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PhotoBioValue tem como objetivo desenvolver novas tecnologias para produção e valorização da biomassa de microalgas, aumentando a flexibilidade para a síntese de bioprodutos num conceito de biorefinaria. Os objetivos específicos são: (a) desenvolver e testar uma nova e disruptiva configuração de fotobiorreator (FBR) para otimizar a produção de biomassa - FBR em canais; (b) avaliar o efeito de tensões ambientais (intensidade e exposição à luz, temperatura e salinidade) na composição bioquímica das microalgas; (c) explorar o potencial de FBRs tubulares com coletores parabólicos compostos (CPC) para promover essas condições de tensão às microalgas; (d) estudar um sistema de cultivo em duas etapas para produção e valorização de biomassa; (e) realizar uma análise tecno-económica e avaliar a sustentabilidade do processo.
As microalgas podem desempenhar um papel importante no futuro da sociedade no que diz respeito à proteção ambiental, fornecimento de energia, alimentos e outros produtos [1-3]. Sendo microrganismos fotossintéticos, estas capturam CO2 usando energia solar, convertendo-a em energia química com maior eficiência quando comparado com plantas terrestres. A sua biomassa possui diversas aplicações e a sua composição depende das espécies cultivadas e das condições de produção. Como em muitos outros processos biológicos, o reator é a unidade-chave do processo, e a viabilidade económica da produção de microalgas depende fortemente do sistema utilizado. Tendo em conta os problemas identificados na produção de microalgas, o fornecimento de luz é a principal limitação em FBRs abertos e fechados [4-6]. O seu crescimento pode ser inibido pela ausência (fotolimitação) ou excesso de exposição à luz (fotoinibição). Poucas configurações de FBRs promovem uma distribuição espacial uniforme da luz para as células. O excesso de radiação solar também promove a acumulação de calor na cultura, elevando a sua temperatura. Sem um sistema de controlo de temperatura eficaz, e  |
Resumo
PhotoBioValue tem como objetivo desenvolver novas tecnologias para produção e valorização da biomassa de microalgas, aumentando a flexibilidade para a síntese de bioprodutos num conceito de biorefinaria. Os objetivos específicos são: (a) desenvolver e testar uma nova e disruptiva configuração de fotobiorreator (FBR) para otimizar a produção de biomassa - FBR em canais; (b) avaliar o efeito de tensões ambientais (intensidade e exposição à luz, temperatura e salinidade) na composição bioquímica das microalgas; (c) explorar o potencial de FBRs tubulares com coletores parabólicos compostos (CPC) para promover essas condições de tensão às microalgas; (d) estudar um sistema de cultivo em duas etapas para produção e valorização de biomassa; (e) realizar uma análise tecno-económica e avaliar a sustentabilidade do processo.
As microalgas podem desempenhar um papel importante no futuro da sociedade no que diz respeito à proteção ambiental, fornecimento de energia, alimentos e outros produtos [1-3]. Sendo microrganismos fotossintéticos, estas capturam CO2 usando energia solar, convertendo-a em energia química com maior eficiência quando comparado com plantas terrestres. A sua biomassa possui diversas aplicações e a sua composição depende das espécies cultivadas e das condições de produção. Como em muitos outros processos biológicos, o reator é a unidade-chave do processo, e a viabilidade económica da produção de microalgas depende fortemente do sistema utilizado. Tendo em conta os problemas identificados na produção de microalgas, o fornecimento de luz é a principal limitação em FBRs abertos e fechados [4-6]. O seu crescimento pode ser inibido pela ausência (fotolimitação) ou excesso de exposição à luz (fotoinibição). Poucas configurações de FBRs promovem uma distribuição espacial uniforme da luz para as células. O excesso de radiação solar também promove a acumulação de calor na cultura, elevando a sua temperatura. Sem um sistema de controlo de temperatura eficaz, esse parâmetro pode atingir valores que prejudicam a cultura [5]. Quanto à valorização da biomassa, o estudo da resposta das microalgas às tensões ambientais é importante para definir estratégias de produção para a síntese de determinados bioprodutos, aproveitando a modificação do metabolismo celular. A gestão de tensões ambientais pode ser uma abordagem com elevado potencial de aplicação no contexto da biorefinaria de microalgas [7,8].
O inovador FBR em canais será desenvolvido e testado para culturas de microalgas para fornecer eficientemente luz às células, considerando a sua intensidade e comprimento de onda (aumentando a eficiência de conversão de energia). As paredes/defletores deste FBR conterão díodos emissores de luz (LEDs), otimizando o seu fornecimento. Os LEDs apresentam baixa geração de calor, evitando a necessidade de um sistema de controlo de temperatura. Dispersores estáticos colocados na parte inferior do canal promoverão a alimentação de CO2, controlo do pH e a mistura de cultura. Toda a energia necessária será fornecida por painéis solares fotovoltaicos que ocupam a mesma área do FBR. Considerando a eficiência atual dos sistemas fotovoltaicos (>20%) e LEDs (60% para azul e 40% para vermelho), esta configuração disruptiva alcançará uma eficiência de conversão de energia próxima ao valor teórico de energia solar para biomassa (8-10%, enquanto os FBRs atuais atingem apenas 3%) [9, 10]. Esta configuração compacta e escalável apresenta uma razão de área iluminada por área ocupada doze vezes maior do que FBRs de painel plano (7,7 e 0,64), reduzindo a área ocupada na produção [11], e obtendo maior produtividade de biomassa por unidade de área (>60 g/m2/d é esperado). Com uma unidade de produção de biomassa otimizada, o próximo passo é a valorização. O estudo do comportamento das microalgas sob tensões ambientais definirá os parâmetros do processo para modificar o metabolismo celular para produção de compostos-alvo (carotenoides, lípidos e proteínas). A unidade de valorização é composta por um FBR tubular com CPC que aumenta a intensidade da luz que incide sobre a cultura e, consequentemente, a sua temperatura. Este cultivo de duas etapas é complementado com dois reatores de fluxo oscilatório (OFR). Estas unidades já mostraram alta transferência de massa entre as fases gasosas e líquidas, sendo uma tecnologia promissora para remover o CO2 dos fluxos gasosos (aumentando a eficiência do uso de CO2 pelas microalgas).
PhotoBioValue garante avanços na tecnologia de FBRs, tanto para produção de biomassa como a sua valorização, permitindo inovações tecnológicas na indústria de microalgas. A implementação das tecnologias estudadas à escala industrial melhorará a competitividade das empresas associadas a este projeto: AQUALGAE e Allmicroalgae. Este projeto de investigação está alinhado com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas (ODS13 e ODS15). |