PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL.

Un procedimiento para la producción de etanol, comprendiendo dicho procedimiento:

a) hacer pasar un material de alimentación biomásico hacia una primera etapa de fermentación en la que se somete a fermentación anaerobia a un pH por debajo de 6, 0 y a una temperatura en el intervalo de 20 a 70º C para convertir la biomasa en una solución que comprende ácido acético como el producto predominante y un residuo de material de alimentación gasificable sólido, b) hacer pasar el material de alimentación gasificable sólido hacia una etapa de gasificación en la que se somete a gasificación para producir una mezcla gaseosa que comprende monóxido de carbono e hidrógeno, y c) hacer pasar la solución que comprende ácido acético procedente de la etapa (a) y la mezcla gaseosa procedente de la etapa (b) hacia una o más etapas de fermentación adicionales en las que se someten a fermentación para producir etanol.

Procedimiento para la producción de etanol.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de etanol que comprende tanto la gasificación como la fermentación de materiales de alimentación adecuados.

Se sabe desde hace muchos años que las bacterias provocan la fermentación o digestión anaerobia de biomasa que da como resultado diversos gases que pueden utilizarse. Ya a finales del siglo 19 los productos de digestión anaerobia se usaban para generar gas metano para el uso en la iluminación de las calles. Más recientemente, la fermentación anaerobia se ha considerado tanto un medio para reducir la cantidad de materia orgánica que se envía al vertedero como un método alternativo para la producción de productos químicos útiles, tales como alcoholes.

Por ejemplo, US 5.753.474 describe un procedimiento continuo de fermentación anaerobia en dos fases para producir butanol usando dos cepas diferentes de bacterias.

También se conocen procedimientos de fermentación anaerobia para la producción de alcoholes a partir de materiales de alimentación biomásicos a través de la gasificación del material de alimentación para producir monóxido de carbono e hidrógeno, seguido por la fermentación hasta alcoholes C2+ usando bacterias anaerobias. Ejemplos de procedimientos de fermentación de monóxido de carbono adecuados pueden encontrarse, por ejemplo, en US 2003/0211585 y US 2007/0275447, y también se describen en informes del DOE bajo el Número de Contrato del DOE DEAC22-92PC92118, tales como "Bench-scale Demonstration of Biological Production of Ethanol from Coal Synthesis Gas", Topical Report 5, noviembre de 1995.

Se conoce un número de bacterias que pueden producir etanol a partir de los óxidos de carbono e hidrógeno en tal procedimiento, y la selectividad hacia etanol puede controlarse tanto mediante selección de las bacterias como mediante el control de las condiciones de reacción, generalmente para mantener el funcionamiento de las bacterias y para favorecer la producción de etanol sobre productos competitivos, tales como ácido acético. Ejemplos específicos de bacterias y procedimientos pueden encontrarse en US 2003/0211585 y US 2007/0275447.

Se ha encontrado ahora que puede producirse ventajosamente etanol a partir de materiales de alimentación biomásicos a través de un procedimiento en el que se aplican a la biomasa inicial tanto una etapa de gasificación como una primera etapa de fermentación, con al menos una etapa de fermentación adicional aplicada a los productos procedentes de la gasificación y la primera etapa de fermentación para producir etanol.

Así, en un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para la producción de etanol, comprendiendo dicho procedimiento:

a) hacer pasar un material de alimentación biomásico hacia una primera etapa de fermentación en la que se somete a fermentación anaerobia a un pH por debajo de 6, 0 y a una temperatura en el intervalo de 20 a 70º C para convertir la biomasa en una solución que comprende ácido acético como el producto predominante y un residuo de material de alimentación gasificable sólido, b) hacer pasar el material de alimentación gasificable sólido hacia una etapa de gasificación en la que se somete a gasificación para producir una mezcla gaseosa que comprende monóxido de carbono e hidrógeno, y c) hacer pasar la solución que comprende ácido acético procedente de la etapa (a) y la mezcla gaseosa procedente de la etapa (b) hacia una o más etapas de fermentación adicionales en las que se someten a fermentación para producir etanol.

La presente invención proporciona un número de ventajas sobre los procedimientos conocidos para la producción de etanol a partir de biomasa a través de gasificación, especialmente según se describe en US 2003/0211585 y US 2007/0275447.

En particular, los procedimientos para la producción de etanol a partir de biomasa a través de gasificación, tales como los descritos en US 2003/0211585, tienden a ser productores de CO2 netos. Esta producción de CO2 puede originarse realmente a partir de cualquier etapa del procedimiento. Así, la propia etapa de gasificación produce generalmente CO2 así como CO y H2. Sin embargo, además, aunque las rutas de fermentación hasta alcoholes superiores (etanol y alcoholes más pesados) a partir de monóxido de carbono, en teoría, pueden utilizar CO2 como un reaccionante para la producción de los alcoholes superiores, en la práctica la reacción de fermentación también tiende a ser un productor neto de dióxido de carbono.

En particular, las bacterias usadas para la fermentación pueden producir alcoholes de acuerdo con cualquiera de las 2 reacciones siguientes:

(1) 6CO + 3H2O - C2H5OH + 4CO2

(2) 2CO2 + 6H2 - C2H5OH + 3H2O

Sin embargo, la conversión de CO es típicamente 70-90% por paso, mientras que la conversión de H2 es típicamente menor que la conversión de CO -por lo tanto, la fermentación también es un productor neto de CO2, tendiendo el procedimiento global de gasificación y fermentación del gas de síntesis a producir varios moles de CO2 por cada mol de etanol producido. En contraste, la fermentación de material de alimentación biomásico bajo una condición para convertir la biomasa (o al menos parte de la porción fermentable de la misma) en un producto que comprende ácido acético (la primera etapa de fermentación de la presente invención) , que a continuación se convierte en etanol, es un uso mucho más eficaz del contenido de carbono del material de alimentación biomásico que la gasificación.

En un procedimiento de fermentación "convencional" a través de ácido acético, la reacción neta que se produce puede considerarse como:

(3) C6H12O6 => 2C2H5OH + 2CO2.

Aunque esta reacción también genera CO2, la cantidad producida es de solo un CO2 por cada etanol.

Por lo tanto, es ventajoso hacer pasar tanta biomasa fermentable como sea posible hacia tal procedimiento en lugar de hacia la gasificación, ya que esto da como resultado una reducción del dióxido de carbono producido.

Sin embargo, la etapa de gasificación en el procedimiento de la presente invención todavía es importante ya que muchos materiales de alimentación (o componentes de materiales de alimentación potenciales) no pueden fermentarse, pero son gasificables. Ejemplos de tales materiales de alimentación son materiales de alimentación no biomásicos, tales como plásticos, y materiales de alimentación biomásicos no biodegradables, tales como ligninas.

Preferiblemente, el material de alimentación biomásico que se hace pasar hacia la primera etapa de fermentación y el material de alimentación gasificable que se hace pasar hacia una etapa de gasificación derivan de una sola alimentación de desecho mixta que comprende componentes tanto fermentables como gasificables.

En particular, el uso tanto de una primera etapa de fermentación como de una etapa de gasificación en el procedimiento de la presente invención es particularmente ventajoso ya que es posible utilizar eficazmente una alimentación de desecho mixta que comprende componentes tanto fermentables como gasificables (pero no fermentables) , mientras que minimiza el impacto ambiental en comparación con el uso de la gasificación de tales materiales de alimentación solos. Tomando un ejemplo general, una alimentación de desecho mixta, después de la separación para retirar materiales reciclables tales como vidrio, puede tratarse para separar un primer material de alimentación que comprende componentes fermentables para el uso como el material de alimentación biomásico para la primera etapa de fermentación de la presente invención y un segundo material de alimentación que comprende componentes gasificables para el uso como el material de alimentación gasificable para la etapa de gasificación de la presente invención.

El material de alimentación gasificable para la etapa de gasificación de la presente invención comprende componentes residuales, por ejemplo componentes no fermentables, procedentes de la primera etapa de fermentación, es decir, un material de alimentación biomásico se somete a la primera etapa de fermentación para producir una solución que comprende ácido acético y un residuo sólido, sólidos que se hacen pasar como el material de alimentación gasificable para la etapa de gasificación de la presente invención.

Así, en comparación con los procedimientos de US 2003/0211585... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la producción de etanol, comprendiendo dicho procedimiento:

a) hacer pasar un material de alimentación biomásico hacia una primera etapa de fermentación en la que se somete a fermentación anaerobia a un pH por debajo de 6, 0 y a una temperatura en el intervalo de 20 a 70º C para convertir la biomasa en una solución que comprende ácido acético como el producto predominante y un residuo de material de alimentación gasificable sólido, b) hacer pasar el material de alimentación gasificable sólido hacia una etapa de gasificación en la que se somete a gasificación para producir una mezcla gaseosa que comprende monóxido de carbono e hidrógeno, y c) hacer pasar la solución que comprende ácido acético procedente de la etapa (a) y la mezcla gaseosa procedente de la etapa (b) hacia una o más etapas de fermentación adicionales en las que se someten a fermentación para producir etanol.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se usa una mezcla de cepas bacterianas en la primera etapa de fermentación.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el material de alimentación biomásico para la etapa (a) no se pasteuriza o esteriliza para retirar bacterias del mismo.

4. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el pH en la primera etapa de fermentación se mantiene en el intervalo de 3 a 5, 5 y la temperatura en la primera etapa de fermentación está en el intervalo de 40 a 60º C.

5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la solución que comprende ácido acético procedente de la etapa (a) comprende de 1 a 5% en peso de solución de ácido acético.

6. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa (c) comprende:

c) hacer pasar tanto la solución que comprende ácido acético procedente de la etapa (a) como la mezcla gaseosa procedente de la etapa (b) hacia una segunda etapa de fermentación, en la que se someten a fermentación en presencia de una bacteria acetogénica anaerobia para producir etanol.

7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que una coalimentación que comprende metano o hulla se alimenta a la etapa de gasificación de la etapa (b) .

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que se alimenta a la etapa de gasificación de la etapa

(b) "gas de vertedero", que es una mezcla predominantemente de metano, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno obtenida en una zona de vertido.

9. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa (c) se realiza usando una bacteria acetogénica anaerobia seleccionada de Clostridium ljungdahlii y Clostridium carboxidivorans.

10. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente etanólica de productos procedente de la etapa (c) comprende etanol a una concentración de etanol en solución de 1 a 5% en peso.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la corriente etanólica de productos procedente de la etapa (c) se purifica hast.

9. 95% en peso de etanol mediante destilación, seguido por una etapa de secado para dar > 99% en peso de producto.