ES2871882T3 - Métodos para producir bioplásticos y bioproductos derivados del estiércol - Google Patents

Abstract

Un método para producir acetato de celulosa derivado del estiércol a presión atmosférica, separando el estiércol en componentes de utilidad, el cual cuenta con los siguientes pasos: a. someter el estiércol a un tratamiento de floculación [donde el floculante, de forma opcional, está compuesto de cloruro de hierro (FeCl3) o sulfato de aluminio (Al2(SO4)3)] y a un tratamiento de filtrado en el que los fragmentos que tienen diferentes tamaños de partículas se separan utilizando mallas de diferentes tamaños para obtener fragmentos sólidos con un elevado contenido de lignocelulosa; b. pulpear los fragmentos derivados del estiércol con un elevado contenido de lignocelulosa a presión atmosférica con una solución portadora de ácido monocarboxílico (donde el ácido monocarboxílico, de forma opcional, está compuesto de ácido acético) utilizando un proceso de blanqueamiento con ozono o un perácido para producir pulpa apta para la disolución; c. acetilar la pulpa de celulosa apta para la disolución derivada del estiércol con anhídrido acético y un catalizador [compuesto, de forma opcional, de ácido sulfúrico(H2SO4) y bisulfato de sodio (NaHSO4)] en la solución portadora de ácido monocarboxílico para producir acetato de celulosa; d. extraer los componentes fermentables de los diferentes fragmentos del estiércol para producir ácidos monocarboxílicos para utilizarlos en la solución portadora de ácido monocarboxílico.

Description

DESCRIPCIÓN

Métodos para producir bioplásticos y bioproductos derivados del estiércol

Sector de la técnica

Esta invención está relacionada con la separación del estiércol en fragmentos y el tratamiento de dichos fragmentos para recuperar componentes útiles para producir bioplásticos y otros productos derivados del estiércol.

La invención también está relacionada con un método para producir compuesto (bio)plástico y con un método para producir fibra a partir de celulosa regenerada derivada del estiércol.

Antecedentes de la invención

Actualmente, la industria se caracteriza por el uso de recursos petroquímicos no sostenibles. Existe una tendencia emergente a utilizar biomateriales renovables en lugar de las alternativas de origen petroquímico. Estos materiales renovables, utilizados habitualmente en las industrias de pulpeado y del bioplástico, se basan principalmente en la cosecha de árboles de bosques naturales o de otros recursos cultivados específicamente para esta finalidad. Sin embargo, es preferible para la industria utilizar flujos de residuos ya existentes para la fabricación de materiales biológicos.

Uno de los flujos de residuos con mayor disponibilidad es el estiércol. En la agricultura contemporánea, el estiércol se está convirtiendo en un problema cada vez mayor. El estiércol sigue siendo difícil de procesar como fertilizante dado el gran volumen del mismo que tiene que ser transportado, el control limitado de equilibrio de nutrientes y los problemas con las partículas sólidas en los sistemas de riego. En las zonas en las que el ganado se explota de forma intensiva, se dan excesos de estiércol, y los ganaderos tienen cada vez más problemas a causa de los olores desagradables, los problemas sanitarios, la eutrofización a gran escala y las regulaciones y costes adicionales para deshacerse del estiércol. En un número de países cada vez mayor, la legislación se centra en limitar la cantidad de nitrógeno o de fósforo utilizado en sus propios pastos, mientras que hay que seguir deshaciéndose del exceso de estiércol. Dado que la composición de los fragmentos sólidos y líquidos en el estiércol es diferente en cuanto a los nutrientes, puede ser favorable para el ganadero separar los fragmentos y retirar la parte del estiércol más perjudicial. Aunque este exceso de estiércol supone un problema relevante, tiene mucho potencial para generar productos de valor añadido como proteínas, materiales fibrosos, carbohidratos y nutrientes.

Los métodos actuales de separación aspiran a optimizar el fragmento sólido del estiércol para utilizarlo como lecho para el ganado, como carbón ecológico, como fertilizante y como fuente para los procesos de fermentación de biogases. Sin embargo, estos materiales son de una clase completamente distinta en comparación con materiales como los bioplásticos, que resultan de utilidad para la industria manufacturera. Sería idóneo realizar algunos ajustes respecto a los métodos actuales de separación para obtener fragmentos sólidos más apropiados para usar como materia prima de los bioplásticos.

En lo que se refiere a información previa relacionada con este asunto que se aproxime a la producción de bioplástico a partir del estiércol, se encuentra el método de la patente US n.° 2013/0071890 A1, que trata la producción de bioplástico a partir de biogases en un fermentador con bacterias aerobias metanotrofas capaces de producir biopolímeros y de otro fermentador en el que se induce la producción del bioplástico en presencia de metano. Sin embargo, este método utiliza la biomasa lignocelulósica presente como fuente indirecta para la producción del bioplástico.

Un uso directo de la lignocelulosa presente en el estiércol como fuente o relleno para el bioplástico sería lo más idóneo. Aunque se han desarrollado métodos para procesar directamente la biomasa lignocelulósica en el estiércol para producir productos finales como la celulosa cristalina, como por ejemplo en la patente WO n.° 2015/101941 A1, no se ha desarrollado ninguno para productos finales como el bioplástico. Además, estos métodos se desarrollan en condiciones de presión atmosférica elevada y a altas temperaturas, lo cual los hace innecesariamente peligrosos.

Estos métodos ya existentes también requieren el procesamiento de todo el flujo de residuos, tratando todo el estiércol en un reactor antes de la separación, lo cual no es un proceso económicamente viable; especialmente en comparación con el coste relativamente bajo de la propia celulosa. Para mejorar estos métodos, es conveniente reducir el volumen total de estiércol y obtener una mayor proporción de celulosa separando los diferentes componentes del estiércol antes de ser tratados.

Los métodos tradicionales ya existentes para procesar biomasas lignocelulósicas en las industrias de pulpeado y de los bioplásticos utilizan casi exclusivamente madera y hierba, como por ejemplo en la patente WO n.° 2014/122533 A2. Estos métodos son específicos para estos recursos y necesitarían ajustes específicos para utilizar estiércol como fuente de lignocelulosa, parcialmente debido a los procesos digestivos que ocurren ya dentro del sistema digestivo de las vacas, pero también y de forma principal porque el estiércol puede considerarse más heterogéneo a nivel químico que otras fuentes de biomasa lignocelulósicas más convencionales. Por ejemplo, el estiércol contiene más proteína, lo cual puede aumentar la presencia de ciertos procesos químicos y dificultar la efectividad de los tratamientos, a la vez que esta proteína puede utilizarse como un producto valioso. Esto resalta la necesidad de tratamientos de separación adicionales en el procesamiento del estiércol. Aunque existen métodos para optimizar la extracción del material celulósico del estiércol, la mayoría de los métodos se centran en la hidrólisis de polisacáridos para formar azúcares de cadena corta para la fermentación. Por lo tanto, los tratamientos utilizados en estos métodos pueden resultar demasiado agresivos y dañar la integridad de las fibras celulósicas. Lo óptimo sería encontrar un método que utilizara sustancias químicas menos agresivas que permitiera una mejor recuperación de los flujos de materiales y una mejor recuperación de los procesos químicos.

Shulin Chen ET AL: Sustancias químicas con valor añadido del estiércol animal, Northwest Bioproducts Research Institute - Informe #1- El informe técnico final con DOI 10.2172/15009485 expone métodos para obtener componentes útiles del estiércol utilizando la floculación para la separación de líquidos y sólidos de FeCl3 y para una mayor conversión de los fragmentos sólidos en monosacáridos de cadena corta como la glucosa a través de la hidrólisis de ácidos, la hidrólisis enzimática y la descristalización. Estos métodos presentan la desventaja de romper las moléculas de celulosa, impidiendo la conversión directa de la misma en bioplástico y otros bioproductos.

Los métodos tradicionales de pulpeado como el proceso Kraft o el proceso de bisulfito para el pulpeado y el blanqueamiento basado en cloro tienen un gran impacto en el medio ambiente debido a la gran cantidad de sustancias químicas agresivas y de energía que se necesitan para llevarse a cabo. Las técnicas de pulpeado Organosolv, como por ejemplo en la patente WO n.° 2011/126369 A1, utilizan disolventes orgánicos para la extracción de lignina y hemicelulosa. Estos métodos suponen alternativas respetuosas con el medio ambiente dada la naturaleza más ecológica de los disolventes, la alta recuperabilidad de los disolventes y la mayor calidad de los productos derivados de la lignina. Sin embargo, muchos de estos procesos siguen realizándose a temperaturas y presiones muy elevadas, lo cual aumenta los costes a nivel energético, de seguridad y de equipamiento. Otra ventaja de las técnicas de Organosolv en comparación con las de Kraft es que estas son más suaves para las fibras de celulosa, lo cual encaja mejor con las fibras de celulosa del estiércol. Sin embargo, no se ha desarrollado ningún método de pulpeado para una biomasa lignocelulósica procedente del estiércol.

Es recomendable utilizar fibras celulósicas derivadas del estiércol de la menor calidad posible y otras sustancias derivadas del petróleo, las cuales no son adecuadas para la producción del bioplástico derivado del estiércol, para producir otros productos derivados del estiércol como papel, cartón, tableros de fibras de densidad media y baja y fertilizantes.

Por lo tanto, sigue habiendo una necesidad considerable de encontrar métodos que puedan tratar el estiércol para separar los fragmentos sólidos y líquidos; utilizar la lignocelulosa disponible como fuente directa o relleno para el bioplástico; hacer todo esto a presión atmosférica; tratar únicamente la parte de los residuos que contiene la lignocelulosa; separar los componentes que interfieren en el proceso del estiércol antes de su tratamiento para que puedan ser utilizados con otros fines; y utilizar los componentes útiles presentes en el estiércol para convertir la celulosa presente en el estiércol en bioplásticos y otros bioproductos derivados de la celulosa de forma directa.

Resumen de la invención

La siguiente invención está dirigida a los métodos para producir bioplásticos derivados del estiércol respetuosos con el medio ambiente, teniendo el estiércol y los componentes extraídos del mismo como materia prima directa.

Entre las diferentes posibilidades que se contemplan, los bioplásticos producidos podrían estar derivados directamente de los fragmentos sólidos extraídos del estiércol con un alto contenido en lignocelulosa que se delignifica, se blanquea y se acetila, a presión atmosférica, con la presencia de un catalizador de acetilación, resultando en ésteres o éteres basados en celulosa. Estos procesos de tratamiento podrían incluir productos fermentables derivados del estiércol o procesos paralelos de este método, incluyendo los (poli)sacáridos y los aminoácidos que pueden utilizarse para producir ácidos monocarboxílicos o el precursor de dichos ácidos, el cual podría formar el principal líquido portador necesario para los procesos de pulpeado y de acetilación.

Antes de someterse a estos procesos, el estiércol puede ser sometido a un cambio en la composición de los fragmentos sólidos y líquidos según se requiera en las diferentes fases del proceso para obtener diferentes calidades de lignocelulosa derivada del estiércol, evitar tener que tratar toda la cantidad de estiércol, extraer componentes fermentables de los diferentes fragmentos de estiércol, dejar que el ganadero decida si el estiércol obtenido de la operación agrícola es alto o bajo en nutrientes.

Las condiciones de concentración de los diferentes ácidos, de temperatura, de presión y del número de catalizadores de acetilación pueden modificarse para obtener un tratamiento en particular y ser ajustadas durante los procesos. En algunos modos de realización, la delignificación, el blanqueamiento y la acetilación pueden combinarse o realizarse de forma consecutiva, y en otras, los ácidos monocarboxílicos empleados se recuperan a través de la destilación. En algunos modos de realización, se puede añadir ácido anhídrido orgánico para contribuir al proceso de acetilación o para disminuir el contenido de agua del principal líquido portador. En algunos modos de realización, la pulpa de la celulosa puede someterse a un tratamiento de extracción base/alcalina. En algunos modos de realización, los fragmentos sólidos del estiércol con un alto contenido en lignocelulosa y otros fragmentos del estiércol que no son apropiados para la producción de bioplásticos derivados del estiércol pueden utilizarse para producir otros productos.

En algunos modos de realización, los bioplásticos producidos pueden formarse de forma directa combinando los fragmentos sólidos con elevado contenido lignocelulósico derivados del estiércol de forma directa con una resina o un polímero aglutinante para formar compuesto (bio)plástico.

Diferentes objetos, funciones, aspectos y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto tras la siguiente descripción detallada de los diferentes modos de realización de la invención junto a los dibujos adjuntos en los que los números representan los componentes correspondientes.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra los pasos generales en un ejemplo de realización de un método para producir de forma directa un acetato derivado de celulosa a presión atmosférica.

La Figura 2 muestra los pasos más detallados del recorrido del ácido monocarboxílico portador en un ejemplo de realización de un método para producir de forma directa un acetato derivado de celulosa a presión atmosférica.

Descripción

La Figura 1 muestra de forma general un ejemplo de realización de un proceso para producir acetato de celulosa 24 utilizando estiércol 1 y componentes extraídos del estiércol como materia prima directa, lo cual incluye un proceso previo de separación 2, un proceso de filtrado parcial 3, un tratamiento de optimización de la separación 5, un proceso de filtrado 6, un proceso previo de tratamiento 8 y el proceso del recorrido del ácido monocarboxílico portador 9. En algunas representaciones, los ácidos monocarboxílicos 22 del proceso del recorrido del ácido monocarboxílico portador 9 se producen tras un proceso de tratamiento previo de fermentación 11 y otro proceso de fermentación 12. En algunos modos de realización, este método conllevará la producción neta de diferentes calidades de productos de celulosa 23, fertilizantes 15 y productos de fermentación 26 como ácidos monocarboxílicos.

El estiércol 1 que aquí se utiliza incluye heces u orina del ganado lechero. El estiércol puede variar en su composición debido a las diferencias en animales, dietas, cambios estacionales, condiciones de recogida y almacenamiento, materiales de lecho y la mezcla con otros flujos de residuos lignocelulósicos. En algunos modos de realización, el estiércol contiene heces u orina de otros animales (incluyendo humanos) y también puede incluir materiales que pueden estar presentes en una explotación agrícola, como restos de materiales de lecho para animales, papel, paja, virutas de madera, serrín, fibra de cáñamo y otros. Por lo tanto, se requerirá más procesamiento para optimizar los tratamientos para las posibles variantes de estiércol.

El estiércol obtenido de explotaciones agrícolas o aún presente en dicha explotación se trata a través de un proceso previo de separación 2. Cuando una explotación agrícola utiliza los fragmentos líquidos del estiércol para fertilizar sus propios pastos, puede exceder los límites legales de algunos nutrientes. Un aspecto relevante de esta invención es que una explotación agrícola puede, a través de un tratamiento previo de separación 2, separar las partes no deseadas (como los fosfatos o el nitrógeno) para que luego sean procesadas por la invención y decidir si el estiércol obtenido de esta explotación agrícola va a ser alto o bajo en nutrientes. En algunos modos de realización, un floculante como el cloruro de hierro (III) (FeCl3) o el sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) se mezcla con los fragmentos líquidos del estiércol, donde posteriormente ocurre un proceso de coagulación o de floculación de las partículas suspendidas. Tras la sedimentación, un gran número de los nutrientes, especialmente en forma de fosfatos o de nitrógeno se encuentran presentes en el sedimento. Utilizando el tratamiento previo de separación 2 en el estiércol, la explotación agrícola obtiene el control sobre la separación de los componentes que quieran obtenerse en el estiércol.

En algunos modos de realización, el estiércol 1 o el estiércol tratado con la separación previa 2 se obtiene de cualquier forma apropiada que permita, a través del filtrado parcial 3, la eliminación de la mayor parte de los fragmentos líquidos del estiércol, utilizando por ejemplo una prensa de tornillo. En algunos modos de realización, este filtrado parcial se realiza durante la explotación agrícola, lo cual asegura que el agricultor conserve un fragmento líquido del estiércol que resulte más apropiado para utilizar como fertilizante. La filtración parcial de la explotación agrícola también reduce la masa total que debe transportarse a la planta de procesamiento. Y lo más importante, el filtrado parcial reduce la cantidad total de estiércol a ser tratada a los fragmentos líquidos del estiércol necesarios que tengan un alto contenido en lignocelulosa, lo cual hace que este proceso sea mucho más viable a nivel económico en comparación con los métodos que procesan todo el flujo de residuos, como en la patente WO n.° 2015/101941 A1.

En algunos modos de realización, el resultado directo del filtrado parcial 3 es una fracción semisólida 4 de estiércol que tendrá que separarse en fracciones sólidas con un elevado contenido de celulosa durante los procesos de tratamiento de optimización de la separación 5 y de filtrado 6. En algunos modos de realización también se separan otros componentes, tales como proteínas, minerales, lípidos, monosacáridos y oligosacáridos.

Puesto que el estiércol está considerado más heterogéneo a nivel químico que otras fuentes de lignocelulosa, la separación en varios fragmentos mejorará los posteriores tratamientos para obtener otros productos derivados. La finalidad del tratamiento de optimización de la separación es optimizar la separación del estiércol en múltiples fragmentos ‘'desplazando’’ la elección química al estado que se prefiera (por ejemplo, espuma, disuelto en líquido, partícula sólida) a partir del tratamiento con calor, un agente quelante, un detergente, un floculante, un agente espumante, enzimas, un disolvente orgánico y un ácido o una base. En algunos modos de realización, se añade un agente espumante a la fracción (semi)sólida del estiércol en forma de cloruro de sodio y sulfato de amonio ((NH4)2SO4) y consecuentemente el estiércol se agita hasta que se crea espuma. La espuma está formada principalmente por proteínas y otras sustancias que interfieren con los tratamientos de lignocelulosa. La espuma se retira de la capa superior del líquido (y se utiliza para un posterior refinamiento). En algunos modos de realización, se utiliza un agente quelante para eliminar iones de metal que podrían interferir con los procesos de pulpeado o que se requieren en el fragmento líquido. Los agentes quelantes pueden incluir ácido cítrico y ácido etilendiaminotetraacético (EDTA). En algunas realizaciones, se añade un detergente para separar las sustancias polares de las no polares y, por lo tanto, lavar las fibras de lignocelulosa ante la presencia de lípidos y componentes inapropiados. Además, también se añade un detergente para incrementar la acción de la espuma. En algunos modos de realización, se utiliza un disolvente orgánico para eliminar lípidos, aceites y otros componentes solubles del fragmento sólido. El disolvente orgánico incluye etanol, metanol, acetona, isopropanol, hexano o tolueno y se utiliza preferiblemente a altas temperaturas. Tras la extracción con el disolvente orgánico, el disolvente se extrae utilizando la destilación (al vacío).

El uso de una fracción semisólida 4 durante el tratamiento de optimización de la separación permite la reducción de la cantidad de agua utilizada. En algunos modos de realización, la fracción semisólida se filtra o se diluye añadiendo agua para obtener la proporción deseada para el tratamiento de optimización de la separación. En algunos modos de realización, el líquido separado del filtrado parcial anterior 3 o del filtrado 6 se utiliza para diluir el fragmento semisólido.

El fragmento de estiércol obtenido tras el tratamiento de optimización de la separación 5 se separa en fragmentos sólidos 7 y líquidos 10 durante el proceso de filtrado 6, utilizando por ejemplo una prensa de tornillo o la separación por centrifugación. Una vez realizada esta, los fragmentos sólidos se filtran a través del tamizado para separar dichos fragmentos en partículas utilizando diferentes tamaños de mallas. Las fibras de lignocelulosa más intactas presentes en los fragmentos de partículas grandes se separan de los componentes más degradados presentes en fragmentos de partículas más pequeñas 13 para separar los fragmentos sólidos 7 con un alto contenido de lignocelulosa. Para los fragmentos de partículas grandes se utiliza una malla de 1-3 mm y para los fragmentos de partículas pequeñas se utiliza una malla de 0,05-1 mm. En algunos modos de realización, el tamaño de la malla depende del tipo de estiércol y de las fuentes de lignocelulosa mezcladas, pudiendo ser el límite de hasta 2-10 cm. En algunos modos de realización, se realizan varios tamizados para mejorar la efectividad del filtrado y reducir los taponamientos durante el filtrado.

La optimización de la separación 5 y el filtrado 6 se realizan múltiples veces con condiciones del proceso diferentes o similares, resultando en diferentes fragmentos sólidos 7 con diferentes finalidades y diferentes fragmentos líquidos 10. El tratamiento de optimización de separación combina diferentes tratamientos en un solo paso debido al efecto complementario de los componentes. En algunos modos de realización se utilizan agentes espumantes, detergentes, agentes quelantes y ácidos como primer tratamiento, donde se tratan los fragmentos sólidos con una solución acuosa de etanol al 70 % a una temperatura de 50-60 °C.

Dependiendo de la naturaleza de la pulpa, los fragmentos sólidos de partículas largas 7 con un alto contenido de lignocelulosa se tratan de forma previa 8 para extraer hemicelulosas. En algunos modos de realización, ese tratamiento previo consiste en la extracción base/alcalina con hidróxido de sodio 1-10 % a una temperatura de 30-95 °C. Dependiendo de las características de la pulpa, se puede añadir peróxido de hidrógeno en concentraciones del 0-5 %. Este paso también incluye la delignificación de la lignocelulosa y la activación de la celulosa para permitir la accesibilidad y la reactividad de la celulosa ante las sustancias químicas del ácido monocarboxílico portador 9. En algunos modos de realización, la extracción de la hemicelulosa se realiza tras el proceso de blanqueamiento utilizando una extracción cáustica en frío con hidróxido de sodio al 1-10 % en un rango de temperatura bajo de 20-40 °C. En algunos modos de realización, la hemicelulosa 14 se extrae para su uso en la fermentación 12.

La Figura 2 representa de forma genérica una representación de los procesos más detallados con ácido monocarboxílico portador 9, habiendo tratado de forma previa los fragmentos sólidos con un alto contenido en lignocelulosa 21 como su materia prima directa, lo cual incluye un proceso de pulpeado 16, uno de blanqueamiento 17, uno de acetilación 18 y uno de reciclado 19.

Tras este tratamiento previo, los fragmentos sólidos de alto contenido en lignocelulosa 21 son tratados con un ácido monocarboxílico portador. Aquí, el fragmento sólido de alto contenido en lignocelulosa derivado del estiércol se pulpea 16 a presión atmosférica con una solución portadora de ácido acético en una concentración del 70-90 % y un catalizador de bisulfato de sodio (NaHSO4) en una concentración del 0-5 %. En algunos modos de realización se utiliza como catalizador el ácido nítrico (HNO3), el ácido sulfúrico (H2SO4) o el ácido clorhídrico (HCl) en concentraciones del 0-10 %, la concentración y el tipo de catalizador se eligen en función de las características de la pulpa. Algunas pulpas requieren un portador más suave para evitar una mayor degradación de la celulosa.

Tras un proceso de blanqueamiento 17 comprendido por un tratamiento con ozono a 20-40 °C y un tratamiento con ácido peracético a 50-80 °C, el ácido monocarboxílico portador se utiliza para producir una pulpa apta para su disolución. La concentración y la duración de los tratamientos dependerán de las características de la pulpa. En algunos modos de realización, se utiliza como agente blanqueador un perácido (ácido peróxido), el ozono, el oxígeno, el peróxido de hidrógeno o una combinación de estos.

En algunos modos de realización, esta pulpa de celulosa se utiliza para crear diferentes tipos de productos de celulosa 23 como pueden ser el papel, el cartón, la fibra regenerada y la pulpa con diferentes grados de refinamiento.

Tras el blanqueamiento 17, se utiliza un proceso de acetilación 18 para acetilar la pulpa de celulosa de grado de disolución derivada del estiércol con anhídrido acético en la solución portadora de ácido monocarboxílico con una concentración del 100 %, con bisulfato de sodio (NaHSO4) como catalizador para producir acetato de celulosa 24. En algunos modos de realización, se utiliza como catalizador el ácido sulfúrico (H2SO4), el bisulfato de sodio (NaHSO4) o una combinación de ambos. Los grupos hidroxilos de la celulosa se sustituyen por grupos de acetato en función del grado de sustitución deseado o de forma indirecta. Dependiendo de las características de la pulpa, especialmente del grado de polimerización, la celulosa puede acetilarse de forma directa para lograr el grado deseado de sustitución para evitar la descomposición de los polímeros de celulosa por hidrólisis. De forma alternativa, si el grado de polimerización es lo suficientemente alto, se sustituye primero la totalidad de la celulosa por triacetato de celulosa (CTA) y después el CTA se hidroliza hasta conseguir el grado deseado de sustitución.

En algunos modos de realización, el bioplástico de celulosa derivado del estiércol está compuesto de acetato butirato de celulosa, acetato propionato de celulosa u otros ésteres derivados de la celulosa. En una realización en concreto, el bioplástico de celulosa derivado del estiércol está compuesto de carboximetilcelulosa u otros éteres derivados de la celulosa.

Estos tres procesos pueden utilizar la misma solución de ácido monocarboxílico en diferentes concentraciones como portador principal para los procesos de delignificación, blanqueamiento y acetilación, en los que los fragmentos sólidos con elevado contenido de lignocelulosa se delignifican, blanquean y acetilan de forma consecutiva a presión atmosférica y a una temperatura de 80-130 °C. En un aspecto de la invención, el punto de ebullición de la solución de ácido monocarboxílico se eleva añadiendo ácidos carboxílicos de masas moleculares mayores. El uso de la solución de ácido monocarboxílico permite el lavado contra corriente. En algunos modos de realización, estos procesos pueden realizarse de forma conjunta para minimizar el gasto en sustancias químicas y energía. Así, los estados de los procesos pueden iniciarse incorporando sustancias químicas y cambios en la temperatura o los procesos pueden realizarse de una sola vez, tras lo cual se puede realizar la separación de los productos no deseados después de la acetilación. En algunos modos de realización, estos procesos se realizan a una presión de entre 0-10 bares y a una temperatura de 50-180 °C. En algunos modos de realización, se añade ácido anhídrido orgánico, en particular anhídrido acético, no solo para acetilar la pulpa derivada del estiércol, sino también para disminuir el contenido de agua de la solución portadora de ácido monocarboxílico. En algunos modos de realización, se aplican varias sustancias químicas en la solución portadora de ácido monocarboxílico durante los diferentes procesos.

Los ácidos monocarboxílicos de la solución portadora de ácido monocarboxílico se recuperan total o parcialmente de la solución portadora de ácido monocarboxílico a través de la destilación a presión atmosférica baja para reciclar 19 los ácidos monocarboxílicos. Los fragmentos sólidos que permanecen tras la destilación de la solución portadora de ácido monocarboxílico utilizada 25 son, principalmente, lignina y hemicelulosa de alta calidad. En algunos modos de realización, la lignina se utiliza como producto una vez la hemicelulosa se extrae del material sólido y se utiliza para la fermentación.

En algunos modos de realización, el portador de ácido monocarboxílico deriva de forma total o parcial de productos de fermentación 20 derivados de los fragmentos líquidos 10, fragmentos de partículas pequeñas 13, hemicelulosa 14 o este método, incluyendo (poli)sacáridos o aminoácidos. En algunos modos de realización, los productos de fermentación son el precursor de los mencionados ácidos monocarboxílicos. En algunos modos de realización, los productos de fermentación son ácido butírico, ácido propanoico, ácido acético o ácido fórmico. En algunos modos de realización, los productos de fermentación son el etanol, el metanol, el propanol, el butanol u otros productos de fermentación 26.

Antes de la fermentación 12, los productos fermentables son tratados de forma previa 11 para conseguir las condiciones de fermentación óptimas. En algunos modos de realización, los productos relacionados con la invención se seleccionan y se mezclan para conseguir las condiciones de fermentación óptimas. Los fragmentos líquidos tienen diferentes composiciones según su origen. Estos pueden provenir del filtrado parcial del paso 3, o de los filtrados múltiples del ciclo de la optimización de la separación y del filtrado. Dependiendo de la concentración de los componentes fermentables y de los nutrientes, un fragmento líquido puede concentrarse por ósmosis inversa o diluirse mezclándose con otros productos de menor concentración. Los fragmentos sólidos de partículas pequeñas 13 y la pulpa de celulosa de baja calidad pueden hidrolizarse para obtener componentes fermentables como monosacáridos, oligosacáridos y aminoácidos. En algunos modos de realización, los nutrientes y los componentes fermentables no derivados del estiércol pueden incorporarse para mejorar el proceso de fermentación.

El ácido acético para la solución portadora de ácido monocarboxílico se produce por la fermentación del producto del tratamiento de fermentación previa con etanol cuando la solución se transforma en ácido acético en un segundo proceso de fermentación. En algunos modos de realización, se producen otros ácidos monocarboxílicos cambiando la composición de los compuestos fermentables en el tratamiento de fermentación previo y utilizando organismos con diferentes rutas metabólicas. Otro aspecto de la invención es utilizar una fermentación con mezcla de ácidos en la que se produzcan varios productos de utilidad con un único proceso de fermentación.

En algunos modos de realización, el residuo de digestión sólida con un alto grado de celulosa bacteriana producida por la fermentación se utiliza para la producción de bioplásticos derivados de la celulosa.

Los fragmentos líquidos que se originan tras este tratamiento de fermentación se combinan para producir un producto fertilizante 15 que puede utilizarse con fines agrícolas, horticulturales y de cara al consumidor. Combinando fragmentos líquidos 10 y residuos de fragmentos líquidos, se pueden recuperar los nutrientes del estiércol tras la concentración a través de la ósmosis inversa. En algunos modos de realización, se consigue un mayor concentrado de solución de nutrientes a través de la evaporación de la solución para crear un producto fertilizante compuesto de un producto sólido granulado o en polvo obtenido a través del secado por pulverización. En una realización en concreto, el producto fertilizante está compuesto de una solución de nutrientes muy concentrada. En una realización más preferible, los fragmentos líquidos obtenidos tras el tratamiento de fermentación se destilan a una presión baja o atmosférica para obtener ácidos monocarboxílicos a la vez que las partículas sólidas restantes se utilizan para obtener nutrientes para el producto fertilizante. En algunos modos de realización, el producto fertilizante está equilibrado en cuanto a su composición nutricional se refiere (por ejemplo, N-P-K) a través de una selección minuciosa de sustancias químicas procesadas en anteriores pasos. Cuando resulta apropiado para aumentar la composición de nitrógeno del fertilizante, se utiliza el hidróxido de amonio (NH4OH) como base en el proceso previo de optimización de la separación. Cuando resulta apropiado para aumentar la composición de potasio del fertilizante, se utiliza hidróxido de potasio (H3PO4). En algunos modos de realización, el producto fertilizante es rico en sustancias orgánicas, como el ácido húmico. En algunos modos de realización, los nutrientes del fósforo y del nitrógeno pueden obtenerse de los fragmentos líquidos a través de la precipitación de estruvita para producir el producto fertilizante o un componente del producto fertilizante.

Ejemplos

En los siguientes ejemplos se describen los diferentes pasos a seguir de los métodos tal y como se indicaron previamente, que se pretende que sean de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.

Ejemplo 1: Tratamiento previo

Para la extracción de la celulosa, se realizó un tratamiento previo. Los sólidos lavados eran materiales fibrosos de color marrón claro cuyas fibras eran, generalmente, de tamaño inferior a 2 cm. Se mezclaron cuatro muestras de fragmentos sólidos de 50 g secadas en el horno con 500 l de solución con diferentes concentraciones de hidróxido de sodio (NaOH), más concretamente, 2,5, 5, 7,5 y 10 % con hidróxido de sodio (NaOH) y 1 % de peróxido de hidrógeno (H2O2). La suspensión se mantuvo durante una hora a 90 °C a presión atmosférica. Tras el tratamiento, el líquido filtrado era de color marrón oscuro. El material sólido fibroso se lavó con agua hasta la neutralidad. El color de las muestras de fibra era marrón claro.

Las muestras tratadas previamente se delignificaron con un tratamiento con un ácido monocarboxílico portador en las mismas condiciones para obtener pulpa de celulosa. La pulpa se caracterizó midiendo el contenido de Alfa-celulosa, el color, el número Kappa de la pulpa y el grado de polimerización.

Ejemplo 2: Tratamiento de optimización de la separación

El tratamiento de la optimización de la separación se realizó en los fragmentos semisólidos. Para crear la espuma, se añadió un 0,2 % del cloruro de sodio y un 0,5 % de sulfato de amonio (NH4)2SO4), además de cloruro de hierro de forma opcional (FeCl3) como floculante. También se añadió un 0,5 % de lauril éter sulfato sódico (SLS) como detergente para incrementar el efecto de la formación de la espuma. Para incrementar la efectividad del detergente y para eliminar metales que pudieran interferir en otros procesos, se añadió un agente quelante en un 0,3 % en forma de EDTA. El pH de la solución se elevó a 8 utilizando un ácido o una base, en función de las características del estiércol. La solución de estiércol se agitó fuertemente utilizando una bomba de alta potencia para inducir la creación de espuma. La espuma se retiró mecánicamente varias veces hasta que se formo muy poca o ninguna. La espuma recogida se licuó y se secó.

La solución restante se filtró con cinco tamices con un tamaño de rejilla máximo de 1,8 mm y con un tamaño de malla mínimo de 0,05 mm. La utilización de diferentes tamices con una malla de tamaño inferior a los 1,8 mm evitó el taponamiento de los tamices. Los fragmentos sólidos recogidos de los tamices con un tamaño de malla inferior al tamaño máximo de 1,8 mm se combinaron y fueron considerados como el fragmento sólido de partículas pequeñas con el mayor contenido en proteínas. Las partículas sólidas recogidas del tamiz con la malla de mayor tamaño son los fragmentos sólidos con un elevado contenido de lignocelulosa.

Los fragmentos sólidos con un elevado contenido de lignocelulosa se lavaron y se filtraron posteriormente con agua a 70 °C. Tras este paso, los fragmentos sólidos se sometieron a una fase de lavado con metanol en la que las fibras se sumergieron en una solución acuosa de metanol al 70 % a 60 °C. Tras esto, los fragmentos sólidos fueron filtrados y lavados con agua.

Los fragmentos sólidos restantes fueron caracterizados como fragmentos con materiales fibrosos de color marrón claro con un elevado contenido de lignocelulosa y una baja concentración de proteínas y lípidos.

Ejemplo 3: Portador de ácido monocarboxílico

Las fibras previamente tratadas del fragmento sólido se secaron hasta que se obtuvo una masa de fibra de baja humedad. Entonces, se trataron 100 g del fragmento sólido previamente tratado con una solución portadora de ácido monocarboxílico compuesta de 1 l de una solución acuosa al 80 % con ácido acético y un 2 % de ácido nítrico. Las fibras estuvieron en suspensión y se calentaron hasta llegar a la temperatura de ebullición a presión atmosférica en un aparato de reflujo. Tras alcanzar la temperatura de ebullición, las fibras fueron tratadas durante 1,5 horas.

Las fibras pulpeadas se lavaron con una solución acuosa de ácido acético al 80 % para eliminar los componentes del ácido nítrico y la lignina disuelta. Después, las fibras pulpeadas fueron sometidas dos veces a un tratamiento de blanqueamiento con ozono con una proporción de líquido y pulpa de 1:2 a 30 °C. La duración del tratamiento de blanqueado dependió de las características de la pulpa. Tras ser lavada con una solución acuosa de ácido acético al 80 %, se calentó a 70 °C para la realización de un blanqueamiento con un perácido (esta es una temperatura más apropiada para la formación del equilibrio del ácido peracético). En función de la naturaleza de la pulpa se añadió una cantidad de ácido peracético durante un período determinado de tiempo. Tras el blanqueamiento con ácido peracético durante 4 horas, la solución fue filtrada. Las fibras sólidas fueron lavadas dos veces con una solución acuosa de ácido acético al 80 %, y la pulpa se mezcló con una solución saturada de sulfito de sodio (NaSO3) en una solución acuosa de ácido acético al 80 % y se dejó reposar durante 30 minutos para eliminar los agentes oxidantes. Tras la filtración, las fibras fueron lavadas dos veces con ácido acético glacial (100 %). Una mitad de las fibras se utilizó para la acetilación, mientras que la otra se utilizó para el análisis de la calidad de la pulpa en lo relativo al brillo, el contenido en Alfa-celulosa y el número Kappa de pulpa.

Para conservar la integridad del polímero de celulosa, las fibras blanqueadas fueron sometidas a un proceso suave de acetilación. Todo el proceso de acetilación fue realizado a temperatura ambiente utilizando un catalizador suave. Después, las fibras se colocaron en un matraz con 200 ml de ácido acético glacial (100 %) y 0,15 ml de ácido sulfúrico (H2SO4) (98 %). Se añadieron 0,3 g de bisulfato de sodio (NaHSO4) como catalizador suave. La solución se agitó con una agitadora a 150 rpm. Se añadieron lentamente 60 ml de anhídrido acético en el curso de 30 minutos. El proceso de acetilación duró hasta conseguir el grado deseado de polimerización [es decir, hasta conseguir diacetato de celulosa (CDA) con un grado de sustitución del 2,4]. Los catalizadores fueron neutralizados añadiendo acetato de sodio mientras que la solución se vertió en un baño de agua destilada para precipitar el acetato de celulosa. Los sólidos resultantes se lavaron hasta que se obtuvieron productos neutros y secos de acetato de celulosa.

El producto de acetato de celulosa se disolvió en acetona, y las partículas no disueltas se separaron de la solución por medio del centrifugado diferencial. Entonces, se determinó el grado de polimerización y de degradación térmica.

El diacetato de celulosa (CDA) disuelto en acetona fue concentrado hasta que se consiguió una solución de hilatura de la viscosidad deseada. Después, la solución se centrifugó en seco para obtener estopa de acetato de celulosa.

Ejemplo 4: Portador de ácido acético para celulosa

Tras el proceso de optimización de la separación, el fragmento sólido se trató previamente con una solución de un 5 % de hidróxido de sodio y de un 1 % de peróxido de hidrógeno con una proporción de licor y biomasa de 4:1. Después, se mezcló exhaustivamente y se mantuvo a 70 °C durante una hora. Tras el tratamiento, las fibras se lavaron hasta quedar neutras y secas.

Se trataron 100 g de fibras previamente tratadas del fragmento sólido con una solución portadora de ácido compuesta de 1 l de una solución acuosa de ácido acético al 80 % y una solución acuosa de ácido nítrico al 0,5 %. Las fibras estuvieron en suspensión y se calentaron hasta llegar a la temperatura de ebullición a presión atmosférica en un aparato de reflujo. Tras alcanzar la temperatura de ebullición, las fibras fueron tratadas durante 1 hora. Tras el tratamiento, las fibras fueron filtradas y lavadas con 100 ml de ácido acético al 90 %.

Después, las fibras se mezclaron con 250 ml de una solución acuosa de ácido acético al 90 %. Se añadió ácido sulfúrico como catalizador hasta que se alcanzó una concentración del 0,3 %. La mezcla se conservó a temperatura de ebullición durante una hora. En función de las características de la pulpa, tras el tratamiento, se disolvieron 4 g de acetato de sodio en 30 ml de solución acuosa de ácido acético al 80 % para neutralizar el catalizador de ácido sulfúrico. El contenido de lignina y el número Kappa se analizaron para estimar el tiempo de reacción necesario para el blanqueamiento.

Entonces, la solución pulpeada se llevó a 70 °C para realizar un blanqueamiento con ácido peracético (esta es una temperatura más apropiada para la formación del equilibrio del ácido peracético). En función de la naturaleza de la pulpa se añadió una cantidad de peróxido de hidrógeno durante un período determinado de tiempo. Se añadieron 100 ml de una solución acuosa de peróxido de hidrógeno al 35 % para la formación del ácido peracético. Tras el blanqueamiento con ácido peracético durante 2 horas, la solución fue filtrada. Las fibras sólidas se lavaron con agua destilada hasta que alcanzó la neutralidad. Finalmente, se realizó una extracción cáustica en frío para incrementar el contenido de Alfa-celulosa eliminando las hemicelulosas residuales. Las fibras se sometieron a una solución de hidróxido de sodio (NaOH) al 8 %, siendo constantemente removida a 30 °C durante diez minutos. Después, las fibras se lavaron hasta que quedaron neutras y secas. Se determinaron los niveles de Alfa-celulosa, el número Kappa y el brillo ISO. Finalmente, se obtuvo un producto de celulosa muy refinado.

Ejemplo 5: Portador de ácido monocarboxílico mezclado

Dado que pulpear a una temperatura más alta puede resultar más efectivo o rápido, resulta beneficioso incrementar la temperatura de ebullición del líquido portador de ácido carboxílico. Para incrementar la temperatura de ebullición conservando la presión atmosférica, se añadió un ácido monocarboxílico con un punto de ebullición más elevado. Sin embargo, es importante tener en cuenta que utilizar ácidos monocarboxílicos de cadenas de mayor longitud podría disminuir la efectividad del proceso por la menor presencia de grupos activos por volumen de líquido portador.

Se añadió ácido butírico en diferentes concentraciones de hasta el 90 % y el punto de ebullición se midió posteriormente. Se añadieron 0, 5, 10, 15, 20, 30, y 40 ml de una solución pura de ácido butírico a un matraz, y después este se llenó con un total de 100 ml de una solución acuosa de ácido acético al 90 %. Se añadieron 20 ml de ácido nítrico al 70 % a cada solución. Se determinó la temperatura de ebullición utilizando 10 ml de la mezcla en un tubo de ensayo con un termómetro sumergido en el líquido a la vez que el tubo se calentaba en un baño caliente. Cuando las burbujas llegaron a la superficie, la temperatura reflejada se tomó como punto de ebullición.

Se mezclaron 10 g de fibras secas y previamente tratadas de los fragmentos sólidos con cada una de las soluciones y un 0,3 % de bisulfato de sodio (NaHSO4) y se calentaron hasta que alcanzaron el punto de ebullición y se mantuvieron a esta temperatura durante 0,5 horas. Las fibras pulpeadas se blanquearon de forma simultánea con ozono y con ácido peracético a 40 °C durante 3 horas. Las fibras se separaron y se lavaron minuciosamente, y por último se determinó el contenido de Alfa-celulosa, el número Kappa, el brillo y el contenido de lignina.

Ejemplo 6: Ozono de ácido acético perácido

Se trataron 100 g de fibras del fragmento sólido con una solución portadora de ácido monocarboxílico compuesta de 1 l de una solución acuosa de ácido acético al 70 %, un 20 % de ácido fórmico, un 0,7 % de ácido nítrico y un 0,2 % de bisulfato de sodio (NaHSO4). Las fibras fueron colocadas en suspensión y calentadas hasta alcanzar la temperatura de ebullición a presión atmosférica en un aparato de reflujo. Una vez se alcanzó el punto de ebullición, se añadieron catalizadores y se trataron durante 2,5 horas. Tras el tratamiento, las fibras fueron filtradas y lavadas con 100 ml de ácido acético al 90 %. Después, las fibras fueron suspendidas en 200 ml de ácido acético al 70 % y en ácido fórmico al 10 % y fueron tratadas con ozono a 30 °C hasta que se alcanzó un total de 4,5 g de ozono.

Posteriormente, la muestra se blanqueó con ácido peracético al 12 % procedente de la pulpa. El blanqueamiento con ácido peracético se realizó a 70 °C por un total de 4 horas. Se midió el número Kappa y el brillo ISO.

Ejemplo 7: Fermentación del fragmento líquido

Se utilizó una solución portadora de ácido monocarboxílico formada por un 80 % de ácido acético y un 3 % de ácido nítrico para la delignificación de los fragmentos sólidos que fueron reciclados mientras que se extrajeron los componentes de utilidad. Se puso 1 l de la solución en un aparato de destilación y se destiló totalmente. Los líquidos destilados se recogieron, y podrían ser utilizados en otros procesos de destilación. Los sólidos resultantes de la solución de ácido monocarboxílico se sumergieron en agua caliente en una proporción de 10:1 (volumen de los sólidos obtenidos: volumen de agua caliente). Tras sumergir los productos mientras se removía constantemente durante cuatro horas, se filtró la suspensión. Los residuos sólidos presentaban un producto de lignina de gran valor. El filtrado contenía productos fermentables disueltos en forma de hemicelulosa y azúcares. Para obtener una solución fermentable rica en azúcares, el filtrado se mezcló con soluciones (concentradas por ósmosis inversa) del tratamiento de optimización de la separación y con componentes hidrolizados del fragmento sólido. La solución se fermentó con una cepa de levadura para obtener etanol, que podría utilizarse como producto o para conseguir una mayor fermentación por las bacterias del ácido acético para formar ácido acético que pueda ser utilizado para crear una solución portadora de ácido monocarboxílico o como producto.

Ejemplo 8: Ejemplo de explotación agrícola, floculante de separación de estiércol

El funcionamiento de una granja de producción láctea genera un exceso de estiércol que contiene minerales y otros componentes fertilizantes que necesitan ser eliminados del tanque de almacenamiento de estiércol y deportados. Es más preferible para el funcionamiento de una granja de producción láctea utilizar un líquido para fertilizar los campos con un sistema de rociado/inyección, mientras que resultaría preferible transportar el fragmento sólido del estiércol. Sin embargo, el fragmento líquido contiene más componentes fertilizantes que la cantidad deseable (principalmente nitrógeno y fósforo) para fertilizar la tierra durante el funcionamiento de la granja. Por lo tanto, se añade un floculante al tanque de almacenamiento de estiércol para precipitar los componentes fertilizantes para mover los componentes al fragmento sólido.

Se añadió cloruro de hierro (III) (FeCL3) en el tanque de almacenamiento de estiércol hasta alcanzar una concentración de 2 g por litro (la cantidad deberá ser ajustada en función de las características de funcionamiento de la granja) y se agitó el tanque durante una hora. Tras el agitado, se dejó que el tanque formase sedimentos durante 2 días. Después, el tanque fue filtrado con una prensa de tornillo para separar el líquido de los fragmentos sólidos. El fragmento líquido contenía entonces un 30 % menos de nitrógeno y un 40 % menos de fósforo después de la floculación. Los fragmentos sólidos pueden ser utilizados en el tratamiento de optimización de la separación.

Ejemplo 9: Fertilizante

Los fragmentos líquidos fueron procesados para crear un producto fertilizante equilibrado. Se filtró la solución del tratamiento de fermentación para producir ácido acético. Los materiales sólidos fueron filtrados y utilizados como materia prima de lignocelulosa para su uso en el ácido monocarboxílico portador. Se destilaron los fragmentos líquidos fermentados que contenían ácido acético a través de la destilación al vacío para obtener ácido acético para su uso en el ácido monocarboxílico portador. Los residuos sólidos restantes tras la destilación, con un elevado contenido de nutrientes procedentes del estiércol, fueron utilizados para crear un polvo rico en nutrientes.

Se equilibró este producto fertilizante, intentando recuperar tantos nutrientes del estiércol como fuera posible. Se estableció que un fragmento líquido tras el filtrado parcial y un fragmento líquido del tratamiento de separación tenían un bajo contenido en productos fermentables pero un elevado contenido de nutrientes, con un contenido sólido total de 67 mg/l. Estos fragmentos fueron concentrados por ósmosis inversa hasta conseguir una concentración de 438 mg/l de sólidos en total. Este fragmento concentrado se secó por pulverización para obtener un polvo sólido que se mezcló con los polvos ricos en nutrientes obtenidos de los fragmentos líquidos digeridos. La composición del fertilizante se analizó según sus nutrientes.

Ejemplo 10: Diacetato de celulosa

La pulpa de celulosa derivada del estiércol fue tratada con ácido monocarboxílico y acetilada en condiciones suaves utilizando ácido sulfúrico H2SO4 y bisulfato de sodio (NaHSO4) en una proporción de 1:3 como catalizador. La primera celulosa se acetiló para conseguir triacetato de celulosa y después se hidrolizó para obtener diacetato de celulosa con el grado deseado de sustitución. Se obtuvo un diacetato de celulosa con un grado de sustitución de 2,08 y se mezcló con un plastificante [por ejemplo, dietilftalato (DEP)] para obtener un material térmico moldeable. El producto se transformó en un producto granulado.

Ejemplo 11: Compuesto de plástico utilizando un aglutinante de ácido poliláctico

Los fragmentos sólidos derivados del estiércol con un elevado contenido de lignocelulosa y una baja concentración de proteínas y lípidos (como los obtenidos tras el proceso de optimización de la separación en el ejemplo 2) se secaron a una temperatura de 40 °C durante un total de 8 horas. Después, las fibras se mezclaron en una proporción de 1:2 con un aglutinante de ácido poliláctico durante 10 minutos a 180 °C. La mezcla se prensó en placas circulares durante 4 minutos a una temperatura de 175 °C. Tras enfriar las placas en una prensa similar a temperatura ambiente, se midió la resistencia a la tracción y la resistencia a los impactos.

Ejemplo 12: Fibra regenerada de pulpa apta para disolución

Se obtuvo una pulpa apta para disolución a través del portador del ácido acético para la celulosa derivada del estiércol (ver ejemplo 3). Se desmenuzaron 15 gramos de pulpa seca y fueron disueltos en 35 ml de H2O junto a 50 gramos de N-óxido de 4-metilmorfolina. El agua sobrante se evaporó hasta formar una solución de hilatura que se centrifugó a 100 °C para obtener filamentos o hilos, y después el producto centrifugado se sumergió en una solución de óxido de amina y se lavó con agua destilada. T ras secar el producto, este puede procesarse más, pudiendo formar cuerdas con él.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir acetato de celulosa derivado del estiércol a presión atmosférica, separando el estiércol en componentes de utilidad, el cual cuenta con los siguientes pasos:

a. someter el estiércol a un tratamiento de floculación [donde el floculante, de forma opcional, está compuesto de cloruro de hierro (FeCl3) o sulfato de aluminio (Al2(SO4)3)] y a un tratamiento de filtrado en el que los fragmentos que tienen diferentes tamaños de partículas se separan utilizando mallas de diferentes tamaños para obtener fragmentos sólidos con un elevado contenido de lignocelulosa;

b. pulpear los fragmentos derivados del estiércol con un elevado contenido de lignocelulosa a presión atmosférica con una solución portadora de ácido monocarboxílico (donde el ácido monocarboxílico, de forma opcional, está compuesto de ácido acético) utilizando un proceso de blanqueamiento con ozono o un perácido para producir pulpa apta para la disolución;

c. acetilar la pulpa de celulosa apta para la disolución derivada del estiércol con anhídrido acético y un catalizador [compuesto, de forma opcional, de ácido sulfúrico(H2SO4) y bisulfato de sodio (NaHSO4)] en la solución portadora de ácido monocarboxílico para producir acetato de celulosa;

d. extraer los componentes fermentables de los diferentes fragmentos del estiércol para producir ácidos monocarboxílicos para utilizarlos en la solución portadora de ácido monocarboxílico.

2. En el proceso de la reivindicación 1, los componentes fermentables son (poli)sacáridos o aminoácidos que pueden utilizarse para producir ácidos monocarboxílicos;

preferiblemente, los componentes de fermentación serán un precursor de los ácidos monocarboxílicos; preferiblemente, el ácido monocarboxílico será ácido acético, ácido fórmico, ácido propiónico, ácido butírico o una combinación de estos.

3. En el proceso de la reivindicación 1, los fragmentos sólidos derivados del estiércol con un alto contenido en lignocelulosa se delignifican, blanquean o acetilan por los procesos b o c, ya sea combinados o realizándose de forma consecutiva;

preferiblemente, los ácidos monocarboxílicos o la solución portadora de ácido monocarboxílico de acuerdo con la reivindicación 2 ya estarán total o parcialmente usados;

preferiblemente, los ácidos monocarboxílicos tendrán una concentración del 10-100 %, preferiblemente, por encima del 50 %, idealmente, entre el 70-90 %.

4. En el proceso de la reivindicación 3, el ácido nítrico se añade en una concentración del 0-20 %, preferiblemente del 0,5-5 %;

preferiblemente se añadirá ácido sulfúrico o ácido clorhídrico en una concentración del 0-10%, preferiblemente del 0­ 5 %;

preferiblemente, el bisulfato de sodio se añadirá en una concentración del 0-15 %, preferiblemente del 0-5 %; preferiblemente, el agente blanqueador será un perácido, ozono, oxígeno, peróxido de hidrógeno o una combinación de estos; preferiblemente, un ácido anhídrido orgánico, en particular un anhídrido acético, se añadirá para la acetilación del producto de celulosa disuelta derivado del estiércol o para disminuir el contenido de agua de la solución portadora de ácido monocarboxílico; preferiblemente, el pulpeado y la acetilación se llevarán a cabo a una presión de 0-10 bares, preferiblemente a presión atmosférica; preferiblemente, el pulpeado y la acetilación se llevarán a cabo a una temperatura de 50-180 °C, preferiblemente entre 80-130 °C.

5. En el proceso de la reivindicación 3, los fragmentos sólidos derivados del estiércol con alto contenido en lignocelulosa se someten a un tratamiento de extracción de base o alcalino, de forma previa, simultánea o posterior al tratamiento de ácido monocarboxílico.

6. En el proceso de la afirmación 1, el estiércol se filtra (parcialmente) o se diluye añadiendo agua para obtener la proporción deseada de tratamiento a la vez que se reduce el gasto de agua;

preferiblemente, el tratamiento de separación se repetirá en condiciones variadas o similares con un uso total o parcial de filtrado recuperado de procesos de filtrado anteriores;

preferiblemente, el estiércol estará tratado con calor, un agente quelante, un detergente, floculantes, enzimas, un disolvente orgánico, un ácido o una base; preferiblemente, el estiércol estará tratado con un agente espumante y después se agitará para que los componentes químicos que se forman en la espuma puedan separarse de la suspensión a través de cualquier medio mecánico apropiado, y preferiblemente, el agente espumante será o incluirá sulfato de amonio (NH4SO4).

7. En el proceso de la reivindicación 1, cualquier flujo de los diferentes fragmentos del estiércol se utiliza para producir un producto fertilizante que pueda ser utilizado para fines agrícolas, horticulturales y de cara al consumidor.

8. En el proceso de la reivindicación 7, el producto fertilizante es un líquido o un polvo concentrado rico en nutrientes.

9. En el proceso de la reivindicación 7, el producto fertilizante está compuesto de fragmentos líquidos de estiércol retirando el agua o extrayendo nutrientes utilizando la precipitación de estruvita.

10. En el proceso de la reivindicación 7, el tratamiento de floculación [en el que el floculante está compuesto, de forma opcional, por cloruro de hierro (III) (FeCl3) o sulfato de aluminio (Al2(SO4)3] se adapta en función de las preferencias de composición de nutrientes del producto fertilizante.

11. Los procesos relativos a cualquier reivindicación previa sobre estiércol o fragmentos de estiércol producidos por animales incluyendo humanos han sido mezclados con orina o biomasa lignocelulósica y con componentes del siguiente grupo, entre otros: materiales de lecho para animales, paja, madera, papel, productos residuales de digestión y productos de fermentación.

12. Un método para producir fibra de la celulosa regenerada procedente del estiércol, separando el estiércol en componentes de utilidad, que cuenta con los siguientes pasos:

a. someter el estiércol a un tratamiento de floculación [donde el floculante, de forma opcional, está compuesto de cloruro de hierro (FeCl3) o sulfato de aluminio (Al2(SO4)3] y a un tratamiento de filtrado en el que los fragmentos que tienen diferentes tamaños de partículas se separan utilizando mallas de diferentes tamaños para obtener fragmentos sólidos con un elevado contenido de lignocelulosa;

b. pulpear los fragmentos derivados del estiércol con un elevado contenido de lignocelulosa a presión atmosférica con una solución portadora de ácido monocarboxílico (donde el ácido monocarboxílico, de forma opcional, está compuesto de ácido acético) utilizando un proceso de blanqueamiento con ozono o un perácido para producir pulpa de celulosa disuelta;

c. disolver la pulpa de celulosa derivada del estiércol con N-óxido de 4-metilmorfolina para formar una solución de hilatura y producir fibras de celulosa regenerada;

d. extraer los componentes fermentables de los diferentes fragmentos del estiércol para producir ácidos monocarboxílicos para utilizarlos en la solución portadora de ácido monocarboxílico.