Publicação
Set-up and optimization of a pilot-scale photobioreactor for autotrophic microalgae growth
| Resumo: | Diferentes tipos de biorreatores podem ser utilizados para cultivar microalgas, apresentado vantagens e desvantagens, principalmente relacionadas com a esterilidade, operação, produtividade, qualidade do produto e custos. Neste trabalho, um fotobiorreator de coluna de bolhas foi testado e modificado. Múltiplos ensaios foram realizados nos fotobiorreatores de coluna de bolhas de 60 L cultivando Phaeodactylum tricornutum, que incluíram ajustes no design e operação do reator, nomeadamente a adição de um segundo difusor de ar, um controlador de pH e um sistema de luzes. A adição de um difusor de ar e um controlador de pH melhorou o arejamento no reator e proporcionou a regularização do pH, respetivamente. Estas mudanças refletiram um aumento de 18 % e 5 % na produtividade e taxa de crescimento específico máximas, respetivamente. Três sistemas de luz foram também adicionados e comparados. O sistema com luzes amarelas instaladas na parte de trás do reator proporcionou um aumento geral de 2,9 vezes na produtividade máxima; os outros dois sistemas instalados na parte da frente e de trás do reator, com luzes brancas e o outro amarelas, proporcionaram um aumento de 3,7 vezes e 1,9 vezes na produtividade máxima, respetivamente. Adicionalmente, o fotobiorreator de coluna de bolhas foi comparado com outros dois sistemas de cultivo, balões de 5 L e fotobioreactores de painéis planos de 70 L, a fim de perceber e otimizar o processo de scale-up autotrófico da Allmicroalgae. O sistema de coluna de bolhas apresentou produtividades areal e volumétrica máximas, de 147,33 ± 43,99 g m-2 d -1 e 0,25 ± 0,08 g L-1 d -1 , respetivamente, estatisticamente mais elevadas. Em termos de perfis bioquímicos, foi obtido um teor em proteína estatisticamente mais alto em balões e estatisticamente mais baixo em carotenoides totais em painéis planos. Ao comparar os três sistemas sob o mesmo volume (60 L), a área ocupada por doze balões foi quase 11 vezes superior do que uma coluna de bolhas. A mão-de-obra foi reduzida 2,5 vezes substituindo os balões pelo sistema de coluna de bolhas. Por último, o uso de plástico foi reduzido ao mudar de painéis planos para colunas de bolha, resultando numa redução da pegada ecológica geral. Em conclusão, o processo autotrófico de scale-up, em relação à etapa com um sistema de 60 L, seria melhorado com a adição de um sistema de coluna de bolhas, em relação à produtividade, área ocupada, mão-de-obra e resíduos. |
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| Autores principais: | Gonçalves, Ana Patrícia Ribeiro |
| Assunto: | Fotobioreactor de coluna de bolhas Optimização operacional Phaeodactylum tricornutum Produtividade Taxa específica de crescimento Bubble column photobioreactor Operation optimization Productivity Specific growth rate |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Diferentes tipos de biorreatores podem ser utilizados para cultivar microalgas, apresentado vantagens e desvantagens, principalmente relacionadas com a esterilidade, operação, produtividade, qualidade do produto e custos. Neste trabalho, um fotobiorreator de coluna de bolhas foi testado e modificado. Múltiplos ensaios foram realizados nos fotobiorreatores de coluna de bolhas de 60 L cultivando Phaeodactylum tricornutum, que incluíram ajustes no design e operação do reator, nomeadamente a adição de um segundo difusor de ar, um controlador de pH e um sistema de luzes. A adição de um difusor de ar e um controlador de pH melhorou o arejamento no reator e proporcionou a regularização do pH, respetivamente. Estas mudanças refletiram um aumento de 18 % e 5 % na produtividade e taxa de crescimento específico máximas, respetivamente. Três sistemas de luz foram também adicionados e comparados. O sistema com luzes amarelas instaladas na parte de trás do reator proporcionou um aumento geral de 2,9 vezes na produtividade máxima; os outros dois sistemas instalados na parte da frente e de trás do reator, com luzes brancas e o outro amarelas, proporcionaram um aumento de 3,7 vezes e 1,9 vezes na produtividade máxima, respetivamente. Adicionalmente, o fotobiorreator de coluna de bolhas foi comparado com outros dois sistemas de cultivo, balões de 5 L e fotobioreactores de painéis planos de 70 L, a fim de perceber e otimizar o processo de scale-up autotrófico da Allmicroalgae. O sistema de coluna de bolhas apresentou produtividades areal e volumétrica máximas, de 147,33 ± 43,99 g m-2 d -1 e 0,25 ± 0,08 g L-1 d -1 , respetivamente, estatisticamente mais elevadas. Em termos de perfis bioquímicos, foi obtido um teor em proteína estatisticamente mais alto em balões e estatisticamente mais baixo em carotenoides totais em painéis planos. Ao comparar os três sistemas sob o mesmo volume (60 L), a área ocupada por doze balões foi quase 11 vezes superior do que uma coluna de bolhas. A mão-de-obra foi reduzida 2,5 vezes substituindo os balões pelo sistema de coluna de bolhas. Por último, o uso de plástico foi reduzido ao mudar de painéis planos para colunas de bolha, resultando numa redução da pegada ecológica geral. Em conclusão, o processo autotrófico de scale-up, em relação à etapa com um sistema de 60 L, seria melhorado com a adição de um sistema de coluna de bolhas, em relação à produtividade, área ocupada, mão-de-obra e resíduos. |
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