Desenvolvimento de tecnologia inovadora com nanofibras poliméricas para biofixação de CO2 em cultivo microalgal
Autor: Bruna da Silva Vaz (Currículo Lattes)
Resumo
O dióxido de carbono (CO2) é o principal gás do efeito estufa e sua concentração na atmosfera têm aumentado rapidamente desde o início da industrialização. As microalgas têm sido investigadas para biofixação de CO2 devido a sua capacidade fotossintética que converte o CO2 em biomassa. Entretanto, no cultivo a transferência do gás deve ser eficiente, pois o CO2 não dissolvido é perdido. Nanofibras poliméricas podem desempenhar papel importante na captura de CO2 devido à elevada porosidade e área de superfície, sendo assim capazes de adsorver grande quantidade do gás. Além disso, nanopartículas podem ser incorporadas nestes materiais para aumentar a capacidade de adsorção. Neste contexto, o objetivo desse estudo foi desenvolver tecnologia inovadora a partir de nanofibras poliméricas para aplicação como adsorventes físicos de CO2, visando a biofixação do gás no cultivo da microalga Chlorella fusca LEB 111. A técnica de electrospinning foi utilizada para produção das nanofibras poliméricas 10% (m v-1) de poliacrilonitrila (PAN)/ dimetilformamida (DMF) com diferentes concentrações de nanopartículas de óxido de ferro (NPsFe2O3): 0, 2, 4, 6, 8, 10% (m v-1). As nanofibras foram dispostas nos cultivos na forma livre e retidas em fotobiorreatores erlenmeyers, e os cultivos foram realizados inicialmente por 5 dias para selecionar a melhor condição de cultivo com as nanofibras adsorventes. Esses cultivos, contendo 15% de CO2 (v v-1), foram realizados com 0,5 g L-1 de nanofibras 10% PAN/DMF; 0,1, 0,3 e 0,5 g L-1 de nanofibras 10% PAN/DMF com 4% de NPsFe2O3; 0,5 g L-1 de nanofibras 10% PAN/DMF com 4% NPsFe2O3, retidas com tela de aço inoxidável; e cultivos com e sem CO2 na ausência de nanofibras. Os cultivos por 15 dias contendo 15% (v v-1) de CO2 foram realizados com 0, 0,1, 0,3 e 0,5 g L-1 de nanofibras 10% PAN/ DMF com 4% de NPsFe2O3. Cultivos de C. fusca LEB 111 indoor e outdoor foram realizados em fotobiorreatores tubulares verticais por 15 dias, com 15% (v v-1) de CO2 e com as nanofibras 10% PAN/DMF com 4% de NPsFe2O3 adicionadas aos cultivos nas concentrações: 0, 0,1, 0,3 e 0,5 g L-1. Nanofibras com 4% (m v-1) de NPsFe2O3 foram selecionadas para utilização no cultivo microalgal porque apresentaram diâmetro reduzido (434 nm), alta área de superfície específica (13,8 m2 g-1), maior volume de poros na faixa de mesooros (0,044 cm3 g-1) e consequente maior capacidade de adsorção de CO2 (164,2 mg g-1), comparando aos cultivos sem nanofibras. Os cultivos com as nanofibras livres apresentaram melhores resultados dos parâmetros cinéticos e de biofixação de CO2, em relação aos ensaios com as nanofibras retidas. O cultivo de C. fusca LEB 111 por 15 dias com as nanofibras promoveu aumento do acúmulo de carbono inorgânico no meio (46,6 mg L-1), da taxa de biofixação em cerca de 49% (91,7 mg L-1 d -1) e da produção de carboidratos (26,8% m m-1), comparado ao cultivo sem adição de nanofibras. As nanofibras poliméricas como adsorventes físicos de CO2 promoveram maior capacidade de biofixação do gás pela microalga nos cultivos outdoor. No cultivo outdoor de Chlorella com 0,3 g L-1 de nanofibras houve maiores taxa de biofixação de CO2 e produção de lipídios, com aumento de aproximadamente 27 e 10,9%, respectivamente, maiores que os resultados obtidos no cultivo outdoor sem nanofibras adsorventes. Desta forma, o desenvolvimento da nova tecnologia de nanofibras poliméricas como adsorventes físicos de CO2 no cultivo de microalgas é alternativa para aumentar a permanência do CO2 no meio e consequentemente o tempo de contato do micro-organismo e o gás. Assim, as nanoestruturas além de maximizar a fixação do gás, promovem maior síntese de lipídios que podem ser utilizados para obtenção de bioprodutos.