MX2012004676A - Procesamiento hidrotermal (htp) de algas cultivadas en corrientes residuales de htp. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un proceso para la conversión de desecho orgánico a biocombustible, el cual comprende cultivar organismos en el producto acuoso del proceso de conversión de HTP.

Description

PROCESAMIENTO HIDROTERMAL (HTP) DE ALGAS CULTIVADAS EN CORRIENTES RESIDUALES DE HTP Campo de la Invención Esta invención se refiere a un proceso para la conversión química de desecho orgánico a combustible líquido. En particular, la invención se refiere a conversiones a alta temperatura y alta presión de biodesechos orgánicos y organismos cultivados en una corriente de agua residual en un producto de biopetróleo crudo. El producto de biopetróleo crudo se puede usar como un combustible de manera directa o refinar de manera subsiguiente en combustibles grado motor, asfalto, plásticos y otros productos comúnmente a partir de petróleo crudo.

Antecedentes de la Invención El desarrollo económico demanda energía, aún el consumo de energía ha conducido históricamente a contaminación ambiental incrementada. A pesar de la competencia histórica entre "ambiente" y "energía", el futuro demanda tanto protección ambiental como sustentabilidad energética. Como resultado, se ha estudiado el reemplazo de una porción principal de combustibles fósiles mediante tecnologías de energía renovable tal como combustibles basados en biomasa.

Los biocombustibles de primera generación incluyen etanol de maíz y biodiesel de soya. Sin embargo, estos Ref.: 230216 combustibles tienen la desventaja de que desvían la producción de alimentos a la producción de combustibles. Se desarrollaron biocombustibles de segunda generación, que incluyen etanol celulóstico para reducir las cuestiones de alimento versus combustible, pero aún padecen de cuestiones de sustentabilidad tal como alto consumo de agua y degradación de los nutrientes del suelo. Se desarrollaron biocombustibles de tercera generación que incluyen algas, que también afrontaron las cuestiones de alimento versus combustible y el agotamiento de los nutrientes del suelo. Las algas pueden cultivarse en cuerpos de agua y otras superficies terrestres que no son adecuadas para la producción de cultivos.

No es nueva la noción de producir biocombustibles a partir de algas y ha habido numerosos esfuerzos principalmente dirigidos a producir biodiesel, pero también algunas veces etanol o a un hidrógeno utilizando las prodigiosas capacidades fotosintéticas de las algas para capturar el dióxido de carbono y energía solar del ambiente y secuestrarlo en la biomasa (Sheehan, J., T. Dunahay, J. Benemann y P. Roessler. 1998. "A Look Back at the U.S. Department of Energy' s Aquatic Species Prograra: Biodiesel from Algae" . NREUTP-580-24 190, National Renewable Energy Laboratory, 1617 Co-le Boulevard. Golden, Colorado"). Una ventaja de las algas para biocombustibles es sus incomparables velocidades de crecimiento y el alto contenido de lípidos de ciertas especies, que se ha mostrado que es suficientemente alto de modo que 200,000 hectáreas (0.1% de la tierra cultivable de los Estados Unidos) pueden producir potencialmente un cuádruple (1015 BTU) de combustible (Sheehan et al., 1998) . Además, las algas pueden crecer en cuerpos de agua y otras superficies terrestres que no son adecuadas para la producción de cultivos. Dado que el consumo total de petróleo en los Estados Unidos es menor de 50 cuádruples por año, los biocombustibles basados en algas pueden reemplazar completamente a los combustibles de petróleo líquido sin comprometer de forma significativa la disponibilidad de tierra para la producción de alimento, una limitación crítica de otros paradigmas actuales de la bioenergía. Los organismos fototróficos tal como cianobacterias y algas también pueden producir una amplia variedad de co-productos de mayor valor, incluyendo alimento, complementos nutricionales , materia prima de acuacultura, y productos farmacéuticos que pueden ayudar a soportar la viabilidad económica de los biocombustibles de algas (Shimizu, Y. 1996. "Microalgal metabolites : a new perspective" . Annual Review of Microbiology 50:431-465.; Ghirardi, M.L, L. Zhang, J.W. Lee, T. Flynn, M. Seibert, E. Greenbaum, y A. Melis. 2000. "Microalgae : a green source of renewable hydrogen" . Trends Biotechnol. 18: 506-511).

A pesar del potencial de los biocombustibles de algas, permanece mayormente inexplorado debido a unos pocos cuellos de botella clave que tienen que ser resueltos de una manera que sea efectiva en el costo para el procesamiento a una escala mayor. De manera específica, la remoción de contenido de agua de la biomasa de las algas, y la capacidad de cultivar un cultivo relativamente puro de algas de alto contenido de petróleo a escalas industriales ha sido un obstáculo significativo para el desarrollo de sistemas prácticos para biocombustibles de algas. Un proceso efectivo en el costo debe ser eficiente de energía y producir más energía de la que consume. Puesto que las algas son húmedas debido a que crecen en agua, cualquier proceso que comprenda el secado de las algas usará típicamente una gran cantidad de energía debido a la gran cantidad de agua y la capacidad térmica relativamente grande del agua. Son deseables técnicas de procesamiento de algas que trabajen con pastas húmedas de algas (contenido de agua de 80% o mayor) . Cantrell (Cantrell et al. Bioresource Techonology, 2008, 99, 7941-7953) describe un planteamiento de gasificación húmeda para procesar biomasa de algas. La gasificación húmeda utiliza temperaturas y presiones relativamente altas y los requisitos de entrada de energía pueden exceder la energía producida.

Se ha enfocado mucha investigación y desarrollo para biocombustibles de algas en obtener contenidos relativamente altos de petróleo mediante selección de especies de algas y control de condiciones ambientales. Este planteamiento ha conducido a algunas limitaciones claves relacionadas a la competición entre las algas sin grasa y las algas grasas. Las algas que de manera natural tienen alto contenido de lipidos (es decir, grasa) frecuentemente tienen una tendencia al crecer más lento, y las condiciones ambientales usadas para inducir mayor contenido de petróleo, tal como agotamiento de nitrógeno, también conducen típicamente a velocidades más bajas de crecimiento. Estos factores son antagonistas a la producción de biocombustibles de algas a una gran escala. Adicionalmente , la necesidad de la producción selectiva de algas de alto contenido de lipidos también da lugar al problema de contaminación. Los monocultivos son difíciles de mantener a grandes escalas especialmente si hay organismos de crecimiento rápido que crecen en los mismos recursos.

Lo que se necesita es un proceso de biocombustible de algas que sea eficiente y práctico para el procesamiento a gran escala, y alivie los cuellos de botella de los procesos anteriores de algas .

Breve Descripción de la Invención Una modalidad de la invención se refiere a un proceso para la conversión de biodesecho orgánico a biopetróleo crudo. El proceso comprende proporcionar una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación obtenida de biodesecho orgánico. La fracción biosólida concentrada se somete a un proceso hidrotermal bajo condiciones suficientes para obtener un producto de biopetróleo crudo, un producto residual acuoso, y un producto residual gaseoso. En algunos aspectos, también se puede formar un producto residual sólido. Se cultiva un organismo en un medio de cultivo para obtener una mezcla cultivada, y de la mezcla cultivada se recupera una fracción concentrada del organismo cultivado. La fracción concentrada del organismo cultivado y opcionalmente la fracción biosólida concentrada se introducen al proceso hidrotermal .

En algunos aspectos, el medio de cultivo puede comprender el producto residual acuoso y opcionalmente comprende además la fracción líquida de derivación en al menos 50% en volumen, a manera de ejemplo. El proceso puede comprender además separar una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación del biodesecho orgánico. De manera preferente, la fracción líquida de derivación es al menos 50 por ciento en peso del biodesecho orgánico en una base de volumen total. De manera más preferente 80%. La fracción biosólida concentrada puede comprender al menos 5 por ciento en peso de sólidos totales, de manera preferente al menos 10 por ciento. La fracción concentrada del organismo cultivado comprende al menos 5 por ciento en peso de sólidos totales, de manera preferente al menos 10 por ciento. La relación de la fracción concentrada del organismo cultivado a la fracción biosólida concentrada introducida al proceso hidrotermal puede ser mayor de aproximadamente 5 por ciento en una base de sólidos totales, de manera preferente mayor de aproximadamente 25 por ciento.

En algunos aspectos, el proceso puede comprender además introducir el producto residual gaseoso al medio de cultivo. El biodesecho orgánico puede ser desecho animal, estiércol animal, desecho humano de una corriente de aguas residuales municipales, o un desecho de procesamiento de alimentos. El organismo puede ser de algas o bacterias. El proceso hidrotermal se puede llevar a cabo a una temperatura menor de 320°C y a una presión por arriba de 0.5 MPa.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista esquemática de proceso de la conversión hidrotermal de biodesecho orgánico y algas cultivadas en una corriente residual acuosa de Procesamiento hidrotermal (HTP, por sus siglas en inglés) .

La Figura 2 es una gráfica representativa del por ciento de producción de aceite refinado y contenido inicial de lípidos para diferentes materias primas .

La Figura 3 es una gráfica representativa de algas mezcladas cultivadas con tratamiento de aguas residuales post-HTP.

Las Figuras 4a-4c son gráficas representativas de algas mezcladas cultivadas con tratamiento de aguas residuales post-HTP demostrado por: (a) incremento de biomasa medido como por ciento de sólidos; (b) consumo de contaminantes orgánicos medido como demanda de oxígeno químico (COD, por sus siglas en inglés) ; y (c) consumo de nutrientes medido como nitrógeno total (TN, por sus siglas en inglés) .

La Figura 5 es una gráfica representativa de la concentración de ADN de E. coli resistente a antibióticos antes y después del tratamiento de HTP.

La Figura 6 es una gráfica representativa del rendimiento de producto versus temperatura para conversión por HTP de Chlorella pyrenoidosa.

La Figura 7 es una gráfica representativa del crecimiento de algas de UCSD (línea superior) y niveles de COD (línea inferior) con adición regular de agua residual post-HTP.

La Figura 8 es una tabla representativa de pruebas de conversión de HTP con algas.

Descripción Detallada de la Invención El proceso de la presente invención usa entradas de material de desecho para producir una cantidad significativa de producto de biopetróleo crudo. El proceso proporciona un recorrido que puede reciclar nutrientes en el producto residual acuoso del proceso hidrotermal (HTP) y puede reciclar dióxido de carbono en el producto gaseoso de HTP puesto que combina múltiples ciclos de cultivo de organismos con conversión subsiguiente de HTP a producto de biopetróleo crudo. El proceso mejora la efectividad en costo de otros planteamientos de producción de biocombustibles basados en algas al eliminar varios cuellos de botella claves. Primero, el proceso permite múltiples ciclos de uso para el producto residual acuoso que comprende los nutrientes para el crecimiento del organismo. Los nutrientes y el dióxido de carbono son dos de los costos primarios de entrada en los procesos convencionales de cultivo de algas, lo que se puede reducir o eliminar. Segundo, la conversión de HTP de la biomasa de algas no requiere algas de alto contenido de petróleo, debido a que el HTP convierte otros componentes de biomasa a petróleo. Tercero, el HTP proporciona extracción efectiva en costo de petróleo a partir de biomasa húmeda de algas sin secado, que es una pérdida principal de energía en la mayoría de los paradigmas contemporáneos de algas a biocombustible . En resumen, el presente proceso reduce los costos de entrada, incrementa las capacidades de producción de petróleo de algas y reduce las entradas de energía requeridas para extraer productos de biocombustibles de algas .

El proceso de la presente invención también proporciona beneficios ambientales durante el proceso de generación de combustible lo que puede incluir mejorar la calidad del agua, conservar los recursos de agua dulce, secuestro de dióxido de carbono, reducción de cantidades de desechos sólidos, y de instrucción de productos farmacéuticos residuales y materiales genéticos resistentes a antibióticos en desechos humanos y animales .

Con referencia a la Figura 1, se muestra un proceso representativo para la conversión de biodesecho orgánico a biopetróleo crudo. Se proporciona una materia prima que comprende biodesecho orgánico. El biodesecho orgánico incluye, por ejemplo, desecho animal, desecho humano, desecho de procesamiento de alimentos, desecho de jardín o parques, desecho de papel y similares o combinaciones de estos. El desecho animal puede incluir heces animales, orina animal, estiércol, desecho de mataderos y similares. El desecho humano puede incluir heces humanas, orina humana, fluidos corporales y similares. El desecho humano puede ser un componente de un desecho de corriente de aguas residuales municipales. El desecho de aguas residuales municipales es desecho transportado en agua de una comunidad o el suministro de agua usada de la comunidad. Además de desecho humano, el desecho de aguas residuales municipales puede comprender desechos alimenticios, desechos farmacéuticos incluyendo antibióticos y otras medicinas, materiales genéticos resistentes a antibióticos y otros productos de desecho de la vida normal . El desecho de procesamiento de alimentos es desecho producido durante la preparación de alimento para humanos o animales de cultivos recolectados o productos animales de matadero y carnicería, particularmente en la industria de procesamiento de alimentos.

Con referencia continua a la Figura 1, se proporciona una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación. La fracción biosólida concentrada la fracción líquida de derivación se obtienen de biodesecho orgánico y se pueden separar del biodesecho orgánico como parte del presente proceso o en un proceso separado. El biodesecho orgánico puede separarse en una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación de la materia prima de biodesecho orgánico por cualquier método adecuado de proceso de separación conducido por el experto en la técnica, que incluye por ejemplo, asentamiento por gravedad, centrifugación, filtración en membrana, etc. La fracción biosólida concentrada puede comprender al menos 5% de sólidos totales en peso, de manera preferente al menos 10%.

La fracción biosólida concentrada se somete a un producto hidrotermal (HTP) bajo condiciones suficientes para obtener un producto de biopetróleo crudo, un producto residual o acuoso, un producto gaseoso y opcionalmente un producto residual sólido. Un proceso hidrotermal (HTP) , también conocido por un experto en la técnica como licuefacción, es un proceso en donde una corriente fluida o suspensión espesa se somete a temperatura y presión elevadas lo que provoca que se presenten reacciones químicas, que dan por. resultado la conversión de sólidos volátiles en aceites orgánicos. Las temperaturas típicas para la conversión de HTP varían de aproximadamente 200 - 350°C. Se mantienen presiones máximas de 3 a 20 MPa a fin de mantener el agua en forma líquida a temperaturas elevadas. El proceso hidrotermal de la presente invención usa una temperatura entre aproximadamente 200 y aproximadamente 320°C, de manera preferente menos de 250 °C. El proceso hidrotermal usa una presión menor de aproximadamente 11 MPa, de manera preferente menor de 7 mPa, de manera más preferente menor de aproximadamente 4 MPa. El producto sólido residual cuando se obtiene del proceso hidrotermal se puede usar como fertilizante.

La fracción líquida de derivación obtenida de la materia prima de biodesecho orgánico es al menos 50% del biodesecho orgánico en una base de volumen total . De manera preferente al menos 80% del biodesecho orgánico en una base de volumen total . La fracción líquida de derivación se puede combinar con el producto residual acuoso del proceso hidrotermal que contiene la mayoría de los nutrientes (tal como nitrógeno y fósforo) de la materia prima de biodesecho orgánico. En un medio de cultivo se cultivan organismos, que incluyen por ejemplo algas, bacterias y combinaciones de estas. El medio de cultivo puede ser cualquier medio adecuado para cultivar el organismo. En algunos aspectos, el medio de cultivo puede comprender el producto residual acuoso o tanto la fracción líquida de derivación como el producto residual acuoso. La relación de la fracción líquida de derivación al producto residual acuoso puede ser de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 20:1 en volumen, de manera preferente de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 15:1 en volumen.

Se puede usar cualquier organismo adecuado conocido por un experto en la técnica que crecerá en la fracción líquida de derivación o en el producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación, combinados. Como se usa en la presente, el organismo se refiere a algas y microorganismos, incluyendo por ejemplo bacterias, hongos, arqueas, protistas, rotíferos y nematodos . Como se usa en la presente el término algas se refiere a microalgas, macroalgas, algas eucarióticas, cianobacterias procarióticas , algas verdes, algas azules-verdes , algas cafés, algas rojas y diatomeas . En algunos aspectos, se pueden emplear algas de bajo contenido de lípidos, incluyendo las especies de Chlorella, Spirulina, y especies mezcladas cultivadas en agua residual. Las algas de bajo contenido de lípidos pueden comprender menos de 20% en peso de contenido de lípidos, en algunos aspectos y menos de 10% en peso de contenido de lípidos en otros aspectos. En aún otros aspectos, se pueden usar cianobacterias fotosintéticas que incluyen Spirulina. En aún otros aspectos, se puede cultivar una combinación de organismos que incluyen una combinación de algas y bacterias.

En algunos aspectos, el producto gaseoso se puede combinar con el cultivo del organismo. El producto gaseoso está comprendido principalmente de dióxido de carbono, pero también puede estar comprendido de varios gases menores diferentes tal como metano, un monóxido de carbono hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y nitrógeno. Puesto que las bacterias fotosintéticas y las algas consumen dióxido de carbono, el dióxido de carbono presente en el producto gaseoso se consumirá al menos parcialmente cuando se introduzca al medio de cultivo usado para cultivar los organismos.

La investigación previa de algas a biocombustible se enfocó en cultivar algas con alto contenido de lípidos y luego extraer el petróleo de estas. Sin embargo, las algas de alto contenido de petróleo tienen usualmente menores rendimientos, que es una limitación crítica para la viabilidad económica. En contraste, la presente invención no se limita a algas de alto contenido de lípidos o algas de alto contenido de petróleo, debido a que el HTP convierte otros componentes de biomasa a productos de biopetróleo crudo. Con el HTP, para la producción de biocombustible se pueden usar algas de crecimiento rápido, de alto rendimiento pero de bajo contenido de lípidos. Las algas de crecimiento rápido y las bacterias fotosintéticas tienen ventajas claves con respecto a otros paradigmas de los biocombustibles debido a que pueden crecer a velocidades en o por arriba de otras plantas de base terrestre, se pueden cultivar en una tierra no cultivable, y tienen paredes celulares simples que en general se pueden convertir más fácil a aceites útiles que otros cultivos. En el crecimiento de organismo no se necesita limitar a una especie individual de organismo puesto que el HTP puede convertir mezclas de organismos a producto de biopetróleo crudo. De esta manera, los cultivos mezclados de algas y bacterias se pueden emplear incluyendo aquellos recolectados de plantas de aguas residuales.

El crecimiento de los organismos da por resultado concentraciones reducidas de nutrientes acuosos y la formación de una mezcla cultivada. La mezcla cultivada se puede separar en una fracción líquida que comprende agua limpia y una fracción concentrada del organismo cultivado que comprende el crecimiento del organismo. La fracción concentrada del organismo cultivado entonces se retroalimenta en el reactor de HTP como una retroalimentación única o se mezcla con otros biosólidos concentrados, para producir más producto de biopetróleo crudo. Cuando la fracción concentrada del organismo cultivado se combina con la fracción biosólida concentrada, la relación de la fracción concentrada de organismo cultivado a la fracción biosólida concentrada puede ser mayor de aproximadamente 5:95 en una base de sólidos totales, dé manera preferente mayor de aproximadamente 10:90, de manera más preferente mayor de aproximadamente 25:75.

En algunos aspectos, se puede obtener un efecto sinérgico para varias combinaciones de organismos y materias primas. Con referencia a la Figura 2, el rendimiento de aceite refinado para las mezclas de estiércol de cerdo con Chlorella y estiércol de cerdo con Spirulina fue mayor que el promedio de dos componentes individuales que indica una sinergia cuando se mezclan estas materias primas. La producción de aceite refinado es sólo la fracción soluble en tolueno del petróleo crudo. Dependiendo de la calidad del petróleo crudo, el aceite refinado representa cualquiera de 40 a 80% del petróleo crudo. Sin embargo, el contenido de aceite refinado proporciona usualmente una medición más consistente de los ensayos de HTP. El producto de biopetróleo crudo se puede caracterizar por un valor de calentamiento de al menos 25,000 kJ/kg, de manera preferente, 28,000 kJ/kg, de manera más preferente 32,000 kJ/kg.

Los siguientes son ejemplos adicionales de modalidades adicionales contempladas.

En una modalidad, el proceso comprende separar una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación de biodesecho orgánico y someter la fracción biosólida concentrada a un proceso hidrotermal bajo condiciones suficientes para obtener un producto de biopetróleo crudo y un producto residual acuoso. Se cultiva un organismo en un medio de cultivo que comprende el producto residual acuoso, y una fracción concentrada de organismo cultivado se recupera de la mezcla cultivada. La fracción concentrada de organismo cultivado se introduce en el proceso hidrotermal con la' fracción biosólida concentradas, en donde una relación de la fracción concentrada de organismo cultivado a fracción biosólida concentrada es mayor de aproximadamente 5:95 en una base de sólidos totales. En algunos aspectos, el proceso comprende adicionalmente combinar el producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación, en donde el medio de cultivo en el cual se cultiva el organismo comprende el producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación, combinados . En otros aspectos, la fracción líquida de derivación es al menos 50 por ciento del biodesecho orgánico en una base de volumen total; en otros la fracción líquida de derivación es al menos 80 por ciento del biodesecho orgánico. En aún otros aspectos, la fracción biosólida concentrada comprende sólidos totales entre aproximadamente 1 por ciento y aproximadamente 50 por ciento de los sólidos totales de la materia prima de biodesecho orgánico. El organismo puede ser algas o bacterias o algas de bajo contenido de lípidos. El proceso hidrotermal se puede llevar a cabo a una temperatura menor de 250°C y a una presión menor de 10 MPa. El producto de biopetróleo crudo se puede caracterizar por un valor de calentamiento de al menos 25,000 kJ/kg.

Otra modalidad de la presente invención se refiere a un proceso para la conversión de desecho animal a biopetróleo crudo. El proceso comprende preparar una materia prima a' partir de desecho animal. Una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación se separan de la materia prima y la fracción biosólida concentrada se somete a un proceso hidrotermal bajo condiciones suficientes para obtener un producto de biopetróleo crudo, un producto residual acuoso y un producto gaseoso. El producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación se combinan y se cultivan las algas en un medio de cultivo que comprende el producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación para obtener una mezcla cultivada. Una fracción concentrada de algas cultivadas se recupera de la mezcla cultivada, y la fracción concentrada de algas cultivadas se introduce en el proceso hidrotermal con la fracción biosólida concentrada. Las algas pueden ser algas de bajo contenido de lípidos o se seleccionan del grupo que consiste de Chlorella y Spirulina. La materia prima puede ser estiércol animal. La relación de crecimiento de algas a la fracción biosólida concentrada introducida al proceso hidrotermal puede estar entre 25:75 y 75:25 en una base de sólidos totales.

Otra modalidad de la presente invención se refiere a un proceso para la conversión de desecho humano de una corriente de aguas residuales municipales a biopetróleo crudo. El proceso comprende preparar una materia prima de una corriente de aguas residuales municipales. Una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación se separan de la materia prima, y la fracción biosólida concentrada se somete a un proceso hidrotermal bajo condiciones suficientes para obtener un producto de biopetróleo crudo, un producto residual acuoso, y un producto gaseoso. El producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación se combinan, y se cultiva un organismo en un medio de cultivo que comprende el producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación, combinados, para obtener una mezcla cultivada. Una fracción concentrada de organismo cultivado se recupera de la mezcla cultivada, y la fracción concentrada de organismo cultivado se introduce al proceso hidrotermal con la fracción biosólida concentrada, en donde la relación de la fracción concentrada de organismo cultivado a la fracción biosólida concentrada está entre 10:90 y 90:10 en una base de sólidos totales. El organismo puede ser algas o algas que comprende menos de aproximadamente 20 por ciento en peso de lípidos . La fracción concentrada de organismo cultivado comprende algas y bacterias.

En aún otra modalidad, se proporciona un proceso para conversión de biodesecho orgánico a biopetróleo crudo. El proceso comprende proporcionar una materia prima de biodesecho orgánico que comprende biodesecho orgánico y separar una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación del biodesecho orgánico, en donde la fracción líquida de derivación es al menos 50 por ciento del biodesecho orgánico en una base de volumen total. La fracción biosólida concentrada se somete a un proceso hidrotermal bajo condiciones suficientes para obtener un producto de biopetróleo crudo, un producto residual acuoso y un producto gaseoso. El producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación se combinan. Se cultiva un microorganismo en un medio de cultivo que comprende el producto residual acuoso y la fracción líquida de derivación, combinados, para obtener una mezcla cultivada, y el producto gaseoso se introduce a la mezcla cultivada. Se recupera una fracción concentrada del microorganismo cultivado a partir de la mezcla cultivada, y se introduce al proceso hidrotermal con la fracción biosólida concentrada, en donde una relación de la fracción concentrada de microorganismo cultivado a fracción biosólida concentrada está entre 10:90 y 90:10 en una base de sólidos totales.

Parte Experimental En general, el proceso de HTP se corrió de acuerdo a procedimiento de He y Ocfemia (He, B.J., Y. Zhang, Y. Yin, T.L. Funk y G.L. Riskowski. Transactions of Amer. Soc . Agr. Engr. 43 (6): 1827-1833; He, B. J., Y. Zhang, Y. Yin, T. L. Funk y G.L. Riskowski. Transactions of Amer. Soc. Agr. Engr. 44 (6): 1873-1880; He, B.J., Y. Zhang, Y. Yin, T.L. Funk y G.L. Riskowski. Transactions of Amer. Soc. Agr. Engr. 44(6): 1865-1872; He, B.J., Y. Zhang, Y. Yin, T. L. Funk y G.L. Riskowski. Transactions of Amer. Soc. Agr. Engr. 44(3): 697-701; Ocfemia, K. , Y. Zhang y T.L. Funk. Transactions of the ASABE: 49(2): 533-541; Ocfemia, K. , Y. Zhang, y T.L. Funk. Transactions of the ASABE. 49(6): 1897-1904; estas referencias se incorporan de este modo como referencia en su totalidad) sin catalizador, a aproximadamente una temperatura de 240-28Q°C, una presión de 3-9 MPa, y un tiempo de retención de 10-30 minutos.

Rendimiento de aceite refinado por HTP y contenido inicial de llpidos Con referencia a la Figura 2, se muestra el contenido inicial de lípidos y los rendimientos de aceite refinado después del procesamiento hidrotermal (HTP) para una variedad de materias primas incluyendo varias pruebas con algas. Dos especies especificas de materias primas de algas, chlorella pyrenoidosa (alga verde eucariótica) y spirulina platensis (cianobacteria procariótica, comúnmente lladama "alga azul verdosa" ) , se compraron en una forma de polvo seco (Health y Herbs Co.) . Las especies de algas mezcladas se recolectaron de la planta de tratamiento de aguas residuales de Urbana-Champaign Sanitary District- North. Para estas pruebas de HTP, se midió el contenido sólido seco de la materia prima por secado en un horno a 105°C. Antes de la prueba de HTP, se ajustó el contenido de sólidos de la materia prima a 20% ya sea al adicionar agua de grifo o secado por horno que en general da por resultado una consistencia de suspensión espesa. La suspensión espesa húmeda de la materia prima (800 g) se cargó en un reactor de HTP con un volumen total de 2 L. Después de que se selló cuidadosamente el reactor, el espacio libre superior de reactor se purgó 3 veces con .nitrógeno para remover el aire residual, y luego se adicionó más nitrógeno para incrementar la presión inicial deseada, típicamente cerca de aproximadamente 0.65 MPa. El reactor se calentó subsecuentemente por un elemento de calentamiento eléctrico para lograr la temperatura experimental deseada, en general en el intervalo de 200 a 320 °C. El período de calentamiento puede durar hasta 60 minutos, y luego la temperatura de reacción se mantuvo durante el tiempo deseado de retención de la reacción, que se varió entre 0 y 120 minutos. Se dejó incrementar la presión del reactor durante el transcurso de la reacción calentada, pero una vez que se alcanzó la temperatura deseada, la presión permaneció bastante estable a valores en general entre 3 a 11 MPa.

Después del tiempo deseado de retención, los contenidos del reactor se enfriaron rápidamente por agua que fluye a través de una espiral de enfriamiento localizada dentro del reactor. Una vez que los contenidos del reactor alcanzaron temperatura ambiente, se liberó cuidadosamente la fase gaseosa a través de una válvula de control y opcionalmente se capturó en una bolsa de muestreo de gas para análisis clínico posterior. Subsiguientemente, se abre el reactor, y la mezcla de reacción restante se removió para análisis adicional. La mezcla de reacción incluye en general una fase de petróleo, una fase acuosa y una fase sólida que se procesan como sigue. La fase de petróleo de la mezcla de reacción se auto-separa debido a la menor densidad y se recupera por decantación. La fase de petróleo retiene típicamente algo de agua, de modo que el contenido de humedad de la fase de petróleo se determina al usar un aparato de destilación de acuerdo con la norma D95-99 de ASTM (ASTM D95-99. (2004) Standard test method for water in petroleum products and bituminous materials by distillation. In: Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken, PA: Am. Soc. for Testing Materials) . Entonces se calcula la cantidad de petróleo natural producido al sustraer la masa de agua removida por destilación de la masa de la fase de petróleo. El producto de petróleo natural contiene aún algo de sedimento, que se midió al usar extracción por Soxhlet, de acuerdo a las normas de D473-02 de ASTM (ASTM D473-02. (2004) Standard test method for sediment in crude oils and fuel oils by the extraction. In: Annual Book of ASTM Standards . West Conshohocken, PA: Am. Soc . for Testing Materials) y D4072-98 (ASTM D4072-98. (2004) Standard test method for toluene-insoluble (TI) content of tar and pitch. En: Annual Book of ASTM Standards. West Conshohocken, PA: Am. Soc. for Testing Materials) . El producto de aceite refinado entonces se puede calcular al sustraer la masa de sedimento de la masa de petróleo natural. Este esquema de procesamiento permite el cálculo del rendimiento de aceite refinado, que se definió como : Masa de producto de aceite refinado x 100% Hendimiento de aceite refinado (%) = Masa de materia prima (sólido seco) El contenido inicial de lípidos de la materia prima se analizó por Midwest Laboratories, Inc. (Omaha, Nebraska) de acuerdo a los métodos normales de AOAC 945.16 (Association of Official Analytical Chemists) para determinación de grasa cruda. A pesar del bajo contenido inicial de lípidos en las algas (Chlorella a 2% de lípidos) y cianobacterias (Spirulina por abajo de 0.5% de lípidos), la conversión por HTP de estas muestras de algas produjo 30-40% de aceite refinado.

Se observó un efecto sinérgico para el rendimiento de aceite refinado por HTP de las mezclas de volúmenes iguales de estiércol de cerdo y Chlorella o Spirulina. El rendimiento de aceite refinado con estiércol de cerdo y Chlorella o estiércol de cerdo con Spirulina fue mayor que el promedio de dos componentes individuales que índica una sinergia cuando se mezclan estas dos materias primas.

La Figura 2 presenta los resultados de la conversión por HTP de tres tipos de materias primas de algas que representa un intervalo significativo de características genéticas, fisiológicas y ambientales. Muestras adicionales de algas se sometieron a conversión por HTP y los resultados se muestran en la Figura 8. Estas pruebas adicionales siguieron los mismos materiales y métodos identificados anteriormente. La Figura 8 muestra que se usaron 12 diferentes tipos de materias primas de algas en las pruebas de HTP que incluyen varias muestras de especies de microalgas puras, de especies de macroalgas puras y de especies mezcladas, tomadas de varios cultivos y muestras que se presentan de forma natural . Para estas varias materias primas de algas, el rendimiento de petróleo natural varió de 12.9% a 92.5%, y los rendimientos de aceite refinado variaron de 6.2% a 47.4%. El rendimiento de petróleo o aceite natural puede contener en algunos casos una cantidad considerable de ceniza, lo que lo hace una medida menos confiable de eficiencia de conversión por HTP. El rendimiento de aceite refinado, que se define en base a la solubilidad en tolueno de los productos de conversión por HTP en general es una medida más consistente y confiable de la eficiencia de conversión.

La Figura 6 muestra pruebas que usan materia prima de algas de Chlorella para investigar los efectos de varios parámetros operacionales de HTP. Por ejemplo, se llevaron a cabo pruebas de HTP a un intervalo de temperaturas de 200 a 300°C, en tanto que se mantuvieron constantes todas las otras variables. Con referencia a la Figura 6, el incremento más pronunciado en el rendimiento de aceite refinado (de 24.2% a 28.9%) se presentó entre 220°C y 240°C. Además, el residuo sólido cayó rápidamente antes de 240°C, pero solo cambia ligeramente para temperaturas por arriba de 240 °C. Estos factores indican que las conversiones eficientes por HTP de algas a biocombustible pueden presentarse a temperaturas de aproximadamente 240°C, que es significativamente menor que aquellas requeridas para otras materias primas comunes tal como estiércol de cerdo usado en muchos estudios pasados.

El tiempo de retención fue otro parámetro operacional de HTP, estudiado, usando la materia prima de algas de Chlorella . Puesto que el tiempo de reacción se varió sistemáticamente de 0 a 30 minutos (después de que se alcanzó la temperatura de reacción de 240°C la producción de aceite refinado se incrementó ligeramente de 26.0% a 28.9%.

Adicionalraente, los incrementos del tiempo de retención hasta 120 minutos, incrementaron los rendimientos de petróleo hasta 33.4%. En tanto que el incremento del tiempo de retención de 0 a 120 minutos no tiene un efecto positivo en los rendimientos de petróleo, los retornos son más bien pequeños. En contraste, el dimensionamiento del reactor de HTP se pone a escala lineal con los incrementos en el tiempo de retención, y de esta manera representa efectos significativos en el costo de capital del reactor de HTP. Se lograron conversiones exitosas de algas cuando la temperatura de reacción objetivo se mantuvo aún durante tiempos cortos de retención de 10 minutos o menos, lo que corresponde a un dimensionamiento relativamente pequeño del reactor de HTP y a un costo reducido de capital.

Crecimiento de Muestras de Algas Mezcladas Se obtuvo una muestra de especies de algas mezcladas que se presentan de forma natural de los vertederos de salida del clarificador primario en el Urbana-Champaign Sanitary District (UCSD) , que se cultivó subsiguientemente en un medio común de crecimiento de algas, BG11, que contuvo los siguientes componentes (mg/L) : NaN03 (1500) , K2HP04 (40) , MgS04-7H20 (75), CaCl2-2H20 (36), ácido cítrico (6), Citrato de amono férrico (6) , EDTA (1) , NaC03 (20) y agua destilada. El cultivo se llevó a cabo en un matraz Pyrex de 250 mL en una placa de agitación magnética con mezclado moderado a 25°C y con una intensidad ligera de 180-200 pie-candelas proporcionada por una luz fluorescente compacta de amplio espectro de 55 . Cuando el cultivo de inoculación alcanzó una fase de crecimiento exponencial se usó para sembrar los reactores de lote experimental usados para generar los datos en la Figura 3.

El cultivo de algas (100 mL) descrito anteriormente durante la fase de crecimiento exponencial se inoculó en dos matraces de 2000 mL, cada uno que contiene 900 mL de medio BG11. Para uno de los dos matraces, se adicionaron 5 mL de agua residual (pw) post-HTP al comienzo del experimento y después de 2 días. Ambos matraces entonces se incubaron bajo las mismas condiciones de cultivo como se lista anteriormente. El pw se obtuvo de los productos de reacción de conversión por HTP de estiércol de cerdo en biopetróleo crudo como se describe anteriormente. Se han analizado las características químicas del agua post-HTP y se resumen más adelante (Appleford, J.M., Analysis and Optimization of Thermochemical Converstion Process to Produce Oil from Biomass, 2004, Tesis de Maestría en la Universidad de Illinois, Urbana, IL; Ocfemia K.C.S. Hydrothermal Process of Swine Manure to Oil Using a Continuous Reactor System, 2005, tesis Doctoral en la Universidad de Illinois, Urbana, IL.). Para este experimento, se obtuvo una muestra de pw de HTP, se filtró a través de filtros de microfibra de vidrio Whatman (Tipo 934 -AH) para remover cualquier partícula grande, y se confirmaron varias características clave (COD, Amoníaco, Fósforo, y pH) que están dentro de los intervalos señalados de la Tabla 1. Se analizó el crecimiento en los dos matraces de cultivo al medir la densidad óptica 680 nm (OD 680) usando un espectrofotómetro de luz visible (HACH Modelo 2000) . La OD 680 tiene como objetivo la absorbancia en el intervalo donde la clorofila absorbe luz y de esta manera se usó para delinear el crecimiento fotosintético de las algas.

Tabla 1: Características químicas típicas de agua post-HTP La Figura 3 muestra que las algas de agua residual de UCSD de especies mezcladas crecieron mejor en cultivo por lotes cuando se adicionó una pequeña cantidad de p de HTP (cuadrados, aproximadamente 0.5% de volumen de lotes) en el día cero y en el día dos que sin agua post-HTP (círculos) . En un experimento similar de seguimiento, se adicionó pw de HTP seis veces durante el transcurso de siete días con pequeñas dosis las primeras 4 veces (aproximadamente 1% de volumen total y mayores dosis los últimos dos días (aproximadamente 3% de volumen total) . Como se muestra en la Figura 7, se midió OD 680 de manera regular durante esta prueba, y mostró crecimiento estable de algas en tanto que se está adicionando pw de HTP, pero el crecimiento de las algas tubo un pico brevemente después de que se detuvo la dosificación de pw de HTP. Durante el período mostrado en la Figura 7, la cantidad total de pw de HTP adicionada dio cuenta de aproximadamente 15% del medio de cultivo. Esto cultivo por lotes se dejó crecer durante otros 40 días sin adición adicional de pw de HTP, pero las bacterias se empezaron a proliferar y eventualmente llegaron a ser predominantes.

Se llevó a cabo otro conjunto de experimentos por lotes para investigar el potencial de los efectos inhibitorios de pw de HTP en el crecimiento de las algas. Se prepararon cultivo por lote con tres diferentes tipos de algas con varias diluciones de pw de HTP para determinar cual crecería. Las algas de UCSD de especies mezcladas fueron un tipo de algas usadas, y se sembraron en frascos con medio BG11 (ver fórmula anterior) y se contaminaron con los siguientes porcentajes de pw de HTP: 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 30%, 50%, y 100%. Inicialmente, el crecimiento de las algas sólo se presentó en los frascos con 3% o menos de pw de HTP. Después de 1 mes de incubación, el frasco con 4% de pw de HTP también cultivó algas, pero las otras mezclas de mayor concentración no soportaron el crecimiento de algas. Las algas que crecieron en el primer conjunto de prueba se colocaron en otra ronda, y se encontró que el cultivo de algas de UCSD puede crecer inmediatamente en concentraciones de pw de HTP de hasta 5%. Estos experimentos resaltan que la dilución de pw de HTP será altamente ventajosa para soportar el crecimiento de algas, lo que reduce de manera subsiguiente la concentración de nutrientes y productos orgánicos en exceso en el pw de HTP. Adicionalmente , estos resultados muestran algún potencial para que los cultivos de algas se adapten con el paso del tiempo a concentraciones crecientes de pw de HTP. Este tipo de prueba también se llevó a cabo en cultivos de algas puras de B. braunii que no crecen en ninguna dilución de pw de HTP desde 1% a 100%. Los cultivos de Spirulina les fue ligeramente mejor, creciendo con una concentración inicial de pw de HTP de 1%. Estos últimos resultados confirman la necesidad de diluir pw de HTP y que las especies individuales tienen grados variables de sensibilidad a la concentración de pw de HTP usada en el medio de cultivo. En el diagrama de proceso completo, Figura 1, se muestra la dilución de pw de HTP por la combinación de pw de HTP con el líquido de decantación de biodesecho que deriva el proceso de HTP.

Crecimiento de especies de algas mezcladas y consumo de contaminantes claves La Figura 4a muestra un ejemplo de una dosis de una vez de agua residual post-HTP. Se monitorizó el incremento de biomasa como por ciento de sólidos, lo que mostró un rápido crecimiento de células en respuesta a la adición de agua residual post-HTP en el tiempo cero. La Figura 4b muestra que las algas consumieron contaminantes orgánicos medidos como demanda de oxigeno químico (COD) . La Figura 4c muestra que las algas consumieron nutrientes medidos como nitrógeno total (TN) para demostrar la limpieza del agua residual post-HTP Los datos en la Figura 4a-4c se generaron en una prueba por lotes usando algas para degradar agua residual post-HTP. De manera específica, se adicionaron 10 mL de agua residual post-HTP filtrada en 990 mL de medio BG11 y 100 mL de cultivo de algas mezcladas cultivado de una siembra tomada en la planta de tratamiento de aguas residuales de USCD como se describe anteriormente. Se cuantificó el crecimiento de algas en términos de peso seco, que se midió por filtración de alícuotas en filtro de 0.45 µp? de éster de celulosa mezclado de Millipore que se secó subsiguientemente a 105°C durante 24 horas. Estos datos de peso seco se presentan en el lado izquierdo de la Figura 4. También se midió el crecimiento de algas por OD 680, y hubo una correlación directa entre OD 680 y peso celular seco.

Se tomaron muestras de calidad de agua después de que la biomasa de algas se filtró a través de un filtro de 0.45 µp?. La Figura 4b muestra la demanda de oxígeno químico (COD) como se determina por absorbancia de luz visible después de digestión con dicromato de acuerdo a métodos normales . Se midió el nitrógeno total en el fósforo total en el filtrado de acuerdo a métodos normales aprobados por la agencia de protección ambiental.

Material genético en biodesecho orgánico Como el donador de ADN se usó E. coli (cepa S17-1 lambda pir) que contiene un ADN de plásmido marcado con el gen de proteína fluorescente verde (GFP, por sus siglas en inglés) . Se cultivó E. coli en medio Luria-Bertani que contiene 5 mg/mL de carbenicilina a 37 °C con agitación vigorosa durante la noche (12-16 horas) . Este cultivo durante la noche se usó para extraer ADN de plásmido en general siguiendo un método reportador por Maloy (Maloy, S. R. , Experimental Techniques in Bacterial Genetics. 1 st ed. : Jones & Bartlett Publishers: 1989; p 180) con algunas modificaciones menores. Específicamente, se colocaron 1.5 mL de cultivo líquido recién cultivado en un tubo de microcentrifuga y se centrifugó a 12,000xg durante 1 minuto. De manera subsiguiente, el sobrenadante se removió y el sedimento bacteriano se dejó secar en aire antes de que se re-suspenda con 100 µ?.. de solución de re-suspensión celular enfriada con hielo. Después de 5 minutos de tiempo de incubación a temperatura ambiente, se adicionaron 200 µ?. de solución de lisis celular de NaOH de 0.2 N, 1% de SDS, recién preparada en el tubo de pruebas y la célula se incubó durante 5 minutos en hielo. Entonces, para neutralizar el lisado se adicionaron 150 \iL de solución de acetato de potasio enfriada con hielo (pH 4.8) . La célula se incubó durante 5 minutos y luego se centrifugó a 12,000xg durante 5 minutos. Entonces, el sobrenadante se transfirió a un nuevo tubo de prueba y se mezcló con 0.5 µ?. de R asa A libre de DNasa a 100 ]iq/)iL y se incubó durante 5 minutos a temperatura ambiente. Entonces se adicionó una solución de fenol : cloroformo: alcohol isoamílico (25:24:1) al tubo de prueba y se centrifugó durante 5 minutos a 12,000xg. La fase acuosa superior se transfirió a un tubo fresco y se mezcló con un volumen igual de cloroformo : alcohol isoamílico (24:1) y se centrifugó a 12,000xg durante 2 minutos. La fase acuosa superior se transfirió a un tubo fresco y se mezcló con 2.5 volúmenes de etanol al 100% enfriado con hielo y se dejó precipitar 5 minutos en hielo seco. Finalmente, el tubo de prueba se centrifugó a 12,000xg, el sobrenadante se removió, y el sedimento se enjuagó con etanol al 70%. El sedimento se secó bajo vacío y se disolvió en 50 µ?. de agua libre de nucleasa o amortiguador TE y se mantuvo a -20°C antes del uso.

Se usó un procedimiento similar para cultivo líquido de E. coli después del tratamiento por HTP para extraer el ADN de plásmido. Al darse cuenta que el proceso de HTP reducirá probablemente la cantidad de ADN extraído, se concentró adicionalmente el ADN después del tratamiento de HTP por precipitación con etanol (Russell, J. , Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 3 Lab edition ed. ; Cold Spring Harbor Laboratory Press: 2001; Vol . 3, p 999) . Específicamente, se adicionaron 2.5-3 volúmenes de una solución de etanol/acetato a la muestra de ADN y se incubó a -20°C durante la noche. El ADN precipitado entonces se recuperó por centrifugación a 12,000 rpm en un tubo de microcentrífuga durante 15 minutos. El sobrenadante se descartó, y el sedimento de ADN se colocó en el banco durante 10-20 minutos para permitir que se evaporará el etanol, y se disolvió en amortiguador TE 10:0.1 (pH 8). La concentración final del ADN de plásmido extraído se determinó al medir la densidad óptica de la muestra de ADN de 260 nm, usando un espectrofotómetro y asumiendo que OD26o=50ug/mL de ADN de plásmido/mL (Figura 5) . El rendimiento del ADN de plásmido extraído del cultivo líquido antes y después de la corrida a través del HTP se verificaron adicionalmente por electroforesis en un gel de agarosa, que separó los fragmentos de A N por tamaño. Sin que se desee que se una por teoría, el calor y presión, elevados, del tratamiento de HTP se cree que degradan de manera efectiva los materiales genéticos (ADN de plásmido) de modo que hay menos potencial de transferencia de resistencia a antibióticos de desechos humanos y animales .

Balance de masa de conversión por HTP de biomasa de algas Chlorella El balance de masa elemental de materia prima de algas de chlorella, seca, inicial y productos de reacción de HTP para estas algas, se determinó usando un analizador elemental rápido que combina combustión con detección de conductividad térmica (TCD, por sus siglas en inglés) para medir la fracción en peso de varios elementos primarios incluyendo carbono, hidrogeno, nitrógeno y oxigeno. En este caso la materia prima inicial, el aceite refinado, y el producto de residuos sólidos se analizaron usando el analizador elemental rápido. El producto gaseoso se analizó por un cromatógrafo de gases Varían CP-3600 acoplado con TCD para determinar la cantidad de varios gases típicos (dióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, monóxido de carbono, y metano) . El análisis por GC de los productos gaseosos usó una columna Haysep D 100/120 (20 pies (6.1 metros), diámetro de 1/8 de pulgada (0.32 era)), con una temperatura de inyección de 120 °C, y una temperatura de filamento de 140 °C. El gas portador fue helio a 30 mL/min. La mayoría de los componentes elementales del producto gaseoso se calcularon por sustracción de las cantidades medidas en los otros productos de la cantidad medida en la materia prima inicial. La única excepción fue el fósforo, que se midió en el producto de fase acusa por métodos normales. Se determinó la- cantidad de fósforo en la materia prima inicial por ICP-MS (Espectrometría de masas con plasma inductivamente acoplado) , y no se midió en los otros productos de reacción.

El producto de aceite refinado se analizó y se encontró que comprende 57.5% del carbono en la materia prima original, 56.0% de hidrógeno, 23.8% de nitrógeno y 21.1% del oxígeno como se muestra en la Tabla 3. Después de la conversión por HTP, el agua residual acuosa resultante contuvo 73.1% del nitrógeno de la materia prima original y 85% del fósforo original. Debido a que la mayoría de los nutrientes de nitrógeno y fósforo se liberan durante el proceso de HTP al producto acuoso, estos nutrientes se pueden reciclar de regreso cultivando otra ronda de biomasa y convirtiéndose subsiguientemente en más aceite o petróleo. A demás, el agua residual acuosa de HTP también contiene 27.4% y 40.5% débil carbono e hidrógeno originales, respectivamente que también se puede capturar potencialmente y convertir a más aceite por tratamiento del agua residual de HTP en un bioreactor de cultivo mezclado y/o bacterias.

Tabla 3 De la descripción anterior de la estructura de operación de una modalidad preferida de la presente invención, será evidente para los expertos en la técnica que la presente invención es susceptible a numerosas modificaciones y modalidades dentro de la capacidad del experto en la técnica y sin el ejercicio de la habilidad inventiva. Por consiguiente, el alcance de la presente invención se define como se expone en las siguientes reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la presente invención, es el que resulta claro a partir de la presente descripción de la invención.

Claims (1)

1. REIVIDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un proceso para la conversión de biodesecho orgánico a biopetróleo crudo, caracterizado porque comprende: proporcionar una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación obtenida del biodesecho orgánico; someter la fracción biosólida concentrada a un proceso hidrotermal bajo condiciones suficientes para obtener un producto de biopetróleo crudo, un producto residual acuoso y un producto residual gaseoso; cultivar un organismo en un medio de cultivo para obtener una mezcla cultivada; recuperar una fracción concentrada de organismo cultivado de la mezcla cultivada; e introducir la fracción concentrada de organismo cultivado y opcionalmente la fracción biosólida concentrada al proceso hidrotermal. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de cultivo comprende el producto residual acuoso. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el medio de cultivo comprende además la fracción líquida de derivación. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque al menos 50% del medio de cultivo en volumen es fracción líquida de derivación. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende separar una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación de biodesecho orgánico. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque además comprende separar una fracción biosólida concentrada y una fracción líquida de derivación del biodesecho orgánico. 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la fracción líquida de derivación es al menos 50 por ciento del biodesecho orgánico en una base de total. 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la fracción líquida de derivación es al menos 80 por ciento del biodesecho orgánico en una base de volumen total. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fracción biosólida concentrada comprende al menos 5 por ciento de sólidos totales en peso. io. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fracción biosólida concentrada comprende al menos 10 por ciento de sólidos totales en peso. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fracción concentrada de organismo cultivado comprende al menos 5 por ciento en peso de sólidos totales. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fracción concentrada de organismo cultivado comprende al menos 10 por ciento en peso de sólidos totales. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación, de la fracción concentrada de organismo cultivado a la fracción biosólida concentrada introducida al proceso hidrotermal es mayor de aproximadamente 5 por ciento en una base de sólidos totales . 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la relación de la fracción concentrada de organismo cultivado a la fracción biosólida concentrada introducida al proceso hidrotermal es mayor de aproximadamente 5 por ciento en una base de sólidos totales . 15. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación de la fracción concentrada de organismo cultivado a la fracción biosólida concentrada introducida al proceso hidrotermal es mayor de aproximadamente 25 por ciento en una base de sólidos totales . 16. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la relación de la fracción concentrada de organismo cultivado a la fracción biosólida concentrada introducida al proceso hidrotermal es mayor de aproximadamente 25 por ciento en una base de sólidos totales . 17. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende introducir el producto residual gaseoso al medio de cultivo. 18. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque además comprende introducir el producto residual gaseoso del medio de cultivo. 19. El proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además comprende introducir el producto residual gaseoso al medio de cultivo. 20. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el biodesecho orgánico es desecho animal . 21. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el biodesecho orgánico es estiércol animal. 22. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el biodesecho orgánico es desecho humano de una corriente de aguas residuales municipales . 5 23. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el biodesecho orgánico es desecho de procesamiento de alimentos. 2 . Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el organismo 10 es algas o bacterias. 25. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el organismo es algas. 26. Un proceso de conformidad con cualquiera de !5 las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el organismo es algas de bajo contenido de lípidos. 27. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el organismo es Chlorella o Spirulina. 20 28. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque las algas comprenden menos de 20 por ciento en peso de lípidos. 29. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el proceso 25 hidrotermal se lleva a cabo a una temperatura menor de 320°C y a una presión por arriba de 0.5 MPa. 30. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el producto de biopetróleo crudo se caracteriza por un valor de calentamiento de al menos 25,000 kJ/kg. 31. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque la fracción concentrada de organismo cultivado comprende algas y bacterias . 32. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizado porque el proceso hidrotermal se lleva a cabo a una temperatura menor a 320°C y a una presión por arriba de 0.5 MPa; en donde el organismo es algas; en donde el desecho orgánico se selecciona del grupo que cosiste de desecho animal, desecho humano y desecho de procesamiento de alimentos.