Energia solar fotovoltaica aplicada à agitação do cultivo de cianobactérias em tanques abertos

Abstract

O cultivo de microalgas e cianobactérias em tanques abertos associa alta taxa de fixação de dióxido de carbono com a ampla variedade de produtos obtidos a partir desses microrganismos. Essa é uma estratégia biológica promissora. Entretanto, o consumo de energia elétrica para a agitação das células do cultivo nos tanques é um ponto a ser observado. Desse modo, este estudo avaliou a aplicação de energia solar fotovoltaica para manutenção autônoma da agitação do cultivo de um consórcio de cianobactérias composto por linhagens de Dendronalium sp. e Leptolylyngbya sp. em um tanque raceway com agitação por sistema de roda de pás (paddle wheel) e em um tanque com agitação por placa de mistura (mixing-board). O consumo de energia elétrica do tanque mixing-board correspondeu a apenas 5% da energia elétrica total consumida no tanque raceway e o consumo específico para a produção de biomassa foi 24 vezes menor, o que também reflete na necessidade 19 vezes menor de potência fotovoltaica, 7 vezes menos baterias e uma área ocupada de módulos fotovoltaicos 14 vezes menor no sistema mixing-board em comparação ao raceway. Apesar dessas significativas diferenças, os sistemas alcançaram crescimento e produtividade de biomassa similares. O tanque mixing-board se destacou pelo baixo consumo específico de energia elétrica, ainda que comparado a estudos realizados com tanques raceway da literatura. Esse baixo consumo específico viabiliza infraestruturas de energia solar fotovoltaica mais compactas, econômicas e otimiza o uso da área em fazendas de microalgas e cianobactérias, contribuindo para o contrabalanceamento de emissões de dióxido de carbono, uma vez que utiliza uma fonte de energia elétrica que não emite durante o processo de operação. Não foram observadas diferenças estatisticamente significativas na concentração final de biomassa, na produtividade diária e na taxa específica de crescimento entre os cultivos nos dois tipos de tanques. Palavras-chave: microalgas; mixing-board; raceway; sequestro de carbono

The cultivation of microalgae and cyanobacteria in open ponds combines a high carbon dioxide fixation rate with a wide variety of products obtained from these microorganisms. This is a promising biological strategy. However, the consumption of electrical energy for agitating the culture cells in the ponds is a point to be observed. Therefore, this study evaluated the application of photovoltaic solar energy for autonomous maintenance of the agitation of a cyanobacteria consortium culture, composed of Dendronalium sp. and Leptolyngbya sp. strains, in a raceway pond with agitation by a paddle wheel system and in a pond with mixing-board agitation. The electrical energy consumption of the mixing-board pond corresponded to only 5% of the total electrical energy consumed in the raceway pond, and the specific consumption for biomass production was 24 times lower. This also reflected a 19- times lower need for photovoltaic power, 7-times fewer batteries, and a 14-times smaller occupied area for photovoltaic modules in the mixing-board system compared to the raceway. Despite these significant differences, both systems achieved similar growth and biomass productivity. The mixing-board pond stood out due to its low specific electrical energy consumption, even when compared to studies conducted with raceway ponds in the literature. This low specific consumption enables more compact and economical photovoltaic solar energy infrastructures and optimizes area usage in microalgae and cyanobacteria farms, contributing to the counterbalancing of carbon dioxide emissions, as it utilizes an electricity source that does not emit during operation. No statistically significant differences were observed in the final biomass concentration, daily productivity, and specific growth rate between the cultures in the two types of ponds. Keywords: carbon sequestration; microalgae; mixing-board; raceway