Controle da temperatura e irradiância em fotobiorreatores de placas planas para o cultivo de microalgas

Abstract

A temperatura do meio de cultura e a irradiação solar são os principais fatores que necessitam de controle para viabilizar um cultivo de microalgas em escala industrial. Esses dois parâmetros possuem uma relação direta e podem causar diferentes efeitos na produção de biomassa desde a redução na taxa específica de crescimento das microalgas até a morte celular. O objetivo deste trabalho é propor o desenvolvimento de um compósito polimérico para controle da irradiância e da temperatura no cultivo de microalgas. Esse trabalho é dividido em duas etapas. A primeira etapa consiste na avaliação de um modelo mecanicista para predição da temperatura do meio de cultura, com o objetivo de estudar as variáveis que mais impactam na resposta do modelo. Os resultados desse trabalho indicam que três parâmetros afetam significativamente a temperatura do meio de cultura, são esses: a transmitância do material das placas, a distância entre as placas e o sobreamento do fotobiorreator. A segunda etapa foi baseada nos resultados da avaliação desse modelo e propõe o desenvolvimento de um compósito polimérico termo isolante para a construção de fotobiorreatores de forma a reduzir a irradiação solar incidente, reduzir a transmitância do material e a condutividade térmica das placas. Dois diferentes materiais para compor esses compósitos foram testados com diferentes concentrações: as microesferas ocas de vidro e grânulos de poliestireno expandido. Os resultados para os compósitos com microesferas ocas de vidro indicam que as cargas de diferentes massas específicas produziram um efeito semelhante na redução dos picos de temperatura do meio de cultura quando aplicadas em uma concentração de 0,6% vol.. Para o poliestireno expandido o resultado mais significativo foi com 6,0% vol. usando grânulos de 1,0 mm e 12,5% vol. usando grânulos de 2,0 mm. O impacto na taxa específica de crescimento da microalga Chlorella pyrenoidosa foi avaliado em uma modelagem. Os resultados para fotobiorreatores com as microesferas ocas de vidro indicam um aumento de 37% na taxa de crescimento específica e uma redução no pico de temperatura em até 9°C. Para os compósitos com poliestireno expandido, a redução máxima na temperatura do cultivo foi de 6°C e o aumento na taxa específica de crescimento da espécie Chlorella pyrenoidosa foi de 32%. Para ambos compósitos testados a redução na condutividade térmica não foi significativa quando comparada com o impacto na redução da temperatura devido à transmitância do material. Esses resultados comprovam a tese de que um material compósito pode ser desenvolvido para atender as demandas omerciais, tecnológicas e ambientais para a viabilização de um cultivo em larga escala de microalgas.