BR112014021929B1

BR112014021929B1 - Processo para a produção de uma composição para uso na aplicação ao solo e processo para condicionamento do solo

Info

Publication number: BR112014021929B1
Application number: BR112014021929-0A
Authority: BR
Inventors: Patrick J. Foody; Robert Glenns
Original assignee: Iogen Energy Corporation
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2022-02-01
Also published as: CA2862073C; CA2862073A1; DE112013001292T5; BR112014021929A8; US20190112238A1; US20160176767A1; US10766826B2; CN104125998A; US10202312B2; WO2013131191A1; US9315427B2; US20150000356A1

Abstract

processo para a produção de uma composição para uso na aplicação ao solo, processo para condicionamento do solo, composição de condicionamento do solo, método para obter a referida composição e etanol. a presente invenção refere-se a um método para a produção de uma composição para uso em aplicação de fertilizante. o método compreende: (a) obtenção de um produto da fermentação, por um processo de produção que compreende as etapas de: (i) tratamento de matéria-prima lignocelulósica para produzir açúcar; (ii) fermentação do açúcar para a produção de uma mistura fermentada compreendendo o produto da fermentação; e (iii) recuperação do produto de fermentação a partir da mistura fermentada em uma ou mais fases para produzir um produto de fermentação concentrado e resíduos de destilação; e (b) recuperação dos resíduos de destilação, os resíduos de destilação, compreendendo componentes orgânicos e inorgânicos; e (c) proporcionar os resíduos de destilação para uso numa aplicação de fertilizante. também é fornecida uma composição de condicionamento do solo para utilização em aplicação do fertilizante. a composição de condicionamento do solo contém resíduos de destilação e, opcionalmente, outros componentes.

Description

TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a uma composição para uso na aplicação de fertilizante e métodos para produzir a mesma. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Etanol combustível é atualmente produzido a partir de matérias-primas como amido de milho, cana-de- açúcar e beterraba. No entanto, a produção de etanol a partir de matérias-primas contendo lignocelulose, tal como resíduos da agricultura e resíduos florestais tem recebido muita atenção nos últimos anos. Uma vantagem da utilização destas matérias-primas é de que elas estão amplamente disponíveis e podem ser obtidas a um custo baixo. Além disso, um subproduto do processo de conversão, conhecido como lignina, pode ser utilizado como combustível para alimentar o processo, em vez de combustíveis fósseis. Vários estudos concluíram que, quando todo o ciclo de produção e consumo é levado em conta, o uso do etanol produzido a partir da celulose gera quase nenhum dos gases de efeito estufa.

[003] As etapas de processamento para a conversão de matéria-prima lignocelulósica com etanol, ou outros combustíveis e produtos químicos, envolvem quebrar o material lignocelulósico fibroso por uma série de tratamentos químicos e biológicos para libertar monômeros de açúcar a partir da matéria-prima. Existem vários métodos conhecidos para a produção de açúcares fermentáveis a partir de matérias-primas lignocelulósicas, um dos quais envolve um pré-tratamento químico seguido por hidrólise de celulose com enzimas de celulase e β-glucosidase. Os açúcares produzidos na hidrólise são fermentados a um produto de fermentação numa fermentação realizada subsequentemente a, ou durante a hidrólise da celulose, utilizando um microrganismo tal como uma levedura ou bactéria. O produto de fermentação produzido a partir de matéria-prima lignocelulósica pode ser concentrado por qualquer técnica adequada. Por exemplo, na produção de etanol, a destilação é realizada a seguir à fermentação para recuperar o etanol sob uma forma concentrada e água residual é posteriormente removida por peneiras moleculares ou por outras técnicas. O resíduo que permanece após a concentração do produto de fermentação é referido como "resíduo de destilação" ou uma "corrente de resíduo de destilação".

[004] Embora tenha havido esforços de pesquisa dedicados à produção de combustível ou outros produtos químicos a partir de matérias-primas lignocelulósicas, as tecnologias existentes têm sido difíceis de comercializar. Presentemente, o custo de produção de combustíveis e outros produtos químicos a partir de matéria-prima lignocelulósica é ainda relativamente alto.

[005] Um problema com os processos de conversão de matéria-prima lignocelulósica de combustível ou outro produto químico é que o manuseio e descarte dos resíduos de destilação ainda apresentam desafios. Descarte de resíduos de destilação é caro, complexo e tem implicações ambientais negativas. Um método de descarte, que tem sido proposto para resíduos de destilação a partir de processos de conversão de derivados de celulose é o tratamento biológico das águas residuais. Outra opção de eliminação de resíduos conhecida é a incineração, o que permite a recuperação de calor a partir da combustão de produtos orgânicos. Uma outra opção disponível para descarte é a deposição em aterro dos resíduos de destilação. Embora seja tecnicamente viável, muitas destas opções para a manipulação e/ou eliminação dos resíduos de destilação requerem despesas de capital e operacionais importantes. Além disso, o processamento dos resíduos de destilação para recuperar os sais inorgânicos de sulfato por exclusão de íons e utilizando os sais recuperados como um fertilizante também tem sido descrito, como apresentado na patente US No. 7.670.813. No entanto, seria desejável para fornecer métodos melhorados ou alternativos para gerenciar os resíduos de destilação compreendendo sais resultantes de processos de produção de produtos de fermentação de matérias-primas lignocelulósicas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] O processo da presente invenção supera, melhora ou fornece alternativas úteis em relação a processos conhecidos para manuseio e eliminação de correntes de resíduos que surgem durante o processamento de matérias-primas lignocelulósicas para produzir um produto de fermentação para uso como combustível ou produto químico.

[007] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção proporciona um processo para a obtenção de uma composição para utilização no condicionamento do solo ou de aplicação de fertilizante a partir de um processo que produz um produto de fermentação a partir de uma matéria-prima lignocelulósica. O processo compreende: (a) produzir o produto da fermentação, por um processo que compreende a produção de: (i) tratar a matéria-prima lignocelulósica para produzir açúcar; (ii) fermentar o açúcar para a produção de uma mistura fermentada que compreende o produto da fermentação; e (iii) recuperar o produto de fermentação a partir da mistura fermentada em uma ou mais fases para produzir um produto de fermentação concentrado e resíduos de destilação. Os resíduos de destilação são recuperados e posteriormente disponibilizados para uso em uma aplicação de fertilizante ou condicionamento do solo.

[008] Vantajosamente, os resíduos de destilação compreendem componentes orgânicos e inorgânicos, ambos os quais podem proporcionar benefícios para os solos. Os componentes inorgânicos satisfazem os nutrientes para o crescimento das plantas, por exemplo, nitrogênio, enxofre e potássio. Além disso, os componentes orgânicos dos resíduos de destilação melhoram as condições do solo aumentando a capacidade de retenção de água, melhorando a qualidade do solo e/ou reduzindo a erosão do solo de cima. Os resultados aqui apresentados mostram que os resíduos de destilação provenientes de processos de produção que utilizam matérias-primas lignocelulósicas proporcionam a absorção de nutrientes semelhante em culturas como fertilizante químico. Além disso, como aqui descrito, os resultados dos testes mostram que os resíduos de destilação não são tóxicos para as plantas. Culturas que foram tratadas com resíduos de destilação da invenção tiveram um número semelhante de plantas/hectare, de culturas tratadas com adubos químicos.

[009] Além desses benefícios para as culturas, o processo aqui descrito fornece uma alternativa simples para a eliminação de resíduos, que resulta na produção de um produto de fermentação a partir de uma matéria-prima lignocelulósica. Em contraste com outros métodos propostos para a eliminação de resíduos de destilação, a presente invenção oferece redução de custos operacionais e de capital. Por exemplo, incineração e tratamento de águas residuais dos resíduos de destilação ainda requer um capital significativo para a implementação e os custos operacionais elevados para a planta. A deposição em aterro é também uma alternativa cara e tem implicações ambientais negativas. Assim, a presente invenção proporciona uma composição de condicionamento do solo de baixo custo a partir de uma corrente de resíduos que de outra forma necessitaria de capital e custos operacionais significativos para o descarte.

[010] Além disso, a presente invenção supera preocupações decorrentes da remoção de resíduos da cultura restante em um campo após a colheita ter sido colhida. Em particular, tem havido preocupações que a remoção de resíduos de colheitas para fazer combustíveis e produtos químicos remove a água, carbono e nutrientes do solo. Por outro lado, é muitas vezes desejável remover os resíduos de colheita acumulados particularmente a partir de culturas de alto rendimento, quando resíduo em excesso pode ser difícil e caro para gerir. Com vantagem, a presente invenção trata preocupações em matéria de gestão de resíduos de culturas, além de fornecer um meio de baixo custo para retornar matéria orgânica e nutrientes de volta para o solo.

[011] Além disso, com a realização da presente invenção, as emissões de gases de efeito estufa do ciclo de vida associado à produção de combustível a partir de uma matéria-prima lignocelulósica são reduzidas em relação a alimentar processos de produção que dispõem dos resíduos de destilação ainda por outras técnicas, como a incineração ou deposição em aterro. As reduções de gases de efeito estufa são alcançadas por causa da redução da dependência de fertilizantes químicos. Como o fertilizante químico é sintetizado usando combustíveis fósseis, como gás natural e carvão, usando nutrientes dos resíduos de destilação, em vez de fertilizantes químicos, economia das emissões de gases de efeito estufa pode ser alcançada. Além disso, ao contrário de incineração, a invenção não exige a utilização de produtos químicos de lavagem, o que também pode contribuir para as emissões de gases com efeito de estufa do ciclo de vida do combustível.

[012] De acordo com certas formas de realização do primeiro aspecto da invenção, os componentes inorgânicos dos resíduos de destilação se originam a partir de matéria- prima lignocelulósica, produtos químicos adicionados durante o processo de produção, ou uma combinação dos mesmos. Numa outra forma de realização, os componentes inorgânicos são originários de ambos os materiais de alimentação e os produtos químicos de processo lignocelulósicos adicionados durante o processo de produção.

[013] De acordo com uma outra forma de realização do primeiro aspecto da invenção, a etapa de tratamento da matéria-prima lignocelulósica para produzir açúcar compreende pré-tratamento da matéria-prima lignocelulósica com ácido ou álcali, para produzir uma composição que compreende celulose e a hidrólise de, pelo menos, uma porção de celulose para glicose com enzimas.

[014] Num segundo aspecto da invenção, o componente inorgânico dos resíduos de destilação compreende um sal inorgânico, que compreende um sal que contém enxofre. De acordo com este aspecto da invenção, o sal que contém enxofre tem origem, em grande parte, de produtos químicos contendo enxofre adicionados durante o processo de produção. Os inventores reconheceram que os resíduos de destilação que compreende sais que contêm enxofre originários do próprio processo é particularmente adequado para utilização em aplicação ao solo, tais como para utilização como fertilizante. O enxofre serve como um nutriente para as plantas, enquanto o componente orgânico fornece matéria orgânica para o solo. Além disso, este aspecto da invenção fornece uma metodologia de baixo custo para o uso de uma corrente de resíduos contendo produtos secundários resultantes das etapas de adição de produtos químicos que de outra forma necessita de processos complexos para tratar e eliminar. Por exemplo, correntes contendo sais de sulfato produzem cinzas em caldeiras durante a incineração e são difíceis de tratar por digestão anaeróbica enquanto os sais podem reduzir o desempenho dos microrganismos. Não apenas determinados processos aqui divulgados superam estas limitações, reduzindo ou eliminando a necessidade de métodos de tratamento dispendiosos, mas os sais contendo enxofre contidos dentro da corrente adicionam valor aos nutrientes aos resíduos de destilação, quando utilizados na aplicação de fertilizante.

[015] Assim, de acordo com um segundo aspecto da invenção, é proporcionado um processo para a obtenção de uma composição para utilização na aplicação de fertilizante, compreendendo: (a) obtenção de um produto da fermentação, por um processo de produção que compreende as etapas de: (i) tratamento de uma matéria-prima lignocelulósica para a produção de açúcar; (ii) fermentação do açúcar para a produção de uma mistura fermentada compreendendo o produto da fermentação; e (iii) recuperação do produto de fermentação a partir da mistura fermentada em uma ou mais fases para produzir um produto de fermentação concentrado e resíduos de destilação; (b) recuperação dos resíduos de destilação, os resíduos de destilação compreendendo um componente orgânico e um inorgânico; e (c) proporcionar os resíduos de destilação compreendendo o componente orgânico e componente inorgânico para utilização numa aplicação de fertilizante, em que o componente inorgânico dos resíduos da destilação compreende um sal inorgânico, que surge a partir de um ou mais produtos químicos do processo contendo enxofre, que são utilizados durante o processo de produção e em que o sal inorgânico é um sal contendo enxofre. De acordo com uma forma de realização deste aspecto da invenção, o um ou mais produtos químicos de processos que contêm enxofre que são utilizados durante o processo de produção inclui o ácido sulfúrico. De acordo com uma outra forma de realização deste aspecto da invenção, o um ou mais produtos químicos do processo que contêm enxofre são utilizados durante a etapa de tratamento da matéria-prima lignocelulósica para produzir açúcar. O sal contendo enxofre pode ser um sal de sulfato selecionado a partir de sulfato de sulfato de amônio e sulfato de cálcio. Numa forma de realização preferida, o sal de sulfato é o sulfato de amônio.

[016] De acordo com qualquer dos aspectos anteriores da invenção, a etapa de tratamento da matéria- prima lignocelulósica para produzir açúcar pode compreender (i') pré-tratamento da matéria-prima lignocelulósica com ácido sulfúrico para produzir matérias primas lignocelulósicas pré-tratadas com ácido e adicionar álcali as matérias primas lignocelulósicas pré-tratadas com ácido para ajustar o pH entre cerca 4 e cerca de 7, produzindo, assim, um sal contendo enxofre; ou (ii') pré-tratamento da matéria-prima lignocelulósica com uma solução alcalina para produzir uma matéria-prima pré-tratada lignocelulósica alcalina e a adição de ácido sulfúrico para a matéria-prima pré-tratada lignocelulósica alcalina para ajustar o pH entre cerca de 4 e cerca de 7, produzindo, assim, um sal contendo enxofre, em que o sal contendo enxofre produzido na etapa (i’) ou (ii') forma, pelo menos parte do componente inorgânico dos resíduos de destilação.

[017] Após o ajuste do pH, a matéria-prima pré- tratada pode ser hidrolisada com uma mistura de enzimas compreendendo, pelo menos, as enzimas celulase. De acordo com certas formas de realização de qualquer um dos referidos aspectos da presente invenção, pelo menos uma parte das etapas de tratamento para produzir o açúcar e a fermentação é levada a cabo como parte de um processo de fermentação e sacarificação simultâneas.

[018] A matéria-prima pré-tratada com ácido é de preferência ajustada com um composto alcalino selecionado a partir de cal, amônia e hidróxido de amônia. Isto produz um sal inorgânico selecionado a partir de sulfato de cálcio e sulfato de amônio. Numa forma de realização, a matéria- prima pré-tratada com ácido é ajustada com amônia ou hidróxido de amônia, o que produz o sulfato de amônio. O sulfato de amônio, em seguida, forma pelo menos parte do componente inorgânico dos resíduos de destilação. Numa outra forma de realização da invenção, a matéria-prima pré- tratada com ácido é ajustada com cal, o qual produz sulfato de cálcio.

[019] Ainda em outras formas de realização da invenção, em que a etapa de tratamento da matéria-prima lignocelulósica para produzir açúcar, álcali selecionado a partir de cal, amônia e hidróxido de amônia é utilizado para pré-tratar a matéria-prima para produzir matéria-prima pré-tratada alcalina. Quando o álcali selecionado a partir de cal, amônia e hidróxido de amônia são utilizados para pré-tratar a matéria-prima, o ajuste do pH com ácido sulfúrico produz o sal inorgânico selecionado a partir de sulfato de amônio e sulfato de cálcio. O sulfato de amônio ou sulfato de cálcio, em seguida, forma pelo menos parte do componente inorgânico dos resíduos de destilação. Em uma forma de realização da invenção, o álcali utilizado para pré-tratar a matéria-prima é a amônia ou hidróxido de amônia, e a matéria-prima pré-tratada alcalina é ajustada com ácido sulfúrico, o qual produz sulfato de amônio. O sulfato de amônio, em seguida, forma pelo menos parte do componente inorgânico dos resíduos de destilação. O sulfato de amônio fornece nitrogênio e enxofre nos resíduos de destilação, ambos os quais podem aumentar o teor de nutrientes do solo.

[020] De acordo com uma forma de realização de qualquer um dos aspectos anteriores da invenção, os resíduos de destilação tem um teor de enxofre compreendido entre cerca de 1,0 e cerca de 15% em peso, entre cerca 1,0 e cerca de 12% em peso, entre cerca de 1,5 e cerca de 12% em peso ou entre cerca de 2,0 e cerca de 8% em peso, medido em uma base seca. Ainda em outras formas de realização, os resíduos de destilação tem um teor de enxofre compreendido de entre cerca de 0,5 e cerca de 15% em peso, entre cerca de 0,5 e cerca de 12% em peso ou entre cerca de 0,5 e cerca de 8% em peso. O teor de enxofre pode incluir faixas com limites numéricos de cerca de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15% em peso, medido em uma base seca.

[021] De acordo com uma forma de realização de qualquer um dos aspectos anteriores da invenção, os resíduos de destilação tem um teor de nitrogênio compreendido entre cerca de 2,0 e cerca de 12% em peso, entre cerca de 2,0 e cerca de 10% em peso, ou entre cerca de 2,0 e cerca de 8% em peso em uma base seca. Em outras formas de realização, a composição de condicionamento do solo tem um teor de nitrogênio compreendido entre cerca 1,0 e cerca de 15% em peso, entre cerca de 1,0 e cerca de 12% em peso, entre cerca de 1,0 e cerca de 10% em peso ou entre cerca de 1,0 e cerca de 8% em peso em uma base seca. O teor de nitrogênio pode incluir faixas com limites numéricos de cerca de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15% em peso, medido em uma base seca.

[022] Numa outra forma de realização da invenção, os resíduos de destilação têm um teor de fósforo inferior a 2% em peso como medido em uma base seca.

[023] Em certas formas de realização da invenção, os resíduos de destilação fornecidos para utilização na aplicação de fertilizante compreendem cerca de 40 a 80% em peso de componentes orgânicos e de cerca de 20 a 60% em peso de componentes inorgânicos medido em uma base seca. O componente orgânico pode compreender lignina dissolvida, lignina insolúvel ou uma combinação das mesmas.

[024] Numa outra forma de realização de qualquer um dos aspectos anteriores da invenção, os resíduos de destilação têm um teor de sólidos que permite que ele seja aplicado como fertilizante através de equipamento convencional de agricultura.

[025] A etapa de recuperação em qualquer dos aspectos anteriores da invenção pode compreender a concentração dos resíduos de destilação. Em uma outra forma de realização, a etapa de recuperação compreende a separação de sólidos dos resíduos de destilação a partir, produzindo assim uma corrente de resíduos constituída por sólidos separados, e um componente líquido e em que os sólidos separados e o componente líquido são fornecidos para utilização no condicionamento do solo.

[026] Em uma forma de realização de qualquer um dos aspectos anteriores da invenção, os resíduos de destilação são diretamente aplicados ao fertilizante ou, em seguida, concentrados e aplicados diretamente ao fertilizante, sem qualquer intervenção no tratamento de águas residuais de, incluindo o tratamento biológico ou químico.

[027] De acordo com um outro aspecto, a presente invenção proporciona um método para a utilização de resíduos de destilação como uma composição de fertilizante ou condicionamento do solo que compreende a aplicação do fertilizante dos resíduos de destilação produzidos por um processo de produção que utiliza uma matéria-prima lignocelulósica para produzir um produto de fermentação.

[028] De acordo com certas formas de realização deste aspecto da invenção, a composição de condicionamento do solo compreende cerca de 40 a 80% em peso de componentes orgânicos e cerca de 20 a 60% em peso de componentes inorgânicos, em uma base seca. Os componentes inorgânicos podem ter origem a partir da matéria-prima lignocelulósica, processos químicos adicionados durante o processo de produção, ou uma combinação dos mesmos. De preferência, os componentes inorgânicos são originários a partir de ambos as matérias-primas lignocelulósicas e os produtos químicos do processo adicionados durante o processo de produção. Os componentes orgânicos podem compreender lignina dissolvida, lignina insolúvel, ou uma combinação das mesmas. Outros componentes incluem carboidratos residuais orgânicos, açúcares não fermentados, polióis, sólidos da fermentação, ou uma combinação dos mesmos. De acordo com uma forma de realização, não há nenhuma lignina insolúvel.

[029] De acordo com outras formas de realização, o componente dos resíduos de destilação da composição de condicionamento tem um teor de fósforo inferior a cerca de 2% em peso, medido em uma base seca.

[030] O método da invenção pode ainda compreender a mistura de composição de condicionamento do solo com adubo antes da etapa de aplicar ao solo.

[031] De acordo com um outro aspecto, a invenção proporciona uma composição de condicionamento do solo, compreendendo: resíduos de destilação compreendendo: cerca de 40 a 80% em peso do componente orgânico; e cerca de 20 a 60% em peso de componente inorgânico, em que o componente orgânico solúvel compreende lignina e o componente inorgânico compreende nitrogênio e enxofre.

[032] O teor de água da composição de condicionamento do solo pode ser entre cerca de 1O e cerca de 90% em peso, ou entre cerca de 20 e cerca de 50% em peso. Em outras formas de realização, a composição de condicionamento do solo é ainda composta por sólidos de resíduos de destilação separados resultantes a partir de uma etapa de separação de sólidos a partir de uma corrente de resíduos de destilação.

[033] O componente orgânico da composição de condicionamento do solo pode compreender carboidratos residuais, açúcares não fermentados, polióis, sólidos da fermentação, lignina dissolvida, ou uma combinação dos mesmos. O componente orgânico da composição de condicionamento do solo pode ainda compreender a lignina insolúvel. De acordo com outras formas de realização da invenção, a composição de condicionamento do solo compreende ainda potássio, cloreto, magnésio, cálcio, ou uma combinação dos mesmos. Ainda em outras formas de realização, os resíduos de destilação na composição condicionamento do solo tem um teor de fósforo inferior a 2% em peso em uma base seca.

[034] De acordo com uma forma de realização da invenção, a composição de condicionamento do solo tem um teor de enxofre compreendido entre cerca de 1,0 e cerca de 15% em peso, entre cerca de 1,0 e cerca de 12% em peso, entre cerca de 1,5 e cerca de 12% em peso ou entre cerca de 2,0 e cerca de 8% em peso como medido em uma base seca. Ainda em outras formas de realização, os resíduos de destilação tem um teor de enxofre compreendido entre cerca de 0,5 e cerca de 15% em peso, entre cerca de 0,5 e cerca de 12% em peso ou entre cerca de 0,5 e cerca de 8% em peso. O teor de enxofre pode incluir faixas que tem limites numéricos de cerca de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15% em peso, medido em uma base seca.

[035] De acordo com uma forma de realização da invenção, a composição de condicionamento do solo tem um teor de nitrogênio compreendido entre cerca de 2,0 e cerca de 12% em peso, entre cerca de 2,0 e cerca de 1O% em peso,ou entre cerca de 2,0 e cerca de 8% em peso em uma baseseca. Em outras formas de realização, a composição de condicionamento do solo tem um teor de nitrogênio de cercade 1,0 e cerca de 15% em peso, entre cerca de 1,0 e cercade 12% em peso, entre cerca de 1,0 e cerca de 10% em peso,ou entre cerca de 1,0 e cerca de 8% em peso em uma baseseca. O teor de nitrogênio pode incluir faixas com limites numéricos de cerca de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15% em peso, medido em uma base seca.

[036] De acordo com uma outra forma de realização da invenção, o componente inorgânico da composição de condicionamento do solo compreende um sal de sulfato. Numa outra forma de realização da invenção, o componente inorgânico compreende sulfato de amônio ou sulfato de cálcio. Em ainda uma outra forma de realização, o componente inorgânico compreende sulfato de amônio.

[037] Num outro aspecto, a presente invenção proporciona uma composição de condicionamento do solo para utilização em aplicação ao solo que ainda compreende resíduos de destilação, em que os resíduos de destilação são derivados a partir de um método que produz um produto de fermentação a partir de uma matéria-prima lignocelulósica.

[038] De acordo com um outro aspecto da invenção é proporcionado um método que compreende (i) a obtenção de uma composição de condicionamento do solo que compreende resíduos de destilação, em que os resíduos de destilação são derivados a partir de um método que produz um produto de fermentação a partir de uma matéria-prima lignocelulósica; e (ii) a adição de lignina insolúvel na composição de condicionamento do solo da etapa (i) antes da sua utilização na aplicação ao solo. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[039] A FIGURA 1 é um gráfico de barras que mostra o nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), enxofre (S), lignina e teor de umidade de uma composição de condicionamento do solo que compreende resíduos de destilação. O teor de nitrogênio, fósforo, potássio, enxofre, lignina e umidade dos resíduos de destilação ainda são medidos em uma base úmida (primeiras barras) ou base seca (segundas barras).

[040] A FIGURA 2A é um gráfico de barras que mostra o teor (%) de enxofre (S) do tecido da folha de amostras de milho após a aplicação de resíduos de destilação (primeiras barras) e fertilizantes químicos (segundas barras) para culturas de milho em faixas de nitrogênio de 50, 100, 150 e 200 lbs/acre. Os resultados também são mostrados sem fertilizante (identificado nenhum nitrogênio).

[041] A FIGURA 2B é um gráfico de barras que mostra o teor (%) de fósforo (P) de tecido da folha de amostras de milho após a aplicação de resíduos de destilação (primeiras barras) e fertilizantes químicos (segundas barras) para culturas de milho em faixas de nitrogênio de 50, 100, 150 e 200 lbs/acre. Os resultados também são mostrados sem fertilizante (identificado nenhum nitrogênio).

[042] Figura 2C é um gráfico de barras que mostra o teor (%) de (K) de amostras de milho após a aplicação de resíduos de destilação (primeiras barras) e fertilizantes químicos (segundas barras) para culturas de milho em faixas de nitrogênio de 50, 100, 150 e 200 lbs/acre. Os resultados também são mostrados sem fertilizante (identificado nenhum nitrogênio).

[043] FIGURA 2D é um gráfico de barras que mostra o teor (%) de (N) de amostras de milho após a aplicação de resíduos de destilação (primeiras barras) e fertilizantes químicos (segundas barras) para culturas de milho em faixas de nitrogênio de 50, 100, 150 e 200 lbs/acre. Os resultados também são mostrados sem fertilizante (identificado nenhum nitrogênio).

[044] A FIGURA 3 é um gráfico de barras que mostra o teor de clorofila na fase de pendoamento do milho após a aplicação dos resíduos de destilação (primeiras barras) e fertilizantes químicos (segundas barras) para culturas de milho em faixas de nitrogênio de 50, 100, 150 e 200 libras/acre. Os resultados também são mostrados sem fertilizante (identificado nenhum nitrogênio).

[045] A FIGURA 4 é um gráfico de barras que mostra as plantas de milho/hectare após a aplicação de resíduos da destilação (primeiras barras) e fertilizantes químicos (segundas barras) para culturas de milho em faixas de nitrogênio de 50, 100, 150 e 200 libras/acre. Os resultados também são mostrados sem fertilizante (identificado nenhum nitrogênio).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[046] A descrição que se segue é de uma forma de realização preferida apenas a título de exemplo e sem limitação para a combinação das características necessárias para a realização da invenção em funcionamento. As posições fornecidas não pretendem ser limitantes das várias formas de realização da invenção. Termos tais como "compreende", "compreendendo", "compreender", "inclui", "incluindo" e "incluir" não são destinadas a ser um fator limitante.

[047] O processo da presente invenção compreende a produção de açúcar a partir de uma matéria-prima lignocelulósica e fermentação do açúcar para a produção de um produto de fermentação nas fases iguais ou diferentes. O produto de fermentação inclui qualquer produto ou subproduto da fermentação para utilização como combustível, combustível intermediário ou químicos. Em uma forma de realização da invenção, o produto de fermentação é um álcool.Descrição dos tipos de matéria-prima

[048] O termo "matéria-prima lignocelulósica", entende-se qualquer tipo de biomassa de planta lenhosa ou não lenhosa, ou matéria-prima derivada a partir da biomassa da planta, tais como, mas não limitados a, (i) culturas de biomassa, tais como, culturas de biomassa dedicadas, incluindo, mas não limitado a, as gramíneas, por exemplo, gramíneas C4, tais como switch grass, cabo de grama, azevém, miscanthus, capim-amarelo, ou uma combinação dos mesmos;(ii) resíduos, subprodutos ou resíduos derivados do processamento de biomassa de plantas, ou de matérias-primas derivadas a partir da biomassa da planta, em uma instalação para produzir alimentos ou produtos não alimentares, por exemplo, mas não limitado a, os resíduos remanescentes após a obtenção de açúcar a partir de biomassa vegetal tal como o bagaço de cana-de-açúcar, polpa de beterraba, ou resíduos remanescentes após a remoção de açúcar a partir de alcachofra de Jerusalém, ou uma combinação destes; e os resíduos remanescentes após processamento de cereais, tal como fibras de milho, palha de milho, ou uma combinação destes;(iii) resíduos de agricultura, por exemplo, mas não limitado a, palha de soja, palha de milho, palha de arroz, palha de cana-de-açúcar, casca de arroz, palha de cevada, espigas de milho, palha de trigo, palha de canola, palha de aveia, casca de aveia, fibras de milho, ou uma combinação dos mesmos;(iv) biomassa florestal, por exemplo, mas não se limitando a, fibras recicladas de celulose de madeira, serragem, madeira dura, por exemplo, madeira de álamo, madeira macia, ou uma combinação destes;(v) resíduos derivados de celulose e produtos de papel, tais como papel de jornal, cartão, ou uma combinação destes; e(vi) resíduos urbanos.

[049] Matéria-prima lignocelulósica pode compreender uma espécie de fibra ou, em alternativa, como matéria-prima lignocelulósica pode compreender uma mistura de fibras que se originam a partir de diferentes matérias- primas lignocelulósicas. Além disso, a matéria-prima lignocelulósica pode compreender matéria-prima lignocelulósica fresca, parcialmente matéria-prima lignocelulósica secas, matéria-prima lignocelulósica completamente seca, ou uma combinação destas. Além disso, as novas variedades de matérias-primas lignocelulósicas podem ser produzidas a partir de qualquer um dos listados acima, o melhoramento de plantas, ou por engenharia genética.

[050] Matérias-primas lignocelulósicas compreendem celulose numa quantidade superior a cerca de 20%, mais preferivelmente maior do que cerca de 30%, mais preferivelmente maior do que cerca de 40% (p/p). Por exemplo, o material lignocelulósico pode compreender desde cerca de 20% a cerca de 50% (p/p) de celulose, ou de qualquer quantidade entre eles. Além disso, a matéria-prima lignocelulósica compreende lignina, numa quantidade maior do que cerca de 10%, mais tipicamente, numa quantidade superior a cerca de 15% (p/p). De preferência, a matéria- prima lignocelulósica compreende cerca de 25% a cerca de 45% (p/p) de celulose, cerca de 15% a cerca de 35% (p/p) de xilano e cerca de 10% a cerca de 25% (p/p) de lignina. A matéria-prima lignocelulósica pode também compreender sacarose, frutose e amido. Sem ser limitante, a quantidade de sacarose, frutose ou amido presente em matérias-primas lignocelulósicas é geralmente menor do que a celulose e xilano.

[051] A matéria-prima lignocelulósica pode ser primeiro sujeita a redução de tamanho por meio de métodos, incluindo, mas não se limitando a, moagem, trituração, agitação, esfrangalhamento, compressão/expansão, ou de outros tipos de ação mecânica. A matéria-prima lignocelulósica do processo de redução de tamanho pode produzir um material de alimentação de tamanho reduzido que compreende partículas de um tamanho definido. Por exemplo, pelo menos 90% em peso das partículas na matéria-prima no tamanho reduzido podem ter um comprimento menor do que entre cerca de 0,315 e 20,32 cm (1/8 e cerca de 8 polegadas). Como será notado por aqueles peritos na técnica, matéria-prima lignocelulósica que foi submetido à redução do tamanho compreende partículas da matéria-prima tendo uma faixa de tamanhos e formas.

[052] A matéria-prima é opcionalmente suspensa. Formação de suspensão permite que seja bombeada facilmente e pode ser realizada em qualquer recipiente de mistura adequado em lote ou contínuo, incluindo um tubo vertical ou desintegrador. Suspensão pode ser distinta da adição de água e de produtos químicos ou pode ocorrer simultaneamente com eles.

[053] Suspensão pode ocorrer em qualquer consistência adequada selecionada pelos peritos na técnica. No entanto, na prática, a consistência da suspensão de matéria-prima de entrada utilizada dependerá dos os meios da mistura específica empregados e das bombas específicas utilizadas. Numa forma de realização da invenção, a consistência da suspensão de matéria-prima situa-se entre cerca de 2% e cerca de 40% (p/p) ou mais tipicamente entre cerca de 4% e cerca de 30% (p/p).Tratamento da matéria-prima lignocelulósica para produção de açúcar

[054] Qualquer de uma variedade de métodos pode ser empregada para o tratamento de matéria-prima lignocelulósica para produção de açúcar, incluindo o tratamento da matéria-prima lignocelulósica utilizando tratamentos mecânicos, químicos, térmicos e/ou biológicos. Açúcares fermentáveis podem ser obtidos a partir de matéria-prima lignocelulósica utilizando técnicas que são conhecidas dos peritos na técnica, ou técnicas mais tarde desenvolvidas, incluindo, mas não limitado aos descritos abaixo. O tratamento da matéria-prima lignocelulósica para produzir o açúcar pode ser um único tratamento ou mais preferivelmente é realizado em várias fases.

[055] A matéria-prima lignocelulósica pode ser pré-tratada fazendo reagir sob condições que rompem a estrutura da fibra e que aumentam a susceptibilidade ou a acessibilidade da celulose nas fibras celulósicas para as etapas de conversão subsequentes, tais como a hidrólise enzimática. Em uma forma de realização da invenção, o pré- tratamento é realizado de modo a que um elevado grau de hidrólise da hemicelulose e apenas uma pequena quantidade de conversão de celulose em glicose ocorre. O pré- tratamento pode ser realizado em uma ou várias fases. A celulose pode ser hidrolisada em glicose, numa etapa subsequente que utiliza enzimas de celulase.

[056] Para o pré-tratamento ácido, o pH está tipicamente entre cerca de 0,4 e cerca de 3,5. Pré- tratamento ácido é preferivelmente realizado a uma temperatura máxima de cerca de 160°C a cerca de 280°C. O tempo em que a matéria-prima é mantida a esta temperatura pode ser de cerca de 6 segundos a cerca de 3600 segundos. O pré-tratamento é geralmente realizado sob pressão. Por exemplo, a pressão durante o pré-tratamento pode estar compreendida entre cerca de 350 e cerca de 6500 kPa, ou qualquer intervalo entre as mesmas. A matéria-prima pode ser aquecida com vapor d’água antes ou durante o pré- tratamento.

[057] O pré-tratamento ácido produz uma composição que compreende uma matéria-prima pré-tratada ácida. Açúcares produzidos pela hidrólise de hemicelulose durante o pré-tratamento ácido incluem xilose, glicose, arabinose, manose, galactose, ou uma combinação dos mesmos.

[058] O pré-tratamento também pode ser realizado sob condições alcalinas. Exemplos de processos de pré- tratamento alcalino adequados incluem expansão de fibra de amônia (AFEX) ou pré-tratamento de amônia diluída. Outros métodos de pré-tratamento incluem pré-tratamento mecânico e hidrotérmico e pré-tratamento com solventes orgânicos (conhecido na indústria como pré-tratamento Organosolv™).

[059] De acordo com uma forma de realização exemplar da invenção, os componentes solúveis da composição de matéria-prima pré-tratada são separados dos sólidos. A corrente aquosa, que inclui os açúcares liberados durante o pré-tratamento, o pré-tratamento químico e outros componentes solúveis, podem então ser fermentados por um microrganismo capaz de fermentar os açúcares derivados do componente hemicelulose da matéria-prima.

[060] Após a pré-tratamento, a pasta de matéria- prima pré-tratada é tipicamente resfriada para diminuir a sua temperatura para uma faixa em que as enzimas celulase são ativas. Deve ser entendido que o resfriamento da matéria-prima pode ocorrer em um número de fases utilizando flashing, troca de calor ou de outros meios adequados. Hidrólise enzimática

[061] A hidrólise da celulose em açúcares solúveis pode ser realizada com qualquer tipo de enzimas celulases adequadas para o propósito e eficazes ao pH e outras condições utilizadas, independentemente da sua fonte. Entre as celulases mais amplamente estudadas, caracterizadas e produzidas comercialmente são as obtidas a partir de fungos dos gêneros Aspergillus, Humicola, Chrysosporium, Melanocarpus, Myceliophthora, Sporotrichum e Trichoderma, e a partir de bactérias do gênero Bacillus e Thermobifida. A conversão da glicose em celobiose é realizada pela enzima β-glicosidase. Pelo termo "β-glucosidase", significa qualquer enzima que hidrolisa o dímero de glicose, celobiose, a glicose.

[062] Além disso, existem várias enzimas acessórios que ajudam na digestão enzimática da celulose (ver copropriedade WO 2009/026722 (Scott), que é aqui incorporada por referência, e Harris et al., 2010, Biochemistry, 49:3305-3316). Estes incluem EGIV, também conhecido como Cel61, swollenin, expansin, lucinen e proteína induzida por celulose (CIP). A glicose pode ser enzimaticamente convertida em dímeros gentiobiose, soforose, laminaribiose e outros por beta-glicosidase por via de reações transglicosilação.

[063] Uma dosagem apropriada de celulase pode ser cerca de 1,0 a cerca de 40,0 unidades de filtro de papel (FPU ou IU) por grama de celulose, ou qualquer quantidade entre eles. O FPU é uma medida padrão conhecida dos peritos na técnica e é definida e medida de acordo com a Ghose (Pure and Appl Chem, 1987, 59:257-268, a qual é aqui incorporada por referência). Uma dosagem preferida de celulase é cerca de 10 a 20 FPU por grama de celulose.

[064] A hidrólise enzimática pode ser realizada a um pH entre cerca de 4,0 e 7,0. Se o pré-tratamento ácido é utilizado, o pH da matéria-prima será aumentada com álcali para cerca de pH 4,0 a cerca de 7,0 antes de hidrólise enzimática, ou mais tipicamente entre cerca de 4,0 e cerca de 6,0. A faixa de pH ótimo da maioria das celulases é entre pH 4,0 e 6,0. No entanto, as celulases com pH ótimos a valores de pH mais ácidos e mais alcalinos podem ser usados. Como discutido a seguir, a adição de álcali a esta fase do processo produz os sais que podem ser recuperados para utilização como fertilizante, dependendo da identidade do álcali utilizado no processo.

[065] A temperatura da suspensão é ajustada de modo a que esteja dentro da faixa ótima para a atividade das enzimas de celulase. Geralmente, uma temperatura de cerca de 45°C até cerca de 70°C, ou cerca de 45°C a cerca de 65°C, ou qualquer temperatura entre os mesmos, é adequada para a maioria das enzimas de celulase. No entanto, a temperatura da mistura pode ser maior para as enzimas de celulase termófilas.

[066] A hidrólise pode ser realizadasimultaneamente com a fermentação em uma sacarificação simultânea e fermentação, também referido como "SSF". SSF é tipicamente realizada a temperaturas de 35 a 38°C, o que representa um compromisso entre o ótimo de 50°C para a celulase e a 28°C ótima para a levedura.

[067] A corrente resultante de hidrólise pode compreender processos químicos, sais, proteínas e outros compostos orgânicos derivados a partir de matéria-prima, e uma fase de sólidos insolúveis, compreendidos de lignina, polissacarídeo que não reagiu, e outros componentes insolúveis em água. A lignina pode ser separada a partir do hidrolisado nesta fase do processo, ou pode ser realizada por meio de fermentação. Fermentação

[068] A fermentação do açúcar é realizada para produzir o produto de fermentação.

[069] A produção fermentativa de álcool pode ser realizada com levedura ou bactéria. A levedura que pode ser utilizada para a produção de etanol é uma levedura de Saccharomyces spp. A glicose e quaisquer outras hexoses presentes na corrente de açúcar podem ser fermentadas em etanol por tipo selvagem de Saccharomyces cerevisiae, embora as leveduras geneticamente modificadas podem também ser empregadas.

[070] A fermentação é tipicamente conduzida a um pH entre cerca de 4,0 e cerca de 6,0, ou entre cerca de 4,5 e cerca de 6,0. Para atingir a faixa anterior de pH para a fermentação, pode ser necessário adicionar álcali à corrente de alimentação de açúcar da fermentação. A corrente de alimentação de fermentação do açúcar irá compreender um ou mais monômeros de açúcar derivados de celulose, hemicelulose ou ambos os componentes poliméricos. Monômeros de açúcar derivados de celulose incluem a glucose, enquanto a hidrólise do componente de hemicelulose produz tais açúcares como, xilose, glicose, arabinose, manose, galactose, ou uma combinação dos mesmos.

[071] A xilose e arabinose que são derivados a partir da hemicelulose podem ser também fermentadas de um produto de fermentação de uma cepa de levedura que contém naturalmente, ou foi modificado para conter, a capacidade de fermentar estes açúcares em etanol. Exemplos de micróbios que foram geneticamente modificados para fermentar xilose incluem cepas de Saccharomyces recombinantes nos quais foi inserido, quer (a) genes de xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH) de Pichia stipitis (patentes US Nos. 5.789.210, 5.866.382, 6.582.944 e 7.527.927 e a patente Europeia n° 450530) ou (b) gene bacteriano ou fúngico de xilose isomerase (XI) (patentes US Nos. 6.475.768 e 7.622.284). Exemplos de leveduras que tenham sido geneticamente modificadas para fermentar a L-arabinose incluem, mas não estão limitadas a, cepas de Saccharomyces recombinantes em que os genes a partir de qualquer arabinose fúngica (patente US No. 7.527.951) ou bacteriana (WO 2008/041840) por vias metabólicas foram inseridas.

[072] Uma faixa de temperatura típica para a fermentação da glicose em etanol usando Saccharomyces cerevisiae é entre cerca de 25°C e cerca de 38°C, embora a temperatura possa ser mais elevada, se a levedura é natural ou geneticamente modificada para ser termostável. A dose de microrganismo de fermentação dependerá de fatores, tais como a atividade do microrganismo de fermentação, o tempo de fermentação desejado, o volume do reator e de outros parâmetros. Estes parâmetros podem ser ajustados como desejado para atingir as condições ótimas de fermentação.

[073] A fermentação pode também ser suplementada com nutrientes adicionais necessários para o crescimento do microrganismo de fermentação. Por exemplo, extrato de levedura, aminoácidos específicos, fosfato, fontes de nitrogênio, sais, oligoelementos e vitaminas podem ser adicionados à corrente de alimentação de fermentação de açúcar para suportar o seu crescimento.

[074] A fermentação do açúcar produz uma mistura fermentada que compreende o produto de fermentação. A mistura fermentada compreende componentes orgânicos e inorgânicos, incluindo os componentes adicionados durante a fermentação para suportar o crescimento dos microrganismos. Recuperação do produto de fermentação

[075] Ao recuperar o produto de fermentação a partir da mistura fermentada, significa a remoção do produto de fermentação a partir da mistura fermentada para produzir o produto de fermentação mais concentrada e mais pura em um ou mais fases.

[076] Em uma forma de realização da invenção, o produto de fermentação é um álcool. Uma técnica convencional para a recuperação do álcool em forma mais concentrada e mais pura é a destilação. Tal como aqui utilizado, o termo "destilação" também engloba extração a vapor e vácuo. Outras técnicas incluem a desidratação da membrana, pervaporação realizada diretamente sobre a mistura fermentada ou para substituir as etapas de concentração, após destilação (tal como peneiras moleculares).

[077] O caldo de fermentação que é enviado para destilação é uma solução diluída de álcool. Os microrganismos estão potencialmente presentes dependendo se ou não eles são removidos do caldo por meio de filtração ou outros meios antes da destilação do caldo. O caldo pode conter adicionalmente quaisquer componentes adicionados durante a fermentação para suportar o crescimento dos microrganismos. O caldo também irá conter quaisquer materiais orgânicos que não tenham sido consumidos pelos microrganismos, juntamente com sais inorgânicos solúveis e insolúveis.

[078] O caldo é bombeado através de uma ou mais colunas de destilação para separar o álcool a partir dos outros componentes do caldo. A coluna (s) na unidade de destilação é de preferência operada de um modo contínuo, embora deva ser entendido que os processos descontínuos são também abrangidos pela presente invenção. Além disso, a coluna (s) pode ser operada a qualquer pressão ou vácuo desejado. O calor para o processo de destilação pode ser adicionado em um ou mais pontos ou por injeção direta de vapor ou indiretamente através de trocadores de calor. A unidade de destilação pode conter um ou mais caldos separados e colunas de retificação, ou uma coluna de destilação pode ser empregada, que compreende uma seção de enriquecimento ou retificação integral. O vapor de álcool é adicionalmente purificado para especificação de etanol de qualidade combustível por remoção de vapor de água residual por qualquer uma das várias técnicas bem conhecidas.

[079] O vapor de etanol é ainda purificado para especificação de qualidade combustível por remoção de água residual ou de vapor d’água por qualquer uma das várias técnicas bem conhecidas ou mais tarde desenvolvidas.

[080] Quando o álcool tem um ponto de ebulição superior ao da água, tal como o butanol, a destilação é operada para remover a água e outros compostos voláteis a partir do álcool. O vapor d’água sai do topo da coluna de destilação e é conhecida como a "corrente superior".

Separação de lignina

[081] A lignina insolúvel pode ser recuperada durante o processo de produção ou pode ser transportada até os resíduos de destilação. Se a lignina insolúvel for recuperada, ela pode ser obtida a partir de qualquer fase do processo de produção. Isto ocorre, tipicamente, após o pré-tratamento, embora os processos sejam conhecidos nos quais a lignina é recuperada nas fases anteriores do processo de produção. Sem ser limitante, correntes a partir das quais a lignina pode ser separada inclui a corrente de hidrolisado compreendendo glicose resultante da hidrólise enzimática, a corrente de caldo de fermentação ou a corrente de resíduos de destilação remanescentes após a destilação. Deve ser entendido que a celulose não convertida e outros componentes insolúveis podem ser transportados com a lignina durante a separação da lignina.

[082] A lignina pode ser separada usando técnicas de separação de sólido-líquido convencional, antes de qualquer processamento adicional. Tais técnicas de separação podem incluir o uso de filtros de pressão ou de vácuo, filtros de centrifugação ou centrífugas, sistemas de filtração de membrana ou decantadores de gravidade. O teor de sólidos da corrente de lignina resultante da separação é tipicamente maior do que cerca de 30% em peso, mais tipicamente maior do que cerca de 50% em peso. A lignina pode ou não pode ser lavada para recuperar açúcares adicionais e para remover produtos químicos do processo. Sem ser limitativo, um dispositivo particularmente apropriado para a separação de lignina é uma prensa de filtro.Recuperação de resíduos de destilação

[083] A recuperação dos resíduos de destilação envolve a obtenção dos resíduos de destilação remanescente após a concentração do produto de fermentação, tais como a partir do fundo de uma coluna de destilação ou coluna do caldo. Sem ser limitativo, a recuperação pode abranger as etapas de processamento antes de fornecer os resíduos de destilação para uso no condicionamento do solo ou aplicação no solo. No entanto, após o processamento, os componentes orgânicos e inorgânicos permanecem. Exemplos não limitativos de etapas de processamento que podem ser realizadas nos resíduos de destilação inclui concentração, incluindo técnicas de separação sólido/líquido, para produzir resíduos de destilação enriquecidos em sólidos. Além disso, os sólidos nos resíduos de destilação podem assentar, por exemplo, durante o armazenamento, e esses sólidos podem ser recuperados e utilizados para o condicionamento do solo ou de aplicação ao solo. Opcionalmente, um componente líquido obtido a partir dos resíduos de destilação também é fornecido para utilização no condicionamento do solo ou de aplicação ao solo, juntamente com os sólidos dos resíduos de destilação ou como um produto separado para aplicação no solo.

[084] De acordo com a presente invenção, não há nenhuma ou recuperação limitada de sal inorgânico a partir dos resíduos de destilação. Como mencionado, os sais inorgânicos proporcionam nutrientes para o crescimento da planta e/ou melhoram as condições do solo. Os resíduos de destilação previstos para utilização numa aplicação ao solo compreenderão geralmente pelo menos cerca de 50% em peso, ou pelo menos cerca de 75% em peso, ou mais preferencialmente pelo menos cerca de 80% em peso de sais inorgânicos presentes na corrente original alimentados à etapa de recuperação dos resíduos de destilação. Além disso, outros componentes podem ser recuperados a partir dos resíduos de destilação antes da sua utilização numa aplicação ao solo, tais como ácidos orgânicos, incluindo ácido acético.

[085] De acordo com certas formas de realização da invenção, os resíduos de destilação não estão sujeitos a qualquer tratamento de águas residuais, tais como o tratamento biológico antes da sua utilização numa aplicação ao solo. Por tratamento biológico entende-se que biocatalisadores, tais como microrganismos ou enzimas não são adicionados aos resíduos de destilação antes da aplicação ao solo. Por exemplo, em um exemplo da invenção, os resíduos de destilação não são tratados por digestão anaeróbia ou digestão aeróbia, antes da sua utilização numa aplicação ao solo. Num outro exemplo da invenção, os resíduos de destilação não são tratados por digestão anaeróbica, antes da sua utilização numa aplicação ao solo.

[086] De acordo com certas formas de realização da invenção, os resíduos de destilação não estão sujeitos a um tratamento químico. Por isto entende-se que os produtos químicos do processo não são adicionados aos resíduos de destilação, tais como ácidos, bases, oxidantes ou floculantes.

[087] Exemplos não limitativos de métodos para concentração dos resíduos de destilação que podem ser realizados incluem evaporação, centrifugação, separação por membrana, decantação ou outras técnicas adequadas. Em algumas formas de realização da invenção, entre cerca de 10% e cerca de 90% (p/p), ou entre cerca de 30% e cerca de 90% (p/p) do líquido é retirado dos resíduos de destilação antes da sua recuperação para uso na aplicação ao solo.

[088] Em uma forma de realização da invenção, a concentração dos resíduos de destilação é realizada em uma unidade de evaporação. A evaporação pode ser realizada num evaporador de fase única ou pode ser parte de um sistema de múltiplo efeito. Os peritos na técnica podem prontamente selecionar uma temperatura de funcionamento adequada para a unidade de evaporação. Em formas de realização da invenção, a temperatura de funcionamento da unidade de evaporação pode variar entre cerca de 40°C e cerca de 145°C. Deve entendido que a temperatura é medida a pressão de funcionamento, o que é tipicamente sob vácuo ou à pressão atmosférica, mas pode ser a pressão mais elevada.

[089] Os resíduos de destilação podem ser armazenados antes de ser fornecidos para utilização na aplicação de fertilizantes. O armazenamento é realizado em quaisquer meios de contenção adequados, tais como tanques, bacias ou lagoas. Os resíduos de destilação podem ser agitados ou pode não haver qualquer agitação durante a armazenagem. Os métodos de controle de ventilação e/ou de odores podem ser utilizados se for necessário.

[090] Como será apreciado pelos peritos natécnica, os requisitos de armazenamento seriam tipicamente baseados em épocas de plantio na agricultura e a localização da unidade de produção. Por exemplo, quando o fornecimento da composição de condicionamento do solo na primavera ou no outono, armazenamento, em geral, ocorre durante o inverno. Os requisitos de armazenamento podem também depender da localização geográfica das instalações de produção, pois isso vai ter um impacto sobre a estação de crescimento. Composição de condicionamento do solo

[091] A presente invenção também fornece uma composição de condicionamento do solo, que é uma composição aplicada ao solo com o objetivo de melhorar as condições do solo, níveis de nutrientes no tecido da planta, crescimento da planta ou uma combinação dos mesmos, em relação a nenhuma aplicação de fertilizantes. Melhorias nas condições do solo incluem o aumento de nutrientes no solo e aumento do teor orgânico. A composição de condicionamento do solo pode ser composta exclusivamente por resíduos de destilação, embora outros componentes podem ser adicionados também incluindo os adubos, ou outros componentes descritos abaixo.

[092] A composição de condicionamento do solo compreende um componente orgânico e um componente inorgânico proveniente dos resíduos de destilação. De acordo com certas formas de realização, a composição de condicionamento do solo compreende: resíduos de destilação compreendendo: cerca de 40 a 80% em peso de componentes orgânicos; e cerca de 20 a 60% em peso de componentes inorgânicos em uma base seca. Por exemplo, a composição de condicionamento do solo pode compreender cerca de 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80% em peso de componentes orgânicos e 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 e 60% em peso de componentes inorgânicos em uma base seca. A análise da composição dos resíduos de destilação, incluindo determinação do teor de componentes orgânicos e componentes inorgânicos, enxofre, nitrogênio, fósforo ou outros componentes aqui descritos é realizada depois da concentração dos resíduos de destilação, tais como, mas não limitados à evaporação, se uma tal etapa é realizada. Se os resíduos de destilação não são concentrados, então, a análise da composição é apenas após a destilação. Além disso, tal análise da composição irá ser realizada sobre a destilação em si, se não há componentes adicionais presentes na composição de condicionamento do solo. Se os componentes adicionais, além dos resíduos de destilação estão presentes, a análise é realizada após a adição, ou seus componentes. O teor de nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K) e enxofre (S) dos resíduos de destilação são reportados em uma base seca utilizando o método do Exemplo 1 para determinar o total de sólidos secos. O teor de nitrogênio, fósforo e potássio são determinados por digestão usando um método de ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio seguido por espectroscopia de emissão atômica de plasma acoplado indutivamente (ICP-AES) para determinar N, P e K. (Thomas et al., 1967, Agronomy Journal 59:240-243, que é aqui incorporado por referência). O enxofre é determinado usando digestão de HNO3 e HC1O4 seguido por ICP-AES para determinar o teor de S (Blanchar et al., 1965, Soil of America Journal 29:71-72, que é aqui incorporado por referência).

[093] De acordo com formas de realização preferidas, o componente inorgânico da composição de condicionamento do solo compreende, pelo menos, nitrogênio e enxofre. O componente orgânico, de preferência compreende pelo menos lignina solúvel.

[094] O termo "processo químico" significa um produto químico adicionado em qualquer fase durante a produção do produto de fermentação a partir da matéria- prima lignocelulósica e/ou etapas subsequentes para concentrar o produto de fermentação. Isto inclui qualquer produto químico adicionado durante ou antes da produção de açúcar, fermentação e/ou concentração do produto de fermentação que resulta na produção de sal inorgânico. Sem ser limitativo, o processo químico pode ser usado para ajustar o pH de uma corrente de processo, proporcionar nutrientes para um processo biológico, tal como a fermentação, ou descontaminar uma corrente de processo.

[095] Produtos químicos do processo adicionados à matéria-prima ou correntes de processo podem incluir ácidos e álcalis. Por exemplo, ácido ou alcalino pode ser utilizado para pré-tratar ou hidrolisar a matéria-prima lignocelulósico e/ou pode ser adicionado a uma corrente de processo para ajustar o seu pH antes de um tratamento biológico, tal como a hidrólise enzimática da celulose e/ou fermentação a um valor passível de a enzima e/ou microrganismo utilizado na fermentação. O produto químico do processo ácido ou alcalino pode também ser adicionado para fornecer nutrientes a um microrganismo usado para a fermentação e/ou prevenir o crescimento de microrganismos indesejados. O ácido pode ser selecionado, por exemplo, a partir do ácido fosfórico e ácido sulfúrico e o álcali podem ser selecionados de amônia, hidróxido de amônia, hidróxido de potássio e cal. Em outras formas de realização, o ácido é selecionado a partir de ácido sulfúrico e ácido fosfórico e o álcali é selecionado a partir de amônia, hidróxido de amônia e hidróxido de potássio. A reação do ácido e álcali produz sais inorgânicos, geralmente quantidades significativas. Exemplos de sais inorgânicos resultantes da neutralização dos processos químicos que podem estar presentes nos resíduos de destilação incluem sulfato de amônio, sulfato de potássio, sulfato de cálcio, fosfato de amônia, fosfato de potássio e suas combinações. Numa forma de realização, os sais inorgânicos incluem sulfato de amônio, fosfato de amônia, sulfato de potássio, fosfato de potássio, ou uma combinação dos mesmos. Em uma outra forma de realização, os sais inorgânicos compreendem sulfato de amônio ou sulfato de potássio. Em ainda outras formas de realização, os sais inorgânicos compreendem pelo menos sulfato de amônio.

[096] Os sais inorgânicos presentes na composição de condicionamento do solo também podem surgir a partir da própria matéria-prima. Sem ser limitante, matéria-prima lignocelulósica muitas vezes tem um valor de pH entre 6 e 10, devido à presença dos minerais alcalinos, tais como sais de potássio, sódio e cálcio. Tais minerais alcalinos podem incluir carbonato de potássio, carbonato de sódio e carbonato de cálcio. O carbonato de magnésio pode também estar presente dependendo da matéria-prima.

[097] Tal como discutido, a composição de condicionamento do solo pode compreender enxofre, que surge a partir da utilização de processos químicos contendo enxofre, tais como o ácido sulfúrico, no processo de produção. Enxofre nos resíduos de destilação podem existir sob a forma de sais de sulfato e/ou bissulfato. Isto pode incluir sais de sulfato e/ou sais de bissulfato de amônio, potássio, sódio, cálcio, magnésio ou as suas combinações. De acordo com uma forma de realização da invenção, os sais que contêm enxofre presentes nos resíduos de destilação incluem, sem limitação, sulfato de potássio, bissulfato de potássio, sulfato de sódio, bissulfato de sódio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio, sulfato de amônio e as suas combinações. De preferência, os sais contendo enxofre incluem, pelo menos, sulfato de amônio, sulfato de potássio ou sulfato de cálcio. Num outro exemplo da invenção, o sal contendo enxofre inclui sulfato de amônio ou sulfato de cálcio. Em uma outra forma de realização, o sal contendo enxofre inclui sulfato de amônio. Estes sais são produzidos por reação de ácido sulfúrico com os sais presentes na matéria-prima de entrada, tais como durante o pré- tratamento e/ou a reação de ácido sulfúrico com um composto alcalino que é adicionado como um processo químico, tal como descrito acima, e/ou durante a adição de ácido sulfúrico durante uma etapa de reduzir o pH de uma corrente durante a fermentação para matar microrganismos indesejados.

[098] De acordo com certas formas de realização da invenção, a composição de condicionamento do solo tem um teor de enxofre compreendido entre cerca de 1,0 e cerca de 15% em peso, entre cerca de 1,0 e cerca de 12% em peso, entre cerca de 1,5 e cerca de 12% em peso ou entre cerca de 2,0 e cerca de 8% em peso, medido em uma base seca. Ainda em outras formas de realização, os resíduos de destilação tem um teor de enxofre compreendido entre cerca de 0,5 e cerca de 15% em peso, entre cerca de 0,5 e cerca de 12% em peso ou entre cerca de 0,5 e cerca de 8% em peso. O teor de enxofre pode incluir faixas com limites numéricos de cerca de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15% em peso, medido em uma base seca.

[099] A composição de condicionamento do solo pode também compreender nitrogênio, que resulta, pelo menos em parte, a partir da adição de produtos químicos do processo que contêm nitrogênio, tais como amônia ou hidróxido de amônia. O nitrogênio pode também surgir a partir de proteína presente na matéria-prima. O processo químico contendo nitrogênio pode ser adicionado durante o pré- tratamento, após o pré-tratamento para ajustar o pH de uma corrente antes do tratamento biológico, ou para fornecer nutrientes durante a fermentação. Nitrogênio nos resíduos de destilação pode existir na forma de sais de amônia. Isto pode incluir sais de amônia de sulfato e/ou cloreto. De acordo com uma forma de realização da invenção, os sais contendo nitrogênio presentes nos resíduos de destilação incluem, sem limitação, pelo menos, sulfato de amônio.

[100] De acordo com certas formas de realização, a composição de condicionamento do solo tem um teor de nitrogênio compreendido entre cerca de 2,0 e cerca de 12% em peso, entre cerca de 2,0 e cerca de 10% em peso, ou entre cerca de 2,0 e cerca de 8% em peso em uma base seca. Em outras formas de realização, a composição de condicionamento do solo tem um teor de nitrogênio compreendido entre cerca de 1,0 e cerca de 15% em peso, entre cerca de 1,0 e cerca de 12% em peso, entre cerca de 1,0 e cerca de 10% em peso ou entre cerca de 1,0 e cerca de 8% em peso de uma base seca. O teor de nitrogênio pode incluir faixas com limites numéricos de cerca de 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15% em peso, medido em uma base seca.

[101] Outros nutrientes que podem estar presentes na composição de condicionamento do solo incluem cloreto, ferro, magnésio, boro, ou uma combinação dos mesmos. De acordo com certas formas de realização da invenção, a composição de condicionamento do solo compreende cloreto. O teor de cloreto na composição de condicionamento do solo pode ser entre cerca de 0,1 e 2,0% em peso em uma base seca. A composição de condicionamento do solo pode ser aplicada aos solos que são deficientes em cloreto.

[102] De acordo com alguns exemplos da invenção, os resíduos de destilação na composição de condicionamento do solo contêm fósforo mínimo. A quantidade de fósforo presente, geralmente, dependerá da matéria-prima utilizada no método e a partir de onde ele é originado. Sem ser limitante, a composição de condicionamento do solo pode conter menos do que 2% em peso de fósforo, mais preferencialmente, menos do que 1% em peso de fósforo em uma base seca, tal como medido com base no componente de resíduos de destilação da composição. Níveis baixos ou a ausência de fósforo são vantajosas para aplicações em que os resíduos de destilação são misturados com o adubo. Adubo contêm frequentemente elevado níveis de fósforo e a mistura, com os resíduos de destilação reduz ou elimina o excesso de aplicação deste nutriente para o solo, enquanto, ao mesmo tempo aumenta a concentração de nutrientes desejáveis, tais como nitrogênio e enxofre. Assim, a composição de condicionamento do solo da invenção misturado com adubo, tem um perfil nutricional mais equilibrado do que o adubo sozinho.

[103] Os compostos orgânicos na composição de condicionamento do solo podem compreender, sem limitação, lignina insolúvel e/ou solúvel, compostos derivados de lignina, carboidratos residuais, açúcares não fermentados, polióis, sólidos de fermentação ou uma combinação dos mesmos. De preferência, o componente orgânico compreende pelo menos lignina solúvel. O componente orgânico pode incluir componentes solúveis e insolúveis. De acordo com algumas formas de realização da invenção, os compostos orgânicos não incluem lignina insolúvel.

[104] O teor de lignina solúvel na composição de condicionamento do solo pode ser entre cerca de 5,0 e cerca de 50% em peso, ou entre cerca de 10 e cerca de 20% em peso em uma base seca, tal como medido com base no componente de resíduos de destilação da composição.

[105] Lignina insolúvel e sólidos não convertidos podem também estar presentes se os componentes não são removidos em fases a montante do processo. Preferencialmente, a lignina insolúvel é removida por fases a montante antes da recuperação dos resíduos de destilação. De acordo com algumas formas de realização da invenção, a lignina insolúvel é removida de uma corrente de processo antes da recuperação dos resíduos de destilação e, em seguida, misturadas com os resíduos de destilação.

[106] De forma vantajosa, a composição de condicionamento do solo da presente invenção não contém quantidades significativas de carboidratos. Carboidrato é um substrato valioso que é usada para produzir o açúcar fermentável. Tipicamente, a composição de condicionamento do solo vai compreender menos do que 2% em peso ou 1% em peso de celulose ou hemicelulose, a qual é derivada da matéria-prima lignocelulósica alimentada ao processo de produção. A celulose e a hemicelulose são medidas em uma base seca no componente dos resíduos de destilação da composição.

[107] A composição de condicionamento do solo pode conter entre cerca de 10 e cerca de 88% em peso de umidade, ou entre cerca de 25 e cerca de 45% em peso de umidade.

[108] Conforme observado, além dos resíduos de destilação, outros componentes podem ser incluídos na composição de condicionamento do solo. Estes componentes incluem um resíduo, subproduto ou resíduo do processamento de biomassa vegetal. Tal resíduo, subproduto ou resíduos podem ter origem a partir do processo de produção acima descrito em si que usa uma matéria-prima lignocelulósica como um material de partida para fazer um produto de fermentação. Um exemplo de um tal componente é a lignina. Em outras formas de realização, os resíduos de destilação podem ser combinados com um resíduo, subproduto ou resíduo do processamento de uma cultura de açúcar ou amido, para preparar um alimento ou um produto não alimentício.

[109] Deste modo, de acordo com certas formas de realização, a presente invenção proporciona um método que compreende: (i) o fornecimento de resíduos de destilação a partir de um processo que produz um produto de fermentação a partir de uma matéria-prima lignocelulósica; e (ii) a combinação dos resíduos de destilação com um resíduo, subproduto ou resíduos do processamento de uma biomassa vegetal para produzir uma composição de condicionamento do solo. A biomassa da planta pode ser uma cultura de açúcar, uma cultura de amido ou uma matéria-prima lignocelulósica. O resíduo, subproduto ou resíduo pode incluir bagaço de cana, vinhaça, fibra de milho, destiladores de grãos, lignina ou uma combinação dos mesmos. Numa forma de realização, a biomassa da planta é uma cultura de açúcar ou uma cultura de amido. A cultura de açúcar ou cultura de amido podem incluir milho, trigo, cevada, centeio, sorgo, arroz, batata, mandioca, beterraba, cana-de-açúcar, ou uma combinação dos mesmos. Numa outra forma de realização da invenção, o resíduo, subproduto ou resíduos é bagaço de cana-de-açúcar, vinhaça, ou uma combinação dos mesmos, a partir do processamento de cana-de-açúcar.Uso da composição como um condicionador do solo

[110] A composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação é fornecida para uso em uma aplicação ao solo. Isto inclui o transporte ou a organização do transporte da composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação a uma operação agrícola. Um método de transporte adequado é camionagem. Pela expressão "aplicação ao solo", entende-se a aplicação da composição de condicionamento ao solo, ou resíduos de destilação utilizando qualquer técnica conhecida ou posteriormente desenvolvida para adicionar ou incorporar a composição de condicionamento do solo ou resíduos de destilação a um campo, incluindo, mas não se limitando a, equipamento de irrigação ou sistemas de injeção de adubo líquido. O campo ao qual a composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação são aplicados pode ou não ser cultivada ou trabalhada de qualquer forma, antes da aplicação do fertilizante.

[111] A composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação podem ser armazenados a uma operação de cultivo antes de usar. O armazenamento é realizado em quaisquer meios de contenção adequados, tais como tanques, bacias ou lagoas. A composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação pode ser agitado ou pode não haver qualquer agitação durante a armazenagem. Os métodos de controle de ventilação e/ou de odores podem ser utilizados, se necessário, durante o armazenamento. Como seria apreciado pelos peritos na técnica, os requisitos de armazenamento seriam tipicamente baseados em épocas de plantio da agricultura e da localização da operação agrícola. A agitação pode ser necessária antes da aplicação e após um período de armazenamento para assegurar um produto um pouco homogêneo.

[112] De acordo com algumas formas de realização da invenção, a composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação que é aplicado ao solo compreende adubo. O adubo pode ser adicionado à composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação durante a armazenagem.

[113] A composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação poderá conter entre cerca de 10 e cerca de 88% em peso de umidade. De preferência, a composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação tem uma consistência de sólidos que permite ser aplicado ao solo através de equipamento convencional de uma operação de cultivo. Por isto entende-se que a composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação tem um teor de líquido suficiente para que ele seja capaz de ser bombeado ou de outro modo aplicado a um campo por equipamento agrícola tal como o equipamento de irrigação ou por equipamento agrícola que são convencionalmente usados para aplicar adubo ou fertilizante líquido para campos em uma operação de agricultura, tal como, por espalhamento, pulverização ou injeção. De preferência, a composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação é uma composição liquida que é capaz de fluir ou a ser bombeada. Em consistências elevadas de sólidos é contemplado que os sistemas de distribuidor podem ser utilizados como é o caso de adubo para camas ou suspensões espessas.

[114] Quando o material não flui facilmente, equipamento utilizado para aplicações de adubo sólido é contemplado para aplicação no solo. Alternativamente, o líquido, sob qualquer forma, pode ser adicionado de volta para a composição de condicionamento do solo ou resíduos de destilação de modo que podem ser manipulados como uma suspensão líquida. A aplicação da composição de condicionamento do solo ou resíduos de destilação por equipamentos de irrigação ou usando outro equipamento é particularmente vantajosa na medida em que permite a operação de cultivo de utilizar equipamentos e métodos que são praticados atualmente na indústria convencional. Assim, uma operação de agricultura não precisa mudar suas técnicas atuais para aplicação de aditivos orgânicos a um campo (tais como adubo) quando se aplica a composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação da presente invenção. Assim, isto reduz os custos operacionais e de capital que seriam necessários.

[115] A taxa de aplicação da composição de condicionamento do solo ou resíduos de destilação ao solo pode depender de taxas de aplicação recomendadas, o que por sua vez está baseada no estado do solo e de nutrientes. Condição do solo pode ser determinada através da realização de um teste de análise do solo. É particularmente benéfico aplicar a composição de condicionamento do solo ou de resíduos de destilação da invenção para solos arenosos, ou solos que são propensos à erosão hídrica e eólica, introduzindo assim teor de matéria orgânica ao solo, juntamente com nutrientes.

EXEMPLOS Exemplo 1: Determinação da concentração de sólidos totais de resíduos de destilação lignocelulósicos

[116] A determinação do teor de sólidos totais(TS) dos resíduos de destilação é realizada como se segue.

[117] Uma amostra dos resíduos de destilação étransferida para uma lata de alumínio pré-pesada e a massa da lata e amostra é determinada gravimetricamente. A amostra é, em seguida, seca em forno a 105°C até massa constante (tipicamente 24 horas). A massa combinada dos sólidos secos e a lata são medidos por gravimetria. O teor de sólidos totais é calculado dividindo-se a massa da amostra seca pela massa da amostra inicial e expresso como uma percentagem.Exemplo 2: Determinação dos componentes orgânicos em resíduos de destilação lignocelulósicos

[118] Os componentes orgânicos em uma amostra de resíduos de destilação são determinados pela quantificação componentes identificados e não identificados. O componente orgânico é medido por percentagem em peso em uma base seca, utilizando o método estabelecido no Exemplo 1 para determinar o teor de sólidos secos. Açúcares, tais como a glicose, xilose e arabinose são medidos por HPLC utilizando uma coluna CarboPacTM PAI (4 x 250 mm) que consiste em um diâmetro de 10 μm substrato de poliestireno/divinilbenzeno aglomerado com 580 nm microesferas de amônio quaternário de látex funcionalizado (2% de reticulação) e 100 μeq/coluna de capacidade de troca de ânion (4 x 250 mm).

[119] Os ácidos orgânicos tais como ácido acético, ácido láctico, ácido glucurônico e ácido galacturônico são medidos usando cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) sobre um sistema Dionex, com um coluna IonPac®ASll- HC (4 x 250 mm) que consiste de um diâmetro de 9 μm de polímero de etilvinilbenzeno reticulado ligado com 55% de polímero de divinilbenzeno aglomerado com um alcanol de 70 nm de látex de amônio quaternário (6% de ligação reticulada de látex) e uma capacidade de 290 μeq/coluna (4 x 250 mm).

[120] O teor de lignina da amostra foi medido através de absorvência de ultravioleta (UV) a 205 nm utilizando coeficientes de absorção para estimar a concentração.

[121] A concentração de proteína foi determinada utilizando a medida de nitrogênio pelo método de Kjeldahl, usando um fator de 6,25 para converter a partir do valor medido de nitrogênio para o teor de proteína. A medida de nitrogênio de Kjeldahl é realizada como descrito em Métodos padrão para o exame de água e de águas residuais, 21a Edição, 2005, pg. 4-131- 4132, ref # 4500-NorgB, Instruções da Unidade de Destilação K-355 Buchi, que é aqui incorporada por referência.

[122] Há também uma fração do teor orgânico total que é de identidade desconhecida. A massa total desta fração foi determinada a partir de uma medição de carbono orgânico total (TOC). O teor de TOC teórico dos componentes conhecidos foi subtraído do total de TOC para estimar o teor de carbono orgânico desconhecido. O TOC é medido usando um Laboratório Sievers InnovOx (Oxidação Inovadora) e carbono orgânico total on-line (TOC)e analisador com base em Oxidação SuperCrítica da Água (SCWO). A técnica traz a água para um estado supercrítico por aquecimento de uma amostra de água no interior de um módulo de reator selado a 375°C e aumentando a pressão para 22,06 MPa. Sob estas condições, a água é nem um líquido nem um gás, mas exibe propriedades benéficas de ambos. A medição do TOC é realizada como descrito em Métodos padrão para o exame de água e de águas residuais, 21a Edição, 2005, pg. 5-19-5-22, Ref # 5310 ou estabelecidas na patente US No. 8.114.676, ambos as quais são aqui incorporados por referência.Exemplo 3: Determinação dos componentes inorgânicos em uma composição de resíduos de destilação a partir de processamento de uma matéria-prima lignocelulósica.

[123] A determinação dos componentes inorgânicos nos resíduos de destilação da presente invenção é realizada como se segue. A percentagem do componente inorgânico é medida pelo peso em uma base seca utilizando o método estabelecido no Exemplo 1 para determinar o teor total de sólidos secos.

[124] Os ânions tais como cloreto, fosfato, e sulfato são medidos usando cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) sobre um sistema Dionex, com uma coluna de IonPac®AS HC (4 x 250 mm) que consiste de um diâmetro 9 μm de polímero de etilvinilbenzeno reticulado com 55% de polímero de divinilbenzeno aglomerado com 70 nm de alcanol de látex de amônio quaternário (6% de reticulação de látex) e uma capacidade de 290 μeq/coluna (4 x250 mm).

[125] Os cátions tais como sódio, potássio, magnésio e cálcio são medidos utilizando um sistema Dionex, com uma coluna IonPac®CS16 (5 x 250 mm), que consiste em um diâmetro de 5,5 μm de polímero de etilvinilbenzeno reticulado com 55% de polímero de divinilbenzeno macroporoso (100 Â) aglomerado com grupos funcionais de ácido carboxílico e uma capacidade de 8400 μeq/coluna (5 x 250 mm).Exemplo 4: Perfil nutricional de uma corrente de resíduos de destilação.

[126] Este exemplo mostra o perfil de nutrientes de uma corrente de resíduos de destilação obtida a partir de um processo que produz um produto de fermentação a partir de uma matéria-prima lignocelulósica. A Figura 1 mostra o teor de nitrogênio, fósforo, potássio e enxofre de uma corrente de resíduos de destilação, bem como o teor de lignina solúvel e de umidade.

[127] Os valores apresentados na figura são baseados nos resíduos de destilação na qual a palha de trigo foi pré-tratada com ácido sulfúrico nas condições descritas na patente US No. 7.754.457, que é aqui incorporada por referência. Após o pré-tratamento, a suspensão de matéria-prima pré-tratada tem o pH ajustado a um valor entre 4 e 6 com amônia para produzir uma suspensão de matéria-prima pré-tratada que compreende sulfato de amônio, e a celulose na suspensão é hidrolisada com enzimas celulase para produzir uma suspensão hidrolisada que compreende a glicose. Após a hidrólise enzimática, a lignina e outros componentes insolúveis são removidos da suspensão hidrolisada por um filtro prensa. A corrente filtrada é enviada para uma fermentação que é conduzida com uma cepa de Saccharomyces cerevisiae capaz de fermentar glicose e xilose em etanol. A fermentação resulta em um caldo que é enviado para destilação e peneiras moleculares para a concentração de etanol. Os resíduos de destilação remanescentes depois da destilação são evaporados em um evaporador para um teor de umidade de 53,7% em peso. O sulfato de amônio a partir da neutralização da matéria- prima pré-tratada é levado através até os resíduos de destilação.

[128] Conforme pode ser visto na Figura 1, os resíduos de destilação compreendem nitrogênio, potássio e enxofre em níveis que podem aumentar o teor de nutrientes do solo. Tal como ilustrado na Figura 1, não tem nenhum fósforo presente, embora o teor possa variar, dependendo do lote. Isto é particularmente vantajoso, uma vez que muitas vezes contém o adubo frequentemente contém altos níveis de fósforo e assim a mistura dos resíduos de destilação com adubo reduz ou elimina o excesso de aplicação deste nutriente para o solo, enquanto, ao mesmo tempo, aumenta a concentração de nutrientes desejáveis, tais como nitrogênio e enxofre. Portanto, misturando os resíduos de destilação com adubo produz uma composição de condicionamento do solo que tem um perfil nutricional mais equilibrado do que o adubo sozinho.

[129] Além disso, o teor de umidade dos resíduosde destilação é elevado o suficiente para que a corrente dos resíduos de destilação pode ainda ser bombeada, o que lhe permite ser aplicado ao solo utilizando práticas atuais.Exemplo 5: Resultados do teste de aplicação ao solo de resíduos de destilação

[130] Este exemplo demonstra que a aplicação ao solo dos resíduos de destilação ainda fornece nutrientes para as culturas em níveis semelhantes fornecidos por um fertilizante químico. Os resultados apresentados a seguir mostram que enxofre, fósforo, potássio e nitrogênio no tecido foliar em culturas tratadas com resíduos de destilação ainda estavam presentes em níveis semelhantes às plantas tratadas com fertilizantes químicos. A saúde e condição da cultura foi também determinada por medição do teor de clorofila nas folhas das plantas e os dados recolhidos mostram que o teor de clorofila foi semelhante nos estudos usando resíduos de destilação e fertilizantes químicos. Além disso, os resultados dos testes mostram que os resíduos de destilação não têm um impacto negativo sobre a população de plantas em relação à aplicação do fertilizante químico. Juntos, estes resultados mostram que os resíduos de destilação derivados a partir de matéria- prima lignocelulósica podem proporcionar benefícios para culturas que são semelhantes às atingidas com fertilizantes químicos.

[131] Neste exemplo, amostras de resíduos de destilação resultantes do processo de produção descrito no Exemplo 4 foram utilizadas para tratar culturas de milho da variedade Dekalb 6323. O lote utilizado no estudo de aplicação ao solo foi analisado quanto ao teor de nutrientes e os resultados desta análise são apresentados na Tabela 1 abaixo. Percentagens em peso são medidas em uma base seca.Tabela 1: Análise de nutrientes de resíduos de destilação Nutriente Concentração

[132] Fertilizantes químicos e resíduos de destilação foram aplicados em cinco taxas com base em N (0, 5,6, 11,2, 16,8, 22,4 g N/m2 (0, 50, 100, 150 e 200 lbs N/acre)). Fertilizante de enxofre também foi aplicado em taxas equivalentes fornecidas pela corrente dos resíduos dedestilação. Lotes individuais no campo foram 4,572 x 15,24m (15 x 50 pés). Antes do plantio, um formão foi usado para formar sulcos no solo e resíduos de destilação líquidos foram aplicados manualmente para controle da quantidade e uniformidade. Uma operação de disco seguiu para nivelar o solo. O delineamento experimental foi de blocos completos randômicos com quatro replicações.

[133] A taxa de aplicação de nitrogênio foi ajustada com base na análise de uma amostra realizada no momento em que os resíduos de destilação foram aplicados à cultura. A taxa de aplicação de nitrogênio (em ambos lb/acre e kg/km2 (kg/ha)) nas 5 doses testadas para o fertilizante químico e dos resíduos de destilação é apresentado na Tabela 2 abaixo.Tabela 2: Taxa de aplicação de nitrogênio final de fertilizantes químicos e de destilação

[134] Na fase de crescimento das seis folhas (V6), as partes da planta acima do solo foram colhidas e pesadas para o peso fresco. Materiais de plantas foram lavados para remover as partículas do solo e secos num forno de ar forçado a 60°C durante 4 dias (ou até o peso constante ser atingida) e pesados (para se obter o peso seco) para o cálculo da biomassa. Uma vez secas, as plantas foram moídas com um moinho Wiley e armazenadas em frascos herméticos apropriados. Sub-amostras de materiais de plantas moídos foram digeridas utilizando um método de ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio (Thomas et al., 1967, Agronomy Journal, 59:240-243, que é aqui incorporado por referência) e analisadas com a espectroscopia de emissão atômica de plasma indutivamente acoplado (ICP-AES) para N, P e K. Uma outra sub-amostra de material vegetal moído foram digeridos usando HNO3 e HClO4 (Blanchar et al., 1965, Soil Science of America Jornal 29:71-72, que é aqui incorporado por referência) e analisada para S por ICP-AES.

[135] Os resultados da análise de nutrientes no material vegetal são apresentados nas Figuras 2A-D. A Figura 2A mostra o teor de tecido foliar de enxofre para resíduos de destilação e fertilizantes nas dadas taxas de aplicação de nitrogênio medidas em libras/acre. Em cada taxa de aplicação, os níveis de enxofre do tecido foliar foram comparáveis para resíduos de destilação e fertilizantes químicos. Figuras 2B, 2C e 2D mostram o teor do tecido foliar de fósforo, potássio e nitrogênio, respectivamente, por resíduos de destilação e fertilizantes nas dadas taxas de aplicação de nitrogênio medidas em libras/acre. Para cada nutriente de planta medido, os teores do tecido foliar dos elementos foram semelhantes para ambos, resíduos de destilação e fertilizantes químicos. Na Figura 2D, o teor de nitrogênio de tecido foliar foi ligeiramente menor para as amostras dos resíduos de destilação do que o fertilizante, mas esta é provavelmente devido a taxa de aplicação de nitrogênio inferior da corrente dos resíduos de destilação (ver a Tabela 2 acima).

[136] A clorofila no tecido vegetal foi também medida após aplicação dos resíduos de destilação e de fertilizantes químicos. Os resultados estão representados na Figura 3, que mostra a leitura do medidor de clorofila na fase pendoamento do milho em cada taxa de aplicação de nitrogênio testado. O teor de clorofila fornece uma indicação da saúde e da condição de uma planta. Como pode ser visto na Figura 3, as leituras de clorofila foram semelhantes para o tratamento de resíduos de destilação e fertilizantes químicos.

[137] O impacto dos resíduos de destilação e aplicação de fertilizantes na população da cultura de milho também foi analisado. Uma análise de variância entre os grupos (análise ANOVA) indicou que não houve diferença estatisticamente significativa da população de plantas após a aplicação no solo de resíduos de destilação ou de fertilizantes (resultados não mostrados). Os resultados apresentados na Figura 4 mostram plantas/hectare em cada taxa de aplicação de nitrogênio para resíduos de destilação e aplicação de fertilizantes químicos. As plantas/hectare foram semelhantes para resíduos de destilação e aplicação de fertilizantes químicos em cada taxa de aplicação testada. Estes resultados mostram que resíduos de destilação ainda não foram tóxicos para as plantas.

Claims

1. Processo para a produção de uma composição para uso na aplicação ao solo caracterizado por compreender:(a) obtenção de um produto de fermentação por um processo de produção que compreende as etapas de:(i) tratamento de uma matéria-prima lignocelulósica para produzir açúcar, em que a referida matéria-prima lignocelulósica compreende celulose e hemicelulose, em que o referido tratamento compreende a hidrólise de pelo menos uma porção da celulose em glicose com enzimas;(ii) fermentação do açúcar para a produção de uma mistura fermentada compreendendo o produto de fermentação, em que o açúcar compreende a glicose, açúcar derivado da hemicelulose ou uma combinação dos mesmos; e(iii) recuperação do produto de fermentação a partir da mistura fermentada em uma ou mais fases para produzir um produto de fermentação concentrado e resíduos de destilação; e(b) recuperação dos resíduos de destilação, os referidos resíduos de destilação compreendendo um componente orgânico e um componente inorgânico; e(c) fornecer os resíduos de destilação compreendendo os componentes orgânicos e inorgânicos para uso em uma aplicação ao solo,em que o referido processo de produção compreende a adição de produtos químicos do processo, e em que o referido componente inorgânico é derivado da matéria-prima lignocelulósica, dos produtos químicos do processo adicionados durante o processo de produção ou uma combinação dos mesmos.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os resíduos de destilação fornecidos para uso na aplicação ao solo compreendem 40 a 80% em peso de componentes orgânicos e 20 a 60% em peso de componentes inorgânicos em uma base seca.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes inorgânicos são originários dos produtos químicos do processo adicionados durante o referido processo de produção.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes inorgânicos são originários de tanto da matéria-prima lignocelulósica quanto dos produtos químicos do processo adicionados durante o referido processo de produção.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação dos resíduos de destilação compreende a concentração dos resíduos de destilação.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o componente orgânico compreende lignina dissolvida, lignina insolúvel ou uma combinação das mesmas.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os resíduos de destilação têm um teor de fósforo inferior a 2% em peso em uma base seca.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os resíduos de destilação têm um teor de umidade entre 10% e 88%.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação dos resíduos de destilação compreende a separação dos sólidos a partir dos resíduos de destilação, produzindo, assim, uma corrente de resíduos composta por sólidos separados e de uma corrente compreendendo um componente líquido, e em que os sólidos separados e o componente líquido são fornecidos cada um para uso no condicionamento do solo.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte das etapas de tratamento para produzir açúcar e fermentação é realizada como parte de um processo de fermentação e sacarificação simultâneos.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de tratamento compreende o pré-tratamento da matéria- prima lignocelulósica com ácido ou álcali para produzir uma composição que compreende a celulose.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a etapa de:aplicação de resíduos de destilação compreendendo o componente orgânico e o componente inorgânico ao solo como um condicionador do solo.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o produto de fermentação é etanol.

14. Processo para condicionamento do solo caracterizado por compreender:aplicar uma composição de condicionamento do solo ao solo, a referida composição de condicionamento do solo compreendendo os resíduos de destilação, conforme definidos na reivindicação 1, os resíduos de destilação tendo 40 a 80% em peso de componente orgânico e 20 a 60% em peso de componente inorgânico, em que o componente orgânico compreende pelo menos lignina solúvel e o componente inorgânico compreende pelo menos nitrogênio e enxofre.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o componente orgânico compreende ainda açúcar, lignina insolúvel, ou uma combinação dos mesmos.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o componente inorgânico compreende ainda potássio, cloreto, magnésio, cálcio ou uma combinação dos mesmos.

17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que o teor de fósforo é inferior a 2% em peso em uma base seca.

18. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 17, caracterizado pelo fato de que o teor de água está entre 10 e 90% em peso.

19. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 18, caracterizado pelo fato de que o teor de água está entre 20 e 50% em peso.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a composição é composta por sólidos separados de resíduos de destilação resultantes de uma etapa de separação de sólidos a partir de uma corrente de resíduos de destilação.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender:adição de lignina insolúvel na composição de condicionamento do solo antes de aplicar a composição de condicionamento do solo ao solo.