Sistema disruptor para materiales celulósicos secos.

Un proceso para producir micropolvo a partir de biomasa celulósica para la digestión enzimática o la combustión directa que comprende las etapas de:

triturar o cortar la biomasa para producir partículas que tienen una dimensión máxima de aproximadamente 3-5 mm;

procesar la biomasa triturada para reducir el diámetro máximo de las partículas hasta aproximadamente 1 mm o menos;

tratar la biomasa procesada con un molino de discos rotatorios para reducir el tamaño máximo de partícula a menos de 100 micrómetros de diámetro, donde los ejes rotatorios portan discos, cuyos bordes se desplazan en ranuras circulares con forma de V y rompen las partículas comprimiéndolas entre los bordes y las ranuras con forma de V.

Sistema disruptor para materiales celulósicos secos

Antecedentes

Área de la técnica

La solicitud se refiere a un método de reducción de materiales vegetales celulósicos a partículas micrométricas y submicrométricas que son ideales para la hidrólisis enzimática o química dando lugar a azúcares o para combustión directa.

Descripción de la técnica relacionada

Durante las últimas décadas se han repetido las advertencias relacionadas con la escasez. El patrón general ha sido el aumento brusco de los precios de la energía dando como resultado una recesión económica que temporalmente libera presión sobre los suministros energéticos. Al mismo tiempo, se han establecido medidas de conservación de energía sin mucho ímpetu. Esto ha dado como resultado una disminución de los precios de la energía de manera que se ha reanudado el consumo acelerado y el planeamiento energético a largo plazo y las medidas de conservación de energía han caído en el olvido. No obstante, los suministros energéticos son finitos. Las mejores estimaciones son que los suministros de petróleo se agotarán por completo en cuarenta años más o menos. Incluso con el descubrimiento de nuevos campos petrolíferos y una mejor recuperación de los campos actuales, resulta poco probable que esta estimación aumente incluso hasta el doble, ochenta años. De este modo, ante la escasez de mejoras drásticas en cuanto a eficiencia o esfuerzos ingentes de conservación, algunos individuos que actualmente viven verán casi con seguridad el final de un mundo alimentado por petróleo, igual que nuestros ancestros, no muchas generaciones atrás, vieron el final de la tecnología accionada por el caballo. Algunos han depositado sus esperanzas en la energía nuclear. Desafortunadamente, el suministro de combustible nuclear también es limitado, en particular si se consideran los reactores actuales nucleares ineficientes. Además, el problema de los residuos nucleares es tan crítico que nuestra civilización no podría depender de forma segura de la energía nuclear, incluso si el suministro de combustible fuera ilimitado.

El panorama de otros combustibles fósiles populares no es mucho más brillante que el del petróleo. Se estima que los suministros actuales de gas natural se agotarán en aproximadamente sesenta años. Incluso si el tiempo estimado fuera el doble, parecería que la amplia dependencia del gas natural concluiría en no más de cien a ciento veinte años. Quizás, el carbón es el combustible fósil más abundante; se piensa que existe suministro para al menos 2 años. Eso significa que, a menos que se desarrollen tecnologías energéticas alternativas con prontitud, nuestra civilización dependerá por completo del carbón en los próximos cincuenta a cien años. El carbón fue el combustible fósil que se desarrolló de forma más temprana y fue sustituido en gran medida por el petróleo y el gas natural debido a que la combustión de carbón es contaminante y genera grandes volúmenes de ceniza. Sin hacer mención alguna a los terribles costes ambientales de las explotaciones mineras de carbón.

No obstante, no resulta probable una escasez de carbón que requiera el abandono del uso del mismo. Más bien serán las consecuencias ambientales de la liberación continuada de dióxido de carbono de origen fósil a la atmósfera. Este problema, con frecuencia denominado calentamiento global, es el resultado de la combustión de cualquier combustible fósil. Es probable que el petróleo se haya agotado antes de que se aprecie el recrudecimiento global del problema. Cambio climático no es probablemente una buena expresión ya que, aunque las temperaturas globales están aumentando debido al exceso de dióxido de carbono en la atmósfera, el problema real no es el calentamiento como tal sino el cambio climático drástico. El clima de la Tierra está siempre cambiando, unas veces de forma más rápida que otras. Por ejemplo, durante el cambio climático drástico relativamente reciente que tuvo lugar al final de la edad de hielo, el cambio climático fue suficientemente lento para que los organismos vivos pudieran ajustarse al nuevo clima o se re-ubicaran en un clima más aceptable. De este modo, tuvo lugar el retroceso de los glaciares, las temperaturas aumentaron y las especies "árticas" adaptadas al frío se movieron al norte o a lugares más elevados. Existen evidencias de que los cambios climáticos resultantes de la combustión de combustibles fósiles serán demasiado rápidos para permitir la re-ublcaclón de los organismos vivos. El resultado será la pérdida extrema de especies y diversidad biológica global con una tasa de extinción de especies mucho más elevada que la ya elevada tasa de extinción provocada por la dispersión de nuestra civilización.

Hasta el perfeccionamiento completo de algunas nuevas fuentes de energía, parece que la mejor respuesta al enigma energético sería una mayor conservación acoplada con el uso exclusivo de fuentes de energía renovables. La mayoría de la energía de nuestro planeta procede finalmente del sol. Por tanto, la energía solar en forma de electricidad fotovoltaica y calentamiento solar, es Ideal. No obstante, la energía solar no puede satisfacer todas nuestras necesidades. La energía hidroeléctrica y la generada por el viento son otras dos formas de energía de energía renovable de base solar. Ninguna de estas fuentes energéticas tiene como resultado cambios en el dióxido de carbono atmosférico. La energía de la blomasa (es decir, madera y otros materiales vegetales) puede ser el complemente ideal a la energía solar. Esto puede parecer sorprendente debido a que normalmente la energía de biomasa se obtiene a través de la combustión de blomasa, y dicha combustión libera dióxido de carbono a la

atmósfera. No obstante, la biomasa es renovable. Si proliferan las plantaciones verdes para producir biomasa, el dióxido de carbono liberado será neutralizado de forma rápida por el nuevo material vegetal. De este modo, se usa el dióxido de carbono más y más, y el nivel total de dióxido de carbono atmosférico deja de aumentar, como en el caso de la combustión de combustibles fósiles. El problema real consiste en el modo de integrar la energía de biomasa en nuestra economía. Actualmente existe una marcada escasez de trenes de combustión de madera y automóviles de combustión de madera. Tampoco la combustión directa de biomasa en las plantas de generación de energía es particularmente viable debido a que nuestros sistemas de generación de energía eléctrica están adaptados para usar petróleo líquido o incluso gas natural o incluso carbón pulverizado.

Existe un esfuerzo considerable para producir combustible líquido (principalmente etanol) a partir de biomasa. Esto implica la fermentación de azúcares procedentes directamente de productos vegetales o indirectamente de la digestión de biomasa celulósica. La tecnología de fermentación directa de azúcares derivados se encuentra bien establecida. Desafortunadamente, la mayor fuente potencial de energía es la biomasa celulósica. La conversión de celulosa en azúcar fermentable es difícil y actualmente no es eficiente. Normalmente, se usan enzimas o ácidos para hidrolizar la biomasa celulósica para dar lugar a azúcares fermentables. El pretratamiento mecánico adecuado de la biomasa resulta esencial. En algunos procesos la biomasa se pretrata químicamente y posteriormente se "hace explotar" por medio de cambios rápidos de temperatura y presión. Dichos procesos pueden crear grandes cantidades de residuo químico peligroso. Otros procesos calientan briquetas de madera en ácido en dispositivos bastante similares a los usados para producir pulpa de madera para la fabricación de papel. Hasta la fecha, no se ha demostrado que alguno de estos enfoques haya resultado altamente satisfactorio.

El inventor piensa que la mayoría de los problemas de la tecnología presente se pueden solucionar reduciendo la biomasa a partículas suficientemente pequeñas. El inventor ha descubierto que dichas partículas (denominadas micropolvo celulósico) se pueden hidrolizar de forma sencilla para dar lugar a azúcares y otros monómeros orgánicos, ya sea por medio de enzimas o por medio de hidrólisis química. Probablemente debido al tamaño de partícula muy pequeño, las enzimas hidrolíticas son mucho más eficaces que cuando actúan sobre biomasa celulósica preparada de otras maneras. Además, el micropolvo preparado de acuerdo con la presente invención se puede someter a combustión rápida con un inyector de tipo pulverización, de manera no muy diferente a un fluido líquido. La clave consiste en preparar partículas de micropolvo extremadamente finas y uniformes.

Existe una variedad de dispositivos pequeños... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para producir micropolvo a partir de biomasa celulósica para la digestión enzimática o la combustión directa que comprende las etapas de:

triturar o cortar la biomasa para producir partículas que tienen una dimensión máxima de aproximadamente 3-5 mm;

procesar la biomasa triturada para reducir el diámetro máximo de las partículas hasta aproximadamente 1 mm o menos;

tratar la biomasa procesada con un molino de discos rotatorios para reducir el tamaño máximo de partícula a menos de 1 micrómetros de diámetro, donde los ejes rotatorios portan discos, cuyos bordes se desplazan en ranuras circulares con forma de V y rompen las partículas comprimiéndolas entre los bordes y las ranuras con forma de V.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende la etapa de romper las partículas de biomasa a partir del molino de discos rotatorios con un micro-disruptor, donde los ejes contra-rotatorios rotan portando paletas, suspenden y rompen las partículas y donde los ejes giran a velocidades de al menos varios miles de revoluciones por minuto.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la etapa de procesado usa un disruptor donde los ejes contra-rotatorios que portan paletas suspenden y rompen las partículas y donde los ejes giran a velocidades por debajo de aproximadamente 5 revoluciones por minuto.

4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la etapa de procesado usa un molino de discos lineal donde los ejes rotatorios portan discos cuyos bordes rompen las partículas comprimiéndolas entre los bordes y las ranuras lineales con forma de V.