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Técnica permite cultivar cianobactérias para bioenergia e, ao mesmo tempo, limpar a água de estações de tratamento de efluentes

E as toxinas que as cianobactérias produzem são prejudiciais aos seres humanos, aos animais de estimação e à vida selvagem. Esses organismos fotossintéticos, também chamados de algas verde-azuladas, crescem em fontes humanas de nitrogênio e fósforo, incluindo efluentes de estações de tratamento de resíduos e fertilizantes que são levados para bacias de fazendas.

Mas os pesquisadores da bioenergia há muito reconhecem um lado positivo dessa ameaça transmitida pela água e que nutre os nutrientes: eles poderiam fornecer um excelente suprimento de biomassa para biocombustíveis e energia.

Agora, um pesquisador do Idaho National Laboratory desenvolveu uma nova maneira de cultivar cianobactérias para bioenergia e, ao mesmo tempo, limpar a água de estações de tratamento de efluentes.

Os resultados aparecem na revista BioEnergy Research.

Um microrganismo repleto de energia

“A comunidade científica se interessou em produzir biocombustíveis a partir de algas porque a quantidade de óleo das algas é 10 vezes maior que a do óleo de palma e 131 vezes a da soja”, disse Carlos Quiroz-Arita, que iniciou sua pesquisa como estudante de pós-graduação no Colorado. Universidade. “Bem, as cianobactérias têm quatro vezes mais produtividade que as algas em condições de escala laboratorial”.

Mas há um problema: cultivar essa quantidade de cianobactérias exigiria muita água e muitos nutrientes.

Então, Quiroz-Arita e seus colegas começaram a pensar em flores de cianobactérias. “Não faz sentido usar mais água e mais fertilizantes para produzir biocombustíveis”, disse ele. “Se cultivarmos cianobactérias em uma instalação de tratamento de águas residuais, não só podemos usar cianobactérias e algas para o cultivo de biocombustíveis, mas também para reduzir a proliferação de algas e cianobactérias a jusante.”

O funcionamento interno de uma estação de tratamento de águas residuais

Os pesquisadores trabalharam com a Drake Water Reclamation Facility (DWRF) em Fort Collins, Colorado, para modelar a melhor abordagem para produzir cianobactérias a partir de águas residuais. Como os funcionários da DWRF estavam mais interessados em melhorar a qualidade da água e reduzir as emissões de CO2, a Quiroz-Arita projetou sua abordagem para atingir essas metas.

Águas residuais em uma moderna estação de tratamento de águas residuais como a DWRF normalmente passam por vários processos diferentes antes que o efluente tratado possa ser descarregado com segurança.

Quiroz-Arita estabeleceu o ponto no processo onde uma centrífuga é usada para separar os resíduos sólidos do lixo líquido. Os resíduos sólidos são secos e enviados para um aterro, e os resíduos líquidos ricos em nutrientes, chamados de concentrados, são reciclados de volta para a estação de tratamento de águas residuais antes de serem descartados.

“As estações de tratamento de águas residuais não podem liberar o centrado no meio ambiente”, disse Quiroz-Arita. “Isso mataria tudo. O que eles fazem é apenas continuar reciclando o centrato no processo com bombas. É um processo que consome muita energia para limpar o nitrogênio e o fósforo e, em muitos casos, não é suficiente para atender aos critérios de qualidade da água. ”

Um processo passo a passo para produzir biomassa

É nesta etapa do processo de tratamento de águas residuais que os operadores de plantas podem controlar melhor as concentrações de nutrientes para o cultivo de cianobactérias.

Uma vez que a centrífuga separa os sólidos do centrato, o concentrado é bombeado para um dispositivo chamado fotobiorreator – um dispositivo onde as cianobactérias são cultivadas usando nutrientes e luz solar, limpando o nitrogênio e o fósforo do centrato para níveis consistentes com água do estado e federal. padrões de qualidade.

A cianobactéria se multiplica e, em seguida, outra centrífuga separa a biomassa das cianobactérias da água.

Essa biomassa então passa para um biodigestor – um dispositivo que usa micróbios para transformar a biomassa em biogás, que é então queimada para calor e energia. O CO2 resultante é bombeado de volta ao fotobiorreator para ajudar na fotossíntese e reduzir a pegada de carbono.

Trade-offs e avaliação do ciclo de vida

Como as cianobactérias crescem melhor com a quantidade certa de nutrientes, os pesquisadores começaram testando diferentes concentrações de concentrados / efluentes. “Encontramos a melhor concentração total de nitrogênio para obter a maior taxa de crescimento e taxa de absorção de nutrientes para esta cianobactéria”, disse Quiroz-Arita.

Encontrar a receita certa para cada estação de tratamento de águas residuais depende das suas águas residuais individuais e das suas características centradas. Cada planta provavelmente exigiria suas próprias análises biológicas e de engenharia, disse ele.

Quando os pesquisadores começaram a observar a concentração de nitrogênio e o crescimento de cianobactérias, houve algumas compensações. Em concentrações mais baixas de nitrogênio, com uma taxa de crescimento mais lenta, a água alcançou os padrões de qualidade da água mais rapidamente. O trade-off é que uma taxa de crescimento mais lenta em baixas concentrações de nitrogênio requer mais área plantada para o fotobiorreator que, por sua vez, consome mais eletricidade.

Quando todos os benefícios desse processo são computados em uma avaliação do ciclo de vida, o resultado é um efluente mais limpo, menores emissões de CO2 e menor consumo de energia em relação aos processos convencionais de tratamento de águas residuais. (O processo também produz um fertilizante, a estruvita, que se precipita do centrato antes de entrar no fotobioreator. A instalação pode vender a estruvita como um coproduto.)

O processo atraiu o interesse da indústria, e o Escritório de Tecnologias de Bioenergia do Departamento de Energia dos EUA destacou as instalações de águas residuais municipais como uma promissora fonte de água e nutrientes para a produção de biocombustível à base de algas.

Em seguida, a Quiroz-Arita está procurando financiamento para continuar pesquisando maneiras de melhorar a taxa de crescimento de cianobactérias e taxa de absorção de nutrientes, otimizar o processo de remoção de nutrientes e métricas de sustentabilidade e colaborar com as instalações municipais de tratamento de esgoto para ampliar o processo sob diferentes condições.

Fonte: Eco Debate.

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