4º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios

Biodiesel: Avanços Tecnológicos, Mercado, Barreiras e Cenários

Título: Obtenção de Biodiesel a partir de MICROALGAS

Palestrante: PAULO CESAR ABREU

São Paulo, 01 de Junho de 2012

Centro Nacional de Referência em Biomassa

Av. Professor Luciano Gualberto, 1.289 - Cidade Universitária, 05508-010 - São Paulo, SP, Brasilhttp://cenbio.iee.usp.br e-mail: cenbio@iee.usp.br twitter: @cenbio_usp

Empresa/Instituição: Instituto de OceanografiaUniversidade Federal do Rio Grande - FURG

PatrocínioRealização

Obtenção de Biodiesel a partir de MICROALGAS.

Paulo Cesar Abreu Instituto de Oceanografia

Universidade Federal do Rio Grande - FURG

4º Seminário Bioenergia: Desafios e Oportunidades de Negócios

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MicroalgasDiatomáceas Algas Verdes

Flagelados Algas Douradas

Cianobactérias

Importância das Microalgas

-Base das Cadeias Alimentares = PESCARIAS

- Redução do “Efeito Estufa”

Bomba Biológica

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Chisholm, 2000

• Absorção C anual:

1 – 4 T C ha -1 ano-1

5 - 8 T C ha -1 ano-1

3 – 4 T C ha -1 ano-1

11 - 36,5 T C ha -1 ano-1

Microalgas x Absorção CO2

Vantagens Cultivo de Microalgas

• Uso água Salgada/Salobra

• Menor área utilizada p/ cultivo

• Água Esgotos fonte N e P (Água Produção?)

Medidas deProdução Primária

Produção Primária / Clorofila a14Carbono

Produção PrimáriaEspécie Produção

horária/L (mg C/L.h)

Produção diária (g C/ha.dia)

Produção anual (T C/ha.ano)

T. weissflogii 11 - 22 1.118 - 2.189 408 - 799 O. mobiliensis 2 - 4 224 - 409 82 - 149 S. costatum 2 -3 155 - 322 57 - 117 N. ocullata 1 - 2 112 - 210 41 - 77 C. calcitrans 1 - 3 107 - 300 39 - 110

Reflorestamento = 3 T C/ha.ano

Produção Lipídios

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Microalgas: Produção de ÓleoTabela 2. Produtividade de óleo de algumas oleaginosas (FAUPEL & KURKI, 2002)

Oleaginosa Nome científico Kg óleo.ha-1ano-1

Milho Zea mays 145Algodão Gossypium hirsutum 273Soja Glycine max 375Café Coffea arabica 386Linhaça Linum usitatissimum 402Arroz Oriza sativa L. 696Tungue Aleurites fordii 790Girassol Helianthus annuus 800Canola Brassica napus 1000Oliva Olea europea 1019Mamona Ricinus communis 1188Jojoba Simmondsia chinensis 1528Pequi Caryocar brasiliensis 3142Palma (Dendê) Elaeis guineensis 5000MicroalgaMicroalga Nannochloropsis oculata 1700-3200MicroalgaMicroalga Skeletonema costatum 2100-4400MicroalgaMicroalga Thalassiosira weissflogii 7700-16500

Sistema de Cultivo FURG

Produção do Biodiesel

Biomassa Seca

Extração LipídeoBligh & Dyer (1959)

Prod. Biodiesel:Esterificação com

álcool

Biodiesel de MicroalgaFURG

Por que não estamos produzindo biocombustível de microalgas

em escala comercial?

Cenário Atual:- 1 L Biodiesel de Microalgas = US$ 3 – 6

- Produção incipiente (demonstrativa)

- Limitações = “Gargalos” Biol./Tecnológico

Limitações

Limitações…. ou novas oportunidades de pesquisa?• Bioprospecção• Aquicultura

• Sistema Produção: Aberto x Fechado• Meios de Cultivo

• Tecnologia de Produção• Recuperação da Biomassa• Extração Lipídeo

• Análise de Custos• Produto x Co-produto

• Formação de Pessoal

Bioprospecção

500 - 10 Mi�40.000

Espécies descritas x Espécies desconhecidas

Grupo Descritas Desconhecidas

Vermelhas 5.000 500 – 15.000Verdes 16.000 100.000Cromófitas 15.000 1 – 10 MiDinofíceas 3.000 500 – 8.000Euglenofíceas 900 1.000Criptofíceas 200 1.000

Andersen, 1992

Total

Bioprospecção

Bioprospecção:

• Identificação• Produção Primária• Condições de cultivo• Lipídeo

– Quantidade– Qualidade (Perfil Ácidos Graxos)

• Uso da Biomassa Residual• Processos (Patentes)

Matriz de Decisão

Busca de spp. com potencial produtivo

Sistemas de Cultivo

Viveiros Raceways

Sistemas Abertos

Tanques

Spirulina - CalifórniaDunaliella salina - Austrália

Chlorella Taiwan

Sistemas Fechados - FotobioreatoresTubular

Plano

Sistemas de Cultivo:• Sistema Aberto

• Tanques, viveiros, “raceways”• Menor controle• Maior contaminação• Maior volume• MENORES CUSTOS

• Sistema Fechado• Foto-Bioreatores• Maior controle• Menor Volume• Balanço Energético Negativo• MAIORES CUSTOS

Sistemas Semi-Aberto - FURG

Tanques Circulares

Tanques “Raceways”

Meios de Cultivo

Meios de Cultivo� Macronutrientes

� C, H, O, N, P, S, K, Mg, Si, Fe� Micronutrientes

� Mn, Mb, Co, Bo, V, Zn, Cu, Se� Fatores de Crescimento

� Vitaminas, Quelantes

Competição com Agricultura??

Redfield: C:N:P - 42:7:1 (peso)

Meios de Cultivo� Busca de meios mais baratos

� Efluentes Industriais e Domésticos líquidos e gasosos

Tratamento Esgoto Injeção CO2

Recuperação da Biomassa*

Floculação Desidratação

ProcessosSeparação Secagem

• Filtração• Centrifugação

• Floculação• Flotação

Alto Gasto Energético

Necessita Estudo

Recuperação da Biomassa:

Extração de Lipídeos

Extração de Lipídeos:

• Método alternativo para Bligh & Dyer (1959)

• Utilização de Solventes

Análise de Custos

Metabólito: EPAProdução: 430 kg EPA/anoMicroalga: ����������� �����������

Produtividade: 1,25 g/L diaBiomassa requerida: 26200 kg/ano (seca)

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Custo

Custo

Custo

Engenharia econômica Prod. Ácido Graxo

C.Produção = US$842 488,00/anoC.Unitário = 32,16 US$/kg

C.Produção= US$1038 894,00/anoC.Unitário = 396,52 US$/kg

C.Produção=US$1 978 783,00/anoC.Unitário = 4 602,00 US$/kg

Preço venda = US$ 10.000 – 50.000/kg!!

Grima et al. (2003)

Produto x

Co- Produtos??

BIODIESEL de MICROALGAS – AVALIAÇÃO do POTENCIAL(Nannochloropsis oculata)

Ácidos Graxos Saturados (%)14:0 3,915:0 1,816:0 20,517:0 1,118:0 1,8 29,1

Ácidos Graxos Monoinsaturados (%)14:1 0,216:1 25,217:1 0,018:1 4,120:1 0,0 29,5

Ácidos Graxos Poliinsaturados (%)16:2 0,816:3 0,618:2 2,218:3 0,918:4 0,120:2 0,120:3 0,320:4 5,320:5 29,7 40,0

I.Sapon.=196I.Iodo =176

Fonte: Marcelo Montes D´OcaDQM - FURG

Ácido GraxoPreço

(US$/Kg)

EPACaprílico

50.0001.400

Cáprico 2.400

Láurico 600

Merístico 800

Palmítico 600

Oleico 800

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Biodiesel Microalgas: US$ 3 – 6/Kg

Formação de Pessoal

O que fazer?- Identificar “Gargalos”

- Desenvolver de Tecnologias + baratas

- Produto x Co-Produto

- Bioprospecção

- Treinamento Pessoal

Formação de REDE!!!

Obrigado pela atenção!

Paulo Cesar Abreudocpca@furg.br

Laboratório de Ecologia de Fitoplâncton e Microorganismos Marinhos

Universidade Federal do Rio Grande - FURGInstituto de Oceanografia