 como participante do mercado europeu de emissões, sujeita a alocações e, simultaneamente, a apresentar fuel efficiency de acordo com o indicador de 3,5% ao ano, a título de redução de emissões, medidas em termos de RTK (Revenue Ton Kilometer). O BioQAV é a opção desejada por toda essa indústria. No momento, a indústria da aviação é responsável por cerca de 2,2 % das emissões mundiais totais de CO2, e cerca de 12% de todas emissões relacionadas a transportes, além de emitir uma série de outros gases nocivos. O custo de emissão traduzir-se-á num valor a ser agregado ao preço do BioQAV, pela mitigação de CO2 e, eventualmente, poderá proporcionar Reduções Certificadas de Emissões (RCEs) relacionadas ao Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL). As Bioplantas podem gerar uma significativa redução de emissões, com peso institucional e enorme visibilidade para as empresas aéreas que o adquirirem. Eligibilidades para emissão de RCEs podem ser, entre outras: pela fixação de CO2 no cultivo de microalgas; pela emissão de metano evitada pela utilização da biomassa nos biodigestores; pela co-geração de energia elétricapor fonte renovável; pela substituição de querosene de aviação de origem fóssil por BioQAV; pela substituição de derivados de petróleo de origem fóssil pela produção de plásticos, reduzindo as emissões. XI– Conclusão - Microalgas: fonte sustentável de diversas formas de energia 13
  • As dificuldades e incertezas tornam-se riscos aceitáveis, face os benefícios sociais, através da contratação de grande número de trabalhadores, inclusive a nível de pós-graduação, e pelos investimentos maciços que serão aportados com forte impacto distributivo pela geração de renda em área em processo de desertificação que, segundo a ONU, ocupa 1.338.076 km² (15,72% do território brasileiro), onde habitam 31,6 millhões de habitantes (18,65% população brasileira), viabilizando a sustentabilidade macroeconomica do semi-árido e integração regional. Um dos pontos fortes da proposta, além de sua importância econômica e símbolo de status tecnológico, é a certa previsibilidade em relação aos fatores internos e externos. Um dos pontos fracos é a obtenção de um mínimo teor de óleo de densidade de cultivo que justifique os investimentos na bioplanta. Os riscos são proporcionais ao tamanho dos investimentos, que não são poucos. Apesar dos riscos do negócio em si, os fornecedores de grandes aeronaves comerciais, os operadores de companhias aéreas, as inúmeras iniciativas internacionais que buscam combustíveis alternativos e redução de emissões de GEEs, representações como IATA e demais envolvidos apresentam um ambiente externo extremamente favorável e receptivo à proposta, em face dos números que a tecnologia pode render em termos de operação e custo do assento por quilômetro. As próprias companhias petrolíferas poderão compactuar, pelo altíssimo interêsse ambiental, visibilidade de marketing, econômico e de compliance quanto à mitigação do aquecimento global. Há que se considerar a possibilidade de parcerias. As microalgas podem se tornar uma oportunidade, desde que haja competitividade de custo de produção e visão estratégica de mercados. Há muito trabalho a desenvolver, pois o futuro dos aviões, inventados por brasileiros, poderá depender da tecnologia nacional. XII-Referências Bibliográficas Benemann, J. R., Overview: Algae Oil to Biofuels, National Renewable Energy Laboratory- Air Force Office of Scientific Research Workshop on Algal Oil for Jet Fuel Production – February, 2008; 14
  • Carvalho A. P., Meireles L. A., Malcata F. X., Microalgal reactors: A review of enclosed system designs and performances. Biotechnology Progress 22: 1490-1506, 2006; Chisti, Y., Biodiesel from Microalgae, Biotechnology Advances, 25, pg. 294-306, 2007; Csordas A., Wang J. K., An integrated photobioreactor and foam fractionation unit for the growth and harvest of Chaetoceros spp. in open systems. Aquacul Engineer, 30: 15–30, 2004; Grobbelaar, J. U., Physiological and technological considerations for optimising mass algal cultures. J. appl. Phycol. 12: 201-206, 2000; Hase R., Oikawa H., Sasao C., Morita M., Watanabe Y., Photosynthetic production of microalgal biomass in a raceway system under greenhouse conditions in Sendai city. Journal of Bioscience and Bioengineering 89: 157-163, 2000; Mayfield, S., Algal Model, National Renewable Energy Laboratory-Air Force Office of Scientific Research Workshop on Algal Oil for Jet Fuel Production - February, 2008; Molina Grima E., Belarbi E-H., Acién Fernández F. G., Robles Medina A., Chisti Y., Recovery of microalgal biomass and metabolites: process options and economics. Biotechnol Adv 20:491–515, 2003; Richmond A.. Biological principles of mass cultivation. In: Richmond A, editor. Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied phycology. Blackwell; p. 125–77, 2004; Sánchez Mirón A., Contreras Gómez A., García Camacho F., Molina Grima E., Chisti Y., Comparative evaluation of compact photobioreactors for large-scale monoculture of microalgae. J Biotechnol, 70:249–70, 1999; Suh S., Lee S. B., A light distribution model for an internally radiating photobioreactor. Biotechnology and Bioengineering, 82:180-189 2003; Torzillo G., Pushparaj B., Masojidek J., Vonshak A., Biological constraints in algal biotechnology. Biotechnology and Bioprocess Engineering 8: 338-348, 2003; 15