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Sistemas de cultivo de microalgas – Parte I

Sistemas de cultivo de microalgas – Parte I
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A produção comercial de microalgas – para a obtenção de biomassa e/ou de compostos bioativos – tem sido desenvolvida por inúmeras empresas em alguns países e, para tanto, são empregados diferentes sistemas de cultivo, os quais, dependendo da finalidade têm vantagens e desvantagens que devem ser consideradas. Por convenção, e considerando cultivos fotoautotróficos, os sistemas podem ser classificados como abertos ou fechados.

Em Sistemas Abertos, as culturas são desenvolvidas, principalmente, em tanques (cilíndricos, retangulares com fundo elíptico ou tipo raceway, por exemplo), tanto em ambiente aberto (exterior ou outdoor), quanto em ambientes fechados (interior ou indoor). São denominados sistema abertos porque parte da cultura (superfície) está em contato com o ar atmosférico. Quase como regra, os sistemas abertos são pouco sofisticados, sendo os cultivos desenvolvidos sob condições naturais e com baixo ou nenhum controle dos parâmetros ambientais (luz, temperatura, pH etc.). Os tanques são geralmente pouco profundos (0,3 – 1,0 m), construídos em concreto, fibra de vidro ou policarbonato, por exemplo, e ainda, em maior escala, muitas empresas empregam tanques com fundo de terra, revestidos com material plástico. Os sistemas abertos são particularmente de baixo investimento e relativamente de fácil operação, entretanto, apresentam diversas limitações, sendo as mais impactantes a escassa biomassa alcançada (0,05 – 0,5 g.L-1) e a consequente baixa produtividade volumétrica, como resultado da precária eficiência na utilização da luz.

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Figura 1. Sistemas de cultivo aberto – LCA/UFSC: a) Tanque de fibra de vidro, com fundo elíptico, 2.500 L

 

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Figura 1. Sistemas de cultivo aberto – LCA/UFSC: b) Raceway revestido com manta plástica, 10.000 L

É interessante comentar que os tanques para o cultivo de microalgas foram desenvolvidos pensando em termos de volume de produção, enquanto deveriam ter sido usados conceitos de engenharia e de fotobiologia na construção destes sistemas, sempre visando alcançar elevadas produtividades e voltados à otimização dos custos (menor uso de água, nutrientes, mão de obra etc.). Nos cultivos em ambiente externo, outras dificuldades são as variações diárias e sazonais na iluminação (natural) e na temperatura – que implicam em variações no crescimento das culturas e na composição bioquímica da biomassa -, bem como, a maior vulnerabilidade a contaminações (outras microalgas, bactérias, fungos, protozoários, insetos etc.).

Usualmente, os cultivos em tanques são desenvolvidos para a obtenção de produtos de menor valor, a exemplo das culturas empregadas na alimentação dos organismos de aquicultura ou para a obtenção de biomassa para a produção de biocombustíveis.  Cabe esclarecer que, quando os tanques estão dispostos em ambientes fechados como estufas (casa de vegetação ou greenhouse), e mesmo em ambientes com iluminação artificial, continuam sendo considerados como sistemas abertos.

Em Sistemas Fechados, convencionalmente denominados Fotobiorreatores (“PBR”), as culturas são desenvolvidas visando alcançar elevada produtividade volumétrica (>1,0 g.L-1.d-1), o que é possível por conta da elevada razão entre a superfície iluminada e o volume da cultura.

Diferente dos tanques, nos fotobiorreatores a área superficial da cultura não tem contato com o ar atmosférico, daí a denominação de sistemas fechados. Diversos tipos de fotobiorreatores têm sido empregados para o cultivo de microalgas, entretanto, os tipos mais comuns são os cilindros verticais, os painéis verticais ou horizontais de forma achatada (flat panel) e os fotobiorreatores tubulares (serpentinas verticais ou horizontais), construídos com tubos de plástico, vidro ou policarbonato.

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Figura 2. Sistemas fechados de cultivo de microalgas – LCA/UFSC: a) Fotobiorreator plano, 25 L (Photon Systems Instruments)

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Figura 2. Sistemas fechados de cultivo de microalgas – LCA/UFSC: b) Fotobiorreator plano vertical, 150 L

Nos fotobiorreatores as culturas podem ser monitoradas, possibilitando o controle das condições de cultivo (densidade celular ou biomassa, concentração de nutrientes, temperatura e pH, dentre outras). Outras vantagens incluem o controle das condições hidrostáticas da cultura (fluxo de ar e água, dissolução dos gases etc.), a redução da vulnerabilidade a contaminações e a utilização eficiente dos nutrientes do meio de cultura. Por conta dos elevados custos de implantação e de operação, os fotobiorreatores têm sido desenvolvidos visando à produção de biomassa rica em produtos de elevado valor comercial, empregada como matéria-prima para as indústrias farmacêutica, alimentícia e cosmética, por exemplo.

Assim, a escolha do sistema de cultivo a ser implantado deve ser feita levando em consideração o produto a ser obtido e a sua aplicação. Particularmente para a alimentação de alguns dos organismos de Aquicultura, diversos estudos dão conta de que a produção de microalgas pode representar entre 20% e até mais do que 50% dos custos de produção de sementes de moluscos e de pós-larvas de camarões marinhos, portanto, é imperativo o estudo voltado à melhoria dos sistemas tradicionais de cultivo, bem como, o desenvolvimento e a aplicação de novos sistemas e processos de produção de microalgas.