Para o presente estudo realizou-se uma análise de sensibilidade com o intuito de diminuir a pegada hídrica do fotobioreator. Com base nos resultados obtidos para cada uma das etapas consideradas, erificou-se que a etapa de construção do FBR apresenta uma maior pegada hídrica associada, pelo que uma análise dos consumos de água dos materiais utilizados seria uma boa opção para reduzir a pegada. Contudo, uma vez que o FBR tem um tempo de vida útil de 20 anos, não seria possível diminuir a pegada num curto espaço de tempo e por isso a análise de sensibilidade focou-se essencialmente à etapa de operação e cultivo das microalgas, variando os seguintes aspetos:
1) produção anual de biomassa seca;
2) fontes dos nutrientes utilizados no meio de cultura;
3) origem da produção de energia elétrica: hipótese a) produzir eletricidade unicamente a partir de energia hídrica; hipótese b) produzir eletricidade unicamente a partir de energia eólica.
1) Produção anual de biomassa seca
A variação da produção anual de biomassa seca não poderá ser muito significativa uma vez que se trata de um processo com condições operatórias controladas (temperatura, pH e inóculo limpo) e está diretamente relacionado com a irradiação solar anual, que no caso de autotrofia é bastante constante. Por estes motivos, realizou-se uma análise de sensibilidade variando a produção em apenas 10 %. Na Tabela 19 encontram-se os resultados das pegadas hídricas da operação do FBR e do cultivo de microalgas, com esta variação.
Tabela 19 - Análise de sensibilidade variando a produção anual de biomassa seca.
Produção anual (kg biomassa seca)
PH da construção do FBR (m3/kg biomassa seca)
PH da operação e cultivo de microalgas (m3/kg biomassa seca)
Energia elétrica Cultivo Atual (73,92) 21,50 0,54 13,00 - 10 % atual (66,53) 23,89 0,60 14,45 + 10 % atual (81,31) 19,55 0,49 11,82
Como seria de prever, aumentando a produção de biomassa seca em 10 %, a pegada hídrica tanto ao nível da construção do reator como ao nível da operação e cultivo das microalgas, diminuiria.
Avaliação da pegada hídrica de um fotobioreator para produção de microalgas
Resultados e Discussão 40
2) Fontes dos nutrientes utilizados no meio de cultura
Relativamente à pegada hídrica do cultivo de microalgas, é na etapa de produção do meio de cultura que o consumo de água é maior. Deste modo, seria importante fazer uma análise de sensabilidade com o objetivo de reduzir a pegada hídrica desta etapa do processo de cultivo procurando outras fontes de nutrientes que exijam um menor consumo de água doce e que possam substituir as usadas atualmente.
Na Tabela 20 encontram-se os consumos de água para cada nutriente utilizado no meio de cultura e a pegada hídrica desta etapa consoante as novas fontes utilizadas.
Tabela 20 - Análise de sensibilidade variando as fontes dos nutrientes utilizados no meio de cultura.
Nutriente Fonte dos nutrientes Consumo de água (m3/ano) Variação do consumo de água (%) Atual Carbono Azoto Fósforo CO2 puro industrial Nitrato de potássio Hidrogenofosfato de potássio 488,14 369,60 81,02 - - - Fontes alternativas * Carbono Carbono Azoto Azoto Fósforo Carbonato de cálcio Bicarbonato de sódio Ureia Nitrato de cálcio Superfosfato triplo 1 603,48 281,28 78,10 390,88 64,37 + 228 - 42 - 79 + 6 - 21
* A possibilidade de utilizar estas fontes no meio de cultura de microalgas foi com base em consulta de artigos científicos. As fontes de carbono foram consultadas no artigo ALAM et al. (2015) e as de azoto e fósforo foram consultadas no artigo Mayers et al. (2016). Os valores dos consumos de água associadas às fontes alternativas de nutrientes foram obtidos do
Ecoinvent 2.1.
Analisando os resultados obtidos, verifica-se que os compostos bicarbonato de sódio, como fonte de carbono, ureia, como fonte de azoto, e superfosfato triplo, como fonte de fósforo, apresentam menores consumos de água do que as fontes utilizadas pela empresa A4F atualmente.
A pegada hídrica da etapa de operação e cultivo das microalgas, caso a empresa utilizasse estes compostos como alternativa aos atuais, passaria a 6,58 m3/kg biomassa seca, o que
corresponderia a uma redução de 51 %. Contudo, seria necessário realizar experiências a uma escala laboratorial para analisar se a produtividade de biomassa não diminuiria, para poder afirmar que a eficiência do FBR aumentaria com estas novas alterações.
3) Origem da produção de energia elétrica
Uma vez que o tema do presente estudo incide na avaliação da pegada hídrica de um fotobioreator, surgiu o interesse de analisar a influência da origem da energia elétrica que é necessária para produzir biomassa microalgal seca. Atualmente, a energia elétrica é produzida a partir de um mix energético, que segundo a EDP, 73 % dessa energia advém de energias renováveis e o restante de energias não renováveis. No entanto, para a análise de sensibilidade, consideraram-se duas hipóteses: hipótese a) produzir energia elétrica a partir unicamente de energia hídrica e hipótese b) produzir energia elétrica a partir unicamente de energia eólica. Os motivos que levaram à escolha das tecnologias usadas para produzir energia elétrica para a análise de sensibilidade foram, em primeiro, para verificar de que modo o uso de energia hídrica influenciava os consumos de água, e em segundo, optou-se por escolher uma tecnologia que fosse também renovável e que não ocupasse uma grande área territorial.
Na Tabela 21 encontram-se os resultados da pegada hídrica alterando as tecnologias usadas para produzir energia elétrica.
Tabela 21 - Análise de sensibilidade variando a origem da produção de energia elétrica. Tecnologia de produção PH do consumo de energia elétrica
na produção de biomassa seca (m3/kg biomassa seca)
Atual - Mix energético 0,54
Hipótese a) - Hídrica 193,92
Hipótese b) - Eólica 0
Atualmente, a empresa A4F utiliza a energia elétrica produzida a partir de um mix energético (Tabela 13), que consome 0,54 m3 de água para produzir um quilograma de biomassa seca.
Considerando a hipótese a), observa-se que a pegada hídrica sofre um aumento de 358 % para produzir a mesma quantidade de biomassa, enquanto que considerando a hipótese b), não haveria consumo de água na produção de energia elétrica, independentemente da quantidade de biomassa seca produzida. Isto deve-se ao facto da pegada hídrica para produzir energia eólica ser zero (Tabela 12). Assim, conclui-se que uma das formas de reduzir a pegada hídrica do processo de obtenção de biomassa seca a partir de microalgas seria utilizar energia elétrica com origem na energia eólica.
Após analisar os resultados obtidos, verifica-se que a alteração das fontes dos nutrientes permite uma uma maior redução da pegada hídrica do fotobioreator, passando de 35,05 para 28,34 m3/kg biomassa seca.
Avaliação da pegada hídrica de um fotobioreator para produção de microalgas
Resultados e Discussão 42