Sequestro de carbono e geração de energia alternativa por célula a combustível fotossintética de Chlorella vulgaris com produção secundária de biodiesel e carotenóides
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Data de Publicação: | 2020 |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
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Resumo: | O crescimento da população mundial vem causando um aumento na demanda por energia o que poderá causar em curto prazo uma crise energética. Grande parte da energia consumida no mundo é vem do petróleo, porém sua prospecção e utilização causam grandes danos à natureza, impactando os ecossistemas e contribuindo para o aquecimento global. Portanto, novas tecnologias para geração de energia limpa vêm sendo criadas, sendo as células a combustível (CC), dispositivos que convertem energia química em elétrica, porém com algumas limitações, como deficiências na transferência de elétrons, baixa geração de potência e altos custos de implantação. Assim, uma alternativa menos onerosa são as Células a Combustível Fotossintéticas (CCF), utilizando organismos fotossintetizantes como aceptores de elétrons, em substituição dos catalizadores metálicos. Neste sentido, estudos foram realizados com a microalga C. vulgaris utilizada no compartimento catódico de uma célula a combustível fotossintética, com a finalidade de analisar a eficiência na geração de energia, além da capacidade de sequestrar o CO2 da atmosfera, com produção e acúmulo de metabólitos secundários de reserva (amido e lipídios), além de pigmentos fotossintéticos e carotenoides. Na primeira parte do estudo com a microalga Chlorella vulgaris foi utilizado com aceptor de elétrons em um compartimento catódico de uma CCF e a capacidade de consumir CO2 e acumular amido foram testadas apresentando um Idmax = de 0,24 V/cm2, consumo de 3,5 mg/L-1 de dióxido de carbono, com acúmulo de 40% de amido na biomassa. Posteriormente, esta condição foi submetida a diferentes condições de cultivo, modificando o tempo de iluminação, aeração, fontes de nitrogênio (Uréia e Nitrato de Sódio) e as concentrações de nitrogênio e fósforo no meio de cultivo, seguindo um planejamento fatorial completo 2^2. As condições de crescimento do ensaio A1(cultura heterotrófica ,iluminação contínua, CO2 como fonte de Carbono e ureia como fonte de N), a microalga apresentou o maior resultado na acumulação de amido (36%), e a relação entre as concentrações limitantes de fósforo e nitrogênio influenciaram positivamente na acumulação dos lipídios, produzindo 66%. O crescimento foi aumentado, com consequente aumento na geração de energia, apresentando picos de Idmax= 0,25 V/Cm2, com uma eficiência coulômbica de CE=63%. Em um segundo momento o crescimento da microalga em CCF foi realizado utilizando os melhores parâmetros obtidos anteriormente, porém, utilizando diferentes tipos de comprimento de onda 450 nm e 620nm (azul e vermelho, respectivamente) e luz branca como controle para induzir a produção de carotenoides durante o processo de geração de energia. Ao final do processo foram detectados licopeno e betacaroteno nas seguintes concentrações: Licopeno: luz branca =20,9 mg/100g; azul = 29,6 mg/100g; vermelha = 30,4 mg/100g. β- caroteno nas concentrações: Luz branca = 11,2 mg/100g; Azul = 39,2 mg/100g e vermelho = 40,4 mg/100g. Os resultados obtidos com os estudos realizados demonstraram a eficiência e o grande potencial do protótipo de CCF e da C. vulgaris como aceptor de elétrons, além da produção de biomoléculas com amplas aplicabilidades biotecnológicas. |
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CAVALCANTE, Davi de Limahttp://lattes.cnpq.br/9923566948584354http://lattes.cnpq.br/0974509229906743CAMPOS-TAKAKI, Galba Maria de2021-12-07T19:00:35Z2021-12-07T19:00:35Z2020-12-03CAVALCANTE, Davi de Lima. Sequestro de carbono e geração de energia alternativa por célula a combustível fotossintética de Chlorella vulgaris com produção secundária de biodiesel e carotenóides. 2020. Tese (doutorado em Ciências Biológicas) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2020.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/41997O crescimento da população mundial vem causando um aumento na demanda por energia o que poderá causar em curto prazo uma crise energética. Grande parte da energia consumida no mundo é vem do petróleo, porém sua prospecção e utilização causam grandes danos à natureza, impactando os ecossistemas e contribuindo para o aquecimento global. Portanto, novas tecnologias para geração de energia limpa vêm sendo criadas, sendo as células a combustível (CC), dispositivos que convertem energia química em elétrica, porém com algumas limitações, como deficiências na transferência de elétrons, baixa geração de potência e altos custos de implantação. Assim, uma alternativa menos onerosa são as Células a Combustível Fotossintéticas (CCF), utilizando organismos fotossintetizantes como aceptores de elétrons, em substituição dos catalizadores metálicos. Neste sentido, estudos foram realizados com a microalga C. vulgaris utilizada no compartimento catódico de uma célula a combustível fotossintética, com a finalidade de analisar a eficiência na geração de energia, além da capacidade de sequestrar o CO2 da atmosfera, com produção e acúmulo de metabólitos secundários de reserva (amido e lipídios), além de pigmentos fotossintéticos e carotenoides. Na primeira parte do estudo com a microalga Chlorella vulgaris foi utilizado com aceptor de elétrons em um compartimento catódico de uma CCF e a capacidade de consumir CO2 e acumular amido foram testadas apresentando um Idmax = de 0,24 V/cm2, consumo de 3,5 mg/L-1 de dióxido de carbono, com acúmulo de 40% de amido na biomassa. Posteriormente, esta condição foi submetida a diferentes condições de cultivo, modificando o tempo de iluminação, aeração, fontes de nitrogênio (Uréia e Nitrato de Sódio) e as concentrações de nitrogênio e fósforo no meio de cultivo, seguindo um planejamento fatorial completo 2^2. As condições de crescimento do ensaio A1(cultura heterotrófica ,iluminação contínua, CO2 como fonte de Carbono e ureia como fonte de N), a microalga apresentou o maior resultado na acumulação de amido (36%), e a relação entre as concentrações limitantes de fósforo e nitrogênio influenciaram positivamente na acumulação dos lipídios, produzindo 66%. O crescimento foi aumentado, com consequente aumento na geração de energia, apresentando picos de Idmax= 0,25 V/Cm2, com uma eficiência coulômbica de CE=63%. Em um segundo momento o crescimento da microalga em CCF foi realizado utilizando os melhores parâmetros obtidos anteriormente, porém, utilizando diferentes tipos de comprimento de onda 450 nm e 620nm (azul e vermelho, respectivamente) e luz branca como controle para induzir a produção de carotenoides durante o processo de geração de energia. Ao final do processo foram detectados licopeno e betacaroteno nas seguintes concentrações: Licopeno: luz branca =20,9 mg/100g; azul = 29,6 mg/100g; vermelha = 30,4 mg/100g. β- caroteno nas concentrações: Luz branca = 11,2 mg/100g; Azul = 39,2 mg/100g e vermelho = 40,4 mg/100g. Os resultados obtidos com os estudos realizados demonstraram a eficiência e o grande potencial do protótipo de CCF e da C. vulgaris como aceptor de elétrons, além da produção de biomoléculas com amplas aplicabilidades biotecnológicas.CAPESThe growth of the world population has been causing an increase in the demand for energy which could cause an energy crisis in the short term. Much of the energy consumed in the world comes from oil, but its prospection and use cause great damage to nature, impacting ecosystems and contributing to global warming. Therefore, new technologies for the generation of clean energy have been created, being fuel cells (DC), devices that convert chemical energy into electricity, however with some limitations, such as deficiencies in electron transfer, low power generation and high energy costs. implantation. Thus, a less costly alternative is the Photosynthetic Fuel Cells (CCF), using photosynthetic organisms as electron acceptors, replacing the metallic catalysts. In this sense, studies were carried out with the microalgae Chlorella vulgaris using in the cathodic compartment of a photosynthetic fuel cell, in order to analyze the efficiency in the generation of energy, in addition to the ability to sequester CO2 from the atmosphere, with production and accumulation of secondary reserve metabolites (starch and lipids), in addition to photosynthetic pigments and carotenoids. In the first part of the study with microalgae C. vulgaris, it was used with an electron acceptor in a cathode compartment of a CCF and the ability to consume CO2 and accumulate starch were tested with an Idmax= 0.24 V/cm2, consumption of 3,5 mg/L-1 of carbon dioxide, with accumulation of 40% of starch in the biomass. Subsequently, this condition was subjected to different cultivation conditions, changing the time of illumination, aeration, nitrogen sources (Urea and Sodium Nitrate) and the concentrations of nitrogen and phosphorus in the culture medium, following a complete 2^2 factorial design. The growth conditions of the A1 test (heterotrophic culture, continuous lighting, CO2 as a source of carbon and urea as a source of N), the microalgae presented the highest result in the accumulation of starch (36%), and the relationship between the limiting concentrations of phosphorus and nitrogen positively influenced the accumulation of lipids, producing 66%. Growth was increased, with a consequent increase in power generation, with peaks of Idmax=0.25 V/Cm, with a coulombic efficiency of EC =63%. In a second step, the growth of the microalgae in CCF was carried out using the best parameters obtained previously, however, using different types of wavelength 450 nm and 620nm (blue and red, respectively) and white light as a control to induce the production of carotenoids during the power generation process. At the end of the process, lycopene and beta-carotene were detected in the following concentrations: Lycopene: white light = 20.9 mg/100g; blue= 29.6 mg/100g; red= 30.4 mg/100g. β-carotene in concentrations: White light= 11.2 mg/100g; Blue= 39.2 mg/100g and red = 40.4 mg/100g. The results obtained with the studies performed demonstrated the efficiency and the great potential of the prototype of CCF and C. vulgaris as an electron acceptor, in addition to the production of biomolecules with wide biotechnological applications.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Ciencias BiologicasUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEnergia da biomassaSequestro de carbonoMicroalgaSequestro de carbono e geração de energia alternativa por célula a combustível fotossintética de Chlorella vulgaris com produção secundária de biodiesel e carotenóidesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Davi de Lima Cavalcanti.pdfTESE Davi de Lima Cavalcanti.pdfapplication/pdf1983063https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41997/1/TESE%20Davi%20de%20Lima%20Cavalcanti.pdff901947d13c3c5f2504dc865637b1d65MD51TEXTTESE Davi de Lima Cavalcanti.pdf.txtTESE Davi de Lima Cavalcanti.pdf.txtExtracted texttext/plain169013https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41997/4/TESE%20Davi%20de%20Lima%20Cavalcanti.pdf.txt40a98d09aa5c2d235ec55c27225d454eMD54THUMBNAILTESE Davi de Lima Cavalcanti.pdf.jpgTESE Davi de Lima Cavalcanti.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1258https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41997/5/TESE%20Davi%20de%20Lima%20Cavalcanti.pdf.jpg9179012ed503ac704d3868a4c715d005MD55CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41997/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81908https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41997/3/license.txtc59d330e2c454f71974f5866a0e8a96aMD53123456789/419972021-12-08 02:09:27.605oai:repositorio.ufpe.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212021-12-08T05:09:27Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false |
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