PROCEDIMIENTO PARA LA GENERACIÓN BIOLÓGICA DE METANO.

Procedimiento para la generación biológica de metano (CH4), en el que el procedimiento presenta las etapas:

- generación de hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) a partir de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) mediante algas verdes bajo la incidencia de luz (hidrogénesis), - separación de los productos intermedios gaseosos hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) del medio de algas mediante una membrana (3), - separación del oxígeno (O2) generado del hidrógeno (H2) generado, - generación de metano (CH4) a partir del hidrógeno (H2) generado y dióxido de carbono (CO2) mediante bacterias metanogénicas (metanogénesis), - separación y dado el caso licuefacción del metano (CH4) generado

La presente invención se refiere a un procedimiento para la generación biológica de metano.

El metano es un portador de energía importante, así como una sustancia de partida representativa para la industria química. El metano se produce casi en su totalidad a partir de gas natural del cual es su constituyente principal. Para este fin se explotan yacimientos fósiles en los que la mayoría de las veces están presentes juntos gas natural y petróleo. Tales yacimientos se encuentran, por ejemplo, en Rusia o también bajo el fondo marino, por ejemplo, en el mar del Norte.

Sin embargo, la disponibilidad de tales yacimientos fósiles de gas natural es limitada. Además, puede producirse una dependencia económica de países productores de gas natural. Adicionalmente, el metano está presente en el gas natural, además de una pluralidad de otros componentes, y debe separarse de los componentes secundarios mediante costosos procedimientos para obtener metano puro.

Sin embargo, el problema principal en el uso de metano a partir de yacimientos fósiles es, por una parte, el fuerte potencial de efecto invernadero que presenta el metano. En la extracción y el transporte del metano de procedencia fósil se produce sin falta una pérdida considerable del gas agotado, esta proporción alcanza la atmósfera como gas de efecto invernadero.

Por otra parte, el uso (es decir, la combustión) de metano fósil intensifica el efecto invernadero de manera que más dióxido de carbono alcanza la atmósfera y puede actuar correspondientemente de gas de efecto invernadero.

Además, se conoce obtener gases que contienen metano a partir de biomasa (el llamado procedimiento de biogás). Así, por el documento DE 10 2004 035 997 A1 se conoce una planta de biogás para proporcionar gases que contienen metano. Sin embargo, la generación de biogás tiene la desventaja de que sólo se obtiene metano muy impuro que está contaminado con dióxido de carbono, vapor de agua, amoniaco, sulfuro de hidrógeno y otros constituyentes. Además, no está disponible suficiente biomasa para poder sustituir a la larga los yacimientos fósiles.

Finalmente se sabe que sobre los fondos marinos se encuentran varios billones de toneladas de metano en forma de hidrato de metano. Sin embargo, la extracción de estos yacimientos no ha sido comercialmente posible hasta ahora y sólo parece ser realizable con costes considerables.

Por tanto, el objetivo de la presente invención se basa en especificar un procedimiento respetuoso con el medioambiente y rentable para la generación de metano que omita el uso de yacimientos fósiles.

De acuerdo con la invención, el objetivo anterior se alcanza con las características de la reivindicación 1. Después, el procedimiento de acuerdo con la invención para la generación biológica de metano presenta las siguientes etapas:

- generación de hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) a partir de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) mediante algas verdes bajo la incidencia de luz (hidrogénesis),

- separación de los productos intermedios gaseosos hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) del medio de algas mediante una membrana (3),

- separación del oxígeno (O2) generado del hidrógeno (H2) generado,

- generación de metano (CH4) a partir del hidrógeno (H2) generado y dióxido de carbono (CO2) mediante bacterias metanogénicas (metanogénesis),

- separación y dado el caso licuefacción del metano (CH4) generado.

Configuraciones ventajosas del procedimiento de acuerdo con la invención pueden extraerse de las reivindicaciones subordinadas.

De acuerdo con la invención se ha apreciado que la síntesis de metano puede dividirse en dos etapas, pudiendo tener lugar en ambas etapas respectivamente una biorreacción medioambientalmente neutra.

Así, inicialmente se genera hidrógeno y oxígeno mediante la utilización de algas verdes a partir de dióxido de carbono y agua.

El dióxido de carbono utilizado puede obtenerse de la atmósfera circundante, por ejemplo, mediante un procedimiento de licuefacción del aire con posterior formación de hielo seco. De esta manera se reduce la proporción del dióxido de carbono activo para el efecto invernadero en la atmósfera. Además, puede usarse dióxido de carbono de procesos industriales o de combustión, por lo que se reduce directamente la carga de dióxido de carbono de la atmósfera.

El oxígeno generado en la primera etapa por las algas verdes se separa y puede introducirse a otros usos. Queda el hidrógeno generado en la primera etapa.

En la forma de acuerdo con la invención, ahora se genera metano en una segunda etapa a partir del hidrógeno generado y más dióxido de carbono mediante la utilización de bacterias metanogénicas adecuadas. A este respecto se consume más dióxido de carbono.

Finalmente, el metano generado puede separarse de los productos de partida restantes hidrógeno y dióxido de carbono y dado el caso licuarse.

Mediante el consumo de dióxido de carbono durante la obtención de metano de acuerdo con la invención se proporciona en conjunto un procedimiento neutro en dióxido de carbono. Esto significa que el metano generado en una reacción térmica no produce dióxido de carbono adicional que daña en el efecto invernadero, ya que la cantidad de dióxido de carbono correspondiente ya se ha extraído de la atmósfera en la preparación. Como portador de energía puede usarse a este respecto luz del sol, lo que mejora adicionalmente el balance de energía del procedimiento. Por tanto, el procedimiento propuesto puede llegar a ser una alternativa a las fuentes de energía respetuosas con el medioambiente la energía eólica y la energía solar.

Por lo tanto, se proporciona un procedimiento respetuoso con el medioambiente y rentable para la obtención de metano que omite el uso de yacimientos fósiles.

En una primera forma de realización de la invención, las algas usadas para la generación de hidrógeno se proporcionan en una disolución acuosa. A esta disolución se introducen dado el caso periódica o continuamente sustancias nutritivas adecuadas. De esta manera, a las algas usadas se les proporciona un entorno óptimo y se hace posible operar el procedimiento de acuerdo con la invención sin interrupciones no deseadas.

Las algas verdes usadas para la generación de hidrógeno pueden presentar especialmente Chlamydomonas reinhardtii. Estas algas son especialmente adecuadas para la preparación de hidrógeno y están óptimamente en armonía con las otras etapas del procedimiento de acuerdo con la invención.

En una variante del procedimiento, las algas usadas para la generación de hidrógeno se separan de la fuente de luz, especialmente de la luz del sol, mediante un disco esencialmente transparente. De esta manera, las algas usadas pueden aprovechar la luz del sol como portador de energía sin tener que exponerse directamente al entorno.

En una forma preferida, a este respecto se usa un disco que en la cara alejada de la luz presenta un efecto autolimpiante (efecto Lotus). Este efecto puede proporcionarse, por ejemplo, mediante un recubrimiento de silano. El uso de un disco tal garantiza que sobre la cara interna del disco no crecerán algas ni se depositará suciedad que pudiera evitar la penetración de la luz sobre la cara interna del disco.

Además, de acuerdo con la invención se ha apreciado que el oxígeno interfiere intracelularmente con la etapa de hidrogénesis. Por tanto, se propone un procedimiento en el que el oxígeno intracelular se une al menos parcialmente, preferiblemente ya durante la etapa de hidrogénesis. De esta manera se evita que el oxígeno se enriquezca en las células de las algas usadas y así se inhiba la producción de hidrógeno.

Además, el presente inventor ha apreciado que, además de un contenido de oxígeno intracelular demasiado alto, una irradiación de luz demasiado alta (superior a aproximadamente 2000 W/m2) también conduce a la formación de radicales de oxígeno y de esta manera también se inhibe la hidrogénesis. Para compensar este efecto, el contenido de oxígeno intracelular puede reducirse con el procedimiento propuesto para compensar este efecto no deseado. A este respecto se destacará que la expresión “oxígeno intracelular” también comprende, también a continuación, radicales de oxígeno intracelularmente presentes que también inhiben la hidrogénesis.

El oxígeno... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la generación biológica de metano (CH4), en el que el procedimiento presenta las etapas:

- generación de hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) a partir de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) mediante algas verdes bajo la incidencia de luz (hidrogénesis),

- separación de los productos intermedios gaseosos hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) del medio de algas mediante una membrana (3),

- separación del oxígeno (O2) generado del hidrógeno (H2) generado,

- generación de metano (CH4) a partir del hidrógeno (H2) generado y dióxido de carbono (CO2) mediante bacterias metanogénicas (metanogénesis),

- separación y dado el caso licuefacción del metano (CH4) generado.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las algas usadas para la generación de hidrógeno (H2) se separan de la fuente de luz, especialmente de la luz del sol, por un disco (6) esencialmente transparente.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque se usa un disco (6) que en la cara alejada de la luz presenta un efecto autolimpiante (efecto Lotus) que se proporciona por un recubrimiento de silano.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el oxígeno (O2) intracelular se une en las algas, en el que el oxígeno (O2) intracelular se une mediante la adición de al menos un aglutinante, en el que el o los aglutinantes se regeneran después de la captación de oxígeno (O2).

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el

oxígeno (O2) intracelular se une bioquímicamente, en el que como aglutinante se añade mioglobina y/o como aglutinante se añade porforina.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el

oxígeno (O2) intracelular se une químicamente, en el que como aglutinante se añade hidrazina y/o una sal de hidrazina, y/o como aglutinante se añade un terpeno.

7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque para

la separación de los productos intermedios gaseosos hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) del medio de algas se usa una membrana negra (3), y/o una membrana porosa (3) de CLPE (polietileno reticulado, de “cross-linked polyethylene”), y/o porque la membrana (3) se fija por ambas caras en un empaquetamiento hexagonalmente lo más próximo a

esférico, y/o porque se usa una membrana de CLPE (3) con una capa interna de PATBS (ácido terc-butil-sulfónico de poliacrilamida), y/o porque se usa una membrana de varias capas cuyas capas están soldadas entre sí al menos por zonas, y/o porque la presión osmótica del dióxido de carbono (CO2) se eleva en el lado de gas de la membrana (3).

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el hidrógeno (H2) y el oxígeno (O2) en exceso se usan utilizando el calor residual de la etapa de hidrogénesis para la generación de agua (H2O) dulce pura.

9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las bacterias metanogénicas usadas para la generación de metano (CH4) se proporcionan en una disolución acuosa a la que se introducen periódica o continuamente sustancias nutritivas (5') adecuadas, y/o

porque las bacterias metanogénicas usadas para la generación de metano (CH4) presentan una o una mezcla de las especies Methanobacterium thermoautotropicum, Methanobacillus, Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina y Methanothrix, y/o

porque el hidrógeno (H2) y el dióxido de carbono (CO2) se introducen a las bacterias metanogénicas bajo condiciones anaerobias y/o a una temperatura de aproximadamente 60 grados Celsius, y/o porque el oxígeno (O2) intracelular se une en las bacterias metanogénicas.

10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la separación del metano (CH4) del medio de bacterias se realiza mediante una membrana (3'), especialmente una membrana (3') porosa de CLPE (polietileno reticulado, de “cross-linked polyethylene”).

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la membrana (3') se fija por ambas caras en un empaquetamiento hexagonalmente lo más próximo a esférico, y/o porque se usa membrana de CLPE (3') con una capa interna de PATBS (ácido terc-butil-sulfónico de poliacrilamida), y/o porque se usa una membrana de varias capas cuyas capas están soldadas entre sí al menos por zonas, y/o

porque la presión osmótica del dióxido de carbono (CO2) se eleva en el lado de gas de la membrana (3').

12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el dióxido de carbono (CO2) introducido a las algas y/o a las bacterias metanogénicas se obtiene a partir de hielo seco, y/o

porque el dióxido de carbono (CO2) introducido a las algas y/o a las bacterias metanogénicas se proporciona de corrientes gaseosas ricas en dióxido de carbono, y/o porque el dióxido de carbono (CO2) no consumido o sin reaccionar se recupera y se recircula en el proceso.

13. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el material de algas y/o bacterias formado en exceso se extrae periódica o continuamente y se recircula a un proceso de biogás para la obtención adicional de metano.

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se evacúa calor de la etapa de hidrogénesis.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque se transfiere calor entre la etapa de hidrogénesis y la etapa de metanogénesis.