Claeff Engenharia e Produtos Químicos

PP Bio

FINEP

Análise do problema 

As características e os problemas da região do semiárido nordestino são conhecidos com muito sol, vento, terras férteis, porém secas, com excesso de água salobra, com poucas culturas produtivas e economicamente viáveis, gerando assim pobreza.

Algas e microalgas são plantas aquáticas que vivem em água do mar, água doce ou salobra, que efetuam a fotossíntese, capturam o CO2 da atmosfera, consomem sais minerais das águas e geram material orgânico.

Lagoas salinas e poços perfurados que resultam águas salobras são abundantes em grande parte da região nordestina, que, com algumas técnicas de plantio de algas, poderia se obter alto nível de crescimento, com a adição somente dos sais faltantes na mesma.

O CO2 e o CH4 são os gases problema para a questão do aquecimento global, todavia o CH4 é um combustível com alto poder calorífico e de fácil utilização em veículos e com tecnologia já desenvolvida.

Regiões do interior do sertão ainda não possuem distribuição de gás natural veicular, pois a rede de tubulação é extremamente cara para atender uma vasta região de baixo poder aquisitivo. Da mesma forma, energia elétrica de origem limpa (ecologicamente correta) é algo desejável e estratégica ao País.

Centenas de rejeitos orgânicos que vão desde lixo urbano e agroindustrial até materiais como folhas e frutos de plantações que apodrecem no ambiente gerando basicamente os gases CO2 e CH4, nossos vilões do aquecimento global.

Das algas e microalgas são extraídos óleos essenciais para a indústria alimentícia, cosméticos e farmacêuticos, dependendo da espécie, e ainda, possui um subproduto orgânico para, em um biodigestor, poder gerar biogás (uma mistura de CO2 e CH4).

Atualmente, em noventa por cento das plantações de caju não se aproveitam o pedúnculo (parte comestível), que poderia ser usado para extração de concentrado de caju e essências e, com o restante do material, também poderia ser usado na produção de biogás.
O Sol pode ser usado para aquecimento dos processos produtivos de extração de óleos, bem como para a dessalinização de parte da água do processo, sem a necessidade de queima de combustível orgânico na produção, aumentando a eficiência energética do sistema.
Microalgas cultivadas sem maiores critérios e, se existir água doce próximo, servem como criadouros de peixe em pequenos tanques.

Muitos óleos de algas encontram alto preço no mercado nacional e internacional, como é o caso do Beta Caroteno, com alto poder antioxidante, da vitamina B-12 e outros. O cultivo de microalgas é algo largamente estudado fora do Brasil e também por universidades brasileiras, mas não existe uma criação de forma industrial e em pleno semiárido, todavia já existem plantas para extração de óleo com produção de biodiesel na Patagonia - Argentina e nos EUA. (maiores detalhes no ítem Inovação).

Ao compararmos o cultivo de algas com a produção de mamona verificamos que, o investimento inicial para a preparação da criação de algas é maior, porém, as algas necessitam entre doze a cinqüenta vezes menos área de cultivo do que para a plantação de mamona, a criação inicia a produção apenas alguns dias após o plantio e existe o faturamento de créditos de carbono, o que torna o processo do cultivo de algas mais interessante economicamente.

Por outro lado, os gases gerados num biodigestor podem ser separados através de uma torre de lavagem de gases, onde o CO2 é separado do CH4. O CH4 pode ser usado para a geração de energia elétrica pela queima em caldeira ou motogerador, como também comprimido e enviado para ser utilizado como biogás veicular. O CO2 retorna para a criação de algas, aumentando a taxa de crescimento das mesmas. Este processo impede que haja a liberação destes dois gases responsáveis pelo efeito estufa da atmosfera.

Este processo, com criação de algas e biodigestão, poderia ser construído próximo a termoelétricas, o que a levaria produzir energia ecologicamente correta.

O plantio da mamona para a produção de biodiesel possui alto interesse social e ambiental, mas economicamente problemático quando comparado ao preço do diesel de petróleo, porém, quando se utiliza o caule e as folhas para a geração de biogás, separando o CO2 gerado no biodigestor e enviando como nutriente para a criação de algas, o sistema se torna viável economicamente.
Estima-se existir mais de 100.000 espécies de algas na terra, com uma infinidade de possíveis extratos, ainda desconhecidos do homem, que poderiam ser aplicados para a medicina, cosmética, indústria alimentícia e indústria química. Encontrar as melhores espécies de algas adaptadas ao sertão, com alto valor agregado em seus extratos é um dos objetivos deste desenvolvimento, bem como a melhor eficiência na criação.

Na cadeia produtiva do caju encontramos um rejeito da amêndoa da castanha utilizado atualmente para ração animal, de custo baixo, e que poderia ser aproveitado para extração de óleo nobre do rejeito, com posterior alimentação de animais, utilizando os excrementos dos mesmos para a biodigestão, gerando valor à cadeia com a extração de óleo.
A sinergia dos processos do cultivo de algas, biodigestão, separação de gases, extração de óleos essenciais e a viabilização do sequestro de carbono é foco de nossa pesquisa com aplicação real no sertão.
Algumas microalgas são constituídas de até 80% de sua massa corpórea de óleos, que encontram alto valor no mercado internacional, outras algas de alta produção de óleo poderão ser inclusas na cadeia produtiva do biodiesel, restando desenvolver as espécies adaptadas à região e o processo de extração apropriado para as mesmas.

Benefícios e produtos

- Geração de óleos especiais para ingredientes alimentícios, cosméticos, farmacêuticos com alto valor agregado;
- Geração de óleo para a trasesterificação (fabricação de biodigestor);
- Tratamento de resíduos orgânicos proveniente de dejetos urbanos, industriais, agroindustriais, transformando em CO2, útil para o crescimento das algas e CH4 para geração de energia e combustível ecologicamente corretos;
- Produção de adubos orgânicos para múltiplos fins a partir da biodigestão;
- Sequestro de carbono em vários pontos do processo, tais como, a absorção do CO2 para o aumento da taxa de crescimento de microalga, não liberação de CH4 para a atmosfera, geração de energia elétrica limpa, reciclagem do de rejeito orgânico;
- Geração de novos conhecimentos em uma nova cadeia produtiva, valorizando o homem, a terra, e o meio ambiente;
- Nova cadeia produtiva viabilizando a fixação do homem a terra.

Patente

Ao avaliar os custos da produção de óleo de mamona, se verifica que não existe lucratividade, foco prioritário do investimento, necessitando de incentivo.

Avaliando a lucratividade do processo de biodigestão à parte, não se encontra a lucratividade desejada. Mas, quando se unem os três processos que são: fonte de material orgânico barato, biodigestão, sistema de separação de gases, criação de algas e processo de extração de óleos, os resultados de lucratividade se tornam diferentes e interessantes ao investimento.

A biodigestão é um processo bioquímico onde materiais orgânicos sem valor comercial, tais como: folhas, estrume animal, sólidos de tratamento de esgoto e rejeitos agro industriais, podem ser digeridos gerando em média 4% da massa original biogás que possui 60% de CH4, 38% de CO2 o restante de H2S, com o resto da massa original adubo orgânico.

Na torre de separação de gases o biogás é introduzido pela parte inferior e obrigado entrar em contrato com a água em contra corrente, que em certas condições absorve o CO2 em detrimento do CH4, que sai pelo topo da torre. O CH4 é então tratado e usado em compressão para biogás veicular ou usado para geração de energia elétrica.

O CO2 em solução é usado com um dos nutrientes da criação de algas, misturando na criação através de dispersores projetados para este fim.
Na criação de algas, as algas consomem o CO2, fonte de carbono, e possuem em média 22% de carbono em sua composição, sendo que, para cada quilo de algas vivas criadas é absorvido aproximadamente 0,8 Kg ou mais de CO2, liberando 0,6 Kg de O2 para a atmosfera, onde de 30 a 80% da massa viva se transforma em óleos, dependendo do tipo de alga, que podem ser separados os ativos de maior valor agregado. O restante do material orgânico das algas pode ser utilizado como alimento animal, retornar para a biodigestão ou seco ao sol, usado como aditivo de alimentos ou ração.

A taxa de crescimento das algas sem a adição forçada (somente o absorvido da atmosfera) é, em média, de 18 a 25 g/m²/dia, que pode aumentar para 32g/m³/dia com a adição forçada de CO2. Por exemplo, em um hectare de plantio de algas teremos uma produção média de algas de 5,5 ton /mês de algas secas, gerando 2,5 ton de óleos especiais considerando algas com 40% de óleo, mas isto pode chegar até a 80%, absorvendo 4,4 ton CO2, liberando 3,3 ton de oxigênio a atmosfera produzindo 3,3 ton de material orgânico que no biodigestor, caso não seja utilizado para ração animal, geraria 3 ton de adubos orgânicos, gerando 50 Kg de CO2 e 80 Nm³ de gás CH4. Vale ressaltar que, exemplificamos com os menores números, ou seja, existe muito espaço para o desenvolvimento do processo.

Estes dados são provenientes de cultivos em laboratório e, se faz necessário um trabalho de pesquisa e desenvolvimento para que se transforme estas informações para o semi- árido. Podemos ver uma divulgação sobre a problemática da criação de microalgas de forma extensiva no site “www.claeff.com.br".

Processo


 


A união dos sistemas de criação de algas, biodigestor, torre de separação de gases e sistema de extração de óleos, estão descritos em nosso processo com a geração de vários produtos, adaptando a realidade do semiárido, que é o foco de nosso desenvolvimento, onde a aplicação deste conhecimento em nosso projeto vai gerar a operacionalidade de uma nova cadeia produtiva, vindo de encontro com os maiores problemas ambientais, sociais e de energia.

Variantes deste processo são adaptados aos insumos de cada localidade, característica de relevo, solo, cultura agrícola, necessidades de energia e etc.
Neste caso, a criação de algum animal, com a utilização das fezes para a biodigestão aumenta a lucratividade, dependendo do insumo orgânico de alimentação do mesmo, onde a cabra se destaca pela resistência ao clima.
Pode ser visto o fluxograma básico no site www.claeff.com.br, descritos na nossa patente número 220 0703732193 no INPI em nome do Eng. Cláudio Truchlaeff.

Existe a necessidade de se obter uma fonte de CO2 (4,4 ton/mês) a partir queima com a geração de energia elétrica e calor ou através de biodigestão com a geração de CO2 e CH4 para atender a necessidade da criação de algas de um hectare plantado e poderá ser usado os seguintes geradores de CO2:
- Geradores elétricos, 1,33 ton/mês de diesel
- Caldeira geradora de vapor com queima de material orgânico de plantações, 2,6 ton galhos de poda de cajueiro;
- Gases de termelétricas, ou cogeradores de usinas de açúcar e álcool, 3,4 ton de palha de cana ou folhas.

Nos casos de caldeiras e termoelétricas existe a liberação de calor que pode ser recuperado para a geração de vapor para o processo de extração de óleos.
A energia elétrica aqui é considerada limpa, pois todo o CO2 é absorvido pelas algas, mas no caso das caldeiras existe uma dupla vantagem em termos de emissão de carbono, pois o combustível é vegetal e toda a emissão é absorvida, com duplo crédito de carbono.

O material sólido proveniente da biodigestão pode ser seco ao sol e queimado nas caldeiras, como uma das alternativas.

Poderão ser usadas como fontes de materiais orgânicos para a biodigestão para atender as microalgas, o excremento de animais, restos de podas ou palha de plantações, material sólido proveniente de tratamento de esgotos ou restos de orgânicos da agroindústria local. 

Objetivo

O projeto tem como objetivo implantar no semiárido um processo produtivo alternativo, patenteado, para acrescentar valor à região, utilizando recursos abundantes como o sol, terras secas e águas salobras. Tais fatores viabilizam um processo eficiente de geração de óleos essenciais, ingredientes para alimentos, cosméticos e farmacêuticos, óleos para a produção de biodiesel, produção de biogás, adubos orgânicos, produção de energia elétrica limpa, utilizando como matéria subprodutos agroindustriais, industriais e urbanos, com a união de quatro processos num único. Esses processos são o biodigestor, o cultivo de microalgas, processo de separação de gases e sistema de extração de óleos essenciais.

Outro objetivo é criar um laboratório com centro de pesquisa e treinamento de mão de obra para o desenvolvimento da planta piloto simulando escalas industriais na região do semi-árido nordestino, próximo a um centro agroindustrial, visando gerar conhecimento técnico, operacional e produtivo e ainda, viabilizar seqüestro de carbono em várias fases do processo produtivo.

Nossa Infraestrutura

Localizada em área rural próxima a reserva ecológica de Águas Finas, altura Km 17,5 da estrada de Aldeia, com 10000m², própria, constituída de uma área de preservação com coleção de plantas nativas do nordeste propícia para pesquisa agro industrial de processos para plantio em pequena escala e desenvolvimento de processos de extração de ativos vegetais, com área apropriada para testes de processos desenvolvidos como o de energia solar para aquecimento, geração de biogás, captação de energia solar etc.

A empresa possui laboratório com microscópio para análise de algas, computadores, balanças, equipamento de análise laboratoriais, equipamento de secagem de alimentos e sementes com energia solar, equipamento de separação de gases por peneira molecular, Reator de alta pressão para simulação de reações de alta pressão, equipamento piloto para extração de óleos essenciais, galpão de estoque de materiais e equipamentos. plantio de espécies nativas do norte e nordeste.

Para pesquisas onde necessitam análises de maior precisão são feitos com acordos com algumas empresas de pesquisa e desenvolvimento como as universidades de Pernambuco e Ceará, UNIFOR-Universidade de Fortaleza, CEFET - CE entre outros.

Temos dois locais de montagem e testes de equipamentos industriais, um mediante acordo com a Empresa Potágua, que possui unidades sede e filial no sertão do Ceará, situada na Av. Ulisses Bezerra, 1447 - Fortaleza – Ceará e outro com a Oficina de Campo: Rua Prefeito Vicente Veloso, 90 – Russas - CE.

Temos também acordo com a Beraca Sabará para a execução trabalhos dentro da unidade de Itapissuma – PE, próximo a sede da Claeff, que possui laboratórios, área de montagem, galpões, etc.

Inovação

As algas e microalgas são, sem dúvida, os seres mais eficientes da terra para transformar energia solar em energia química, produzir alimentos e são uma alternativa para a solução dos problemas globais enfrentados pela humanidade como o aquecimento da Terra, falta de alimentos e o fim da Era Petróleo.

Comparando vários processos de produção de energia a partir de vegetais podemos observar a disparidade entre as culturas normais e o cultivo de algas, todavia, o conhecimento humano na criação de algas ainda é incipiente e recente.

Na tabela abaixo, podemos verificar a comparação energética, onde as algas foram plantadas em laboratórios com a respectiva produção de óleos.

Algas ¦ 6750Librade Óleo /acre plantado 700 Galões de óleo / Acre/ano
Amendoim¦815Librade Óleo /acre plantado 112 Galões de óleo / Acre/ano
Girassol¦ 720 Librade Óleo /acre plantado¦99Galões de óleo / Acre/ano
Soja¦ 450 Librade Óleo /acre plantado¦62Galões de óleo / Acre/ano

Neste caso, porque não são feitas grandes plantações de algas, no mar ou em lagoas extensivas atualmente?

Em laboratório as condições de crescimento de algas são ideais com luz, temperatura, concentração de nutrientes e principalmente controle de crescimento de microorganismos que se alimentam de algas.

Quando a soja ou outra espécie é plantada, são retiradas do terreno outras plantas que impediriam o bom crescimento das mesmas, obtendo-se a máxima produtividade na cultura. No caso de cultivo de microalgas, a separação das espécies indesejada é de difícil controle e a recontaminação das mesmas é extremamente freqüente.

Podemos considerar que a cultivo de algas em laboratórios representa uma condição ideal de controle e de impedimento de recontaminação, onde a espécie desejada não possui competidores.

A taxa de crescimento de algas em laboratório varia entre 22 a 45 g/m2/dia e, as primeiras tentativas de cultivo de forma extensiva não passaram de taxas de crescimento de 7 a 12 g/m²/dia.

Quando se cultiva uma alga de onde se extrai óleos essenciais de alto valor agregado, existe espaço econômico para tomar os cuidados devidos, minimizando, assim, a questão da contaminação por outras espécies. Mas, para criações de espécies cujo elemento extraído é de baixo valor, a exemplo de quando o propósito é de se produzir biodiesel, se faz necessário o desenvolvimento de técnicas baratas e eficientes.
Pelo gráfico (disponível no site www.claeff.com.br) podemos entender a diferença entre a criação em laboratório e extensiva.
A diferença entre a produção com cuidados especiais e a criação extensiva define se uma nova cadeia produtiva vai existir ou não.

Na natureza observamos os casos de maré vermelha ou azul, onde ocorre a proliferação descontrolada de algas por algum desequilíbrio ou ausência de competidores, que é exatamente o nosso objetivo, criar extensivamente algas ausentes de elementos competidores sem os caros cuidados laboratoriais.

A questão da fermentação do caldo de cana concentrado para a produção de álcool, onde o Brasil, depois de muita pesquisa e desenvolvimento obteve o controle bacteriológico da fermentação, mantendo a eficiência da produção de álcool dentro de valores comercialmente aceitáveis, através do controle do pH, temperatura, processo, desenvolvimento de antibióticos e bactericidas, viabilizou o a cadeia produtiva do álcool.
Similarmente, ocorre na criação de algas onde são necessários o desenvolvimento de processos, produtos e elementos vivos que mantenham a eficiência do processo em grande escala.

Cabe aqui um trabalho intensivo de pesquisa e desenvolvimento para a viabilização de uma nova cadeia produtiva para o Brasil e, principalmente, para o Nordeste, que possui especiais aptidões: terras abundantes, sol, águas salinas e mão de obra.

Mais inovação

Não se tem conhecimento da aplicação prática do caule e folhas do mamoneiro para a geração de biogás, do aproveitamento de CO2 proveniente de várias fontes para a criação de algas e microalgas. Também não há no Brasil, cultivo de microalgas para biodiesel com dissolução de CO2 para aumento de tacha de crescimento das mesmas, nem a extração em escala piloto de óleos essenciais a partir de algas ou a utilização do rejeito da microalgas após a extração de elementos ativos na geração de biogás em biodigestores, ou ainda, a utilização deste rejeito na criação animal, com suas fezes sendo utilizadas para a geração de combustível ecologicamente correto.

Os ambientes utilizados como as águas e lagoas salobras não possuem utilização comercial em uma vasta área do território e mesmo que seja executado em lagoas artificiais, o consumo de terras será de regiões secas e de baixo valor.

O processo possui grande sinergia entre seus elementos, não contaminando o meio ambiente, mas, tratando resíduos e dando destinação nobre para cada elemento.
Não se trata aqui, de uma melhoria do processo, mas sim, da união de quatro sistemas produtivos em um único processo adaptado à realidade do nordeste, ainda não aplicado em processo produtivo, mas plenamente adaptado à realidade do semi-árido.

Se o processo aqui descrito for aplicado de forma intensiva, pode alterar ou contribuir para uma nova matriz energética, senão para o Brasil, mas ao menos para uma vasta região.
Com a união de bagaço de cana como insumo, resíduo de caju ou mesmo ao plantio de mamona, onde o caule e folhas são completamente desprezados, pode-se retirar muito mais energia, viabilizando economicamente o biodiesel a partir de mamona, que hoje somente é viável com forte incentivo fiscal.

É difícil dimensionar o impacto que este desenvolvimento causaria ao país caso seja aplicado intensivamente ou qual o potencial econômico social envolvido. Mesmo volumes de capacidade de produção neste processo, no caso de aplicação intensivamente, não há condições de avaliarmos no momento, mas, este não nos parece o foco, pois a potencialidade é clara, restando somente a aplicação de forma real no projeto para que se tenha segurança da aplicação em larga escala.
 

Mesmo que o processo seja aplicado intensivamente, é certo que matérias primas, energia, insumos alimentícios, cosméticos e farmacêuticos, serão absorvidos pelo mercado global, pois uma crise de matérias primas já ocorre pelo aumento da população, o crescimento dos países emergentes e o declínio da produção de petróleo.

Novas formas de seqüestro de carbono também são uma necessidade global e emergente, com o primeiro mundo ávido por projetos consistentes e exeqüíveis.

Dentro deste processo, temos então as seguintes vantagens:
- Utilização de terras secas e água salobra do semi-árido nordestino para a produção de insumos;
- Seqüestro duplo de carbono, no processo de criação de algas e a fermentação do biogás;
Produção de gás veicular, sem impacto no aquecimento global;
- Geração de insumos alimentícios, cosméticos e óleos apropriados para a trasesterificação, processo de geração de biodiesel, dependendo da espécie de algas a ser cultivada;
- Rejeitos agroindustriais da região nordestina, como por exemplo, o rejeito da castanha do caju que poderá ser extraído o óleo para fins cosméticos e o restante orgânico enviado para o processo fermentativo para a produção de adubos, biogás e CO2.

Neste ciclo produtivo os insumos são o sol, água não utilizada de poços e rejeitos orgânicos vindos da agroindústria e até do lixo urbano, gerando produtos úteis para a solução do problema da energia, aquecimento global e até alimentos.
 

Biodiesel

Um volume grande de pesquisas sobre óleos extraídos de algas e microalgas sejam usados na fabricação de Biodiesel, com destaque para a Dra Maria Odete da UFC, Instituto de Ciências do Mar (LABOMAR), onde comprova a possibilidade.

A questão aqui é a criação extensiva, onde contaminações e crescimento de elementos indesejados competem com o cultivo, assim deverá ser desenvolvido algas resistentes, de fácil manuseio e baixo custo operacional para a viabilização do processo.

Encontramos pesquisas extensivas sendo feitas nos Estados Unidos da América e Argentina (região da Patagônia), onde se procura a viabilidade técnica financeira, todavia em ambos os casos existe uma variação extremas de temperatura nos desertos do Novo México e Sul da América do Sul, com pouca água disponível.

Cultivos extensivos de algas necessitariam áreas de baixo custo que não competiriam com as culturas já existentes.

Em todas estas condições as regiões do semi-árido possuem largas vantagens em relação a outros países, que estão longe da linha do equador.

 

Premiação

Prêmio FINEP 2009

O diretor-presidente da Claeff, Eng. Cláudio Truchlaeff, foi o vencedor do Prêmio FINEP de 2009, Região Nordeste, na categoria Inventor Inovador.

Claudio, que concorreu à premiação com o projeto Oxi Bio, teve o reconhecimento do meio científico-acadêmico nacional. saiba mais

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