Estudo da transferência de CO2 por borbulhamento para o cultivo de microalgas em laboratório

Abstract

Com objetivo de estudar a transferência de CO2 em um fotobiorreator utilizado para fins laboratoriais foram aplicadas três condições operacionais no sistema de fornecimento de CO2 por borbulhamento: tamanho de bolhas, taxa de aeração e concentração de CO2. Foram empregados dois tipos de difusores de ar (pipeta de vidro e difusor de vidro sinterizado), os quais promoveram diferentes tamanhos de bolhas, e foram comparados sobre três taxas de aeração (0,125, 0,25 e 0,5 vvm) quanto ao coeficiente global de transferência de massa gás-líquido (kLa CO2) e a eficiência de captura de CO2. A microalga Scenedesmus obliquus foi cultivada sobre o emprego de ar atmosférico (0,04% de CO2) e ar atmosférico enriquecido com CO2 nas concentrações de 0,5%, 1% e 2%, aplicadas a uma taxa de aeração de 0,25 vvm. Os resultados demonstraram que o kLa CO2 foi aumentando tanto com a elevação da taxa de aeração, quanto com a aplicação de bolhas menores (difusor de vidro sinterizado), no entanto, a eficiência de captura do CO2 foi menor quando foram aplicadas as maiores taxas de aeração. A condição onde foi aplicado o difusor de vidro a uma taxa de aeração de 0,25 vvm proporcionou um kLa CO2 de 11, 98 ± 0, 6 h-1, considerado crítico (ótimo) para o fotobiorreator deste estudo. O aumento nas concentrações de CO2 promoveu melhores resultados quanto ao crescimento em biomassa e, consequentemente, na fixação de CO2 nas culturas de S. obliquus, no entanto, o aumento também promoveu menores eficiências de fixação de CO2. A aplicação de 1% ou 2% de CO2 não causou diferenças estatísticas significativas em relação ao ganho em biomassa, nem na produtividade das culturas, portanto, visando a otimização do uso do CO2 - evitando perdas deste gás para atmosfera - a adição de 1% de CO2 ao gás de entrada foi considerada a concentração crítica (ótima) a ser aplicada no sistema estudado.<br>

Abstract : In order to provide carbon properly for growth of microalgae Scenedesmus obliquus grown in photobioreactor used for laboratory purposes, three operating conditions (bubble size, aeration rate and concentration of CO2) were studied in the bubbling CO2 supply system. Two types of spargers (glass pipette, and sintered glass diffuser) promoting different bubble sizes were compared on three aeration rates (0.125, 0.25 and 0.5 vvm) regarding to the overall coefficient of mass transfer gas-liquid (kLa CO2) and CO2 capture efficiency. S. obliquus was grown at atmospheric air (0.04% CO2) and air enriched with CO2 at concentrations of 0.5 % 1 % and 2 %, applied to an aeration rate of 0.25 vvm. The results showed that kLa CO2 can be increased by either increasing the rate of aeration or by applying lower size bubbles (diffuser), however when higher aeration rates are applied the CO2 capture efficiency decreases. The condition where the glass diffuser was applied to a aeration rate of 0.25 vvm provided a kLa CO2 of 11.98 ± 0, 6 h-1, considered critical to the system. The increase in concentrations of CO2 promoted better results for growth and consequently CO2 fixation to S. obliquus, however, led to lower CO2 fixation efficiencies. Statistically, apply 1% or 2% had no significant difference in gain on biomass or productivity for the culture, so as to avoid loss of gas to atmosphere, apply 1% of CO2 to input gas was considered the critical concentration to be applied in the system studied.