Valorization of digestates and vermicompost as alternative culture media for Chlorella vulgaris: biomass production, biochemical composition and biodiesel quality

A fome mundial por energia e alimentos muitas vezes puxa em direções opostas. O cultivo de plantações para combustível exige vastas extensões de terra e quantidades imensas de água, recursos que poderiam, de outra forma, alimentar pessoas ou sustentar ecossistemas naturais. Ao mesmo tempo, o resíduo gerado pela agricultura e pela indústria — como o esterco de animais — acumula-se, criando problemas ambientais se não for gerido cuidadosamente. Cientistas há muito buscam nas microalgas, pequenos organismos unicelulares, uma possível ponte entre esses desafios. Essas plantas microscópicas podem crescer rapidamente, absorvendo dióxido de carbono e convertendo a luz solar em óleos, proteínas e açúcares valiosos. Se pudessem ser cultivadas de forma barata e eficiente, poderiam fornecer uma fonte sustentável de biocombustível e ração animal sem competir com as culturas alimentares por terra. No entanto, um grande obstáculo sempre foi o custo da "sopa" de nutrientes líquidos, ou meio de cultura, necessária para alimentá-las. Os métodos tradicionais dependem de ingredientes caros, fabricados quimicamente, tornando a produção em larga escala economicamente difícil.

Uma equipe de pesquisadores no México partiu para ver se poderiam substituir essas misturas sintéticas dispendiosas por algo muito mais acessível: os subprodutos líquidos do tratamento de resíduos. Eles se concentraram em dois tipos específicos de fluidos derivados de resíduos. O primeiro vinha do vermicomposto, que é essencialmente solo enriquecido por minhocas decompondo matéria orgânica. O segundo vinha de digestatos, os restos líquidos após bactérias terem decomposto esterco de vaca e porco em um ambiente sem oxigênio. Os cientistas queriam saber se esses fluidos de resíduos poderiam nutrir um tipo específico de microalga, a Chlorella vulgaris, tão bem quanto, ou até melhor do que, as misturas laboratoriais padrão. Eles cultivaram as algas em frascos contendo esses diferentes líquidos e mediram cuidadosamente quanto as algas cresceram, quais nutrientes elas armazenaram dentro de suas células e se os óleos que produziam poderiam ser transformados em biodiesel de alta qualidade.

Os resultados mostraram que os fluidos baseados em resíduos não eram apenas alternativas viáveis; em vários casos, superaram o padrão sintético caro. A mistura mais bem-sucedida foi uma combinação de digestato de esterco de vaca e porco. Quando as algas foram cultivadas nesse fluido combinado, produziram 43 por cento mais biomassa do que aquelas cultivadas no meio sintético padrão. Mais importante para a produção de combustível, as algas no fluido misto de esterco armazenaram 159 por cento mais lipídios, que são as gorduras que podem ser convertidas em biodiesel. Outro fluido, derivado de um digestor universitário de grande escala que processa todos os tipos de esterco de gado, produziu a maior concentração de lipídios de todas, excedendo o padrão sintético em 172 por cento. Os pesquisadores também descobriram que as algas cultivadas nesses fluidos de resíduos acumularam significativamente mais proteínas e carboidratos, sugerindo que esses organismos estavam prosperando com os nutrientes complexos encontrados no resíduo.

Além da quantidade de crescimento, a qualidade das algas mudava dependendo do que elas "comiam". Os pesquisadores analisaram os ácidos graxos dentro das células das algas para ver que tipo de combustível poderiam produzir. Eles descobriram que os meios baseados em resíduos incentivaram as algas a produzir uma variedade mais ampla de ácidos graxos em comparação com o meio sintético. Por exemplo, as algas cultivadas no fluido de esterco misto produziram nove tipos diferentes de blocos de construção de ácidos graxos, enquanto as algas no fluido sintético produziram apenas quatro. Essa diversidade é crucial porque diferentes ácidos graxos determinam o desempenho do combustível final. O estudo calculou a provável qualidade do biodiesel que poderia ser feito a partir desses óleos de algas. Eles descobriram que o combustível derivado do vermicomposto e dos digestatos de um único tipo de esterco atendia a todos os cinco padrões internacionais de qualidade para biodiesel. Em contraste, o combustível do meio sintético atendia a apenas quatro dos cinco padrões. Especificamente, o biodiesel do digestato de esterco de vaca mostrou excepcional estabilidade e qualidade de ignição, tornando-o um candidato particularmente forte para a produção de combustível.

O estudo também destacou que nem todos os fluidos de resíduos funcionam da mesma forma. Enquanto o fluido de esterco misto impulsionou o crescimento geral e a produção de gordura, o fluido de esterco puro de vaca resultou, na verdade, na menor quantidade de crescimento de algas. Os pesquisadores sugeriram que isso provavelmente ocorreu porque o fluido de esterco de vaca era tão escuro que bloqueou a luz solar de que as algas precisavam para realizar a fotossíntese. Essa descoberta ressalta que simplesmente usar resíduos não é uma solução mágica; a composição específica do resíduo importa muito. A cor escura de alguns fluidos pode dificultar o crescimento, enquanto o equilíbrio de nutrientes em outros pode potencializá-lo. Os pesquisadores concluíram que a melhor abordagem depende do resultado desejado. Se o objetivo for produzir o máximo de combustível possível, o digestato de esterco misto ou o digestato de escala universitária são as escolhas superiores. Se o objetivo for produzir um combustível de alta qualidade e muito estável, o digestato de esterco de vaca é o mais promissor, apesar do menor crescimento geral.

Essas descobertas apontam para um futuro onde a gestão de resíduos e a produção de energia trabalhem juntas perfeitamente. Ao usar os restos líquidos da agricultura e da compostagem para alimentar microalgas, torna-se possível transformar um problema de descarte em um recurso. O estudo demonstra que esses meios alternativos podem apoiar um crescimento robusto e uma produção de óleo de alta qualidade sem o alto custo de produtos químicos sintéticos. Essa abordagem alinha-se com os princípios de uma economia circular, onde o resíduo de um processo torna-se o combustível para outro. Embora a pesquisa tenha sido realizada em pequena escala em um laboratório, os resultados sugerem que escalar esse processo poderia oferecer um caminho sustentável para a produção de biocombustíveis e ração animal, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis e fertilizantes químicos, ao mesmo tempo em que limpa os resíduos agrícolas.