ES2617179T3

ES2617179T3 - Procedimiento para la producción de un biocrudo a partir de microalgas

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Publication number: ES2617179T3
Application number: ES10737346.6T
Authority: ES
Inventors: Bernard A. J. Stroïazzo-Mougin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: CA2803260A1; MX337044B; HUE031743T2; JP2013534821A; AU2010355793A8; US20130199083A1; EP2586870B1; AU2010355793B2; RU2013102896A; CN103038354B; JP5820878B2; BR112012033289A8; NZ606129A; RU2552172C2; MX2012015210A; AU2010355793B9; AU2010355793B8; SI2586870T1; ZA201300631B; PT2586870T

Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de un biocrudo a partir de gases de efecto invernadero, procedimiento que es ventajosamente industrial y en continuo. Mediante dicho procedimiento se consigue capturar, convertir y revalorizar CO

Description

DESCRIPCION

Procedimiento para la produccion de un biocrudo a partir de microalgas 5 CAMPO TECNICO:

La presente invencion se refiere a un procedimiento de obtencion de un biocrudo a partir de gases de efecto invernadero, procedimiento que es ventajosamente industrial y se lleva a cabo en continuo. Mediante el procedimiento se consigue capturar, convertir y revalorizar el CO2, as! como otros gases de efecto invernadero (NOx, 10 CH4..) de manera eficiente y de manera que se consigue un balance neto negativo, o en otras palabras, este procedimiento permite capturar mas CO2 del que se genera, lo cual hace que sea beneficioso y sostenible para el medio ambiente.

De esta manera, se obtiene un biocrudo de alta densidad energetica, apto para ser usado en cualquier motor de 15 combustion, turbinas o calderas. Este biocrudo se caracteriza principalmente por su similitud con respecto a los crudos actuales (amalgama de componentes qulmicos, hidrocarburos, que tras una etapa de refinado dan a lugar a distintos tipos de combustible refinado, tales como: gasolina, diesel, queroseno..).

Ademas, tambien se describe la utilizacion del biocrudo en motores de combustion.

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ESTADO DE LA TECNICA

El calentamiento global se refiere al aumento del promedio de la temperatura de la atmosfera terrestre y de los oceanos, ocasionando el cambio climatico. Este incremento se ha acentuado en las ultimas decadas del siglo XX y 25 la primera del XXI como consecuencia de la actividad humana, que de alguna manera, como consecuencia de las emisiones industriales (emisiones de gases de efecto invernadero, tales como NOx, CO2, CH4, etc) junto con la tala de bosques, ha desequilibrado el equilibrio existente en la naturaleza. Este fenomeno es conocido como efecto invernadero.

30 Los gases de invernadero absorben los fotones infrarrojos emitidos por el suelo calentado por el sol. La energla de esos fotones no basta para causar reacciones qulmicas, para romper enlaces covalentes, sino que simplemente aumentan la energla de rotacion y de vibracion de las moleculas implicadas. El exceso de energla es a continuacion transferido a otras moleculas por las colisiones moleculares en forma de energla cinetica, es decir de calor, aumentando la temperatura del aire. De la misma forma, la atmosfera se enfrla emitiendo energla infrarroja cuando 35 se producen las correspondientes transiciones de estado vibracional y rotacional en las moleculas hacia niveles menores de energla. Todas estas transiciones requieren cambios en el momento dipolar de las moleculas (es decir, modificaciones en la separacion de cargas electricas en sus enlaces polares) lo que deja fuera de este papel a los dos gases principales en la composicion del aire, a saber nitrogeno (N2) y oxlgeno, cuyas moleculas, por estar formadas por dos atomos iguales, carecen de cualquier momento dipolar.

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La "teorla antropogenica" predice que el calentamiento global continuara si se continuan emitiendo las emisiones de gases de efecto invernadero. El ser humano es hoy uno de los agentes climaticos de mayor importancia. Su influencia comenzo con la deforestacion de bosques para convertirlos en tierras de cultivo y pastoreo, pero en la actualidad su influencia es mucho mayor al producir la emision abundante de gases que producen un efecto 45 invernadero, es decir, CO2 de fabricas y medios de transporte y metano de granjas de ganadera intensiva y arrozales.

Actualmente, tanto las emisiones de gases como la deforestacion se han incrementado hasta tal nivel que parece diflcil que se reduzcan a corto y medio plazo, por las implicaciones tecnicas y economicas de las actividades 50 involucradas.

A finales del siglo XVII el hombre empezo a utilizar combustibles fosiles que la Tierra habla acumulado en el subsuelo durante su historia geologica. La quema de petroleo, carbon y gas natural ha causado ultimamente un aumento del CO2 en la atmosfera hasta 1,4 ppm al ano y produce el consiguiente aumento de la temperatura. Se 55 estima que, desde que el hombre mide la temperatura hace unos 150 anos (dentro de la epoca industrial), esta ha aumentado en 0,5°C y se preve un aumento de 1°C en el 2020 y de 2°C en el 2050.

Existen numerosos efectos potenciales del calentamiento global que, segun las teorlas del calentamiento global, afectaran hipoteticamente el medio ambiente y la vida humana. El principal efecto es el incremento progresivo de las 60 temperaturas promedio. Esto, a su vez, conduce a una serie de cambios, tales como el aumento del nivel del mar, cambios en los ecosistemas agricolas, expansion de las enfermedades tropicales, y aumento de la intensidad de los fenomenos naturales. Algunos de estos fenomenos se estan produciendo en la actualidad, pero es diflcil precisar una relacion directa con el calentamiento global.

65 Es por ello que el I Protocolo de Kyoto promueve una reduccion de emisiones contaminantes, tales como los gases de efecto invernadero (principalmente CO2).

De forma similar, debido a que una de las mayores fuentes de emisiones de CO2 es la combustion del petroleo y derivados, se han ido desarrollando distintos sistemas y procedimientos para minimizar este problema.

5 Uno de estos es el desarrollo de biocrudos (biodiesel) a partir de cultivos extensivos de plantas superiores, pero que a fecha de hoy han demostrado su baja efectividad; ademas, para poder generar una cantidad significativa de biocrudos, son requeridas grandes extensiones de terreno; muchas veces estos cultivos vienen acompanados de una tala previa de los bosques existentes y en muchos casos tambien de la quema con las consecuentes emisiones.

10 Posteriormente, los grupos de investigacion desarrollaron nuevos sistemas y procedimientos que hacen uso de las microalgas como captadoras del CO2, para posteriormente transformarlas en biocrudos (biodiesel), mediante reactores abiertos al exterior, lo cual suponla un gran inconveniente debido a la contaminacion que se generaba en los medios de cultivo (ademas son mas diflciles de controlar, no pueden evacuar el O2, menor produccion por ha..).

15 Debido a este gran problema, se disenaron sistemas cerrados que trabajaban en horizontal y as! se eliminaba la posible contaminacion externa. Sin embargo, el principal problema con estos era que, al ser sistemas horizontales y trabajar con grandes areas de cultivo, el poder moverlos o tratarlos supone un gran aporte energetico al sistema, que, en definitiva, generaba grandes emisiones de contaminacion y balances energeticos desfavorables.

20 Posteriormente y en la actualidad se estan desarrollando procedimientos que subsanan todos los problemas anteriormente mencionados y que generan biocrudos (biodiesel). Sin embargo, estos aun suponen un balance neto desfavorable puesto que al final del mismo se segulan emitiendo grandes cantidades de CO2 a la atmosfera.

Los sistemas descritos hasta ahora son sistemas que, con sus limitaciones, realmente pueden llegar a proporcionar 25 biocrudos (en este caso biodiesel) basandose en la captura de CO2. Sin embargo, a causa de su bajo rendimiento por hectarea, la produccion por m3 (y por lo tanto peores proporciones de captacion de CO2), la complejidad de operacion y su capacidad de producir unicamente un combustible (dado que el aportar unicamente biodiesel no soluciona el problema de la escasez del petroleo en un futuro), son razones que hacen necesaria una nueva via que consiga solucionar cada uno de estos puntos, y en particular una via que capture mas cantidad de CO2 del que 30 posteriormente se emita o lo que es lo mismo, se necesitan nuevos procedimientos sostenibles mediante los cuales se consiga un balance neto negativo de emisiones de CO2 a la atmosfera negativo.

El documento de patente WO 2008/134836 A2 (OURO FINO PARTIPACOES E EMPREENDIMENTOS LTDA, 13 de noviembre de 2008) da a conocer un procedimiento para obtener un biocrudo a partir de un gas que comprende 35 CO2, que comprende las etapas de:

a. suministrar el gas que comprende CO2 a un reactor que contiene un cultivo que comprende al menos una especie de microalga que es capaz de la fotoslntesis,

b. fotoslntesis por la especie de microalga utilizando el CO2 suministrado para producir biomasa,

c. descomposicion termoqulmica de la biomasa de microalga a una presion entre 0 y 20 MPa y una temperatura 40 entre 120 y 400°C a efectos de obtener un biocrudo mezclado con agua y gases,

d. separacion del biocrudo obtenido.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

45 La presente invencion se refiere a un procedimiento de obtencion de un biocrudo a partir de gases de efecto invernadero, que es ventajosamente industrial y en continuo. Mediante dicho procedimiento es posible capturar, convertir y revalorizar el CO2 entre otros gases de efecto invernadero (NOx, Cm...) de manera eficiente, de tal manera que se consigue un balance neto negativo, o lo que es lo mismo, mediante este procedimiento se captura mas CO2 del que se genera, lo cual hace que sea beneficioso y sostenible para el medio ambiente.

50

De esta manera, se obtiene un biocrudo de alta densidad energetica apto para ser usado directamente en cualquier motor de combustion, turbina o caldera que funcione con fuel-oil. Este biocrudo tiene como principal caracterlstica la similitud con respecto a los crudos utilizados actuales (amalgama de componentes qumicos, hidrocarburos, que tras una etapa de refinado permite obtener diferentes tipos de combustible gasolina, diesel, queroseno, etc...).

55

Por lo tanto, un primer aspecto de la presente invencion se refiere a un procedimiento para la obtencion de un biocrudo basado en un gas que comprende CO2, procedimiento que incluye las etapas de:

a. suministro del gas que comprende CO2 a un reactor que contiene un cultivo que incluye al menos una especie de microalga capaz de realizar la fotoslntesis;

60 b. proceso de la fotoslntesis llevado a cabo por parte de la especie de microalga basandose en el CO2 suministrado para producir una biomasa;

c. fermentacion anaerobica de la biomasa obtenida;

d. descomposicion termoqulmica de la biomasa fermentada a una presion entre 0 y 20 MPa y a una temperatura entre 200 y 420°C para obtener un biocrudo mezclado con agua y gases, y

65 e. separacion del biocrudo obtenido,

caracterizado porque, tras la etapa de realizacion de la fotoslntesis, se libera del reactor entre un 5 y un 100% del cultivo, que posteriormente se separa en una fraccion solida que contiene biomasa, la cual sera posteriormente sometida a la etapa de fermentacion anaerobica, y una fraccion llquida que contiene carbonatos y/o bicarbonatos, los cuales se separan de la parte llquida, para posteriormente retornar la fraccion llquida al reactor, al menos 5 parcialmente, y sustancialmente exenta de carbonatos y/o bicarbonatos.

De manera general, el procedimiento de la invencion comprende las etapas de:

- tratamiento biologico de los gases de efecto invernadero;

- tratamiento mecanico del medio de cultivo;

10 - tratamiento mecano-qulmico de las fases acuosas; y

- tratamiento mecano-qulmico de la biomasa;

Etapa de tratamiento biologico de los gases de efecto invernadero:

15 Segun una primera realizacion preferida, la etapa de tratamiento biologico de los gases de efecto invernadero comprende las siguientes subetapas:

- suministro de un gas que incluye CO2 a un reactor que contiene un cultivo que comprende al menos una especie de microalga que es capaz de realizar la fotoslntesis; y

- captura y conversion biologica del CO2 mediante la realizacion del proceso de la fotoslntesis llevado a cabo por la 20 especie de microalga para producir una biomasa.

Segun otra realizacion preferida, la subetapa de suministro de un gas que contiene CO2 tal como, por ejemplo, los gases de efecto invernadero, comprende un suministro endogeno y/o exogeno de gases de efecto invernadero a un reactor de tipo fotosintetico en el cual hay presente al menos una especie de microalga capaz de realizar la 25 fotoslntesis.

En este mismo sentido, a lo largo de la presente memoria descriptiva, "gases de efecto invernadero" se considerara cualquier gas que incluya CO2 y potencialmente otros componentes, tales como NOx, CH4 u otros, en cualquier combinacion. Sin embargo, lo unico realmente necesario para el procedimiento de la invencion es que el gas incluya 30 al menos CO2. De esta manera, estos gases que son tan perjudiciales para el medio ambiente pasan a formar parte de los nutrientes anadidos al reactor para la "alimentacion" de las microalgas presentes en el mismo.

Ademas, los gases de efecto invernadero anadidos de manera exogena provienen normalmente de la atmosfera o de cualquier industria y los aditivos de manera endogena provienen de los gases generados en el procedimiento 35 desarrollado en la presente invencion.

Basandose en la composicion de estos gases, una posible opcion es someterlos a un tratamiento previo antes de su introduccion.

40 Segun otra realizacion preferida, opcionalmente se puede llevar a cabo un pretratamiento de los gases de efecto invernadero mediante la eliminacion de SOx, NOx y humedad y adecuando la temperatura a aproximadamente 30- 40°C. Una vez llevada a cabo la etapa de pretratamiento (si procede) se introducen estos gases en el cultivo.

Segun otra realizacion preferida, la subetapa de captura y conversion biologica del CO2 comprende la realizacion del 45 proceso de la fotoslntesis llevada a cabo por parte de las microalgas. Ademas, en realizaciones mas preferidas de la invencion se somete al reactor que las contiene a la exposicion continua de luz, ya sea natural o artificial y la adicion al medio de cultivo tanto nutrientes como opcionalmente antibioticos y fungicidas.

De esta manera, las microalgas presentes en el reactor, debido al suministro de un gas que incluye al menos CO2, 50 capturan el carbono presente en el dioxido de carbono y otros nutrientes, lo asimilan y lo transforman en moleculas biologicas de interes, tales como hidratos de carbono, grasas y protelnas.

Ademas, para que las microalgas capturen los gases de efecto invernadero procedentes de la etapa anterior, ventajosamente se somete al medio de cultivo en el reactor a un regimen turbulento. De esta manera, se asegura 55 que todo el cultivo de microalgas pueda capturar dichos gases y obtener la luz necesaria para llevar a cabo la fotoslntesis. Ademas, el generar un medio turbulento presenta la ventaja de prevenir la formacion de “fouling”, es decir, la acumulacion indeseada de microorganismos en la superficie de los fotobioreactores. Esta generacion de turbulencias puede realizarse de cualquier modo apto para este fin, aunque en realizaciones preferidas de la invencion se realiza insuflando al reactor aire, N2, CO2, CO, NOx, y gases resultantes de una combustion o cualquier 60 combinacion de los mismos.

Ademas, las microalgas presentes en el reactor se seleccionan del grupo formado por: Cloroflceas, Bacilarioflceas, Dinoflceas, Criptoflceas, Crisoflceas, Haptoflceas, Prasinoflceas, Rafidoflceas, Estigmatoflceas o cualquier combinacion de las mismas.

Etapa de tratamiento mecanico del medio de cultivo

Segun otra realizacion preferida, la etapa de tratamiento mecanico del medio de cultivo comprende las subetapas de:

- vaciado o extraccion al menos parcial del cultivo del reactor;

5 - separacion del cultivo desalojado en una fraccion solida que contiene biomasa y una fraccion llquida que contiene carbonatos y/o bicarbonatos;

Segun otra realizacion preferida, en la subetapa de vaciado se desaloja al menos entre un 5 y un 100% del medio de cultivo, preferiblemente entre un 5 y un 50% y aun mas preferiblemente el 10% del medio de cultivo, de manera que 10 el resto se mantiene en el reactor para que se siga capturando y convirtiendo el CO2 de manera continua mediante las microalgas como medio biologico para realizar tal fin. Es importante destacar que este % de extraccion es repuesto, de un modo preferiblemente rapido, con agua sustancialmente sin algas y sin carbonatos o con una concentracion muy baja de estos, procedente de las etapas de separacion que mas adelante se detallaran; la cantidad de algas presentes en el agua que se vuelve a anadir dependera de la eficiencia de separacion de cada 15 procedimiento en concreto.

Segun otra realizacion preferida, la subetapa de separacion del cultivo desalojado en una fraccion solida que contiene biomasa y una fraccion llquida que contiene carbonatos y/o bicarbonatos comprende, al menos, una etapa de extraccion mecanica seleccionada entre filtracion, centrifugacion, floculacion, electrocoagulacion, ultrasonidos, 20 evaporation, decantation o cualquier combination de las mismas. De esta manera, es posible separar la fase acuosa de la biomasa.

Segun otra realizacion preferida opcional, tras la etapa de vaciado se llevara a cabo una etapa de acidification del cultivo o medio desalojado o extraldo del reactor. En esta subetapa opcional, el medio de cultivo desalojado o 25 extraldo se acumula en un tanque de acumulacion, en donde se adiciona al menos un agente acidificante hasta alcanzar un pH entre 3,5 y 8, preferentemente entre 6 y 8. El agente acidificante se selecciona del grupo formado por CO2 (este CO2 puede ser de botella o industrial), mezcla de CO2 y aire, acidos fuertes o debiles o cualquier combinacion de los mismos. Preferiblemente, el agente acidificante es una mezcla de CO2 con aire. De esta manera, es posible asegurar que el medio proveniente del reactor, el cual es rico en CO2 y bicarbonato, no precipite 30 (mediante la no formation de carbonatos) y as! se evitan fenomenos, tales como adherencia y fouling.

Tratamiento mecano-aulmico de la fase acuosa:

Segun otra realizacion preferida, la etapa de tratamiento qulmico de la fase acuosa incluye las siguientes subetapas: 35 - conversion qulmica del CO2 que esta presente en la fraccion llquida resultante de la extraccion al menos parcial del cultivo del reactor en forma de carbonatos y/o bicarbonatos en disolucion, en sus correspondientes formas carbonatadas precipitadas mediante la adicion de un alcali, y

- recirculation al menos parcial de la fase llquida, ya sustancialmente exenta de carbonatos y/o bicarbonatos en disolucion, al reactor.

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Por lo tanto, segun otra realizacion preferida, la subetapa de conversion qulmica del CO2 incluye transportar el agua resultante de la separacion de la biomasa de la subetapa acuosa a un tanque de aclarado, en donde se acumula la fase acuosa que comprende agua, nutrientes en disolucion, CO2, carbonato y bicarbonato, todos ellos disueltos. Una vez que la fase acuosa se encuentra en el tanque de aclarado, se anade al menos un medio basico para provocar la 45 precipitation en forma de carbonatos de las especies que se encuentran en equilibrio (CO2, bicarbonato y carbonato). De esta manera, es posible eliminar aun mas el CO2, puesto que es transformado en sales carbonatadas utiles en distintas industrias y ya no es un contaminante.

Una vez que el agua esta libre de CO2, precipitado en forma de carbonato y bicarbonato, se lleva a cabo la subetapa 50 de recirculacion del agua al reactor en donde esta presente el medio de cultivo.

De esta manera, en este punto del procedimiento, se ha llevado a cabo una doble elimination o conversion del CO2; la captura o fijacion biologica llevada a cabo por las microalgas presentes en el medio de cultivo, y una conversion o transformation qulmica como consecuencia de esta precipitacion. Al hacer esto, el agua de cultivo esta mas libre de 55 CO2, bicarbonato y carbonato y es capaz de capturar mas CO2 hasta el llmite de solubilidad. Durante el siguiente ciclo se repite el procedimiento y acaba con la precipitacion de gran parte de este CO2 que se ha introducido. Si no se procede a esta precipitacion forzada, gran parte del CO2 se quedara disuelto en la fase acuosa que se devuelve mediante el cultivo.

60 Por lo tanto, a la hora de introducir CO2 de nuevo al cultivo, la capacidad de disolucion sera menor, pues ya tiene CO2 en disolucion.

Etapa de tratamiento mecano-aulmico de la biomasa:

65 Segun otra realizacion preferida, la etapa de tratamiento mecano-qulmico comprende las siguientes subetapas:

- fermentation anaerobica de la biomasa obtenida en la fotoslntesis llevada a cabo por las microalgas;

- separacion de la biomasa fermentada del agua del cultivo;

- transformacion termoquimica de la biomasa fermentada mediante descomposicion termoquimica a una temperatura entre 200 y 420°C y una presion entre 0 y 20 MPa para obtener un biocrudo mezclado con agua y gases, y

5 - separacion del biocrudo obtenido.

Segun otra realizacion preferida, la biomasa procedente de la sub-etapa de separacion de la biomasa de la fase acuosa es sometida a una subetapa de fermentacion anaerobica que tiene lugar en un fermentador. Durante dicha fermentacion, a una temperatura entre 10 y 165°C y preferentemente entre 30 y 75°C, se introduce la biomasa con 10 una concentracion en solidos que oscila entre 1 a 50% en solidos, y preferentemente entre 5 y 12%.

Durante la fermentacion anaerobica, la biomasa es transformada por diferentes comunidades microbianas presentes en el fermentador (bacterias anaerobicas) perdiendo O y N en forma de H2O, CO2 y NH3 y enriqueciendose en H y C. El producto que se obtiene tras esta etapa es similar al kerogeno (un precursor del petroleo). Junto con la 15 fermentacion anaerobica se genera un proceso de metagenesis que da lugar a la formation de metano, como consecuencia de la fragmentation de las cadenas; este metano se utilizara como fuente de energia termica.

Segun otra realizacion preferida opcional, previamente a la subetapa de fermentacion anaerobica la biomasa pasa por una etapa de homogenization o cavitation en donde las algas se someten a una presion de entre 1 bar y 2500 20 bares, y preferiblemente entre 250-1200 bares, para producir la fragmentacion de estas. Segun una realizacion preferida, la etapa de homogeneizacion o cavitacion se repite entre 1 y 5 veces, preferiblemente 1 vez. Posteriormente, tras la subetapa de fermentacion anaerobica, el producto resultante se hace pasar por una subetapa de separacion de la biomasa fermentada del agua mediante una tecnica seleccionada entre filtration, centrifugation, floculacion, electrocoagulation, ultrasonidos, evaporation, decantation o cualquier combination de las mismas. De 25 acuerdo con este tratamiento se obtiene una biomasa con una concentracion en solidos comprendida entre el 14 y el 40% en solidos, preferiblemente entre el 20 y el 25%.

Tras la etapa de separacion de la biomasa fermentada del agua, se llevara a cabo una etapa de transformacion termoquimica en la cual se somete a la biomasa a altas presiones y temperaturas, teniendo como consecuencia la 30 generacion de hidrocarburos.

Esta etapa consiste en una descomposicion quimica de materia organica, causada por el calentamiento moderado a altas presiones o presion atmosferica, aunque preferiblemente a altas presiones. La principal ventaja de trabajar a altas presiones (del orden de 10-20 MPa o presion atmosferica) y temperaturas moderadas (de entre 200 y 420°C, 35 preferiblemente de entre 240 y 340°C) es que la materia prima de partida no requiere ser secada, siendo posible introducir la materia prima al reactor termoquimico con una humedad de hasta el 95%, preferentemente entre 80 y 60% lo cual tiene la evidente ventaja de evitar la necesidad de secar (ahorro de energia termica). En esta etapa se obtiene un biocrudo.

40 Finalmente, se lleva a cabo preferiblemente una subetapa de elimination de agua que acompana al biocrudo, utilizando al menos un metodo seleccionado del grupo formado por decantacion, floculacion, coalescencia, centrifugacion, evaporadores, secadores o cualquier combinacion de los mismos, y asi se obtiene un biocrudo que puede ser usado en motores de combustion interna, calderas o turbinas que trabajan con fueloil sin necesidad de ser refinado.

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Opcionalmente, segun una realizacion preferida, tras la subetapa de eliminacion de agua se somete al biocrudo obtenido a una subetapa de homogeneizacion o cavitacion, en donde las algas se someten a una presion de entre 1 bar y 2500 bares, preferiblemente entre 250 y 1200 bares para producir la fragmentacion de estas. Segun una realizacion preferida, la etapa de homogeneizacion o cavitacion se repite entre 1 y 5 veces, preferiblemente 1 vez. 50 De esta manera se produce lo siguiente:

- Rotura de las cadenas largas de hidrocarburos para obtener hidrocarburos ligeros, incrementar el numero de alquenos, elevar el indice de cetano, reducir la temperatura de cristalizacion y disminuir la cantidad de emisiones nocivas.

- Mezcla de dos fluidos que estan entremezclados (biocrudo y agua).

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Opcionalmente, segun otra realizacion preferida, tras la subetapa de eliminacion de agua o tras la etapa de homogeneizacion, se llevara a cabo una subetapa de refinado del biocrudo obtenido. La etapa de refinado sera equivalente al refinado convencional existente en la refineria con la salvedad de que el contenido en azufre y metales pesados es inferior o inexistente.

60

Basandose en el objetivo fijado, es decir, basandose en las partes que se quieran obtener (gasolina, diesel, queroseno, plasticos,...) la estructura de la refineria puede ser diferente. Por lo tanto. en funcion de esto la planta incluira tambien al menos una de las siguientes etapas:

- destilacion atmosferica (topping),

65 - destilacion al vacio,

- gas plant,

- hidrotratamiento de nafta,

- reformado cataltico.

- hidrocraqueo

- craqueo cataltico fluidizado (FCC Fluid Catalytic Cracking),

5 - Viscorreduccion (visbreaking),

- Isomerizacion,

- Alquilacion,

- Craqueo con vapor (steam cracking),

- Soplado de bitumenes,

10 - Coquizacion (coking).

Finalmente, mediante el procedimiento descrito en la presente invencion se ha pasado de una concentracion de C desde la molecula de CO2 (27% de C) hasta el producto final (65-95% en C, preferentemente entre 75-90%).

15 La description tambien se refiere a un biocrudo obtenido a traves del procedimiento anteriormente descrito, cuyas caracterlsticas son las que a continuation se presentan:

Tabla 1

Densidad (kg/m3): 800-1200

Viscosidad cinematica (50°C) (mm2/s): 2-100

Punto de inflamacion (°C): 35-200

Contenido de cenizas (% m/m): 0-3

PCI (MJ/kg): 29-45

Aluminio (mg/kg): < 1

Sllice (mg/kg): < 1

Vanadio (mg/kg): < 1

Sodio (mg/kg): < 1

Calcio (mg/kg): < 1

Magnesio (mg/kg): < 1

Fosforo (mg/kg): < 1

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La descripcion tambien se refiere al uso directo del biocrudo obtenido en motores de combustion interna, turbinas o calderas que trabajen con fuel oil.

25 La descripcion tambien se refiere al uso de un gas que incluye CO2, tal como el gas procedente de industrias cementeras, para la obtencion de un biocrudo utilizando el procedimiento de la invention.

A lo largo de la descripcion y las reivindicaciones, la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras caracterlsticas tecnicas, aditivos, componentes o etapas.

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BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Figura 1 - muestra un diagrama de bloques del procedimiento de la presente invencion. En el mismo se ilustran cada una de las etapas en el procedimiento.

35 Figura 2 - muestra un diagrama que representa la conversion energetica del CO2, de acuerdo a un balance neto negativo.

Figura 3 - muestra el balance de emisiones de CO2 del ejemplo 2 en un procedimiento de conversion energetica del CO2 de acuerdo a un balance neto negativo.

Figura 4 - se refiere al balance de emisiones de CO2 del ejemplo 3 en un procedimiento de conversion energetica del 40 CO2, de acuerdo a un balance neto negativo.

Figura 5 - se refiere al fraccionamiento del biocrudo en distintas fracciones

EJEMPLOS DE UNA REALIZACION

45 En esta memoria descriptiva los slmbolos y convenciones usados en estos procedimientos, diagramas y ejemplos son consistentes con los usados en el Sistema Internacional y la bibliografla cientlfica contemporanea, por ejemplo, el Journal of Medicinal Chemistry. Salvo que se indique lo contrario, todos los materiales basicos se obtuvieron de proveedores comerciales y se usaron sin purification adicional. Especlficamente, es posible usar las siguientes abreviaturas a lo largo de toda la memoria descriptiva: g (gramos); mg (miligramos); kg (kilogramos); mg 50 (microgramos); l (litros); ml (mililitros); ml (microlitros); mmol (milimoles); mol (moles); °C (grados Celsius); Hz (hertzio); MHz (megahertzio); 8 (desplazamiento qulmico); s (singlete); d (doblete); t (triplete); q (cuartete); m (multiplete); RMN (resonancia magnetica nuclear); M (molar); Et3N (trietilamina); DMF (dimetilformamida); DMSO (dimetilsulfoxido); ACN (acetonitrilo); PBS (solution salina tamponada con fosfato); NCV (valor calorlfico neto).

Ejemplo n° 1: Conversion energetica del CO2 obteniendo un balance neto negativo.

El punto de partida del presente procedimiento son los gases de emision resultantes de la combustion de una 5 cementera y opcionalmente los gases resultantes de la combustion del propio producto obtenido (del biocrudo).

A continuacion, en la Tabla 2, se presenta un ejemplo de los gases emitidos por la cementera:

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Tabla 2

Temperatura: 420 °C

Presion: 1 bar

Densidad: 0,79 kg/m3

Flujo masico: 2.000 kg/h

Calor especlfico: 0,25 kcal/kg

Flujo volumetrico: 2.531,64 m3/h

CO2: 12 %V

N2: 61 %V

O2: 1,9 %V

H2O: 20,7 %V

CH4: 2.500 ppm

NOx: 90 ppm

SOx: 50 ppm

CO: 1,65 ____________

De acuerdo con la composicion del gas de la cementera, se considero que el unico tratamiento que se le debla llevar a cabo era la elimination de SOx y la disminucion de la temperatura. Para ello se instalo una columna de absorcion en contracorriente con NaOH (disolucion acuosa al 10% en NaOH). Es importante destacar que en el procedimiento 15 de la invention, ademas de la reduction en el balance neto de CO2, se obtiene tambien una reduction en la concentration de NOx (95% NO y el resto NO2) en el producto final, como consecuencia de la disolucion en agua del NO y NO2 (particularmente este ultimo). Tras este tratamiento, se introduce un gas con la siguiente composicion (Tabla 3).

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Tabla 3

Temperatura: 40 °C

Presion: 1,98 bar

Densidad: 2,22 kg/m3

Flujo masico: 1.760 kg/h

Calor especlfico: 0,24 kcal/kg

Flujo volumetrico: 792,79 m3/h

CO2: 13,5 %V

N2: 63 %V

O2: 2,1 %V

H2O: 3,2 %V

CH4: 2.300 ppm

NOx: 62 ppm

SOx: 2 ppm

CO: 0 ____________

Ademas de los gases resultantes de las emisiones de la cementera, tal y como se ha comentado con anterioridad, se introducen al cultivo de nuevo los gases resultantes de la combustion del biocrudo obtenido en el proceso; a 25 continuacion se presenta la composicion de este gas a la salida del sistema de tratamiento, (utilizando un depurador unicamente para atemperar; en este caso no hay SOx y, por lo tanto, no se introduce NaOH):

Tabla 4

Temperatura: 40 °C

Presion: 1,98 bar

Flujo masico CO2: 78 kg/h

CO2: 14,9 %V

N2: 58 %V

O2: 2,7 %V

H2O: 1,1 %V

CH4: 1.100 ppm

NOx: 120 ppm

SOx: 0 ppm

CO: 0 ____________

El diagrama general se representa en la Figura 2. Los gases se mezclan en un tanque disenado para este uso y sistema especifico. En este tanque de mezcla, ademas de mezclar estas dos corrientes, se mezcla una tercera 5 corriente de aire para adecuar la mezcla final a la concentracion de CO2 deseada; en este caso concreto la media se encuentra en 13,5% en CO2. Para llevar a cabo la mezcla se mide la concentracion de CO2 de las dos primeras corrientes y se activa una electrovalvula para dejar pasar mas o menos aire y regular de esta forma la concentracion final. Esta mezcla, por tanto, es la que se introduce en los reactores (reactores fotosinteticos continuamente agitados que permiten el paso de luz y por ello estan construidos de un material transparente) que contienen un cultivo 10 monoespecifico de microalgas (Nannochloris sp).

Para poder realizar el estudio de la captacion de CO2 por parte del sistema, se mide en continuo la composicion de CO2 a la entrada y a la salida. De acuerdo con estos datos es posible determinar la cantidad de CO2 capturado por el sistema (fijacion biologica + fijacion quimica); junto con el peso seco del cultivo y es posible determinar cuanto 15 CO2 se ha fijado biologicamente por parte del alga de acuerdo a su comportamiento fotosintetico y cuanto ha fijado el sistema. A continuacion, la Tabla 5 muestra los resultados del seguimiento de CO2:

Tabla 5

Tiempo: t (min) % CO2 entrada X CO2 entrada (l CO2/I gas) ENTRADA DE FLUJO DE GAS (l/min) % CO2 salida

0:00:00: 10 0 600 1,16 -128,76

0:10:00: 10 0 600 1,1 -122,1

1:00:00: 50 0 600 0,94 -521,7

2:00:00: 60 0 600 0,62 -412,92

3:00:00: 60 0 600 0,36 -239,76

4:00:00: 60 0 600 0,19 -126,54

5:00:00: 60 0 600 0,08 -53,28

6:00:00: 60 0 600 0 0

7:00:00: 60 0 600 0 0

8:00:00: 60 0 600 0 0

9:00:00: 60 13,49 600 0,13 8897,76

10:00:00: 60 13,51 600 1 8331,66

11:00:00: 60 13,51 600 2,25 7499,16

12:00:00: 60 13,51 600 3,2 6866,46

13:00:00: 60 13,5 600 3,69 6533,46

14:00:00: 60 13,5 600 3,86 6420,24

15:00:00: 60 13,5 600 3,89 6400,26

16:00:00: 60 13,5 600 3,87 6413,58

17:00:00: 60 13,5 600 3,89 6400,26

18:00:00: 60 13,52 600 4,2 6207,12

19:00:00: 60 13,5 600 5,1 5594,4

20:00:00: 60 0 600 4 -2664

21:00:00: 60 0 600 2,2 -1465,2

22:00:00: 60 0 600 1,45 -965,7

23:00:00: 60 0 600 1,3 -865,8

23:50:00: 50 0 600 1,18 -654,9

20

De acuerdo con esta Tabla, la produccion sera de 681,11 kg/dia de biocrudo para una planta con un volumen total de 735 m3. Para obtener esta produccion basandose en la eficiencia de captura de CO2 del 69% calculada a partir de la tabla anterior, sera necesario alimentar los fotobioreactores con 342,49 kg/h de CO2; 264,44 kg de CO2/h proceden de la cementera y el resto 78 kg COh/h proceden de la retroalimentacion resultante de las emisiones de la 25 combustion del propio biocrudo introducido.

Para llevar a cabo el proceso de obtencion de esta biomasa, en primer lugar se procede a la extraccion de 367,64 m3 al dia (50% del cultivo). Antes de pasar a la siguiente etapa de centrifugacion (1a etapa de extraccion), debe pasar por una etapa de acidificacion que tiene lugar en un tanque de 500 m3. El fundamento de esta etapa de 30 acidificacion es la siguiente:

El cultivo extraldo, como consecuencia del burbujeo continuo de gases de escape, tiene un contenido de CO2, bicarbonato y carbonato muy elevado en solucion. Cuando se deja de burbujear este CO2, el pH de la disolucion tiende a subir desplazando el equilibrio hacia la formacion de carbonatos. Si se forma mucho carbonato, sobrepasara el punto de solubilidad y este comenzara a precipitar. Esta precipitacion podrla producir problemas de 5 fouling, que a su vez podrla conducir a la contaminacion y provocar mas complicaciones en la decantacion de agua. Por lo tanto, puesto que la separation mecanica (1a etapa de separation) no es capaz de procesar de una vez todo el volumen extraldo, durante este perlodo de almacenamiento se debe anadir un acido. Especlficamente, en este caso, se anadio una disolucion de H2SO4 (1 M) con el objetivo de mantener el pH siempre por debajo de 7,5.

10 Una vez llevado a cabo el vaciado de 367,64 m3 de cultivo, se procede a la separacion mecanica del agua de la biomasa. Para este objetivo se utiliza una centrifugation y de esta manera se obtiene un volumen de 1,89 m3/dla a una concentration del 15% en solidos.

Ademas de la fraction concentrada (15% en solidos), se obtiene una fraction acuosa (permeada) que representaba 15 un volumen total de 3.657 m3/dla. Esta agua, debido al hecho de que formaba parte del cultivo, se carga con CO2, bicarbonato y carbonato. Para liberar esta carga del agua, se alcalinizo con NaOH hasta llegar a pH 9 con el objetivo de desplazar el equilibrio hacia la formacion de carbonato y, de este modo, sobrepasar el llmite de solubilidad del carbonato y hacerlo precipitar. De este modo, se captura qulmicamente el CO2, obteniendo un agua con bajo contenido de CO2, bicarbonato y carbonato. Esta agua con un bajo contenido de estos elementos se introduce al 20 sistema de nuevo (en los fotobioreactores) con una capacidad de captation renovada del CO2. Si se introdujera esta agua sin una etapa previa de captura qulmica, la capacidad de asimilacion de CO2 por parte del agua serla minima pues estaria cerca de la saturation.

El concentrado, con un 15% en solidos resultante de la centrifugacion, pasa a una etapa de fermentation anaerobica 25 a 38°C. Durante la fermentacion anaerobica, la biomasa es transformada por las diferentes comunidades microbianas presentes (bacterias anaerobias) perdiendo O y N en forma de H2O, CO2 y NH3 y enriqueciendose en H y C. A medida que la fermentacion va avanzando, se observa como el contenido en N y O va cayendo a medida que aumenta en H y en C. Al mismo tiempo se va generando metano como consecuencia de la fragmentation de estas moleculas, proporcionando energia que se utiliza como fuente de energia termica para la siguiente etapa 30 termoquimica. De acuerdo con la fragmentacion de los 54,57 kg/h de biomasa seca que potencialmente podrian pasar a la siguiente etapa, unicamente pasan a la siguiente etapa 45,48 kg/dia como consecuencia de la fragmentacion y descomposicion.

Posteriormente, tras la etapa de fermentacion anaerobica el producto resultante se somete a centrifugacion, una vez 35 mas, esta vez hasta obtener el 23% en solidos; este producto, producido a una velocidad de production de 967 kg/dia, a pesar de que es un producto pastoso pero a su vez bombeable, pasa a la siguiente etapa de transformation termoquimica. El agua mas clara resultante del proceso (1,6 m3/dla), se carga de amoniaco y se devuelve de nuevo a los fotobioreactores, con la carga de amoniaco sirviendo de aporte extra de nutrientes a los microorganismos.

40

La transformacion termoquimica tiene lugar en un reactor a 270°C y 22 MPa en un proceso en continuo suministrado a una velocidad de 40,32 kg/h, siendo la produccion de biocrudo (con una transformacion del 62,20% con respecto a la biomasa seca base) de 28,38 kg/h de biocrudo con un 3% en agua tras una etapa de decantacion posterior al reactor. Ademas de obtener biocrudo, del proceso termoquimico se obtiene una fraccion gas (principalmente CH4, 45 CO2 y CO), que se combustiona con el objetivo de obtener energia termica para esta etapa en concreto.

El producto final tiene un PCI aproximado de 9.300 kcal/kg, que permite obtener una energia electrica de 138 kW tras combustionar en un motor de combustion interna cuya eficiencia de transformacion de energia termica a electrica es del 45%. El CO2 resultante de la combustion se vuelve a introducir al sistema.

50

En la figura 3 se muestra el balance de emisiones de CO2.

De acuerdo con el balance, tras obtener la energia electrica, despues de introducir 264,44 kg/h de CO2 unicamente se emiten 113,98 kg/h de CO2, lo cual supone un balance neto negativo de -150,47 kg CO2/h. Como resultado, en el 55 presente proceso no solo no se emite CO2, sino que se capta mas CO2 del que se emite, de acuerdo con el siguiente balance:

Tabla 6

Introducido: 264,44 kg CO2/h

Emitido: 113,98 kg CO2/h

Balance: -150,47 kg CO2/h

Ejemplo No. 2. Valorizacion energetica del CO2

El punto de partida son los gases de emision resultantes de la combustion de una cementera con las emisiones contenidas en la siguiente tabla:

Tabla 7

Temperatura: 150 °C

Presion: 1 bar

Densidad: 0,77 kg/m3

Flujo masico: 43.914 kg/h

Calor especifico: 0,25 kcal/kg

Flujo volumetrico: 57.377 m3/h

CO2: 6 %V

N2: 67,6 %V

O2: 2,1 %V

H2O: 20,7 %V

CH4: 9.000 ppm

NOx: 50 ppm

SOx: 50 ppm

CO: 2,69 ____________

Dadas las caracteristicas del gas emitido por la cementera, se considero que el unico tratamiento necesario era la eliminacion de SOx y la disminucion de la temperatura. Para ello se instalo una columna de absorcion en 10 contracorriente con NaOH. Es importante destacar que, en el procedimiento de la invencion, ademas de la reduction en el balance neto de CO2, se obtiene tambien una reduccion en la concentration final de NOx (95% NO y resto NO2) como consecuencia de la disolucion en agua del NO y NO2 (sobre todo este ultimo).

De acuerdo a este tratamiento se introduce el siguiente gas en los reactores fotosinteticos (reactores fotosinteticos 15 continuamente agitados que favorecen el paso de luz y estan construidos de un material transparente para dejar pasar la luz) y que contienen un cultivo pluriespecifico de microalgas (Nannochlors sp, Tetraselmis chuii e Isocrisis Galbana).

20

Tabla 8

Temperatura: 40 °C

Presion: 1,98 bar

Densidad: 2,22 kg/m3

Flujo masico: 38.716 kg/h

Calor especifico: 0,24 kcal/kg

Flujo volumetrico: 17.473 m3/h

CO2: 7,37 %V

N2: 85,95 %V

O2: 2,95 %V

H2O: 3,69 %V

CH4: 10.502 ppm

NOx: 23,2 ppm

SOx: 1 ppm

CO: 0 ____________

De acuerdo con la composition de estos gases y la eficiencia de captura de CO2 por parte del sistema, se obtiene una production de 4.017 kg/dia de biomasa, cuya transformation en bio-oil permite obtener 1.607,13 kg/dia de biocrudo, en una planta de 230 reactores fotosinteticos para un volumen total de planta de 4.020 m3.

25

Para llevar a cabo el proceso de obtencion de esta biomasa, en primer lugar se procede a la extraction de 1.005 m3 al dia (25% del cultivo). Antes de pasar a la siguiente etapa de centrifugation (1a etapa de extraccion), debe pasar por una etapa de acidification que tiene lugar en un tanque con capacidad de 1.500 m3. El fundamento de esta etapa de acidificacion es la siguiente:

30

Como consecuencia del burbujeo continuo de gases de escape, el cultivo extraido tiene un contenido de CO2, bicarbonato y carbonato muy elevado en solution. Cuando se deja de burbujear este CO2, el pH de la disolucion tiende a subir desplazando el equilibrio hacia la formation de carbonatos. Si se forma mucho carbonato, sobrepasara el punto de solubilidad y este comenzara a precipitar. Esta precipitation podria producir problemas de 35 fouling, que a su vez podria conducir a la contamination junto con problemas en la decantation de agua. Por lo tanto, puesto que la separation mecanica (1a etapa de separation) no es capaz de procesar de una vez todo el

volumen extraldo, durante este perlodo de almacenamiento se debe anadir un acido. Especlficamente, se anade una disolucion de HCl (1 M) con el objetivo de mantener el pH siempre por debajo de 7.

De esta manera, cuando se han vaciado 1005 m3 de cultivo el agua se separa mecanicamente de la biomasa. Esto 5 se realiza a traves de una centrifugacion, obteniendo as! un volumen de 36 m3 de cultivo ceoncentrado, sin embargo, aun es llquido; siendo la concentracion alcanzada del 10% en solidos.

Ademas de la fraccion concentrada del 10% en solidos, se obtiene una fraccion acuosa (permeada) que representa un total de 9.680 m3/dla. Esta agua, debido al hecho de que formaba parte del cultivo, se carga con CO2, 10 bicarbonato y carbonato. Para liberar esta carga del agua, se alcalinizo con NaOH hasta llegar a pH 9 con el objetivo de desplazar el equilibrio hacia la formacion de carbonato y, de este modo, sobrepasar el llmite de solubilidad del carbonato y hacerlo precipitar. De este modo, se captura qulmicamente el CO2, obteniendo un agua con bajo contenido de CO2, bicarbonato y carbonato. Esta agua con un bajo contenido de estos elementos se introduce al sistema de nuevo (en los fotobioreactores) con una capacidad de captacion renovada del CO2. Si se introdujera esta 15 agua sin una etapa previa de captura qulmica, la capacidad de asimilacion de CO2 por parte del agua serla minima pues estarla cerca de la saturacion.

El concentrado, con un 10% en solidos (36 m3/dla) resultante de la centrifugacion, pasa a una etapa de cavitacion que consiste en dos etapas, cada una a 750 bar; y de esta manera, las celulas se fragmentan, lo cual facilita la 20 siguiente fase de fermentacion anaerobica. Esta fermentacion anaerobica se lleva a cabo a 40°C y, de esta manera, la biomasa es transformada por las diferentes comunidades microbianas presentes (bacterias anaerobias) perdiendo O y N en forma de H2O, CO2 y NH3 y enriqueciendose en H y C. A medida que la fermentacion va avanzando, se observa como el contenido en N y O va cayendo a medida que aumenta en H y en C. Al mismo tiempo se va generando metano como consecuencia de la fragmentacion de estas moleculas, proporcionando energla que se 25 utiliza como fuente de energla termica para la siguiente etapa termoqulmica. Como resultado de esta fragmentacion, de los 4.017 kg de biomasa seca que potencialmente podrlan pasar a la siguiente etapa, unicamente pasan a la siguiente etapa 2.800 kg/dla como consecuencia de la fragmentacion y descomposicion.

Posteriormente, tras la etapa de fermentacion anaerobica, el producto resultante se somete a centrifugacion, una 30 vez mas, esta vez hasta obtener el 23% en solidos; este producto, con una produccion de 10,7 m3/dla que es ya un producto pastoso, pero a su vez bombeable, pasa a la siguiente etapa de transformacion termoqulmica. El agua resultante de esta separacion (19,8 m3/dia), cargado de amoniaco, se devuelve de nuevo a los fotobioreactores una vez mas, con la carga de amoniaco sirviendo de aporte extra de nutrientes a los microorganismos.

35 La transformacion termoqulmica tiene lugar en un reactor a 300°C y 15 MPa en un proceso en continuo suministrado a una velocidad de 485,24 kg/h de un concentrado al 23%, siendo la produccion de biocrudo (con una transformacion del 60% con respecto a la biomasa seca base) de 1.607,13 kg/dia de biocrudo con un 7% en agua tras una etapa de decantacion posterior al reactor.

40 El producto final tiene un PCI aproximado de 8.100 kcal/kg se combustiona en una turbina obteniendo 284 kW de energia instalada con una eficacia de conversion de energia termica a electricidad del 45%.

Segun todo lo anterior, en la figura 4 se muestra el balance de CO2.

45 De acuerdo con este diagrama se introducen 24.724,98 kg/dia de CO2 y se emiten: 441,96 + 8.653,74 + 4.419,61 = 13.515,31 kg/dia. Por lo tanto, el balance neto es: -11.209,67 kg CO2/dla, siendo mas el CO2 que se capta que el que se emite.

Ejemplo No. 3. Biocrudo basado en CO2 de cementera

50

Tabla 9

Temperatura: 170 °C

Presion: 1 bar

Densidad: 0,81 kg/m3

Flujo masico: 22.000 kg/h

Calor especifico: 0,25 kcal/kg

Flujo volumetrico: 27.160,49 m3/h

CO2: 7 %V

N2: 66,8 %V

O2: 1,9 %V

H2O: 17,3 %V

CH4: 8.000 ppm

NOx: 40 ppm

SOx: 70 ppm

CO: 3,69 ____________

Dadas las caracterlsticas de los gases, se considero que el unico tratamiento que precisaba era la eliminacion de SOx y la disminucion de la temperatura. Para ello se instalo una columna de absorcion en contracorriente con NaOH.

5

Tras este tratamiento, se introdujeron los siguientes gases en las columnas fotosinteticas:

Tabla 10

Temperatura: 40 °C

Presion: 1,98 bar

Densidad: 2,22 kg/m3

Flujo masico: 19.360 kg/h

Calor especifico: 0,24 kcal/kg

Flujo volumetrico: 8.720,72 m3/h

CO2: 7,5 %V

N2: 87 %V

O2: 2,1 %V

H2O: 3,32 %V

CH4: 9.600 ppm

NOx: 45 ppm

SOx: 1 ppm

CO: 0 ____________

10

Los gases indicados en la anterior tabla, resultantes del tratamiento, se introducen en los reactores (reactores fotosinteticos continuamente agitados que favorecen el paso de luz y que estan construidos de un material transparente para dejar pasar la luz) y contienen un cultivo monoespecfico de microalgas (Isocrisis galbana). Como consecuencia de este procedimiento se obtiene una produccion de 170 kg/h de biomasa para una planta de 2.041 15 m3.

Para llevar a cabo la obtencion de esta biomasa, en primer lugar se procede a la extraccion de 714 m3 por dla (35% del cultivo). Este cultivo extraldo pasa a un tanque de decantacion con capacidad maxima de 1.000 m3, en el que se somete a una etapa de separacion del alga (primera etapa de extraccion) mediante un proceso de coagulacion- 20 floculacion. Se coagula con aluminio, neutralizando de esta forma la carga de las microalgas, y se flocula con un polielectrolito polimerico (ZETAG). De esta forma, tras 10 minutos de decantacion, la biomasa se queda en la base del tanque, obteniendo un producto con una concentracion del 15% en solidos, que descarga hacia la siguiente etapa de fermentacion.

25 Ademas de la fraccion concentrada (15% en solidos), se obtiene una fraccion acuosa (sobrenadante en el tanque de decantacion) que supone un volumen total de 7.026 m3/dla. Este agua, debido a que formaba parte del cultivo, esta cargada de CO2, bicarbonato y carbonato. Para liberar al agua de esta carga, esta se alcaliniza con KOH hasta llegar a pH 9 con el objetivo de desplazar el equilibrio hacia la formacion de carbonato y sobrepasar de esta forma el llmite de solubilidad del carbonato y hacerlo precipitar. De esta forma se procede a la captura qulmica del CO2, 30 obteniendo un agua pobre en CO2, bicarbonato y carbonato. Este agua pobre en estos elementos se introduce al sistema de nuevo (a los fotobioreactores) con una capacidad de captura renovada en lo que a CO2 se refiere. Si se introdujera esta agua sin proceder a una etapa previa de captura qulmica, la capacidad de asimilacion de CO2 por parte del agua serla minima pues estarla cerca de la saturacion.

35 El concentrado, con un 15% en solidos (11,56 m3/dla) resultante de la centrifugacion, pasa a una etapa de fermentacion anaerobica a 33°C. Durante la fermentacion anaerobica la biomasa es transformada por las diferentes comunidades microbianas presentes (bacterias anaerobias) perdiendo O y N en forma de H2O, CO2 y NH3 y enriqueciendose en H y C. A medida que la fermentacion va avanzando, se observa como el contenido en N y O va cayendo a medida que aumenta en H y en C. Al mismo tiempo se va generando metano como consecuencia de la 40 fragmentacion de estas moleculas, que se utiliza como fuente de energla termica para la siguiente etapa termoqulmica. Segun esta fragmentacion, de los 2.040,65 kg de biomasa seca por dla que potencialmente podrian pasar a la siguiente etapa, unicamente pasan a la siguiente etapa 1.360 kg/dia como consecuencia de dicha fragmentacion y descomposicion.

45 La tabla 9 que se presenta a continuation muestra la evolution del C, N, O e H de acuerdo al proceso de fermentacion:

Tabla 11

: Antes de la fermentacion (%) Despues de la fermentacion (%)

C: 50,3 60

N: 7,3 2

O: 26,82 17,7

H: 7,58 12,3

A continuacion, tras la etapa de fermentacion anaerobica, el producto resultante se somete a un proceso de filtracion 5 en prensa con el objeto de aumentar el contenido en solidos. La torta que se obtiene despues de esta etapa es un producto humedo con una concentration en solidos del 30%. Este producto, en una production de 4.534,77 kg/dla, tiene una textura pastosa, pero a su vez bombeable y pasa a la siguiente etapa de transformation termoqulmica. El agua resultante mas clara (11,47 m3/dla), se cargada de amoniaco y se devuelve de nuevo a los fotobioreactores; la carga de amoniaco sirve de aporte extra de nutrientes a los microorganismos.

10

La transformacion termoqulmica tiene lugar en un reactor a 320°C y 20 MPa en un proceso en continuo cuya alimentation se lleva a cabo a 189 kg/h, siendo la produccion de bio-oil (de acuerdo a una transformacion del 52% respecto a la biomasa seca basica) de 29,47 kg/h de bio-oil con un 5% en agua tras una etapa de decantation posterior al reactor.

15

El producto final tiene un PCI aproximado de 8.400 kcal/kg, que, tras pasar por una etapa de elimination del agua mediante evaporation a vaclo, se refina con el objetivo de obtener distintas fracciones tal y como se representa en la figura siguiente con la description del proceso siguiente: el biocrudo es precalentado, pasando posteriormente a un horno en donde el biocrudo es parcialmente vaporizado. A continuacion el biocrudo pasa a la columna de destilacion 20 o rectification y se separa en distintas fracciones en funcion de la temperatura de ebullition. Los porcentajes son los siguientes:

- 5,6 %--> Gases

- 11 %--> nafta ligera

- 23,8 %--> nafta pesada 25 - 18 %--> queroseno

- 29,6 %--> Diesel

- 12 %--> Gasoleo pesado

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para obtener un biocrudo a partir de un gas que comprende CO2, que comprende las etapas de:

a. suministro del gas que comprende CO2 a un reactor que contiene un cultivo que incluye al menos una especie de 5 microalga capaz de realizar la fotoslntesis;

b. proceso de la fotoslntesis llevado a cabo por parte de la especie de microalga utilizando el CO2 suministrado para producir una biomasa;

c. fermentacion anaerobica de la biomasa obtenida;

d. descomposicion termoqulmica de la biomasa fermentada a una presion entre 0 y 20 MPa y a una temperatura 10 entre 200 y 420°C para obtener un biocrudo mezclado con agua y gases, y

e. separacion del biocrudo obtenido,

caracterizado porque, tras la etapa de realization de la fotoslntesis, se extrae del reactor entre un 5 y un 100% del cultivo, que posteriormente se separa en una fraction solida que contiene biomasa, cuya fraction solida sera posteriormente sometida a la etapa de fermentacion anaerobica, y una fraccion llquida que contiene carbonatos y/o 15 bicarbonatos, los cuales se separan de la parte llquida, y cuya fraccion llquida se devuelve, al menos parcialmente, al reactor, sustancialmente exenta de carbonatos y bicarbonatos.
2. Procedimiento, segun la reivindicacion 1, en el que en la etapa de extraction al menos parcial del reactor se extrae entre el 5 y el 50% de cultivo.

20
3. Procedimiento, segun la reivindicacion 2, en el que en la etapa de extraccion al menos parcial del reactor se extrae aproximadamente el 10% de cultivo.
4. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que previamente la etapa de fotoslntesis 25 se lleva a cabo en un regimen turbulento y expuesta a luz natural y/o artificial.
5. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que tras la etapa de extraccion al menos parcial del cultivo del reactor, el cultivo extraldo se acidifica hasta un pH entre 3,5 y 8.

30 6. Procedimiento, segun la reivindicacion 5, en el que la acidification se lleva a cabo mediante la adicion al cultivo de al menos un agente acidificante selecciona del grupo que consiste en CO2, mezcla de CO2 y aire, acidos fuertes o debiles o cualquier combination de los mismos.
7. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, tras la etapa de extraccion al 35 menos parcial de cultivo del reactor, la separacion de la fraccion solida que contiene biomasa y la fraccion llquida que contiene carbonatos y/o bicarbonatos se lleva a cabo mediante al menos una tecnica seleccionada del grupo que consiste en filtration, centrifugation, floculacion, electrocoagulation, ultrasonidos, evaporation, decantation o cualquier combinacion de las mismas.

40 8. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la separacion de carbonatos y/o bicarbonatos de la fraccion llquida resultante de la extraccion al menos parcial del cultivo del reactor se lleva a cabo mediante precipitation de las sales carbonatadas correspondientes originadas por la adicion de al menos un alcali.
9. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de fermentacion anaerobica 45 comprende la fermentacion anaerobica de una biomasa en la que la concentration en solidos es del 1 al 50% y se

realiza a una temperatura de entre 10 y 165°C.
10. Procedimiento, segun la reivindicacion 9, en el que la biomasa tiene una concentracion en solidos del 5 al 12% y la fermentacion anaerobica se realiza a una temperatura de entre 30 y 75°C.

50
11. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, previamente o posteriormente a la etapa de fermentacion anaerobica, se lleva a cabo una subetapa de homogenization o cavitation de la biomasa en la que la biomasa se somete a una presion de entre 250 bar y 1.200 bar.

55 12. Procedimiento, segun la reivindicacion 11, que se repite ente 1 y 5 veces.
13. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, tras la etapa de fermentacion anaerobica y antes de la etapa de descomposicion termoqulmica, se separa de la biomasa resultante de la fermentacion anaerobica una fraccion acuosa que contiene sales de amonio, cuya fraccion acuosa se devuelve a

60 continuation de nuevo al reactor.
14. Procedimiento, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que microalga que lleva a cabo la fotoslntesis se selecciona del grupo que consiste en Cloroflceas, Bacilarioflceas, Dinoflceas, Criptoflceas, Crisoflceas, Haptoflceas, Prasinoflceas, Rafidoflceas, Estigmatoflceas o cualquier combinacion de las mismas.