Análise de sensibilidade das fontes dos nutrientes

Segundo os resultados obtidos para o presente estudo (referido como estudo base), a etapa de preparação do meio de cultura contribui em 21% para a pegada de carbono global. Deste modo, realizou-se uma análise de sensibilidade em que se consideraram alternativas para as fontes de nutrientes (Tabela 13). Esta serve apenas para determinar a sensibilidade da pegada de carbono aquando da variação de um dos inputs que mais a influencia. Para esta análise, tendo em atenção que a biomassa seca provém das mesmas microalgas, consideraram-se os consumos de cada nutriente por kg biomassa seca do estudo base.

Tabela 13. Fontes alternativas de nutrientes consideradas na análise se sensibilidade.

Fonte dos nutrientes Composto

Fonte de C

CO2 puro industrial Estudo base

Carbonato de cálcio Cenário 1

Carbonato de sódio Cenário 2

Fonte de N

Nitrato de potássio Estudo base

Nitrato de cálcio Cenário 3

Ureia Cenário 4

Amónia Cenário 5

Fonte de P Hidrogenofosfato de potássio Estudo base

Superfosfato triplo Cenário 6

Calculou-se a pegada de carbono global de cada cenário para comparação com o estudo de base e avaliaram-se as alterações verificadas que se encontram descritas nos subcapítulos que se seguem. De entre os 6 cenários selecionaram-se aqueles que reduziam mais a pegada de carbono global na escolha da fonte de cada nutriente, destacando-se o cenário 1 para a fonte de carbono, o cenário 5 para a fonte de N e o cenário 6 para a fonte de P. Assim, avaliou-se ainda a combinação destes últimos, que consiste nas alternativas de fontes de nutrientes que possibilitam a menor pegada global possível de entre as variações consideradas. A Figura 14 apresenta as pegadas de carbono obtidas para cada cenário considerado e comparação com o estudo base que corresponde ao FBR da A4F.

Figura 14. Pegadas de carbono obtidas para cada cenário e comparação com o estudo base que corresponde ao FBR da A4F.

À exceção do cenário 2, que aumenta a pegada de carbono de 68,34 para 69,13 kg CO2-eq/kg

biomassa seca, os restantes apresentam uma menor pegada de carbono global comparativamente ao estudo base. A combinação dos cenários 1, 5 e 6 tem um impacto favorável na pegada de carbono global, reduzindo-a em cerca de 20 %. No entanto, alterando

68,34 _66,05 69,13

61,361 _{58,274 57,12} 68,24

54,73

apenas a fonte de nitrogénio para amónia (cenário 5), já se alcança uma redução da pegada de carbono de 16 %.

Em seguida são explicitados em mais detalhe os cenários considerados para cada fonte de nutriente alterada em relação ao caso base.

4.3.1.1 Fonte de Carbono

Alam et al. (2015) reportam a utilização de diferentes fontes de carbono para o cultivo de microalgas, tais como bicarbonato de sódio (NaHCO3) e carbonato de cálcio (CaCO3). Assim,

analisou-se a utilização destes últimos como alternativas para a fonte de carbono e respetiva influência sob a pegada de carbono global (Tabela 14). No entanto, na base de dados consultada, Ecoinvent 2.1 (Frischknecht, et al., 2007), não existem dados de inventário de ciclo de vida acerca do carbonato de cálcio nem do bicarbonato de sódio, pelo que se utilizou aqueles que mais se assemelham com estes compostos, o calcário e o carbonato de sódio, respetivamente. Uma vez que o carbonato de cálcio é o principal componente do calcário, considerou-se que seria uma boa aproximação.

Inicialmente foi necessário calcular o consumo de carbono por cada kg de microalga. Partindo desse consumo, determinou-se a quantidade de composto necessária anualmente para a produção anual de biomassa seca da unidade piloto em estudo.

Tabela 14. Análise de sensibilidade relativa à fonte de carbono.

Estudo base Cenário 1 Cenário 2

Fonte de C CO2 puro industrial Carbonato de cálcio Carbonato de sódio Consumo (kg composto/UF) 3 6,823 7,225

Massa (composto/ano) 222 504 534

FE (kg CO2-eq/kg composto) 0,794 0,0132 0,44

Emissões (kg CO2-eq/ano) 176 6,7 235

PC_global (kg CO2-eq/kg biomassa

seca)

68,34 66,05 69,13

No cenário 1, apesar de ser necessário maior quantidade de carbonato de cálcio comparativamente ao estudo base, as emissões de GEE são significativamente inferiores, tendo um impacto positivo na diminuição da pegada de carbono global. Já no cenário 2, a alternativa para a fonte de carbono não é favorável uma vez que aumenta a pegada de carbono comparativamente à obtida para o estudo base.

4.3.1.2 Fonte de Nitrogénio

A fonte de nitrogénio utilizada para o crescimento microalgal no presente estudo é aquela que mais contribui para a pegada de carbono associada à preparação do meio de cultura, atingindo cerca de 81 % desta.

A revisão de Mayers et al. (2016) identifica alguns dos tipos de fertilizantes mais utilizados na produção de biomassa seca proveniente de microalgas, fazendo referência a fontes de nitrogénio como amónia, nitrato de cálcio, ureia, nitrato de amónia, nitrato de potássio, entre outros. Com base nas fontes de nitrogénio reportadas no estudo de Mayers et al., analisaram- se três cenários possíveis, recorrendo à utilização de nitrato de cálcio, de ureia ou de amónia (Tabela 15).

Tabela 15. Análise de sensibilidade relativa à fonte de nitrogénio.

Estudo base Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5

Fonte de N Nitrato de potássio Nitrato de cálcio Ureia Amónia

Consumo (kg composto/UF) 0,7216 1,171 0,4287 0,1216

Massa (composto/ano) 53,34 87 31,69 9,0

FE (kg CO2-eq/kg composto) 15,9 3,84 3,29 2,09

Emissões (kg CO2-eq/ano) 848 332 104 19

PC_global (kg CO2-eq/UF) 68,34 61,36 58,27 57,12

Nos cenários de alterativas para a fonte de N considerados, verifica-se um decréscimo significativo na pegada de carbono global.

Como já foi mencionado anteriormente, o consumo de nitrogénio para o crescimento das microalgas faz com que a fonte deste nutriente seja um dos principais inputs responsável pelo aumento da pegada de carbono associada à preparação do meio de cultura. Assim, alterando apenas os compostos utilizados para obtenção do nitrogénio verificam-se diferenças significativas na pegada de carbono global, atingindo uma redução de 10, 15 e 16 % comparativamente ao estudo base para os cenários 3, 4 e 5, respetivamente.

O cenário 5 tem especial interesse não só por se referir à melhor alternativa como fonte de nitrogénio como também a produção de amónia gera CO2 como produto secundário, podendo

ser utilizado como fonte de carbono. 4.3.1.3 Fonte de Fósforo

Na revisão de Mayers et al. (2016), são apresentadas diversos compostos que podem ser utilizados como fontes de fósforo (P) no cultivo de diferentes espécies de microalgas. Um dos mencionados é superfosfato triplo (Ca(H2PO4)2.H2O), muito utilizado como fertilizante ou

quando ocorrem carências de fósforo, e que foi estudado como alternativa à fonte de fósforo (Tabela 16).

Tabela 16. Análise de sensibilidade relativa à fonte de fósforo.

Estudo base Cenário 6

Fonte de P Hidrogenofosfato de potássio Superfosfato triplo Consumo (kg composto/UF) 0,0659 0,1221

Massa (composto/ano) 4,872 9,0 FE (kg CO2-eq/kg composto) 5,25 2,02

Emissões (kg CO2-eq/ano) 25,6 18,23

PC_global (kg CO2-eq/UF) 68,34 68,24

Considerando o superfosfato triplo como fonte de fósforo, a pegada de carbono global diminui de 68,34 para 68,24 kg CO2-eq/kg biomassa seca. Sendo o consumo deste nutriente pelas

microalgas de apenas 1,5 %, a contribuição da fonte de P não tem impactos significativos na pegada global.