Potencialidades do semi árido nordestino para produção de

Potencialidades do semi árido para
produção de microalgas como fonte de energia e
insumos
Ernani S. Sant’ Anna
[email protected]
UTILIZAÇÃO DAS ÁGUAS
SALOBRAS E SALGADAS
SUBTERRANEAS DO SEMI ÁRIDO
PARA PRODUÇÃO DE
MICROALGAS.
- INTERESSE NAS MICROALGAS
(1983 Spirulina)
-Custo dos meios de crescimento
-Custos energéticos
-Dificuldades de manejo a “céu aberto”
* Temperatura
* Incidência solar
-PARALIZAÇÃO DAS PESQUISAS
– 1992
* Índice pluviométrico
* Destino dos efluentes
Santa Catarina
* Outras sazonalidades
-Alto custo dos Fotobiorreatores em sistema
fechado
-Evolução de mercado
-Otimização de meios
-ACOMPANHAMENTO DA EVOLUÇÃO DAS
PESQUISAS
-Fotobiorreatores
-INTERESSES PARTICULARES
- Potencialidade das microalgas
* Particularmente: (insumos ind. Alimentícia e Farmacêutica)
Proteínas
Aminoácidos
Ácidos graxos polinsaturados
Metabólitos diversos
* Interesse secundário:
Biodiesel
Sequestro de carbono
- NOVA REALIDADE NOVOS INTERESSES
- PESQUISA POR SITUAÇÕES QUE VISLUMBRASSEM NOVAS PERSPECTIVAS:
* LABDES – UFCG – PARAÍBA
* Depto de Engenharia Química
* Prof. Kepler Borges França
[email protected]
- Meios de cultivo alternativo
- Locais com incidência solar
- Baixo índice pluviométrico
- Temperatura prox. 30°C
* Semi árido pouca água doce (NE)
* Bastante água salobra e salgada
* Osmose inversa (reversa)
* Resíduo
Rejeito ou concentrado
-Volumes significativos em
mananciais subterrâneos
- Não se prestam ao
consumo humano
DESSALINIZADORES
O processo natural da osmose é invertido por intermédio da aplicação mecânica de
uma pressão superior à pressão osmótica, do lado da solução mais concentrada,
fazendo com que ocorra um fluxo no sentido da solução de menor concentração salina.
-Evolução da tecnologia
-Equipamentos de baixo custo
-Fácil manutenção e operação
-Milhares disponibilizados no NE
-Muitos inoperantes
-Amplamente utilizado no mundo
-Membranas de baixo custo
- Bombas com novos materiais
Concentrado do dessalinizador (rejeito)
- Representa o acumulo de sais no processo de purificação da água
-40 a 70% do volume da água tratada (alta concentração de sais)
- Destino atual:
- Salinização do solo (eritrofização)
* Problemático
(Lagoas e Cacimbas)
- Contaminação dos aquíferos
- Dessedentação animal
- Acúmulo de insetos
- Criação de tilápia (Sarotherodos niloticus )
* Paleativo
- erva sal ( Atriplex nummularia )
- Lagoas de evaporação (geomembranas)
-Parceria Firmada com LABDES
- Discussão da problemática
- Testes preliminares
- Montagem de uma proposta
- Oportunidade de ver o problema
in loco
Vegetação típica da região
-ESTABELECIMENTO DE PARCERIAS (2004):
* Elaboração do projeto (2006)
ÁGUA: fonte de alimento e renda - alternativa
sustentável para o semi-árido
Financiamento:
Petrobrás Ambiental
Objetivos
Coordenação Geral:
-Água Potável p/ uma comunidade
Fundação CERTI
- Gerar renda:
-Manut. Equipamentos
Coordenadores de área:
- Manut. Infraestrutura
Produção de Spirulina: Ernani Sant Anna
Dessalinização: Kepler Borges França
Dessalinizador
Hidroponia e Aquaponia: Jorge Barcellos de Oliveira
Apoio:
SAELPA
Governo da Paraíba
Município de S. João do Cariri
Spirulina
Hidropônia
Psicultura
Aquapônia
Minimização do impacto ambiental utilizando o rejeito do
dessalinizador
Spirulina
2 estufas de 8m x 12m
4 raceway em cada estufa
1,6m x 10,0m
CULTIVO PROTEGIDO
TANQUES DE EVAPORAÇÃO
-Adição máxima de 5%
de concentrado (rejeito)
de dessalinizador
- Máximo de 4 ciclos
Produção de 200 a 300 Kg de Spirulina
em pó.
Previsão: Até dezembro 2009
Tomate
-Adição máxima de
2,0% de concentrado
- Depende do cultivar
Pimenta
Alface
Microalgas: uma inédita alternativa para a produção de
biodiesel no semi árido do Nordeste
Financiamento: CNPq
Coord.: Ernani Sant Anna (UFSC)
Dr. Kepler B.França (LABDES-UFCG)
Dr. Pedro Manique Barreto (UFSC)
Dra. Regina C. O. Torres (UFSC)
MSc. Werusca Brasileiro (UFCG)
“Estudar e viabilizar o crescimento de Chlorella vulgaris em meios de cultivo
contendo águas subterrâneas e/ou concentrado (rejeito) de dessalinizador
(concentrado) sob condições do Semi árido do Nordeste”
Sempre pensando que prioritáriamente deveríamos
disponibilizar água doce para o semi árido
MICROALGAS NO SEMI ÁRIDO
X
REJEITO DE DESSALINIZAÇÃO ou ÁGUA SALGADA
- Aspecto Social
-Custo dos meios de cultivo
-Custos energéticos
-Possibilidade de manejo a “céu aberto”
* Temperatura
* Incidência solar
* Índice pluviométrico
* Destino dos efluentes
* Outras sazonalidades
- ASPECTO SOCIAL
-Água potável é uma questão de sobrevivência
* Polígono da seca
- Aumento do numero de dessalinizadores
Isoieta de 500 a 800mm
Alguns microclimas com 300 mm
Anos de seca em torno de 50mm
- Aumento das situações problemáticas
- Áreas impróprias para a agricultura
- Solos de média a alta fertilidade
STD
Classificação
0,0 a 500 mg/L
Água Doce
500 a 1500 mg/L
Água salobra
> 1500 mg/L
Água salgada
-CUSTOS DOS MEIOS DE CULTIVO
- Significativo na matriz econômica
- Significativo quando comparado com agricultura convencional
- Rejeito possibilita minimização das formulações
-CUSTOS ENERGÉTICOS
- Podem ser minimizados:
Energia solar
Energia eólica
UFCG
LABDES
URUÇÚ – PB
UN. EXPERIMENTAL
UFSC
BIOTEC
CEPÁRIO
Perf. Poço e
Inst. Dessalin.
Const. raceway
Adaptações
diversas
CHLORELLA sp
Adequação do
laboratório
1
Screning
Controle e análise
da água
rejeito
Controle e análise do
rejeito
Formulação de diferentes meios de cultivo
(base rejeito)
Avaliações: vel. Cresc., biomassa, teor de lipídeos,
proteínas, perfil ác. Graxos, cons. Nitrogênio, sais
residuais
4
Otimização dos meios de cultivo
Avaliações:
- Vel. Agitação
-Inc. solar
-Prof. do leito
-Taxa evaporação
-Vel. Crescimento
-Produtividade
-Lipídeos e Proteínas
Avaliações:
-Nitrogênio
-Sais residuais
-Contaminantes
Escala piloto
Raceway (6,0 x 50,0 m)
2
Secagem da biomassa
3
Produtividade
Rentabilidade e avaliação
econômica
Proteínas
lipídeos
Poli-insaturados
Extração supercrítica
Insaturados
BIODIESEL
5
Replicabilidade
Scale-up
MODELO PROPOSTO PARA SCALE UP
-Obrigatóriamente implica em muitas reflexões:
- Implicações geológicas
-Implicações ecológicas
-Manejo de milhares de litros de água (ou milhões)
- Dúvidas quanto a sistema aberto ou fechado
- Disponibilização de água doce
-Todo processo deve atender os preceitos de “Tecnologia Limpa”
SISTEMA ABERTO
(race way)
? n
IND. QUÍMICA
LÍQUIDO
CORREÇÃO
NUTRIENTES
RAÇÃO ANIMAL
CENTRIF.
SOLIDOS
MEIO DE CULTIVO FORMULADO
A BASE DE REJEITO DE
DESSALINIZADORES OU ÁGUAS
SUBTERRANEAS SALGADAS
SECADOR
SOLAR
MICROALGAS
SOLIDOS
1
SECAGEM
DAS CEL.
SECADOR
CONVENCIONAL
EVAPORAÇÃO SOLAR
LÍQUIDO
CORREÇÃO
NUTRIENTES
CENTRIF.
PROTEÍNA
EXTRAÇÃO
SUPERCRÍTICA
BIODIESEL
PUFA
SUPLEM. RACÕES
REAPROV. DOS SAIS
IND. ALIMENTOS
SPRAY DRIED
?
SISTEMA FECHADO
(FOTOBIORREATORES)
n
IND. FARM.
Meio exaurido
(metab. Toxicos)
PROBLEMA ?
2
Dessalinização térmica
(Solar ou eólica)
ALGUMAS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Alameda, Ca
Earthrise Farms, California, USA
Originais de Beretta, M. 2008
PARÂMETROS
Alimentação
Concentrado
15.410,0
Potencial Hidrogeniônico, pH
Permeado
VMP (*)
22.600,0
394,0
---
6,5
7,8
5,9
6,5 a 8,5
Turbidez, (uT)
0,7
0,2
0,2
1,0 a 5,0
Cor, Unidade Hazen (mg Pt–Co/L).
0,0
5,0
0,0
15,0
Dureza em Cálcio, mg/L Ca++
767,0
1.157,0
2,6
---
Dureza em Magnésio, mg/L Mg++
842,4
1.164,6
1,4
---
Dureza Total, mg/L CaCO3
5.427,5
7.745,0
12,5
500,0
2.222,3
3.294,2
65,6
200,0
Potássio, mg/L K+
35,3
87,9
1,3
---
Alumínio (Al3+), mg/L
0,00
0,00
0,00
0,2
Ferro Total, mg/L
0,01
0,04
0,01
0,3
Alcalinidade em Hidróxidos, mg/L CaCO3
0,0
0,0
0,0
---
Alcalinidade em Carbonatos, mg/L CaCO3
132,0
244,0
0,0
---
Alcalinidade em Bicarbonatos, mg/L CaCO3
404,0
446,0
9,2
---
Alcalinidade Total, mg/L CaCO3
536,0
690,0
9,2
---
Sulfato, mg/L SO4--
350,3
519,4
5,4
250,0
6.851,5
10.209,8
105,1
250,0
Nitrato, mg/L NO3-
0,00
0,00
0,08
10,0
Nitrito, mg/L NO2-
0,03
0,04
0,01
1,0
Amônia (NH3), mg/L
0,29
0,63
0,14
1,3
Sílica, mg/L SiO2
58,4
90,0
0,2
---
ISL (Índice de Saturação de Langelier)
0,43
1,95
-4,16
≤0
12.188,0
18.584,0
193,1
1.000,0
Condutividade Elétrica, µmho/cm a 25 oC
Sódio, mg/L Na+
Cloreto, mg/L Cl-
Total de Sólidos Dissolvidos Secos a 180ºC, mg/L
Composição de águas de diferentes poços
PARAMETROS
UNIDADE
Baixa Grande /
Italegre
Baixa Grande /
Viração
Ipirá /
Alto Alegre
Ipirá /
Amparo
Ipirá /
Bonfim de Ipirá
jan/07
jan/07
jan/07
jan/07
jan/07
Bicarbonatos (HCO3-)
mg CaCO3/L
410
399
412
432
390
Carbonatos (CO3=)
mg CaCO3/L
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Cálcio (Ca+2)
mg CaCO3/L
1.124
893
782
963
2.608
Cloreto (Cl-)
mg Cl/L
2.914
2.441
1.992
3.134
6.425
Cond. Elétrica (CE)
µomh/cm
9.510
7.870
6.330
10.360
17.381
Cor
mg/L Pt-Co
5
<5
<5
5
<5
Dureza total (DT)
mg CaCO3/L
3.060
2.538
2.332
3.561
6.320
Magnésio (Mg+2)
mg Mg/L
471
400
377
631
902
7,21
6,85
7,43
7,55
7,33
pH
Potássio (K+)
mg K/L
28,0
17,0
14,0
13,0
29,0
Sódio (Na+)
mg Na/L
900
750
490
850
1.490
Sólido Dissolvido
(STD)
mg/L
7.850
6.280
4.953
8.480
14.800
Sulfato (SO4=)
mg SO4=/L
542
274
214
586
284
Turbidez
NTU
20,3
1,90
1,03
2,46
1,21
Dureza Permanente
(DP)
mg CaCO3/L
2.650
2.139
1.920
3.129
5.930
Reduzido. Original de Magda Beretta -tecsal
N°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Município
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Ipirá
Rafael
Jambeiro
Rafael
Jambeiro
Baixa Grande
Baixa Grande
Mairi
Mairi
Mundo Novo
Localidade
Cachoeirinha
São Roque
Coração de
Maria
Apaga Fogo
Pau Ferro
Canabrava
Umburanas
Malhador
Nova Brasilia
Alto Alegre
Bomfim de
Ipirá
Rio do Peixe
Amparo
Conceição
São Roque
Mandacaru
Italegre
Viração
Boa paz
Lagoinha
Santo Antônio
Altitude
*
*
*
NS
EO
12º13'233"
39º29'383"
12º17'33"
39º29'59"
12º17'18"
39º35'55"
12º13'51"
39º38'15"
12º11'53"
39º41'22"
12º09'43"
39º41'03"
12º06'35"
39º50'59"
12º07'16"
39º42'19"
12º05'51,6"
39º41'50,3"
11º56'51"
39º42'28"
11º55'57"
39º44'19"
12º05'41"
39º53'22
12º10'39"
40º01'6"
12º18'11"
39º54'02"
12º11'43,6"
40º01'44,4"
12º32'32"
39º22'32"
11º17'21"
40º36'7"
11º52'21"
40º06'30"
11º44'56"
40º05'24"
11º44'7"
40º15'37"
11º57'03,8"
40º31'44,1"
243m
175m
383m
396m
477m
473m
419m
Profundidade Vazão(m3/h)
66
70
70
49
50
50
80
*
49
50
50
70
60
94
3
*
5,9
3,2
22,6
2,12
29
8,78
50
53
63
8
1,22
5,83
80
70
3
2,12
60
94
50
53
63
29
8,78
8
1,22
5,83
Características química das águas do poço, do rejeito e da água dessalinizada.
Rejeito
Águas
Parâmetro
Poço
Dessalinizador
mg/L
meq/L
mg/L
meq/L
mg/L
meq/
L
899
17,98
519
10,38
15,9
0,32
Cálcio (CaCO3)
1.743
34,86
1.006
20,12
3,98
0,08
Cloreto Cl-
9.817
276,84
5.447
153,61
284
8,01
Magnésio Mg2+
1.791
147,40
1.026
84,44
0,97
0,08
Potássio K+
19,0
0,49
13,0
0,33
2,00
0,05
Sódio Na+
2.600
117,78
1.400
63,42
180
8,15
Sulfato SO42-
180
3,74
108
2,25
<1,5
<0,03
pH
7,40
6,01
5,97
Sólidos Totais Dissolvidos
17.010
10.390
434
Condutividade especifica (µS a
25ºC)
18.860
13.330
990
Alcalinidade Total (CaCO3)
Original de Magda Beretta. Cachoeirinha/Ipira
Poço/Água Bruta
Análises físicoquímicas
Pré-tratamento
Monitoramento
Dessalinizador
Sensor de condutividade
Água Permeada
Água do concentrado
Set Point
•Limpeza química
•Manutenção preventiva
•Manutenção corretiva
Misturador
Produção de águas
com concentrações
diferentes de sais
Tanques
deprodução
Tanques de
de microalgas
produção
de
Set Point
Controle físico – químico
das águas nos tanques
de produção
ADAPTADO LABDES 2009
Eletrodos de íons específicos
Na, K, Mg, Ca, etc.
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SECADOR SOLAR PARA
MICROALGAS A SER
INSTALADO EM URUÇÚ
Alta incidência solar permitindo
geração de energia de forma
econômica
Ventos alísios permitindo a
exploração de energia eólica
Disponibilidade de grandes áreas
de terra a baixo custo
1 lux ~ 0,0165 µmol.photons.m².s-1
POLINSATURADOS X BIODIESEL
-Problemas com estabilidade
- Melhora o desempenho em baixas temperaturas
Lagoas de rejeito
SCREENING
Microalgas
Tanques de tilápia
Experimentos com
outras microalgas
Dunaliela salina
Chlorella minutissima
SISTEMA IDEAL
Produção de água potável
Biomassa
Reutilização da
água (agricultura)
Osmose Reversa
Energia solar ou
eólica
Sistema
Ideal
Ganhos
Ecológicos
Ganhos
Sociais
Dessalinização térmica
Secagem dos
efluentes (Mg)
PUFA
Produção de SCO
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