Pela produtividade areal e sabendo o tempo de operação do FBR, obteve-se uma produção anual média de 73,92 kg de biomassa seca/ano. Para a pegada de carbono associada à etapa de operação, consideraram-se a eletricidade consumida, tanto para termorregulação como para funcionamento da bomba, as emissões associadas à produção dos compostos necessários à preparação do meio de cultura, do agente de descontaminação e teve-se ainda atenção à quantidade de remoções de CO2 via fixação biológica das microalgas. Apesar de se considerar
os inputs para operação do FBR, desprezou-se o armazenamento destes. Esta decisão foi feita tendo em atenção que os recipientes de armazenamento teriam um tempo de vida de cerca de 10 anos, e por isso a pegada associada seria muito reduzida, contribuindo muito pouco para a pegada de carbono global.
Assim, para a etapa de cultivo/operação do FBR, obteve-se uma pegada de carbono de 66,62 kg CO2-eq/kg biomassa seca, que corresponde praticamente à totalidade da pegada de carbono
global, 97 % desta.
4.2.1 Eletricidade consumida
A eletricidade utilizada no âmbito do presente estudo destina-se à termorregulação com recurso a uma caldeira ou compressor, dependendo se se pretende aquecer ou arrefecer a cultura e mediante a leitura do termopar, e ainda à operação da bomba hidropressora, usada para promover a circulação do meio de cultura, que correspondem a 1 kWh.m-3.dia-1 e 24
kWh/dia, respetivamente, podendo variar em +/- 10 % de ano para ano dependendo da produtividade. Assim, a média de utilização de eletricidade anual para funcionamento do FBR é de 8 415 kWh/ano. Partindo da energia despendida e recorrendo ao seu fator de emissão, é possível estimar a quantidade de CO2-eq emitido por cada kWh consumido. Segundo Electricity
Map (2017), o fator de emissão em tempo real para Portugal relativo à energia elétrica consumida equivale a 0,476 kg CO2-eq/kWh. Este fator parte dos pressupostos em que apenas
é contabilizada a energia elétrica produzida em território português, fornecendo ainda, em tempo real, a origem da eletricidade. As emissões relativas ao consumo de 8 415 kWh de eletricidade são cerca de 4 006 kg CO2-eq.
Anualmente, em termos de kg de biomassa seca, utiliza-se cerca de 114 kWh/kg de biomassa seca. A Tabela 8 demonstra os resultados obtidos para a pegada de carbono associada ao consumo de energia elétrica na etapa de cultivo/operação do FBR.
Tabela 8. Resultados indicadores da pegada de carbono da energia elétrica consumida na operação do FBR.
Consumo de eletricidade anual (kWh)
PC consumo de eletricidade (kg CO2-
eq/kg biomassa seca)
Termorregulação 495 3,188
Operação da bomba 7 920 51,00
Total 8 415 54,19
O consumo de energia por parte da bomba hidropressora que promove a circulação e mistura do meio de cultura é significativamente maior relativamente à operação de termorregulação pois a primeira opera 24/dia, correspondendo a cerca de 94 % do consumo energético da etapa de operação e cultivo do FBR. Já a termorregulação consome menos energia pois apenas é acionada quando a temperatura se afasta daquela que é considerada ideal para o FBR em estudo, cerca de 30 ºC (Figura 11).
Figura 11. Contributo relativo das operações de termorregulação e funcionamento da bomba hidropressora para o consumo de energia no cultivo/operação do FBR em estudo.
4.2.2 Nutrientes para preparação do meio de cultura
Foram fornecidos pela A4F, como dados primários, os consumos de cada nutriente por kg de biomassa seca, pelo que se procedeu a balanços de massa para obtenção da massa de cada composto que serve como fonte de nutriente por kg de biomassa seca (Anexo 3). Nesta etapa não se consideraram os nutrientes Fe e Mg uma vez que os seus consumos são muito reduzidos quando comparados com os restantes nutrientes suplementados à cultura. Para o FBR em estudo tanto se utiliza nitrato de potássio como de sódio, mas por falta de informação acerca do fator de emissão para o último, considerou-se unicamente o recurso a nitrato de potássio como fonte de nitrogénio.
6%
94%
A fonte de carbono utilizada é comercializada em botijas de CO2 sob pressão. O fator de emissão
(Pi) da produção de CO2 puro industrial contabiliza as emissões resultantes da produção do CO2
puro e as emissões provenientes da energia necessária para o comprimir e introduzir na botija. Sendo que o CO2 provém de um processo já existente, este não é contabilizado para o seu
potencial de emissão, resultando num valor inferior a 1.
A Tabela 9 apresenta a emissão de GEE de cada fonte de nutriente utilizada na preparação do meio de cultura.
Tabela 9. Emissão de GEE provenientes das fontes de nutrientes necessárias à preparação do meio de cultivo.
Fonte dos nutrientes Emissões (kg CO2-eq/ano)
CO2 puro industrial 176
Nitrato de potássio 848
Hidrogenofosfato de potássio 25,6
Total 1 050
Mayers et al. (2016) descrevem que tipicamente os gases libertados da produção de amónia contêm mais de 90 % de CO2, constituindo uma alternativa à fonte de carbono interessante no
ponto de vista de mitigaçao das emissões de GEE. As vantagens de utilizar gases de combustão em vez de CO2 puro liquefeito foram descritas em diversos estudos de ACV, mostrando que os
resultados são sensíveis à concentração de CO2 presente, isto é, quanto menor a % de CO2 no
gás de combustão, maior o volume de gás necessário e que requer transporte, o que pode limitar a distância a que um gás pode ser transportado antes de quaisquer potenciais benefícios serem comprometidos. As instalações de produção de amónia utilizam gás natural tanto como combustível para gerar vapor, que é utilizado numa unidade de reforma de metano, ar e água, como matéria-prima sofrendo combustão na presença de ar e vapor para formar hidrogénio (H2), monóxido de carbono (CO) e CO2 (Figura 12).Em seguida a amónia é produzida pelo
processo Haber numa reação catalisada entre nitrogénio e H2 a alta pressão (NETL, 2013).
Mayers et al. (2016) assumem que o CO2 puro líquido comercializado é gerado a partir de
fontes concentradas de CO2 como instalações de produção de fertilizantes ou produção de
amónia de gás natural. Os produtos obtidos da produção de amónia podem servir como fontes
Figura 12. Esquematização de uma unidade de produção de amónia (adaptado de NETL, 2013).
de carbono e nitrogénio em unidades de produção de microalgas, reduzindo a pegada de carbono global associada.
Dos nutrientes utilizados verifica-se que é a produção de nitrato de potássio que emite mais GEE para a atmosfera, contribuindo cerca de 81 % para a pegada de carbono associada à preparação do meio de cultura, que é de 14,20 kg CO2-eq/kg biomassa seca. Os fertilizantes
nitrogenados e fosfatados têm exigências energéticas semelhantes na sua produção, mas como o nitrogénio tem maior contribuição para a biomassa, este traduz-se num impacto mais significativo no balanço energético do cultivo (Mayers et al., 2016). Portanto, no âmbito deste estudo, se são necessárias 100 g de N e 15 g de P para produzir 1 kg de biomassa, o input de energia será superior para o primeiro, assim como as emissões resultantes da produção da sua fonte. Deste modo, entre N e P, a fonte de nitrogénio será sempre a que mais contribui para a pegada de carbono associada à preparação do meio de cultura.
Neste estudo, a produção dos nutrientes necessários à produção do meio de cultura contribui em 21 % para a pegada global.
4.2.3 Fixação biológica de CO2 pela biomassa
As remoções de GEE ocorrem quanto o CO2 é absorvido por compostos biogénicos, devendo por
isso ser retiradas da pegada de cultivo/operação do FBR.
A taxa de fixação biológica de CO2 depende da fórmula química considerada para a biomassa
microalgal. Sendo que constituição das microalgas difere consoante a espécie, não há um consenso acerca da fórmula molecular (Mayers et al., 2016). Por exemplo, Redfield et al. (1936) assume C106H181O45P e pela estequiometria relata que são consumidas cerca de 91 moles de CO2
por cada mole de microalga produzida; já Stumm e Morgan (1981) consideram C106H263O110N16P
correspondendo a uma massa molecular de aproximadamente 3 550 g/mol e ainda Chisti (2007) descreve como CO0,48H1,83N0,11P0,01.
O dado utilizado para a fixação biológica de CO2 foi fornecido segundo o histórico da empresa
A4F, S.A. e corresponde a 1,8 kg CO2/kg de biomassa, o que coincide com os dados encontrados
na literatura pois sabe-se que a biomassa microalgal contém 40 a 60 % de C, resultando numa fixação de CO2 de 1,5 a 2,2 kg CO2/kg biomassa seca (Mayers et al., 2016).
Portanto a fixação de CO2 pelas microalgas remove cerca de 133 kg CO2 de emissões
anualmente, reduzindo a pegada de carbono da etapa de cultivo/operação do FBR em 3 %.
4.2.4 Descontaminação
A descontaminação da água processual é feita com hipoclorito de sódio (NaClO), que é suplementado ao FBR numa razão de 0,025 L/kg biomassa seca. Para alcançar a produção anual prevista, são necessários cerca de 2,218 kg de NaClO por ano. Sendo o fator de emissão da produção deste descontaminante 0,884 kg CO2-eq/kg material, obtiveram-se emissões desta
atividade de 1,960 kg CO2-eq/ano, resultando numa pegada de carbono associada de 0,0265 kg
CO2-eq/kg biomassa seca.