IT202000013006A1 - Processo per la produzione biologica di idrogeno e/o di metano mediante assorbimento e conversione biologica di anidride carbonica. - Google Patents
Processo per la produzione biologica di idrogeno e/o di metano mediante assorbimento e conversione biologica di anidride carbonica. Download PDFInfo
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Description
?Processo per la produzione biologica di idrogeno e/o di metano mediante assorbimento e conversione biologica di anidride carbonica?.
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha come oggetto un processo per produrre idrogeno e/o metano a partire da anidride carbonica (CO2).
Negli ultimi anni l'emissione in atmosfera degli scarichi gassosi, in particolare ad elevato contenuto di anidride carbonica, ? divenuta una problematica sempre pi? sentita, sia dall'opinione pubblica che dai governi e dalle istituzioni delegate ad occuparsi dei temi ambientali. La concentrazione in atmosfera di anidride carbonica, responsabile principale dei fenomeni di cambiamento climatico a livello mondiale, ? in costante aumento principalmente a causa dell?incremento delle attivit? di combustione e della riduzione della capacit? di assorbimento dell?anidride carbonica da parte del nostro pianeta, da ricondurre alla deforestazione e alla diminuzione di zoo- e fito-plancton, organismi con capacit? di regolazione delle catene ecologiche.
Per le suddette motivazioni, la riduzione dei gas serra (GHG) rappresenta attualmente una delle priorit? a livello globale per contenere l?aumento della temperatura terrestre entro il limite previsto dall?Accordo di Parigi sul clima del 2015. Tra i gas serra (GHG), l?anidride carbonica rappresenta il problema prioritario; nel 2018, infatti, le emissioni di CO2 da combustione hanno rappresentato circa il 70% del totale delle emissioni globali di gas serra (?The Emissions Gap Report 2019?, UN Environment Programme).
Nonostante i continui avvisi del mondo scientifico ed accademico, le emissioni di anidride carbonica continuano ad aumentare. Gli ultimi dati presentati nel rapporto annuale del Global Carbon Project indicano che a termine del 2019 le emissioni di CO2 hanno raggiunto il nuovo record di 36,8 miliardi di tonnellate a livello mondiale, mentre la concentrazione in atmosfera continua ad attestarsi a valori stabilmente superiori alle 400 ppm dal 2016 (?Global Carbon Budget 2019?, Global Carbon Project).
Tali livelli di concentrazione rappresentano un evidente segnale dell?impossibilit? degli oceani e delle foreste di assorbire i continui incrementi di emissione di anidride carbonica che, restando ?intrappolata? in atmosfera, favorisce l?innalzamento della temperatura globale.
Per scongiurare tale aumento e le inevitabili catastrofiche conseguenze sul nostro pianeta, appare dunque assolutamente necessaria l?adozione di una serie congiunta di azioni, finalizzate sia alla riduzione delle emissioni, sia ad un effettivo assorbimento di anidride carbonica, al fine di favorirne la progressiva riduzione dei quantitativi che hanno portato agli attuali livelli record di concentrazione in atmosfera.
Con specifico riferimento al primo aspetto, appare evidente che, per ottenere una effettiva e sostanziale riduzione delle emissioni di gas climalteranti, si rende necessario intervenire sul settore energetico, non solo con azioni volte al contenimento dei consumi, ma anche e soprattutto introducendo nuove modalit? di generazione di energia a ridotta emissione di gas climalteranti.
In tal senso, la produzione di metano per via biologica, per azione di microorganismi metanogeni, ? un procedimento noto allo stato della tecnica e gi? attuato in diversi impianti di trattamento di rifiuti solidi e liquidi, nonch? in impianti ?power to gas? (PtG). Tuttavia, nei primi, la produzione di metano mediante fermentazione di materiali aventi composizione molto complessa e non omogenea, quali appunto i rifiuti, ? sempre accompagnata da fermentazioni parallele che, abbassando la resa in metano per via della produzione di gas indesiderati come CO2, NOx, SO2, etc., rendono necessaria l?adozione di sistemi di purificazione del biogas in biometano (?upgrading?), con conseguente impatto sui costi di investimento e di esercizio.
Negli impianti PtG, invece, l?idrogeno necessario per la reazione di conversione dell?anidride carbonica in metano viene prodotto attraverso l?elettrolisi, ovvero un processo ad elevato assorbimento di energia elettrica.
Anche EP2016/077771 descrive la produzione di metano mediante conversione biologica di anidride carbonica effettuata per mezzo di simbiosi fra uno o pi? microorganismi metanogeni e: (i) uno o pi? cianobatteri etero-autotrofi e/o microalghe, oppure (ii) uno o pi? solfobatteri e/o acetobatteri. In EP2016/077771, la precisata interazione simbiotica ? caratterizzata, per propria natura, da una gestione articolata che, inevitabilmente, influenza anche le potenzialit? di produzione dei microorganismi coinvolti. Inoltre, in EP2016/077771 i quantitativi di immissione di anidride carbonica nel processo sono strettamente connessi e limitati alla reazione di metanogenesi, ovvero alla conversione biologica della stessa anidride carbonica operata da parte dei microorganismi metanogeni esclusivamente ai fini della produzione di metano. Da ultimo, in EP2016/077771, essendo la produzione di metano contestuale alla conversione biologica dell?anidride carbonica, il flusso di idrogeno molecolare prodotto nella simbiosi con i cianobatteri etero-autotrofi e/o le microalghe, oppure con i solfobatteri e/o gli acetobatteri, viene esclusivamente destinato alla produzione di metano.
In tale contesto, appare utile evidenziare che l?idrogeno rappresenta il combustibile noto con il pi? elevato potere calorifico per unit? di massa e la sua combustione non produce anidride carbonica ed altre emissioni dannose per l?uomo e per l?ambiente.
L?idrogeno ? gi? estensivamente impiegato in diverse applicazioni industriali e la sua domanda risulta essere in continua crescita: dalle 20 milioni di tonnellate del 1975 si ? arrivati ad oltre 70 milioni di tonnellate nel 2018 (The Future of Hydrogen 2019, IEA).
Tuttavia, allo stato attuale, l?idrogeno ? quasi interamente generato attraverso la conversione termochimica di combustibili fossili, quali il metano ed il carbone (cosiddetto ?idrogeno grigio?). Tale processo di produzione favorisce la generazione di idrogeno a costi relativamente contenuti, a fronte per? di un ingente consumo di risorse non rinnovabili e di elevate emissioni di anidride carbonica in atmosfera.
Altri metodi di produzione dell'idrogeno prevedono l?impiego di energia elettrica, o di energia termica. In particolare, i processi elettrolitici, quali l'elettrolisi ad alta temperatura, impiegati per liberare l'idrogeno contenuto nell'acqua impiegano energia elettrica ed energia termica (cosiddetto ?idrogeno green?).
Questi processi hanno il vantaggio di non produrre anidride carbonica nella fase di generazione di idrogeno, ma comportano costi elevati associati al consumo di energia elettrica.
Anche sul versante del trattamento dell?anidride carbonica sono numerosi i progetti in fase di sviluppo e gi? noti allo stato della tecnica che sono finalizzati alla cattura e lo stoccaggio nel sottosuolo della CO2 (CCS ? Carbon Capture and Storage). Trattasi di tecnologie molto dibattute per le effettive potenzialit? ed opportunit? offerte, nonch? per i rischi che comportano, soprattutto in termini di sicurezza dei siti di stoccaggio.
A fronte delle criticit? sopra descritte, compito precipuo del presente trovato ? pertanto quello di fornire un processo per l'assorbimento e la conversione biologica dell'anidride carbonica, complementare rispetto alle tecniche di cattura e che, superando i limiti delle tecniche di stoccaggio, prevede l?utilizzo della CO2 come materia prima.
Altro scopo del trovato ? quello di fornire un processo per produrre idrogeno non esclusivamente destinato alla reazione di conversione dell?anidride carbonica in metano e in particolare un processo per produrre idrogeno per via biologica, con ridotto consumo energetico e, dunque, conveniente e sostenibile da un punto di vista economico ed ambientale.
Un altro scopo del trovato ? quello di fornire un processo per la produzione di metano mediante conversione biologica dell'anidride carbonica o dei gas di scarico contenenti anidride carbonica che permetta di ottenere metano con una resa ed un?efficienza superiori rispetto ai processi noti finora, caratterizzato da un elevato grado di purezza e, dunque, da un ridotto contenuto di gas indesiderati.
Ancora, la presente invenzione ha come scopo di fornire un processo che, contestualmente all'eliminazione dell'anidride carbonica ed alla produzione di idrogeno e/o metano, permetta di ottenere anche materiale biologico, acidi organici e minerali da impiegare nel settore agricolo, alimentare, farmaceutico ed industriale.
Non ultimo scopo del trovato ? quello di realizzare un processo per la produzione biologica di idrogeno e/o metano mediante assorbimento e conversione biologica di anidride carbonica che sia di elevata affidabilit? e flessibilit? applicativa, di realizzazione relativamente facile e che abbia costi competitivi e scarti di processo pressoch? nulli.
Questo compito, nonch? questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un processo per la produzione biologica di idrogeno e/o di metano mediante assorbimento e conversione biologica di anidride carbonica, detto processo comprendente i passaggi di:
(i) immettere anidride carbonica in almeno un primo reattore contenente fino a 95% in volume di un primo brodo di coltura comprendente uno o pi? batteri produttori di idrogeno e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi fino al raggiungimento di una fase stazionaria di crescita dell'uno o pi? batteri produttori di idrogeno, ottenendo un primo brodo di coltura fermentato e una miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua, dove l'uno o pi? batteri produttori di idrogeno sono selezionati dal gruppo costituito da Clostridium beijerinckii, Clostridium butyricum, Clostridium bifermentans, Clostridium sporogenes, Rhodobacter sphaeroides, Rhodobacter capsulatus, Enterobacter cloacae, Thermotoga neapolitana e Hungateiclostridium thermocellum;
(ii) opzionalmente separare l'idrogeno dalla miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta nel passaggio (i);
(iii) immettere la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta al passaggio (i) in almeno uno fra:
a) almeno un secondo reattore comprendente fino a 95% in volume di un secondo brodo di coltura comprendente uno o pi? batteri acetogeni e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi, ottenendo un secondo brodo di coltura fermentato e idrogeno, e
b) almeno un terzo reattore comprendente fino a 95% in volume di un terzo brodo di coltura comprendente uno o pi? microorganismi metanogeni e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi, ottenendo un terzo brodo di coltura fermentato e una miscela gassosa comprendente metano,
o
immettere l'anidride carbonica residua separata dall?idrogeno nel passaggio (ii) nell?almeno un secondo reattore comprendente fino a 95% in volume di un secondo brodo di coltura comprendente uno o pi? batteri acetogeni e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi, ottenendo un secondo brodo di coltura fermentato;
dove l'uno o pi? batteri acetogeni sono selezionati dal gruppo costituito da Acetoanaerobium noterae, Acetoanaerobium pronyense, Acetoanaerobium sticklandii, Acetobacterium carbinolicum, Moorella thermoacetica, Butyribacterium methylotrophicum, Eubacterium limosum, Moorella thermoautotrophica, Desulfosporosinus orientis e Blautia producta; e l'uno o pi? microorganismi metanogeni sono selezionati dal gruppo costituito da Methanolacinia paynteri, Methanothermobacter wolfeii, Methanothermobacter thermautotrophicus, Methanothermobacter marburgensis, Methanosarcina barkeri, Methanosarcina mazei, Methanobacterium bryantii, Methanothermobacter tenebrarum e Methanosarcina thermophila.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla seguente descrizione dettagliata.
Il processo secondo l'invenzione si propone di contribuire alla riduzione della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, producendo al contempo idrogeno e/o metano, ovvero importanti risorse energetiche, mediante una co-coltura di specifici batteri e microorganismi che consente di raggiungere elevati livelli di efficienza produttiva.
Per la produzione di idrogeno il processo secondo il trovato impiega uno o pi? dei seguenti batteri produttori di idrogeno, preferibilmente, ma non esclusivamente, i ceppi identificati in parentesi mediante i rispettivi numeri di deposito:
Clostridium beijerinckii (ATCC n. 25752 e ATCC n. 17778), Clostridium butyricum (ATCC n. 860 e ATCC n. 19398), Clostridium bifermentans (ATCC n.
19299, NCTC n. 1340 e NCTC n. 8780), Clostridium sporogenes (ATCC n. 3584 e ATCC n. 19494), Rhodobacter sphaeroides (ATCC n. 17023), Rhodobacter capsulatus (ATCC n. 11166), Enterobacter cloacae (IIT-BT n. 08), Thermotoga neapolitana (ATCC n. 49049) e Hungateiclostridium thermocellum (ATCC n. 27405).
Per l?assorbimento dell?anidride carbonica, il processo secondo il trovato impiega invece uno o pi? dei seguenti batteri acetogeni, preferibilmente, ma non esclusivamente, i ceppi identificati in parentesi mediante i rispettivi numeri di deposito:
Acetoanaerobium noterae (ATCC n. 35199), Acetoanaerobium pronyense (DSM n. 27512), Acetoanaerobium sticklandii (DSM n. 519), Acetobacterium carbinolicum (DSM n. 2925), Moorella thermoacetica (ATCC n. 39073, ATCC n.
49707 e ATCC n. 35608), Butyribacterium methylotrophicum (DSM n. 3468 e ATCC n. 33266), Eubacterium limosum (ATCC n. 8486), Moorella thermoautotrophica (ATCC n. 33924), Desulfosporosinus orientis (DSM n. 765) e Blautia producta (ATCC n. 27340).
La suddetta coltura di batteri acetogeni pu? essere usata anche per l'assorbimento di anidride carbonica presente in miscele gassose provenienti da altri processi industriali.
Per la produzione di metano, il processo secondo il trovato impiega uno o pi? dei seguenti microorganismi metanogeni, preferibilmente, ma non esclusivamente, i ceppi identificati in parentesi mediante i rispettivi numeri di deposito:
Methanolacinia paynteri (DSM n. 2545), Methanothermobacter wolfeii (ATCC n. 43096), Methanothermobacter thermautotrophicus (DSM n.
3720 e ATCC n. 29096), Methanothermobacter marburgensis (DSM n. 2133), Methanosarcina barkeri (ATCC n. 43569), Methanosarcina mazei (ATCC n.
43573), Methanobacterium bryantii (ATCC n. 33272), Methanothermobacter tenebrarum (DSM n. 23052) e Methanosarcina thermophila (DSM n. 2980).
In ciascuno dei reattori utilizzati nel processo del presente trovato si aggiunge un quantitativo fino al 95% del volume totale di ciascun reattore di brodo colturale con le componenti nutrizionali necessarie per gli uno o pi? batteri e microorganismi appartenenti ai gruppi sopra descritti. Le componenti nutrizionali idonee per i suddetti batteri e microorganismi sono quelle note al tecnico del ramo e non verranno qui descritte in dettaglio.
In ogni reattore la fermentazione continua controllando opportunamente la temperatura, il pH e l'apporto di nutrienti e microelementi, cos? come ? noto al tecnico del ramo.
Il passaggio (i) del processo si avvia con l?immissione di anidride carbonica nello spazio di testa dell'almeno un primo reattore.
Nel processo secondo la presente invenzione si utilizza infatti come materia prima anidride carbonica (CO2). Pertanto le emissioni gassose ricche di anidride carbonica, ma comprendenti anche altre componenti gassose devono subire un pre-trattamento prima di essere destinate all?assorbimento e/o alla conversione biologica secondo il processo qui descritto. Il pre-trattamento, necessario per separare l?anidride carbonica da eventuali altre componenti gassose e per purificarla dalla presenza di eventuali inquinanti, pu? essere condotto impiegando varie tecnologie note per la cattura della CO2 quali, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, la separazione a membrane, la ?pressure swing adsorption? ed il lavaggio con ammine.
Preferibilmente, nel passaggio (i) la temperatura e la pressione di esercizio dell'almeno un primo reattore sono rispettivamente inferiore a 40?C e inferiore a 250 kPa (2,5 bar).
Opzionalmente, il processo secondo il trovato pu? comprendere il passaggio ii) di separare l'idrogeno dalla miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta nel passaggio (i) attraverso l'impiego di tecnologie note ed idonee a tal fine.
Il passaggio (iii) del processo si avvia con l?immissione della miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta al passaggio (i) nell'almeno un secondo reattore e/o nell'almeno un terzo reattore.
Preferibilmente, nel passaggio (iii) la temperatura e la pressione di esercizio dell'almeno un secondo reattore sono rispettivamente inferiore a 39 ?C e inferiore a 250 kPa (2,5 bar).
Preferibilmente, nel passaggio (iii) la temperatura e la pressione di esercizio dell'almeno un terzo reattore sono rispettivamente inferiore a 75 ?C e inferiore a 500 kPa (5,0 bar).
In una forma di realizzazione preferita del processo secondo il trovato, dopo il raggiungimento della fase stazionaria di crescita dell?uno o pi? batteri produttori di idrogeno il passaggio (i) comprende gli ulteriori passaggi di:
(i.a) prelevare la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua dallo spazio di testa dell'almeno un primo reattore;
(i.b) scaricare dall'almeno un primo reattore un volume del primo brodo di coltura fermentato fino al raggiungimento di una concentrazione dell'uno o pi? batteri produttori di idrogeno nel primo brodo di coltura fermentato non inferiore a 2 g/l;
(i.c) caricare all?interno dell'almeno un primo reattore una quantit? in volume del primo brodo di coltura pari al volume del primo brodo di coltura fermentato scaricato al passaggio (i.b);
(i.d) riavviare la crescita dell?uno o pi? batteri produttori di idrogeno fino al raggiungimento della fase stazionaria di crescita dell?uno o pi? batteri produttori di idrogeno e ripetere i passaggi da (i.a) a (i.c).
Nell'ambito di questa forma di realizzazione, il processo del trovato preferibilmente comprende ulteriormente il passaggio di (i.b?) separare il primo brodo di coltura fermentato scaricato al passaggio (i.b) in una componente liquida e in una componente solida.
La separazione della componente liquida dalla componente solida ? effettuata scaricando il brodo colturale fermentato in un apposito dispositivo per la separazione, quale ad esempio una centrifuga decanter. Tale brodo colturale fermentato pu? essere utilizzato per l?estrazione di acidi organici da impiegare nel settore alimentare, agricolo e/o farmaceutico. La componente solida ? costituita dai batteri che possono essere impiegati nel settore alimentare, agricolo e/o farmaceutico oppure quali nutrienti per le successive fermentazioni. Dalla componente liquida ? invece possibile recuperare acqua da reimpiegare per la preparazione dei brodi di coltura.
Opzionalmente, la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta al passaggio (i) ? prelevata dal primo reattore e stoccata in uno o pi? serbatoi di accumulo.
In una forma di realizzazione del processo secondo il trovato, nel passaggio (iii) la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta al passaggio (i) ? immessa in almeno uno tra l'almeno un secondo reattore e l?almeno un terzo reattore.
Preferibilmente, nel passaggio (iii) l'immissione della miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua in almeno uno tra l?almeno un secondo reattore e l?almeno un terzo reattore avviene, preferibilmente in continuo, mediante insufflazione della miscela gassosa nel secondo brodo di coltura e/o nel terzo brodo di coltura.
In un'altra forma di realizzazione, il processo secondo il trovato comprende il passaggio di (ii) separare l'idrogeno dalla miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta nel passaggio (i), dove nel passaggio (iii) l'anidride carbonica residua separata dall?idrogeno nel passaggio (ii) ? immessa nell?almeno un secondo reattore. Preferibilmente l?idrogeno separato dall?anidride carbonica residua nel passaggio (ii) ? immesso in uno o pi? serbatoi di accumulo.
A differenza di quanto avviene per l'almeno un primo reattore del passaggio (i), lo scarico del brodo fermentato dall'almeno un secondo e/o dall'almeno un terzo reattore del passaggio (iii) non ? correlato ai cicli di crescita dei batteri e dei microorganismi, bens? alla necessit? di mantenere costante il volume di brodo colturale all?interno dell'almeno un reattore utilizzato al passaggio (iii).
Il brodo colturale fermentato dell?almeno un secondo reattore del passaggio (iii) pu? essere scaricato in un apposito dispositivo per la separazione della componente liquida dalla componente solida, quale ad esempio una centrifuga decanter. Tale brodo colturale fermentato pu? essere utilizzato per l?estrazione di acidi organici e/o minerali da impiegare nell?industria e/o nel settore alimentare e/o farmaceutico. Dalla componente liquida ? invece possibile recuperare acqua da reimpiegare per la preparazione dei brodi di coltura.
La componente solida ? costituita dai batteri che possono essere impiegati nel settore agricolo oppure quali nutrienti per le successive fermentazioni.
Nel processo secondo la presente invenzione, la produzione di metano (?metanizzazione?) avviene per azione di microorganismi metanogeni, che utilizzano CO2 e producono metano secondo la reazione seguente:
4H2 + CO2 ---> CH4 + 2H2O; ossia
4H2 + HCO<- >+ H<+ >---> CH4 + 3H2O
I microorganismi metanogeni sono in grado di operare tale reazione accoppiando l'ossidazione dell'idrogeno molecolare (H2) alla riduzione della CO2 (accettore finale degli elettroni) con riossidazione del NAD grazie alla rimozione continua dell'H2 stesso. L'assorbimento della CO2 da parte dei microorganismi metanogeni nell'almeno un terzo reattore ? limitato all'utilizzo nella reazione di metanogenesi secondo la reazione sopra riportata. Nel processo di metanogenesi secondo il trovato l'idrogeno di cui necessitano i microorganismi metanogeni ? prodotto nell'almeno un primo reattore e la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica ottenuta al passaggio (i) ? convogliata nell'almeno un terzo reattore direttamente, oppure dopo una fase di stoccaggio in serbatoi di accumulo.
La miscela gassosa comprendente metano prodotta a termine della fase di metanizzazione viene a sua volta prelevata dallo spazio di testa dell'almeno un terzo reattore, anche in modalit? continua, e ulteriormente purificata o stoccata in uno o pi? serbatoi di accumulo.
Il processo secondo il trovato permette quindi di ottenere idrogeno e/o metano a seconda che nel passaggio iii) la miscela di gas ottenuta al passaggio i) sia immessa solo nell'almeno un secondo reattore comprendente batteri acetogeni, solo nell'almeno un terzo reattore comprendente microorganismi metanogeni, o in entrambi.
Quando la miscela di idrogeno e anidride carbonica residua viene immessa, mediante insufflazione nel brodo colturale direttamente o dopo stoccaggio, nell'almeno un terzo reattore preposto alla metanizzazione, si ha la produzione di una miscela gassosa comprendente metano.
Il brodo colturale fermentato dell?almeno un terzo reattore del passaggio (iii) pu? essere scaricato in un apposito dispositivo per la separazione della componente liquida dalla componente solida, quale ad esempio una centrifuga decanter. La componente solida ? rappresentata da microorganismi da impiegare nel settore agricolo oppure quali nutrienti per le fermentazioni successive. Dalla componente liquida ? invece possibile recuperare acqua da reimpiegare per la preparazione dei brodi di coltura.
Il processo secondo il trovato permette inoltre di purificare il metano dalla miscela gassosa ottenuta dall'almeno un terzo reattore preposto alla metanizzazione.
In una forma di realizzazione preferita il processo secondo il trovato comprende ulteriormente il passaggio di:
(iv) immettere la miscela gassosa comprendente metano ottenuta al passaggio (iii) in almeno un ulteriore secondo reattore comprendente fino a 95% in volume di un brodo di coltura comprendente uno o pi? batteri acetogeni e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi, ottenendo un brodo di coltura fermentato e metano, dove l'uno o pi? batteri acetogeni sono selezionati dal gruppo costituito dai batteri acetogeni sopra descritti.
Preferibilmente nel suddetto passaggio (iv) la temperatura e la pressione di esercizio dell'almeno un ulteriore secondo reattore sono rispettivamente inferiore a 39?C e inferiore a 250 kPa (2,5 bar).
In una forma di realizzazione, il processo secondo il trovato comprende ulteriormente il passaggio di immettere nell'almeno un secondo reattore e/o nell'almeno un terzo reattore anidride carbonica proveniente da fonti esterne rispetto a quella proveniente dal passaggio (i), preferibilmente in modalit? continua mediante insufflazione dell?anidride carbonica nei brodi di coltura.
Vantaggiosamente, il processo secondo il trovato, a differenza di altri processi quali ad esempio il processo simbiotico descritto in EP2016/077771 non limita l?immissione di anidride carbonica nel processo ai soli quantitativi necessari alla conversione in metano, ma ne consente anche l?assorbimento, incrementando le potenzialit? del processo secondo il trovato di contribuire alla riduzione della concentrazione di anidride carbonica in atmosfera.
L?anidride carbonica, infatti, viene inserita in un processo virtuoso di economia circolare che consente di trasformare un problema di rilievo globale in delle risorse, ovvero idrogeno e metano di origine biologica, prodotte nel massimo rispetto della sostenibilit? ambientale e con ridotti consumi energetici.
Claims (14)
1. Processo per la produzione biologica di idrogeno e/o di metano mediante assorbimento e conversione biologica di anidride carbonica, detto processo comprendente i passaggi di:
(i) immettere anidride carbonica in almeno un primo reattore contenente fino a 95% in volume di un primo brodo di coltura comprendente uno o pi? batteri produttori di idrogeno e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi fino al raggiungimento di una fase stazionaria di crescita dell'uno o pi? batteri produttori di idrogeno, ottenendo un primo brodo di coltura fermentato e una miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua, dove l'uno o pi? batteri produttori di idrogeno sono selezionati dal gruppo costituito da Clostridium beijerinckii, Clostridium butyricum, Clostridium bifermentans, Clostridium sporogenes, Rhodobacter sphaeroides, Rhodobacter capsulatus, Enterobacter cloacae, Thermotoga neapolitana e Hungateiclostridium thermocellum;
(ii) opzionalmente separare l'idrogeno dalla miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta nel passaggio (i);
(iii) immettere la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta al passaggio (i) in almeno uno fra:
a) almeno un secondo reattore comprendente fino a 95% in volume di un secondo brodo di coltura comprendente uno o pi? batteri acetogeni e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi, ottenendo un secondo brodo di coltura fermentato e idrogeno, e
b) almeno un terzo reattore comprendente fino a 95% in volume di un terzo brodo di coltura comprendente uno o pi? microorganismi metanogeni e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi, ottenendo un terzo brodo di coltura fermentato e una miscela gassosa comprendente metano,
o
immettere l'anidride carbonica residua separata dall?idrogeno nel passaggio (ii) nell?almeno un secondo reattore comprendente fino a 95% in volume di un secondo brodo di coltura comprendente uno o pi? batteri acetogeni e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi, ottenendo un secondo brodo di coltura fermentato;
dove l'uno o pi? batteri acetogeni sono selezionati dal gruppo costituito da Acetoanaerobium noterae, Acetoanaerobium pronyense, Acetoanaerobium sticklandii, Acetobacterium carbinolicum, Moorella thermoacetica, Butyribacterium methylotrophicum, Eubacterium limosum, Moorella thermoautotrophica, Desulfosporosinus orientis e Blautia producta; e l'uno o pi? microorganismi metanogeni sono selezionati dal gruppo costituito da Methanolacinia paynteri, Methanothermobacter wolfeii, Methanothermobacter thermautotrophicus, Methanothermobacter marburgensis, Methanosarcina barkeri, Methanosarcina mazei, Methanobacterium bryantii, Methanothermobacter tenebrarum e Methanosarcina thermophila.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, dove nel passaggio (i) la temperatura e la pressione di esercizio dell'almeno un primo reattore sono rispettivamente inferiore a 40?C e inferiore a 250 kPa.
3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, dove nel passaggio (iii) la temperatura e la pressione di esercizio dell'almeno un secondo reattore sono rispettivamente inferiore a 39?C e inferiore a 250 kPa.
4. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove nel passaggio (iii) la temperatura e la pressione di esercizio dell'almeno un terzo reattore sono rispettivamente inferiore a 75?C e inferiore a 500 kPa.
5. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove dopo il raggiungimento della fase stazionaria di crescita dell?uno o pi? batteri produttori di idrogeno il passaggio (i) comprende gli ulteriori passaggi di:
(i.a) prelevare la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua dallo spazio di testa dell'almeno un primo reattore;
(i.b) scaricare dall'almeno un primo reattore un volume del primo brodo di coltura fermentato fino al raggiungimento di una concentrazione dell'uno o pi? batteri produttori di idrogeno nel primo brodo di coltura fermentato non inferiore a 2 g/l;
(i.c) caricare all?interno dell'almeno un primo reattore una quantit? in volume del primo brodo di coltura pari al volume del primo brodo di coltura fermentato scaricato al passaggio (i.b);
(i.d) riavviare la crescita dell?uno o pi? batteri produttori di idrogeno fino al raggiungimento della fase stazionaria di crescita dell?uno o pi? batteri produttori di idrogeno e ripetere i passaggi da (i.a) a (i.c).
6. Processo secondo la rivendicazione 5, comprendente ulteriormente il passaggio di (i.b?) separare il primo brodo di coltura fermentato scaricato al passaggio (i.b) in una componente liquida e in una componente solida.
7. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta al passaggio (i) ? prelevata dal primo reattore e stoccata in uno o pi? serbatoi di accumulo.
8. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, dove nel passaggio (iii) la miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta al passaggio (i) ? immessa in almeno uno tra l'almeno un secondo reattore e l?almeno un terzo reattore.
9. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, comprendente il passaggio di (ii) separare l'idrogeno dalla miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua ottenuta nel passaggio (i), dove nel passaggio (iii) l'anidride carbonica residua separata dall?idrogeno nel passaggio (ii) ? immessa nell?almeno un secondo reattore.
10. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, dove nel passaggio (iii) l'immissione della miscela gassosa di idrogeno e anidride carbonica residua in almeno uno tra l?almeno un secondo reattore e l?almeno un terzo reattore avviene, preferibilmente in continuo, mediante insufflazione della miscela gassosa nel secondo brodo di coltura e/o nel terzo brodo di coltura.
11. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente ulteriormente il passaggio di:
(iv) immettere la miscela gassosa comprendente metano ottenuta al passaggio (iii) in almeno un ulteriore secondo reattore comprendente fino a 95% in volume di un brodo di coltura comprendente uno o pi? batteri acetogeni e mantenere in continuo mescolamento in condizioni di anaerobiosi, ottenendo un brodo di coltura fermentato e metano, dove l'uno o pi? batteri acetogeni sono selezionati dal gruppo costituito dai batteri acetogeni secondo la rivendicazione 1.
12. Processo secondo la rivendicazione 11, dove nel passaggio (iv) la temperatura e la pressione di esercizio dell'almeno un ulteriore secondo reattore sono rispettivamente inferiore a 39?C e inferiore a 250 kPa.
13. Processo secondo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente ulteriormente il passaggio di separare il secondo brodo di coltura fermentato e/o il terzo brodo di coltura fermentato in una componente liquida e in una componente solida.
14. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente ulteriormente il passaggio di immettere nell'almeno un secondo reattore e/o nell'almeno un terzo reattore anidride carbonica proveniente da fonti esterne rispetto a quella proveniente dal passaggio (i).
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