Com o intuito de tornar o estudo mais completo, decidiu-se analisar o ciclo de vida das microalgas considerando todas as etapas envolvidas na produção de biomassa microalgal seca, i.e. para além do cutivo, também as etapas de colheita e secagem. Na Figura 8 encontra-se uma representação destas etapas do processo e de todos os “inputs” e “outputs” que foram considerados em cada etapa.
Figura 8 - Etapas do processo de produção de biomassa microalgal seca e respetivos “inputs” e “outputs” considerados.
A pegada hídrica da etapa de cultivo foi determinada no subcapítulo 4.1.2. Para as pegadas hídricas das etapas de colheita e secagem analisou-se a energia elétrica consumida pelos equipamentos, a água removida em cada etapa e a composição do produto ao longo do processo. Contudo, não foram considerados, na pegada hídrica, os materiais de construção de cada equipamento utilizado para a colheita e para a secagem, respetivamente uma centrífuga e um “spray-dryer”.
4.2.1 Pegada hídrica da colheita de biomassa microalgal
A metodologia utilizada pela empresa A4F na etapa de colheita da biomassa microalgal é a centrifugação. Segundo a A4F, o consumo de energia elétrica da centrífuga é de 6,0 kWh por m3 de água colhida. Uma vez que a colheita é realizada após cada cultivo, significa que esta
tem de processar 1,5 m3 uma vez por mês, ou seja, onze vezes por ano. Na Tabela 16
encontram-se os dados necessários para a determinação da pegada hídrica da etapa de colheita, assim como a composição da biomassa microalgal que se obtém no final desta etapa.
Avaliação da pegada hídrica de um fotobioreator para produção de microalgas
Resultados e Discussão 36
Tabela 16 - Pegada hídrica da etapa de colheita. Etapa de colheita
Volume processado (m3/ano) 16,5
Consumo de eletricidade (kWh/ano) 99
Consumo de água (m3/ano) 0,47
Constituição da pasta algal (%) - Biomassa seca
- Água
25 75 Pegada hídrica (m3/kg biomassa seca) * 0,0064
* A pegada hídrica corresponde ao consumo de água, dividindo-o pela produção média anual de biomassa seca, que vale 73,92 kg de biomassa seca.
Durante um ano, a centrífuga tem de processar 16,5 m3 de água, consumindo 99 kWh de energia
elétrica e consequentemente 0,47 m3 de água doce para produzir esta energia.
Desta etapa resulta uma pasta algal que apresenta 25 % de sólidos suspensos totais (SST), tendo- se assumido que se corresponderem a 25 % de biomassa seca então 75 % da pasta é água. Desses 75 % de água, 90 % é reutilizado para a etapa de cultivo e os restantes 10 %, que correspondem à quantidade de água que ficou retida na pasta algal, serão removidos na etapa de secagem. A quantidade de água que ficou retida na pasta é posteriormente adicionada, sob a forma de água fresca, no reator para um novo cultivo.
4.2.2 Pegada hídrica da secagem de biomassa microalgal
Por último, a empresa A4F utiliza o método de secagem por nebulização, recorrendo a um “spray-dryer” para transformar a pasta algal em pó.
Segundo a A4F, o consumo de energia elétrica do “spray-dryer” é de 2,4 kWh por kg de água evaporada, ou seja, 2 400 kWh por m3 de água evaporada. Nesta etapa pretende-se evaporar
10 % da água processada na centrífuga, ou seja, 0,15 m3 por cada colheita, o que equivale a
1,65 m3 de água por ano, visto que esta etapa ocorre também uma vez por mês, ou seja, onze
vezes num ano.
Na Tabela 17 encontram-se os dados necessários para a determinação da pegada hídrica da etapa de secagem, assim como a composição da biomassa microalgal que se obtém no final desta etapa.
Tabela 17 - Consumos de água e pegada hídrica para a etapa de secagem. Etapa de secagem
Volume de água evaporada (m3/ano) 1,65
Consumo de eletricidade (kWh/ano) 3 960
Consumo de água (m3/ano) 18,81
Constituição do pó microalgal (%) - Biomassa seca
- Água
95 5 Pegada hídrica (m3/kg biomassa seca) * 0,25
* A pegada hídrica corresponde ao consumo de água, dividindo-o pela produção média anual de biomassa seca, que vale 73,92 kg de biomassa seca.
Durante um ano, o “spray-dryer” evapora 1,65 m3 de água, consumindo 3 960 kWh de energia
elétrica e consequentemente 18,81 m3 de água doce para produzir esta energia.
Desta etapa obtém-se 95 % de biomassa seca sob a forma de um pó e apenas 5 % de água residual.
Assim, a pegada hídrica das microalgas, que corresponde à soma das pegadas hídricas das etapas de cultivo, colheita e secagem, equivale a 34,96 m3/kg biomassa seca. Este resultado indica
que a pegada hídrica das etapas de colheita e secagem não contribuem significativamente para a pegada hídrica das microalgas uma vez que a pegada manteve-se praticamente igual à pegada hídrica do fotobioreator.
Este resultado era esperado visto que o fotobioreator opera em modo batch durante 330 dias por ano, enquanto que os restantes equipamentos só operam após cada cultivo. Para uma melhor visualização dos resultados obtidos, na Figura 9 está representado o consumo água para a produção de energia elétrica usada na operação de cada equipamento das diferentes etapas de produção de biomassa microalgal.
Avaliação da pegada hídrica de um fotobioreator para produção de microalgas
Resultados e Discussão 38
Figura 9 – Consumos de água para a produção de energia elétrica usada em cada equipamento das diferentes etapas de produção de biomassa microalgal.
Com base nos valores apresentados nas Tabelas 16 e 17 e analisando o gráfico da Figura 9, verifica-se que o “spray-dryer” apresenta consumo de água cerca de onze vezes maior do que a centrífuga. Por se tratar de um processo demasiado dispendioso, só é economicamente viável quando se pretende obter produtos de alto valor energético, como é o caso da produção de biocombustíveis.
Assim, a pegada hídrica relativa à produção de energia elétrica utilizada no processo de obtenção de biomassa microalgal seca, que corresponde à soma das pegadas hídricas das três etapas, equivale a 0,80 m3/kg biomassa seca.
Na Tabela 18 encontra-se uma tabela síntese com as pegadas hídricas obtidas de todas as etapas da produção de biomassa microalgal.
Tabela 18 - Tabela síntese das pegadas hídricas obtidas em cada etapa da produção de biomassa microalgal.
Pegada hídrica (m3/kg biomassa seca)
Cultivo Colheita Secagem
Energia 0,54 0,0064 0,25
Materiais de construção 21,50 - -
Consumos de água diretos 0,14 - -
Consumos de água indiretos Nutrientes Composto químico 12,86 12,70 0,17 - -
Pegada hídrica total 35,30
Termorregulação 2,35 0,47 18,81 Recirculação da cultura 37,62 0,00 8,00 16,00 24,00 32,00 40,00 48,00
Fotobioreator Centrífuga Spray-dryer
Co ns umo d e água ( m 3)