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Pesquisa registra conjunto de métodos que eleva em 150% a produção do combustível renovável, apoiando um caminho para a viabilidade comercial
por Camille Bropp – Ciência UFPR | Vista pelo microscópio, a microalga Tetradesmus obliquus aparece como um amontoado de losangos verdes vibrantes. Isso porque, apesar de ter somente uma célula — em formato de losango —, essa alga verde costuma formar colônias de quatro a até oito células. Daí o “tetradesmus” e o “obliquus” do nome: porque tendem a formar grupos de quatro microalgas coladas por seus lados diagonais.
O formato lúdico esconde um superpoder que a biotecnologia começou a investigar há cerca de 80 anos. A microalga consegue transformar resíduos em hidrocarbonetos puros, os compostos orgânicos usados como combustíveis, que motores convencionais conseguem aproveitar sem necessidade de modificação mecânica. Ou seja, são matéria-prima inusitada de um diesel de composição química e propriedades físicas semelhantes às do diesel de petróleo, mas cujo consumo gera menos impacto ambiental.
A dificuldade de produção em grande escala tem sido um dos entraves do diesel de microalgas — os outros são o custo de produção, que hoje supera em mais de 30 vezes o preço dos combustíveis de petróleo, o gasto energético e a necessidade de refino especial. Ainda assim, a expectativa sobre esse combustível renovável para a próxima década é grande. O motivo pelo qual tem sido chamado de diesel verde, e não biodiesel, é porque pode ser usado puro no motor da mesma forma que o combustível fóssil.
O consolidado dos estudos de viabilidade das microalgas como biocombustível foram destacados recentemente pela editora Springer Nature, no livro Microalgae horizons, editado por pesquisadores do Núcleo de Pesquisa e Desenvolvimento de Energia Autossustentável (Npdeas) da Universidade Federal do Paraná (UFPR): Ihana Aguiar Severo, Juan Carlos Ordóñez, André Bellin Mariano e José Viriato Coelho Vargas. Na obra, os autores mencionam o uso de fotobiorreatores fechados e compactos como o estado atual da tecnologia.
A base para essa afirmação está no avanço na escala de produção de diesel verde que foi registrado pelos laboratórios do Npdeas. Os resultados da pesquisa foram publicados anteriormente no periódico Journal of Environmental Management por parte dos editores do livro. Por meio da melhoria de processos, o grupo conseguiu elevar em 150% a produção laboratorial de diesel com base de microalgas. Isso significa uma transição da produção em escala de laboratório (também chamada de escala de bancada) para uma em escala piloto industrial.
Em termos numéricos, o processamento da matéria-prima por vez, que é de geralmente entre 20 gramas e um quilo de biomassa no laboratório, se mostrou possível no Npdeas com cerca de 13,5 quilos em escala piloto. Com um quilo de biomassa, se produz cerca de 63 gramas de diesel verde. Já com 13,5 quilos, o óleo destilado que é obtido chega a quase 285 gramas.
A escala piloto é um estágio de transição até se chegar a um produto para comercialização. Também aproxima a pesquisa acadêmica da realidade de uma planta de produção industrial. Assim, com esse passo, o Npdeas ajuda a dar um norte científico e para políticas públicas a fim de que o diesel verde de microalgas se torne um produto viável.
“Para que esse tipo de biocombustível se torne uma alternativa competitiva aos combustíveis fósseis tradicionais, precisa ser produzido em quantidade industrial. Na UFPR, estamos na frente nesse tipo de pesquisa no Brasil, especialmente no que diz respeito à aplicação em escalas maiores”, avalia Ihana Severo, pesquisadora de pós-doutorado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais (Pipe) da UFPR, ao qual o Npdeas é vinculado.
Proposta da pesquisa passa por otimização de processos
A equipe do Npdeas chegou a esse resultado combinando processos que abrangem novas tecnologias em reatores e em refinamentos (purificação) químicos para a extração do óleo diesel de microalgas.
Reatores são dispositivos que permitem administrar reações físicas e químicas. Para produzir o diesel de microalgas na microusina, são usados dois reatores. O fotobiorreator é usado no rápido cultivo de microalgas para a formação da biomassa. Já o reator de extração é usado na obtenção do óleo diesel.
Inaugurado há cerca de dez anos em Curitiba, o fotobiorreator do Npdeas é um dispositivo inovador que tem permitido aos pesquisadores avançarem na ciência de biomassa de microalgas. A estrutura tubular — composta de 3,5 quilômetros de tubos transparentes — é compacta, ocupando dez metros quadrados de área.
Essa infraestrutura fornece um ambiente ideal e controlado para o crescimento de grandes volumes de microalgas em curto espaço de tempo. É no espaço fechado que as algas Tetradesmus obliquus recebem luz solar, gás carbônico e nutrientes retirados de dejetos suínos. Dessa forma o fotobiorreator produz 13,5 quilos de biomassa seca de microalgas em 15 dias, o que equivale a cerca de 900 gramas por dia.
O segundo reator é um equipamento de laboratório que faz a extração do óleo com uso de solvente a quente. O dispositivo mistura a biomassa de microalgas seca com solventes — na pesquisa foram testados hexano e etanol —, mantendo constantes a temperatura de 50 °C e a rotação da mistura.
Dessa forma o reator rompe as membranas celulares da microalga, o que libera o óleo que dão origem ao combustível. A mistura meio a meio dos solventes foi a que atingiu maior rendimento de massa (6,5%).
Esses solventes foram escolhidos por trazerem vantagens para a produção do diesel.
“A proposta de usar uma mistura de hexano e etanol para a extração de óleo da biomassa de microalgas é considerada mais sustentável devido às características complementares desses solventes. O hexano é eficiente na extração de lipídios, enquanto o etanol, além de ser menos tóxico, é uma alternativa mais sustentável. Especialmente se derivado de fontes renováveis, como biomassa ou cana-de-açúcar”, afirma Iago Costa, doutor pelo Pipe e um dos autores do artigo.
Outra proposta do estudo está no refino do óleo bruto de microalgas. A técnica utilizada, a destilação fracionada eficiente, usa uma vidraria de laboratório para isolar e purificar hidrocarbonetos específicos. Isso melhorou as propriedades do combustível, o que indica que a técnica pode ajudar a aumentar o poder calorífico do diesel de microalgas em cerca de 25%.
Capacidade energética do óleo de microalgas está na mesma faixa do diesel fóssil
O óleo destilado de microalgas é composto principalmente de alcanos (parafinas) e alcenos (olefinas). Esses são compostos que formam misturas de cadeias de carbono curtas (C6–C12, similares à gasolina) e cadeias longas (C13–C20, similares ao diesel fóssil).
Para ser considerado combustível, um composto precisa liberar uma quantidade de energia adequada quando entra em combustão nos motores. Por litro, o diesel contém mais energia (maior densidade energética) do que a gasolina, por isso é usado em veículos pesados. O estudo demonstrou que o poder calorífico do óleo de microalgas se enquadra na faixa típica do diesel de petróleo.
“Isso garante que ele pode ser usado como substituto sem comprometer o desempenho dos motores, pois oferece uma capacidade energética similar”, explica Iago Costa. O termo técnico que define essa característica é “drop-in”, que em inglês significa algo como “é só jogar dentro”.
Os desafios que a produção comercial de diesel de microalgas tem pela frente
Segundo os pesquisadores, a projeção é que as reduções mais drásticas de custo de produção para o diesel com base de microalgas ocorram daqui a dez ou 15 anos.
Trata-se de uma previsão difícil, porque depende não só da tecnologia, mas do andamento do mercado de petróleo e dos incentivos aos combustíveis renováveis. Ambos são fatores relacionados a questões globais e a visões políticas.
“Eu diria que a viabilidade econômica está melhorando aos poucos. A passos lentos, vamos dizer assim, à medida que a tecnologia avança e os processos se tornam mais eficientes. No entanto, é arriscado dizer que isso vai de fato ser resolvido, superado”, acredita Ihana Severo.
“Estamos falando de células microalgas microscópicas para produzir biocombustível na tentativa de atender uma enorme demanda. Mas estamos vendo progressos que nos dão esperança de que o custo de produção continue a cair”.
Este texto foi originalmente publicado pela Ciência UFPR, de acordo com a licença CC BY-SA 4.0. Este artigo não necessariamente representa a opinião do Portal eCycle.
