Sequestro de carbono e geração de energia alternativa por célula a combustível fotossintética de Chlorella vulgaris com produção secundária de biodiesel e carotenóides

Abstract

O crescimento da população mundial vem causando um aumento na demanda por energia o que poderá causar em curto prazo uma crise energética. Grande parte da energia consumida no mundo é vem do petróleo, porém sua prospecção e utilização causam grandes danos à natureza, impactando os ecossistemas e contribuindo para o aquecimento global. Portanto, novas tecnologias para geração de energia limpa vêm sendo criadas, sendo as células a combustível (CC), dispositivos que convertem energia química em elétrica, porém com algumas limitações, como deficiências na transferência de elétrons, baixa geração de potência e altos custos de implantação. Assim, uma alternativa menos onerosa são as Células a Combustível Fotossintéticas (CCF), utilizando organismos fotossintetizantes como aceptores de elétrons, em substituição dos catalizadores metálicos. Neste sentido, estudos foram realizados com a microalga C. vulgaris utilizada no compartimento catódico de uma célula a combustível fotossintética, com a finalidade de analisar a eficiência na geração de energia, além da capacidade de sequestrar o CO2 da atmosfera, com produção e acúmulo de metabólitos secundários de reserva (amido e lipídios), além de pigmentos fotossintéticos e carotenoides. Na primeira parte do estudo com a microalga Chlorella vulgaris foi utilizado com aceptor de elétrons em um compartimento catódico de uma CCF e a capacidade de consumir CO2 e acumular amido foram testadas apresentando um Idmax = de 0,24 V/cm2, consumo de 3,5 mg/L-1 de dióxido de carbono, com acúmulo de 40% de amido na biomassa. Posteriormente, esta condição foi submetida a diferentes condições de cultivo, modificando o tempo de iluminação, aeração, fontes de nitrogênio (Uréia e Nitrato de Sódio) e as concentrações de nitrogênio e fósforo no meio de cultivo, seguindo um planejamento fatorial completo 2^2. As condições de crescimento do ensaio A1(cultura heterotrófica ,iluminação contínua, CO2 como fonte de Carbono e ureia como fonte de N), a microalga apresentou o maior resultado na acumulação de amido (36%), e a relação entre as concentrações limitantes de fósforo e nitrogênio influenciaram positivamente na acumulação dos lipídios, produzindo 66%. O crescimento foi aumentado, com consequente aumento na geração de energia, apresentando picos de Idmax= 0,25 V/Cm2, com uma eficiência coulômbica de CE=63%. Em um segundo momento o crescimento da microalga em CCF foi realizado utilizando os melhores parâmetros obtidos anteriormente, porém, utilizando diferentes tipos de comprimento de onda 450 nm e 620nm (azul e vermelho, respectivamente) e luz branca como controle para induzir a produção de carotenoides durante o processo de geração de energia. Ao final do processo foram detectados licopeno e betacaroteno nas seguintes concentrações: Licopeno: luz branca =20,9 mg/100g; azul = 29,6 mg/100g; vermelha = 30,4 mg/100g. β- caroteno nas concentrações: Luz branca = 11,2 mg/100g; Azul = 39,2 mg/100g e vermelho = 40,4 mg/100g. Os resultados obtidos com os estudos realizados demonstraram a eficiência e o grande potencial do protótipo de CCF e da C. vulgaris como aceptor de elétrons, além da produção de biomoléculas com amplas aplicabilidades biotecnológicas.