ES2914714T3 - Regeneración y utilización de dióxido de carbono - Google Patents

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Abstract

Un método para la producción de ácido orgánico y/o alcohol que comprende las etapas de: a) proporcionar un medio acuoso, básico, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato; b) alimentar el medio acuoso, básico, que contiene el dióxido de carbono de la etapa (a) a una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares que comprende un ánodo, un cátodo, una membrana de intercambio aniónico selectiva para iones, y dos membranas bipolares de disociación de agua, capaces de proporcionar un compartimento ácido entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de ánodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones y un compartimento básico entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de cátodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones; c) transportar el dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato a través de la membrana de intercambio aniónico desde el compartimento básico al compartimento ácido que comprende una disolución acuosa, ácida; d) poner en contacto el dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida, de la etapa (c) y Z hidrógeno con al menos una célula acetogénica en un medio de producción acuoso en condiciones adecuadas para producir al menos un ácido orgánico y/o alcohol a partir del dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida; y opcionalmente e) recuperar el ácido orgánico y/o alcohol.

Description

DESCRIPCIÓN
Regeneración y utilización de dióxido de carbono
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para la producción de ácido orgánico y/o alcohol que comprende las etapas de:
a) proporcionar un medio acuoso, básico, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato;
b) alimentar el medio acuoso, básico, que contiene el dióxido de carbono de la etapa (a) a una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares que comprende
un ánodo,
un cátodo,
una membrana de intercambio aniónico selectiva para iones, y
dos membranas bipolares de disociación de agua, capaces de proporcionar un compartimento ácido entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de ánodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones y un compartimento básico entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de cátodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones;
c) transportar el dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato a través de la membrana de intercambio aniónico desde el compartimento básico al compartimento ácido que comprende una disolución acuosa, ácida;
d) poner en contacto el dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida, de la etapa (c) e hidrógeno con al menos una célula acetogénica en un medio de producción acuoso en condiciones adecuadas para producir al menos un ácido orgánico y/o alcohol a partir del dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida; y opcionalmente
e) recuperar el ácido orgánico y/o alcohol.
Técnica anterior
El dióxido de carbono (CO2) es un gas invernadero que está acumulándose en la atmósfera y provocando problemas de calentamiento global y cambios climáticos no deseados. La mayoría de los procesos industriales que están llevándose a cabo liberan a nivel internacional cantidades inadvertidamente pequeñas de CO2 en sus humos de escape. Este CO2 está acumulándose en el medio ambiente y provocando un aumento en la temperatura que está conduciendo a cambios climáticos incontrolables tales como el derretimiento de los casquetes glaciares polares, un aumento en el nivel del mar a nivel global, inundaciones y similares.
Por tanto, hay una necesidad de estabilizar el CO2 atmosférico para reducir estos problemas. Una manera de hacerlo sería reducir las emisiones aumentando la eficiencia de los procesos de combustión, como en centrales de energía a base de combustibles fósiles o vehículos de motor con motores de combustión interna. Sin embargo, esta es una tarea ardua teniendo en cuenta el aumento en el número de coches en el mundo y el aumento en las emisiones a partir de la combustión de combustibles fósiles. Otra manera es sustituir los combustibles fósiles en procesos a base de carbono por energía renovable o combustibles bajos en carbono. Sin embargo, esto reduciría las emisiones pero aumentaría los costes de combustible. Por consiguiente, hay una necesidad en la técnica de dirigir la captura de CO2 de la atmósfera y de reducir y estabilizar la cantidad de CO2 en el aire ambiental a de 350 a 440 partes por millón en volumen (ppm).
También hay una necesidad de almacenar este CO2 capturado en una forma en la que puede usarse como alternativa a los combustibles fósiles en vista de la cantidad decreciente de combustibles fósiles disponible en la Tierra. Actualmente hay numerosas tecnologías y materiales para capturar CO2 del aire ambiental discutidas en la bibliografía que usan procesos de absorción/adsorción con quimiosorbentes inorgánicos, aminas/iminas, zeolitas, resinas de intercambio aniónico y similares. Los procesos aplicados para la captura y el almacenamiento de carbono no pueden transferirse directamente a la separación de CO2 del aire debido a la humedad del aire, las concentraciones muy bajas de CO2 y la necesidad de procesar cerca de las condiciones de temperatura y presión ambientales (Goeppert A., (2012), Energy Environ Sci., 5: 7833). Además, en Krekel, D., (2018), Applied Energy, 218:361-381 se ha concluido que los resultados notificados muestran que la separación de CO2 del aire ambiental no será capaz de jugar un papel vital en la disminución del problema del cambio climático hasta 2050 debido a sus fuertes inconvenientes tecnológicos y económicos.
En Sanz-Perez E., (2016) Chem. Rev., 116: 11840-11876, se da a conocer una revisión histórica de diferentes técnicas de captura directa del aire (DAC, Direct Air Capture). En particular, en este artículo científico se dan a conocer diferentes sorbentes químicos que se hacen circular a través de ciclos de sorción y de desorción para la eliminación de CO2 de gases ultradiluidos tales como el aire. Sin embargo, estos métodos dados a conocer no son especialmente competitivos dado que la desorción del CO2 cuesta mucha energía y dinero. Por tanto, hay una necesidad en la técnica de capturar directamente CO2 del aire ambiental sin usar la desorción de CO2.
El documento EP2163294 da a conocer la captura y regeneración basada en disolventes de CO2 generado a partir de instalación de generación de electricidad alimentadas con combustibles fósiles, plantas de gasificación de carbono u otras fuentes mediante una operación de electrodiálisis. Sin embargo, en este proceso el uso adicional del CO2 capturado, regenerado, está restringido a la eliminación adicional de la corriente enriquecida en CO2. No hay ninguna sugerencia sobre cómo usar la corriente enriquecida en CO2 directamente, ya que el proceso químico convencional requiere CO2 como materia prima en altas concentraciones para conseguir altos rendimientos. Por ejemplo, una aplicación de CO2 principal es la síntesis de urea. Con el fin de ejecutar esta síntesis de manera eficiente, en primer lugar es necesario purificar el CO2 y alimentarlo en una alta concentración junto con un segundo reactivo, una amina (Wang, H (2017) Top Curr Chem (Z) 375:49). Por tanto, no se conoce que las disoluciones acuosas muy diluidas de CO2 sean útiles en la síntesis química y tienen que concentrarse siempre antes de su uso.
El documento WO2017/205038 enseña un método para producir alcoholes combustibles. El método comprende la eliminación de carbono de fuentes de agua que contienen iones bicarbonato, convirtiendo el carbono disuelto en gas de CO2 y procesando el gas de CO2 e hidrógeno para producir alcohol mediante catálisis (metálica) química.
Más en particular, hay una necesidad en la técnica de no solo capturar directamente CO2 del aire ambiental, sino también de almacenar el CO2 de modo que el CO2 almacenado pueda usarse como fuente alternativa para productos químicos superiores.
Descripción de la invención
La presente invención intenta solucionar los problemas anteriores proporcionando un método para la producción de ácido orgánico y/o alcohol a partir de dióxido de carbono y proporcionando un medio para la producción de ácido orgánico y/o alcohol que comprende una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares y un fermentador. En particular, la presente invención captura el dióxido de carbono, convierte el dióxido de carbono capturado en un dióxido de carbono regenerado, que puede usarse directamente para la producción de un ácido orgánico y/o alcohol usando al menos un microorganismo. Este método proporciona las ventajas de ser capaz de reducir la concentración de dióxido de carbono en el aire así como el método proporciona un uso para el dióxido de carbono que está almacenado. La presente invención se refiere a un método para la producción de ácido orgánico y/o alcohol que comprende las etapas de:
a) proporcionar un medio acuoso, básico, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato;
b) alimentar el medio acuoso, básico, que contiene el dióxido de carbono de la etapa (a) a una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares que comprende
un ánodo,
un cátodo,
una membrana de intercambio aniónico selectiva para iones, y
dos membranas bipolares de disociación de agua, capaces de proporcionar un compartimento ácido entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de ánodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones y un compartimento básico entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de cátodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones;
c) transportar el dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato a través de la membrana de intercambio aniónico desde el compartimento básico al compartimento ácido que comprende una disolución acuosa, ácida;
d) poner en contacto el dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida, de la etapa (c) e hidrógeno con al menos una célula acetogénica en un medio de producción acuoso en condiciones adecuadas para producir al menos un ácido orgánico y/o alcohol a partir del dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida; y opcionalmente e) recuperar el ácido orgánico y/o alcohol.
El término “medio básico” en el contexto de la presente invención se refiere a un medio que tiene un pH de más de 7.
El término “medio ácido” en el contexto de la presente invención se refiere a un medio que tiene un pH de menos de 7.
La frase “un medio acuoso, básico, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato” en el contexto de la presente invención se refiere a dióxido de carbono contenido en un medio acuoso, básico, o bien en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato y/o bien en forma de dióxido de carbono que está disuelto físicamente en un medio acuoso, básico. Esta frase puede hacer referencia a dióxido de carbono que puede capturarse de una mezcla de gases, por ejemplo, gases de escape o aire ambiental, dirigiendo un flujo del gas de escape o aire ambiental a través de un medio acuoso, básico, dando como resultado un medio acuoso, básico, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato.
La frase “dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida,” en el contexto de la presente invención se refiere a dióxido de carbono contenido en un medio acuoso, ácido, o bien en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato y/o o bien en forma de dióxido de carbono que está disuelto físicamente en un medio acuoso, ácido. Esta frase puede hacer referencia a dióxido de carbono que puede regenerarse o recuperarse del medio acuoso, básico, dando como resultado un medio acuoso, ácido, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato.
El término “medio acuoso” en el contexto de la presente invención se refiere a un medio que tiene un contenido de agua de al menos el 50% en peso con referencia al medio total.
El “pH” en relación con la presente invención se define como el valor que se mide para la composición relevante a 25°C tras agitar durante 5 minutos usando un electrodo de pH calibrado según la norma ISO 4319 (1977).
A menos que se establezca lo contrario, todos los porcentajes (%) facilitados son porcentajes en peso.
La provisión del medio acuoso, básico, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato puede conseguirse fácilmente recogiendo agua de mar: el agua de mar natural es ligeramente básica y por tanto es capaz de capturar de manera natural dióxido de carbono del aire ambiental. Por tanto, tomar agua de mar y alimentarla al proceso de la presente invención es una etapa a) de método ventajosa según la presente invención
En un método preferido según la presente invención, la etapa a) comprende proporcionar una mezcla de gases que comprende dióxido de carbono y poner en contacto la mezcla de gases con un medio acuoso, básico, que contiene al menos una base, capturando de ese modo el dióxido de carbono, que está contenido en el medio acuoso, básico, en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o carbonato.
Es un método preferido según la presente invención que la mezcla de gases comprenda dióxido de carbono a una concentración de 350 ppm-450 ppm, preferiblemente la mezcla de gases es aire.
En un método preferido según la presente invención el medio acuoso, básico, en la etapa a) contiene una base seleccionada del grupo de hidróxidos y carbonatos, preferiblemente de hidróxidos y carbonatos alcalinos y alcalinotérreos, preferiblemente del grupo de hidróxido de sodio, hidróxido de potasio e hidróxido de calcio.
Es un método preferido según la presente invención que en la etapa a) el medio acuoso, básico, se pulveriza a través de una boquilla a una corriente de la mezcla de gases que comprende dióxido de carbono.
En la etapa b) de la presente invención el medio acuoso, básico, que contiene el dióxido de carbono se alimenta a una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares.
La figura 1 muestra un ejemplo de una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares de este tipo: el dióxido de carbono existe en disolución como aniones hidrogenocarbonato y/o carbonato cargados negativamente. Esta disolución se alimenta a una una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares (BPMED), que separa la disolución de hidrogenocarbonato/carbonato en un ácido y una base aplicando un voltaje a través de una pila alternante de membranas de intercambio aniónico selectivas para iones (AEM) y membranas bipolares de disociación de agua (BPM), y transportando el dióxido de carbono como aniones hidrogenocarbonato y/o carbonato al compartimento ácido.
La disolución ácida puede convertir los aniones hidrogenocarbonato y/o carbonato transportados en dióxido de carbono, y la baja solubilidad del dióxido de carbono disuelto total en la disolución ácida puede dar como resultado desprendimiento de gas de dióxido de carbono, dependiendo de la concentración de dióxido de carbono, la temperatura y la presión aplicada.
Es un método preferido de la presente invención cuando, en la etapa b), la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares comprende una pila alternante de membranas de intercambio aniónico selectivas para iones y membranas bipolares de disociación de agua de una cantidad de desde 3 hasta 20 membranas.
Membranas adecuadas que pueden usarse en la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares de la presente invención están fácilmente disponibles comercialmente, por ejemplo, pueden usarse como membranas de intercambio aniónico selectivas para iones Neosepta AHA y como membranas bipolares de disociación de agua Neosepta BP-1E, ambas fabricadas por Ameridia Corp.
Preferiblemente, la la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares usada en el proceso de la presente invención comprende además una membrana de intercambio catiónico selectiva para iones, que separa el compartimento ácido del ánodo y el compartimento básico del cátodo. Preferiblemente, la membrana de intercambio catiónico selectiva para iones es Neosepta C66-10F, suministrada por Ameridia Corp.
Es un método preferido según la presente invención, que los valores de pH dentro de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares de la presente invención se mantengan dentro de intervalos constantes: preferiblemente el pH del compartimento ácido se mantiene en el intervalo de desde 1,5 hasta 7,0, preferiblemente de desde 3,0 hasta 7,0, lo más preferiblemente desde 4,5 hasta 6,0; preferiblemente el pH del compartimento básico se mantiene en el intervalo de desde 7,1 hasta 12,0, preferiblemente de desde 8,0 hasta 11,5, lo más preferiblemente desde 9,5 hasta 11,0.
Los valores de pH dentro de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares de la presente invención pueden mantenerse dentro de intervalos constantes añadiendo un ácido o una base a las disoluciones acuosas en la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares. Habitualmente se necesita ácido, ya que el pH en ambos compartimentos tiende a aumentar en vez de disminuir durante el método según la presente invención.
En la etapa c) el dióxido de carbono se transporta a un medio acuoso, ácido. En un método preferido según la presente invención, en la etapa c), se aplica un amperaje de 5 A a 20 A, preferiblemente de 5 A a 15 A, lo más preferiblemente de 5 A a 10 A a la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares. Preferiblemente en el método según la presente invención, en la etapa c), se aplica un voltaje de 5 V a 30V, preferiblemente de 10 V a 25 V, lo más preferiblemente de 10 V a 20 V a la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares.
En un método preferido según la presente invención, en la etapa c), la disolución acuosa, ácida, en el compartimento ácido se mantiene a una temperatura dentro del intervalo de desde 1,0°C hasta 15°C, preferiblemente desde 6,0°C hasta 12°C, incluso más preferiblemente desde 8°C hasta 10°C. Esto tiene el efecto técnico de que el dióxido de carbono capturado de los gases de escape y/o aire ambiental puede transportarse a tasas mayores.
En un método preferido según la presente invención, en la etapa c), la disolución acuosa, ácida, en el compartimento ácido contiene un medio de extracción orgánico, que se usa en la etapa e) para la recuperación del ácido orgánico y/o alcohol de la etapa d); para detalles véase más adelante, también para los medios de extracción orgánicos preferidos usados en este aspecto. Esto también tiene el efecto técnico de que el dióxido de carbono capturado de los gases de escape y/o aire ambiental puede transportarse a tasas mayores.
En un método preferido según la presente invención, en la etapa c), una concentración de dióxido de carbono total en la disolución acuosa, ácida, en el compartimento ácido está en el intervalo de 0,1 a 20 g/l y preferiblemente se mantiene desde 0,5 hasta 10 g/l, y preferiblemente el dióxido de carbono se alimenta a la etapa d) a esta concentración. Esta concentración de CO2 aunque baja, es suficiente para llevar a cabo el método según cualquier aspecto de la presente invención. La concentración de CO2 puede determinarse mediante cromatografía de gases clásica, usando un detector de ionización de llama (FID) y similares. Un experto en la técnica sería capaz de usar medios conocidos en la técnica para medir la concentración de CO2 en la etapa (c).
En la etapa d) el dióxido de carbono se convierte en un ácido orgánico y/o alcohol mediante bacterias acetogénicas.
El término “bacterias acetogénicas” tal como se usa en el presente documento se refiere a un microorganismo que es capaz de realizar la ruta de Wood-Ljungdahl y por tanto es capaz de convertir CO, CO2 y/o hidrógeno en acetato. Estos microorganismos incluyen microorganismos que en su forma de tipo silvestre no tienen una ruta de Wood-Ljungdahl, pero han adquirido este rasgo como resultado de modificación genética. Tales microorganismos incluyen, pero no se limitan a, células de E. coli. Estos microorganismos también pueden conocerse como bacterias carboxidotróficas. Actualmente, en la técnica se conocen 21 géneros diferentes de las bacterias acetogénicas (Drake et al., 2006), y estas pueden incluir también algunos clostridios (Drake & Kusel, 2005). Estas bacterias son capaces de usar dióxido de carbono o monóxido de carbono como fuente de carbono con hidrógeno como fuente de energía (Wood, 1991). Además, también pueden usarse alcoholes, aldehidos, ácidos carboxílicos así como numerosas hexosas como fuente de carbono (Drake et al., 2004). La ruta reductora que conduce a la formación de acetato se denomina ruta de la acetil-CoA o de Wood-Ljungdahl.
En particular, las bacterias acetogénicas pueden seleccionarse del grupo que consiste en Acetoanaerobium notera (ATCC 35199), Acetonema longum (DSM 6540), Acetobacterium carbinolicum (DSM 2925), Acetobacteríum malicum (DSM 4132), Acetobacterium species n ° 446 (Morinaga et al., 1990, J. Biotechnol., vol. 14, págs. 187-194), Acetobacterium wieringae (DSM 1911), Acetobacterium woodii (DSM 1030), Alkalibaculum bacchi (DSM 22112), Archaeoglobus fulgidus (DSM 4304), Blautia producta (DSM 2950, anteriormente Ruminococcus productus, anteriormente Peptostreptococcus productus), Butyribacterium methylotrophicum (DSM 3468), Clostridium aceticum (DSM 1496), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061, DSM 19630 y DSM 23693), Clostridium carboxidivorans (DSM 15243), Clostridium coskatii (ATCC n ° PTA-10522), Clostridium drakei (ATCC BA-623), Clostridium formicoaceticum (DSM 92), Clostridium glycolicum (DSM 1288), Clostridium ljungdahlii (DSM 13528), Clostridium Ijungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii ERI-2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55989), Clostridium mayombei (DSM 6539), Clostridium methoxybenzovorans (DSM 12182), Clostridium ragsdalei (DSM 15248), Clostridium scatologenes (DSM 757), Clostridium species ATCC 29797 (Schmidt et al., 1986, Chem. Eng. Commun., vol. 45, págs. 61 -73), Desulfotomaculum kuznetsovii (DSM 6115), Desulfotomaculum thermobezoicum subsp. thermosyntrophicum (DSM 14055), Eubacterium limosum (DSM 20543), Methanosarcina acetivorans C2A (Ds M 2834), Moorella sp. HUC22-1 (Sakai et al., 2004, Biotechnol. Let., vol. 29, págs. 1607-1612), Moorella thermoacetica (DSM 521, anteriormente Clostridium thermoaceticum), Moorella thermoautotrophica (DSM 1974), Oxobacter pfennigii (DSM 322), Sporomusa aerivorans (DSM 13326), Sporomusa ovata (DSM 2662), Sporomusa silvacetica (DSM 10669), Sporomusa sphaeroides (DSM 2875), Sporomusa termitida (d Sm 4440) y Thermoanaerobacter kivui (DSM 2030, anteriormente Acetogenium kivui), siendo las cepas entre paréntesis cepas preferidas.
Más en particular, la célula acetogénica puede seleccionarse de la familia Clostridium. Incluso más en particular, la célula acetogénica usada según cualquier aspecto de la presente invención puede seleccionarse del grupo que consiste en Clostridium aceticum (DSM 1496), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061, DSM 19630 y DSM23693), Clostridium carboxidivorans (Ds M 15243), Clostridium coskatii (ATCC n ° PTA-10522), Clostridium drakei (ATCC BA-623), Clostridium formicoaceticum (DSM 92), Clostridium glycolicum (DSM 1288), Clostridium ljungdahlii (DSM 13528), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii ERI-2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55989), Clostridium mayombei (DSM 6539), Clostridium methoxybenzovorans (DSM 12182), Clostridium ragsdalei (DSM 15248), Clostridium scatologenes (DSM 757) y Clostridium species ATCC 29797), siendo las cepas entre paréntesis cepas preferidas.
En particular, puede usarse la cepa ATCC BAA-624 de Clostridium carboxidivorans. Incluso más en particular, puede usarse la cepa bacteriana etiquetada con “P7” y “P11” de Clostridium carboxidivorans tal como se describe, por ejemplo, en los documentos U.S. 2007/0275447 y U.S. 2008/0057554. Otra bacteria particularmente adecuada puede ser Clostridium ljungdahlii. En particular, pueden usarse cepas seleccionadas del grupo que consiste en Clostridium ljungdahlii PETC, Clostridium ljungdahlii ERI2, Clostridium ljungdahlii COL y Clostridium ljungdahlii O-52 en la conversión de gas de síntesis en ácido hexanoico. Estas cepas, por ejemplo, se describen en los documentos WO 98/00558, WO 00/68407, ATCC 49587, ATCC 55988 y ATCC 55989.
Es un método preferido según la presente invención que en la etapa d) la puesta en contacto tenga lugar en un fermentador que comprende la al menos una célula acetogénica, el medio de producción acuoso, un medio de recepción de una corriente de hidrógeno y un medio de recepción del dióxido de carbono recuperado. El fermentador se representa esquemáticamente en (3) de la figura 2.
En algunos ejemplos, pueden cultivarse células acetogénicas capaces de producir el ácido orgánico y/o alcohol con cualquier medios de producción acuoso, sustrato, condición y proceso conocido generalmente en la técnica para cultivar bacterias. Esto permite producir el ácido orgánico y/o alcohol usando un método biotecnológico. Dependiendo del microorganismo que se use para la producción de ácido orgánico y/o alcohol, se varían el medio de crecimiento, el pH, la temperatura, la tasa de agitación, el nivel de inóculo y/o las condiciones aeróbicas, microaeróbicas o anaeróbicas apropiados. Un experto en la técnica entendería las otras condiciones necesarias para llevar a cabo el método según cualquier aspecto de la presente invención. En particular, las condiciones en el fermentador pueden variarse dependiendo de los microorganismos usados. La variación de las condiciones para que sean adecuadas para el funcionamiento óptimo de los microorganismos está dentro del conocimiento de un experto en la técnica.
En un ejemplo, la etapa d) según cualquier aspecto de la presente invención pueden llevarse a cabo estando en la etapa d) el pH del medio de producción acuoso en el intervalo de entre 4,0 y 6,9, preferiblemente entre 5,0 y 7,0, lo más preferiblemente entre 5,0 y 6,5. La presión puede ser de entre 0,9 y 10 bar. Los microorganismos pueden cultivarse a una temperatura que oscila entre aproximadamente 20°C y aproximadamente 80°C, oscilando preferiblemente entre aproximadamente 25°C y aproximadamente 40°C. En un ejemplo, el microorganismo puede cultivarse a 37°C.
En un método preferido de la presente invención, los valores de pH dentro de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares de la presente invención del compartimento ácido en la etapa c) se mantienen en el intervalo de desde 5,0 hasta 6,5 y en la etapa d) el pH del medio de producción acuoso está en el intervalo de entre 5,0 y 6,5. Esto tiene la ventaja de que no son necesarios ajustes de pH adicionales entre las dos etapas. Además, dentro de este intervalo de pH, el dióxido de carbono permanecerá disuelto en el medio acuoso, ácido, sin la necesidad de aplicar una alta presión; por tanto, preferiblemente en este contexto las etapas c) y d) del método según la presente invención se llevan a cabo dentro de un intervalo de presión de 0,9 a 1,2 bar.
En algunos ejemplos, para el crecimiento del microorganismo y para su producción de ácido orgánico y/o alcohol, el el medio de producción acuoso puede comprender cualquier nutriente, ingrediente y/o suplemento adecuado para hacer crecer el microorganismo o para fomentar la producción del ácido orgánico y/o alcohol. En particular, el el medio de producción acuoso puede comprender al menos uno de los siguientes: fuentes de carbono, fuentes de nitrógeno, tales como una sal de amonio, extracto de levadura o peptona; minerales; sales; cofactores; agentes de tamponamiento; vitaminas; y cualquier otro componente y/o extracto que pueda fomentar el crecimiento de las bacterias. El medio de producción acuoso que debe usarse tiene que ser adecuado para los requisitos de las cepas particulares. Descripciones de medios de producción acuosos para diversos microorganismos se facilitan en “Manual of Methods for General Bacteriology”.
Por tanto, un experto en la técnica sería capaz de determinar las condiciones adecuadas que permitirían la producción de al menos un ácido orgánico y/o alcohol a partir del dióxido de carbono en el medio ácido, acuoso.
En un ejemplo según cualquier aspecto de la presente invención, la célula acetogénica en la etapa d) convierte el el dióxido de carbono en el medio ácido, acuoso, en al menos un alcohol, al menos un ácido orgánico o una mezcla de alcohol y ácido orgánico. En particular, el ácido orgánico puede seleccionarse del grupo que consiste en ácido acético, ácido butírico, ácido hexanoico y una mezcla de los mismos. El alcohol puede seleccionarse del grupo que consiste en etanol, butanol, hexanol y mezclas de los mismos. En un ejemplo, se forma una combinación de tanto un alcohol como un ácido orgánico. Lo más preferiblemente, el alcohol es etanol y el ácido orgánico ácido acético.
La etapa e) según cualquier aspecto de la presente invención implica la recuperación del ácido orgánico y/o alcohol de la etapa d).
El ácido orgánico y/o alcohol contenido en el medio de producción acuoso se pone en contacto preferiblemente en la etapa e) con un medio de extracción orgánico y da como resultado la formación de dos fases. Como medio de extracción orgánico en la etapa e), el medio de extracción orgánico comprende preferiblemente:
al menos un óxido de alquil-fosfina y al menos un alcano que comprende al menos 12 átomos de carbono; o
al menos una trialquilamina y al menos un alcano que comprende al menos 12 átomos de carbono.
El medio de extracción orgánico según cualquier aspecto de la presente invención puede extraer de manera eficiente el ácido orgánico y/o alcohol al medio de extracción orgánico. Este medio de extracción orgánico de una mezcla de óxido de alquil-fosfina o trialquilamina y al menos un alcano puede considerarse adecuado en el método según cualquier aspecto de la presente invención ya que la mezcla trabaja de manera eficiente en la extracción del ácido orgánico y/o alcohol deseado en presencia del medio de producción acuoso. En particular, puede considerarse que la mezcla de óxido de alquil-fosfina o trialquilamina y al menos un alcano trabaja mejor que cualquier método conocido actualmente en la técnica para la extracción ácido orgánico y/o alcohol ya que no requiere que se lleve a cabo ningún equipamiento especial y es relativamente fácil de realizar con un alto rendimiento de producto. Además, el medio de extracción orgánico según cualquier aspecto de la presente invención tampoco es tóxico para la célula acetogénica de la etapa d).
El alcano puede comprender al menos 12 átomos de carbono. En particular, el alcano puede comprender 12-18 átomos de carbono. En un ejemplo, el alcano puede seleccionarse del grupo que consiste en dodecano, tridecano, tetradecano, pentadecano, hexadecano, heptadecano y octadecano. En un ejemplo adicional, el medio de extracción orgánico puede comprender una mezcla de alcanos.
Los óxidos de alquil-fosfina tienen una fórmula general de OPX3 , en la que X es un alquilo. Los óxidos de alquil-fosfina adecuados según cualquier aspecto de la presente invención incluyen un grupo alquilo compuesto por un hidrocarburo lineal, ramificado o cíclico, estando el hidrocarburo compuesto por desde 1 hasta aproximadamente 100 átomos de carbono y desde 1 hasta aproximadamente 200 átomos de hidrógeno. En particular, “alquil” tal como se usa con referencia a óxido de alquil-fosfina según cualquier aspecto de la presente invención puede hacer referencia a un grupo hidrocarbonado que tiene de 1 a 20 átomos de carbono, frecuentemente entre 4 y 15 átomos de carbono, o entre 6 y 12 átomos de carbono, y que puede estar compuesto por cadenas rectas, cadenas cíclicas, ramificadas o mezclas de estas. El óxido de alquil-fosfina puede tener desde uno hasta tres grupos alquilo en cada átomo de fósforo. En un ejemplo, el óxido de alquil-fosfina tiene tres grupos alquilo en el P. En algunos ejemplos, el grupo alquilo puede comprender un átomo de oxígeno en lugar de un carbono de un grupo alquilo C4-C15 o uno C6-C12, siempre que el átomo de oxígeno no esté unido al P del óxido de alquil-fosfina. Normalmente, el óxido de alquil-fosfina se selecciona del grupo que consiste en óxido de tri-octilfosfina, óxido de tri-butilfosfina, óxido de hexil-fosfina, óxido de octilfosfina y mezclas de los mismos. Incluso más en particular, el óxido de alquil-fosfina puede ser óxido de tri-octilfosfina (TOPO).
Las trialquilaminas son compuestos químicos orgánicos derivados de amoniaco (NH3), cuyos tres átomos de hidrógeno están reemplazados por radicales alquilo. Ejemplos de trialquilaminas son dimetiletilamina, metildietilamina, trietilamina, dimetil-n-propilamina, dimetil-i-propilamina, metildi-n-propilamina, dimetilbutilamina, trioctilamina y similares. En particular, la trialquilamina usada en el medio de extracción orgánico según cualquier aspecto de la presente invención puede no ser soluble en agua y puede ser trioctilamina.
En un ejemplo, el medio de extracción orgánico según cualquier aspecto de la presente invención puede ser una combinación de óxido de alquil-fosfina o trialquilamina y al menos un alcano. En particular, el alcano puede comprender al menos 12 átomos de carbono. En particular, el alcano puede comprender 12-18 átomos de carbono. En un ejemplo, el alcano puede seleccionarse del grupo que consiste en dodecano, tridecano, tetradecano, pentadecano, hexadecano, heptadecano y octadecano. En un ejemplo adicional, el medio de extracción orgánico puede comprender una mezcla de alcanos. Más en particular, el medio de extracción orgánico según cualquier aspecto de la presente invención puede ser una combinación de TOPO y tetradecano o hexadecano.
El óxido de trioctilfosfina (TOPO) es un compuesto de organofósforo con la fórmula OP(CsH17)3. TOPO puede formar parte del medio de extracción orgánico junto con al menos un alcano según cualquier aspecto de la presente invención. En particular, la mezcla de TOPO y alcano que comprende al menos 12 átomos de carbono puede comprender una relación en peso de aproximadamente 1:100 a 1:10 de TOPO en relación con el alcano. Más en particular, la relación en peso de TOPO con respecto a alcano en el medio de extracción orgánico según cualquier aspecto de la presente invención puede ser de aproximadamente 1:100, 1:90, 1:80, 1:70, 1:60, 1:50, 1:40, 1:30, 1:25, 1:20, 1:15 o 1:10. Incluso más en particular, la relación en peso de TOPO con respecto a alcano puede seleccionarse dentro del intervalo de 1:90 a 1:10, de 1:80 a 1:10, de 1:70 a 1:10, de 1:60 a 1:10, de 1:50 a 1:10, de 1:40 a 1:10, de 1:30 a 1:10 o de 1:20 a 1:10. La relación en peso de TOPO con respecto a alcano puede ser de entre 1:40 y 1:15 o entre 1:25 y 1:15. En un ejemplo, la relación en peso de TOPO con respecto a alcano puede ser de aproximadamente 1:15. En el ejemplo, el alcano puede ser hexadecano y por tanto la relación en peso de TOPO con respecto a hexadecano puede ser de aproximadamente 1:15.
En otro ejemplo, cuando el medio de extracción orgánico comprende un óxido de alquil-fosfina o una trialquilamina que es más soluble en el alcano usado en el medio de extracción orgánico en comparación con la solubilidad de TOPO en alcano que comprende al menos 12 átomos de carbono, la relación en peso del óxido de alquil-fosfina (distinto de TOPO) o una trialquilamina con respecto a alcano puede ser de 1:1,2:1,3 :1,4:1,5 :1 ,6:1,7 :1,8:1,9 :1 o 10:1. En un ejemplo, el medio de extracción orgánico puede ser óxido de trihexi-fosfina y la relación de óxido de trihexi-fosfina con respecto a alcano puede ser de 1:1. En otros ejemplos, el medio de extracción orgánico puede ser un óxido de alquilfosfina de cadena inferior y la relación del óxido de alquil-fosfina de cadena inferior con respecto a alcano puede ser de 2:1,3:1,4:1,5:1,6:1,7:1,8:1,9:1 o 10:1. En este caso, un óxido de alquil-fosfina de cadena inferior se refiere a un óxido de fosfina con un grupo alquilo C1-C4. En otro ejemplo, el medio de extracción orgánico puede ser una trialquilamina, se conoce que esta es más soluble que el óxido de fosfina en alcanos. Por ejemplo, la trialquilamina puede ser una trioctilamina (TOA) que puede estar presente en el medio de extracción orgánico según cualquier aspecto de la presente invención en la relación de hasta 1:1 con el alcano. Las aminas de longitud de cadena inferior pueden usarse en relaciones incluso superiores. En otros ejemplos, el medio de extracción orgánico puede ser una trialquilamina de cadena inferior y la relación de la trialquilamina de cadena inferior con respecto a alcano puede ser de 2:1,3:1,4:1,5:1,6:1,7:1,8:1,9:1 o 10:1. En este caso, un óxido de alquil-fosfina de cadena inferior se refiere a un óxido de fosfina con un grupo alquilo C1-C4.
El término “aproximadamente” tal como se usa en el presente documento se refiere a una variación dentro del 20 por ciento. En particular, el término “aproximadamente” tal como se usa en el presente documento se refiere a /- 20%, más en particular /-10%, incluso más en particular /-5%, de una medición o valor dado.
Como medio de extracción orgánico en la etapa e), el medio de extracción orgánico alternativamente se selecciona preferiblemente de óxidos de alquil-fosfinas y trialquilaminas, siendo la cantidad total de óxidos de alquil-fosfinas y trialquilaminas con referencia al medio de extracción orgánico total de al menos el 98,0% en peso, preferiblemente al menos el 99,5% en peso.
En la etapa e) según cualquier aspecto de la presente invención, el ácido orgánico y/o alcohol en el medio de producción acuoso puede entrar en contacto con el medio de extracción orgánico durante un tiempo suficiente para extraer el ácido orgánico y/o alcohol del medio de producción acuoso al medio de extracción orgánico. Un experto en la técnica puede ser capaz de determinar la cantidad de tiempo necesaria para alcanzar un equilibrio de distribución y la aglomeración de burbujas correcta que puede ser necesaria para optimizar el proceso de extracción. En algunos ejemplos, el tiempo necesario puede depender de la cantidad de ácido orgánico y/o alcohol que pueda extraerse. En particular, el tiempo necesario para extraer el ácido orgánico y/o alcohol del medio de producción acuoso al medio de extracción orgánico puede durar solo unos pocos minutos. Según cualquier aspecto de la presente invención, cuando la extracción se lleva a cabo en la etapa e) a medida que tiene lugar la producción en la etapa d), el tiempo para la extracción puede ser equivalente al tiempo de producción.
La relación del medio de extracción orgánico usado con respecto a la cantidad de ácido orgánico y/o alcohol que de be extraerse puede variar dependiendo de cómo de rápido deba llevarse a cabo la extracción. En un ejemplo, la cantidad de medio de extracción orgánico es igual a la cantidad de medio de producción acuoso que comprende el ácido orgánico y/o alcohol.
T ras la etapa de poner en contacto el medio de extracción orgánico con el medio de producción acuoso, las dos fases (acuosa y orgánica) se separan usando cualquier medio conocido en la técnica. Esto se representa esquemáticamente como (4) y (5) en la figura 2. En un ejemplo, las dos fases pueden separarse usando un embudo de separación. Las dos fases también pueden separarse usando mezcladores-sedimentadores, columnas pulsadas, separación térmica y similares. En un ejemplo, cuando el ácido orgánico es ácido hexanoico, la separación del medio de extracción orgánico del ácido hexanoico puede llevarse a cabo usando destilación en vista del hecho de que el ácido hexanoico se destila a un punto de ebullición significativamente menor que el medio de extracción orgánico. Un experto en la técnica puede ser capaz de seleccionar el mejor método de separación del absorbente del ácido orgánico y/o alcohol deseado dependiendo de las características del ácido orgánico y/o alcohol que se desea recuperar.
En un método preferido según la presente invención el ácido orgánico y/o alcohol producido en la etapa d) es ácido acético y/o etanol, siendo preferiblemente la célula acetogénica Clostridium autoethanogenum, comprende una etapa adicional
f) poner en contacto el ácido acético y/o etanol con un segundo organismo capaz de convertir ácido acético y/o etanol en al menos un ácido graso.
En este contexto, el segundo organismo es preferiblemente Clostridium kluyveri y preferiblemente el al menos un ácido graso es ácido hexanoico.
El ácido graso producido en la etapa f) puede recuperarse de la misma manera que el ácido orgánico en la etapa e); por tanto, preferiblemente el método según la invención contiene las etapas a) a d), f) y e) en el orden mencionado anteriormente.
Un método preferido según la presente invención es un proceso continuo. Preferiblemente, en este proceso continuo el medio acuoso, básico, empobrecido del dióxido de carbono capturado de la etapa c) se alimenta a la etapa a) como medio acuoso, básico. Incluso más preferiblemente, en la etapa e) se usa un agente de extracción orgánico para recuperar el ácido orgánico y/o alcohol y el agente de extracción orgánico se hace pasar en círculos mientras está contenido en la disolución acuosa, ácida, del compartimento ácido de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares en la etapa c) así como en el medio de producción acuoso en la etapa d).
Un método muy preferido según la presente invención se representa esquemáticamente en la figura 2). Comprende las etapas de
a) proporcionar una mezcla de gases que comprende dióxido de carbono y poner en contacto la mezcla de gases con un medio acuoso, básico, que contiene al menos una base, proporcionando de ese modo un medio acuoso, básico, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato al;
b) alimentar el medio acuoso, básico, que contiene el dióxido de carbono a una célula de electrodiálisis con membranas bipolares que comprende
un ánodo,
un cátodo,
una membrana de intercambio aniónico selectiva para iones, y
dos membranas bipolares de disociación de agua, capaces de proporcionar un compartimento ácido entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de ánodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones y un compartimento básico entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de cátodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones;
c) transportar el dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato a través de la membrana de intercambio aniónico desde el compartimento básico al compartimento ácido en una disolución acuosa, ácida;
d) poner en contacto el dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida, e hidrógeno con al menos una célula acetogénica en un medio de producción acuoso en un fermentador que comprende la al menos una célula acetogénica, el medio de producción acuoso, un medio de recepción de una corriente de hidrógeno y un medio de recepción del dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida, en condiciones adecuadas para producir al menos un ácido orgánico y/o alcohol seleccionado de ácido acético y etanol a partir del dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida;
f) poner en contacto el ácido acético y/o etanol con un segundo organismo capaz de convertir ácido acético y/o etanol en al menos un ácido graso; y
e) recuperar el ácido orgánico, que es el ácido graso de la etapa f).
Este método preferido según la presente invención está preferiblemente caracterizado adicionalmente por mantener el valor de pH dentro de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares del compartimento ácido mantenido usando el ácido orgánico producido en la etapa d) y no usado totalmente en la etapa f) o recuperado en la etapa e). Este método preferido según la presente invención está preferiblemente caracterizado adicionalmente por mantener el valor de pH dentro de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares del compartimento básico mantenido, manteniendo el dióxido de carbono en la etapa a) en el medio acuoso, básico, que procede del compartimento básico de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares, y realimentándolo al compartimento básico.
Este método preferido permite un proceso continuo eficiente.
Otro aspecto de la presente invención es un aparato para realizar un proceso según la presente invención que comprende:
una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares que comprende
un ánodo,
un cátodo,
una membrana de intercambio aniónico selectiva para iones,
un medio de recepción de dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato, y
dos membranas bipolares de disociación de agua, capaces de proporcionar un compartimento ácido entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de ánodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones y un compartimento básico entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de cátodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones;
un fermentador que comprende
al menos una célula acetogénica,
un medio de producción acuoso,
un medio de recepción de una corriente de hidrógeno, y
un medio de recepción del dióxido de carbono recuperado de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares,
siendo la célula acetogénica capaz de convertir el hidrógeno y el dióxido de carbono en al menos un ácido orgánico y/o alcohol.
Preferiblemente, el aparato de la presente invención comprende además una membrana de intercambio catiónico selectiva para iones, que separa el compartimento ácido del ánodo y el compartimento básico del cátodo. Preferiblemente, la membrana de intercambio catiónico selectiva para iones es Neosepta C66-10F, suministrada por Ameridia Corp.
Preferiblemente, el aparato de la presente invención comprende además un medio de poner en contacto dióxido de carbono en una mezcla de gases con un medio acuoso, básico, para capturar el dióxido de carbono de gases de escape y/o aire ambiental.
Preferiblemente, el aparato de la presente invención comprende además un medio de recuperación del ácido orgánico y/o alcohol.
Más preferiblemente, el aparato de la presente invención comprende además un medio para realimentar una porción del ácido orgánico y/o alcohol al compartimento ácido de unidad de electrodiálisis con membranas bipolares.
Más preferiblemente, el aparato de la presente invención comprende además un medio para alimentar una porción del medio acuoso, básico, del compartimento básico de unidad de electrodiálisis con membranas bipolares al medio de poner en contacto dióxido de carbono en una mezcla de gases con un medio acuoso, básico.
En un ejemplo, el aparato comprende un medio de conexión que conecta la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares con el fermentador. El medio de conexión puede estar en forma de una entrada, tubería y similar, y puede usarse para transferir el dióxido de carbono en el medio ácido, acuoso, al fermentador.
Otro aspecto de la presente invención es el uso del aparato según la invención para realizar el proceso según la invención.
Breve descripción de las figuras
Figura 1 es una vista esquemática de una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares.
Figura 2 es una vista esquemática de un proceso a modo de ejemplo de la presente invención
Figura 3 es una vista esquemática del proceso a modo de ejemplo del ejemplo 1 de la presente invención
La presente invención se describe de manera ilustrativa en los ejemplos listados a continuación sin ninguna intención de limitar la invención, cuyo alcance está determinado por toda la descripción y las reivindicaciones, a las realizaciones a las que se hace referencia en los ejemplos.
Ejemplos:
Ejemplo 1:
Se lava aire ((1) en la figura 3) mediante una disolución acuosa de KHCO3 a una concentración de 0,485 mol/l, que también contiene 0,008 mol/l de K2CO3. El K2CO3 se convierte mediante el CO2 absorbido del aire a KHCO3 y por tanto se alimenta una disolución acuosa con una concentración total de c=0,5 mol/l de KHCO3 con menos de 0,001 mol/l de K2CO3 y un pH de 10,7 con un flujo de masa de 140 kg/h al compartimento básico de una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares (2).
La unidad de electrodiálisis con membranas bipolares es una EUR2C-7-Bip ensamblada en la configuración de dos compartimentos, (Ameridia Corp). Consiste en siete células en serie. Cada célula contiene una membrana de intercambio aniónico selectiva para iones de 200 cm2 (Neosepta AHA suministrada por Ameridia Corp.) en serie con una membrana bipolar de disociación de agua (Neosepta BP-1E suministrada por Ameridia Corp.). En cada extremo de la pila de siete células hay una membrana de intercambio catiónico (CEM en la figura 3, Neosepta C66-10F suministrada por Ameridia Corp.) que separa las células del compartimiento de electrodo. Los espacios entre membranas adyacentes se llenan con espaciadores de malla de polietileno de 762 mm de grosor. El compartimento ácido de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares contiene el medio de fermentación EvoDM39, véase más adelante.
La unidad de electrodiálisis con membranas bipolares se ejecuta con un amperaje de 8 A y un voltaje de 16 V. Se alimenta un flujo de masa de 14,0 m3/h desde el compartimento ácido de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares (2) a un fermentador (3).
El fermentador (3) es un reactor de tanque agitado (tasa de rotación=500 rpm) con un volumen de 150 I. Está lleno de 1101 de medio EvoDM39 (pH 5,8; 0,429 g/l de acetato de Mg, 0,164 g/l de acetato de Na, 0,016 g/l de acetato de Ca, 2,454 g/l de acetato de K, 0,107 ml/l de H3PO4 (8,5%), 1,01 ml/l de ácido acético, 0,35 mg/l de acetato de Co, 1,245 mg/l de acetato de Ni, 20 pg/l de d-biotina, 20 pg/l de ácido fólico,10 pg/l de piridoxina-HCI, 50 pg/l de tiamina-HCI, 50 pg/l de riboflavina, 50 pg/l de ácido nicotínico, 50 pg/l de pantotenato de Ca, 50 pg/l de vitamina B12, 50 pg/l de paminobenzoato, 50 pg/l de ácido lipoico, 0,702 mg/l de (NH4)2Fe(SO4)2 x 4 H2O, 1 ml/l de acetato de KS (93,5 mM)). La disolución se neutraliza con NH3 para fijar el pH=5,8. La presión es de 1,0 bar.
El recipiente se inocula con células de Clostridium autoethanogenum (DSM 10061) (Cau en la figura 3) y Clostridium kluyveri (Ckl en la figura 3). Tras una fase de crecimiento de 48 h a T=37°C y la adición de un flujo volumétrico de hidrógeno de 150 Nl/h a una presión de 1,1 bar se consigue una DO=2,4 con aproximadamente el mismo peso de biomasa de células de Clostridium autoethanogenum y Clostridium kluyveri.
Se recircula el 99% del flujo acuoso desde el fermentador al compartimento ácido de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares. Se alimentó el 1% del flujo a un extractor (4).
Un flujo adicional de 2 kg/h de un extractante, una mezcla del 6% (p/p) de TOPO en tetradecano, se alimenta al extractor (4). El extractor es un tanque agitado (r=100 rpm) con un tiempo de residencia de 5 min y un sedimentador que se hace funcionar de manera continua (V=10 l). El flujo total al extractor es de 142 kg/h. El flujo se separa en un flujo orgánico de 2 kg/h y un flujo acuoso de 140 kg/h. El flujo acuoso se recircula al compartimento ácido de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares.
La concentración de ácido hexanoico en el extractante, el flujo orgánico, es de 19 g/kg. La determinación de las concentraciones de producto se realiza mediante espectroscopía 1H-RMN cuantitativa. Como patrón de cuantificación interno se usa trimetilsililpropionato de sodio (T(M)SP).
El ácido hexanoico se separa mediante destilación (5) y el extractante descargado se recircula al extractor (4).

Claims (17)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Un método para la producción de ácido orgánico y/o alcohol que comprende las etapas de:
    a) proporcionar un medio acuoso, básico, que contiene dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato;
    b) alimentar el medio acuoso, básico, que contiene el dióxido de carbono de la etapa (a) a una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares que comprende
    un ánodo,
    un cátodo,
    una membrana de intercambio aniónico selectiva para iones, y
    dos membranas bipolares de disociación de agua, capaces de proporcionar un compartimento ácido entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de ánodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones y un compartimento básico entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de cátodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones;
    c) transportar el dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato a través de la membrana de intercambio aniónico desde el compartimento básico al compartimento ácido que comprende una disolución acuosa, ácida;
    d) poner en contacto el dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida, de la etapa (c) y Z hidrógeno con al menos una célula acetogénica en un medio de producción acuoso en condiciones adecuadas para producir al menos un ácido orgánico y/o alcohol a partir del dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida; y opcionalmente e) recuperar el ácido orgánico y/o alcohol.
  2. 2. - El método según la reivindicación 1, en el que la etapa a) comprende
    proporcionar una mezcla de gases que comprende dióxido de carbono y poner en contacto la mezcla de gases con un medio acuoso, básico, que contiene al menos una base, capturando de ese modo el dióxido de carbono, que está contenido en el medio acuoso, básico, en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o carbonato.
  3. 3. - El método según la reivindicación 2, en el que la mezcla de gases comprende dióxido de carbono a una concentración de 350 ppm-450 ppm, preferiblemente la mezcla de gases es aire.
  4. 4. - El método según cualquier reivindicación 2 o 3, en el que el medio acuoso, básico, en la etapa a) contiene una base seleccionada del grupo de hidróxidos y carbonatos, preferiblemente de hidróxidos y carbonatos alcalinos y alcalinotérreos, preferiblemente del grupo de hidróxido de sodio, hidróxido de potasio e hidróxido de calcio.
  5. 5. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que en la etapa a) el medio acuoso, básico, se pulveriza a través de una boquilla a una corriente de la mezcla de gases que comprende dióxido de carbono.
  6. 6. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa b) la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares comprende una pila alternante de membranas de intercambio aniónico selectivas para iones y membranas bipolares de disociación de agua de una cantidad de desde 3 hasta 20 membranas.
  7. 7. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa c) se aplica un amperaje de 5 A a 20 A, preferiblemente de 5 A a 15 A, lo más preferiblemente de 5 A a 10 A a la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares.
  8. 8. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa d) la puesta en contacto tiene lugar en un fermentador que comprende la al menos una célula acetogénica, el medio de producción acuoso, un medio de recepción de una corriente de hidrógeno y un medio de recepción del dióxido de carbono en la disolución acuosa, ácida.
  9. 9. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa d) el pH del medio de producción acuoso está en el intervalo de entre 5,0 y 6,5.
  10. 10. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ácido orgánico y/o alcohol producido en la etapa d) es ácido acético y/o etanol.
  11. 11. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa d) la célula acetogénica se selecciona del grupo que consiste en Clostridium aceticum (DSM 1496), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061, DSM 19630 y Ds M 23693), Clostridium carboxidivorans (DSM 15243), Clostridium coskatii (ATCC n ° PTA-10522), Clostridium drakei (ATCC BA-623), Clostridium formicoaceticum (d Sm 92), Clostridium glycolicum (DSM 1288), Clostridium ljungdahlii (DSM 13528), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii ERI-2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55989), Clostridium mayombei (DSM 6539), Clostridium methoxybenzovorans (DSM 12182), Clostridium ragsdalei (DSM 15248), Clostridium scatologenes (DSM 757) y Clostridium species a Tc C 29797.
  12. 12. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ácido orgánico y/o alcohol producido en la etapa d) es ácido acético y/o etanol, siendo preferiblemente la célula acetogénica Clostridium autoethanogenum, que comprende una etapa adicional de
    f) poner en contacto el ácido acético y/o etanol con un segundo organismo capaz de convertir ácido acético y/o etanol en al menos un ácido graso.
  13. 13. - El método según la reivindicación 12, en el que el segundo organismo es Clostridium kluyveri y preferiblemente el al menos un ácido graso es ácido hexanoico.
  14. 14. - Aparato para realizar un proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende:
    una unidad de electrodiálisis con membranas bipolares que comprende
    un ánodo,
    un cátodo,
    una membrana de intercambio aniónico selectiva para iones,
    un medio de recepción de dióxido de carbono en forma de aniones hidrogenocarbonato y/o aniones carbonato, y
    dos membranas bipolares de disociación de agua, capaces de proporcionar un compartimento ácido entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de ánodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones y un compartimento básico entre la membrana bipolar de disociación de agua en el lado de cátodo y la membrana de intercambio aniónico selectiva para iones;
    un fermentador que comprende
    al menos una célula acetogénica,
    un medio de producción acuoso,
    un medio de recepción de una corriente de hidrógeno, y
    un medio de recepción del dióxido de carbono recuperado de la unidad de electrodiálisis con membranas bipolares,
    siendo la célula acetogénica capaz de convertir el hidrógeno y el dióxido de carbono en al menos un ácido orgánico y/o alcohol.
  15. 15. - Aparato según la reivindicación 14, que comprende además un medio de poner en contacto dióxido de carbono en una mezcla de gases con un medio acuoso, básico, para capturar el dióxido de carbono.
  16. 16. - Aparato según la reivindicación 14 o 15, que comprende además un medio de recuperación del ácido orgánico y/o alcohol.
  17. 17. - Uso del aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, para realizar el proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
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