ITTO20111177A1 - PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF BIOLIQUIDS OR BIOFUELS - Google Patents
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Description
“Procedimento di produzione di bioliquidi o biocarburanti†⠀ œProcedure for the production of bioliquids or biofuelsâ €
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
CAMPO DELL’INVENZIONE FIELD OF 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 oil plant seeds (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 to cultivate plants 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 destined for the nutrition and survival of the less affluent social classes of the 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-2010/053681). 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-2010/053681).
Tuttavia, la produzione di bioliquidi/biocarburanti a partire da biomasse lignocellulosiche 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, the 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 procedure is complex and disadvantageous in economic terms as it requires a plurality of - very expensive - plants necessary to carry out the different phases of the procedure.
WO-A-2008/134836 concerne la produzione di biocarburanti 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 â € œdirect thermopressurized liquefactionâ € (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 that 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 improved 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 above 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 depolimerizzazione ottenendo una fase gassosa ed una fase solida, iii) sottoporre la fase gassosa a distillazione ottenendo il bioliquido o biocarburante. ii) subjecting such biomass to depolymerization obtaining a gaseous phase and a solid phase, iii) subjecting the gaseous phase to distillation 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 â € œin one embodimentâ € or â € œin a certain embodimentâ € 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.
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 depolimerizzazione ottenendo una fase gassosa ed una fase solida, iii) sottoporre la fase gassosa a distillazione ottenendo il bioliquido o biocarburante. ii) subjecting such biomass to depolymerization obtaining a gaseous phase and a solid phase, iii) subjecting the gaseous phase to distillation 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 â € œbioliquidâ € and â € œbiofuelâ € 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 lignina. The biomass of yeast / fungi is characterized by a high percentage of carbon (greater than 50% by weight of the same) and does not contain lignin.
La presente descrizione dimostra che, grazie a tali caratteristiche, la biomassa di lieviti/funghi à ̈ un materiale ottimale da sottoporre ad un procedimento di depolimerizzazione per la produzione di bioliquidi/biocarburanti in quanto si ottiene un processo più veloce, un aumento della produzione in bioliquidi superiore al 50%, mentre per biomasse lignocellulosiche la produzione varia dal 30 al 50% con maggiori frazioni pesanti. The present description demonstrates that, thanks to these characteristics, the biomass of yeast / fungi is an optimal material to be subjected to a depolymerization process for the production of bioliquids / biofuels as a faster process is obtained, an increase in production in bioliquids higher than 50%, while for lignocellulosic biomass the production varies from 30 to 50% with higher heavy fractions.
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 depolimerizzazione secondo la presente descrizione sono i lieviti impiegati ad esempio per la produzione di birra, di etanolo, di 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 depolymerization according to the present description are yeasts used for example for the production of beer, ethanol, food supplements for animals, for bread making, for purification of water and sewage, for the production of products that are used in the pharmaceutical and nutraceutical sector.
Il procedimento qui descritto prevede di sottoporre a depolimerizzazione sia biomasse di lieviti/funghi appositamente prodotte (biomasse primarie) sia residui e/o scarti di produzioni di lieviti/funghi per le applicazioni sopra indicate. La biomassa da sottoporre a depolimerizzazione 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 the depolymerization of both biomasses of specially produced yeasts / fungi (primary biomasses) and residues and / or waste of yeast / fungi production for the applications indicated above. The biomass to be subjected to depolymerization 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), Kluyveromyces fragilis, Lipomyces starkeyi, Phaffia rhodozyma, Rhodutorala (glutinis, gracilis), Rhodosporidium toruloides, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carisbergengis, Saccharomyces rauxii, Saccharomycopsis 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), Kluyveromyces fragilis, Lipomyces starkeyi, Phaffia rhodozyma, Rhodutorala (glutinis, gracilis), Rhodosporidium toruloux (saturnus, ciferrii), Kluyveromyces fragilis, Lipomyces starkeyi, Phaffia rhodozyma, Rhodes microsporus, Sporobolymices ruberrimus, Sporidiobolus microspores, Yarrowia lipolytica.
In figura 1 Ã ̈ riportato uno schema di una forma di attuazione del procedimento di produzione di bioliquidi o biocarburanti secondo la presente descrizione. Figure 1 shows a diagram of an embodiment of the bioliquid or biofuel production process according to the present 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, ie 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. L’essiccatore può essere alimentato ad esempio da un gruppo di cogenerazione. The use of 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 a dryer . The dryer can be powered for example by a cogeneration unit.
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 depolimerizzazione catalitica e/o termica 16. 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 directly fed to the catalytic and / or thermal depolymerization phase 16.
La biomassa di lieviti/funghi da sottoporre al processo di depolimerizzazione 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 depolymerization process described here also has the advantage, compared to the lignocellulosic biomass, of not requiring further preparation steps, such as for example shredding.
Indipendentemente dalla sua origine la biomassa di lieviti/funghi viene sottoposta al processo di depolimerizzazione catalitica 16 mediante dispositivi prodotti, tra gli altri, da Alphakat GmbH, Clyvia Tecnology GmbH, Bionic Fuel Tecnologiesw A.G., Green Power Inc., e descritti da vari autori, tra cui K. Laohalidanond, J. Heil and C. Wirtgen, “The production of synthetic diesel from biomass†, Aachen University, Germany, 2006 ; T. Leng Chew, S.Bhatia, “Catalytic processes towards the production of biofuels in a palm oil and oil palm biomass-based biorefinery†, Universiti Sains Malaysia, 2008. Regardless of its origin, the yeast / fungal biomass is subjected to the catalytic depolymerization process 16 by means of devices produced, among others, by Alphakat GmbH, Clyvia Technologies GmbH, Bionic Fuel Technologiesw A.G., Green Power Inc., and described by various authors, including K. Laohalidanond, J. Heil and C. Wirtgen, â € œThe production of synthetic diesel from biomassâ €, Aachen University, Germany, 2006; T. Leng Chew, S.Bhatia, â € œCatalytic processes towards the production of biofuels in a palm oil and oil palm biomass-based biorefineryâ €, Universiti Sains Malaysia, 2008.
La biomassa di lieviti/funghi à ̈ sottoposta, precedentemente all’alimentazione nel o all’interno del dispositivo atto a condurre la depolimerizzazione 16, ad una operazione di miscelazione con almeno un catalizzatore in una quantità pari, ad esempio, al 2-15%, preferibilmente 2-5% in peso della biomassa microbica. L’almeno un catalizzatore à ̈ selezionato fra silicati di alluminio arricchiti con diversi elementi tra cui magnesio, calcio, sodio o potassio, oppure materiali tipo argilla . The biomass of yeasts / fungi is subjected, previously to the feeding in or inside the device suitable for conducting the depolymerization 16, to a mixing operation with at least one catalyst in an amount equal, for example, to 2- 15%, preferably 2-5% by weight of the microbial biomass. The at least one catalyst is selected from aluminum silicates enriched with different elements including magnesium, calcium, sodium or potassium, or clay-like materials.
Alla biomassa microbica può, inoltre, essere addizionato un composto per controllare il pH, quale ad esempio soda o calce in una quantità pari allo 0,25 – 1 % in peso della biomassa microbica. Furthermore, a compound can be added to the microbial biomass to control the pH, such as soda or lime in an amount equal to 0.25 - 1% by weight of the microbial biomass.
Alla biomassa microbica può inoltre essere addizionato un fluido vettore, che non partecipa alla reazione di depolimerizzazione, ma facilita la reazione di depolimerizzazione catalitica. Il fluido vettore à ̈ composto ad esempio da olio minerale o diesel e viene totalmente recuperato. A carrier fluid can also be added to the microbial biomass, which does not participate in the depolymerization reaction, but facilitates the catalytic depolymerization reaction. The carrier fluid is composed, for example, of mineral oil or diesel and is totally recovered.
Il dispositivo atto a condurre la depolimerizzazione 16 à ̈ preferibilmente un reattore a turbina ad alta velocità , dotato di viti o estrusori senza fine, capace di operare a temperature di processo comprese tra 250 e 400 °C ed in condizioni di pressione atmosferica o in leggera depressione (con una depressione che può variare tra 0,9 e 0,7 bar). The device suitable for conducting the depolymerization 16 is preferably a high-speed turbine reactor, equipped with endless screws or extruders, capable of operating at process temperatures between 250 and 400 ° C and in conditions of atmospheric or light pressure. depression (with a depression that can vary between 0.9 and 0.7 bar).
La biomassa in tali condizioni operative subisce una riduzione in ossigeno mediante estrazione di CO2in un ambiente in cui si produce un surplus di idrogeno, ottenendo al termine della reazione una prima fase gassosa ed una fase solida. The biomass under these operating conditions undergoes a reduction in oxygen by CO2 extraction in an environment in which a surplus of hydrogen is produced, obtaining at the end of the reaction a first gaseous phase and a solid phase.
La prima fase gassosa contiene idrocarburi leggeri (C8-C15), CO2, H2O ed H2. The first gas phase contains light hydrocarbons (C8-C15), CO2, H2O and H2.
La fase solida à ̈ sottoposta ad una operazione di separazione 18 dal catalizzatore e dal fluido vettore (se presente). The solid phase is subjected to a separation operation 18 from the catalyst and the carrier fluid (if present).
La prima fase gassosa à ̈ sottoposta a distillazione 17 in una colonna di distillazione ottenendo al termine il bioliquido/biocarburante ed una ulteriore fase gassosa contenente molecole gassose leggere. The first gaseous phase is subjected to distillation 17 in a distillation column obtaining at the end the bioliquid / biofuel and a further gaseous phase containing light gaseous molecules.
Il processo di depolimerizzazione in taluni casi à ̈ alimentato a livello energetico da un gruppo elettrogeno alimentato con il gas prodotto ed una parte del bioliquido (5- 10% del totale prodotto). The depolymerization process in some cases is energetically powered by a generator fed with the gas produced and a part of the bioliquid (5-10% of the total product).
La fase solida, molto scarsa per la natura del materiale, tipo carboncino può essere utilizzata come ammendante agricolo o, dopo opportuna essiccazione, pellettizzata per ottenere un combustibile ad esempio usando il calore del gruppo di generazione. The solid phase, very scarce due to the nature of the material, such as charcoal, can be used as an agricultural soil improver or, after suitable drying, pelletized to obtain a fuel, for example by using the heat of the generation unit.
La produzione di bioliquido à ̈ normalmente superiore al 50% della biomassa alimentata in relazione alla sua composizione, e la ulteriore fase gassosa corrisponde a circa il 4-5%. The bioliquid production is normally higher than 50% of the biomass fed in relation to its composition, and the further gaseous phase corresponds to about 4-5%.
Il dispositivo atto a condurre la depolimerizzazione 16 può essere portato nelle condizioni di temperatura e pressione operative impiegando fonti esterne di energia, come ad esempio le microonde o la cavitazione. The device suitable for conducting the depolymerization 16 can be brought to the operating temperature and pressure conditions by using external energy sources, such as microwaves or cavitation.
Il bioliquido o biocarburante prodotto à ̈ di qualità e non necessita di alcuna fase di upgrade per l’alimentazione in motori diesel a bassi numeri di giri, in quanto ha un potere calorifico da 38 a 44 MJ/Kg, un pH sostanzialmente neutro ed un viscosità a 25°C compresa tra 5 e 20 cSt. The bioliquid or biofuel produced is of quality and does not require any upgrade phase for the power supply in diesel engines at low rpm, as it has a calorific value from 38 to 44 MJ / Kg, a substantially neutral pH and a viscosity at 25 ° C between 5 and 20 cSt.
La ridotta viscosità del bioliquido o biocarburante ottenuto mediante il procedimento descritto à ̈ determinata dalla composizione della biomassa di partenza particolarmente adatta alla depolimerizzazione (ossia i lieviti). The reduced viscosity of the bioliquid or biofuel obtained by the procedure described is determined by the composition of the starting biomass particularly suitable for depolymerization (ie yeasts).
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 di calore (cogenerazione). The described process allows to obtain a bioliquid or biofuel with characteristics that allow a particularly effective use for the powering of diesel engines, in particular for the production of electricity and heat (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. 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 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. 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 production cost.
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 deriving from reclamation / 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 â € œConversion Factor - FDCâ €, 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 depolimerizzazione 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 depolymerization 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=1 i = 1
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 depolimerizzazione (0,5 corrisponde al 50%) - X = share of oil production in depolymerization 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 biomass dry.
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 in 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) you have a Ctdi 198 euros, but with a FDC of 0.5 the Ctd becomes 729 euros, which represents an economically unacceptable value. 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 euros / ton), demonstrating the economic validity of the process object of this description.
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