Procedimiento integrado para la producción de bioaceite a partir de microorganismos.

Procedimiento integrado para la producción de bioaceite a partir de microorganismos,

que comprende el cultivo de microorganismos heterótrofos y fotótrofos para la producción de bioaceite destinado a biocarburantes, en el que la suspensión de algas global producida, en primer lugar, es espesada, por recirculación del agua en exceso en los recipientes de cultivo, y posteriormente es tratada térmicamente a alta temperatura. Tras el enfriamiento, se recupera una fase de bioaceite y una suspensión rica en hidratos de carbono y proteínas solubles que constituye la fuente nutricional/energética para los microorganismos heterótrofos.

Procedimiento integrado para la producción de bioaceite a partir de microorganismos.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento integrado para la producción de bioaceite a partir de microorganismos, individuales o en un consorcio.

Más en particular, la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de bioaceite, para biocombustibles, a partir de biomasas de origen microbiano obtenidas integrando un cultivo de microalgas fotótrofas con un cultivo de microorganismos heterótrofos. Las biomasas también pueden obtenerse mediante unos esquemas de cultivo que incluyen el uso colaborativo de diversas formas microbianas, de tipo autótrofo o fotótrofo, para sintetizar la biomasa con el uso de CO2 y luz solar, y del tipo heterótrofo, que crece en ausencia de luz, usando hidratos de carbono como fuente de energía/nutrición para producir la biomasa.

Incluso más específicamente, la presente invención se refiere a una integración de procedimientos basada en un procedimiento para el cultivo de microalgas, fotótrofas y heterótrofas, apto para usarse en la producción de biomasas, preferentemente en un consorcio con microorganismos, usando CO2, procedente de plantas de combustión genéricas y/o plantas de descarbonización de corrientes gaseosas, y agua genérica, tanto dulce como salada, además de nutrimentos basados en fósforo, nitrógeno y oligoelementos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Se conocen estudios del crecimiento de microalgas, véase, por ejemplo, W.J. Oswald, “Journal of Applied Phycology” 15, 99-106, 2003. Además, se conoce la existencia de diferentes especies de microalgas que pueden crecer en entornos de alta salinidad, por ejemplo superior a la del mar. Los cultivos de microalgas usan generalmente agua dulce o salada, a la cual se le han añadido nutrientes y sales minerales y, cuando es necesario, vitaminas, y se realizan en biorreactores y/o estanques de gran tamaño, por ejemplo, de 5 a 100 m de longitud y de 1 a 100 m de ancho, con una profundidad comprendida entre 0, 2 y 2 m, posiblemente con irradiación solar. Asimismo, puede alimentarse a los estanques junto con agua dióxido de carbono, almacenado, en forma líquida o gaseosa, en estanques específicos o recuperado a partir de gases de escape de procesamiento industrial, por ejemplo, a partir de centrales eléctricas de metano/carbón, plantas de descarbonización de gas natural u otros gases combustibles (por ejemplo, hidrógeno) posiblemente diluidos con aire. Con el fin de tener la máxima disponibilidad de CO2 para las microalgas, se burbujea la fase gaseosa a través de la masa líquida usando conductos perforados sumergidos en el estanque de crecimiento.

El cultivo de microalgas requiere pocos componentes esenciales que comprenden, además de una fuente de energía/nutricional, constituido por luz y CO2 y/o hidratos de carbono y proteínas, también, tal como se mencionó anteriormente, sales y sustancias basadas en nitrógeno, fósforo y oligoelementos.

La biomasa obtenida a partir de microalgas, cultivadas de tal modo que se maximiza su contenido en lípidos, extraída adecuadamente, puede usarse como material de partida para bioaceite que va a alimentarse a plantas industriales para la producción de biocombustibles. El bioaceite producido a partir de microalgas ofrece, por tanto, la ventaja de no estar en competencia con cosechas para uso nutricional.

Tanto las microalgas fotótrofas como heterótrofas, solas o en un consorcio con otros microorganismos, pueden crecer tanto en agua fresca como en agua que presenta una elevada salinidad, por ejemplo, agua salobre, con una concentración de sales incluso superior a 5 g/l. En ecosistemas naturales, las microalgas coexisten con frecuencia con otros microorganismos (otras algas y bacterias, por ejemplo) con los que desarrollan interacciones que aumentan la estabilidad y supervivencia del consorcio.

El término “microalgas”, tal como se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones, se refiere, también cuando no se especifica, a microorganismos vegetales y procariotas fotótrofos solos o en consorcio de microorganismos, naturales o cultivados específicamente, que contienen las mismas microalgas.

La producción de bioaceite a partir de microalgas es ventajosa con respecto al cultivo a partir de cosechas agrícolas, ya que permite una mayor producción de aceite por hectárea de superficie al año. Las microalgas que pueden usarse para la producción de bioaceite pueden ser de tipo fotótrofo que usa luz solar y CO2 como fuente de energía,

o de tipo heterótrofo que usa una fuente de carbono, tal como hidratos de carbono y/o proteínas, en ausencia de luz.

Un inconveniente de las microalgas fotótrofas es que crecen con una densidad reducida. A medida que la suspensión acuosa se vuelve más opaca y, por tanto, menos transparente a la luz, con un aumento en la concentración de la masa de algas, de hecho, el crecimiento disminuye hasta que se detiene por encima de una determinada concentración. La necesidad de favorecer la penetración de luz también limita la profundidad máxima de los estanques a algunas decenas de centímetros.

La baja concentración de la masa de algas, por litro de suspensión acuosa, y la baja profundidad de los estanques, supone el uso de grandes volúmenes de agua y superficies relativamente extensas y, por tanto, elevados costes y consumos de energía para la separación y extracción del bioaceite o, alternativamente, rendimientos de producción relativamente bajos para proporcionar el bioaceite.

Las microalgas heterótrofas, también en consorcio con otros microorganismos, no usan luz para la producción de la biomasa de algas y, por consiguiente, su concentración en el medio acuoso no experimenta el límite de penetración de la luz en el medio de crecimiento. Por otro lado, dado que crecen en la oscuridad, requieren una fuente de energía y carbono alternativa a la luz y CO2. Esta fuente se basa en hidratos de carbono y posiblemente en proteínas, no siempre fácilmente disponibles a costes competitivos.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, el solicitante ha hallado un procedimiento para la producción de bioaceite a partir de masas de algas, destinado a ser utilizado para la producción de biocombustibles, que puede combinar las ventajas de la producción de microorganismos tanto fotótrofos como heterótrofos, superando los inconvenientes relativos. La presente invención se basa en el principio según el cual las microalgas fotótrofas producen una biomasa de algas, usando luz y dióxido de carbono, a partir de la cual puede separarse bioaceite junto con una suspensión acuosa constituida por polisacáridos y agregados de proteínas. Para la extracción del bioaceite, la biomasa se somete convenientemente a un tratamiento hidrotérmico que fomenta la separación de la fase de aceite y la transformación de los polisacáridos y agregados de proteínas en hidratos de carbono y proteínas simples, que pueden usarse más fácilmente para alimentar y hacer crecer la biomasa a partir de microalgas heterótrofas, que también son productoras de bioaceite.

Dado que las microalgas heterótrofas pueden alcanzar concentraciones muy altas en el agua de crecimiento, con la presente invención, es posible producir bioaceite a partir de microalgas usando una cantidad global muy inferior de agua a la cual se usaría con el cultivo de microalgas fotótrofas solas. Una segunda ventaja de la presente invención es que requiere una superficie de cultivo inferior con respecto al uso de microalgas fotótrofas solas con la misma producción de bioaceite.

Un objetivo de la presente invención se refiere, por tanto, a un procedimiento integrado para la producción de bioaceite a partir de microorganismos, tanto fotótrofos como heterótrofos, que comprende:

a. hacer crecer por lo menos una microalga fotótrofa, posiblemente en consorcio con otros microorganismos, en estanques/recipientes específicos que contienen agua y nutrientes y un dispositivo apto para distribuir dióxido de carbono en forma de microburbujas en la masa de agua;

b. hacer crecer por lo menos una microalga heterótrofa, posiblemente en consorcio con otros microorganismos, en estanques/recipientes específicos que contienen agua y nutrientes en presencia de hidratos de carbono y/o proteínas transportadas por una suspensión procedente de un tratamiento hidrotérmico de una biomasa;

c. recuperar la biomasa desarrollada (al final del crecimiento) , obtenida a partir de cultivos fotótrofos y heterótrofos, con su agua de crecimiento, y someter la suspensión global obtenida de este modo a espesamiento, hasta por lo menos el 5%...

1. Procedimiento integrado para la producción de bioaceite a partir de microorganismos, tanto fotótrofos como heterótrofos, caracterizado porque comprende:

a. hacer crecer por lo menos una microalga fotótrofa, en estanques/recipientes apropiados que contienen agua y nutrientes y un dispositivo adaptado para distribuir dióxido de carbono en la masa de agua;

b. hacer crecer por lo menos una microalga heterótrofa, posiblemente en consorcio con otros microorganismos, en estanques/recipientes apropiados que contienen agua y nutrientes en presencia de hidratos de carbono y/o proteínas transportadas por una suspensión procedente de un tratamiento hidrotérmico de una biomasa;

c. recuperar la biomasa desarrollada, tanto fotótrofa como heterótrofa, con su agua de crecimiento, y someter la suspensión global obtenida de este modo a espesamiento, por lo menos hasta el 5% en peso, en una sección apropiada;

d. someter a tratamiento térmico, a una temperatura en el intervalo comprendido entre 80 y 350ºC y una presión en el intervalo comprendido entre 0, 1 y 25 MPa, a la suspensión espesada durante un periodo de tiempo superior o equivalente a 1 minuto;

e. recuperar, tras enfriar la suspensión espesada tratada térmicamente, una fracción de aceite adaptada para transformarse en biocombustible; y

f. suministrar la suspensión acuosa resultante, rica en hidratos de carbono y proteínas, asimilable por las microalgas heterótrofas, a la fase (b) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el agua de crecimiento de las microalgas fotótrofas y heterótrofas es agua dulce o agua salada, de origen natural o artificial.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el agua de crecimiento es agua salobre con concentración de sales en el intervalo comprendido entre 5 y 350 g/l.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el agua de crecimiento es agua de mar o agua salobre asociada con los pozos para producir gas natural/petróleo.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la suspensión de algas se espesa hasta valores en el intervalo comprendido entre el 5 y el 30% en peso, preferentemente en el intervalo comprendido entre el 18 y el 25% en peso.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agua en exceso procedente de la sección de espesamiento se recircula a los estanques/recipientes de las microalgas fotótrofas y heterótrofas.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tratamiento térmico se realiza a una temperatura en el intervalo comprendido entre 150 y 330ºC, a una presión en el intervalo comprendido entre 0, 5 y 18 MPa y durante periodos de tiempo en el intervalo comprendido entre 0, 5 y 2 horas.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la energía térmica

requerida para el tratamiento térmico se deriva de energía solar y/o de “estanque solar”.