O core da empresa A4F, S.A. é o desenvolvimento e implantação de fotobioreatores, pelo que o estudo principal se foca na pegada de carbono associada a um FBR multitubular fechado para produção de microalgas. No entanto, como complementação a esse estudo, realizou-se um estudo ACV em paralelo tendo como produto as microalgas.
No âmbito deste estudo, que contempla a mesma unidade funcional que o estudo base, 1 kg de biomassa seca, consideraram-se as etapas de construção do FBR, cultivo no FBR, colheita e secagem da biomassa como fronteira do sistema (Figura 15).
Figura 15. Fronteira do sistema considerada (linha a tracejado) para o estudo de ACV da pegada de carbono de microalgas.
A etapa de cultivo do estudo ACV da pegada de carbono de microalgas não é mais do que a etapa de operação do FBR. Assim, esta etapa tem uma pegada de carbono de 66,62 kg CO2-
eq/kg biomassa seca. Uma vez que se verificou que é o consumo de eletricidade o maior responsável pelo aumento da pegada de carbono, para ambas as etapas de colheita e secagem que se seguem considerou-se apenas o consumo de energia para operação dos equipamentos, não se tendo em conta a construção, nem o desmantelamento dos mesmos.
Os consumos de energia utilizados para o cálculo da pegada são dados de origem primária. Sabendo que à escala piloto tipicamente se consome cerca de 6 kWh/m3 de colheita, e tendo
em atenção que o FBR opera em batch, o que significa que a colheita é total, ocorrendo 11 vezes por ano segundo os dias de operação do mesmo, calculou-se o volume total a tratar na centrífuga considerando que não há quaisquer perdas. Assim, todo o volume útil do FBR, 1,5 m3, é processado na centrífuga mensalmente com um gasto energético de 99 kWh por ano. As
emissões correspondentes a este consumo de energia são aproximadamente de 47,12 kg CO2-
eq, resultando numa pegada de carbono de 0,6375 kg CO2-eq/kg biomassa seca.
Após a etapa de colheita da biomassa, 90 % do meio de cultura é devolvido ao FBR, ficando o restante incorporado na pasta microalgal que se forma na centrifugação, pasta essa que contém cerca de 20 a 25 % de sólidos suspensos totais. A pasta é posteriormente seca com recurso a um
spray dryer. O consumo de energia elétrica na operação de um spray dryer à escala piloto é de
2,4 kWh/kg de água evaporada. De modo a obter o consumo anual energético desta etapa, determinou-se a quantidade de água a evaporar da pasta que entra no spray dryer, considerando mais uma vez que não há perdas. Sendo o débito de entrada neste equipamento 0,15 m3 resultante de cada colheita, tem-se que anualmente se necessita de evaporar cerca de
1 650 kg de água. Convém mencionar que esta água tem também nutrientes, mas por uma questão de simplificação considerou-se como água para efeitos de cálculo. Desta etapa resulta um pó com conteúdo de água inferior a 5 %. O consumo anual de energia na etapa de secagem é de 3 960 kWh, o que corresponde a cerca de 1 885 kg CO2-eq de emissões de GEE e uma
pegada de carbono de 25,50 kg CO2-eq/kg biomassa seca. Os resultados das pegadas de carbono
de cada etapa e global do estudo ACV das microalgas encontram-se na Tabela 17.
Tabela 17. Pegadas de carbono das etapas e global para o estudo ACV das microalgas.
PC
Etapas de construção e cultivo/operação do FBR
Estudo ACV do FBR 68,34
Etapa de Colheita
Eletricidade 0,6375
Etapa de Secagem
Eletricidade 25,50
5 Conclusões
A pegada de carbono associada à produção de 1 kg de biomassa seca num fotobioreator à escala piloto, incluindo as etapas de ciclo de vida desde a sua construção à sua operação, permitiu concluir que são emitidos cerca de 68,34 kg CO2-eq anualmente, tendo em conta a produção
anual de biomassa seca.
A construção da infraestrutura do FBR emite cerca de 2 545 kg CO2-eq sendo que é a produção
do aço inoxidável o que mais contribui para estas, responsável por aproximadamente 45 % das emissões totais desta etapa, seguido do vidro borossilicato com 37 % das emissões. Uma vez que as emissões contemplam um horizonte temporal de 20 anos correspondente ao tempo de vida útil do FBR, além de ter sido calculada segundo a produção de biomassa ao longo desses anos, a pegada de carbono associada a esta etapa é muito reduzida, 1,722 kg CO2-eq/kg
biomassa seca, contribuindo apenas para 2,5 % da pegada de carbono global.
A pegada de carbono da etapa de cultivo/operação do FBR foi calculada em relação à produção anual média de 73,92 kg de biomassa seca/ano e verificou-se ser a maior responsável pelas emissões, principalmente devido aos compostos utilizados na preparação do meio. Para a pegada de carbono da etapa de cultivo/operação obteve-se 66,62 kg CO2-eq/kg biomassa seca,
que corresponde praticamente à totalidade da pegada de carbono global.
Dos resultados concluiu-se que a produção de nitrato de potássio (fonte de N) é responsável pela maior emissão de 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. 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 %.
De entre os 6 cenários discutidos na análise de sensibilidade, apenas o cenário 2 é desfavorável, aumentando a pegada de carbono comparativamente ao estudo base. Os restantes cenários mostraram ser alternativas vantajosas na diminuição da pegada de carbono global. Alterando apenas a fonte de nitrogénio para amónia (cenário 5), atinge-se uma redução da pegada de carbono global de 16 % e estudando a combinação dos melhores cenários de fontes de nutrientes alternativas, é possível reduzir a pegada de carbono global em 20 %.
Embora o consumo de eletricidade seja a etapa responsável pela maior contribuição para a pegada de carbono global, se esta for alvo de redução, p.ex. utilizando a biomassa resultante das microalgas como fontes de energia, é possível diminuir significativamente a pegada de carbono global, como se constatou na comparação com estudos encontrados na literatura. Conclui-se que um fornecimento mais sustentável de recursos como nutrientes, CO2 e energia
operação do FBR, e consequentemente pegada global. Com o presente estudo, confirma-se a vantagem da avaliação da pegada de carbono, que permite identificar oportunidades de melhoria que contribuam para a redução de emissões de GEE, bem como permitir a poupança de recursos.