Éster metílico de ácido graso (biodiésel) útil para motor de combustión a partir de lechos de microalgas marinas de origen natural cultivadas en estanques salinos abiertos con la adición valiosa de otros productos.

Un proceso para la producción de un éster metílico de ácido graso (EMAG) útil para motor de combustión para su uso como biodiésel,

el proceso comprende las etapas de:

(i) recoger lechos de microalgas marinas de origen natural seleccionadas entre el grupo que consiste en Microspora sp. y Cladophora sp. y Chlorella variabilis cultivada y obtener la biomasa de algas;

(ii) secar al sol la biomasa hasta un nivel de humedad residual del 5-10 %;

(iii) pretratar la biomasa de la etapa (ii) mediante un chorro de vapor o un choque osmótico para romper la pared celular;

(iv) extraer los lípidos de la biomasa de algas de la etapa (iii) utilizando hexano como disolventes u opcionalmente con diésel, donde el combustible es para usarse en forma de mezcla para obtener un aceite bruto;

(v) eliminar el hexano mediante arrastre con aire y tratar el aceite bruto resultante con tierra de greda o tratar opcionalmente el extracto de la etapa (ii) directamente con tierra de greda para eliminar los fosfolípidos,

pigmentos y otras impurezas;

(vi) filtrar para eliminar los sólidos en suspensión y tratar el extracto oleoso de la etapa (v) adicionalmente para reducir el contenido de ácidos grasos libres (AGL), si se requiere para obtener aceite refinado;

(vii) acometer la transesterificación catalizada por álcali del aceite refinado de la etapa (vi), separar los EMAG y purificarlos adicionalmente para obtener EMAG útiles para un motor de combustión.

Éster metílico de ácido graso (biodiésel) útil para motor de combustión a partir de lechos de microalgas marinas de origen natural cultivadas en estanques salinos abiertos con la adición valiosa de otros productos 5

Campo de la invención

La presente invención se refiere al uso de lechos de microalgas que contienen lípidos de origen natural recogidas en la costa occidental de la India para la producción de éster metílico de ácido graso (EMAG) y demostrar la adecuabilidad de este último para el funcionamiento de un vehículo normal. La invención se refiere también a la obtención de biomasa de microalgas que contienen lípidos fácilmente aprovechables (obtenida de Chlorella variabilis con nº de acceso PTA-12198) en estanques salinos solares y su conversión adicional en EMAG que es muy útil para un motor de combustión.

Antecedentes de la invención

Se puede hacer referencia al artículo de Daemon Fairless, Biofuel: The little shrub that could-may be. Nature (2007) 449, 652-655 y al de Laurent Lardon et al, Life-Cycle Assessment of Biodiesel Production from Microalgae, Environmental Science & Technology (2009) 43:17, 6475-6481, en los que se destaca el complejo problema del alimento en comparación con el combustible y se enfatiza la necesidad de fuentes de biomasa que no interfieran con la producción de alimento.

Se puede hacer referencia también a D.H. Lee, Algal biodiesel economy and competition among biofuels, Bioresource Technology (2011) 102, 43-49, a la escasez de campos cultivables y a la necesidad de localizaciones alternativas para generar biomasa útil para la producción de combustible, en el que los cultivos de microalgas no requieren grandes superficies de tierras cultivables. Además, los sitios de cultivo pueden estar tanto en zonas desérticas como en aguas costeras poco profundas.

Se puede hacer referencia a Ghosh et al, patente de los EE.UU. 7666234, en la que se describe la utilidad de tierras marginales para la producción de biodiésel útil para motores de combustión. La biomasa en cuestión es de origen terrestre.

Se puede hacer referencia al artículo titulado "Biodiesel production by simultaneous extraction and conversion of total lipids from microalgae, cyanobacteria, and wild mixed-cultures" (B. D. Wahlen et al. Bioresource Technol., 2011, 102, 2724-2730) .

Se puede hacer referencia a los artículos de Doan et al, Screening of marine microalgae for biodiesel feedstock, Biomass and Bioenergy (2011) 35:7; 2534-2544 y a Matsunaga et al. Characterization of marine microalga, Scenedesmus sp. strain JPCC GA0024 toward biofuel production. Biotechnology Letters (2009) 31: 1367-1372, en los que se notifica que especies de microalgas marinas contienen lípidos que podrían servir como fuente de biodiésel.

Se puede hacer referencia a la patente de los EE.UU. 7977076; Nasrin Moazami et al. Biomass and lipid productivities of marine microalgae isolated from the Persian Gulf and the Qeshm Island.

Se puede hacer referencia al artículo de Brennan et al, Biofuels from microalgae: A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Renewable and Sustainable Energy Reviews (2010) 14: 557-577, que indica que las microalgas se cultivan normalmente para productos de alto valor y volumen bajo que requieren un área de tierra limitada o donde se puede obtener la biomasa bajo techo dentro de fotobiorreactores.

Se puede hacer referencia a los artículos de Hankamer et al, Photosynthetic biomass and H2 production by green algae: from bioengineering to bioreactor scale-up Physiologia Plantarum (2007) 131: 10-21 y Wang et al, C02 biomitigation using microalgae. Applied Microbiology and Biotechnology (2008) 79: 5; 707-718; en la que se enfatiza 55 la importancia de la producción fotosintética de biomasa de microalgas para la producción de biocombustible.

Se puede hacer referencia al artículo de Douskova et al, Simultaneous flue gas bioremediation and reduction of microalgal biomass production costs, Applied Microbiology & Biotechnology (2009) , 82:179-185 donde, se reivindica que se puede aumentar la productividad de biomasa de microalgas mediante el uso de gas de combustión como una fuente rica en CO2.

Se puede hacer referencia a cualquiera de numerosos artículos del tipo de Griffiths et al Lipid productivity as a key characteristic for choosing algal species for biodiesel production. Journal of Applied Phycology 2009, 21:493-507 y al informe preparado por Sustainable Energy Ireland de Tom Bruton et al. A Review of the Potential of Marine Algae as 65 a Source of Biofuel in Ireland (2009) que hace mención de la importancia de las microalgas marinas como fuente de biodiésel pero que no describe cuando o como dicho cultivo ocupará una escala relevante en una producción de

biocombuistible a gran escala.

Se puede hacer referencia a una revisión de Pittman et al The potential of sustainable algal biofuel production using wastewater resources, Bioresource Technology (2011) 102, 17-25. Sin embargo, no se hace mención en el anterior 5 a su utilidad para la producción de biodiésel, a pesar de que ni se determinó ni se usó Microspora sp. para la obtención de lípidos en el cultivo mixto de residuos agrícolas.

Se puede hacer referencia al trabajo de Syed Zahir Shah & Habib-ur-Rehman Khattak (Some Green Algae from Paddy Fields of Mathra (distrito de Peshawar) , Syed Zahir Shah & Habib-ur-Rehman Khattak, Department of Botany, Islamia College, Peshawar) que describe la presencia de Microspora sp. cerca del río Sind como parte de un estudio de biodiversidad. No se hace mención en el anterior a ninguna utilidad de la biomasa.

Se puede hacer referencia al artículo titulado Cell division and wall structure in Microspora (Picketts-Heaps.Cell division and wall structure in Microspora (Picketts-Heaps. New Phytologist, (1973) 72, 347-355) donde se describe la citología de Microspora sp. Se indica en el anterior que dicha alga puede producirse en la forma de un lecho. Se indica además que las algas pueden contener o no lípidos. No se hace referencia a ningún intento de utilizar dichos lechos para la preparación de un biodiésel.

Se puede hacer referencia al artículo de Mata et al, Microalgae for biodiesel production and other applications: A

review. Renewable and Sustainable Energy Reviews (2010) 14: 217-232; este enumera las diversas especies de microalgas marinas que contienen lípidos y, en este sentido, de potencial interés como fuente de biodiésel.

Se puede hacer referencia también al artículo de Greenwell et al, Placing Microalgae on the Biofuels Priority List: A Review of the Technological Challenges. Journal of the Royal Society Interface (2010) , 7: 703-726 que dice, que microalgas diferentes crecen a diferentes velocidades y aunque algunas tengan un elevado contenido en aceites serán poco prácticas para su uso debido a motivos diferentes tales como una velocidad de crecimiento lenta, dificultad de cosecha de la biomasa, etc.

Se puede hacer referencia al documento US2009/0298159 A1 en el que se proporciona un método para producir biodiésel a partir de bioalgas utilizando las fases de crecimiento en dos etapas, autótrofa y heterótrofa, de Chlorella variabilis para la producción de biodiésel, que incluye una secuencia de procedimientos: cultivar algas fotoautótrofas, concentrar las células y a continuación transferirlas a un fermentador para el cultivo heterótrofo. Se añade carbono orgánico durante la etapa de cultivo heterótrofo. Es evidente que el proceso se lleva a cabo en sistemas cerrados y requiere la concentración de las células, que necesita un consumo alto de energía. Además, no se mencionan las características del biodiésel ni ningún análisis llevado a cabo en vehículos.

Se puede hacer referencia al sitio www.treehugger.com/chevron-backs-solazyme-to-develop-algal-biodieseltechnology.html para el artículo titulado "Chevron Backs Solazyme to Develop Algal Biodiesel Technology" de fecha 2 de febrero de 2008, en el que Solazyme produce biodiésel a partir de fuentes de azúcar mediante fermentación en la oscuridad.

Será evidente a partir de la técnica anterior que no se ha descrito un proceso económico para la producción de ésteres metílicos de ácidos grasos a partir de dicha biomasa cultivada o cosechada obtenida de lechos de microalgas de origen natural. La presente invención parece que supera todas estas limitaciones básicas y da lugar a 45 un novedoso proceso simplificado y con un coste económico para producir un éster metílico de ácido graso a partir de lechos de microalgas junto con subproductos de valor añadido procedentes de corrientes de subproductos residuales.... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción de un éster metílico de ácido graso (EMAG) útil para motor de combustión para su uso como biodiésel, el proceso comprende las etapas de: 5

(i) recoger lechos de microalgas marinas de origen natural seleccionadas entre el grupo que consiste en Microspora sp. y Cladophora sp. y Chlorella variabilis cultivada y obtener la biomasa de algas;

(ii) secar al sol la biomasa hasta un nivel de humedad residual del 5-10 %;

(iii) pretratar la biomasa de la etapa (ii) mediante un chorro de vapor o un choque osmótico para romper la pared celular;

(iv) extraer los lípidos de la biomasa de algas de la etapa (iii) utilizando hexano como disolventes u opcionalmente con diésel, donde el combustible es para usarse en forma de mezcla para obtener un aceite bruto;

(v) eliminar el hexano mediante arrastre con aire y tratar el aceite bruto resultante con tierra de greda o tratar

opcionalmente el extracto de la etapa (ii) directamente con tierra de greda para eliminar los fosfolípidos, 15 pigmentos y otras impurezas;

(vi) filtrar para eliminar los sólidos en suspensión y tratar el extracto oleoso de la etapa (v) adicionalmente para reducir el contenido de ácidos grasos libres (AGL) , si se requiere para obtener aceite refinado;

(vii) acometer la transesterificación catalizada por álcali del aceite refinado de la etapa (vi) , separar los EMAG y purificarlos adicionalmente para obtener EMAG útiles para un motor de combustión.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 donde el lípido se extrae de un lecho de microalgas marinas que comprende Microspora sp. (Número de acceso de la ATCC PTA-12197) mediante la extracción con hexano, teniendo el lípido la composición analizada mediante GC-MS: 0, 6 % de ácido graso 14:0, 9, 4 % de ácido graso 16:0, 0, 7 % de ácido graso 16:1, 3, 7 % de ácido graso 18:0, 33, 2 % de ácido graso 18:1, 50, 4 % de ácido graso 18:2, 0, 7 % de ácido graso 20:0, 1, 3 % de ácido graso 22:0.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 donde el lípido se extrae de las microalgas marinas Chlorella variabilis (Número de acceso de la ATCC PTA 12198) , mediante la extracción con hexano, teniendo el lípido la composición analizada mediante GC-MS: 0, 4 % de ácido graso 14:0, 12, 1 % de ácido graso 16:0, 1, 0 % de ácido graso 16:1, 1, 0 % de ácido graso 16:2, 4, 2 % de ácido graso 18:0, 29, 4 % de ácido graso 18:1, 45, 7 % de ácido graso 18:2, 4, 8 % de ácido graso 18:3, 1, 4 % de ácido graso 22:0.

4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 donde el lípido se extrae del lecho de microalgas marinas que comprende Chlorella sp (Número de acceso de la ATCC PTA 12199) mediante la extracción con hexano, teniendo el

lípido la composición analizada mediante GC-MS: 0, 9 % de ácido graso 14:0, 0, 4 % de ácido graso 15:0, 21, 5 % de ácido graso 16:0, 1 % de ácido graso 16:1, 2, 9 % de ácido graso 18:0, 21, 2 % de ácido graso 18:1, 22, 3 % de ácido graso 18:2, 0, 5 % de ácido graso 20:0, 16, 3 % de ácido graso 20:1, 0, 4 % de ácido graso 22:0, 11, 4 % de ácido graso 22:1, 0, 7 % de ácido graso 24:0, 0, 6 % de ácido graso 24:1.

5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 2, donde la fracción lipídica obtenida de Microspora sp. se refina y transesterifica para obtener un EMAG que tiene una composición analizada mediante GC-MS que comprende 9, 92 % de ácido graso 16:0, 2, 44 % de ácido graso 18:0, 28, 27 % de ácido graso 18:1, 59, 37 % de ácido graso 18:2, y 5-30 ppm de antioxidante BHT; opcionalmente en el que, el EMAG es un líquido de color amarillo transparente que tiene una densidad de 0, 872 g/ml, viscosidad 4, 5 cSt (a 40 º C) , 0, 1014 % de glicerol total y 0, 0086 % de glicerol libre 45 y el valor calorífico medido con el ensayo calorimétrico normalizado es de 9879 kcal/kg.

6. El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 5-6 donde dicho EMAG se usa en un vehículo diésel normal sin modificar como una mezcla B20 en un estado de carga completa y cumpliendo los requisitos de emisiones.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 3, donde la fracción lipídica obtenida de Chlorella variabilis (Número de acceso de la ATCC PTA 12198) se refina y transesterifica para obtener un EMAG que tiene una composición analizada mediante GC-MS que comprende 6, 9 % de ácido graso 16:0, 3, 1 % de ácido graso 18:0; 32, 6 % de ácido graso 18:1, y 57, 3 % de ácido graso 18:2, y 5-30 ppm de antioxidante BHT; opcionalmente en el que, el mencionado EMAG es un líquido de color amarillo mostaza transparente que tiene una densidad a 25 º C y 40 º C de 0, 8704 y

0, 8591 g/cm3, respectivamente; viscosidad a 40 º C, 4, 8 cSt; glicerina total, 0, 15 %; glicerina libre, 0, 02 %; CFPP, contenido de humedad, 0, 029 %; -5 º C; fósforo, 5, 1 ppm; estabilidad a la oxidación, 0, 43 años (25 º C) y 0, 12 años (40 º C) y el valor calorífico medido mediante el ensayo calorimétrico normalizado es de 9843 kcal/kg.

8. El proceso reivindicado en las reivindicaciones 8-9 donde dicho EMAG se usa en un vehículo diésel normal sin modificar como biodiésel B100 en condiciones de carga completa y cumpliendo los requisitos de emisiones.

9. El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1-2, 5-7 y 11 y donde el rendimiento lipídico con la extracción con hexanos de los lechos de Microspora sp. está en el intervalo del 5, 22-16, 32 %.

10. El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1, 3, 8-10 y 12-13 donde el rendimiento lipídico con la extracción de hexanos de los lechos de Chlorella variabilis (Nº de acceso de la ATCC PTA 12198) cultivada está en el intervalo 14

del 11, 11-11, 21 %.

11. El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1, 3, 8-10, 12-13 y 15 donde la velocidad de crecimiento y el rendimiento lipídico de Chlorella variabilis se ven afectados por la adición de 3-6 kg de bicarbonato de sodio, 1-2 kg 5 de nitrato de sodio y 0, 01-0, 02 kg de sulfato ferroso por 1000 l de medio de cultivo de agua de mar.

12. El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1, 3, 8-10, 12-13 y 15-16 donde se añade opcionalmente glicerol bruto procedente de las corrientes de subproductos del proceso EMAG para aumentar la productividad de la biomasa en u.

5. 200 %.

13. El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1-18, donde la biomasa residual tras la extracción del lípido mediante el disolvente se utiliza en la producción de biofertilizantes, suministro de agua, fuente de carotenoides y fuente de energía.

14. El proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1-18, donde las corrientes de subproductos de glicerol bruto se utilizan para la productividad de algas mediante crecimiento mixotrófico y/o para la producción de biopolímeros biodegradables.