ES2308912B2 - Procedimiento acelerado de conversion energetica del dioxido de carbono. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento acelerado de conversión energética
del dióxido de carbono. La presente invención se refiere a un
procedimiento de conversión energética del dióxido de carbono el
cual comprende las etapas de cultivar fitoplancton en
bioaceleradores electromagnéticos, producir oxígeno y biomasa
compuesta de lípidos, hidrocarburos y azúcares a partir de la etapa
anterior, oxidar los hidrocarburos producidos en la etapa anterior
para generar dióxido de carbono y NOx y recolectar el dióxido de
carbono y NOx procedentes de la etapa anterior hasta los cultivos de
la primera etapa.
Description
Procedimiento acelerado de conversión energética
del dióxido de carbono.
La presente invención se adscribe al sector de
aprovechamiento de energías renovables y a la obtención de energía
eléctrica y térmica mediante el uso de bioaceleradores
electromagnéticos y el cultivo masivo de organismos de tipo
fitoplanctónico y zooplanctónico pertenecientes, los
fitoplanctónicos normalmente a las siguientes familias taxonómicas:
Cloroficeas, Bacilliarioficeas, Dinoficeas, Criptoficeas,
Crisoficeas, Haptoficeas, Prasinoficeas, Rafidoficeas,
Estigmatoficeas y los zooplanctónicos pertenecientes a las familias
de los Copépodos, Taliaceos, Cladóceros Rotíferos y Decápodos...en
general las familias taxonómicas que agrupan especies de la división
cromofita caracterizadas todas ellas por ser organismos
unicelulares, flagelados o no, y con una fase vital estrictamente
planctónica (holoplanctónica) o al menos una de sus fases
planctónicas (meroplanctónicas). Las especies del grupo de los
organismos fitoplanctónicos que se adscriben su uso a la presente
invención y sin sentido limitativo son: Duanliella salina,
Tetraselmis sp, Isocly ysis galbana, Pavlova lutheri, Rhodomonas
salina, Phaedoactylum tricornutum, Thalassiosira weissflogii y
Chaetoceros socialis.
En concreto la presente invención se refiere a
un procedimiento para aprovechar el CO_{2} emitido por la
combustión del biocombustible obtenido de dichos microorganismos
(que se han generado mediante la fotosíntesis y mitosis celular,) y
utilizar el CO_{2} generado para reproducir los microorganismos.
De esta manera se consigue la captación masiva de gases con efecto
invernadero, especialmente dióxido de carbono y en consecuencia el
calentamiento
global.
global.
El Calentamiento global es la teoría por la cual
hay un aumento en la temperatura media de la atmósfera terrestre y
de los océanos motivada por el efecto invernadero causado por las
emisiones de dióxido de carbono y otros gases. En este mismo
sentido, la temperatura se ha elevado desde finales del siglo, XIX,
desde cuando se puso fin a una etapa de unos 400 años conocida como
"pequeña glaciación" y se estima que en gran medida este
calentamiento es debido a la actividad humana, incrementándose
durante los últimos decenios. La teoría predice, además, que las
temperaturas continuarán subiendo en el futuro si continúan las
emisiones de gases de efecto invernadero (Figura 1).
La obligación por parte de las zonas económicas
de cumplir con los objetivos impuestos por el protocolo de Kyoto
sobre reducción de las emisiones de CO_{2}/SO_{2} y otros gases
que producen el denominado efecto invernadero está llevando a los
países a buscar combustibles alternativos y renovables para evitar
posibles sanciones fiscales.
Aunque en algunas regiones está aumentando la
producción de energía solar y eólica, estas tecnologías resultan
muy costosas y no son viables en todas las zonas climáticas. En
estas condiciones, los biocarburantes están llamados a desempeñar
un papel fundamental como sustitutos de los combustibles fósiles,
especialmente para aplicaciones de transporte y calefacción.
Los costes de producción de biocarburantes a
partir de plantas, como los aceites de palma y de colza, han sido
siempre motivo de preocupación. Teniendo en cuenta los bajos índices
de producción de aceite por hectárea, se necesitarían enormes
cantidades de recursos para que se pudiera alcanzar una producción
comercial. La tierra y el agua son dos recursos escasos y es
preferible emplearlos para producir alimentos, que además resultan
más rentables para los agricultores. Además el abonado intensivo se
presenta como una forma de contaminación terrestre e hídrica de
primera magnitud. Así mismo los monocultivos extensivos son uno de
los principales enemigos de la biodiversidad.
Un estudio de la Universidad de Berckley,
Natural Resources Research Vol 14 Nº 1 March 2005 pag
65-72 muestra que una planta terrestre tal como
el girasol gasta más energía que produce, por ejemplo, para la
producción de 1.000 Kg de combustible de girasol que tiene un poder
de 9.000.000 de Kcal, se tiene que gastar 19 millones de Kcal en
energía, lo que corresponde a una emisión de CO_{2} superior a lo
que emite un combustible fósil, por ejemplo la emisión de un coche
de 135 CV sobre un recorrido de 100 Km emite un valor de 20 Kg de
CO_{2} con un combustible fósil. Cuando se utiliza un combustible
a base de girasol, la emisión combinada total seria de 36 Kg de
CO_{2}, sin embargo cuando el combustible viene a base de
fitoplancton después de la recuperación del CO_{2} de una central
por ejemplo térmica, el balance es de 10Kg de CO_{2} emitido a la
atmósfera, debido al recogido del mismo coche de la misma potencia
sobre el recorrido de 100 Km, la razón es que el CO_{2} captado de
la fabrica, ha generado una potencia de 100 Kw y ha sido captado
por las algas que en ese momento dejan un balance 0, pero sin
embargo como las algas producen el biocombustible que va a
propulsar el coche en 100 Km, este biocombustible va a emitir lo
mismo que los combustibles fósiles, unos 20 Kg, pero el balance
total es de 200 Kw por 20 Kg y por lo tanto el resulto neto va a
ser de 10 Kg. Sin embargo en la presente invención se describe un
procedimiento acelerado en el cual como se recupera una parte antes
de producir los combustibles, es decir se recupera parte del cuerpo
de las células para hacer productos inertes tales como silicatos,
celulosa..., esta parte permite reducir un 30% del total del
CO_{2} captado para la conversión, y por lo tanto el resultado
neto es de 4 Kg de emisión de CO_{2} en contra de los 10 Kg
generados anteriormente.
Por último, mediante la presente invención se
consigue un reciclaje total del CO_{2} y por lo tanto el balance
es 0 puesto que todo el CO_{2} generado vuelve a los cultivos,
para nutrir al fitoplancton y de esta manera volver a generar
biomasa. Por lo tanto se hace evidente la necesidad de generar
sistemas que aprovechen el uso del fitoplancton para generar energía
limpia y que no afecte negativamente a la tierra.
En vista de todo lo anteriormente enunciado, el
fitoplancton representa una solución viable a este problema puesto
que en torno al 50% de la masa en seco de los organismos
unicelulares en general es biocarburante. Por otra parte, la
producción anual por hectárea de biocombustible a partir de
fitoplancton es 40 veces más alta que con el siguiente producto más
rentable, el aceite de palma. Un inconveniente es que la producción
de aceite de fitoplancton requiere cubrir vastas extensiones de
tierra con agua poco profunda, así como la introducción de grandes
cantidades de CO_{2}, un elemento fundamental para que el
fitoplancton produzca aceite. Los sistemas de producción natural,
como los estanques de fitoplancton, tienen un coste relativamente
bajo, pero el proceso de recogida resulta muy laborioso y, por
ello, costoso. Por otra parte, los cultivos de fitoplancton se
llevan a cabo en sistemas abiertos, lo cual hace que sean
vulnerables a la contaminación y a problemas de los cultivos, los
cuales pueden llevar a la pérdida total de la producción. En este
mismo sentido una ventaja del procedimiento descrito en la presente
invención, es que el procedimiento objeto de la presente patente es
llevado a cabo mediante bioaceleradores electromagnéticos que son
sistemas cerrados y en condiciones tales que no se produce
contaminación en el cultivo por bacterias, hongos... porque además
de estar cerrado, el cultivo es enriquecido mediante nutrientes que
incorporan fungicidas y antibióticos.
Entendemos por un bioacelerador
electromagnético, un sistema que utiliza elementos naturales como
la fotosíntesis, mitosis y el electromagnetismo, de tal manera que
se acelera el intercambio molecular a nivel del fitoplancton que
sirve como vehículo de captación, transporte y transformación de
energía. En definitiva es un sistema que acelera el proceso natural
de fotosíntesis y transformación de energía electromagnética en
biomasa.
Hasta el momento no se han descrito
procedimientos parecidos que incorporen bioaceleradores
electromagnéticos, que además incorporan las ventajas de ser un
sistema cerrado de gran volumen y grandes diámetros, que trabaje en
continuo, que permita obtener grandes cantidades de biocombustibles
o productos secundarios tales como las naftas, la glicerina,
compuestos derivados del silicio, como los ferrosilicatos, que
además pueda obtener energía térmica y eléctrica y que no genere
contaminación puesto que todos los posibles residuos, tales como el
dióxido de carbono, son recirculados en el sistema para su
aprovechamiento como nutriente para el fitoplancton, o que recircule
el agua utilizada como parte del medio de cultivo para volver a ser
utilizada.
El presente procedimiento acelerado de
conversión energética del dióxido de carbono tiene como ventaja que
por su capacidad de acelerar la reproducción del fitoplancton y
zooplanton mediante mitosis, y su capacidad acelerar su capacidad
fotosintética, se puede llegar a tasas de producción muy elevadas,
casi equivalente al poder energético de los hidrocarburos fósiles.
Además debido al diseño de los bioaceleradores electromagnéticos
como parte constitutiva del presente procedimiento, se tiene la
capacidad de recrear un ambiente equivalente al mar (luz,
temperatura y presión) a una profundidad donde se cultivan y
desarrollan este fitoplancton de manera silvestre. Una
característica fundamental de la invención es que el sistema del
bioacelerador electromagnético regula las condiciones de cultivo de
fitoplancton y zooplancton, como la temperatura, presión y luz. De
esta manera se facilita la regulación térmica del sistema, lo que a
su vez facilita el control de las poblaciones fitoplanctónicas y
zooplanctónicas que se están cultivando y disminuyen los costes
energéticos necesarios para mantener las condiciones homeotérmicas
en el sistema de cultivo. Y como segunda característica, se
garantiza la disponibilidad de agua sin ningún tipo de limitación y
gastos elevados en infraestructuras.
Otra ventaja que presenta el procedimiento
objeto de la presente invención es que se trabaja con un campo
eléctrico y otro magnético, presentes en el bioacelerador
electromagnético, que como fin último, hace que la producción de
fitoplancton se vea elevada e influye en el intercambio electrónico
comprendido dentro de la fotosíntesis.
Por lo tanto en la presente invención se
describe un sistema novedoso que incluye todas estas
características y que permite una gran versatilidad y un gran
respeto hacia el medio ambiente.
Por otra parte, en la actualidad se han
encontrado métodos o procedimientos que hacen uso de las
microalgas, como es el caso de la solicitud de patente WO 03/094598
Al con título "Photobioreactor and process for biomass production
and mitigation of pollutants in flue gases" describe un modelo
de fotobiorreactor genérico principalmente centrado en la
descontaminación de gases tipo COx, SOx y NOx. Básicamente es un
sistema que trabaja en discontinuo (distinguiendo fotoperiodo
día/noche) y es abierto, no siendo su medio líquido axénico. No
controla las concentraciones de nitrógeno y dióxido de carbono, con
la finalidad de aumentar la producción de biocombustibles. No está
pensado para trabajar con cepas algales monoespecíficas ni
monoclonales. Su diseño no contempla como principal objetivo la
producción de biocombustibles, sino que se centra en la depuración
de gases. Por otra parte respecto de los organismos fotosintéticos
a los que hace referencia no exige condiciones que inhabiliten el
sistema y no tiene recirculación controlada porque el transporte se
hace por flujo turbulento de burbujas.
En comparación con la presente invención objeto
de patente, se presenta un procedimiento que alberga un sistema
totalmente novedoso, que se basa por contrapartida en las siguientes
características:
- -
- Es totalmente cerrado.
- -
- Es totalmente axénico.
- -
- Trabaja en continuo.
- -
- Trabaja con cepas mono específicas y monoclonales.
- -
- Acepta cultivos mixtos autotrofo-autotrofo, autotrofo-heterótrofo, heterótrofo facultativo-heterótrofo facultativo.
- -
- No acepta cualquier organismo fotosintético, sino que exige al menos que no sean formadores bioincrustaciones sobre la superficie interior del bioacelerador electromagnético.
- -
- Acepta organismo heterótrofos facultativos.
- -
- Exige que las especies de fitoplancton y zooplancton no formen colonias.
- -
- Exigen que las especies de fitoplancton y zooplancton no genere exomucílagos.
- -
- Exige que la especie cultivada contenga al menos un 5% de ácidos grasos y al menos un 5% de hidrocarburos.
- -
- Potencia la utilización de especies fitoplanctónicas y zooplanctónicas no flageladas y flotantes.
- -
- No acepta cualquier tipo de líquidos como medio de cultivo, se centra en el agua dulce, salobre y de mar.
- -
- Centra su principal objetivo en la obtención de compuestos de síntesis metabólica con propiedades energéticas o con propiedades pre-energéticas dirigidas fundamentalmente a la obtención de biocombustibles.
- -
- Aprovecha la generación de biomasa para el desarrollo de biocombustibles y otros productos secundarios y que no contaminan puestos que el CO_{2} y NOx que generan es reaprovechado por los bioaceleradores para volver a comenzar el procedimiento descrito en la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención se refiere a un
procedimiento acelerado de conversión energética del dióxido de
carbono Figura 1, el cual consta de las siguientes etapas:
En una primera etapa, se lleva a cabo el cultivo
de fitoplancton, el cual se encuentra inmerso dentro de
bioaceleradores electromagnéticos, cuya función principal es la de
acelerar la fotosíntesis y la división celular mediante mitosis. La
energía electromagnética necesaria para el cultivo del fitoplancton
procede de la radiación solar y el aporte de carbono se realiza
mediante el CO_{2} procedente de gases de combustión generados en
la última etapa del procedimiento que se describe en la presente
invención, de la combustión de la biomasa, o de los subproductos
generados en el procedimiento y las Kcal excedentes de la combustión
de la biomasa servirán para mantener la temperatura del cultivo.
Como se sabe, cualquier intercambio de energía termodinámica a
energía eléctrica o mecánica, genera una pérdida del 60% en energía
térmica, sin embargo mediante el presente procedimiento, al tratarse
de un ciclo cerrado, se consigue recuperar una parte de la energía
térmica perdida, para recalentar el sistema y acelerar la
producción.
Se entiende por fotosíntesis al proceso mediante
el cual las plantas, algas y algunas bacterias captan y utilizan la
energía de la luz (Energía electromagnética) para transformar la
materia inorgánica de su medio externo en materia orgánica que
utilizarán para su crecimiento y desarrollo. La fotosíntesis se
divide en dos fases. La primera ocurre en los tilacoides, en donde
se capta la energía de la luz y esta es almacenada en dos moléculas
orgánicas sencillas (ATP y NADPH). La segunda tiene lugar en los
estromas y las dos moléculas producidas en la fase anterior son
utilizadas en la asimilación del CO_{2} atmosférico para producir
hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moléculas
orgánicas que componen los seres vivos (aminoácidos, lípidos,
nucleótidos, etc). En la primera fase la energía de la luz captada
por los pigmentos fotosintéticos unidos a proteínas y organizados
en los denominados "fotosistemas" produce la descomposición
del agua, liberando electrones que circulan a través de moléculas
transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP^{+})
capaz de mediar en la transformación del CO_{2} atmosférico (o
disuelto en el agua en sistemas acuáticos) en materia orgánica.
Este proceso luminoso está también acoplado a la formación de
moléculas que funcionan como intercambiadores de energía en las
células (ATP). La formación de ATP es necesaria también para la
fijación del CO_{2}.
\vskip1.000000\baselineskip
En la segunda etapa de la fotosíntesis, se lleva
a cabo, el ciclo de Calvin en el cual se integran y convierten
moléculas inorgánicas de dióxido de carbono en moléculas orgánicas
sencillas a partir de las cuales se formará el resto de compuestos
bioquímicos que constituyen los seres vivos. Este proceso también
se puede, por tanto, denominar como de asimilación del carbono. De
esta manera se podría comprobar que para un total de 6 moléculas de
CO_{2} fijado, la estequiometría final del ciclo de Calvin se
puede resumir en la ecuación:
Que representaría la formación de una molécula
de azúcar-fosfato de 6 átomos de carbono (hexosa) a
partir de 6 moléculas de CO_{2}.
También, a partir de estos azúcares se formarán
directa o indirectamente las cadenas de carbono que componen el
resto de moléculas que constituyen los seres vivos (lípidos,
proteínas, ácidos nucleicos y otros).
Para que se lleve a cabo esta primera etapa, es
necesario el control de la temperatura, el control de la intensidad
luminosa y el aporte de nutrientes. Además de asegurar que el medio
de cultivo es axénico.
Las condiciones para que se pueda llevar a cabo
esta primera etapa del procedimiento son las siguientes:
- -
- temperatura constante dentro del intervalo de 20 a 25ºC.
- -
- intensidad de luz solar desde 200 a 900 vatios/m^{2}.
- -
- longitudes de onda dentro del intervalo de 400 a 700 nm.
- -
- intensidad de luz artificial desde 1 a 50 vatios/ m^{2}.
- -
- los fotoperiodos en función de la cepa cultivada oscilaran dentro de los siguientes rangos:
- \medcirc
- 24:0 horas (luz/oscuridad).
- \medcirc
- 16:8 horas (luz/oscuridad).
- \medcirc
- 18:6 horas (luz/oscuridad).
- \medcirc
- 20:4 horas (luz/oscuridad).
- \medcirc
- 12:12 horas (luz/oscuridad).
- -
- Salinidad:
- \medcirc
- Cepas de agua salada: 20\textperthousand-40\textperthousand.
- \medcirc
- Cepas de agua salobre: 8\textperthousand-20\textperthousand.
- \medcirc
- Cepas de agua dulce: 0,2\textperthousand-8\textperthousand.
- -
- Concentración de fitoplancton en el medio de cultivo desde 30 millones de células/ml a 500 millones de células/ml.
- -
- pH desde 6,5 a 8,9.
- -
- Presión de 1 a 5 atmósferas.
\vskip1.000000\baselineskip
Las cepas iniciales para la inoculación en el
bioacelerador electromagnético estarán mantenidas en agua de mar
microfiltrada sobre filtros de acetato de celulosa de 0,45 micras y
posterior refiltrado de 0,20 micras y finalmente esterilizadas
mediante rayos UV. El medio de cultivo de los bioaceleradores
electromagnéticos se mantendrá estéril y axénico mediante
antibióticos, fungicidas.
Los antibióticos añadidos al cultivo son una
mezcla de penicilina y estreptomicina a un rango de concentraciones
de 100 a 300 mg/l cada uno de ellos, preferentemente se a un rango
de concentraciones de 150 a 250 mg/l y más preferentemente a una
concentración de 200 mg/l para cada uno de los componentes de la
mezcla.
Los fungicidas añadidos al cultivo son una
mezcla de griseofulvira y nistatina a un rango de concentraciones
de 100 a 300 mg/l cada uno de ellos, preferentemente se a un rango
de concentraciones de 150 a 250 mg/l y más preferentemente a una
concentración de 200 mg/l para cada uno de los componentes de la
mezcla.
El medio de cultivo utilizado es para sostener
biomasas superiores a los 100 millones de células/ml siendo este
medio de tipo Guillard, de acuerdo con el protocolo recogido por
Robert A., Andersen en el libro Algal Culturing Techniques con
ISBN 0-12-088426-7.
Editado por Elsevier en 2005 páginas
507-511.
Dicho medio ha sido modificado aumentando al
doble las concentraciones de nitrógeno (N_{2}) con el objeto de
superar concentraciones celulares superiores a los 125 millones de
células/ml.
Por lo tanto la segunda etapa de la presente
invención consiste en la producción de biomasa (lípidos,
hidrocarburos y azúcares) y oxígeno procedente del cultivo masivo
del fitoplancton presente en el medio de cultivo de los
bioaceleradores electromagnéticos. Por otra parte se producen
productos secundarios tales como silicatos o celulosa que son parte
constituyente del cuerpo de cada una de las células del medio de
cultivo. Los métodos utilizados para la extracción de la biomasa
procedente del medio de cultivo, son cualquiera de los descritos en
el estado de la técnica. Sin embargo para conseguir la separación de
los silicatos y de la celulosa, se llevó a cabo mediante el uso de
disolventes apolares capaces de disolver y extraer estos productos
y los cuales están descritos en el estado de la técnica. Por otra
parte los métodos para la ruptura de las células del medio de
cultivo son y sin sentido limitativo, los ultrasonidos, el politrón
o trituración, microondas y/o el calentamiento a 200ºC.
Todos estos productos enunciados anteriormente,
que son el resultado de la captación y transformación del dióxido
de carbono, son indirectamente dióxido de carbono que no se
devuelve a la atmósfera, sino que se vuelve a aprovechar mediante el
paso de la última etapa del presente procedimiento a la primera del
mismo.
En la tercera etapa del procedimiento, los
productos obtenidos en la etapa anterior, sufren un proceso de
oxidación por combustión directa o indirecta, para producir energía
termodinámica, la cual es utilizada en vehículos o en centrales de
producción eléctrica. Los productos residuales de este proceso son
principalmente NOx y dióxido de carbono.
Estos productos residuales son reconducidos en
la última etapa del procedimiento, a los bioaceleradores
electromagnéticos de la etapa primera, de tal manera que el ciclo
descrito en el presente procedimiento, se cierra y estos productos
vuelven a servir como nutrientes para el medio de cultivo en el
cual está presente el fitoplancton.
Por lo tanto se produce un aprovechamiento total
de la energía térmica producida por todos los compuestos de
carbono. La transformación de la segunda etapa a la tercera, es
mediante combustión directa después de una centrifugación y secado
de la biomasa. Una vez seca, se inyecta dentro de un horno para
utilizar los gases dentro de un intercambiador de calor que a su
vez produce vapor que se manda a turbinas. El resto de los gases a
la salida del intercambiador vuelve directamente al bioacelerador
electromagnético. A escala más pequeña la turbina de vapor puede
ser reemplazada por un motor de tipo Stirling utilizando las
temperaturas altas de la cámara de combustión u horno para el
funcionamiento de este tipo de motor. El tipo de turbina utilizado
es cualquiera de las descritas en el estado de la técnica anterior.
En condiciones intermedias se puede utilizar un ciclo combinado
Stirling-turbina alimentado por la combustión de la
biomasa generada en la segunda etapa del presente
procedimiento.
Se entiende por un Motor de tipo Stirling a
aquel cuyo principio de funcionamiento es el trabajo hecho por la
expansión y contracción de un gas al ser obligado a seguir un ciclo
de enfriamiento en un foco frío, con lo cual se contrae, y de
calentamiento en un foco caliente, con lo cual se expande. Es
decir, es necesaria la presencia de una diferencia de temperaturas
entre dos focos y se trata de un motor térmico. Su ciclo de trabajo
se conforma mediante 2 transformaciones isocóricas (calentamiento y
enfriamiento a volumen constante) y dos isotermas (compresión y
expansión a temperatura constante).
Según una realización preferida el ciclo
acelerado de conversión energética del dióxido de carbono,
constaría de 5 etapas en vez de 4, o lo que es lo mismo
adicionalmente se incorpora una quinta etapa al procedimiento,
entre las etapas 2 y 3 (Figura 2). En esta nueva etapa se lleva a
cabo un proceso de transformación de los productos obtenidos en la
segunda etapa. Los lípidos se dirigen a un proceso de
transformación de Energía química mediante transesterificación. Los
hidrocarburos se destilan mediante hidrocraqueo catalítico,
obteniéndose de esta manera productos energéticos tales como el
queroseno, benceno, biodiesel, naftas y otros como la glicerina. A
los azúcares se les aplica una ruptura molecular para obtener
etanol que parte de él será utilizado en el proceso de
transesterificación que se lleva a cabo en los lípidos.
Se entiende por transesterificación al proceso
que se lleva a cabo mediante la siguiente reacción química:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
De esta manera se evitaría pasar por la tercera
etapa dependiendo de las necesidades del sistema.
En la cuarta etapa del procedimiento, los
hidrocarburos sufren un proceso de oxidación por combustión directa
o indirecta, para producir energía termodinámica, la cual es
utilizada en vehículos o en centrales de producción eléctrica: Los
productos residuales de este proceso son principalmente NOx y
dióxido de carbono.
Estos productos residuales son reconducidos en
la última etapa del procedimiento, a los bioaceleradores
electromagnéticos de la etapa primera, de tal manera que el ciclo
descrito en el presente procedimiento, se cierra y estos productos
vuelven a servir como nutrientes para el medio de cultivo en el
cual está presente el fitoplancton.
Según otra realización preferida, se podría usar
el presente procedimiento para la recuperación del dióxido de
carbono emitido por los motores de coches (Figura 3), el cual se
capta a la salida del tubo de escape en condiciones normales de
funcionamiento de un motor. A continuación se comprimen los gases y
se acumulan dentro de un reservorio autónomo al vehículo, similar a
un reservorio o tanque de combustible. A continuación se descargan
este reservorio en las estaciones de servicio al mismo tiempo que
se rellena de combustible el vehículo. Para después utilizar estos
tanques o reservorio de recolección de dióxido de carbono para
reinyectar dentro de los bioaceleradores electromagnéticos de una
central de producción de energía de tipo acelerado de conversión
energética de dióxido de carbono que a su vez dicha central produce
el combustible necesario al vehículo.
Según otra realización preferida, el
procedimiento acelerado de conversión energética del dióxido de
carbono, formaría parte constitutiva de una central de incineración
de tal manera que se puede asegurar una fuente continua de dióxido
de carbono, como aporte de nutrientes a los bioaceleradores
electromagnéticos.
Según otras realizaciones preferidas, el
procedimiento acelerado de conversión energética del dióxido de
carbono, funcionaria como muestra un sistema
bio-eléctrico ciclo motor térmico 1 h, en el cual,
el poder calorífico de la biomasa es utilizado por un motor térmico
para generar energía eléctrica y por un intercambiado de vapor,
este vapor también permite producir energía eléctrica a través de
una turbina de vapor.
En este mismo sentido, funcionaría como un
sistema bio-eléctrico ciclo motor térmico 1 h
(flujo de energía) en el cual, el 60% del poder calorífico de la
biomasa se transforma en energía eléctrica a través de un motor
térmico con un rendimiento del 36%. La eficiencia térmica del motor
es del 50%. El 40% del poder calorífico de la biomasa genera una
determinada cantidad de vapor que permite producir energía
eléctrica, con un rendimiento del 25%, a través de una turbina de
vapor. Parte de la energía eléctrica y térmica generada, y los
humos de la combustión son aprovechados por el acelerador
bioelectromagnético.
También funcionaría como un sistema
bio-eléctrico ciclo combinado 100 h, en el cual el
poder calorífico de la biomasa, contenido en un gas combustible
denominado syngas (CO_{2} y NOx), es aprovechado por una turbina
de gas para generar energía eléctrica. Los gases de escape permiten
generar vapor que también produce energía eléctrica a través de una
turbina de vapor.
Por último también podría funcionar como un
sistema bio-eléctrico ciclo combinado 100 h (flujo
de energía), en el cual el poder calorífico de la biomasa está
contenido en un gas combustible denominado syngas (CO_{2} y NOx)
que se obtiene mediante gasificación por plasma. Este gas permite
generar energía eléctrica a través de uña turbina de gas con un
rendimiento del 33%. Los gases de escape de la turbina aportan calor
a un generador de vapor, que producirá energía eléctrica, con un
rendimiento del 25% a través de una turbina de vapor. Parte de la
energía eléctrica y térmica generada, y los humos de la combustión
son aprovechados por el acelerador bioelectromagnético.
La figura 1 muestra un esquema representativo
del procedimiento acelerado de conversión energética del dióxido de
carbono objeto de la presente invención con cada una de sus etapas
para el aprovechamiento de la energía electromagnética solar y
artificial, con el fin de obtener entre otros productos, tales cuya
oxidación genere un aprovechamiento total de la energía térmica
producida por todos los compuestos de carbono tras su oxidación.
La figura 2 muestra un esquema representativo
del procedimiento acelerado de conversión energética del dióxido de
carbono objeto de la presente invención en el cual se ha añadido
una etapa adicional entre la etapa la 2 y la 3. En esta nueva etapa
se lleva a cabo un proceso de transformación de los productos
obtenidos en la segunda etapa. Los lípidos se dirigen a un proceso
de transformación de Energía química mediante transesterificación.
Los hidrocarburos se destilan mediante hidrocraqueo catalítico,
obteniéndose de esta manera productos energéticos tales como el
queroseno, benceno, biodiesel, naftas y otros corno la glicerina. A
los azúcares se les aplica una ruptura molecular para obtener etanol
que parte de él será utilizado en el proceso de transesterificación
que se lleva a cabo en los lípidos.
La figura 3 muestra un esquema representativo
del procedimiento para la recuperación del dióxido de carbono
emitido por los motores de coches, el cual se capta a la salida del
tubo de escape en condiciones normales de funcionamiento de un
motor. A continuación se comprimen los gases y se acumulan dentro
de un reservorio autónomo al vehículo similar a un reservorio o
tanque de combustible. A continuación se descargan este reservorio
en las estaciones de servicio al mismo tiempo que se rellena de
combustible el vehículo. Para después utilizar estos tanques o
reservorio de recolección de dióxido de carbono para reinyectar
dentro de los bioaceleradores electromagnéticos de una central de
producción de energía de tipo acelerado de conversión energética de
dióxido de carbono que a su vez dicha central produce el
combustible necesario al vehículo.
La figura 4 muestra la atenuación del CO_{2}
atmosférico en concentración del 10% v/v mediante el uso de la cepa
Nanochloropsis gaditana.
La figura 5 muestra la influencia del CO_{2}
en el aumento de biomasa en un cultivo de una cepa tipo de
Nanochloropsis sp, en donde NA representa dicha cepa
tipo.
La figura 4 muestra como a partir de un cultivo
de 41 millones de células/ml en un intervalo de tiempo 310 min se
ha conseguido una reducción en una atmósfera enriquecida en CO_{2}
al 10% de la totalidad del CO_{2} existente en dicha atmósfera,
con un incremento en biomasa de 3,5 millones de células/ml. El
cultivo se mantuvo estable a 22ºC y un pH constante de 8,2. Se
mantuvo la iluminación en un fotoperiodo 18:6. Así mismo
experiencias realizadas en atmósferas enriquecidas al 20% muestran
una pauta similar y una proporcionalidad directa en el aumento de
biomasa. La especie utilizada ha sido Nanochloropsis
gaditana. La salinidad del medio era del 38 por mil y la
experiencia se ha realizado en un fermentador cerrado de cultivo de
40 litros de volumen.
Las cepas iniciales para la inoculación de
convertidor de biomasa están mantenidas en agua de mar
microfiltrada sobre filtros de acetato de celulosa de 0,45 micras y
posterior refiltrado de 0,20 micras y finalmente esterilizadas
mediante rayos UV. El medio de cultivo de los convertidores se
mantiene estéril y axénico mediante antibióticos, fungicidas.
Los antibióticos añadidos al cultivo son una
mezcla de penicilina y estreptomicina a un rango de concentraciones
de 100 a 300 mg/l cada uno de ellos, preferentemente se a un rango
de concentraciones de 150 a 250 mg/l y más preferentemente a una
concentración de 200 mg/l para cada uno de los componentes de la
mezcla.
Los fungicidas añadidos al cultivo son una
mezcla de griseofulvira y nistatina a un rango de concentraciones
de 100 a 300 mg/l cada uno de ellos, preferentemente se a un rango
de concentraciones de 150 a 250 mg/l y más preferentemente a una
concentración de 200 mg/l para cada uno de los componentes de la
mezcla.
En la Figura 5 se puede observar la diferencia
en el crecimiento de dos cultivos de Nanochloropsis sp, cuya
única diferencia estriba en la presencia o ausencia de aire
enriquecido en CO_{2} al 5%. Como se puede observar en la figura,
el crecimiento de la cepa con aire atmosférico presenta un
desarrollo del orden de un 40% inferior al crecimiento de la cepa
cultivada con aire enriquecido al 5% en CO_{2}. Esta experiencia
ha sido realizada en un bioacelerador electromagnético de 0,5
m^{3} en condiciones de temperatura, salinidad y pH igual que en
el caso anterior.
La diferencia de rendimiento de la cepa con y de
la cepa sin, se hace especialmente importante a partir del momento
en el que se superan los 120 millones de células/ml.
Las cepas iniciales para la inoculación de
convertidor de biomasa están mantenidas en agua de mar
microfiltrada sobre filtros de acetato de celulosa de 0,45 micras y
posterior refiltrado de 0,20 micras y finalmente esterilizadas
mediante rayos UVA. El medio de cultivo de los convertidores se
mantiene estéril y axénico mediante antibióticos, fungicidas.
Los antibióticos añadidos al cultivo son una
mezcla de penicilina y estreptomicina a un rango de concentraciones
de 100 a 300 mg/l cada uno de ellos, preferentemente se a un rango
de concentraciones de 150 a 250 mg/l y más preferentemente a una
concentración de 200 mg/l para cada uno de los componentes de la
mezcla.
Los fungicidas añadidos al cultivo son una
mezcla de griseofulvira y nistatina a un rango de concentraciones
de 100 a 300 mg/l cada uno de ellos, preferentemente se a un rango
de concentraciones de 150 a 250 mg/l y más preferentemente a una
concentración de 200 mg/l para cada uno de los componentes de la
mezcla.
Claims (14)
1. Procedimiento de conversión energética del
dióxido de carbono, caracterizado porque comprende las
siguientes etapas:
- a.
- cultivar fitoplancton en bioaceleradores electromagnéticos;
- b.
- producción de oxígeno y biomasa compuesta de lípidos, hidrocarburos y azúcares a partir de la etapa anterior;
- c.
- oxidación de los hidrocarburos producidos en la etapa anterior para generar dióxido de carbono y NOx; y .
- d.
- recolección del dióxido de carbono y NOx procedentes de la etapa anterior hasta los cultivos de la primera etapa.
2. Procedimiento de conversión energética del
dióxido de carbono, según la reivindicación 1, caracterizado
porque en la etapa a, se dan las siguientes condiciones de
cultivo:
- a.
- temperatura constante dentro del intervalo de 20 a 25ºC;
- b.
- longitudes de onda dentro del intervalo de 400 a 700 nm;
- c.
- intensidad de luz solar desde 200 a 900 vatios/m^{2};
- d.
- intensidad de luz artificial desde 1 a 50 vatios/m^{2};
- e.
- fotoperíodos desde 24:0 a 12:12 horas luz/oscuridad;
- f.
- salinidad desde 0,2\textperthousand a 40\textperthousand, preferentemente de 20\textperthousand a 40\textperthousand para cepas de agua salada, 8\textperthousand a 20\textperthousand para cepas de agua salobre y 0,2\textperthousand a 8\textperthousand para cepas de agua dulce;
- g.
- presión desde 1 a 5 atmósferas;
- h.
- antibióticos y fungicidas en concentración desde 100 a 300 mg/ml, preferentemente desde 150 a 250 mg/ml y más preferentemente a 200 mg/ml
- i.
- concentración de fitoplancton o zooplancton desde 30 a 500 millones de células/ml; y
- j.
- pH desde 6,5 a 8,9.
3. Procedimiento de conversión energética del
dióxido de carbono, según las reivindicaciones 1 a 2,
caracterizado porque en la etapa a, el cultivo de
fitoplancton está sometido a un campo eléctrico y a un campo
magnético.
4. Procedimiento para la conversión energética
del dióxido de carbono, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la etapa b, comprende las siguientes
etapas:
- a.
- extracción de la biomasa del medio de cultivo;
- b.
- centrifugado de la biomasa;
- c.
- secado de la biomasa;
- d.
- separación de silicatos y celulosa mediante disolventes apolares; y
- e.
- ruptura de las células del medio de cultivo mediante ultrasonidos, politrón, microondas y/o calentamiento a 200ºC.
5. Procedimiento para la conversión energética
del dióxido de carbono, según la reivindicación 1,
caracterizado. porque en la etapa c, los hidrocarburos se
oxidan mediante combustión directa y/o indirecta.
6. Procedimiento para la conversión energética
del dióxido de carbono, según la reivindicación 1,
caracterizado porque en la etapa d, se recogen los gases
procedentes de la etapa c, para ser reconducidos al medió de
cultivo de la etapa a.
7. Uso del NOx y del dióxido de carbono
generados en la etapa c del procedimiento de la reivindicación 1,
para producir vapor para su utilización en turbinas.
8. Uso del NOx y del dióxido de carbono
generados en la etapa c del procedimiento de la reivindicación 1,
para alimentar al fitoplancton del medio de cultivo.
9. Uso del NOx y del dióxido de carbono
generados en la etapa c del procedimiento de la reivindicación 1,
para producir vapor para su utilización en motores de tipo
Stirling.
10. Uso del NOx y del dióxido de carbono
generados en la etapa c del procedimiento de la reivindicación 1,
para producir vapor para su utilización en ciclos combinados
Stirling-turbina.
11. Procedimiento para la conversión energética
del dióxido de carbono, según las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque adicionalmente se puede incorporar una
etapa e entre las etapas b y c en la cual se produce una
transformación de los productos resultantes de la etapa b, en
compuestos de alto nivel energético.
12. Procedimiento para la conversión energética
del dióxido de carbono, según la reivindicación 11,
caracterizado porque en la etapa e, los lípidos procedentes
de la etapa b, pasan por un proceso de transesterificación.
13. Procedimiento para la conversión energética
del dióxido de carbono, según la reivindicación 11,
caracterizado porque en la etapa e, los hidrocarburos
procedentes de la etapa b, se destilan mediante un hidrocraqueo
catalítico para obtener productos energéticos como queroseno,
benceno, biodiesel, naftas y glicerina.
14. Procedimiento para la conversión energética
del dióxido de carbono, según la reivindicación 11,
caracterizado porque en la etapa e, los azúcares procedentes
de la etapa b, pasan por un proceso de ruptura molecular para
obtener etanol.
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