ITTO20110752A1 - PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF BIOLIQUIDS OR BIOFUELS - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:
"Procedimento di produzione di bioliquidi o biocarburanti" "Process for producing bioliquids or biofuels"
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
CAMPO DELL'INVENZIONE FIELD OF THE INVENTION
La presente descrizione concerne un procedimento per la produzione di bioliquidi o biocarburanti. The present description relates to a process for the production of bioliquids or biofuels.
SFONDO TECNOLOGICO TECHNOLOGICAL BACKGROUND
I bioliquidi sono combustibili liquidi che trovano applicazione nella produzione, ad esempio, di energia elettrica e di calore, mentre i biocarburanti sono utilizzati nel settore dei trasporti. Bioliquids are liquid fuels that are used in the production of, for example, electricity and heat, while biofuels are used in the transport sector.
Tali biocombustibili sono prodotti a partire da una biomassa ovvero dalla frazione biodegradabile di prodotti, rifiuti e residui di origine biologica (vegetali ed animali) provenienti prevalentemente dall'agricoltura, dalla silvicoltura, dalle attività industriali. Con il termine biomassa si intende inoltre la porzione biodegradabile di rifiuti urbani. These biofuels are produced starting from a biomass or from the biodegradable fraction of products, waste and residues of biological origin (plants and animals) coming mainly from agriculture, forestry and industrial activities. The term biomass also refers to the biodegradable portion of urban waste.
L'olio vegetale, ad esempio, à ̈ un combustibile liquido ottenuto mediante spremitura e/o estrazione chimica di semi di piante oleaginose (ad esempio la soia, la palma, il girasole). Oltre all'alimentazione umana, l'olio vegetale à ̈ utilizzato come bioliquido in motori statici per la produzione energetica. Vegetable oil, for example, is a liquid fuel obtained by squeezing and / or chemical extraction of seeds of oleaginous plants (for example soy, palm, sunflower). In addition to human nutrition, vegetable oil is used as a bioliquid in static engines for energy production.
Sottoponendo l'olio vegetale ad un processo di transesterificazione si ottiene un prodotto, definito come biodiesel, che può essere utilizzato, ad esempio, per l'alimentazione di motori nel settore del trasporto. La trans-esterificazione à ̈ una reazione chimica il cui principale risultato à ̈ la modificazione delle molecole di trigliceridi mediante alcol in presenza di catalizzatore, con formazione di un estere mono-alchile (biodiesel) e glicerolo grezzo. By subjecting the vegetable oil to a transesterification process, a product is obtained, defined as biodiesel, which can be used, for example, to power engines in the transport sector. Transesterification is a chemical reaction whose main result is the modification of triglyceride molecules by alcohol in the presence of a catalyst, with the formation of a mono-alkyl ester (biodiesel) and crude glycerol.
Il biodiesel così prodotto trova principalmente applicazione come carburante nei trasporti e come combustibile nella produzione di energia elettrica e di calore . The biodiesel produced in this way is mainly used as a fuel in transport and as a fuel in the production of electricity and heat.
Il bioetanolo à ̈ un biocarburante liquido derivato dalla fermentazione di biomassa vegetale ad alto contenuto di zucchero (ad esempio canna, barbabietola, sorgo dolce) e di amido (ad esempio granoturco, frumento, orzo, riso). Il bioetanolo può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica e di calore e come componente delle benzine (in questo caso trova applicazione nel settore dei trasporti) . Bioethanol is a liquid biofuel derived from the fermentation of vegetable biomass with a high sugar content (for example cane, beet, sweet sorghum) and starch (for example maize, wheat, barley, rice). Bioethanol can be used for the production of electricity and heat and as a component of gasoline (in this case it finds application in the transport sector).
L'aumento di superfici agricole destinate a coltivazioni di piante per la produzione di bioliquidi/biocarburanti e quindi non per scopi alimentari origina inevitabilmente controversie. The increase in agricultural areas destined for plant cultivation for the production of bioliquids / biofuels and therefore not for food purposes inevitably gives rise to controversies.
La soluzione spesso adottata à ̈ quella di importare l'olio, con costi di approvvigionamento molto elevati, da paesi quali il Sud America, l'India, il Sud-est Asiatico e l'Africa ovvero paesi che basano la loro economia sul settore primario. The solution often adopted is to import oil, with very high procurement costs, from countries such as South America, India, Southeast Asia and Africa or countries that base their economy on the primary sector. .
Tuttavia, questa soluzione à ̈ anch'essa molto discutibile in quanto presenta lo svantaggio di sottrarre -per la produzione di bioliquido o biocarburante notevoli risorse vegetali che potrebbero essere destinate all'alimentazione ed alla sopravvivenza delle classi sociali meno abbienti delle popolazioni locali. However, this solution is also very questionable as it has the disadvantage of subtracting - for the production of bioliquid or biofuel - considerable plant resources that could be used for the nutrition and survival of the poorer social classes of local populations.
L'identificazione di biomasse non provenienti da colture dedicate e di tipo non alimentare riveste dunque una importanza fondamentale. The identification of biomasses not coming from dedicated and non-food crops is therefore of fundamental importance.
Ad esempio, per ovviare ai suddetti svantaggi, vengono impiegati materiali non alimentari quali biomasse lignocellulosiche, anche di risulta dalle attività agroindustriale e forestali, per la produzione di bioliquidi/biocarburanti (come descritto ad esempio nei documenti brevettuali WO-A-2011/073781, WO-A-2010/069516 e WO-A-201 0/053681). For example, to obviate the aforementioned disadvantages, non-food materials such as lignocellulosic biomass are used, also resulting from agro-industrial and forestry activities, for the production of bioliquids / biofuels (as described for example in the patent documents WO-A-2011/073781, WO-A-2010/069516 and WO-A-201 0/053681).
Tuttavia, la produzione di bioliquidi/biocarburanti a partire da biomasse lignocellulosìche presenta evidenti svantaggi quali la necessità di utilizzare procedimenti di produzione complessi e costosi e l'ottenimento di prodotti con caratteristiche che li rendono difficilmente utilizzabili. However, the production of bioliquids / biofuels starting from lignocellulosic biomass has obvious disadvantages such as the need to use complex and expensive production processes and the production of products with characteristics that make them difficult to use.
Ad esempio, l'olio ottenuto da materiale lignocellulosico sottoposto a pirolisi (un procedimento di decomposizione termochimica di materiali organici) presenta lo svantaggio di possedere elevata acidità e viscosità , scorie solide e alto contenuto in acqua e di essere dotato di un limitato potere calorifico. For example, oil obtained from lignocellulosic material subjected to pyrolysis (a thermochemical decomposition process of organic materials) has the disadvantage of having high acidity and viscosity, solid waste and high water content and of being endowed with a limited calorific value.
La ricerca industriale e lo sviluppo sperimentale in questo campo hanno permesso di identificare nelle biomasse microbiche una valida alternativa alle biomasse di origine vegetale per la produzione di bioliquidi o biocarburanti. Industrial research and experimental development in this field have made it possible to identify microbial biomass as a valid alternative to biomass of plant origin for the production of bioliquids or biofuels.
I lieviti, e più in generale i funghi, rappresentano un gruppo di microrganismi utilizzati per la produzione di bioliquidi o biocarburanti. Yeasts, and more generally fungi, represent a group of microorganisms used for the production of bioliquids or biofuels.
Il documento brevettuale WO-A-2011/051977 descrive un procedimento per la produzione di biodiesel a partire da un lievito del genere Pichia. Nello specifico, il documento descrive un procedimento di estrazione di olio a partire da una biomassa costituita da tale lievito mediante centrifugazione, omogeneizzazione ed estrazione con solventi. L'olio così ottenuto viene successivamente sottoposto ad un procedimento di trans-esterificazione per l'ottenimento di biodiesel. The patent document WO-A-2011/051977 describes a process for the production of biodiesel starting from a yeast of the genus Pichia. Specifically, the document describes an oil extraction process starting from a biomass consisting of this yeast by centrifugation, homogenization and extraction with solvents. The oil thus obtained is subsequently subjected to a transesterification process to obtain biodiesel.
Tale· procedimento à ̈ complesso e svantaggioso in termini economici in quanto richiede una pluralità di impianti - molto costosi - necessari per condurre le diverse fasi del procedimento stesso. This process is complex and disadvantageous in economic terms as it requires a plurality of systems - very expensive - necessary to carry out the various phases of the process itself.
WO-A-2008/134836 concerne la produzione di bìocarburanti da biomasse microbiche di lieviti e funghi mediante estrazione degli oli contenuti in tali microrganismi. La produzione della fase oleosa ha luogo attuando il procedimento denominato "direct thermopressurized liquefaction" (ELDT). Questo procedimento di estrazione prevede l'impiego di solventi e catalizzatori ed à ̈ condotto ad una temperatura compresa tra 120 e 400°C ed a una pressione compresa tra 1 MPa e 5 MPa. WO-A-2008/134836 concerns the production of biofuels from microbial biomasses of yeasts and fungi by extracting the oils contained in these microorganisms. The production of the oily phase takes place by implementing the process called "direct thermopressurized liquefaction" (ELDT). This extraction process involves the use of solvents and catalysts and is carried out at a temperature between 120 and 400 ° C and at a pressure between 1 MPa and 5 MPa.
Il procedimento ivi descritto presenta, anch'esso, condizioni operative che richiedono impianti complessi e costosi. Inoltre, l'utilizzo di solventi e catalizzatori concorre ad aumentare il costo di produzione del biocarburante . The process described therein also has operating conditions which require complex and expensive systems. Furthermore, the use of solvents and catalysts contributes to increasing the cost of biofuel production.
SOMMARIO DELL'INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION
Tenendo in considerazione queste premesse, à ̈ quindi sentita la necessità di soluzioni migliorative, più efficaci che consentano di produrre bioliquidi o biocarburanti in condizioni di processo ed economiche più vantaggiose rispetto a quanto fatto finora. Taking these premises into consideration, the need is therefore felt for improvement solutions, more effective that allow the production of bioliquids or biofuels in process and economic conditions that are more advantageous than what has been done so far.
In accordo con l'invenzione, il suddetto scopo à ̈ ottenuto grazie alla soluzione specificatamente richiamata nelle rivendicazioni allegate, che costituiscono parte integrale della presente descrizione. In accordance with the invention, the aforesaid object is achieved thanks to the solution specifically referred to in the attached claims, which form an integral part of the present description.
La presente descrizione concerne un procedimento per la produzione di un bioliquido o biocarburante che comprende le seguenti operazioni: The present description concerns a process for the production of a bioliquid or biofuel which includes the following operations:
i) provvedere una biomassa di funghi, preferibilmente lieviti; i) provide a biomass of fungi, preferably yeasts;
ii) sottoporre tale biomassa a pirolisi ottenendo una fase liquida oleosa ed una fase solida; iii) sottoporre la fase liquida oleosa ad almeno un procedimento di "upgrade" ottenendo il bioliquido o biocarburante. ii) subjecting this biomass to pyrolysis obtaining an oily liquid phase and a solid phase; iii) subjecting the oily liquid phase to at least one "upgrade" process, obtaining the bioliquid or biofuel.
I risultati riportati nel seguito mostrano che il procedimento qui descritto consente di produrre un bioliquido o biocarburante con caratteristiche di acidità e viscosità inferiori e con potere calorifico nettamente superiore rispetto ai bioliquidi o biocarburanti ottenuti da biomasse lignocellulosiche e da biomasse microbiche sottoposte ai procedimenti di lavorazione noti nell'arte. The results reported below show that the process described here allows the production of a bioliquid or biofuel with lower acidity and viscosity characteristics and with a significantly higher calorific value than the bioliquids or biofuels obtained from lignocellulosic biomass and from microbial biomass subjected to known processing processes. in art.
Inoltre, il procedimento descritto permette di ottenere bioliquidi o biocarburanti a costi notevolmente ridotti rispetto a quelli richiesti per la produzione di bioliquidi o biocarburanti ottenuti con i procedimenti noti nell'arte . Furthermore, the described process allows to obtain bioliquids or biofuels at considerably reduced costs compared to those required for the production of bioliquids or biofuels obtained with the processes known in the art.
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
L'invenzione verrà ora descritta in modo dettagliato, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alla figura allegata, in cui: The invention will now be described in detail, by way of non-limiting example, with reference to the attached figure, in which:
- Figura 1: Rappresentazione schematica di una forma di attuazione del procedimento per la produzione di bioliquidi o biocarburanti oggetto della presente descrizione . - Figure 1: Schematic representation of an embodiment of the process for the production of bioliquids or biofuels object of the present description.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI ALCUNE FORME DI REALIZZAZIONE DETAILED DESCRIPTION OF SOME FORMS OF REALIZATION
L' invenzione verrà ora descritta in modo dettagliato, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ad un procedimento per la produzione di bioliquidi/biocarburanti . The invention will now be described in detail, by way of non-limiting example, with reference to a process for the production of bioliquids / biofuels.
Nella seguente descrizione, sono presentati numerosi dettagli specifici per fornire una comprensione completa delle forme di realizzazione. Le forme di realizzazione possono essere attuate in pratica senza uno o più dei dettagli specifici, o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, strutture, materiali od operazioni ben noti non sono mostrati o descritti in dettaglio per evitare di oscurare certi aspetti delle forme di realizzazione. In the following description, numerous specific details are presented to provide a complete understanding of the embodiments. The embodiments can be practiced without one or more of the specific details, or with other processes, components, materials, etc. In other cases, well-known structures, materials or operations are not shown or described in detail to avoid obscuring certain aspects of the embodiments.
In tutta la presente specificazione, il riferimento ad "una forma di realizzazione" o "forma di realizzazione" significa che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta in connessione con la forma di realizzazione à ̈ inclusa in almeno una forma di realizzazione. Quindi, la comparsa delle frasi "in una forma di realizzazione" o "in una certa forma di realizzazione" in vari siti nell'intera presente specificazione non fa necessariamente riferimento alla stessa forma di realizzazione. Inoltre, le particolari configurazioni, strutture, o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adatto in una o più forme di realizzazione . Throughout this specification, reference to "an embodiment" or "embodiment" means that a particular configuration, structure, or feature described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment. Thus, the appearance of the phrases "in one embodiment" or "in a certain embodiment" at various sites throughout this specification does not necessarily refer to the same embodiment. Furthermore, the particular configurations, structures, or features can be combined in any suitable way in one or more embodiments.
iniezione sia incrostazioni a parti interne del motore. injection and encrustations on internal parts of the engine.
I procedimenti impiegati per la crescita di lieviti, e più generalmente di funghi, sono comunemente noti e simili per differenti specie. The processes used for the growth of yeasts, and more generally of fungi, are commonly known and similar for different species.
I lieviti/funghi che possono essere utilizzati per la produzione di una biomassa da sottoporre a pirolisi secondo la presente descrizione sono i lieviti impiegati ad esempio per la produzione di birra, etanolo, integratori alimentari per animali, per la panificazione, per la depurazione di acque e di liquami, per la produzione di prodotti che trovano impiego nel settore farmaceutico e nutraceutico. The yeasts / fungi that can be used for the production of a biomass to be subjected to pyrolysis according to the present description are yeasts used for example for the production of beer, ethanol, food supplements for animals, for bread making, for water purification. and sewage, for the production of products that are used in the pharmaceutical and nutraceutical sector.
II procedimento qui descritto prevede di sottoporre a pirolisi sia biomasse di lieviti/funghi appositamente prodotte (biomasse primarie) sia residui e/o scarti di produzioni di biomasse di lieviti /funghi per le applicazioni sopra indicate. La biomassa da sottoporre a pirolisi deve in ogni caso possedere un grado di umidità inferiore al 15-20% in peso, preferibilmente compresa tra il 5 ed il 10% in peso. The process described here provides for pyrolysis of both biomass of yeast / fungi specifically produced (primary biomass) and residues and / or waste of biomass production of yeast / fungi for the applications indicated above. The biomass to be subjected to pyrolysis must in any case have a degree of humidity lower than 15-20% by weight, preferably between 5 and 10% by weight.
Lieviti/funghi comunemente utilizzati per gli scopi suddetti e per la produzione di bioliquido o biocarburante secondo la presente descrizione sono, ad esempio, selezionati tra Aspergillus (fisheri, fumigatus, nidulas), Candida (utilis , guilhermondi , oleophila, lopotica) , Criptococcus terricolus , Cladosporium (fulvum, herbarum), Eremothecium ashovi, Hansenula (saturnus, ciferrii) , Kluyve romyce s fragilis , Lipomyces starkeyi, Phaffia rhodozyma, Rhodutorala (glutinis, gracilis), Rhodosporidium toruloides , Saccharomyces cerevis iae, Saccharomyces carisbergengis , Saccharomyces rauxii, Saccharomycops is lipolytica, Sporidiobolus microsporus , Sporobolymices ruberrimus , Sporidiobolus microspores, Yarrowia lipolytica. Yeasts / fungi commonly used for the above purposes and for the production of bioliquid or biofuel according to the present description are, for example, selected from Aspergillus (fisheri, fumigatus, nidulas), Candida (utilis, guilhermondi, oleophila, lopotica), Criptococcus terricolus , Cladosporium (fulvum, herbarum), Eremothecium ashovi, Hansenula (saturnus, ciferrii), Kluyve romyce s fragilis, Lipomyces starkeyi, Phaffia rhodozyma, Rhodutorala (glutinis, gracilis), Rhodosporidium toruxharuxes, Saccisharomycesharvisharuxes, Saccisharomyceshar is lipolytica, Sporidiobolus microsporus, Sporobolymices ruberrimus, Sporidiobolus microspores, Yarrowia lipolytica.
Le intestazioni qui presentate servono semplicemente per convenienza e non interpretano lo scopo o il significato delle forme di realizzazione. The headings presented here are for convenience only and do not interpret the purpose or meaning of the embodiments.
La presente descrizione concerne un procedimento di produzione di un bioliquido o biocarburante che comprende le seguenti operazioni: This description relates to a process for the production of a bioliquid or biofuel which includes the following operations:
i) provvedere una biomassa di funghi, preferibilmente lieviti; i) provide a biomass of fungi, preferably yeasts;
ii) sottoporre tale biomassa a pirolisi ottenendo una 'fase liquida oleosa ed una fase solida; iii) sottoporre la fase liquida oleosa ad almeno un procedimento di "upgrade" ottenendo il bioliquido o biocarburante. ii) subjecting this biomass to pyrolysis obtaining an oily liquid phase and a solid phase; iii) subjecting the oily liquid phase to at least one "upgrade" process, obtaining the bioliquid or biofuel.
Ai fini della presente descrizione i termini ''bioliquido" e "biocarburante" sono considerati sinonimi, indipendentemente dai significati attribuiti a tali termini dalle normative vigenti, nazionali ed estere, concernenti i bioliquidi ed i biocarburanti. For the purposes of this description, the terms "bioliquid" and "biofuel" are considered synonyms, regardless of the meanings attributed to these terms by current national and foreign regulations concerning bioliquids and biofuels.
La biomassa di lieviti/funghi à ̈ caratterizzata da un'elevata percentuale di carbonio (superiore al 50% in peso della stessa) e non contiene sostanze lignocellulosiche . The biomass of yeasts / fungi is characterized by a high percentage of carbon (greater than 50% by weight of the same) and does not contain lignocellulosic substances.
La presente descrizione dimostra che, grazie a tali caratteristiche, la biomassa di lieviti /funghi à ̈ un materiale ottimale da sottoporre ad un procedimento di pirolisi per la produzione di bioliquidi/biocarburanti. The present description demonstrates that, thanks to these characteristics, the biomass of yeast / fungi is an optimal material to be subjected to a pyrolysis process for the production of bioliquids / biofuels.
Al contrario, materiali lignocellulosici sottoposti a pirolisi determinano la sintesi di un olio caratterizzato da elevata viscosità e corrosività . Inoltre, quando impiegato in motori statici o per mezzi di trasporto quale carburante, l'elevata viscosità ed acidità dell'olio ottenuto possono causare sia danneggiamenti al sistema di In figura 1 à ̈ riportato uno schema di una forma di attuazione del procedimento di produzione di bioliquidi o biocarburanti secondo la presente descrizione. On the contrary, lignocellulosic materials subjected to pyrolysis determine the synthesis of an oil characterized by high viscosity and corrosivity. Furthermore, when used in static engines or for means of transport such as fuel, the high viscosity and acidity of the oil obtained can cause both damage to the system. bioliquids or biofuels according to this description.
In una prima forma di attuazione si fa ricorso ad una biomassa microbica primaria 3a, ossia appositamente prodotta; la fase di produzione della biomassa di lieviti e/o funghi avviene all'interno di tank adibiti alla crescita dei microrganismi, quali ad esempio fermentatori. I lieviti/funghi all'interno del fermentatore sono alimentati con nutrienti che vengono preparati e stoccati in tank chiusi in acciaio, dotati di aperture controllate, normalmente sottoposti ad una fase di sterilizzazione con una corrente di vapore. I fermentatori sono dotati di un sistema di aerazione per garantire ai microrganismi, coltivati con i nutrienti opportuni, l'ossigenazione necessaria per la loro crescita e proliferazione. I fermentatori sono corredati di sonde necessarie per la misurazione dei parametri necessari per la crescita dei microrganismi, ovvero sonde per il rilevamento della temperatura, del pH e dell'ossigeno disciolto. E' inoltre presente un sistema per il monitoraggio della quantità del lievito presente nel tank. In a first embodiment, a primary microbial biomass 3a, ie specifically produced, is used; the production phase of yeast and / or fungi biomass takes place inside tanks used for the growth of microorganisms, such as fermenters. The yeasts / mushrooms inside the fermenter are fed with nutrients that are prepared and stored in closed steel tanks, equipped with controlled openings, normally subjected to a sterilization phase with a current of steam. The fermenters are equipped with an aeration system to guarantee the microorganisms, grown with the appropriate nutrients, the oxygenation necessary for their growth and proliferation. The fermenters are equipped with probes necessary for measuring the parameters necessary for the growth of microorganisms, i.e. probes for detecting temperature, pH and dissolved oxygen. There is also a system for monitoring the quantity of yeast present in the tank.
In una diversa forma di attuazione, la biomassa microbica 3b deriva da residui e/o scarti di produzioni di biomasse di lieviti/funghi derivanti da procedimenti di depurazione di acque e/o liquami. In a different embodiment, the microbial biomass 3b derives from residues and / or waste of yeast / fungal biomass production deriving from water and / or sewage purification processes.
L' impiego di una biomassa microbica umida (quale quella proveniente da un fermentatore 3a o quella derivante da procedimenti di depurazione di acque e/o liquami 3b) prevede una fase di essiccazione 5 della biomassa umida, ossia il passaggio della stessa in un essiccatore operante, ad esempio, grazie all'impiego del calore prodotto dal sistema di pirolisi. The use of a humid microbial biomass (such as that coming from a fermenter 3a or that deriving from water and / or sewage purification processes 3b) involves a drying phase 5 of the wet biomass, i.e. the passage of the same in an operating dryer , for example, thanks to the use of the heat produced by the pyrolysis system.
Nel caso di una biomassa microbica 3c che à ̈ già stata essiccata e/o contiene una percentuale di umidità non superiore al 15-20% in peso, preferibilmente tra 5-10%, quale ad esempio una biomassa microbica derivante dalla produzione di pane o birra, questa può essere direttamente alimentata alla fase di pirolisi 6. In the case of a 3c microbial biomass that has already been dried and / or contains a percentage of humidity not exceeding 15-20% by weight, preferably between 5-10%, such as for example a microbial biomass deriving from the production of bread or beer, this can be fed directly to the pyrolysis phase 6.
La biomassa di lieviti /funghi da sottoporre al processo di pirolisi qui descritto presenta inoltre il vantaggio, rispetto alle biomasse lignocellulosiche, di non necessitare di ulteriori fasi di preparazione, quali ad esempio la triturazione. The biomass of yeasts / fungi to be subjected to the pyrolysis process described here also has the advantage, compared to the lignocellulosic biomass, of not requiring further preparation steps, such as shredding.
Indipendentemente dalla sua origine la biomassa di lieviti/funghi viene sottoposta al processo di pirolisi 6 all'interno di un reattore metallico dotato di pareti costituite da materiali (ad esempio ceramici e/o refrattari) che permettono la conduzione del procedimento ad elevate temperature ed in ambiente acido. Regardless of its origin, the biomass of yeasts / fungi is subjected to the pyrolysis process 6 inside a metal reactor equipped with walls made of materials (for example ceramic and / or refractory) which allow the process to be carried out at high temperatures and in acidic environment.
La biomassa di lieviti/funghi viene immessa nel reattore di pirolisi mediante coclea, preferibilmente in modo da evitare l'immissione di aria. The biomass of yeast / fungi is introduced into the pyrolysis reactor by means of a screw, preferably in order to avoid the introduction of air.
La fase di pirolisi 6 viene condotta in completa assenza di ossigeno oppure in presenza di una ridotta quantità di ossigeno, sufficientemente limitata, da non permettere fenomeni di combustione. The pyrolysis phase 6 is carried out in the complete absence of oxygen or in the presence of a reduced quantity of oxygen, sufficiently limited, not to allow combustion phenomena.
La temperatura a cui viene condotto il procedimento di pirolisi à ̈ compresa tra 500 °C e 1200 °C, preferibilmente circa 600°C. The temperature at which the pyrolysis process is carried out is between 500 ° C and 1200 ° C, preferably about 600 ° C.
Il processo di pirolisi à ̈ innescato mediante gas metano o comunque con fonte energetica esterna. Successivamente, il processo si autoalimenta sfruttando il gas prodotto dal processo di pirolisi stesso; il gas prodotto dal processo di pirolisi ed utilizzato per mantenere la temperatura del reattore al livello voluto à ̈ normalmente composto da CO: 33-37%, H2: 33-37%, CH4: 28-32%, CO2: 0,5-1%, N2: 5-7%. The pyrolysis process is triggered by methane gas or in any case with an external energy source. Subsequently, the process feeds itself by exploiting the gas produced by the pyrolysis process itself; the gas produced by the pyrolysis process and used to maintain the reactor temperature at the desired level is normally composed of CO: 33-37%, H2: 33-37%, CH4: 28-32%, CO2: 0.5- 1%, N2: 5-7%.
Il procedimento di pirolisi determina quasi istantaneamente (in un tempo inferiore ad un secondo dall'inizio del procedimento) la degradazione della biomassa di lieviti/funghi con ottenimento di una fase solida (char), una fase gassosa ed una fase liquida oleosa mediante condensazione. The pyrolysis process determines almost instantaneously (in less than one second from the start of the process) the degradation of the yeast / fungal biomass with obtaining a solid phase (char), a gas phase and an oily liquid phase by condensation.
La fase liquida oleosa ottenuta al termine della pirolisi à ̈ inoltre preferibilmente sottoposta ad una fase di separazione 8 dell'acqua residua di processo. The oily liquid phase obtained at the end of the pyrolysis is also preferably subjected to a separation step 8 of the residual process water.
La fase liquida oleosa eventualmente liberata dall'acqua in eccedenza à ̈ sottoposta ad uno o più procedimenti di upgrade 9 di eliminazione degli eventuali residui solidi, miglioramento del pH (se acido), aumento del potere calorifico e diminuzione della viscosità ottenendo al termine di tale(i) procedimento(i) di upgrade fisico il bioliquido o biocarburante. The oily liquid phase eventually freed from the excess water is subjected to one or more upgrade procedures 9 for the elimination of any solid residues, improvement of the pH (if acid), increase in calorific value and decrease in viscosity, obtaining at the end of this (i) process (i) of physical upgrade the bioliquid or biofuel.
Tali procedimenti di upgrade 9 possono essere selezionati fra: trattamento con prodotti naturali minerali quali zeoliti al fine di modificare il pH, nanofiltrazione, passaggio in un reattore a cavitazione per ottenere una semplificazione molecolare (anche detta cold cracking) , ossidazione del materiale, miscelazione stabile con acqua mediante cavitazione. These upgrade procedures 9 can be selected from: treatment with natural mineral products such as zeolites in order to modify the pH, nanofiltration, passage in a cavitation reactor to obtain a molecular simplification (also called cold cracking), oxidation of the material, stable mixing with water by cavitation.
Il residuo solido, denominato char, à ̈ utilizzabile come ammendante agricolo oppure può essere ulteriormente trattato, ad esempio con vapore, in un reattore 7 per ottenere carbone attivo con tecnologia nota. The solid residue, called char, can be used as an agricultural soil improver or can be further treated, for example with steam, in a reactor 7 to obtain activated carbon with known technology.
La Tabella 1 riporta il contenuto, espresso in percentuale in peso, di prodotti finali ottenuti al termine del processo di pirolisi sopra descritto e condotto a valori di temperatura pari a 600°C e a 850°C. Table 1 shows the content, expressed as a percentage by weight, of final products obtained at the end of the pyrolysis process described above and carried out at temperature values equal to 600 ° C and 850 ° C.
Tabella 1 Table 1
T = T =
Prodotti T = 600°C 850°C Products T = 600 ° C 850 ° C
gas 10-20% 63-70% gas 10-20% 63-70%
liquido 65-75%*15-20% liquid 65-75% * 15-20%
char 15% 15-17% char 15% 15-17%
carbone attivo da activated carbon from
char 12% 12% char 12% 12%
La tabella 1 mostra che i prodotti ottenuti dalla pirolisi sono sia gassosi, sia solidi (char e carbone attivo), sia liquidi (fase liquida oleosa) in proporzioni diverse a seconda della temperatura utilizzata. Table 1 shows that the products obtained from pyrolysis are both gaseous, both solid (char and activated carbon), and liquid (oily liquid phase) in different proportions depending on the temperature used.
Il processo di pirolisi condotto a circa 600°C risulta più efficace in quanto permette di ottenere una maggiore quantità di fase liquida oleosa, ossia bioliquido/biocarburante. The pyrolysis process carried out at about 600 ° C is more effective as it allows to obtain a greater quantity of oily liquid phase, ie bioliquid / biofuel.
Il procedimento qui descritto consente la produzione di un bioliquido o biocarburante con pH che, in relazione al materiale di origine ed al processo pirolitico, può variare tra 5,8 e 7,2. The process described here allows the production of a bioliquid or biofuel with pH which, in relation to the source material and the pyrolytic process, can vary between 5.8 and 7.2.
Il pH del bioliquido o biocarburante ottenuto può essere variato mediante l'utilizzo di prodotti quali ad esempio le zeoliti. The pH of the bioliquid or biofuel obtained can be varied by using products such as zeolites.
Il potere calorifico del bioliquido o biocarburante ottenuto à ̈ pari a 20-25 MJ/Kg e tale valore può essere incrementato fino a 30-38 MJ/Kg, a seconda del materiale utilizzato e della tecnica di upgrade utilizzata. The calorific value of the bioliquid or biofuel obtained is equal to 20-25 MJ / Kg and this value can be increased up to 30-38 MJ / Kg, depending on the material used and the upgrade technique used.
Il bioliquido o biocarburante ottenuto à ̈ caratterizzato da un valore di viscosità a 25°C compreso tra 20 e 200 cSt, preferibilmente pari a circa 20 cSt (dato variabile a seconda del materiale utilizzato e del sistema di upgrade utilizzato) , un valore che à ̈ decisamente inferiore rispetto a quello dei bioliquidi/biocarburanti ottenuti da biomasse lignocellulosiche. The bioliquid or biofuel obtained is characterized by a viscosity value at 25 ° C between 20 and 200 cSt, preferably equal to about 20 cSt (variable data depending on the material used and the upgrade system used), a value that is It is significantly lower than that of bioliquids / biofuels obtained from lignocellulosic biomass.
La ridotta viscosità del bioliquido o biocarburante ottenuto mediante il procedimento descritto à ̈ determinata sia dalla mancanza di sostanze lignocellulosiche nella biomassa di partenza, sia dalla composizione della biomassa di partenza particolarmente adatta alla pirolisi (ossia i lieviti) , sia dall'impiego dei sistemi di upgrade sopra menzionati di upgrade. The reduced viscosity of the bioliquid or biofuel obtained by the procedure described is determined both by the lack of lignocellulosic substances in the starting biomass, and by the composition of the starting biomass particularly suitable for pyrolysis (i.e. yeasts), and by the use of aforementioned upgrade upgrades.
Il procedimento descritto permette di ottenere un bioliquido o biocarburante con caratteristiche che ne permettono un uso particolarmente efficace per l'alimentazione di motori diesel, in particolare per la produzione di energia elettrica e (cogenerazione) . The described process allows to obtain a bioliquid or biofuel with characteristics that allow a particularly effective use of it for the feeding of diesel engines, in particular for the production of electric energy and (cogeneration).
Il procedimento di produzione di bioliquidi o biocarburanti oggetto della presente descrizione presenta numerosi vantaggi rispetto ai procedimenti di produzione di bioliquidi o biocarburanti descritti nella tecnica nota. The process for producing bioliquids or biofuels object of the present description has numerous advantages over the processes for producing bioliquids or biofuels described in the known art.
Il procedimento prevede l' impiego di biomasse non alimentari i cui costi di produzione sono principalmente rappresentati dai costi dei nutrienti impiegati per la proliferazione dei microrganismi e dalla quota di trasformazione in bioliquido/biocarburante. Gli altri addendi del costo (ad esempio ammortamenti, costi di gestione e di personale) influiscono mediamente nell'ordine del 22-28% del costo totale di produzione. The process involves the use of non - food biomasses whose production costs are mainly represented by the costs of the nutrients used for the proliferation of microorganisms and the share of transformation into bioliquid / biofuel. The other cost addenda (for example depreciation, management and personnel costs) affect on average in the order of 22-28% of the total cost of production.
L'alternativa economicamente più valida per la produzione di bioliquidi/biocarburanti à ̈ l'utilizzo di lieviti/funghi residuali o provenienti da attività di bonifica/depurazione . The most economically viable alternative for the production of bioliquids / biofuels is the use of residual yeast / fungi or those coming from remediation / purification activities.
Nel seguito verrà fornito un esempio, a titolo puramente esemplificativo e non limitativo, di una forma di attuazione del procedimento oggetto della presente descrizione . An example, purely by way of non-limiting example, of an embodiment of the process object of the present description will be provided below.
Una biomassa microbica 3a di un lievito oleico, Rhodotorula Glutinis, Ã ̈ coltivata con i seguenti nutrienti: A 3a microbial biomass of an oleic yeast, Rhodotorula Glutinis, is grown with the following nutrients:
- Melasso (precedentemente trattato a vapore a 121 °C per 20 minuti e filtrato a carboni attivi); - Molasses (previously steamed at 121 ° C for 20 minutes and filtered with activated carbon);
- Nitrato di sodio di grado tecnico; - Technical grade sodium nitrate;
- Solfato di magnesio di grado tecnico. - Technical grade magnesium sulphate.
La quantità di nutriente giornaliera à ̈ di 2,5 gr/lt di melasso, 0,1 gr/lt di nitrato di sodio e 0,1 gr/lt di solfato di magnesio. Il lievito così alimentato ha prodotto lipidi nell'ordine del 30% in peso. The daily amount of nutrient is 2.5 g / l of molasses, 0.1 g / l of sodium nitrate and 0.1 g / l of magnesium sulphate. The yeast fed in this way produced lipids in the order of 30% by weight.
Per la verifica delle condizioni di crescita economica à ̈ stato definito un parametro, denominato "Fattore di Conversione - FDC", che collega i nutrienti alla produzione di biomassa; tale valore à ̈ collegato con un semplice algoritmo matematico al costo dei nutrienti, per ogni tipo di substrato. L'FDC à ̈ un dato sperimentale che dipende anche dalle condizioni fisico-ambientali e strutturali di coltura . To verify the conditions of economic growth, a parameter has been defined, called "Conversion Factor - FDC", which links nutrients to biomass production; this value is linked with a simple mathematical algorithm to the cost of nutrients, for each type of substrate. The FDC is an experimental datum that also depends on the physical-environmental and structural conditions of the crop.
Considerando, poi, una generazione media riscontrata nella pirolisi in bioliquido o biocarburante del 50% in peso della biomassa, il costo per la produzione di biomassa à ̈ dato dalla seguente formula: Considering, then, an average generation found in the pyrolysis in bioliquid or biofuel of 50% by weight of the biomass, the cost for the production of biomass is given by the following formula:
n n
Ct= ((1000/ (FDC x Qt)) ∑ QiCi) (1/X) Ct = ((1000 / (FDC x Qt)) ∠'QiCi) (1 / X)
i=l i = l
dove : where is it :
- Ci= costo nel nutriente i-esimo (da 1 ad n) (euro/Kg) Qi= quantità nutriente i-esimo (gr/lt) - Ci = cost in the i-th nutrient (from 1 to n) (euro / kg) Qi = i-th nutrient quantity (gr / lt)
Qt<=>quantità totale di nutrienti (gr/lt) Qt <=> total amount of nutrients (gr / lt)
P = produzione microrganismo/i (gr/lt di materiale secco) P = production of microorganism / s (gr / lt of dry material)
- Ct= Costo nutrienti in determinate condizioni di crescita per produrre una tonnellata di olio (euro/ton) - Ct = Nutrient cost under certain growth conditions to produce a ton of oil (euro / ton)
X = quota produzione olio in impianto pirolisi (0,5 corrisponde al 50%) X = share of oil production in the pyrolysis plant (0.5 corresponds to 50%)
- FDC = P/Qt. - FDC = P / Qt.
Il costo di produzione della biomassa microbica à ̈ inversamente proporzionale al FDC e direttamente proporzionale al costo dei singoli nutrienti, in rapporto alla quota di ognuno nel substrato. The production cost of microbial biomass is inversely proportional to the FDC and directly proportional to the cost of the individual nutrients, in relation to the share of each in the substrate.
Con l' FDC si ha una indicazione immediata dell'economicità della coltura in esame. With the FDC you have an immediate indication of the economy of the crop in question.
Ad esempio, un FDC pari a 2 rappresenta una conversione di una "quantità di nutrienti" (ad esempio 2,7 gr/lt giorno) per ottenere "due quantità " (circa 5,4 gr/lt giorno) di biomassa secca. For example, a FDC equal to 2 represents a conversion of a "quantity of nutrients" (for example 2.7 gr / lt day) to obtain "two quantities" (about 5.4 gr / lt day) of dry biomass.
Continuando nell'esempio, per un ceppo di Rhodotorula Glutinis alimentata con melasso opportunamente depurato (150 euro/ton - 2,5 gr/lt) e Sali tecnici (0,8 euro/Kg -0,2 gr/lt) si ha un Ctdi 198 euro, ma con un FDC di 0,5 il Ctdiventa 729 euro, che rappresenta un valore non economicamente accettabile. In tali condizioni ritorna economicamente vantaggioso il processo nel caso di melasso a 60 euro/ton e Sali a 0,5 euro/kg con un Ctdi 370 euro/ton . Continuing the example, for a strain of Rhodotorula Glutinis fed with suitably purified molasses (150 euro / ton - 2.5 gr / l) and technical salts (0.8 euro / kg -0.2 gr / l) we have a Ctdi 198 euros, but with a FDC of 0.5 the Ctd becomes 729 euros, which represents a value that is not economically acceptable. Under these conditions, the process is economically advantageous again in the case of molasses at 60 euros / ton and Sali at 0.5 euros / kg with a Ct of 370 euros / ton.
I dati di FDC riscontrati nella crescita di Rhodotorula Glutinis sono superiori a 2 (da 2 a 5,9), considerando gli altri addendi al massimo (28%), e l'FDC a 2 con il massimo dei costi nutrienti, si ha un costo del bioliquido o biocarburante di 275 euro/ton, che risulta inferiore ai costi di acquisto dell'olio vegetale crudo (500-800 euro/ton a cui si devono aggiungere i costi di trasformazione) e del costo di produzione del bioetanolo (500-500 euro/ton) , dimostrando la validità economica del processo oggetto della presente descrizione. The FDC data found in the growth of Rhodotorula Glutinis are higher than 2 (from 2 to 5.9), considering the other addends to the maximum (28%), and the FDC at 2 with the maximum nutrient costs, we have a cost of bioliquid or biofuel of 275 euros / ton, which is lower than the purchase costs of raw vegetable oil (500-800 euros / ton to which processing costs must be added) and the cost of producing bioethanol (500- 500 euro / ton), demonstrating the economic validity of the process object of this description.
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