Características de cultivo de microalgas usando ar comercialmente disponível

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3792 (2023) Citar este artigo

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A embalagem de almofada de ar (AC) tornou-se amplamente utilizada em todo o mundo. ACs são soluções de embalagens plásticas duplas cheias de ar comumente encontradas envolvendo e protegendo itens de valor dentro de invólucros de remessa durante o transporte. Aqui, relatamos uma avaliação de laboratório empregando ACs como um fotobiorreator de microalgas (PBR). Esse PBR aborda inerentemente muitos dos problemas operacionais normalmente encontrados em lagoas abertas e fotobiorreatores fechados, como perda de água por evaporação, contaminação externa e predação. Usando ACs meio cheios, o desempenho das espécies de microalgas Chlorella vulgaris, Nannochloropsis oculata e Cyclotella cryptica (diatomácea) foi examinado e o peso da célula seca livre de cinzas e a produtividade total da biomassa determinada como sendo 2,39 g/L e 298,55 mg/L/ dia para N. oculata, 0,85 g/L e 141,36 mg/L/dia para C. vulgaris e 0,67 g/L e 96,08 mg/L/dia para C. cryptica. Além disso, a produtividade máxima de lipídios de 25,54 mg/L/dia AFDCW e a produtividade de carboidratos de 53,69 mg/L/dia AFDCW foram alcançadas por C. cryptica, enquanto a produtividade máxima de proteína de 247,42 mg/L/dia AFDCW foi alcançada por N. oculata. Os dados deste trabalho serão úteis para determinar a aplicabilidade e o perfil do ciclo de vida de ACs reaproveitados e reutilizados como potenciais fotobiorreatores de microalgas, dependendo do produto final de interesse, escala utilizada e custos de produção.

As atividades humanas, como o consumo excessivo e a superpopulação, contribuíram para a deterioração ambiental do ambiente biofísico por meio do esgotamento de recursos, destruição de ecossistemas e habitats e poluição. Isso inclui, mas não está limitado a, esgotamento dos estoques de peixes capturados na natureza e níveis crescentes de poluição plástica nos oceanos. A mitigação desses efeitos deletérios exigirá um desenvolvimento sustentável baseado em uma metodologia de nexo água-alimento-energia que reconheça a interconectividade de recursos ambientais, capacidade e resíduos. De acordo com isso, os conceitos de sustentabilidade 4R de Reduzir, Reutilizar, Reciclar e Reutilizar (repensar) estão sendo incorporados com mais frequência nas abordagens de avaliação do ciclo de vida ambiental (LCA), especialmente aquelas que formulam estratégias de gerenciamento de resíduos plásticos e políticas públicas1. Embora esses 4Rs de sustentabilidade não sejam conceitos novos, nunca foram tão importantes quanto hoje em um mundo cuja população estimada em 2050 de 9,8 bilhões reflete um aumento de quase 2 bilhões de pessoas nos últimos 30 anos. Presumindo que as tendências populacionais ocorram, a produção de microalgas será cada vez mais necessária para garantir um suprimento suficiente de proteínas nutritivas e outros bioprodutos para a população mundial2,3.

Ao longo dos anos, muitas análises tecnoeconômicas de microalgas foram publicadas com foco nos balanços de gases de efeito estufa (GEE)4 e balanços de uso da água5,6. Embora o interesse e o esforço significativos no cultivo de algas em larga escala tenham sido explorados por décadas, a indústria ainda é atormentada por altos custos de produção, exigindo o desenvolvimento de ideias inovadoras em metodologias de cultivo e colheita7. As microalgas são organismos unicelulares comumente encontrados na natureza prosperando sob muitas condições ambientais diferentes. Alguns desses ambientes podem ser bastante hostis, resultando no desenvolvimento interno de mecanismos de sobrevivência para neutralizar os estressores ambientais. Muitas dessas respostas celulares ao estresse resultam na biossíntese de produtos de interesse comercial, como antioxidantes e carotenóides, sob intensa exposição à luz ultravioleta, juntamente com metabólitos gerais e outros nutrientes funcionais8. A produção comercial de microalgas é atualmente realizada usando uma variedade de projetos de cultivo, incluindo lagoas de raceway (RWP), tubos, sacos plásticos de polietileno, fotobiorreatores internos e externos (PBRs) e fermentadores9,10,11,12. Muitas vezes, as culturas de microalgas axênicas ao ar livre começam com inóculo cultivado em ambientes fechados, onde os predadores são excluídos e os nutrientes e as condições ambientais são controlados, sendo então movidos para tanques externos ou pistas para produção em massa3.