BR112012008639B1

BR112012008639B1 - Processo para a preparação de materiais de biomassa enriquecidos com glucano

Info

Publication number: BR112012008639B1
Application number: BR112012008639-1A
Authority: BR
Inventors: Nathan Mosier; Michael R. Ladish; Brian Stater; Bradley Spindler
Original assignee: Purdue Research Foundation; Bowen Engineering Corporatin
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2019-07-30
Also published as: CN102741418B; CA2776717A1; US8790904B2; US20120322121A1; CA2776717C; CN102741418A; WO2011047039A1; BR112012008639A2

Abstract

processo para a preparação de materiais de biomassa enriquecidos com glucano a divulgação descreve um processo para a conversão de biomassa lignocelulósica em etanol utilizando um ácido dicarboxílico, tal como ácido maleico, como um simulador de enzima para hidrolisar a hemicelulose e celulose da biomassa. o controle da condição da hidrólise de ácido maleico pode seletivamente hidrolisar a hemicelulose, resultando em uma porção líquida rica em xilose e uma porção sólida em glucano. o glucano pode ser adicionalmente hidrolisado para produzir um material contendo glicose. os materiais de açúcar podem ser fermentados para produzir etanol, o qual é recuperado. o ácido dicarboxílico é então recuperado do resíduo deixado apo´s a remoção do etanol do material de fermentação, e o ácido dicarboxílico recuperado é reciclado para o início do processo para tratar biomassa lignocelulósica adicional.

Description

“PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE MATERIAIS DE BIOMASSA ENRIQUECIDOS COM GLUCANO”

Fundamento

Nos últimos anos, uma crescente ênfase tem sido dada à descoberta de maneiras para produzir eficientemente combustíveis a partir de recursos não petrolíferos renováveis. Em um campo de interesse, etanol combustível foi produzido através de fermentação de matérias-primas de biomassa derivadas de plantas. Atualmente, o etanol combustível é comercialmente produzido a partir de matérias-primas de amido de milho, cana de açúcar e beterraba. Estes materiais, no entanto, são utilizados por áreas competitivas significativas 10 na indústria alimentícia, e o uso expandido destes para produzir etanol combustível está relacionado ao aumento de preços e transtorno para outras indústrias. Tecnologias viáveis e matérias-primas de fermentação alternativas para utilização destes são, portanto, muito procuradas.

Matérias-primas de biomassa lignocelulósica estão disponíveis em grandes quanti15 dades e são relativamente de baixo custo. Tais matérias-primas estão disponíveis na forma de resíduos agrícolas, tais como palha de milho, fibra de milho, palha de trigo, palha de cevada, palha de aveia, cascas de aveia, palha de canola, palha de soja; gramíneas, tais como panicum, miscanthus, esparto e phalaris arundinacea; resíduos florestais, tais como madeira » de pinho e serragem; e resíduos de processamento de açúcar, tais como bagaço e polpa de 20 beterraba. A celulose destas matérias-primas é convertida em açúcares, os quais são então fermentados para produzir o etanol.

A Figura 1 mostra um processo anterior conhecido para produzir etanol a partir de uma matéria-prima de biomassa lignocelulósica. O processo é realizado de forma sequencial. Cada etapa deve estar completa antes que a etapa seguinte seja iniciada. Na primeira 25 etapa 24, sólidos de biomassa 22 e ácido sulfúrico aquoso 20 são misturados e pré-tratados para facilitar a subsequente hidrólise da biomassa. A mistura é então conduzida para a segunda etapa 26, em que a hemicelulose é hidrolisada. Após a hidrólise da hemicelulose, a mistura está pronta para a terceira etapa 32, em que base 31 é adicionada para neutralizar o ácido e ajustar o pH, seguido pela adição de uma enzima 30 para hidrolisar a celulose e 30 fornecer açúcares simples. A mistura de 32, após a completa reação de hidrólise, será uma solução contendo glicose e xilose da biomassa. Esta solução é então conduzida para a quarta etapa 38, em que levedura é adicionada para fermentar os açúcares presentes na solução para etanol. Após a completa fermentação, o etanol pode ser recuperado 40 da solução de processo, por exemplo, através de destilação.

Um problema com este processo anterior conhecido é que ácidos, tais como ácido sulfúrico diluído ou outros ácidos minerais, são usados, mas estes causam a degradação de materiais na biomassa para formar substâncias que podem atuar como inibidores em etapas

2/10 enzimáticas e fermentativas subsequentes. Material produzido por hidrólise de ácido sulfúrico da biomassa precisaria ser purificado antes de etapas enzimáticas e fermentativas subsequentes, ou maiores quantidades de enzima ou levedura deveríam ser usadas para superar os inibidores que estariam presentes se nenhuma purificação fosse feita. De qualquer 5 maneira, ambas as formas aumentariam o custo da realização do processo.

Sumário

Uma modalidade da presente divulgação é um processo para produzir etanol a partir de biomassa lignocelulósica compreendendo tratar a biomassa lignocelulósica com um ácido dicarboxílico para hidrolisar a hemicelulose da biomassa lignocelulósica em xilose, 10 filtrar a biomassa lignocelulósica tratada para obter um material sólido contendo celulose e uma porção líquida contendo xilose. O processo também inclui fermentar a xilose da porção líquida para fornecer um primeiro material contendo etanol, hidrolisar a celulose da porção sólida para fornecer um meio contendo glicose, combinar o primeiro material contendo etanol com o meio contendo glicose, fermentar o meio contendo glicose após a adição do pri15 meiro material contendo etanol para fornecer um segundo material contendo etanol, isolar o etanol do segundo material contendo etanol deixando um resíduo, e recuperar o ácido dicarboxílico do resíduo para fornecer um ácido dicarboxílico recuperado.

Um aspecto adicional da modalidade acima é o tratamento de biomassa lignocelu* lósica adicional com o ácido dicarboxílico recuperado.

Outra modalidade da presente divulgação é um processo para produzir etanol a partir de biomassa lignocelulósica compreendendo processar uma primeira porção de biomassa lignocelulósica. O processamento compreende tratar a biomassa lignocelulósica com um ácido dicarboxílico para hidrolisar a hemicelulose da biomassa lignocelulósica em xilose, separar (por exemplo, filtrar) a biomassa lignocelulósica tratada para separar um material 25 sólido contendo celulose de uma porção líquida contendo xilose, fermentar a xilose na porção líquida para fornecer um primeiro material contendo etanol, hidrolisar a celulose da porção sólida para fornecer um meio contendo glicose, combinar o primeiro material contendo etanol com o meio contendo glicose, fermentar o meio contendo glicose para fornecer um segundo material contendo etanol, isolar o etanol do segundo material contendo etanol dei30 xando um resíduo, e recuperar o ácido dicarboxílico do resíduo. O processo para produzir etanol a partir de biomassa lignocelulósica também inclui tratar uma segunda porção de biomassa lignocelulósica com o ácido dicarboxílico recuperado.

Um aspecto adicional destas modalidades é que o ácido dicarboxílico usado no tratamento da biomassa lignocelulósica para hidrolisar a hemicelulose da biomassa lignocelu35 lósica em xilose pode ser ácido maleico ou ácido succínico.

Modalidades adicionais serão evidentes a partir das descrições relatadas aqui.

Breve Descrição das Figuras

3/10

A Figura 1 é um diagrama de blocos de um processo de técnica anterior para produzir etanol a partir de biomassa lignocelulósica que utiliza um processo sequencial.

A Figura 2 é um diagrama de blocos do processo divulgado aqui para a produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica usando um ácido dicarboxílico como um simulador de enzima que permite o processamento paralelo de fluxos e reciclo do ácido dicarboxílico.

Descrição Detalhada

Com o intuito de promover uma compreensão dos princípios da invenção, será feita agora referência a algumas modalidades, e linguagem específica será usada para descrever as mesmas. No entanto, será entendido que nenhuma limitação do escopo da invenção é intencionada, tais alterações e modificações adicionais no dispositivo ilustrado e outras aplicações adicionais dos princípios da invenção, conforme descrito aqui, são contempladas como normalmente seriam por uma pessoa versada na técnica, à qual a invenção se refere.

Conforme usado aqui, o termo glucano refere-se a um material de polissacarídeo contendo monômeros de glicose, tal como celulose. Os termos glucano e celulose podem ser usados alternadamente dentro desta divulgação.

Conforme usado aqui, o termo biomassa lignocelulósica refere-se a qualquer tipo de biomassa compreendendo lignina e celulose, tal como, mas não limitado a, biomassa vegetal não-lenhosa, resíduos agrícolas e florestais, e resíduos de processamento de açúcar. Por exemplo, a matéria-prima celulósica pode incluir, mas não se limita a, gramíneas, tais como panicum, esparto, centeio, miscanthus, ervas de pradaria mistas, ou uma combinação destas; resíduos de processamento de açúcar tais como, mas não limitados a, bagaço de cana de açúcar e polpa de beterraba; resíduos agrícolas, tais como, mas não limitados a, palha de soja, fibra de milho de processamento de grãos, palha de milho, palha de aveia, palha de arroz, cascas de arroz, palha de cevada, espigas de milho, palha de trigo, palha de canola, cascas de aveia, e fibra de milho; e resíduos florestais, tais como, mas não limitados a, fibra de polpa de madeira reciclada, serragem, madeira dura, madeira macia, ou qualquer combinação destas. Além disso, a biomassa lignocelulósica pode compreender materiais residuais lignocelulósicos ou florestais tais como, mas não limitados a, lama de papel, papel de jornal, papelão, e similares. A biomassa lignocelulósica pode compreender uma única espécie de fibra ou, alternativamente, uma matéria-prima de biomassa lignocelulósica pode compreender uma mistura de fibras que se originam de diferentes materiais lignocelulósicos.

Tipicamente, o material lignocelulósico compreenderá celulose em uma quantidade superior a cerca de 2%, 5% ou 10%, e de preferência superior a cerca de 20% (p/p) para produzir uma quantidade significativa de glicose. O material lignocelulósico pode conter teor de celulose mais alto, por exemplo, pelo menos cerca de 30% (p/p), 35% (p/p), 40% (p/p) ou

4/10 mais. Portanto, o material lignocelulósico pode compreender de cerca de 2% a cerca de 90% (p/p), ou de cerca de 20% a cerca de 80% (p/p) de celulose, ou de 25% a cerca de 70% (p/p) de celulose, ou cerca de 35% a cerca de 70% (p/p) de celulose, ou mais, ou qualquer quantidade entre as mesmas. O material lignocelulósico também compreenderá hemicelulose em uma quantidade superior a cerca de 2%, 5% ou 10%, e pode compreender de 10% a cerca de 50% (p/p), ou de 15% a cerca de 40% (p/p), ou de 20% a cerca de 35% (p/p), e ainda pode produzir uma quantidade significativa de xilose.

Antes que a biomassa lignocelulósica seja tratada com enzimas para decomposição da estrutura em componentes constituintes, incluindo açúcares fermentáveis, a estrutura da biomassa lignocelulósica pode ser decomposta. Decompor a estrutura da biomassa permite que as enzimas usadas para hidrolisar os componentes, tais como hemicelulose e celulose, tenham acesso a estes componentes. Sem tratamento, a biomassa lignocelulósica é muito resistente ao ataque enzimático utilizado para a decomposição da estrutura, fornecendo açúcares simples que podem ser convertidos em etanol. Este tratamento pode ser realizado usando ácidos para a decomposição da estrutura. Ácidos, tais como ácido sulfúrico diluído ou outros ácidos minerais são usados, mas estes ácidos causam a degradação de materiais na biomassa lignocelulósica para formar substâncias que podem atuar como inibidores em subsequentes etapas enzimáticas e fermentativas. Outros ácidos que podem ser usados incluem ácidos carboxílicos e, mais particularmente, ácidos dicarboxílicos. Foi demonstrado que um ácido dicarboxílico pode ser usado para tratar biomassa lignocelulósica e hidrolisar hemicelulose e celulose. O ácido dicarboxílico atua como um simulador de enzima ou um catalisador na hidrólise do material de hemicelulose ou celulose que é encontrado na biomassa lignocelulósica, evitando assim o custo da utilização de uma enzima dispendiosa para hidrolisar estes materiais. Ao utilizar condições controladas para o tratamento da biomassa lignocelulósica com os ácidos dicarboxílicos, a reação de hidrólise pode seletivamente hidrolisar principalmente o componente de hemicelulose, fornecendo uma porção líquida contendo xilose e deixando uma porção sólida na qual o componente de celulose (glucano) permanece intacto.

Uma série de ácidos dicarboxílicos pode ser usada para tratar a biomassa lignocelulósica, os preferidos incluem ácido maleico (como ácido maleico ou anidrido maleico) ou ácido succínico (como ácido succínico ou anidrido succínico). Quantidades de ácidos que podem ser usadas para tratar a biomassa lignocelulósica variam de 0,2 mmoles por grama de biomassa a 2 mmoles por grama de biomassa, ou de 1 mmol por grama de biomassa a 1,5 mmol por grama de biomassa. A quantidade de concentração de biomassa lignocelulósica a ser tratada pode variar de 40 gramas/litro a 200 gramas/litro ou de 100 gramas/litro a 150 gramas/litro. Para um tratamento eficaz, a biomassa lignocelulósica pode ser tratada com o ácido dicarboxílico a uma temperatura de 100 °C a 200 °C, ou de 150 °C a 170 °C por

5/10 um período de 2 minutos a 60 minutos, ou de 10 minutos a 30 minutos. O tratamento de biomassa lignocelulósica, em períodos e temperaturas adequados usando 50 mmoles de ácido maleico, pode ser usado para alcançar mais de 90% de hidrólise de hemicelulose em xilose em 40 g/l de palha de milho. Se a concentração de palha de milho for aumentada para 150 g/l, com a mesma quantidade de ácido maleico de 50 mmoles, apenas 55% de hidrólise da hemicelulose é alcançada. Aumentar a concentração de ácido dicarboxílico, de modo que a relação de concentração de ácido dicarboxílico/palha de milho seja mantida de forma quase constante, mantém os níveis de hidrólise em 90%.

Em uma relação de concentração de ácido dicarboxílico/sólidos de biomassa lignocelulósica aproximadamente constante (cerca de 50 mmoles de ácido maleico em 40 g/l de sólidos de biomassa e 200 mmoles de ácido maleico em 150 g/l de sólidos de biomassa), as conversões dentre 80% e 90% de hemicelulose em xilose podem ser alcançadas. Embora a utilização de ácido maleico ofereça muitas vantagens, este é relativamente dispendioso, e, consequentemente, processamento da biomassa lignocelulósica com o potencial para reciclar o ácido maleico diminui os custos. Em algumas modalidades, pelo menos cerca de 70% do ácido maleico ou outro ácido dicarboxílico usado para tratar uma quantidade de biomassa lignocelulósica será reciclado, mais desejavelmente, pelo menos cerca de 80%.

Uma vantagem em utilizar as propriedades catalíticas do ácido maleico ou outros ácidos dicarboxílicos em relação ao ácido sulfúrico ou outros métodos de pré-tratamento é a formação mínima de produtos de degradação formados durante a hidrólise da hemicelulose ou celulose. O ácido sulfúrico causa a formação significativa de produtos de degradação de açúcar, e alguns destes produtos de degradação são inibidores de enzima e levedura, resultando na necessidade de utilização de grandes quantidades de enzimas e leveduras para processar o material. Esta quantidade menor de produto de degradação de hidrólise com um ácido dicarboxílico permite que quantidades menores de enzima ou levedura sejam utilizadas, ao contrário de uma hidrólise de ácido sulfúrico ou outros métodos de pré-tratamento. Quantidades menores de produtos de degradação também permitem hidrólise enzimática adequada do material de glucano em glicose, e fermentação adequada da xilose para etanol utilizando uma levedura sem a necessidade de purificar o material resultante do tratamento de hidrólise com ácido dicarboxílico.

A utilização de ácidos dicarboxílicos para tratar biomassa lignocelulósica pode ocasionar a hidrólise seletiva da porção de hemicelulose da biomassa, resultando na obtenção de uma porção líquida de material rico em xilose da parte hidrolisada e uma porção sólida rica em material de glucano (material contendo glicose ou celulose), as quais podem ser separadas e adicionalmente processadas de forma individual. Devido ao processamento inicial com o ácido dicarboxílico, e formação e separação do material rico em xilose, a porção sólida rica em material de glucano pode conter uma percentagem mais alta (p/p) de ce

6/10 lulose do que a matéria-prima lignocelulósica, por exemplo, em algumas modalidades, com uma percentagem p/p de celulose que é pelo menos cerca de 3% maior do que a percentagem p/p de celulose na matéria-prima lignocelulósica. As porções ricas em xilose e glucano podem ser processadas em etapas paralelas, proporcionando melhor rendimento e uma utilização mais eficiente de materiais de bioprocessamento. A utilização do ácido dicarboxílico para hidrolisar a hemicelulose em xilose fornece um material facilmente fermentável, devido à formação mínima de produtos de degradação que podem atuar como inibidores, ao contrário da utilização de ácidos comuns, tais como ácido sulfúrico. A porção de xilose sem purificação adicional pode ser fermentada para etanol utilizando, por exemplo, levedura de fermentação de xilose recombinante, mas outra levedura pode ser utilizada para o processo de fermentação.

Se um material de celulose sólido for desejado como um produto ao invés de etanol, a porção de sólidos rica em glucano (contendo glicose) pode ser isolada e adicionalmente processada por meio de etapas, tais como remoção de água e/ou secagem para obter um material de celulose. Assim, celulose sólida seca pode ser obtida de biomassa lignocelulósica. Estes resultados ainda indicam o benefício da utilização de um ácido dicarboxílico, ou mais especificamente, ácido maleico, em um processo novo que gera sólidos enriquecidos com glucano.

Como uma alternativa, os sólidos ricos em glucano recuperados, que podem conter uma percentagem de celulose maior do que a matéria-prima de biomassa lignocelulósica e, assim, fornecer uma absorção mais concentrada para hidrólise de celulose em glicose, podem ser adicionalmente hidrolisados usando uma enzima celulase ou outros catalisadores para decompor a celulose em açúcar fermentável. Por exemplo, hidrólise enzimática da celulose remanescente em glicose é essencialmente completa em 48 horas. A este respeito, uma enzima celulase é uma enzima que catalisa a hidrólise de celulose em produtos tais como glicose, celobiose, e/ou outros celooligosacarídeos. As enzimas celulase podem ser fornecidas como uma mistura multienzimática compreendendo exo-celobiohidrolases (CBH), endoglucanases (EG) e beta-glucosidases (BetaG), as quais podem ser produzidas por uma série de plantas e microrganismos. O processo da presente invenção pode ser realizado com qualquer tipo de enzima celulase, independentemente de sua origem, no entanto, celulases microbianas fornecem modalidades preferidas. As enzimas celulase podem, por exemplo, ser obtidas de fungos dos gêneros Aspergillus, Humicola e Tríchoderma, e das bactérias dos gêneros Bacillus e Thermobifida.

Em alguns aspectos da presente divulgação, a porção rica em xilose pode ser fermentada para fornecer um primeiro material de etanol contendo também uma levedura que foi usada no processo de fermentação de xilose. O primeiro material de etanol pode ser adicionado à porção de sólidos de celulose (rica em glucano) antes, durante ou após a hidrólise

7/10 do material de glucano para formar glicose. A combinação do primeiro material de etanol com o material rico em glucano ou hidrolisado de tal material fornece levedura que pode fermentar a glicose formada da etapa de hidrólise conforme sua ocorrência. A fermentação da glicose no material combinado pode ser realizada sem a adição de qualquer levedura adicional, utilizando a levedura fornecida pelo primeiro material de etanol. No entanto, levedura adicional pode ser adicionada durante a etapa de fermentação da combinação de primeiro material de etanol e material rico em glucano ou hidrolisado deste. Este bioprocessamento consolidado diminui custo de levedura e tempo de processamento, permitindo que fermentação e hidrólise ocorram na mesma etapa de processamento.

A fermentação dos açúcares para produzir etanol pode ser conduzida com qualquer um de uma grande variedade de micro-organismos fermentativos, tais como levedura ou bactérias, ou outras versões de leveduras geneticamente modificadas, incluindo levedura de fermentação de xilose recombinante, e utilizando técnicas conhecidas.

O etanol pode então ser purificado do meio fermentado, por exemplo, através de destilação. Uma produção de etanol de aproximadamente 90% da quantidade teórica foi mostrada utilizando hidrólise de ácido maleico da biomassa lignocelulósica. A capacidade de obtenção de uma alta produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica usando hidrólise de ácido maleico, sem a necessidade de tratamento ou purificação adicional do material resultante da hidrólise antes da fermentação, indica a ausência de inibidores que, de outro modo, reduziríam a taxa e produção da fermentação de etanol.

Utilização econômica de um catalisador de ácido dicarboxílico é obtida através da recuperação e reutilização do ácido dicarboxílico em uma sequência de processamento, permitindo que seus benefícios sejam alcançados. Em um aspecto do processo, a fim de evitar a formação de formas iônicas do ácido dicarboxílico, um agente de neutralização, tal como amônia, amônia aquosa (hidróxido de amônio), ou qualquer outro composto de nitrogênio básico capaz de neutralizar um composto ácido, pode ser usado. No entanto, em outro aspecto do processo, outros agentes de neutralização podem ser usados, tais como hidróxido ou óxidos alcalinos, ou qualquer outro agente de neutralização básico conhecido na técnica. Após o etanol ter sido recuperado do material de fermentação neutralizado, por exemplo, através de destilação, o material remanescente no ácido dicarboxílico é rico. O ácido dicarboxílico pode então ser recuperado deste material, por exemplo, através de destilação. Uma vez que a etapa de recuperação é completa, o ácido dicarboxílico é reciclado para o início do processo para o tratamento de quantidades adicionais de biomassa lignocelulósica. A amplitude de reciclo é uma função de custo de recuperação, bem como estabilidade do ácido durante uma etapa de destilação. A destilação em si pode ser realizada a vácuo, a fim de minimizar a formação de sais no fundo da coluna de destilação e também preservar a atividade do ácido dicarboxílico. Por exemplo, o ácido maleico tem um alto ponto

8/10 de ebulição, sendo estável até 220°C, e pode ser recuperado e concentrado na corrente de fundo da coluna de destilação de fermentação. Além disso, evaporação fornecerá uma corrente de ácido maleico concentrada, a qual será então reciclada para a fase inicial do processo para o tratamento posterior de biomassa lignocelulósica adicional. Outros métodos de recuperação de ácido dicarboxílico podem ser realizados através de adsorção, acidificação, cromatografia, cristalização ou precipitação, ou uma combinação destes métodos. Estas etapas de processo que permitem que o ácido dicarboxílico seja reciclado podem ser usadas para reduzir os custos de catalisador do processo total.

Com referência à Figura 2, uma modalidade de tratamento de biomassa lignocelulósica com um ácido dicarboxílico, incluindo reciclo do ácido dicarboxílico para o início do processo, é mostrada. Nesta Figura, o ácido dicarboxílico usado é ácido maleico. Biomassa lignocelulósica 50 e ácido maleico 54 são misturados e reagem para hidrolisar 56 a porção de hemicelulose da biomassa 50 e fornecer uma porção líquida contendo xilose. O ácido maleico 54 pode ser composto de ácido maleico reciclado 78, recuperado durante a recuperação de etanol, e ácido maleico adicional fresco 52, o qual pode ser adicionado como ácido maleico ou anidrido maleico. O ácido maleico fresco 52 pode constituir o volume de ácido maleico 54 adicionado à hidrólise de hemicelulose 56, especialmente quando se inicia o processo outra vez e há pouco ou nenhum ácido maleico reciclado 78 disponível.

Após a completa hidrólise da hemicelulose 56, a mistura resultante de solução de xilose e sólidos contendo celulose (glucano) é enviada para um dispositivo de separação 58 para separar os sólidos e líquidos. Por exemplo, um filtro pode ser usado, mas qualquer outro dispositivo usado na técnica para separações de sólido/líquido pode ser usado. A porção líquida 60 contendo xilose é enviada para uma etapa de fermentação 64, em que levedura 62 é adicionada e a xilose é fermentada para etanol, produzindo um primeiro material contendo etanol. A levedura 62 pode ser uma levedura capaz de fermentar tanto xilose quanto glicose, ou pode ser uma levedura de fermentação de xilose recombinante, ou outros organismos ou levedura conhecidos na técnica de fermentação de açúcares para etanol.

Os sólidos 66 provenientes da separação, que contêm celulose (material contendo glicose ou glucano), podem ser enviados para uma etapa de hidrólise 70, em que uma enzima 68 é adicionada aos sólidos 66 e a mistura é submetida a condições normais de hidrólise enzimática, as quais podem incluir ajustes de pH e controles de temperatura para fornecer um material contendo glicose. A etapa de hidrólise 70 pode ocorrer quase que ao mesmo tempo da etapa de fermentação da xilose 64. Após a realização das etapas de fermentação de xilose 64 e hidrólise de celulose 70, o material resultante de ambas as etapas é combinado em uma etapa de fermentação de glicose 74. A combinação do primeiro material contendo etanol da fermentação da xilose com o material contendo glicose permite a fermentação da glicose 72 da hidrólise de celulose 70 sem a necessidade de adicionar mais

9/10 levedura. A levedura adicionada para a fermentação de xilose 64 pode ser usada para a fermentação de glicose 74, aumentando assim a eficiência do processo.

Após a completa fermentação da glicose, um segundo material de etanol é obtido, o qual é enviado para recuperação 76 do etanol. A recuperação do etanol pode ser feita através de destilação. O resíduo deixado após a recuperação de etanol será rico em ácido maleico, e adicionalmente tratado através de destilação a pressão reduzida adicional ou uma etapa de cristalização para recuperar o ácido maleico, no entanto, deve ser entendido que outros métodos conhecidos na técnica para a recuperação de um ácido carboxílico podem ser usados para recuperar o ácido maleico. O ácido maleico recuperado pode então ser reciclado 78 de volta para o início do processo 54, em que o ácido maleico fresco 52 pode ser adicionado para utilização no tratamento de porções adicionais de biomassa lignocelulósica.

Exemplo 1

Palha de milho ou outro material lignocelulósico (biomassa) entra no processo, onde é misturado com ácido maleico (em água) como um simulador de enzima. Em seguida, é realizado cozimento da mistura de ácido maleico e material de biomassa entre 150 °C e 170 °C por períodos de 2 minutos a 30 minutos. A hidrólise de 40 g/l de palha de milho utiliza uma concentração de ácido maleico de 50 mmol, enquanto que 150 g/l de palha de milho utiliza a concentração proporcionalmente mais alta de 200 mmol de ácido maleico, mantendo assim a relação de diácido/palha de milho em um nível quase constante. As porções líquida rica em xilose e sólida rica em glucano da mistura hidrolisada são separadas através de filtração. A adição de enzima celulase à porção rica em glucano resulta em 90% de hidrólise de celulose em glicose em concentrações de lignoceluloses de até 150 g/l, produzindo uma solução de açúcar que é facilmente fermentada.

A fermentação do líquido rico em xilose foi realizada em um pH de cerca de 6, com o ácido maleico sendo neutralizado utilizando hidróxido de cálcio e, em seguida fermentando o material rico em xilose resultante a 30 °C por 72 horas. Uma vez que a fermentação é realizada, o etanol pode então ser recuperado através de destilação e, consequentemente, o ácido maleico (que tem um alto ponto de ebulição, sendo estável até 220 °C) é recuperado, e pode ser concentrado na corrente de fundo da coluna de fermentação. Além disso, evaporação fornecerá uma corrente de ácido maleico concentrada, a qual será então reciclada para a fase inicial do processo para utilização em tratamento posterior de biomassa adicional. Recuperação de 80% do ácido maleico resultará em custos de enzima ou simuladores de enzima inferiores a 20 dólares/galão, quando combinada com bioprocessamento consolidado. Este é um processo potencialmente atrativo para a produção de etanol quando há possibilidade dos custos de enzima exceder vários dólares/galão de acordo com a literatura.

O uso dos termos um e uma e a/o, e referências similares no contexto da descrição da invenção (especialmente no contexto das reivindicações a seguir) devem ser in

10/10 terpretados de forma a abranger tanto o singular quanto o plural, salvo indicação em contrá' rio aqui ou claramente contradito pelo contexto. Recitação de faixas de valores descritas aqui se destina meramente a servir como um método rápido de referência individual a cada valor separado que esteja dentro da faixa, salvo indicação em contrário aqui, e cada valor 5 separado é incorporado na especificação como se fosse individualmente recitado aqui. Todos os métodos descritos aqui podem ser realizados em qualquer ordem adequada, salvo indicação em contrário aqui ou claramente contradito pelo contexto. O uso de qualquer um ou todos os exemplos, ou linguagem exemplar (por exemplo, tal como), fornecidos aqui, destina-se apenas ao melhor esclarecimento da invenção e não representa uma limitação 10 no escopo da invenção, salvo reivindicação em contrário. Nenhuma linguagem na especificação deve ser interpretada como indicando algum elemento não reivindicado como essencial para a prática da invenção.

Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nas Figuras e descrição acima, esta deve ser considerada como tendo caráter ilustrativo e não restritivo, sen15 do entendido que apenas a modalidade preferida foi mostrada e descrita, e que todas as alterações e modificações incluídas no espírito da invenção devem ser almejadas à proteção. Além disso, todas as referências citadas aqui são indicativas do nível de pessoas versadas na técnica e são incorporadas aqui por referência em suas totalidades.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para produzir etanol a partir de biomassa lignocelulósica, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

tratar uma biomassa lignocelulósica com um ácido dicarboxílico para hidrolisar hemicelulose da biomassa lignocelulósica em xilose;

separar a biomassa lignocelulósica tratada para obter um material sólido contendo celulose e uma porção líquida contendo xilose;

fermentar a porção líquida contendo xilose para fornecer um primeiro material contendo etanol;

hidrolisar a celulose da porção sólida para fornecer um meio contendo glicose; combinar o primeiro material contendo etanol com o meio contendo glicose; fermentar o meio contendo glicose após a adição do primeiro material contendo etanol para fornecer um segundo material contendo etanol;

isolar o etanol do segundo material contendo etanol deixando um resíduo; e recuperar o ácido dicarboxílico do resíduo para fornecer um ácido dicarboxílico recuperado.
2. Processo para produzir etanol a partir de biomassa lignocelulósica, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

processar uma primeira porção de biomassa lignocelulósica, o processamento compreendendo:

tratar a biomassa lignocelulósica com um ácido dicarboxílico para hidrolisar hemicelulose da biomassa lignocelulósica em xilose;

separar a biomassa lignocelulósica tratada para separar um material sólido contendo celulose de uma porção líquida contendo xilose;

fermentar a porção líquida contendo xilose para fornecer um primeiro material contendo etanol;

hidrolisar a celulose da porção sólida para fornecer um meio contendo glicose; combinar o primeiro material contendo etanol com o meio contendo glicose;

fermentar o meio contendo glicose para fornecer um segundo material contendo etanol;

isolar o etanol do segundo material contendo etanol deixando um resíduo; recuperar o ácido dicarboxílico do resíduo; e tratar uma segunda porção de biomassa lignocelulósica com o ácido dicarboxílico recuperado.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente tratar biomassa lignocelulósica adicional com o ácido dicarboxílico recuperado para hidrolisar hemicelulose da biomassa lignocelulósica em xilose.

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4. Processo, de acordo com quaisquer das reivindicações 1, 2 ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a combinação do primeiro material contendo etanol com o meio contendo glicose ocorre antes que a hidrólise da celulose da porção sólida seja completa.
5 5. Processo, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 4,

CARACTERIZADO pelo fato de que a levedura usada na fermentação do meio contendo glicose é fornecida apenas a partir da primeira solução de etanol.
6. Processo, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o ácido dicarboxílico é ácido maleico.

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7. Processo, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 5,

CARACTERIZADO pelo fato de que o ácido dicarboxílico é ácido succínico.
8. Processo, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 ou 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção líquida contendo xilose é neutralizada com um agente de neutralização antes que fermentação ocorra.

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9.Processos, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADOS pelo fato de que o agente de neutralização é um composto de nitrogênio básico.
10. Processos, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADOS pelo fato de que o agente de neutralização é amônia.

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11. Processos, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADOS pelo fato de

20 que o agente de neutralização é amônia aquosa.
12. Processos, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADOS pelo fato de que o agente de neutralização é hidróxido de amônio.