Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-21T16:54:52Z No. of bitstreams: 1 DÉBORA JAMILA NÓBREGA DE MELO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 1660411 bytes, checksum: 435dc571b5f61082152afe1a09c340cb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-21T16:54:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DÉBORA JAMILA NÓBREGA DE MELO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 1660411 bytes, checksum: 435dc571b5f61082152afe1a09c340cb (MD5) Previous issue date: 2015-09 / CNPq / Diante da futura escassez dos recursos energéticos originados do petróleo e seus derivados, aliados aos impactos ambientais causados pelo consumo desenfreado de recursos naturais, faz-se necessário a busca por produção de energias alternativas e limpas. Nesse ínterim, surgem as microalgas como potenciais de produção de biocombustíveis, por sua elevada taxa de crescimento e capacidade produtiva de lipídios e carboidratos. Porém, o alto custo de manutenção ainda inviabiliza sua produção. Dessa forma, esse trabalho busca aumentar a produção de microalgas utilizando a vinhaça, um resíduo da indústria sucroalcooleira altamente nutritivo e poluidor, e reutilizando resíduos do próprio cultivo como suplementação nutricional ao meio de cultura. A microalga Chlorella sp. foi cultivada em meio Bold’s Basal Medium (BBM) modificado, suplementado com de 5, 10 e 15% de vinhaça e resíduos de cultivos com diferentes concentrações, reutilizados por até três vezes. O sistema de cultivo adotado foi o mixotrófico. Foram calculadas as velocidades específicas de crescimento máximas e os tempos de geração dos cultivos suplementados com vinhaça e resíduos de cultivos. Calcularam-se as remoções de Demanda Química de oxigênios dos cultivos suplementados com vinhaça. Foram quantificados os teores de açúcares redutores e lipídios das biomassas cultivadas com 10% de vinhaça e sem suplementação. Foi verificado que os cultivos suplementados com 5 e 10% de vinhaça apresentaram maior densidade celular que o cultivo sem suplementação. As taxas de crescimento máximas e os tempos de geração dos cultivos com 5 e 10% de vinhaça foram muito próximas, diferente do cultivo suplementado com 15% de vinhaça que apresentou inibição no crescimento. As remoções de DQO foram elevadas e em média 85%. A utilização dos resíduos de cultivos favoreceu o crescimento das microalgas, apresentando melhores resultados os cultivos suplementados com resíduos de segunda reutilização, em especial os cultivos suplementados com resíduos originados de um cultivo com adição de vinhaça. A biomassa da Chlorella sp. cultivada com suplementação de 10% de vinhaça apresentou 11,50% de lipídios, 0,33% de açúcares redutores. Estudos mais aprofundados devem ser realizados para uma melhor caracterização da biomassa para verificar a influência da suplementação do meio com vinhaça na produção de proteínas e carboidratos totais. / In the face of future scarcity of energy resources derived from oil and its derivatives, coupled with the environmental impacts caused by rampant consumption of natural resources, it is necessary to search for a renewable and clean energy. In the meantime, there are microalgae with potential of biofuel production due to its high growth rate and productivity capacity of lipids and carbohydrates. However, the high cost of maintenance still prevents its manufacture. In this way, the present work aims to increase the production of microalgae using vinasse which is a residue of highly nutritious sugarcane industry and a polluter, and reusing waste from the own cultivation as a nutritional supplement to the culture medium. The microalgae Chlorella sp. was grown in a modified Bold's Basal Medium (BBM), supplemented with 5, 10 and 15% of vinasse and residues of cultivations with different concentrations in what they were reused at maximum of three times. The adopted cultivation system was the mixotrophic. Calculations were made to obtain the specific maximum speed of growth and the generation times of cultivations supplemented with vinasse and cultivation waste. Also, it was calculated the removals of Chemical Oxygen Demand (COD) of cultivations supplemented with vinasse. For the next step, it was quantified the reducing sugars and lipids of biomass cultivated with 10% of vinasse and without supplementation. It was verified that the cultivation supplemented with 5 and 10% of vinasse showed higher cell density than the unsupplemented cultivation. The maximum growth rates and generation times of cultivations with 5 and 10% of vinasse were very close whereas cultivation supplemented with 15% of vinasse showed growth inhibition. The removals of COD were high and averaged at 85%. The use of cultivation residue has favored the microalgae growth, presenting best results for the cultures supplemented with second reuse waste, in particular cultures supplemented with residues derived from a culture with addition of vinasse. The biomass of cultivated Chlorella sp. with supplementation of 10% of vinasse showed 11.50% lipids, 0.33% of reducing sugars. Further studies should be performed to better characterize the biomass to check the influence of the medium supplementation with vinasse in the production of proteins and total carbohydrates.

Orientadora: Profa. Dra. Ana Maria Pereira Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Energia, 2014. / Este trabalho avaliou o potencial energético da biomassa de Chlorella minutissima cultivada em condição autotrófica em meio Guillard f/2 e mixotrófica com o mesmo meio e adição de glicose em diferentes condições: I) adição fracionada de 0,2 g/L de glicose com um intervalo de 48h para atingir a adição total de 0,4 g/L; II) adição de 0,2 g/L de glicose em única dose no início do cultivo; III) adição de 0,2 g/L de glicose em única dose após 72h do início do cultivo e IV) adição fracionada de 0,05 g/L de glicose, após 72h de cultivo, seguida de três adições em intervalos de 48h, até atingir a adição total de 0,2 g/L. As curvas de crescimento dos cultivos foram determinadas a partir do monitoramento diário da densidade celular. A produtividade e os teores de carboidratos, clorofila-a, carotenoides, poder calorífico superior e análises elementar e imediata da biomassa foram determinados. E os teores de proteínas, lipídios e poder calorífico inferior foram estimados para o último dia dos cultivos. Observou-se que a adição de glicose após 72h do início do cultivo, em dose única ou fracionada, melhorou o aproveitamento desta fonte de carbono pelas microalgas, minimizando o consumo pelas bactérias uma vez que os cultivos foram xênicos. Nos cultivos mixotróficos, o teor de carboidratos foi igual ao do grupo controle (cultivos autotróficos), aproximadamente 37%, ao passo que houve aumento do teor lipídico (1,41 vezes para adição única e 1,67 vezes para a adição fracionada), indicando o potencial de aplicação de Chlorella minutissima tanto para a produção de etanol como de biodiesel. Considerando o etanol de primeira geração cuja produtividade de etanol de biomassa algácea poderia alcançar uma produtividade de dez vezes maior que a da cana-de-açúcar, e para o de segunda geração poderia chegar a quarenta vezes superior ao do bagaço de cana com base em projeções de produção anual biomassa algácea seca em torno de 90 t/ha, e considerando o mesmo teor fermentescível para as biomassa. A biomassa algácea também apresentou elevado teor de carbono (~40%) e de compostos voláteis (acima de 76% nos cultivos mixotróficos). O poder calorífico superior em condições mixotróficas chegou a 22,27 MJ/kg (maior que o da madeira, que é de cerca de 18 MJ/kg), além de um menor teor de cinzas (2,78 vezes). Estas características são positivas para aplicação da biomassa em processos de conversão termoquímica, como combustão direta e gaseificação. Além disso, os cultivos mixotróficos apresentaram uma diminuição de 0,76 vezes do teor de proteínas, o que favorece uma menor emissão de NOx nos processos termoquímicos. Os teores de clorofila e carotenoides do cultivo mixotrófico com adição única apresentaram um aumento em relação ao controle de, respectivamente, 1,79 e 1,69 mostrando um potencial para a produção de suplementos destinados à alimentação humana, viabilizando, em termos de custos, a produção de biocombustíveis a partir do uso dos carboidratos e lipídios da biomassa residual após a extração destes compostos de maior valor agregado. / This study evaluated the energetic potential of Chlorella minutissima cultivated in autotrophic (Guillard f/2 media) and mixotrophic conditions using the same medium plus glucose additions in different strategies: I) Two additions of 0.2 g/L glucose in a 48h interval up to 0.4 g/L glucose supply; II) Single addition of 0.2 g/L glucose at the beginning of the cultivation; III) Single addition of 0.2 g/L glucose after 72h from the cultivation beginning; IV) addition of 0.05 g/L glucose, 72h after the cultivation start, followed by three additions in 48h intervals up to the total supply of 0.2 g/L. Growth curves were determined by daily cell density monitoring in each cultivation flask. Productivity and carbohydrate, chlorophyll-a, carotenoids, yields and higher and ultimate and proximate analyses were done in the biomass. Were estimated lipids, protein and low heating value obtained at the end of cultivation. Glucose addition after 72h cultivation, whether in single or fractionated doses, improved the utilization of this carbon source by the microalgae, minimizing the bacterial competition once the cultures were xenic. In these treatments, the carbohydrate yield was the same as the control group (autotrophic), around 37%, whereas the lipid yields were higher (1.41 times to single addition and 1.67 times for fractionated addition) representing 31% of the bulk biomass, indicating the potential use of this Chlorella minutissima both for ethanol and biodiesel production. Considering the first generation ethanol whose productivity microalgae ethanol could achieve productivity ten times that of sugarcane, and the second generation is approximately forty times sugarcane bagasse based on projections of annual production of dry algal biomass around 90 t/ha and considering same fermentable yield of the biomass. The algal biomass presented high carbon content (~ 40%), high volatile content (above the 76% in the mixotrophic treatments), and the higher heating value reached 22.27 MJ/kg in mixotrophic conditons, value bigger than the observed for the wood (18.25 MJ/ kg), with low ash content (2.78 times). Such characteristics are positive and indicate a good potential of this biomass be applied in thermochemical processes, such as combustion and gasification. Also the decrease of 0.76 times of protein content in the mixotrophic cultures allows lower NOx emission in thermochemical processes. Chlorophyll and carotenoids yields in the cultures with single glucose addition were respectively 1.78 e 1.69 higher than the in autrotrophic ones, also indicating the potential use of these coproducts for food supply for human consumption allowing, in terms of costs, the production of biofuels from the use of carbohydrates and lipids from the residual biomass after the removal of these high value-added compounds.