ES2406189A2 - Procedimiento para la extracción de lípidos a partir de biomasa algal - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la extracción de lípidos a partir de biomasa algal que comprende: - producir una suspensión acuosa de biomasa algal; - añadir a dicha suspensión acuosa de biomasa algal por lo menos un solvente orgánico inmiscible o sustancialmente inmiscible con agua, obteniendo una mezcla acuosa orgánica; - someter dicha mezcla orgánica acuosa a evaporación de agua y a extracción de lípidos, operando a una temperatura que permita alcanzar la eliminación sustancial completa del agua de dicha mezcla orgánica acuosa, obteniendo: (i) una fase orgánica que comprende lípidos y dicho solvente orgánico; (ii) una fase semisólida que comprende un residuo de dicha biomasa de algal.
Description
- PROCEDIMIENTO PARA LA EXTRACCIÓN DE lÍPIDOS A PARTIR DE BIOMASA
- ALGAl
- 5
- la presente invención se refiere a un procedimiento para la extracción de
- lípidos a partir de biomasa alga!.
- Más específicamente, la presente invención se refiere a un procedimiento para
- la extracción de Hpidos a partir de bíomasa alga! qua comprende el tratamiento de una
- 1 O
- suspensión acuosa de biomasa alga! con por lo menos un solvente orgánico inmiscíble
- o sustancialmente inmiscible con agua, obteniendo una mezcla orgánica~acuosa y
- sometiendo dicha mezcla orgánica-acuosa a evaporación del agua y a extracción de
- los lípidos.
- las algas, en particular las mícroalgas, en la actualidad se cultivan para la
- 15
- producción de compuestos valiosos tales como, por ejemplo, los ácidos grasos
- poliinsaturados (por ejemplo, el ácido eicosapentaenoico (EPA}, el ácido
- docosahexanoico (DHA) y similares), vitaminas (por ejemplo, e! {3--caroteno y similares)
- y agentes gelificantes, que se encuentran comprendidos dentro del campo de la
- alimentación., y de la industria farmacéutica y cosmética.
- 20
- El cultivo de microa!gas para los campos anteriormente indicados se
- caracteriza por presentar capacidades de producción bastante limitadas (en el orden
- de cientos de miles de toneladas al años) y por un elevado valor añadido de !os
- compuestos añadidos (cientos de miles de dólares por kilogramo). lo mencionado
- anteriormente explica por qué pueden tolerarse sistemas de producción complejos y
- 25
- caros, en particular sistemas de extracción y purificación, que deben satisfacer normas
- estríctas de tipo sanitario y alimentarlo, tfpícas de los campos anteriormente
- mendonados.
- El paso desde los campos anteriormente mencionados, en los que se han
- utilizado tradicionalmente las microa!gas, al campo ambiental/energético, requiere e!
- 30
- desarrollo de tecnologías que conduzcan a incrementos considerables de la capacidad
- de producción (de cientos de miles de toneladas al año a millones de toneladas al año)
- y a una gran reducción de los costes de producción debidos al limitado valor anadido
- de los productos destinados al campo ambiental/energético (cientos de miles de
- dólares por tonelada}.
- Se encuentran descritos en la literatura procedimientos referentes a la
- extracción de compuestos a partir de biomasas algales.
- La patente US n9 4.341.038, por ejemplo, describe un procedimiento para la
- 5
- recuperación de productos aceitosos a partir de algas, que comprende: (a) cultivar
- células ha!ofílícas unicelulares, sin una pared celular, en una solución salina, (b)
- recoger dichas algas con el fin de obtener una suspensión basada en algas y agua
- salina, (e) extraer los productos aceitosos a partir de dicha suspensión utilizando un
- solvente para dichos productos .• (d) recuperar dichos productos aceitosos y algas
- 1 O
- residuales. Dichos productos aceitosos pueden utilizarse como fuentes energéticas, en
- particular combustible, o como fuentes de otros productos, tales como, por ejemplo,
- fertilizantes o para la alimentación animaL
- La patente US nº 5.338.673 describe un procedimiento para la producción
- selectiva de ácidos grasos po!iinsaturados a partir de un cultivo de microalgas de la
- 15
- especie Porphyrídium cruentum, así como un procedimiento para su extracción. En
- particular, el procedimiento de extracción comprende: concentrar la biomasa alga,
- someter dicha biomasa alga! concentrada a lisis celular, preferentemente por medio de
- la homogeneizacíón mecánica, separar la fase líquida de la fase sólida, conteniendo
- dicha fase sólida dichos ácidos grasos políinsaturados, extraer dichos ácidos grasos
- 20
- políinsaturados utilizando un solvente orgánico tal como, por ejemplo, hexano o
- cloroformo, evaporar dicho solvente orgánico con el fin de obtener dichos ácidos
- grasos poliinsaturados. Dichos ácidos grasos poliinsaturados tales como, por ejemplo,
- el ácido eicosapentaenoico (EPA), el ácido docosahexaenoico {DHA), el ácido
- araquidónico, se utilizan particularmente en el campo farmacéutico.
- 25
- La patente US n9 5.539.133 describe un procedimiento para obtener lípidos con
- una cantidad elevada de ácidos grasos políínsaturados que presentan entre 20 y 22
- átomos de carbono, mediante la extracción a partir de un material crudo de origen
- animal o vegetal, presentando dicho material crudo un contenido de agua de entre 5%
- en peso y 50% en peso y un tamaño de partícula comprendido entre 0,01 mm y 50
- 30
- mm, llevando a cabo dicha extracción utilizando un solvente orgánico, preferentemente
- miscible con agua (por ejemplo, etanol), o con gas comprimido licuado (por ejemplo,
- dióxido de carbono, propano o mezclas de los mismos). Como material crudo que
- puede utilizarse para este fin, también resultan adecuadas algas unicelulares
{microalgas) o macroalgas pertenecientes a la familia de las algas rojas, pardas o verdes. Dichos ácidos grasos poliinsaturados tales como, por ejemplo, e! ácido docosahexaenoico (DHA}, e! ácido araquidónico, se utilizan particularmente en la industria alimentaria.
La patente US nº 6.166.231 describe un procedimiento para separar !ípidos, en particular aceites alimentarios, a partir de un material de origen biológico (por ejemplo algas, levaduras o bacterias), que comprende: (a) poner en contacto un solvente {por ejemplo hexano o diversos éteres de petróleo} con una suspensión acuosa del material de origen biológico que contiene lfpidos en contracorriente, resultando dicho solvente esencialmente ínmlscible con agua, (b} recoger el solvente, conteniendo dicho solvente los lfpidos extraídos de dicha suspensión acuosa del material de origen biológico, y (e) separar !os lípidos de dicho solvente. Dicha suspensión acuosa del material de origen biológico preferentemente se somete a centrifugación con el fin de alcanzar una concentración de materia sólido en la suspensión no superior a 50% y, posteriormente, a lisis celular por medio de la homogeneización mecánica, por ejemplo. Puede obtenerse una extracción mejorada de los lípidos mediante un incremento del pH, preferentemente de 5 a 1 O, de dicho materíal de origen biológico mediante procedimientos conocidos de la técnica tales como, por ejemplo, mediante la adición de una solución cáustica (por ejemplo hidróxido potásica o hidróxido sódico). El incremento del pH también impide la formación de emulsiones entre el material de origen biológico y el solvente.
Miao X. et aL describen la producción de biodiésel a partir de algas en el artículo siguiente: quot;Bíodiesel productíon from heterotrophic microalgal oilquot;, publicado en ~sioresource Technologyquot; 97, 2006, páginas 841 a 846. En dicho artículo, se secan algas de la especie Chlorella protothecoides, cultívadas heterotróficamente, y posteriormente se pulverizan en un mortero y se someten a extracción con hexano con el fin de extraer el aceite. El aceite extraído seguidamente se somete a transesterificación ácida en presencia de metano! y ácido sulfúrico a modo de catalizador de transesteríficación, con el fin de obtener biodíésel.
La producción de biodiése! a partir de algas también se describe en Hossain S. et al., en el artículo siguiente: ~aiodiese! Fuel Production from Algae as Renewable EnergyH, publicado en quot;American journal of Bíochemístry and Bíotechnologyquot; 4{3):250~ 254, 2008 .. En dicho articulo, se secan algas de la especie Oedogonium y Spirogyra, tras molerlas y triturar!as a! máximo, en un horno termostático a SOºC durante 20 minutos, con e! fin de eliminar e! agua. A cont.inuací6n, se mezcla una solución de hexano y éter con las algas secas para extraer el aceite. E! aceite extraído se recupera por medio de la evaporación al vacío de dicha solución de hexano y éter. La reacción de transesterificación del aceite obtenido de esta manera, con el fin de obtener biodiésel, se lleva a cabo en presenda de una mezcla de hidróxido sódico a modo de catalizador de transesteríficaclón y metano! (transesterificacíón base).
Sín embargo, !os procedimientos anteriormente indicados pueden presentar diversos puntos critícos, tales como, por ejemplo:
la lísís celular de la blomasa normalmente se !leva a cabo mediante homogeneización mecánica, trituración o pulverización, de manera que se liberen las fracciones lipídicas intracelulares y endocelu!ares y para mejorar el contacto con el solvente, el secado de la biomasa normalmente rea.lizado por medio de técnicas costosas, tales como, por ejemplo, el secado mediante pulverización o la liofílización, una operación que también requiere atención particular a la temperatura utilizada durante e! secado, que debe mantenerse dentro de un intervalo determinado para no comprometer la calidad de los compuestos (por ejemplo Upidos) que deben extraerse, fenómenos de agregación de la biomasa residual tras e! secado que pueden reducir el rendimiento de la extracción, separación difícil de la fase acuosa de la fase de solvente que contiene las fracciones !ipídicas, una operación que puede resultar particularmente difícil debido a la formación de emulsiones y espumas.
Actualmente, el solicitante ahora ha encontrado que la extracción de Upldos a partir de biomasa alga! puede llevarse a cabo ventajosamente por medio de un procedimiento que comprende e! tratamiento de una suspensión acuosa de biomasa alga! con por !o menos un solvente orgánico inmiscible o sustancialmente inmiscible con agua, obteniendo una mezcla acuosa orgánica y sometiendo dicha mezcla acuosa orgánica a evaporación del agua y extracción de !os lípídos. Este procedimiento permite obtener las fases siguientes, sin ninguna intervención adicional: (i} una fase orgánica que comprende lípídos y dicho solvente orgánico, (il) una fase semísólida que comprende un residuo de la biomasa alga!. Este procedimiento también permite la realización simultánea de la evaporación del agua de la biomasa alga! y la extracción de los lípidos, evitando de esta manera ambos fenómenos debido a la formación de emulsiones y espumas y fenómenos de agregación de la biomasa alga! residual. Este procedimiento también permite recuperar el calor contenido en los vapores producidos durante la evaporación, en particular al adoptar evaporadores multietapa, con los ahorros consecuentes de energía. Además, este procedímíento puede llevarse a cabo a una temperatura no elevada (por ejemplo, ínferíor o igual a 1OOquot;C), en consecuencia no influye negativamente en la calidad de los lípidos extraídos.
Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la extracción de Upidos a partir de biomasa alga!, que comprende:
producir una suspensión acuosa de biomasa alga!,
añadir a dicha suspensión acuosa de biomasa alga! por lo menos un solvente
orgánico inmiscible o sustancialmente inmiscible con agua, obteniendo una
mezcla acuosa orgánica,
someter dicha mezcla acuosa orgánica a evaporación del agua y extracción de
los !ípídos, operando a una temperatura que permita obtener la eliminación
sustancialmente completa del agua de dicha mezcla acuosa orgánica,
obteniendo:
- (i)
- una fase orgánica que comprende !lpidos y dicho solvente orgánico,
- (ii)
- una fase semisólida que comprende un residuo de dicha biomasa algal.
la fracción lipidica presente en la biomasa a!gal derivada del cultivo de mícroalgas generalmente comprende diversos grupos de moléculas lipídicas, tales como, por ejemplo: glicéridos, por ejemplo monoacilglicéridos, diacilglicéridos y triacilglícérídos (los cuales contienen ácidos grasos); ceras (que contienen ácidos grasos más alcoholes y ácidos grasos más esteroles}; hidrocarburos; ácidos grasos libres; estero!es; fosfoHpidos, tales como, por ejemplo, diacilfosfoglicéridos, alquilacilfosfolípidos, alquenilacilfostoglicéridos (que contienen ácídos grasos más un grupo fosfóríco), esfingofosfolípídos (que contienen ácídos grasos más un grupo fosfórico y una base nitrogenada); g!ucolfpídos (que contienen ácidos grasos más carbohidratos y una base nitrogenada); aminolípidos {que contienen ácidos grasos y una base nitrogenada). Además de dichas moléculas lipídicas, generalmente se encuentran presentes en dicha biomasa algal otros compuestos orgánicos hidrofóbicos, tales como, por ejemplo, fltol y otros alcoholes hídrofóbícos de cadena larga, clorofilas, lt;:arotenoídes, terpenos y tocoferotes.
Generalmente, la fracción !ipídica anteriormente indicada y dichos otros compuestos orgánicos hidrofóbicos normalmente se extraen por medio de solventes, operando según procedimientos conocidos de la técnica, tales como, por ejemplo, los descritos en los documentos indicados anteriormente.
Tal como ya se ha mencionado anteriormente, el procedimiento que es objeto de la presente invención permite llevar a cabo simultáneamente la evaporación del agua de la biomasa alga! y la extracción de lípidos, evitando de esta manera ambos fenómenos debidos a la formación de emulsiones y espumas y los fenómenos de agregación de la biomasa alga! residuaL Por lo tanto, dicho procedimiento permite realizar una extracción más simple de los lípidos en comparación con los procedimientos conocídos, con un consiguiente ahorro de tiempo y costes.
La fase orgánica {i) preferentemente comprende, además de !ípidos, compuestos orgánicos hidrofóbicos diferentes de los lípidos, tales como, por ejemplo, fitol y otros alcoholes hidrofóbicos de cadena larga, clorofilas, carotenoides, terpenos y tocoferoles.
la suspensión acuosa de biomasa alga! preferentemente deriva del cultivo de algas, preferentemente unicelulares (mícroalgas), realizada en aguas residuales procedentes de aguas residuales industriales. En este caso, el cultivo algal metaboliza las sustancias que contienen nitrógeno y/o fósforo contenidas en el cultivo, contribuyendo a su purificación. El C02 contenido en los gases de combustión industrial (plantas de refinería, plantas termoeléctricas, plantas de generación de hidrógeno, etc.} puede utilizarse como el C02 necesario para el crecimiento alga!.
La suspensión acuosa de biomasa atgal preferentemente se somete a espesamíento con e! fin de obtener una concentración más alta de materia seca en dicha biomasa alga!. Dicho espesamiento puede llevarse a cabo por medio de diversos procedimientos, tales como, por ejemplo:
la separación por gravedad en tanques de sedimentación utilizados típicamente
en plantas depuradoras de aguas,
la filtración en vacío,
el tratamiento utilizando filtros-prensa o filtros~prensa de correa.
la sedimentación de cepas a!ga!es de aguas dulces, tales como, por ejemplo, la cepa Scenedesmus sp., puede verse facilitada por la utilización de po!ie!ectrolitos catiónícos (por ejemplo po!íacrilamidas) utilizadas en cantidades comprendidas entre 2 y 5 ppm (transición de la densidad alga! de 0.4 g/1 a 40~50 gll en unas pocas horas).
Para los fines de la presente descripción y de las siguientes reivindicaciones, la definición de los intervalos numéricos en todos los casos comprende los extremos, a menos que se indique lo contrario.
Según una forma de realización preferida de la presente invención, la suspensión acuosa de biomasa alga! presenta una concentración de materia seca de entre 2% en peso y 40°/o en peso, más preferentemente de entre 4quot;'/o en peso y 25% en peso, con respecto a! peso total de la suspensión acuosa de biomasa alga!.
El agua liberada durante el espesamiento de la suspensión acuosa de biomasa algal generalmente presenta un contenido reducido de sustancias nitrogenadas y/o fosfóricas contaminantes y puede descargarse directamente, o puede someterse a tratamientos de purificación finales antes de su descarga, con el fin de alcanzar los límites legales.
En el caso de que la cantidad de agua disponible para el cultivo de las algas no resulte suficiente, el agua liberada durante el espesamiento de la bíomasa algal puede recuperarse y reutilizarse en su mayor parte en el procedimiento anteriormente indicado a modo de agua residual industria!.
Para los fines de la presente invención y de las siguíentes reívíndicaciones, la expresión Nsolvente orgánico inmiscib!e con aguaquot; se refiere a un solvente orgánico que presenta una solubilidad en agua destilada, a 25o:!C, inferior o igual a 0,1 g/1 00 m! de agua destilada.
Para los fines de la presente invención y de las siguientes reivindícacíones, la expresión «solvente orgánico sustancialmente inmiscib!e con aguaquot; se refiere a un sotvente orgánico que presenta una solubilidad en agua destilada, a 25ºC, inferior o igual a 1 O g/1 00 m! de agua destilada, preferentemente de entre 0,5 g/1 00 m! de agua destilada y 9 g/1 00 mi de agua destilada.
Según una forma de realización preferida de la presente invención, el solvente orgánico inmiscible con agua puede seleccionarse de entre: hidrocarburos alifáticos, presentando dichos hidrocarburos alifátícos un punto de ebullición superior a 1 002C, preferentemente de entre 1202C y 1609C, taJes como, por ejemplo, n~octano, nonano, decano o mezclas de los mismos; hidrocarburos aromáticos, tales como, por ejemplo, isómeros de xi!eno, to!ueno, benceno, c!orobenceno o mezclas de los mismos; fracciones de refinería que comprendan: (a) mezclas de dichos hidrocarburos alifáticos, presentando dichas mezclas un punto de ebullición superior a 1002C, preferentemente de entre 1202C y 160ºC, {b} mezclas de dichos hidrocarburos aromáticos, (e) mezclas de dichos hidrocarburos a!ifáticos y aromáticos, o mezclas de los ismos. Resultan preferidos Naoctano, xi!eno o mezclas de !os mismos.
Según una forma de realización preferida de la presente invención, el solvente orgánico sustancialmente inmiscible con agua puede seleccionarse de entre: ésteres tales como, por ejemplo, acetato de etilo, acet.ato de ísopropilo, acetato de n-butilo o mezclas de los mismos; cetonas que presentan un punto de ebullición superior a 100ºC tales como, por ejemplo, pentanona, hexanona o mezclas de los mismos; o mezclas de los mismos. Resulta preferente el acetato de etilo.
Según una forma de realización preferida de la presente invención, la proporción entre la concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa alga! y el volumen de solvente orgánico es de entre 1:1 y 1:80, preferentemente de entre 1:3 y 1 :70.
Según una forma de realización preferida de la presente invención, la evaporación del agua y la extracción de los Hpidos pueden llevarse a cabo:
a presión atmosférica, a 1OOºC, en el caso de que el punto de ebullición de dicho solvente orgánico sea superior a 1OOºC, o en el punto de ebullición del azeótropo de bajo punto de ebullición, en el caso de que dicho solventa orgánico forme un azaótropo de bajo punto de ebullíción con agua.
Debe indicarse que, para los fines de la presente invención, en el caso de que dicho solvente orgánico no forme un azeótropo de bajo punto de ebullición con agua,
- debe seleccíonarse de entre los solventes orgánicos que presentan un punto de
- ebullición superior a 1OOºC.
- Según una forma de realización preferida de la presente invención, la
- evaporación del agua y la extracción de los !ípidos pueden llevarse a cabo durante un
- 5
- periodo de tiempo de entre 30 minutos y 5 horas, preferentemente de entre 1 ,5 y 3,5
- horas.
- la evaporación del agua y la extracción de los lípidos pueden llevarse a cabo
- ventajosamente en evaporadores conocidos de la técnica, tales como, por ejemplo,
- evaporadores de una etapa o evaporadores mu!tietapa. Resultan preferidos !os
- 1 O
- evaporadores multietapa.
- El vapor de agua que sale del evaporador preferentemente se envía a un
- condensador con el fin de obtener agua que pueda recuperarse y reutilizarse en el
- procedimiento anteriormente indicado. La condensación de los vapores opcionalmente
- producidos a partir de una parte del solvente org.ánico también puede tener lugar en
- 15
- dicho condensador. Dichos vapores opcionalmente producidos a partir de una parte
- del solvente orgánico se liberan conjuntamente con los vapores de agua de dícha
- mezcla acuosa orgánica durante !a evaporación del agua y !a extracción de !os lípidos,
- provocando en consecuencía la eliminación de parte del solvente orgánico, Durante la
- evaporación del agua y la extracción de los lípidos, preferentemente se elimina una
- 20
- cantidad de solvente orgánico, no superior a 20% en peso, preferentemente de entre
- 5% en peso y i O% en peso, con respecto a la cantidad total de solvente orgánico
- utílizada (es decír, la cantidad total de solvente añadida a la biomasa alga! espesa). El
- solvente orgánico condensado puede recuperarse y reutilizarse en el procedimiento
- anteriormente indicado.
- 25
- En el caso de que se utílice un solvente orgánico que forme un azeótropo con
- agua, la condensación de los vapores y la separación consiguiente del azeótropo en
- agua y solvente tiene lugar en dícho condensador, de esta manera, también en este
- caso, permitiendo la recuperación y reutilización del agua y el solvente en dicho
- procedimiento. En el azeótropo, preferentemente hay una cantidad de solvente
- 30
- orgánico no superior a 30% en peso, preferentemente comprendida entre 5% y 20°/o
- en peso, con respecto a !a cantidad total de solvente orgánico utilizada (es decir, la
- cantidad total de solvente añadida a la biomasa alga! espesada).
- Para los fines de la presente invención y de las siguientes reivindicaciones, la
expresión quot;eliminación sustancialmente completa de! aguaquot; se refiere a que, al final de la evaporación del agua y de la extracción de los lípidos, en dichas fases (i) e (ii}, puede encontrarse presente una cantidad de agua que es inferior o igual a 2% en peso, preferentemente inferior o igual a 1% en peso, más preferentemente inferior o igual a O, 1quot;/o en peso, con respecto al peso total de dichas fases (i) e (ii). La cantidad de agua residual generalmente se determina mediante la medición del volumen de agua que se condensa en el condensador tras la evaporación.
A! fina! de la evaporación, se obtienen las fases (i) e {ií) anteriormente indicadas, que se separan por gravedad. Dichas fases (í) e (ii) seguidamente se recuperan y se someten a tratamientos conocidos de la técnica con el fin de obtener los compuestos de interés.
Debe indicarse que las fases (i) e (ií) anteriores se separan fácilmente por gravedad sin necesidad de ningún tratamiento particular de separación.
La fase orgánica (i) que comprende lípidos y solvente orgánico preferentemente se somete a evaporación con el fin de recuperar el solvente orgánico, que puede reutilizarse en e! procedimiento anteriormente indicado y extraer los lípidos. Tras la evaporación del solvente orgánico, los lípidos extraídos pueden someterse a esterificación en presencia de un alcohol que presenta entre 1 y 4 átomos de carbono, preferentemente metano!, etanol, y de un catalizador, preferentemente un catalizador ácido, con el fin de producir glicerol y ésteres de alquilo., en particular ésteres de metilo
o ésteres de etilo {biodiésel).
Alternativamente, tras !a evaporación del solvente orgánico, los lfpídos extraídos pueden someterse a hidrogenacíón/desoxigenación en presencia de hidrógeno y de un catalizador con el fin de producir diésel ecológico. los procedimientos de hidrogenación/desoxigenación son conocidos de !a técnica y se describen en, por ejemplo, la solicitud de patente europea EP 1.728.844.
Alternativamente, dicha fase orgánica (í} que comprende lípídos y solvente orgánico puede someterse directamente a esterifícación, o a hídrogenaclón/desoxigenación. En este caso, de esta manera se evíta la etapa de evaporación del solvente orgánico.
El biodiése! o diésel ecológico que se produce tal como se ha indicado anteriormente puede utilizarse sin modificación o en una mezcla con otros combustibles para vehiculos a motor.
La fase semisólída (ií) que comprende un residuo de la biomasa alga!, es decír, biomasa alga! residual impregnada de solvente orgánico, preferentemente se somete a piró!isis con el fin de obtener aceites pirolíticos. El solvente orgánico preferentemente se encuentra presente en dicha fase semisólida (ii) en una cantidad no superior a 10% en peso, preferentemente de entre 2o/., en peso y 8% en peso, con respecto a la cantidad total de solvente utilizada (es decir. !a cantidad total de solvente añadida a la biomasa alga! espesa}. Alternativamente, antes de someterse a pirólisis, dicha fase semisólída (ii} puede someterse a la eliminación del solvente orgánico, que puede llevarse a cabo tal como se indica posteriormente.
Alternativamente, dicha fase semisó!ida (ii) puede someterse a digestión anaeróbica por medio de microorganismos en ausencia de oxígeno con el fin de obtener biogás.
Debe indicarse que, en e! caso de la producción de biogás, la fase semisólida
{ii} debe someterse a !a eliminación del solvente orgánico, que puede llevarse a cabo por medio de técnicas conocidas de la técnica tales como, por ejemplo, el lavado con solvente frasco y el posterior secado en un horno regulado mediante termostato o en secadores industriales, filtración o evaporación. Tras la eliminación de! solvente orgánico, e! residuo de bíomasa alga! que se obtiene puede resuspenderse en agua con el fin de obtener una suspensión acuosa de biomasa alga! que debe someterse a digestión anaeróbica. E! solvente orgánico recuperado puede reutilizarse en dicho procedimiento.
A continuación, se ilustra la presente invención en mayor detalle por medio de una forma ilustrativa haciendo referencia a la figura 1 proporcionada posteriormente en la presente memoria.
Según una realización típica del procedimiento de la presente invencíón, la suspensión acuosa de biomasa alga! se produce mediante cultivo de algas, preferentemente microa!gas, que se lleva a cabo en aguas residuales procedentes de aguas: residuales industriales. La producción de microalgas puede llevarse a cabo convenientemente mediante, por ejemplo, la combinación de sistemas de cultívo tales como fotorreactores y quot;balsas abiertasquot;.
La suspensíón acuosa de biomasa alga! obtenida de esta manera se espesa mediante separación por gravedad. El agua liberada durante el espesamiento, que generalmente presenta un
1 O
30
contenido reducido de sustancias contaminantes nitrogenadas y/o fosfóricas, puede descargarse directamente o someterse a tratamientos de purificación finales antes de descargarse, con e! fin de poder cumplir las normas legales (no mostrado en la figura 1},
En el caso de que el agua disponible para el cultivo de algas no resulte suficiente, el agua liberada del espesamiento de la biomasa alga! resulta posible el reciclado de una gran parte y la reutilización en el procedimiento anterior a modo de agua residual industrial {tal como se muestra en la figura 1).
La biomasa alga! espesa preferentemente se alimenta a un sistema de evaporac~ón, preferentemente un evaporador multietapa {no mostrado en la figura 1). A continuación, se alimentan los productos siguientes a dicho sistema de evaporación:
una suspensión acuosa de biomasa alga! espesa que presenta un contenido variable de materia seca, preferentemente de entre 2lt;gt;/o en peso y 40°/o en peso con respecto a! peso total de la suspensión acuosa de biomasa alga!, un solvente orgánico inmiscib!e o sustancialmente inmiscible con agua, preferentemente n~octano, xileno o acetato de etilo.
Dicho sistema de evaporación, mantenido a presión atmosférica, se calienta hasta 1 OOºC en el caso de que e! solvente presente un punto de ebullición superior a 1009C, o hasta el punto de ebullición del azeótropo de bajo punto de ebullición en el caso de que el solvente fonne un azeótropo de bajo punto de ebullición con agua. Dicha temperatura se mantiene constante por medio de un sistema de control automático de la temperatura que forma parte del sistema de evaporación,
El vapor de agua que sale del sistema de evaporación se envfa a un condensador {no mostrado en !a figura 1 ), obteniendo agua que puede recuperarse y reutilizarse en el procedimiento de cultivo de algas a partir del que se obtiene la suspensión acuosa de biomasa alga! (tal como se muestra en la fígura 1).
la condensación del solvente orgánico también tiene lugar en dicho condensador, que se elimina parcialmente de dicha mezcla acuosa orgánica durante la evaporación del agua y la extracción de los lípidos. Dícho solvente puede recuperarse y reutilizarse en el procedimiento anteriormente indicado {tal como se muestra en la figura 1}.
Al final de la evaporación {la eliminación sustancialmente completa del agua se verifica a partir del hecho de que ya no se produce más condensación de agua en el condensador} y de la extracción de !ípídos (el final de la extracción de lípidos se verifica por medio del análisis de cromatografía de gases), se separan por gravedad las fases {i) e (íí). Dichas fases (i) e (ií) preferentemente se someten a los tratamientos indicados anteriormente, con el fin de obtener: aceites piro!ítícos, bíodiésel o diésel ecológico y biogás.
La fase (í) preferentemente se somete a evaporación con el fin de recuperar el solvente orgáníco, que puede reutmzarse en el procedimíento anteriormente indicado, y se extraen los lipídos, que pueden someterse a los tratamientos indicados anteriormente con el fin de obtener biodiésel o díésel ecológico (tal como se muestra en la figura 1 ).
La fase (íi) puede someterse a pirólisis con el fin de obtener aceites piro!íticos {tal corno se muestra en la figura 1},
Alternativamente, la fase (ií) puede someterse a la eliminación del solvente orgánico por medio de las técnicas indicadas anteriormente (por ejemplo el lavado con solvente fresco y el posterior secado en un horno regulado por termostato o en secadores industriales, filtración o evaporación). Tras la eliminación del solvente orgánico, puede resuspenderse el residuo de biomasa alga! en agua con el fin de obtener una suspensión acuosa de biomasa algal que puede someterse a digestión anaeróbica con el fín de obtener bíogás, mientras que el solvente orgánico puede recuperarse y reutilizarse en el procedimiento anteriormente indicado (tal como se muestra mediante las líneas discontinuas en la figura 1 }.
Se proporcionan algunos ejemplos ilustrativos y no limitativos para una mejor comprensión de la presente invención y de la ejemplífícación de la misma.
EJEMPL01
Preparación de la biomasa algal
En los ejemplos 2 a 7 siguientes, se utilizó la cepa de alga Scenedesmus sp., de una colección propia, que normalmente se encuentra en aguas dulces. A continuación se describe el procedimiento de cultivo adoptado.
Se preparó el inóculo que debía introducirse en el tanque de cultivo indicado a continuación, del modo siguiente:
se descongeló una muestra de cultivo monoalgal previamente conservado a ~852C en una solución de glicerina al10%, dejándola a temperatura ambiente y después se sometió a centrifugación para eliminar el sobrenadante, obteniendo una pasta celular, la pasta celular obtenida de esta manera se inoculó en tres matraces de 250 mi que contenían 50 mi de solución que comprendía nutrientes, obteniendo un cultivo alga!, dicho cultivo alga! se mantuvo en una cámara climatizada iluminada y mantenida a una temperatura constante de 302C en presencia de C02 en una proporción de 0,51:lt;/o en aire, tras aproximadamente una semana, el matraz alcanzó una concentración de 0,3 g/1 y se utilízó este cultivo como inóculo para tres matraces de 1 litro que contenía 500 mi de solución que comprendía nutrientes y se introdujo en la cámara climática. tras 2 días, el cultivo contenía una concentración de 0,5 g/1 y se utilizó este cultivo como ínóculo para un tanque de cultivo de laboratorio que presentaba un volumen de 35 litros.
El inóculo, preparado tal como se ha indicado anteriormente, se cultívó en el medio de cultivo M4N, descrito en la literatura para e! cultivo de microalgas. Las condiciones de cultivo fueron las siguientes:
agua: potable,
KN03 : 5,0 g!!,
KH:P04: 1 ,25 gil,
CaCb: 0,01 g/1,
FeS04-?H20: 0,003 gil,
MgS04·7HzO: 2,5 g/1,
Microelementos: 1 mili de !a solución siguiente: 2,86 g de H3B03, 1,81 g de
MnCb·4H20, 80 mg de CuS04·5H20, 220 mg de ZnS0-~·7H20, 210 mg de Na2Mo04, 25 g de FeS04·7H20, 33,5 g de EDTA y 1 gota de H2S0-1 concentrado por litro,
pH operativo: 7.,8.
Tanque de inóculo: 10% en volumen del cultivo anteriormente indicado en medio M4N.
Se iluminó el tanque desde el exterior por medio de lámparas de tungsteno de
17.500 Lux y se mantuvo a 282C por medio de la circulación de agua regulada por termostato. También se alimentó el tanque con una mezcla de aire y CO:lt; a razón de 10% en aire, a un caudal de 200 lítrosfhora, bajo control del pH (pH fijado en 7,0).
Tanque de medio de cultivo (M4N optimizado):
agua: potable,
KNOs: 1,5 g/1,
KH:P04: 1 ,25 g/1,
K2HP04: 0,1 g/1,
CaCI2: 0,01 g/1,
FeS04·7H20: 0,003 g/1,
MgS04·7H20: 1,5 gil,
Microe!ementos: 1 mi/! de la solución siguiente: 2,86 g de HsBO;-h 1,81 g de MnCb·4H20, 80 mg de CuS0,~·6H20, 220 mg de ZnS04·?H20, 210 mg de Na,Mo0.1. 25 g de FeS0.-~·7H;,.O, 33,5 g de EDTA y 1 gota de H2S04 concentrado por litro,
pH operativo: 7,0.
Al observar desplazamientos de± 0,2 unidades con respecto al pH de 7,0, se modificó manualmente el flujo de co2.
Se obtuvo la composición indicada anteriormente mediante la modificación del medio de cultivo M4N típico descrito en la literatura para el cultivo de mícroalgas. En particular, las modificaciones realizadas fueron:
la reducción del contenido de KN03 de 5,0 g/1 a 1,5 g¡l,
la adición de KzHP04 en una cantidad de 0,1 gil,
la reducción del contenido de MgS04·7H::O de 2,5 gil a 1,5 g/1,
la reducción del pH operatívo de 7,8 a 7.0.
Se extrajeron tres muestras del cultivo del tanque y se sometieron a mediciones de !a densidad óptica, a una longitud de onda de 750 nm, por medio de un espectrofotómetro Varían e 900 con e! fin de poder realízar un seguímíento de !a
tendencia del crecimiento algaL
Además de dicha medición, se llevaron a cabo mediciones del peso seco para determinar la densidad efectiva alcanzada por los cultivos. la Tabla 1 resume !os resultados obtenidos (valores por triplicado).
TABLA i
,
10 la biomasa alga! obtenida se centrifugó en una centrífuga de disco del tipo Alfa Lava!, obteniendo una suspensión acuosa de biomasa algal que presentan un volumen de aproximadamente 2 litros (concentración de materia seca: 10 gflítro).
A continuación, la suspensión acuosa de biomasa alga! se sometió a filtración bajo vacío hasta obtener una concentración de materia seca de entre 5% en peso y 15 20% en peso con respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa algal. las muestras obtenidas se conservaron en una nevera antes de someterlas a la extracción de !ípidos,
EJEMPL02 20 Extracción del lípidos (concentración de materia seca igual a 5%, solvente: n .. octano)
Se añadieron 50 mi de n-octano a un matraz de tres cuellos de 500 m! dotado de un aparato de destilación Marcusson Dean-Stark, que contenía 1 00 g de una 25 suspensión acuosa de biomasa alga! de la cepa Scenedesmus sp. obtenidos tal como se describe en el Ejemplo 1, presentando una concentración de matería seca igual a
- 5% en peso con respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa alga!
- (proporción de concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa
- algal:volumen de solvente de 1:1 O}.
- El matraz, mantenido a presión atmosférica, se calentó hasta 1 OQ!JC utilizando
- 5
- una camisa calefactora y se mantuvo, bajo agitación. a esta temperatura durante 3
- horas.
- Tras 3 horas, se detuvo la agitación, se enfrió nuevamente el matraz a la
- temperatura ambiente (259C) y se dejó que las dos fases se separasen por gravedad.
- La fase orgánica, de aproximadamente 50 mi que comprendía n~octano y
- 1 O
- Hpidos, se recuperó mediante su separación directa del matraz.
- La fase semísólida que quedaba en el matraz se lavó con n~octano (50 ml) y se
- secó en un horno regulado termostáticamente a 809C, obteniendo un residuo de
- biomasa alga! seca.
- La bíomasa alga! inicial, así como el residuo de biomasa alga! seca, se
- 15
- sometieron a determinación de los lípídos totales mediante la modifícací6n del
- procedimiento espectrofotométríco descrito por Ma.rsch J.B. y Weistein D.B., Journal of
- Lipíd Research 7:574~576, 1996.
- Con este fin, se suspendieron 2 mg de biomasa alga! inicial o residuo de
- biomasa alga! seca, en una probeta de 10 mi, en 4,5 mi de una solución de
- 20
- cloroformo:metano! en una proporción de 1:2 (v/v). Se introdujo la probeta en un baño
- de ultrasonidos {NEY Ultrasonik 1 04H) durante 15 minutos, y posteriormente en un
- baño de hielo durante 5 minutos. A continuación, se añadieron 1,5 m! de cloroformo y
- 1,5 mi de agua, obteniendo una fase acuosa que comprendfa metano! y una fase
- orgánica que comprendía cloroformo y los lípidos extraídos. Se transfirió dicha fase
- 25
- orgánica a una probeta de 10 mi y se evaporó el cloroformo operando bajo un flujo de
- nitrógeno.
- Tras la evaporación de! cloroformo, se añadieron 2m! de ácido sulfúríco
- concentrado. Se calentó la probeta a 200ºC, se dejó a esta temperatura durante 15
- minutos y se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente (252C) mediante la
- 30
- introducción de la probeta en un baño de hielo. Tras 5 minutos en hielo, se añadieron
- 3m! de agua desionizada, se agitó !a probeta y después se introdujo en hielo durante
- 5 minutos adicionales.
- La muestra obtenida de esta manera se sometió a medición de la densidad
óptica a una longitud de onda igual a 375 nm utilizando un espectrofotómetro Phi!ips mod. PU8S25. Se obtuvo la concentración de los lípidos mediante interpolación, tomando como referencia los valores del estándar obtenidos mediante disolución de la palmitina en cloroformo a diferentes concentraciones: 100 IJ.Q/ml, 200 ¡.tg/ml y 300 ¡,.¡g/mt
Se indican los resultados obtenidos en la Tabla 2.
EJEMPL03
Extracción de lípidos (concentración de materia seca igual a 10o/o. solvente: n~
octano>
Se añadieron 50 mi de naoctano a un matraz de tres cuellos de 500 mi dotado de un aparato de destilación de Marcusson Dean~Stark que contenía 50 g de una suspensión acuosa de biomasa alga del alga de la cepa Scenedesmus sp. obtenida tal como se describe en el Ejemplo i , que presentaba una concentración de matería seca igual a 10quot;/Q en peso con respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa alga! (proporción de concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa a!ga!:volumen de solvente ígual a 1:10),
El matraz, mantenido a presión atmosférica, se calentó a 1002C utilizando una camisa calefactora y se mantuvo, bajo agitación., a esta temperatura durante 2.,5 horas.
Tras 2,5 horas, se detuvo la agitación y se enfrió nuevamente el matraz hasta la temperatura ambiente (25!:!C) y se dejó que las dos fases se separasen por gravedad.
la fase orgánica, aproximadamente 50 m!, que comprendía n~octano y lípidos, se recuperó mediante separación directa del matraz.
la fase semisólida que quedaba en el matraz se lavó con n·octano (50 mi) y se secó en un horno regulado termostáticamente a 80ºC, obteniendo un residuo de biomasa alga! seca.
La biomasa alga! inicial, asl como el residuo de biomasa alga! seca, se sometieron a determinación de los !ípidos totales operando tal como se describe en e! Ejemplo 2. Se indican !os resultados obtenidos en la Tabla 2.
- EJEMPL04
- Extracción de lipidos (concentración de materia seca igual a 20%, solvente: n-
- octano)
- 5
- Se añadieron 100m! de n-octano a un matraz de tres cuellos de 500 m! dotado
- de un aparato de destilación de Marcusson Dean-Stark que contenía 50 g de una
- suspensión acuosa de biomasa alga! del alga de la cepa Scenedesmus sp. obtenida
- tal como se describe en e! Ejemplo 1 , que presentaba una concentración de materia
- seca igual a 200/o en peso respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa
- 1 O
- algaJ (proporción de concentración de materia seca en la suspensión acuosa de
- biomasa algal:volumen de solvente igual a 1:10).
- El matraz, mantenido a presión atmosférica, se calentó utilizando una camisa
- calefactora hasta iOOºC y se mantuvo, bajo agitación, a esta temperatura durante 3
- horas.
- 15
- Tras 3 horas, se detuvo !a agitación, se enfrió el matraz hasta la temperatura
- ambiente (25ºC) y se dejó que las dos fases se separasen por gravedad.
- la fase orgánica, de aproximadamente 100 m!, que comprendía n-octano y
- lípídos, se recuperó mediante separacíón directa del matraz,
- la fase semisólída que quedaba en el matraz se lavó con n·octano { 1 00 mi) y
- 20
- se secó en un horno regulado termostáticamente a 802C, obteniendo un residuo de
- biomasa alga! seca.
- la biomasa alga! inicial, así como el residuo de biomasa alga! seca, se sometió
- a determínación de los lípidos totales aperando tal como se describe en el Ejemplo 2.
- Se indican los resultados obtenidos en la Tabla 2.
- 25
- EJEMPLOS
- Extracción de lípidos (concentración de materia seca igual a 100/o, solvente:
- xileno)
- 30
- Se añadieron 50 mi de xileno a un matraz de tres cuellos de 500 m! dotado de
- un aparato de destilación de Marcusson Dean-Stark que contenía 50 g de una
- suspensión acuosa de biomasa algal del alga de la cepa Scenedesmus sp. obtenida
- tal como se describe en el Ejemplo 1 , que presentaba una concentración de materia
seca ígual a 1 0°/o en peso con respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa algal (proporción de concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa algal:vo!umen de solvente igual a i :10).
El matraz, mantenido a presión atmosférica, se calentó utilizando una camisa ca.lefactora hasta 922C {punto de ebullición del azeótropo de bajo punto de ebullición) y se mantuvo, bajo agitación, a esta temperatura durante 3 horas.
Tras 3 horas, se detuvo la agitación, se enfrió nuevamente el matraz hasta la temperatura ambiente (259C) y se dejó que las dos fases se separasen por gravedad. La fase orgánica, de aproximadamente 50 m!, que comprendía xileno y Upidos, se recuperó mediante separación directa del matraz.
La fase semísó!ida que quedaba en el matraz se lavó con xi!eno {50 m!) y se secó en un horno regulado termostáticamente a 809C, obteniendo un residuo de biomasa alga! seca.
La bíomasa alga! inicial, así como el residuo de biomasa alga! seca, se sometieron a determinación de los lípídos totales, operando tal como se describe en el Ejemplo 2. Se indican !os resultados obtenidos en !a Tabla 2.
EJEMPLOS
Extracción de lípidos (concentración de materia seca igual a 200k, solvente:
x.ilenol
Se añadieron 100 mi de xileno a un matraz de tres cuellos de 500 mi dotado de un aparato de destilación de Marcusson Dean-Stark que contenía 50 g de una suspensión acuosa de biornasa alga! de algas de la cepa Scenedesmus sp. obtenida tal como se describe en e! Ejemplo 1 , que presentaba una concentración de matería seca ígual a 20% en peso con respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa algal (proporción de concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa algal:vo!umen de solvente igual a 1 :10).
El matraz, obtenido a presión atmosférica, se calentó utilízando una camisa calefactora hasta 922C (punto de ebullición del azeótropo de bajo punto de ebullicíón) y se mantuvo, bajo agitación, a esta temperatura durante 2 horas.
Tras 2 horas, se detuvo la agitación, se enfrió nuevamente e! matraz hasta la temperatura ambiente (25gC) y se dejó que las dos fases se separasen por gravedad.
La fase orgánica, de aproximadamente 100 mi, que comprendía xileno y lípídos, se recuperó separándola directamente del matraz.
la fase semisólida que quedaba en el matraz se lavó con xi!eno { 1 00 mi} y se secó en un horno regulado termostáticamente a B02C, obteniendo un residuo de biomasa alga! seca.
la biomasa alga! inicial, así como el residuo de biomasa alga! seca, se sometieron a determinación de los lípidos totales, operando tal como se describe en el Ejemplo 2. Se indican los resultados obtenidos en la Tabla 2.
EJEMPL07
Extracción de lípidos (concentración de materia seca igual a 20o/o, solvente:
acetato de etilo)
Se añadieron 100 mi de acetato de etilo a un matraz de tres cuellos de 500 mi dotado de un aparato de destilación de Marcusson Oean·Stark, que contenía 50 g de una suspensión acuosa de bíomasa alga! de algas de la cepa Scenedesmus sp. obtenida tal como se describe en el Ejemplo 1 , que presentaba una concentración de materia seca igual a 20% en peso con respecto al peso total de suspensión acuosa de biomasa algal (proporción de concentración de matería seca en la suspensión acuosa de biomasa algal:vo!umen de solvente igual a i .:10).
El matraz, mantenido a presión atmosférica, se calentó utilizando una camisa calefactora a 70ºC (punto de ebullición del azeótropo de bajo punto de ebullición) y se mantuvo, bajo agitación, a esta temperatura durante .2,5 horas.
Tras 2,5 horas, se detuvo la agitación, se enfrió nuevamente el matraz a la temperatura ambiente (259C} y se dejó que las dos fases se separasen por gravedad. La fase orgánica, de aproximadamente 100 m!, que comprendía acetato de etilo y lípidos, se recuperó mediante separación directa del matraz.
la fase semisólida que quedaba en el matraz se lavó con acetato de etilo {100 m!) y se secó en un hamo regulado termostáticamente a SOºC, obteniendo un residuo de bíomasa aJgal seca.
La biomasa alga! inicial, así como el residuo de biomasa algal seca, se sometió a determínación de los lfpídos totales tal como se describe en el Ejemplo 2. Se índican los resultados obtenidos en la Tabla 2.
TABLA2
- EJEMPLO
- A* ÚP1DOS TOTALES (%} B** LiPIOOS TOTALES (%} RENDIMIENTO DE EXTRACCIÓN DE LÍPIOOS (%)
- 2
- 22,4 6 ,• 7 70,1
- 3
- 22.4 8,3 62,9
- 4
- 22.4 8.2 63,4
- 5
- 22,4 5,3 76,3
- 6
- 22.4 5,0 77,7
- ?
- 22,4 2,5 88,8
5 A*: biomasa alga! inicial~
B**: residuo de biomasa alga! seca tras la extracdón de !ípidos
EJEMPLOS Preparación de la biomasa alqal
En los siguientes ejemplos 9 a 11, la cepa alga! Chlorella sp., de una colección
propia, que normalmente se encuentra en agua salada. Se describe a continuacíón el
procedimiento de cultivo adoptado. Se preparó e! inóculo que debía introducirse en el tanque de cultivo, descrito
15 posteriormente, del modo siguiente:
se descongeló una muestra de cultivo monoalgal previamente conservado a ·852C en una solución de glicerina al10%, dejándola a temperatura ambiente y después se sometió a centrifugación para separa el sobrenadante, obteniendo una pasta celular, la pasta celular obtenida de esta manera se inoculó en tres matraces de 250 mi que contenían 50 mi de solución que comprendía nutrientes, obteniendo un cultivo alga!, dicho cultivo alga! se cultivó en una cámara climatízada íluminada y mantenida a una temperatura constante de 3o~c en presencia de C02 en una proporción de 0,5% en aire, tras aproximadamente una semana, el matraz alcanzó una concentración de 0,3 g/1; este cultivo se utilizó como inóculo para tres matraces de 1 litro que contenían 500 mi de solución que comprendía nutrientes y se introdujo en la cámara climatizada, tras 2 días, el cultivo presentaba una concentración de 0,5 g/1 y este cultivo se utilizó como inócu!o para un tanque de cultivo de !aboratorío que presentaba un volumen de 35 litros.
El inóculo, preparado tal como se ha descrito anteriormente, se cultivó en el medio de cultivo F/2, descrito en la literatura para el cultivo de microalgas. Las condiciones de cultivo eran las siguientes:
agua: potable,
sales de agua marina: 33 gil,
NaNOa: 600 mg/1,
NaH2P04·H20: 45 mg/1,
FeCis·GH:eO: 6,3 mgll,
Ni4EDTA: 8,72 mg/1, Vitamínas: 0.2 mg/l de HCI de tíamina. 1,O ¡.tg/1 de bíotína. 1,O ~g/J de vitamina 812, Microelementos: 0,0196 mg/1 de CuS04·5H20, 0,044 mg/1 de ZnS04·7H20, 0,020 mg/1 de CoC!:::-6H;;:O, 0,360 mg/1 de MnCI;;:·4H20, 0,0126 mg/1 de NaeMo04·2H20, pH operativo: 7,8.
Tanque de ínóculo: 10% en volumen del cultivo anteriormente indicado en medio F/2. Se iluminó el tanque desde el exterior utilizando lámparas de tungsteno de
17.500 lux y se mantuvo a 282C mediante la circulación de agua regulada termostáticamente. También se alimentó el tanque con una mezcla de aire y C02 en una proporción de 10% en aire, a un caudal de 200 litros/hora, bajo un control de pH (pH fijado en 7,0).
Tanque de medio de cultivo F2: las condiciones de cultivo eran iguales a las indicadas para el cultivo del ínóculo .. Al observar desplazamientos de± 0,2 unidades con respecto a un pH de 7,0, se modificó manualmente el flujo de co2.
la biomasa alga! obtenida se centrifugó en una centrífuga de disco del típo Alfa lava!, obteniendo una suspensión acuosa de biomasa alga! que presentaba un volumen de aproximadamente 2 litros (concentración de materia seca 10 g!litro).
la suspensión acuosa de bíomasa alga! seguidamente se sometió a filtración al vacío hasta obtener una concentración de materia seca de entre 5°/o en peso y 20'%:gt; en peso con respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa alga!.
Las muestras obtenidas se conservaron en una nevera antes de someterse a la extracción de los lípidos.
EJEMPL09
Extracción de lípidos (concentración de materia seca igual a 5%, solvente: n
octano}
Se añadieron 50 mi de n-octano a un matraz de tres cuellos de 500 mi dotado de un aparato da destilación de Marcusson Dean~Stark que contenía 100 g de una suspensión acuosa de bíomasa alga! de algas de la cepa Chlorella sp. obtenida tal como se ha descrito en el Ejemplo 8, que presentaba una concentración de materia seca igual a 5% en peso respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa alga! (proporción de concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa alga!:volumen de solvente igual a 1 :10).
El matraz, mantenido a presión atmosférica, se calentó utilízando una camisa calefactora a 1002C y se mantuvo, bajo agitación, a esta temperatura durante 3 horas.
Tras 3 horas, se detuvo la agitación, se enfrió nuevamente e! matraz hasta la temperatura ambiente (2511C) y se dejó que las fases se separasen por gravedad. la fase orgánica, de aproximadamente 50 mi, que comprendía n~octano y lípidos, se recuperó mediante separación directa del matraz.
la fase semísólida que quedaba en el matraz se lavó con n~octano (50 m!) y se secó en un horno regulado termostáticamente a SOPC, obteniendo un residuo de biomasa alga! seca.
la bíomasa alga! inicia!, así como el residuo de biomasa alga! seca, se sometieron a determinación de los lípidos totales operando tal como se ha descrito en el Ejemplo 2. Se indican los resultados obtenidos en la Tabla 3.
EJEMPLO 10
Extracción de lfpídos (concentración de materia seca igual a 10%. solvente: n
octano}
Se añadieron 50 mi de n~octano a un matraz de tres cuellos de 500 m! dotado de un aparato de destilación de Marcusson Dean~Stark que contenía 50 g de una suspensión acuosa de bíomasa alga! de algas de !a cepa Chlorefla sp. obtenida tal como se ha descrito en el Ejemplo 8, que presentaba una concentración de materia seca igual a 100/o en peso respecto al peso total de !a suspensión acuosa de biomasa alga! {proporción de concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa alga!:volumen de solvente igual a 1 :10).
El matraz, mantenido a presión atmosférica, se calentó utilizando una camisa calefactora a 100ºC y se mantuvo, bajo agitación, a esta temperatura durante 2,5 horas.
Tras 2,5 horas, se detuvo !a agitación, se enfrió nuevamente el matraz hasta la temperatura ambiente (25ºC) y se dejó que las dos fases se separasen por gravedad. la fase orgánica, de aproximadamente 50 m!, que comprendía n-octano y lípidos, se recuperó medíante separación directa del matraz.
La fase semísólida que quedaba en el matraz se lavó con n~octano (50 m!) y se secó en un horno regulado termostáticamente a 8QPC, obteniendo un residuo de bíomasa alga! seca.
la biomasa a!gal seca, asf como e! residuo de biomasa alga! seca, se sometieron a determinación de los lfpidos totales operando tal como se ha descrito en el Ejemplo 2. Se indican los resultados obtenidos en la Tabla 3.
Se añadieron 100 m! de n-octano a un matraz de tres cuellos de 500 mi dotado de un aparato de destilación de Marcusson Dean~Stark que contenía 50 g de una suspensión acuosa de biomasa alga! de algas de la cepa Chtorefla sp. obtenida tal como se ha descrito en el Ejemplo 8, que presentaba una concentración de matería seca igual a 200k en peso respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa alga! (proporción de concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa a!gal:volumen de solvente igual a 1 :10).
El matraz, mantenido a pre.síón atmosférica, se calentó utilizando una camisa calefactora hasta 1002C y se mantuvo, bajo agitación, a esta temperatura durante 3 horas.
Tras 3 horas. se detuvo la agitación, se enfrió nuevamente e! matraz hasta la temperatura ambiente (259C) y se dejó que las dos fases se separasen por gravedad. La fase orgánica, de aproximadamente 100 m!, que comprendía n~octano y lípidos, se recuperó mediante separación directa del matraz.
la fase semisólída que quedaba en el matraz se lavó con n~octano (100 mi) y se secó en un horno regulado termostáticamente a 1OOQC, obteniendo un resíduo de biomasa alga! seca.
La bíomasa alga! inícíal, así como el residuo de biomasa alga! seca, se sometieron a determinación de los !ípídos totales operando tal como se ha índicado en el Ejemplo 2. Se indican los resultados obtenidos en la Tabla 3.
TABLA3
- EJEMPlO
- A* lÍPIOOS TOTALES (%) B** lÍPIOOS TOTALES {%} RENDIMIENTO DE EXTRACCIÓN DE LÍPIOOS {%)
- 9
- 22,3 6,2 72.2
- 10
- 22.3 8,2 63,2
- 11
- 22.3 7,9 64,6
A*: biomasa alga! inicial, a-·quot;': residuo de biomasa algal seca tras la extracción de !ípídos
Claims (12)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento para !a extracción de Hpidos a partir de biomasa alga!, que comprende:producir una suspensión acuosa de biornasa alga!; añadir a dicha suspensión acuosa de biomasa alga! por lo menos un solvente orgánico inmiscible o sustancialmente inmiscible con agua, obteniendo una mezcla acuosa orgánica, someter dicha mezcla acuosa orgánica a evaporación de agua y a extracción de lípídos, operando a una temperatura que permita alcanzar la eliminación sustancialmente completa del agua de dicha mezcla acuosa orgánica, obteniendo:{i} una fase orgánica que comprende !ípidos y dicho solvente orgánico, {ii) una fase semisólida que comprende un residuo de dicha biomasa alga!.2, Procedimiento según la reivindicación 1 , en el que la suspensión acuosa de biomasa alga! deriva del cultivo de algas unicelulares {microalgas), realizado en aguas residuales procedentes de aguas residuales industriales.
-
- 3.
- Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en e! que la suspensión acuosa de biomasa alga! se somete a espesamíento con el fín de obtener una concentración más alta de materia seca en dicha bíomasa alga!.
-
- 4.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el qua la suspensión acuosa de biomasa alga! presenta una concentración de materia seca comprendida entre 2% en peso y 40% en peso respecto al peso total de la suspensión acuosa de bíomasa a!gal.
-
- 5.
- Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la suspensión acuosa de biomasa algal presenta una concentración de materia seca comprendida entre 4°/o en peso y 25% en peso respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa
alga!. -
- 6.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el solvente orgánico inmiscible con agua se selecciona de entre: hidrocarburos alifátícos, presentando dichos hidrocarburos aJífáticos un punto de ebullición superior a 1002C, tales como n~octano, nonano, decano o mezclas de !os mismos; hidrocarburos aromáticos tales como isómeros de xi!eno, tolueno, benceno, clorobenceno o mezclas de los mismos; fracciones de refinería que comprenden: (a) mezclas de dichos hidrocarburos alifáUcos, presentando dichas mezclas un punto de ebullición superior a 1QOilC, (b) mezclas de dichos hidrocarburos aromáticos, (e} mezclas de dichos hidrocarburos alifátícos y aromáticos, o mezclas de los mismos.
-
- 7.
- Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el solvente orgánico inmiscíble en agua se selecciona de entre n~octano, xileno o mezclas de los mismos.
-
- 8.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el solvente orgánico sustancialmente inmiscib!e con agua se selecciona de entre ésteres tales como acetato de etilo, acetato de isopropi!o, acetato de n~butilo o mezclas de !os mismos; cetonas que presentan un punto de ebullíción superior a 1 QQ!!C tales como pentanona, hexanona o mezclas de !os mismos, o mezclas de los mismos.
-
- 9.
- Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el solvente orgánico sustancíalmente inmiscib!e con agua es acetato de etilo.
-
- 10.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción entre la concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa alga! y el volumen de solvente orgánico está comprendida entre 1:1 y 1:80.
-
- 11.
- Procedimiento según la reivindicación 1O, en e! que la proporción entre la concentración de materia seca en la suspensión acuosa de bíomasa alga! y el volumen de solvente orgánico está comprendida entre 1:3 y 1 :70.
-
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en elque la evaporación del agua y la extracción de los lípídos se llevan a cabo:bajo una presión atmosférica, a 1 OOºC, en el caso de que la temperatura de- 5
- ebullición de dicho solvente orgánica sea superior a 1002C, o a la temperatura de ebullición del azeótropo de bajo punto de ebullición, en el caso de que dicho solvente orgánico forme un azeótropo de bajo punto de ebullición con agua.
- 1 O
- 13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la evaporación del agua y !a extracción de los lípidos se llevan a cabo durante un periodo de tiempo de entre 30 minutos y 5 horas.
- 15
- 14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la evaporación del agua y la extracción de los Hpidos se llevan a cabo durante un periodo de tiempo de entre 1,5 y 3,5 horas.
- 20
- 15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que !a fase orgánica (i) que comprende Upidos y un solvente orgánico se somete a evaporación con el fin de recuperar el solvente orgánico, que se reutiliza en el procedimiento anteriormente indicado y los lipidos extraídos.
- 25
- 16. Procedimiento según al reivindicación 15. en el que los lípídos se someten a esterifícación en presencia de un alcohol que presenta entre 1 y 4 átomos de carbono y de un catalizador ácido con el fin de producir glicerol y ésteres de alquilo (biodiésel).
- 30
- 17. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que los lfpídos se someten a hidrogenación/desoxigenación en presencia de hidrógeno y de un catalizador con el fin de producir diésel ecológico. 18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que dicha fase orgánica {i) que comprende lípidos y un solvente orgánico se somete directamente a esterificacíón o a hidrogenacíón/desoxigenación.
- 19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha fase semisólida (ii) que comprende un residuo de la biomasa alga! se somete a piró!isis con el fin de obtener aceites pirolíticos.
20, Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en e! que dicha fase semisólida (íi) que comprende un residuo de la biomasa algal, tras !a eliminación del solvente orgánico, se somete a digestión anaeróbica por parte de microorganismos en ausencia de oxigeno con el fin de obtener bíogás.
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