ES2779552T3 - Procedimientos para actualizar el material de biomasa gastado - Google Patents
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Abstract
Uso de un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos en un procedimiento de cultivo de células y/o esporas fúngicas; como fertilizante; como un mejorador del suelo; y/o como cama para animales; donde dicho sustrato sólido fibroso en forma de gránulos se obtiene mediante un procedimiento que comprende las etapas de a. proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás, b. someter el material de biomasa fermentada de la etapa a) a una o más etapas de separación que den como resultado la provisión de i) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, y que tiene un contenido reducido (w/w) de agua, y que comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa, y ii) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas orgánicas e inorgánicas que contienen fósforo, c. someter la fracción sólida fibrosa de la etapa b. a un tratamiento de saneamiento, comprendiendo dicho tratamiento las etapas de i) calentar la fracción sólida fibrosa a una temperatura de más de 70 °C, opcionalmente bajo condiciones de pH alcalino, y opcionalmente ii) someter la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una presión de más de 1 bar, donde dicho tratamiento i) reduce o elimina los microorganismos viables presentes en la fracción sólida fibrosa, y ii) reduce el contenido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa, y d. obtener un sustrato sólido fibroso que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico que tienen un contenido reducido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, e. opcionalmente someter dicha fracción sólida fibrosa a una o más condiciones de calentamiento, secado, evaporación, presión y/o pH alcalino, f. opcionalmente, agregar a dicha fracción sólida fibrosa una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos, y g. comprimir dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d., e. y/o f., generando así un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimientos para actualizar el material de biomasa gastado
Campo técnico
La presente descripción se refiere a un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos obtenido a partir de material de biomasa gastado de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás y uso de dicho gránulo en agricultura. La presente descripción se refiere también al procesamiento de material de biomasa y la producción de energía renovable. Más específicamente, la presente descripción se refiere a procedimientos para mejorar el material de biomasa gastado de una unidad de producción de biogás a productos fertilizantes, fibras y sustrato para biogás.
Antecedentes
Muchas fuentes de energía tradicionales, tales como, por ejemplo, los combustibles fósiles, se están agotando más rápido de lo que se están haciendo otras nuevas. Los combustibles fósiles son recursos no renovables porque tardan millones de años en formarse. Además, el uso de combustibles fósiles plantea serias preocupaciones ambientales. Las fuentes de energía renovables representan una alternativa prometedora a muchas fuentes de energía tradicionales. La biomasa representa una fuente de energía renovable y una mayor explotación del potencial energético de una biomasa puede dar lugar a una mayor producción de fuentes de energía renovables, tales como el biogás.
Para que la energía de la biomasa tenga un futuro comercial a largo plazo, el material orgánico debe procesarse para generar formas de energía asequibles, limpias y eficientes, tales como combustibles líquidos y gaseosos, o electricidad. El procesamiento de biomasa es importante para garantizar una explotación eficiente de la energía de biomasa. Sin embargo, el potencial energético a menudo puede ser difícil de explotar. Una mayor explotación del potencial energético de una biomasa puede dar lugar a una mayor producción de fuentes de energía renovables, tales como el biogás; y el material desgasificado, es decir, el material de biomasa gastado puede procesarse y transformarse en productos fertilizantes y sustratos con valor agregado.
Además, los materiales de biomasa gastados que tienen un contenido reducido de nitrógeno orgánico pueden mejorarse, esterilizarse y reutilizarse en la producción de muchos productos comestibles.
Se ha llevado a cabo un extenso trabajo científico y de ingeniería sobre la biogasificación de materiales de desecho. La técnica fundamental se basa en un proceso de digestión anaeróbica o fermentación. Sin embargo, los microorganismos anaeróbicos responsables de la metanogénesis son inhibidos por el amoníaco y las bacterias anaeróbicas metanogénicas son inhibidas y dejan de metabolizar los nutrientes de manera efectiva a altos niveles de concentración de amoníaco.
Los problemas asociados con la inhibición de amoníaco han hecho que las soluciones técnicas actualmente disponibles sean difíciles de operar - especialmente cuando se usan biomasas que contienen cantidades relativamente altas de nitrógeno.
Para mitigar estos problemas, se ha intentado controlar la relación carbono/nitrógeno (C/N) del material de biomasa sometido a fermentación. Sin embargo, las soluciones de vanguardia continúan sufriendo una serie de desventajas. Por ejemplo, ajustar la concentración de amoníaco en un reactor ajustando la relación C/N de la biomasa es un proceso lento, y ajustar la relación C/N puede resultar insuficiente cuando se manipulan biomasas propensas a generar concentraciones de amoníaco relativamente altas durante la digestión anaeróbica.
La cocción a presión de cal y la eliminación de amoníaco se han descrito como una forma de reducir la cantidad de nitrógeno orgánico e inorgánico presente en una biomasa para ser sometida a fermentación anaeróbica. Se hace referencia, por ejemplo, al documento US 7.883.884.
Además, muchas biomasas complejas contienen componentes macromoleculares que son difíciles de metabolizar para los organismos microbianos que tradicionalmente participan en la producción de biogás. En particular, los componentes macromoleculares, tales como la celulosa, la hemicelulosa, la lignocelulosa y la lignina, están presentes en muchos materiales de biomasa y solo pueden metabolizarse en un grado limitado durante un proceso de fermentación de biogás.
Existe la necesidad de mejorar y hacer más rentables los procedimientos de pre-tratamiento para hacer que los
componentes de biomasa recalcitrantes mencionados anteriormente sean más accesibles para muchos organismos microbianos presentes durante las diferentes etapas de la producción de biogás.
Existe la necesidad de una utilización más eficiente de los potenciales de energía y nutrientes en el material de biomasa gastado de la producción de biogás. Las plantas de producción de biogás producen grandes cantidades de material de biomasa gastado que comprende partes líquidas y sólidas que deben procesarse y fraccionarse para que puedan utilizarse para la producción de biogás y como fertilizantes.
El documento WO 2015/007290 (PCT / DK2014 / 050220) describe un procedimiento para fabricar un sustrato sólido fibroso obtenido de un material de biomasa de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás. También se conocen otros procedimientos para tratar otras biomasas. El documento EP 1688 475 describe un procedimiento para tratar la suspensión de estiércol no fermentado, el documento US 5557 873 describe sistemas de tratamiento de agua de lodos para el tratamiento de lodos de aguas residuales y lodos de depuración, y la Base de datos WPI semana 199143 (Thomson Scientific, Londres, GB) describe un procedimiento para tratar la paja.
Resumen
La invención es como se define en las reivindicaciones.
Un primer aspecto de la presente descripción se refiere al uso de un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos en un procedimiento para cultivar células y/o esporas fúngicas; como fertilizante; como un mejorador del suelo; y/o como cama para animales; donde dicho sustrato sólido fibroso en forma de gránulos se obtiene mediante un procedimiento que comprende las etapas de
a. proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
b. someter el material de biomasa fermentada de la etapa a) a una o más etapas de separación que den como resultado la provisión de
i) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, y que tiene un contenido reducido (w/w) de agua, y que comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa, y
ii) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas orgánicas e inorgánicas que contienen fósforo,
c. someter la fracción sólida fibrosa de la etapa b. a un tratamiento de saneamiento, comprendiendo dicho tratamiento las etapas de i) calentar la fracción sólida fibrosa a una temperatura de más de 70 °C, opcionalmente bajo condiciones de pH alcalino, y opcionalmente ii) someter la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una presión de más de 1 bar, donde dicho tratamiento i) reduce o elimina los microorganismos viables presentes en la fracción sólida fibrosa, y ii) reduce el contenido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa, y
d. obtener un sustrato sólido fibroso que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico que tienen un contenido reducido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno,
e. opcionalmente someter dicha fracción sólida fibrosa a una o más condiciones de calentamiento, secado, evaporación, presión y/o pH alcalino,
f. opcionalmente, agregar a dicha fracción sólida fibrosa una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos, y
g. comprimir dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d., e. y/o f., generando así un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
Un segundo aspecto de la presente descripción se refiere al uso de un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos en un procedimiento para cultivar células y/o esporas fúngicas que comprende las etapas de
a. proporcionar células y/o esporas fúngicas,
b. proporcionar el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos opcionalmente comprende además una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario adecuadas para el crecimiento de hongos,
c. agregar agua al sustrato sólido fibroso en forma de gránulos para obtener un sustrato fibroso humedecido, d. poner en contacto las células y/o esporas fúngicas con el sustrato sólido fibroso,
e. cultivar las células y/o esporas fúngicas en dicho sustrato, y
f. opcionalmente obtener un sustrato fúngico gastado.
Definiciones
Fermentación por lotes: Operación de la unidad de un fermentador donde un ciclo de fermentación, por ejemplo, preparación de materia prima, fermentación de biogás, producción de compuestos volátiles y formación de productos
se completa antes de que comience el siguiente ciclo de fermentación.
Bioenergía: La producción, conversión y uso de material producido directa o indirectamente por la fotosíntesis (incluidos los desechos orgánicos) para fabricar combustibles y sustitutos de productos petroquímicos y otros productos intensivos en energía.
Biogás: una mezcla de gases producidos por la descomposición de la materia orgánica en la ausencia de oxígeno. El biogás contiene principalmente metano (CH4) y también dióxido de carbono (CO2), y puede tener pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno (H 2S), humedad y siloxanos.
Material de biomasa: Material orgánico que comprende fuentes fermentables de carbono y nitrógeno capaces de ser utilizadas por organismos microbianos en una fermentación.
Fermentación continua: Un sistema de fermentación en estado estable en el que el sustrato se agrega continuamente a un fermentador mientras que los productos y residuos se eliminan a un ritmo estable.
Cocinar: Un proceso para convertir el almidón seco y el agua en mosto licuado (agua, cáscaras de grano germen y dextrinas) utilizando controles de pH, parámetros de temperatura establecidos, controles de sólidos y enzimas. Deshidratación: La separación del agua libre de la porción de sólidos de, por ejemplo, fracciones sólidas fibrosas, mosto gastado, fango o vinaza entera por cribado, centrifugación, prensado de filtros u otros medios.
Digestato: Fracción sólida obtenida de la fermentación anaeróbica y la producción de biogás. Un digestato comprende una fracción fibrosa, sólidos no fibrosos, tales como minerales, y una fracción líquida. La digestión anaeróbica produce dos productos principales: digestato y biogás.
Materia prima de biomasa: Una sustancia utilizada como materia prima en una fermentación.
Fermentación: Conversión biológica de materiales de biomasa. La fermentación es una de varias etapas en el procesamiento de biomasa. Una fermentación es colectivamente todos los procesos metabólicos involucrados en la conversión de azúcares fermentables en uno o más productos finales de fermentación, tales como por ejemplo gases, ácidos y alcoholes.
Material fibroso/fibra: Fracción residual de origen vegetal y parte de un digestato resultante de una fermentación anaeróbica y producción de biogás. La composición química de un material o fracción fibrosa puede comprender o consistir, por ejemplo, en celulosa y hemicelulosa, lignina, lignocelulosa y componentes vegetales adicionales, tales como, por ejemplo, dextrinas, inulina, quitinas, pectinas y beta-glucanos.
N-mineralización: Proceso de conversión de amonio (iones) en amoníaco (gas).
Separador de N: Proceso de eliminación de compuestos volátiles que contienen nitrógeno por evaporación. Abreviado en esta invención como NS.
N-agua: Fracción líquida residual que comprende pequeñas cantidades de compuestos que contienen nitrógeno en gran medida inorgánico.
NH3: Amoníaco gaseoso: inhibidor de una fermentación de biogás en altas concentraciones. Un ejemplo de un compuesto volátil que contiene nitrógeno.
NH4+: ion de amonio o sal de amonio. Capaz de convertirse en amoníaco gaseoso. Un ejemplo de un compuesto precursor de un compuesto volátil que contiene nitrógeno.
Gránulo: Un gránulo es una partícula relativamente pequeña (tamaño de mm a cm) creada al comprimir un material original.
Permeado: Fracción líquida resultante de un proceso de separación en el que un material de biomasa se separa en una fracción sólida fibrosa y una o más fracciones líquidas que comprenden materia sólida y líquida. El permeado es una fracción esencialmente líquida vacía de sustancias sólidas, es decir, es una fracción líquida no fibrosa.
Material de biomasa pre-digerido: Material de biomasa de materia prima para una fermentación anaeróbica obtenida de una fermentación anaeróbica realizada previamente.
Fango: Estiércol con una concentración total de sólidos de entre aproximadamente 5 y 15 por ciento. Los fangos son
bombeables. Por encima de una concentración total de sólidos del 15 por ciento, los fangos son semisólidos con un ángulo de reposo insignificante y se pueden raspar pero no apilar para su almacenamiento.
Extracción de compuestos volátiles: Proceso de realizar una evaporación bajo condiciones en las que los compuestos volátiles estarán presentes en forma gaseosa.
Descripción de los dibujos
La Fig. 1 ilustra el principio de producción de biogás que comprende el funcionamiento de uno o más reactores de biogás y una o más fermentación(es) de diferentes biomasas; directamente en una instalación de fermentación (reactores termo o mesófilos) para residuos normales y fáciles de manejar, y en una realización según la presente descripción después de un pre-tratamiento basado en el tipo y la complejidad de la biomasa; tal como un pre tratamiento termo-químico, como por ejemplo la cocción a presión de cal que resulta en la extracción de amoníaco N. Aunque los reactores de biogás convencionales pueden funcionar utilizando por ejemplo estiércol, materiales de desecho orgánicos, ensilado de maíz, suero y desechos lácteos, residuos de la producción de queso, así como aceites vegetales, los reactores de biogás operados según la presente descripción pueden funcionar utilizando un amplio intervalo de materiales orgánicos que tienen un alto contenido de nitrógeno tales como desechos complejos, especialmente cuando se emplea una primera etapa de fermentación en una unidad de instalación de fermentación previa (indicada como un pre-reactor), donde el objetivo principal es la eliminación del primer sólido volátil tal como el nitrógeno en lugar de la producción de biogás.
La Fig. 2 ilustra un flujo de proceso para varios tipos de biomasa de conformidad con una realización de la presente descripción. El estiércol más simple y los desechos agrícolas se tratan directamente en la instalación de fermentación (digestor mesofílico) después de mezclarlos en M3 y M4. El material de desecho industrial se envía al digestor mesofílico después de haberse sometido a una etapa de digestión termofílica. El desecho puede experimentar primero una etapa de mezclado en el mezclador M2. Para el estiércol y/o algunos desechos de categoría II, se emplea un tratamiento termo-químico en la unidad de presión (olla a presión) antes de enviar los desechos a la instalación de fermentación. La olla a presión está operativamente conectada con un extractor de N para eliminar el nitrógeno producido durante el proceso de hidrólisis en la unidad de presión. Para los desechos complejos y algunos desechos de categoría II, incluida la paja y similares, se realiza una etapa de pre-tratamiento adicional en el pre-reactor antes del tratamiento termo-químico, para maximizar la conversión de N orgánico y proteína. El pre-reactor está conectado operacionalmente con una unidad extractora de N y de saneamiento, para pasar antes de enviar la primera biomasa fermentada desinfectada para el tratamiento termo-químico en el pre-reactor, seguido de la fermentación para la producción de biogás. Como parte del post-procesamiento, se pueden emplear técnicas de separación para obtener valiosos recursos recuperables como N, P, K, agua.
La Fig.3 ilustra un diagrama del sistema para emplear el proceso de conformidad con una realización de la descripción. En particular, el sistema incluye la toma y almacenamiento de existencias de alimentos que proporciona biomasa de categoría II y/o compleja para la generación de biogás utilizando la primera unidad de instalación de fermentación (pre-fermentadores) y la unidad de extracción de N y de saneamiento. El separador y la unidad de saneamiento se conectan a la unidad de presión (olla a presión) donde se produce la hidrólisis. Las unidades de presión están a su vez conectadas a la instalación de fermentación que puede incluir una pluralidad de digestores termofílicos o mesofílicos potencialmente interconectados. En otras realizaciones según la presente descripción, hay una instalación de alimentación de biomasa directamente a la unidad de presión (véanse los desechos líquidos I, II y II), la biomasa alimentada directamente se envía entonces a la instalación de fermentación después de la hidrólisis en la unidad de presión. En otra realización según la presente descripción, la biomasa también puede alimentarse directamente a la instalación de fermentación, ya sea directamente a los fermentadores termofílicos o directamente a los fermentadores mesofílicos o en secuencia, como se muestra por los desechos líquidos IV, V y VI o por alimentación de glicerina, aceite vegetal, leche y suero. En otra realización según la presente descripción, los pre-fermentadores de la instalación de pre-fermentación también están conectados directamente a los fermentadores de la instalación de fermentación. En otra realización más según la presente descripción, se proporciona un circuito cerrado entre la unidad de presión y los pre-fermentadores para permitir una mayor fermentación del material de biomasa.
La Fig. 4 ilustra un diagrama de bloques del sistema para manejar residuos complejos según una realización de la descripción. La biomasa se fermenta primero en la instalación del pre-reactor, a continuación la primera biomasa fermentada se desvía a la unidad de extracción y saneamiento. El amoníaco generado durante la primera fermentación se elimina y se absorbe. La primera biomasa fermentada desinfectada se somete a cocción a presión (con o sin adición de cal) en la unidad de presión y el amoníaco generado durante esta etapa se elimina y se absorbe. La biomasa hidrolizada con contenido reducido de N se desvía entonces a los fermentadores para la fermentación anaeróbica y la producción de biogás. Parte de la biomasa que se fermenta en los fermentadores puede ser desviada de vuelta a los pre-fermentadores, donde la cantidad actúa como un cultivo iniciador para facilitar el inicio de la fermentación en los pre-fermentadores. En algunas situaciones, la primera biomasa fermentada puede omitir el tratamiento termoquímico en la unidad de presión y puede enviarse directamente a los fermentadores para la producción de biogás.
Las Fias. 5 y 6 ilustran los principios del manejo y procesamiento de un material de biomasa según los procedimientos seleccionados de la presente descripción. Las biomasas con alto contenido de materia seca y fibra se muelen y se mezclan con tipos de biomasas más húmedas en el bio-mezclador y desde allí se conducen al mezclador de alimentación donde finalmente se mezclan con biomasa pre-calentada y el extractor de N para obtener el secado deseado contenido de materia y temperatura antes de agregarse al Reactor meso Madre o pre-reactores (PI - PIV) El reactor Meso Madre es un reactor de biogás normal que funciona a 35-38 dg C, contenido de materia seca ~12 - 15 % y tiempo de retención promedio de 12-15 días. Los pre-reactores son reactores de lotes más pequeños operados a 35-38 dg C, contenido de materia seca 15-18 % y tiempo de retención promedio de 8-10 días 1 día para "eliminar y vaciar" y 1 día para "recarga", para obtener el mayor contenido posible de NH4+-N antes de que el proceso sea "eliminado" al agregar CaO. Desde los pre-reactores, la biomasa parcialmente desgasificada se bombea al departamento de Sep & Sed (separación y sedimentación) y aquí se divide en fracciones deseadas (fibras, concentrado, sedimento P y permeado) o se conduce directamente a los extractores de N. La fibra se seca en el secador de tambor para evaporar los componentes inorgánicos de N y el agua. El concentrado, con un alto contenido de NH4 -N, se conduce a los extractores de N y después de la extracción de N se recicla como material de alimentación valioso y calentado al mezclador de alimentación. El sedimento de P con alto contenido de P y bajo contenido de materia seca volátil se seca en el secador de tambor y se convierte en fertilizantes de P secos de alto valor. Permeado: alto en contenido de NH4+-N pero bajo en contenido de Org N y P se lleva al extractor de N y después de la extracción de N se recicla de nuevo como primera dilución y calentamiento del material de alimentación al mezclador de alimentación.
La Fig. 7 ilustra el principio de secado de una fracción sólida fibrosa mediante el uso de un secador de tambor alimentado con astillas de madera de baja calidad y/o desechos de madera. El aire de combustión se extrae del área de producción y se crea un poco de presión para reducir o eliminar preferentemente la emisión de olores y odorantes al entorno circundante. El vapor de escape del secador de tambor con su contenido de energía, agua, componentes inorgánicos de N, olores y sustancias volátiles se inyecta en biomasa pre-digerida, concentrado o permeado de Sep & Sed en las unidades de extracción de N y se integra como parte de biomasa calentada y extraída de N. Se agrega CoA para asegurar el efecto óptimo de extracción de N. El extractor de N gaseoso se absorbe en absorbentes y se fija en un fertilizante líquido n S agregando por H2SO4. La parte de agua de los absorbentes se recolecta como agua de N y se utiliza en la producción de alimentos nuevos y en la agricultura para fines de riego o se recicla de nuevo al mezclador de alimentación como segunda dilución y calentamiento del material de alimentación.
La Fig. 8 ilustra un sustrato de hongo como una mezcla de fibra seca de biomasa parcialmente desgasificada, así como otros tipos específicos de fibras y agua de N. Del sustrato, el hongo toma agua y parte de nutrientes y descompone la celulosa, la hemicelulosa, la lignina y otros componentes para obtener C. De 1,2 kg de sustrato se producen 0,2 kg de hongos exóticos (por ejemplo, Enokitake o Eryngii) y 1 kg de sustrato de hongo gastado o biomasa pre-tratada adecuada como material de alimentación básico para biogás.
La Fig. 9 ilustra un principio para separar y sedimentar un material de biomasa de una fermentación anaeróbica. La biomasa parcialmente desgasificada se bombea a la entrada del 1er tamiz vibratorio y se separa en una fracción sólida fibrosa, sedimento de P, concentrado y permeado.
La Fig. 10 ilustra los datos en la Tabla 6 (véanse los ejemplos)
La Fig. 11 ilustra el sistema circular o la cadena de valor basada en la alta eficiencia en la utilización de los potenciales de energía y nutrientes en la biomasa y los productos de desechos orgánicos de la agricultura y la industria alimentaria. Comenzando en la esquina superior izquierda se muestra una caja con "desechos biológicos húmedos". El término "desechos biológicos húmedos" abarca la biomasa con contenido de constituyentes macromoleculares, que incluyen celulosa, hemicelulosa y lignina. Una parte de los "desechos biológicos húmedos" - aserrín y astillas de madera - es adecuada después del secado para ser almacenada y utilizada como biocombustible para el secado o utilizada como "fuente de C" en la producción de "sustrato listo para usar" para la producción de hongos. Otras fuentes, como los residuos de la producción de azúcar, aceites vegetales y similares, pueden almacenarse después del secado y usarse como "fuente de proteína y C" en la producción de "sustrato listo para usar" para la producción de hongos. En la esquina superior derecha, el foco está en la producción de sustrato "listo para usar" (sustrato sólido fibroso en forma de granulos) para la producción de más tipos de hongos, incluidos, entre otros, White Button, Eryngii, Enoki y Shitake. El término "listo para usar" debe entenderse como un sustrato que puede almacenarse hasta el momento de su uso y cuando se usa es fácil de manejar, simplemente agregue agua y micelio. Lo importante para un sustrato "listo para usar" es que contiene los nutrientes necesarios (proteínas, C, N, P, K y más) y que absorbe el agua de manera fácil y rápida y puede mantener el agua y seguir siendo lo suficientemente esponjosa para evitar la creación de zonas anaeróbicas durante la producción. La composición de nutrientes deseada se obtiene agregando una o más fuentes adicionales de proteínas y/o C al sólido fibroso seco y la estructura se mantiene mediante el uso de matrices en la prensa de granulos con aperturas u orificios de 12 a 16 mm y una forma de prensa que asegura una compresión del material y una densidad de los granulos de 450 a 550 kg por m3, una densidad que es 6 a 8 veces mayor que la
densidad del sólido fibroso seco. Después de prensar, los gránulos tienen un contenido seco del 85-90 % o más y una temperatura de 90 °C o más, por lo que es necesario enfriarlos antes de envasarlos en bolsas y los gránulos de sustrato "listos para usar" se pueden almacenar hasta el momento de su uso. El uso de gránulos de sustrato se lleva a cabo en las unidades de producción de hongos, en la figura es parte de la "agricultura". En el momento del uso, se alcanza el contenido normal de humedad deseado del 67 % en el sustrato agregando agua, como en el intervalo de 1,4 a 2,8 toneladas de agua por tonelada de gránulos de sustrato. Finalmente se agrega micelio y el ciclo de producción está en funcionamiento. Después de la producción, el sustrato de hongo gastado con su contenido de materia seca orgánica y nutrientes puede reciclarse y usarse como material de alimentación para la producción de biogás como se muestra en la parte inferior de la figura. Volviendo a la esquina superior derecha de la figura se muestra otro uso opcional del sólido fibroso seco para la producción de gránulos de arena para caballos, aves de corral o ganado. Aquí la materia prima es 100 % sólidos de fibra seca de biomasa parcialmente desgasificada y en la prensa se utilizan matrices con orificios de 10 ó 12 mm y una forma de prensa que asegura una densidad de hasta 600 kg por m3. Después de su uso en la agricultura, los gránulos de cama con estiércol y orina adicionales de animales pueden reciclarse y usarse como alimento para biogás en paralelo con el sustrato de hongos gastado. Otros tipos de residuos de la agricultura (paja, hierba y similares) también se pueden integrar como entradas en la cadena de valor. Esto requiere algún tipo de tratamiento adicional o pre-tratamiento del material. Especial atención en relación con esto es el procedimiento combinado de pre-tratamiento basado en corte, molienda y cocción que abrirá la celulosa, la hemicelulosa y la lignina y aumentará la eficiencia en la utilización de los potenciales de energía y permitirá un mayor contenido de materia seca en la mezcla de biomasas que se van a agregar a los M-Meso y/o pre-reactores. El corte se realiza en un cortador estándar ajustado a una longitud máxima después del corte de 5 cm y de esta manera se mantiene una parte de la estructura en la biomasa añadida. Se puede introducir un vaporizador N entre el cortador y el molinillo, cf. figura 12. La molienda se realiza en una prensa peletizadora estándar y troquel con orificios de 16 mm o más grandes y una forma de prensa que asegura una densidad del granulado de 250 a 300 kg por m3 y un contenido de humedad del 75 al 85 %. El granulado se puede almacenar en grandes bolsas, en un silo o simplemente en una harina y agregar un tiempo de uso al concentrado y bombearlo a NS1. En NS1 se calentará hasta 80 °C o más en un líquido fibroso con pH de 9,5 o más y contenido de CO 2 y amonio
La Fig. 12 ilustra el tratamiento con N de amoníaco o el pre-tratamiento de materiales tales como residuos complejos, residuos agrícolas complejos y algunos residuos de categoría II, incluidos residuos de cultivos, paja, hierba y similares en un vaporizador N. El vaporizador de N puede integrarse en la configuración descrita, por ejemplo, en la figura 11. La Fig.12 es específica sobre la ingesta, el tratamiento y la utilización de paja y tipos similares de biomasas ricas en carbono. Las líneas discontinuas representan gases (flujo y utilización de vapor de N), y las líneas continuas representan materiales sólidos (flujo y utilización de, por ejemplo, paja). El tratamiento con vapor de N aumenta la capacidad de digestión y el contenido de proteínas de las biomasas complejas, tales como la paja, la hierba y similares, lo que aumenta su valor y potencial para su uso en la producción de biogás, sustrato y alimentación/forraje. El vapor de N tibio y húmedo del secador se desvía hacia el vaporizador de N (y/o NS1), junto con los residuos complejos como paja, hierba y similares, que primero se cortaron y/o se molieron a una longitud deseada. Se pueden ajustar factores tales como el tiempo de retención, la temperatura, el pH y la humedad. El vaporizador de N utiliza vapor caliente y húmedo que comprende N del secador (secador de tambor o de banda) para tratar o pre-tratar dichos materiales, a fin de que puedan usarse como i) biomasas valiosas para la producción de biogás (material de alimentación de biogás), como ii) material de fibra para agregar al sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, como iii) un sustrato directamente utilizable para cultivar células y/o esporas fúngicas, o iv) un sustrato directamente utilizable como alimento para animales, opcionalmente en forma de gránulos. Desde el vaporizador N, el material tratado puede desviarse a uno o más de
a) un molinillo y, posteriormente, un reactor de biogás (para alimentación de biogás, es decir, i) anterior), b) un molinillo y/o secadora y, posteriormente, una prensa peletizadora (es decir, ii) y iv) anteriores), y
c) un dispositivo de acondicionamiento y/o riego, para sustratos directamente utilizables, es decir iii) y iv) anteriores).
El vapor de N se desvía a NS1 para extracción y saneamiento (para reducir la carga de N en el sistema), y/o NS2 si el vapor de N ya no está muy caliente.
La Fig. 13 muestra una visión general sobre el flujo y la interacción entre las etapas del tratamiento y las tecnologías. El punto de partida es que la biomasa parcialmente desgasificada se toma de los reactores de biogás, que se muestran como M-meso y Pre1. M-Meso es un reactor de biogás normal que funciona a 35° -38° o 48° -51 °C, contenido de materia seca del 12-15 % y tiempo de retención promedio de 12-15 días. Pre 1 es un grupo de reactores por lotes más pequeños que funcionan a 35° -38° o 48° - 51 ° C, contenido de materia seca del 15-18 % y tiempo de retención promedio de 8-10 días 1 día para "exterminio y vaciado" y 1 día para "recarga". Desde los pre-reactores y el reactor M-Meso, la biomasa parcialmente desgasificada se bombea al departamento de Sep & Sed y aquí es mediante el uso de tecnologías de separación y sedimentación en más etapas divididas en sólido fibroso, concentrado, permeado y P-sed deshidratado. En la primera etapa, la prensa de tornillo, la biomasa parcialmente desgasificada se divide en: a) una fracción sólida fibrosa con más del 30 % de materia seca y
b) una fracción líquida fibrosa con menos del 5 % de materia seca.
En la segunda etapa, la fracción líquida fibrosa es mediante el uso de tamices vibratorios o de banda divididos en: a) fracción líquida fibrosa o concentrado con más del 9 % de materia seca y
b) una fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso con menos del 2 % de materia seca.
La fracción sólida fibrosa se seca en un secador de tambor o secador de banda. El secador de tambor se alimenta con astillas de madera de baja calidad y/o desechos de madera y el secador de banda se alimenta con calor de proceso recuperado (bomba de calor) y calor de biogás. El aire de combustión se toma del área de producción y se crea un poco de presión para reducir o eliminar preferentemente la emisión de olores y odorantes al entorno circundante. Al secar la fracción sólida fibrosa se genera agua y la evaporación de N inorgánico:
a) un sustrato sólido fibroso seco que tiene una cantidad reducida de N inorgánico y contenido de materia seca del 85 % o más, y
b) una primera fracción gaseosa o vapor de N 1 que comprende compuestos que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua que tiene una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente 90 °C.
Las fracciones gaseosas se representan como líneas de puntos. El sustrato sólido fibroso seco se conduce a una prensa peletizadora y se compacta en gránulos. Después de enfriar y envasar, los gránulos de sustrato pueden almacenarse o enviarse al destino final y usarse como sustrato básico de hongos, como cama para caballos, aves de corral o ganado y/o fibra seca. Concentrado - alto en NH 4+ -N contenido: se dirige a extractores de N (NS1) o al Mezclador. En NS1, el concentrado se calienta hasta más de 80 °C mediante inyección de dicha primera fracción gaseosa a partir del secado de la fibra y el pH se ajusta a 9,5 o más mediante la adición de CaO (piedra caliza). En NS1, puede producirse una eliminación efectiva de amoníaco debido a la combinación de alta temperatura y alto pH que cambia el equilibrio de amonio a amoníaco y se producirá la sedimentación de sólidos inorgánicos con alto contenido de fósforo y, por lo tanto, se genera:
a) un sustrato de biogás reducido en N y calentado bajo en contenido de NH 4+ -N y bajo en contenido sólido inorgánico que a través del mezclador se recicla de nuevo a los reactores de biogás.
b) un fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo, y
c) una segunda fracción gaseosa o vapor de N 2 que comprende compuestos que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua que tiene una temperatura de al menos 70 °C.
Permeado, es decir, la fracción líquida esencialmente no fibrosa - alta en contenido de NH 4+ -N pero bajo en contenido de Org N y P lleva a NS2. En NS2, el permeado se calienta por inyección de dicha segunda fracción gaseosa de NS1 y se enfría mediante el uso de una bomba de calor y el pH se ajusta a 6,5 o menos mediante la adición de ácido. En NS2, la absorción de amoníaco puede tener lugar debido a la combinación de baja temperatura y un pH más bajo que cambia el equilibrio de amoníaco a amonio. En paralelo, se producirá la sedimentación de sólidos inorgánicos y, por lo tanto, se generará:
a) un permeado enfriado o un fertilizante líquido enriquecido en N con alto contenido de NH 4+ -N y bajo contenido de sólidos inorgánicos que pueden almacenarse hasta su uso final como fertilizante en la agricultura,
b) un sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo, y c) una tercera fracción gaseosa o vapor de N 3 que comprende compuestos que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua que tiene una temperatura de 30 °C o menos que finalmente puede tratarse en un bio-filtro. Los sedimentos de NS1 y NS2 con alto contenido de P y bajo en materia seca volátil se bombean a un dispositivo de sedimentación y deshidratación (dispositivo de Sed y desh.) y se generan:
a) un sedimento P o sedimento P deshidratado con un contenido de materia seca del 25 % o más,
b) una fracción líquida o permeado que se bombea e incorpora al fertilizante líquido enriquecido en N.
El sedimento P finalmente se seca en el secador de tambor y/o secador de banda y se convierte en fertilizante P seco de alto valor.
La Fig. 14 muestra el flujo de producción de material desgasificado a productos finales. La figura básicamente muestra el mismo flujo que la figura 13, pero el enfoque es diferente. En la figura 14, el enfoque se centra en la ilustración del flujo relacionado con los términos utilizados y el cambio en términos de biomasa parcialmente desgasificada a los productos finales:
a) sustrato, cama o materiales de fibra seca
b) fertilizante P seco
c) sustrato de biogás calentado y reducido en N
d) fertilizante líquido enriquecido en N
La Fig. 15 muestra el flujo de energía: secado, extracción de N, absorción de N y secado. La figura muestra cómo la energía obtenida de la quema de biocombustible en el quemador para el secador de tambor se reutiliza para calentar los separadores de N y se recupera de los absorbedores de N mediante una bomba de calor y, a continuación, se recicla para su secado en el secador de banda o se usa para fines de calentamiento. Los biocombustibles como astillas
de madera o desechos de madera se queman en el quemador de biocombustibles como fuente de calentamiento para el secador de tambor. La energía necesaria está directamente relacionada con la cantidad de agua que se evaporará y el tipo de secador. En un secador de tambor se necesitará entre 1,0 y 1,1 MWh por tonelada de agua evaporada y para un secador de banda la necesidad es de 1,1 a 1,2 MWh por tonelada de agua evaporada. Una parte de la energía se pierde durante el secado y otra parte seguirá al material seco: sustrato, basura, fibra y fertilizante P que dejará el secador con una temperatura de 80 a 90 °C. La parte principal de la energía - 70 a 75 % - estará en el vapor de escape o en este contexto el vapor de N 1 que se inyecta y se usa para calentar el concentrado en NS1. Una vez más, una parte de la energía se perderá durante la extracción de N y otra parte seguirá al sustrato calentado de biogás y se utilizará para calentar biomasa y reactores de biogás. El resto, del 60 al 70 %, estará en el vapor de N 2 que se transfiere a NS2. En NS2, una mayor parte de la energía se recuperará mediante el uso de una bomba de calor y se reutilizará para fines de secado u otros fines de calentamiento. Una parte se transferirá con vapor de N 3 al biofiltro y se perderá.
La Fig. 16 es una descripción general del sistema circular con enfoque en la utilización eficiente de los potenciales de energía y nutrientes en la biomasa. La figura ilustra el sistema circular o la cadena de valor basada en la alta eficiencia en la utilización de los potenciales de energía y nutrientes en la biomasa y los productos de desechos orgánicos de la agricultura y la industria alimentaria. La figura debe verse como una extensión del contenido en las figuras 13-15 y, por lo tanto, el enfoque en lo siguiente está en lo que está fuera de la zona gris marcada.
Comenzando en la esquina superior izquierda se muestra una caja con "desechos biológicos húmedos". El término "desechos biológicos húmedos" abarca la biomasa con contenido de constituyentes macromoleculares, que incluyen celulosa, hemicelulosa y lignina. Una parte de los "desechos biológicos húmedos" - aserrín y astillas de madera - es adecuada después del secado para ser almacenada y utilizada como biocombustible para el secado o utilizada como "fuente de C" en la producción de "sustrato listo para usar" para la producción de hongos. Otras fuentes, como los residuos de la producción de azúcar, aceites vegetales y similares, pueden almacenarse después del secado y usarse como "fuente de proteína y C" en la producción de "sustrato listo para usar" para la producción de hongos.
En la esquina superior derecha, el enfoque está en la producción de un sustrato "listo para usar", por ejemplo, para la producción de más tipos de hongos. El término "listo para usar" debe entenderse como un sustrato que puede almacenarse hasta el momento de su uso y cuando se usa es fácil de manejar, simplemente agregue agua y micelio. Después de la producción, el sustrato de hongo gastado con su contenido de materia seca orgánica y nutrientes puede reciclarse y usarse como material de alimentación para la producción de biogás como se muestra en la parte inferior de la figura.
Volviendo a la esquina superior derecha de la figura se muestra otro uso potencial del sólido fibroso seco para la producción de gránulos de cama para animales como caballos, aves de corral o ganado. Aquí la materia prima es 100 % sólidos de fibra seca de biomasa parcialmente desgasificada. Después de su uso en la agricultura, los gránulos de cama con estiércol y orina adicionales de animales pueden reciclarse y usarse como alimento para biogás en paralelo con el sustrato de hongos gastado.
Otros tipos de residuos de la agricultura (paja, hierba y similares) también se integran como entradas en la cadena de valor. Especial atención en relación con esto es el procedimiento combinado de pre-tratamiento basado en corte, molienda y cocción que abrirá la celulosa, la hemicelulosa y la lignina y aumentará la eficiencia en la utilización de los potenciales de energía y permitirá un mayor contenido de materia seca en la mezcla de biomasas que se va a agregar a los M-Meso y/o pre-reactores.
El corte se realiza en un cortador estándar ajustado a una longitud máxima después del corte de 5 cm y de esta manera se mantiene una parte de la estructura en la biomasa añadida.
La molienda se realiza en una prensa peletizadora estándar y troquel con orificios de 16 mm o más grandes y una forma de prensa que asegura una densidad del granulado de 250 a 300 kg por m3 y un contenido de humedad del 75 al 85 %.
El granulado se puede almacenar en grandes bolsas, en un silo o simplemente en una harina y agregar un tiempo de uso al concentrado y bombearlo a NS1. En NS1 se calentará hasta 80 °C o más en un líquido fibroso con pH de 9,5 o más y contenido de CO 2 y amonio
Descripción detallada
La presente invención es tal y como se define en las reivindicaciones.
La presente descripción se refiere a un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos obtenido de un material de biomasa
de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás.
Específicamente, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos se obtiene mediante un procedimiento que comprende las etapas de
a. proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
b. someter el material de biomasa de la etapa a. a una o más etapas de separación que dan como resultado la provisión de i) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que tiene un contenido reducido (w/w) de agua, y que comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa, y ii) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas orgánicas e inorgánicas que contienen fósforo,
c. someter la fracción sólida fibrosa de la etapa b. a un tratamiento de saneamiento que comprende una o más etapas de saneamiento, donde dicho tratamiento i) reduce o elimina los microorganismos viables presentes en la fracción sólida fibrosa, y ii) reduce el contenido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa, y
d. obtener un sustrato sólido fibroso que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico que tienen un contenido reducido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno,
e. opcionalmente someter dicha fracción sólida fibrosa a una o más condiciones de calentamiento, secado, evaporación, presión y/o pH alcalino,
f. opcionalmente, agregar a dicha fracción sólida fibrosa una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos, y
g. comprimir dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d., e. y/o f., generando así un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
En una realización según la presente descripción, no se agrega biomasa no fermentada y/o agua a la fracción sólida fibrosa de la etapa c. En una realización según la presente descripción, no está permitido que la fracción sólida fibrosa de la etapa c. se fertilice.
En una realización según la presente descripción, dichas una o más etapas de saneamiento de la etapa c. comprende i) calentar la fracción sólida fibrosa a una temperatura de más de 70 °C, opcionalmente en condiciones de pH alcalino, y opcionalmente ii) someter la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una presión de más de 1 bar.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos se comprime para lograr una densidad especificada y que tiene un cierto diámetro y contenido de humedad.
La compresión del sustrato sólido fibroso disminuye el volumen del sustrato sólido fibroso con las ventajas asociadas con respecto al transporte, la manipulación y el almacenamiento en comparación con un sustrato sólido fibroso no comprimido, y proporciona un sustrato listo para usar para muchas aplicaciones.
Los gránulos comprimidos descritos en esta invención pueden usarse en muchas áreas de la agricultura, por ejemplo, como cama para animales o como sustrato para cultivar hongos.
También se describen en esta invención procedimientos para procesar una biomasa parcialmente desgasificada obtenida de una fermentación anaeróbica de biogás, es decir, un material de biomasa gastado, en fracciones sólidas y líquidas y procesar posteriormente dichas fracciones líquidas en productos fertilizantes de alto valor. En particular, se describen procedimientos combinados para eliminar el amoníaco N de una o más fracciones y absorber el amoníaco N en una fracción líquida obtenida de la separación del material de biomasa gastado, generando así uno o más fertilizantes N y/o P.
En un aspecto de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para fraccionar un material de biomasa parcialmente desgasificado y obtener a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas, comprendiendo dicha fracción sólida fibrosa además partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, b) una fracción líquida fibrosa o concentrada que comprende partes sólidas y líquidas y que comprende además partes orgánicas e inorgánicas de nitrógeno, c) una fracción o permeado líquido no fibroso que comprende principalmente partes inorgánicas de nitrógeno y d) un fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento.
En un aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para aumentar la cantidad relativa de contenido de nitrógeno inorgánico de una fracción líquida que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y proporcionar un fertilizante líquido enriquecido en N.
En otro aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para reducir el contenido de agua y compuestos de nitrógeno inorgánico en una fracción o sedimento de fósforo (P) que comprende partes de
nitrógeno orgánico e inorgánico de un material de biomasa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y proporcionando un fertilizante seco de P.
En un aspecto según la presente descripción, se proporciona un procedimiento para generar uno o más fertilizantes, tal como uno o más fertilizantes con N o P que comprende las etapas de:
i) proporcionar un material de biomasa parcialmente desgasificado que comprende partes sólidas y líquidas de nitrógeno (N) y fósforo (P) de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa parcialmente desgasificado a una o más etapas de separación que resulten en la provisión de
a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno (N) orgánico e inorgánico, y
b) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas de nitrógeno orgánico e inorgánico (N) y fósforo (P),
i) someter dicha fracción líquida a una o más etapas de separación, dando como resultado la provisión de a) una fracción líquida fibrosa o concentrada, y
b) una fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso,
ii) someter la fracción líquida o permeado esencialmente no fibroso a una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, donde el pH y la temperatura se ajustan individualmente para cambiar el equilibrio de amoníaco a amonio, generando así
a) una fracción que comprende N o un fertilizante N en forma líquida,
b) una fracción o sedimento que comprende P,
c) una fuente de calentamiento adecuada para el secado y otros fines de calentamiento,
iii) opcionalmente someter la fracción o sedimento que comprende P a un tratamiento de calentamiento y secado suficiente para evaporar agua y compuestos volátiles que contienen nitrógeno (N), y de ese modo generar a) una fracción que comprende P o un fertilizante P
El procesamiento de materiales de biomasa antes de la fermentación anaeróbica de biogás y la extracción de amoníaco de N antes de realizar la fermentación de biogás no siempre es suficiente para evitar una inhibición indeseable de las bacterias productoras de biogás por amoníaco no extraído durante la etapa de pre-tratamiento. Existe la necesidad de mejorar el procesamiento y la eliminación de sólidos volátiles de las biomasas antes de que dichas biomasas se sometan a etapas de pre-tratamiento, por ejemplo, que implican etapas de procesamiento termoquímico, tales como, por ejemplo, cocción a presión de cal.
También existe la necesidad de procedimientos novedosos e innovadores para extraer el amoníaco de N de diferentes biomasas, tales como materiales de biomasa que tienen un alto contenido de N.
Además, existe la necesidad de mejorar la eficiencia de las fermentaciones anaeróbicas de biogás y su capacidad de utilizar constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados en particular de celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa.
La presente descripción facilita el procesamiento eficiente de biomasa y una mayor producción de energía renovable a partir del procesamiento y la fermentación anaeróbica de una amplia variedad de materiales de biomasa.
Muchos tipos de biomasa/materiales orgánicos tienen un alto potencial energético que puede explotarse procesando el material de biomasa. Una forma de procesar un material orgánico es realizar una fermentación anaeróbica que resulta en la producción de biogás. Este proceso representa la conversión de un potencial energético en una fuente de energía fácilmente utilizable.
Hay cuatro etapas biológicas y químicas clave de una fermentación anaeróbica: Hidrólisis; acidogénesis; acetogénesis; y metanogénesis. Para que las bacterias en condiciones anaeróbicas puedan explotar el potencial energético de los materiales orgánicos utilizados como sustratos, las macromoléculas presentes en los materiales de biomasa deben descomponerse inicialmente en sus partes constituyentes más pequeñas. El proceso de romper las estructuras macromoleculares implica inicialmente una hidrólisis y/o una oxidación de las estructuras macromoleculares. La descomposición de los componentes macromoleculares presentes en los materiales de biomasa puede tener lugar ventajosamente, por ejemplo, durante una etapa de procesamiento de pre-tratamiento antes de la fermentación anaeróbica y la producción de biogás.
Las partes constituyentes resultantes, que incluyen monómeros y oligómeros, tales como constituyentes degradados que comprenden residuos de azúcar y/o aminoácidos, pueden ser metabolizados más fácilmente por organismos microbianos involucrados en una o más de las etapas de la acidogénesis; acetogénesis; y metanogénesis.
El acetato y el hidrógeno producidos en las primeras etapas de una fermentación anaeróbica pueden ser utilizados
directamente por los metanógenos. Otras moléculas, tales como los ácidos grasos volátiles (AGV) con una longitud de cadena que es mayor que la del acetato, primero deben catabolizarse en compuestos que puedan ser metabolizados directamente por los metanógenos.
El proceso biológico de acidogénesis descompone aún más los componentes restantes por bacterias acidogénicas (fermentativas). Aquí, los AGV se crean junto con amoníaco, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno, así como otros subproductos.
La tercera etapa de una fermentación anaeróbica es la acetogénesis. Aquí, las moléculas simples creadas a través de la fase de acidogénesis se digieren aún más mediante acetógenos para producir en gran medida ácido acético, así como dióxido de carbono e hidrógeno.
La etapa final de una fermentación anaeróbica es la de la metanogénesis. Los metanógenos metabolizan los compuestos intermedios formados durante las etapas anteriores de la fermentación anaeróbica, y estos compuestos se metabolizan en metano, dióxido de carbono y agua. Los compuestos antes mencionados son los principales componentes de un biogás. La metanogénesis es sensible a los pH altos y bajos, y la metanogénesis generalmente ocurre entre pH 6,5 y pH 8.
El material orgánico restante no digerible que los microbios presentes en el fermentador de biogás no pueden metabolizar, junto con los restos bacterianos muertos, constituye el digestato de la fermentación en forma de una fracción sólida fibrosa que puede separarse más de las fermentaciones líquidas y procesadas como se describe a continuación.
Además de tener un alto potencial energético, muchos materiales de biomasa también tienen un alto contenido de nitrógeno (N). Cuando tales materiales orgánicos se usan como sustratos para convertir materiales orgánicos en bioenergía en una planta de bioenergía, en particular biogás en una planta de biogás, el N orgánico se convertirá gradualmente en amoníaco.
La formación de amoníaco en una planta de bioenergía, especialmente a niveles altos, representa un problema ya que muchas bacterias productoras de biogás son sensibles a altos niveles de amoníaco, y los altos niveles de amoníaco en un fermentador de biogás reducirán o inhibirán la producción de metano. En última instancia, la formación de altos niveles de amoníaco matará las bacterias productoras de biogás e inhibirá cualquier formación adicional de biogás.
Los niveles inhibitorios de amoníaco en un fermentador de biogás dependen de las condiciones utilizadas. En condiciones de fermentación termofílica, aprox. de 3,8 a 4,2 kg de amoníaco por tonelada de biomasa, como 4,0 kg, se considera inhibitorio si la biomasa se ha pre-tratado termo-químicamente con piedra caliza añadida, de lo contrario, en ausencia de cualquier pre-tratamiento termo-químico, el nivel inhibitorio es de aprox. 3,4 a 3,6 kg de amoníaco por tonelada de biomasa, como 3,5 kg. En condiciones de fermentación mesofílica, la cifra es de aprox. 5,5 a 6,0 kg de amoníaco por tonelada de biomasa, tal como 5,8 kg, se considera inhibitorio si la biomasa se ha pre-tratado termo químicamente con piedra caliza añadida, de lo contrario, en ausencia de cualquier pre-tratamiento termo-químico, el nivel inhibitorio es de aprox. 4,4 a 5,0 kg de amoníaco por tonelada de biomasa, como 4,7 kg. Se puede esperar que el proceso de fermentación de biogás se inhiba por completo a niveles de amoníaco de aprox. 7,0 kg a 7,5 kg de amoníaco por tonelada de biomasa, como 7,2 kg de amoníaco por tonelada de biomasa.
Los valores de umbral de inhibición de amoníaco mencionados anteriormente generalmente se tienen en cuenta cuando se operan plantas comerciales de biogás utilizando materiales orgánicos convencionales como sustratos para las bacterias productoras de biogás. Muchas de estas plantas se operan según una estrategia de dos etapas que inicialmente adopta condiciones de digestión termófila en una primera etapa y condiciones de digestión mesófila en una segunda etapa separada y posterior.
La conversión de N orgánico en N de amoníaco progresa durante un proceso de fermentación anaeróbica, es decir, durante el proceso de generación de biogás por fermentación anaeróbica, y se puede esperar una conversión de hasta aprox. el 60 al 70 % de N orgánico a N de amoníaco
Los desafíos particulares surgen cuando es deseable procesar materiales orgánicos que tienen un contenido particularmente alto de N orgánico, ya que se puede esperar que los niveles inhibitorios de amoníaco durante la fermentación de biogás ocurran relativamente pronto en el proceso de fermentación debido a los altos niveles de N orgánico y proteína en el material orgánico que se va a procesar. Los problemas relacionados con el alto contenido de N orgánico en las materias primas básicas también son bien conocidos en relación con la producción de sustrato de hongos y normalmente esto se resuelve mediante compostaje y mezclado. Hacer esto significa perder contenido valioso de C de la parte fácilmente degradable de sólidos volátiles y, en paralelo, se pierde parte de N.
La producción convencional de sustrato se basa en el uso de estiércol de aves de corral, cama profunda, paja, aserrín y tipos similares de desechos orgánicos complejos con alto contenido de celulosa, hemicelulosa, lignina y/o N orgánico.
El uso del sustrato de hongo gastado como material de alimentación principal en una planta de biogás convencional se debe al alto contenido de N orgánico que no es posible, pero en combinación con otros tipos de desechos y biomasas, y cuando se usan las tecnologías y procesos en la presente descripción, el sustrato gastado es un valioso material de alimentación. Esto se ilustra en los ejemplos.
Ejemplos de materiales orgánicos con alto contenido de N son, por ejemplo, residuos de queso y despojos, productos estomacales e intestinales, y otras categorías/tipos de desechos en la mesa. Sin embargo, para realizar tal mezcla, uno necesita tener acceso a materiales orgánicos bajos en N, y esto plantea un desafío particular con respecto a las instalaciones de mezcla y la disponibilidad en general de tipos particulares de materiales orgánicos que necesitarán estar disponibles para "dilución" de materiales orgánicos que contienen altos niveles de N orgánico y/o proteína. En consecuencia, no siempre es posible realizar tal mezcla de diferentes materiales orgánicos e incluso si fuera posible, impone ciertas restricciones prácticas sobre los materiales orgánicos para ser procesados por fermentación anaeróbica.
La presente descripción proporciona además soluciones técnicas al problema de cómo ajustar y controlar el contenido de humedad y el contenido de N inorgánico así como de N orgánico y, en paralelo, proporciona soluciones técnicas sobre el problema de cómo mejorar la producción de biogás en un comercio de biogás vegetal. Las soluciones implican procedimientos novedosos e inventivos para reducir el N orgánico y la proteína en un material orgánico que comprende además al menos una fuente de carbono (C), ya sea antes de realizar una fermentación anaeróbica que resulta en la producción de biogás o durante el progreso de una fermentación anaeróbica.
La fermentación anaeróbica que resulta en la producción de biogás es seguida por una o más etapas de procesamiento destinadas a la extracción del amoníaco de N del material orgánico después de la producción de biogás por pre digestión en instalaciones de fermentación, calentamiento y secado. Esto se ilustra en los ejemplos.
La presente descripción generalmente se refiere a un procedimiento combinado para fabricar y reciclar una fracción sólida fibrosa obtenida de una fermentación anaeróbica de biogás para cultivar células de basidiomiceto, y posteriormente usar el sustrato de basidiomiceto gastado como material de biomasa de alimentación en la fermentación anaeróbica de biogás a partir de la cual se obtuvo la fracción sólida fibrosa utilizada para el cultivo de las células de basidiomiceto.
Una vez que se ha obtenido el sustrato sólido fibroso a partir de una producción de biogás anaeróbico, se puede poner en contacto el sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células de basidiomiceto con una o más especies de células o esporas de basidiomiceto, y cultivar dichas células o esporas de basidiomiceto en dicho sustrato sólido fibroso - en una realización de la presente descripción- según protocolos de cultivo de última generación. Ejemplos de tales protocolos se presentan en esta invención en otra parte.
Puede ser necesario agregar a dicha fracción sólida fibrosa obtenida de este modo que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario sólido y/o líquido, generando así un sustrato sólido fibroso final listo para usar adecuado para el cultivo de células basidiomicetas. Además, puede ser necesario un ajuste del pH de las partes líquidas del sustrato sólido fibroso final, listo para usar, adecuado para cultivar células de Basidiomiceto, resultando dicho ajuste en un valor de pH final de aproximadamente 5,0 a aproximadamente 7,5.
Por consiguiente, en una realización según la presente descripción, el procedimiento citado anteriormente comprende además las etapas de añadir a dicha fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos, por lo tanto generando un sustrato sólido fibroso final, listo para usar, adecuado para el cultivo de células de Basidiomicetos, y/o ajustando el pH de las partes líquidas del sustrato sólido fibroso final, listo para usar, adecuado para el cultivo de células de Basidiomicetos, resultando dicho ajuste de pH en un valor final de pH de aproximadamente 5,0 a aproximadamente 7,5.
El sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células de basidiomiceto comprende preferentemente uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina. La lignocelulosa en forma de material de biomasa de alimentación que colectivamente comprende celulosa, hemicelulosa y lignina como constituyentes macromoleculares es otro ejemplo según la presente descripción de materiales de biomasa y constituyentes de nutrientes macromoleculares difíciles para los organismos microbianos involucrados en una o más etapas de una fermentación anaeróbica y en la producción de biogás que se va a digerir.
Las primeras etapas de una fermentación de biogás incluyen una etapa inicial de hidrólisis de constituyentes de nutrientes macromoleculares en sus constituyentes básicos, o en constituyentes de nutrientes que pueden ser metabolizados y fermentados más fácilmente por los organismos microbianos involucrados en una o más etapas de una fermentación anaeróbica y en la producción de biogás.
El metabolismo de los constituyentes de nutrientes es esencial para la producción de biogás ya que no se pueden realizar actividades microbianas fermentables y generadoras de energía en ausencia de dicho metabolismo.
Es un desafío particular durante una fermentación de biogás anaeróbico que no se produzca ninguna, o que se produzca una hidrólisis insuficiente de los constituyentes de nutrientes macromoleculares en sus constituyentes básicos, o en constituyentes de nutrientes que puedan ser metabolizados y fermentados más fácilmente por los organismos microbianos involucrados en una o más etapas de una fermentación anaeróbica y producción de biogás. En consecuencia, el sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células de Basidiomiceto con una o más especies de células o esporas de Basidiomiceto que contendrá, como resultado de una hidrólisis insuficiente de componentes de nutrientes macromoleculares en sus componentes básicos, o en componentes de nutrientes que pueden ser más fácilmente metabolizados y fermentados por los organismos microbianos implicados en una o más etapas de fermentación anaeróbica y producción de biogás, uno o más constituyentes de los nutrientes macromoleculares seleccionados preferentemente del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina, así como lignocelulosa, un material de biomasa que comprende colectivamente celulosa, hemicelulosa y lignina, como tales componentes nutritivos macromoleculares son difíciles, sino imposibles, para muchos, sino todos, los organismos microbianos involucrados en una o más etapas de fermentación anaeróbica y producción de biogás para digerir.
Sin embargo, muchos organismos fúngicos, incluidos muchos basidiomicetos, son capaces de digerir componentes nutritivos macromoleculares seleccionados preferentemente del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina, así como lignocelulosa, ya que muchos organismos fúngicos producen y secretan enzimas extracelulares para las que dichos componentes de nutrientes macromoleculares forman un sustrato.
Según ello, la célula Basidiomicetos se puede seleccionar de cualquiera de las subclases de Agaricomycetidae, Exobasidiomycetidae, Tremellomycetidae y Ustilaginomycetidae, siempre que la célula Basidiomicetos en cuestión sea capaz de degradar o digerir uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares preferentemente seleccionados del grupo compuesto por celulosa, hemicelulosa y lignina, así como lignocelulosa.
Las células de basidiomiceto preferidas son aquellas que son comestibles, como por ejemplo una célula seleccionada de los géneros de Agaricus, Lentinula (Lentinus), Flammulina, Pleurotus; y Lyophyllum. Además, y más específicamente, la célula de Basidiomiceto puede seleccionarse de la especie de Lentinula (Lentinus) edodes; especies comestibles de Agaricus, como por ejemplo Agaricus blazei Murill (AbM), también conocido como Agaricus subrufescens Peck, también conocido como Agaricus brasiliensis Wasser y Agaricus bisporus, Flammulina velutipes (Enokitake), Pleurotus eryngii (Eryngii), Pleurotus ostreatus; y Lyophyllum shimeji (Shimeji).
Por lo tanto, reciclando una vez, o más de una vez, en cualquier orden, a) procedimientos de fermentación de biogás anaeróbico que explotan, como material de biomasa de alimentación, sustrato fúngico gastado, y b) procedimientos de cultivo de basidiomicetos usados en una fracción sólida fibrosa procedente de desperdicios, material de biomasa fermentado anaeróbicamente como sustrato para el cultivo de dichos basidiomicetos; se puede reciclar y utilizar de manera más eficiente para todos los constituyentes de nutrientes macromoleculares mencionados anteriormente presentes en un material de biomasa que se utilizará tanto para la fermentación anaeróbica de biogás como para el cultivo de especies fúngicas.
Los organismos fúngicos adecuados pueden seleccionarse de organismos que constituyen el filo Basidiomicotas del reino Hongos o, en esquemas de clasificación más antiguos, la clase Basidiomicetos del reino Plantae, es decir, organismos fúngicos caracterizados por portar las esporas en un basidio, incluidos los hongos comestibles descritos en esta invención en otra parte con más detalle. Los basidiomicetos preferidos son aquellos géneros y especies que producen enzimas extracelulares capaces de digerir uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados entre celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa. Entre los géneros y especies de Basidiomicetos preferidos, se prefieren particularmente los géneros y especies de Basidiomicetos que son comestibles.
La reutilización secuencial y combinada de materiales de biomasa desgasificada y sustratos de hongos gastados, respectivamente, se describe en varios aspectos según la presente descripción, como quedará claro a partir de la siguiente descripción de la presente descripción. El sustrato fúngico gastado desviado a un fermentador de biogás anaeróbico como se describió anteriormente se complementa con materiales de biomasa de desechos orgánicos adicionales antes de la fermentación de biogás para proporcionar un material de biomasa de alimentación más óptimo y para garantizar la utilización continua de fuentes adecuadas y preferidas de materiales de biomasa fermentables y biodegradables. Las materias primas de biomasa sólida que entran en un fermentador de biogás anaeróbico de esta
manera, pueden diluirse a un contenido adecuado de sólidos totales al agregar a dichas materias primas de biomasa sólida cualquier dilución líquida o fuente de suspensión, como por ejemplo líquidos obtenidos al fragmentar y drenar un material de biomasa gastado, fermentado y desgasificado para obtener una fracción sólida fibrosa. También se pueden aceptar fangos de estiércol para este propósito.
El sustrato sólido fibroso obtenido a partir de una fermentación anaeróbica de biogás comprende preferentemente uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina, o en forma de lignocelulosa. El sustrato sólido fibroso también puede comprender uno o más de dichos constituyentes macromoleculares, preferentemente más de un constituyente macromolecular, tal como dos o tres constituyentes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina, donde dichos constituyentes macromoleculares no son, o solo son en parte, metabolizados por bacterias anaeróbicas involucradas en la producción en condiciones de fermentación anaeróbica de biogás, y puede ser metabolizado al menos en parte por dichas células de Basidiomiceto en contacto con el sustrato sólido fibroso.
La digestión en particular por enzimas basidiomiceto extracelulares de dichos constituyentes macromoleculares da como resultado una hidrólisis y/o una oxidación de al menos parte de dichos constituyentes macromoleculares, donde dicha hidrólisis y/u oxidación de al menos parte de dichos constituyentes macromoleculares a su vez genera un sustrato capaz de ser fermentado por organismos microbianos involucrados en una o más etapas de una fermentación de biogás, donde dichos organismos microbianos involucrados en dicha etapa o más etapas de una fermentación de biogás metabolizan preferentemente la hidrólisis y/o los productos de oxidación resultantes de la hidrólisis y/o la oxidación de dichos constituyentes macromoleculares, y metaboliza con menor preferencia dichos constituyentes macromoleculares, incluyendo celulosa, hemicelulosa y lignina, o donde dichos organismos microbianos involucrados en dicha una o más etapas de una fermentación de biogás son esencialmente incapaces de metabolizar dichos constituyentes macromoleculares, incluida la celulosa, hemicelulosa y lignina.
La falta general de hidrólisis de dichos componentes macromoleculares, que incluyen celulosa, hemicelulosa y lignina, por parte de bacterias metanogénicas y otras bacterias anaeróbicas implicadas en la producción de biogás en condiciones de fermentación anaeróbica, dará como resultado que dichos componentes macromoleculares estén presentes durante una fermentación anaeróbica de biogás durante una o más etapas de la fermentación anaeróbica de biogás, incluidas las etapas seleccionadas de acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.
Un procedimiento para fabricar un sustrato sólido fibroso adecuado para el cultivo de células fúngicas. En un aspecto de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para fabricar un sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células fúngicas, tales como basidiomicetos, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás (una biomasa desgasificada o parcialmente desgasificada), ii) someter el material de biomasa a uno o más pasos de separación que dan como resultado la provisión de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y al menos una fracción líquida, dicha fracción líquida opcionalmente por partes que comprenden fósforo (P) orgánico e inorgánico sólido y líquido, iii) someter la fracción sólida fibrosa a un tratamiento de saneamiento que comprende uno o más pasos de saneamiento, donde dicho tratamiento de saneamiento a) reduce o elimina los microorganismos viables presentes en la fracción sólida fibrosa, y/o b) reduce el contenido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa,
iv) obtener una fracción sólida fibrosa que tiene un contenido reducido de compuestos que contienen nitrógeno (y/o una fracción sólida fibrosa extraída de amoníaco y/o desinfectada) adecuada para usar como un sustrato sólido fibroso para cultivar células fúngicas (tales como Basidiomiceto), y
v) opcionalmente, agregar a dicha fracción sólida fibrosa una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario sólido y/o líquido, generando así un sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células fúngicas (tales como Basidiomiceto).
En una realización según la presente descripción, 'un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás tras una fermentación anaeróbica y producción de biogás según la descripción es una biomasa desgasificada o parcialmente desgasificada, tal como un material de biomasa que ha sido sometido a fermentación anaeróbica, produciendo así un biogás y un material de biomasa desgasificada que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico.
Un procedimiento para cultivar células fúngicas y/o esporas en un sustrato sólido fibroso
En otro aspecto de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para cultivar células fúngicas, que incluyen células de Basidiomiceto, y/o esporas, sobre un sustrato sólido fibroso, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar células fúngicas y/o esporas (como basidiomicetos),
ii) proporcionar un sustrato sólido fibroso para cultivar células fúngicas y/o esporas (tales como basidiomicetos)
obtenidas por cualquiera de los procedimientos de la presente divulgación descritos en este documento,
Ni) poner en contacto las células fúngicas y/o esporas (como el basidiomiceto) proporcionadas en el paso i) con el sustrato sólido fibroso proporcionado en el paso ii),
iv) cultivar las células fúngicas y/o esporas (tales como basidiomicetos) en dicho sustrato,
v) obtener sustrato fúngico gastado (o material de biomasa de sustrato fúngico gastado), y
vi) opcionalmente recolectar el sustrato fúngico gastado, donde dicho sustrato fúngico gastado se digiere al menos parcialmente mediante el cultivo de las células fúngicas y es adecuado como una fuente de alimentación para una fermentación anaeróbica y producción de biogás.
Un procedimiento para reciclar materiales de biomasa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico seleccionadas de materiales de biomasa de sustrato fúngico gastado y materiales de biomasa fermentada desgasificada
En otro aspecto de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para reciclar materiales de biomasa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico seleccionadas entre 1) materiales de biomasa de sustrato fúngico gastado y 2) materiales de biomasa fermentada desgasificada, donde dicho procedimiento es para a) reciclar, más de una vez, material de biomasa de sustrato fúngico gastado de un cultivo fúngico y reutilizar dicho material de biomasa de sustrato en una fermentación anaeróbica de biogás que tiene lugar en un fermentador de biogás anaeróbico, resultando dicha fermentación en la producción de biogás y un material de biomasa fermentada desgasificada para reciclaje, y/o
b) reciclar, más de una vez, una fracción sólida fibrosa de un material de biomasa fermentada desgasificada de dicho fermentador de biogás anaeróbico a una instalación de cultivo de hongos, y reutilizar dicha fracción sólida fibrosa de material de biomasa fermentada desgasificada de dicho fermentador de biogás anaerobio para cultivar dicho hongo, dicho cultivo de hongos resulta en la provisión de hongos y un material de biomasa de sustrato fungoso gastado para reciclar,
dicho procedimiento, que comprende las etapas de
i) reciclar, más de una vez, el material de biomasa del sustrato fúngico gastado de un cultivo fúngico y reutilizar dicho material de biomasa del sustrato en una fermentación anaeróbica de biogás que tiene lugar en un fermentador de biogás anaeróbico, resultando dicha fermentación en la producción de biogás y un material de biomasa fermentada desgasificada adecuado para su uso como sustrato para cultivar células y/o esporas fúngicas, y
ii) oscilar, más de una vez, una fracción sólida fibrosa de un material de biomasa fermentada desgasificada de dicho fermentador de biogás anaeróbico a una instalación de cultivo fúngico, y reutilizar dicha fracción sólida fibrosa desgasificada de dicho fermentador de biogás anaeróbico para cultivar dichas células y/o esporas fúngicas, resultando dicho cultivo fúngico en el suministro de células y/o esporas fúngicas y un material de biomasa de sustrato fúngico gastado adecuado para su uso como material de biomasa de alimentación en una fermentación anaeróbica de biogás, y
iii) fraccionar el material de biomasa fermentada desgasificada sometiendo el material de biomasa fermentada desgasificada a una o más etapas de separación como se describe en esta invención en otra parte, obteniendo así a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas, comprendiendo dicha fracción sólida fibrosa además partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, y b) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas, donde el fermentador de biogás anaeróbico se complementa opcionalmente mediante la adición de otros materiales de biomasa de desechos orgánicos fermentables anaeróbicamente, tales como en forma de materiales de biomasa de reserva de alimentación suplementaria.
Un procedimiento para controlar la composición de nutrientes y/o el contenido de humedad de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico adecuadas para cultivar células fúngicas
En otro aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para controlar la composición de nutrientes y/o el contenido de humedad de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico adecuadas para cultivos fúngicos tales como células de Basidiomiceto y/o esporas, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa a uno o más pasos de separación que dan como resultado la provisión de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y al menos una fracción líquida, iii) evaporar, en condiciones predeterminadas, de dicha fracción sólida fibrosa un gas acuoso que comprende además uno o más compuestos volátiles,
iv) obtener una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico de las cuales dicho uno o más compuestos volátiles se han eliminado por evaporación, donde la fracción sólida fibrosa es adecuada para usar como un sustrato sólido fibroso para cultivar fúngicos tales como células de Basidiomiceto, y
v) opcionalmente agregar a la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico obtenidas en la etapa iv) una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario sólido y/o líquido, generando así un sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar hongos tales como células de Basidiomiceto, donde al menos
uno de dichos uno o más nutrientes se pueden eliminar como compuestos volátiles de dicha fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico por evaporación en dichas condiciones predeterminadas, donde dicho uno o más nutrientes se convierten en uno o más compuestos volátiles, y
vi) controlar la composición de nutrientes y/o el contenido de humedad del sustrato sólido fibroso convirtiendo dicho uno o más nutrientes en uno o más compuestos volátiles y evaporando dicho uno o más compuestos volátiles como gases acuosos de dicha fracción sólida fibrosa que comprende compuestos orgánicos y partes de nitrógeno inorgánico en condiciones de evaporación predeterminadas.
Un procedimiento para separar y secar un material de biomasa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, y que proporciona un sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células fúngicas.
Todos los aspectos citados anteriormente de la presente descripción emplean la etapa de proporcionar una fracción sólida fibrosa a partir de un material de biomasa fermentado desgasificado que ha sido fermentado en condiciones de fermentación anaeróbica.
Por consiguiente, la presente descripción en otro aspecto más según la presente descripción proporciona un procedimiento para separar y secar un material de biomasa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, y proporcionar un sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar fúngicos tales como células de Basidiomiceto, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa a uno o más pasos de separación que dan como resultado la provisión de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y al menos una fracción líquida, iii) someter dicha fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a calentamiento suficiente para evaporar, en condiciones de evaporación predeterminadas, compuestos volátiles presentes en la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico como compuestos volátiles, o suficiente para convertir compuestos precursores volátiles en compuestos volátiles capaces de evaporarse en condiciones predeterminadas,
iv) evaporar dichos uno o más compuestos volátiles en condiciones de evaporación predeterminadas caracterizadas al menos calentando la fracción sólida fibrosa a una temperatura de al menos 70 °C en condiciones de pH alcalino y a una presión suficiente para evaporar dichos compuestos volátiles, y
a. proporcionando (obteniendo) a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que tiene un contenido aumentado (w/w) de compuestos de nitrógeno orgánico, un contenido reducido (w/w) de compuestos volátiles, o compuestos precursores volátiles, y un contenido reducido (w/w) de agua, y b) un gas acuoso que comprende además uno o más compuestos volátiles, incluido amoníaco,
separando y secando de este modo un biomaterial de biomasa y proporcionando un sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células fúngicas.
Un procedimiento para reducir el contenido de compuestos de nitrógeno inorgánico en una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico
En otro aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para reducir el contenido de compuestos de nitrógeno inorgánico en una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico de un material de biomasa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que proporciona un sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar fúngicos tales como células de basidiomiceto, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa a uno o más pasos de separación que dan como resultado la provisión de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y al menos una fracción líquida, iii) someter dicha fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a un calentamiento suficiente para evaporar compuestos de nitrógeno inorgánico volátiles presentes en la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico como compuestos de nitrógeno inorgánico volátiles, o en forma de compuestos precursores de nitrógeno inorgánico volátiles capaz de evaporarse en condiciones predeterminadas, iv) convertir dichos compuestos de nitrógeno inorgánico en compuestos volátiles que contienen nitrógeno gaseoso, incluido amoníaco,
v) evaporar dichos compuestos volátiles que contienen nitrógeno gaseoso, incluido amoníaco,
donde dicha conversión y evaporación genera una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que tiene un contenido reducido de compuestos de nitrógeno inorgánico.
Un procedimiento para aumentar la cantidad relativa de contenido de nitrógeno orgánico de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico de un biomaterial después de la fermentación y la producción de biogás
En otro aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para aumentar la cantidad relativa de contenido de nitrógeno orgánico de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico de un material de biomasa después de la fermentación y la producción de biogás, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa a uno o más pasos de separación que dan como resultado la provisión de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y al menos una fracción líquida, iii) someter dicha fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a un calentamiento suficiente para evaporar compuestos de nitrógeno inorgánico volátiles presentes en la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico como compuestos de nitrógeno inorgánico volátiles, o en forma de compuestos precursores de nitrógeno inorgánico volátiles capaz de evaporarse en condiciones predeterminadas, iv) convertir dichos compuestos de nitrógeno inorgánico en compuestos volátiles que contienen nitrógeno gaseoso, incluido amoníaco,
donde dicha conversión y evaporación generan una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que tiene una mayor cantidad relativa de nitrógeno orgánico.
Un procedimiento para fraccionar un material de biomasa y obtener a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas, comprendiendo dicha fracción sólida fibrosa además partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, b) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas, y c) a fracción o sedimento que contiene fósforo
En otro aspecto más de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para fraccionar un material de biomasa y obtener a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas, comprendiendo dicha fracción sólida fibrosa además partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, b) en al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas, y c) una fracción o sedimento que contiene fósforo, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un material de biomasa que comprende nitrógeno sólido y líquido (N) y partes que contienen fósforo de un fermentador después de una fermentación anaeróbica,
ii) someter el material de biomasa a uno o más pasos de separación y obtener una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas que contienen nitrógeno orgánico e inorgánico, y al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas orgánicas e inorgánicas que contienen fósforo,
iii) separar partes sólidas y líquidas de la al menos una fracción líquida por fraccionamiento y/o sedimentación, y iv) obtención de a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas que comprenden partes orgánicas e inorgánicas de nitrógeno, b) una primera fracción o sedimento sólido, que contiene fósforo, adecuado para ser utilizado o agregado a un fertilizante agrícola que contiene fósforo, y c) una primera fracción líquida de permeado compuesta por partes sólidas y/o líquidas que contengan nitrógeno y/o fósforo.
Un procedimiento para producir un biogás por fermentación anaeróbica de un material de biomasa
En otro aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para producir un biogás por fermentación anaeróbica de un material de biomasa que comprende las etapas de
i) proporcionar un material de biomasa adecuado para la fermentación anaeróbica y la producción de biogás, ii) fermentar el material de biomasa en condiciones de fermentación anaeróbica, produciendo así un biogás y un material de biomasa desgasificada que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico,
iii) recolectar y/o almacenar el biogás, dicho procedimiento opcionalmente comprende las etapas adicionales de iv) fraccionar el material de biomasa desgasificada y obtener una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas, dicha fracción sólida fibrosa que comprende además partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas, y una fracción o sedimento que contiene fósforo, dicho procedimiento comprende las etapas adicionales de
v) separar partes sólidas y líquidas de la al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas, y vi) la obtención de a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas,
donde la fracción sólida fibrosa comprende además partes orgánicas e inorgánicas de nitrógeno, b) una primera fracción o sedimento sólido, que contiene fósforo, adecuado para ser usado como, o agregado a, un fertilizante agrícola que contiene fósforo, y c) una primera fracción líquida de permeado que comprende partes sólidas y líquidas.
Procedimiento de producción de biogás y gases con nitrógeno volátil que contiene compuestos por fermentación anaeróbica secuencial y extracción de amoníaco
En otro aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para producir biogás y gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno mediante fermentaciones anaeróbicas secuenciales y extracción de al menos parcialmente dichos compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, de la
biomasa fermentada materiales que comprenden partes orgánicas e inorgánicas, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un primer material de biomasa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, ii) realizar una fermentación anaeróbica inicial del primer material de biomasa en un fermentador anaeróbico, iii) producir biogás y compuestos volátiles que contienen nitrógeno y un primer material de biomasa fermentado en dichas condiciones de fermentación anaeróbica, donde dicha fermentación inicial del primer material de biomasa en condiciones de fermentación anaeróbica resulta al menos parcialmente en la conversión de partes de nitrógeno orgánico en partes de nitrógeno inorgánico, donde dichas partes de nitrógeno inorgánico comprenden o se convierten en gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno durante dicha fermentación anaeróbica inicial, fermentación anaeróbica
iv) desviar el primer material de biomasa fermentada, y dichos gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno formados durante dicha fermentación anaeróbica inicial, a un extractor y tanque de saneamiento, v) la extracción al menos parte de dichos gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno del primer material de biomasa fermentada en el extractor y el tanque de saneamiento calentando a una temperatura de al menos 70 °C a una presión suficiente para extraer dichos compuestos volátiles, obteniendo así un segundo material de biomasa que comprende una cantidad reducida de partes de nitrógeno inorgánico,
vi) desviar dicho segundo material de biomasa que tiene una cantidad reducida de partes de nitrógeno inorgánico a otro fermentador anaeróbico y posteriormente fermentar dicho segundo material de biomasa en condiciones anaeróbicas,
vii) producir en condiciones de fermentación anaeróbica biogás y compuestos volátiles que contienen nitrógeno y un segundo material de biomasa fermentado que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico,
viii) donde dicha fermentación anaeróbica posterior del segundo material de biomasa da como resultado que al menos parcialmente convierta partes de nitrógeno orgánico en partes de nitrógeno inorgánico, donde dichas partes de nitrógeno inorgánico comprenden o se convierten en gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno durante dicha fermentación anaeróbica posterior,
ix) someter dicho segundo material de biomasa fermentado a uno o más pasos de separación que dan como resultado la formación de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y al menos una fracción líquida,
x) someter dicha fracción sólida fibrosa a una temperatura de al menos 70 °C a una presión suficiente para extraer dichos compuestos volátiles, y la extracción de los compuestos que contienen nitrógeno volátil presentes en la fracción fibrosa sólida, generando así una fracción sólida fibrosa que tiene una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y compuestos volátiles inorgánicos precursores de nitrógeno, incluido el amonio,
xi) formar una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, y que tiene una temperatura de al menos 70 °C, y
xii) desviar dicha fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y que tiene una temperatura de al menos 70 °C, al extractor y al tanque de saneamiento de la etapa iv) para la extracción de dichos compuestos volátiles que contienen nitrógeno,
donde la fracción gaseosa desviada que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido el amoníaco, y que tiene una temperatura de al menos 70 °C, contribuye a calentar el primer material de biomasa fermentado en el extractor y el tanque de saneamiento, o un primer material de biomasa adicional que se ha desviado al extractor y el tanque de saneamiento desde un fermentador anaeróbico, y donde dichos compuestos volátiles desviados a dicho tanque extractor y saneamiento se convierten en formas sólidas y se almacenan hasta su uso posterior.
Un procedimiento para producir biogás y reducir o eliminar la emisión de una instalación de fermentación de biogás de odorantes indeseables en forma de gases que comprenden compuestos que contienen nitrógeno volátil y, opcionalmente, también compuestos que contienen azufre,
De conformidad con este aspecto de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para producir biogás y reducir o eliminar la emisión de una instalación de fermentación de biogás de odorantes indeseables en forma de gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y opcionalmente también compuestos que contienen azufre, mediante fermentaciones anaeróbicas secuenciales y extracción de al menos parcialmente dichos compuestos que contienen nitrógeno volátil, y opcionalmente también dichos compuestos que contienen azufre volátil, incluido amoníaco y, cuando está presente, sulfuro de hidrógeno, de los materiales de biomasa fermentada que comprenden partes orgánicas e inorgánicas, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un primer material de biomasa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y opcionalmente también partes de azufre,
ii) realizar una fermentación anaeróbica inicial del primer material de biomasa en un fermentador anaeróbico, iii) producir biogás y compuestos volátiles que contienen nitrógeno y azufre, y un primer material de biomasa fermentado, donde dicha fermentación anaeróbica inicial del primer material de biomasa resulta en la conversión de partes de nitrógeno orgánico al menos parcialmente en partes de nitrógeno inorgánico, donde dichas partes de nitrógeno inorgánico comprenden o se convierten en gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno durante dicha fermentación anaeróbica inicial, donde dichas partes de azufre, cuando están presentes,
comprenden o se convierten en gases que comprenden compuestos volátiles que contienen azufre durante dicha fermentación anaeróbica inicial,
iv) desviar el primer material de biomasa fermentada, y dichos gases que comprenden compuestos volátiles que contiene nitrógeno y, opcionalmente, compuestos que contienen azufre formados durante dicha fermentación anaeróbica inicial, a un tanque extractor y de saneamiento para la extracción de dichos compuestos volátiles, v) extraer al menos parte de dichos gases que comprenden nitrógeno volátil y, opcionalmente, compuestos que contienen azufre calentando, a una temperatura de al menos 70 °C a una presión predeterminada, extraer dichos compuestos volátiles, el contenido del extractor y el tanque de saneamiento, obteniendo un segundo material de biomasa que comprende una cantidad reducida de nitrógeno inorgánico y opcionalmente partes de azufre,
vi) desviar dicho segundo material de biomasa que tiene una cantidad reducida de partes de nitrógeno inorgánico y opcionalmente de azufre a otro fermentador anaeróbico y posteriormente fermentar dicho segundo material de biomasa en condiciones anaeróbicas,
vii) producir biogás y nitrógeno volátil y, opcionalmente, también compuestos que contienen azufre, y un segundo material de biomasa fermentado que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico en dichas condiciones de fermentación anaeróbica, donde dicha fermentación anaeróbica posterior del segundo material de biomasa da como resultado que al menos parcialmente convierta partes de nitrógeno orgánico en partes de nitrógeno inorgánico, donde dichas partes de nitrógeno inorgánico comprenden o se convierten en gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno durante dicha fermentación anaeróbica posterior, donde dichas partes de azufre, cuando están presentes, comprenden o se convierten en gases que comprenden compuestos volátiles que contienen azufre durante dicha fermentación anaeróbica posterior,
viii) someter dicho segundo material de biomasa fermentado a una o más etapas de separación que dan como resultado la formación de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y al menos una fracción líquida,
ix) someter dicha fracción sólida fibrosa a un tratamiento de calentamiento y secado, calentando dicha fracción sólida a una temperatura de al menos 70 °C a una presión suficiente para extraer dichos compuestos volátiles, y la extracción de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y opcionalmente también compuestos que contienen azufre, presente en la fracción fibrosa sólida, de este modo generando así una fracción sólida fibrosa seca que tiene una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluidos compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico, y opcionalmente también una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen azufre, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, donde el tratamiento de calentamiento y secado explota las fuentes de aire de combustión primaria y secundaria, incluidas las fuentes de aire de escape, presentes o generadas en la instalación de fermentación de biogás como resultado de realizar dicho proceso de calentamiento y secado, donde dichas fuentes de aire de combustión primaria y secundaria también se desvían a dicho extractor y tanque de saneamiento para la conversión y/o colección como sólidos, donde la explotación de las fuentes de aire de combustión primaria de la instalación de fermentación de biogás resulta en la generación de una presión negativa en el espacio de la instalación de fermentación de biogás, que la presión negativa impide o contribuye a que los odorantes indeseables escapen de la instalación de fermentación de biogás,
x) formando una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, y que tiene una temperatura de al menos 70 °C a una presión suficiente para formar dicha fracción gaseosa, xi) desviando dicha fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, y opcionalmente también compuestos volátiles que contienen azufre, y que tiene una temperatura de al menos 70 °C a dicha presión predeterminada, hacia el extractor y el tanque de saneamiento de la etapa iv) para la extracción de dichos compuestos volátiles que contienen nitrógeno y opcionalmente también dichos compuestos volátiles que contienen azufre, donde la fracción gaseosa desviada que tiene una temperatura de al menos 70 °C contribuye a calentar el primer material de biomasa fermentado en el tanque extractor y de saneamiento, y/o el primer material de biomasa adicional se ha desviado al tanque extractor y de saneamiento, y donde dichos compuestos volátiles desviados a dicho extractor y tanque de saneamiento se convierten en formas sólidas y se almacenan hasta su uso posterior, y
xii) reducir o eliminar la emisión de una instalación de fermentación de biogás de odorantes indeseables en forma de gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y opcionalmente también compuestos volátiles que contienen azufre, realizando dichas fermentaciones anaeróbicas secuenciales en un sistema cerrado y extrayendo al menos parcialmente compuestos que contienen nitrógeno volátil, y opcionalmente también dichos compuestos que contienen azufre volátil, tales como amoniaco y sulfuro de hidrógeno respectivamente, de los materiales de biomasa fermentada que comprenden partes orgánicas e inorgánicas, donde la conversión en formas sólidas de dichos compuestos volátiles desviados a dicho extractor y tanque de saneamiento contribuye a la reducción o eliminación de la emisión desde la instalación de fermentación de biogás de odorantes indeseables en forma de gases que comprenden dichos compuestos volátiles.
Un procedimiento para la fermentación secuencial de un material de biomasa
En otro aspecto de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para la fermentación secuencial de un material de biomasa, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) fermentar un material de biomasa mediante fermentación discontinua anaeróbica, donde la fermentación discontinua
anaeróbica da como resultado la producción de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, ii) eliminar dichos compuestos volátiles que contienen nitrógeno del material de biomasa fermentada discontinua, reduciendo así el contenido de compuestos precursores volátiles que contienen nitrógeno capaces de convertirse en compuestos volátiles que contienen nitrógeno durante dicha fermentación discontinua anaeróbica, y generar un material de biomasa fermentada discontinua anaeróbica que tiene un cantidad reducida de compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico,
iii) obtener un material de biomasa fermentada discontinua anaeróbica que tiene un contenido reducido de nitrógeno que contiene compuestos volátiles y que comprende lignocelulosa y constituyentes macromoleculares adicionales no digeridos durante dicha fermentación discontinua anaeróbica,
iv) desviar el material anaeróbico de biomasa fermentada por lotes desde la instalación de fermentación por lotes a una instalación de cultivo de fúngicos y emplear el material de biomasa fermentada por lotes, o una fracción fibrosa sólida del mismo que tiene una cantidad reducida de compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico, como sustrato para cultivar uno o más especies fúngicas,
v) cultivar dicha una o más especies fúngicas en dicho sustrato, donde dicho cultivo da como resultado la hidrólisis y/u oxidación de al menos parte de dicha lignocelulosa y/o dichos constituyentes macromoleculares adicionales no digeridos durante dicha fermentación discontinua y la formación de un gastado material de sustrato fúngico, vi) generar un material de sustrato fúngico gastado que comprende productos de hidrólisis y/u oxidación macromolecular obtenidos por digestión fúngica de dicha lignocelulosa y/o dichos constituyentes macromoleculares adicionales no digeridos durante dicha fermentación anaeróbica por lotes,
vii) desviar el material de sustrato fúngico gastado de la instalación para cultivar una o más especies fúngicas a una instalación para la fermentación anaeróbica continua de biogás y emplear los productos de hidrólisis y/u oxidación macromolecular en dicho material de sustrato fúngico gastado obtenido por digestión fúngica de dicha lignocelulosa y/o dichos componentes macromoleculares adicionales no digeridos durante dicha fermentación discontinua anaeróbica como sustrato para organismos microbianos implicados en la fermentación anaeróbica continua de biogás, y
viii) realizar una fermentación continua de biogás anaeróbica utilizando dicho material de sustrato fúngico gastado complementado con uno o más materiales de biomasa adicionales como sustrato para producir dicho biogás durante una fermentación continua de biogás anaerobio.
Un procedimiento para obtener un material de biomasa de alimentación adecuado para su uso en la fermentación anaeróbica de biogás
En un aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para obtener un material de biomasa de material de alimentación adecuado para su uso en fermentación anaeróbica y producción de biogás, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) proporcionar un primer material de biomasa fermentada como sustrato para cultivar una o más especies fúngicas, como basidiomicetos, donde dicho primer material de biomasa fermentada comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina,
ii) cultivar dicha una o más especies fúngicas en dicho sustrato, donde dicho cultivo de especies fúngicas convierte los constituyentes de nutrientes macromoleculares presentes en dicho sustrato en constituyentes de nutrientes de menor peso molecular, donde el cultivo de dichas especies fúngicas en dicho sustrato genera un primer sustrato de especies fúngicas gastadas,
iii) desviar dicho primer sustrato de especies fúngicas gastadas a un fermentador de biogás anaeróbico como contribución a un material de biomasa de alimentación,
iv) desviar uno o más materiales de biomasa adicionales a dicho fermentador de biogás anaeróbico, como materiales de biomasa de desechos orgánicos que comprenden uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina,
v) realizar una fermentación anaeróbica de biogás utilizando dicho primer sustrato de especies fúngicas gastadas y dicho uno o más materiales de biomasa adicionales como materia prima de biomasa, y
vi) producir biogás por fermentación de dicha materia prima en condiciones de fermentación anaeróbica,
donde dicha fermentación anaeróbica de biogás genera un segundo material de biomasa fermentado.
El procedimiento en una realización según la presente descripción comprende la etapa adicional de fraccionar dicho segundo material de biomasa fermentado en fracciones sólidas y líquidas y obtener una fracción fibrosa sólida que comprende partes sólidas y líquidas.
El procedimiento en una realización según la presente descripción comprende además las etapas adicionales de i) proporcionar dicho segundo material de biomasa fermentada, o una fracción fibrosa sólida del mismo, como sustrato para cultivar una o más especies fúngicas, donde dicho segundo material de biomasa fermentada, o una fracción fibrosa sólida del mismo, comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina
ii) cultivar dicha una o más especies fúngicas en el sustrato proporcionado en la etapa i), donde dicho cultivo convierte, por hidrólisis, oxidación u otros componentes nutritivos macromoleculares presentes en dicho sustrato en
constituyentes nutrientes de menor peso molecular donde dicha conversión de dichos constituyentes de nutrientes macromoleculares se obtiene cuando dichas especies fúngicas están metabolizando dichos constituyentes macromoleculares, donde el cultivo de dichas especies fúngicas en dicho sustrato proporcionado en el paso i) genera un segundo sustrato de especies fúngicas gastadas que tiene una composición diferente en comparación con la composición del sustrato proporcionado en la etapa i),
iii) desviar dicho segundo sustrato de especies fúngicas gastadas a un fermentador de biogás anaeróbico como contribución a un material de biomasa de alimentación,
iv) desviar uno o más materiales de biomasa adicionales, preferiblemente de biomasa de desechos orgánicos que comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina, a dicho fermentador de biogás anaeróbico como una contribución adicional a la formación de una biomasa de alimentación material adecuado como sustrato para producir dicho biogás durante una fermentación anaeróbica de biogás,
v) realizar una fermentación anaeróbica de biogás utilizando dicho segundo sustrato de especies fúngicas gastadas y dicho uno o más materiales de biomasa adicionales, preferiblemente materiales de biomasa de desechos orgánicos, como materia prima de biomasa, y
vi) producir biogás por fermentación de dicha materia prima en condiciones de fermentación anaeróbica, donde dicha fermentación anaeróbica de biogás genera adicionalmente un tercer material de biomasa fermentado.
El procedimiento en una realización según la presente descripción comprende además las etapas adicionales de i) proporcionar dicho tercer material de biomasa fermentada, o una fracción fibrosa sólida del mismo, como sustrato para cultivar una o más especies fúngicas, donde dicho tercer material de biomasa fermentada, o una fracción fibrosa sólida del mismo, comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina,
ii) cultivar dicha una o más especies fúngicas en el sustrato proporcionado en la etapa i), donde dicho cultivo convierte, por hidrólisis, oxidación u otros componentes nutritivos macromoleculares presentes en dicho sustrato en constituyentes nutrientes de menor peso molecular, donde dicha conversión de dichos constituyentes de nutrientes macromoleculares se obtiene cuando dichas especies fúngicas están metabolizando dichos constituyentes macromoleculares, donde el cultivo de dichas especies fúngicas en dicho sustrato proporcionado en el paso i) genera un tercer sustrato de especies fúngicas gastadas que tiene una composición diferente en comparación con la composición del sustrato proporcionado en la etapa i),
iii) desviar dicho tercer sustrato de especies fúngicas gastadas a un fermentador de biogás anaeróbico como contribución a un material de biomasa de alimentación,
iv) desviar uno o más materiales de biomasa adicionales, preferiblemente de biomasa de desechos orgánicos que comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina, a dicho fermentador de biogás anaeróbico como una contribución adicional a la formación de una biomasa de alimentación material adecuado como sustrato para producir dicho biogás durante una fermentación anaeróbica de biogás,
v) realizar una fermentación anaeróbica de biogás utilizando dicho tercer sustrato de especies fúngicas gastadas y dicho uno o más materiales de biomasa adicionales, preferiblemente materiales de biomasa de desechos orgánicos, como materia prima de biomasa, y
vi) producir biogás por fermentación de dicha materia prima en condiciones de fermentación anaeróbica, donde dicha fermentación anaeróbica de biogás genera adicionalmente un cuarto material de biomasa fermentado.
La reutilización cíclica de a) sustrato de fermentación gastado en forma de material de biomasa fermentada, o una fracción fibrosa sólida del mismo, para el cultivo de especies fúngicas, y b) sustrato de especies fúngicas gastadas para realizar una fermentación anaeróbica de biogás, respectivamente, puede repetirse una o más veces, donde, preferentemente, el material de biomasa fermentada, o una fracción fibrosa sólida del mismo, proporcionó la etapa i) de dichos ciclos diferentes del procedimiento como sustrato para cultivar una o más especies fúngicas se obtiene de diferentes lotes de fermentaciones, y donde dichos diferentes lotes de fermentaciones, comprenden además la extracción por evaporación de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluido el amoníaco, de dichos materiales de biomasa fermentada por lotes, proporcionando así un sustrato para cultivar dicha una o más especies fúngicas que tienen una menor cantidad de compuestos de nitrógeno inorgánico en comparación con un sustrato del que no hay compuestos que contengan nitrógeno volátil se habían eliminado antes del cultivo de dichas especies fúngicas.
La fermentación anaeróbica de biogás a la que se desvían los sustratos de especies fúngicas gastados y el uno o más materiales de biomasa adicionales, preferentemente materiales de biomasa de desechos orgánicos, es preferentemente la misma fermentación de biogás anaeróbica continua, y preferentemente los materiales de biomasa de fermentación anaeróbica gastada de dicha fermentación continua de biogás anaeróbico se desvían continuamente de dicho fermentador de biogás anaeróbico y se combinan con materiales de biomasa gastados de dichas fermentaciones discontinuas antes de que dichos materiales de biomasa gastados sean utilizados como sustratos para el cultivo de células fúngicas.
En una realización según la presente descripción, los materiales de biomasa gastados son separados, secados y/o
fraccionados mediante un procedimiento para la separación y secado de un material de biomasa según la presente descripción.
Un procedimiento para fermentar secuencial y diferencialmente un material de biomasa que comprende diferentes fuentes de bioenergía
En otro aspecto adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para fermentar secuencial y diferencialmente un material de biomasa que comprende diferentes fuentes de bioenergía, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) fermentar una o más primeras fuentes de bioenergía fermentables que forman parte de un material de biomasa fermentable que comprende además una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales,
ii) producir a) uno o más productos de fermentación que comprenden, o se seleccionan, biogás y gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y b) un primer material de biomasa fermentada, fermentando preferentemente una o más de estas primeras fuentes de bioenergía fermentable, donde dicho primer material de biomasa fermentada comprende una cantidad reducida de dicho uno o más de las primeras fuentes de bioenergía fermentables, y esencialmente todas, o al menos la mayoría de dichas una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales,
iii) desviar dicho primer material de biomasa fermentada a una instalación de cultivo de fúngicos y cultivar células fúngicas en dicho primer material de biomasa fermentada,
iv) producir a) biomasa de células fúngicas, y b) un material de biomasa de sustrato fúngico gastado, metabolizando dichas una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales y cualquier otra fuente de bioenergía fermentable restante, donde dicho material de biomasa de sustrato fúngico gastado comprende una cantidad reducida de dicha una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales y primeras fuentes de bioenergía fermentables generadas por el metabolismo celular fúngico de dichas una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales,
v) cosechar dicha biomasa de células fúngicas,
vi) desviar dicho material de biomasa sustrato fungoso gastado a un fermentador de biogás anaeróbico como materia prima de biomasa,
vii) suplementar la materia prima de biomasa en dicho fermentador de biogás anaeróbico con uno o más materiales de biomasa de desechos orgánicos, donde dicho uno o más materiales de biomasa de desechos orgánicos comprenden fuentes de bioenergía fermentables seleccionadas de las primeras fuentes de bioenergía y/o una o más fuentes de bioenergía adicionales, una o más fuentes de bioenergía adicionales,
viii) fermentar dichos materiales combinados de biomasa de alimentación en condiciones de fermentación anaeróbica, y
ix) producir a) uno o más productos de fermentación que comprenden, o se seleccionan, biogás y gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y b) además un primer material de biomasa fermentada, fermentando preferentemente una o más de estas primeras fuentes de bioenergía fermentables presentes en la materia prima combinada de biomasa,
donde además dicho primer material de biomasa fermentada comprende una cantidad reducida de dicha una o más de las primeras fuentes de bioenergía fermentables, y esencialmente todas, o al menos la mayoría de dichas una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales.
El procedimiento en una realización según la presente descripción comprende además las etapas adicionales de x) producir a) biomasa adicional de células fúngicas, y b) material adicional de biomasa de sustrato fúngico gastado, al metabolizar dichas una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales y cualquier otra fuente de bioenergía fermentable restante, donde dicho material de biomasa de sustrato fúngico gastado adicional comprende una cantidad reducida de dicha una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales y, en primer lugar, fuentes de bioenergía fermentables generadas por el metabolismo celular fúngico de dichas una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales,
xi) recolectar dicha biomasa adicional de células fúngicas,
xii) desviar dicho material de biomasa de sustrato fúngico gastado adicional que comprende las primeras fuentes de bioenergía fermentables generadas por el metabolismo de las células fúngicas de dichas una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales a un fermentador de biogás anaeróbico como material de biomasa de alimentación,
xiii) producir a) además, uno o más productos de fermentación que comprenden, o se seleccionan, biogás y gases que comprenden compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y b) adicionalmente un primer material de biomasa fermentada, fermentando preferentemente una o más de estas primeras fuentes de bioenergía fermentables presentes en la materia prima combinada de biomasa,
donde adicionalmente dicho primer material de biomasa fermentada comprende una cantidad reducida de una o más de las primeras fuentes de bioenergía fermentables, y esencialmente todas, o al menos la mayoría de una o más fuentes de bioenergía fermentables adicionales.
El material de biomasa fermentable proporcionado en la etapa i) es, en una realización, según la presente descripción, un material de biomasa parcialmente desgasificado obtenido mediante la realización de una fermentación anaeróbica
inicial que da como resultado la producción de una fracción gaseosa que comprende amoníaco y biogás. En consecuencia, el material de biomasa fermentare se obtiene preferentemente de diferentes lotes de fermentaciones, y el procedimiento puede comprender la etapa adicional de extracción por evaporación de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluido amoníaco, de dichos materiales de biomasa fermentada, proporcionando así un sustrato para cultivar dicha una o más especies fúngicas que tienen una menor cantidad de compuestos inorgánicos de nitrógeno en comparación con un sustrato del cual no se han eliminado compuestos que contienen nitrógeno volátil antes del cultivo de dichas especies fúngicas.
La fermentación anaeróbica de biogás a la que se desvían sustratos de especies fúngicas gastadas y el uno o más materiales de biomasa adicionales, preferentemente materiales de biomasa de desechos orgánicos, es preferentemente la misma fermentación de biogás anaeróbica continua, y preferentemente los materiales de biomasa de fermentación anaeróbica gastada de dicha fermentación continua de biogás anaeróbico se desvían continuamente de dicho fermentador de biogás anaeróbico y se combinan con materiales de biomasa gastados de dichas fermentaciones discontinuas antes de que dichos materiales de biomasa gastados sean utilizados como sustratos para el cultivo de células fúngicas.
En una realización según la presente descripción, los materiales de biomasa gastados son separados, secados y/o fraccionados mediante un procedimiento para la separación y secado de un material de biomasa según la presente descripción.
Un procedimiento para producir y recolectar los primeros y segundos compuestos volátiles a través de fermentaciones secuenciales de un material de biomasa fermentable
Este es un aspecto de la presente descripción para proporcionar un procedimiento para producir y recolectar los primeros y segundos compuestos volátiles a través de fermentaciones secuenciales de un material de biomasa fermentable, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
i) realizar una primera fermentación anaeróbica de un primer material de biomasa fermentable, como en una o más instalaciones de fermentación previa o en la primera(s) unidad(es) de instalación de fermentación, obteniendo así un primer material de biomasa fermentada, y produciendo y recolectando los primeros compuestos que contienen nitrógeno volátil,
ii) separar parcialmente al menos el primer material de biomasa fermentada de los primeros compuestos volátiles que contienen nitrógeno y obtener una primera biomasa fermentada separada que tiene un contenido reducido de los primeros compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y/o un contenido reducido de carbono y nitrógeno que contienen compuestos precursores capaces de convertirse en primeros compuestos volátiles que contienen carbono y nitrógeno durante una fermentación,
iii) desviar la primera biomasa separada y fermentada a una segunda instalación de fermentación para producir los segundos compuestos volátiles que contienen metano, y
iv) realizar una segunda fermentación anaeróbica de la primera biomasa fermentada separada, opcionalmente suplementada con material de biomasa de desecho orgánico adicional, en la segunda instalación de fermentación, obteniendo así un segundo material de biomasa fermentada, y produciendo y recolectando al menos los segundos compuestos que contienen metano volátil.
Se entiende que el procedimiento para producir y recoger el primer y segundo de los compuestos volátiles a través de fermentaciones secuenciales de un material de biomasa fermentable, como se describe anteriormente en esta invención, se puede combinar con cualquiera de los otros procedimientos definidos según la descripción.
En una realización según la presente descripción, al menos algunos de dichos primeros compuestos que contienen nitrógeno volátil producidos a partir de la fermentación del primer material de biomasa fermentable tienen un efecto inhibidor sobre la formación de segundos compuestos volátiles que contienen metano durante la fermentación del primer material de biomasa fermentable en dicha una o más instalaciones de pre-fermentación o primera(s) unidad(es) de instalación de fermentación, y se produce una mayor cantidad de segundos compuestos volátiles que contienen metano a partir de la fermentación anaeróbica de la primera biomasa fermentada separada en la segunda instalación de fermentación anaeróbica debido a la extracción de los primeros compuestos que contienen nitrógeno volátil de dicho primer material de biomasa fermentable, en dicha una o más instalación(es) de fermentación previa o primera(s) unidad(es) de instalación de fermentación.
En una realización según la presente descripción, los primeros compuestos volátiles comprenden amoníaco gaseoso. En una realización según la presente descripción, los segundos compuestos volátiles, los segundos compuestos que contienen metano volátil, forman colectivamente un gas que comprende metano, tal como un gas que comprende más del 50 % de metano, tal como más del 60 % de metano, tal como más del 70 % de metano, tal como más del 80 % de metano, tal como más del 90 % de metano, tal como más del 95 % de metano, o tal como más del 99 % de metano, tal como un biogás.
En una realización según la presente descripción,
a) la formación de primeros compuestos que contienen nitrógeno volátil inhibe la formación de segundos compuestos que contienen metano volátil durante la primera y/o segunda fermentación, y/o
b) al menos un 20 %, tal como el 30 %, tal como el 40 %, como al menos un 50 %, de N orgánico en la biomasa se convierte en amoníaco de N durante la primera fermentación anaeróbica, y/o
c) el amoniaco de N extraído del material orgánico en los pre-fermentadores/pre-reactores se desvían a un tanque extractor y de saneamiento y/o a una columna de absorción para el amoníaco de N extraído.
d) el amoníaco N extraído del material orgánico en los pre-fermentadores/pre-reactores se desvían a un vaporizador de N para el tratamiento de biomasas complejas tales como paja, hierba y similares, como se describe en la figura 12; y opcionalmente desviarse posteriormente a un separador y tanque de saneamiento y/o a una columna de absorción. En una realización según la presente descripción,
a) el procedimiento comprende además la etapa de mezclar la biomasa compleja en un primer tanque de mezcla antes de la primera fermentación en la(s) unidad(es) de pre-fermentación o de la primera instalación, donde dicha mezcla en una realización según la presente descripción comprende además la adición de cal y/o
b) la fermentación secuencial del material de biomasa fermentable comprende al menos tres etapas de fermentación separadas, y/o
c) la primera fermentación se realiza en condiciones termofílicas o mesofílicas, y/o
d) la temperatura para la fermentación del primer material de biomasa fermentable está en el intervalo de 25 °C a 55 °C, tal como de 25 °C a 28 °C, 28 °C a 30 °C, 30 °C a 32 °C, 32 °C a 35 °C, 35 °C a 38 °C, 38 °C a 42 °C, 42 °C a 45 °C, 45 °C a 48 °C, 48 °C a 52 °C, 52 °C a 55 °C, y/o
e) la fermentación del primer material de biomasa fermentable se realiza hasta que se produce una cantidad sustancial de primeros compuestos volátiles, donde una cantidad sustancial de primeros compuestos volátiles es una cantidad que tiene un efecto inhibidor sobre los organismos microbianos que realizan la fermentación e inhibe efectivamente el crecimiento y/o metabolismo de dichos organismos microbianos.
La separación de la primera biomasa fermentada y los primeros compuestos que contienen nitrógeno volátil se puede realizar de varias maneras según la presente descripción.
En una realización según la presente descripción, la etapa de separar los primeros compuestos volátiles del primer material de biomasa fermentable incluye desviar la primera biomasa fermentada a un extractor y tanque de saneamiento para la extracción de dichos primeros compuestos volátiles y calentar la primera biomasa fermentada del material, produciendo así un primer material de biomasa separado. La extracción del primer compuesto volátil incluye la extracción del amoníaco.
En una realización según la presente descripción
a) la primera biomasa fermentada separada se desvía a una unidad de presión y se somete a una hidrólisis térmica, produciendo así una biomasa fermentable al menos parcialmente hidrolizada, y/o
b) la primera biomasa fermentada se desvía a una instalación de fermentación que comprende fermentadores termofílicos y/o mesofílicos para la producción de biogás, y/o
c) el procedimiento comprende la etapa adicional de desviar material de biomasa no complejo a la unidad de presión y someter los materiales de biomasa combinados en la unidad de presión a una hidrólisis térmica, produciendo así una biomasa fermentable al menos parcialmente hidrolizada, y desviando la al menos parcialmente hidrolizada, biomasa fermentable a la segunda instalación de fermentación, y/o
d) el procedimiento comprende además la etapa de extracción al menos parcialmente de los primeros compuestos volátiles formados durante la hidrólisis térmica.
En una realización según la presente descripción, la hidrólisis térmica se produce en condiciones alcalinas predeterminadas, opcionalmente logradas mediante la adición de suficiente cal para alcanzar un pH en el intervalo de aproximadamente 9 a aproximadamente 12.
En una realización según la presente descripción, la hidrólisis del material de biomasa en la unidad de presión se realiza a una temperatura en el intervalo de 100 °C a preferentemente menos de 250 °C, bajo una presión de aproximadamente 2 a preferentemente menos de 20 bares, y con un tiempo de operación que varía preferentemente menos de 60 minutos, o hasta que la biomasa se hidroliza adecuadamente.
En una realización según la presente descripción, la biomasa al menos parcialmente hidrolizada de la unidad de presión se desvía a la(s) unidad(es) de pre-fermentación o primera instalación de fermentación para fermentación adicional. En una realización según la presente descripción, dicha biomasa al menos parcialmente hidrolizada y fermentada adicionalmente se desvía además a la extracción de amoníaco en una unidad de extracción y saneamiento.
En una realización según la presente descripción, la fermentación adicional es seguida por una hidrólisis térmica adicional en la unidad de presión para producir una biomasa adicional e incluso más hidrolizada.
En una realización según la presente descripción, el procedimiento comprende además fermentar la biomasa al menos parcialmente hidrolizada y opcionalmente además fermentada en la segunda instalación de fermentación para producir un biogás que comprende segundos compuestos volátiles.
En una realización según la presente descripción, la fermentación en la segunda instalación de fermentación comprende i) someter la biomasa al menos parcialmente hidrolizada o la biomasa hidrolizada adicional a las primeras condiciones de fermentación que dan como resultado la formación de una primera biomasa fermentada acondicionada; y ii) someter la primera biomasa fermentada acondicionada a una fermentación en un segundo conjunto de condiciones para producir una biomasa de fermentación y segundos compuestos volátiles. En una realización según la presente descripción, las primeras condiciones comprenden condiciones termofílicas y las segundas condiciones comprenden condiciones mesofílicas. En una realización según la presente descripción, las primeras condiciones comprenden condiciones mesofílicas y las segundas condiciones comprenden condiciones termofílicas.
En una realización según la presente descripción, al menos parte de la primera biomasa fermentada acondicionada se desvía a una primera unidad de mezcla y/o a las unidades de instalación de fermentación previa. En una realización según la presente descripción, al menos parte de la biomasa fermentada se desvía a una primera unidad de mezcla y/o a una o más de las unidades de instalación de fermentación previa.
También se proporciona un procedimiento para producir un primer compuesto volátil a través de la fermentación de un material de biomasa que comprende partes sólidas y/o líquidas, comprendiendo el procedimiento i) recibir el material de biomasa en una o más unidades de instalación de fermentación previa; y ii) realizar una primera fermentación del material de biomasa en una o más unidades de instalación de fermentación previa para producir un primer material de biomasa fermentada y al menos el primer compuesto volátil hasta que se produzca una cantidad sustancial del primer compuesto volátil.
También se proporciona un procedimiento para identificar una biomasa compleja, comprendiendo el procedimiento calcular el contenido de nitrógeno orgánico en relación con el contenido total del material de biomasa; y categorizando el material de biomasa como una biomasa compleja si el material de biomasa comprende un alto porcentaje de Nitrógeno orgánico.
La descripción en un aspecto adicional según la presente descripción está dirigida a una planta de instalación de fermentación secuencial para fermentar una biomasa fermentable y adaptada adecuadamente para generar al menos los primeros y segundos compuestos volátiles, comprendiendo dicha planta de instalación de fermentación i) una o más unidad(es) de instalaciones de fermentación previa para realizar una primera fermentación del material de biomasa fermentable,
ii) una unidad de separación operativamente conectada a la(s) unidad(es) de instalación de prefermentación para separar, al menos en parte, el primer material de biomasa fermentada de los primeros compuestos volátiles, obteniendo así una primera biomasa fermentada separada que comprende un contenido reducido de primeros compuestos volátiles y/o un contenido reducido de compuestos precursores que contienen carbono y nitrógeno capaces de convertirse durante una fermentación en primeros compuestos volátiles; y
iii) una segunda instalación de fermentación conectada operativamente a la unidad de separación para realizar una fermentación de la primera biomasa fermentada separada, produciendo así un material de biomasa fermentada adicional y segundos compuestos volátiles.
En una realización según la presente descripción,
- dicha unidad de separación comprende una unidad de extracción de N para la extracción de los primeros compuestos volátiles del material de biomasa fermentado en una o más unidades de instalación de fermentación previa, y/o - dicha unidad de extracción de N está conectada a una unidad de absorción para absorber y condensar los primeros compuestos volátiles extraídos del primer material de biomasa fermentada, y/o
- dicha unidad de separación comprende una unidad de saneamiento para desinfectar el primer material de biomasa fermentada, y/o
- dicha(s) unidad(es) de instalación de fermentación previa y la unidad de separación están conectadas de modo que el primer material de biomasa fermentada se desvía de la(s) unidad(es) de instalación de fermentación previa a la unidad de separación, y/o
- dicha planta de instalación de fermentación comprende además una unidad de presión adaptada para realizar una hidrólisis térmica, opcionalmente en condiciones alcalinas predeterminadas, del primer material de biomasa fermentado separado, donde la unidad de presión está operativamente conectada tanto a la unidad de separación como a la segunda instalación de fermentación, y/o
- dicha planta de instalación de fermentación comprende además un tanque extractor conectado a la unidad de presión para extraer los primeros compuestos volátiles de la biomasa hidrolizada, donde el tanque de extracción está
conectado a una unidad de absorción para absorber y condensar el primer compuesto volátil extraído, y/o
- dicha unidad de separación está conectada a la unidad de presión y/o a la segunda instalación de fermentación para que el primer material de biomasa fermentado extraído de los primeros compuestos volátiles pueda desviarse a la unidad de presión y/o a la segunda instalación de fermentación, y/o
- dicha planta de instalación de fermentación comprende además conexiones entre la(s) unidad(es) de instalación de fermentación previa, la unidad de separación y la unidad de presión,
- dicha unidad de presión está conectada con la segunda instalación de fermentación para desviar al menos parcialmente la biomasa hidrolizada, al menos parcialmente extraída de los primeros compuestos volátiles a la segunda instalación de fermentación, y/o
- una pluralidad de unidades de instalación de pre-fermentación están operativamente conectadas y donde la segunda instalación de fermentación comprende una pluralidad adicional de unidades de fermentación operativamente conectadas, y/o
- dichas unidades de instalación de fermentación están conectadas a la(s) unidad(es) de instalación de fermentación previa y/o a un primer tanque de mezcla para permitir el desvío de la primera biomasa fermentada desde la instalación de fermentación previa y/o desvío de biomasa desde el primer tanque de mezcla, y/o
- la instalación de fermentación está adaptada para recibir biomasa desde un tanque de recepción utilizando los primeros conectores de recepción, la unidad de presión está adaptada para recibir biomasa desde el tanque de recepción utilizando segundos conectores de recepción, y la unidad de instalación de fermentación previa está adaptada para recibir biomasa desde el tanque de recepción/el primer tanque de mezcla que utiliza el tercer conector de recepción, y/o
- la(s) unidad(es) de instalación de pre-fermentación está adaptada para producir la cantidad máxima del primer compuesto volátil incluso a expensas/con una cantidad menor de la producción del segundo compuesto volátil durante la primera fermentación; y la unidad de fermentación está adaptada para producir la cantidad máxima del segundo compuesto volátil a partir del material de biomasa que se ha extraído del primer compuesto volátil durante la etapa de pre-tratamiento en las primeras unidades de fermentación y/o la unidad de presión.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso se deriva de una biomasa desgasificada de la producción de biogás, cuya biomasa desgasificada se separa en una fracción líquida y una fracción sólida fibrosa. La fracción sólida fibrosa separada se desinfecta para reducir el contenido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, tales como el amoníaco, y para eliminar microorganismos viables.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa no se complementa con biomasa no fermentada. En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa no se suplementa con agua. En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa no se compostará y/o desarrollará calor a partir del compostaje de biomasa no fermentada y agua. En una realización según la presente descripción, los compuestos volátiles que contienen nitrógeno, tales como el amoníaco de la fracción sólida fibrosa, no se eliminan por evaporación del compostaje de biomasa no fermentada y agua.
Biomasas y fermentación
Una fermentación anaeróbica (o primera o segunda fermentación) según la descripción puede realizarse en condiciones termofílicas y/o en condiciones mesofílicas. En consecuencia, se puede realizar una fermentación anaeróbica realizando una fermentación anaeróbica en condiciones termofílicas o en condiciones mesofílicas, o realizando una fermentación anaeróbica en condiciones termofílicas seguida de una fermentación anaeróbica en condiciones mesofílicas, o realizando una fermentación anaeróbica en condiciones mesofílicas seguidas por una fermentación anaeróbica realizada en condiciones termofílicas.
Las condiciones termofílicas comprenden temperaturas que varían de 42 °C a 70 °C, tales como 45 °C a 60 °C, preferentemente de 48 °C a 52 °C. Las condiciones mesofílicas comprenden temperaturas de 21 °C a 42 °C, como 21 °C a 25 °C, por ejemplo, 25 °C a 30 °C, como 30 °C a 35 °C, por ejemplo 35 °C a 40 °C, como 40 °C a 42 °C. La fermentación anaeróbica termofílica y/o la fermentación anaeróbica mesofílica se realiza en una realización según la presente descripción durante aproximadamente 5 a 15 días, tal como 5 a 7 días, por ejemplo 7 a 10 días, tal como 1012 días, por ejemplo de 12 a 15 días.
El pH para una fermentación anaeróbica de un material de biomasa fermentable está en una realización según la presente descripción en el intervalo de aproximadamente de 7 a 8,5, preferentemente entre 7,4 y 8,4 y más preferentemente entre 7,8 y 8.
Los biomateriales según la presente descripción en una realización según la presente descripción comprenden una o más fuentes de carbono y una o más fuentes de nitrógeno. Las fuentes de carbono son típicamente polisacáridos o polímeros que comprenden polisacáridos. Los polisacáridos se hidrolizan y/u oxidan en constituyentes más pequeños,
tales como, por ejemplo, oligosacáridos y/o monosacáridos. Los polisacáridos ejemplares son celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa.
Los materiales de biomasa fermentables según la presente descripción en una realización contienen un máximo de 50 % de partes sólidas, tal como un máximo de 40 % de partes sólidas, por ejemplo un máximo de 30 % de partes sólidas, tales como un máximo de 20 % de partes sólidas en peso.
Los materiales de biomasa fermentables según la presente descripción en una realización tienen un contenido de fibras de preferentemente más del 5 % (w/w), por ejemplo más del 10 % (w/w), tales como más del 20 % (w/w), y preferentemente menos del 40 % (w/w).
Los materiales de biomasa según la descripción están en una realización, cualquier material de biomasa de desechos orgánicos y en una realización según la presente descripción seleccionada de materiales de biomasa de desechos orgánicos y estiércol de animales domésticos, incluyendo cerdos, ganado, y especies de aves domésticas.
El material de biomasa y el material de biomasa fermentable pueden usarse indistintamente en esta invención. En una realización según la presente descripción,
a) el material de biomasa comprende sustrato de hongo gastado,
b) el material de biomasa fermentable se selecciona del grupo que consiste en biomasas que comprenden estiércol y lodos, biomasas que comprenden residuos de cultivos, biomasas que comprenden cultivos de ensilado, biomasas que comprenden cadáveres de animales y fracciones de los mismos, productos de desecho de mataderos, productos de desecho de lácteos, harina de carne y hueso, y productos de desecho de categoría animal 2, incluida cualquier combinación de los mismos, y/o
c) el material de biomasa fermentable comprende una o más biomasas complejas (o residuos complejos), y/o d) el material de biomasa fermentable comprende una o más biomasas complejas, cada una de las cuales comprende un material de biomasa que tiene un alto porcentaje de nitrógeno orgánico, tal como al menos 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 10 kg, 15 kg, 20 kg, 25 kg o 30 kg de nitrógeno orgánico por tonelada de material de biomasa, y/o
e) el material de biomasa es un residuo agrícola complejo, tal como residuos de cultivos, específicamente paja, hierba y similares, y/o
f) el material de biomasa es una biomasa compleja que comprende proteínas, sustancias oleosas y grasas, y/o g) la biomasa compleja se selecciona del grupo que consiste en desechos municipales orgánicos, desechos de alimentos, productos de desechos industriales orgánicos fermentables, productos de desechos de pescado, desechos de mataderos; cama profunda o estiércol de animales, especialmente de bovinos, cerdos y aves de corral; cadáveres de animales y/o sus fracciones, harina de carne y huesos, plasma sanguíneo y cualquier producto procedente de animales, paja, fibras y aserrín, incluida cualquier combinación de los mismos, y/o
h) el material de biomasa contiene un máximo del 50 % de partes sólidas, tal como un máximo del 40 %, 30 %, 20 % o 10 % de partes sólidas, y/o
i) el material de biomasa está en estado fluido y comprende un máximo del 10 % de partes sólidas, y/o
j) el material de biomasa es una suspensión líquida obtenida mediante la adición de agua y/o agua que contiene una baja concentración de material orgánico, preferentemente menos del 10 % de partes sólidas.
En una realización según la presente descripción, el material de biomasa es fermentable. En una realización según la presente descripción, el material de biomasa se trata previamente para aumentar el potencial de fermentación, el potencial de digestión y/o el potencial como sustrato.
En una realización según la presente descripción, el material de biomasa utilizado en la producción de biogás comprende un residuo agrícola complejo pre-tratado, tal como paja y similares, que se ha tratado con vapor caliente y húmedo que comprende N, en una realización según la presente descripción desde el secador a través del vaporizador de N.
Fracción sólida fibrosa/Fraccionamiento de material de biomasa gastada
En una realización de la descripción, el material de biomasa fermentada (tal como el primer y/o segundo material de biomasa fermentada) se fracciona en partes sólidas y líquidas, generando así una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas, y al menos una fracción líquida. En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa comprende uno o más constituyentes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina. El fraccionamiento (o separación) en una realización según la presente descripción se realiza antes de ser desviado a una instalación de cultivo fúngico.
En una realización de la descripción, la fracción sólida fibrosa está sujeta a uno o más tratamientos adicionales. Las etapas adicionales son adecuadas para generar un sustrato sólido fibroso final y listo para usar adecuado para cultivar células de Basidiomiceto, y que tiene un contenido reducido de compuestos de nitrógeno inorgánico.
Un tratamiento de saneamiento reduce o elimina microorganismos viables indeseables presentes en la fracción sólida fibrosa, y/o reduce el contenido de compuestos volátiles inorgánicos indeseables que contienen nitrógeno presentes en la fracción sólida fibrosa.
El tratamiento de saneamiento en una realización según la presente descripción extrae o elimina por evaporación el gas de amoníaco acuoso de la fracción sólida fibrosa. Resulta que dicha separación reduce la cantidad de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y/o compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico, tales como amonio y sales de amonio, en la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico.
En una realización de la presente descripción, la fracción sólida fibrosa obtenida del material de biomasa desgasificada se somete a un tratamiento de saneamiento, en una realización según la presente descripción antes del cultivo de especies de Basidiomiceto en dicha fracción sólida fibrosa.
En una realización según la presente descripción, un tratamiento de saneamiento comprende evaporar uno o más compuestos volátiles en condiciones de evaporación predeterminadas caracterizadas al menos por el calentamiento de la fracción sólida fibrosa a una temperatura de al menos 70 °C en condiciones de pH alcalino y a presión suficiente para evaporar dichos compuestos volátiles.
Un tratamiento de saneamiento según la descripción en una realización comprende a) calentar la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una temperatura de más de 70 °C, y opcionalmente comprende además b) someter la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una presión de más de 1 bar.
En una realización según la presente descripción, dicha fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico se somete a calentamiento suficiente para evaporar los compuestos volátiles inorgánicos de nitrógeno presentes en la fracción sólida fibrosa, convirtiendo así dichos compuestos inorgánicos de nitrógeno en compuestos volátiles que contienen nitrógeno gaseoso, incluido el amoníaco.
El tratamiento de saneamiento en una realización según la presente descripción comprende la etapa de calentar la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una temperatura de 70 °C a 500 °C, tal como 70 a 80 °C, por ejemplo 80 a 90 °C, tal como 90 a 100 °C, por ejemplo 100 a 110 °C, tal como 110 a 120 °C, por ejemplo 120 a 130 °C, tal como 130 a 140 °C, por ejemplo 140 a 150 °C, tal como 150 a 160 °C, por ejemplo 160 a 170 °C, tal como 170 a 180 °C, por ejemplo 180 a 190 °C, tal como 190 a 200 °C, por ejemplo 200 a 250 °C, tal como 250 a 300 °C, por ejemplo 300 a 350 °C, tal como 350 a 400 °C, por ejemplo 400 a 450 °C, tal como 450 a 500 °C.
En una realización según la presente descripción, el calentamiento de la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una temperatura de 70 °C a 500 °C, preferentemente de 70 °C a 200 °C, da como resultado la formación de un gas de amoníaco acuoso que tiene una temperatura de más de 70 °C.
Independientemente de las etapas descritas anteriormente, la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico está en una realización según la presente descripción sometida a una presión de 1 a 10 bares; tal como 1 a 2 bares, por ejemplo 2 a 3 bares, tal como 3 a 4 bares, por ejemplo 4 a 5 bares, tal como 5 a 6 bares, por ejemplo 6 a 7 bares, tal como 7 a 8 bares, por ejemplo 8 a 9 bares, tal como 9 a 10 bares.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico se calienta y se seca, tal como se calienta y se seca en un secador, tal como un secador de tambor.
En una realización según la presente descripción, el valor de pH de las partes fluidas o líquidas de dicha fracción sólida fibrosa es preferentemente superior a pH = 7,5, por ejemplo, por encima de pH 8,0, tal como por encima de pH 8,5, al menos durante dicho tratamiento de saneamiento.
La fracción sólida fibrosa, después de la separación del gas de amoníaco acuoso, contiene preferentemente una cantidad reducida de compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico, tal como menos del 70 % de la cantidad de compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico presentes en la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico antes de la extracción del gas de amoníaco acuoso de la fracción sólida fibrosa; tal como de aproximadamente del 20 % al 25 %, del 25 al 30 %, del 30 % al 40 %, del 40 % al 50 %, del 50 % al 55 %, del 55 % al 60 %, del 60 % al 65 % o del 65 al 70 % de la cantidad de dichos compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico presentes en la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico antes de extraer el gas de amoníaco acuoso de la fracción sólida fibrosa.
Los compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico en una realización según la presente descripción comprenden compuestos de amonio capaces de convertirse en gas de amoníaco durante dicho tratamiento de saneamiento.
La fracción sólida fibrosa es preferentemente adecuada para cultivar células de basidiomiceto y capaz de retener un contenido deseado de agua. El sustrato sólido fibroso en una realización de la descripción comprende partículas fibrosas que tienen un tamaño de partícula promedio de más de 100 micras (j), tal como más de 200 |j, por ejemplo más de 300 j , tal como más de 400 j, por ejemplo más de 500 j , como más de 600 j , por ejemplo más de 700 j, como más de 800 j , por ejemplo más de 900 j, como más de 1000 j.
El sustrato sólido fibroso en una realización según la presente descripción comprende partículas fibrosas que tienen un tamaño medio de partícula de 200 j a 300 j , tal como 300 a 400 j, por ejemplo 400 a 500 j, tal como 500 a 600 j , por ejemplo 600 a 700 j, tal como 700 a 800 j, por ejemplo 800 a 900 j, tal como 900 a 1000 j, por ejemplo 1000 a 1200 j, tal como 1250 a 1500 j, por ejemplo 1500 a 2000 j.
El sustrato sólido fibroso en una realización según la presente descripción puede contener un contenido mínimo de agua, calculado en masa, que está al menos en el intervalo de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 80 %, tal como del 10 % al 20 %, por ejemplo del 20 % al 30 %, tal como del 30 % al 40 %, por ejemplo del 40 % al 50 %, tal como del 50 % al 60 %, por ejemplo del 60 % al 70 %, tal como del 70 % al 80 %,
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa se drena, se separa y/o se extrae del amoníaco.
En una realización según la presente descripción, la descripción comprende una etapa adicional de drenaje de partes líquidas de la fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas y obtención de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que tiene una materia seca total contenido de más de aproximadamente el 25 % (w/w), tal como más del 30 % (w/w), por ejemplo más del 35 % (w/w), y una fracción líquida residual.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa se complementa con una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario sólido y/o líquido.
Para obtener una consistencia "esponjosa" del sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células de Basidiomiceto, la mayoría, y en algunos casos esencialmente todos, los sólidos inorgánicos presentes en el material de biomasa se separan de la fracción sólida fibrosa. La presencia de sólidos inorgánicos en cantidades excesivas e indeseables reducirá la capacidad de retención de agua del sustrato sólido fibroso.
La extracción del gas de amoníaco acuoso que da como resultado una reducción de la cantidad de compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico presentes en la fracción sólida fibrosa genera una fracción sólida fibrosa extraída de amoníaco que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico. En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa contiene de aproximadamente 0,5 kg a aproximadamente 4,0 kg de nitrógeno inorgánico (NH4 - N) por tonelada de fracción sólida fibrosa, tal como 0,5 a 1,0 kg, por ejemplo 1,0 a 1,2 kg, tal como 1,2 a 1,4 kg, por ejemplo 1,4 a 1,5 kg, como 1,5 a 1,6 kg, por ejemplo 1,6 a 1,8 kg, como 1,8 a 2 kg, por ejemplo 2 a 2,5 kg, como 2,5 a 3 kg, por ejemplo 3 a 3,5 kg, tal como 3,5 a 4 kg de nitrógeno inorgánico (NH4 - N) por tonelada de fracción sólida fibrosa.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa despojada de amoníaco que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico contiene de aproximadamente 3 kg a aproximadamente 80 kg, tal como de aproximadamente 3 kg a aproximadamente 80 kg, nitrógeno orgánico por tonelada de fracción sólida fibrosa, por ejemplo 3 a 5, tal como 5 a 10, por ejemplo 10 a 11, tal como 11 a 12, por ejemplo 12 a 13, tal como 13 a 14, por ejemplo 14 a 15, tal como 15 a 16, por ejemplo 16 a 17, tal como 17 a 18, por ejemplo 18 a 19, tal como 19 a 20, por ejemplo 20 a 25, tal como 25 a 30 kg, por ejemplo 25 a 30, tal como 30 a 35 kg por ejemplo 35 a 40, tal como 40 a 50 kg por ejemplo 50 a 60, tal como 60 a 70 kg por ejemplo 70 a 80 kg de nitrógeno orgánico por tonelada de fracción sólida fibrosa.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa despojada de amoníaco que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico contiene menos de 2,0 kg de NH 3 por tonelada de fracción sólida fibrosa, tal como menos de 1,8 kg, por ejemplo menos de 1,6 kg, tal como menos de 1,4 kg, por ejemplo menos de 1,2 kg, tal como menos de 1,0 kg, por ejemplo menos de 0,8 kg, tal como menos de 0,6 kg. En una realización preferida según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa contiene menos de 1,2 kg de NH 3 por tonelada de fracción sólida fibrosa.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa despojada de amoníaco que comprende
partes de nitrógeno orgánico e inorgánico contiene 0,1 - 0,4 kg de NH 3 por tonelada de fracción sólida fibrosa, tal como 0,4 - 0,6 kg NH 3, por ejemplo 0,6 - 0,8 kg NH 3, tal como 0,8 - 1,0 kg NH 3, por ejemplo 1,0 - 1,2 kg NH 3. Puede ser deseable ajustar el pH del sustrato sólido fibroso. El pH del sustrato sólido fibroso se ajusta en una realización según la presente descripción mediante la adición de composiciones de sustrato a la fracción sólida fibrosa para obtener un sustrato sólido fibroso con partes líquidas que tienen, o se ajustan para tener, un valor de pH de 5,0 a 7,5.
Una vez que se ha controlado la composición nutritiva del sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células de Basidiomiceto y se ha fabricado un sustrato sólido fibroso final, se puede poner en contacto el sustrato sólido fibroso con una o más especies de células de Basidiomiceto, o esporas, y cultivar dichas células de Basidiomiceto, o esporas, en dicho sustrato sólido fibroso.
Al someter el material de biomasa a una o más etapas de separación que dan como resultado la provisión de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y al menos una fracción líquida, y por evaporación de dicha fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, un gas acuoso que además comprende uno o más compuestos volátiles, y que obtiene una fracción sólida fibrosa que comprende partes orgánicas e inorgánicas de nitrógeno de las cuales dichos uno o más compuestos volátiles se han eliminado por evaporación, la presente descripción proporciona un procedimiento para controlar la composición de nutrientes de un sustrato sólido fibroso adecuado para el cultivo de células de Basidiomiceto.
Al menos uno de dichos uno o más nutrientes se puede extraer como compuestos volátiles de dicha fracción sólida fibrosa por evaporación en condiciones predeterminadas, donde dichos uno o más nutrientes se convierten en uno o más compuestos volátiles que se extraen y eliminan de la composición del sustrato sólido fibroso final. El nutriente se encuentra en una realización según la presente descripción de compuestos nutritivos que contienen nitrógeno y/o azufre inorgánico evaporable o extraíble. Dichos compuestos se pueden extraer como sus equivalentes gaseosos, tales como, por ejemplo, amoníaco y sulfuro de hidrógeno. Por consiguiente, los compuestos nutritivos inorgánicos evaporables o extraíbles que contienen nitrógeno y/o azufre pueden considerarse compuestos volátiles precursores a este respecto.
La evaporación de dicho uno o más compuestos volátiles en una realización según la presente descripción comprende un tratamiento de calentamiento y secado de la fracción sólida fibrosa que comprende las etapas de calentamiento de la fracción sólida fibrosa a una temperatura de al menos 70 °C bajo condiciones de pH alcalino, es decir, un pH superior a 7, tal como superior a 7,5, por ejemplo un pH superior a 8,0, y a una presión suficiente para evaporar dichos compuestos volátiles.
Cualquiera de los tratamientos mencionados anteriormente, que incluyen evaporación, extracción, separación y/o saneamiento, servirá para proporcionar A) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que tiene i) un mayor contenido (w/w) de compuestos de nitrógeno orgánico, ii) un contenido reducido (w/w) de compuestos volátiles, o un compuesto precursor volátil, y iii) un contenido reducido (w/w) de agua, y B) un gas acuoso que comprende además dicho uno o más compuestos volátiles, incluyendo amoníaco.
En una realización según la presente descripción, se seleccionan compuestos volátiles que contienen nitrógeno del grupo que consiste en amoníaco gaseoso, amoníaco, nitrógeno inorgánico; un gas acuoso que comprende amoníaco; un gas acuoso que comprende amoníaco y compuestos volátiles que contienen azufre.
En una realización según la presente descripción, un compuesto que contiene nitrógeno volátil comprende además compuestos que contienen azufre volátil, incluido el sulfuro de hidrógeno.
En una realización según la presente descripción, un compuesto volátil precursor se selecciona de amonio y sales de amonio.
En una realización según la presente descripción, un compuesto que contiene metano volátil forma colectivamente un gas que comprende metano, tal como un gas que comprende más del 50 % de metano, tal como más del 60 % de metano, tal como más del 70 % de metano, tal como más del 80 % de metano, tal como más del 90 % de metano, tal como más del 95 % de metano, o tal como más del 99 % de metano, tal como un biogás.
Un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos
Es un aspecto adicional de la presente descripción proporcionar un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos obtenido mediante un procedimiento que comprende las etapas de
a. proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
b. someter el material de biomasa a una o más etapas de separación que dan como resultado la provisión de a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y b) al menos una fracción líquida que comprende partes que contienen fósforo orgánico e inorgánico sólido y líquido,
c. someter la fracción sólida fibrosa a un tratamiento de saneamiento que comprende una o más etapas de saneamiento, donde dicho tratamiento a) reduce o elimina los microorganismos viables presentes en la fracción sólida fibrosa, y/o b) reduce el contenido de compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa, y
d. obtener un sustrato sólido fibroso que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico que tienen un contenido reducido de compuestos que contienen nitrógeno volátil,
e. opcionalmente someter dicha fracción sólida fibrosa a una o más condiciones de calentamiento, secado, evaporación, presión y/o pH alcalino,
f. opcionalmente, agregar a dicha fracción sólida fibrosa una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos, y
g. comprimir dicha fracción sólida fibrosa, generando así un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
En una realización según la presente descripción, no se agrega biomasa no fermentada y/o agua a la fracción sólida fibrosa. En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa no se deja compostar.
En una realización según la presente descripción, el saneamiento de la etapa c. no comprende el compostaje. En una realización según la presente descripción, el saneamiento de la etapa c. no comprende la adición de biomasa no fermentada y/o agua a la fracción sólida fibrosa.
En una realización según la presente descripción, dichas una o más etapas de saneamiento de la etapa c. comprende i) calentar la fracción sólida fibrosa a una temperatura de más de 70 °C, opcionalmente en condiciones de pH alcalino, y opcionalmente ii) someter la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una presión de más de 1 bar.
En una realización según la presente descripción, se proporciona un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos obtenido mediante un procedimiento que comprende las etapas de
a. proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
b. someter el material de biomasa fermentada de la etapa a) a una o más etapas de separación que den como resultado la provisión de
i) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, y que tiene un contenido reducido (w/w) de agua, y que comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa, y
ii) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas orgánicas e inorgánicas que contienen fósforo,
c. someter la fracción sólida fibrosa de la etapa b. a un tratamiento de saneamiento y extracción de N que comprende las etapas de
i) calentar la fracción sólida fibrosa a una temperatura de más de 70 °C, opcionalmente bajo condiciones de pH alcalino, y opcionalmente ii) someter la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una presión de más de 1 bar, donde dicho tratamiento i) reduce o elimina los microorganismos viables presentes en la fracción sólida fibrosa, y ii) reduce el contenido de compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa, y
d. obtener un sustrato sólido fibroso que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico que tienen un contenido reducido de compuestos que contienen nitrógeno volátil,
e. opcionalmente someter dicha fracción sólida fibrosa a una o más condiciones de calentamiento, secado, evaporación, presión y/o pH alcalino,
f. opcionalmente, agregar a dicha fracción sólida fibrosa una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos, y
g. comprimir dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d., e. y/o f., generando así un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
Obtenido por es idéntico a obtenible por. A este respecto, se entiende que la etapa de comprimir dicha fracción sólida fibrosa en gránulos puede obtenerse mediante cualquier procedimiento convencional conocido por el experto.
La compresión puede usarse en esta invención de manera intercambiable con los términos densificación y/o compactación, por lo que la fracción sólida fibrosa se comprime, densifica y/o compacta.
La fracción sólida fibrosa comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico obtenidas según la descripción que tiene i) un contenido aumentado (w/w) de compuestos de nitrógeno orgánico, ii) un contenido reducido (w/w) de
compuestos volátiles, o compuesto precursor volátil, y iii) un contenido reducido (w/w) de agua.
La fracción sólida fibrosa de las etapas d), e) y f) puede procesarse adicionalmente por cualquier medio y procedimiento como se describe en esta invención, antes de la compresión en la etapa g).
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa se comprime en forma de gránulos. En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa se comprime usando una prensa peletizadora (también conocida como molino de gránulos). Dos tipos principales de molinos de gránulos son el molino de gránulos Flat Die y el molino de gránulos Ring Die, que están incluidos.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos tiene una densidad que es aproximadamente de 4 a 20 veces mayor que antes de la compresión, tal como 4 a 6 veces, tal como 6 a 8 veces, por ejemplo 8 a 10 veces, como 10 a 12 veces, por ejemplo 12 a 14 veces, como 14 a 16 veces, por ejemplo 16 a 18 veces, como 18 a 20 veces más que antes de la compresión.
En una realización según la presente descripción, la densidad del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos es de aproximadamente 200 kg/m3 a aproximadamente 800 kg/m3, tal como de aproximadamente 300 kg/m3 a aproximadamente 700 kg/m3, por ejemplo de aproximadamente 400 kg/m3 a aproximadamente 600 kg/m3, tal como de aproximadamente 450 kg/m3 a aproximadamente 550 kg/m3.
En una realización según la presente descripción, la densidad del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos es inferior a 800 kg/m3, como inferior a 700 kg/m3, por ejemplo inferior a 650 kg/m3, como inferior a 600 kg/m3, por ejemplo, menos de 550 kg/m3, como menos de 500 kg/m3, por ejemplo menos de 450 kg/m3, como menos de 400 kg/m3.
En una realización según la presente descripción, la densidad del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos es de 200 kg/m3 a 250 kg/m3, tal como 250 kg/m3 a 300 kg/m3, por ejemplo 300 kg/m3 a 350 kg/m3, como 350 kg/m3 a 400 kg/m3, por ejemplo 400 kg/m3 a 450 kg/m3, como 450 kg/m3 a 500 kg/m3, por ejemplo 500 kg/m3 a 550 kg/m3, como 550 kg/m3 a 600 kg/m3, por ejemplo 600 kg/m3 a 650 kg/m3, como 650 kg/m3 a 700 kg/m3, por ejemplo 700 kg/m3 a 750 kg/m3, como 750 kg/m3 a 800 kg/m3.
En una realización según la presente descripción, el diámetro del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos es de aproximadamente 6 a 20 mm, tal como 6 a 8 mm, por ejemplo 8 a 10 mm, tal como 10 a 12 mm, por ejemplo 12 a 14 mm, como 14 a 16 mm, por ejemplo 16 a 18 mm, como 18 a 20 mm.
En una realización según la presente descripción, el contenido de humedad de la fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se ajusta, tal como por secado y/o calentamiento.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se ajusta añadiendo uno o más aglutinantes y/o uno o más lubricantes antes de la compresión.
En una realización según la presente descripción, la compresión se produce a una temperatura apropiada, tal como una temperatura que es más alta que la temperatura ambiente.
En una realización según la presente descripción, la compresión se produce a una presión apropiada, tal como una presión que es adecuada para obtener la densidad requerida del gránulo.
La presión y la temperatura en la prensa peletizadora durante la compresión variarán según la densidad y el diámetro deseados del gránulo que se producirá, y la persona experta sabrá cómo lograr estos parámetros.
En una realización según la presente descripción, la presión y la temperatura son más bajas cuando los gránulos producidos están destinados al sustrato para la producción de hongos, que cuando los gránulos están destinados al uso como cama animal y/o fertilizante.
En una realización según la presente descripción, la temperatura durante la compresión es de 50 a 99 °C, tal como 55 a 60 °C, por ejemplo 60 a 65 °C, tal como 65 a 70 °C, por ejemplo 70 a 75 °C, como 75 a 80 °C, por ejemplo 80 a 95 °C, como 95 a 99 °C.
En una realización según la presente descripción, la presión durante la compresión es de 10 a 60 bares, tal como 10 a 15, por ejemplo 15 a 20, tal como 20 a 25, por ejemplo 25 a 30, tal como 30 a 35, por ejemplo 35 a 40, como 40 a 45, por ejemplo 45 a 50, como 50 a 55, por ejemplo 55 a 60 bares.
Por ejemplo, para la producción de gránulos que tienen un diámetro de 6 mm y una densidad de 600 kg/m3, la presión
puede alcanzar 50 bares y la temperatura 90 °C. Por ejemplo, para la producción de gránulos que tienen un diámetro de 12 mm y una densidad de 450 kg/m3, la presión puede ser de aproximadamente 20 bares y la temperatura de 80 °C.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos tiene un contenido seco de al menos el 75 %, tal como al menos el 80 %, por ejemplo al menos el 85 %, tal como al menos el 90 %, por ejemplo al menos el 95 %.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos tiene un contenido seco del 75 al 80 %, tal como del 80 al 85 %, por ejemplo del 85 al 90 %, tal como del 90 al 95 %.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos tiene un contenido de humedad menor o igual al 25 %, tal como menor o igual al 20 %, por ejemplo menor o igual al 15 %, tal como menor o igual al 10 %, por ejemplo menor o igual al 8 %.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos tiene un contenido de humedad del 2 al 3 %, tal como del 3 al 4 %, por ejemplo del 4 al 5 %, tal como del 5 al 6 %, por ejemplo del 6 al 7 %, como del 7 al 8 %, por ejemplo del 8 al 9 %, como del 9 al 10 %, por ejemplo del 10 al 12 %, como del 12 al 14 %, por ejemplo del 14 al 15 %, como del 15 al 16 %, por ejemplo del 16 al 18 %, como del 18 al 20 %. En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos tiene un contenido de humedad inferior al 10 %, tal como del 5 al 8 %.
En una realización según la presente descripción, el tratamiento de saneamiento de la etapa c) comprende una o más etapas de a) calentar la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una temperatura de más de 70 °C, opcionalmente en condiciones de pH alcalino, y/o b) someter la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una presión de más de 1 bar.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se calienta a una temperatura de 70 °C a 300 °C, tal como 70 a 80 °C, por ejemplo 80 a 90 °C, como 90 a 100 °C, por ejemplo 100 a 110 °C, como 110 a 120 °C, por ejemplo 120 a 130 °C, como 130 a 140 °C, por ejemplo 140 a 150 °C, como 150 a 160 °C, por ejemplo 160 a 170 °C, como 170 a 180 °C, por ejemplo 180 a 190 °C, como 190 a 200 °C, por ejemplo 200 a 250 °C, como 250 a 300 °C.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se somete a una presión de 1 a 10 bares; como 1 a 2 bares, por ejemplo 2 a 3 bares, como 3 a 4 bares, por ejemplo 4 a 5 bares, como 5 a 6 bares, por ejemplo 6 a 7 bares, como 7 a 8 bares, para ejemplo 8 a 9 bares, como 9 a 10 bares.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se somete a condiciones de pH alcalino, es decir, un pH superior a 7, tal como superior a 7,5, por ejemplo un pH superior a 8,0. En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se somete a un tratamiento de calentamiento y secado calentando dicha fracción sólida a una temperatura de al menos 70 °C a una presión suficiente para extraer dichos compuestos volátiles, y extracción de compuestos que contienen nitrógeno volátil, y opcionalmente también compuestos que contienen azufre, presentes en la fracción fibrosa sólida, generando así una fracción sólida fibrosa seca que tiene una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluidos compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico, y opcionalmente también una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen azufre, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos obtenido en la etapa g) se enfría, ya sea por enfriamiento activo en una instalación de enfriamiento o por enfriamiento pasivo permitiendo que el gránulo alcance la temperatura ambiente.
El calentamiento y el secado pueden realizarse usando cualquier procedimiento convencional conocido por el experto en la materia, tal como en una secadora, tal como una secadora de tambor.
En una realización según la presente descripción, la descripción comprende una etapa adicional de drenaje de partes líquidas de la fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas y obtención de una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que tiene un contenido de materia seca total de más de aproximadamente el 25 % (w/w), tal como más del 30 % (w/w), por ejemplo más del 35 % (w/w), y una fracción líquida residual.
Cuando se pretende usar como cama animal, en una realización según la presente descripción, la densidad del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos es de hasta 600 kg/m3, y/o el diámetro del gránulo es de 6-12 mm.
Cuando está destinado para su uso en la producción de hongos, en una realización según la presente descripción, la densidad del sustrato sólido fibroso en forma de gránulo es en una realización según la presente descripción de 6 a 8 veces mayor que antes de la compresión, y/o la densidad del gránulo es de 450 a 550 kg/m3, y/o el diámetro del gránulo es de 12-16 mm.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos se envasa en bolsas. En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos contiene de aproximadamente 0,2 kg a aproximadamente 4,0 kg de nitrógeno inorgánico (NH 4 - N) por tonelada, por ejemplo 0,2 a 0,5 kg, como 0,5 a 1,0 kg, por ejemplo 1,0 a 1,2 kg, como 1,2 a 1,4 kg, por ejemplo 1,4 a 1,5 kg, como 1,5 a 1,6 kg, por ejemplo 1,6 a 1,8 kg, como 1,8 a 2 kg, por ejemplo 2 a 2,5 kg, como 2,5 a 3 kg, por ejemplo 3 a 3,5 kg, como 3,5 a 4 kg de nitrógeno inorgánico (NH 4 - N) por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos contiene de aproximadamente 3 kg a aproximadamente 80 kg de nitrógeno orgánico por tonelada de sustrato sólido fibroso, por ejemplo 3 a 5, tal como 5 a 10, por ejemplo 10 a 11, como 11 a 12, por ejemplo 12 a 13, como 13 a 14, por ejemplo 14 a 15, como 15 a 16, por ejemplo 16 a 17, como 17 a 18, por ejemplo 18 a 19, como 19 a 20, por ejemplo 20 a 25, como 25 a 30 kg, como 30 a 35 kg por ejemplo 35 a 40, como 40 a 50 kg por ejemplo 50 a 60, como 60 a 70 kg por ejemplo 70 a 80 kg de nitrógeno orgánico por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos contiene menos de 1,0 kg de NH3 por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, tal como menos de 0,8 kg, por ejemplo menos de 0,7 kg, tal como menos de 0,6 kg, por ejemplo, menos de 0,5 kg, tal como menos de 0,4 kg, por ejemplo menos de 0,3 kg, tal como menos de 0,2 kg. En una realización preferida según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos contiene menos de 0,5 kg de NH3 por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos contiene 0,01 - 0,05 kg de NH3 por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, como 0,05 - 0,1 kg de NH3, por ejemplo 0,1 - 0,2 kg de NH3, como 0,2 - 0,3 kg de NH3, por ejemplo 0,3 - 0,4 kg de NH3, como 0,4 - 0,5 kg de n H3 por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulo comprende una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos. Esto es especialmente relevante cuando está destinado para su uso en instalaciones de producción, como la producción de hongos, así como estiércol/fertilizante. En una realización según la presente descripción, no se añaden composiciones de sustrato nutritivo suplementario cuando se pretende usar como cama para animales.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa se complementa con una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario sólido y/o líquido.
En una realización según la presente descripción, el material de biomasa se trata previamente antes de la fermentación anaeróbica y la producción de biogás para aumentar el potencial de fermentación y la producción de biogás a partir de dichas biomasas.
En una realización según la presente descripción, el material de biomasa para la fermentación anaeróbica y la producción de biogás se complementa con un residuo agrícola complejo pre-tratado, tal como paja y similares, que se ha tratado con vapor caliente y húmedo que comprende N, en una realización según la presente descripción del secador a través del vaporizador de N. En una realización según la presente descripción, dicho material de biomasa pre-tratado se tritura antes de la fermentación anaeróbica y la producción de biogás.
En una realización según la presente descripción, la una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos se seleccionan individualmente del grupo que consiste en proteínas, C, N, P y K. Se entiende que la composición del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos puede ajustarse y optimizarse según el uso previsto, tal como agregando nutrientes de valor para la producción de hongos (generalmente o para tipos específicos de hongos), o agregando nutrientes de valor como fertilizante.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos que comprende una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario sólido y/o líquido, donde el sustrato sólido fibroso se obtiene controlando la composición nutritiva y/o el contenido de humedad mediante la conversión de dicho una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario en uno o más compuestos volátiles y evaporando dicho uno o más
compuestos volátiles de dicha fracción sólida fibrosa.
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa en forma de gránulos se complementa con un residuo agrícola complejo pre-tratado, tal como paja y similares, que se ha tratado con vapor caliente y húmedo que comprende N, tal como a través de un vaporizador de N. En una realización según la presente descripción, dichos residuos agrícolas complejos pre-tratados se trituran y/o se secan antes de la compresión en un gránulo.
El sustrato sólido fibroso en forma de gránulos según la descripción es un sustrato listo para usar. En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos se usa directamente.
Cuando se usa para la cama para animales, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos podrá absorber líquidos tales como orina y heces.
Cuando se usa para fertilizante/acondicionador del suelo, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos podrá transportar los nutrientes y disolverse cuando esté en contacto con el suelo.
Cuando se usa para un sustrato para el crecimiento de hongos, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos se humedecerá mediante la adición de agua antes y/o simultáneamente con la producción de hongos, para obtener un sustrato fibroso humedecido.
Etapas adicionales del procedimiento
La fermentación de biomasa preferentemente da como resultado la producción de amoníaco. El vapor caliente y húmedo que comprende N, como el del secador (secador de tambor o de banda), se puede recoger en una o más unidades NS (unidades de extracción de N y saneamiento). Alternativamente, o adicionalmente, el vapor de N tibio y húmedo se puede desviar a un "vaporizador de N" (véase la figura 12).
El vaporizador de N utiliza vapor caliente y húmedo que comprende N del secador para tratar o pre-tratar materiales como residuos complejos, residuos agrícolas complejos y algunos residuos de categoría II, incluidos residuos de cultivos, paja, hierba y similares. Mediante este tratamiento, efectivamente el tratamiento con amoníaco, los materiales serán utilizables como i) biomasas valiosas para la producción de biogás, como ii) material de fibra para agregar al sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, como iii) un sustrato directamente utilizable para cultivar células fúngicas y/o esporas, o iv) un sustrato directamente utilizable como alimento para animales.
El vapor de N tibio y húmedo del secador se desvía en una realización según la presente descripción al vaporizador N (y/o NS1), junto con los residuos complejos tales como paja, hierba y similares, que primero se corta y/o se muele a la longitud deseada. Se pueden ajustar factores como el tiempo de retención, la temperatura, el pH y la humedad. Desde el vaporizador de N, el material tratado puede desviarse a uno o más de a) un molinillo y, posteriormente, un reactor de biogás, b) un dispositivo de acondicionamiento y/o riego y c) un molino y/o secador y, posteriormente, una prensa peletizadora. El vapor de N se desvía a NS1 para extracción y saneamiento (para reducir la carga de N en el sistema), y/o NS2 si el vapor de N ya no está muy caliente.
Los procedimientos de la presente descripción en una realización según la presente descripción comprenden una etapa de fermentación anaeróbica de pre-tratamiento seguida de a) una etapa de cocción a presión y una etapa de extracción de amoníaco, etapas que se realizan antes de al menos una posterior etapa de fermentación anaeróbica para la generación de biogás en la instalación de fermentación, o b) una etapa de extracción de amoníaco realizado antes de la al menos una etapa de fermentación anaeróbica posterior.
La etapa de fermentación previa al tratamiento da como resultado preferentemente la producción de amoníaco que se recoge y, por lo tanto, no se desvía a un fermentador de biogás adicional donde tiene lugar la producción de biogás predominantemente en la etapa de fermentación adicional.
Preferentemente, la etapa de fermentación previa al tratamiento según el primer aspecto de la presente descripción se realiza en combinación con una extracción de amoníaco y/o una etapa de recogida de amoníaco. Al extraer inicialmente el amoníaco en una etapa de fermentación previa al tratamiento, es posible aumentar la producción de biogás en una etapa de fermentación adicional en una segunda instalación de fermentación. En una realización según la presente descripción, la etapa de fermentación inicial previa al tratamiento no implica la fermentación termofílica. Por lo tanto, según una realización de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para producir primeros compuestos que contienen nitrógeno volátil que forman colectivamente amoníaco gaseoso y segundos compuestos que contienen metano volátil que forman colectivamente un biogás a través de fermentaciones secuenciales de un material de biomasa que comprende sólidos y/o partes líquidas
En una realización según la presente descripción, los procedimientos de la descripción comprenden además someter el material de biomasa, tal como un material de biomasa al menos parcialmente desgasificado, a una o más etapas de separación que dan como resultado la provisión de a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y b) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas que contienen fósforo orgánico e inorgánico.
En una realización según la presente descripción, los procedimientos de la descripción comprenden además separar partes sólidas y líquidas de la al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas que contienen fósforo orgánico e inorgánico por fraccionamiento y/o sedimentación, y obtener a) una fracción sólida fibrosa, b) una primera fracción o sedimento sólido con contenido de fósforo adecuado para ser utilizado o agregado a un fertilizante agrícola que contiene fósforo, y c) una primera fracción líquida de permeado que comprende partes sólidas y/o líquidas que contienen nitrógeno y/o fósforo.
En una realización según la presente descripción, la primera fracción o sedimento sólido que contiene fósforo y la primera fracción líquida de permeado de la descripción se obtiene haciendo pasar el material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas sobre una primera membrana de tamiz que permite la primera fracción sólida, que contiene fósforo, o sedimento, y la primera fracción líquida de permeado que pasa a través de la membrana, mientras que la fracción sólida fibrosa se retiene y, por lo tanto, se separa de la primera fracción sólida, que contiene fósforo, o sedimento, y la primera fracción líquida de permeado.
En una realización según la presente descripción, los procedimientos de la descripción comprenden la etapa adicional de drenar partes líquidas de la fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas y obtener una fracción líquida residual.
En una realización según la presente descripción, los procedimientos de la descripción comprenden la etapa adicional de combinar la fracción líquida residual y la primera fracción líquida de permeado en una fracción líquida combinada que comprende partes sólidas y líquidas, y someter dicha fracción líquida combinada que comprende partes sólidas y líquidas para una mayor separación de las partes sólidas y líquidas contenidas en ellas.
La fracción líquida combinada que comprende partes sólidas y líquidas se realiza en una realización según la presente descripción pasada sobre una segunda o más membranas de tamiz que tienen un tamaño de poro más pequeño que la primera membrana de tamiz, y la fracción líquida combinada que comprende partes sólidas y líquidas separadas en:
a) una segunda fracción o sedimento sólido que contiene fósforo,
b) una segunda fracción líquida de permeado, y
c) una fracción sólida concentrada que comprende partes sólidas y líquidas.
En una realización según la presente descripción, la separación comprende desviar la fracción líquida combinada que comprende partes sólidas y líquidas sobre o a través de la segunda o más membrana de tamiz, retener el concentrado de fracción sólida que comprende partes sólidas y líquidas y separar dicho concentrado de fracción sólida del segundo sólido, fracción que contiene fósforo o sedimento, y la segunda fracción de permeado líquido.
En una etapa aún más adelante, dichas primera y segunda fracciones o sedimentos sólidos que contienen fósforo se secan.
En una realización según la presente descripción, el amoníaco gaseoso generado durante la fermentación anaeróbica inicial se extrae del material de biomasa parcialmente desgasificado calentando el material de biomasa parcialmente desgasificado en un extractor designado y tanque de saneamiento a una temperatura de al menos aproximadamente 70 °C a una presión suficiente para extraer dichos compuestos volátiles, y recoger y/o almacenar el amoníaco gaseoso extraído, preferentemente almacenando el amoníaco extraído mediante la conversión del gas amoníaco en un compuesto de sal de amonio sólido mediante una reacción con un ácido adecuado.
En una realización según la presente descripción, la temperatura en el tanque extractor y de saneamiento es de 75 °C a 95 °C, tal como 78 °C a 90 °C, tal como 80 °C a 88 °C, tal como 82 °C a 85 °C.
En una realización según la presente descripción, el pH en el tanque extractor y de saneamiento se mantiene de 9 a 12, tal como 9,5 a 11,8, tal como 10 a 11,3, tal como 10,5 a 11. En una realización según la presente descripción, el pH se controla mediante la adición de cal al extractor y al tanque de saneamiento.
En una realización según la presente descripción, dicho tratamiento de saneamiento que reduce los contenidos de compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa, produce y/o evapora compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores.
En una realización según la presente descripción, dichos compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores se desvían y/o recogen en un tanque extractor y de saneamiento.
En una realización según la presente descripción, dichos compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores se desvían a un vaporizador de N y, opcionalmente, posteriormente a un extractor y tanque de saneamiento.
En una realización según la presente descripción, dichos compuestos que contienen nitrógeno volátil comprenden amoníaco gaseoso cuyo gas amoníaco se convierte en un compuesto de sal de amonio sólido por reacción con un ácido, tal como un ácido inorgánico u orgánico.
El gas de amoníaco extraído puede convertirse en un compuesto de sal de amonio sólido mediante una reacción con un ácido.
En una realización según la presente descripción, se almacena el compuesto de sal de amonio sólido. En una realización según la presente descripción, el compuesto de sal de amonio sólido se usa para enriquecer una composición, tal como un fertilizante agrícola.
Según la descripción, cualquier gas de amoníaco extraído se recoge y/o convierte en una fracción de compuesto de amonio sólido en una realización según la presente descripción que comprende uno o más compuestos inorgánicos de sal de amonio, como por ejemplo sulfato de amonio, después de un reacción con un ácido, como por ejemplo ácido sulfúrico, o cualquier otro ácido inorgánico u orgánico adecuado.
En una realización según la presente descripción, los procedimientos según la descripción comprenden además una o más de las etapas de
i) calentar la fracción sólida fibrosa a una temperatura de más de 70 °C, donde dicho calentamiento da como resultado la formación de un gas de amoníaco acuoso que tiene una temperatura de más de 70 °C, y/o
ii) extraer dicho gas de amoniaco acuoso que tiene una temperatura de más de 70 °C de la fracción sólida fibrosa drenada, y/o
iii) desviar el gas de amoníaco acuoso que tiene una temperatura de más de 70 °C al extractor y al tanque de saneamiento, y/o
iv) usar el gas de amoníaco acuoso que tiene una temperatura de más de 70 °C para calentar el material de biomasa parcialmente desgasificado presente en el tanque de extracción y saneamiento, y/o
v) opcionalmente calentar el material de biomasa parcialmente desgasificado presente en el extractor y el tanque de saneamiento mediante una o más fuentes de calefacción adicionales.
En una realización según la presente descripción, el tratamiento de saneamiento explota las fuentes de aire de combustión primaria y secundaria, incluidas las fuentes de aire de escape, presentes o generadas en la instalación de fermentación de biogás como resultado de realizar dicho saneamiento, donde dichas fuentes de aire de combustión primaria y secundaria se desvían a un extractor y tanque de saneamiento para su conversión y/o recolección como sólidos.
En una realización según la presente descripción, la explotación de fuentes de aire de combustión primaria de la instalación de fermentación de biogás da como resultado la generación de una presión negativa en el espacio de la instalación de fermentación de biogás, que la presión negativa evita o contribuye a evitar que cualquier odorante indeseable escape de la instalación de fermentación de biogás, donde dichos odorantes comprenden uno o más compuestos volátiles que contienen nitrógeno y/o compuestos que contienen azufre volátil.
En una realización según la presente descripción, el (primer) material de biomasa adecuado para la fermentación anaeróbica y la producción de biogás es un material de biomasa parcialmente desgasificado obtenido mediante la realización de una fermentación anaeróbica inicial que da como resultado la producción de una fracción gaseosa que comprende amoníaco y biogás.
En una realización según la presente descripción, el primer material de biomasa adecuado para la fermentación anaeróbica y la producción de biogás es un material de biomasa parcialmente desgasificado obtenido, realizando una fermentación inicial anaeróbica por lotes que da como resultado la producción de una fracción gaseosa que comprende amoníaco y biogás.
En una realización según la presente descripción, la continua fermentación de biogás anaeróbica genera un material de biomasa desgasificada fermentada adecuada para usar como sustrato para cultivar una o más especies fúngicas, y el material de biomasa fermentada y desgasificada obtenido de la fermentación continua de biogás anaeróbico y el material de biomasa fermentada por lotes anaeróbico obtenido de la fermentación por lotes se combinan y utilizan como sustrato para el cultivo de una o más especies fúngicas.
Los materiales de biomasa adicionales están en una realización según la presente descripción, cualquier material de biomasa de desechos orgánicos y en una realización según la presente descripción seleccionada de materiales de biomasa de desechos orgánicos y estiércol de animales domésticos, incluyendo cerdos, ganado, y especies de aves domésticas.
Basidiomiceto
Basidiomiceto, basidiomicetos y las células y/o esporas de basidiomicetos se usan indistintamente en esta invención. Muchos organismos fúngicos, incluidos los basidiomicetos, producen y secretan enzimas extracelulares capaces de degradar o digerir los constituyentes de nutrientes macromoleculares comprendidos en el sustrato sólido fibroso, que incluyen celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa.
Por lo tanto, al realizar, secuencialmente en cualquier orden, las fermentaciones anaeróbicas de biogás y los procedimientos de cultivo de basidiomicetos que usan una fracción sólida fibrosa de la biomasa gastada como sustrato para el cultivo de basidiomicetos, los constituyentes de nutrientes macromoleculares presentes en un material de biomasa pueden ser más eficientemente utilizados.
La digestión por enzimas basidiomicetos extracelulares de dichos constituyentes de nutrientes macromoleculares da como resultado una hidrólisis y/u oxidación de al menos parte de dichos constituyentes macromoleculares. En una realización según la presente descripción, dicha hidrólisis y/u oxidación de al menos parte dichos componentes macromoleculares generan un sustrato fúngico gastado capaz de ser fermentado por organismos microbianos involucrados en una o más etapas de una fermentación de biogás. En una realización según la presente descripción, dichos organismos microbianos implicados en dichas una o más etapas de una fermentación de biogás metabolizan los productos de hidrólisis y/u oxidación resultantes de la hidrólisis y/u oxidación de dichos constituyentes macromoleculares.
Los organismos fúngicos adecuados según la descripción comprenden organismos que constituyen el filo Basidiomycota del reino Hongos, o, en esquemas de clasificación más antiguos, la clase Basidiomicetos del reino Plantae, es decir, organismos fúngicos caracterizados por portar las esporas en un basidio, incluidos los hongos comestibles.
En una realización según la presente descripción, los Basidiomicetos se seleccionan del grupo de Basidiomicetos que pertenecen a cualquiera de las subclases de Agaricomycetidae, Exobasidiomycetidae, Tremellomycetidae y Ustilaginomycetidae, donde dicho basidiomiceto es capaz de degradar o digerir componentes nutritivos macromoleculares que incluyen celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa.
Las células de basidiomiceto preferidas son aquellas que son comestibles, en una realización según la presente descripción que incluye un hongo o célula fúngica seleccionada de los géneros de Agaricus, Lentinula (Lentinus), Flammulina, Pleurotus; y Lyophyllum. En una realización según la presente descripción, la célula de Basidiomiceto se selecciona de la especie de Lentinula (Lentinus) edodes (shiitake); especies de Agaricus comestibles (por ejemplo, Agaricus bisporus, Agaricus campestris, Agaricus subrufescens), Flammulina velutipes (Enokitake), Pleurotus eryngii (Eryngii), Pleurotus ostreatus; y Shimeji (por ejemplo, Lyophyllum shimejl, Buna-shimeji, Bunapi-shimeji, Hatakeshimeji, shirotamogidake, velvet pioppino).
El cultivo de la célula de basidiomiceto en una realización según la presente descripción tiene lugar a una temperatura de 15 °C a 35 °C, por ejemplo 15 °C a 17 °C, tal como 17 °C a 20 °C, por ejemplo 20 °C a 22 °C, como 22 °C a 25 °C, por ejemplo 25 °C a 30 °C, como 30 °C a 35 °C. El cultivo de la célula de basidiomiceto en una realización según la presente descripción tiene lugar en un sustrato sólido fibroso que tiene un contenido de humedad del 50 % en masa al 70 % en masa, tal como un contenido de humedad de aproximadamente el 60 % en masa.
Se pueden seguir los protocolos de cultivo fúngicos convencionales siempre que el sustrato para el cultivo sea un sustrato sólido fibroso aislado de un material de biomasa gastado, al menos parcialmente desgasificado, después de la fermentación anaeróbica de biogás.
Procedimientos de uso del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos
Es un aspecto de la presente descripción proporcionar un procedimiento para cultivar células y/o esporas fúngicas que comprende las etapas de
a. proporcionar células y/o esporas fúngicas,
b. proporcionar el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos según la descripción, donde el sustrato sólido fibroso en forma de gránulo comprende opcionalmente una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario
adecuadas para el crecimiento de hongos,
c. agregar agua al sustrato sólido fibroso en forma de gránulos para obtener un sustrato fibroso humedecido, d. poner en contacto las células y/o esporas fúngicas con el sustrato sólido fibroso,
e. cultivar las células y/o esporas fúngicas en dicho sustrato, y
f. opcionalmente obtener un sustrato fúngico gastado.
En una realización según la presente descripción, el contenido de humedad del sustrato fibroso humedecido es de aproximadamente el 55 % w/w a aproximadamente el 80 % w/w, tal como aproximadamente el 60 % w/w a aproximadamente el 75 % w/w, por ejemplo aproximadamente el 65 % w/w a aproximadamente el 70 % w/w.
También se describe el uso del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos según la descripción para cultivar células y/o esporas fúngicas, que incluyen pero no se limitan a basidiomicetos.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos comprende una o más composiciones suplementarias de sustrato de nutrientes adecuadas para el crecimiento de hongos, tales como nutrientes que se sabe que son valiosos para cultivar células y/o esporas de hongos; ya sea en general, o aquellos nutrientes que son valiosos para tipos específicos de células fúngicas y/o esporas.
También se describe el uso del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos como se describe en esta invención como cama para animales, tales como animales domésticos, como animales domesticados, como caballos, vacas, aves, cerdos y similares.
También se describe el uso del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos como se describe en esta invención como alimento o forraje para animales, tales como animales domésticos, tales como animales domesticados, tales como caballos, vacas, aves, cerdos y similares.
También se describe el uso del sustrato sólido fibroso en forma de gránulos como se describe en esta invención como estiércol o fertilizante, como fertilizante doméstico, o un mejorador de la suciedad.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos comprende una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario adecuadas para el crecimiento de plantas/cultivos, tales como nutrientes que se sabe que son valiosos en fertilizantes; generalmente, o aquellos nutrientes que son valiosos para tipos específicos de plantas/cultivos.
Componentes nutritivos macromoleculares
El sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar células de Basidiomiceto en una realización preferida según la presente descripción comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa. El sustrato sólido fibroso en una realización según la presente descripción comprende más de un constituyente macromolecular, tal como dos o tres constituyentes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa y lignina.
Los constituyentes de nutrientes macromoleculares son difíciles de digerir para los organismos microbianos tales como las bacterias anaeróbicas involucradas en una o más etapas de una fermentación anaeróbica y producción de biogás. La lignocelulosa en forma de material de biomasa de alimentación comprende celulosa, hemicelulosa y lignina como constituyentes macromoleculares y el material que contiene lignocelulosa o lignocelulosa es un ejemplo según la presente descripción de un material de biomasa utilizado para la producción de biogás.
Las primeras etapas de una fermentación de biogás incluyen una etapa inicial de hidrólisis de constituyentes de nutrientes macromoleculares en sus constituyentes básicos, o en constituyentes de nutrientes que pueden ser metabolizados y fermentados más fácilmente por los organismos microbianos involucrados en una o más etapas de una fermentación anaeróbica y en la producción de biogás. El metabolismo de los constituyentes de nutrientes es esencial para la producción de biogás ya que no se pueden realizar actividades microbianas fermentables y generadoras de energía en ausencia de dicho metabolismo.
Es un desafío particular durante una fermentación de biogás anaeróbico que no se produzca ninguna, o que se produzca una hidrólisis insuficiente de los constituyentes de nutrientes macromoleculares en sus constituyentes básicos, o en constituyentes de nutrientes que puedan ser metabolizados y fermentados más fácilmente por los organismos microbianos involucrados en una o más etapas de una fermentación anaeróbica y producción de biogás. Por consiguiente, el sustrato sólido fibroso según la presente descripción comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares que son difíciles, si no imposibles, para muchos organismos microbianos involucrados en una o más etapas de fermentación anaeróbica y producción de biogás para digerir.
La falta general de hidrólisis de dichos componentes macromoleculares, que incluyen celulosa, hemicelulosa y lignina, por parte de bacterias metanogénicas y otras bacterias anaeróbicas implicadas en la producción de biogás en condiciones de fermentación anaeróbica, dará como resultado que dichos componentes macromoleculares estén presentes durante una fermentación anaeróbica de biogás durante una o más etapas de la fermentación anaeróbica de biogás, incluidas las etapas seleccionadas de acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.
En una realización según la presente descripción, el sustrato sólido fibroso adecuado para cultivar fúngicos tales como células de Basidiomiceto que comprenden uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, lignina de hemicelulosa y lignocelulosa son digeridos al menos en parte por el cultivo de células fúngicas, dejando un sustrato fúngico gastado que, opcionalmente suplementado con más biomasa, se puede utilizar como alimentación para una nueva ronda de fermentación anaeróbica y producción de biogás. Procedimientos para el pre-tratamiento de los materiales de biomasa antes de la fermentación anaeróbica Los procedimientos de la presente descripción en una realización según la presente descripción comprenden una etapa de pre-tratamiento antes de la fermentación anaeróbica y la producción de biogás a partir de biomasas. Tal pre tratamiento puede aumentar el potencial de fermentación y la producción de biogás a partir de dichas biomasas. En una realización según la presente descripción, un material de biomasa se trata previamente antes de la fermentación, tal como por amoniación, en una realización particular según la presente descripción utilizando vapor caliente y húmedo que comprende N, tal como de un secador (tambor o secador de banda). Esto es factible especialmente para desechos complejos, desechos agrícolas complejos y algunos desechos de categoría II, incluidos residuos de cultivos, paja, pasto y similares.
Los constituyentes macromoleculares citados anteriormente se pueden degradar enzimáticamente así como por tratamientos mecánicos y/o químicos de materiales de biomasa que contienen dichos constituyentes macromoleculares antes de la fermentación anaeróbica de los mismos.
En una realización según la presente descripción, un material de biomasa según la presente descripción se somete a una o más etapas de procesamiento de pre-tratamiento de cualquier manera o combinación adecuada antes de realizar una fermentación anaeróbica en el material de biomasa pre-tratado.
El pre-tratamiento se realiza en una realización según la presente descripción antes de la hidrólisis enzimática y/u oxidación de los componentes del biomaterial que forman parte del biomaterial, y en otra realización según la presente descripción al mismo tiempo que se produce hidrólisis enzimática y/u oxidación.
La hidrólisis enzimática y/u oxidación se cataliza en una realización según la presente descripción catalizada por organismos microbianos endógenos presentes en el biomaterial para ser sometidos a fermentación anaeróbica. En otra realización según la presente descripción, las enzimas se añaden de manera exógena, por ejemplo, como enzimas a granel producidas por un productor de enzimas industriales. En una realización según la presente descripción, el organismo microbiano es Basidiomicetos.
Un pre-tratamiento según la descripción en una realización reduce el tamaño de los sólidos y constituyentes macromoleculares que forman el material de biomasa. El pre-tratamiento aumenta o complementa el índice de hidrólisis de los materiales de biomasa antes o durante la fermentación anaeróbica de biogás. Un pre-tratamiento según la descripción en una realización promueve la separación y/o liberación de celulosa, hemicelulosa y/o lignina. Los procesos de pre-tratamiento, tales como oxidación húmeda, explosión de vapor y etapas de pre-tratamiento alcalino, se dirigirán preferentemente a la lignina, mientras que el ácido diluido y la auto-hidrólisis se dirigirán preferentemente a materiales que contienen hemicelulosa.
La etapa de pre-tratamiento es, en una realización, según la presente descripción, una etapa de pre-tratamiento convencional que usa técnicas bien conocidas en la técnica. En una realización según la presente descripción, el pretratamiento tiene lugar en una suspensión de material que contiene lignocelulosa y agua. El material que contiene lignocelulosa durante el pre-tratamiento está en una realización según la presente descripción presente en una cantidad entre el 10-80 % en peso, tal como 10-20 % en peso, por ejemplo 20-30 % en peso, como 30-40 % en peso, por ejemplo 40-50 % en peso, como 50-60 % en peso, por ejemplo 60-70 % en peso, como 70-80 % en peso, como alrededor del 50 % en peso.
El material de biomasa o el material que contiene lignocelulosa según la descripción se realiza en una realización según la presente descripción, pre-tratado química, mecánica y/o biológicamente antes, antes y durante o durante la hidrólisis o fermentación. El pre-tratamiento mecánico puede realizarse solo o combinado con procesos de pre
tratamiento químico o biológico
El material de biomasa pre-tratado preferentemente tiene un valor de pH neutro a básico antes de la fermentación anaeróbica/cuando se agrega al digestor de biogás. Una biomasa ácida puede ralentizar o complicar el proceso de conversión de biogás debido a la inhibición de microorganismos metanogénicos. El valor de pH de la biomasa que entra en el digestor anaeróbico es preferentemente entre 7 y 10, tal como de 7,2 a 10; por ejemplo de 7,4 a 10, tal como de 7,6 a 10, por ejemplo de 7,8 a 10, tal como de aproximadamente 8 a 10, por ejemplo alrededor de pH 8,5. El pH puede ajustarse usando NaOH, Na2CO3, NaHCO3, Ca(OH)2, hidrato de cal de CaO, amoníaco y/o KOH o similares. En una realización según la presente descripción, el pre-tratamiento incluye someter un material de biomasa a tratamiento termo-químico en una olla a presión de cal. El pre-tratamiento de cocción a presión descompone las estructuras macromoleculares complejas del material de biomasa y también contribuye y extrae el amoníaco de la biomasa.
En otra realización según la presente descripción, en lugar de o además de una etapa de pre-tratamiento termoquímico, el material de biomasa puede someterse a una pre-fermentación en los pre-fermentadores con extracción de N.
Pre-tratamiento químico
En una realización según la presente descripción, un material de biomasa según la presente descripción se somete a una o más etapas de pre-tratamiento químico.
Un pre-tratamiento químico incluye tratamiento con; por ejemplo, ácido diluido, cal, hidrato de cal, alcalino, NaOH, Na2CO3, NaHCO3, Ca(OH)2, solvente orgánico, solvente de celulosa, amoníaco, KOH, dióxido de azufre, dióxido de carbono, hidrólisis enzimática. Los procesos de pre-tratamiento con amoníaco se describen, por ejemplo, en los documentos WO 2006/110891, WO 2006/11899, WO 2006/11900, WO 2006/110901.
Además, la oxidación húmeda y la hidrotermólisis controlada por pH también se consideran pre-tratamiento químico. Las técnicas de oxidación húmeda implican el uso de agentes oxidantes, tales como: agentes oxidantes a base de sulfito o similares. Los ejemplos de pre-tratamientos con solventes incluyen el tratamiento con DMSO (dimetilsulfóxido) o similares. Otros ejemplos de procesos de pre-tratamiento adecuados son descritos por Schell y col. (2003) Appl. Bioquímica y biotecnología. Vol. 105-108, pág. 69-85, y Mosier y col. Bioresource Technology 96 (2005) 673-686, y publicación de EE.UU. N. ° 2002/0164730.
Pre-tratamiento mecánico
En una realización según la presente descripción, un material de biomasa según la presente descripción se somete a una o más etapas de pre-tratamiento mecánico, u homogeneización.
El término "pre-tratamiento mecánico" se refiere a cualquier pre-tratamiento mecánico (o físico) que promueve la separación y/o liberación de celulosa, hemicelulosa y/o lignina del material que contiene lignocelulosa. Por ejemplo, el pre-tratamiento mecánico incluye varios tipos de molienda, irradiación, vaporización/explosión de vapor e hidrotermólisis.
El pre-tratamiento mecánico incluye trituración (reducción mecánica del tamaño). La trituración incluye molienda en seco, molienda en húmedo, molienda y molienda de bolas vibratorias. El pre-tratamiento mecánico puede implicar alta presión y/o alta temperatura (explosión de vapor). En una realización según la presente descripción, alta presión significa presión en el intervalo de 300 a 600 psi, preferentemente de 400 a 500 psi, tal como alrededor de 450 psi. En una realización según la presente descripción, temperatura alta significa temperaturas en el intervalo de aproximadamente 100 a 300 °C., preferentemente de aproximadamente 140 a 235 °C. En una realización preferida según la presente descripción, el pre-tratamiento mecánico se lleva a cabo como un proceso por lotes, en un sistema hidrolizador de pistola de vapor que usa alta presión y alta temperatura como se definió anteriormente. Se puede utilizar un hidrolizador de sonidos (disponible en Sunds Defibrator AB (Suecia)).
En una realización según la presente descripción, el material que contiene lignocelulosa se somete a un pre tratamiento de irradiación. El término "pre-tratamiento de irradiación" se refiere a cualquier pre-tratamiento por microondas, por ejemplo, según lo descrito por Zhu et al. "Producción de etanol a partir de paja de trigo pre-tratada con álcali asistida por microondas" en Process Biochemistry 41 (2006) 869-873 o pre-tratamiento ultrasónico, por ejemplo, como se describe, por ejemplo, Li y col. "Un estudio cinético sobre la hidrólisis enzimática de una variedad de pulpas para su mejora con irradiación ultrasónica continua", en Biochemical Engineering Journal 19 (2004) 155 164.
En una realización según la presente descripción, el material que contiene lignocelulosa se somete a un pre tratamiento químico y mecánico. Por ejemplo, la etapa de pre-tratamiento puede implicar un tratamiento ácido diluido o suave y un tratamiento a alta temperatura y/o presión. Los pre-tratamientos químicos y mecánicos pueden llevarse a cabo de forma secuencial o simultánea, según se desee.
En una realización según la presente descripción, el pre-tratamiento se lleva a cabo como una etapa de explosión de vapor de ácido diluido y/o suave. En otra realización preferida según la presente
descripción, el pre-tratamiento se lleva a cabo como una explosión de fibra de amoníaco (o etapa de pre-tratamiento de AFEX).
En otra realización más según la presente descripción, se agrega una base al material que contiene lignocelulosa o la suspensión antes o mientras se está homogeneizando; preferentemente la base es NaOH, Na2CO3, NaHCO3, Ca(OH)2, hidrato de cal, amoníaco y/o KOH o similares.
P re-tratam iento b iológico
En una realización según la presente descripción, un material de biomasa según la presente descripción se somete a una o más etapas de pre-tratamiento biológico. El término "pre-tratamiento biológico" se refiere a cualquier pre tratamiento biológico que promueve la separación y/o liberación de celulosa, hemicelulosa y/o lignina del material que contiene lignocelulosa.
En una realización según la presente descripción, la técnica de pre-tratamiento biológico implica la aplicación de microorganismos solubilizadores de lignina.
P re-tratam iento enzim ático
En una realización según la presente descripción, un material de biomasa según la presente descripción se somete a una o más etapas de pre-tratamiento enzimático. Antes de que el material que contiene lignocelulosa pre-tratado se fermente, preferentemente puede hidrolizarse enzimáticamente para descomponer especialmente hemicelulosa y/o celulosa en azúcares fermentables.
Según la descripción, la hidrólisis enzimática se realiza en varias etapas. El material que contiene lignocelulosa que se va a hidrolizar en una realización según la presente descripción, constituye más del 2,5 % en peso de DS (sólidos secos), preferentemente más del 5 % en peso de DS, preferentemente más del 10 % en peso de Ds , preferentemente más del 15 % en peso de DS, preferentemente más del 20 % en peso de DS, más preferentemente más del 25 % en peso de DS del lodo de la etapa a).
En una realización según la presente descripción, el material que contiene lignocelulosa se somete a la acción de una o más actividades enzimáticas de enzimas seleccionadas del grupo que consiste en una enzima amilolítica (amilasa), una enzima lipolítica (lipasa), un enzima proteolítica (proteasa), una hemicelulasa, una enzima pectinolítica (pectinasa), una enzima celulolítica (celulasa), una oxidorreductasa y una enzima que degrada la pared celular de la planta.
En una realización según la presente descripción, la una o más enzimas para el pre-tratamiento enzimático se selecciona del grupo que consiste en aminopeptidasa, alfa-amilasa, amiloglucosidasa, arabinofuranosidasa, arabinoxilanasa, beta-glucanasa, carbohidrasa, carboxipeptidasa, catalasa, celobiohidrolasa, celulasa, quitinasa, cutinasa, ciclodextrina glicosiltransferasa, esterasa de ácido ferúlico, desoxirribonucleasa, endo-celulasa, endoglucanasa, endo-xilanasa, esterasa, galactosidasa, beta-galactosidasa, glucoamilasa, glucosa oxidasa, glucosidasa, haloperoxidasa, hemicelulasa, invertasa, isomerasa,, lacasa, ligasa, lipasa, liasa, mananasa, manasa, manosidasa, oxidasa, pectato liasa, pectina liasa, pectina trans-eliminasa, pectina etilterasa, pectina metilesterasa, enzima pectinolítica, peroxidasa, proteasa, fitasa, fenoloxidasa, enzima proteolítica, rhamnogalacturonan liasa, rhamnoglucanase rhamnogalacturonase, ribonucleasa, SPS-asa, transferasa, transglutaminasa, xilanasa y xiloglucanasa.
Las actividades enzimáticas enumeradas están en una realización según la presente descripción proporcionada por células de Basidiomiceto que producen enzimas extracelulares que tienen dichos activados, o en otra realización según la presente descripción de otros organismos microbianos. En otra realización más según la presente descripción, se proporcionan enzimas endógenas, por ejemplo, en una preparación enzimática a granel, por ejemplo, a un material de biomasa antes de la fermentación anaeróbica de biogás.
Se prefieren las enzimas hidrolíticas, las proteasas y las oxidasas producidas por los basidiomicetos y otras especies fúngicas, ya que están presentes en el sustrato de hongo gastado que constituye un biomaterial de entrada para la fermentación pre-tratada y anaeróbica.
Vaporizador de N
El tratamiento con amoníaco de paja, hierba y similares (biomasas complejas con alto contenido de C) es bien conocido y se utiliza como un procedimiento de tratamiento para aumentar la digestibilidad y el valor de dicha, por ejemplo, paja como alimento para ganado. Mediante el tratamiento con amoníaco de, por ejemplo, paja, es posible aumentar el contenido de proteína cruda y aumentar el contenido de energía digestible. Por ejemplo, es posible aumentar el contenido de proteína cruda (materia seca) de 3,3 % a 8 % en paja de trigo, de 4 % a 6,9 % en paja de cebada y de 4,2 % a 11 % en paja de arroz, y aumentar el contenido de energía digestible de 7,5 a 9,5 MJ/kg de materia seca.
La eficacia del tratamiento con amoníaco depende de varios factores tales como la temperatura, el pH, el contenido húmedo y el tiempo de retención.
Con el "vaporizador de N", el inventor presenta un procedimiento innovador para el tratamiento de, por ejemplo, paja con amoníaco N. La elección y el diseño de la tecnología y el proceso utiliza el N y las fuentes de energía de una manera nueva, y permite un uso final amplio de las biomasas tratadas con N, como la paja (véase la figura 12). En relación con la producción de paja tratada con N como sustrato "listo para usar" para células fúngicas y/o esporas (hongos), el procedimiento es muy eficiente en comparación con las formas tradicionales de producción de sustrato para hongos.
La presente descripción proporciona una solución que permite que las biomasas complejas con alto contenido de C, tales como paja, hierba y similares, se puedan usar fácilmente mediante el tratamiento con amoníaco utilizando vapor caliente y húmedo que comprende N generado durante la fermentación anaeróbica y la producción de biogás. El tratamiento con amoníaco de dichas biomasas complejas se produce en un vaporizador de N que comprende a) vapor caliente y húmedo que comprende N generado durante la producción de biogás y el secado de biomasas desgasificadas (vapor de N), y
b) biomasas complejas con alto contenido de C, tales como paja, hierba y similares, que se han cortado y/o molido en trozos más pequeños.
En una realización según la presente descripción, se proporciona un procedimiento para el tratamiento de amoníaco de biomasas complejas altas en C, tales como paja, hierba y similares, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de
a) proporcionar biomasas complejas con alto contenido de C, como paja, hierba y similares,
b) opcionalmente cortar y/o moler dichas biomasas complejas en piezas más pequeñas,
c) proporcionar vapor caliente y húmedo que comprende N generado durante la producción de biogás y el secado de biomasas desgasificadas (vapor de N),
d) permitir el tratamiento de amoníaco de dichas biomasas complejas con dicho vapor de N.
En una realización según la presente descripción, el tratamiento con amoníaco que usa vapor de N tiene una temperatura de aproximadamente 60 a 95 °C, tal como 60 a 65 °C, tal como 65-70 °C, tal como 70 a 75 °C, como 75 80 °C, como 80-85 °C, como 85-90 °C.
En una realización según la presente descripción, el tratamiento con amoníaco que usa vapor de N tiene un pH neutro o débilmente básico. En una realización según la presente descripción, el tratamiento con amoníaco que usa vapor de N tiene un pH de aproximadamente 7 a 9, tal como 7 - 7,5, tal como 7,5 - 8, tal como 8 - 8,5, tal como 8,5 - 9. En una realización según la presente descripción, el tratamiento con amoníaco que usa vapor de N tiene un contenido de humedad de aproximadamente 30 al 50 %, tal como 30 al 35 %, tal como 35 al 40 %, tal como 40 al 45 %, tal como 45 al 50 %.
En una realización según la presente descripción, el tratamiento con amoníaco que usa vapor de N tiene un tiempo de retención de aproximadamente 20 minutos a 12 horas, tal como 20 a 30 minutos, tal como 30 a 45 minutos, tal como 45 a 60 minutos, tal como 1 hora a 2 horas, como 2 a 3 horas, como 3 a 4 horas, como 4 a 5 horas, como 5 a 6 horas, como 6 a 7 horas, como 7 a 8 horas, como 8 a 9 horas, como 9 a 10 horas, como 10 a 11 horas, como 11 a 12 horas.
En una realización según la presente descripción, el vapor de N se toma del extremo posterior del secador y se aspira a través de la paja cortada en el vaporizador de N y, a continuación, se conduce a NS1 o NS2 para la extracción de N/absorción.
En una realización según la presente descripción, las biomasas complejas tales como el trigo comprenden paja de trigo, paja de cebada y paja de arroz.
En una realización según la presente descripción, las biomasas complejas tratadas con vapor de N se desvían a uno o más de
i) un molinillo y, posteriormente, un reactor de biogás (para la alimentación de biogás),
ii) un molinillo y, posteriormente, una prensa peletizadora, opcionalmente a través de un secador (para complementar el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, utilizable, por ejemplo, para la producción de hongos o alimento/camas para animales), y/o
iii) un dispositivo de acondicionamiento y/o riego, para generar sustratos directamente utilizables para cultivar células y/o esporas de hongos o como alimento para animales.
En una realización según la presente descripción, las biomasas complejas tratadas con vapor de N se usan como a) biomasas para la producción de biogás (material de alimentación de biogás),
b) material de fibra para añadir al sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, como se define en esta invención, c) un sustrato directamente utilizable para cultivar células y/o esporas fúngicas, y/o
d) un sustrato directamente utilizable como alimento para animales/forraje.
También se proporciona un vaporizador de N para el tratamiento con amoníaco N de biomasas complejas, tales como paja, hierba y similares ricos en C, donde dicho vaporizador de N recibe vapor caliente y húmedo que comprende N generado durante la producción de biogás y el secado de biomasas desgasificadas (vapor de N).
En una realización según la presente descripción, el vapor de N se toma del extremo posterior de la secadora y se succiona a través de la paja cortada comprendida en el vaporizador de N, y posteriormente se conduce a uno o más tanques de extracción y de saneamiento para extracción de N/absorción.
En una realización según la presente descripción, las biomasas complejas tratadas con vapor de N del vaporizador de N se desvían a uno o más de
i) un molino y posteriormente un reactor de biogás,
ii) un molino y/o un secador y, posteriormente, una prensa peletizadora, y/o
iii) un dispositivo de acondicionamiento y/o riego.
Producción de fertilizantes.
En una realización según la presente descripción, la presente descripción se refiere a fraccionar y procesar adicionalmente fracciones líquidas obtenidas de materiales de biomasa gastados en productos fertilizantes que contienen N (nitrógeno) y P (fósforo) de alto valor. El material de biomasa gastado de las plantas de producción de biogás contiene altas cantidades de líquido. El líquido del material de biomasa gastada puede usarse directamente como fertilizante, pero el contenido de nutrientes no es óptimo en parte debido al gran volumen del líquido en la biomasa gastada. La presente descripción proporciona procedimientos para optimizar el contenido de nutrientes en la fracción líquida, generando así productos fertilizantes que tienen un contenido de nutrientes mejorado. Los productos fertilizantes resultantes también tienen un volumen reducido en comparación con la parte líquida del material de biomasa gastado, lo que los hace más fáciles de transportar y almacenar.
Por lo tanto, en una realización según la presente descripción, la presente descripción se refiere a un procedimiento para fraccionar un material de biomasa parcialmente desgasificado y obtener
a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas, comprendiendo dicha fracción sólida fibrosa además partes orgánicas e inorgánicas de nitrógeno,
b) una fracción líquida fibrosa o concentrado que comprende partes sólidas y líquidas y que comprende además partes de nitrógeno orgánico e inorgánico,
c) una fracción líquida esencialmente no fibrosa (permeado) que comprende principalmente partes de nitrógeno inorgánico, y
d) un fósforo (P) que comprende fracción o sedimento.
Una fracción líquida esencialmente no fibrosa, es decir, el permeado, es una fracción líquida que tiene un bajo contenido de sólidos, como que contiene menos de aproximadamente el 10 % de materia seca, por ejemplo, menos de aproximadamente el 5 % de materia seca, como menos del 2 % de materia seca. En una realización según la presente descripción, el permeado contiene menos de aproximadamente el 2 % de materia seca.
En una realización según la presente descripción, se proporciona un procedimiento para fraccionar un material de biomasa parcialmente desgasificado, siendo dicho material de biomasa parcialmente desgasificado un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas, que comprende las etapas de:
i) proporcionar un material de biomasa parcialmente desgasificado que comprende partes sólidas y líquidas de nitrógeno (N) y fósforo (P) de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa parcialmente desgasificado a una o más etapas de separación que resulten en la provisión de
a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno (N) orgánico e inorgánico, y
b) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas orgánicas e inorgánicas que contienen fósforo,
iii) someter dicha fracción sólida fibrosa a un tratamiento de calentamiento y secado, tal como calentando dicha fracción sólida a una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente 90 °C y ajustando el pH a condiciones alcalinas, tales como un pH de al menos 9,0 o más, como 10,5, como agregar CaO suficiente para eliminar los compuestos volátiles que contienen nitrógeno y generar así:
e) una fracción o sustrato sólido fibroso seco que tiene una cantidad reducida de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluidos compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico,
f) una primera fracción gaseosa que comprende compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluido amoníaco, CO 2 y agua y preferentemente con una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente aproximadamente 90 °C, iv) someter dicha fracción líquida a una o más etapas de separación, dando como resultado la provisión de a) una fracción líquida fibrosa o concentrado que tiene una cantidad reducida de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluidos compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico, y
b) una fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso que tiene una mayor cantidad de compuestos que contienen nitrógeno volátil y una cantidad reducida de compuestos orgánicos de nitrógeno,
v) someter dicho concentrado a un tanque de extracción de N y sedimentación donde el pH se ajusta a condiciones alcalinas, como al menos pH 9,0 o más, tal como aproximadamente pH 10,5, por ejemplo agregando piedra caliza y calentando dicha fracción líquida fibrosa a un temperatura suficiente para eliminar los compuestos que contienen nitrógeno volátil, como una temperatura de al menos 70 °C y preferentemente 80 °C mediante inyección de una fracción gaseosa calentada que comprende compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluido amoníaco, CO 2 y agua, como por inyección de la primera fracción gaseosa, generando así:
a) un concentrado o sustrato fibroso adecuado como sustrato para la producción de biogás, donde dicho concentrado o sustrato fibroso se calienta preferentemente a una temperatura de al menos 70 °C y donde dicho concentrado o sustrato tiene una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amonio y compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico, y una cantidad reducida de compuestos inorgánicos sólidos y compuestos que contienen fósforo (P),
b) una segunda fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua y preferentemente que tiene una temperatura de al menos 70 °C,
c) un fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P),
vi) sometiendo la fracción líquida esencialmente no fibrosa o permeado a un segundo tanque de extracción de N y sedimentación, inyectar una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua, como la segunda fracción gaseosa, ajustar el pH y la temperatura para cambiar el equilibrio de amoníaco a amonio, por ejemplo, agregando un ácido para reducir el pH a aproximadamente 6,5 o menos y preferentemente a aproximadamente 6,0 y reduciendo la temperatura a aproximadamente 15 °C o menos, como aproximadamente 10 °C, generando así
a) una fracción líquida de fertilizante de N que tiene una mayor cantidad de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluido el amonio y una cantidad reducida de compuestos que contienen sólidos y fósforo (P),
b) un fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P)
c) una fuente de calentamiento adecuada para el secado y otros fines de calentamiento
vii) someter dicho fósforo (P) que comprende fracciones o sedimentos a un tratamiento de calentamiento y secado tal como calentando dichos sedimentos a una temperatura de al menos 70 °C suficiente para evaporar agua y compuestos que contienen nitrógeno volátil, y generando así
a) un fósforo seco (P) que comprende una fracción o fertilizante de P que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P).
Un material de biomasa parcialmente desgasificado se usa indistintamente en esta invención con un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas obtenidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás.
El procedimiento anterior genera los siguientes productos utilizables:
a) una fracción sólida fibrosa
b) un fertilizante de N
c) un fertilizante de P, y
d) una fuente de calentamiento.
La fracción sólida fibrosa se puede usar, por ejemplo, como sustrato para la producción de hongos y, posteriormente, reutilizarse como sustrato para la producción adicional de biogás según la descripción en esta invención y como se describe en los documentos PCT / DK2014 / 050220 (WO 2015/007290).
Los fertilizantes obtenidos por los procedimientos descritos en esta invención pueden usarse en agricultura.
El calor generado por el procedimiento puede reciclarse en las etapas del proceso a través de bombas de calor o usarse como una fuente de calefacción separada.
En una realización según la presente descripción, se proporciona un procedimiento para generar uno o más fertilizantes, tal como uno o más fertilizantes con N o P que comprende las etapas de:
i) proporcionar un material de biomasa parcialmente desgasificado que comprende partes sólidas y líquidas de nitrógeno (N) y fósforo (P) de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa parcialmente desgasificado a una o más etapas de separación que resulten en la provisión de
a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno (N) orgánico e inorgánico, y
b) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas de nitrógeno orgánico e inorgánico (N) y fósforo (P),
iii) someter dicha fracción líquida a una o más etapas de separación, dando como resultado la provisión de
a) una fracción líquida fibrosa o concentrado, y
b) una fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso,
iv) someter la fracción líquida o permeado esencialmente no fibroso a una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, donde el pH y la temperatura se ajustan individualmente para cambiar el equilibrio de amoníaco a amonio, generando así
a) una fracción que comprende N o un fertilizante N en forma líquida,
b) una fracción o sedimento que comprende P,
c) una fuente de calentamiento adecuada para el secado y otros fines de calentamiento,
v) opcionalmente someter la fracción o sedimento que comprende P a un tratamiento de calentamiento y secado suficiente para evaporar agua y compuestos que contienen nitrógeno (N) volátil, y de ese modo generar
a) una fracción que comprende P o un fertilizante P
El permeado es alto en contenido de NH 4+ -N pero bajo en contenido de Org N y P. Para la etapa iv) anterior, el permeado generalmente se conduce a un tanque de extracción de nitrógeno, como NS2, donde la absorción de amoníaco en la fase líquida puede tener lugar debido a una combinación de baja temperatura y bajo pH que cambia el equilibrio de amoníaco a amonio. Por ejemplo, el permeado puede calentarse en una primera etapa mediante la inyección de la segunda fracción gaseosa de NS1 y enfriarse a continuación mediante el uso de una bomba de calor y el pH puede ajustarse individualmente mediante la adición de ácido, como pH 6,5 o inferior, como 6,0, por ejemplo 5,5.
En NS2, tendrá lugar la sedimentación de sólidos inorgánicos y, por lo tanto, se generará:
a) un permeado enfriado es un fertilizante líquido enriquecido en N con alto contenido de NH 4+ -N y bajo contenido de sólidos inorgánicos que pueden almacenarse hasta su uso final como fertilizante en la agricultura,
b) un sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo, y
c) una tercera fracción gaseosa o vapor de N 3 que comprende compuestos que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua que tiene una temperatura de 30 °C o menos que finalmente puede tratarse en un biofiltro. Los sedimentos de NS1 y NS2 con alto contenido de P y bajo contenido de materia seca volátil pueden bombearse a un dispositivo de sedimentación y deshidratación (dispositivo sed y desh.), generando así:
a) un sedimento P o sedimento P deshidratado con un contenido de materia seca del 25 % o más,
b) una fracción líquida o permeado que puede bombearse e incorporarse al fertilizante líquido enriquecido en N.
El sedimento P puede secarse aún más en un secador de tambor y/o secador de banda y, por lo tanto, convertirse en fertilizante de P seco de alto valor.
En una realización según la presente descripción, se proporciona un procedimiento para generar uno o más fertilizantes, tal como uno o más fertilizantes de N y P que comprende las etapas de:
i) proporcionar una fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso que tiene una cantidad aumentada de compuestos que contienen nitrógeno volátil y una cantidad reducida de compuestos de nitrógeno orgánico obtenidos fraccionando un material de biomasa gastado, tal como una fracción de permeado descrita anteriormente en este documento y/o en el documento PCT / DK2014 / 050220 (WO 2015/007290),
ii) sometiendo la fracción líquida esencialmente no fibrosa o permeado a un segundo tanque de extracción de N y sedimentación, inyectar una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua, ajustar el pH y la temperatura para cambiar el equilibrio de amoníaco a amonio, por ejemplo, agregando un ácido para reducir el pH a aproximadamente 6,5 o menos y preferentemente a aproximadamente 6,0 y reduciendo la temperatura a aproximadamente 15 °C o menos, como aproximadamente 10 °C, generando así
a) una fracción líquida de fertilizante de N,
b) un fósforo (P) que comprende fracción o sedimento,
c) una fuente de calentamiento adecuada para el secado y otros fines de calentamiento,
iii) opcionalmente someter dicho fósforo (P) que comprende fracciones o sedimentos a un tratamiento de calentamiento y secado tal como el calentamiento de dichos sedimentos a una temperatura de al menos 70 °C suficiente para evaporar agua y compuestos volátiles que contienen nitrógeno, y generando así a) un fósforo seco (P) que comprende fracción o fertilizante de P.
En una realización según la presente descripción, la fracción líquida fibrosa o concentrado tiene una cantidad reducida de compuestos que contienen nitrógeno volátil, que incluyen compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico en comparación con la fracción líquida.
En una realización según la presente descripción, la fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso tiene una cantidad aumentada de compuestos que contienen nitrógeno volátil y una cantidad reducida de compuestos de nitrógeno orgánico.
En una realización según la presente descripción, la fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso tiene un contenido en sólidos o materia seca de menos de aproximadamente el 10 %, por ejemplo, menos de aproximadamente el 5 %, tal como menos del 2 %.
En una realización según la presente descripción, el permeado se trata en un tanque de extracción de N y sedimentación, tal como donde las condiciones de temperatura y pH son tales que permiten que tenga lugar la absorción de N.
En una realización según la presente descripción, la fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno comprende amoníaco y además comprende CO 2 y agua. La fracción gaseosa puede obtenerse, por ejemplo, de etapas de fraccionamiento anteriores de la biomasa gastada, por ejemplo, fraccionando la fracción sólida fibrosa (que da como resultado una primera fracción gaseosa) o el concentrado (que da como resultado una segunda fracción gaseosa). En una realización según la presente descripción, la fracción gaseosa obtenida del fraccionamiento del concentrado se reutiliza en la etapa que convierte el permeado en fertilizante líquido N y otras fracciones.
En una realización según la presente descripción, el pH que permite que tenga lugar la absorción de N (por ejemplo, en NS2) se logra mediante la adición de un ácido, tal como un ácido suficiente para reducir el pH a aproximadamente 6,5 o menos, tal como aproximadamente 6,0.
En una realización según la presente descripción, la temperatura que permite que tenga lugar la absorción de N (por ejemplo, en NS2) es una temperatura de aproximadamente 15 °C o menos, tal como aproximadamente 10 °C.
En una realización según la presente descripción, la fracción líquida de fertilizante de N tiene una cantidad aumentada de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amonio en comparación con el permeado, y una cantidad reducida de compuestos que contienen sólidos y fósforo (P).
En una realización según la presente descripción, el fósforo (P) que comprende fracción o sedimento contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P).
En una realización según la presente descripción, el tratamiento de calentamiento y secado suficiente para evaporar agua y compuestos que contienen nitrógeno volátil es calentando a una temperatura de al menos 70 °C, tal como al menos 75 °C, por ejemplo al menos 80 °C.
En una realización según la presente descripción, el fertilizante de P está esencialmente seco, tal como seco.
En una realización según la presente descripción, el fertilizante de P contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P).
En una realización según la presente descripción, la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno (N) orgánico e inorgánico se somete a un tratamiento de calentamiento y secado suficiente para eliminar los compuestos que contienen nitrógeno volátil, tal como calentando dicha fracción sólida a una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente 90 °C y ajustar el pH a condiciones alcalinas, como un pH de al menos 9,0 o más, como 10,5, como agregar CaO, y generando así:
a) una fracción o sustrato sólido fibroso seco que tiene una cantidad reducida de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluidos compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico,
b) una primera fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco,
CO 2 y agua y preferentemente que tiene una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente aproximadamente 90 °C.
En una realización según la presente descripción, la fracción líquida fibrosa o concentrado se somete a un tanque de extracción de N y sedimentación, donde el pH y la temperatura se ajustan para eliminar las condiciones alcalinas de los compuestos que contienen nitrógeno volátil, tal como ajustando el pH a al menos 9,0 o más, tal como aproximadamente pH 10,5, por ejemplo agregando piedra caliza, y calentando dicha fracción líquida fibrosa a una temperatura de al menos 70 °C, tal como aproximadamente 80 °C mediante inyección de una fracción gaseosa calentada que comprende nitrógeno que contienen compuestos volátiles, incluido amoníaco, CO 2 y agua, tal como por inyección de la primera fracción gaseosa obtenida de fraccionar la fracción sólida fibrosa, generando así: a) un concentrado o sustrato fibroso adecuado como sustrato para la producción de biogás, donde dicho concentrado o sustrato fibroso se calienta preferentemente a una temperatura de al menos 70 °C y donde dicho concentrado o sustrato tiene una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amonio y compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico, y una cantidad reducida de compuestos inorgánicos sólidos y compuestos que contienen fósforo (P),
b) una segunda fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua y preferentemente que tiene una temperatura de al menos 70 °C, y
c) un fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P).
Los siguientes elementos definen además estos aspectos según la presente descripción:
Elemento 1: Un procedimiento para generar uno o más fertilizantes, como uno o más fertilizantes de N o P que comprende las etapas de:
i) proporcionar un material de biomasa parcialmente desgasificado que comprende partes sólidas y líquidas de nitrógeno (N) y fósforo (P) de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa parcialmente desgasificado a una o más etapas de separación que resulten en la provisión de
a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno (N) orgánico e inorgánico, y
b) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas de nitrógeno orgánico e inorgánico (N) y fósforo (P),
iii) someter dicha fracción líquida a una o más etapas de separación, dando como resultado la provisión de a) una fracción líquida fibrosa o concentrado, y
b) una fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso,
iv) someter la fracción líquida o permeado esencialmente no fibroso a una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, donde el pH y la temperatura se ajustan individualmente para cambiar el equilibrio de amoníaco a amonio, generando así
a) una fracción que comprende N o un fertilizante N en forma líquida,
b) una fracción o sedimento que comprende P,
c) una fuente de calentamiento adecuada para el secado y otros fines de calentamiento,
v) opcionalmente someter la fracción o sedimento que comprende P a un tratamiento de calentamiento y secado suficiente para evaporar agua y compuestos que contienen nitrógeno (N) volátil, y de ese modo generar a) una fracción que comprende P o un fertilizante de P
Elemento 2: El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la fracción líquida fibrosa o concentrado tiene una cantidad reducida de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluyendo compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico en comparación con la fracción líquida.
Elemento 3: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde la fracción líquida o permeado esencialmente no fibroso tiene una cantidad aumentada de compuestos que contienen nitrógeno volátil y una cantidad reducida de compuestos de nitrógeno orgánico.
Elemento 4: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde la fracción líquida o permeado esencialmente no fibroso tiene un contenido de sólidos o materia seca de menos de aproximadamente el 10 %, por ejemplo, menos de aproximadamente el 5 %, tal como menos del 2 %.
Elemento 5: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde la etapa iv) se realiza en un tanque de extracción de N y sedimentación.
Elemento 6: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde la fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno comprende amoníaco y además comprende CO 2 y agua.
Elemento 7: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde el pH en la etapa iv) se ajusta mediante la adición de un ácido, tal como un ácido suficiente para reducir el pH a aproximadamente 6,5 o menos, tal como aproximadamente 6,0.
Elemento 8: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde la temperatura en la etapa iv) se reduce a aproximadamente 15 °C o menos, tal como aproximadamente 10 °C.
Elemento 9: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde la fracción líquida de fertilizante de N tiene una mayor cantidad de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluido el amonio en comparación con el permeado, y una cantidad reducida de compuestos que contienen sólidos y fósforo (P).
Elemento 10: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde el fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P). Elemento 11: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde el tratamiento de calentamiento y secado de la etapa v) suficiente para evaporar agua y compuestos volátiles que contienen nitrógeno es mediante calentamiento a una temperatura de al menos 70 °C.
Elemento 12: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde el fertilizante de P está seco. Elemento 13: El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el fertilizante de P contiene principalmente compuestos inorgánicos sólidos y compuestos que contienen fósforo (P).
Elemento 14: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno (N) orgánico e inorgánico se somete a un tratamiento de calentamiento y secado suficiente para eliminar compuestos volátiles que contienen nitrógeno, tal como calentando dicha fracción sólida a una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente 90 °C y ajustando el pH a condiciones alcalinas, como un pH de al menos 9,0 o más como 10,5, como al agregar CaO, y generando así:
a) una fracción o sustrato sólido fibroso seco que tiene una cantidad reducida de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluidos compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico,
b) una primera fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua y preferentemente que tiene una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente aproximadamente 90 °C.
Elemento 15: El procedimiento según cualquiera de los elementos anteriores, donde la fracción líquida fibrosa o el concentrado se somete a un tanque de extracción de N y sedimentación, donde el pH y la temperatura se ajustan para eliminar las condiciones alcalinas de los compuestos que contienen nitrógeno volátil, como por ejemplo ajustando el pH a al menos 9,0 o más, tal como aproximadamente pH 10,5, por ejemplo, agregando piedra caliza, y calentando dicha fracción líquida fibrosa a una temperatura de al menos 70 °C, tal como aproximadamente 80 °C por inyección de un gas gaseoso calentado fracción que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua, tal como por inyección de la primera fracción gaseosa de la reivindicación 13, generando así: a) un concentrado o sustrato fibroso adecuado como sustrato para la producción de biogás, donde dicho concentrado o sustrato fibroso se calienta preferentemente a una temperatura de al menos 70 °C y donde dicho concentrado o sustrato tiene una cantidad reducida de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluido amonio y compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico, y una cantidad reducida de compuestos inorgánicos sólidos y compuestos que contienen fósforo (P),
b) una segunda fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua y preferentemente que tiene una temperatura de al menos 70 °C, y
c) un fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P).
Elemento 16: Un procedimiento que fracciona un material de biomasa parcialmente desgasificado, dicho material de biomasa parcialmente desgasificado es un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas, que comprende las etapas de:
i) proporcionar un material de biomasa parcialmente desgasificado que comprende partes sólidas y líquidas de nitrógeno (N) y fósforo (P) de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
ii) someter el material de biomasa parcialmente desgasificado a una o más etapas de separación que resulten en la provisión de
a) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno (N) orgánico e inorgánico, y
b) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas orgánicas e inorgánicas que contienen fósforo (P),
iii) someter dicha fracción sólida fibrosa a un tratamiento de calentamiento y secado, tal como calentando dicha
fracción sólida a una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente 90 °C y ajustando el pH a condiciones alcalinas, tales como un pH de al menos 9,0 o más, como 10,5, como agregar CaO suficiente para eliminar los compuestos volátiles que contienen nitrógeno y generar así:
g) una fracción o sustrato sólido fibroso seco que tiene una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluidos compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico,
h) una primera fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua y preferentemente con una temperatura de al menos 80 °C y preferentemente aproximadamente 90 °C, iv) someter dicha fracción líquida a una o más etapas de separación, dando como resultado la provisión de a) una fracción líquida fibrosa o concentrado que tiene una cantidad reducida de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluidos compuestos volátiles precursores de amonio y nitrógeno inorgánico, y
b) una fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso que tiene una mayor cantidad de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y una cantidad reducida de compuestos orgánicos de nitrógeno,
v) someter dicho concentrado a un tanque de extracción de N y sedimentación donde el pH se ajusta a condiciones alcalinas, como al menos pH 9,0 o más, tal como aproximadamente pH 10,5, por ejemplo agregando piedra caliza y calentando dicha fracción líquida fibrosa a un temperatura suficiente para eliminar los compuestos volátiles que contienen nitrógeno, como una temperatura de al menos 70 °C y preferentemente 80 °C mediante inyección de una fracción gaseosa calentada que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua, como por inyección de la primera fracción gaseosa, generando así:
a) un concentrado o sustrato fibroso adecuado como sustrato para la producción de biogás, donde dicho concentrado o sustrato fibroso se calienta preferentemente a una temperatura de al menos 70 °C y donde dicho concentrado o sustrato tiene una cantidad reducida de compuestos que contienen nitrógeno volátil, incluido amonio y compuestos volátiles precursores de nitrógeno inorgánico, y una cantidad reducida de compuestos inorgánicos sólidos y compuestos que contienen fósforo (P),
b) una segunda fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua y preferentemente que tiene una temperatura de al menos 70 °C,
c) un fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P),
vi) sometiendo la fracción líquida esencialmente no fibrosa o permeado a un segundo tanque de extracción de N y sedimentación, inyectar una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido amoníaco, CO 2 y agua, como la segunda fracción gaseosa, ajustar el pH y la temperatura para cambiar el equilibrio de amoníaco a amonio, por ejemplo, agregando un ácido para reducir el pH a aproximadamente 6,5 o menos y preferentemente a aproximadamente 6,0 y reduciendo la temperatura a aproximadamente 15 °C o menos, como aproximadamente 10 °C, generando así
a) una fracción líquida de fertilizante de N que tiene una mayor cantidad de compuestos volátiles que contienen nitrógeno, incluido el amonio y una cantidad reducida de compuestos que contienen sólidos y fósforo (P), b) un fósforo (P) que comprende una fracción o sedimento que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P)
c) una fuente de calentamiento adecuada para el secado y otros fines de calentamiento
vii) someter dicho fósforo (P) que comprende fracciones o sedimentos a un tratamiento de calentamiento y secado tal como calentando dichos sedimentos a una temperatura de al menos 70 °C suficiente para evaporar agua y compuestos que contienen nitrógeno volátil, y generando así un fósforo seco (P) que comprende fracción o fertilizante de P que contiene principalmente sólidos inorgánicos y compuestos que contienen fósforo (P).
Ejemplos
La Tabla 1 muestra las características para los tipos de productos de desecho y biomasas adecuados para la producción de sustrato de hongo y la posible conversión de N orgánico en N de amoníaco si se usa como biomasa única como material de alimentación para biogás.
Tabla 1
Tlpú de residuos para sustrato y biogás CoifeiidoG efe Nyposbfes 1 üe les de coiueisiói de N orgáiicoei N efe anoiBco
C a n a p ro fi n í a - g a i a d o X U H 9.5 u
t í t í t í
1 M t í « S O .í M
E s t e rco l líq i ido - g a i a d o a , a W u X I t í t í 2 Í S t í J O S t í M
R e c l a z » de f r i t e y u s rd i r a i B U *
M
t í
t í t í t í
« S
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ñ u t í M E
B i o n i x a e x t r a í a de N 1 T ^ ( U t í t í
tí t í
W S t í J O S 1.4 J O S
C o i c e if r a d o e if r a íd o de N H J S y > t í y M 0/1 70 * ( X * J O S t í J O S
Pe m e a d o e rfra íífe d i N ? r9 K t í
t í
w t í t í 1 0 * 01? J O S t í J O S
El uso del sustrato gastado en materia prima para biogás se ilustra en las tablas 2, 3 y 4.
Ejemplo 1: Sustrato gastado estiércol de huevo y gallinas y ganado biomasa extraída de N agua de N
Tabla 2
S is ía to g s to d o 30)t 3 % M F jl 99 W
C a n 3 p retí i tta - g a i3 i:> 5 * 390 * M 99 13
B tié rc o l líq i ido - g a ia to 291 m 9S « W
R eclazo d i f r i t e yue rd i ras OS OJOS 9.0 0,0 93
B io n is a e rtia ítfa d e N 0 * M » 90 90 99
C o ice lira d o extraído de N OS * P % 9 “ 99 93
Pe m eado e itra ído de N x *
1 , 1 %
1.0 93 9T
A g ía de N m i U f t 9.1 911 U
U e iü ta B¿:i IM S w m w U 1 *
Ejemplo 2: Sustrato gastado estiércol de huevo y ganado biomasa extraída de N agua de N
Tabla 3
S i s trato g s 't o d o HN 33J0S V 14 J .4
& lié re o 1 s ó lid o de I B S w.cs 1*9 123 4.4
p o le d o ras de 1 le uo
B t ié r c o l s ó lid o de pollos Os D .Í K 0,0 OJO o.»
B t » rcol líq i ¡do - g a i a d o 15* B .5 K 53 u W
R e c i a m efe f r i t e y u s r d i ras os O,0s w 0 0 t f l
B ¡ o r n a e f lia lc b de N M 0,ÍS ou O f i 0 ,9
C o i ce i t r a i j e r tra i d o efe N OS Ü.0S *0 O f l O f l
Pe m e a d o e xtra íd o de N 15* t t o Ui 04 O?
A g í a de N 1SS d.bí 0,1 OjO 01
U e z o b Bio 100S 1 W i f i 13 34
Ejemplo 3: Sustrato gastado estiércol de huevo desperdicios de frutas y verduras biomasa extraída de N agua de N
Tabla 4
Bife icol sólido efe l i l i ox a » JW 6,6
poledora efe heno
Bife icol sólido efe pollos IK M * w Oí Oí
Cana proli ira - gaiado W «JO* M M Oí
&1ié icol líq i ¡do - gaiado D t « í * M Oí Oí
Reckazo efe fr ito y i t rdi ras 15* 2*1 DJi « í V i í
B ionisa extraía de N 0% O í* C í Oí Oí
Coks Uradoemaído de N K «JK M Oí 0.0
Pe imeado extraído de N m 13* M 0,1 o.r
En los ejemplos 1 y 2, las ventajas vinculadas a la presente descripción son claramente visibles. Sin reciclar el permeado extraído de N y la dilución con agua de N de la absorción de N, la mezcla de la materia prima tendrá un nivel inhibitorio de NH4+-N antes de entrar en los digestores anaeróbicos. En ausencia de extracción de N, habría que mezclar materiales orgánicos con alto contenido de N con materiales orgánicos con bajo contenido de N, es decir, agregar materiales orgánicos con alto contenido de N en pequeñas porciones a una mezcla de materiales orgánicos para fermentar.
La fermentación anaeróbica que resulta en la producción de biogás es seguida por una o más etapas de procesamiento destinadas a la extracción del amoníaco de N del material orgánico después de la producción de biogás por pre digestión en instalaciones de fermentación, calentamiento y secado.
Los datos en la Tabla 5 se basan en una mezcla específica de biomasa y la interacción entre una unidad de producción de "sustrato de hongo" con el reactor Meso Madre, pre-reactores, secador, extractores de N e instalaciones de absorción de N y una planta convencional de biogás termo/meso con instalaciones Sep y Sed como complemento. La planta de biogás termo/meso está suministrando fibra desde la separación a la unidad de producción de "sustrato de hongo" y obtiene a cambio biomasa pre-digerida y extraída de N y concentrado de N, ambos pre-calentados, como nueva materia prima. El alcance principal es producir sustrato básico para la producción de hongos según la Figura 8 y ajustar el contenido de humedad agregando agua de N y tipos específicos de fibras suplementarias.
En base a los hallazgos de la Tabla 5, la proporción de sustrato básico dependerá del contenido deseado de humedad y composición de nutrientes en el sustrato final.
Tabla 5
B io e n e rgia y nuevos alim entos - A lte rn a tiv a 1
Pre -dige rido Ton DM d m % YS v s t :NH4t NOffi tm ton de DH 
kgften
■aferia prtoa traba 33000 K2C 20,1% 5045 76% 4,50 5,93 Sistrato de loigas gxtado 15000 5700 38r©- 3990 70% 1,20 4,80 lio a x a extraída de H 13000 2319 17 # 1396 60% 0,60 2,02 Coice itrado extraído de N 0 0 Ojffli 0 0% 0,00 0,00 Perneado extraído de N 14703 m 2,9% 190 45% 0,71 0,32 Agrade N de secado 70 K 35 03% 24 68*., 2,70 0,03
Desgsifbado 79129 11561 14,6% 7108 61% 4,66 1,69
Desgsifbadoparaextracciói de N 34225 4994 14.63/ 3071 61% 4.64 1.69
F tora de separaciói 8630 3010 35% 2296 76% 3,54 4,04 Coice itrado de sep uses 1510 120% 1146 76% 4,30 1,39 P-sed de sep 5472 1642 30,0% 410 25% 3,82 3,47 Perneado de sep 16314 394 2,2% 163 47% 5,34 0,25
Salida total de sep 45000
am
14,6% 4037 61% 4,66 1,69
Fbra seca 6645 2990 45% 2273 76% 3,00 5,20
54Í7 2990 55% 2273 76% 2,45 6,36 4600 2990 65% 2273 76% U l 7,51 3987 2990 75% 2273 76% 1,36 8,67 3516 2990 65% 2273 76% 0,32 9,82
T e r m o - m e s o Ton DM
V5 v s % NH4+ N of§
ton ton d e T S kí/ton kf-tffi
M a t e r i a p r im a b á s ic a 45500 6210 11,5K 4435
m
2,99 y i
C o n c e n t r a d a d e s e p 13093 1571 32,0% 1173
m
Í S 3
1.34
B io m a s a e x t r a íd a d e N 15717 2804 17,8% 1683
m
0,60 2,02
C o n c e n t r a d o e x t r a íd o d e N 0 0 0,0% 0 0% 0,00 0rQQ
P e r m e a d o e x t r a íd o d e N 15456 1542 14,8% 1151 75% 0,63 1,67
E n t r a d a t o t a l 34766 11127' 13,1% 8501 76% 134 2,08
D e s g a s i f ic a d o «0780 7141 8,3% 4515 63% 3,65 0,93
F ib r a d e s e p a r a c ió n
m
2857 35% 2142 75%
2 f «
3,89
C o n c e n t r a d o d e s e p 13093 1571 12,0% 1176 75% 3(53 1,33
S e d im e n t a c ió n d e P d e s e p 714! 1428 20,0% 357 25% 121 2,73
P e r m e a d o 52381 1215 2,5% 838 65% 191 0,20
S a l id a t o t a l 807BG1 7141 ' 8,8% 4515 63% 165 0,93
F ib r a s e c a 6317 2643 45% 2132 75% 2,20 5,00
6168 2843 55% 2132 75% 180 M I
4373 2843 65% 2132 75% 1,40 7,22
3790 2843 75% 2132 75% 3.00 M 3
3344 2843 85% 2132 75% 0,60 9,44
En la Tabla 6, hay un escenario que se debe considerar como participación mínima igual a una situación en la que el 70 % de la materia seca proviene de fibras termo/meso secas pre-digeridas o secas. El tamaño de producción es de 18.000 toneladas de sustrato de hongos, 3.000 toneladas de hongos y 15.000 toneladas de sustrato gastado, como se ilustra en la figura 9.
Tabla 6
En la Tabla 7 se considera un escenario como parte máxima igual a una situación en la que el 90 % de la materia seca proviene de fibras termo/meso secas pre-digeridas o secas.
Tabla 7
La Tabla 8 a continuación contiene una ilustración de un escenario para ser considerado como participación esperada igual a una situación en la que el 80 % de la materia seca proviene de fibras pre-digeridas secas con un 75 % de materia seca y fibras termo/meso secas con un 65 % materia seca.
Tabla 8
Ejemplo 4: uso de sustrato sólido fibroso comprimido para el cultivo de hongos
El sustrato sólido fibroso comprimido puede usarse como un sustrato "listo para usar" para la producción de varios tipos de hongos, incluidos, entre otros, White Button, Eryngii, Enoki y Shitake. El término "listo para usar" debe entenderse como un sustrato que puede almacenarse hasta el momento de su uso y cuando se usa es fácil de manejar, simplemente agregue agua y micelio.
Lo importante para un sustrato "listo para usar" es que contiene los nutrientes necesarios (proteínas, C, N, P, K y más) y que absorbe el agua de manera fácil y rápida y puede mantener el agua y seguir siendo lo suficientemente esponjosa para evitar la creación de zonas anaeróbicas durante la producción de hongos.
La composición de nutrientes deseada se obtiene mediante la adición de una o más fuentes adicionales de proteínas y/o C a la fracción sólida fibrosa seca y la estructura se mantiene mediante el uso de matrices en la prensa peletizadora con aperturas u orificios de 12 a 16 mm y una forma de prensa que asegura una compresión del material y una densidad de los gránulos de 450 a 550 kg por m3, una densidad que es de 6 a 8 veces mayor que la densidad del sustrato sólido fibroso seco antes de la compresión.
Después del prensado los gránulos tienen un contenido seco del 90 % o más y una temperatura de 90 °C o más y, por lo tanto, se necesita enfriar antes de envasar en bolsas y los gránulos de sustrato "listos para usar" se pueden almacenar hasta el momento de su uso.
El uso de los gránulos de sustrato se lleva a cabo en las unidades de producción de hongos. En el momento del uso, se alcanza el contenido normal de humedad deseado del 67 % en el sustrato agregando agua: Son habituales 2,8 toneladas de agua por tonelada de gránulos de sustrato.
Finalmente se agrega micelio y el ciclo de producción está en funcionamiento.
Después del uso, el sustrato de hongo gastado con su contenido de materia seca orgánica y nutrientes puede reciclarse y usarse como material de alimentación para la producción de biogás.
Ejemplo 5 - Uso de sustrato sólido fibroso comprimido para la producción de gránulos de cama para animales El sustrato sólido fibroso comprimido como se describe en esta invención también puede usarse convenientemente para gránulos de cama para una gran variedad de animales tales como caballos, aves de corral o ganado. Aquí la fracción sólida fibrosa no se complementa con nutrientes antes de la compresión. En la prensa se utilizan matrices con orificios de 10 ó 12 mm y una forma de prensa que asegura una densidad de hasta 600 kg por m3.
Los gránulos de cama no se humedecen previamente y se pueden usar directamente como gránulos de cama en lugar de la paja convencional. Contrariamente a la paja, los gránulos de cama como se describen en esta invención no son consumidos por los animales. Por ejemplo, los caballos tienden a comer la paja cuando se usa como cama, lo que puede dificultar el control de qué y cuánto come un caballo. Además, el consumo de paja también puede ser malo para la digestión y provocar cólicos.
Después del uso, los gránulos de cama con estiércol y orina adicionales de los animales pueden reciclarse y usarse como material de alimentación para la producción de biogás en paralelo con el sustrato de hongos gastado.
Claims (15)
1. Uso de un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos en un procedimiento de cultivo de células y/o esporas fúngicas; como fertilizante; como un mejorador del suelo; y/o como cama para animales; donde dicho sustrato sólido fibroso en forma de gránulos se obtiene mediante un procedimiento que comprende las etapas de a. proporcionar un material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás,
b. someter el material de biomasa fermentada de la etapa a) a una o más etapas de separación que den como resultado la provisión de
i) una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico, y que tiene un contenido reducido (w/w) de agua, y que comprende uno o más constituyentes de nutrientes macromoleculares seleccionados del grupo que consiste en celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa, y
ii) al menos una fracción líquida que comprende partes sólidas y líquidas orgánicas e inorgánicas que contienen fósforo,
c. someter la fracción sólida fibrosa de la etapa b. a un tratamiento de saneamiento, comprendiendo dicho tratamiento las etapas de i) calentar la fracción sólida fibrosa a una temperatura de más de 70 °C, opcionalmente bajo condiciones de pH alcalino, y opcionalmente ii) someter la fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico a una presión de más de 1 bar, donde dicho tratamiento i) reduce o elimina los microorganismos viables presentes en la fracción sólida fibrosa, y ii) reduce el contenido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa, y
d. obtener un sustrato sólido fibroso que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico que tienen un contenido reducido de compuestos volátiles que contienen nitrógeno,
e. opcionalmente someter dicha fracción sólida fibrosa a una o más condiciones de calentamiento, secado, evaporación, presión y/o pH alcalino,
f. opcionalmente, agregar a dicha fracción sólida fibrosa una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos, y
g. comprimir dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d., e. y/o f., generando así un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos.
2. El uso según la reivindicación 1, donde la densidad del gránulo es de aproximadamente 200 kg/m 3 hasta aproximadamente 800 kg/m 3, como de aproximadamente 300 kg/m 3 hasta aproximadamente 700 kg/m 3, por ejemplo de aproximadamente 400 kg/m 3 a unos 600 kg/m 3, como de aproximadamente 450 kg/m 3 hasta aproximadamente 550 kg/m 3 y/o
donde la densidad del gránulo es inferior a 800 kg/m 3, como menos de 700 kg/m 3, por ejemplo menos de 650 kg/m 3, por ejemplo, menos de 600 kg/m 3, por ejemplo menos de 550 kg/m 3, como menos de 500 kg/m 3, por ejemplo, menos de 450 kg/m 3, como menos de 400 kg/m 3.
3. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el diámetro del gránulo es de aproximadamente 6 a 20 mm, tal como 6 a 8 mm, por ejemplo 8 a 10 mm, tal como 10 a 12 mm, por ejemplo 12 a 14 mm, como 14 a 16 mm, por ejemplo 16 a 18 mm, como 18 a 20 mm, y/o
donde la compresión se realiza usando una prensa peletizadora, y/o
donde la densidad del gránulo es aproximadamente 4 a 20 veces mayor que antes de la compresión, tal como 4 a 6 veces, tal como 6 a 8 veces, por ejemplo 8 a 10 veces, tal como 10 a 12 veces, por ejemplo 12 a 14 veces, como 14 a 16 veces, por ejemplo 16 a 18 veces, como 18 a 20 veces más que antes de la compresión.
4. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los gránulos tienen un contenido seco de al menos el 75 %, tal como al menos el 80 %, por ejemplo al menos el 85 %, tal como al menos el 90 %, por ejemplo el 95 %, y /o
donde el gránulo tiene un contenido de humedad menor o igual al 25 %, tal como menor o igual al 20 %, por ejemplo menor o igual al 15 %, tal como menor o igual al 10 %, por ejemplo menor que o igual al 8 %, y/o
donde el gránulo comprende una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario sólido y/o líquido, y/o donde la una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos se seleccionan individualmente del grupo que consiste en proteínas, C, N, P y K, y/o
donde el uso comprende una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios sólidos y/o líquidos, donde el sustrato sólido fibroso se obtiene controlando la composición de nutrientes y/o el contenido de humedad al convertir dichas una o más composiciones de sustrato de nutrientes suplementarios en uno o más compuestos volátiles y evaporando dicho uno o más compuestos volátiles de dicha fracción sólida fibrosa.
5. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el gránulo se complementa con un residuo agrícola complejo pre-tratado, tal como paja y similares, que se ha tratado con vapor tibio y húmedo que comprende N, tal como a través de un vaporizador de N, y donde dichos residuos agrícolas complejos pre-tratados se trituran y/o secan opcionalmente antes de la compresión en un gránulo, y/o donde el sedimento se enfría, tal como mediante enfriamiento activo en una instalación de enfriamiento o mediante enfriamiento pasivo permitiendo que el
sedimento alcance la temperatura ambiente, y/o
donde el gránulo se envasa en bolsas, y/o donde el sedimento se humedece mediante la adición de agua para obtener un sustrato fibroso humedecido.
6. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que contiene de aproximadamente 0,2 kg a aproximadamente 4,0 kg de nitrógeno inorgánico (NH 4 - N) por tonelada, por ejemplo 0,2 a 0,5 kg, como 0,5 a 1,0 kg, por ejemplo 1,0 a 1,2 kg, como 1,2 a 1,4 kg, por ejemplo 1,4 a 1,5 kg, como 1,5 a 1,6 kg, por ejemplo 1,6 a 1,8 kg, como 1,8 a 2 kg, por ejemplo 2 a 2,5 kg, como 2,5 a 3 kg, por ejemplo 3 a 3,5 kg, como 3,5 a 4 kg de nitrógeno inorgánico (NH 4 - N) por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, y/o
que contiene de aproximadamente 3 kg a aproximadamente 30 kg de nitrógeno orgánico por tonelada, por ejemplo 3 a 5, como 5 a 10, por ejemplo 10 a 11, como 11 a 12, por ejemplo 12 a 13, como 13 a 14, por ejemplo 14 a 15, como 15 a 16, por ejemplo 16 a 17, como 17 a 18, por ejemplo 18 a 19, como 19 a 20, por ejemplo 20 a 25, como 25 a 30 kg de nitrógeno orgánico por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, y/o
que contiene menos de 1,0 kg de NH 3 por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, como menos de 0,8 kg, por ejemplo menos de 0,7 kg, como menos de 0,6 kg, por ejemplo menos de 0,5 kg, como menos de 0,4 kg, por ejemplo menos de 0,3 kg, como menos de 0,2 kg, y/o
que contiene 0,01 - 0,05 kg NH 3 por tonelada de sustrato sólido fibroso en forma de gránulos, como 0,05 - 0,1 kg NH 3, por ejemplo 0,1 - 0,2 kg NH 3, como 0,2 - 0,3 kg NH 3, por ejemplo 0,3 - 0,4 kg NH 3, como 0,4 - 0,5 kg NH 3.
7. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se calienta a una temperatura de 70 °C a 300 °C, tal como 70 a 80 °C, por ejemplo 80 a 90 °C, como 90 a 100 °C, por ejemplo 100 a 110 °C, como 110 a 120 °C, por ejemplo 120 a 130 °C, como 130 a 140 °C, por ejemplo 140 a 150 °C, como 150 a 160 °C, por ejemplo 160 a 170 °C, como 170 a 180 °C, por ejemplo 180 a 190 °C, como 190 a 200 °C, por ejemplo 200 a 250 °C, como 250 a 300 °C, y/o
donde dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se somete a una presión de 1 a 10 bares; como 1 a 2 bares, por ejemplo 2 a 3 bares, como 3 a 4 bares, por ejemplo 4 a 5 bares, como 5 a 6 bares, por ejemplo 6 a 7 bares, como 7 a 8 bares, para ejemplo 8 a 9 bares, como 9 a 10 bares, y/o
donde dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se somete a condiciones de pH alcalino, es decir, un pH superior a 7, tal como superior a 7,5, por ejemplo un pH superior a 8,0, y/o
donde dicha fracción sólida fibrosa de la etapa d) y/o e) se calienta y se seca, tal como se calienta y se seca en un secador, tal como un secador de tambor.
8. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además drenar partes líquidas de la fracción sólida fibrosa que comprende partes sólidas y líquidas y obtener una fracción sólida fibrosa que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico y que tiene un contenido total de materia seca de más del 25 % (w / w), como más del 30 % (w/w), por ejemplo más del 35 % (w/w), y una fracción líquida residual, y/o
que comprende además la desgasificación, donde el material de biomasa que comprende partes sólidas y líquidas de un fermentador de biogás después de una fermentación anaeróbica y producción de biogás es una biomasa desgasificada o parcialmente desgasificada, como un material de biomasa que ha sido sometido a fermentación anaeróbica produciendo así un biogás y un material de biomasa desgasificada que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico.
9. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho tratamiento de saneamiento que reduce los contenidos de compuestos volátiles que contienen nitrógeno y/o compuestos volátiles precursores presentes en la fracción sólida fibrosa, produce y/o evapora compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores, y/o
donde dichos compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores se desvían y/o recogen en un separador y tanque de saneamiento, y preferentemente
donde dichos compuestos que contienen nitrógeno volátil y/o compuestos volátiles precursores se desvían a un vaporizador de N, y opcionalmente posteriormente a un tanque de extracción y de saneamiento, y/o
donde dicho tratamiento de saneamiento explota las fuentes de aire de combustión primaria y secundaria, incluidas las fuentes de aire de escape, presentes o generadas en la instalación de fermentación de biogás como resultado de realizar dicho saneamiento, donde dichas fuentes de aire de combustión primaria y secundaria se desvían a un extractor y tanque de saneamiento para conversión y/o recolección como sólidos.
10. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha fermentación anaeróbica y producción de biogás se realiza usando un material de biomasa, tal como un material de biomasa fermentable, tal como seleccionado del grupo que consiste en: Biomasas que comprenden estiércol y lodos, biomasas que comprenden residuos de cultivos, biomasas que comprenden cultivos de ensilado, biomasas que comprenden cadáveres de animales y fracciones de los mismos, productos de desecho de mataderos, productos de desechos de lácteos, harina de carne y huesos, productos de desechos de categoría animal 2; sustrato fúngico gastado; una o más biomasas complejas; residuos agrícolas complejos, como residuos de cultivos, específicamente paja, hierba y similares; una biomasa compleja que comprende proteínas, sustancias oleosas y grasas; una biomasa compleja
seleccionada del grupo que consiste en desechos municipales orgánicos, desechos de alimentos, productos de desechos industriales orgánicos fermentares, productos de desechos de pescado, desechos de mataderos; cama profunda o estiércol de animales, especialmente de bovinos, cerdos y aves de corral; cadáveres de animales y/o sus fracciones, harina de carne y huesos, plasma sanguíneo y cualquier producto procedente de animales, paja, hierba, fibras y aserrín, y/o
donde el material de biomasa se trata previamente antes de la fermentación anaeróbica y la producción de biogás para aumentar el potencial de fermentación y la producción de biogás a partir de dichas biomasas, y preferentemente donde el material de biomasa se trata previamente con vapor tibio y húmedo que comprende N, tal como del secador a través del vaporizador de N, antes de la fermentación anaeróbica y la producción de biogás; donde dicho material de biomasa pre-tratado se tritura opcionalmente antes de la fermentación anaeróbica y la producción de biogás, y/o donde dicho material de biomasa está en una condición fluida, tal como una suspensión líquida, tal como que comprende un máximo del 10 % de partes sólidas.
11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha fermentación anaeróbica es
a. conducida bajo condiciones termofílicas y/o bajo condiciones mesofílicas,
b. realizada durante aproximadamente 5 a 15 días, como 5 a 7 días, por ejemplo 7 a 10 días, como 10 a 12 días, por ejemplo 12 a 15 días y/o
donde el material de biomasa se somete a uno o más pre-tratamientos antes y/o durante la fermentación anaeróbica de dicho material de biomasa, tal como uno o más de un pre-tratamiento químico, mecánico y biológico, donde dicho pre-tratamiento reduce el tamaño de los sólidos y los componentes macromoleculares que forman el material de biomasa y/o
donde dicho pre-tratamiento se selecciona del grupo que consiste en una pre-fermentación, cocción a presión tal como una olla a presión de cal, oxidación húmeda, hidrotermólisis con pH controlado, pre-tratamiento con solvente tal como solvente orgánico y solvente de celulosa, vapor explosión, auto-hidrólisis, pre-tratamiento con ácido diluido, ácido suave, cal, hidrato de cal, alcalino, NaOH, Na 2 CO 3, NaHCO 3, Ca (OH) 2, amoníaco, KOH, dióxido de azufre, dióxido de carbono, conminución, homogeneización, molienda, irradiación, explosión de fibras de amoníaco, microorganismos solubilizadores de lignina, pre-tratamiento enzimático o hidrólisis; hidrólisis enzimática que comprende el tratamiento con una amilasa, una lipasa, una proteasa, una hemicelulasa, una pectinasa, una celulasa, una oxidorreductasa, una enzima que degrada la pared celular de la planta y enzimas derivadas de organismos microbianos.
12. El uso de un sustrato sólido fibroso en forma de gránulos en un procedimiento para cultivar células y/o esporas fúngicas que comprende las etapas de
a. proporcionar células y/o esporas fúngicas,
b. proporcionar el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sustrato sólido fibroso en forma de gránulos opcionalmente comprende además una o más composiciones de sustrato nutritivo suplementario adecuadas para el crecimiento de hongos,
c. agregar agua al sustrato sólido fibroso en forma de gránulos para obtener un sustrato fibroso humedecido, d. poner en contacto las células y/o esporas fúngicas con el sustrato sólido fibroso,
e. cultivar las células y/o esporas fúngicas en dicho sustrato, y
f. opcionalmente obtener un sustrato fúngico gastado.
13. El uso según la reivindicación 12, donde el contenido de humedad del sustrato fibroso humedecido es de aproximadamente el 55 % w/w a aproximadamente el 80 % w/w, tal como aproximadamente el 60 % w/w a aproximadamente el 75 % w/w, por ejemplo aproximadamente el 65 % w/w a aproximadamente el 70 % w/w, y/o donde las células y/o esporas fúngicas se seleccionan del grupo que consiste en Basidiomycetes, Agaricomycetidae, Exobasidiomycetidae, Tremellomycetidae, Ustilaginomycetidae, Agaricus, Lentinula (Lentinus), Flammulina, Pleurotus, Lentinula edodes (shiitake), especies de Agaricus comestibles tales como Agaricus bisporus, Agaricus campestris, Agaricus subrufescens; Flammulina velutipes (Enokitake), Pleurotus eryngii (Eryngii), Pleurotus ostreatus; Shimeji tal como Lyophyllum shimeji, Buna-shimeji, Bunapi-shimeji, Hatake-shimeji, shirotamogidake, pioppino de terciopelo; y un hongo capaz de digerir celulosa, hemicelulosa, lignina y lignocelulosa y/o
donde el cultivo de la célula de Basidiomiceto se lleva a cabo a una temperatura de 15 °C a 35 °C, por ejemplo 15 °C a 17 °C, tal como 17 °C a 20 °C, por ejemplo 20 °C a 22 °C C, tal como 22 °C a 25 °C, por ejemplo 25 °C a 30 °C, tal como 30 °C a 35 °C; y/o tiene lugar en un sustrato sólido fibroso que tiene un contenido de humedad del 50 % en masa al 70 % en masa.
14. El uso según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, que comprende además una etapa de recolección del sustrato fúngico gastado, donde dicho sustrato fúngico gastado se digiere al menos parcialmente mediante el cultivo de las células fúngicas y es adecuado como un material de alimentación para una fermentación anaeróbica y producción de biogás, y/o
que comprende las etapas de
a. fermentar el sustrato fúngico gastado en condiciones de fermentación anaeróbica,
b. producir un biogás y un material de biomasa de sustrato fúngico gastado desgasificado que comprende partes de nitrógeno orgánico e inorgánico.
15. El uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 que comprende además las etapas de i. someter dicha fracción líquida que comprende partes orgánicas e inorgánicas sólidas y líquidas que contienen fósforo a una o más etapas de separación, dando como resultado la provisión de
a) una fracción líquida fibrosa o concentrada, y
b) una fracción o permeado líquido esencialmente no fibroso,
ii. someter la fracción líquida o permeado esencialmente no fibroso a una fracción gaseosa que comprende compuestos volátiles que contienen nitrógeno, donde el pH y la temperatura se ajustan individualmente para cambiar el equilibrio de amoníaco a amonio, generando así
a) una fracción que comprende N o un fertilizante de N en forma líquida,
b) una fracción o sedimento que comprende P,
c) una fuente de calentamiento adecuada para el secado y otros fines de calentamiento,
iii) opcionalmente someter la fracción o sedimento que comprende P a un tratamiento de calentamiento y secado suficiente para evaporar agua y compuestos que contienen nitrógeno (N) volátil, y de ese modo generar una fracción que comprende P o fertilizante de P.
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