A poluição, o aquecimento global e a inflação dos preços do petróleo lideraram a busca por fontes de energia renováveis e as macroalgas (algas marinhas verdes, marrons e vermelhas) estão ganhando popularidade como uma fonte renovável viável e promissora para a produção de biocombustíveis.
As algas marinhas são organismos multicelulares, macroscópicos, eucarióticos e autotróficos. Eles são organizados taxonomicamente em três grupos grandes e distintos, baseados especialmente na cor do talo: Chlorophyta (algas verdes), Rhodophyta (algas vermelhas) e Ochrophyta-Phaeophyceae (algas marrons)
Estão presentes nos oceanos e mais particularmente nas zonas costeiras. A sua distribuição depende de condições geoclimáticas e de vários parâmetros bióticos ou abióticos.
Considerada uma matéria-prima valiosa para uma ampla gama de produtos de valor agregado e produção de energia, as algas marinhas podem ser usadas em vários campos, incluindo saúde humana e vegetal, cosméticos, agricultura, alimentos e construção.
Inúmeras pesquisas têm sido realizadas para aproveitar o potencial das macroalgas na geração de diversos bioprodutos, como biocombustíveis. A existência de componentes como carboidratos e lipídios, e a falta ou deficiência de lignina, transformam as macroalgas em uma matéria-prima invejável para a geração de biocombustíveis.
Em termos de produção de biocombustíveis, existem dois métodos principais de conversão de biomassa: conversão bioquímica e processos de conversão termoquímica.
A conversão bioquimica envolve metanização/digestão anaeróbica (DA), que é um método versátil que converte matéria orgânica em ambiente livre de oxigênio em biogás, uma mistura de metano (60–70%) e CO2 (30–40%).
Este combustível renovável pode ser queimado para geração combinada de calor e energia ou purificado para injeção adicional na rede de gás.
Este último inclui combustão, gaseificação e pirólise, entre as quais a gaseificação tem muitas vantagens: menor produção de poluentes atmosféricos e possibilidade de produção de combustíveis neutros em carbono ou negativos em carbono, calor, frio ou energia.
Para o processamento de biomassa úmida e residual, a secagem é normalmente necessária para obter uma faixa desejada de teor de umidade apropriada para o processo ou para estabilizar essa biomassa antes de sua valorização, o que poderia consumir muita energia.
No entanto, um estudo recente apresentou um sistema alternativo de poligeração para produção de bioenergia e biohidrogênio; nenhuma energia externa é necessária com o projeto de sua unidade de cogeração.
A biorrefinaria é o processo de conversão de biomassa em uma variedade de produtos lucrativos, como combustíveis e produtos químicos, por meio de processos de conversão. O biocombustível é um desses produtos energéticos de biorrefinaria gerado a partir de biomassa.
Com base nas variedades de matéria-prima utilizadas, os biocombustíveis são categorizados em combustíveis de primeira, segunda e terceira geração.
Os biocombustíveis de primeira geração são produzidos a partir de matérias-primas que são usadas como alimentos para consumo humano. Trigo, cana-de-açúcar, arroz e milho, sorgo de beterraba sacarina e outras culturas enquadram-se nesta categoria. Pode ser caracterizado como ‘biocombustíveis convencionais’, pois recupera combustíveis renováveis utilizando tecnologia convencional.
Os biocombustíveis de segunda geração são criados em resposta a aplicações industriais e comerciais, tais como despesas, ineficácia e também competitividade com a produção agrícola. Principalmente, os resíduos gerados a partir desta produção agrícola são utilizados para geração de biocombustíveis.
Alimentos não consumíveis, como resíduos agrícolas e culturas lenhosas, são altamente utilizados, sendo mais difíceis de extrair e exigindo tecnologia de conversão sofisticada.
Os recursos marinhos, as algas marinhas e as cianobactérias são fontes interessantes de biocombustíveis de terceira geração, uma vez que podem produzir melhores rendimentos com menos recursos. As macroalgas são talvez a fonte de biocombustível não consumível com maior potencial, pois podem crescer exponencialmente em água salina, condições adversas e em água salgada.
As algas podem ser cultivadas em quase todos os tipos de água, incluindo águas de esgotos. Além disso, a taxa de crescimento de algas é cerca de 20–30 vezes mais rápida do que as culturas forrageiras e o teor de óleo presente nas macroalgas é cerca de 30 vezes maior do que as matérias-primas convencionais.
A fonte de algas é completamente biodegradável e livre de enxofre, o óleo derivado de algas tem melhor qualidade. Além disso, a ausência de lignina torna as macroalgas fáceis de digerir por micróbios no processo de biorrefinaria e facilita a conversão em biocombustível do que em plantas terrestres.
Os resíduos de biomassa após os processos de conversão podem ser utilizados para fins de aquecimento, fertilizantes e outros tipos de produção de combustível.
As macroalgas têm teor de água ricos em carboidratos (25% – 50%), proteínas (7% – 15%) e lipídios (1% – 5%) o que torna as macroalgas uma matéria-prima promissora para a produção de biodiesel, bioetanol e produção de biohidrogênio
Da mesma forma, as macroalgas também podem ser utilizadas como suplementos alimentares, hidrocolóides, materiais curativos, fertilizantes e ração animal.
Na indústria alimentar, as macroalgas representam anualmente US $ 5 bilhões em todo o mundo, o que representa 83% – 90% do total da indústria de algas marinhas.
Muitos pesquisadores estudaram sobre o uso de macroalgas como matéria-prima para a produção de biocombustíveis, como o biodiesel, bioetanol, biohidrogênio, biometano e bio-óleo. A mioria dos resultados mostrou uma revisão positiva sobre a produção de biocombustíveis a partir de macroalgas.
Os biocombustíveis provenientes de algas são considerados combustíveis de terceira geração e apresentam vantagens como rápido crescimento e alto teor de captura de CO2 e facilidade de cultivo mesmo em terras áridas com potencial para enfrentar crises energéticas.
A biomassa de algas contém substâncias como glicéridos de acilo e ácidos gordos que são utilizados na produção de biocombustíveis, diminuindo assim a utilização de combustíveis fósseis.
O óleo extraído de algas pode ser utilizado para a produção de biodiesel e a biomassa residual obtida é rica em teor de açúcar que pode ser utilizado para a produção de bioetanol.
O mercado de biomassa de macroalgas está em expansão tanto na capitalização de mercado numa base anualizada, com informações estatísticas da Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO) indicando que a produção global de biomassa de macroalgas em 2016 ascendeu a aproximadamente 30 milhões de toneladas num valor de USD$ 11,6 bilhões.
A Ásia é o maior produtor mundial de macroalgas, com a China liderando a produção com 14 milhões de toneladas avaliadas em US $ 8,6 bilhões de dólares, seguido pela África com cerca de 140.000 toneladas e pelas Américas com 15.634 toneladas.
Uma variedade de espécies de macroalgas, inclusive Laminaria japonica, Eucheuma spp., Kappaphycusalverezii, Pyropiayezoensis, Undaria pinnatifida e Graciliariaverrucosea, já foram cultivados em massa na Ásia.
A Europa, por outro lado, ainda tem uma indústria aquícola limitada e os métodos de cultivo estão atrasados. No entanto, o esforço para estimular o mercado europeu de macroalgas e a indústria da aquicultura está na sua fase inicial, e tanto os interesses académicos como comerciais impulsionaram estratégias para cultivar macroalgas em maior escala.
As macroalgas podem ser cultivadas tanto offshore quanto onshore em vários métodos. O cultivo offshore inclui crescimento de algas, cultivo de jangadas e cultivo flutuante como mostrado abaixo. Devido ao menor consumo de custos de instalação e manutenção, o cultivo com cordas ou redes é considerado uma técnica de cultivo predominante.
Nas técnicas de cultivo Onshore, a água do mar tem sido amplamente utilizada para o cultivo e tem a vantagem de estender proibitivamente o controle sobre a segurança e o alto rendimento do produto.
Oferece alta adaptabilidade para uma gama mais ampla de macroalgas e é mais sustentável do que o cultivo offshore, uma vez que as espécies marinhas não são afetadas pelo cultivo em terra.
Além disso, a mistura é um fator potencial que promove um melhor crescimento de algas neste tipo de cultivo. É necessario uma agitação ou circulação adequada para misturar culturas de algas de forma eficaz, e isso contribui para o aumento dos custos.
Até agora, este cultivo em terra carece de uma abordagem inovadora sustentável e de baixo custo para implementação em larga escala.
Também é possível que um ecossistema biótico e abiótico seja invadido pela agricultura aberta. Isso reduz o grau das algas, tornando-as inadequadas para uso nas indústrias farmacêutica, química e cosmética.
A nanotecnologia é uma técnica emergente para melhorar a produção de biocombustíveis em vários setores que está ganhando importância. Seu papel na biorrefinaria de macroalgas é sintetizar nanopartículas para deslocamento de componentes dentro da biomassa de algas devido à alta área superficial.
Uma abordagem recente para melhorar a geração de biocombustíveis a partir de macroalgas é a imobilização da celulase por nanopartículas que poderiam minimizar o consumo da enzima hidrolisada.
Além disso, está em andamento a biossíntese de nanopartículas magnéticas na área de produção de biocombustíveis.
Vários desafios precisam de ser enfrentados para permitir a produção comercial de biocombustíveis a partir de algas em expansão e são suficientes para dar uma contribuição significativa para as necessidades energéticas do nosso planeta.
Via: NIH
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