Acompanhando os agentes de mudança na crescente indústria de algas
08 Jul 2019
Uma rica fonte de ácidos graxos poliinsaturados, proteínas, enzimas, vitaminas, minerais e oligoelementos, não é de surpreender que as algas tenham se tornado uma matéria-prima muito procurada para inúmeros produtos nos setores farmacêutico, químico e alimentício. Há mais de 50 anos que a GEA vem acompanhando start-ups e produtores de algas com suporte à pesquisa e desenvolvimento e tecnologias de processamento e alta qualidade que atendam aos rígidos padrões da indústria.
O consumidor mais importante de CO2 em nosso planeta, 1 kg de biomassa de algas é capaz de armazenar cerca de 2 kg de CO2 e, simultaneamente, liberar 1,6 kg de oxigênio. Além deste trabalho muito importante, as aplicações que utilizam algas são extensas, incluindo desde pasta de dente, graxa para sapatos, creme facial, ração animal, alimentos e suplementos alimentares, corantes alimentares naturais, biofertilizantes, condicionadores de solo, até o tratamento de esgotos e como um aglutinante de metais pesados. E a lista continua aumentando.
Existindo na forma marinha ou de água doce, as algas são ainda classificadas de acordo com o tamanho - macro ou microalgas - e pela cor: azul, verde, marrom ou vermelha. As macroalgas incluem plantas aquáticas maiores, como variedades kelps e algas marinhas, que podem crescer até 50 metros de comprimento. As microalgas, incluem, por exemplo, Chlorella e Espirulina:
- São geralmente organismos unicelulares microscópicos (tamanho médio de célula entre 2-10 micrômetros)
- Não tem raízes, caules ou folhas
- Podem ser cultivadas em fotobiorreatores (PBRs) ou em lagoas abertas e alimentadas com águas residuais, incluindo esgoto, ou cultivadas por fermentação heterotrófica, onde as algas são alimentadas com açúcares ao invés de luz solar
- O cultivo pode ocorrer em terras impróprias para a colheita de alimentos e que, por isso, não prejudica a produção de alimentos
O processamento, ou a colheita, é necessário para separar a biomassa das algas da água em que foram cultivadas - um campo em que a GEA atua desde os anos 1960, com tecnologias para concentrar, extrair e lavar algas, além de secar.
Do ponto de vista nutricional, as algas são imbatíveis. Peixes, como o salmão, por exemplo, contêm óleos ômega-3 benéficos, mas não o produzem naturalmente, mas sim pelo consumo de microalgas. Isso significa que o óleo das algas tem ainda mais potencial para atender às necessidades nutricionais globais e pode ajudar a aliviar a pressão do abastecimento global de peixes, por exemplo, se for mais amplamente utilizado na farinha de peixe. Da mesma forma, o aumento da demanda por fontes confiáveis, sustentáveis e de baixo custo de energia e por plásticos biodegradáveis são os principais fatores que devem impulsionar o crescimento desse excitante setor.
Devagar, devagarinho: Pisar os freios no corte para aumentar as taxas de sobrevivência das algas
O processamento moderno de algas requer tecnologia centrífuga para concentrar, extrair e lavar as suspensões de algas colhidas. Devido à composição biológica das algas, as centrífugas geralmente são os únicos meios econômicos para processar eficientemente as microalgas, não apenas porque usam menos energia que a filtração por membrana cerâmica, mas também porque o tamanho das células provoca a aglutinação ou o bloqueio nos filtros giratórios tradicionais a vácuo.
Assim sendo, uma centrífuga significa força centrífuga, e manter as células de algas vivas enquanto estão expostas a até 15.000 de força g pode ser complicado. Durante esse processo, há duas etapas críticas: colocar as células no campo centrífugo e retirá-las novamente. A GEA resolveu, há vários anos atrás, o desafio de alimentar as células sensíveis em um sistema giratório, através do seu sistema de alimentação hidro-hermética patenteado. O sistema consiste em um disco na ponta de um tubo de alimentação que alimenta as células abaixo do nível do líquido no tambor previamente enchido - semelhante ao efeito obtido ao encher um balde com água, onde a mangueira enche o recipiente por baixo da superfície da água, o que evita os salpicos.
Mais recentemente, a GEA desenvolveu uma solução muito necessária para descarregar células extremamente sensíveis ao corte, como Diatoms e Haptophyta, a partir do sistema giratório, sem danificá-las ou destruí-las, uma vez que as taxas de mortalidade podem atingir mais de 90%, mesmo em velocidades reduzidas. A maioria dos produtos processados pode lidar com o tratamento rude sem nenhum efeito negativo e, durante a ejeção normal, o tambor é aberto enquanto opera em velocidade máxima ou reduzida e os sólidos recolhidos são simplesmente lançados no coletor.
No caso das algas, a centrífuga concentra as células e as coleta durante a operação nos sólidos, mantendo o espaço na periferia do tambor - o local exato da centrífuga onde as forças centrífugas são mais altas. A chave da solução da GEA foi encontrar uma maneira de diminuir a velocidade dos sólidos durante a descarga, reduzindo assim a velocidade com que as células colidem contra a parede do coletor. Isso levou ao desenvolvimento do sistema de ejeção para assistência aos freios hidráulicos da GEA. A assistência ao freio funciona como uma cortina de fluido através da qual os sólidos são ejetados. Criada pela montagem de uma série de bicos de pulverização no coletor, assim que o pistão é ativado, o sistema de controle aciona os bicos e uma cortina de fluidos é pulverizada no coletor, diminuindo substancialmente ou freando a velocidade de ejeção dos sólidos. O fluido usado é normalmente água, no entanto, também é possível passar pela etapa de clarificação separada. Como os bicos pulverizam apenas brevemente quando o segundo pistão é ativado, a rediluição das algas concentradas pode ser mitigada.
Vista em seção transversal de um separador da GEA mostrando o padrão de caudal de líquido, incluindo o sistema de descarga.
Redução de perdas de produtos de 95 para 2% com uma nova funcionalidade
Em 2018, a OP Bio Factory no Japão, que pesquisa e desenvolve produtos naturais a partir de recursos marinhos para uso em potenciais drogas e substâncias funcionais, começou a usar o novo freio hidráulico da GEA. Com um sistema de ejeção convencional, 95% das células de algas do cliente estavam sendo destruídas durante a descarga. Com a nova funcionalidade de assistência, suas perdas de células de algas foram reduzidas para apenas 2%, representando uma grande melhoria em custos e eficiência. Desse modo, agora a OP Bio Factory pode processar com sucesso até as células de algas mais sensíveis com centrífugas.
Parceria para atender à crescente demanda global por produtos de algas
Para start-ups e empresas do setor de algas, o financiamento é fundamental para passar da fase de laboratório para a fase piloto. Os investidores geralmente querem alguma evidência que demonstre que uma determinada tecnologia funciona em pequena escala ou pode ser ampliada para produzir várias toneladas de biomassa de algas ou galões de óleo de algas antes de alocarem os fundos. Os fatores-chave para aumentar com sucesso a produção e o processamento de algas são a redução do consumo de energia e dos custos operacionais.
Desde 2015, a GEA vem dando suporte a uma start-up francesa de biotecnologia, começando com ensaios de separação no local. Trabalhando em conjunto, a GEA ajudou o cliente a desenvolver um processo de colheita de algas personalizado que produz microalgas para biomassa de alta qualidade em escala industrial para uso em nutrição animal, alimentos e cosméticos. O separador de bico Viscon® da GEA, por exemplo, está sendo usado na separação heterotrófica de microalgas, que tem como resultado um concentrado homogêneo de algas com o máximo de matéria seca usando uma máquina totalmente compatível com CIP para alta eficiência de separação.
A empresa holandesa Duplaco também está aproveitando o know-how de separação da GEA para processar microalgas do tipo Chlorella, cultivadas por fermentação heterotrófica, que podem ser usadas na produção de alimentos saudáveis, como smoothies, hambúrgueres ou massas de algas, em suplementos alimentares ou ração animal. As soluções da GEA ajudam a assegurar que os suplementos alimentares e o pó de algas da Duplaco sejam de alta qualidade e de máxima consistência, minimizando os custos de energia do fabricante e o impacto ambiental da produção.
Ser capaz de fazer parceria com clientes desde o início é fundamental quando se trata de desenvolver processos de colheita de algas, principalmente devido às demandas para reduzir os custos de produção e aqueles por unidade”.- Alexander Piek, Gerente de Aplicações - Separação, Algas, GEA Renováveis
- Alexander Piek, Gerente de Aplicações - Separação, Algas, GEA Renováveis
O foco crescente no refinamento das algas para apoiar a produção sustentável de alimentos atraiu a GEA e vários parceiros da comunidade científica e empresarial da UE para formar o projeto Sustainable Algae Biorefinery for Agriculture and Aquaculture (Biorrefinaria de Algas Sustentável para Agricultura e Aquicultura) (SABANA) em 2016. Através de uma iniciativa do Horizon 2020, financiada pela UE, a equipe desenvolveu uma biorrefinaria integrada em larga escala baseada em microalgas para a produção de alimentos e aditivos alimentares, incluindo bioestimulantes, biofertilizantes e biopesticidas, demonstrando a viabilidade técnica, ambiental e social da fabricação de valiosos bioprodutos a partir de algas usando apenas água marinha e efluentes como fonte de nutrientes.*
Na vertente dos biopesticidas, a equipe está crescendo, testando e processando cepas de algas que possuam agentes antimicrobianos que combatam vários patógenos vegetais. Para processar a biomassa sensível, a GEA forneceu experiência e equipamentos, incluindo centrífugas para colher e concentrar as microalgas; homogeneizadores para rompimento celular e um secador por pulverização para secagem de biomassa, para que os agentes ativos possam ser testados e cujos resultados estarão disponíveis no final de 2021.
Os fotobiorreatores tubulares produzem microalgas na planta de demonstração de P&D do SABANA, no centro de pesquisa IFAPA, Almería, Espanha. Cortesia: SABANA
A GEA tem a ferramenta certa para a tarefa
Para o processo de concentração, a GEA oferece vários separadores e decantadores, cada um com vantagens individuais e de acordo com o tipo de algas e as condições de cultivo. A escolha de um separador também depende dos volumes que serão manuseados, da viscosidade do produto, do teor de sólidos, do valor de pH no caldo de fermentação e da estrutura celular. Para maior concentração e dessecação da biomassa ou classificação de microalgas, um decantador da GEA deve ser o próximo passo no processamento.
Quando se trata de processar microalgas vermelhas e verdes, os homogeneizadores da GEA são ideais, pois fornecem a matéria-prima da mais alta qualidade necessária para suplementos alimentares e vitamínicos, bem como biomateriais ou bioplásticos. Essa tecnologia garante componentes confiáveis e duradouros que atendem aos requisitos e produtos assépticos que são totalmente compatíveis com todos os regulamentos. A homogeneização é um processo mecânico que quebra a parede celular externa com até 1500 bar para liberar o fluido intracelular. Ela oferece vantagens em termos de confiabilidade e recuperação dos custos totais de propriedade, considerando:
- É um processo rápido e contínuo
- Os resultados obtidos em laboratório são 100% reproduzíveis em escala industrial
- A pressão pode variar para encontrar o grau certo de ruptura celular
- Não há chance de contaminação do produto por outras substâncias
Enquanto as centrífugas podem remover a maior parte da água liberada pelas suspensões de algas, algumas aplicações requerem algas em pó, o que exige a secagem por pulverização. O pó de algas secas é uma proteína de alta qualidade e pode ser usado, por exemplo, como aditivo na alimentação animal.
*Este projeto recebeu financiamento do programa de Inovação e Pesquisa Horizon 2020 da União Europeia sob o Contrato de Subvenção Nº 727874.
