ES2319604B2 - Metodo de obtencion de biocombustible. - Google Patents
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Abstract
Método de obtención de biocombustibles.
Método o sistema de obtención de biocombustibles
mediante procedimientos encadenado donde los subproductos en el
proceso de producción de bioetanol son utilizados en procesos
alternativos en la misma planta, instalación o biorrefinería.
Description
Método de obtención de biocombustible.
La presente invención se refiere a un método o
sistema de obtención de biocombustibles mediante procedimientos
encadenados donde los subproductos en el proceso de producción de
bioetanol son utilizados en procesos alternativos en la misma
planta, instalación o biorrefinería.
El biocombustible es el término con el cual se
denomina a cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa.
Es una fuente renovable de energía, a diferencia de otros recursos
naturales como el petróleo, carbón y los combustibles nucleares.
Aunque se puede hablar de muchos tipos de biocombustible, por su
importancia, aplicación y volumen de producción, básicamente hay
dos: el bioetanol y el biodiésel.
Los biocombustibles (el bioetanol y el
biodiésel) se han convertido en opciones tan válidas como los
combustibles fósiles para la obtención de energía, sobre todo en el
sector de los transportes.
Hasta ahora la obtención de diferentes
carburantes (mediante destilación fraccionada), plásticos, etc. en
un misma instalación o complejo industrial se realiza en refinerías
petrolíferas que trabajan con mezclas de hidrocarburos que extraen
del medio ambiente, como de petróleo, gas natural, con la
contaminación que ello supone.
Se propone mediante la presente invención la
creación de una biorrefinería multifuncional en la cual se obtienen
diferentes tipos de combustibles (líquidos y gases) así como
bioplásticos, enzimas y piensos todo con la entrada de productos
agrarios y con todos los subproductos aprovechados ya que
subproductos de unos procesos serán aprovechados como entrada de
otros procesos y el CO_{2} producido será fijado por algas.
La presente invención se refiere a la creación
de un complejo industrial denominado biorrefineria
multifuncional.
En dicho complejo se pueden obtener distintos
tipos de biocombustibles por diferentes procesos tecnológicos que
se expondrán a continuación.
Además, subproductos de unos procesos entrarán a
formar parte de otros procesos paralelos en la planta de
biorrefinería.
La columna vertebral de dicho complejo será la
creación partiendo de cero de una planta de producción de bioetanol
a partir de remolacha (o caña de azúcar) u otras materias primas
que se citan más adelante.
Constará de una zona de recepción de la
remolacha donde se realizará una tara y una cuantificación de la
riqueza en azúcar de dicha materia prima.
A continuación la remolacha será sometida a un
proceso de limpieza (desherbado, despedrado,....) y lavado.
Una vez limpia la materia prima será sometida a
un proceso de corte en molinos de cuchillas formando lo que se
denomina coseta (trozos de remolacha cortada).
Las cosetas se introducirán en difusores donde
el azúcar (sacarosa) pasará a un medio acuoso y formará una
disolución con aproximadamente 16-17 grados
brix.
A la salida de dichos difusores tendremos un
jugo denominado jugo de difusión rico en azúcares y pulpas que se
utilizarán para producir pienso o para entrada en segunda
generación.
El jugo o disolución azucarada será sometida
posteriormente a un proceso de esterilización con vapor (puede ser
directo o indirecto). En dicho proceso y sin que sea limitante se
utilizarán altas temperaturas, cortos tiempos (aproximadamente unos
140ºC y 5 segundos) para dañar más a los microorganismos y menos a
los hidratos de carbono.
Posteriormente, se realizará un proceso de
inversión de la sacarosa en fructosa y glucosa mediante enzimas
(invertasa en principio sin que sea limitante). Dicho proceso podrá
ser mediante la adicción de enzimas o en lechos en los cuales
dichas enzimas se encuentran inmovilizadas como puede ser sin que
sea limitante un lecho (fijo o fluidizado) de resinas epoxi.
Una vez obtenidos los azúcares en forma simple,
en el caso de realizar un proceso enzimático, o en su forma
inicial, si no se realiza dicho proceso, se procede a un proceso de
fermentación alcohólica. Dicho proceso de fermentación podrá ser en
continuo y/o discontinuo.
Los microorganismos, utilizados en dicha
fermentación, podrán ser o no mejorados genéticamente o mezcla de
ambos.
Una vez realizada la fermentación alcohólica el
mosto fermentado pasará a un proceso de destilación. El CO_{2}
saliente de los fermentadores será sometido a un proceso de
recuperación del etanol que pudiera ir con él y se dirigirá hacia
la producción o crecimiento de algas ya sea en lagunaje o
biorreactores.
En cuanto al mosto fermentado, pasa a un proceso
de destilación que en principio y sin que sea limitante será de 4
columnas de destilación. Las dos primeras columnas serán de
agotamiento y se separarán vinazas con materia orgánica del resto
de componentes.
De dichas vinazas se separará la materia
orgánica mediante decantadores centrífugos. Esta materia orgánica
se puede derivar a producción de DDG's (piensos) o a producción de
biocarburantes de segunda generación (pirólisis,gasificación,...).
Y el resto de vinazas podrá ser sometido a procesos de
metanogénesis y/o de hidrogénesis mediante reformado con vapor de
agua.
Después de las columnas de agotamiento, el resto
de componentes pasará a una columna de purificación donde se
separarán componentes de menor volatilidad que el etanol (como
pueden ser metanol, acetaldehído,...) dicha salida de elementos
menos volátiles que el etanol podrán a su vez ser sometidos a un
proceso adicional de destilación en una columna de rectificación de
metanol (esta es una columna de rectificación para los productos
ligeros salientes por cabeza de la de purificación) para obtener
dicho alcohol y utilizarlo en procesos de producción de biodiésel
en primera generación. El resto de componentes podrán ser quemados
o utilizados como disolventes.
La columna final de destilación será una columna
de rectificación en la cual se separará el etanol del agua (punto
aceotrópico) colas con agua mayoritariamente y aceites de
fúsel.
El etanol, a la salida de la columna de
rectificación de etanol (esta columna es la cuarta de las columnas
del proceso principal, diferente de la columna de rectificación de
metanol arriba descrita) será sometido a un proceso de
deshidratación molecular como puede ser, sin que sea limitante, un
proceso de adsorción de zeolitas sintéticas de aproximadamente unos
3 (\ring{A}) Amstrong de diámetro.
Una vez deshidratado el etanol se puede
desnaturalizar y pasar a almacenamiento.
El proceso de producción de bioetanol de la
presente invención a partir de remolacha, puede no utilizarse todo
el año en función de la geografía donde se implante y criterios
agronómicos, por lo cual en el caso de que no se utilice remolacha
durante todo el año (menos tiempo de mantenimiento) en la nueva
fábrica se podrán utilizar otras materias primas.
El proceso es común a partir de la fermentación
y en lo que se diferencia el proceso será en la preparación de
dichas materias primas.
Existen una serie de materias primas que serán
convertidas en harina entre las que se encuentran, por ejemplo,
cereales (por ejemplo, pero sin limitarse a maíz, trigo, cebada,
sorgo, centeno, o sus mezclas) y/o algarrobas.
Una vez obtenida la harina de dichas materias
primas (ya sea por procesos en seco o en húmedo) dicha harina se
mezcla con agua y esterilizada con procesos de vapor (dicho proceso
también servirá para solubilizar algunos azúcares y además de vapor
para esterilizar se pueden utilizar otros compuestos ácidos, como
por ejemplo, pero sin limitarse, ácido benzoico).
Además, los jugos azucarados provenientes de
dichas materia primas también pueden sufrir procesos enzimáticos
previos a la fermentación en función de sus tipos de azúcares y
pasar a la fermentación (a partir de la fermentación el proceso es
común).
Otra realización preferida de la instalación de
la presente invención es partir de materiales celulósicos o
lignocelulósicos entre los cuales y sin que sea limitante se pueden
seleccionar del: cardo, paja de cereales, bambú, podas de árboles,
árboles. Estas materias primas deberán sufrir un proceso de
triturado con diferentes tipo de sierras o similar, obteniéndose un
serrín que será mezclado con agua caliente y un catalizador como
puede ser, sin que sea limitante un ácido.
Posteriormente, se puede adicionar vapor y pasar
por un proceso enzimático para romper los azúcares a sus formas
simples.
Una vez pasado el proceso enzimático se puede
llevar el jugo a fermentar siendo a partir de la fermentación el
proceso común a lo ya citado en la invención.
Por otro lado, estas materias primas, obtenidas
a partir de materiales celulósicos o lignocelulósicos, pueden
entrar también en la segunda generación (pirólisis,
gasificación).
En otra realización preferida el proceso
descrito en la invención puede llevarse a cabo también utilizando
caña de azúcar, como materia prima en lugar de la remolacha o como
una línea más, con la única diferencia que el jugo azucarado se
obtendrá después de procesos de limpieza, triturado con cuchillas
de la caña y trapiches.
En otra realización preferida en un momento
determinado se podrán utilizar alcoholes vínicos en el proceso de
bioetanol teniendo entrada en el proceso de destilación o residuos
de industrias lácteas (lactosueros o permeados) con entrada en los
fermentadores.
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2. El resto de procesos, además de proceso de
bioetanol, que se produce en la instalación de biorrefinería de la
presente invención, son los siguientes:
En dicha planta se pueden instalar procesos de
pirólisis, gasificación y de Fischer Tropsch. Estos tres procesos
son independientes, pero si se utiliza el proceso de Fischer Tropsh
para producir biogasolinas se va a alimentar con los gases de
síntesis producidos en el proceso de gasificación, cuando
proceda.
La alimentación a dichos procesos se realiza con
biomasa (materiales celulósicos, lignocelulósicos como pueden ser
sin que sean limitantes paja de cereal, bambú, otros residuos
agrícolas, cardo,...), con algas prensadas y secas obtenidas de
proceso anterior de lagunaje o biorreactores y que han tenido como
fuente de carbono el CO_{2} de salida de fermentación del proceso
de bioetanol, con restos de microorganismos, con bioplásticos, con
carbón o con cualquiera de sus mezclas.
Del proceso de pirólisis se van a obtener
biocombustibles y residuos (chars sólidos, residuos carbonosos y
gases principalmente).
Del proceso de gasificación se van a obtener
gases de síntesis para producir hidrógeno (separación de gases),
biometanol (proceso anexo al de gasificación alimentado con los
gases de síntesis, el proceso se realiza a altas temperaturas del
orden de 350ºC y altas presiones del orden de 250 atmósferas y con
catalizadores como pueden ser óxidos metálicos de cromo o zinc),
etileno (tras proceso catalítico de los gases de síntesis o
directamente del mismo reactor de gasificación para obtener etanol
mediante un proceso de hidratación de alquenos posterior a procesos
de separación de gases como pueden ser sistemas
L-V,L-L,L-S y
S-V entre otros o para obtener poletilenos), o para
alimentar los procesos de Ficher Tropsch cuya finalidad será la
obtención de biogasolinas.
Además, esta planta de segunda generación anexa
a la de bioetanol se puede alimentar en un momento determinado con
las pulpas o DDG's obtenidos del proceso de bioetanol ya sean solos
o en mezcla con cualquiera de las materias primas ya citadas.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, se pueden polimerizar productos
obtenidos mediante fermentación microbiana como por ejemplo sin ser
limitante polimerizaciones de ácido láctico.
Dichos compuestos químicos de interés serán
separados, antes de polimerizar, del resto de componentes del mosto
fermentado por diferentes procesos como pueden ser sin ser
limitantes procesos de destilación, ultrafiltraciones,
microfiltraciones, extracción con solventes, columnas de retención,
etc.
Dichos procesos de fermentación se realizarán en
la biorrefinería y se contará con fermentadores, sistemas de
separación de los compuestos químicos deseados y zona de
polimerización.
Otra realización preferida, puede ser el uso de
fructosa para producir HMF (hidroximetil furfural) mediante
tratamiento con ácidos y oxidantes para posteriormente polimerizarlo
a través de adicciones al doble enlace del oxígeno (grupo
aldehído).
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En esta planta se pueden obtener enzimas para
alimentar los procesos descritos en la invención.
Este proceso consiste en una fermentación
microbiana en la cual se inducirá a los microorganismos a producir
las enzimas que precisemos.
A la salida el mosto fermentado puede sufrir un
proceso de diferencia de presión (homogeneización) para romper los
microorganismos y obtener las enzimas del interior de los
mismos.
Después se puede proceder a la separación de los
restos microbianos por procesos de centrifugación. Una vez
separados los restos microbianos se separan las proteínas del resto
de componentes por procesos de ultrafiltración y de precipitación
con compuestos químicos como pueden ser sulfato amónico, cloruro de
metileno, entre otros.
Tras este procedimiento se obtienen restos de
microorganismos que tras ser prensados y secados podrán ir a
segunda generación o a producir pienso, enzimas, proteínas no
activas o un jugo azucarado que se puede utilizar para alimentar
fermentadores de primera generación o volver a realimentar el
proceso de este apartado (C) (adición de moléculas a los azúcares
que permitan la inducción enzimática pero no la fijación de los
aminoácidos de fijación de las enzimas).
En una realización preferida estas enzimas
pueden inmovilizarse en diferentes materiales como por ejemplo, sin
ser limitantes, resinas epoxi.
Además de obtención de enzimas y restos de
biomasa, en esta parte de la biorrefinería donde se va a trabajar
la biotecnología se mejorarán genéticamente microorganismos para
que puedan degradar cualquier tipo de azúcar y toleren mejor el
etanol.
Se puede instalar una planta de producción de
biodiésel de primera generación con los aceites de oleaginosas y/o
de algas que han fijado el CO_{2} de salida de los
fermentadores.
Además, el metanol necesario para la realización
de la reacción de transesterificación en dicha fábrica procederá en
parte o en su totalidad de la columna de rectificación de ligeros
de la planta de bioetanol o de los procesos de síntesis de
biometanol tras gasificación.
Estas algas se pueden cultivar en lagunaje o
biorreactores y su fuente de carbono puede ser el CO_{2} de los
fermentadores del proceso de producción de bioetanol.
Las algas obtenidas se pueden utilizar para
obtener aceite para primera generación en biodiésel o para segunda
generación como biomasa una vez secas y prensadas.
Así, un primer aspecto de la presente invención
proporciona un método para la obtención de biocombustible que
comprende:
- a.
- producción de bioetanol a partir de materias primas de origen vegetal;
- b.
- producción de biogasolina a partir de gases de síntesis obtenidos en procesos de gasificación con materias primas seleccionadas de entre el grupo que comprende al menos: pulpas o piensos, obtenidos como subproductos en el paso (a), o algas cultivadas, con el CO_{2} procedente del paso (a), como fuente de carbono.
En este paso (b) además de esas materias primas
también se puede utilizar carbón, biomasa microbiana, biomasa
vegetal, bioplásticos, materias celulósica o lignocelulósica o
cualquiera de sus mezclas.
Una realización preferida del método de la
invención, además puede comprende la:
- c.
- producción de biodiésel a partir de aceite de materias primas seleccionadas del grupo que comprende: algas cultivadas con el CO_{2} procedente del paso (a), como fuente de carbono; ó metanol obtenido en el paso (a).
En este paso (c) además de los aceites de
materias primas descritos también se puede utilizar aceite de
frutos oleaginosos (por ejemplo jatropha, colza, soja, palma,
ricino), aceite de freiduría tratado o no, o cualquiera de sus
mezclas.
Y una realización aún más preferida del método
de la invención, además puede comprender la:
- d.
- producción de biometanol a partir de gases de síntesis obtenidos en paso (b).
Y otra realización aún más preferida del método
de la invención, además puede comprender la:
- e.
- producción de bioetanol a partir de etileno obtenido en el paso (b), mediante un proceso de catálisis tras la gasificación o por gasificación directa, mediante un proceso de hidratación de alquenos.
En general, los subproductos obtenidos en cada
uno de los pasos descritos (a), (b), (c) y (d), se pueden utilizan
además de como materias primas para los mismos paso o para otros,
como alimentación de otros procesos alternativos a la producción de
biocombustibles en un mismo sistema o biorrefinería o ser quemados
para producir energía, citar por ejemplo los chars de la pirólisis
o compuestos carbonosos residuales del mismo proceso.
En una realización preferida del método se
utiliza el etileno obtenido en procesos de gasificación (ya sea por
gasificación directa o por catálisis con gases de síntesis) para la
producción de bioplásticos mediante procesos de polimerización.
En otra realización preferida del método se
utiliza el CO_{2} procedente de los fermentadores del paso (a)
para el cultivo de algas.
En otra realización preferida del método se
utilizan los subproductos de los pasos (a) a (d) como fuente de
energía. Donde los subproductos que pueden ser utilizados son:
chars, compuestos carbonosos, glicerina, gases de síntesis
(H_{2}, CO_{2}, CO), metano, fosfatos potásicos (si se
neutraliza la glicerina con ácidos).
En otra realización preferida del método se
utiliza el metano obtenido de las vinazas por procesos de
metanogénesis del paso (a), para la producción de hidrógeno.
A lo largo de la descripción y las
reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no
pretenden excluir otras características técnicas, aditivos,
componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros
objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán
en parte de la descripción y en parte de la práctica de la
invención. Los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de
ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente
invención.
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Ejemplo
1
Durante la campaña de remolacha se recepcionan
para molturar en la planta núcleo de bioetanol 9500 tm/día de
remolacha. Esta remolacha tras la tara y medida de su riqueza en
azúcar (se toma una muestra y en laboratorio con refractómetro se
miden grados Brix) se pasa a diferentes procesos de limpieza entre
los que se destacan el despedrado y desherbado.
El despedrado se realiza por diferencia de pesos
en medio acuoso o canal hidráulico y en dicho canal por medios
mecánicos se lleva a cabo también un desherbado (estos procesos
pueden realizarse por otros métodos por lo cual los expuestos no
han de ser limitantes).
Una vez realizado el despedrado y el desherbado
la remolacha pasa a un lavadero donde se continúa la limpieza de la
misma.
Una vez limpia la remolacha pasa a unos molinos
de cuchillas donde es cortada en tiras finas denominadas comúnmente
"cosetas". La finalidad de dicho proceso es el aumentar la
superficie de contacto para mejorar el proceso de ósmosis
siguiente.
Las cosetas se introducen en difusores con un
tornillo sinfín en su interior. En dichos difusores se introduce
también agua junto con otros compuestos químicos como por ejemplo
ácidos para mejorar la salida de la sacarosa a través de la
membrana ectoplasmática de las células.
En dichos difusores se produce el paso de la
sacarosa hacia el agua formando un jugo azucarado.
A la salida de este proceso de difusión se
obtienen por una parte, las pulpas (cosetas agotadas o sin
sacarosa) y por otro lado el jugo de difusión o disolución
azucarada.
Las pulpas se someten a un proceso de prensado y
tamizado para recuperar jugo que todavía va con ellas. En este
punto las pulpas son llevadas al secadero con el que cuenta la
biorrefinería para producir pienso o se llevan, tras ser secadas, a
los procesos de segunda generación de pirólisis o gasificación para
producir biofueles o gases de síntesis.
El jugo de difusión tras pasar por deslodadores
y/o filtros de arena en el caso de ser necesario es esterilizado
mediante un proceso con vapor a altas temperaturas y cortos
tiempos, tras la esterilización es enfriado a la temperatura óptima
de actuación de la enzima invertasa que se añade a
continuación.
Además, en este punto se realiza un control del
pH del jugo para modificarlo con productos químicos en el caso de
no ser el óptimo.
Una vez conseguidas las condiciones óptimas de
pH y Tª se adicionan también activadores para mejorar la eficiencia
enzimática y se adiciona invertasa con la finalidad de invertir la
sacarosa en glucosa y fructosa.
El jugo pasa a continuación a un proceso de
fermentación alcohólica en discontinuo (sin ser limitante ya que
puedes ser continuo también). En dicho proceso de fermentación se
cuenta con 8 fermentadores de 3000 m^{3} de capacidad y dos
tanques de propagación para el crecimiento de los
microorganismos.
El jugo se introduce en los fermentadores y se
adiciona un inóculo en un 1% (densidad óptica de 10
aproximadamente).
Dicho inóculo se realiza con levaduras mejoradas
genéticamente para que tengan una mayor capacidad de tolerancia de
etanol y para que sean capaces de degradar distintos tipos de
azúcares.
Las enzimas invertasas que se añaden al proceso
se producen en la propia biorrefinería en un proceso en el cual se
obtienen por un aparte restos de microorganismos rotos y por otra
parte enzimas, proteínas y un jugo azucarado.
Además, en lugar de adicionarse al jugo
continuamente también podrían presentarse inmovilizadas en resinas
epoxi o similares en lechos fijos o fluidizados.
A la salida de la fermentación obtenemos
CO_{2} y el jugo o mosto fermentado.
El CO_{2} se somete a un proceso de
recuperación de etanol en columnas de lavado mediante unión a agua
por puentes de hidrógeno (sin que sea limitante).
Una vez limpio el CO_{2} se deriva a lagunaje
o bioreactorres para el cultivo de algas.
Dichas algas se utilizan para obtener aceite por
centrifugación, secado y prensado o como biomasa mediante
centrifugación y secado para los procesos de segunda generación ya
citados de pirólisis y gasificación. En el caso de prensar para
obtener aceite se obtiene además una torta proteínica que se
utiliza para producir pienso o como biomasa para los procesos de
segunda generación.
El jugo fermentado de salida de los destiladores
pasa por un tanque pulmón y de este pasa a un proceso de
destilación compuesto por cuatro columnas (sin que sea
limitante).
Las dos primeras columnas son de agotamiento y
la función es separar vinazas con materia orgánica del resto de
componentes.
Las vinazas pasan por unos decantadores
centrífugos y se separa la materia orgánica del resto de vinazas.
Dicha materia orgánica se utiliza para producir piensos en el
secadero (DDG's) o como entrada para los procesos de segunda
generación de la biorrefinería.
Además, el resto de vinazas solas o junto con
otros subproductos del resto de procesos, residuos agrarios o de
industrias agrarias se someten a un proceso de metanogénesis para
la producción de metano.
Dicho metano se puede quemar, utilizar para
producir hidrógeno por reformado con vapor o producir metanol por
reacciones químicas.
La tercera columna es de purificación y en esta
se eliminan los componentes de menor volatilidad que el etanol
(acetaldehído, metanol,....), estos compuestos a su vez se hacen
pasar por una columna de rectificación de metanol en la que se
separa el metanol del resto de componentes. El metanol se utiliza
para la reacción de transesterificación de la planta de biodiésel
de la biorrefinería. El resto de componentes se queman, se utilizan
como disolventes o se venden con otros fines a la industria
química.
La cuarta columna es de rectificación. En esta
columna se separa el etanol del agua en el punto aceotrópico,
además se obtienen aceites de fúsel y unas colas con agua. Los
aceites de fusel se queman o venden a industrias químicas.
El etanol en el punto aceotrópico pasa a través
de un deshidratador molecular de zeolitas sintéticas de 3 amstrong
(\ring{A}) de diámetro para deshidratarlo hasta una pureza >
99,8%.
Este proceso con remolacha se utiliza durante 6
meses y medio obteniendo 190.000 m^{3} de bioetanol y 180.000 tm
de pienso, que se utiliza como tal o se introduce en líneas de
segunda generación.
En estos seis meses y medio como ya se ha
nombrado se aprovecha el CO_{2} para el cultivo de algas en
lagunaje y/o birreactores, por cada 1,7 Kg de CO_{2} se obtienen
aproximadamente 1 Kg de algas secas.
Dichas algas se utilizan para procesos de
segunda generación o para obtención de aceite (transesterificación)
y torta.
Como ya se ha descrito en la biorrefinería se
obtienen las enzimas que se utilizan para el proceso previo a
fermentación.
La biorrefinería cuenta con una planta de
obtención de enzimas, biomasa microbiana y bioplásticos
(microbiología), a continuación se cita un ejemplo sin ser
limitante de línea de actuación en dicha parte de la
biorrefinería:
Se comienza el proceso en tanques de
fermentación a los que llegan los microorganismos (ya sean
genéticamente modificados o no) procedentes de unos tanques de
propagación.
Dichos microorganismos tienen los genes que
codifican para la enzima que queremos obtener así como buenas
características, de crecimiento y componentes bioquímicos para el
proceso.
Los microorganismos se pasan a unos
fermentadores situados en serie para realizar una fermentación en
continuo aunque también podría realizarse el proceso en
discontinuo.
En dichos fermentadores también se van a incluir
los componentes moleculares o nutrientes que una vez detectados por
los microorganismos hagan al genoma de los mismos codificar las
enzimas que buscamos. También se pueden incluir otros compuestos
requeridos para que la fermentación se realice en óptimas
condiciones.
Dichas enzimas son excretadas al exterior en
unos casos y/o intramoleculares en otros.
Con lo cual a la salida de la fermentación en
continuo tendremos un mosto con enzimas ya sean extracelulares,
intracelulares o ambos casos. El siguiente paso es un proceso de
ruptura de los microorganismos para poder obtener las enzimas que
están en su interior además también se puede realizar una purga
para que parte de los microorganismos puedan ser utilizados para
una nueva propagación antes de dicho proceso de ruptura. Este
proceso de ruptura de los microorganismos se va a realizar, sin que
sea limitante, por diferencia de presiones en un homogeneizador de
tal manera que el jugo con los microorganismos a la salida de la
fermentación se pase por este homogenei-
zador.
zador.
El homogeneizador es un proceso para romper los
microorganismos por diferencia de presión de tal manera que a la
salida de éste se obtiene el mismo jugo pero con las células de los
microorganismos rotas como consecuencia de esa diferencia de
presión. Se puede instalar una recirculación para retornar el jugo
de nuevo al comienzo de la homogeneización si no se ha realizado la
ruptura en condiciones aceptables para el proceso.
Una vez se tiene el jugo después de la
homogeneización con los microorganismos rotos, enzimas y restos de
componentes en él, el siguiente paso es separar los restos de
microorganismos del jugo. Este proceso de separación se realiza por
medio de una centrifuga o decantador centrífugo que separa el jugo
con enzimas y otros componentes bioquímicos de los restos de los
microorganismos.
Los restos de los microorganismos obtenidos del
Bowl de giro de la centrifuga se someten a un proceso de decantado,
prensado y secado y posteriormente, se utilizan para producir
biocombustibles de segunda generación en nuestra biorrefinería por
medio de procesos termoquímicos como pirólisis o gasificación ya
sean solos o junto con otros productos aptos para tal fin.
En cuanto al jugo que sale de la centrifuga, ya
sin los restos de los microorganismos, es sometido a un proceso de
ultrafiltración para separar las proteínas entre las cuales están
las enzimas del resto de componentes como pueden ser monosacáridos
polisacáridos etc.
Las proteínas quedan en el retenido y el resto
de componentes quedan en el permeado.
Las proteínas sufren un proceso para separar la
enzima buscada del resto de proteínas y el jugo del permeado puede
usarse para realimentar a los fermentadores en serie o a otros
fermentadores para producir biocombustibles como por ejemplo etanol
si el jugo lleva azúcares.
Volviendo a las proteínas del retenido, estas
sufren ahora un proceso de separación para obtener las enzimas
deseadas. Este proceso puede hacerse por pH, Tª entre otros por
citar un ejemplo: utilizando sulfato amónico en distintas
concentraciones se consigue ir precipitando las enzimas en función
de su tamaño de manera que se pueden ir precipitando las enzimas
más grandes(a menos concentración), más activas, al
principio para una concentración de sulfato amónico sin que
precipiten el resto de proteínas.
Una vez que hayan precipitado las enzimas se
realiza una centrifugación (en centrífuga o decantador centrífugo)
de manera que por una parte se obtienen las enzimas que se buscan y
por otro un jugo con proteínas.
El jugo con proteínas se puede someter a un
proceso de precipitación y centrifugación más para obtener dichas
proteínas que podrán usarse para producir pienso entre otros.
Las enzimas que precipitaron tienen sulfato
amónico que hay que eliminar con lo cual estas enzimas serán
sometidas a un proceso de ultrafiltración o similar para eliminar
ese sulfato amónico.
Una vez se ha eliminado el sulfato amónico,
dichas enzimas pueden ser purificadas más añadiendo a esa solución
cloruro de metilo en cantidades tales que dicho compuesto haga
precipitar las proteínas no activas que puedan quedar.
Dichas proteínas son separadas de nuevo por
centrifugación en un decantador centrífugo o centrífuga.
Por último el cloruro de metilo se elimina por
evaporación y se pasa con las enzimas a su proceso de preparación
para comercialización.
Entre dichos procesos se puede nombrar la
atomización, liofilización etc., pero lo más interesante en este
caso concreto es la inmovilización.
Además, de obtención de enzimas y restos de
microorganismos en esta planta de microbiología de la biorrefinería
se producen fermentaciones para obtención de bioplásticos
biodegradables.
Es decir, se producen fermentaciones con
microorganismos que producen compuestos químicos que se somete
posteriormente a procesos de separación y polimerización para
obtener plásticos biodegradables.
En dicha biorrefinería también se producen
biocombustibles por procesos de segunda generación.
1. Pirólisis: se introducen residuos
lignocelulosicos, celulósicos, materia microbiana, piensos,
bioplásticos residuos agrícolas o de industrias agrarias solos o
mezclados en un reactor que trabaja en ausencia de oxígeno y/o
vapor de agua a altas temperaturas en tomo a 400ºC (en principio ya
que también se pueden producir catálisis frías o con variaciones
calor-frío).
En cuanto la presión de trabajo podrá variarse,
los reactores podrán trabajar a vacío, a presión atmosférica o a
elevadas presiones.
En dicho reactor se produce una catálisis
térmica o catalítica obteniendo una mezcla de líquidos, sólidos y
gases que una vez separados dan biofuel, un hidrocarburo de
características similares al diésel y subproductos (gases,
alquitranes, residuos carbonosos).
Además, esos mismos componentes se pueden
introducir también en reactores de:
2. Gasificación: se introducen materiales
celulósicos, lignocelulosicos, carbón, residuos, restos de
microorganismos, algas o mezclas de todo lo nombrado con un agente
gasificador (aire, oxígeno, oxígeno+vapor de agua, etc) en
reactores a alta temperatura (en torno a 600ºC) para finalmente
tras procesos de separación obtener una mezcla de gases de síntesis
(H_{2}, CO_{2}, CO, etileno entre otros).
Estos procesos se podrán llevar a cabo a presión
atmosférica, a vacío o a altas presiones, la diferencia es que
cuando se realicen a presión atmosférica se obtendrán menos
hidrocarburos y alquitranes y por lo tanto obtendremos más
gases.
Dichos gases se utilizan para diferentes
procesos:
2.1 Obtención de biogasolinas mediante
procesos de catálisis con catalizadores metálicos, de cobalto y/o
hierro, a altas presiones (aproximadamente 25 bares) y temperaturas
(aproximadamente 250ºC).
2.2 Obtención de biometanol A partir de
gases de síntesis en procesos de altas temperaturas
(aproximadamente 350ºC) y altas presiones (unas 250 atmósferas) con
catalizadores metálicos (óxidos metálicos de cobre o zinc).
2.3 Obtención de bioetanol, del proceso
de gasificación se obtienen gases de síntesis que tras un proceso
en reactores a elevadas temperaturas (400ºC) y presiones (200
atmósferas) con catalizadores metálicos sobre base alúmina o
zeolitas produce entre otros compuestos etileno que una vez
separado del resto de componentes (procesos de separación pueden
ser
L-V,L-L,L-S,S-V
entre otros) se somete a un proceso de hidratación de alquenos
obteniendo bioetanol.
También se puede obtener etileno directamente en
el proceso de gasificación utilizando catalizadores metálicos entre
otros en el proceso e hidratarlo tras los procesos de separación de
gases pertinentes para posteriormente obtener bioetanol.
Además, parte del etileno o todo se utiliza para
producir bioplásticos por polimerización del mismo obteniendo
polietilenos.
Ya se ha citado además que también se produce
biodiésel a partir de aceite de algas y otras materias primas como
aceite de jatropha, soja, colza etc (o mezclas de ellos).
Es decir la biorrefinería cuenta con una planta
de biodiésel de primera generación. En esta planta entra el aceite
y se mezcla con metóxido de sodio o potasio en unas concentraciones
en p/p de aproximadamente el 15,8% (de el cual el 3,89% (p/p)
aproximadamente será NaOH o KOH).
Para preparar dicho metóxido se utiliza
biometanol de segunda generación, de nuestra columna rectificadora,
nuevo o mezclas de ellos.
Una vez realizada la reacción de
transesterificación se separa la glicerina del biodiésel por
centrifugación o sedimentación.
La glicerina se utiliza posteriormente para
quemar solo o junto con otros carburantes o residuos de otras
líneas en la planta de generación eléctrica de la
biorrefinería.
Posteriormente se elimina el metanol mediante un
proceso de destilación a vacío y se realiza un lavado y
centrifugación para eliminar jabones. Adicionalmente se puede
realizar un proceso de Winterización previo a la
centrifugación.
Una vez centrifugado de nuevo es lavado y
sometido a un proceso de decantación o nueva centrifugación.
Por último se elimina el agua en un evaporador a
vacío y se adiciona un antioxidante.
En caso de ser necesario el biodiésel pasa por
una columna de carbón activo o de resinas.
Hasta ahora se ha visto el funcionamiento en la
biorrefinería con el núcleo base trabajando con remolacha. Además
de remolacha se puede utilizar en un proceso similar achicoria de
raíz o pataca.
En caso de no poder utilizar estas materias
primas la biorrefinería pasa a utilizar en su núcleo base otras
materias primas. El proceso es similar a partir de la
fermentación.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
Cuando no sea posible utilizar remolacha en la
planta base o núcleo, se utilizarán otras materias primas con
diferentes procesos que a continuación se exponen.
A partir de la fermentación el proceso en la
planta núcleo de la biorrefinería va a ser común:
1.- Se molturan 3000 tm/día de cereales (maíz,
sorgo, cebada, centenos, trigo, ...) o algarrobas, tras haber sido
limpiados, en seco o húmedo y se hace harina.
Dicha harina se mezcla con agua caliente y se
somete a la mezcla a un proceso con vapor de agua para esterilizar
y solubilizar azúcares.
Posteriormente el jugo es enfriado y sometido a
un proceso de ruptura enzimática en varias etapas.
A partir de este punto viene la fermentación que
ya es común a lo citado con anterioridad.
2.- Se hace serrín con biomasa 3000 tm/día (paja
de cereal, bambú, cardo, ...) el serrín se mezcla con agua
caliente y un catalizador como puede ser un ácido.
Posteriormente se realiza un proceso de adicción
de vapor y enfriamiento.
El jugo sufre un proceso de ruptura enzimática
de azúcares en varias etapas y pasa a fermentar. A partir de la
fermentación el proceso es común.
3.- Se limpia la caña de azúcar y se corta en un
proceso de cuchillas.
Después se pasa a un proceso de molienda en
trapiches y el jugo azucarado saliente sigue el mismo proceso que
los jugos de difusión de la remolacha.
En este caso se obtiene bagazo en lugar de
pulpas, este bagazo (restos vegetales de la caña) se introduce en
segunda generación, se utiliza para pienso o para la planta de
cogeneración eléctrica de la biorrefinería.
Esta tres líneas pueden utilizarse solas y
combinadas entre ellas o con el proceso de remolacha del ejemplo
1.
Independientemente de la materia prima que se
utilice en la planta núcleo, el resto de procesos citados
funcionarán durante todo el tiempo que se estime necesario.
Claims (12)
1. Método para la obtención de biocombustibles
que comprende:
- a.
- producción de bioetanol a partir de materias primas de origen vegetal; y
- b.
- producción de biogasolina a partir de gases de síntesis obtenidos por gasificación de materias primas seleccionadas del grupo que comprende: pulpas o piensos, obtenidos como subproductos en el paso (a), o algas cultivadas con el CO_{2} procedente del paso (a).
2. Método según la reivindicación 1, que además
comprende:
- c.
- producción de biodiésel a partir de aceite de materias primas seleccionadas de entre el grupo que comprende algas cultivadas con el CO_{2} procedente del paso (a), como fuente de carbono.
3. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 o 2, que además comprende:
- d.
- producción de biometanol a partir de gases de síntesis obtenidos en el paso (b).
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que además comprende:
- e.
- producción de bioetanol a partir de etileno obtenido en el paso (b).
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, donde las materias primas que se pueden
utilizar en los pasos (a), (b), (c) son seleccionados del grupo que
comprende remolacha, cereales, algarrobas, algas, biomasa
microbiana, bioplásticos, materiales celulósicos o
lignocelulósicos, carbón o cualquiera de sus mezclas.
6. Método según la reivindicación 5, donde los
cereales pueden ser maíz, trigo, cebada, sorgo o centeno.
7. Método según la reivindicación 5, donde los
materiales celulósicos o lignocelulósicos son cardo, paja de
cereales, bambú, podas de árboles, árboles, restos vegetales de
limpieza de acequias o caminos rurales o desbrozados de obras.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, donde se utiliza el etileno obtenido por
gasificación (b) para la producción de bioplásticos.
9. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, donde el CO_{2} procedente del paso (a)
se utiliza para el para cultivo de algas.
10. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, donde los subproductos de los pasos (a) a
(d) se utilizan como fuente de energía.
11. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, donde el metano obtenido en el paso (a) se
utiliza para la producción de hidrógeno.
12. Método según la reivindicación 8, donde los
bioplásticos se obtienen por la polimerización tras procesos de
separación de compuestos obtenidos en fermentaciones
microbianas.
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|---|---|---|---|
| ES200702620A ES2319604B2 (es) | 2007-10-05 | 2007-10-05 | Metodo de obtencion de biocombustible. |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| ES2376682A1 (es) * | 2008-04-09 | 2012-03-16 | Vicente Merino Febrero | Método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y de subproductos del proceso de producción de bioetanol. |
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-
2007
- 2007-10-05 ES ES200702620A patent/ES2319604B2/es active Active
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| ES2376682A1 (es) * | 2008-04-09 | 2012-03-16 | Vicente Merino Febrero | Método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y de subproductos del proceso de producción de bioetanol. |
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