Un método para cosechar algas.

Un método para recolectar algas de una solución acuosa que contiene algas,

que comprende las etapas de

(i) primero, proporcionar un coagulante orgánico a dicha solución y mezclar dicha solución, y

(ii) posteriormente, proporcionar un material de arcilla inorgánica a dicha solución después de la etapa (i) y mezclar dicha solución para formar algas coaguladas, y

(iii) agitar la solución resultante después de la etapa (ii) para formar algas floculadas, y

(iv) posteriormente, separar y recolectar las algas floculadas de dicha solución.

Un método para cosechar algas Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para cosechar algas de una solución acuosa. En particular, la presente invención se refiere a un método sólido que puede cosechar algas de forma eficaz incluso de soluciones diluidas con buen rendimiento.

Antecedentes de la invención

Las algas son una alternativa atractiva para producir petróleo renovable debido a su naturaleza habitual y potencial de alta producción. Especialmente, como las algas pueden crecer en diferentes tipos de sistemas acuosos, incluso en aguas residuales, no ocupan terreno agrícola ni reservas forestales de ningún tipo.

La producción industrial de algas adecuadas para producir petróleo renovable requiere procesos de crecimiento a gran escala usando cepas de microalgas con alto contenido de lípidos, recuperación de la biomasa producida de las soluciones diluidas, la separación del producto deseado de la biomasa y diferentes etapas de purificación.

La cosecha de la biomasa de microalgas supone un desafío. Los problemas principales son el pequeño tamaño de las microalgas, la tendencia a crecer como células individuales y la baja densidad del medio de cultivo. Los volúmenes de solución a tratar son grandes, y la cantidad de procesamiento y energía necesaria convierte la separación de la biomasa de microalgas en un proceso exigente y caro. Se ha calculado que hasta un 20-30 % de los costes totales de producción se deben a la etapa de recuperación de la biomasa.

La cantidad de agua a drenar es importante y la separación de las algas deseadas, por ejemplo, usando centrifugación o secado es costosa. La centrifugación se utiliza ampliamente y es eficaz, pero conlleva costes de capital y de funcionamiento muy elevados.

Los métodos adecuados para las macroalgas por lo general no son aplicables para recoger microalgas, es decir, algas microscópicas con un tamaño celular inferior a aproximadamente 20 pm o microalgas cultivadas con un tamaño celular incluso inferior a 10 pm. Además de su pequeño tamaño y comportamiento de natación activo con flagelos, la existencia de la pared celular, su espesor y material en muchas microalgas unicelulares afectan su sedimentación. Por ejemplo, las diatomeas más grandes (>10 pm) con una gruesa pared silícea tendrán una velocidad de sedimentación más elevada que las células flageladas muy pequeñas (2-5 pm) sin pared celular delgada, o con pared celular delgada.

Tras el crecimiento de las microalgas en soluciones de crecimiento diluidas, la biomasa se separa llevando a una biomasa concentrada 50-200 veces. En su caso, la biomasa debería tener un peso seco de aproximadamente 5-15 % en peso.

Los métodos utilizados en la depuración de agua tales como la floculaclón o la coagulación también se pueden aplicar al cosechado de biomasa. Un inconveniente de los métodos de floculaclón utilizados es que el rendimiento de la biomasa recuperada sigue siendo bajo, normalmente solamente de aproximadamente el 80 %. Además, los procesos de separación son lentos en eliminar el agua y recuperar la biomasa útil con un contenido de agua bajo.

El documento US 2009/0162919 describe un método a gran escala comercial mente viable para concentrar microalgas que tengan un diámetro celular inferior a 20 pm en un ambiente acuoso. En este método, las microalgas se ponen en contacto con un floculante inorgánico, preferentemente un floculante de aluminio tal como policloruro de aluminio, que forma flóculos que posteriormente se separan. Estas microalgas floculadas forman un lodo concentrado con una densidad de biomasa de al menos el 1 %. En algunas realizaciones, un polímero adicional tal como un monómero de acrilamida, acrilato, amina o mezcla de los anteriores se añade adicionalmente a la solución de microalgas. Este polímero orgánico se puede derivar de un material natural, por ejemplo, quitosana o arcilla. Se consiguen eficacias de cosechamiento superiores al 80 %. La cantidad de floculantes de hierro y aluminio utilizados en los ejemplos puede impedir el uso posterior de la biomasa de algas así obtenidas en aplicaciones que requieran poco o ningún contenido de metales.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un método adecuado para cosechar algas eficazmente, especialmente microalgas, a partir de soluciones de crecimiento acuosas diluidas.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un método sólido para cosechar algas de forma eficaz y económica a gran escala con rendimiento elevado usando tan pocos productos químicos como sea posible.

Sumario de la invención

Los inventores han descubierto que se obtienen rendimientos de microalgas sorprendentemente buenos con una duración de proceso muy corta mediante la introducción de una etapa con un coagulante orgánico y una arcilla en un orden específico en una solución acuosa que contiene las microalgas finamente suspendidas.

En un aspecto, la presente invención proporciona un método para cosechar algas como se representa mediante la reivindicación 1.

El uso de floculantes basados en hierro y/o aluminio puede impedir el uso adicional de la biomasa de las algas, por ejemplo, en aplicaciones de alimentos o comida. El contenido de metales debe permanecer por debajo de los límites admisibles o recomendados. Además, debería evitarse el uso excesivo de metales ya que pueden causar problemas, por ejemplo, si la masa de algas se va a utilizar como fuente de producción de combustible o alimento para peces. Suele ser necesario extraer los metales de los aceites extraídos de la biomasa antes de procesarlos adicionalmente. Los metales residuales en la fase acuosa también limitan el reciclado del medio de cultivo, y pueden requerirse etapas de depuración adicionales. La presente invención, por tanto, proporciona un método para cosechar algas de una solución acuosa que requiere menos purificación de la masa de algas antes de su uso posterior.

El efecto del método gradual utilizado de añadir un coagulante orgánico y una arcilla inorgánica inerte se puede potenciar adicionalmente mediante la adición de una pequeña cantidad de un floculante inorgánico en la solución que contiene algas después del tratamiento con el coagulante orgánico y la arcilla inorgánica inerte. La adición de floculante inorgánico facilita la reducción de la cantidad del coagulante orgánico y la arcilla inerte necesarios, dependiendo de la cepa de algas. Además, el tiempo de floculación total se puede reducir, y se forman flóculos más grandes cuando se utiliza un floculante inorgánico adicional. Sin embargo, en determinadas aplicaciones, no es factible el uso de floculantes que contienen hierro y/o aluminio. En determinadas aplicaciones es posible una pequeña cantidad de floculantes que contienen metales, pero preferentemente es algo a evitar, o al menos, la cantidad debe ser lo suficientemente baja para no ocasionar problemas en el procesamiento posterior.

Es necesario el mezclado, relacionado con la adición de sustancias químicas en las etapas (i) y (¡I), para proporcionar un contacto eficaz entre las sustancias químicas y los especímenes de algas y para acelerar el efecto de formación de flóculos. Las etapas de adición de sustancias químicas van seguidas de mezclado y posteriormente una etapa de agitación. Los flóculos se formarán principalmente durante la agitación.

Las algas floculadas producidas se separan y se recogen produciendo un rendimiento sorprendentemente bueno. Se recuperan más del 90 % de las algas originalmente en la solución acuosa a tratar, preferentemente más de un 95 %, más preferentemente incluso más de un 99 %. El volumen de las algas separadas y recogidas en el método de acuerdo con la presente invención es al menos un 10 %, preferentemente al menos un 5 %, Incluso de forma más preferente al menos un 1 %, tal como un 0,5 %, del volumen de la solución acuosa original que contiene las algas. Además, el método proporciona un tiempo de procesamiento total muy rápido. Como ejemplo, un lote de un litro se puede procesar en menos de 10 minutos. El proceso y el equipo utilizado se escalan con facilidad a un modo de funcionamiento continuo con las cantidades deseadas de decenas de toneladas por hora.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra una realización preferida de un esquema de cosechado de acuerdo con la presente

invención.

La Figura 2 muestra otra realización preferida de un esquema de cosechado de acuerdo con la presente

invención.

Descripción detallada de la invención

El crecimiento de algas a escala industrial se puede realizar de varias formas. El cultivo en estanques de agua dulce exentos de... [Seguir leyendo]

1. Un método para recolectar algas de una solución acuosa que contiene algas, que comprende las etapas de

(i) primero, proporcionar un coagulante orgánico a dicha solución y mezclar dicha solución, y

(ii) posteriormente, proporcionar un material de arcilla inorgánica a dicha solución después de la etapa (i) y mezclar dicha solución para formar algas coaguladas, y

(i¡¡) agitar la solución resultante después de la etapa (ii) para formar algas floculadas, y (iv) posteriormente, separar y recolectar las algas floculadas de dicha solución.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la duración de la fase de mezclado de las etapas (i) y (ii) es igual o mayor que la duración de la fase de agitación en la etapa (iii).

3. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 en la que la duración del mezclado en las etapas (i) y (¡I) es Inferior a 30 min, preferentemente de menos de 20 min, de forma más preferente de menos de 10 min, lo más preferentemente de menos de 7 min, tal como menos de 5 min.

4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la relación (mg/l por mg/l) de material de arcilla inerte a coagulante orgánico es de 100:1 a 5:1, preferentemente de 60:1 a 5:1 y lo más preferentemente de 45:1 a 15:1.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la cantidad de coagulante inorgánico es al menos 2 mg/l y el material de arcilla inerte es al menos 50 mg/l.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 en el que dichas clases de microalgas comprenden Clorofíceas, Dlnofíceas (dinoflageladas), Primnesiofíceas (algas haptofitas), Crisofícease (algas dorado-marro), Dlatomofíceas (diatomeas), Eustigmatofíceas, Rapidofíceas, Euglenofíceas, Pedinofíceas, Prasinofíceas y Clorofíceas.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 en el que microalgas se seleccionan entre el grupo que consiste de Dunaliella, Chlorella Tetraselmis, Botryococcus, Haematococcus, Phaeodactylum, Skeletonema, Chaetoceros, Isochrysis, Nannochloropsis, Nannochloris, Pavlova, Nitzschia, Pleurochrysis, Chlamydomas y Synechocystis, más preferentemente seleccionados del grupo que consiste en Nannochloropsis, Haematococcus, Dunaliella, Phaeodactylum y Chlorella.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 en el que dicho material de arcilla inerte comprende bentonita, caolín, diatomita, caliza o yeso, preferentemente bentonita.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8 en el que dicho coagulante orgánico comprende un coagulante de polímero, preferentemente un coagulante de polímero fuertemente catiónico.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho coagulante orgánico se selecciona entre el grupo de polímeros de (met)acrilatos de dialquilaminoalquilo; polímeros de dialquilaminoalquilo, (met)acrilamidas; polímeros de haluros de dialildialquilamonio; polímeros formados a partir de una amina y epihalohidrina o dialohidrina; y poliamidas.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 9 en el que dicho coagulante orgánico comprende un copolímero de eplclorhldrlna dimetilamina.

12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que se añade adicionalmente un floculante inorgánico a dicha solución tras la etapa (i), preferentemente el floculante inorgánico se añade durante la fase de agitación en la etapa (iii).

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicho floculante inorgánico comprende un compuesto férrico y/o un compuesto de aluminio, preferentemente sulfato férrico y/o policloruro de aluminio.

14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-13 en el que dicha separación de la etapa (iv) se lleva a cabo mediante sedimentación o flotación.