Das Microalgas ao Biodiesel Oficinas de Verão
Angelina Pinto (Visionarium)
Joaquim C.G. Esteves da Silva
Faculdade de Ciências
Universidade do Porto | Julho 2009
2
ÍNDICE
1. CULTURA DE MICROALGAS………………………………………………………3
1.1 O que são algas?.....................................................4
1.2 Microalgas……………………………………………………………………….4
1.3 Procedimento Experimental……………………………………………6
1.3.1 Observação Microscópica (MOC) e Microfotografia……………………………………………..6
1.3.2 Cultura de Microalgas……………………………….…8
1.3.3 Fases de Crescimento………………………….……..9
1.3.4 Parâmetros de cultura……………………………….10
1.3.5 Biotecnologia das Microalgas…………………….12
1.4 Utilização de Microalgas……………………………………………….13
1.4.1 Das Microalgas ao Biodioesel…………………….13
1.4.2 Vantagens da Utilização de Microalgas…...14
1.5 Edição de Blogues……………………………………………..………….14
2. PREPARAÇÃO DE BIODIESEL…………………………………………………15
2.1 O que é o Biodiesel………………………….……………………………16
2.2 Matérias-Primas…………………………………………………………….17
2.3 Procedimento Experimental………………………………………….18
2.3.1 Preparação da Solução de Hidróxido de Sódio em Metanol………………………………………………..18
2.3.2 Reacção de Transesterificação……………… …18
2.3.3 Separação de Fases Biodiesel/Glicerol…….19
2.4 Utilizações do Biodiesel e Glicerina………………………………19
2.5 Edição de Blogues – Continuação ………………………………20
3. BIBLIOGRAFIA…..……………………………………………………………………21
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Cultura de microalgas
Observação de microalgas
Optimização de parâmetros de cultura
Biotecnologia das microalgas
1. CULTURA DE MICROALGAS
4
1.1 O que são Algas?
Algas são organismos fotossintéticos que vivem na água ou em locais
húmidos e cujo corpo é um talo.
É um grupo com grande diversidade de organismos, no que respeita à
morfologia, ao grau de complexidade
e ao tamanho.
As algas são geralmente divididas em MICROALGAS e MACROALGAS.
1.2 Microalgas
Organismos simples, constituídos por uma célula ou um número reduzido de
células.
Maioritariamente eucariontes (núcleo individualizado).
Coloniais ou não.
De dimensões muito reduzidas (1-500 µm), pelo que, só podem ser
observadas à lupa ou ao microscópio.
Possuem maquinaria fotossintética
muito eficiente que converte energia
solar em biomassa.
Fonte: Santos e Santos, 2002
Fonte: Santos e Santos, 2002
5
Energia solar
H2O
N,P, minerais vitaminas
CO2
O2
LLííppiiddooss Glícidos Proteínas
As microalgas (e as macroalgas) podem ser agrupadas em 5 grandes
grupos (Filos ou Divisões) com base na natureza dos diferentes pigmentos
fotossintéticos, no tipo de substância de reserva e na composição da
parede celular:
Divisão Cyanophyta (Cyanobacteria) ou Algas Azuis
Divisão Chlorophyta ou Algas Verdes
Divisão Euglenophyta
Divisão Chromophyta ou Algas Castanhas
Divisão Rhodophyta ou Algas Vermelhas
Fonte : Santos e Santos, 2002
6
Preparações Microscópicas
Lâmina
Lamela Agulha de dissecç ão
Preparação
1.3 Procedimento Experimental 1.3.1 Observação Microscópica (M.O.C.) e Microfotog rafia
Colheita Observação
Isolamento Identificação
Cultura
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Microalgas Marinhas (Câmara de Cultura - Visionariu m):
Microalgas de Água Doce (Lago – Jardins Visionarium ):
Pediastrum sp. Surirella sp.
Motic Images Plus 2.0.lnk
Tetraselmis sp. Microalga marinha verde Móvel (4 flagelos) Forma ovóide Diâmetro: 12-16µm
Phaeodactylum tricornutum Microalga marinha castanha Diatomácea Imóvel Formas oval e fusiforme Dimensões: 3-5x25-35µm
MOC 400x
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PROCEDIMENTO - Agitar a cultura de Chlorella vulgaris para homogeneizar.
- Retirar 20 ml por litro de meio e adicionar ao Erlenmeyer de vidro, já com o meio de cultura, tapando com uma rolha de algodão e gaze.
- Inserir na rolha um tubo de arejamento encaixado numa pipeta de Pasteur de vidro; de modo a evitar contaminações colocar um pouco de algodão na parte mais larga da pipeta de Pasteur.
- Ligar a extremidade exterior do tubo de arejamento à bomba de ar (colocar um regulador).
- Em condições ideais as culturas são arejadas permanentemente, e mantidas num fotoperíodo de 16h luz / 8h escuro.
- Agitar as culturas 2 em 2 dias - Verificar o arejamento com regularidade.
1.3.2 Cultura de Microalgas
Pipeta de Pasteur 1 ml Cultura de Chlorella vulgaris (inóculo) Meio de Cultura 1 L Álcool etílico 70% Gaze e algodão Tubo de arejamento Bomba de ar Regulador de fluxo de ar Pipeta de Pasteur de vidro Água destilada Erlenmeyer de vidro 1– 2 L Bico de Bunsen/Lamparina/Câmara de fluxo laminar
Material necessário:
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1.3.3 Fases de Crescimento
Culturas “stock”
Inóculos Culturas em
escala intermédia
Culturas em grande escala
Nº células/ml
nº células
Fase de Latência (lag)
Fase Exponencial
Fase Estacionária
Fase de Declínio
Tempo (Dias)
Fase de Desaceleração
Nº células/ml
nº células
Fase de Latência (lag)
Fase Exponencial
Fase Estacionária
Fase de Declínio
Tempo (Dias)
Fase de Desaceleração
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1.3.4 Parâmetros de Cultura
Procedimento
Colocaram-se culturas de Tetraselmis sp. nas seguintes condições: Cultura A - água do mar enriquecida com nutrientes. Cultura B - água do mar. Cultura C - fotoperíodo de 15 horas luz e 9 horas de obscuridade. Cultura D - no escuro. Cultura E – em meio e material esterilizado. Cultura F - em meio e material não esterilizado. Cultura G – com arejamento Cultura H – sem arejamento
Completar a Tabela
Contaminação
PRODUTIVIDADE
MICROALGAL
LuzTemperatura
Fonte de Carbono
Nutrientes
pH
EvaporaçãoAclimatação
Potencial Redox
Salinidade
Agitação
Inóculo
Profundidade do Recipiente
Pluviosidade
Contaminação
PRODUTIVIDADE
MICROALGAL
LuzTemperatura
Fonte de Carbono
Nutrientes
pH
EvaporaçãoAclimatação
Potencial Redox
Salinidade
Agitação
Inóculo
Profundidade do Recipiente
Pluviosidade
PRODUTIVIDADE
MICROALGAL
LuzTemperatura
Fonte de Carbono
Nutrientes
pH
EvaporaçãoAclimatação
Potencial Redox
Salinidade
Agitação
Inóculo
Profundidade do Recipiente
Pluviosidade
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+++ cresce bem, ++ cresce, + cresce pouco, - não cresce
Resultados
Obtidos Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4
Cultura
A
Água mar
+nutrientes
B
Água do mar
C
15 h luz
9 h escuro
D
0 h luz
E
Com
esterilização
F
Sem
esterilização
G
Com
arejamento
H
Sem
arejamento
Parâmetro
em estudo
Resultados
Previstos
Resultados
Obtidos
Conclusão
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1.3.5 Biotecnologia das Microalgas
Procedimento
Concentração das Microalgas
Centrifugação Filtração Floculação
Cultura de Microalgas
Preparação de Biodiesel
Prensagem Extracção por solvente Extracção fluida supercrítica Extracção
Extracção do óleo das microalgas
Centrifugação Decantação Destilação
Óleo
Decantação Destilação
Vortex 90s Vortex 60s
1,5 ml Ciclohexano
Centrifugar a 3000rpm 4 minutos
1,2 ml de microalgas
1,5 ml Água
Vortex 60s
Óleo
4,5 ml solvente ciclohexano/isopropanol
(1:2)
13
1.4 Utilização de Microalgas
1.4.1 Das Microalgas ao Biodiesel
Microalgas
Aquacultura
Tratamento de águas residuais
Energia: metano, biogás, hidrogénio,
Biodiesel
Rações
Produtos dietéticos
Cosmética Farmaceutica
Recirculação da água
CO2
Desidratação
O2
Biomassa Algal
Outros Rações Etanol Metanol
Biodiesel
Microalgas
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1.4.2 Vantagens da utilização de microalgas
Podem crescer praticamente em qualquer lugar onde exista luz do sol.
Elevada eficiência fotossintética. Crescimento mais rápido → Maior produtividade.
Maior facilidade na industrialização do processo.
Menores tempos de colheita. Elevado consumo de CO2.
Produção de óleo
Origem l/ha/ano
Óleo de soja (nos E.U.A. e Brasil) 580
Óleo de girassol 776
Óleo de colza (na Alemanha) 1.178
Óleo de jatrofa (na América do Sul e Índia) 1.879
Óleo de palma (na Malásia) 5.936
Óleo de microalgas 63.167
1.5 Edição de Blogues
15
2. PREPARAÇÃO DE BIODIESEL
Reacção de Transesterificação
Separação de fases Biodiesel/Glicerol
Combustão do Biodiesel
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2.1 O que é o Biodiesel ?
É um combustível renovável e biodegradável – um Biocombustível.
Obtém-se a partir da reacção química entre os ésteres de ácidos
gordos de óleos ou gorduras com um álcool, na presença de um
catalisador – reacção de transesterificação.
Biodiesel Recicla CO2
Ácidos Gordos Álcool
(Metanol ou Etanol)
Biodiesel
Catalisado
Glicerol
R C O
O
OH
R R C O
+
R O
OH
R +
R
R, R´ e R´´ – Cadeias carbonadas Catalisador – NaOH ou KOH
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Outros
Óleos alimentares usados Gorduras animais
2.2 Matérias-Primas
Colza Jatropha Palma Milho
Girassol Mamona Soja
Sementes de Oleaginosas
Microalgas
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Magnete Aquecer 48-54 ºC
32,5 ml Sol. NaOH em
Metanol
250 ml Óleo (50 ºC)
Agitar vigorosamente durante aprox.
1h
32,5 ml Metanol
Pesar (aprox.) 0,9 g NaOH
+
Colocar no agitador até dissolver
NaOH
2.3 Procedimento Experimental 2.3.1 Preparação da Solução de Hidróxido de Sódio em
Metanol
2.3.2 Reacção de Transesterificação
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2.3.3 Separação de fases Biodiesel/Glicerol
2.4 Utilizações do Biodiesel e Glicerina
Biodiesel
Glicerol
Separar as 2 fases
Biodiesel
Glicerol (Glicerina)
Colocar a mistura num funil de separação e deixar em repouso
Utilizações do Biodiesel
Utilizações da Glicerina
Observar a combustão do
Biodiesel preparado, na
chama de uma lamparina.
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2.5 Edição de Blogues – Continuação
21
3. BIBLIOGRAFIA
� De Boni, A., Goldani, E. (2006). Manual Básico para o Preparo de
Biodiesel. Versão 4.1 Tchequimica Consultoria Educacional, Lda. Porto
Alegre.
� Santos, M., Santos, L. (2002). Iniciação ao Estudo das Microalgas.
ACOI. Departamento de Botânica U. C. Coimbra.
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