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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA Centro de Ciências Biológicas - Microbiologia Geral – MIP 7013 Professor Admir José Giachini MICRORGANISMOS E ENERGIA.

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA Centro de Ciências Biológicas - Microbiologia Geral – MIP 7013 Professor Admir José Giachini MICRORGANISMOS E ENERGIA Ana Letícia Trivia Júlia Corrêa de Oliveira Marina Bacha Nascimento Sheila Simone Kerber Florianópolis, dezembro de 2010

2 O que é energia? Fonte de energia: Primária – existe de forma natural na natureza e pode gerar energia diretamente. (gás natural, carvão, petróleo,biomassa,etc). Secundária – transformações a partir de fontes primárias. (eletricidade, gasolina, álcool,etc).

3 Fontes de energia: Não renováveis (fóssil) Gás natural Petróleo Carvão mineral

4 Renováveis (não fóssil) Biomassa Fontes de energia: Hidráulica SolarEólica

5 Panorama energético atual (%) FonteMundoBrasil Petróleo 35,3 43,1 Carvão mineral23,26,0 Gás natural21,17,5 Biomassa tradicional*9,58,5 Energia Nuclear6,51,8 Energia Hidroelétrica2,214,0 Biomassa moderna*1,723,0 Fonte: IEA (Mundo) e MME (Brasil). – dados de 2004 (http://www.biodieselbr.com/energia/agro-energia.htm)

6 Biocombustíveis Fontes secundárias de energia Conceito: Bio: vida Combustível: qualquer substância que reage com o oxigênio (ou outro comburente) liberando energia - Qualquer combustível gerado a partir de atividades biológicas

7 Biodiesel Processo tradicional: plantas oleaginosas - esterificação: ácido carboxílico + álcoolésteres + água - transesterificação: ácido carboxílico + álcoolésteres + glicerol - craqueamento: temperatura > 450° C Processo microbiológico: - algas - cianobactérias (OGM) Gênero Synechocystis ou Fonte:

8 Pesquisas em andamento -Bactérias púrpura para obtenção de energia solar (EUA, Colômbia) - Bactérias marinhas para obtenção de energia solar (Suécia) - Genética: - 21 genomas de archaea (metano) - 24 genomas de outras bactérias (hidrogênio, eletricidade) - 30 genomas de cianobactérias (biodiesel)

9 Fonte de energia renovável vantagens ambientais, sociais, estratégicas e tecnológicas na sua utilização; Composição: Varia de 60 a 70% de metano (CH 4 ), 30 a 40% de dióxido de carbono (CO 2 ), 0-3% nitrogênio (N 2 ), 0-1% de Hidrogênio (H 2 ), 0-1% de oxigênio (O 2 ) e 0-1% de gás sulfídrico (H 2 S); Geração: - Digestão anaeróbia: processo fermentativo no qual bactérias anaeróbias produzem CH 4 e CO 2 - Grupos microbianos importantes: bactérias fermentativas, acetogênicas e metanogênicas Biogás

10 Fases do processo de DA: - Hidrólise: Ocorre através da ação de exoenzimas produzidas pelas bactérias fermentativas hidrolíticas; - Acidogênese: Ocorre através de bactérias acidogênicas que utilizam as moléculas da hidrólise em seu metabolismo;

11 - Acetogênese: oxidação dos produtos formados na acidogênese, realizada pelas bactérias acetogênicas. Produção de CO 2, H + e acetato; - Metanogênese: Realizado por bactérias metanogênicas em substratos como ácido acético (CH 3 COOH), metanol (CH 3 OH), CO 2 e H +.

12 - Pode incluir ainda a sulfetogênese: redução de sulfato e formação de sulfetos pela ação de bactérias sulforedutoras. Fonte: CHERNICHARO, C.A.L.

13 Grupos microbianos envolvidos: - Bactérias fermentativas: responsáveis pela hidrólise e acidogênese Gêneros: Bacteroides, Eubacterium, Lactobacillus, Butyribio, Bifidobacterium e Clostridium; - Bactérias acetogênicas: grupo intermediário que produz substrato das metanogênicas. Metabolizam os compostos da hidrólise e acidogênese;

14 - Bactérias sulforedutoras: grupo versátil de organismos capazes de utilizar vários substratos. São anaeróbias estritas e podem ser divididas em dois grupos: 1 - Oxidam seus substratos de forma incompleta até o acetato. Gêneros Desulfobulbus, Desulfomonas e a maioria das espécies dos gêneros Desulfotomaculum e Desulfovibrio; 2 - Oxidam seus substratos completamente até o gás carbônico. Gêneros Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfobacterium e Desulfonema. - Bactérias metanogênicas: bactérias anaeróbias estritas, de necessidades nutricionais simples, que não necessitam de aminoácidos ou peptídeos. Gêneros: Methanobacterium, Methanospirillum, Methanobrevibacter, Methanosarcina e Methanotrix (Methanosaeta).

15 Biodigestores - Dejetos de animais; - Resíduos vegetais; - Lixo orgânico. Alternativa para tratamento dos resíduos permite a redução do potencial poluidor e dos riscos sanitários, promove a geração do biogás e permite a reciclagem do efluente, podendo ser utilizado como biofertilizantes. Modelo Indiano: Fonte: Deganutti, R. et al.

16 Modelo Chinês: Fonte: Deganutti, R. et al.

17 Modelo Batelada: Fonte: Deganutti, R. et al.

18 Maior vantagem; Alta flexibilidade; Maneiras diferentes; Diferentes organismos. Hidrogênio

19 Fonte: Prado et al., 2006.

20 Biofotólise da água H2OH2O Luz O 2 + H 2 Fotodecomposição de compostos orgânicos C 6 H 12 O 6 + H2O Luz 12H 2 + 6CO 2 Fermentação de compostos orgânicos C 12 H 22 O H 2 O4CH 3 COOH + 4CO 2 + 8H 2

21 Fonte: Prado et al., 2006

22 Scenedesmus obliquusNostoc muscorum Rhodobacter capsulatus Enterobacter aerogenes

23 ORGANISMOSVANTAGENSDESVANTAGENS Algas verdes e Cianobactérias Substrato: águaNecessidade de iluminação Bactérias Fotossintetizantes Substrato: diferentes resíduos Necessidade de iluminação constante Geram CO 2 como resíduo Bactérias Fermentativas Substrato: grande variedade Produção de H 2 o dia todo Geram resíduos que precisam ser tratados

24

25 Fonte:

26 Etanol (álcool) Fermentação Cana-de-açúcar Etanol Bagaço da cana -Pré-tratamento - Deslignificação - Fermentação ( levedura Pichia stipitis ) - Destilação Conteúdo sólido Sacarificação Fermentação Açúcares

27 Estrutura do etanol Reação de fermentação GLICOSE 2CO ETANOL

28 Saccharomyces cereviseaePachia stipitis Trichodesmium sp. Synechocystis sp.

29 Etanol a partir de cianobactérias Fonte: - Pesquisas da Universidade do Havaí

30 Referências GRISOLI, Renata; COELHO, Suani Teixeira; MATAI, Patricia H. L. S. Energia Microbiológica. Revista de Gestão Integrada em Saúde do Trabalho e Meio Ambiente, SP, v.4, n.2, Artigo 3, maio/agosto ROMA, Paulo Henrique de Souza. Biodigestor: alternativa para o manejo do lixo em áreas ecoturísticas f. Monografia (Especialização em Ecoturismo)-Universidade de Brasília, Brasília, Disponível em

31 Referências Eletrônicas s/hidrogenio.htm s/hidrogenio.htm &lng=es&nrm=iso &lng=es&nrm=iso * Todos acessados em novembro de 2010

32 Imagens * Todos acessados em novembro de 2010

33 Obrigada!!!


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