BR112013010725B1

BR112013010725B1 - método para tratamento de biomassa para a produção de açúcares a partir de materiais contendo polissacarídeos, para uso em biocombustíveis ou outros produtos de elevado valor, e, composição

Info

Publication number: BR112013010725B1
Application number: BR112013010725-1A
Authority: BR
Inventors: Robert Lawrence Blackbourn; Paul Richard Weider
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B.V.
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2018-12-04
Also published as: US9212401B2; BR112013010725A2; US9290821B2; CA2815904C; EP2635712A1; AU2011323322A1; ES2484799T3; CN103189526B; CN103189526A; AU2011323322B2; PL2635712T3; CN104651539B; US20130196400A1; US20160122837A1; WO2012061596A1; CA2815904A1; US20120122152A1; US10961595B2; CN104651539A; EP2635712B1

Description

(54) Título: MÉTODO PARA TRATAMENTO DE BIOMASSA PARA A PRODUÇÃO DE AÇÚCARES A PARTIR DE MATERIAIS CONTENDO POLISSACARÍDEOS, PARA USO EM BIOCOMBUSTÍVEIS OU OUTROS PRODUTOS DE ELEVADO VALOR, E, COMPOSIÇÃO (73) Titular: SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V., Companhia Holandesa. Endereço: CAREL VAN BYLANDTLAAN 30, NL-2596 HR HAIA, HOLANDA(NL) (72) Inventor: ROBERT LAWRENCE BLACKBOURN; PAUL RICHARD WEIDER.

Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 03/11/2011, observadas as condições legais

Expedida em: 04/12/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/49 “MÉTODO PARA TRATAMENTO DE BIOMASSA PARA A PRODUÇÃO DE AÇÚCARES A PARTIR DE MATERIAIS CONTENDO POLISSACARÍDEOS, PARA USO EM BIOCOMBUSTÍVEIS OU OUTROS PRODUTOS DE ELEVADO VALOR, E, COMPOSIÇÃO” CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A invenção se refere a um processo para o tratamento de biomassa e, mais especificamente, a um pré-tratamento de biomassa para a produção de açúcares a partir de materiais contendo polissacarídeos, para uso em biocombustíveis ou outros produtos de elevado valor.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] A biomassa lignocelulósica é vista como um recurso renovável abundante para combustíveis e produtos químicos, devido à presença de açúcares nas paredes celulares das plantas. Mais do que 50% do carbono orgânico sobre a superfície da terra está contida em plantas. Esta biomassa lignocelulósica é composta de hemicelulose, celulose e porções menores de lignina e proteína. A celulose é um polímero formado principalmente por condensação de glicose e hemicelulose polimerizadas é um precursor de pentose, principalmente xilose. Estes açúcares podem ser facilmente convertidos em combustíveis e componentes valiosos, desde que eles possam ser liberados a partir das paredes celulares e polímeros que contêm os mesmos. No entanto, as paredes celulares das plantas desenvolveram resistência considerável a ruptura microbiana, mecânica ou química para dar os açúcares componentes. Uma série de abordagens para superar esta resistência foi realizada e a ruptura destes polímeros em açúcares, sacarificação, tem um histórico longo. Os métodos gerais estão descritos de forma esquemática na Figura 1.

[0003] As abordagens originais que datam do início do século 19 envolvem a hidrólise química completa usando ácidos minerais concentrados, tais como ácido clorídrico, ácido nítrico ou sulfúrico. Numerosas melhorias

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2/49 nestes processos foram efetuadas para ganhar rendimentos mais elevados de açúcar a partir da carga de alimentação de biomassa. Estas abordagens de concentração de ácido maiores proporcionam rendimentos mais elevados de açúcares, mas devido a razões econômicas e ambientais, os ácidos devem ser recuperados. O principal obstáculo para praticar esta forma de sacarificação tem sido os desafios associados com a recuperação do ácido (M. Galbe e G. Zacchi, A review of the production of ethanol from softwood, Appl. Microbiol. Biotechnol. 59 (2002), pp. 618-628). Esforços recentes para a separação do ácido sulfúrico e dos açúcares usando separação por resina iônica ou ácido clorídrico e açúcares via extração por amina e subsequente regeneração térmica do ácido foram descritos na patente US 5.820.687 e WO2010026572. Ambas as abordagens são complicadas e caras.

[0004] Processos de ácido diluído também foram tentados para realizar sacarificação química e um tal exemplo é o processo Scholler Tomesch. No entanto o uso de ácido diluído requer temperaturas mais elevadas e isso geralmente resulta em baixos rendimentos dos açúcares desejados devido à degradação térmica dos monossacarídeos. Várias abordagens deste tipo foram feitas no passado, e todas falharam em atender obstáculos econômicos. Ver Lim Koon Ong, Conversion of lignocellulosic biomass to fuel ethanol- A brief review, The Planter, Vol. 80, No. 941, agosto 2004 e Cell Wall Saccharification, Ralf Moller, Outputs from the EPOBIO project, 2006; publicado por CPL Press, Tall Gables, The Sydings, Speen, Newbury, Berks RG14 1RZ, UK.

[0005] A sacarificação da celulose enzimaticamente mantém uma promessa de maiores rendimentos de açúcares em condições mais suaves e, portanto, é considerado por muitos como sendo mais economicamente atraente. A resistência severa da biomassa bruta a hidrólise enzimática exige um pré-tratamento para melhorar a susceptibilidade da celulose para enzimas hidrolíticas. Vários métodos de pré-tratamento, tais como os descritos em

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Nathan Mosier, Charles Wyman, Bruce Dale, Richard Elander, Y. Y. Lee, Mark Holtzapple, Michael Ladisch Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass Bioresource Technology 96 (2005) pp.673-686, foram desenvolvidos para modificar a composição química e estrutural da biomassa para melhorar a conversão enzimática. Tais métodos incluem o tratamento com explosão com vapor de ácido diluído descrito na patente US No. 4.461.648, pré-tratamento hidrotérmico sem a adição de produtos químicos descritos no documento WO 2007/009463 A2, explosão com congelamento de amônia, descrito em AFEX; Holtzapple, Μ. T., Jun, J., Ashok, G., Patibandla, S.L., Dale, B.E., 1991, The ammonia freeze explosion (AFEX) process— a practical ligno cellulose pretreatment, Applied Biochemistry and Biotechnology 28/29, pp. 59-74, e extração por organosolv descrito em patente US 4.409.032. Apesar disso, o pré-tratamento foi citado como o processo mais caro em conversão de biomassa em combustíveis (Methods for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production Ind. Eng. Chem. Res., 2009,48(8), 3713-3729).

[0006] Um pré-tratamento que foi intensamente explorado é um processo de ácido sulfúrico (H2SO4) diluído em temperatura elevada, que hidrolisa de forma eficaz a porção hemicelulósica da biomassa em açúcares solúveis e expõe a celulose de modo a que a sacarificação enzimática é bem sucedida. Os parâmetros que podem ser empregados para controlar as condições de pré-tratamento são tempo, temperatura e carga de ácido. Estes são com frequência combinados em uma equação matemática denominada fator de severidade combinado. Em geral, quanto maior a carga de ácido empregada, menor será a temperatura que pode ser empregada, o que é acompanhado por custo de ácido e a sua reciclo. Inversamente, quanto menor for a temperatura, mais tempo demora o processo de pré-tratamento, o é acompanhado do custo de produtividade volumétrica. É desejável reduzir a temperatura porque os açúcares pentose prontamente se decompõem para

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4/49 formar furfurais e outras espécies que representa uma perda de rendimento e estes compostos são venenos para a fermentação a jusante. No entanto, o uso de concentrações mais elevadas de ácido requer reduzir as temperaturas de pré-tratamento abaixo das em que a formação de furfural toma-se fácil (B. P. Lavarack, G. J. Griffin, D. Rodman The acid hydrolysis of sugarcane bagasse hemicelluloses to product xylose, arabinose, glicose and other products. Biomass and Bioenergy 23 (2002) pp.367-380) e uma vez mais requer a recuperação do ácido forte. Se forem usadas correntes de ácido diluído e temperaturas mais elevadas, a reação de pré-tratamento produz quantidades aumentadas de furfural e o ácido passando a jusante deve ser neutralizado, resultando em sais inorgânicos o que complica o processamento a jusante e requer sistemas de tratamento de águas residuais mais caros.

[0007] W02010/046051 descreve um processo para a produção de lipídios a partir de biomassa incluindo pelo menos um polissacarídeo compreendendo: sujeitar a referida biomassa a hidrólise ácida na presença de uma solução aquosa de pelo menos um ácido orgânico selecionado a partir de ácidos alquil- ou aril-sulfônicos tendo a partir de C7 a C20 átomos de carbono, preferencialmente a partir de C9 a C15 átomos de carbono, ou de ácidos carboxílicos halogenados, a uma temperatura variando de 80°C a 160°C, preferencialmente de 100°C a 150°C, obtendo uma primeira mistura compreendendo uma primeira fase sóbda e uma primeira fase aquosa; sujeitar a referida primeira mistura a hidrólise enzimática, obtendo uma segunda mistura compreendendo uma segunda fase sóbda e uma segunda fase aquosa; sujeitar a referida segunda fase aquosa a fermentação na presença de pelo menos uma levedura oleaginosa obtendo uma biomassa celular oleaginosa compreendendo bpídios. De modo a recuperar os ácidos sulfônicos utilizados em W02010/046051, é necessária a extração, exigindo quantidades significativas de solventes orgânicos.

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SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0008] Com base na informação acima, é desejável utilizar um ácido forte, que é facilmente revertido em componentes recuperáveis e recicláveis, preferivelmente neutros. Tal sistema se beneficiaria tanto dos métodos de hidrólise com ácido concentrada como de pré-tratamento de biomassa de ácido diluído.

[0009] Em uma forma de realização a presente invenção compreende um método compreendendo: (a) prover uma biomassa contendo polissacarídeos e (b) contactar a biomassa com uma solução contendo pelo menos um ácido alfa-hidroxissulfônico assim hidrolisando a biomassa para produzir pelo menos um açúcar fermentável contendo o produto, e (c) remover opcionalmente um ácido alfa-hidroxissulfônico na sua forma de componente a partir do produto por aquecimento e/ou redução da pressão para produzir um produto com o ácido removido contendo pelo menos um açúcar fermentável substancialmente livre do ácido alfa-hidroxissulfônico.

[00010] Em outra forma de realização, um método compreende a reciclo do ácido alfa-hidroxissulfônico removido como componentes para a etapa (b) como componentes ou em sua forma recombinada.

[00011] Ainda em outra forma de realização, um método compreende ainda a hidrólise mais do produto com o ácido removido.

[00012] Ainda em outra forma de realização, um método compreende a fermentação de uma corrente contendo os açúcares produzidos pelos métodos acima.

[00013] Ainda em outra forma de realização, uma composição compreende (a) biomassa contendo polissacarídeos, (b) pelo menos um ácido alfa-hidroxissulfônico, e (c) água.

[00014] Ainda em outra forma de realização, uma composição compreende (a) biomassa contendo polissacarídeos, (b) pelo menos um ácido alfa-hidroxissulfônico (c) água, e (d) pelo menos um açúcar fermentável.

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6/49 [00015] Os aspectos característicos e vantagens da invenção serão evidentes para os versados na arte. Enquanto numerosas alterações podem ser feitas pelos versados na arte, tais mudanças estão dentro do espírito da invenção. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [00016] Este desenho ilustra certos aspectos de algumas das formas de realização da invenção, e não devem ser usados para limitar ou definir a presente invenção.

[00017] Figura 1 ilustra esquematicamente um fluxograma de bloco de tratamentos de lignocelulose.

[00018] Figura 2 ilustra esquematicamente um fluxograma de blocos de uma forma de realização da presente invenção do processo de tratamento de biomassa.

[00019] Figura 3 ilustra esquematicamente um fluxograma de blocos de outra forma de realização do processo de tratamento de biomassa da invenção. [00020] Figura 4 mostra a xilose recuperada com tempo, na presença de 10 % em peso ácido alfa-hidroxietanossulfônico e 10,7% de biomassa em comparação com o exemplo comparativo com apenas água, biomassa e SO2. [00021] Figura 5 mostra a gramas de Furfural/gramas de xilose produzida com curso de tempo, na presença de um ácido alfahidroxissulfônico e 10 % em peso de bagaço.

[00022] Figura 6 mostra um gráfico IR tridimensional, traçando espectros de IR individuais no curso do tempo a partir do tratamento de bagaço com 20% em peso de ácido alfa-hidroxietano-sulfônico, a 100°C, seguido por reversão do ácido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [00023] Verificou-se que a presente invenção provê um método melhorado para o tratamento com ácido de biomassa em um processo para a produção de açúcares e biocombustíveis. O ácido alfa-hidroxissulfônico é eficaz para o tratamento de biomassa hidrolisando a biomassa em açúcares

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7/49 fermentáveis como pentose, como xilose, em temperatura menor, por exemplo, 100°C, para um ácido alfa-hidroximetano-sulfônico ou ácido alfahidroxietano, produzindo pouca ou nenhuma furfural no processo. Uma porção da celulose também foi mostrada como hidrolisando sob estas condições relativamente suaves. Verificou-se que outros polissacarídeos, tais como amido, também são prontamente hidrolisados em açúcares componentes por ácidos alfa-hidróxi sulfônicos. Além disso, o ácido alfa-hidroxissulfônico é reversível para materiais prontamente removíveis e recicláveis diferente dos ácidos minerais, tais como ácido sulfúrico, fosfórico ou clorídrico. As temperaturas mais baixas e pressões empregadas no tratamento de biomassa conduzem a menores custos de equipamento. A biomassa pré-tratada desta forma foi mostrada como sendo altamente susceptível à sacarificação adicional especialmente sacarificação mediada por enzima.

[00024] Os ácidos alfa-hidroxissulfônicos de fórmula geral OH

R, RASOU I em que Ri e R₂ são, individualmente, hidrogênio ou hidrocarbila com até 9 átomos de carbono, que podem ou não conter oxigênio podem ser usados no tratamento da presente invenção. O ácido alfahidroxissulfônico pode ser uma mistura dos ácidos acima mencionados. O ácido pode ser geralmente preparado por reação de pelo menos um composto carbonila ou um precursor do composto carbonila (por exemplo, trioxano e paraformaldeído) com dióxido de enxofre ou um precursor de dióxido de enxofre (por exemplo, enxofre e oxidante, ou trióxido de enxofre e agente de redução) e água de acordo com a equação geral 1 a seguir:

O

À

Rj R₂

HO SO₃H

Ri r₂

110

Ri so/ r₂ + ΙΓ em que Ri e R₂ são, individualmente, hidrogênio ou

Petição 870180073787, de 22/08/2018, pág. 16/62 hidrocarbila com até 9 átomos de carbono ou uma mistura dos mesmos. [00025] Exemplos ilustrativos de compostos de carbonila utilizáveis para preparar os ácidos alfa-hidroxissulfônicos usados nesta invenção são encontrados em que

R,=R₂=H (formaldeído)

Ri=H, R₂=CH₃ (acetaldeído)

Ri=H, R2=CH₂CH₃ (propionaldeído)

Ri=H, R₂= CH₂CH₂CH₃ (n-butiraldeído)Ri=H, R₂=CH(CH₃)₂ (i-butiraldeído)

Ri=H, R₂= CH₂OH (glicolaldeído)

Ri=H, R₂= CHOHCH₂OH (gliceraldeído)

Ri=H, R₂= C(=O)H (glioxal)

CCI1CI1CIIO

Ri=H, R₂= I-1 (furfural)

C(CII)₄C(OII)

Ri=H, R₂= I-1 (salicilaldeído)

C(CH)₄CH

Ri=H, R₂= I-1 (benzaldeído)

Ri=R₂=CH₃ (acetona)

Ri=CH₂0H, R₂=CH₃ (acetol)

Ri=CH₃, R₂=CH₂CH₃ (metil etil cetona)

Ri=CH₃, R₂=CHC(CH₃)₂ (óxido de mesitila)

Ri=CH₃, R₂=CH₂CH(CH₃)₂ (metil i-butil cetona)

Ri; R₂=(CH₂)₅ (ciclohexanona) ou Ri=CH₃, R₂=CH₂C1 (cloroacetona).

[00026] Os compostos carbonilas e os seus precursores podem ser uma mistura de compostos descritos acima. Por exemplo, a mistura pode ser um composto carbonila ou um precursor, tal como, por exemplo, trioxano, que é conhecida como revertendo termicamente em formaldeído, a temperaturas elevadas ou em um álcool que pode ser convertido no aldeído por

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9/49 desidrogenação do álcool em um aldeído, por qualquer um dos métodos conhecidos. Um exemplo de tal conversão em aldeído a partir do álcool é descrito abaixo. Um exemplo de uma fonte de compostos carbonila pode ser uma mistura de hidroxiacetaldeído e outros aldeídos e cetonas produzidas a partir de óleo de pirólise rápida, como descrito em Fast Pyrolysis and Bio-oil Upgrading, Biomass-to-Diesel Workshop, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington, 5-6 de setembro de 2006. Os compostos carbonila e os seus precursores podem também ser uma mistura de cetonas e/ou aldeídos, com ou sem os alcoóis que podem ser convertidos em cetonas e/ou aldeídos, preferivelmente na faixa de 1 a 7 átomos de carbono.

[00027] A preparação de ácidos alfa-hidroxissulfônicos pela combinação de um composto carbonila orgânico, SO₂ e água é uma reação geral e está ilustrada na equação 2 para acetona.

bbO + S0₅ +

O

X

[00028] Os ácidos alfa-hidroxissulfônicos parecem ser tão fortes como, se não mais fortes do que HC1, uma vez que uma solução de aquosa do produto de aduto foi avaliada para reagir com NaCl liberando o ácido mais fraco, HC1 (ver US 3.549.319). A reação na equação 1 é um verdadeiro equilíbrio, o que resulta na reversibilidade fácil do ácido. Isto é, quando aquecido, o equilíbrio se desloca para a carbonila de partida, dióxido de enxofre e água (forma de componentes). Se os componentes voláteis (por exemplo, dióxido de enxofre), são deixados partir da mistura de reação através de vaporização, ou outros métodos, a reação de ácido completamente inverte e a solução toma-se efetivamente neutra. Assim, aumentando a temperatura e/ou a diminuindo a pressão, o dióxido de enxofre pode ser expulso e a reação inverte completamente devido ao princípio de Le

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Châtelier, o destino do composto carbonila é dependente da natureza do material empregado. Se carbonila é também volátil (por exemplo, acetaldeído), o material é também facilmente removido na fase de vapor. Compostos carbonila tais como benzaldeído, que são pouco solúveis em água podem formar uma segunda fase orgânica e ser separados por meios mecânicos. Assim, a carbonila pode ser removida por meios convencionais, por exemplo, aplicação contínua de calor e/ou vácuo, vapor e extração de nitrogênio, lavagem com solvente, centrifugação, etc. Portanto, a formação destes ácidos é reversível, em que à medida que a temperatura é elevada, o dióxido de enxofre e/ou aldeído e/ou cetona, podem ser destilados instantaneamente a partir da mistura e condensados ou absorvidos em outro local, a fim de serem reciclados. Verificou-se que estes ácidos reversíveis, que são aproximadamente tão fortes como ácidos minerais fortes, são eficazes nas reações de tratamento de biomassa. Os requerentes verificaram que estas reações de tratamento produzem muito poucos dos subprodutos indesejáveis, furfurais, produzidos por outros ácidos minerais convencionais. Além disso, uma vez que os ácidos são eficazmente removidos a partir da mistura de reação após o tratamento, a neutralização com base e a formação de sais para complicar o processamento a jusante são substancialmente evitadas. A capacidade de reverter e reciclar estes ácidos também permite o uso de concentrações maiores do que seria de outra forma economicamente ou ambientalmente prático. Como resultado direto, a temperatura empregada no tratamento de biomassa pode ser reduzida para diminuir a formação de subprodutos tais como furfural ou hidroximetilfurfural.

[00029] Verificou-se que a posição do equilíbrio dado na equação 1 em qualquer temperatura e pressão é altamente influenciada pela natureza do composto carbonila empregado, efeitos estereoquímicos eletrônicos tendo uma forte influência sobre a estabilidade térmica do ácido. Um volume mais estereoquímico em tomo da carbonila tende a favorecer uma menor

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11/49 estabilidade térmica da forma de ácido. Assim, pode-se ajustar a potência do ácido e a temperatura de decomposição fácil pela seleção do composto carbonila apropriado.

[00030] Em uma forma de realização, o material de partida de acetaldeído para produzir os ácidos alfa-hidroxissulfônicos pode ser fornecido através da conversão de etanol, produzido a partir da fermentação da biomassa tratada do processo da invenção, em acetaldeído por desidrogenação ou oxidação. A desidrogenação pode ser realizada tipicamente na presença de catalisadores de cobre ativados com zinco, cobalto ou cromo. Em temperaturas de reação de 260-290°C, a conversão do etanol por passagem é de 30-50% e a seletividade para acetaldeído está entre 90 e 95% em mol. Subprodutos incluem crotonaldeído, acetato de etila, e alcoóis superiores. O acetaldeído e etanol não convertido são separados do gás de exaustão rico em hidrogênio por lavagem com etanol e água. Acetaldeído puro é recuperado por destilação e, uma coluna adicional é usada para separar o etanol para reciclo a partir de produtos de ponto de ebulição maior. Pode não ser necessário fornecer aldeído puro para o processo de ácido alfahidroxissulfônico acima e a corrente em bruto pode ser suficiente. O gás efluente rico em hidrogênio é apropriado para reações de hidrogenação, ou pode ser usado como combustível para fornecer uma parte do calor endotérmico da reação de desidrogenação de etanol. O catalisador à base de cobre tem uma vida útil de vários anos, mas requer regeneração periódica. Em um processo de oxidação, o etanol pode ser convertido em acetaldeído na presença de ar ou oxigênio, e usando um catalisador de prata, sob a forma de uma gaze de arame ou de cristais brutos. Tipicamente, a reação é realizada a temperaturas entre 500° e 600°C, dependendo da razão de etanol para ar. Parte do acetaldeído é também formada por desidrogenação, com posterior combustão do hidrogênio para produzir água. A uma dada temperatura de reação, o calor endotérmico de desidrogenação parcialmente compensa o

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12/49 calor exotérmico de oxidação. Conversão de etanol por passagem está tipicamente entre 50 e 70%, e a seletividade para acetaldeído está na faixa de 95 a 97% em mol. Subprodutos incluem ácido acético, CO e CO₂. As fases de separação são semelhantes às do processo de desidrogenação, exceto que o vapor é gerado por recuperação de calor da corrente de efluente do reator. O vapor de gás residual consiste em nitrogênio contendo algum metano, hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono, ele pode ser usado como combustível pobre com baixo valor calorífico. Um método alternativo para produzir acetaldeído por oxidação em ar de etanol na presença de um catalisador de Fe-Mo. A reação pode ser realizada a 180-240°C e em pressão atmosférica usando um reator multitubular. De acordo com exemplos de patentes, as seletividades para o acetaldeído entre 95 e 99% em moles podem ser obtidas com níveis de conversão de etanol acima de 80%.

[00031] Tal como aqui usado, o termo biomassa designa materiais produzidos pelas plantas (por exemplo, folhas, raízes, sementes e caules). As fontes comuns de biomassa incluem: resíduos agrícolas (por exemplo, talos de milho, palha, cascas de sementes, restos de cana de açúcar, bagaço, cascas de nozes, e estrume de gado, aves e suínos), materiais de madeira (por exemplo, madeira ou casca, serragem, corte de madeira e sucata de fábricas); resíduos sólidos urbanos (por exemplo, resíduos de papel e aparas de quintal), e as culturas de energia (por exemplo, choupos, salgueiros, grama pânico, alfafa, pasto azul, milho, soja, algas e algas do mar). O termo biomassa também se refere aos blocos de construção primários de todos os acima, incluindo, mas não limitados a, sacarídeos, ligninas, celuloses, hemiceluloses e amidos. O termo polissacarídeos se refere a estruturas de carboidratos poliméricos, de unidades de repetição (ou mono-ou di-sacarídeos), unidas entre si por ligações glicosídicas. Estas estruturas são normalmente lineares, mas podem conter vários graus de ramificação. Exemplos incluem polissacarídeos de armazenamento tais como amido e glicogênio e polissacarídeos estruturais

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13/49 tais como celulose e quitina. A biomassa é tipicamente pré-processada para as partículas de tamanho apropriado, que pode incluir a moagem. Sem a intenção de restringir o âmbito da invenção, é tipicamente verificado que é mais fácil processar partículas menores de biomassa. A biomassa que é o tamanho reduzido para facilitar a manipulação (por exemplo, inferior a 1,3 cm) são materiais particularmente susceptíveis.

[00032] Em algumas formas de realização, as reações descritas abaixo são realizadas em qualquer sistema de desenho apropriado, incluindo os sistemas que compreendem de fluxo contínuo (CSTR, tal como reatores de fluxo tampão e), em vasos de batelada, semi-batelada ou múltiplos sistemas e reatores e reatores de fluxo contínuo de leitos compactados. Por razões estritamente de viabibdade econômica, é preferível que a invenção seja praticada usando um sistema de fluxo contínuo no estado de equilíbrio de estado estacionário. Em uma vantagem do processo em contraste com as reações de pré-tratamento de ácidos diluídos em que ácido residual é deixado na mistura de reação (<1% em peso de ácido sulfúrico), as temperaturas mais baixas usando estes ácidos (10 a 20% em peso) resultam em pressões substancialmente inferiores no reator, resultando em sistemas de processamento potencialmente menos caros, tais como reatores revestidos com plástico, reatores de aço inoxidável duplex, e reatores do tipo 2205. [00033] A Figura 2 mostra uma forma de reabzação da presente invenção para a conversão de biomassa em açúcares. Nesta forma de reabzação, uma carga de abmentação de biomassa 112 é introduzida a uma reação de hidrólise 114, juntamente com a corrente de reciclo 118. A reação de hidróbse 114 pode compreender um número de componentes, incluindo ácido alfa-hidroxissulfônico gerado in situ. O termo in situ tal como é aqui usado se refere a um componente que é produzido dentro do processo global, que não está bmitado a um reator particular, para a produção ou uso e, portanto, é sinônimo de um componente gerado em processo. A corrente de

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14/49 produto reagido 116 a partir 114 é introduzida no sistema de remoção de ácido 120, onde o ácido é removido na sua forma de componente e, então, é recuperado 122 (e, opcionalmente, depurado 124) e reciclado através da corrente de reciclo 118 para 114 e corrente de produto 126 contendo pelo menos um açúcar fermentável (por exemplo, pentose e opcionalmente hexose) substancialmente livre dos ácidos alfa-hidroxissulfônicos é produzida para processamento adicional. O ácido removido como componentes é reciclado em 114 como componentes e/ou em sua forma recombinada.

[00034] A Figura 3 mostra outra forma de realização da presente invenção para converter biomassa em açúcares. Nesta forma de realização, uma carga de alimentação de biomassa 112 é introduzida em uma reação de hidrólise 114, juntamente com uma corrente de reciclo de 118. A reação de hidrólise 114 pode compreender um número de componentes, incluindo ácido alfa-hidroxissulfônico gerado in situ. A corrente de produto de reação 116 a partir de 114 é introduzida no sistema de remoção do ácido 120, onde o ácido é removido na sua forma de componente, então é recuperado 122 (e, opcionalmente, enxaguado 124) e reciclado através da corrente de reciclo de 118 para 114 e corrente de produto 126 contendo pelo menos um açúcar fermentável (por exemplo, pentose e opcionalmente hexose) sem o ácido alfahidroxissulfônico ser produzido. O ácido é removido como componentes reciclados para 114 como componentes e/ou na sua forma recombinada. A corrente de produto 126 é separada por filtração 200 para produzir uma corrente líquida 210 contendo açúcares fermentáveis (por exemplo, pentose e hexose opcionalmente) e um corrente de sólido úmida 220 contendo celulose e lignina. [00035] Vários fatores afetam a conversão da carga de alimentação de biomassa na reação de hidrólise. O composto carbonila ou composto carbonila incipiente (como trioxano) com dióxido de enxofre e água devem ser adicionados a em uma quantidade e sob condições eficazes para formar os ácidos alfa-hidroxissulfônicos. A temperatura e pressão da reação de hidrólise

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15/49 devem estar na faixa para formar os ácidos alfa-hidroxissulfônicos e para hidrolisar biomassa em açúcares fermentáveis. A quantidade de composto carbonila ou seu precursor e dióxido de enxofre deve ser para produzir os ácidos alfa-hidroxissulfônicos na faixa de 1% em peso, preferivelmente de 5 % em peso, mais preferivelmente de 10 % em peso, a 55% em peso, preferivelmente a 50% em peso, mais preferencialmente até 40% em peso, com base na solução total. Para a reação, dióxido de enxofre em excesso não é necessário, mas o dióxido de enxofre em excesso pode ser usado para conduzir o equilíbrio em equivalente 1 para favorecer a forma de ácido em temperaturas elevadas. As condições de contato da reação de hidrólise podem ser conduzidas a temperaturas preferivelmente de pelo menos 50°C, dependendo dos ácidos alfa-hidroxissulfônicos usados, embora tal temperatura possa ser tão baixa como a temperatura ambiente, dependendo do ácido e da pressão usados. A condição de contato da reação de hidrólise pode variar preferivelmente até e incluindo 150°C, dependendo do ácido alfahidroxissulfônico usado. Em uma condição mais preferencial a temperatura é pelo menos de 80°C, com maior preferência pelo menos 100°C. Em uma condição mais preferida a faixa de temperatura vai até e inclui 90°C a 120°C A reação é preferencialmente conduzida a uma pressão tão baixa quanto possível, tendo em conta o requisito de conter o excesso de dióxido de enxofre. A reação pode também ser conduzida a uma pressão tão baixa como 1 bar, preferivelmente 4 bar, a uma pressão monométrica tão elevada como até 10 bar. A temperatura e a pressão ótima a serem usadas dependerão do ácido alfa-hidroxissulfônico particular escolhido e otimizado com base em considerações econômicas de metalurgia e de vasos contentores como praticados por versados na arte.

[00036] A quantidade de solução de ácido para a biomassa de peso seco determina a concentração final de açúcar fermentável obtida. Assim, uma concentração de biomassa tão elevada quanto possível é desejável. Isto é

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16/49 equilibrado pela natureza de absorção de biomassa, com mistura, transporte e transferência de calor se tomando cada vez mais difíceis à medida que a quantidade relativa de sólido para líquido na biomassa é aumentada. Numerosos métodos têm sido usados pelos versados na arte, para contornar estes obstáculos à mistura, transporte e transferência de calor. Assim, percentagem em peso de sólidos de biomassa para líquidos totais (consistência) pode ser tão baixa quanto 1% ou tão alta quanto 33%, dependendo do aparelho escolhido e da natureza da biomassa.

[00037] A temperatura da reação de hidrólise pode ser escolhida de modo que a quantidade máxima de carboidratos extraíveis é hidrolisada e extraída como açúcar fermentável (mais preferencialmente pentose e/ou hexose) a partir da carga de alimentação de biomassa enquanto limitando a formação de produtos de degradação.

[00038] Em algumas formas de realização, uma pluralidade de vasos reatores pode ser usada para realizar a reação de hidrólise. Esses vasos podem ter qualquer projeto capaz de realizar uma reação de hidrólise. Modelos de vasos reatores apropriados podem incluir, mas não estão limitados a, batelada, leito de gotejamento, concorrente, contracorrente, tanque agitado, ou reatores de leito fluidizado. O escalonamento de reatores pode ser empregado para chegar à solução mais econômica. Os sólidos na carga de alimentação da biomassa restantes podem então ser opcionalmente separados a partir da corrente de líquido, para permitir um processamento mais severo dos sólidos resistentes ou passar diretamente dentro da corrente de líquido para processamento adicional, que pode incluir hidrólise enzimática, fermentação, extração, destilação e/ou hidrogenação. Em outra forma de realização, uma série de vasos reatores pode ser usada com um perfil de temperatura crescente, de modo que uma fração de açúcar desejada é extraída em cada vaso. A saída de cada vaso pode então ser resfriada antes de se combinar as correntes, ou as correntes podem ser alimentadas individualmente à próxima reação para conversão.

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17/49 [00039] Modelos de reatores apropriados podem incluir, mas não estão limitados a, um reator retromisturado (por exemplo, um tanque agitado, uma coluna de borbulhamento, e/ou um reator misto de jato) podem ser empregados, se a viscosidade e as características da carga de alimentação biobaseada parcialmente digerida e meios de reação líquidos for suficiente para operar em um regime onde os sólidos da carga de alimentação biobaseados são colocados em suspensão em uma fase líquida em excesso (em oposição a um digestor de pilha empilhada). É também concebível que um reator de leito de gotejamento possa ser empregado com a biomassa presente como fase estacionária e uma solução de ácido alfahidroxissulfônico passando sobre o material.

[00040] O produto da reação de tratamento contém açúcar fermentável ou monossacarídeos, como pentose e/ou hexose, que é apropriado para posterior processamento. O ácido alfa-hidroxissulfônico residual pode ser removido por aplicação de calor e/ou de vácuo a partir da corrente de produto contendo açúcar fermentável para reverter a formação de ácido alfahidroxissulfônico para o seu material de partida para produzir uma corrente contendo açúcar fermentável substancialmente livre do ácido alfahidroxissulfônico. Em particular, a corrente de produto é substancialmente isenta de ácido alfa-hidroxissulfônico, significando que não mais do que 2 % em peso estão presentes na corrente de produto, preferivelmente não mais do que 1 % em peso, mais preferencialmente não mais do que 0,2 % em peso, mais preferivelmente não mais do que 0,1 em peso presentes na corrente de produto. A temperatura e a pressão dependerão do ácido alfahidroxissulfônico usado particular e minimização de temperaturas empregadas são desejáveis para preservar os açúcares obtidos em reações de tratamento. Tipicamente, a remoção pode ser conduzida a temperaturas na faixa de 50°C, preferivelmente entre 80°C e mais preferencialmente desde 90°C a 110°C, até 150°C. A pressão monométrica pode estar na faixa de 0,5 bar (manométrico), a 2 bar (manométrico), mais preferencialmente de 0,1

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18/49 bar(absoluto) a 1 bar (manométrico). Pode ser apreciado por uma pessoa versada na técnica, que a reação de tratamento 114 e de remoção do ácido 120 podem ocorrer no mesmo recipiente ou em um vaso diferente ou em um certo número de diferentes tipos de vasos, dependendo da configuração do reator e escalonamento desde que o sistema seja projetado de modo a que a reação é conduzida sob condições favoráveis para a formação e manutenção do ácido alfa-hidroxissulfônico e remoção favorável para a reação reversa (como componentes). Como um exemplo, a reação no vaso reator 114 pode ser operada a cerca de 100°C e uma pressão de 4 bar, na presença de ácido alfahidroxietanossulfônico e o vaso de remoção 120 pode ser operado a aproximadamente 110°C e uma pressão de 0,5 bar (manométrico). É ainda contemplado que a reversão pode ser favorecida pela destilação reativa do ácido alfa-hidroxissulfônico formado. No reciclo do ácido removido, opcionalmente compostos carbonila adicionais, SO₂, e água podem ser adicionados, como necessário. O material de partida e/ou o ácido alfahidroxissulfônico removidos podem ser condensados e/ou depurados por contato com água e reciclados para a reação 114.

[00041] Assim, uma mistura de reação típica contém (a) uma biomassa contendo polissacarídeos, (b) pelo menos um ácido alfa-hidroxissulfônico, e (c) água. Uma vez que alguma da biomassa é hidrolisada, a mistura de reação contém (a) uma biomassa contendo polissacarídeos, (b) pelo menos um ácido alfa-hidroxissulfônico (c) água e (d) pelo menos um açúcar fermentável. [00042] Em uma forma de realização, a corrente de produto contendo celulose pode ser ainda hidrolisada por outros métodos, por exemplo, enzimas para hidrolisar ainda a biomassa em produtos de açúcar contendo hexose e pentose (por exemplo, glicose) e fermentada para produzir alcoóis como descrito na publicação US 2009/0061490 e patente US 7781191.

[00043] Ainda em outra forma de realização, o açúcar fermentável pode ser convertido em furfural ou hidroximetilfurfural (HMF) ou ainda

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19/49 fermentado em alcoóis. Embora, em algumas formas de realização, poder ser desejável minimizar a formação de furfurais, se a formação de furfurais for desejada, a solução contendo ácido da etapa (b) pode ser ainda aquecida até uma temperatura na faixa de 110 a 160°C, preferencialmente na faixa de 120 a 150°C, para formar, pelo menos, uma corrente de produto contendo o furfural. Em uma forma de realização, a temperatura de etapa (b) é mantida a uma temperatura de 100°C ou menos, se for desejável a obtenção mínima de furfural na corrente de produto.

[00044] Ainda em outra forma de realização, os açúcares fermentáveis podem ser convertidos em hidrocarbonetos superiores como componente de biocombustível usando técnicas de hidrogenação catalítica e de condensação, em vez de outra hidrólise por enzimas e fermentação. Tipicamente, o produto contendo açúcar fermentável é contactado com hidrogênio na presença de um catalisador de hidrogenólise para formar uma pluralidade de intermediários oxigenados, e, então, ainda processando os intermediários oxigenados para produzir uma mistura de combustível em uma ou mais reações de processamento. Em uma forma de realização, a reação de condensação pode ser usada juntamente com outras reações para gerar uma mistura de combustível e pode ser catalisada por um catalisador compreendendo sítios funcionais ácidos ou básicos, ou ambos, para produzir um combustível líquido. Como usado aqui, o termo hidrocarbonetos superiores se refere a hidrocarbonetos tendo uma razão de oxigênio para carbono menor do que, pelo menos, um componente da carga de alimentação de biomassa. Tal como aqui usado, o termo hidrocarboneto se refere a um composto orgânico compreendendo primariamente hidrogênio e átomos de carbono, que também é um hidrocarboneto não substituído. Em certas formas de realização, os hidrocarbonetos da invenção também compreendem heteroátomos (por exemplo, oxigênio ou enxofre) e, assim, o termo hidrocarboneto pode também incluir hidrocarbonetos substituídos.

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20/49 [00045] Em tal exemplo, a corrente de produto contendo açúcar fermentável pode ser ainda processada para produzir misturas de compostos C4 + utilizáveis para biocombustíveis, como descrito em pubbcação US No. US2011/0154721 e pedido de patente US número de série 13/106509 depositado em 12 de maio de 2011. Como tal outro exemplo, a corrente de produto contendo açúcar fermentável pode ser processada para produzir misturas de compostos C4 + utibzáveis para biocombustíveis, como descrito na pubbcação US No. 20080216391. A alimentação de sóbdos também pode ser apropriada para uso em reações que de piróbse rápida conduzindo a combustíveis e produtos químicos.

[00046] O termo açúcar fermentável se refere a obgossacarídeos e monossacarídeos que podem ser usados como uma fonte de carbono (por exemplo, pentoses e hexoses) por um microrganismo em um processo de fermentação. É contemplado que o açúcar fermentável pode ser fermentado, como descrito acima, mas pode igualmente ser processado por outros métodos, sem fermentação para produzir combustíveis, como descrito acima. O termo pentose se refere a monossacarídeos, com cinco átomos de carbono. O termo hexose se refere a monossacarídeos, com seis átomos de carbono.

[00047] Em um processo de hidrólise enzimática - fermentação o pH da carga de abmentação pré-tratada para a hidróbse enzimática é tipicamente ajustada de modo a estar dentro de uma faixa que é ótima para as enzimas de celulase usadas. Geralmente, o pH da carga de abmentação pré-tratada é ajustado dentro de uma faixa de 3,0 a 7,0, ou qualquer pH entre esta faixa. [00048] A temperatura da carga de abmentação tratada é ajustada de modo que esteja dentro da faixa ótima para a atividade das enzimas de celulase. Geralmente, uma temperatura de 15°C a 100°C, 20°C a 85°C, 30°C a 70°C, preferivelmente ou a qualquer temperatura entre as mesmas, é apropriada para a maioria das enzimas de celulase. As enzimas de celulase e a enzima β-gbcosidase são adicionadas à carga de alimentação pré-tratada,

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21/49 antes de, durante, ou depois do ajuste da temperatura e pH da suspensão aquosa depois de pré-tratamento. De preferência, as enzimas de celulase e a enzima β-glicosidase são adicionadas à carga de alimentação lignocelulósica pré-tratada após o ajuste da temperatura e do pH da suspensão.

[00049] Pelo termo enzimas de celulase ou celulases, entende-se uma mistura de enzimas que hidrolisam celulose. A mistura pode incluir celobiohidrolases (CBH), glucobiohidrolases (PAP), endoglucanoses (EG), e β-glicosidase. Pelo termo β-glicosidase, pretende-se significar qualquer enzima que hidrolisa o dímero de glicose, celobiose, para glicose. Em um exemplo não limitativo, uma mistura de celulase pode incluir, enzimas EG, CBH, e β-glicosidase.

[00050] A hidrólise enzimática pode também ser realizada na presença de uma ou mais enzimas de xilanose. Exemplos de enzimas de xilanose que também podem ser usadas para esta finalidade e incluem, por exemplo, xilanose, 2 (Xynl e Xyn2) e β-xilosidase, que estão tipicamente presentes em misturas de celulase.

[00051] O processo pode ser realizado com qualquer tipo de enzimas de celulases, independentemente da sua origem. Exemplos não limitativos de celulases que podem ser usados incluem os obtidos a partir de fungos dos gêneros Aspergillus, Humicola, e Trichoderma, Myceliophthora, Chrysosporium e de bactérias do gênero Bacillus, Thermobifida e Thermotoga. Em algumas formas de realização, a célula hospedeira fúngica filamentosa é uma célula de Acremonium, Aspergillus, Aureobasidium, Bjerkandera, Ceriporiopsis, Chrysosporium, Coprinus, Coriolus, Cryptococcus, Filibasidium, Fusarium, Humicola, Magnaporthe, Mucor, Myceliophthora, Neocallimastix, Neurospora, Paecilomyces, Penicillium, Phanerochaete, Phlebia, Piromyces, Pleurotus, Schizophyllum, Talaromyces, Thermoascus, Thielavia, Tolypocladium, Trametes ou Trichoderma.

[00052] A dosagem de enzima de celulase é escolhida para converter a

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22/49 celulose da carga de alimentação pré-tratada em glicose. Por exemplo, uma dosagem apropriada de celulase pode ser 0,1-40,0 unidade(s) de papel de filtro (FPU ou IU) por grama de celulose, ou de qualquer quantidade presente entre estes. O termo unidade(s) de papel de filtro se refere à quantidade de enzima necessária para liberar 2 mg açúcar redutor (por exemplo, gbcose), a partir de um pedaço de 50 mg de papel de filtro Whatman N°1 em 1 hora a 50°C em aproximadamente pH 4,8.

[00053] Na prática, a hidróbse pode reabzada em um sistema de hidróbse, que pode incluir uma série de reatores de hidróbse. O número de reatores de hidróbse no sistema depende do custo dos reatores, o volume da suspensão aquosa, e outros fatores. A hidróbse enzimática com enzimas de celulase produz uma corrente aquosa de açúcar (hidrobsado), compreendendo gbcose, celulose não convertida, bgnina e outros componentes de açúcar. A hidróbse pode ser reabzada em duas etapas (ver patente US. No. 5.536.325), ou pode ser reabzada em uma única etapa.

[00054] No sistema de fermentação, a corrente aquosa de açúcar é então fermentada por um ou mais de um microorganismo de fermentação para produzir um caldo de fermentação, compreendendo o produto da fermentação do álcool utilizável como biocombustíveis. No sistema de fermentação, qualquer um de um número de microrganismos conhecidos (por exemplo, leveduras ou bactérias) pode ser usado para converter açúcar em etanol ou outros produtos de fermentação do álcool. Os microrganismos convertem açúcares, incluindo, mas não bmitados a gbcose, manose e galactose presentes na solução de açúcar clarificada em um produto de fermentação. [00055] Muitos microorganismos conhecidos podem ser usados no presente processo para produzir o álcool desejado para uso em biocombustíveis. Clostridium, Escherichia coli (E. coli) e cepas recombinantes de E. coli, cepa geneticamente modificada de Zymomonas mobilis, como descrito em US2003/0162271, 60/847, 813 e 60/847. 856 são

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23/49 alguns exemplos de tais bactérias. Os microrganismos podem ser ainda uma levedura ou um fungo filamentoso de um gênero Saccharomyces, Kluyveromyces, Candida, Pichia, Schizosaccharomyces, Hansenula, Kloeckera, Schwanniomyces, Yarrowia, Aspergillus, Trichoderma, Humicola, Acremonium, Fusarium e Penicillium. A fermentação pode também ser realizada com levedura recombinante projetada para fermentar os açúcares tanto pentose como hexose em etanol. Leveduras recombinantes que podem fermentar um ou ambos açúcares pentose xilose e arabinose em etanol encontram-se descritos nas patentes US. No. 5.789.210, patente US No. 6.475.768, patente européia EP 1.727.890, patente européia EP 1 863,901 e WO 2006/096130. Utilização de xilose pode ser mediada pela via de xilose redutase/xilitol desidrogenase (por exemplo, WO9742307 e W09513362 Al 19971113 19950518 Al) ou a via de xilose isomerase (por exemplo, W02007028811 e W02009109631). É também contemplado que o organismo de fermentação também pode produzir alcoóis graxos, por exemplo, como descrito nos documentos WO 2008/119082 e PCT/US 07/011923. Em outra forma de realização, a fermentação pode ser realizada por leveduras capazes de fermentar açúcares predominantemente C6, por exemplo, usando cepas disponíveis comercialmente, como Thermosacc e Superstart.

[00056] Preferivelmente, a fermentação é realizada em ou próximo da temperatura e pH ótimos do microorganismo de fermentação. Por exemplo, a temperatura pode ser de 25° a 55°C, ou de qualquer quantidade entre as mesmas. A dose do microorganismo de fermentação irá depender de outros fatores, tais como a atividade do microorganismo de fermentação, o tempo de fermentação desejado, o volume do reator e outros parâmetros. Será observado que estes parâmetros podem ser ajustados como desejado por um versado na arte para alcançar as condições ótimas de fermentação.

[00057] A fermentação pode ser realizada em modos em batelada,

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24/49 contínuo ou batelada alimentada, com ou sem agitação. O sistema de fermentação pode empregar uma série de reatores de fermentação.

[00058] Em algumas formas de realização, o sistema de hidrólise e o sistema de fermentação podem ser realizados no mesmo vaso. Em uma forma de realização, a hidrólise pode ser parcialmente completada e a corrente parcialmente hidrolisada pode ser fermentada. Em uma forma de realização, um processo de sacarificação e fermentação simultâneo (SSF), onde o sistema de hidrólise pode ser realizado até que o alvo final de porcentagem de sólidos ser atingido e, então, a biomassa hidrolisada pode ser transferida para um sistema de fermentação.

[00059] O sistema de fermentação produz uma corrente de álcool preferivelmente contendo pelo menos um álcool com 2 a 18 átomos de carbono. No sistema de recuperação, quando o produto a ser recuperado na corrente de álcool é um álcool destilável, tal como o etanol, o álcool pode ser recuperado por destilação de uma forma conhecida para separar este álcool de uma corrente aquosa. Se o produto a ser recuperado na corrente de álcool é um álcool não destilável, tais como alcoóis graxos, o álcool pode ser recuperado pela remoção de alcoóis como sólidos ou como óleos a partir do vaso de fermentação, separando-se assim da corrente de efluente aquoso. [00060] Apesar de a invenção ser susceptível a várias modificações e formas alternativas, formas de realização específicas da mesma são mostradas por meio de exemplos aqui descritos em detalhes. Deve ser entendido que a descrição detalhada da mesma não se destina a limitar a invenção à forma particular descrita, mas, ao contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas que estão dentro do espírito e escopo da presente invenção, tal como definida pelas reivindicações em anexo. A presente invenção será ilustrada pela seguinte forma de realização ilustrativa, a qual é dada apenas a título ilustrativo e não deve ser interpretada como limitando a invenção reivindicada em qualquer maneira.

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FORMAS DE REALIZAÇÃO ILUSTRATIVAS

Métodos Gerais e Materiais [00061] Nos exemplos, o aldeído ou os precursores de aldeído foram obtidos a partir da Sigma-Aldrich.

[00062] Bagaço completo possuindo os seguintes componentes analisados usando métodos TAPPI padrão (T-249, T-222, T-211) e a seguinte composição média, em um base no estado seco:

Glucano 44,5 % em peso Xilano 24,6 % em peso Lignina 23,25 % em peso Cinza 2,79 % em peso Outros 4,86 %

Métodos analíticos

Determinação de componentes oxigenados na camada aquosa.

[00063] Uma amostra ou padrão é analisado através de injeção em uma corrente de uma fase móvel, que flui através de uma coluna Bio-Rad (Aminex HPX-87H, de 300 mm x 7.8 mm). Sistema de HPLC em fase reversa (Shimadzu) equipado com detectores de RI e UV e os sinais são registrados como picos em um sistema de aquisição de dados e processamento de dados. Os componentes são quantificados usando calibração externa através de curvas de calibração com base em injeção de concentrações conhecidas dos componentes alvos. Alguns dos componentes foram calculados usando um ponto único de padrão. As amostras de referência continham 0,5 % em peso de glicose, xilose e sorbitol em água

Condições do instrumento HPLC:

Coluna: Bio-Rad Aminex HPX-87H (300 mm x 7,8 mm) Vazão: 0,6 ml/minuto

Forno de coluna: 30°C Volume de injeção de: 10 μΐ

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Detector UV: @320 NM

Detector RI: Modo - A; faixa - 100

Tempo de execução: 70 minutos

Fase Móvel: 5 mM Ácido sulfórico em água

Amostra é injetada diretamente ou diluída com água primeiro, mas garantindo que não há nenhuma indicação. Ela passa através do filtro de seringa de 0,2 pm, se há precipitação na amostra ou na amostra diluída. As amostras foram analisadas para glicose, xilose, celobiose, sorbitol, ácido fórmico, ácido acético, arabinose, hidroximetil furfural, e furfural. EXEMPLOS

Procedimento geral para formação de ácidos alfa-hidroxissulfônicos.

[00064] Os aldeídos e cetonas irão reagir rapidamente com o dióxido de enxofre em água para formar os ácidos alfa-hidroxissulfônicos, de acordo com a equação 1 acima. Estas reações são geralmente rápidas e um tanto exotérmicas. A ordem de adição (SO₂ para carbonila ou carbonila para SO₂) não parece afetar o resultado da reação. Se a carbonila for capaz de reações de aldol, a preparação de misturas concentradas (> 30% em peso) é melhor conduzida a temperaturas abaixo da temperatura ambiente para minimizar as reações laterais. Os requerentes descobriram que é benéfico controlar o curso da reação usando espectroscopia de infravermelho (ISIR) in situ empregando sondas capazes de serem inseridas em vasos ou sistemas de reação em pressão. Existem vários fabricantes de tais sistemas, tais como sonda Sentinal de Mettler Toledo AutoChem. Além de ser capaz de ver os materiais de partida: água (1640 cm¹, carbonila (de aproximadamente 1,750 cm'¹ a 1650 cm¹, dependendo da estrutura de carbonila orgânica) e SO2 (1331 cm¹), a formação do ácido alfa-hidroxissulfônico é acompanhada pela formação de bandas características do grupo SO3 (banda larga de cerca de 1.200 cm¹) e as extensões do grupo alfa-hidróxi (bandas únicas para múltiplas em tomo de 1,125 cm¹). Além de monitorar a formação de um ácido alfa-hidróxi

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27/49 sulfônico, a posição relativa do equilíbrio a qualquer temperatura e pressão pode ser facilmente avaliada pelas alturas relativas dos picos dos componentes de partida e do complexo de ácido. A presença definitiva do ácido alfa-hidróxi sulfônico sob condições de hidrólise da biomassa também pode ser confirmada com o ISIR e é possível monitorar o crescimento de açúcares na mistura de reação através da monitoração das bandas IR apropriadas.

Exemplo 1

Formação de ácido alfa-hidroxietano sulfônico a 40% em peso a partir de acetaldeído.

[00065] Em um vaso de reação de pressão de 340,19 g Lab-Crest (garrafa Fischer-Porter) foram colocados 260 gramas de água desgaseificada com nitrogênio. A isto foram adicionados 56,4 g de acetaldeído através de uma seringa, com agitação. A mistura de acetaldeído/água não mostrou nenhuma pressão de vapor aparente. Os conteúdos do frasco de Fischer-Porter foram transferidos para um reator de aço C276 de 600 ml resfriado equipado com dispositivo óptico IR SICOMP. Um vaso Hoke de extremidade única foram carregados com 81,9 gramas de dióxido de enxofre foi invertido e conectado ao topo do reator. O SO₂ foi adicionado ao sistema de reação em uma única porção. A pressão no reator subiu para cerca de 3 bar e depois rapidamente caiu até a pressão atmosférica como ISIR indicou o aparecimento e, então, o rápido consumo de SO₂. A temperatura da mistura de reação subiu aproximadamente 31°C, durante a formação do ácido (de 14°C a 45°C). ISIR e pressão de reação indicaram que a reação estava completa em aproximadamente 10 minutos. A solução final apresentou um espectro de infravermelho com as seguintes características: uma banda larga centrada 1.175 cm¹ e duas bandas agudas em 1038 cm'¹ e 1015 cm¹ O reator foi purgado por duas vezes por pressurização com nitrogênio a 3 bar e, então, ventilação. Isto produziu 397 gramas de uma solução estável de ácido alfaPetição 870180073787, de 22/08/2018, pág. 36/62

28/49 hidroxietano sulfônico a 40% em peso sem nenhum acetaldeído residual ou SO2. Uma amostra deste material foi dissolvida em dó-DMSO e analisada por ¹³C RMN, isto revelando duas absorvâncias de carbono em 81,4 e 18,9 ppm correspondendo aos dois carbonos de ácido alfa-hidroxietano sulfônico, sem outras impurezas orgânicas até o bmite de detecção (800: 1).

Exemplo 2

Formação de ácido alfa-hidroximetano sulfônico a 41% em peso a partir de trioxano.

[00066] Em um reator de aço de 600 ml C276 equipado com dispositivo óptico SICOMP IR foram adicionados 280,29 gramas de água desgaseificada com nitrogênio e 46,88 gramas de trioxano. O reator foi vedado e purgado com nitrogênio e um vaso de Hoke de uma extremidade, carregado com 101,26 gramas de dióxido de enxofre, foi invertido e conectado ao topo do reator. O SO2 foi adicionado ao sistema de reação em uma única porção. Não houve reação aparente e ISIR revelou bandas de IR consistentes apenas com os componentes de partida. Isto é consistente com o fato de que trioxano deve ser aquecido para gerar formaldeído carbonila. A mistura de reação foi aquecida a 105°C, com agitação, a pressão da mistura subindo para 8,3 bar. Ao se aproximar da temperatura alvo uma reação exotérmica ocorreu, a pressão no reator caiu para 4,1 bar devido ao consumo de SO2 e a temperatura subiu de 105°C a 124°C. ISIR e pressão de reação indicaram que a reação estava completa em aproximadamente 10 minutos, uma vez iniciada. A solução final apresentou um espectro de infravermelho com as seguintes características: uma banda larga centrada 1.185 cm¹ e uma banda aguda única a 1034 cm'¹ (um pico pequeno devido ao excesso de SO2 a 1331 cm¹ foi observado). Uma vez que o reator foi resfriado até temperatura ambiente e purgado duas vezes por pressurização com nitrogênio a 3 bar e, então, ventilado, isto produziu 423,92 gramas de uma solução estável de 41% em peso de ácido alfa-hidroximetano sulfônico sem formaldeído ou SO2 residual.

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29/49

Exemplo 3

Formação de ácido alfa-hidroximetano sulfônico a 40% em peso a partir de paraformaldeído.

[00067] Em uma autoclave de 600 ml vedado e aspergido com nitrogênio equipado com uma sonda IR SICOMP foram carregados 285,02 gramas (ml) de água deionizada aspergida com nitrogênio e 49,31 gramas de paraformaldeído (Aldrich 158127, batelada MKAA1858, 95%). A autoclave foi selada, aspergida com nitrogênio e agitada. ISIR mostrou água e paraformaldeído dissolvido. Um vaso de Hoke contendo 100,01 g de dióxido de enxofre é invertido, ligado ao reator como um injetor de caixa de sopro e o dióxido de enxofre injetado no reator através de uma válvula de esfera. ISIR imediatamente mostrou uma banda de SO2 crescente de 1,331 cm¹. A pressão no reator subiu para 3,31 bar (manométrico). Uma lenta reação inicia-se com bandas indicativas de ácido alfa-hidroximetano sulfônico crescendo dentro.l A reação acelera à medida que ocorre uma reação exotérmica, a temperatura do reator sobe de 25°C a 39°C, à medida que a pressão do reator cai para 0,5 bar (manométrico). ISIR mostra o crescimento rápido do ácido alfa-hidroximetano sulfônico e SO2 desaparece a partir da mistura de reação. O reator é deixado resfriar em temperatura ambiente e purgado duas vezes por pressurização com nitrogênio para 3 bar e, então, ventilado, isto produzindo 430 gramas de uma solução de ácido alfa-hidroximetano sulfônico a 40% em peso. Exemplo 4

Formação de ácido alfa-hidroxissulfônico a 10% em peso a partir de 2furaldeído.

[00068] Em uma autoclave de 600 ml, vedado e aspergido com nitrogênio, equipado com uma sonda IR SICOMP e banda de aquecimento, foram carregados 374,92 gramas de água deionizada aspergida com nitrogênio e 22,59 g de furfural (Aldrich batelada MKBC2892). Um vaso de

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Hoke contendo 15,25 gramas de dióxido de enxofre (234 mmol) é revertido e ligado ao reator como um injetor de caixa de sopro. O reator é fechado e purgado três vezes com gás nitrogênio. O agitador é ligado e aquisição ISIR iniciada. O dióxido de enxofre é injetado no reator através de uma válvula de esfera a pressão no reator brevemente chega a um pico a 2,25 bar (manométrico) e SO₂ na mistura de reação é observado no espectro de ISIR. A formação do ácido alfa-hidroximetanossulfônico foi imediatamente observada no ISIR pelo crescimento de uma banda ampla de 1,198 cm'¹ com um pico de ressalto a 1154 cm¹ e duas bandas agudas em 1034 cm'¹ e 1,015 cm¹. A temperatura do reator sobe de 26 para 29°C. Isto produz aproximadamente 410 gramas de uma solução de ácido alfa-hidroxissulfônico a 10% em peso.

Exemplo 5

Formação de ácido bis-alfa-hidroximetano sulfônico a 20% em peso.

[00069] Em um reator de 600 ml C276 equipado com sistema ótico IR foram carregados 366,36 gramas de água aspergida com nitrogênio e 63,45 gramas de solução glioxal a 40% em peso. O reator foi vedado, a agitação iniciada e purgado duas vezes com nitrogênio. Um vaso de Hoke contendo 58,56 gramas de dióxido de enxofre é invertido, ligado ao reator como injetor de caixa de sopro e o dióxido de enxofre injetado no reator através de uma válvula de esfera. ISIR imediatamente mostrou uma banda de SO₂crescendo a 1.331 cm'¹. A pressão no reator aumentou. Uma lenta reação inicia-se com bandas indicativas de ácido bis-hidroximetano sulfônico crescendo (pico amplo a 1202 cm¹ e um pico agudo a 1.030 cm¹). A reação acelera à medida que uma reação exotérmica ocorre, a temperatura do reator sobe de 23°C a 29°C, à medida que a pressão do reator cai. ISIR mostra o crescimento lento de ácido alfa-hidroximetano sulfônico e SO₂ desaparece gradualmente a partir da mistura de reação. O reator foi aquecido a 50°C e mantido ai durante 30 minutos para completar a reação. O reator é deixado

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31/49 resfriar em temperatura ambiente e a pressão no reator baixou para atmosférica. Existe apenas um traço de SO₂ no espectro ISIR (leve excesso empregado). Este foi purgado duas vezes por pressurização com nitrogênio para 3 bar e depois ventilado para remover o excesso de SO₂, o procedimento produziu 485 gramas de uma solução de ácido bis-alfa-hidroximetano sulfônico a 20% em peso. Note-se que as soluções comerciais de glioxal contêm muito pouco carbonila livre, a maior parte do material se ligou como hidratos e oligômeros, isto mostra que a formação do ácido alfahidroxissulfônico eficazmente desloca este equilíbrio para baixas temperaturas para reverter completamente toda a carbonila incipiente em bisácido complexado.

Exemplos 6-27

Hidrólise de biomassa com soluções de ácido alfa- sulfônicohidroximetano, os Exemplos 6 a 27.

[00070] Este é o procedimento geral para os Exemplos 6 a 27, as condições usadas e os resultados estão na Tabela 1, o tipo de ácido empregado está listado na coluna B, a concentração na coluna C, a temperatura alvo na coluna D, e o tempo em temperatura de reação na coluna E. Em uma autoclave de 300 ml equipada com uma sonda DiComp IR colocar aproximadamente 12 gramas de bagaço seco picado. Para isto, adicionar 100 gramas de uma solução de ácido alfa-hidroxietano sulfônico, vertendo cuidadosamente este material sobre o bagaço no reator. Vedar o reator equipado com bandas de aquecimento e agitar a mistura durante 5 minutos, então, o sistema é purgado levemente três vezes com nitrogênio. O reator contém agora uma mistura compreendendo aproximadamente 10,7% em peso de biomassa em contato com a solução de ácido alfa-hidróxi sulfônico (112 gramas de solução total).

[00071] A mistura de reação é agitada (1000-1500 rpm, tal como notado na coluna I, usando um impulsor de passo descendente de 45°) e

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32/49 começar a aquisição dos espectros de IV. A mistura de reação é então aquecida à temperatura alvo e mantida durante o período de tempo determinado. O aquecimento é interrompido e o reator resfriado até temperatura ambiente, usando um fluxo de ar comprimido. O reator foi ventilado e, então, purgado com um fluxo lento de nitrogênio durante alguns minutos para eliminar qualquer dióxido de enxofre na cobertura de gás. O reator foi aberto e os conteúdos filtrados através de um funil médio de vidro sinterizado usando um aspirador a vácuo. O reator foi enxaguado com três porções separadas de 25 ml de água (anotar o peso em todos os enxágues), sendo os enxágues usados para completar a transferência de sólidos e enxaguar os sólidos no funil. A fim de enxaguar completamente os sólidos no funil, foi necessário desligar o vácuo, adicionar a água, colocar em suspensão os sólidos por agitação manual e depois restabelecer o vácuo no filtro. O peso cumulativo do filtrado e enxágues foi obtido. O filtrado foi então analisado por HPLC e a recuperação dos materiais a partir da biomassa calculada por comparação com a quantidade dos precursores presentes na biomassa. Os sólidos foram secados a um peso constante em ar.

[00072] Xilose recuperada com curso de tempo e gramas de furfural/gramas de xilose produzidos com curso de tempo para Exemplos 10 a 20 são mostrados nas Figuras 4 e 5, respectivamente. Para comparação, o furfural feito a partir de um pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído em temperatura elevada tradicional conforme descrito na Publicação do Pedido de patente US2010/0184151 é mostrado como um círculo na Figura 5.

Petição 870180073787, de 22/08/2018, pág. 41/62 σ\

ΓΌ

Tabela 1

-

Velocidade do agitador

1000 rpm |

1500 rpm |

1000 rpm |

K

% recuperação de furfural em filtrado *

0,37 |

V) σ

0,60 |

*

0,073 |

0,47 |

0,27 |

CO SO

3,33 |

0,54 |

CO

σ r->„

C0 σ

0,67 |

9,37 |

0,82 |

0,88 |

Ü

% recuperação de glicose em filtrado **

σΐ

4,24 |

3,84 |

OS VI σ

Tf σ

in

00

σΐ

4,32 |

V) sd

7,79 |

3,77 |

5,65 |

5,50 |

6,20 |

Tt Tf

12,58 |

12,43 |

4,66 |

0,48 |

ir?

% recuperação de xilose em filtrado*

55,43 |

55,26 |

55,97 |

15,09 |

2,56 |

54,89 |

46,17 |

66,16 |

65,02 |

75,60 |

82,7 |

66,12 |

72,9 |

70,68 |

73,46 |

44,46 |

55,48 |

15,33 |

67,12 |

so oc

53,85 |

73,16 |

ω

Tempo em temperatura (h)

22,5 |

24 |

V)

26,5 |

* * * σ

O, CO

* * * σ

C0

22 |

CO CO

25,5 |

* * * σ

CO

Q

Temperatura de reação (°C)

1 os 1

1 08 |

1 80 |

1 08 |

1 80 |

1 08 1

8

1 90 |

8

1 90 |

1 06 1

8

1 08 |

8

1 08 |

1 80 |

1 08 1

u

Concentração de ácido (% em peso)

O

1 op |

V

σ ι-H

σ

σ ι-H

σ

1 0Z |

σ

1 oz |

σ

1 10,25 |

Tf

σ ι-H

σ

«

Ácido

Ácido alfa-hidroxietano sulfônico |

Ácido alfa-hidroximetano sulfônico |

Ácido bis-alfa-dihidroximetano sulfônicol

<

Exemplo

r-

00

OS

σ

C0

CO i—H

Tf

V)

r-

00

OS

1 20 |

C0

1 22 |

CO CO

1 24 |

V) CO

CO

ο υ

c

Ό ω

Ο g¹ q

§ ctf q

o

D &

a

D a

D ctf

-O a

O u

Reator foi levado à temperatura designada e desligado imediatamente c

r o

<

«

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Exemplos 28 e 29

Tratamento de biomassa com um ácido hidroxietano sulfônico versus SO2 água.

[00073] Reação com SO2 e água (sem composto carbonila, assim sem ácido alfa-hidroxissulfônico):

Em uma autoclave de 300 ml equipada com uma sonda IR DiComp foram colocados 12 gramas de bagaço seco picado. Para isso foram adicionados 95 gramas de água (5.277 mmoles) despejando suavemente sobre o bagaço no reator. Vedar o reator equipado com bandas de aquecimento e iniciar o agitador (1500 rpm), então o sistema é purgado levemente três vezes com nitrogênio. Inverter um vaso Hoke de extremidade única contendo 5,44 gramas de dióxido de enxofre (84,9 mmol) e conectar este ao reator. O vaso Hoke foi aberto para o reator e o SO2 adicionado em uma única porção. A sua presença na mistura de reação foi confirmada ou uma forte banda aguda no ISIR característico de SO₂ em 1331 cm¹. O reator contém agora uma mistura compreendendo aproximadamente 10,71% em peso da biomassa em contato com uma mistura de SCVágua a 0,61 bar (manométrico) e 25°C. A mistura de reação foi aquecida a 90°C e aí mantida durante 4 horas. A pressão a 90°C foi de 3,13 bar (manométrico). O aquecimento é interrompido e o reator resfriado até temperatura ambiente, usando um fluxo de ar comprimido. O reator foi ventilado e depois purgado com um fluxo lento de nitrogênio durante alguns minutos para eliminar qualquer dióxido de enxofre na cobertura de gás. O reator foi aberto e os conteúdos filtrados através de um funil médio de vidro sinterizado usando um aspirador a vácuo. O reator foi enxaguado com três porções separadas de 25 ml de água para completar a transferência de sólidos e enxaguar os sólidos no funil. O peso acumulativo do filtrado e enxágues foi obtido. O filtrado foi então analisada por HPLC e a recuperação dos materiais a partir da biomassa calculada por comparação

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35/49 com o quantidade dos precursores presentes na biomassa. Os sólidos são secos para um peso constante em ar. Os resultados são apresentados na Tabela 2.

[00074] Reação com acetaldeído, SO2 e água (-ácido alfahidroxietanossulfônico ):

Em uma autoclave de 300 ml equipado com uma sonda IR DiComp foram colocados 12,03 gramas de bagaço seco picado. Para isto, foram adicionados 100 gramas de uma solução a 10% de ácido alfahidroxietano sulfônico (isto é composto de cerca de 91,26 gramas de água, 5,07 gramas de SO2 e de 3,5 gramas de acetaldeído), vertendo cuidadosamente este material sobre o bagaço no reator. A mistura de reação foi aquecida a 90°C e aí mantida durante 4 horas. A pressão a 90°C foi de 1,36 bar (manométrico) e ISIR confirmou a presença de ácido alfahidroxietano sulfônico durante a reação. O aquecimento é interrompido e o reator resfriado até temperatura ambiente, usando um fluxo de ar comprimido. O reator foi ventilado e, então, purgado com um fluxo lento de nitrogênio durante alguns minutos para eliminar qualquer dióxido de enxofre na cobertura de gás. O reator foi aberto e os conteúdos filtrados através de um funil médio de vidro sinterizado usando um aspirador a vácuo. O reator foi enxaguado com três porções separadas de 25 ml de água para completar a transferência de sólidos e enxaguar os sólidos no funil. O peso acumulativo do filtrado e enxágues foi obtido. O filtrado foi então analisado por HPLC e a recuperação dos materiais a partir da biomassa calculada por comparação com a quantidade dos precursores presentes na biomassa. Os sólidos foram estão secos até um peso constante em ar. Os resultados são apresentados na Tabela 2.

[00075] A partir da ausência substancial de conversão de xilano em xilose sem a adição de acetaldeído (uma vez que a formação de ácido alfahidroxissulfônico requer uma carbonila, isto representa uma ausência de

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36/49 ácido alfa-hidroxissulfônico, mas todos os outros componentes estão presentes), que ilustra que o ácido alfa-hidroxissulfônico é responsável pela atividade de hidrólise. Os resultados do exemplo comparativo 28 e do exemplo 29 são mostrados na figura 4. Exemplo 28 é mostrado como círculo na Figura 4.

Tabela 2

Ex.	Ácido	% recuperação xilose em filtrado	% recuperação glicose em filtrado	% recuperação furfural em filtrado
28	SO2 apenas - sem aldeído	14,71	0,55	ND
29	ácido alfa hidroxietano sulfônico	71,11	5,03	1,16

Com base em % em peso de xilano na alimentação (x gramas de xilano produz y gramas de xilose teórico) ** Com base em % de celulose e % em peso celubiose na alimentação *** Com base em % em peso de xilano na alimentação [00076] Pode ser visto a partir dos resultados que a formação de ácido alfahidroxietano-sulfônico, com um composto carbonila é necessária para a obtenção do excelente recuperação do açúcar fermentável no processo da invenção. Exemplo 30

Hidrólise de biomassa com ácido alfa-hidroxietano-sulfônico seguido de reversão do ácido por meio de despressurização e destilação dos componentes.

[00077] Em 20 gramas de água desgaseificada com nitrogênio, foram adicionados 50 gramas de uma solução a 40% em peso de ácido alfahidroxietano-sulfônico para se obter 100 gramas de uma solução a 20% de ácido alfa-hidroxietano sulfônico. Esta foi vertida suavemente sobre 12,03 gramas de bagaço secado picado em uma autoclave de 300 ml equipada com uma sonda IR DiComp. O reator foi vedado e a mistura agitada durante 5 minutos, depois foi pressurizado a 6,8 bar (manométrico) com nitrogênio para testar a integridade da pressão. Após ventilar o reator até pressão atmosférica, a unidade foi fechada e foi aquecida até 100°C em 18 minutos. A mistura de

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37/49 reação foi mantida a 100°C durante 1 hora. A pressão a 100°C foi de 4,3 bar (manométrico). A evidência espectral mostra a presença de ácido alfahidroxietano sulfônico, bem como SO2 e acetaldeído. Aproximadamente 75% em moles do ácido carregado está sob a forma de ácido medido por RMN de temperatura variável, nestas condições, e que o nível do ácido é estável. Durante o período de aquecimento de um vaso de Hoke de tara de 75 ml provido com um coletor frio está conectado ao reator e resfriado com gelo seco triturado. No final do período de aquecimento de 1 hora, a abertura de válvula para a cobertura de gás e levando ao coletor frio é lentamente aberta e a pressão no reator diminui rapidamente. Uma vista dos espectros ISIR em um gráfico em cascata com tempo é mostrada na figura 6, que revela uma queda correspondente no SO2 e acetaldeído em solução. As bandas de IR para ácido alfa-hidroxietano-sulfônico caem e são virtualmente inexistentes no prazo de 15 minutos de ventilação, o que é mostrado na figura 6. Após 20 minutos de ventilação, tanto o reator como o coletor frio são vedados. O reator é pressurizado com 2,7 bar (manométrico) de nitrogênio e deixado resfriar a temperatura ambiente. O reator foi aberto e os conteúdos filtrados através de um funil médio de vidro sinterizado usando um aspirador a vácuo. O reator foi enxaguado com três porções separadas de 25 ml de água para completar a transferência de sólidos e enxaguar os sólidos no funil. O peso acumulativo do filtrado e enxágues foi obtido. O filtrado foi então analisado por HPLC e a recuperação dos materiais a partir da biomassa calculada por comparação com a quantidade dos precursores presentes na biomassa. Estes resultados são representados como exemplo 20 na tabela 1. Os sólidos são secados até um peso constante em ar.

[00078] O coletor de vapor é deixado aquecer até temperatura ambiente e 20,31 gramas de material foram capturados no coletor. A análise por IR revelou que o coletor continha ácido alfa-hidroxietano-sulfônico, SO2 e acetaldeído. Não havia água suficiente no coletor para o ácido reformar

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38/49 completamente. Isto mostra a natureza reversível e reciclável do ácido, bem como o tratamento concorrente com ácido bem sucedido da biomassa. Exemplos 31-33

Hidrólise de biomassa com ácido alfa-hidroxietano-sulfõnico formado in situ com ou sem excesso de SO2.

[00079] A aproximadamente 84 gramas de água destilada resfriada em um frasco cabbrado, adicionou-se 7,14 g de acetaldeído, que foi misturada para dissolver. A garrafa foi tampada e deixada aquecer até temperatura ambiente. A garrafa foi pesada para confirmar quantidades precisas de acetaldeído dissolvidos na água. Aproximadamente 90 gramas desta solução foram despejados sobre 12 gramas de bagaço seco picado em uma autoclave de 300 ml equipada com uma sonda IR DiComp. O reator foi vedado e pressurizado com nitrogênio a 6,8 bar (manométrico) para garantir a integridade da pressão. Um vaso Hoke com uma única extremidade com uma válvula de esfera fechada contendo a quantidade necessária de dióxido de enxofre foi invertido e conectado ao reator. Depois da mistura ter sido agitada durante dez minutos, o espectro de IV revelou a presença de água e acetaldeído, mas nenhum ácido alfa-hidroxissulfônico. O dióxido de enxofre é injetado no reator agitado a 24°C em uma porção única. Isto foi acompanhado de uma exoterma imediata e ISIR indicou rápida formação de ácido alfahidroxietano sulfônico. Quatorze minutos depois da adição de SO2, não há nenhuma mudança observável na composição da mistura de reação por ISIR e a temperatura da mistura tinha aumentado para 32°C. Calor foi então apbcado ao reator para elevar a temperatura até 100°C. A reação foi mantida a essa temperatura durante uma hora. Durante a subida de temperatura e enquanto na temperatura, SO2 e acetaldeído foram observados como estando presentes na mistura de reação por ISIR, mas uma parte substancial do ácido alfahidroxietano-sulfônico permaneceu. Os espectros de IV da mistura de reação também mostram que a adição de SO2 em excesso na mistura de reação

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39/49 resulta em uma quantidade aumentada do ácido alfa-hidróxi sulfônico, a temperaturas elevadas. A reação de hidrólise é deixada prosseguir durante uma hora a 100°C e, então, o ácido é revertido quando a cobertura de gás é liberada no coletor composto 70 gramas de água em um frasco de fundo redondo de três gargalos de 250 ml, que está equipado com um condensador de acetona com gelo seco. A saída do condensador é encaminhada para um coletor de cáusticos para impedir a passagem de qualquer SO2 para a atmosfera. A água no frasco é agitada com uma barra de agitação e o frasco é resfriado em um banho de gelo úmido. A ventilação do reator é dirigida imediatamente acima da água resfriada com gelo. Isto reduz a velocidade para uma parada e um líquido pode ser visto condensar a partir do condensador de gelo seco, e, quando isto cessa e a pressão no reator é de <0,2 bar (manométrico), a temperatura do reator foi elevada a 110°C e a ventilação foi continuado durante um 15 minutos adicionais. A válvula de ventilação do reator está fechada e o reator resfriado a temperatura ambiente. O coletor é deixado aquecer em temperatura ambiente. O coletor foi pesado para obter o resto do material sobre a vaporização e o líquido analisado por anábse de IR e 13 C, ’H RMN, que é usado para calcular a recuperação percentual ácido empregado. O reator resfriado foi aberto e os conteúdos filtrados através de um funil médio de vidro sinterizado usando um aspirador a vácuo para extrair o líquido através do funil. O reator foi enxaguado com três porções separadas de 25 ml de água para completar a transferência de sólidos e enxaguar os sólidos no funil. O peso cumulativo do filtrado e enxágues foi obtido e o filtrado foi analisado por HPLC. O sólido residual foi secado até um peso constante em ar.

Exemplo 34

Formação de ácido alfa-hidroxietano-sulfônico a partir de mistura de etanol-acetaldeído [00080] A reação no Exemplo 34 foi realizada de um modo similar ao

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Exemplo 31, exceto a fonte de acetaldeído foi uma 1: 1 mistura de acetaldeído e mistura de etanol. Isto simula a corrente intermediária produzida através da oxidação do etanol em acetaldeído. O resultado é mostrado na Tabela 3. Tabela 3

Exemplo	Ácido	Concentração de ácido (% em peso)	% recuperação de xilose em filtrado	% recuperação de glicose em filtrado	% recuperação de furfural em filtrado	Velocidade do agitador
31	Ácido alfa-hidroxietano sulfônico (In situ 1:1 S0₂:AA)	20	72,78	6,47	0,68	1500 rpm
32	Ácido alfa-hidroxietano sulfônico (In situ 1.15:1 S0₂:AA)	20	76,07	7,15	0,75	1500 rpm
33	Ácido alfa-hidroxietano sulfônico (In situ 1:1 S0₂:AA)	20	75,90	7,55	0,61	1500 rpm
34	Ácido alfa-hidroxietano sulfônico (EthanoVAA/S02)	20	71,80	6,94		1500 rpm

* com base em % em peso de xilano na alimentação (x gramas de xilano produz y gramas de xilose teórico) ** com base em % em peso de glucano na abmentação

Exemplos 35-41

Hidrólise enzimática da biomassa tratada com ácidos alfahidroxissulfônicos [00081] As reações de hidróbse enzimática foram reabzadas em frascos de 10 ml de fundo cônico e paredes espessas com agitação magnética. Para estes frascos são adicionados aproximadamente 0,3 gramas de substrato de biomassa, 7,7 gramas de água deionizada, 0,5 gramas de um tampão de acetato de sódio de pH 5. Isto foi ajustado com ácido clorídrico 1 normal, a um pH de aproximadamente 5,0. Os frascos são colocados em um bloco de agitação/aquecimento a 52°C configurado a 800 rpm. As misturas foram deixadas agitar durante 30 minutos e, então, individualmente removidas do bloco e 500 pL de enzima GC 220 obtida a partir de Genencor foram adicionados. Isto foi deixado hidrobsar para um total de 72 horas, com as alíquotas removidas para anábse de gbcose e sacarose no tempo decorrido

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41/49 indicado em horas. Este procedimento foi usado para hidrolisar o bagaço tratado com ácido alfa-hidroxietano-sulfônico e um ácido alfa-hidroximetano sulfônico, exemplos 16, 17, 18, 19, 20, e 29 na Tabela 1 e Tabela 2. As quantidades exatas de materiais usados e os resultados estão Estados na Tabela 4. Pode ser visto que o material tratado com o ácido alfa- sulfônicohidroximetano proporciona um acesso melhorado à celulose contida pelas enzimas. Como mostrado na Tabela 4, em comparação com bagaço sem tratamento, i bagaço tratado com ácido alfa-hidróxi-sulfônico permite a conversão substancialmente completa em gbcose.

Tabela 4

Exemplo	35	36	37	38	39	40	41
Fonte de biomassa (Ex. #)	16	17	18	19	20	29	alimentação não tratada
Peso de amostra (g)*	0,3025	0,3034	0,3008	0,3050	0,3044	0,3050	0,3028
Água dei. Inicial (ml)	7,7733	7,7470	7,7451	7,7700	7,7700	7,8056	7,7674
Solução de acetato 23,01 g/250 g total	0,5165	0,5178	0,5204	0,5100	0,5100	0,5161	0,5098
Água dei. Final (ml)	1,0064	1,0106	1,0101	1,0100	1,0100	1,0078	1,0325
Pacote de enzima (ml)	0,5580	0,5140	0,5105	0,5371	0,5560	0,5518	0,5409
Total	10,1567	10,0928	10,0869	10,1321	10,1504	10,1863	10,1534
Glicose (g/L)
1 h	0,380	0,550	0,710			0,550
2h	0,510	0,710	0,780	0,705	0,942	0,710
4h	0,670	0,840	0,940			0,820
24 h	1,500	1,420	1,630	1,43	1,74	1,450
48 h	1,690	1,600	1,710	1,68		1,810
65 h
72 h	1,800	1,610	1,760	1,85	1,84	1,860	0,42
Recuperação de glicose (%) **
1 h
2h				38	52
4h
24 h				78	95
48 h				91
65 h
72 h				100	101		23

* teor de umidade considerado para a análise ** Recuperação de glicose base glucano/celulose na abmentação Exemplos 42-45

Testes de estabilidade a longo prazo de ácido alfa-hidroxietano-sulfônico seguido por reversão e recuperação de topo de topo do ácido alfahidroxietano-sulfônico.

[00082] Em um reator Parr de 2 btros C276 equipado com dispositivo

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42/49 óptico IR in situ foram adicionados 1.000 gramas de ácido alfa-hidroxietanosulfônico (HESA, 5 aproximadamente 5 ou 10% em peso) preparado pela diluição uma solução de carga a 40% em peso de ácido com água deionizada. Concentração alvo foi confirmada por RMN de próton da mistura de partida de integração sobre os picos para água e ácido. A integridade de pressão do sistema de reator e substituição de atmosfera de ar foram conseguidas pela pressurização com nitrogênio a 7,03 kg/cm² manométrico (7,03 kg/cm²manométrico (100 psig)), onde o reator vedado foi mantido durante 15 minutos, sem perda de pressão, seguido por ventilação em pressão atmosférica, em que o reator foi vedado. O reator foi então aquecido a 90 até 120°C e mantido em temperatura alvo durante quatro horas. Durante este período de tempo, IR in situ revela a presença de HESA, SO₂, e acetaldeído em uma mistura de equilíbrio. Os ciclos em temperatura mais elevada apresentam um equilíbrio deslocado mais para os componentes de partida do que para ciclos de temperatura mais baixa, indicativos de um verdadeiro equilíbrio. Ao fim de quatro horas, a reversão de ácido foi obtida através da abertura da cobertura de gás do reator, para um sistema de condensação de topo, para a recuperação do ácido e ajuste da temperatura do reator até 100°C. Este sistema de topo foi composto por um frasco com camisa de 1 litro equipado com uma sonda de IR in situ com base em fibra óptica, um condensador de acetona com gelo seco na saída e a entrada de gás chegando através de um condensador de aço de 45,72 cm de comprimento feito a partir de um núcleo de tubulação de 0,63 cm de diâmetro C-276 montado dentro do tubo de aço inoxidável de 1,27 cm com conexões apropriadas para obter uma drenagem descendente do condensador de envoltório em tubo no frasco de recuperação. O frasco de recuperação foi carregado com 400 gramas de água Dl e o condensador e frasco com camisa resfriados com um fluido de circulação mantido a 1°C. O progresso da reversão de ácido foi monitorado através do uso de IR in situ, tanto no reator Parr como no frasco de

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43/49 condensação de topo. Durante a reversão do primeiro componente para deixar o reator Parr foi o SO₂ seguido rapidamente por uma diminuição nas bandas para HESA. Correspondentemente as bandas para SO₂ se elevam no frasco de recuperação e, então, caem rapidamente à medida que HESA foi formado a partir da combinação de acetaldeído vaporizado com este componente. A reversão foi continuada até o IR in situ do reator Parr não mostrar traços restantes de um ácido alfa-hidroxietano-sulfônico. O IR dos topos revelou que a concentração do HESA neste ponto tinha atingido um máximo e depois começou a diminuir, devido à diluição com água condensada, bvre de componentes de ácido alfa-hidroxietano-sulfônico, se acumulando no frasco de recuperação. O reator foi então vedado e resfriado em temperatura ambiente. O líquido residual no reator Parr e o ácido recuperado no topo foram anabsados por meio de RMN de próton para a concentração de HESA. Os resultados são mostrados na tabela abaixo, indicando a recuperação de ácido sem virtualmente nenhum HESA residual no reator Parr.

Exemplo	[HESA] de partida %P.	Temperatura de reação °C	Tempo de reversão (min)	[HESA] no topo (% P.)	Massa no topo (g)	% de HESA recuperado	Resto de massa total %
42	10,01	90	42	15,15	243,1	96,9	99,4
43	10,07	105	39	14,33	241,4	91,3	99,3
44	5,11	105	40	7,39	255,1	94,7	99,5
45	5,36	120	37	8,42	163,3	88,5	99,4

Exemplo 46

Hidrólise com ácido de palha de trigo com 10% em peso de ácido alfahidroxietano-sulfônico, a 120°C durante uma hora, seguido por reversão e recuperação no topo do ácido alfa-hidroxietano sulfônico.

[00083] Em um reator Parr de 2 btros C276 equipado com dispositivo óptico JR in situ foram adicionados 120,1 gramas de composição de palha de trigo caracterizada [base no estado seco: xilano 22,1% em peso; glucano 38,7% em peso] picado para partículas de 0,5 cm nominais. A isto foram adicionados 999,1 g de ácido alfa-hidroxietano-sulfônico (HESA) a 9,6% em peso preparado pela diluição de solução de carga a 40% em peso de ácido com água

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44/49 deionizada. Concentração alvo de ácido foi confirmada por RMN de próton da integração da mistura de partida dos picos para a água e o ácido. O reator foi vedado e a integridade da pressão no sistema do reator e substituição de atmosfera de ar foram conseguidas pela pressurização com nitrogênio a 7,03 kg/cm² manométrico (100 psig), onde o reator vedado foi mantido durante 15 minutos, sem perda de pressão, seguido por ventilação à pressão atmosférica, em que o reator foi vedado. O reator foi então aquecido a 120°C e mantido a temperatura alvo durante uma hora. Durante este período de tempo o IR in situ revela a presença de HESA, SO2, e acetaldeído em uma mistura em equilíbrio. No final do período de reação a reversão de ácido foi obtida através da abertura da cobertura de gás do reator para um sistema de condensação de topo para a recuperação do ácido e ajuste d a temperatura do reator até 100°C. Este sistema de recuperação de topo era o mesmo que o usado nos Exemplos 42-45 acima. O progresso da reversão de ácido foi monitorado através do uso de IR in situ, tanto do reator Parr como do frasco de condensação de topo. A reversão foi continuada durante um total de 52 minutos até que IR in situ do reator Parr não mostrou os traços restantes de ácido alfa-hidroxietano-sulfônico, ou SO2 na mistura de reação. O reator foi então vedado e resfriado até temperatura ambiente. O condensado de topo adicionou 182,6 gramas de massa para a água de partida e deu uma solução de HESA a 15,0% em peso (análise por RMN de próton) para uma recuperação de ácido total de 91% da HESA de partida empregado. O reator resfriado foi aberto e os conteúdos filtrados através de um funil médio de vidro sinterizado usando um aspirador a vácuo para extrair o líquido através de um funil. O reator foi enxaguado com três porções separadas de água (anotando o peso em todos os enxágues, totalizando 754 gramas), sendo os enxágues usados para completar a transferência de sólidos e enxaguar os sólidos no funil. O sólido residual foi secado até um peso constante em ar e depois analisado quanto ao teor de umidade revelando que aproximadamente 40% da biomassa tinha dissolvido durante o tratamento com ácido. A análise

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45/49 por HPLC dos 1362 gramas do filtrado mais enxágues revelou que uma recuperação de 87,6% do xilano de partida tinha sido convertida em xilose monomérica e 8,2% da celulose de partida tinha sido convertido em glicose. O filtrado e os topos gerais continham quantidades negligenciáveis de furfural (total de 0,1 g). O resto de material total de materiais recuperados para materiais de partida foi de 98,2%.

Exemplo 47

Hidrólise com ácido de sorgo expelido, armazenado em silos úmidos, a com 10% em peso de ácido alfa-hidróxi-etano-sulfônico a 100°C durante uma hora, seguido por reversão e de recuperação de topo do ácido alfahidroxietano sulfônico.

[00084] Em um reator Parr de 300 ml C276 equipado com dispositivo óptico JR in situ foram adicionados 26,6 gramas de sorgo doce não caracterizado, armazenado em silos úmidos, com a umidade livre tendo sido expelida, o sorgo sendo pico em partículas de nominalmente <1 cm (ou seja, 12,45 gramas em base de peso seco). A isto foram adicionados 100 gramas de ácido alfa-hidroxietano-sulfônico (HESA) a 19% em peso preparado pela diluição de solução de carga a 40% em peso de ácido com água deionizada. Concentração alvo de ácido foi confirmada por RMN de próton da integração da mistura de partida sobre os picos para água e o ácido. O reator foi vedado e a integridade da pressão no sistema do reator e substituição de atmosfera de ar foram conseguidas pela pressurização com nitrogênio a 7,03 kg/cm²manométrico (100 psig), onde o reator vedado foi mantido durante 15 minutos, sem perda de pressão, seguido por ventilação em pressão atmosférica, em que o reator foi vedado. O reator foi então aquecido a 100°C e mantido a temperatura alvo durante uma hora. Durante este período de tempo, IR in situ revela a presença de HESA, SO₂, e acetaldeído em uma mistura em equilíbrio. Um aumento nas bandas características de glicose e xilose foi notado durante este período de tempo. No final do período de reação a reversão de ácido foi obtida

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46/49 através da abertura da cobertura de gás do reator para um sistema de condensação de topo para a recuperação de ácido, enquanto mantendo a temperatura do reator a 100°C. Este sistema de recuperação de topo foi um tubo C-267 de 0,63 cm que se estende para baixo dentro de um frasco de fundo redondo, de três gargalos, de 250 ml, carregado com 70 gramas de água Dl, imerso em um banh9o de gelo úmido e equipado com um condensador de gelo seco/acetona na saída. O progresso da reversão de ácido foi monitorado através do uso de IR in situ no reator Parr. A reversão foi continuada até que o IR in situ do reator Parr não mostrou os traços restantes de ácido alfa-hidroxietanosulfônico, ou SO2 na mistura de reação. O reator foi então vedado e resfriado até temperatura ambiente. O condensado de topo continha 90,45% do HESA carregado para o sistema, tal como anabsado por RMN de próton. O reator resfriado foi aberto e os conteúdos filtrados através de um funil de vidro sinterizado usando um aspirador a vácuo para extrair o líquido através de um funil. O reator foi enxaguado com três porções separadas de água, anotando o peso em todos os enxágues, os enxágues sendo usados para completar a transferência de sóbdos e o enxágue dos sóbdos no funil. O sóbdo residual foi seco a um peso constante no ar e depois anabsado quanto ao teor de umidade que revela que aproximadamente 48% da biomassa tinha dissolvido durante o tratamento com ácido. A anábse HPLC do filtrado mais os enxágues revelaram uma recuperação cumulativa de 1,697 gramas de xilose monomérica e 1,371 gramas de gbcose monomérica. O filtrado e topos gerais continham quantidades negbgenciáveis de furfural (total de 0,015 gramas). O resto de material total dos materiais recuperados para materiais de partida foi 96,4%. Os níveis relativamente elevados de gbcose recuperados durante esta hidróbse foram devido à hidróbse fácil de amido (aproximadamente 15 % em peso) na biomassa de partida por HESA.

Exemplo 48

Exemplo comparativo, tratamento com água quente de sorgo expelido,

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47/49 armazenado em silos úmidos, a 100° C durante uma hora.

[00085] Em um reator Parr C276 de 300 ml, equipado com dispositivo óptico IR in situ foram adicionados 25,64 gramas de sorgo doce não caracterizado, armazenado em silos úmidos, com a umidade livre tendo sido expelida, o sorgo sendo pico em partículas de nominalmente <1 cm (ou seja, 12,00 gramas em base de peso seco). Este foi o mesmo material de partida do exemplo 47. A isto foram adicionados 100 gramas de água deionizada. O reator foi vedado e a integridade da pressão no sistema do reator e a substituição de atmosfera de ar foram conseguidas pela pressurização com nitrogênio a 7,03 kg/cm² manométrico (100 psig), onde o reator vedado foi mantido durante 15 minutos, sem perda de pressão, seguido por ventilação à pressão atmosférica, em que o reator foi vedado. O reator foi então aquecido a 100°C e mantido na temperatura alvo durante uma hora. No final do período de reação o reator vedado foi resfriada até temperatura ambiente. O reator resfriado foi aberto e os conteúdos filtrados através de um funil médio de vidro sinterizado usando um aspirador a vácuo para extrair o líquido através do funil. O reator foi enxaguado com três porções separadas de água, observando o peso em todas as lavagens, os enxágues sendo usados para completar a transferência de sólidos e enxaguar os sólidos no funil. O sólido residual foi secado até um peso constante em ar. A análise HPLC do filtrado mais enxágues revelaram uma recuperação cumulativa de 0,011 gramas de xilose monomérica e 0,049 gramas de glicose monomérica. Não foi detectado furfural neste ciclo. Os açúcares negligenciáveis obtidos na ausência do ácido demonstra a eficácia relativa do ácido alfa-hidroxissulfônico na hidrólise de açúcares.

Exemplo 49

Hidrólise com ácido de forragem de milho, com ácido alfa-hidroxietanosulfônico a 20% em peso, a 100°C, durante uma hora, seguido por reversão e recuperação no topo do ácido alfa-hidroxietano sulfônico.

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48/49 [00086] Em um reator Parr C276 de 300 ml, equipado com dispositivo óptico JR in situ foram adicionados 12,0 gramas de forragem de milho não caracterizada cortada em partículas com nominalmente <1 cm (ou seja, 10,96 gramas de biomassa em uma base de peso seco). A isto foram adicionados 100 gramas de ácido alfa-hidroxietano-sulfônico (HESA) a 20 % em peso preparado pela diluição de solução de carga a 40% em peso do ácido com água deionizada. Concentração alvo de ácido foi confirmada por RMN de próton da integração da mistura de partida sobre os picos para água e o ácido. O reator foi vedado e a integridade da pressão no sistema do reator e substituição de atmosfera de ar foram conseguidas pela pressurização com nitrogênio a 7,03 kg/cm² manométrico (100 psig), onde o reator vedado foi mantido durante 15 minutos, sem perda de pressão, seguido por ventilação à pressão atmosférica, em que o reator foi vedado. O reator foi então aquecido a 100°C e mantido a temperatura alvo durante uma hora. Durante este período de tempo o IR in situ revelou a presença de HESA, SO₂, e acetaldeído em uma mistura em equilíbrio. No final do período de reação a reversão de ácido foi obtida através da abertura da cobertura de gás do reator para um sistema de condensação de topo para a recuperação de ácido, enquanto mantendo a temperatura do reator a 100°C. Este sistema de recuperação de topo foi um tubo C-267 de 0,63 cm que se estende para baixo dentro de um frasco de fundo redondo, de três gargalos, de 250 ml, carregado com 70 gramas de água Dl, imerso em um banho de gelo úmido e equipado com um condensador de gelo seco/acetona na saída. O progresso da reversão de ácido foi monitorado através do uso do IR in situ no reator Parr. A reversão foi continuada até o IR in situ do reator Parr não mostrar mais traços restantes do ácido alfahidroxietano-sulfônico, ou SO₂, na mistura de reação. O reator foi então vedado e resfriado em temperatura ambiente. O condensado de topo continha 90,00% do HESA carregado para o sistema, tal como analisado por RMN de próton. O reator resfriado foi aberto e os conteúdos filtrados através de um

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49/49 funil de vidro sinterizado usando um aspirador de vácuo para extrair o líquido através do funil. O reator foi enxaguado com três porções separadas de água, observando o peso em todas as lavagens, os enxágues sendo usados para completar a transferência de sóbdos e enxaguar os sólidos no funil. O sólido residual foi secado até um peso constante no ar e depois anabsada quanto ao teor de umidade, revelando que aproximadamente 58,2% da biomassa foram recuperados. A análise HPLC do filtrado mais enxágues revelou uma recuperação cumulativa de 2,69 gramas de xilose monomérica e 0,325 gramas de gbcose monomérica. O filtrado e os topos continham 0,023 gramas de furfural (total).

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para tratamento de biomassa para a produção de açúcares a partir de materiais contendo pobssacarídeos, para uso em biocombustíveis ou outros produtos de elevado valor, caracterizado pelo fato de compreender:

(a) prover uma biomassa contendo pobssacarídeos;

(b) contactar a biomassa com uma solução contendo pelo menos um ácido alfa-hidroxissulfônico assim hidrobsando a biomassa para produzir pelo menos um produto contendo açúcar fermentável; e (c) opcionalmente, remover o ácido alfa-hidroxissulfônico em sua forma de componente a partir do produto por aquecimento e/ou redução da pressão para produzir um produto com o ácido removido contendo pelo menos um açúcar fermentável substancialmente bvre do ácido alfahidroxissulfônico .
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ácido alfa-hidroxissulfônico está presente numa quantidade de 1% em peso até 55% em peso, com base na solução.
3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o ácido alfa-hidroxissulfônico é produzido a partir de (a) um composto carbonila ou um precursor para um composto carbonila com (b) dióxido de enxofre ou um precursor de dióxido de enxofre e (c) água.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

3, caracterizado pelo fato de que o ácido alfa-hidroxissulfônico é gerado in situ.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

4, caracterizado pelo fato de que a etapa (b) é realizada a uma temperatura dentro da faixa de 50°C a 150°C e uma pressão dentro da faixa de 1 bar (manométrico) a 10 bar (manométrico).

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6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o açúcar fermentável compreende pelo menos uma pentose ou pelo menos uma hexose.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que na etapa (b) pelo menos uma pentose e pelo menos uma hexose são produzidas.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente (d) a separação de uma corrente de líquido contendo o referido açúcar fermentável e uma corrente de sólido úmido contendo a biomassa restante a partir do produto com o ácido removido.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente (e) a hidrólise da corrente de sólido úmido assim produzindo uma corrente de açúcar.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente (f) a fermentação da corrente de açúcar produzindo, assim, produtos fermentados.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a hidrólise e a fermentação da corrente contendo açúcar fermentável, produzindo, assim, produtos fermentados.
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o ácido alfa-hidroxissulfônico removido na etapa (c) como componentes é reciclado para a etapa (b) como componentes ou em sua forma recombinada.
13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a biomassa é contactada com o ácido alfahidroxissulfônico a uma temperatura de 120°C ou menos.
14. Método para tratamento de biomassa para a produção de

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3/3 açúcares a partir de materiais contendo polissacarídeos, para uso em biocombustíveis ou outros produtos de elevado valor, caracterizado pelo fato de compreender:

(a) prover uma biomassa contendo polissacarídeos;

(b) contactar a biomassa com uma solução contendo pelo menos um ácido alfa-hidroxissulfônico assim hidrolisando a biomassa para produzir pelo menos um produto contendo açúcar fermentável;

(c) aquecer o produto contendo açúcar fermentável a uma temperatura de 110°C ou mais, produzindo, assim, a corrente contendo furfural; e (d) remover o ácido alfa-hidroxissulfônico em sua forma de componente a partir da corrente contendo furfural, por aquecimento e/ou redução da pressão para produzir um produto após o ácido ser removido contendo furfural substancialmente livre do ácido alfa-hidroxissulfônico; e (e) opcionalmente, reciclar o ácido alfa-hidroxissulfônico removido como componentes ou em forma recombinada para etapa (b).
15. Composição, caracterizada pelo fato de compreender biomassa contendo polissacarídeos, pelo menos um ácido alfahidroxissulfônico e água.
16. Composição de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente pelo menos um açúcar fermentável.

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