Fertilizante organomineral de microalgas cultivadas em água residuária: potencial agrícola e ciclo de vida

Abstract

A presente pesquisa investigou o potencial do uso de biomassa de microalgas (BM) cultivadas em lagoas de alta taxa (LATs), tendo água residuária como meio de cultivo, para a produção de um fertilizante organomineral pastilhado (FOP) em substituição a um fertilizante químico. O fertilizante proposto é composto pela combinação de biomassa de microalgas (BM), cultivada em efluente da indústria de alimentos, e ureia em diferentes proporções. O trabalho foi constituído de dois estudos. No primeiro, dois experimentos foram conduzidos simultaneamente em casa de vegetação (30 dias), em que o principal objetivo foi avaliar o desempenho do fertilizante proposto quanto às perdas por volatilização de amônia (N-NH 3 ) ao longo do tempo e quanto à capacidade de assimilação de nitrogênio (N) pelas plantas de milho (Zea mays L.), por meio da aplicação de uma dose de 100 mg dm-3 de N. Ainda foi possível analisar a estrutura doFOP desenvolvido por meio da microscopia eletrônica de varredura. Os tratamentos possuíam a seguinte composição: ureia + 5 % de biomassa de microalga (MBU5); ureia + 15 % de biomassa de microalga (MBU15); ureia + 30 % de biomassa de microalga (MBU30); ureia + 40 % de biomassa de microalga (MBU40); ureia + 50 % de biomassa de microalga (MBU50); e ureia (UR). Os principais resultados indicaram que a maior volatilização acumulada de N-NH 3 foi no tratamento MBU40 e o conteúdo máximo de N foi alcançado na proporção de 24,55% de BM. Os fatores que contribuíram na obtenção destes resultados foram a interação entre a BM e a ureia na pastilha de fertilizante organomineral produzida, onde uma barreira física cada vez mais espessa foi formada com o aumento da proporção de BM; além do pH do FOP, no qual o aumento das proporções de BM favoreceu diretamente o aumento do pH. O segundo estudo teve como objetivo verificar o desempenho do fertilizante proposto quanto aos impactos ambientais associados à produção e aplicação do FOP para a produção de matéria seca da planta de milho. Desse modo, realizou-se uma avaliação de ciclo de vida (ACV) onde foram consideradas as etapas de cultivo, colheita e secagem da BM além da produção de pastilhas e aplicação no solo como fertilizante de N. A análise foi realizada por meio do software SimaPro®, utilizando dados primários obtidos durante o processo descrito no primeiro estudo e dados secundários obtidos em literatura. A simulação de Monte Carlo também foi empregada para verificar a incerteza nas várias entradas de dados, assumindo uma distribuição uniforme e intervalo de confiança de 95%. Adotou-se 1 kg de planta de milho cultivada durante 30 dias como unidade funcional, para assim permitir comparações entre o desempenho do FOP e o fertilizante químico. Os principais resultados indicaram que os tratamentos que com menor geração de impacto foram os cenários C1 (5 % de BM), C2 (15% de BM) e C3 (30 % de BM) e as categorias mais influenciadas pelo uso de fertilizante químico foram acidificação terrestre (35,49 %), formação de material particulado (47,01 %) e depleção fóssil (99,61 %). Porém, o aumento da proporção de BM influenciou na geração de impactos ambientais, devido aos processos e insumos utilizados durante a etapa de cultivo e colheita de biomassa. A análise de Monte Carlo indicou maiores incertezas para as categorias de consumo de água (12,67 %) e eutrofização de água (12,36 %). Por fim, avaliou-se um cenário otimizado no qual se considerou o processo de sedimentação gravitacional sem a adição de coagulante químico. A estratégia adotada favoreceu a mitigação dos impactos ambientais para todas as categorias analisadas, principalmente para as categorias acidificação terrestre (93,64 %), eutrofização marinha (93,53 %), formação de material particulado (87,57 %) e depleção fóssil (75,60 %) dando maior competitividade ao fertilizante proposto. Palavra-chave: Biomassa de Microalgas. Lagoas de Alta Taxa. Biofertilizantes. Avaliação de Ciclo de Vida.

The present work investigated the potential of using microalgae biomass (MB) cultivated in high-rate ponds (HRP), through wastewater, in the production of a pelleted organomineral fertilizer (POF) to replace the chemical fertilizer. The fertilizer proposed by this paper is composed of a combination of microalgae biomass, grown in the effluent from the food industry, and urea in different proportions. The work is composed of two studies. The first one consists of two experiments conducted simultaneously in a greenhouse (30 days), in which the main objective was to evaluate the performance of the proposed fertilizer in terms of losses due to ammonia volatilization (N-NH 3 ) over time, regarding the nitrogen assimilation capacity (N) by corn plants (Zea mays L.), by applying a dose of 100 mg dm -3 of N. In this study, it was still possible to evaluate the structure of the POF developed, through scanning electron microscopy. The evaluated treatments had the following composition: Urea + 5% of Microalgae Biomass (MBU5); Urea + 15% Microalgae Biomass (MBU15); Urea + 30% Microalgae Biomass (MBU30); Urea + 40% Microalgae Biomass (MBU40); Urea + 50% Microalgae Biomass (MBU50); and Urea (UR). The main results indicated that the highest accumulated volatilization of N-NH 3 was in the proportion of 40% of MB and the maximum content of N is reached in the proportion of 24.55% of MB. The factors that contributed to obtaining these results were the interaction between MB and urea in the produced organomineral fertilizer tablet, where an increasingly thicker physical barrier was formed, with the increase in the proportion of MB; in addition to the POF pH, in which the increase in MB proportions directly favored the pH increase. The second study aimed to evaluate the performance of the proposed fertilizer in terms of possible environmental impacts associated with the production and application of the POF for the dry matter production of the corn plant. In this way, a life cycle analysis (LCA) was carried out, in which the stages of cultivation, harvesting, and drying of MB were considered, in addition to pellet production and application to the soil as N fertilizer. The analysis was performed utilizing the software SimaPro®, using primary data obtained during the process described in the first study, and secondary data obtained in the literature. Also, Monte Carlo simulation was used to assess the uncertainty in the various data inputs, assuming a uniform distribution and a 95% confidence interval. 1 kg of corn plant cultivated for 30 days as a functional unit was adopted to allow comparisons between POF performance and chemical fertilizer. The main results indicated that the treatments with the lowest impact generation were scenarios C1 (5% BM), C2 (15% BM), and C3 (30% BM), and the categories most influenced by the use of chemical fertilizer were terrestrial acidification (35.49%), formation of particulate matter (47.01%) and fossil depletion (99.61%). However, the increase in the proportion of BM influenced the generation of environmental impacts due to the processes and inputs used during the stage of cultivation and harvesting of biomass. The Monte Carlo analysis indicated greater uncertainties for the categories of water consumption (12.67%) and water eutrophication (12.36%). Finally, an alternative scenario was evaluated in which the gravitational sedimentation process was considered without the addition of a chemical coagulant. The adopted strategy favored the mitigation of environmental impacts for all categories analyzed, mainly for the categories of terrestrial acidification (93.64%), marine eutrophication (93.53%), formation of particulate material (87.57%), and fossil depletion (75.60%) making the proposed fertilizer more competitive. Keywords: Microalgae Biomass. High Rate Ponds. Biofertilizers. Life cycle assessment.