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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2017.tde-28032017-143138
Documento
Autor
Nome completo
Adilson de Jesus Chaves
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2016
Orientador
Banca examinadora
Calijuri, Maria do Carmo (Presidente)
Del Bianchi, Vanildo Luiz
Perna, Patricia Bortoletto de Falco
Título em português
Cultivo de Chlorella sp. em fotobiorreatores enriquecidos com CO2 e avaliação da biomassa para produção de biocombustíveis
Palavras-chave em português
Biofixação
Energia renovável
Fotossíntese
Resumo em português
A busca por fontes de energia renovável acontece em ritmo crescente em função do superaquecimento da Terra e mudanças climáticas causadas, especialmente, pela emissão de CO2. Entre as possibilidades de obter-se energia renovável, os biocombustíveis produzidos a partir do cultivo de microalgas apresentam-se como alternativa potencial. Microalgas podem alcançar altas taxas de produção a partir do consumo de energia luminosa, assimilação de nutrientes e biofixação de CO2 e sua biomassa pode dar origem a bioetanol, biogás, biodiesel e a outros bioprodutos de interesse biotecnológico. Visando avaliar a produção de biomassa e atividade metabólica, sob processo fotoautotrófico, 3 cepas de Chlorella sp. foram cultivadas em triplicata em fotobiorreatores bag (1ª ETAPA) e a cepa selecionada como mais produtiva foi cultivada em um fotobiorreator placa plana (2ª ETAPA) dimensionado para melhoramento de processos fotossintéticos. Para o cultivo, realizado em batelada, utilizou-se o meio M-8 com adição de 5% de CO2, radiação luminosa de 200 µmol.fótons.m-2.s-1 e fotoperíodo 12h claro/escuro. Foram monitoradas a assimilação de nutrientes, a taxa de CO2 biofixado, a produção de biomassa e determinado o perfil bioquímico. Na 1ª ETAPA, a cepa DAM04 apresentou o melhor desempenho com assimilação de 37,5% (157,61±17,39 de 420,00 mg.L-1) do nitrogênio e 16,1% (34,42±3,96 de 213,90 mg.L-1) do fósforo presente no meio de cultivo, taxa de CO2 biofixado de 0,193±0,019 g.L-1.d-1 e produção de biomassa de 2,22±0,21 g.L-1. A determinação do perfil bioquímico revelou acúmulo de lipídeos de 18,0±0,5%, constituídos por 50,0% de ácidos graxos saturados, 21,3% de monoinsaturados e 18,0% de polinsaturados e produtividade lipídica, proteica e de carboidratos de 25,20±1,80 mg.L-1.d-1, 62,02±4,43 mg.L-1.d-1 e 17,78±1,27 mg.L-1.d-1, respectivamente. Devido ao seu desempenho, a cepa DAM04 foi utilizada na 2ª ETAPA e o cultivo no fotobiorreator placa plana aumentou o desempenho da cepa em todos os parâmetros, implicando na assimilação de 89,1% (374,12±27,76 de 420,00 mg.L-1) do nitrogênio e 40,9% (87,37±10,12 de 213,90 mg.L-1) do fósforo, cerca de 3 vezes (de 0,193±0,019 para 0,593 g.L-1.d-1) da taxa de CO2 biofixado e da produção de biomassa (de 2,22±0,21 para 5,4 g.L-1) em relação ao fotobiorreator bag. O perfil bioquímico apresentou aumento na produtividade lipídica e proteica de, aproximadamente, 3 vezes (de 25,20±1,80 para 79,16±1,52 mg.L-1.d-1) e (de 62,02±4,43 para 168,44±1,25 mg.L-1.d-1), respectivamente, e 2 vezes na produtividade de carboidratos (de 17,78±1,27 para 40,46±0,33 mg.L-1.d-1) quando comparados ao fotobiorreator bag. A 2ª ETAPA reforçou o potencial da cepa DAM04 para aplicação na biossíntese de compostos bioenergéticos de aplicação na produção de biocombustíveis e coloca como desafio para futuros trabalhos a exploração do potencial das cepas para biofixação de maiores concentrações de CO2 e otimização da captação de radiação luminosa.
Título em inglês
Cultivation of Chlorella sp. in photobioreactors enriched with CO2 and evaluation of biomass for biofuel production
Palavras-chave em inglês
Biofixation
Photosynthesis
Renewable energy
Resumo em inglês
The search for renewable energy sources happens at an increasing rate due to the overheating of the earth and climate change caused especially by the emission of CO2. Some of the possibilities to obtain renewable energy, biofuels produced from microalgae cultivation are presented as potential alternative. Microalgae can achieve high production rates from light energy consumption, nutrient assimilation and CO2 biofixation and their biomass can give rise to bioethanol, biogas, biodiesel and other bio-products of biotechnological interest. Aiming to evaluate the production of biomass and metabolic activity under photoautotrophic process, 3 strains of Chlorella sp. was grown in triplicate in photobioreactor bag (1ª STAGE) and the most productive strain was seleted and grown in a photobioreactor flat plate (2ª STAGE) dimensioned for enhancing photosynthetic processes. For growing, performed, sequencing batch, we used the medium M-8 with addition of 5% CO2, light radiation 200 µmol.photons.m-2.s-1 and a photoperiod 12h light/dark. Were monitored assimilation of nutrients, CO2 biofixation rate, biomass production and determined the biochemical profile. In 1ªSTAGE, the DAM04 strain showed best performance with assimilation of 37,5% (157,61±17,39 of 420,00 mg.L-1) of nitrogen and 16,1% (34,42±3,96 of 213,90 mg.L-1) of phosphorus present in the medium, CO2 biofixation rate of 0,193±0,019 g.L-1.d-1 and biomass production 2,22±0,21 g.L-1. The determination of biochemical profile showed accumulation of lipids to 18,0± 0,5 %, consisting of 50,0 % of saturated fatty acids, 21,3 % of monounsaturated and 18,0 % polyunsaturated and lipid productivity, protein and carbohydrates of 25,2±1,80 mg. L-1.d-1, 62,02±4,43 mg. L-1.d-1 and 17,78±1,27 mg L-1.d-1, respectively. Due to its performance, DAM04 strain was used in STAGE 2 ª and cultivation in the photobioreactor flat plate increased strain performance in all parameters, resulting in the assimilation of 89,1 % (374,12±27,76 of 420,00 mg. L-1) of nitrogen and 40.9 % (87,37 of 213,90±10,12 mg. L-1) of phosphorus, about 3 times (of 0,193±0,019 to 0,593 g. L-1.d-1) of CO2 biofixation rate and biomass production (of 2,22±0,21 to 5,4 g. L-1) relative to the photobioreactor bag . The biochemical profile showed an increase in lipid and protein productivity of approximately 3 times (of 25,20±1,80 to 79,16±1,52 mg. L-1.d-1) and (of 62,02±4,43 to 168,44±1,25 mg. L-1.d-1), respectively, and 2 times in the productivity of carbohydrates (of 17,78±1,27 to 40,46±0,33 mg. L-1.d-1) compared to the photobioreactor bag. The 2 ª STAGE reinforced the potential of DAM04 strain for use in the biosynthesis of bioenergetic compounds application in the production of biofuels and puts as a challenge for future studies exploring the potential of strains to biofixation of higher CO2 concentrations and optimization capture light radiation.
 
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Data de Publicação
2017-04-11
 
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