Membrana de agua biomimética que comprende acuaporinas usadas en la producción de energía de sanilidad.

Planta de energía que utiliza energía de salinidad, comprendiendo dicha planta:



- por lo menos un primer y por lo menos un segundo depósito de agua, que están separados por una membrana biomimética que comprende canales de acuaporina funcionales;

y - por lo menos unos medios para la extracción de energía a partir de una diferencia de presión hidrostática entre los por lo menos dos depósitos.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2006/000520.

Solicitante: Aquaporin A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Ole Maalöes Vej 3 2200 Copenhagen DINAMARCA.

Inventor/es: JENSEN,PETER,HOLME.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D61/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › Procedimiento de separación que utilizan membranas semipermeables, p. ej. diálisis, ósmosis o ultrafiltración; Aparatos, accesorios u operaciones auxiliares, especialmente adaptados para ello (separación de gases o vapores por difusión B01D 53/22).
  • B01D69/02 B01D […] › B01D 69/00 Membranas semipermeables destinadas a los procedimientos o a los aparatos de separación, caracterizadas por su forma, por su estructura o por sus propiedades; Procedimientos especialmente adaptados para su fabricación. › caracterizadas por sus propiedades.
  • B01D69/14 B01D 69/00 […] › Membranas dinámicas.
  • F03G7/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03G MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS; DISPOSITIVOS O MECANISMOS QUE PRODUCEN UNA POTENCIA MECANICA, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR O QUE UTILIZAN UNA FUENTE DE ENERGIA NO PREVISTA EN OTRO LUGAR (disposiciones relativas a la alimentación de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza en los vehículos B60K 16/00; propulsión eléctrica de los vehículos por fuente de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza B60L 8/00). › Mecanismos que producen una potencia mecánica no previstos en otra parte o que utilizan una fuente de energía no prevista en otra parte.

PDF original: ES-2377234_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Membrana de agua biomimética que comprende acuaporinas usadas en la producción de energía de sanilidad Campo de la invención La presente invención se refiere a una planta de energía que utiliza energía de salinidad y comprende una membrana de agua biomimética que comprende canales de acuaporina funcionales o tetrámeros de canales de acuaporina, adecuados para el transporte de agua desde un lado de la membrana hacia el otro lado, impulsada por un gradiente de presión osmótica. La ósmosis de presión retardada se utilizará en la producción de energía de salinidad.

Por ello se utilizan los principios de la naturaleza para producir energía pura e inocua para el medio ambiente.

Antecedentes de la invención Cuando el agua que contiene sal se diluye en agua dulce, se puede extraer un potencial extenso de energía. La energía de salinidad es energía estable que no depende del clima o del viento. Es renovable y no genera ningún efecto ambiental grave conocido.

El principio de la energía de salinidad se llama ósmosis de presión retardada (PRO) , y se refiere a la utilización de la energía que puede ser liberada cuando agua salada se mezcla con agua dulce. Esto sucede mediante la realización de cada cámara en un recipiente distinto de una membrana. La membrana tolera el flujo a través del agua dulce, pero no de agua salada, ver la figura 1. El agua dulce fluirá a través del otro lado, y la energía de este flujo puede ser aprovechada mediante el uso de una turbina. La necesidad natural de dilución de la sal es tan grande que corresponde a 27 bares, es decir, cinco a seis veces la presión en un grifo de agua o de una caída de 260 metros de agua dulce. Esta energía es la llamada presión osmótica entre agua dulce y agua salada.

La energía de salinidad es una de las mayores fuentes de energía renovable que aún no ha sido explotada. El potencial explotable en todo el mundo se estima en 2.000 TWh al año. Un desarrollo tecnológico todavía considerable es necesario para aprovechar al máximo este recurso. Por lo tanto, el coste potencial de la energía de esta fuente es aún mayor que la energía hidroeléctrica más tradicional, pero es comparable a otras formas de energía renovable que ya se producen en plantas a gran escala.

Para la producción de energía de salinidad, la capacidad de ensuciarse y de flujo de las membranas son críticas, y hoy la membrana de agua que separa las dos cámaras, con agua de mar en un lado y agua dulce en el otro lado, respectivamente, es la etapa limitativa en la explotación del potencial en la producción de energía de salinidad.

Desde el descubrimiento las proteínas de transporte de agua de acuaporina se distinguen por su capacidad de transporte de forma selectiva de moléculas de H2O a través de las membranas biológicas ha habido un cierto interés en la elaboración de una membrana artificial de agua que incorpore estas proteínas, ver la solicitud de patente publicada US 2004/0049230 "Membranas biomiméticas" que tiene como objetivo describir cómo las proteínas de transporte de agua forman parte de una membrana para permitir la purificación del agua. La forma preferida descrita tiene la forma de un disco de filtro convencional. Para la fabricación de este disco, una monocapa de 5 nm de espesor de copolímero de tres bloques sintéticos y proteína se deposita en la superficie de un disco de ultrafiltración comercial de 25 mm usando un canal de Langmuir-Blodgett. La monocapa sobre el disco está reticulada usando luz UV en el polímero para aumentar su durabilidad.

Se ha sugerido que una tecnología de purificación de agua se puede crear mediante la expresión de la proteína de acuaporina en vesículas bicapa lipídica y repartir estas membranas en soportes porosos, ver James R. Swartz, página de inicio:

http://chemeng.stanford.edu/01About the Department/03Faculty/Swarty/swartz.html Además, el cesionario presente ha presentado previamente una solicitud de patente internacional donde las acuaporinas están comprendidas en una construcción en sándwich que tiene por lo menos dos capas de soporte permeables separadas por al menos una bicapa lipídica que comprende canales de agua de acuaporina funcionales o que tiene una bicapa lipídica que rodea una capa de soporte hidrofóbica perforada, ver la solicitud de patente internacional Nº PCT/DK2006/000278, que reivindica las prioridades de las solicitudes de patente danesas Nº PA 2005 00740 y la solicitud de patente provisional US 60/683, 466. El canal de agua que comprende las membranas descritas en el documento PCT/DK2006/000278 se incorpora aquí por referencia y son consideradas las membranas de agua más prometedoras para su uso en la presente invención y, por lo tanto, todas las descripciones en el documento PCT/DK2006/000278 en relación con las membranas de agua y su preparación se considera como una realización importante de la presente invención.

Todas las solicitudes anteriormente descritas de utilización de acuaporinas en membranas artificiales se han dirigido a la producción de agua purificada. La presente invención amplía el ámbito de utilización de los canales de transporte de agua de la naturaleza, acuaporinas, en el campo de soluciones energéticas sostenibles. La presente invención tiene como objetivo utilizar membranas biomiméticas funcionales que comprenden canales de acuaporina para producir energía de salinidad, utilizando la ósmosis a presión retardada.

Descripción de la invención La presente invención se refiere en un aspecto a una planta de energía que utiliza energía de salinidad y que comprende una membrana biomimética que comprende acuaporinas, y en otro aspecto, la presente invención se refiere al procedimiento para la producción de energía/potencia de salinidad utilizando una membrana.

La membrana de agua biomimética que comprende proteínas de transporte de agua de acuaporina que se puede producir usando múltiples procedimientos diferentes.

La presente invención también se refiere al uso de cualquier membrana de agua biomimética que comprende acuaporinas en la producción de energía de salinidad.

Las ventajas de la presente invención incluyen el uso de sistemas propios de la naturaleza para el transporte y la elevación de agua en la cima de los árboles. Las acuaporinas son moléculas diseñadas por la naturaleza para el transporte de agua usando presión osmótica como fuerza motriz - Esto es explotado en la presente invención para producir energía inserte para el medio ambiente.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un dibujo que describe los principios detrás de la presión de ósmosis retardada. Dos cámaras se llenan con agua de mar y agua dulce, respectivamente y separadas por una membrana permeable al agua. El gradiente de presión osmótica produce un flujo de agua dulce en la cámara de agua de mar creando una presión, que puede ser utilizada para producir energía.

La figura 2 es un dibujo que describe el diseño de una membrana biomimética que comprende acuaporinas. La figura muestra los diferentes componentes de la membrana según una realización de la presente invención que tiene bicapas lipídicas soportadas o copolímeros en bloque con moléculas de acuaporina incorporadas en un ejemplo de estructura en sándwich de una membrana de agua según la invención.

La figura 3 es un dibujo que describe el diseño de una membrana biomimética que comprende acuaporinas.

La figura muestra los diferentes componentes de la membrana según otra realización de la presente invención que tiene bicapas lipídicas de soporte o copolímeros en bloque con moléculas de acuaporina incorporadas intercaladas en torno a una película hecha de un polímero poroso, sólido, químicamente inerte de tetrafluoroetileno, por ejemplo, un película porosa de Teflon™.

La figura 4 ilustra los distintos miembros del grupo de acuaporina y acuagliceroporina de proteínas.

La figura 5 es un ejemplo de un sistema PRO. Muestra una planta PRO en la que agua dulce y agua de mar se introduce en filtros de agua separados, antes de que las corrientes pasen entre sí a cada lado de una membrana semipermeable, en este caso las membranas de agua biomiméticas funcionales que comprende canales de acuaporina. Una porción de la mezcla de permeado y agua salada con presión elevada se pasa a una turbina para la producción de energía eléctrica. El balance de la corriente permeada se pasa a un intercambiador de presión en el que el agua de mar de entrada se presuriza... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Planta de energía que utiliza energía de salinidad, comprendiendo dicha planta:

- por lo menos un primer y por lo menos un segundo depósito de agua, que están separados por una membrana biomimética que comprende canales de acuaporina funcionales; y

- por lo menos unos medios para la extracción de energía a partir de una diferencia de presión hidrostática entre los por lo menos dos depósitos.

2. Planta de energía según la reivindicación 1, en la que los medios para extraer energía son una turbina.

3. Planta de energía según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que incluye entradas separadas de agua al por lo menos un primer y al menos un segundo depósito de agua, y la que la entrada al por lo menos un primer depósito proporciona agua con una mayor concentración de cloruro de sodio que la entrada al por lo menos un segundo depósito de agua.

4. Planta de energía según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que las acuaporinas están incorporadas en una membrana bicapa lipídica, o en una membrana de copolímero en bloque, o en una membrana lipídica que consiste en múltiples bicapas de vesículas de lípidos depositados fundidos.

5. Planta de energía según la reivindicación 4, en la que la membrana bicapa lipídica o la membrana de copolímero en bloque está intercalada alrededor de una película de membrana con propiedades de superficie hidrofóbica que comprende múltiples orificios en el rango de nm, μm o mm.

6. Planta de energía según la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en la que el copolímero en bloque es una mezcla de dos o más copolímeros en bloque.

7. Planta de energía según la reivindicación 6, en la que el copolímero en bloque es un copolímero de tres bloques.

8. Planta de energía según la reivindicación 7, en la que el copolímero de tres bloques es un copolímero de tres bloques anfifílicos con grupos terminales polimerizables.

9. Planta de energía según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que las acuaporinas son de origen vegetal, tales como una acuaporina TIP, PIP, o NIP y sus mezclas e híbridos.

10. Planta de energía según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en la que la al menos una bicapa lipídica consiste esencialmente en lípidos anfifílicos seleccionados del grupo que consiste en fosfolípidos o fosfoglicéridos, esfingolípidos, cardiolipina, y sus mezclas.

11. Procedimiento para la producción de energía/potencia de salinidad, que comprende

1) llevar una primera solución acuosa en al menos un primer recipiente y 2) llevar una segunda solución acuosa en al menos un segundo recipiente, teniendo dicha primera solución acuosa una mayor concentración de cloruro de sodio que dicha segunda solución acuosa, y en el que dicho al menos primer y dicho al menos segundo recipientes están separados entre sí por una pared permeable al agua que comprende una membrana biomimética que comprende canales de acuaporina de agua, mediante la cual el agua se mueve desde dicho al menos un segundo recipiente a dicho al menos primer recipiente para crear una presión hidrostática positiva en el al menos un primer recipiente respecto a dicho al menos segundo recipiente, y 3) utilizar dicha presión hidrostática como fuente de energía.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la utilización en la etapa 3 se lleva a cabo llevando agua desde el al menos un primer recipiente a través de una turbina o un dispositivo equivalente.

13. Uso de una membrana biomimética que comprende canales de acuaporina de agua en ósmosis de presión retardada para la producción de energía de salinidad.

14. Uso según la reivindicación 13, en el que las acuaporinas están incorporadas en una membrana bicapa lipídica,

o en una membrana de copolímero en bloque, o en una membrana lipídica que consiste en múltiples bicapas de vesículas de lípidos depositados fundidos.

15. Uso según la reivindicación 14, en el que la membrana bicapa lipídica o la membrana de copolímero en bloque comprende una película de membrana con propiedades de superficie hidrofóbica que comprende múltiples orificios en el rango de nm, μm o mm.

16. Uso según la reivindicación 14 o la reivindicación 15, en el que el copolímero en bloque es una mezcla de dos o más copolímeros en bloque.

17. Uso según la reivindicación 16, en el que el copolímero en bloque es un copolímero de tres bloques.

18. Uso según la reivindicación 17, en el que el copolímero de tres bloques es un copolímero de tres bloques anfifílico con grupos de extremo polimerizables.

19. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, en el que la acuaporina es de origen vegetal, tal como una acuaporina TIP, PIP, o NIP y sus mezclas e híbridos.

20. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 19, en el que la al menos una bicapa lipídica consiste esencialmente en lípidos anfifílicos seleccionados del grupo que consiste en fosfolípidos o fosfoglicéridos, esfingolípidos, cardiolipina, y sus mezclas.

 

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