Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Resumo: O efeito de diferentes condições para a produção de biomassa a partir do cultivo de microalgas em um fotobiorreator com iluminação com luz de LED foi estudado nesta dissertação. Com o objetivo de avaliar a produtividade de biomassa da espécie de microalga Scenedesmus sp, foram testadas quatro condições de cultivo no fotobiorreator, a saber: cultivo sem controle do fotoperíodo (iluminação durante todo o período de cultivo); cultivo com controle do fotoperíodo por um sistema eletrônico desenvolvido (12 horas de luz e 12 horas de escuro); cultivo com monitoramento da temperatura do ambiente a 20 °C; e, finalmente, cultivo com injeção de CO2 produzido por meio de um sistema de fermentação desenvolvido. O sistema eletrônico implementado é controlado por uma placa Arduino Uno, com as seguintes principais funções programadas no microcontrolador: controlar o fotoperíodo; monitorar a temperatura; e facilitar o acesso remoto aos dados dos sensores utilizados. O cultivo de microalgas da espécie Scenedesmus sp em fotobiorreator, durante 10 dias, mostrou ter uma produtividade modesta de 10,2 mg/l.dia, com um fotoperíodo de 24 horas de luz; de 13,5 mg/l.dia, com o controle do fotoperíodo de 12 horas de luz e 12 horas de escuro; de 17,8 mg/l.dia, com o monitoramento de temperatura em um ambiente com a temperatura controlada a 20 °C e controle do fotoperíodo de 12 horas de luz e 12 horas de escuro; e, finalmente, uma produtividade dentro dos níveis normais de 36,2 mg/l.dia, com o controle do... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Submitted by CARLA CRISTINA ALMEIDA LOURES null (ccaloures@hotmail.com) on 2016-08-01T17:10:06Z No. of bitstreams: 1 TESE _VERSÃO FINAL_V 19-07REAL pdf.pdf: 3835125 bytes, checksum: 2120b82f57806ae4108e555792decece (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-03T14:10:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 loures_cca_dr_guara.pdf: 3835125 bytes, checksum: 2120b82f57806ae4108e555792decece (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-03T14:10:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 loures_cca_dr_guara.pdf: 3835125 bytes, checksum: 2120b82f57806ae4108e555792decece (MD5) Previous issue date: 2016-07-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho foi desenvolvido com a microalga Chlorella minutissima com o objetivo de determinar as melhores condições operacionais de fotobioreatores tubulares descontínuos, tipo coluna de bolhas, para o crescimento celular e a produção de lipídeos em função das variáveis de processo: fluxo de CO2 na alimentação, concentração inicial de nitrato, concentração inicial de fosfato, suplementação (metais e vitaminas), temperatura e salinidade. Os experimentos foram planejados utilizando a metodologia de Taguchi. Os resultados obtidos mostraram que a configuração do fotobioreatores tubulares descontínuos, tipo coluna de bolhas, foi adequada para o cultivo da microalga Chlorella minutíssima, apresentando bons resultados de teor de lipídeos, da ordem de 37,08 ± 1,50 % em relação à biomassa seca ao final de 7 dias de cultivo. Definidas as condições ótimas de cultivo foi realizada uma reação como o óleo obtido, empregando catalisador químico (H2SO4). O resultado obtido demonstrou que o catalisador atuou de forma eficiente, convertendo os ácidos graxos em seus respectivos ésteres de etila. Outro fator importante de ressaltar foi a ausência de pigmentos presente no material lipídico, visto que o óleo extraído apresentou coloração amarelada similar aos óleos vegetais tradicionais, como por exemplo, o óleo de soja. Pigmentos quando presentes no material lipídico podem comprometer a conversão dos triglicerídeos em ésteres alquílicos (biodiesel). Chlorella minutissima apresenta vantagens adicionais perante a diversas matérias-primas lipídicas com presença de pigmentos. Para a avaliação da velocidade de crescimento populacional das microalgas foi considerado o modelo cinético de crescimento logístico. A partir desta investigação, verificou-se que o crescimento celular e a produtividade de lipídeos são significativamente dependentes da concentração inicial de nitrato, do fluxo de dióxido de carbono, da concentração de fosfato, da suplementação do meio e da temperatura. Os melhores valores obtidos, tanto para o crescimento quanto para a produtividade de lipídeos, foram para a concentração de nitrato no nível alto e os demais parâmetros significativos no nível baixo. Dessa forma, a metodologia e os resultados apresentados neste trabalho podem ser úteis na busca pela viabilização econômica da produção de biodiesel de microalgas, uma vez que a produção de biodiesel via microalgas ainda é um processo inviável devido aos custos. / The current work was developed with the microalgae Chlorella minutissima with the aim of determining the best operational conditions of discontinuous-tubular photobioreactors, bubble-column type, to the cell growth and production of lipids in relation to process variables: CO2 feed flow rate, nitrate initial concentration, phosphate initial concentration, supplements (metals and vitamins), temperature and salinity. The experiments were designed using Taguchi methodology. Results showed that the configuration of discontinuous-tubular photobioreactors, bubble-column type was adequate to the cultivation of microalgae Chlorella minutissima, presenting good results in terms of lipid content, of order of 37.08 ± 1.50% in relation to the dry biomass at the end of the 7 cultivation days. Once optimal cultivation conditions were established, a reaction with obtained oil was carried out using a chemical catalyst (H2SO4). Results showed that the catalyst acted in an efficient way, converting fatty oils in its respective ethyl esters. Another important factor worth noticing was the absence of pigments present in the lipid material, considering that the extracted oil presented a yellow color similar to traditional vegetal oils, such as soy oil. The presence of pigments in the lipid content may compromise the conversion of triglycerides in alkyl esters (biodiesel). Chlorella minutissima presents additional advantage in comparison to diverse lipid raw materials with the presence of pigments. The logistic growth was used as the kinetic model to evaluate the growth rate and speed of microalgae. From this analysis, it was possible to verify that cell growth and the productivity of lipids were significantly dependent on the initial concentration of nitrate, carbon dioxide flow rate, concentration of phosphate, supplementation of media and temperature. Best values obtained for growth as well as for lipid productivity were nitrate concentration in the high level and the other parameters were significant in the low level. Thus, the methodology and results presented in this work can be useful in seeking economic feasibility of production of microalgae biodiesel, since the production of biodiesel is currently is not viable due to the high costs associated to it.

Submitted by RICARDO LUIS QUIROZ PALOMINO null (ricardoq1490@gmail.com) on 2017-10-28T01:24:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Quiroz - VF - 27-10-2017.pdf: 2588668 bytes, checksum: b00a20c500ad8115b3b45f856a075670 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-10-31T19:55:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 palomino_rlq_me_ilha.pdf: 2588668 bytes, checksum: b00a20c500ad8115b3b45f856a075670 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T19:55:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 palomino_rlq_me_ilha.pdf: 2588668 bytes, checksum: b00a20c500ad8115b3b45f856a075670 (MD5) Previous issue date: 2017-09-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O efeito de diferentes condições para a produção de biomassa a partir do cultivo de microalgas em um fotobiorreator com iluminação com luz de LED foi estudado nesta dissertação. Com o objetivo de avaliar a produtividade de biomassa da espécie de microalga Scenedesmus sp, foram testadas quatro condições de cultivo no fotobiorreator, a saber: cultivo sem controle do fotoperíodo (iluminação durante todo o período de cultivo); cultivo com controle do fotoperíodo por um sistema eletrônico desenvolvido (12 horas de luz e 12 horas de escuro); cultivo com monitoramento da temperatura do ambiente a 20 °C; e, finalmente, cultivo com injeção de CO2 produzido por meio de um sistema de fermentação desenvolvido. O sistema eletrônico implementado é controlado por uma placa Arduino Uno, com as seguintes principais funções programadas no microcontrolador: controlar o fotoperíodo; monitorar a temperatura; e facilitar o acesso remoto aos dados dos sensores utilizados. O cultivo de microalgas da espécie Scenedesmus sp em fotobiorreator, durante 10 dias, mostrou ter uma produtividade modesta de 10,2 mg/l.dia, com um fotoperíodo de 24 horas de luz; de 13,5 mg/l.dia, com o controle do fotoperíodo de 12 horas de luz e 12 horas de escuro; de 17,8 mg/l.dia, com o monitoramento de temperatura em um ambiente com a temperatura controlada a 20 °C e controle do fotoperíodo de 12 horas de luz e 12 horas de escuro; e, finalmente, uma produtividade dentro dos níveis normais de 36,2 mg/l.dia, com o controle do fotoperíodo de 12 horas de luz e 12 horas de escuro e com a injeção do CO2 produzido durante aproximadamente 3 dos 10 dias de cultivo / The effect of different conditions for production of biomass from the microalgae culture in a photobioreactor with LED light was studied in this dissertation. In order to evaluate the biomass productivity of the Scenedesmus sp microalgae specie, four cultivation conditions were tested in the photobioreactor: uncontrolled photoperiod cultivation (lighting during the whole growing period); cultivation with control of the photoperiod by an electronic system developed (12 hours of light and 12 hours of darkness); cultivation with ambient temperature monitoring at 20 °C; and, finally, cultivation with controlled injection of CO2 produced by means of a developed fermentation system. The electronic system implemented is controlled by an Arduino Uno board with the following main functions programmed in the microcontroller: controlling of the photoperiod; temperature monitoring; and simplification of the remote access to the data of the sensors used. The microalgae cultivation of Scenedesmus sp species in photobioreactor for 10 days showed a modest productivity of 10.2 mg/l.day, with the control of photoperiod of 24 hours of light; 13.5 mg/l.day, with the controls of the photoperiod 12 hours of light and 12 hours of dark; 17.8 mg/l.day, with monitoring of temperature in an environment with a controlled temperature at 20 °C and photoperiod 12 hours of light and 12 hours of darkness; and, finally, a productivity with normal levels 36.2 mg/l.day, with the control of photoperiod of 12 hours of light and 12 hours of darkness and with the injection of the CO2 produced during approximately 3 of the 10 days of culture.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZanielSDP_DISSERT.pdf: 2717599 bytes, checksum: 57e9c7752ad1f265d12ad2b68b546c90 (MD5) Previous issue date: 2014-04-04 / Petr?leo Brasileiro SA - PETROBRAS / Microalgae are microscopic photosynthetic organisms that grow rapidly and in different environmental conditions due to their simple cellular structure. The cultivation of microalgae is a biological system capable of storing solar energy through the production of organic compounds via photosynthesis, and these species presents growth faster than land plants, enabling higher biomass yield. Thus, it is understood that the cultivation of these photosynthetic mechanisms is part of a relevant proposal, since, when compared to other oil producing raw materials, they have a significantly higher productivity, thus being a raw material able to complete the current demand by biodiesel . The overall aim of the thesis was to obtain biofuel via transesterification process of bio oil from the microalgae Isochrysis galbana. The specific objective was to estimate the use of a photobioreactor at the laboratory level, for the experiments of microalgae growth; evaluating the characteristics of biodiesel from microalgae produced by in situ transesterification process; studying a new route for disinfection of microalgae cultivation, through the use of the chemical agent sodium hypochlorite. The introduction of this new method allowed obtaining the kinetics of the photobioreactor for cultivation, besides getting the biomass needed for processing and analysis of experiments in obtaining biodiesel. The research showed acceptable results for the characteristics observed in the bio oil obtained, which fell within the standards of ANP Resolution No. 14, dated 11.5.2012 - 18.5.2012. Furthermore, it was demonstrated that the photobioreactor designed meet expectations about study culture growth and has contributed largely to the development of the chosen species of microalgae. Thus, it can be seen that the microalgae Isochrysis galbana showed a species with potential for biodiesel production / As microalgas s?o organismos microsc?picos fotossintetizantes que crescem rapidamente e em diferentes condi??es ambientais devido a sua simples estrutura celular. O cultivo de microalgas ? um sistema biol?gico capaz de armazenar energia solar, atrav?s da produ??o de compostos org?nicos via processo fotossint?tico, sendo que a maioria das esp?cies apresenta crescimento mais r?pido que as plantas terrestres, possibilitando maior rendimento de biomassa. Assim, compreende-se que o cultivo desses mecanismos fotossintetizantes se insere numa proposta relevante, uma vez que, quando comparados a outras mat?rias primas produtoras de ?leo, apresentam uma produtividade significativamente maior, sendo, portanto, uma mat?ria-prima capaz de completar a demanda atual de biodiesel. O objetivo geral da disserta??o foi a obten??o do biocombust?vel via processo de transesterifica??o do bio-?leo obtido a partir da microalga Isochrysis galbana. O estudo ainda teve por objetivos espec?ficos estimar o uso de um fotobiorreator em n?vel laboratorial, para realiza??o de experimentos de crescimento de microalgas; avaliar as caracter?sticas do biodiesel produzido por processo de transesterifica??o in situ da microalga; estudar uma nova rota para desinfec??o deste meio de cultura, por meio do uso do agente qu?mico hipoclorito de s?dio. Com a introdu??o deste novo m?todo foi poss?vel obter a cin?tica de crescimento do cultivo para o fotobiorreator, al?m de obter a biomassa necess?ria para transforma??o nos experimentos de an?lise e obten??o do biodiesel. A pesquisa apontou resultados aceit?veis para as caracter?sticas verificadas no bio-?leo obtido, o qual se enquadrou nos padr?es da resolu??o ANP N?14, de 11.5.2012 DOU 18.5.2012. Al?m disso, demonstrou-se que o fotobiorreator projetado atendeu ?s expectativas no que concerne ao crescimento do cultivo estudado e contribuiu amplamente para o desenvolvimento da esp?cie de microalga escolhida. Dessa maneira, pode-se constatar que a microalga Isochrysis galbana se mostrou uma esp?cie com potencial para a produ??o de biodiesel

Neste trabalho de mestrado, investigou-se o desempenho de membranas poliméricas de microfiltração para retenção de microalgas (Chlorella sorokiniana) em um fotobiorreator com capacidade volumétrica de 3,5 L, alimentado por um fluxo contínuo de nutrientes com pH 7,0 em condições controladas de temperatura (21°C no meio de cultura e 24°C no meio), borbulhamento de ar e luminosidade (2500 lux, em fotoperíodo de 12/12 horas claro/escuro). Membranas comerciais de tamanho médio de poros 0,8, 1,2, 3,0 e 5,0 μm foram testadas pelo tempo suficiente para esgotamento do limite da permeação da membrana. A concentração das microalgas no fotobiorreator foi analisada através de densidade óptica (espectofotometria) ao número de células (contagem de unidades de células em lâminas do tipo Fuchs Rosenthal - Microscopia Óptica) das amostras de concentrado e permeado. O fenômeno físico de polarização sobre a superfície da membrana está diretamente relacionado ao desempenho da mesma na retenção de microalgas, portanto, fotomicrografias (MEV) da membrana antes e após a microfiltração foram analisadas e comparadas. Para analisar a composição química das microalgas, bem como sua afinidade com as membranas, foram investigadas a composição e a caracterização do fenômeno químico sobre a superfície da membrana, por análise de Energia Dispersiva de Raio-X (EDX). Análises das diferentes fases de crescimento das algas e seus componentes foram feitas em amostras secas a 40°C, através de análise elementar e análises térmicas (TG- Análise Termogravimétrica e DTA- Análise Térmica Diferencial). Os resultados experimentais obtidos neste trabalho permitiram concluir que o uso de membranas de microfiltração em fotobiorreator proporciona a retenção das microalgas, o que contribui para o aumento da concentração da biomassa algal, permitindo a manipulação da sua composição de acordo com as condições pelas quais estes microrganismos são submetidos. / This dissertation investigates the performance of polymeric microfiltration membranes for microalgae retention (Chlorella sorokiniana) in photobioreactor with a volumetric capacity of 3.5 L. The reactor is fed by a continuous flow of nutrients under controlled conditions of pH (7,0) and the temperature (21°C in culture medium and 24°C in the environment), bubbling air and light (2500 lux, with a photoperiod of 12/12 hour light/dark). Commercial membranes of the average pore sizes of 0.8, 1.2, 3.0 and 5.0 μm were tested by depletion of time sufficient to limit the permeation of the membranes. The microalgae concentration in the photobioreactor was analyzed by optical density (spectrophotometry) and number of cells (cell units count on Fuchs Rosenthal type plates-Optical Microscopy). The physical phenomenon of polarization on the surface of the membrane is directly related to its performance in the retention of microalgae therefore micrographs (SEM) of the membrane before and after the microfiltration were compared to identify the chemical affinity between the membranescomposition and the microalgae. The chemical phenomenon on the membrane surface was characterized by Energy Dispersive Analysis of X-ray (EDX). The different phases of the growth of algae and their components were measured in samples dried at 40°C, by elemental analysis and thermal analysis (TG-DTA-Thermogravimetric analysis and differential thermal analysis). The experimental results indicate that the use of microfiltration membranes provides the retention of microalgae, contributing to the increase in the concentration of algal biomass and allowing the manipulation of the composition according to the conditions under which these microrganisms are subjected.

As microalgas têm sido objeto de diversos estudos visando-se à produção de biocombustíveis ou outros produtos de interesse dentro do conceito de biorrefinaria. Na produção de biocombustíveis, as microalgas têm sido utilizadas por apresentarem elevada produtividade em lipídeos e carboidratos. Para viabilização de seu uso como matéria prima, é fundamental o desenvolvimento de processos com elevada produção de biomassa. Os fatores que influenciam no crescimento e composição da biomassa microalgal incluem a seleção do biorreator, a concentração e natureza da fonte de nitrogênio e o tipo de cultivo com relação às fontes de carbono e energia (autotrófico, heterotrófico ou mixotrófico). Neste trabalho, a microalga Chlorella minutissima 26a foi cultivada em fotobiorreatores do tipo tanque de bolhas em modo batelada ou airlift de tubos concêntricos em modo contínuo. Em cultivo autotrófico, estes fotobiorreatores foram empregados para avaliação da influência da concentração de nitrato de sódio no meio de cultivo no crescimento microalgal, na composição química da biomassa e na produtividade em lipídeos, carboidratos, proteínas e biomassa seca. Foi analisado também o uso de lixiviado proveniente de aterro sanitário na composição do meio de cultivo em fotobiorreator airlift em processo mixotrófico contínuo, promovendo concomitante biorremediação do lixiviado empregado. Os resultados demonstraram que a concentração de nitrato no meio de cultivo influenciou o crescimento e a composição química da biomassa e, consequentemente, os valores de produtividade obtidos. Nos ensaios usando fotobiorreator de tanque de bolhas em batelada, a variação da concentração de nitrato de sódio no meio de 37,5 mg L-1 para 150 mg L-1 promoveu aumento da produtividade em lipídeos e carboidratos, com valores máximos de 105,2 ± 1,7 mg L-1 d-1 e 36,7 ± 0,6 mg L-1 d-1, respectivamente, obtidos com a maior concentração de nitrato avaliada. No cultivo usando o fotobiorreator airlift em processo contínuo, o aumento da concentração de nitrato de sódio de 75 mg L-1 para 225 mg L-1 resultou nos maiores valores de produtividade média no estado estacionário para biomassa, lipídeos, proteínas e carboidratos, os quais foram, respectivamente, de 188,6 ± 11.2 mg L-1 d-1, 92,8 ± 5,5 mg L-1 d-1, 37,7 ± 2,2 mg L-1 d-1 e 29,1 ± 1,7 mg L-1 d-1. Neste caso, quando a concentração de nitrato de sódio aumentou de 75 mg L-1 para 150 mg L-1, observou-se aumento no teor de lipídeos e redução no teor de carboidratos da biomassa, sem modificação composicional apreciável quando a concentração de nitrato de sódio foi elevada para 225 mg L-1. O emprego do lixiviado diluído como meio de cultivo da Chlorella minutissima 26a resultou em elevados valores de produtividade em lipídeos, carboidratos, proteínas e biomassa, correspondendo a valores máximos de 232,0 ± 7,6, 95,3 ± 5,2, 33,4 ± 2,1 e 69,2 ± 3,0 mg L-1 d-1, respectivamente, dependendo da concentração de lixiviado no meio. O cultivo microalgal em lixiviado diluído resultou ainda em remoção de até 92,8% da demanda química de oxigênio, 90,5% do carbono orgânico total e 100% do nitrato presente no meio. Além disso, metais presentes foram removidos do meio durante o cultivo, resultando na remoção de até 63%, 72%, 100% e 67% para Cr, Fe, Al e Ba, respectivamente. O fotobiorreator airlift de tubos concêntricos demonstrou grande potencial para o cultivo da microalga C. minutissima em processo contínuo, incluindo a possibilidade de uso de lixiviado diluído na composição do meio para cultivo mixotrófico com sua concomitante biorremediação. / Microalgae have been the subject of different studies aimed at the production of biofuels or other products of interest within the concept of biorefinery. In the production of biofuels, microalgae have been used because they present high productivity in lipids and carbohydrates. In order to enable its use as a raw material, the development of processes with high biomass production is fundamental. Variables influencing the growth and composition of microalgal biomass include the selection of the bioreactor, the concentration and kind of the nitrogen source and the type of cultivation with respect to carbon and energy sources (autotrophic, heterotrophic or mixotrophic). In this work, the microalgae Chlorella minutissima 26a was cultivated in photobioreactors of two different kinds: bubble tank in batch mode or airlift of concentric tubes in continuous mode. In autotrophic cultivation, these photobioreactors were used to evaluate the influence of sodium nitrate concentration in the culture medium on microalgal growth, chemical composition of biomass and productivity in lipids, carbohydrates, proteins and dry biomass. The use of landfill leachate was also analyzed as a component of the culture medium in continuous airlift photobioreactor in a mixotrophic process, promoting concomitant bioremediation of the used leachate. The results showed that the concentration of nitrate in the culture medium influenced the growth and chemical composition of the biomass and, consequently, the productivity values obtained. In the assays using batch bubble tank photobioreactor, the variation in the sodium nitrate concentration in the medium from 37.5 mg L-1 to 150 mg L-1 promoted an increase of the productivity in lipids and in carbohydrates, with maximum values of 105.2 ± 1.7 mg L-1 d-1 and 36.7 ± 0.6 mg L-1 d-1, respectively, obtained with the highest evaluated nitrate concentration. In the cultivation using continuous airlift photobioreactor, the increase in sodium nitrate concentration from 75 mg L-1 to 225 mg L-1 resulted in higher values of average productivity in steady-state for biomass, lipids, proteins and carbohydrates, which were, respectively, of 188.6 ± 11.2 mg L-1 d-1, 92.8 ± 5.5 mg L-1 d-1, 37.7 ± 2.2 mg L-1 d-1 and 29.1 ± 1.7 mg L-1 d-1. In this case, when the sodium nitrate concentration increased from 75 mg L-1 to 150 mg L-1, there was an increase in lipid and a reduction in the carbohydrate content of the biomass, with no appreciable compositional modification when the sodium nitrate concentration was increased to 225 mg L-1. The use of diluted leachate as a culture medium of Chlorella minutissima 26a resulted in high productivity values in lipids, carbohydrates, proteins and biomass, corresponding to maximum values of 232.0 ± 7.6, 95.3 ± 5.2, 33. 4 ± 2.1 and 69.2 ± 3.0 mg L-1 d-1, respectively, depending on the landfill leachate concentration in the medium. The microalgal cultivation in diluted leachate also resulted in the removal of up to 92.8% of the chemical oxygen demand, 90.5% of the total organic carbono and 100% of the nitrate present in the medium. In addition, present metals were uptake from the medium during cultivation, resulting in a removal of up to 63%, 72%, 100% and 67% for Cr, Fe, Al and Ba, respectively. The airlift photobioreactor of concentric tubes demonstrated great potential for the cultivation of C. minutissima microalgae in a continuous process, including the possibility of using landfill leachate diluted in the medium composition for mixotrophic cultivation with its concomitant bioremediation.

A busca por uma fonte de matéria prima renovável alternativa aos combustíveis fósseis tem impulsionado o desenvolvimento de novas fontes de biomassa para os biocombustíveis. Uma fonte de biomassa alternativa que vêm ganhando destaque são as microalgas, microorganismos fotossintéticos capazes de capturar o CO2 atmosférico e acumular altos teores de lipídeos em sua biomassa, tornando-os muito atrativos como matéria-prima para a síntese de biodiesel. Nesse sentido, muitos trabalhos têm sidos conduzidos para o desenvolvimento dos mais variados tipos de fotobiorreatores para o cultivo de microalgas. Assim, o presente trabalho propôs um fotobiorreator integrado (coluna de bolhas e tubular), internamente iluminado com luz de LED, para estudar os efeitos dos fatores: cor da iluminação, fotoperíodo, aeração e vazão de circulação de meio, no cultivo foto-autotrófico da microalga marinha Chlorella minutissima em duas fases, utilizando o planejamento estatístico de Taguchi (L9), com vistas à formação de biomassa e ao acúmulo de lipídeos nessa microalga, para a produção de biodiesel. Foi alcançada a máxima concentração de biomassa de 506 mg L -1 e a máxima produtividade volumétrica de biomassa de 62,5 mg L -1 com 20,2 % de lipídeos para o cultivo da Chlorella minutissima no fotobiorreator integrado internamente iluminado com a cor azul, em fotoperíodo de 24 h diárias de iluminação, provido com 0,5 vvm de aeração e 5,1 L min -1 de vazão de recirculação de meio de cultivo. O perfil dos ácidos graxos presentes no extrato lipídico da Chlorella minutissima apresentou predominância de ácidos graxos saturados, com destaque para o ácido palmítico (C 16 : 0), com 59,49 %, 57,28 % e 46,5 %, nos cultivos iluminados com as cores, branco, vermelho e azul, respectivamente. A partir dos lipídeos extraídos, atingiu-se 96,6 % de conversão em biodiesel utilizando etanol via catálise ácida com ácido sulfúrico (10 % m / m) durante 8 h de reação à 80 ?C. / The search for a renewable source alternative to fossil fuels has driven the development of new sources of biomass for biofuels. An alternative source of biomass that have come to prominence are microalgae, photosynthetic micro-organisms capable of capturing atmospheric CO2 and accumulating high levels of lipids in their biomass, making them very attractive as a raw material for biodiesel synthesis. In this way, many studies have been conducted for the development of the many types of photobioreactors for the cultivation of microalgae. Thus, the present work proposed an integrated photobioreactor (bubble and tubular column), internally illuminated with LED light, to study the effects of the factors: illumination color, photoperiod, aeration and culture medium recirculation flow rate, in photo-autotrophic cultivation of the Chlorella minutissima, in two phases, using design of the experiment (Taguchi - L9), aiming the biomass production and lipid accumulation, for the biodiesel production. The maximum biomass concentration of 506 mg L -1 and the maximum biomass volumetric productivity of 62.5 mg L-1 with 20.2% of lipids were obtained with the cultivation of Chlorella minutissima in the integrated photobioreactor internally with blue illumination, 24h of photoperiod, 0.5 vvm of aeration and 5.1 L min -1 of culture medium recirculation flow rate. The fatty acids profile present in the lipid extract of Chlorella minutissima showed a predominance of saturated fatty acids, with emphasis on palmitic acid (C 16: 0), with 59.49%, 57.28% and 46.5%, to cultivations illuminated with white, red and blue, respectively. From the extracted lipids, 96.6% were converted in biodiesel via acid catalysis using ethanol with sulfuric acid (10% w / w) for 8 h of reaction at 80 ° C.

A busca por uma fonte de matéria prima renovável alternativa aos combustíveis fósseis tem impulsionado o desenvolvimento de novas fontes de biomassa para os biocombustíveis. Uma fonte de biomassa alternativa que vêm ganhando destaque são as microalgas, microorganismos fotossintéticos capazes de capturar o CO2 atmosférico e acumular altos teores de lipídeos em sua biomassa, tornando-os muito atrativos como matéria-prima para a síntese de biodiesel. Nesse sentido, muitos trabalhos têm sidos conduzidos para o desenvolvimento dos mais variados tipos de fotobiorreatores para o cultivo de microalgas. Assim, o presente trabalho propôs um fotobiorreator integrado (coluna de bolhas e tubular), internamente iluminado com luz de LED, para estudar os efeitos dos fatores: cor da iluminação, fotoperíodo, aeração e vazão de circulação de meio, no cultivo foto-autotrófico da microalga marinha Chlorella minutissima em duas fases, utilizando o planejamento estatístico de Taguchi (L9), com vistas à formação de biomassa e ao acúmulo de lipídeos nessa microalga, para a produção de biodiesel. Foi alcançada a máxima concentração de biomassa de 506 mg L -1 e a máxima produtividade volumétrica de biomassa de 62,5 mg L -1 com 20,2 % de lipídeos para o cultivo da Chlorella minutissima no fotobiorreator integrado internamente iluminado com a cor azul, em fotoperíodo de 24 h diárias de iluminação, provido com 0,5 vvm de aeração e 5,1 L min -1 de vazão de recirculação de meio de cultivo. O perfil dos ácidos graxos presentes no extrato lipídico da Chlorella minutissima apresentou predominância de ácidos graxos saturados, com destaque para o ácido palmítico (C 16 : 0), com 59,49 %, 57,28 % e 46,5 %, nos cultivos iluminados com as cores, branco, vermelho e azul, respectivamente. A partir dos lipídeos extraídos, atingiu-se 96,6 % de conversão em biodiesel utilizando etanol via catálise ácida com ácido sulfúrico (10 % m / m) durante 8 h de reação à 80 ?C. / The search for a renewable source alternative to fossil fuels has driven the development of new sources of biomass for biofuels. An alternative source of biomass that have come to prominence are microalgae, photosynthetic micro-organisms capable of capturing atmospheric CO2 and accumulating high levels of lipids in their biomass, making them very attractive as a raw material for biodiesel synthesis. In this way, many studies have been conducted for the development of the many types of photobioreactors for the cultivation of microalgae. Thus, the present work proposed an integrated photobioreactor (bubble and tubular column), internally illuminated with LED light, to study the effects of the factors: illumination color, photoperiod, aeration and culture medium recirculation flow rate, in photo-autotrophic cultivation of the Chlorella minutissima, in two phases, using design of the experiment (Taguchi - L9), aiming the biomass production and lipid accumulation, for the biodiesel production. The maximum biomass concentration of 506 mg L -1 and the maximum biomass volumetric productivity of 62.5 mg L-1 with 20.2% of lipids were obtained with the cultivation of Chlorella minutissima in the integrated photobioreactor internally with blue illumination, 24h of photoperiod, 0.5 vvm of aeration and 5.1 L min -1 of culture medium recirculation flow rate. The fatty acids profile present in the lipid extract of Chlorella minutissima showed a predominance of saturated fatty acids, with emphasis on palmitic acid (C 16: 0), with 59.49%, 57.28% and 46.5%, to cultivations illuminated with white, red and blue, respectively. From the extracted lipids, 96.6% were converted in biodiesel via acid catalysis using ethanol with sulfuric acid (10% w / w) for 8 h of reaction at 80 ° C.

As microalgas têm sido objeto de diversos estudos visando-se à produção de biocombustíveis ou outros produtos de interesse dentro do conceito de biorrefinaria. Na produção de biocombustíveis, as microalgas têm sido utilizadas por apresentarem elevada produtividade em lipídeos e carboidratos. Para viabilização de seu uso como matéria prima, é fundamental o desenvolvimento de processos com elevada produção de biomassa. Os fatores que influenciam no crescimento e composição da biomassa microalgal incluem a seleção do biorreator, a concentração e natureza da fonte de nitrogênio e o tipo de cultivo com relação às fontes de carbono e energia (autotrófico, heterotrófico ou mixotrófico). Neste trabalho, a microalga Chlorella minutissima 26a foi cultivada em fotobiorreatores do tipo tanque de bolhas em modo batelada ou airlift de tubos concêntricos em modo contínuo. Em cultivo autotrófico, estes fotobiorreatores foram empregados para avaliação da influência da concentração de nitrato de sódio no meio de cultivo no crescimento microalgal, na composição química da biomassa e na produtividade em lipídeos, carboidratos, proteínas e biomassa seca. Foi analisado também o uso de lixiviado proveniente de aterro sanitário na composição do meio de cultivo em fotobiorreator airlift em processo mixotrófico contínuo, promovendo concomitante biorremediação do lixiviado empregado. Os resultados demonstraram que a concentração de nitrato no meio de cultivo influenciou o crescimento e a composição química da biomassa e, consequentemente, os valores de produtividade obtidos. Nos ensaios usando fotobiorreator de tanque de bolhas em batelada, a variação da concentração de nitrato de sódio no meio de 37,5 mg L-1 para 150 mg L-1 promoveu aumento da produtividade em lipídeos e carboidratos, com valores máximos de 105,2 ± 1,7 mg L-1 d-1 e 36,7 ± 0,6 mg L-1 d-1, respectivamente, obtidos com a maior concentração de nitrato avaliada. No cultivo usando o fotobiorreator airlift em processo contínuo, o aumento da concentração de nitrato de sódio de 75 mg L-1 para 225 mg L-1 resultou nos maiores valores de produtividade média no estado estacionário para biomassa, lipídeos, proteínas e carboidratos, os quais foram, respectivamente, de 188,6 ± 11.2 mg L-1 d-1, 92,8 ± 5,5 mg L-1 d-1, 37,7 ± 2,2 mg L-1 d-1 e 29,1 ± 1,7 mg L-1 d-1. Neste caso, quando a concentração de nitrato de sódio aumentou de 75 mg L-1 para 150 mg L-1, observou-se aumento no teor de lipídeos e redução no teor de carboidratos da biomassa, sem modificação composicional apreciável quando a concentração de nitrato de sódio foi elevada para 225 mg L-1. O emprego do lixiviado diluído como meio de cultivo da Chlorella minutissima 26a resultou em elevados valores de produtividade em lipídeos, carboidratos, proteínas e biomassa, correspondendo a valores máximos de 232,0 ± 7,6, 95,3 ± 5,2, 33,4 ± 2,1 e 69,2 ± 3,0 mg L-1 d-1, respectivamente, dependendo da concentração de lixiviado no meio. O cultivo microalgal em lixiviado diluído resultou ainda em remoção de até 92,8% da demanda química de oxigênio, 90,5% do carbono orgânico total e 100% do nitrato presente no meio. Além disso, metais presentes foram removidos do meio durante o cultivo, resultando na remoção de até 63%, 72%, 100% e 67% para Cr, Fe, Al e Ba, respectivamente. O fotobiorreator airlift de tubos concêntricos demonstrou grande potencial para o cultivo da microalga C. minutissima em processo contínuo, incluindo a possibilidade de uso de lixiviado diluído na composição do meio para cultivo mixotrófico com sua concomitante biorremediação. / Microalgae have been the subject of different studies aimed at the production of biofuels or other products of interest within the concept of biorefinery. In the production of biofuels, microalgae have been used because they present high productivity in lipids and carbohydrates. In order to enable its use as a raw material, the development of processes with high biomass production is fundamental. Variables influencing the growth and composition of microalgal biomass include the selection of the bioreactor, the concentration and kind of the nitrogen source and the type of cultivation with respect to carbon and energy sources (autotrophic, heterotrophic or mixotrophic). In this work, the microalgae Chlorella minutissima 26a was cultivated in photobioreactors of two different kinds: bubble tank in batch mode or airlift of concentric tubes in continuous mode. In autotrophic cultivation, these photobioreactors were used to evaluate the influence of sodium nitrate concentration in the culture medium on microalgal growth, chemical composition of biomass and productivity in lipids, carbohydrates, proteins and dry biomass. The use of landfill leachate was also analyzed as a component of the culture medium in continuous airlift photobioreactor in a mixotrophic process, promoting concomitant bioremediation of the used leachate. The results showed that the concentration of nitrate in the culture medium influenced the growth and chemical composition of the biomass and, consequently, the productivity values obtained. In the assays using batch bubble tank photobioreactor, the variation in the sodium nitrate concentration in the medium from 37.5 mg L-1 to 150 mg L-1 promoted an increase of the productivity in lipids and in carbohydrates, with maximum values of 105.2 ± 1.7 mg L-1 d-1 and 36.7 ± 0.6 mg L-1 d-1, respectively, obtained with the highest evaluated nitrate concentration. In the cultivation using continuous airlift photobioreactor, the increase in sodium nitrate concentration from 75 mg L-1 to 225 mg L-1 resulted in higher values of average productivity in steady-state for biomass, lipids, proteins and carbohydrates, which were, respectively, of 188.6 ± 11.2 mg L-1 d-1, 92.8 ± 5.5 mg L-1 d-1, 37.7 ± 2.2 mg L-1 d-1 and 29.1 ± 1.7 mg L-1 d-1. In this case, when the sodium nitrate concentration increased from 75 mg L-1 to 150 mg L-1, there was an increase in lipid and a reduction in the carbohydrate content of the biomass, with no appreciable compositional modification when the sodium nitrate concentration was increased to 225 mg L-1. The use of diluted leachate as a culture medium of Chlorella minutissima 26a resulted in high productivity values in lipids, carbohydrates, proteins and biomass, corresponding to maximum values of 232.0 ± 7.6, 95.3 ± 5.2, 33. 4 ± 2.1 and 69.2 ± 3.0 mg L-1 d-1, respectively, depending on the landfill leachate concentration in the medium. The microalgal cultivation in diluted leachate also resulted in the removal of up to 92.8% of the chemical oxygen demand, 90.5% of the total organic carbono and 100% of the nitrate present in the medium. In addition, present metals were uptake from the medium during cultivation, resulting in a removal of up to 63%, 72%, 100% and 67% for Cr, Fe, Al and Ba, respectively. The airlift photobioreactor of concentric tubes demonstrated great potential for the cultivation of C. minutissima microalgae in a continuous process, including the possibility of using landfill leachate diluted in the medium composition for mixotrophic cultivation with its concomitant bioremediation.

Arthrospira (Spirulina) platensis, cianobactéria fotoautotrófica, é importante comercialmente devido ao seu valor nutricional (elevado teor de proteínas, lipídios, vitaminas e minerais), além da presença do ácido graxo γ-linolênico e pigmentos, os quais agregam valor a esta biomassa. Este micro-organismo foi cultivado em fotobiorreator tubular, e os seguintes parâmetros foram avaliados: aplicação de diferentes sistemas de circulação de células, intensidades luminosas, adição simultânea de diferentes proporções de sulfato de amônio e nitrato de sódio como fontes de nitrogênio, adição de dióxido de carbono proveniente de fermentação alcoólica e, finalmente, a aplicação desta biomassa para remoção de metais pesados. Para a avaliação do sistema de circulação de células e da intensidade luminosa foram utilizadas as variáveis dependentes: concentração celular máxima (Xm), produtividade em células (Px), fator de conversão de nitrogênio em células (YX/N), eficiência fotossintética (EF) e teores de proteínas e lipídios da biomassa. Os protocolos de alimentação de nitrogênio e o uso de CO2 proveniente de cilindro ou de fermentação alcoólica foram avaliados com uso das mesmas variáveis já citadas, exceto EF; e, para remoção de Ni2+, Zn2+ e Pb2+ em solução aquosa foram estudados o tempo de adsorção e a influência da concentração inicial de metal em solução; com posterior cálculo da eficiência e capacidade de adsorção, e apresentação de modelos cinéticos e isotermas de equilíbrio. A melhor combinação de resultados em valores médios (Xm = 4055 mg L-1, Px = 406 mg L-1 d-1, YX/N = 5,07 mg mg-1, lipídios totais = 8,94%, proteínas totais = 30,3%, EF = 2,04%) foi obtida nos cultivos realizados com intensidade luminosa = 120 µ mol fótons m-2 s-1. O tipo de sistema de circulação de células utilizado não influenciou estatisticamente quase nenhuma das respostas estudadas e isto indica a possibilidade de substituição do sistema tradicional airlift pelos outros testados neste trabalho. A mistura da menor quantidade de nitrato em relação à de amônio (protocolo I) resultou na melhor combinação de resultados das variáveis dependentes analisadas(Xm = 4,543 g L-1; Px = 0,460 g L-1 d-1; YX/N = 15,6 g g-1; lipídios totais = 8,39% e proteínas totais = 18,7 %). O tipo da fonte de CO2 não exerceu nenhuma influência estatística no crescimento de A. platensis, o que indica a possibilidade do uso do resíduo (CO2) proveniente de fermentação alcoólica nos cultivos desta cianobactéria. A adsorção dos metais pela biomassa seca de A. platensis reduziu à medida que houve aumento da concentração inicial de metal, e a maior eficiência de adsorção foi para o metal Pb2+ (78%). Chlorella quando comparada à Arthrospira foi considerada melhor adsorvente, devido ao maior valor de eficiência de remoção (86,5%). O modelo, cinético de Ho e Mckay e os modelos de equilíbrio de Langmuir e Freundlich se adequaram bem ao processo de adsorção desta célula. / Arthrospira (Spirulina) platensis, photoautotrophic cyanobacterium, is commercially important due its high nutritional value (high content of proteins, lipids, vitamins, and minerals), besides of the presence of γ-linolenic fatty acids and pigments, which add value to this biomass. This microorganism was cultivated in tubular photobioreactor and the following parameters were evaluated: application of different cell circulation systems, light intensities, different protocols of simultaneous ammonium sulfate and sodium nitrate feeding, addition of CO2 from ethanol fermentation and, finally, the application of this biomass to the heavy metal removal. The dependent variables [maximum cell concentration (Xm), cell productivity (Px), nitrogen-to-cell conversion factor (YX/N), photosynthetic efficiency (EF) and proteins and lipids contents] were used to evaluate the influence of cell circulation systems and the light intensities. The nitrogen feeding protocols and the use of CO2 from cylinder or ethanol fermentation were evaluated using the same parameters aforementioned, except EF; and to analyze Ni2+, Zn2+ and Pb2+ removal, the adsorption time and the influence of initial metal concentration were evaluated with subsequent calculation of the efficiency and capacity adsorption. The kinetic models and equilibrium isotherms were also presented. The best combination of responses\' mean values (Xm = 4055 mg L-1, Px = 406 mg L-1 d-1, YX/N = 5.07 mg mg-1, total lipids = 8.94%, total proteins = 30.3%, EF = 2.04%) was obtained at light intensity = 120 µ mol photons m-2 s-1. The cell circulation system did not exert statistical significant influence on almost all the responses, which suggests that the traditional airlift system could successfully be substituted by the others tested in this work. The mixture of the lower amount of nitrate in relation to ammonium (protocol I) (Xm = 4,543 g L-1; Px = 0,460 g L-1 d-1; YX/N = 15,6 g g-1; total lipids = 8,39% and total proteins = 18,7 %) resulted in the best combination of responses\' mean values. The kind of CO2 source did not exerted any statistical influence on A. platensis growth, which suggests the possibility of using the ethanol fermentation residue (CO2) in the cyanobacterium cultivation. The metal adsorption by A. platensis biomass reduced with increasing initial metal concentration and the adsorption efficiency was higher for metal Pb2+ (78%). Chlorella was considered a better biosorbent when compared to Arthrospira because of the higher values of removal efficiency (86.5%). The kinetic (Ho and McKay) and equilibrium (Langmuir and Freundlich) models are well suited to the adsorption process of this cell.