Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética.

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética producida por la luz solar o artificial mediante el uso de cultivos de fitoplancton

Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética producida por la luz solar y artificial mediante el uso de cultivos de fitoplancton.

La invención se adscribe al sector técnico del aprovechamiento de las energías renovables mediante la acción de organismos fitoplanctónicos pertenecientes normalmente a las siguientes familias taxonómicas: Cloroficeas, Bacilliarioficeas, Dinoficeas, Criptoficeas, Crisoficeas, Haptoficeas, Prasinoficeas, Rafidoficeas... en general las familias taxonómicas que agrupan especies de la división cromofita caracterizadas todas ellas por ser organismos unicelulares, flagelados o no, y con una fase vital estrictamente planctónica (holoplanctónica) o al menos una de sus fases planctónica (meroplanctónicas).

Particularmente mediante el presente procedimiento se consiguen obtener biocombustibles, productos secundarios tales como naftas, queroseno ...

Estado de la técnica

Hasta la fecha, la obtención de biocombustibles se viene practicando a partir de cultivos de vegetales superiores, normalmente del grupo de las fanerógamas o plantas con flor (girasol, palmera, palmito,..), y normalmente sobre superficie terrestre (vegetales terrestres).

La obligación por parte de las zonas económicas de cumplir con los objetivos impuestos por el protocolo de Kyoto sobre reducción de las emisiones de CO₂/SO₂ y otros gases que producen el denominado efecto invernadero está llevando a los países a buscar combustibles alternativos y renovables para evitar posibles sanciones fiscales.

Aunque en algunas regiones está aumentando la producción de energía solar y eólica, estas tecnologías resultan muy costosas y no son viables en todas las zonas climáticas. En estas condiciones, los biocarburantes están llamados a desempeñar un papel fundamental como sustitutos de los combustibles fósiles, especialmente para aplicaciones de transporte y calefacción.

Los costes de producción de biocarburantes a partir de plantas, como los aceites de palma y de colza, han sido siempre motivo de preocupación. Teniendo en cuenta los bajos índices de producción de aceite por hectárea, se necesitarían enormes cantidades de recursos para que se pudiera alcanzar una producción comercial. La tierra y el agua son dos recursos escasos y es preferible emplearlos para producir alimentos, que además resultan más rentables para los agricultores. Además el abonado intensivo se presenta como una forma de contaminación terrestre e hídrica de primera magnitud. Así mismo los monocultivos extensivos son uno de los principales enemigos de la biodiversidad.

El fitoplancton representa una solución viable al problema anteriormente enunciado puesto que en torno al 50% de la masa en seco de los organismos unicelulares en general es susceptible de ser transformada en biocombustible. Por otra parte, la producción anual por hectárea de biocombustible a partir de fitoplancton es 40 veces más alta que con el siguiente producto más rentable, el aceite de palma. Un inconveniente es que la producción de aceite de fitoplancton requiere cubrir vastas extensiones de tierra con agua poco profunda, así como la introducción de grandes cantidades de CO₂, un elemento fundamental para que el fitoplancton produzca aceite. Los sistemas de producción algológica en abierto tienen un coste relativamente bajo, pero el proceso de recogida resulta muy laborioso y, por ello, costoso. Por otra parte, los cultivos de fitoplancton se llevan a cabo en sistemas abiertos, lo cual hace que sean vulnerables a la contaminación y a problemas de los cultivos, los cuales pueden llevar a la pérdida total de la producción. En este mismo sentido una ventaja del procedimiento descrito en la presente invención es que el sistema se mantiene cerrado y en condiciones tales que no se produce contaminación en el cultivo por bacterias, hongos... porque además de estar cerrado, el cultivo es enriquecido mediante nutrientes, y para que sea axénico se incorporan fungicidas y antibióticos.

Muchas patentes muestran procedimientos de obtención de biocombustibles mediante plantas como es el caso de la patente ES2192978 "Proceso de elaboración de un biocombustible para motores Diésel procedente de ésteres metílicos de aceite de Brassica carinata sin ácido erúcico" o la patente ES2201894 "Procedimiento para producir combustibles biodiésel con propiedades mejoradas a baja temperatura", o la patente ES2207415 "Biocombustible versátil utilizable en cualquier tipo de motor de combustión interna o quemador convencional" o la patente ES2245270 "Procedimiento para la obtención de combustible para motores de ciclo diésel a partir de aceites vegetales usados". Sin embargo ninguna de estas patentes describe un procedimiento tan novedoso como el que se describe en la presente invención puesto que frente al resto de los sistemas descritos en el estado de la técnica, este se realiza en sistemas cerrados y por lo tanto con un control absoluto de las condiciones de reacción. No se realiza mediante sistemas convencionales que utilizan plantas y vegetales tales como la soja, la colza, la mostaza, el aceite de palma... que si bien es cierto logran poder obtenerse a partir de ellos biocombustibles, estos se generan en una cantidad infinitamente menor que mediante el fitoplancton que son uno de los objetos de la presente invención.

La solicitud de patente WO 03/094598 A1 con título "Photobioreactor and process for biomass production and mitigation of pollutants in flue gases" describe un modelo de fotobiorreactor genérico principalmente centrado en la descontaminación de gases tipo COx, SOx y NOx. Básicamente es un sistema que trabaja en discontinuo (distinguiendo fotoperíodo día/noche) y es abierto, no siendo su medio líquido axénico. No controla las concentraciones de nitrógeno y dióxido de carbono, con la finalidad de aumentar la producción de biocombustibles. No está pensado para trabajar con cepas algales monoespecíficas ni monoclonales. Su diseño no contempla como principal objetivo la producción de biocombustibles, sino que se centra en la depuración de gases. Por otra parte respecto de los organismos fotosintéticos a los que hace referencia no exige condiciones que inhabiliten el sistema.

En comparación con la presente invención objeto de patente, se presenta un sistema totalmente novedoso, que se basa por contrapartida en las siguientes características:

Por otra parte, hasta el momento, no hay ningún procedimiento de este tipo, mediante el cual se puedan obtener además de biodiésel, libre de cualquier tipo de contaminación, otros productos secundarios, pero no por ello menos importantes como son los querosenos, naftas, fertilizantes, glicerina, energía eléctrica la cual parte de ella servirá para suministrar la energía necesaria al sistema, energía calorífica que servirá como fuente para desarrollar procesos de desalinización de agua del mar...

Otra ventaja del procedimiento descrito en la presente invención es que se realiza de manera continua, de tal manera que se asegura la productividad de biomasa por el fitoplancton durante las 24 horas del día frente...

1. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética que comprende las siguientes etapas:

a. cultivo de fitoplacton en fotoconvertidores (1);

b. exposición del fitoplacton a la energía electromagnética (2);

c. inyección de nutrientes (3);

d. realización de fotosíntesis por el fitoplancton (4);

e. producción de biomasa por el fitoplancton;

f. separación del agua del fitoplancton (5);

g. separación y/o extracción (6) de los lípidos (7) e hidratos de carbono (8) de la biomasa obtenida del fitoplancton;

h. transesterificación (9) de los lípidos obtenidos en la etapa g);

i. separación de la glicerina (11) de los ésteres (13) a través de un separador (10);

j. filtrar a través de un percolador (12) para obtener ésteres que actúan como un biocombustible (13);

k. catálisis (14) de los hidratos de carbono (8) obtenidos en la etapa g); y

l. separación de los productos con alto valor energético (15), polímeros y gases procedentes de la catálisis de la etapa k.

caracterizado porque:

2. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa f), la separación del agua del fitoplancton (5) se lleva a cabo mediante centrifugación, floculación, concentración y/o evaporación.

3. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa i), la separación de los ésteres (13) de la glicerina (11) se lleva a cabo mediante gradientes de densidad.

4. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa b), la energía electromagnética (2) procede de la luz solar y de la luz eléctrica artificial.

5. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque los antibióticos son del grupo formado por la una mezcla de penicilina/estreptomicina.

6. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 5, caracterizado porque los antibióticos están en un rango de concentración cada uno de ellos de 100 a 300 mg/l.

7. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 5, caracterizado porque los antibióticos están en un rango de concentración cada uno de ellos de 150 a 250 mg/l.

8. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 5, caracterizado porque los antibióticos están a una concentración cada uno de ellos de 200 mg/l.

9. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque los fungicidas son del grupo formado por la una mezcla de griseofulvira/nistatina.

10. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 9, caracterizado porque los fungicidas están en un rango de concentración cada uno de ellos de 100 a 300 mg/l.

11. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 9, caracterizado porque los fungicidas están en un rango de concentración cada uno de ellos de 150 a 250 mg/l.

12. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 9, caracterizado porque los fungicidas están a una concentración cada uno de ellos de 200 mg/l.

13. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque el agua es de tipo dulce, salobre y/o salada.

14. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque la energía electromagnética (2) está en un rango de longitudes de onda del espectro que va desde 430 a 690 nanómetros.

15. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa obtenida en la etapa e) esta formada por lípidos (7), hidratos de carbono (8), pigmentos, silicatos y productos derivados del metabolismo secundario del fitoplancton cultivado.

16. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque la separación de los lípidos (7) e hidratos de carbono (8) de la etapa g), se realiza mediante hexano y/o dispersión molecular.

17. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa h), la transesterificación (9) se lleva a cabo mediante el uso de etanol y metanol procedentes de un reactor de tipo Fischer Tropsch (20).

18. Procedimiento de obtención de compuestos energéticos mediante energía electromagnética según la reivindicación anterior, caracterizado porque el reactor de tipo Fischer Tropsch (20) es alimentado mediante gas de síntesis (19), vapor de agua y calor procedentes de un gasificador por pirólisis (17) o desechos procedentes de vertederos (16) pasando previamente por un intercambiador de calor (18).