Algas podem transformar gases de efeito estufa em biomoléculas de interesse tecnológico

Além de buscar microalgas com esta capacidade, cientistas usam bactérias para otimizar produção de plástico biodegradável a partir do metanol

Uma equipe multidisciplinar do Fapesp Shell Research Centre for Gas Innovation (RCGI) está estudando microalgas com potencial para a produção de bioprodutos a partir de gás carbônico e metano provenientes do gás natural. Os cientistas coletaram amostras na região da Baixada Santista (Cubatão e Guarujá) e isolaram 24 microalgas diferentes. Destas, quatro produziram tanto lipídios como biopolímeros. Sob a orientação da professora Elen Aquino Perpétuo, bióloga e coordenadora dos projetos 17 e 18 da instituição, o grupo também está selecionando bactérias para a produção específica de PHB (um biopolímero de alto valor agregado) a partir de metanol.

“A pesquisa com as bactérias está um passo à frente, porque já sabemos quais são as mais promissoras na produção de PHB. No caso das microalgas, ainda estamos identificando aquelas com maior potencial produtivo para dar o próximo passo, que é a otimização dessa produção”, resume Bruno Karolski, biólogo e aluno do Pós-doutorado em Engenharia Química na Escola Politécnica (Poli) da USP.

Segundo ele, a ideia inicial era usar o gás natural diretamente na cultura de microalgas para que o gás carbônico presente no gás natural fosse captado por elas, mas o grupo agora estuda se vale mais a pena separar o gás natural em CO2 e CH4 e ministrar às microalgas apenas o CO2.

Da esquerda para a direita: prof. Elen Aquino Perpetuo, pós-doutorando Bruno Karolski; prof. Cláudio Augusto Oller do Nascimento; doutoranda Letícia Oliveira Bispo Cardoso; pós-doutoranda Louise Hase Gracioso

“Das 24 microalgas que isolamos, quatro apresentaram rápido crescimento, alta concentração celular, produção de lipídios e também indícios de produção de PHB. Dessas quatro, identificamos três: duas cepas de Chlamydomonas sp., com características produtivas diferentes, mais a Didymogenes sp.Nossos dados preliminares indicam que para duas delas é possível obter esses bioprodutos concomitantemente, mas ainda não sabemos quais são as condições em que elas produzem mais lipídios ou mais PHB. O que sabemos é que, ao colocar as quatro microalgas selecionadas nas mesmas condições, duas se destacam porque uma produz mais PHB e a outra mais lipídios”, afirma Karolski. Ele lembra também que os lipídios produzidos pelas microalgas, ácidos graxos de cadeia longa e com alto potencial energético, são úteis, por exemplo, para a fabricação de biodiesel.

Segundo Letícia Oliveira Bispo Cardoso, química e doutoranda no Programa de Pós-graduação Interunidades em Biotecnologia da USP, há relatos de produção eficaz de PHB por microalgas, porém apenas quando modificadas geneticamente. “Em nosso caso, estamos explorando a diversidade de microalgas de um ambiente da Baixada Santista, visando encontrar as capazes de produzir PHB e também grandes concentrações de lipídios”, esclarece ela.

Bactérias e plástico

Os cientistas conseguiram extrair PHB produzido a partir de metanol de cinco das 180 cepas de bactérias com que trabalharam: Methylobacterium extorquensMethylobacterium rhodesianum,Methylopila oligotropha, Methylobacterium radiotolerans Methylobacterium populi.

“A Methylobacterium extorquens foi a que deu melhores resultados até agora: utilizando-se metanol como substrato, as bactérias chegaram a produzir 40% de PHB em 72 horas. A porcentagem de PHB é equivalente à relatada na literatura e agora estamos explorando maiores concentrações de oxigênio, testando agitação e diferentes concentrações de metanol para ver se conseguimos otimizar essa produção”, diz Letícia.

Bactérias Chlamydomonas sp (à esquerda) e Methylobacterium extorquens (à direita) – Foto: Wikimedia Commons

Os pesquisadores também relatam resultados bastante positivos com a Methylopila oligotropha. “Há poucos relatos na literatura de produção de PHB com essa bactéria e, no entanto, conseguimos uma produção de 25% de PHB. Isso é bastante promissor”, ressalta Karolski.

Letícia salienta que não se produz muito PHB no mundo a partir de metanol, pois a fonte de carbono mais comum do PHB é o açúcar. De acordo com ela, a oportunidade que a pesquisa possibilita, neste caso, é baratear a fonte de carbono para produção de PHB. “O açúcar é uma matéria-prima cara para se fazer plástico e acaba afetando o valor final do biopolímero. Esse é um dos fatores economicamente relevantes que pode ajudar a ampliar a participação do PHB no mercado de plásticos, entre outros”, revela a pesquisadora.

Karolski lembra que o RCGI tem projetos que visam à produção de metanol a partir de metano e dióxido de carbono. “Ou seja: estamos tentando usar gases de efeito estufa (GEEs) para formar metanol e, a partir dele, produzir um plástico biodegradável. Assim, estaremos mitigando GEEs e, ao mesmo tempo, obtendo bioprodutos de alto valor agregado.”

O grupo conta ainda com a bióloga e aluna de pós-doutorado em Engenharia Química na Poli, Louise Hase Gracioso, e com Bruna Bacaro Borrego, que está se graduando em Engenharia Ambiental na Unifesp. O professor Cláudio Augusto Oller do Nascimento também integra as equipes dos 17 e 18 do RCGI.

Fonte: Jornal da USP

Petrobras estuda produzir biodiesel a partir de microalgas

A Petrobras trabalha no desenvolvimento de uma tecnologia pioneira para produzir biodiesel de microalgas – alternativa aos combustíveis derivados do petróleo, que pode ser usada em carros e ou qualquer outro veículo com motor a diesel.

Em entrevista exclusiva à Agência Brasil, a gerente de Biotecnologia do Centro de Pesquisas (Cenpes) da Petrobras, Juliana Vaz, ressaltou o pioneirismo do projeto que, em sua avaliação, “vai contribuir para a construção de um futuro mais sustentável. É um projeto de vanguarda, pioneiro no Brasil e que logo vai estar à disposição de todos”.

Gerente de Biotecnologia JULIANA VAZ BEVILAQUA, 24/01/2018. Cenpes, Rio de Janeiro - RJ - Brasil.
Os resultados são promissores , segundo a gerente de Biotecnologia do Centro de Pesquisa (Cenpes) da Petrobras, Juliana VazFrancisco Alves de Souza/Banco de Imagens Petrobras

Fabricado a partir de fontes renováveis (entre elas óleo de soja, gordura animal e óleo de algodão) ou do sebo de animais, o biocombustível emite menos poluentes que o diesel. Do processo biológico das microalgas é produzida uma biomassa usada para se extrair o óleo, que será matéria prima para a produção do biocombustível.

A estatal almeja chegar a produzir o combustível feito a partir da microalga em escala comercial. “O biodiesel produzido já foi submetido a testes de qualificação em laboratório, sob os padrões da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), e os resultados preliminares mostraram ser promissores”, diz Juliana.

As microalgas têm como principal vantagem o fato de não ter sazonalidade (períodos de safra) e não depender de condições específicas – de solo, por exemplo – para sua produção. Sua fabricação possibilita colheitas “quase que semanais”, com uma produtividade até 40 vezes maior do que a da biomassa feita de vegetais terrestres. “As microalgas têm uma produtividade muito maior do que a soja e cana”,  afirmou a pesquisadora.

Benefícios para o meio ambiente

A produção a partir da microalga traz ainda vantagens ecológicas, já que contribui para a redução de gás carbônico (CO2) do ar, um dos geradores do efeito estufa, que causa o aquecimento global, uma das maiores preocupações atuais com o meio ambiente.

Cada uma tonelada de microalgas usadas para a produção de biodiesel pode retirar até 2,5 toneladas de gás carbônico do ar, taxa “muito maior que a de outros vegetais normalmente utilizados para a produção de biodiesel – seja a soja ou da cana-de-açúcar”, disse Juliana, ressaltando que esse gás carbônico ainda será aproveitado para a produção de um substituto dos combustíveis fósseis.

Ainda dentro do contexto de maximizar a tecnologia, também está em estudo a possibilidade de cultivar microalgas em águas oriundas da produção de petróleo, contribuindo no tratamento dessa água para descarte ou para reúso. “As microalgas utilizam as substâncias presentes na água de produção, como nitrogênio e fósforo, como insumos para a conversão em biomassa”, explica a pesquisadora.

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Fonte: Agência Brasil

Pesquisa com microalgas que crescem em resíduos e geram biocombustíveis

A Embrapa Agroenergia (DF) conseguiu identificar espécies de microalgas que podem ser cultivadas em resíduos líquidos de processos de agroindústrias, os efluentes. Esse cultivo pode gerar matéria-prima renovável para biocombustíveis, rações, cosméticos e vários outros produtos. A pesquisa, que durou três anos, também teve como resultado a descoberta de espécies até então desconhecidas, na biodiversidade brasileira.

Os efluentes utilizados nos estudos foram a vinhaça, formada na produção de açúcar e etanol de cana, e o Pome (palm oil mill effluent), que é gerado no processamento do dendê. Eles são aproveitados, hoje, para fertirrigação das plantações. Utilizá-los, contudo, como meio para produzir microalgas, pode agregar valor às cadeias produtivas da cana e do dendê, gerando mais biomassa e óleo para obter energia e bioprodutos.

As microalgas são organismos unicelulares e microscópicos que vivem em meios aquáticos e têm uma característica curiosa: embora não sejam plantas, são capazes de realizar fotossíntese e se desenvolver utilizando luz do sol e gás carbônico. Elas se reproduzem muito rapidamente, gerando grandes quantidades de óleo e biomassa em pouco tempo. A produtividade pode ser de dez a 100 vezes maior do que os cultivos agrícolas tradicionais. Isso chamou a atenção de setores que necessitam de grandes quantidades de matéria-prima, como o de biocombustíveis.

Ao mesmo tempo, os óleos produzidos por algumas espécies quase sempre contêm compostos muito valiosos como, por exemplo, Ômega 3 e carotenoides. Por isso, elas também encontram espaço em indústrias que atendem nichos de mercado e pagam mais caro por matérias-primas com propriedades raras. É o caso dos cosméticos e dos suplementos alimentares.

Já existem pelo menos quatro empresas no Brasil produzindo microalgas: duas no Nordeste, com foco em nutrição humana e animal, e outras duas no interior de São Paulo, já atendendo indústrias de cosméticos e rações, ou projetos para tratamento de efluentes. Contudo, há ainda muito que avançar no conhecimento e desenvolvimento de tecnologias para impulsionar o setor. A redução do custo de produção é uma das principais preocupações, principalmente quando se quer alcançar mercados que necessitam de grandes volumes e preços baixos, como é o caso dos biocombustíveis.

Explorando a biodiversidade

A pesquisa da Embrapa buscou soluções em uma das maiores riquezas do Brasil: a imensa biodiversidade, que pode abrigar um quarto das espécies de microalgas de água doce, segundo as estimativas. O primeiro trabalho tinha como objetivo encontrar espécies capazes de crescer na vinhaça, em ambientes industriais e biomas brasileiros (Amazônia, Pantanal e Cerrado). Os cientistas identificaram duas espécies que podem ser cultivadas nesse efluente, com bom rendimento − uma delas ainda não está sequer descrita na literatura. A análise dos componentes da biomassa dessas duas microalgas indica maior concentração de carboidratos e proteínas do que de lipídeos e carotenoides, que as tornam mais adequadas para a produção de etanol do que de biodiesel, quando o assunto é biocombustíveis. Podem ser utilizadas, ainda, em rações.

A vinhaça é rica em nitrogênio, fósforo e potássio (NPK), nutrientes tão necessários às microalgas quanto às plantas. Utilizá-la como meio de cultivo, contudo, tem seus desafios, explica o pesquisador Bruno Brasil, da Embrapa Agroenergia. Se, por um lado, a concentração de nutrientes favorece o crescimento dos organismos, por outro a coloração escura dificulta a passagem de luz, sem a qual não há fotossíntese. Para minimizar esse problema, a equipe da Embrapa Agroenergia utilizou métodos de clarificação química de baixo custo ou simplesmente diluiu a vinhaça em água. Outro desafio associado à vinhaça é a elevada carga de material orgânico. Ela favorece a proliferação de bactérias e leveduras, que se tornam contaminantes no meio de cultivo e prejudicam o crescimento das microalgas.

As duas espécies selecionadas pela equipe da Embrapa Agroenergia são mixotróficas. Isso quer dizer que elas realizam fotossíntese, mas também utilizam a matéria orgânica da vinhaça para crescer. Elas não chegam a reduzir significativamente essa carga orgânica e, por isso, não podem ser utilizadas isoladamente para tratamento do efluente. No entanto, isso pode ser bom porque permite que a vinhaça ainda seja usada para fertirrigação dos canaviais após a retirada das microalgas.

Cultivos em efluente do processamento do dendê

O Pome tem características poluidoras muito parecidas com as da vinhaça, mas a composição é diferente, já que se origina de um fruto rico em óleo, o dendê, e não de uma gramínea rica em açúcar como é o caso da cana. Por isso, o trabalho de busca de microalgas capazes de crescer nesse material envolveu tanto experimentos com cepas já testadas para a vinhaça quanto novas coletas de amostras, em ambientes diferentes. Neste caso, também, duas espécies mostraram-se eficientes. Uma delas tem capacidade de crescimento tão elevada que faz desaparecer a coloração quase preta do Pome e coloca no lugar um verde intenso. Além disso, foi demonstrado que a retenção do Pome em uma lagoa anaeróbica seguida de cultivo utilizando estas microalgas promove tratamento eficiente do efluente, processo conhecido como biorremediação.

A ideia de buscar espécies capazes de crescer em efluentes industriais explora justamente uma das vantagens das microalgas, a robustez. Diferentemente das plantas, elas não exigem água doce e limpa; podem ser cultivadas em água salgada, salobra ou mesmo residual. Esse é um fator bastante positivo para a sustentabilidade do cultivo. Soma-se a isso a característica de elas não precisarem ocupar terras férteis e a alta produtividade para se chegar à conclusão de que microalgas podem compor o rol de soluções sustentáveis para fornecer alimentos, energia e bens de consumo a uma população mundial crescente.

Engenharia genética

A equipe de cientistas da Embrapa e instituições parceiras está, agora, empenhando-se em construir ferramentas que permitam a modificação genética das espécies selecionadas para crescimento na vinhaça e no Pome, com o objetivo de potencializar o rendimento. O investimento na engenharia genética tem motivo: toda a produção de commodities agrícolas atual está baseada em espécies que passaram por décadas ou séculos de domesticação e melhoramento genético. Além disso, um grande estudo sobre microalgas financiado pelo governo dos Estados Unidos mostrou que o uso de linhagens modificadas geneticamente chega a reduzir em 85% o custo de produção – uma das grandes metas estabelecidas pelos cientistas.

O desafio para chegar a essas novas linhagens, contudo, é grande. Qualquer programa de engenharia genética precisa primeiramente de conhecimento sobre a espécie com a qual se pretende trabalhar. No caso das microalgas, essa base ainda está em construção. Basta comparar: o primeiro genoma completo de bactéria foi apresentado em 1995, o humano foi concluído em 2003, mas só em 2012 foi sequenciado o DNA de uma microalga com potencial para produção de biocombustíveis.

Quando se trata de espécies originárias do Brasil, a carência de dados é ainda maior. “Nós sabíamos que, trabalhando com espécies nativas, tínhamos a chance de encontrar coisas novas e mais produtivas do que materiais de outras partes do mundo, mas, ao mesmo tempo, por ser novo, sabíamos que iríamos ter que desenvolver esse pacote tecnológico”, conta o pesquisador Bruno Brasil.

Na Embrapa e na Universidade Federal do Rio Grande (FURG), além das microalgas, os cientistas estão explorando a genética das cianobactérias, conhecidas como algas azuis. São organismos também unicelulares, microscópicos e capazes de realizar fotossíntese, porém mais simples. Luis Fernando Marins, professor da FURG, compara os genomas delas. Enquanto o de uma das cianobactérias com que ele está trabalhando tem 2,6 milhões de pares de bases, o de uma microalga chega a 120 milhões, ou seja, é 60 vezes maior. Além disso, os meios de cultivo para as cianobactérias são geralmente mais baratos e elas têm capacidade de secretar substâncias, o que facilita os processos de obtenção dos produtos de interesse.

Além dos estudos do genoma e da engenharia genética, o pesquisador da Embrapa Agroenergia antecipa os próximos passos do centro de pesquisa: “Do ponto de vista de processos industriais, o que falta? Escalonamento de sistemas de cultivo, métodos eficientes para colheita das microalgas e processos de conversão da biomassa em produtos. Os próximos projetos vão focar esses três pontos”.

Mercado das microalgas

Uma das empresas que se tornou referência no tema microalgas é a TerraVia, que até março de 2016 chamava-se Solazyme. Com origem na região do Vale do Silício, nos Estados Unidos, a companhia estabeleceu sua unidade de produção no Brasil, numa joint venture com a Bunge. A biofábrica está associada a uma usina sucroalcooleira, em Orindiúva (SP), porque a espécie de microalga com que trabalha não realiza fotossíntese, mas alimenta-se de açúcar.

O diesel e o combustível de aviação obtidos a partir do óleo dessa microalga, o Soladiesel e o Solajet, eram destaque entre os produtos oferecidos pela tecnologia da empresa, mas isso mudou junto com o nome, justamente por causa de valor de mercado. “Esses mercados podem se tornar maiores e rentáveis no futuro e ainda são ativos valiosos para nós. Porém, com os níveis de preços atuais do barril de petróleo, biocombustíveis nesse momento não são o principal driver econômico para nós”, revela o presidente da joint venture TerraVia / Bunge, Walfredo Linhares. O executivo afirma que a empresa está voltada, agora, exclusivamente para alimentos, nutrição animal e ingredientes especiais para o mercado de cuidados pessoais. Empresas como Natura, Nestlé e Unilever já utilizam ou vão utilizar, em seus produtos, óleos e compostos originários das microalgas cultivadas em Orindiúva.

Menos vultosa, porém consistente, é a iniciativa da Fazenda Tamanduá, no sertão da Paraíba. Ali foi estabelecido um cultivo orgânico de cianobactérias do tipo spirulina, que já são bastante conhecidas pelos benefícios à saúde humana. “Eu tomo spirulina e acho um produto maravilhoso: há oito anos não sei o que é uma gripe. Não é um milagre, mas se você toma todos os dias vai sentir uma melhora na sua saúde, pele, cabelo”, testemunha o biotecnólogo José Franciraldo de Lima, responsável-técnico pela produção. A Fazenda Tamanduá foi a primeira a obter registro do produto como alimento na Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa). Ele é comercializado em cápsulas ou em pó.

Um pouco mais ao norte do País, no Ceará, a professora Francisca Pinheiro aplicou o conhecimento adquirido durante anos na Universidade Federal do estado para estabelecer em uma chácara, no Município de Cascavel, um cultivo de spirulina. Nesse caso, o foco é o mercado de rações para aquicultura, especialmente camarões, tilápias e peixes ornamentais, graças ao elevado teor de proteína do produto. Ela acredita no futuro do cultivo de microalgas e cianobactérias. “É um mercado consumidor crescente, autossustentável, com potencial no mercado interno e externo”, analisa. A empresária pretende consolidar seus métodos de cultivo e, a partir daí, iniciar um projeto de transferência de tecnologia para comunidades do Nordeste.

Em Piracicaba (SP), o parque tecnológico local abriga a Algae Biotecnologia, uma start up voltada para o desenvolvimento de projetos baseados em microalgas, com o foco em biorremedição e captura de carbono. O que está mais avançado é a iniciativa com a fabricante de cimentos Intercement, que consiste em utilizar as microalgas para biofixar o grande volume de CO2 gerado nesse segmento industrial. Já foram selecionadas espécies eficientes nesse trabalho e o projeto está entrando em fase pré-comercial.

Fonte: Embrapa Agroenergia

México: Universitária vai investigar a produção de biodiesel por meio de microalgas

La Paz, Baja California Sur (BCS ) – Com o objetivo de oferecer novas alternativas para a produção de biodiesel, a estudante da Universidade Autônoma de Baja California Sur (UABCS) , Ana Lilia Perea Rojas, irá conduzir um projeto de pesquisa para analisar as propriedades das microalgas para a produção de biodiesel.

Nesse sentido, a universidade ressaltou que atualmente a obtenção de biocombustíveis a partir da agricultura e marinha é quase insustentável por se tratar de uma produção bastante cara, uma vez que exigem grandes quantidades de água para irrigar as culturas e os produtos necessários.

Vale ressaltar que o estudo será baseado em novas espécies que permitem a produção de biodiesel a um custo menor, considerando a microalga Schizochytrium sp , como uma opção favorável.

A  jovem pesquisadora informou que as espécies de microalgas podem alcançar seu tamanho máximo no prazo de 7 dias, além de que não precisarem de muita água ou grandes extensões de terra para o cultivo.

“Será um biocombustível extraído de produtos vegetais só que cultivados no mar. Em teoria, estima-se que 80% da matéria-prima, da microalga processada, seja formada de gordura que pode ser utilizada para produzir o biodiesel,”disse Rojas.

Finalmente, a pesquisa poderá fornecer aspectos que permitam a otimização da colheita, como a quantidade de salinidade e temperatura necessária para o microrganismo se desenvolver adequadamente. É oportuno mencionar que o projeto pode ser um dos primeiros trabalhos, no país, que trata de aspectos relacionados ao cultivo desta espécie e com foco também na produção de biocombustíveis.

Fonte: BCS Notícias

Embrapa pesquisa microalgas como opção para produção sustentável de biodiesel

A busca por novas fontes para a energia renovável vem crescendo no país. Cientistas da Embrapa estão pesquisando alternativas para a produção de biodiesel. Atualmente o combustível é produzido no país a partir de oleaginosas como a soja e a canola, gorduras animais (sebo bovino) e OGR (óleos e gorduras residuais).

Na busca por novas opções de matéria-prima, pesquisadores apostam nas microalgas, que prometem ganhos na produtividade e garantem, ao mesmo tempo, uma produção mais limpa e sustentável. O estudo busca agora formas de baixar o custo permitindo a produção em larga escala.

Confira aqui a reportagem completa.

Fonte: SBA – Sistema Brasileiro do Agronegócio

Microalgas podem gerar biocombustíveis

Cultivadas em resíduos líquidos de processos de agroindústrias, elas têm a capacidade de formar biomassa

A Embrapa Agroenergia, DF, conseguiu identificar espécies de microalgas que podem ser cultivadas em resíduos líquidos de processos de agroindústrias, os efluentes. Esse cultivo pode gerar matéria-prima renovável para biocombustíveis, rações, cosméticos e vários outros produtos.

Os efluentes utilizados nos estudos foram a vinhaça, formada na produção de açúcar e etanol de cana, e o Pome (palm oil mill effluent), que é gerado no processamento do dendê. Eles são aproveitados, hoje, para fertirrigação das plantações. Utilizá-los, contudo, como meio para produzir microalgas, pode agregar valor às cadeias produtivas da cana e do dendê, gerando mais biomassa e óleo para obter energia e bioprodutos.

As microalgas são organismos unicelulares e microscópicos que vivem em meios aquáticos e, embora não sejam plantas, são capazes de realizar fotossíntese e se desenvolver utilizando luz do sol e gás carbônico. Elas se reproduzem muito rapidamente gerando grandes quantidades de óleo e biomassa em pouco tempo.

A produtividade pode ser de dez a 100 vezes maior do que os cultivos agrícolas tradicionais. Isso chamou a atenção de setores que necessitam de grandes quantidades de matéria-prima, como o de biocombustíveis.

Ao mesmo tempo, os óleos produzidos por algumas espécies quase sempre contêm compostos muito valiosos como, por exemplo, Ômega 3 e carotenoides. Por isso, elas também encontram espaço em indústrias que atendem nichos de mercado e pagam mais caro por matérias-primas com propriedades raras. É o caso dos cosméticos e dos suplementos alimentares.

Fonte: Embrapa Agroenergia

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