UNIVERSIDADE POTIGUAR PRÓ-REITORIA ACADÊMICA

PROGRAMA DE MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA DE PETRÓLEO E GÁS !!!!!!

Alanderson Rafael dos Santos Medeiros !!!!!!!!!ANÁLISE DA VIABILIDADE AMBIENTAL, ECONÔMICA E

OPERACIONAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS ! !!!!!!!!!!!!!!!!!

NATAL 2014

Alanderson Rafael dos Santos Medeiros !!!!!!!!!!!!!ANÁLISE DA VIABILIDADE AMBIENTAL, ECONÔMICA E

OPERACIONAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS ! !!!!!!!

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Mestrado Profissional em Engenharia de Petróleo e Gás, área de concentração em Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável na Indústria do Petróleo e Gás, da Universidade Potiguar – UnP, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Petróleo e Gás. !!!ORIENTADORA: Profª. Drª. Ana Catarina Fernandes Coriolano. !!!!!!!!!

NATAL 2014

!Alanderson Rafael dos Santos Medeiros !

!ANÁLISE DA VIABILIDADE AMBIENTAL, ECONÔMICA E

OPERACIONAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS !

!Dissertação de Mestrado apresentada à Universidade Potiguar – UnP, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Petróleo e Gás. !

!Aprovado em:____/____/_____

!!

BANCA EXAMINADORA

!!

____________________________________

Profª Drª Ana Catarina Fernandes Coriolano

Orientadora

Universidade Potiguar – UnP

!____________________________________

Prof. Dr. Elthon John Rodrigues de Medeiros

Avaliador Externo

Instituto Federal do Rio Grande do Norte – IFRN

!____________________________________

Prof. Dr. Franklin Silva Mendes Avaliador Interno

Universidade Potiguar – UnP

!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

DEDICATÓRIA !

A Deus por tudo, aos meus pais pela educação, amor e honestidade que sempre me guiaram e aos meus irmãos por compartilharem comigo os momentos mais alegres da minha vida. !!!!!!!

!!!

AGRADECIMENTOS !

Agradeço primeiramente a Deus, pois sem ele, nada seria possível e não

estaria aqui, desfrutando, deste momento que me é tão importante. Assim sendo,

quero também externar os meus agradecimentos:

!• À minha mãe por toda a educação e amor que ela me deu; • Aos meus irmãos por todo amor e fé que sempre tiveram; • Em especial ao meu irmão Mateus por me ajudar nas pesquisas; • A Zanoni Tadeu, meu primeiro orientador acadêmico, orientador da vida e

meu amigo. Nos deixou em abril de 2013, mas deixou o amor plantado. • À minha orientadora Profª Drª. Ana Catarina Fernandes Coriolano pela

dedicação constante e confiança depositada; • Aos meus amigos, professores e gestores do Instituto Federal de Ciência e

Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN) pela motivação constante; • Aos professores e colegas do Curso de Mestrado em engenharia de petróleo

e gás da Universidade Potiguar (UnP) pela experiência compartilhada;

!!!!!!!!!!!!!!!!

!RESUMO !

A possibilidade de produzir energia renovável é um importante tópico, abordado com frequência na atualidade, devido à problemática socioeconômica e os impactos ambientais causados ao longo dos anos pelos combustíveis fósseis e as implicações determinadas por estes. Há grandes expectativas direcionadas à obtenção de energia renovável a partir de matrizes vegetais com grande potencial energético, no intuito de reduzir os impactos ecológicos e promover a prática de sustentabilidade. O presente trabalho conduz uma análise de aspectos ambientais, econômicos e operacionais bem como, a discussão da viabilidade de produção de biodiesel a partir de biomassa de microalgas. A pesquisa foi fundamentada em um levantamento bibliográfico de títulos publicados nos últimos anos, e os dados obtidos esclarecem de maneira holística os benefícios e limitações da aplicação de microalgas como matéria-prima para síntese de biodiesel em detrimento à diversas matrizes vegetais energéticas. !PALAVRAS-CHAVE: biocombustíveis, biodiesel, microalgas, impactos ambientais, viabilidade, aspectos operacionais. !!! !

ABSTRACT !The possibility of producing renewable energy is an important topic frequently discussed nowadays because of the socioeconomic issues and the environmental impacts caused over the years by burning fossil fuels and its particular implications. There are great expectations directed to obtain renewable energy from vegetable matrices with huge potential energy, in order to minimize the ecological impacts and promote the practice of sustainability. The present work conducts an analysis of environmental, socioeconomic and operational aspects as well as a discussion of the viability for the production of biodiesel from microalgae biomass. The research was based on a bibliographical survey of published titles in the recent years, and the obtained data holistically clarify the benefits and limitations of the application of microalgae as a feedstock for the biodiesel synthesis to the detriment of various energetic plant matrices. !KEYWORDS: biofuel, biodiesel, microalgae, environmental impacts, viability, operational aspects. !!!!!!!!!!! !

SUMÁRIO

!!!!!!

1 INTRODUÇÃO ................................................................................. 12

1.1

CONTEXTUALIZAÇÃO………………………………………………… 12

1.2 Matrizes vegetais como matéria prima para produção de biodiesel………………………………………………………………….. 14

2 OBJETIVOS …………………………………………………………….. 18

2.1 OBJETIVO GERAL …………………………………………………….. 18

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ………………………………………….. 18

3 O BIODIESEL E SUA INTRODUÇÃO COMO MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA………………………………………….. 19

4 BIODIESEL PROVENIENTE DA UTILIZAÇÃO DO ÓLEO PRODUZIDO POR MICROALGAS…………………………………… 22

5 O BIODIESEL E A VIABILIDADE AMBIENTAL NO CONTEXTO DA SOCIEDADE ATUAL………………………………………………. 24

5.1 CONTEXTO HISTÓRICO-SOCIAL…………………………………… 24

5.2 Perspectiva geral das vantagens do cultivo de microalgas para produção de biodiesel………………………………………………….. 24

5.3 PROBLEMÁTICA AMBIENTAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL 26

5.4 A PROBLEMÁTICA DOS PATOGENOS EM DIFERENTES

CULTURAS COM POTENCIAL BIOENERGETICO………………… 31

6 VIABILIDADE ECONÔMICA E OPERACIONAL DO BIODIESEL PROVENIENTE DE MATRIZES VEGETAIS………………………… 34

7 DISCUSSÕES…………………………………………………………… 40

8 CONCLUSÕES ............................................................................... 43

8.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS……………………… 44

REFERÊNCIAS ................................................................................. 45

Figura 01 Distribuição de algumas oleaginosas no Brasil…………………….. 15

Figura 02 Reação geral de Transesterificação para produção de biodiesel…………………………………………………………………………….. 19

Figura 03 Diagrama esquemático de reator do leito fixo utilizado no processo de Pirólise……………………………….………………………………. 37

Gráfico 01 Evolução dos preços do petróleo e do custo de extração…………………………………………………………………………….. 12

Gráfico 02 Área e produção de cereais, leguminosas e oleaginosas no Brasil………………………………………………………………………………… 40

LISTA DE FIGURAS E GRÁFICOS

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

LISTA DE TABELAS

Tabela 01 Aspectos gerais e metodológicos do biodiesel com base em Microalgas………………………………………………………………………….. 27

Tabela 02 Aspectos gerais e metodológicos do biodiesel com base em Girassol……………………………………………………………………………… 28

Tabela 03 Produtos selecionados com maiores ganhos de posição no ranking dos 100 maiores produtos e/ou serviços industriais, segundo o valor de vendas - Brasil - 2007-2011…………………………………………………… 35

Tabela 04 Conteúdo Lipídico, Protéico e Glicídico de diversas fontes oleaginosas…………………………………………………………………………. 38

Tabela 05 Produtividade comparativa de algumas fontes oleaginosas para a produção de Biodiesel…………………………………………………………… 39

!!

ANP - Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis

ASTM - American Society for Testing and Materials

CEIB - Comissão Executiva Interministerial do Biodiesel

CNPE - Conselho Nacional de Políticas Energéticas

CH4 - Gás Metano

CO - Monóxido de Carbono

CO2 - Dióxido de Carbono (Gás Carbônico)

FAO - Food and Agriculture Organization

GLP - Gás Liquefeito de Petróleo

MCTI - Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação

MME - Ministério de Minas de Energia OPEP - Organização dos Países Exportadores de Petróleo

PNPB - Programa Nacional de Produção e uso do Biodiesel

!!

NOMENCLATURAS E ABREVIAÇÕES

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �12

1 INTRODUÇÃO!1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO ! Desde a década de 70 do século XX, após a descoberta de que o petróleo é

uma fonte de energia esgotável, houve um intenso aumento na preocupação em

substituir os combustíveis fósseis por energia renovável. Após essa descoberta, em

cerca de 7 anos, os preços dos barris de petróleo chegaram a triplicar. O Proálcool

(Programa Nacional do Álcool) desenvolvido pelo governo brasileiro, foi uma das

iniciativas para buscar energia de biomassa vegetal e tentar minimizar os problemas

oriundos do choque do petróleo e seu aumento de custo.

Vários fatores propiciaram a elevação do preço do petróleo, dentre eles a

criação da OPEP (Organização dos Países Exportadores de Petróleo), formada

pelos principais produtores mundiais de petróleo para tabelar o preço do produto,

criando um monopólio e controlando a oferta do produto no mercado.

Em 1986 os preços do petróleo despencaram. O Brasil passava por um período econômico preocupante, com sucessivos planos econômicos, dificuldade de pagamento da dívida externa e inflação em alta, de modo que os programas de biocombustíveis foram deixados em último plano (CUNHA, 2006).

Apenas na metade da década de 1990, após a reestruturação da matriz

energética brasileira juntamente com as preocupações ambientais relacionadas ao

uso dos combustíveis fósseis, as ideias voltadas para o desenvolvimento de

biocombustíveis voltaram à aparecer como tópico importante para discussão. O

Gráfico 01 denota a evolução dos preços e custos de extração do petróleo entre

1995 e 2009. Gráfico. 01:Evolução dos preços do petróleo e do custo de extração.

Fonte: Dimande et al. (2010)

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �13

Grandes expectativas vêm sendo direcionadas ao desenvolvimento e aplicação de formas energéticas renováveis, nas suas mais diversas modalidades, com o objetivo de fortalecer a consciência e a prática da sustentabilidade. Os combustíveis fósseis, essenciais para a dinâmica atual da sociedade, apresentam limitações já evidenciadas, relacionadas ao balanço negativo, decorrente do consumo crescente e superior à capacidade de geração muito lenta e característica do petróleo; além da preocupação com as emissões nocivas e o impacto ambiental resultante. (MEDEIROS et al, 2013) !

Neste contexto surgem alternativas para usar combustíveis renováveis no

intuito de amenizar o impacto causado pelo uso de combustíveis de origem fóssil,

uma dessas possibilidades é a mistura do Biodiesel proveniente de matrizes

vegetais com o óleo diesel produzido a partir do petróleo, Lobo et al (2009)

destacaram que: No Brasil, a Lei 11097/05 instituiu a obrigatoriedade da adição de 2% de biodiesel ao diesel (mistura B2) a partir de janeiro de 2008 e torna obrigatórias as misturas de 5% até 2013. Antecipando as previsões, o Conselho Nacional de Políticas Energéticas (CNPE), através de sua Resolução no 2/2008, tornou obrigatória a adição de 3% de biodiesel ao diesel (mistura B3) a partir de 1o de julho deste ano. Esta medida, além de fortalecer a indústria nacional e reduzir a participação do diesel mineral na matriz energética nacional, visa também escoar a produção nacional de biodiesel. As especificações do B100, a ser misturado com o diesel mineral, são estabelecidas pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), através da Resolução no 07 de 2008 (RANP 07/08) que substituiu a Resolução no 42 de 2004, tornando os critérios de avaliação da qualidade do biodiesel brasileiro mais restritivos. Os padrões de qualidades presentes nesta resolução foram constituídos com base nas normas ASTM D6751 e EN 14214 (Tabela 1). A mistura óleo diesel/biodiesel tem sua especificação estabelecida pela resolução ANP 15/2006. (LOBO et al., 2009)

A possibilidade de utilização de reservas energéticas renováveis surgiu como

alternativa, apontando matrizes vegetais para processos de conversão em

biocombustíveis. A viabilidade dessa proposta é frequentemente questionada,

principalmente no que diz respeito ao custeamento de produção e valor final – frente

aos combustíveis fósseis – e a possível competitividade desses recursos para

consumo alimentício.

A vantagem dos biocombustíveis em relação aos combustíveis fósseis é a diminuição de emissão de CO2, SOx, fuligem e hidrocarbonetos. No entanto, se por um lado os biocombustíveis são menos poluidores, por outro a sua produção exige grandes áreas de terras agricultáveis. Como a demanda por combustíveis para transporte aumenta anualmente, a produção de biocombustíveis exigirá cada vez mais terras aráveis, e isso começa a ameaçar a segurança alimentar, porque produzir mais álcool significa produzir menos açúcar. (SUAREZ, 2011)

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �14

1.2 MATRIZES VEGETAIS COMO MATÉRIA PRIMA PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL ! As notáveis mudanças climáticas e a preocupação com os problemas

ambientais enfrentados na atualidade, têm sido alvo de intensas discussões na

sociedade e remete a medidas relacionadas à utilização de outras fontes

energéticas renováveis como alternativa em relação às fontes não renováveis.

Nesse contexto, os biocombustíveis ganham relevância como alternativa à matriz

energética atual, que é, em sua maior parte, concentrada no uso do petróleo e seus

derivados. Dentre as principais matrizes vegetais com grande potencial energético, estão

a soja (Glycine max L.), o óleo extraído do cártamo (Carthamus tinctorius), da

Mamona (Ricinus communis L.), do Girassol (Helianthus annuus), Algodoeiro

(Gossypium sp.), além dessas espécies, existem outras fontes bioenergéticas que

vem sendo exploradas na atualidade, como por exemplo o Pinhão-manso (Jatropha

curcas) e o Dendezeiro ou Palma (Elaeis guineensis) no Estado do Rio Grande do

Norte. No Brasil, o cultivo de oleaginosas é privilegiado devido a características

climáticas e geográficas de certas regiões que favorecem o desenvolvimento de

algumas culturas. Na Figura 02, está representada a distribuição de algumas

oleaginosas mais cultivadas nos estados brasileiros.

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �15

Dentre as diversas possibilidades então conhecidas, estudos apontam que a

utilização de óleo extraído de microalgas para produção de biodiesel se destaca

frente à outras matrizes vegetais devido às suas características intrínsecas. Em

comparação às demais opções de biocombustíveis, o biodiesel proveniente de

microalgas apresenta destaque, uma vez que, além das variadas vantagens em

termos ambientais, possui alta compatibilidade físico-química com as características

observadas no diesel derivado do petróleo (número de cetanos, viscosidade

Fonte: Ciência e Tecnologia (2010)

Figura 02. Distribuição de algumas oleaginosas no Brasil

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �16

cinemática etc.), com possibilidade de utilização nos motores destinados ao diesel,

sem a necessidade de altos custos para adaptações adicionais. O cultivo de

microalgas para a produção de biodiesel mostra-se vantajoso em várias

perspectivas, tais como rápida reposição e multiplicação celular e devido à suas

dimensões microscópicas, não implica em grandes extensões para sua cultura; o

intenso consumo de dióxido de carbono e a composição celular ricamente

oleaginosa. Tais características são demonstradas nos trabalhos de alguns autores,

sendo abordadas posteriormente.

Além disso, vale salientar que este modelo de cultivo não gera efeitos sobre a

indústria alimentícia, pois não suscita concorrência pelos terrenos cultiváveis. A

literatura atual lista uma série de vantagens das microalgas em detrimento às outras

matrizes vegetais energéticas: potencial de produção de óleo de 7 a 30 vezes

superior ao das oleaginosas típicas, como girassol, mamona, palma e soja;

possibilidade de produção contínua, sem período de plantio e entressafra; e, por fim,

taxa de sequestro de carbono muito superior a dos vegetais terrestres (Biodieselbr,

2013).

Johnson e Wen (2009) avaliaram parâmetros no biodiesel obtido a partir do

óleo da microalga Schizochytrium limanicum, tais como, glicerol livre, conteúdo

saponificável, viscosidade e material particulado. A partir desta avaliação, os autores

enfatizaram que a biomassa de algas não só é uma fonte sustentável para a

produção de biodiesel, do ponto de vista socioeconômico, como também o produto

obtido apresentou características físico-químicas semelhantes às do diesel, de

acordo com as normas estabelecidas pela American Society for Testing and

Materials (ASTM).

O presente trabalho visa realizar um estudo teórico detalhado com base na

literatura, onde foi analisado e discutido projetos e iniciativas em algumas das

principais áreas relativas à obtenção de biodiesel por meio do cultivo de microalgas,

bem como aspectos econômicos e ambientais resultantes do uso em larga escala do

biodiesel, além disso, a viabilidade da mistura de óleo diesel obtido do petróleo com

o biodiesel obtido a partir destas seguindo as exigências legais.

Diversos autores destacam a importância do uso da metodologia de

levantamento bibliográfico. A pesquisa bibliográfica, ou de fontes secundárias, abrange toda bibliografia já tornada pública em relação ao tema de estudo, desde publicações avulsas, boletins, jornais, revistas, livros, pesquisas,

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �17

monografias, teses, material cartográfico etc., até meios de comunicação oral: rádio, gravações em fita magnética e audiovisuais: filmes e televisão. Sua finalidade é colocar o pesquisador em contato direto com tudo o que foi escrito, dito ou filmado sobre determinado assunto, inclusive conferências seguidas de debates que tenham sido transcritos por alguma forma, quer publicadas, quer gravadas. (LAKATOS & MARCONI, 1991, p. 183) !

Foram selecionados estudos realizados nos últimos anos, identificados em

duas vertentes gerais: análises de viabilidade econômica e socioambiental do

biodiesel proveniente de microalgas, bem como outras matrizes vegetais

energéticas. Os trabalhos encontrados foram distribuídos em duas categorias para

facilitar o direcionamento e a discussão dos processos e resultados: viabilidade

ambiental e econômica-operacional.

!!

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �18

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

O presente trabalho visa analisar e discutir a viabilidade do biodiesel

proveniente de microalgas no contexto das matrizes energéticas atual, além de

correlacionar as vantagens ambientais, econômicas e operacionais de diferentes

tipos de matrizes vegetais bioenergéticas.

!2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Realizar levantamento bibliográfico dos principais trabalhos acerca do tema

publicados nos últimos anos;

• Analisar aspectos econômicos, operacionais e ambientais da implementação do

biodiesel proveniente de microalgas em relação a outras oleaginosas;

• Discutir os parâmetros da viabilidade do uso do óleo de microalgas para produção

de biodiesel em larga escala;

• Discutir a viabilidade da mistura do óleo diesel com o biodiesel obtido de

microalgas de acordo com as exigências legais.

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �19

!3 O BIODIESEL E SUA INTRODUÇÃO COMO MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA Segundo Penteado (2005) o biodiesel é definido como um combustível

composto de mono-alquil-éteres de ácidos graxos de cadeia longa, apresentando ou

não duplas ligações em sua estrutura molecular.

“A molécula de óleo vegetal é formada por três moléculas de ácidos graxos ligadas a uma molécula de glicerol, formando portanto um triacilglicerol. O biodiesel pode ser obtido através de processos distintos, ao exemplo do craqueamento, a esterificação ou pela transesterificação. Esta última é a mais utilizada, e seus reagentes podem ser óleos vegetais, gorduras animais ou residuais com álcool. Uma catálise, que pode ser homogênea ou heterogênea, é realizada a partir de catalisadores ácidos, básicos ou neutros. Os mais comuns são os catalisadores básicos como o hidróxido de sódio.”(DÂMASO, 2006).

A Figura 02 ilustra a reação geral de transesterificação em três etapas, em

que o triacilglicerol é convertido em diacilglicerol e, finalmente, em glicerol, com

produção final de uma mistura de alquil ésteres.

De acordo com Fukuda (apud GALVAO, 2012), além da esterificação e

transesterificação, existem outras maneiras para obtenção do biodiesel a partir de

óleos vegetais ou gordura animal, seja em escala laboratorial ou industrial, tais como

pirólise ou craqueamento, técnicas de microemulsificações, misturas diretas de

óleos vegetais e diesel fóssil.

Figura 02 - Reação geral de Transesterificação para produção de biodiesel

Fonte: SILVA (2011)

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �20

O Brasil tem se destacado com relação a potencialidade da produção de

biodiesel a partir de matrizes vegetais energéticas e isso se deve, inclusive, a

características intrínsecas de sua localização geográfica. Por ser um país localizado

nos trópicos, recebe maior incidência de raios solares, apresenta recursos hídricos

naturais e uma temperatura média anual favorável para cultivo de espécimes

vegetais intencionado a obtenção de óleos para produzir biodiesel. Pois segundo

Nelson & Cox (p.742, cap.19, 2011) os organismos fotossintetizantes capturam a

energia solar e formam ATP e NADPH, que são usados como fonte de energia para

sintetizar carboidratos e outros compostos orgânicos a partir de CO2 e H2O e para

tanto necessitam das condições supracitadas.

Esses fatores climáticos e geográficos favorecem o metabolismo de plantas e

principalmente microalgas, que necessitam de alta incidência solar durante todo o

ano, facilitando, dessa maneira, o cultivo de diversos espécimes. As microalgas são os organismos mais eficazes no processo de conversão

da energia luminosa em energia química. Crescem rapidamente e são eficientes conversores de energia solar e produzem muito mais biomassa por unidade de área de terra plantada quando comparada com plantas terrestres e, não necessitam de áreas aráveis ou de água potável, não competindo, dessa forma, com a agricultura, animais ou pessoas. (SOARES, 2011)

Os primeiros estudos concretos para a criação de uma política do biodiesel no

Brasil tiveram início em 2003 e, em dezembro de 2004, o governo lançou o

Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB), cuja gestão é realizada

pela Comissão Executiva Interministerial do Biodiesel (CEIB), coordenada pela Casa

Civil da Presidência da República e pelo Ministério de Minas e Energia (MME). O

foco principal do programa é promover a introdução do biodiesel na matriz

energética brasileira, visando a geração de empregos no setor primário, visto que no

Brasil é de fundamental importância para o desenvolvimento social e regional. Dessa

forma, ocorre redução na migração de trabalhadores do campo para grandes

cidades favorecendo o ciclo da economia auto-sustentável importante para a

independência do país.

Desde o lançamento do PNPB, grandes expectativas voltadas para a

produção de biodiesel no Brasil foram intensificadas e direcionadas ao

desenvolvimento de novas técnicas de produção e aplicações deste combustível.

Além disso, as iniciativas privadas vem investindo fortemente na pesquisa e procura

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �21

de matérias-primas que promovam maior sustentabilidade ambiental, social e

econômica.

A mistura de biodiesel ao diesel fóssil teve início em 2004, em caráter

autorizativo. Em janeiro de 2008, entrou em vigor a mistura legalmente obrigatória

de 2% (B2), em todo o território nacional. Com o perceptível amadurecimento do

mercado brasileiro, esse percentual foi ampliado pelo Conselho Nacional de Política

Energética (CNPE) sucessivamente até atingir 5% (B5) em janeiro de 2010,

antecipando em três anos a meta estabelecida pela Lei nº 11.097, de 13 de janeiro

de 2005. A partir de Novembro de 2014, a mistura obrigatória será de 7%.

Segundo dados do Ministério de Minas e Energia (MME, 2012) o biodiesel é

usualmente vendido misturado ao diesel derivado de petróleo em mais de 30 mil

postos de abastecimento espalhados por todo o país. A produção do biodiesel

passou de 69 milhões de litros em 2006 para 2,7 bilhões de litros em 2011. Desde o

lançamento do PNPB até o final de 2011, o Brasil produziu 8,3 bilhões de litros de

biodiesel, reduzindo as importações de diesel em um montante de 5,3 bilhões de

dólares, contribuindo positivamente para a Balança Comercial brasileira. Esses

resultados credenciam o Brasil como um dos maiores mercados mundiais de

biodiesel.

No decorrer dos últimos anos, a produção de biodiesel no Brasil vem se

fortalecendo de maneira a gerar novos empregos e renda, tanto na fase agrícola e

nos mercados de insumos e serviços, bem como nas atividades de transporte,

mistura e comercialização de biocombustíveis. No entanto, foi a partir do lançamento

do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) que o biodiesel

avançou de forma extraordinária, tornando-se um instrumento de geração de riqueza

e inclusão social importantíssimo.

!!

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �22

4 BIODIESEL PROVENIENTE DA UTILIZAÇÃO DO ÓLEO PRODUZIDO POR MICROALGAS

Os biocombustíveis podem ser subdivididos de acordo com sua geração,

sendo os de primeira geração aqueles fabricados a partir de matérias vegetais

oriundas da agricultura, sendo portanto, parte da indústria alimentícia. Os

biocombustíveis de segunda geração são originados de fibras de celulose e outras

substâncias de partes de vegetais que não são direcionadas à alimentação. Existem

ainda biocombustíveis de terceira e quarta gerações, em que utilizam-se resíduos de

espécies não comestíveis como matéria prima.

O uso de biocombustíveis de primeira geração tem gerado controvérsias, principalmente, devido ao seu impacto sobre os mercados globais de alimentos, especialmente nas regiões vu lneráveis da economia mundia l . Isso tem mot ivado questionamentos pertinentes sobre o potencial desses recursos como substituição dos combustíveis fósseis, e em relação à sustentabilidade da sua produção (MOORE, 2008) !

Segundo Demirbas (2009), a grande vantagem da utilização do biodiesel é

sua relação positiva com o meio ambiente comparado a gasolina e os combustíveis

derivados do petróleo. Além disso, o biodiesel apresenta excelente portabilidade,

avaliabilidade, rentabilidade, poder de combustão eficiente, baixo teor de enxofre e

aromáticos e é altamente biodegradável, tornando-o ecologicamente mais amigável.

Uma nova geração de biocombustíveis ganha espaço e interesse de

pesquisas devido às características intrínsecas do mesmo. Trata-se dos fluidos

combustíveis obtidos por meio do cultivo de algas, dentre eles, o biodiesel.

Os maiores entraves à adoção do biodiesel de microalgas residem na questão da economicidade do processo como um todo, analisado em função do custo final do produto oferecido, área a que muitos esforços tem sido direcionados, no intuito de minimizar os ônus e garantir a viabilidade de produção e consumo desse combustível, que mostra-se como alternativa ecologicamente adequada.(MEDEIROS et al, 2013) !

As microalgas são amplamente distribuídas no mundo. Comparado com

fontes de biomassa lignino-celulósica (hidrocarbonetos fibrosos de classe bioquímica

glicídica), as microalgas como matriz energética possuem, as seguintes vantagens:

(1) Possuem maior eficiência fotossintética e maior produção de biomassa

[comparado à plantas terrestres superiores](Peng et al., 2001; Schenk et al., 2008).

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �23

(2) As microalgas podem ser cultivadas em meio aquático e não ocupam espaço

em terra arável [para produção primária]. (Rodolfi et al., 2009).

(3) A Composição química das microalgas podem ser moduladas facilmente através

de variações nas condições de cultivo e maior conteúdo lipidíco pode ser obtido.

(Rodolfi et al., 2009).

(4) As microalgas podem utilizar água salgada e matéria orgânica derivada de

águas residuais como fertilizantes. (Schenk et al., 2008).

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �24

5 O BIODIESEL E A VIABILIDADE AMBIENTAL NO CONTEXTO DA SOCIEDADE ATUAL !5.1 CONTEXTO HISTÓRICO-SOCIAL ! Para que o biodiesel tenha sua produção aplicada em larga escala, é

imprescindível que, em detrimento de vários aspectos a serem considerados, haja

viabilidade em um contexto socio-econômico, operacional e ambiental, sendo o

último discutido no presente capítulo.

A possibilidade da utilização de matrizes energéticas renováveis surgiu como

uma alternativa ao uso dos combustíveis fósseis da atualidade, apontando culturas

vegetais para processos de conversão de biomassa em biocombustíveis. Não

obstante, a viabilidade dessas iniciativas tem sido questionada, devido à baixa

competitividade financeira – frente aos combustíveis fósseis – e à ótica basal do

cultivo desses recursos para consumo alimentício.

A utilização de microalgas para tal fim evidencia-se com grande potencial para

eficiente incremento na matriz energética brasileira utilizando a mistura do biodiesel

obtido, com o diesel derivado do petróleo.

!5.2 PERSPECTIVA GERAL DAS VANTAGENS DO CULTIVO DE MICROALGAS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL !

O cultivo de microalgas para a produção de biodiesel mostra-se vantajoso em

várias perspectivas, tal como Kochem (2010) afirmou, esses organismos são

microscópicos e crescem rapidamente devido a sua estrutura celular mais

simplificada, isso desencadeia uma rápida reposição populacional desses

organismos que ainda devido à característica de microscopia, não implica em

grandes extensões para sua cultura; o intenso consumo de dióxido de carbono e a

composição celular ricamente oleaginosa permitem um maior aproveitamento da

biomassa, visto que maiores taxas de fotossíntese permitem gerar carboidratos

complexos, fomentando o desenvolvimento e multiplicação desses organismos.

Além disso, vale salientar que este modelo de cultivo não gera efeitos sobre a

indústria alimentícia, pois não suscita concorrência pelos terrenos cultiváveis.

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �25

Como discutido no trabalho de Lobo (2010), em comparação às demais

opções de biocombustíveis, o biodiesel proveniente de microalgas apresenta

destaque, uma vez que, além das variadas vantagens em termos ambientais, possui

alta compatibilidade com as características observadas no diesel derivado do

petróleo (número de cetanos, viscosidade cinemática etc.), com possibilidade de

utilização nos motores destinados a este último, sem a necessidade de adaptações

adicionais.

Em virtude da similaridade do biodiesel com as características do diesel

convencional, muitos estudos efetuados e mencionados neste trabalho buscam

testar a viabilidade de utilização desse combustível com minimização dos danos

ambientais, já bastante enfatizados para a modalidade dos originários fósseis.

!!

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �26

5.3 PROBLEMÁTICA AMBIENTAL DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL !

Em relação aos processos produtivos implicados na produção do biodiesel,

aquele ligado à utilização de algas vem sendo confrontado a outras modalidades,

objetivando medir os impactos ambientais suscitados, tal como descrito em

Figueiredo (2011), que conduziu uma comparação entre os processos envolvidos na

extração do biodiesel a partir de duas culturas distintas, microalgas e girassol.

Foram considerados os impactos de ciclo de vida para os dois tipos de biodiesel,

utilizando métodos de avaliação de impactos ambientais. Os resultados mostram

que o biodiesel de microalgas apresenta menores impactos para todas as categorias

apreciadas, dentre elas, efeito estufa, toxicidade humana, eutrofização, acidificação

e ecotoxicidade de recursos freáticos e marinhos.

Figueiredo (2011) reuniu o trabalho de diversos autores que analisaram os

impactos atribuídos à produção de biodiesel a partir de microalgas e de girassol em

diversos países. A partir disso, foram construídas duas tabelas (Tabela 01 e Tabela

02) comparando o método de substituição de impactos na produção de microalgas e

girassol.

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �27

País Autor/Ano Biomassa/Combustível Atribuição de Impactos

França Lardon et al., 2009 Microalgas/Biodiesel alocação energética: 37,9% óleo de algas e 62,1% farelo de algas

USA (Virgínia, Califórnia, Iowa)

Clarens et al., 2010 Microalgas n.a: diz respeito ao cultivo, o produto é

apenas um, daí não é necessária alocação

USA Sander et al., 2010 Microalgas/biodiesel Substituição: farelo de algas

substitui milho para produção etanol

USA Yang et al., 2010 Microalgas/Biodiesel n.d

UK Stephenson et al., 2010

Microalgas/Biodiesel Substituição: farelo de algas é

utilizado em digestão anaeróbia para

produzir metano que seria utilizado para produção de calor

USA Batan et al., 2010 Microalgas/Biodiesel Alocação energética, alocação econômica e

substituição: farelo de algas serve

como alimento em aquiculturas de peixe e

glicerina substitui diretamente a glicerina

com origem no petróleo

Austrália Campbell et al., 2010 Microalgas/Biodiesel Substituição: farelo de algas é

utilizado em digestão anaeróbia para

produzir metano para queima com produção

de calor

USA Clarens et al., 2011 Microalgas, colza, switchgrass/biodiesel,

bioeletricidade

Alocação energética: 65,8% óleo girassol e

34,3% ao farelo 95,7% Biodiesel e

4,3% glicerina

Tabela 01. Aspectos gerais e metodológicos do biodiesel com base em Microalgas

Fonte: Adaptado de Figueiredo (2011)•n.a = alocação não é necessária • n.d = não determina alocação

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �28

!!Apesar de se extrair uma maior quantidade de óleo por kg de matéria-prima

para o girassol, a produtividade das microalgas é bastante superior, o que revela

uma maior quantidade de óleo por hectare para as microalgas (FIGUEIREDO, 2011).

As Tabelas comparativas 01 e 02 deixam notório a existência de uma

vantagem do uso de microalgas para produção de biodiesel no que diz respeito à

atribuição de impactos, tornando o aproveitamento dessa matéria prima aprimorado.

País Autor/Ano Biomassa/Combustível Atribuição de Impactos

Grécia Balafoutis et al., 2010 Girassol alocação energética: 55,1% óleo de girassol e 44,9% farelo

Itália Cotana et al., 2010 Girassol e colza/biodiesel

n.d

Espanha Requena et al., 2010 Girassol, colza e soja/biodiesel

n.d

Chile Iriarte et al., 2009 Girassol e colza n.a: diz respeito ao cultivo, o produto é apenas um, daí não é necessária alocação

Grécia Kalivroussis et al., 2002

Girassol/biodiesel n.a

Brasil Viana, 2008 Girassol/biodiesel Alocação mássica: 26,4% óleo girassol e 73,6% ao farelo; 90,7% biodiesel e 9,3% à glicerina

Grécia Tsoutsos et al., 2009 Girassol/biodiesel n.d

UE Biograce, 2011 a Alocação energética: 65,8% óleo girassol e 34,3% ao farelo 95,7% Biodiesel e 4,3% glicerina

Fonte: Figueiredo (2011) Adaptado

Tabela 02. Aspectos gerais e metodológicos do biodiesel com base em Girassol

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �29

Monteiro (2009) desenvolveu um estudo de caso, baseado na aplicação de

biodiesel em automóveis urbanos da cidade de Braga, Portugal. Os resultados

mostraram que, embora o consumo energético total do biocombustível tenha

atingido valores 9,5% superiores (em comparação ao abastecimento convencional),

com a utilização do biodiesel, reduções relevantes ocorreram na maioria dos gases

poluentes considerados. Nas emissões de CO2 e óxidos de enxofre as reduções

foram, respectivamente, de 15% e 52%. Para CO e óxidos de nitrogênio, foram

constatadas restrições de até 17%, e em relação às partículas de CH4 as reduções

correspondem a 22%. Andrade (2012) em sua análise de emissões atribuídas ao

biodiesel, também aponta consideráveis diminuições, de cerca de 30% para o CO2 e

18% para os demais gases, ainda que a energia requerida tenha sido 30% maior.

Trabalhos recentes relacionando o cultivo de microalgas e impactos

ambientais têm dedicado preocupação particular aos problemas com os extensivos

recursos hídricos necessários para manutenção das algas, matéria-prima para o

biodiesel. Uma solução recorrente na pesquisa acadêmica, e que mostra-se bem

sucedida sob diversas análises, é a reutilização de águas residuais.

Park et al. (2013) discutem as vantagens e desvantagens de basear a cultura

de microalgas em fontes de águas residuais, provenientes de atividades urbanas,

agrícolas e industriais, com potencial para fornecer meios eficientes (com custo

reduzido) e sustentáveis de crescimento de algas para biocombustíveis, além de

combinar tratamento dessas águas pelos microrganismos, com a o aproveitamento

dos nutrientes úteis para a produção do biodiesel.

Galindro (2012) apontou o uso do efluente do cultivo superintensivo de

camarões marinhos como matéria-prima para impulsionar o crescimento de

microalgas destinadas à produção de biodiesel. O estudo mostrou que a

produtividade de biomassa obtida com o uso do efluente foi 17,5% superior à

utilização de fertilizantes químicos.

Pittman, Dean e Osundeko (2011) em seus estudos, baseados em vários

relatos científicos, concluem que tecnologias atuais de cultivo de algas,

isoladamente, não constituem alternativa viável para o fornecimento de energia, mas

reforçam que a dupla utilização, de cultivo de microalgas e tratamento de águas

residuais é, por conseguinte, uma opção atraente, em termos de redução dos

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �30

custos, emissões, e uso de insumos (fertilizantes e água doce), além do incremento

na produtividade.

Estudos vêm analisando também a possibilidade de associar o cultivo de

microalgas a áreas de intensa produção e emissão de dióxido de carbono (CO2),

uma vez que esse tipo de emissão pode gerar diversos inconvenientes do ponto de

vista ambiental e social. Por outro lado, este gás constitui fonte primária para os

processos fotossintéticos, e pesquisas na área revelam que o crescimento de

biomassa nessas condições é superior (FIGUEIREDO, 2011).

!

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �31

5.4 A PROBLEMÁTICA DOS PATÓGENOS EM DIFERENTES CULTURAS COM POTENCIAL BIOENERGÉTICO ! Em detrimento às diferentes matrizes vegetais energéticas, as microalgas

possuem uma grande vantagem no que diz respeito a dificuldades de cultivo

relacionadas a susceptibilidade à infecção por patógenos que prejudicam o

desenvolvimento da plantação, como relata Leite apud HENNING (1977): A expansão da cultura do girassol pode ser prejudicada, entre outros fatores, pela presença de doenças causadas por vírus, bactérias e fungos. O girassol é hospedeiro de mais de 35 microrganismos fitopatogênicos, a maioria fungos. No Brasil, não há dados exatos sobre a magnitude da perda na produção provocada pelas doenças, mas sabe-se que esta pode chegar a até 100%, dependendo das condições climáticas. (Leite apud HENNING p. 409, 1977). !

Dentre as diversas doenças que afetam o Girassol (Helianthus annuus L.) ,

primariamente de origem fúngica, como a Mancha de alternaria, que é comum nas

regiões de cultivo com clima subtropical úmido no Brasil, a plantação pode ser

gravemente afetada, acarretando em grandes perdas de produção. Segundo Leite

(apud HENNING, 1977), condições favoráveis como temperatura ótima e umidade

relativa alta, permitem ao agente etiológico (Alternaria spp.) produção de altas

quantidades de conídios (esporos fúngicos) que afetam a planta inteira e se alastram

para outras plantas na área, através de vento e chuvas. As espécies de A. spp. são

capazes de infectar sementes e ficarem viáveis por anos.

Além dessas doenças de importância econômica, pode-se citar ainda a

Ferrugem do girassol, a mancha cinzenta da haste e diversas podridões radiculares

(que acometem as raízes) que podem atacar a cultura do girassol.

A cultura de Mamona (Ricinus communis L.), atualmente uma das mais

importantes matrizes vegetais com potencial para produção de biodiesel, apresenta

susceptibilidade à ação de organismos causadores de doenças, dentre estas, o

mofo cinzento, que segundo Massola (apud HENNING,1977), a doença foi

constatada em 1932 e é atualmente a de maior importância econômica pois em um

curto período de tempo pode destruir grande parte da produção, atacando as

inflorescências e os frutos. Outras doenças da Mamoneira ocorrem no Brasil, como

a mancha bacteriana das folhas, que também ocorre em países como a Rússia,

Japão, Coréia e Uganda, a Fusariose (Fusarium spp.), que ocorre em quase todas

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �32

regiões do Brasil e a Mancha foliar (Alternaria ricini), doença que apresenta pouca

importância econômica pois não causa grandes prejuízos na produção.

Segundo Pereira (apud HENNING, 1977) por muito tempo o milho (Zea mays

L.) foi considerado uma planta altamente resistente a estresses ambientais (tais

como alta salinidade, temperatura, baixa disponibilidade de água etc) mas

atualmente surgiram novos problemas para a cultura, principalmente com relação às

doenças que podem promover grandes perdas na produção total da cultura.

A plantação do milho (Zea mays L.) em diversas regiões do Brasil é

comumente afetada por algumas doenças, dentre as quais diversas de origem

fúngica, tais como ferrugens e carvões, sendo estas as mais comuns, doenças

bacterianas e virais. Algumas dessas doenças podem comprometer seriamente a

produção final do cultivo.

O cártamo (Carthamus tinctorius L.), uma asterácea de cultivo anual, é uma

oleaginosa promissora para cultivo no semi-árido brasileiro, apresenta resistência a

alguns estresses ambientais, mas alguns estudos mostram que essa espécie é

suscetível à infecção por fungos, tal como Carneiro (2009) constatou a ocorrência de

manchas de coloração marrom escuro nas folhas e hastes em plantas de cártamo

(Carthamus tinctorius L.) cultivadas em Londrina - PR e confirmaram a espécie de

fungo patogênico Colletotrichum gloeosporioides, causador de antracnose em

alguns cultivos.

Segundo a FAO - Food and Agriculture Organization - (2010), o cultivo de soja

(Glycine max L.) no Brasil é um dos principais itens da produção agrícola, sendo o

segundo maior produtor mundial, atrás apenas dos Estados Unidos, movimentando

bilhões de dólares em sua cadeia produtiva de agronegócio.

As plantações de soja no Brasil podem ser afetadas por algumas doenças

virais, bacterianas e fúngicas, dependendo da região em questão. Almeida et al

(apud HENNING, 1977) afirma que a Mancha Parda ou Septoriose é a doença mais

amplamente disseminada no Brasil, podendo afetar severamente a produção da

plantação.

Segundo Almeida et al (apud HENNING, 1977), a Antracnose (Colletotrichum

dematium) é a principal doença que afeta a fase inicial de formação das vagens e é

um dos principais problemas dos cerrados. Em anos chuvosos, pode causar perda

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �33

total da produção mas, com maior freqüência, causa alta redução do número de

vagens, induzindo a planta à retenção foliar e haste verde.

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �34

6 VIABILIDADE ECONÔMICA E OPERACIONAL DO BIODIESEL PROVENIENTE DE MATRIZES VEGETAIS !

Segundo Demirbas, A. e Demirbas, M. (2011) os poucos estudos existentes

nessa temática enfatizam as estimativas com base em três parâmetros: eficiência

fotossintética, adoção em larga escala e cultivo em longo prazo. Eles ressaltam que

o cultivo de microalgas em modalidades abertas costuma incorrer em baixa

eficiência, por outro lado, a utilização de fotobiorreatores eleva os custos e, como

resultado, ambas as configurações apresentam alto custo final do biodiesel ($1.40/l

para o cultivo aberto e $1.81/l em fotobiorreatores), tornando-o pouco competitivo

economicamente em comparação ao diesel de origem fóssil ($0.48/l).

Nos últimos anos, houve um crescimento exponencial na produção de

biodiesel para acompanhar o crescimento das vendas, como mostrado na Tabela 03.

A partir disso, pode-se inferir que haverá maior direcionamento para o

desenvolvimento de tecnologias inovadoras na área de produção do biodiesel com

concomitante possibilidade de reduções nos valores de venda do biodiesel. O

Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), divulgou em novembro de

2013, o investimento de R$ 36,8 milhões, onde R$ 11,2 milhões foram investidos

para pesquisas sobre a produção de microalgas para finalidades energéticas.

!

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �35

Slade e Bauen (2013) analisaram três aspectos da produção de microalgas

que irão influenciar intensamente a aplicabilidade futura da produção de

biocombustíveis dessa origem: o balanço energético e de carbono, impactos

ambientais e custos de produção. Os autores concluíram que, para se atingir um

balanço positivo de energia, serão necessários avanços tecnológicos e otimização

dos sistemas de produção, e encaram a mitigação dos impactos ambientais, em

particular, a gestão da água, como oportunidade e desafio, simultaneamente. Por

outro lado, assinalam que o custo pode ser significativamente reduzido (em até 50%)

se CO2, água e nutrientes forem obtidos a baixo custo.

Uma discussão acerca dos benefícios e dificuldades na produção em larga

escala do biodiesel de microalgas foi dirigida por Rawat et al. (2013). Uma reflexão

foi tecida, abordando diversos pontos ligados ao tema, como a seleção das

microalgas, marinhas ou de água doce, a origem das culturas e a viabilidade das

cepas; a determinação do uso ou não de linhagens submetidas a condições

estressantes do meio para o aumento na produtividade de lipídios; além de

considerar as interações sinérgicas que ocorrem naturalmente entre algas e outros

microrganismos. Considerações relativas ao melhor modelo de cultivo (modalidades

abertas e fechadas) também estão delineadas neste estudo, apontando que a

Tabela 03. Produtos selecionados com maiores ganhos de posição no ranking dos 100 maiores produtos e/ou serviços industriais, segundo o valor de vendas - Brasil - 2007-2011

Fonte: IBGE, 2012

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �36

maioria das empresas pesquisadas utilizam sistemas fechados (52%), e as demais,

tanques abertos (26%) e configurações naturais (22%). Soares et al, 2011, em seu

estudo, analisa em profundidade as variáveis que podem influenciar cada

configuração de cultivo de microalgas, apontando vantagens e desvantagens em

cada uma.

Abordagens críticas e concernentes ao panorama presente da produção de

biodiesel em grandes proporções foram realizadas também por Singh e Gu (2010);

Alam et al (2012) e Mata et al (2010), com apontamentos semelhantes, ou seja, a

viabilidade econômica do processo depende da minimização do custo operacional e

de manutenção, além da maximização da produção de microalgas. Carmo (2012)

ressalta ainda que a aquisição da cultura e a extração somam mais de 90% do custo

total de obtenção do biodiesel, e que o custo final é bastante superior ao valor de

mercado, indicando como formas de diminuir o custo de produção, a otimização dos

níveis de solvente aplicado, bem como, métodos mais eficientes de processamento.

Gao et al (2012) apontam ainda, como alternativa viável para redução dos

altos custos referidos para a produção do biodiesel, o reaproveitamento dos

resíduos da biomassa oriunda das microalgas, como fonte de nutrientes para

fermentação em diferentes vias.

O aproveitamento de resíduos de biomassa obtidos das microalgas pode ser

realizado através do processo de Pirólise. A Pirólise é considerada um eficiente

processo de conversão de biomassa em produtos precursores de combustíveis. Tais

produtos incluem “char” (material sólido residual de compostos carbonados após

combustão), elementos gasosos e bio-óleos. Essencialmente, pirolisar biomassa é

um processo atrativo devido à alta densidade energética e conveniência em seu uso,

armazenamento e transporte (ISLAM et al., 2004).

Pan et al. (2010), realizou um trabalho comparativo entre o processo de

pirólise direta e com uso do catalisador HZSM-5 em um reator de leito fixo, utilizando

biomassa resídual da microalga verde Nannochloropsis sp. (utilizada devido ao seu

alto teor lipídico, seus resíduos metabólicos podem ser utilizados para síntese de

bio-óleos renováveis precursores de biocombustíveis) (Ver esquema da Figura 03).

Os autores apontam que os resíduos metabólicos das microalgas em questão

podem ser utilizados como recurso renovável devido à produtividade e eficiência em

dimensão qualitativa/quantitativa no processo de pirólise, otimizado pela síntese do

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �37

“Char”, sendo a produção mais eficiente na utilização do catalisador HZSM-5.

Também foi possível estabelecer a temperatura ótima para obtenção de produtos

finais notavelmente melhores. Além de apresentar boa capacidade de estocagem, os

óleos obtidos na pirólise catalítica apresentaram baixo teor de gás oxigênio,

promovendo diminuição da oxidação dos óleos. A pirólise dos resíduos de

Nannochloropsis sp. apresentou-se mais eficiente do que a pirólise de biomassa

lignino-celulósica comumente utilizada. Os produtos precursores formados

apresentaram grande potencial para uso como biocombustíveis.

!!!!!!!!

!Fonte: Adaptado de Pan et al. (2010)

Figura 03. Diagrama esquemático de reator do leito fixo utilizado no processo de Pirólise

Cúpula Térmica Nitrogênio

Condensador

Capturador de Gás

Forno Aquecedor

Reservatório interno

Tubo de escape

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �38

Algumas espécies de microorganismos, apresentam-se superiores à soja no

que diz respeito ao teor lipídico acumulado por estes organismos segundo o trabalho

comparativo de Fontana (2010), conforme os dados apresentados na Tabela 04.

Ainda em caráter comparativo, a produtividade de outras oleaginosas,

comumente utilizadas para obter biodiesel é inferior àquela observada na utilização

de microalgas, tal como mostrado na Tabela 05, que evidencia o rendimento da

produção de óleo de cada organismo e a área necessária para o cultivo/produção,

destacando as microalgas como promissoras nestes quesitos.

Tabela 04. Conteúdo Lipídico, Protéico e Glicídico das diversas fontes oleaginosas

Fonte: Fontana (2010)

(*) unicelular mas formando filamentos alongados espiralados ou tricomas; (#) suco de abacaxi como fonte de C; (%) principalmente glicogênio (reserva polimérica de glicose); (@) meio e condições de cultura otimizados para tal fim.

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �39

!

Fonte: Fontana (2010)

Tabela 05. Produtividade comparativa de algumas fontes oleaginosas para a produção de Biodiesel

(*) como exemplificação, Mega-hectares teoricamente necessários para suprir 1⁄2 de toda demanda de combustíveis para transporte nos USA / ano(#) assumindo 30% de óleo na base seca da biomassa(##) assumindo 70% de óleo na base seca da biomassa

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �40

7 DISCUSSÕES ! Nos últimos 40 anos, devido à crescente diminuição das reservas de petróleo,

com o aumento dos custos de seus derivados, tornou-se necessário a busca de uma

nova matriz energética com renovação cíclica. Dentre os principais combustíveis, o

biodiesel surge como uma opção que atualmente pode ser aplicada em uma mistura

com o diesel oriundo do petróleo, tornando-se um eficiente combustível em termos

de rendimento, ao passo em que minimiza os conhecidos danos ambientais

causados pela utilização de combustíveis fósseis amplamente usados.

Inicialmente, as pesquisas apontavam gramíneas, leguminosas e plantas

oleaginosas como matrizes vegetais energéticas com grande potencial para a

produção de biodiesel. De 1980 à 2014, houve um grande crescimento na produção

das matrizes supracitadas, como de acordo com o Figura 04 abaixo, todavia, esses

vegetais são utilizados amplamente na indústria alimentícia. Isso pode gerar

competição com o consumo humano e um direcionamento maior da produção

dessas matrizes para produção de biocombustíveis.

Fonte: IBGE

Gráfico 01 - Área e produção de cereais, leguminosas e oleaginosas no Brasil

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �41

O constante crescimento na produção dessas matrizes, demanda uma área

de cultivo ampla e cada vez maior, porém, a figura 04 aponta que de 1980 à 2002, a

área de cultivo era praticamente a mesma, mas nos últimos 10 anos houve um

crescimento de 50% da área. A partir disso, infere-se que haverá demanda de uma

área de cultivo maior, o que pode gerar desde comprometer a área de produção

voltada para o consumo alimentício ao fato de que o espaço geográfico é limitado.

Nesse contexto, a obtenção de biodiesel a partir do óleo de microalgas torna-

se uma possibilidade que mostra-se mais eficiente em relação a diversos

parâmetros, como por exemplo, a área de cultivo necessário para as microalgas é

exclusivamente em meio aquático com possibilidade de verticalização, o que exclui a

necessidade da exploração horizontal em terra arável, sendo portanto, uma matriz

vegetal energética eficiente em termos de aproveitamento de área de cultivo. Além

disso, a produção pode ser estável e contínua, sem período de plantio e entressafra

como é o caso de outras fontes vegetais.

Segundo Holanda & Ramos (2011), a eficiência fotossintética das microalgas

é maior do que as matrizes ligninocelulósicas e portanto tendem a apresentar maior

produção de biomassa, além disso, a composição bioquímica das microalgas podem

ser controladas com facilidade através de variações nas condições de cultivo e

dessa forma, a obtenção de óleos é mais eficiente.

Outro aspecto importante, é o fato de que as microalgas podem utilizar água

salgada e matéria orgânica derivada de águas residuais como fertilizantes no cultivo.

O seu cultivo em água de produção de petróleo também é uma possibilidade de

aplicação futura que poderia aliar a produção de matéria-prima ao uso das

microalgas para o tratamento da água para descarte ou para o reutilização na

produção do petróleo.

O biodiesel de microalgas apresenta menores impactos para todas as

categorias apreciadas, dentre elas, efeito estufa, toxicidade humana, eutrofização,

acidificação e ecotoxicidade de recursos freáticos e marinhos.

Ainda com relação às diferentes fontes vegetais, como o girassol, mamona,

palma, soja e cártamo, as microalgas possuem um importante e altamente vantajoso

aspecto com relação à dificuldades de cultivo, como por exemplo os problemas

relacionados à infecção por patógenos que prejudicam o desenvolvimento de

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �42

algumas plantações, em que as microalgas não apresentam esse tipo de

susceptibilidade.

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �43

8 CONCLUSÕES ! Em comparação às demais matrizes vegetais energéticas, o biodiesel

proveniente de microalgas apresenta destaque para a síntese de uma mistura mais

eficiente, uma vez que, além das variadas vantagens em termos ambientais, possui

alta compatibilidade com as características observadas no diesel derivado do

petróleo (número de cetanos, viscosidade cinemática, hidrocarbonetos etc.), com

possibilidade de utilização nos motores destinados a este último, sem a necessidade

de adaptações adicionais, que gerariam custos mais elevados.

A produção do conteúdo lipídico das microalgas é cerca de sete à trinta vezes

superior ao de matrizes vegetais, como girassol, mamona, palma e soja. Além disso,

as melhores condições de cultivo dessas matrizes necessitam de investimento

hídrico maior.

Atualmente, o custo final do biodiesel para o consumidor é cerca de três

vezes mais elevado devido aos altos custos de produção, entretanto, o crescente

investimento governamental na área de inovação tecnológica da produção de

biodiesel oriundo de matrizes vegetais, principalmente microlagas, pode tornar viável

a diminuição dos custos de cultivo/produção e consequente redução do custo final

de mercado.

Diante do exposto, a análise de literaturas mais recentes relacionadas à

produção de biodiesel permite-se inferir que o biodiesel oriundo de microalgas frente

à outras matrizes vegetais mostra-se mais viável no que diz respeito à múltiplos

aspectos discutidos, apesar da constante necessidade de mais pesquisas

inovadoras para que haja a implementação do cultivo de microalgas como principal

matéria prima para produção em larga escala.

Uma das principais considerações, destacada pela reunião dos diversos

títulos apresentados neste trabalho, é a importância de relacionar áreas distintas de

conhecimento em prol do avanço nas pesquisas, de modo a acelerar e aumentar a

eficiência dos projetos, por meio de designações multidisciplinares e, portanto, com

embasamento ainda mais sólido.

!

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �44

8.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS !- Pesquisas com utilização de engenharia genética, uma proposta que pode

apresentar meios de aumentar a eficiência técnico-econômica do biodiesel;

- Análise de diferentes métodos técnicos para a obtenção de biodiesel, no quesito

eficiência e custo/benefício dos métodos de obtenção;

- Comparação do rendimento em biomassa de diferentes espécies de microalgas

!!!!!!!!!

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! �45

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