ITMI20101867A1 - Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa - Google Patents
Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa Download PDFInfo
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Description
“PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DIRETTA DI ESTERI ALCHILICI DI ACIDI GRASSI DA BIOMASSA”
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa.
Più in particolare, la presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa comprendente sottoporre detta biomassa ad estrazione e transesterificazione, in presenza di almeno un alcool e di almeno un catalizzatore.
Detti esteri alchilici di acidi grassi possono essere utilizzati tal quali come biocarburanti, in particolare bodiesel, oppure in miscela con altri carburanti per auto trazione.
La diminuzione delle riserve petrolifere da una parte, ed il continuo incremento dei consumi di prodotti petroliferi dall’altra, richiedono la ricerca e lo sfruttamento di nuove materie prime alternative al petrolio e Γ implementazione di nuove tecnologie per la loro produzione. In questo scenario sono fondamentali lo sviluppo e la produzione di carburanti da fonti alternative, ovvero di carburanti impiegati in qualsiasi tipo di trasporto quale, ad esempio, trasporto aereo, navale, automobilistico, che sono responsabili della maggior parte dei consumi del petrolio estratto. Tra le fonti alternative possono essere annoverate le biomasse quali, ad esempio, le biomasse di origine vegetale, come possibili fonti dei cosiddetti biocarburanti.
E’ noto, ad esempio, Γ utilizzo delle biomasse (ad esempio, le biomasse di origine vegetale) allo scopo di produrre sia possibili sostituti della benzina [principalmente etanolo ed etil-ter-butil etere (ETBE)], sia possibili sostituti dei carburanti diesel. Tra i possibili sostituti dei carburanti diesel, il primo prodotto ad essere stato commercializzato è stato il cosiddetto biodiesel.
H biodiesel, generalmente, comprende una miscela di esteri alchilici di acidi grassi, in particolare una miscela di esteri metilici di acidi grassi [“fatty acid methyl esters” (FAME)] aventi da 8 a 24 atomi di carbonio e può essere prodotto a partire da materie prime di origine naturale contenenti trigliceridi (generalmente triesteri della glicerina con acidi grassi a catena alchilica lunga) quali, ad esempio, oli vegetali grezzi ottenuti mediante spremitura dei semi di piante oleaginose quali, ad esempio, colza, palma, soia, girasole, senape, nonché da altre fonti di trigliceridi quali, ad esempio, alghe, grassi animali, o oli vegetali usati o di scarto. Dette materie prime tal quali, oppure i trigliceridi ottenuti dopo aver sottoposto dette materie prime a separazione, vengono sottoposte/i ad un processo di transesterificazione in presenza di un alcool, in particolare di metanolo, e di un catalizzatore, così da ottenere detti esteri alchilici di acidi grassi, in particolare detti esteri metilici di acidi grassi [“fatty acid methyl esters” (FAME)] e glicerolo come co-prodotto, come rappresentato nel seguente schema di reazione:
trigliceride metanolo FAME glicerolo.
In questo contesto, le alghe, in particolare le alghe unicellulari o microalghe, costituiscono una fonte di olio particolarmente promettente per vari motivi. In primo luogo, le alghe, in particolare le microalghe, sono gli organismi fotosintetici più produttivi del nostro pianeta e danno altissime rese di biomassa per ettaro. Inoltre, contrariamente alle piante terrestri, le alghe non richiedono terreno e possono essere fatte crescere utilizzando acque reflue provenienti da scarichi industriali (che ne risultano depurate) quali, ad esempio, acque provenienti da impianti chimici o petrolchimici o da impianti di raffinazione di industrie petrolifere, oppure utilizzando acqua di mare. Dette caratteristiche fanno sì che la coltura delle alghe non dia luogo a nessuna competizione per risorse già molto richieste quali, ad esempio, l'acqua dolce od i terreni agricoli e, più in generale, a nessuna competizione diretta con colture ad uso alimentare. Infine, alcune specie di alghe possono, in particolari condizioni, accumulare olio in quantità pari anche al 50% in peso - 60% in peso rispetto al loro peso totale.
Tuttavia la produzione di biocarburanti da alghe, si è dimostrata piuttosto complessa. Generalmente, infatti, la produzione commerciale di biodiesel da biomasse algali viene condotta attraverso un procedimento a più stadi che richiede tempi lunghi, elevati consumi energetici e, di conseguenza, elevati costi di produzione. Generalmente, detto procedimento comprende: concentrare la biomassa aigaie tramite, ad esempio, centrifugazione, flocculazione, filtrazione; sottoporre la biomassa aigaie concentrata ad essiccazione; sottoporre la biomassa aigaie essiccata ad estrazione in presenza di uno o più solventi. Dopo allontanamento del/i solvente/i, l’estratto lipidico ottenuto viene sottoposto a transesterificazione come sopra descritto.
Procedimenti del tipo sopra descritto sono noti nell’ arte.
Ad esempio, Miao X. e altri, descrivono la produzione di biodiesel da alghe nel seguente articolo: “Biodiesel production from heterotrophic microalgal oil”, pubblicato in “Bioresource Technology” (2006), Voi. 97, pg. 841-846. In detto articolo, alghe della specie Chorella protothecoides, cresciute in modo eterotrofico, vengono centrifugate, essiccate e successivamente polverizzate in un mortaio e sottoposte ad estrazione con esano così da estrarre l’olio. L’olio estratto viene successivamente sottoposto a transesterificazione acida in presenza di metanolo ed acido solforico come catalizzatore di transesterificazione allo scopo di ottenere il biodiesel.
La produzione di biodiesel da alghe viene anche descritta da Hossain S. e altri, nel seguente articolo: “Biodiesel Fuel Production from Algae as Renewable Energy”, pubblicato in “American Journal of Biochemistry and Biotechnology” (2008), Voi. 4 (3), pg. 250-254. In detto articolo, alghe dei generi Oedogonium e Spirogyra, dopo essere state macinate e sminuzzate il più possibile, vengono essiccate in una stufa termostatata ad 80°C, per 20 minuti, allo scopo di eliminare l’acqua. Successivamente, una soluzione di esano ed etere viene mescolata con le alghe essiccate per estrarre l’olio. L’olio estratto viene recuperato mediante evaporazione, sotto vuoto, da detta soluzione di esano ed etere. La reazione di transesterificazione dell’olio così ottenuto, allo scopo di ottenere il biodiesel, viene condotta in presenza di una miscela di metanolo e di idrossido di sodio come catalizzatore di transesterificazione (transesterificazione basica).
Sforzi sono stati fatti nell’arte allo scopo di superare le suddette criticità legate all’ utilizzo di procedimenti a più stadi.
Ad esempio, il brevetto americano US 6,350,890 descrive un metodo per ottenere acidi grassi e/o loro esteri, preferibilmente esteri etilici di acidi grassi, da biomassa derivante, ad esempio, da microalghe, protozooi, funghi, batteri, comprendente gli stadi di: (a) far reagire una biomassa con un catalizzatore inerte tramite un processo continuo “in sita” di estrazione, reazione e cromatografia, in presenza di una corrente di un gas compresso e di un alcool avente da 1 a 5 atomi di carbonio, in quantità compresa tra 0,5% in volume e 5% in volume; (b) sottoporre la miscela di reazione a cromatografia, in cui detto catalizzatore viene ritenuto mentre i prodotti di reazione vengono rilasciati ed eluiti; e (c) estrarre detti acidi grassi e/o loro esteri da detti prodotti di reazione. Detto metodo è preferibilmente condotto a pressioni elevate (e.g., a pressioni maggiori di 200 bar). Il suddetto metodo, grazie alla continua rimozione dei prodotti di reazione ottenuti, è detto consentire una resa teorica di acidi grassi e/o loro esteri vicina al 100%.
La domanda di brevetto americano US 2008/0188676 descrive un metodo per la produzione di esteri di acidi grassi comprendente: far reagire una composizione comprendente un materiale cellulare (e.g., una biomassa contenente lipidi quale, ad esempio, una biomassa derivante da microalghe, macroalghe, batteri, diatomee, protozoi) in un reattore, la temperatura e la pressione in detto reattore essendo elevate così da permettere la distruzione del materiale cellulare ed ottenere una fase acquosa ed una fase oleosa; e far reagire la fase oleosa con un alcool così da ottenere esteri di acidi grassi. Detto metodo è preferibilmente condotto a temperature e pressioni elevate (e.g., temperature comprese tra 180°C e 450°C e pressioni comprese tra 0,5 MPa e 40 MPa). Il suddetto metodo è detto essere vantaggioso in termini di risparmio energetico poiché in grado di evitare i passaggi di concentrazione ed essiccamento della biomassa e l’estrazione tramite solvente.
La domanda di brevetto americano US 2009/0158638 descrive un procedimento per la produzione di biodiesel comprendente: far reagire una biomassa ed un agente di alchilazione, in un ambiente sostanzialmente privo di ossigeno, ad una temperatura sufficiente ad idrolizzare i lipidi presenti nella biomassa e di esterificare gli acidi grassi; e recuperare gli esteri alchilici degli acidi grassi ottenuti. Detto procedimento è preferibilmente condotto a temperatura compresa tra 250°C e 500°C. Il suddetto procedimento è detto essere in grado di fornire un biodiesel avente proprietà praticamente identiche a quello disponibile commercialmente.
Johnson M. B. e altri, descrivono la produzione di biodiesel da microalga nel seguente articolo: “Production of Biodiesel Fuel from thè Microalga Schizochytrium limacinum by Direct Transesterification of Algal Biomass”, pubblicato in “Energy Fuels” (2009), Voi. 23, pg. 5179-5183. A tale scopo, la biomassa aigaie liofilizzata (“freeze-dried”) od umida viene fatta reagire con metanolo ed acido solforico, eventualmente in presenza di un solvente (e.g., cloroformio, esano, etere di petrolio), a 90°C, per 40 minuti, sotto forte agitazione. Al termine della reazione, la miscela ottenuta viene raffreddata a temperatura ambiente e lasciata separare in due fasi. Da dette due fasi viene recuperata la fase che contiene il solvente ed il biodiesel.
Tuttavia, anche i procedimenti sopra descritti possono presentare alcuni inconvenienti.
Ad esempio, la necessità di operare a temperature e/o pressioni elevate, in particolare a pressioni elevate, richiede Γ utilizzo di apparecchiature speciali, generalmente costruite con leghe di metallo speciali, in grado di operare a dette temperature e/o pressioni elevate, con un conseguente aumento dei costi di produzione e comporta, inoltre, un elevato consumo di energia.
Inoltre, il contatto diretto della biomassa con il catalizzatore di transesterificazione può dar luogo alla formazione di sottoprodotti indesiderati e difficili da allontanare.
La Richiedente si è posta il problema di trovare un procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa con una buona resa, pur operando in condizioni più blande rispetto a quelle adottate nei procedimenti descritti nell’ arte nota. Inoltre, la Richiedente si è posta il problema di evitare il contatto diretto della biomassa con il catalizzatore di transesterificazione pur attuando il suddetto procedimento in un unico stadio (i.e. estrazione e transesterificazione condotte in un unico stadio).
La Richiedente ha ora trovato che la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi può essere vantaggiosamente condotta operando a temperatura inferiore o uguale a 110°C ed a pressione sostanzialmente atmosferica, in un estrattore che consenta di evitare il contatto diretto della biomassa con il catalizzatore di transesterificazione. Detto procedimento consente di ottenere una buona resa di esteri alchilici di acidi grassi pur operando in condizioni di temperatura più blande rispetto a quelle adottate nei procedimenti descritti nell’arte nota, con un conseguente risparmio energetico e dei costi di produzione. Inoltre, la possibilità di evitare il contatto diretto della biomassa con il catalizzatore di transesterificazione consente di evitare la formazione di sottoprodotti indesiderati e difficili da allontanare.
Detti esteri alchilici di acidi grassi possono essere utilizzati tal quali come biocarburanti, in particolare biodiesel, oppure in miscela con altri carburanti per auto trazione.
Costituisce pertanto oggetto della presente invenzione un procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa comprendente:
sottoporre detta biomassa ad estrazione e transesterificazione in presenza di almeno un alcool e di almeno un catalizzatore, a temperatura compresa tra 50°C e 110°C, preferibilmente compresa tra 60°C e 100°C, a pressione sostanzialmente atmosferica, ottenendo esteri alchilici di acidi grassi;
recuperare detti esteri alchilici di acidi grassi;
in cui dette estrazione e transesterificazione vengono condotte in un estrattore includente: una caldaia, una condotta di risalita del/i solvente/i utilizzato/i per l’estrazione allo stato di vapore, un condensatore, una camera di estrazione, un sifone.
Allo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, le definizioni degli intervalli numerici comprendono sempre gli estremi a meno di diversa specificazione.
Allo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, la dicitura “a pressione sostanzialmente atmosferica” significa una pressione compresa tra 0,95 atmosfere e 1,05 atmosfere (722 torr e 798 torr).
Allo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, la dicitura “produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa” significa che l’estrazione dei lipidi dalla biomassa e la loro transesterificazione vengono condotte in un unico stadio.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, dette estrazione e transesterificazione possono essere condotte per un tempo compreso tra 2 minuti e 10 ore, preferibilmente compreso tra 5 minuti e 6 ore.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, dette estrazione e transesterificazione possono essere condotte sottoponendo detta biomassa ad irraggiamento con microonde aventi una frequenza compresa tra 400 MHz e 30000 MHz, preferibilmente compresa tra 900 MHz e 2500 MHz ed una potenza compresa tra 200 W e 1500 W, preferibilmente compresa tra 300 W e 700 W.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detta biomassa può essere scelta tra biomasse ottenute dalla coltivazione di:
microalghe appartenenti, ad esempio, ai seguenti generi: Botryococcus , Chlamydomonas, Chlorella, Dunaliella, Nannochloris, Nannochloropsis, Phaeodactylum, Scenedesmus, Schizochytrium, Tetraselmis',
- macroalghe appartenenti, ad esempio, alle seguenti classi: Chlorophyceae (ad esempio, Chaetomorpha linum, Ulva lactuca), Phaeophyceae (ad esempio, Cystoseira osmundacea), Rhodophyceae (ad esempio, Gracilaria bursapastoris)',
lieviti oleaginosi appartenenti, ad esempio, ai seguenti generi: Rhodotorula, Lypomices, Trigonopsis, Candida , Pichia, Torulopsis.
In accordo con una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione, detta biomassa può essere scelta tra biomasse ottenute dalla coltivazione di microalghe.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, detta biomassa può essere ottenuta da consorzi algali, coltivati o cresciuti spontaneamente in bacini aperti, naturali od artificiali (“open-ponds”).
Nel caso di utilizzo di biomassa derivante dalla coltivazione di alghe (di seguito indicata come biomassa aigaie), in particolare di microalghe, preferibilmente, la sospensione acquosa di biomassa aigaie ottenuta da detta coltivazione, può essere sottoposta ad addensamento così da ottenere una maggiore concentrazione di sostanza secca in detta biomassa aigaie. Detto addensamento può essere attuato, tramite vari procedimenti quali, ad esempio: separazione gravitazionale in sedimentatori tipicamente impiegati negli impianti di trattamento acque;
centrifugazione;
flocculazione;
- filtrazione (e.g., filtrazione sottovuoto);
trattamento mediante filtro presse a nastro.
Inoltre, nel caso di utilizzo di biomassa aigaie, preferibilmente, la sospensione acquosa di biomassa aigaie ottenuta dalla coltivazione di alghe, può essere sottoposta ad essiccazione secondo metodi noti nell’ arte quali, ad esempio, “drum drying”, “hot air drying”, liofilizzazione (“freeze-drying”), “spray drying”.
E’ da notare che allo scopo della presente invenzione, particolarmente vantaggioso risulta essere un procedimento di essiccazione della biomassa aigaie che comprende depositare una sospensione acquosa concentrata di detta biomassa aigaie su lastre di vetro o di metallo termostatate o riscaldate. Detto riscaldamento può essere vantaggiosamente ottenuto tramite energia solare. Preferibilmente, al termine di detto procedimento di essiccazione, la biomassa aigaie essiccata può avere un contenuto di umidità residua compresa tra il 2% in peso ed il 10% in peso, preferibilmente compreso tra il 4% in peso ed il 6% in peso, rispetto al peso totale di detta biomassa essiccata.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto alcool può essere scelto tra alcooli, lineari o ramificati, aventi da 1 a 20 atomi di carbonio, preferibilmente da 1 a 10 atomi di carbonio, quali, ad esempio, metanolo, etanolo, iso-propanolo, n-propanolo, n-butanolo, o loro miscele. Metanolo è preferito.
E’ da notare che allo scopo della presente invenzione, la quantità di alcool utilizzata non è particolarmente critica.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto alcool può essere utilizzato in quantità compresa tra 1 litro e 15 litri, preferibilmente compresa tra 2 litri e 12 litri, per kilogrammo di biomassa essiccata.
Allo scopo della presente invenzione, detto alcool può essere eventualmente utilizzato in miscela con almeno un solvente organico.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto alcool può essere utilizzato in miscela con almeno un solvente organico quale, ad esempio, n-pentano, n-esano, n-eptano, n-ottano, o loro miscele. Preferibilmente, detto alcool può essere presente in detta miscela in quantità compresa tra il 2% in peso ed il 99% in peso, preferibilmente tra il 3% in peso ed il 50% in peso, rispetto al peso totale di detta miscela.
In accordo con una forma di attuazione preferita della presente invenzione detto catalizzatore può essere scelto, ad esempio, tra: catalizzatori acidi solubili (omogenei), catalizzatori acidi solidi (eterogenei), catalizzatori basici solubili (omogenei), catalizzatori basici solidi (eterogenei), lipasi, o loro miscele.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detti catalizzatori acidi solubili possono essere scelti, ad esempio, tra: acido solforico, acido cloridrico, acido fosforico, trifluoruro di boro, acido metansolfonico, acido trifluorometansolfonico, acido p-toluen-solfonico, o loro miscele.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detti catalizzatori acidi solidi possono essere scelti, ad esempio, tra: resine acide quali, ad esempio, Nafion<®>, Amberlyst<®>15, Amberlist<®>BD20, o loro miscele; ossidi solfatati quali, ad esempio, S04/Zr02, S04/Sn02, o loro miscele; allumino-silicati microporosi quali, ad esempio, zeoliti (ad esempio, faujasite, mordenite, o loro miscele); o loro miscele.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detti catalizzatori basici solubili possono essere scelti, ad esempio, tra: metilato di sodio (CH3ONa), metilato di potassio (CH3OK), o loro miscele; idrossidi di metalli alcalini quali, ad esempio, idrossido di sodio, idrossido di potassio, o loro miscele; carbonati di metalli alcalini quali, ad esempio, carbonato di sodio, carbonato di potassio, o loro miscele; animine quali, ad esempio, guanidina; o loro miscele.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detti catalizzatori basici solidi possono essere scelti, ad esempio, tra: spinello di zinco e alluminio; ossidi misti di alluminio quali, ad esempio, 12 CaO-7 y-Al203, 12 CaO-7 y-Al203-7 Ce02, Ce02/Al203, Ce02/Ca0/Al203, o loro miscele; o loro miscele.
In accordo con una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione, dette lipasi possono essere ottenute da vari microorganismi quali, ad esempio, Candida sp., Pseudomonas cepacea. Dette lipasi possono essere opzionalmente supportate, ad esempio, su resine acriliche, granulato di mais.
In accordo con una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione, detto catalizzatore può essere scelto tra i seguenti ossidi misti di alluminio: 12 CaO-7 y-Al203, 12 CaO-7 y-Al203-7 Ce02, o loro miscele In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, detto estrattore può essere, ad esempio, un estrattore Soxhlet, oppure un estrattore Gregar™, preferibilmente un estrattore Soxhlet.
Il recupero di detti esteri alchilici di acidi grassi può essere condotto mediante tecniche note quali, ad esempio, decantazione oppure centrifugazione, allo scopo di separare il catalizzatore, e successiva evaporazione dell’acool o della miscela alcool/solvente organico. E’ da notare che, sia il catalizzatore, sia l’acool o la miscela alcool/solvente organico, recuperati, possono essere riciclati alle suddette estrazione e transesterificazione.
Eventualmente, dopo evaporazione dell’acool o della miscela alcool/solvente organico, detti esteri alchilici di acidi grassi possono essere sottoposti ad idrogenazione, in presenza di idrogeno e di almeno un catalizzatore, al fine di saturare e rendere quindi più stabili all’ossidazione detti esteri alchilici di acidi grassi. Processi di idrogenazione sono noti nell’arte e sono descritti, ad esempio, nella domanda di brevetto americano US 2010/0022664.
Detti esteri alchilici di acidi grassi, eventualmente idrogenati, possono essere utilizzati tal quali come biocarburanti, in particolare biodiesel, oppure in miscela con altri carburanti per autotrazione.
La presente invenzione sarà ora illustrata in maggior dettaglio attraverso una forma realizzativa con riferimento alla Figura 1 sotto riportata.
Come rappresentato in Figura 1, il procedimento oggetto della presente invenzione può essere realizzato utilizzando un estrattore Soxhlet comprendente: un pallone che funziona da caldaia (2) munito di un agitatore magnetico (1); una camera di estrazione (3) munita di un filtro a ditale (5); una condotta di risalita del/i solvente/i utilizzato/i per l’estrazione allo stato di vapore (4); un sifone (7); un condensatore (8).
Detto filtro a ditale (5), nel caso in cui la biomassa aigaie venga sottoposta ad irraggiamento con microonde, può essere sostituito con un tubo di vetro munito di un setto di vetro sinterizzato (non rappresentato in Figura 1) sul quale viene posta detta biomassa aigaie.
Come rappresentato in Figura 1, la biomassa aigaie (6), eventualmente previamente essiccata, viene posta sul filtro a ditale (5) (e.g, un filtro di carta spessa) presente nella camera di estrazione (3), mentre l’alcool (e.g., metanolo) ed il catalizzatore (e.g., 12 CaO-7 y-Al203, oppure 12 CaO-7 y-Al203-7 Ce02) (10) [in Figura 1 (10) rappresenta alcool catalizzatore], vengono posti nella caldaia (2).
La caldaia (2) viene immersa in un bagno termostatico (non rappresentato in Figura 1) e riscaldato alla temperatura di ebollizione dell’alcool (e.g., metanolo, 65°C).
L’alcool portato all’ebollizione passa quindi, attraverso la condotta di risalita del solvente (4) allo stato di vapore nella camera di estrazione (3) e nel condensatore (8), da cui ricade, come condensato, nella camera di estrazione (3) dove vengono estratti gli acidi grassi.
Quando la camera di estrazione (3) si riempe di solvente, detta camera di estrazione (3) viene automaticamente svuotata attraverso il sifone (7) ed il solvente (9) viene riciclato alla caldaia (2).
I lipidi estratti (non rappresentati in Figura 1) passano, attraverso il filtro a ditale (5), nella caldaia (2) dove a contatto con il catalizzatore vengono transesterificati.
La caldaia (2) viene svuotata e gli esteri ottenuti vengono recuperati (e.g., tramite decantazione del catalizzatore ed evaporazione del solvente) (non rappresentato in Figura 1).
In Figura 1 sono altresì rappresentate l’entrata (B) e l’uscita (A) dell’acqua di raffreddamento dal condensatore.
Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa, di seguito si riportano alcuni esempi illustrativi e non limitativi della stessa.
ESEMPIO 1
L’estrazione e la transesterificazione sono state condotte utilizzando un estrattore Soxhlet.
A tale scopo, 4 g di biomassa costituita da alghe del genere Nannochloropsis previamente essiccate fino ad un contenuto di umidità residua di circa il 5% in peso rispetto al peso totale della biomassa essiccata, sono stati posti sul filtro a ditale (filtro di carta spesso) presente nella camera di estrazione dell’estrattore Soxhlet mentre, nella caldaia di detto estrattore Soxhlet, sono stati caricati 50 mi di metanolo e 20 g dell'ossido misto 12 CaO-7 y-Al203(catalizzatore).
La caldaia è stata immersa in un bagno termostatico ed il metanolo portato all'ebollizione (65°C), passa attraverso la condotta di risalita del solvente allo stato di vapore nella camera di estrazione e nel condensatore, da cui ricade, come condensato, nella camera di estrazione dove vengono estratti i lipidi che, successivamente, attraverso il filtro a ditale, passano nella suddetta caldaia dove, a contatto con il suddetto catalizzatore vengono transesterificati.
La suddetta caldaia è stata mantenuta a 65°C, per 6 ore, e successivamente raffreddata a 20°C. Il contenuto della caldaia è stato recuperato, e sottoposto a decantazione allo scopo di recuperare il catalizzatore. Successivamente, il metanolo è stato allontanato per evaporazione tramite evaporatore rotante. Sia il catalizzatore che il metanolo recuperati sono stati riutilizzati.
Sono stati recuperati 0,48 g di esteri metilici di acidi grassi (LAME) la cui composizione, determinata per analisi gas-cromatografica, è riportata in Tabella 1.
TABELLA 1
TABELLA 2
Claims (28)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa comprendente: sottoporre detta biomassa ad estrazione e transesterificazione in presenza di almeno un alcool e di almeno un catalizzatore, a temperatura compresa tra 50°C e 110°C, a pressione sostanzialmente atmosferica, ottenendo esteri alchilici di acidi grassi; recuperare detti esteri alchilici di acidi grassi; in cui dette estrazione e transesterificazione vengono condotte in un estrattore includente: una caldaia, una condotta di risalita del/i solvente/i utilizzato/i per l’estrazione allo stato di vapore, un condensatore, una camera di estrazione, un sifone.
- 2. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 1, in cui dette estrazione e transesterificazione vengono condotte ad una temperatura compresa tra 60°C e 100°C.
- 3. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui dette estrazione e transesterificazione vengono condotte per un tempo compreso tra 2 minuti e 10 ore.
- 4. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 3, in cui dette estrazione e transesterificazione vengono condotte per un tempo compreso tra 5 minuti e 6 ore.
- 5. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette estrazione e transesterificazione vengono condotte sottoponendo detta biomassa ad irraggiamento con microonde aventi una frequenza compresa tra 400 MHz e 30000 MHz ed una potenza compresa tra 200 W e 1500 W.
- 6. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 5, in cui dette estrazione e transesterificazione vengono condotte sottoponendo detta biomassa ad irraggiamento con microonde aventi una frequenza compresa tra 900 MHz e 2500 MHz.
- 7. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui dette estrazione e transesterificazione vengono condotte sottoponendo detta biomassa ad irraggiamento con microonde aventi una potenza compresa tra 300 W e 700 W.
- 8. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta biomassa è scelta tra biomasse ottenute dalla coltivazione di: microalghe appartenenti ai seguenti generi: Botryococcus , Chlamydomonas, Chlorella, Dunaliella, Nannochloris, Nannochloropsis, Phaeodactylum, Scenedesmus, Schizochytrium, Tetraselmis', macroalghe appartenenti alle seguenti classi: Chlorophyceae , Phaeophyceae, Rhodophyceae\ lieviti oleaginosi appartenenti ai seguenti generi: Rhodotorula, Lypomices, Trigonopsis, Candida, Pichia, Torulopsis.
- 9. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta biomassa è scelta tra biomasse ottenute dalla coltivazione di microalghe.
- 10. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui detta biomassa è ottenuta da consorzi algali, coltivati o cresciuti spontaneamente in bacini aperti, naturali od artificiali (“open-ponds”).
- 11. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto alcool è scelto tra alcooli, lineari o ramificati, aventi da 1 a 20 atomi di carbonio, quali metanolo, etanolo, iso-propanolo, n-propanolo, nbutanolo, o loro miscele.
- 12. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 11, in cui detto alcool è scelto tra alcooli, lineari o ramificati, aventi da 1 a 10 atomi di carbonio.
- 13. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 12, in cui detto alcool è metanolo.
- 14. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto alcool è utilizzato in quantità compresa tra 1 litro e 15 litri per kilogrammo di biomassa essiccata.
- 15. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 14, in cui detto alcool è utilizzato in quantità compresa tra 2 litri e 12 litri per kilogrammo di biomassa essiccata.
- 16. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto alcool è utilizzato in miscela con almeno un solvente organico quale n-pentano, n-esano, n-eptano, n-ottano, o loro miscele.
- 17. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 16, in cui detto alcool è presente in detta miscela in quantità compresa tra il 2% in peso ed il 99% in peso rispetto al peso totale di detta miscela.
- 18. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 17, in cui detto alcool è presente in detta miscela in quantità compresa tra il 3% in peso ed il 50% in peso rispetto al peso totale di detta miscela.
- 19. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto catalizzatore è scelto tra: catalizzatori acidi solubili (omogenei), catalizzatori acidi solidi (eterogenei), catalizzatori basici solubili (omogenei), catalizzatori basici solidi (eterogenei), lipasi, o loro miscele.
- 20. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 19, in cui detti catalizzatori acidi solubili sono scelti tra: acido solforico, acido cloridrico, acido fosforico, trifluoruro di boro, acido metansolfonico, acido trifluorometansolfonico, acido p-toluen-solfonico, o loro miscele.
- 21. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 19, in cui detti catalizzatori acidi solidi sono scelti tra: resine acide quali Nafion<®>, Amberlyst<®>15, Amberlist<®>BD20, o loro miscele; ossidi solfatati quali S04/Zr02, S04/Sn02, o loro miscele; allumino-silicati microporosi quali zeoliti; o loro miscele.
- 22. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 19, in cui detti catalizzatori basici solubili sono scelti tra: metilato di sodio (CH3ONa), metilato di potassio (CH3OK), o loro miscele; idrossidi di metalli alcalini quali idrossido di sodio, idrossido di potassio, o loro miscele; carbonati di metalli alcalini quali carbonato di sodio, carbonato di potassio, o loro miscele; animine quali guanidina; o loro miscele.
- 23. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 19, in cui detti catalizzatori basici solidi sono scelti tra: spinello di zinco e alluminio; ossidi misti di alluminio quali 12 CaO-7 y-Al203, 12 CaO-7 y-Al203-7 Ce02, Ce02/Al203, Ce02/Ca0/Al203, o loro miscele; o loro miscele.
- 24. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 19, in cui dette lipasi sono ottenute da vari microorganismi quali Candida sp., Pseudomonas cepacea.
- 25. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 18, in cui detto catalizzatore è scelto tra i seguenti ossidi misti di alluminio: 12 CaO-7 y-A1203, 12 CaO-7 y-Al203-7 Ce02, o loro miscele.
- 26. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto estrattore è un estrattore Soxhlet, oppure un estrattore Gregar™.
- 27. Procedimento per la produzione diretta di esteri alchilici di acidi grassi da biomassa secondo la rivendicazione 26, in cui detto estrattore è un estrattore Soxhlet.
- 28. Uso degli esteri alchilici di acidi grassi ottenuti secondo il procedimento di cui ad una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti come biocarburanti, oppure in miscela con altri carburanti per autotrazione.
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