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dc.creatorDeprá, Mariany Costa
dc.date.accessioned2022-07-07T15:16:34Z
dc.date.available2022-07-07T15:16:34Z
dc.date.issued2022-03-07
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/25286
dc.description.abstractProcesses and products with a sustainable character are increasingly urgent to deal with the global questions of energy scarcity and environmental deterioration. Given this approach, substantial efforts have been made to investigate or expand the potential of processes and products based on microalgae with a sustainability aspect. However, while these microorganisms have been recognized for their capacity to bioconvert carbon dioxide (CO2) concomitant to biomass production with composts of high commercial interest, these processes still face complex challenges that be resolved. Technical barriers such as the microalgae performance in high concentrations of CO2, cultivation operational parameters, energy demand, beyond the difficulty of establishing cultivation on an industrial scale, can test the truthful environmental and economic processes. In view of this, the work aimed to: (1) understand the operational implications and technical details of photosynthetic culturing systems; (2) evaluate the microalgae under different CO2 concentrations; (3) evaluate the influence of CO2 loads on the carbon footprint in photobioreactors; (4) estimate potential carbon credits from microalgal processes; (5) determine the sustainability performance of microalgal-based processes and products, and (6) standardize methodologies for quantifying sustainability metrics and environmental impact indicators applied to industrial and agricultural systems. The kinetic performance of the microorganism was considered through free CO2 profiles in the liquid phase of the system, measurements of gas-phase concentrations, and stoichiometric conversion to biomass. In addition, the sustainable performance of microalgae-based processes and products were evaluated under the use of mathematical modelings such as life cycle assessment and carbon footprint. The results obtained demonstrated the importance of the cultivation operational parameters evaluated in the carbon fixation in biomass as well as in the overall carbon footprint of the system. The microalgae performed satisfactorily under stressful culture conditions (with injections higher than 15% CO2). On the other hand, the masses of captured carbon and carbon credits showed better performances for carbon injection conditions below 5% CO2. With the help of life cycle assessment and carbon footprint tools, microalgae-based processes and products did not prove to be environmentally sustainable, as they are excessive in terms of energy, water, and nutrients. In energy terms, the hotspots of the process were the cultivation, harvesting, and drying stages. However, it was identified that by using renewable energy, environmental impacts can be reduced by up to 95% for renewable energy matrices. Regarding the culture systems, the best environmental performance was attributed to the open ponds. However, in direct comparison to closed systems, fermenters and tubular photobioreactors presented the best environmental indicators. As for the products, the stages of extraction and yield of intracellular compounds negatively influence environmental performance. Finally, this work provides numbers quantitative and adequate methodology to determine sustainability metrics and indicators for microalgal projects considering the current stage of commercial technology.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectMicroalgaspor
dc.subjectFotobiorreatorpor
dc.subjectPegada de carbonopor
dc.subjectAnálise do ciclo de vidapor
dc.subjectCréditos de carbonopor
dc.subjectMicroalgaeeng
dc.subjectPhotobioreactoreng
dc.subjectCarbon footprinteng
dc.subjectLife cycle assessmenteng
dc.subjectCarbon creditseng
dc.titleMétricas e indicadores de sustentabilidade aplicados a processos e produtos baseados em microalgaspor
dc.title.alternativeSustainability metrics and indicators applied to microalgae-based processes and productseng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoProcessos e produtos com caráter sustentável são cada vez mais urgentes para lidar com questões globais de escassez de energia e deterioração ambiental. Diante deste enfoque, substanciais esforços têm sido realizados para investigar o amplo potencial dos processos e produtos à base de microalgas sob o aspecto da sustentabilidade. Contudo, embora estes microrganismos tenham sido reconhecidos pela sua capacidade de bioconverter dióxido de carbono (CO2) concomitante a produção de uma biomassa com compostos de elevado interesse comercial, esses processos ainda enfrentam gargalos complexos de serem resolvidos. De fato, barreiras técnicas como a performance da microalga em elevadas concentrações de CO2, parâmetros operacionais de cultivo, demanda de energia, além da dificuldade de se estabelecer cultivos em escala industrial, põem à prova a veraz viabilidade ambiental e econômica desses processos. Em face disso, o trabalho teve por objetivos: (1) compreender as implicações operacionais e detalhes técnicos dos sistemas de cultivos fotossintéticos; (2) avaliar o desempenho da microalga sob diferentes concentrações de CO2; (3) avaliar a influência das cargas de CO2 na pegada de carbono em fotobiorreatores; (4) estimar os potenciais créditos de carbono de processos microalgais; (5) determinar a performance da sustentabilidade de processos e produtos de base microalgal e (6) padronizar metodologias para quantificação de métricas de sustentabilidade e indicadores de impacto ambiental aplicados a sistemas industriais e agrícolas. A performance cinética do microrganismo foi considerada através dos perfis de CO2 livre na fase líquida do sistema, medidas das concentrações da fase gasosa e conversão estequiométrica em biomassa. Além disso, a performance sustentável dos processos e produtos à base de microalgas foram avaliados sob a utilização de modelagens matemáticas como a análise de ciclo de vida e pegada de carbono. Os resultados obtidos demonstraram a importância dos parâmetros operacionais de cultivo avaliados na fixação de carbono em biomassa, bem como na pegada de carbono global do sistema. A microalga obteve um desempenho satisfatório em condições de cultivo estressoras (com injeções superiores a 15% CO2). Por outro lado, as massas de carbono capturado e créditos de carbono apresentaram melhores performances para as condições de injeção de carbono inferiores a 5% CO2. Com o auxílio das ferramentas de análise de ciclo de vida e pegada de carbono, os processos e produtos à base de microalgas não se mostraram ambientalmente sustentáveis, visto que são excessivos em demanda de energia, água e nutrientes. Em termos energéticos, os pontos quentes do processo foram as etapas de cultivo, colheita e secagem. No entanto, foi identificado que ao utilizar-se energia renovável, os impactos ambientais podem ser reduzidos em até 95% para matrizes energéticas renováveis. Referente aos sistemas de cultivos, o melhor desempenho ambiental foi atribuído às lagoas abertas. Entretanto, em uma comparação direta aos sistemas fechados, fermentadores e fotobiorreatores tubulares apresentaram os melhores indicadores ambientais. Quanto aos produtos, os estágios de extração e rendimento dos compostos intracelulares influenciam negativamente o desempenho ambiental. Por fim, este trabalho fornece números quantitativos e uma metodologia adequada para determinar as métricas e indicadores de sustentabilidade para projetos microalgais considerando o estágio atual da tecnologia comercial.por
dc.contributor.advisor1Lopes, Eduardo Jacob
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9203445906772879por
dc.contributor.referee1Menezes, Cristiano Ragagnin de
dc.contributor.referee2Barin, Juliano Smanioto
dc.contributor.referee3Furlan, Valcenir Junior Mendes
dc.contributor.referee4Maroneze, Mariana Manzoni
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7671277621599287por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentCiência e Tecnologia dos Alimentospor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia dos Alimentospor
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOSpor
dc.publisher.unidadeCentro de Ciências Ruraispor


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