Síntese e caracterização de catalisadores heterogêneos a base de complexos nanozeólitas/enzimas para a produção de biodiesel a partir da biomassa úmida de microalgas cultivadas em fotobioreator do tipo Filme Descendente.

Resumo

Biodiesel, que consiste de uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos, é uma importante fonte de energia renovável. Apesar dos avanços científicos referentes a produção de biodiesel no Brasil, observa-se a necessidade de superação de alguns obstáculos tecnológicos, principalmente com a exploração economicamente viável de novas fontes de matéria-prima e a implementação de novos processos catalíticos. No que diz respeito a matéria-primas alternativas, o óleo presente na biomassa úmida de microalgas é um dos substratos mais promissores para a fabricação de biodiesel. Uma tecnologia viável para a obtenção desse substrato em quantidades industrialmente viável consiste no cultivo dessas microalgas em fotobioreator aberto de filme descendente. No tocante a inovação da tecnologia catalítica é evidente que a atual tecnologia baseada em catalisadores homogêneos básicos não seria eficiente para a conversão de lipídeos presentes nas microalgas em biodiesel, sem etapas de extração, separação e purificação do óleo. Neste aspecto novos catalisadores heterogêneos alternativos, tais como complexos de nanozeólitas/enzimas e matrizes zeoliticas hierarquicas contendo em sua rede cristalografica cátions de transição penta e octahedricamente coordenados, tem o potencial de combinar as vantagens catalíticas das lipases fúngicas com as das nanozeólitas, sendo portanto fortes candidatos para a produção de biodiesel que seja em reatores de leito fixo, leito fluidizado ou em batelada, superando dessa maneira as limitações dos atuais catalisadores homogêneos. A presente proposta de pesquisa, é uma cooperação entre grupos de pesquisa da UNESP, UNIFAL e da UFRJ, que visa a sínteses e caracterização de novos biocatalisadores preparados a partir das enzimas lipases fúngicas Thermomyces lanuginosus imobilizada em nanozeólitas e explorar seu uso em reações de hidroesterificação e transesterificação dos lipídeos de microalgas para a obtenção de biodiesel, tanto a nível de bancada como em escala piloto utilizando reatores contínuos de leito fixo ou em batelada. Nos últimos anos, algumas empresas desenvolveram formulações líquidas de lipase de baixo custo com alta atividade catalítica e estabilidade para reduzir custos efetivos de produção de biodiesel. Em 2016, a empresa Novozymes lançou no mercado internacional a formulação Eversa® Transform 2.0, uma lipase de Thermomyces lanuginosus expressa em Aspergillus oryzae. Esta formulação é bastante atrativa para a produção de biodiesel em escala comercial devido ao seu menor custo em relação às outras enzimas disponíveis no mercado ($ 20,0 o Kg), alta tolerância por álcoois de cadeia curta como metanol ou etanol e por matérias-primas oleaginosas ácidas como óleos residuais. Estudos recentes reportados na literatura têm demonstrado a necessidade de se imobilizar esta enzima em diferentes suportes com a finalidade de melhorar sua atividade catalítica e reuso (bateladas sequenciais) em diferentes sistemas reacionais. Desta maneira o foco do presente projeto de pesquisa são: a) o estudo de novas matrizes sólidas inorgânicas compostas por materiais OPTs hierarquicamente estruturados contendo metais como Cromo (Cr), Germânio (Ge), Nióbio (Nb), Estanho (Sn), Vanádio (V), Ítrio (Y), Zircônio (Zr) e Bismuto (Bi) em suas estruturas cristalograficas; b) Utilizar lipídios derivados de microalgas, nomeadamente Monoraphidium sp, Microalga Nannochloropsis oculata e Chlamydonona sp, cultivadas em biorreatores. Essa abordagem visa estabelecer uma fonte de matéria-prima que não concorra com recursos destinados à alimentação humana e animal, como é o caso de matérias-primas tradicionais como milho e soja; c) Realizar a produção de ésteres etílicos de ácidos graxos (FAEEs) por meio de duas tecnologias distintas: Hidroesterificação e Transesterificação. Ambas as técnicas utilizarão os substratos lipídicos provenientes das microalgas cultivadas no fotobioreator descendente. (AU)