NOTA TÉCNICA:

AS MICROALGAS COMO ALTERNATIVA À PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS

Rafael de Araujo Lira1, Marcio Arêdes Martins2, Mariana Fonseca Machado3, Lucas de Paula Corrêdo4,
Antonio Teixeira de Matos5 4

RESUMO

As microalgas podem ser usadas para capturar e aproveitar o CO2 emitido por usinas termoelétricas ou por outras fontes.
A mitigação das emissões dos gases do efeito estufa (GEE) resulta da conversão da biomassa colhida das microalgas em
biocombustíveis renováveis, tais como o biodiesel, bioetanol, biogás e outros produtos de substituição dos combustíveis
fósseis. As microalgas são usualmente cultivadas em grandes tanques com agitação promovida por pás rotativas ou em
equipamentos tecnicamente projetados, os fotobiorreatores. Seu crescimento ocorre em suspensão na água quando são
fornecidos todos os nutrientes necessários e, numa velocidade maior, quando há o fornecimento adequado de CO2.
Comparadas a outras opções biológicas para a captura e a utilização do CO2, as culturas de microalgas têm como
principais vantagens: potencial para alta produtividade, habilidade para capturar nutrientes das águas residuárias, das
fontes de água salgada, alem de ter elevada eficiência no uso da água. As microalgas são uma atrativa alternativa
às oleaginosas como soja, e palmáceas. Isso por causa da sua elevada densidade de lipídios, convertendo em maior
produtividade de óleo por hectare. As microalgas podem ser cultivadas em uma instalação industrial, requerendo área
muito menor, não exigindo fertilidade de solo. Diante do exposto, esta revisão tem por objetivo apresentar algumas
atualizações sobre o potencial do cultivo de microalgas para a produção dos biocombustíveis.

Palavras-chave: bicombustíveis; cultivo de microalgas; biomassa; biodiesel.

ABSTRACT

MICROALGAE AS ALTERNATIVES FOR BIOFUEL PRODUCTION

The microalgae can be used to capture and utilize CO2 emitted by thermoelectric power plants or other sources.
Mitigation of emissions of greenhouse effect gases results from converting biomass harvested from microalgae into
renewable energy source such as biodiesel, bioethanol, biogas and other substitutes for fossil fuels. The microalgae are
usually cultivated in large tanks with agitation produced by rotating blades or technically projected photobioreactors.
Algae multiply suspended in water when supplied with the necessary nutrients and the multiplication rate increases
on supply of additional CO2. Compared to other biological options to capture and use CO2, microalgae cultivation
has advantages of high productivity potential, ability to capture nutrients from wastewater, waste utilization, sources
of salt water and high efficiency in water use. Microalgae are an attractive alternative to oilseeds such as soybeans
and palms, because of high lipid content leading to higher oil output per hectare. The microalgae can be cultivated
in industrial areas, require much less space and low soil fertility. This review aims to present some updates about the
potential of cultivating microalgae for biofuel production.

Keywords: biofuels, cultivation of microalgae, biomass, biodiesel.

Recebido para publicação em 05/09/2011. Aprovado em 27/08/2012.

1- Engenheiro de Alimentos, Professor do IFMT/Confresa-MT, rafael.lira@cfs.ifmt.edu.br
2- Engenheiro Químico, Professor da UFV/Viçosa-MG
3- Bióloga, Doutoranda em Botânica da UFV/Viçosa-MG
4- Graduando em Engenharia Agrícola e Ambiental da UFV/Viçosa-MG
5- Engenheiro Agrícola, Professor da UFV/Viçosa-MG

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INTRODUÇÃO larga escala no Brasil está na localização geográfica

(próxima ao Equador), que possibilita a irradiação
A primeira menção ao uso de algas para a solar em níveis excelentes, na mesma região dos
produção de biocombustíveis ocorreu em 1950, no aqüíferos salinos, cuja outorga não se encontre
MIT (Massachusetts Institute of Technology). Entre conflitante com outros usos (MELO, 2010). Os
1980 a 1995, o Departamento de Energia dos Estados recursos naturais e humanos, a experiência dos
Unidos (United States Department of Energy) e pesquisadores, o estado da arte das pesquisas com
o Laboratório Nacional de Energias Renováveis microalgas e a diversidade das espécies endógenas
(National Renewable Energy Laboratory - NREL) com potencial para produção de altos teores de
desenvolveram o Algae Species Program (ASP) lipídios são outros elementos importantes. A estes
(BENEMANN, 2008), considerado um marco podem ser, ainda, associadas a capacidade de
referente ao assunto. A modalidade no cultivo desenvolver sistemas de cultivo tecnologicamente
de algas vem se diversificando afim de propiciar avançados, com alto desempenho e baixo custo e a
maior produtividade na obtenção de óleo. Um existência de uma infra-estrutura logística.
dos maiores desafios na inovação tecnológica é o Neste contexto, faz-se necessário o
cultivo com alta densidade de microalgas e elevado desenvolvimento de rotas tecnológicas de
teor de óleo em larga escala. Pesquisadores conversão do óleo extraído para os biocombustíveis.
(CHISTI, 2007; BENEMANN, 2008; MATA et al, Contudo, nesta revisão apresenta-se como
2010) e instituições (International Energy Agency, objetivo, uma atualização sobre a produção de
2007; European Environmental Agency, 2007; microalgas e considerações sobre o potencial de
Renewable Fuel Agency, 2008) envolvidas nas áreas aplicação do óleo de microalgas na fabricação dos
afins, ao considerarem as conquistas recentes da biocombustíveis.
biotecnologia (engenharia metabólica, genômica,
proteômica, nutrigenômica, bioinformática, FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
desenho de bioreatores etc.), assinalam que o
cultivo de alta densidade será viável em pouco As algas usam a energia do sol para converter
tempo. Em vários experimentos foram verificados água e CO2 em biomassa. São organismos
o potencial de produtividade em biomassa e teor fotossintetizantes que utilizam o ambiente aquático
de óleo, independentemente do uso energético das para se desenvolverem. Atualmente, mais de 150
algas. Até fevereiro de 2008 foram identificadas e espécies são usadas comercialmente para prover
caracterizadas algumas espécies selvagens de algas alimentos aos seres humanos e animais, servir
que apresentam grande potencial nestes quesitos. como agentes espessantes em sorvetes e auxiliar
Alguns destes genomas foram sequenciados, na cura de doenças sob a forma de remédios. As
sendo obtidas cepas geneticamente modificadas microalgas geralmente não chegam a 2 mm de
(MAYFIELD, 2008) para serem cultivadas apenas diâmetro e é, atualmente, o organismo fotossintético
em pequena escala. Para desenvolver o cultivo em mais promissor para os biocombustíveis, pois,
larga escala torna-se importante isolar e caracterizar comparado com as macroalgas, apresentam
outras espécies, além de aprimorar características estrutura menos complexa, maior taxa de
específicas que venham a proporcionar aumento crescimento e, em algumas espécies, alto teor de
no potencial da microalga, como matéria prima óleo (MATA et al., 2009).
para a produção do biodiesel. Paralelamente, é No entanto, existem algumas desvantagens.
necessário desenvolver novos métodos, processos Possuem elevado custo de produção da matéria-
para colheita, extração e conversão do óleo. prima, se forem usados fotobiorreatores fechados,
São muitos os desafios para a produção em os custos de implantação são extremamente altos,
larga escala e a escolha do processo de cultivo de os sistemas de reservatórios abertos podem ser
algas, o que dependerá do fomento e do interesse usados com queda drástica de rendimento e com
de instituições públicas e privadas no tema. significativa redução de produtividade de biomassa e
O diferencial da aqüicultura de microalgas em as algas geneticamente modificadas podem ser mais

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estáveis, mas os riscos ambientais são extremamente GRIMA et al., 1999). Segundo Molina-Grima
altos (poluição e destruição da biodiversidade nas (2003), no seu trabalho sobre análise econômica da
águas e rios) (AMIN et al., 2009). produção de biodiesel de microalgas, os meios de
Muitos estudos já foram realizados para a cultivo correspondem a 30% do custo de produção
produção de biodiesel a partir de microalgas, A biomassa microalgal contém
mas não conseguiram superar as dificuldades e aproximadamente 50% de carbono em peso seco
não evoluíram. Entretanto, pesquisas recentes já (SANCHEZ MIRÓN et al., 2003), em que a
começam a dar resultados, embora ainda esteja principal fonte provém do CO2. A produção de
distante qualquer iniciativa para a produção em 100 t de biomassa algal fixa em torno de 183 t
larga escala. A empresa Valcent Products Inc. de CO2. A taxa de dióxido de carbono fixado na
desenvolveu biorreatores verticais de alta densidade biomassa é determinada por meio da relação entre
para produção de microalgas. Esse sistema é o conteúdo de carbono presente nas células e a
planejado para trabalhar em circuito fechado e usar taxa de crescimento do microrganismo, conforme
pouca energia e água (NOGUEIRA, 2010). descrito por Kajiwara et al., (1997). A produção
Nos estudos de operação contínua realizados, de biodiesel pode potencialmente usar parte do
os rendimentos foram de 150.000 galões/acre/ano CO2 que é liberado pelas plantas superiores ou por
(cerca de 1,5 milhões de litros ha-1 ano-1). O custo de combustão de óleos fósseis (YUN et al.,1997). Este
produção do biodiesel foi de 13 centavos de dólar/L. CO2 está muitas vezes disponível com pequeno ou
As microalgas são potencialmente adequadas nenhum custo.
para a produção de combustíveis; entretanto, os Unidades de produção de biomassa algal
dados de laboratório sobre essa produção são em grande escala geralmente utilizam culturas
limitados (TEIXEIRA & MORALES, 2007). O contínuas, usando o sol com fonte de energia. Neste
crescimento fotossintético requer luz, CO2, água e método de operação, um novo meio de cultura é
sais inorgânicos. A temperatura deve permanecer oferecido numa taxa constante e a uma mesma
em torno de 20 a 30 ºC. Para minimizar os custos quantidade de cultura algal (MOLINA GRIMA et
da produção de biodiesel, o cultivo de microalgas al., 1999). Estudos recentes mostraram que, no caso
apresenta várias características: das microalgas com 50% de sua massa seca em óleo,
Custo relativamente baixo para a colheita e somente 0,3% da área cultivada nos Estados Unidos
transporte (FAO, 1997) e menor consumo de água poderiam ser utilizadas para produzir biodiesel
(SHEEHAN et al., 1998), comparados aos de cultivo suficiente para repor todo o combustível usado em
de plantas, pode ser realizado em condições não transporte (BENEMANN, 2008). Além disso, a
adequadas para a produção de culturas convencionais terra utilizada para o cultivo de microalgas pode ser
(FAO, 1997), as microalgas apresentam maior desértica, com baixo valor econômico para outros
eficiência fotossintética que os vegetais superiores e usos e com alta irradiação solar e que, neste cultivo,
podem ser cultivadas em meio salino simples (PIRT, podem ser utilizados resíduos de outras produções,
1986); e, são excelentes fixadoras de CO2 (BROWN como o CO2 de processos industriais, além de
& ZEILER, 1993). resíduos orgânicos (VICHEZ et al., 1997).
O meio de crescimento das microalgas deve Em relação ao rendimento em óleo, o de
prover elementos inorgânicos que constituem microalgas é pelo menos quinze vezes maior que o
a célula agual. Elementos essenciais incluem: da palma, que é a planta que proporciona a maior
nitrogênio, fósforo, potássio, ferro, magnésio produtividade por meios convencionais (SCHENK,
e, em alguns casos, silício, além de elementos 2008). Existem estimativas de produção de
em pequenas concentrações (na condição de óleo de microalgas entre 15000 e 30000 L km-2
micronutrientes), tais como molibdênio, boro, (BENEMANN, 2008). Os teores de lipídios e
dentre outros. Água do mar suplementada com triglicerídeos (TG) dependem das condições das
nitrato comercial e fertilizantes com fosfato e alguns culturas, sendo que, na década de 1940, foram
outros micronutrientes é comumente utilizada para relatados percentuais bastante elevados, de 70 a
o crescimento de microalgas marinhas (MOLINA 85% (FAO, 1997).

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Na Tabela 1 é possível observar algumas ser realizada diariamente, pois tem um tempo de
microalgas promissoras como matéria-prima para geração de poucas horas, o que permite processos
a produção de biodiesel, graças ao seu potencial na de produção contínua. Não são necessárias áreas
produção de lipídios. Em relação à Dunaliella, dos aráveis ou água potável, não competindo, portanto,
lipídios produzidos pelas células, obteve-se até 57% com a agricultura, animais ou pessoas pela sua
como TG - molécula de partida para a produção outorga.
do biodiesel (TAKAGI et al., 2006). No caso de A biofixação de CO2 é outra característica deste
algumas microalgas ali inseridas, o percentual cultivo, tornando neutro em carbono o biocombustível
de lipídio é baixo, porém estudos mostram que de óleo das microalgas. Após a produção da biomassa
este valor pode ser aumentado (TEIXEIRA & e posterior extração do óleo, os meios de cultura
MORALES, 2007; ILLMAN et al., 2000). Com remanescente do processo de produção da biomassa
base em diversos relatórios disponíveis, Singh e são diretamente reaproveitados ou reciclados. Os
Gu (2010), relataram que, atualmente, os custos de resíduos são usados na produção de biogás por
produção do biodiesel de algas encontram-se entre 9 digestão anaeróbica, com posterior co-geração de
a 25 Reais por galão (2,38 a 6,60 Reais por litro), em energia elétrica para uso no próprio processo de
tanques agitados, e de 15 a 40 Reais (3,96 a 10,57 cultivo. O CO2 gerado é utilizado pela combustão
Reais por litro) em fotobiorreatores. Esses valores do biogás na aquicultura das próprias microalgas, de
incluem todo o sistema de produção que é complexo forma a incrementar seu crescimento. Este potencial
nos dias atuais, composto por vários subconjuntos de reaproveitamento pode ser incorporado às outras
de sistemas, isto é, produção, separação, extração, receitas, como comercialização dos biocombustíveis,
secagem e montagem dos sistemas, sendo que uma dos subprodutos da biomassa e da biodigestão.
redução nas etapas de produção reduziria também os O modelo da cadeia produtiva proposta por
custos (SINGH & GU, 2010). Azevedo et al. (2008), baseia-se no encadeamento
A produção da biomassa das microalgas não dos setores responsáveis por cada etapa do processo
segue regime de safras. Desta forma, esta pode (Figura 1). Esta configuração pressupõe eficácia do

Tabela 1. Espécies de microalgas promissoras à produção de biodiesel (TAKAGI et al., 2006).

Teor de óleo de espécies selecionadas

Volume de óleo
Espécies
% massa seca
Ankistrodesmus TR-87 28 – 40
Botryoccocus Braunii 29 – 75
Chlorella sp. 29
Chlorella protothecoides (autotrófica / heterotrófica) 15 -55
Cyclotella DI-35 42
Dunallella tertholecta 36 – 42
Hantzschia DI-160 66
Isochrysis sp. 7 – 33
Nannociors 31 (6 -63)
Nannochicropsis 46 (31 – 68)
Nitzschia TR-114 28 – 50
Phaeodactytum tricomutum 45
Scenedesmus TR-84 33 (9 – 59)
Sticnococcus 31
Tetraseimis suecica 15 – 32
Thaiassiosira pseudonana 21 – 31

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balanço energético, reciclagem contínua dos meios outras plantas, tal como está mostrado na Tabela 2.
de cultura, escoamento da produção e aproveitamento O óleo das microalgas deve, no entanto, passar
do metano como fonte para produção de energia por um processo específico de conversão para
elétrica juntamente com os resíduos de biomassa. cada tipo de biocombustível pretendido. Para a
A eficiência de conversão da energia solar em produção comercial é preciso viabilizar o cultivo
energia química na maioria das espécies vegetais em larga escala de espécies de microalgas que
é baixa, sendo a cana-de-açúcar a que apresenta acumulem o máximo de lipídios. Por meio do manejo
maior eficiência de conversão (CANTRELL, das condições de cultivo (nutrientes, por exemplo),
2008). É relevante a diferença da produção de diversas espécies podem ser induzidas a sintetizar
biodiesel a partir das microalgas em relação às e acumular altas concentrações das biomoléculas

Fonte: AZEVEDO et al., (2008).

Figura 1. Esquema simplificado do cultivo de microalga e a reciclagem e uso de subprodutos.

Tabela 2. Exemplos de produção de biodiesel utilizando-se biomassas diversas (MAYFIELD, 2008)

Comparação entre eficiências de colheitas
Área requerida
Área requerida para equiparar
Biodiesel como percentagem
Fonte de Planta atual demanda global de óleo
(L ha-1 ano-1) de grandeza de terra
(milhões hectares)
global
Soja 446 10932 72,9
Colza 1190 4097 27,3
Mostarda 1300 3750 25
Jatropha curcas 1892 2577 17,2
Óleo de palma 5950 819 5,5
Alga 45000 108 0,7

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de interesse para a produção de cada combustível Por esta razão, o número de espécies que têm
pretendido. Para a produção de biocombustíveis, o sido cultivadas com sucesso, para dada finalidade,
lipídio de interesse corresponde ao triacilglicerol ou em um sistema aberto, é relativamente pequeno.
triacilglicerídeo, um tri-éster oriundo da combinação Além disso, em sistemas abertos, há menor controle
do glicerol com ácidos graxos (ácidos carboxílicos de sobre a temperatura da água, a concentração
longa cadeia alquílica), tais como palmítico, oleico e de CO2 e as condições de iluminação. Isto faz
alfa-linolênico (OHSE et al., 2007). com que a estação de crescimento seja muito
Assim como as plantas, as microalgas requerem dependente da localização geográfica e, com
três componentes para crescer: luz, CO2 e água. A exceção das áreas tropicais, seja limitada apenas
fotossíntese é um processo bioquímico por meio aos meses mais quentes. Se por um lado têm-se
do qual as plantas, as microalgas e alguns tipos de essas desvantagens com utilização de sistemas
bactérias convertem a energia fornecida pela luz “abertos”, por outro lado, tem-se como vantagem
solar em energia química. Esta energia é utilizada o seu baixo custo de implantação (BRENNAN
em reações que levam à formação dos açúcares ou & OWENDE, 2009). No sistema mais básico, há
à fixação do nitrogênio nos aminoácidos (os blocos somente a necessidade de escavar uma trincheira
fundamentais para a síntese das proteínas) (HOEK et ou a formação de pequena lagoa.
al., 1995; RAVEN et al., 2001). A configuração e as características operacionais
Estes organismos podem ser cultivados em dos tanques variam de acordo com o espaço, volume,
diversos sistemas de produção, com seu volume aplicação, custos e localização. Por exemplo, na
variando desde poucos litros até bilhões deles. Figura 2, é mostrado um cultivo de microalgas para
Os sistemas comumente empregados são pouco alimentação de larvas de caranguejo (larvicultura).
sofisticados, por ocorrerem a céu aberto, sob Os tanques para produção de microalgas para
condições naturais de iluminação e temperatura, larvicultura são de material plástico, circulares,
e com baixo ou nenhum controle sobre essas com capacidade de 500 L e mantidos em ambiente
variáveis ambientais (MOLINA GRIMA, 2003). fechado com iluminação artificial. A agitação é feita
Encontrar espécies de microalgas aptas para por meio de borbulhamento de ar atmosférico, o que
crescerem não é tarefa muito difícil, entretanto, é realizado por um compressor de ar (GIA, 2011).
cultivar espécies específicas de microalgas para a
produção de biodiesel não é algo fácil, já que elas
possuem características igualmente específicas
e exigem muitos cuidados especiais, como por
exemplo, evitar a contaminação por espécies de
microalgas indesejáveis que estejam presentes no
meio de cultivo, já que as microalgas necessitam
de luz, CO2 e água para o seu crescimento e elas
podem ser cultivadas em reservatórios abertos.
O principal problema no cultivo de microalgas
em sistemas abertos é que as espécies com conteúdo
mais elevado de óleo não são necessariamente
as mais rápidas para se reproduzir. E exatamente
por estes sistemas serem abertos, elas se tornam
muito mais vulneráveis à contaminação por
outras espécies de microalgas e bactérias, com a
possível exceção da espirulina (que cresce em um
meio agressivo e sob pH extremamente elevado, Fonte: Soares (2010)
eliminando, desse modo, a possibilidade da
contaminação por outras espécies) (VOLKMANN Figura 2. Cultivo de microalgas em tanques; produção
et al., 2008; WELLINGER, 2009). de Nannochloropsis oculata em ambiente
fechado.

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Nas Figuras 3A e 3B estão outros exemplos superiores a luz não incide nas células de forma
de reservatórios, com configuração diferente adequada. A operação dos tanques é realizada de
das dos tanques apresentados na Figura 3. Esses forma contínua, com o CO2 e os nutrientes sendo
reservatórios são retangulares, conectados constantemente fornecidos, enquanto a água rica
entre si, mantidas em ambiente aberto com em microalgas é removida no lado oposto da
iluminação natural, e a agitação é feita por meio estrutura (BRENNAN & OWENDE, 2009).
de um misturador de pás. A Earthrise Nutritionals, Uma variação possível no sistema básico
localizada no deserto de Sonora, no sudeste da aberto é cobrir a superfície dos reservatórios
Califórnia (EUA), possuindo 30 lagoas de 5.000 com uma estufa (Figura 5). Isto minimiza
m² cada, e é, atualmente, a maior produtora de parte dos problemas associados a esse tipo de
Spirulina sp. do mundo. A biomassa de Spirulina sistema, permitindo maior número de espécies
produzida é vendida para suplementação alimentar. cultivadas. É possível ainda, maior controle sobre
A Cyanotech, localizada no Hawaii (EUA), as espécies cultivadas, podendo ser utilizada a
produz biomassa de Spirulina e Astaxantina, estação de crescimento com a estrutura aquecida
que é um poderoso antioxidante derivado da (aquecendo-a, pode-se produzir durante todo o
biomassa da microalga Haematococcus pluvialis ano). Nestes sistemas semi-abertos é possível
(SPOLAORE et al., 2006; CYANOTECH, 2008; aumentar a produtividade de algas introduzindo
EARTHRISE, 2008). CO2 no ambiente da estufa, tornando maior
Os tanques onde as microalgas são cultivadas a velocidade de crescimento das microalgas
são usualmente denominados de “tanque tipo pista (WELLINGER, 2009).
de corrida” (raceway ponds) (Figura 4). Nelas, Com o objetivo de alcançar produtividade em
as microalgas, a água e os nutrientes circulam biomassa algal monoespecífica, alguns cultivos
constantemente. A circulação e a agitação são têm sido desenvolvidos em um equipamento
realizadas por meio de rodas de pás que garantem específico chamado fotobiorreator. Estes cultivos
a mistura e a suspensão das microalgas na água. são realizados em sistemas fechados construídos
O nível da água dos tanques é mantido em, no com tubos de plástico, vidro ou policarbonato
máximo, 30 cm, uma vez que em profundidades (Figura 6A, 6B, 6C).

B A
Fonte: (A) EARTHRISE; (B) CYANOTECH; (2008)
Figura 3. (A) Produção de Spirulina sp. na Califórnia (EUA); (B) Produção de Spirulina sp. e Haematococcus
pluvialis no Hawaii (EUA).

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Fonte: PÉREZ (2007).

Figura 4. Parque de reservatórios abertas do tipo “pista de corrida” (raceway ponds).

Fonte: MELO (2010).

Figura 5. Esquema de produção em tanque coberto.

A B C
Fonte: (A) PULZ E GROSS (2004); (B) ALGATECH (2008); (C) TECHNOLOGY (2008).
Figura 6. Cultivo de microalgas em fotobiorreatores; (A) Produção de Chlorella em fotobiorreator em casa
de vegetação na Alemanha; (B) Cultivo em fotobiorreator industrial ao ar livre em Israel; (C)
Cultivo experimental em fotobiorreator no MIT.

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Um fotobioreator consiste basicamente das microalgas (Figura 7). Operando de forma

em um bioreator que incorpora algum tipo de contínua, a colheita de microalgas é realizada
fonte de luz. O fotobioreator é, geralmente, o com uma freqüência elevada, determinada
termo mais empregado para definir um sistema pelas variáveis de operação do fotobioreator
fechado, ao contrário de um tanque aberto. Um (WELLINGER, 2009).
tanque coberto com uma estufa também poderia A empresa GreenFuel Technologies, localizada
ser considerado um fotobioreator. Dado que estes em Cambridge, nos Estados Unidos, realizou
sistemas são fechados, é necessário introduzir testes de campo utilizando um fotobioreator
as fontes necessárias para o crescimento que que usa 13% dos gases de exaustão emitidos
as microalgas necessitam: CO2, água, luz e pela usina termoelétrica (co-geração) do MIT
nutrientes (WELLINGER, 2009). para alimentar as microalgas (Figura 8). Um
Nos fotobioreatores, é possível controlar primeiro resultado foi a redução significativa
condições de cultivo como quantidade dos da concentração do monóxido de carbono (CO)
nutrientes, temperatura, iluminação, pH, dentre na exaustão, sendo esta da ordem de 82,3% em
outros. Isto implica em elevada produtividade, dias ensolarados e de 50,1% em dias nublados.
viabilizando assim, a obtenção de produções O processo removeu também 85,9% de óxidos de
comerciais (BRENNAN & OWENDE, 2009). nitrogênio (GREENFUEL, 2009).
Os custos de ajuste e operação de um Com utilização de tecnologia licenciada a
fotobioreator são mais elevados do que os de partir de um projeto da NASA, a GreenFuel
tanques abertos, mas a eficiência e os rendimentos construiu fotobioreatores de forma triangular,
em óleo são significativamente maiores. Assim, o usando tubos de policarbonato de 2 a 3 m de
impacto do custo inicial pode ser amortizado, em comprimento e de 10 a 20 cm de diâmetro. A
médio ou longo prazo, com o funcionamento do hipotenusa deste triângulo foi posicionada na
sistema (MOLINA GRIMA, 2003). direção do sol.
O fotobioreator pode ser operado para Os gases são introduzidos na base do triângulo
recolher as microalgas produzidas de forma e ascendem em direção ao topo enquanto a
contínua ou em batelada. Um fotobioreator suspensão (água, microalgas e nutrientes) circulou
operado, dessa segunda forma, é carregado, no sentido oposto. O uso dos tubos em que as
inicialmente, com nutrientes e com um pequeno microalgas cresceram superou a limitação usual
volume concentrado de microalgas (inóculo), da área útil da superfície dos reservatórios. Neste
que geralmente corresponde a 10% do volume caso, a mistura no tubo, sob regime turbulento da
do fotobioreator. Após a adição do inóculo e dos suspensão de microalgas com o CO e a velocidade
nutrientes, o fotobiorreator opera até o fim da na qual o líquido circulou, determinaram a taxa
batelada, quando é realizada, então, a colheita de crescimento das microalgas.

Fonte: Pérez (2007).

Figura 7. Colheita de microalgas produzidas no fotobioreator.

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Para o emprego na elaboração de alimentos, com este autor, há 4 métodos bem conhecidos
bem como para a extração de alguma substância para extrair o óleo das sementes oleaginosas e
de interesse, é necessário primeiramente separar a estes métodos também podem ser aplicados às
biomassa do meio de cultura. O processo envolve microalgas:
uma ou mais operações de separação sólido-líquido, 1. Extração por solventes: o óleo de microalgas
como floculação, centrifugação e filtração, por pode ser extraído usando produtos químicos como
exemplo (PÉREZ, 2007). Em seguida, a biomassa benzeno e o éter etílico; entretanto, um produto
segue para a operação de secagem que é comumente químico popular para a extração por solvente é o
utilizada para prolongar a vida útil das biomassas. n-hexano, que é relativamente barato, apesar de ser
Essa etapa pode constituir até 30% do custo total de um produto não renovável e tóxico. A desvantagem
produção (DUARTE, 2009). Para tanto, podem ser do uso de solventes para a extração do óleo são os
empregadas diversas técnicas como spray dryer, perigos envolvidos na manipulação dos produtos
liofilização, secagem ao sol e secagem convectiva. químicos desta classe. O benzeno é um produto
Para a extração dos compostos, as células das químico cancerígeno, tendo sido banido pelo
microalgas são quebradas, podendo-se empregar Ministério do Trabalho do Brasil. A extração
métodos de homogeneização, ultra-som, choque com hexano pode ser usado isoladamente ou em
osmótico, solventes, enzimas, dentre outros. A conjunto com outros solventes como etanol que
extração do óleo das microalgas é um tópico extrai ácidos graxos purificados. Deve-se conhecer
polêmico, atualmente debatido em virtude de seu a relação exata de etanol a ser utilizado, uma vez,
alto custo e pode determinar a sustentabilidade do que este solvente extrai alguns contaminantes
biodiesel de microalgas (PÉREZ, 2007). De acordo celulares, tais como açúcares, aminoácidos, sais

Fonte: TECHNOLOGY (2008).

Figura 8. Cultivo experimental em fotobiorreator no MIT.

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 AS MICROALGAS COMO ALTERNATIVA À PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS

hidrofóbicos e pigmentos (RICHMOND, 2004). da substância originalmente contida dentro das

Depois que o óleo foi extraído, a polpa restante células (GREENWELL et al., 2010). A biomassa
pode ser misturada com ciclohexano para extrair de microalgas (ou, mais comumente, sementes
o óleo remanescente. O óleo dissolve-se em ou oleaginosas) é submetida à alta pressão,
ciclohexano, e a polpa é filtrada da solução. O óleo necessária para o rompimento da parede celular
e o ciclohexano são separados por destilação. Estes e conseqüente liberação do óleo intracelular.
2 estágios (prensagem e extração por solvente) O desempenho do processo depende do grau
podem extrair mais de 95%, em massa, do total de de células desintegradas, dentre as variáveis
óleo contido nas microalgas (HOSSAIN, 2008). mais importantes estão, a eficiência do contato
2. Extração fluída supercrítica: este método entre a biomassa e os grânulos, o tamanho e a
pode extrair quase 100% de todo o óleo. Entretanto, compacidade dos grânulos e da resistência das
necessita-se de equipamento especial para o paredes celulares das microalgas dentre outros
confinamento e a aplicação de pressão. Neste (DOUCHA & LIVANSKÝ, 2008). A operação
processo, é utilizado CO2 liquefeito sob pressão e mecânica é geralmente utilizada em conjunto com
aquecido na condição supercrítica. Neste ponto, o a extração com solventes, e pode ser mais eficaz
fluido apresenta propriedade de extração elevada e econômica quanto maior for à concentração da
para a extração do óleo (CRAVOTTO, 2008). biomassa microagual e quando o óleo extraído for
3. Extração enzimática: A extração enzimática facilmente separado. Normalmente, este tipo de
de óleos vegetais, principalmente para aumentar o rompimento celular se torna mais eficiente quando
rendimento de obtenção de óleo, fornece resultados a concentração de biomassa está em torno de 100 a
promissores quando aplicada simultaneamente 200 g L-1 (GREENWELL et al., 2010).
com processos puramente mecânicos (GOMES, O biodiesel das microalgas não é
2002). Trabalhos de utilização de enzimas no significativamente diferente do biodiesel
processamento de oleaginosas têm sido publicados produzido dos óleos de plantas oleaginosas. Todo
(SHANKAR et al., 1997; HANMOUNGJAI et biodiesel é produzido a partir dos triglicerídeos das
al., 2001). A partir das observações feitas sobre a oleaginosas ou microalgas. Entretanto, algumas
acumulação do óleo nos espaços intracelulares em diferenças podem existir (GOUVEIA, 2009):
células vegetais, os pesquisadores têm estudado • As microalgas produzem muitos ácidos
substâncias capazes de afetar a estrutura das células graxos poli-insaturados, que podem apresentar
com objetivo de melhorar a extração de óleo, mas a problemas da estabilidade, já que níveis elevados
aplicação de um tratamento enzimático requer uma desses ácidos graxos tendem a diminuir a
estratégia específica para cada caso. Esse processo estabilidade do biodiesel. Porém, os poli-
usa enzimas para degradar a parede celular da insaturados também têm o ponto de congelamento
microalga, facilitando o fracionamento do óleo. O mais baixo que os mono-insaturado ou saturados.
processo possui maior custo quando comparado Assim, o biodiesel de microalgas deverá ter
com a extração com hexano (FUA et al., 2010). propriedades mais adequadas ao frio do que o
4. Choque osmótico: é uma redução repentina biodiesel de oleaginosas, que atualmente tem como
na pressão osmótica, que pode causar a ruptura das uma das principais desvantagens.
paredes das células das microalgas em solução. O • O biodiesel de microalgas é praticamente
choque osmótico é usado para liberar componentes isento de conteúdo de enxofre, isso reduz o desgaste
celulares, tais como o óleo. No entanto, para do sistema de combustível e aumenta a vida útil
obtenção de melhores resultados na extração de dos equipamentos de injeção de combustível em
óleo, faz-se necessário incluir uma etapa posterior relação do diesel comum. O biodiesel de algas
com uso de solvente (MOHEIMANI, 2005). possui maiores propriedades solvente comparado o
5. Extração Mecânica diesel (MATA et al., 2010).
A extração mecânica da biomassa de microalgas • O biodiesel de microalgas possui densidade
minimiza a contaminação a partir de fontes entre 5 a 8% inferior ao diesel, porém, sua maior
externas, enquanto mantém a integridade química eficiência de combustão e melhor capacidade de

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lubrificação pode ser parcialmente compensada. A insaturados também têm pontos de fusão muito
eficiência global do combustível torna-se apenas mais baixos do que mono-insaturado ou saturados.
cerca de 2% menor comparada ao diesel comum Assim, o biodiesel de microalgas deve apresentar
(MIAO & WU, 2006). melhor propriedades de combustão no frio do
que muitas outras matérias-primas vegetais
CONSIDERAÇÕES FINAIS potencialmente estudadas para produção de
biodiesel, uma vez que uma das desvantagens que
O cultivo de microalgas voltado para a produção biodiesel tem apresentado é o seu desempenho
de biocombustíveis é um assunto inovador e sua menor em temperaturas baixas comparadas com
evolução está à disposição de grandes empresas diesel comum.
produtoras de combustíveis, além de órgãos de
pesquisa, universidades e demais entidades. Apesar REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
de ser uma atividade consideravelmente nova, ela
vem ganhando espaço com estudos, pesquisas e ALGATECH. Disponível em: <http://www.algatech.
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econômico se combinados com o seqüestro de CO2, and co-products. Renewable and Sustainable
com utilização de águas residuárias como meio Energy Reviews, n.805, p.01–20. 2009.
de cultivo ou com processos de biorremediação
e, ainda, com a geração de co-produtos com alto BENEMANN, J.R., Overview: Algae Oil to
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podem ser purificados a partir da torta gerada na Air Force Office of Scientific Research Workshop on
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O biodiesel produzido a partir das microalgas
não possui diferenças significativas em relação ao BROWN, L.M. & ZEILER, K.G. Aquatic biomass
produto obtido por meio de plantas oleaginosas, and carbon dioxide trapping. Energy Conversion
pois é produzido a partir dos triglicerídeos, and Management, n.34, p.1005-10013, 1993.
presentes no óleo extraído, seja de plantas ou
microalgas. Para a produção do biodiesel, realiza- CANTRELL K.B., Livestock waste-to-bioenergy
se o processo de transesterificação, a exemplo do generation opportunities. Bioresource Technology,
que é realizada com as oleaginosas. n.99, v.17, p.7941–53, 2008.
As microalgas produzem uma grande
quantidade de ácidos graxos poliinsaturados, que CHISTI, Y. Biodiesel from microalgae.
podem apresentar um problema de estabilidade Biotechnology Advances, n.25, p.294-306, 2007.
do biodiesel de microalgas. Todavia, os poli- CRAVOTTO G, BOFFA L, MANTEGNA S,

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