Extractor de disolventes accionado por energía solar y procedimiento para la extracción de lípidos de microalgas usando el mismo.

La presente invención se refiere a un proceso eficiente energéticamente para la extracción de los lípidos no polares a partir de biomasa de microalgas que se han cultivado de manera fotosintética usando disolventes de bajo punto de ebullición y utilizando energía solar para el calentamiento,

así como operaciones de enfriamiento. La invención también se refiere a mejorar la razón de salida a entrada energética que es el principal obstáculo en el procedimiento de extracción de lípidos de microalgas. La presente invención también se refiere a la recuperación de los disolventes usados para los procedimientos anteriores mediante energía solar.

Extractor de disolventes accionado por energía solar y procedimiento para la extracción de lípidos de microalgas usando el mismo

Campo de ¡a invención

La presente Invención se refiere a la utilización de energía solar para extracción de fracciones llpídicas deseables de microalgas cultivadas en gran escala para producción de blodlesel. La microalga que soporta lípidos Cñ/ore/Za var/aó/V/'s (N° ATCC PTA 12198) es un alga eucarlota, que se cultiva en gran escala por su contenido en lípidos adecuado para preparación de biodlesel. Utiliza sales inorgánicas como medio para su crecimiento. La blomasa se recoge y se seca al sol para deshidratación y se muele para preparar un polvo grueso para procedimientos de extracción adicionales.

La extracción convencional de lípidos es un procedimiento intensivo de energía y requiere mejoras para reducir la relación de entrada a salida de energía. La energía sotar puede ser una alternativa para su reducción hasta cierto punto. La extracción de típidos no potares de las microalgas por el uso de disolventes de baja temperatura de ebullición y su recuperación puede ayudar en el desarrollo de una tecnología Innovadora para la producción eficaz de biocombustlbtes de microalgas. En !a presente Invención, se üevó a cabo extracción de lípidos usando concentrador de disco sotar parabóüco y pañetes sotares para derivar la energía necesaria para calentamiento así como enfriamiento a partir de radiación solar. Además, se usó un canal parabólico para !a recuperación necesaria de! dlsotvente embebido en !a blomasa residual extraída.

Antecedentes y técnica anterior de ia invención

Se puede hacer referencia a información acceslbte de Internet en !a que se reivindica que una compañía denominada Origin OH ha desarroüado una metodotogía para salida espontánea de aceite de microalgas debido a cierto estímuto externo. Aunque ésta es una ¡dea novedosa, !a mayoría del trabajo Indicado en !a blbüografía se refiere a extracción de dlsotventes de típidos de microalgas y no hay razón para creer que esto se suprimirá en cuatquler momento en el futuro inmediato.

Se puede hacer referencia a los artícutos "Mlcroatgae for blodlesel production and other appücations: A review" por Teresa M. Mata, Antonio A. Martlns, Nidia. S. Caetano en Renewable and Sustainable Energía Revlews (2.010 votumen 14) y "Developments in oil extraction from mlcroatgae" por Pauta Mercer y Roberto E. Armenia en Eur. J. Lípido Sci.

Technol. 2.011, DO!: 10.1002/ejlt.201000455, en los que se Indica que una combinación de

técnicas puede proporcionar mejores resultados, por ej., someter la biomasa primero a tensiones mecánicas mediante extractor, prensas, batidor de microesferas, someter a autoclave la biomasa, pre-tratamiento enzimàtico etc., previamente a extracción de disolventes.

Se puede hacer referencia al artículo "Microalgae for biodiesel production and other applications: A review" por Teresa IVI. Mata, Antonio A. Martins, Nidia. S. Caetano en Renewable and Sustainable Energy Reviews (2.010 volumen 14) en el que se indica que las técnicas de extracción de disolventes no convencionales tales como con la ayuda de radiación de microondas, ultrasonidos, etc. se pueden usar para extracción más eficaz. También se indica que la extracción microbiana de aceite requiere mucha energía así como es costosa. Sin embargo, estas propuestas pueden no ser fácilmente escalables además de los costes de capital y de operación.

Se puede hacer referencia a la Solicitud de Patente Internacional n° WO/2012/160577, en la que se muestra que se puede producir biodiesel de alta calidad usando el aceite extraído de tapices de microalgas flotantes que se encuentran en la naturaleza como M/crospora (n° ATCC PTA12197), C/adopbora (n° ATCC PTA12199) y biomasa de C/7/ore//a var/ab/V/s secada al sol cultivada de manera fotosintética (N° ATCC PTA12198). Dicha extracción se realizó usando métodos de extracción de disolvente/Soxhlet convencionales con disolventes de baja ebullición no polares como hexano utilizando fuentes de energía convencionales tales como electricidad y combustible fósil.

Se puede hacer referencia a Laurent Lardón et al en Env. Sci. Technol. 2.009, 43, 6.475, en su artículo titulado: Life-Cycle Assessment of Biodiesel Production from Microalgae indican que el principal coste de la producción de aceite de microalgas se encuentra en la deshidratación y extracción de aceite del cultivo diluido.

Se puede hacer referencia a Sander et al. Life Cycle analysis of algae biodiesel (Int. J. Life Cycle Assess. 2,010, 15: 704 - 714), en el que se menciona que la deshidratación térmica y la recogida de algas consume el 89% de la entrada de energía total es decir, 3.556 KJ/kg de agua en el procedimiento de producción de biodiesel. Sin embargo, no se menciona la utilización de fuentes de energía renovables para la extracción eficaz de disolventes.

Será evidente para los expertos en la materia que el coste de extraer aceite está ligado a un

coste energético de entrada alto que, adicionalmente, tiene impacto negativo sustancial

sobre la relación de salida a entrada de energía y, por consiguiente, sobre la viabilidad de

biodiesel de microalgas. Sería por lo tanto de gran interés conducir dicha extracción con

disolventes de lípidos con fuentes de energía renovables. El consumo de energía puede ser

reducido además por e! empteo de dispositivos de enfriamiento accionados por energía soiar para controtar !a temperatura de! aparato de reacción.

Objetos de ¡a invención

Et objeto principa! de !a presente invención es extraer üpidos de biomasa de microa!gas secada a! so! con disotventes de baja ebuüición usando energía térmica sotar.

Otro objeto es usar disotventes de ebuttición baja no potares tates como hexano para extraer soto aqueüos üpidos que son adecuados en particutar para biodieset at tiempo que se dejan atrás materiates no adecuados.

Otro objeto es emprender dicha extracción de disotventes preferibtemente con extractor Soxhlet para asegurar la extracción completa con mínimo disolvente.

Otro objeto es recuperar los üpidos exentos de disolvente at final de! procedimiento de extracción empleando destilación térmica solar.

Otro objeto es hacer pasar agua fría por el condensador de reftujo para minimizar !a pérdida de disolvente y usando un refrigerador con base fotovoltaica sotar.

Otro objeto es reconocer que después del procedimiento de extracción la biomasa contiene disolvente residual y, de acuerdo con esto, sometiendo la biomasa directamente a calentamiento solar para separar y recuperar el disolvente residual.

Otro objeto es utilizar las mejores prácticas de la técnica anterior para hacer el procedimiento de extracción lo más eficaz mientras se reemplazan todas las operaciones que requieren energía /combustible fósi! con energía solar.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 representa extractor de disolventes accionado por energía solar junto con montaje de recuperación de disotventes que contiene recipiente (1) de recogida, concentrador (2) de disco solar parabólico, caja (3) rectangular recubierta negra, Una columna (4) extractora, un condensador (5), refrigerador (6), una batería (7), Paneles (8) fotovottaicos solares, canal (9) solar parabólico, un tubo (10) absorbedor, condensador (11) y recipiente (12) de recogida soportado con abrazadera y pie de soporte.

Sumario de la invención

De acuerdo con esto, la presente invención proporciona extractor soxhlet accionado por energía solar que comprende:

i. un recipiente (1, Fig. 1) de recogida cotocado en et foco de! concentrador (2, Fig. 1) de disco sotar parabótico que ayuda de ese modo a extraer energía térmica sotar a ta temperatura deseada para efectuar e! procedimiento de extracción;

¡i. cotocar et recipiente anterior en una caja (3, Fig. 1) de aisiamiento recubierta negra cubriendo los cuatro lados para mejorar la eficacia térmica del procedimiento minimizando el efecto de pérdida convectiva de calor debido a! viento;

i¡¡. poner la columna (4, Fig. 1) de extracción que contiene los cartuchos de biomasa sobre e! recipiente;

iv. poner el condensador (5, Fig. 1) que está conectado a un refrigerador (6, Fig. 1);

v. conectar el refrigerador a la batería (7, Fig. 1) que está conectada a! pane! (8, Fig. 1) fotovoltaico solar;

vi. poner un tubo (10, Fig. 1) absorbedor en el foco del canal (9, Fig. 1) sotar parabótico usando de ese modo energía solar para separar el disolvente embebido en !a biomasa recogida en el recipiente (12, Fig. 1) de recogida unido al condensador...

1. Extractor soxhlet accionado por energía soiar que comprende:

1. un recipiente (1) de recogida cotocado en et foco de! concentrador (2) de disco parabótico sotar que ayuda de ese modo a extraer energía térmica soiar a ia temperatura deseada para efectuar ei procedimiento de extracción;

ii. una caja de aistamiento (3), en ia que se pone et recipiente anterior, ia cuai está recubierta de negro cubriendo tos cuatro iados para mejorar ta eficacia térmica dei procedimiento minimizando ei efecto de pérdida convectiva de cator debido ai viento;

iii. una cotumna (4) de extracción que contiene ios cartuchos de biomasa, !a cua! se pone sobre el recipiente;

iv. un condensador (5) que está conectado a un refrigerador (6);

v. una batería (7) que está conectada a! refrigerador (6) y a! pane! (8) fotovottaico soiar;

vi. un tubo (10) absorbedor que se pone en ei foco de! cana! (9) parabólico soiar usando de ese modo energía solar para separar el disoivente embebido en !a biomasa recogida en ei recipiente (12) de recogida, que está unido al condensador (11) y ai refrigerador (6).

2. El extractor soxhlet accionado por energía solar según ia reivindicación 1, en e! que dicho condensador, dicha columna de extracción y dicho recipiente de recogida están soportados por abrazaderas y pie de soporte.

3. El extractor soxhlet accionado por energía soiar según ia reivindicación 1, en ei que ei diámetro y la distancia focal del concentrador es 144 cm y 31 cm respectivamente para 10 litros de capacidad y variaría basándose en la capacidad.

4. El extractor soxhlet accionado por energía solar según !a reivindicación 1, en el que e! concentrador usado se selecciona de concentrador de disco parabólico solar, concentrador Scheffler, concentrador de canal parabólico cilindrico, concentrador parabólico compuesto, lente de Fresnel, absorbedor con reflectores planos o combinación de tos mismos.

5. El extractor soxhlet accionado por energía solar según !a reivindicación 1, en el que e! refrigerador (6) se mantiene a temperatura en el intervato de 5 a 15°C.

6. E! extractor soxhlet accionado por energía solar según !a reivindicación 1, en e! que !a batería usada para hacer funcionar el refrigerador con una capacidad mínima de 200 mAh.

7. Un procedimiento para la extracción de lípidos no potares de biomasa de microatgas seca para mejorar la relación salida a entrada de energía usando extractor soxhlet accionado por energía solar según la reivindicación 1 y comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

a. conducir la extracción de disolventes en un aparato Soxhlet convencional colocado en el foco de un concentrador de disco parabólico solar;

b. Usar técnicas de refrigeración solares para enfriar el condensador para minimizar pérdidas de disolvente;

c. poner la humedad de biomasa gastada con 15 a 30% p/p de disolvente en el tubo absorbedor de un concentrador de canal parabólico y eliminar el disolvente adherido;

d. como en el caso de b) anterior, usando una instalación de enfriamiento para minimizar pérdidas por evaporación;

e. someter el extracto de disolventes a destilación térmica solar para aislar los lípidos no polares exentos de disolvente para procesar además a biodiesel como por la técnica anterior conocida;

f. como en el caso de a) y d) anteriores, usando una instalación de enfriamiento para minimizar pérdidas por evaporación; módulos fotovoltaicos o y extrayendo su energía térmica de la radiación solar Secado al sol de la biomasa de microalgas recogida para eliminar la humedad en exceso,

g. extraer lípidos no polares con disolventes de bajo punto de ebullición usando concentradores parabólicos solares para calentar el recipiente de recogida de aparato Soxhlet,

h. destilar los disolventes de bajo punto de ebullición usando concentradores parabólicos solares para calentar el recipiente de recogida de aparato Soxhlet.

8. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicho procedimiento se realiza durante 3 días con un tiempo de realización total de 18 horas con el mínimo de 5 horas de sol favorables a 70 a 130°C.

9. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que la insolación promedio, la temperatura normal promedio y la velocidad del viento promedio es 665 W/m2, 28,9°C y 0,6 m/s, respectivamente, durante el periodo del experimento.

10. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que los disolventes de bajo punto de ebullición usados en la etapa (g) se seleccionan del grupo que consiste en: n-hexano, tolueno, diclorometano, metanol, acetona, cloroformo, ciclohexano, biodiesel o fracción de baja ebullición de diésel fósil o combinación de los mismos.

11. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que la insolación solar umbral para llevar a cabo el procedimiento es 550 W/m2.

12. El procedimiento según la reivindicación 7, en el se incluye una etapa adicional para 5 recuperar disolventes.

13. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que las microalgas son microalgas cultivadas de manera fotosintética.

14. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que las operaciones de enfriamiento se realizan mediante funcionamiento de aparato de enfriamiento normal usando paneles FV solares o usando sistemas de refrigeración de absorción solar o por funcionamiento de agua ambiente a través de bombas que funcionan en los paneles FV.