https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43582| Tipo: | Tese |
| Título: | Uso de biomassa de microalgas e cianobactérias cultivadas em águas residuais de avicultura como potencial energético na produção de biodiesel e amônia como transportadora de hidrogênio |
| Título(s) alternativo(s): | Use of microalgae and cyanobacteria biomass cultivated in poultry wastewater as a potential energy source for biodiesel production and ammonia as a hydrogen carrier. |
| Autor(es): | Marques, Isadora Machado |
| Primeiro Orientador: | Sales, Emerson Andrade |
| metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Moreira, Ícaro Thiago Andrade |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Medeiros, Diego Lima |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Ferreira, Adriana Costa |
| metadata.dc.contributor.referee3: | Andrade, Consuelo Lima Navarro de |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Reyes, Claudia Yolanda |
| metadata.dc.contributor.referee5: | Sales, Emerson Andrade |
| Resumo: | A amônia é mundialmente usada como fertilizante, mas sua aplicação como transportadora de hidrogênio tem crescido atualmente. A capacidade de armazenar hidrogênio em 17,7% de peso (corresponde a 120 g/L) superior ao metanol (com 12,5%). Determinadas biomassas de microrganismos tem a capacidade de produzir amônia a partir da gaseificação. A vantagem é que esses microrganismos podem crescer em águas residuais realizando o duplo papel no tratamento de efluentes agroindustriais e geração de biomassa. Assim, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar o cultivo da microalga Desmodesmus sp. e a cianobactéria Brasilonema sp. em águas residuais de avicultura com dupla finalidade na remoção de nutrientes, nitrogênio e fósforo, como uma das etapas industriais no tratamento de efluente e reaproveitamento da biomassa com potencial geração de amônia e biodiesel. Os microrganismos foram propagados em fotobiorreatores cilindricos de borosilicato de 3 litros. O crescimento da microalga e cianobactéria foi realizado através da extração da clorofila (a) pelo método de suspensão por solvente (SSM). O crescimento bactériano foi monitorado pela técnica de plaqueamento por microgotas. A caracterização da água residual foi relizada para determinar nitrogênio através da cromatografia de íons, fósforo e a demanda química de oxigênio atrvés da leitura em espectrofotômetro e os metais pelo ICP OES. A biomassa foi coletada e caracterizada quanto a composição de carbono, nitrogenio, oxigênio, hidrogênio e enxofre através da análise elementar para simulação no Aspen plus, além da extração de lipídios e transesterificação para avaliar a geração de biodiesel pelo perfil de ácidos graxos. Através da modelagem pelo programa Aspen Plus, a maior geração de biomassa foi obtida pela microalga Desmodesmus sp. cultivada em água residual de avicultura (PW) com produção de 1000 kg/h. A menor produção foi obtida da cianobactéria Brasilonema sp. cultivada em meio de cultura BBM (CM), com 196,37 kg/h. A maior produção de amônia líquida obtida foi da biomassa da cianobactéria Brasilonema sp. (PW) com 107,81 kg/h, seguida da microalga Desmodesmus sp. (CM) com 106,92 kg/h. A Desmodesmus sp. (PW) apresentou maior teor de lipídios (23%) e proteínas (42%) com maior biofixação de CO2 (0,342gCO2/L.d), reduzindo as emissões de gases de efeito estufa, além disso apresentou proporções ideais dos ácidos graxos palmitato (53,73% - C16:0) e oleato (8,75% - C18:1), melhorando a qualidade do biodiesel com alto índice de cetano e alta estabilidade oxidativa. Foi observado que para a geração de hidrogênio a melhor biomassa foi da microalga Desmodesmus sp. cultivada em água residual avícola, entretanto para a produção de amônia, a melhor espécie foi Brasilonema sp. cultivada em águas residuais, proporcionando maior sustentabilidade ao processo. O modelo de fluxo de caixa descontado indicou que o uso de águas residuais para geração de amônia e biodiesel reduz os custos operacionais em aproximadamente US$ 632.041,30 com payback de 4 anos de retorno dos investimentos. Dessa forma, o presente estudo confirma e amplia as evidências sobre o potencial de microalgas e cianobactérias como plataformas biotecnológicas multifuncionais, integrando o tratamento de resíduos à geração de energia limpa e sustentável. |
| Abstract: | Ammonia is used worldwide as a fertilizer, but its application as a hydrogen carrier has recently grown. It has the capacity to store hydrogen at 17.7% by weight (corresponding to 120 g/L), superior to methanol (12.5%). Certain microbial biomasses have the capacity to produce ammonia from gasification. The advantage is that these microorganisms can grow in wastewater, performing a dual role in the treatment of agro-industrial effluents and biomass generation. Thus, the objective of this work is to evaluate the cultivation of the microalga Desmodesmus sp. and the cyanobacterium Brasilonema sp. in poultry wastewater for the dual purpose of removing nutrients, nitrogen and phosphorus, as one of the industrial steps in effluent treatment and biomass reuse with potential generation of ammonia and biodiesel. The microorganisms were propagated in 3-liter borosilicate cylindrical photobioreactors. The growth of the microalga and cyanobacterium was monitored by chlorophyll (a) extraction using the solvent suspension method (SSM). Bacterial growth was monitored by the microdroplet plating technique. Wastewater characterization was performed to determine nitrogen by ion chromatography, phosphorus and chemical oxygen demand by spectrophotometer reading, and metals by ICP OES. The biomass was collected and characterized for carbon, nitrogen, oxygen, hydrogen, and sulfur composition through elemental analysis for simulation in Aspen Plus, in addition to lipid extraction and transesterification to evaluate biodiesel generation by fatty acid profile. Through modeling using the Aspen Plus program, the highest biomass generation was obtained from the microalga Desmodesmus sp. cultivated in poultry wastewater (PW) with a production of 1000 kg/h. The lowest production was obtained from the cyanobacterium Brasilonema sp. cultivated in BBM culture medium (CM), with 196.37 kg/h. The highest production of liquid ammonia was obtained from the biomass of the cyanobacterium Brasilonema sp. (PW) with 107.81 kg/h, followed by the microalga Desmodesmus sp. (CM) with 106.92 kg/h. Desmodesmus sp. (PW) showed a higher lipid content (23%) and protein content (42%) with greater CO2 biofixation (0.342 gCO2/L.d), reducing greenhouse gas emissions. Furthermore, it presented ideal proportions of the fatty acids palmitate (53.73% - C16:0) and oleate (8.75% - C18:1), improving the quality of biodiesel with a high cetane index and high oxidative stability. It was observed that for hydrogen generation, the best biomass was from the microalga Desmodesmus sp. cultivated in poultry wastewater, however, for ammonia production, the best species was Brasilonema sp. cultivated in wastewater, providing greater sustainability to the process. The discounted cash flow model indicated that the use of wastewater for ammonia and biodiesel generation reduces operational costs by approximately US$ 632,041.30 with a payback period of 4 years for return on investment. Thus, this study confirms and expands the evidence on the potential of microalgae and cyanobacteria as multifunctional biotechnological platforms, integrating waste treatment with the generation of clean and sustainable energy. |
| Palavras-chave: | Bioenergia Águas residuais Biorrefinaria Bioprodutos Cianobactérias |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora / Evento / Instituição: | Universidade Federal da Bahia |
| Sigla da Instituição: | UFBA |
| metadata.dc.publisher.department: | Escola Politécnica |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Industrial (PEI) |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43582 |
| Data do documento: | 25-Fev-2025 |
| Aparece nas coleções: | Tese (PEI) |
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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