Biorrefinería

La Biorrefinería de I+D CLaMber dispone de dos líneas principales de investigación:

 

  1.  Fermentación con cultivo puro en la que, dependiendo de la fuente de carbono, puede actuar como una planta biotecnológica normal (usando carbono comercial), como una biorrefinería de primera generación (usando cultivos azucarados o amiláceos)o como una biorrefinería de segunda generación (usando residuos lignocelulósicos como los sarmientos de la vid, ramón de olivo, los restos de poda, la paja residual, etc..)
  2. Digestión anaerobia para la valorización de biomasa húmeda fermentable (purines, lactosuero, fangos de EDAR, harinas cárnicas, etc.) y producción de biogás, hidrógeno verde y digestatos ricos en ácidos grasos volátiles.

 

    Clamber

    Las diferencias fundamentales de la Biorrefinería de I+D CLaMber con respecto al resto de plantas de Europa son las siguientes:

    • Mientras que otras instalaciones obtienen bioproductos a partir de fuentes de carbono comerciales (glucosa, fructosa, etc), que suponen un coste muy elevado, o cultivadas (caña de azúcar, maíz, remolacha, etc), que pueden plantear problemas (o amenazas) tales como el consumo de cultivos para alimentos, deterioro del suelo y consecuente uso de fertilizantes y problemas derivados de monocultivos extensos, la Biorrefinería de I+D CLaMber dispone de un sistema de pretratamiento basado en un sistema de Explosión a Vapor (Steam Explosion), que trabaja en continuo, que es capaz de tratar 1 tonelada al día (con posibilidad de triplicar su producción si trabaja a 3 turnos) y que permite la obtención de bioproductos de elevado valor añadido a partir de residuos leñosos y herbáceos, mucho más baratos, abundantes y que no entran en competencia con la producción de alimentos.

      Por ejemplo, de estos residuos podría obtenerse bioetanol, plásticos biodegradables o productos químicos de base, a partir de los que se producirían otros más complejos.
    • Otra característica es el tamaño relevante de sus instalaciones, en la cual se realizan los procesos de investigación a una escala demostrativa. La Biorrefinería de I+D CLaMber cuenta, por lo tanto, con un gran potencial de impacto socioeconómico y de posicionamiento de CLM en el campo de la biotecnología a nivel internacional.

      Por ejemplo, dispone de un fermentador de 20 metros cúbicos, donde se pueden desarrollar experimentos con una escala muy cercana a la industrial.

    Las distintas unidades de proceso que conforman actualmente la Biorrefinería de I+D CLaMber son las siguientes:

    Unidad de Extracción

    Previa a la utilización de la parte estructural de l biomasa como fuente de carbono fermentable, existen una serie de compuestos minoritarios pero que tienen un alto valor añadido y que pueden ser recuperados mediante extracción con diferentes disolventes. En CLAMBER, se dispone de tres unidades de extracción:

    • Unidad de extracción con agua: En ella se dispone de un extractor de 1000l provisto de agitación y sistema de picado de biomasa in situ para evitar oxidaciones indeseadas, Posteriormente, dispone de equipos de separación sólido-líquido mediante prensa y centrifuga decanter y, finalmente, de una centrífuga de discos para la separación líquido-líquido y obtención del bioproducto final.

     

    Unidades extraccion

          

     

     

    • Unidad de extracción con Disolventes: En ella se dispone de 3 extractores de 500 litros cada uno, dos de ellos con agitación vertical, control de presión hasta 10 bares, control de temperatura hasta 140ºC, malla filtrante inferior para separación sólido-líquido in situ y posibilidad de hacer vacío para desolventizar; y uno con agitación horizontal para mejorar el contacto. Pueden trabajar por lotes, con alimentación continua de disolvente fresco, con recirculación de disolvente o de manera secuencial con dos disolventes diferentes.

     

    Extraccion con disolventes

       

       Para la posterior recuperación de los extractos, se dispone de un recuperador de disolventes a vacío de 160 litros y de un evaporador rotativo de 100 litros.

     

    • Unidad de Extracción con Fluidos Supercríticos: En ella se dispone de 2 extractores de 50 litros donde realizar extracciones con CO2 supercrítico hasta una presión de 350 bares y con posibilidad de alimentar un co-solvente.

     

    Extraccion con fluidos

     

    Unidad de Pasteurización

    Con el fin de acondicionar corrientes líquidas residuales con una fuente de carbono relativamente homogénea para su posterior fermentación con cultivo puro, se dispone de una Unidad de Pasteurización para eliminar todos aquellos microorganismos que interfieran en la fermentación. Esta Unidad está formada por:

    • Tanque de recepción de residuo bruto de un volumen de 30 m3 y fabricado en PRFV. 
    • Pasteurizador con capacidad de tratar 1 m3/h.
    • Tanque de almacenamiento de pasteurizado de 10 m3, fabricado en acero inoxidable, aislado, refrigerado y con sistema de control de presión positiva.

     

    EXTRACCIÓN

     

     

    Unidad de acondicionamiento y pretratamiento de biomasa lignocelulósica (UP-STREAM-1)

    En esta unidad se acondiciona la biomasa lignocelulósica, tanto leñosa como herbácea, procedente de la industria agroalimentaria y forestal (vid, olivo, paja cereal...) para poder ser utilizada en unidades posteriores. Este tipo de biomasa contiene lignocelulosa, que es uno de los principales componentes de las plantas. De la lignocelulosa se desean obtener los azúcares que serán transformados por diferentes tipos de microorganismos en diversos bioproductos. Sin embargo, estos azúcares forman parte de complejas estructuras inaccesibles para esos microorganismos, por lo que el objetivo de esta unidad es realizar los tratamientos necesarios para liberar los azúcares y así poder ser transformados en bioproductos.

     

    Acondicionamiento

     

     

    Para ello, se dispone del siguiente equipamiento:

    • Molino de herbáceos y trituradora de leñosos (200 kg/h)

     

    molino

     

    • Cocción a vapor (3m3)

     

    • Reactor de Explosión a Vapor (400 l, hasta 21 barg)

     

    • Separadores sólido-líquido (15 m3/h)

     

    Unidad de Hidrólisis Enzimática (UP-STREAM-2)

    Una vez destruida la estructura de la lignocelulosa y separada en una disolución líquida rica en hemicelulosa y una mezcla sólida con celulosa y lignina, en esta unidad, la fracción sólida es sometida a una hidrólisis enzimática para convertir la celulosa en azúcares solubles y fermentables. Posteriormente, se le somete a un proceso de separación sólido- líquido en dos etapas (centrifuga decanter y centrífuga de discos) para eliminar la lignina. Finalmente y de manera opcional, se dispone de un evaporador de película descendente para eliminar compuestos volátiles y concentrar los azúcares.

     

    Hidrolisis enzimatica

     

    Para ello, se dispone del siguiente equipamiento:

     

    • Reactor de Hidrólisis (3  m3 )

     

    • Centrifuga decanter (5.500 rpm, 2.5-3 m3)

     

    • Centrífuga de discos (9.400 rpm, 9m3/h  )

     

    • Evaporador discontinuo con recirculación de película descendente (120 l destilado/h)

     

    Unidad de Fermentación (MID-STREAM)

    El objetivo de esta unidad es transformar biológicamente la fuente de carbono generada en el UPSTREAM en los diferentes bioproductos de interés (bioplásticos, biocombustibles, building blocks, etc). Para ello, se dispone del siguiente equipamiento:

    • Laboratorio independiente a pie de fermentadores para gestión de microorganismos (starters, inóculos, etc y control de proceso)

     

                   

    Laboratorio

                                   

     

                                                  

     

     

    • Equipos de Preparación del medio de cultivo formado por 2 tanques de 1 m3 y de 5 m3 respectivamente.

     

    • Sistema de adición de estériles formado por 4 tanques de 1 m3 para nutrientes, ácido y base y 2 tanques de antiespumante de 200 y 50 litros.

     

    • Un tren de fermentación formado por 2 reactores de 3 litros, 2 de 30 litros, 1 de 300 litros, 1 de 3.000 litros y 1 de 20.000 litros, para realizar fermentaciones aerobias y anaerobias.

     

     

    Unidad de Purificación (DOWN-STREAM)

    Esta unidad está destinada a la purificación y concentración de los productos obtenidos en la unidad de fermentación. Para ello, se dispone del siguiente equipamiento:

    • 4 tanques de cosecha, 2 de 10 m3 y otros 2 de 1,5 m3, uno de cada volumen está preparado para trabajar con atmósferas explosivas (ATEX).

     

    tanques de cosecha

     

    • Un sistema de microfiltración tangencial (1 m3/h) .

     

    unidad microfiltracion

     

    • Centrífuga (1,5 m3/h) para separar y concentrar los bioproductos obtenidos.
    centrifuga

     

    • Molino de bolas ( Dyno- Mill ECO5 ) con una cámara de 5 litros de volumen.

     

    molino de bolas

     

     

    • Unidad de Ultrafiltración/ Nanofiltración / Osmosis Inversa con una capacidad de tratamiento de 1 a 6   m3/h y con capacidad de trabajar con membranas de 8 " en espiral o de filamentos permitiendo así trabajar como osmosis, nanofiltración o ultrafiltración, llegando a presiones de hasta 60 bares.

     

    Unidad ultrafiltracion

                 

     

    • Filtro Prensa de placas y marcos con una superficie total de 4.77 m2, un volumen total de 58.78 litros y con capacidad de trabajar hasta 16 bares.

     

    filtro de prensas

     

     

    • Cámara frigorífica de refrigeración y congelación hasta -20 º C con capacidad para 6 IBCs de 1  m3 .

     

    camara frigorifica

     

    Planta de digestión anaerobia

    En esta unidad se realizan experimentos de valorización de residuos orgánicos húmedos fermentables, como los purines, lactosueros, fracción orgánica de RSU, subproductos alimentarios no destinados a consumo humano regulados por la Normativa Sandach, etc, mediante descomposición de la materia orgánica que contienen por medio de microorganismos en ausencia de oxígeno. De esta manera, se obtienen varios productos:

    1. Biogás, que puede utilizarse para producir energía eléctrica o para otros usos no energéticos.
    2. Digestato de Materia Orgánica, para la obtención de abonos y biofertilizantes
    3. Hidrógeno, que puede ser valorizado mediante pilas de combustible u otros procesos
    4. Ácidos Grasos Volátiles, que pueden usarse para producir otros compuestos de mayor valor añadido.

    Se dispone de una unidad de digestión anaerobia modular, autónoma, transportable, que puede tratar hasta 400 kg/d y está formada por:

    • Tanques para el almacenamiento de residuos líquidos ( 20 m3)  y sólidos (10 m3)
    • Sistema de pasteurización (1 m3)
    • Digestor anaerobio (11 m3)
    • Gasómetro (20 m3)

     

               

    Digestion anaerobia

                                

     

                                                                                            

     

     

                                                     

     

    Depuradora

    La depuradora de la Biorrefinería de I+D CLAMBER está formada por humedales artificiales. En los humedales crecen y se desarrollan plantas, animales y microorganismos adaptados a condiciones de inundaciones temporales y/o permanentes. En este tipo de ecosistema se desarrollan también determinados procesos físicos y químicos capaces de depurar el agua ya que eliminan grandes cantidades de materia orgánica, sólidos en suspensión, nitrógeno, fósforo e incluso productos tóxicos, generando, en los momentos de poda de las plantas acuáticas, una nueva biomasa que puede volverse a alimentar a la biorrefinería y que de otra manera se vertiría al cauce público, promoviendo así la Economía Circular.

     

    Depuradora

     

     

    Laboratorio

    Se dispone de un laboratorio de análisis, control de los procesos y dónde se llevan también experimentos a menor escala. Algunos de los equipos son:

    • Cromatógrafo de gases.
    • HPLC
    • Espectrofotómetro.
    • Microoscopio.
    • Digestor microondas.
    • Liofilizador.
    • Rotavapor.
    • Molino.
    • Centrífuga.
    • Equipo de agua ultrapura.
    • Estufas y Muflas.
    • PHmetros y conductivímetros.
    • Ultracongelador.
    • Campana de flujo laminar.
    • Horno de secado a vacío.
    • 18 reactores de 1 litro para ensayos discontinuos de Digestión Anaerobia (OXITOP).
    • 9 reactores de 1 litro para ensayos discontinuos de Digestión Anaerobia (Ritter).
    • 3 reactores de 3 litros para ensayos semicontinuos de Digestión Anaerobia.

     

                                                

    Laboratorio