BR112014026818B1

BR112014026818B1 - Método para produzir uma corrente contendo açúcar

Info

Publication number: BR112014026818B1
Application number: BR112014026818-5A
Authority: BR
Inventors: Bryan Bals; Bruce E. Dale; Farzaneh Teymouri; Timothy J. Campbell
Original assignee: Board Of Trustees Of Michigan State University; The Michigan Biotechnology Institute D/B/A Mbi
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2021-09-28
Also published as: CA2870758C; KR20150028959A; JP2015516157A; KR101970859B1; WO2013163571A3; MX2014012737A; JP6243899B2; AR094993A1; MX356553B; WO2013163571A2; EP2841588A2; CA2870758A1; PH12014502401A1; BR112014026818A2; MY174524A; CN104284983A; SG11201406820TA

Abstract

método, produto e sistema. a presente invenção se refere a um método em que as partículas densificadas de biomassa celulósica pré-tratadas podem hidrolisadas a uma taxa elevada de carga de sólidos, em comparação com a taxa de carga de sólidos de fibras soltas e hidrolisáveis da biomassa celulósica. o fluxo resultante que contém uma concentração elevada de açúcar pode ser facilmente convertido em biocombustíveis ou em todo um conjunto de outros bioprodutos úteis.

Description

[001] “O presente pedido de patente reivindica o benefício do pedido de patente provisório US 13/458.830 depositado em 27 de abril de 2012, cujo pedido de patente é uma continuação, em parte, do pedido de patente US 13/202.011 depositado em 17 de agosto de 2011, cujo pedido de patente é o US National Stage depositado nos termos da norma 35 U.S.C. 371 do pedido internacional PCT / US 2010/046.525, depositado em 24 de agosto de 2010, e publicado em inglês como publicação WO 2011/028543 em 10 de março de 2011, cujo pedido de patente reivindica o benefício nos termos da norma 35 USC 119 (e), do pedido provisório US 61/236.403 depositado em 24 de agosto de 2009, todas estão incorporados na sua totalidade como referência”.

DECLARAÇÃO DOS DIREITOS GOVERNAMENTAIS

[002] A presente invenção foi realizada com o apoio do Governo dos Estados Unidos da América concedido pelo Departamento de Energia Sungrant Projeto de Pesquisa de número DE-FG36-08-GO88073. O governo possui determinados direitos sobre a presente invenção.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] As tentativas atuais para a produção de etanol à base de celulose são um custo proibitivo e envolvem uma série de etapas.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[004] Em uma realização, é fornecido um produto que compreende, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que não possui nenhum aglutinante adicionado e compreende uma série de fibras de biomassa vegetal revestida de lenhina, em que, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa possui uma densidade intrínseca substancialmente equivalente a uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que contém o aglutinante e possui uma superfície externa substancialmente lisa, não escamosa. Em uma realização, o produto inovador contém vestígios de amônia. Em uma realização, o produto compreende uma ou mais partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa, cada partícula não possui nenhum aglutinante adicionado e possui uma quantidade de fibras de biomassa vegetal revestida de lenhina suficiente para formar uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que possui uma densidade intrínseca substancialmente equivalente a um aglutinante que contém a partícula densificada e hidrolisável de biomassa.

[005] Em uma realização, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa não possui nenhum aglutinante adicionado e possui uma resistência aumentada à deformação, uma dureza aumentada, uma resistência aumentada à degradação, uma vida útil aprimorada, ou uma combinação dos mesmos, em comparação com uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que contém o aglutinante. Em uma realização, o produto inovador é capaz de resistir mais á tensão e é provável ser menos frágil, em comparação com uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que contém o aglutinante.

[006] Em uma realização, o produto inovador é mais rígido, tal como, pelo menos, 21% mais rígido, com, pelo menos, 20% de variabilidade inferior de dureza que uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que contém o aglutinante da mesma massa fornecida.

[007] Os produtos inovadores descritos no presente podem ser de qualquer formato e tamanho adequados, incluindo, por exemplo, substancialmente retangular ou substancialmente cilíndrico.

[008] Em uma realização, cada uma da série de fibras de biomassa vegetal revestida de lenhina na partícula densificada e hidrolisável é completamente revestida com a lenhina. Em uma realização, pelo menos, algumas da série de fibras revestidas de lignina da biomassa também são revestidas com a hemicelulose. Em uma realização, a maior parte da série de fibras de biomassa vegetal revestida de lenhina na partícula densificada e hidrolisável também é revestida com a hemicelulose. Em uma realização, substancialmente toda a quantidade de fibras de biomassa vegetal revestida de lenhina na partícula densificada e hidrolisável também é revestida com a hemicelulose, de tal maneira que as hemiceluloses e a lignina parecem vir à superfície em um “pacote”, em vez de como componentes separados.

[009] Qualquer biomassa vegetal adequada pode ser utilizada para a produção dos produtos inovadores descritos no presente, incluindo, mas não limitado a, palha de milho, gramíneas (switchgrass), grama de pinheiro e/ou de pradaria.

[010] Em uma realização, o produto inovador possui uma vida útil aprimorada, resistência aumentada à degradação, capacidade aumentada de escoamento, e maior densidade a granel, em comparação com aqueles da partícula densificada e hidrolisável de biomassa que contém o aglutinante.

[011] Em uma realização, é fornecido um produto embalado que compreende um vaso; e uma quantidade de partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa que não possuem nenhum aglutinante adicionado e estão localizados na parte interna do vaso, em que a quantidade de partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa possui uma densidade a granel superior à densidade a granel de uma quantidade idêntica de partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa que contém o aglutinante. O vaso pode ser um vaso rígido ou uma bolsa flexível.

[012] Em uma realização, é fornecido um processo integrado, que compreende submeter uma quantidade de fibras de biomassa a um tratamento da amônia, em que, pelo menos, uma porção da lignina contida dentro de cada fibra é deslocada para a superfície externa de cada fibra para a produção de uma quantidade de fibras de biomassa pegajosa (isto é, pegajosa ao toque); e a densificação da quantidade de fibras de biomassa para a produção de uma ou mais partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa, em que a quantidade de fibras de biomassa pegajosa é densificada, sem a adição do aglutinante. Em uma realização, o tratamento da amônia provoca que, no mínimo, uma porção da hemicelulose contida dentro de cada fibra se transfira para a superfície externa de cada fibra. Em uma realização, o tratamento da amônia é um tratamento de expansão da fibra de amônia (AFEX™), tal como um tratamento gasoso AFEX™.

[013] Em uma realização, o processo integrado ainda compreende uma etapa de hidrólise, em que as partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa são hidrolisadas utilizando a carga de teor elevado de sólidos, isto é, superior a 12%. A utilização da carga de teor elevado de sólidos resulta em uma corrente de açúcar celulósico suficientemente concentrada para permitir a conversão dos açúcares liberados em biocombustíveis através da fermentação (por exemplo, pelo menos, cerca de 6 a cerca de 8% em peso açúcares fermentáveis) ou para todo um conjunto de outros bioprodutos úteis. Em uma realização, a conversão compreende a fermentação.

[014] Também são fornecidos diversos sistemas para a produção da corrente de açúcar de celulose e/ou a biomassa celulósica convertida.

[015] Em uma realização, é fornecido um biocombustível que compreende, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa de uma massa fornecida, que não possui nenhum aglutinante adicionado e compreende uma série de fibras de biomassa vegetal revestida de lenhina, em que, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa possui uma densidade intrínseca substancialmente equivalente a uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que contém o aglutinante da mesma massa fornecida e possui uma superfície externa substancialmente lisa, não escamosa. Esse biocombustível pode ser útil nos fornos ou caldeiras de queima de biomassa.

[016] Em uma realização, é fornecida uma ração para animais, que compreende, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa de uma massa fornecida, que não possui nenhum aglutinante adicionado e compreende uma série de fibras de biomassa vegetal revestida de lenhina, em que, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa possui uma densidade intrínseca substancialmente equivalente a uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que contém o aglutinante da mesma massa fornecida e possui uma superfície externa substancialmente lisa, não escamosa, em que a ração para animais possui a digestibilidade aprimorada em comparação com as partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa que contém o aglutinante que contém a ração para animais.

[017] Em uma realização, é fornecido um material sólido, que compreende, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa de uma massa fornecida, que não possui nenhum aglutinante adicionado e compreende uma série de fibras de biomassa vegetal revestida de lenhina, em que, pelo menos, uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa possui uma densidade intrínseca substancialmente equivalente a uma partícula densificada e hidrolisável de biomassa que contém o aglutinante da mesma massa fornecida e possui uma superfície externa substancialmente lisa, não escamosa, em que o material sólido é útil na construção, tal como nos materiais de construção fibrosos extrudados ou painel de fibras.

[018] As partículas de biomassa densificadas resultantes são úteis em uma variedade de aplicações, incluindo, mas não limitado à produção de ração para animais, um conjunto completo de outros bioprodutos utilizando a catálise química ou conversões químicas, outras aplicações bioquímicas, biocombustíveis, incluindo as aplicações de produção de eletricidade (por exemplo, a queima em uma caldeira, fornos de queima de biomassa e similares), tal como um componente nos materiais sólidos, tais como os materiais de construção fibrosos extrudados ou painel de fibras, e similares.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[019] A Figura 1 compreende uma imagem mostrando a palha de milho pré-tratada com AFEX™ (AFEX™-CS), gramínea (switchgrass) pré- tratada com AFEX™ (AFEX™-SG), briquetes AFEX™-CS e briquetes AFEX™- SG de acordo com diversas realizações.

[020] A Figura 2 compreende uma imagem de um briquete não AFEX™-CS que contém o aglutinante e um briquete AFEX™-CS, de acordo com diversas realizações.

[021] As Figuras de 3A a 3E são imagens tomadas em diversos momentos de três amostras de biomassa, incluindo os briquetes AFEX™-CS, AFEX™-CS, e briquetes embebidos em AFEX™-CS, de acordo com diversas realizações.

[022] A Figura 4 é um gráfico mostra a porcentagem (%) da conversão de glucano versus biomassa em 6 horas, 24 horas e 72 horas para as amostras de biomassa mostradas nas Figuras de 3C a 3E, de acordo com diversas realizações.

[023] A Figura 5 é um gráfico que mostra a porcentagem (%) da conversão de biomassa em relação ao xilano às 6 horas, 24 horas e 72 horas para as amostras de biomassa mostradas nas Figuras de 3C a 3E, de acordo com diversas realizações.

[024] A Figura 6 é um gráfico que mostra concentrações de glicose para pellets de palha de milho tratados com AFEX™ produzidos em quatro teores de umidade diferentes de acordo com diversas realizações.

[025] As Figuras de 7A a 7H são ilustrações esquemáticas que fornecem uma comparação visual de um processo de hidrólise utilizando as partículas densificadas e hidrolisáveis (de 7A a 7D) com um processo de hidrólise convencional, utilizando fibras soltas de biomassa (de 7E a 7H), de acordo com diversas realizações.

[026] A Figura 8 é um gráfico que mostra a densidade a granel para os pellets de palha de milho tratados com AFEX™ produzidos em diversos tamanhos e teores de umidade, de acordo com diversas realizações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[027] Na seguinte descrição detalhada, as realizações são descritas em detalhes suficientes para habilitar os técnicos do assunto a praticar as mesmas, e deve ser entendido que outras realizações podem ser utilizadas e alterações químicas e processuais podem ser realizadas sem nos afastarmos do escopo da presente invenção. A seguinte descrição detalhada, por conseguinte, não é para ser interpretado em um sentido limitante, e o escopo da presente invenção é definido através das reivindicações anexas.

[028] O termo “biomassa”, conforme utilizado no presente, em geral, se refere à matéria orgânica colhida ou coletada a partir de um recurso biológico renovável tal como a fonte de energia. O recurso biológico renovável pode incluir os materiais de origem vegetal, materiais de origem animal e/ou materiais produzidos biologicamente. O termo “biomassa” não é considerado para incluir os combustíveis fósseis, que não são renováveis.

[029] O termo “biomassa vegetal” ou “biomassa lignocelulósica (LCB)”, conforme utilizado no presente, pretende se referir a praticamente qualquer matéria orgânica que contém a celulose de origem vegetal e/ou hemicelulose como seus principais hidratos de carbono (lenhosos ou não lenhosos) disponíveis para a produção de energia com base renovável. A biomassa vegetal pode incluir, mas não está limitada aos resíduos e restos de culturas agrícolas, tais como a palha de milho, palha de trigo, palha de arroz, bagaço de cana de açúcar e outros. A biomassa vegetal ainda inclui, mas não está limitada às culturas lenhosas de energia, os resíduos e restos de madeira tais como as árvores, incluindo as árvores de fruto, tais como árvores frutíferas, (por exemplo, as macieiras, laranjeiras, e similares), desbastes de madeira macia, resíduos de casca, serragem, correntes de resíduos da indústria de celulose e papel, fibra de madeira, e similares. Adicionalmente as gramíneas de cultura, tais como diversas gramíneas de pradaria, incluindo a gramínea de pradaria de corda, gramíneas (switchgrass), caule azul grande, caule azul pequeno, grama aveia lateral, e outros similares, que possuem potencial para serem produzidas em larga escala, como fontes adicionais de biomassa vegetal. Para as áreas urbanas, a matéria prima de biomassa vegetal potencial inclui os resíduos de jardim (por exemplo, as aparas de grama, folhas, aparas de árvores, arbustos, e similares) e os resíduos de processamento de vegetais. A biomassa vegetal é conhecida por ser a forma mais prevalente de carboidratos disponíveis na natureza e a palha de milho atualmente é a maior fonte de biomassa vegetal prontamente disponível nos Estados Unidos. Quando utilizado sem um qualificador, o termo “biomassa” pretende se referir ao LCB.

[030] O termo “biocombustível”, conforme utilizado no presente, se refere a qualquer combustível sólido, líquido ou gasoso renovável produzido biologicamente e/ou quimicamente, por exemplo, aqueles derivados a partir de biomassa. A maior parte dos biocombustíveis é originalmente derivada dos processos biológicos, tais como o processo da fotossíntese e, por conseguinte, podem ser considerados como uma fonte de energia solar ou química. Outros tipos de biocombustíveis, tais como os polímeros naturais (por exemplo, a quitina ou determinadas fontes de celulose microbiana), não são sintetizados durante a fotossíntese, mas, no entanto, podem ser considerados um biocombustível, uma vez que são biodegradáveis. Em geral, são considerados três tipos de biocombustíveis derivados de biomassa sintetizada durante a fotossíntese, isto é, os biocombustíveis agrícolas (definidos abaixo), os biocombustíveis de resíduos ou recusados urbanos (lixo residencial e comercial leve, com a maioria dos materiais recicláveis, tais como o vidro e metal removido) e os biocombustíveis florestais (por exemplo, as árvores, correntes de resíduos ou subprodutos dos produtos de madeira, fibra de madeira, indústrias de papel e celulose). Os biocombustíveis produzidos a partir da biomassa não sintetizados durante a fotossíntese incluem, mas não estão limitados àqueles derivados a partir da quitina, que é uma forma quimicamente modificada da celulose conhecido como um polímero de glucosamina de N- acetila. A quitina é um componente significativo dos resíduos produzidos pela indústria da aquicultura, uma vez que compreende as conchas de mariscos.

[031] O termo “biocombustível agrícola” conforme utilizado no presente, se refere a um biocombustível derivado de culturas agrícolas, resíduos de culturas lignocelulósicas, resíduos das instalações de processamento de grãos (por exemplo, a casca de trigo / aveia, refinados de milho / feijão, materiais fora de especificação, e similares), resíduos da instalação da produção pecuária (por exemplo, o esterco, carcaças, e similares), resíduos da instalação do processamento pecuária (por exemplo, as partes indesejáveis, correntes de limpeza, materiais contaminados, e similares), resíduos da instalação do processamento de alimentos (por exemplo, correntes de resíduos separados, tal como a graxa, gordura, caules, cascas, resíduos de processo intermediário, correntes de lavagem/limpeza, e similares), subprodutos nas instalações agrícolas de valor agregado (por exemplo, o grão úmido do destilador (DWG) e xarope a partir das instalações de produção de etanol, e assim por diante), e similares. Os exemplos das indústrias pecuárias incluem, mas não estão limitados à vaca, porco, frango, peru, ovo e instalações de laticínios. Os exemplos das culturas agrícolas incluem, mas não estão limitados a, qualquer tipo de vegetal não lenhoso (por exemplo, o algodão), grãos, tais como o milho, trigo, soja, sorgo, cevada, aveia, centeio, e outros similares, as ervas (por exemplo, os amendoins), culturas herbáceas de curta rotação, tais como as gramíneas (switchgrass), alfafa, e assim por diante.

[032] O termo “etapa de tratamento prévio”, conforme utilizado no presente, se refere a qualquer etapa, isto é, o tratamento se destina a alterar a biomassa nativa para que possa ser mais eficaz e economicamente convertida em compostos químicos intermediários reativos, tais como os açúcares, ácidos orgânicos, e similares que, em seguida, podem ser processados para uma variedade de produtos finais, tais como o etanol, o isobutanol, os alcanos de cadeia longa, e similares. O tratamento prévio pode reduzir o grau de cristalinidade de um substrato polimérico, reduzir a interferência da lignina com a conversão de biomassa e hidrolisar alguns dos hidratos de carbono estruturais, por conseguinte, aumentando a sua digestibilidade enzimática e acelerando a degradação da biomassa para os produtos úteis. Os métodos de tratamento prévio podem utilizar os ácidos de diversas concentrações (incluindo os ácidos sulfúricos, ácidos clorídricos, ácidos orgânicos, e similares) e/ou o alcalino tal como a amônia, hidróxido de amônio, hidróxido de sódio, cal e similares. Os métodos de tratamento prévio, de maneira adicional ou alternativa, ainda podem utilizar os tratamentos hidrotermais, incluindo a água, calor, vapor ou vapor pressurizado. O tratamento prévio pode ocorrer ou ser implantado em diferentes tipos de vasos, reatores, tubos, fluxo através das células e similares. A maioria dos métodos de tratamento prévio irá provocar a solubilzação parcial ou total e/ou a desestabilização da lignina e/ou a hidrólise da hemicelulose em açúcares de pentoses.

[033] O termo “teor de umidade” conforme utilizado no presente, se refere à porcentagem de umidade da biomassa. O teor de umidade é calculado como gramas de líquido, tal como a água por grama de biomassa úmida (peso seco de biomassa mais líquido, vezes 100%. Dessa maneira, quando utilizado sem qualificação no presente, o teor de porcentagem (%) da umidade se refere a uma base de peso total.

[034] O termo tratamento prévio da “Expansão da Fibra de Amônia” (daqui em diante, “AFEXTM”)”, conforme utilizado no presente, se refere a um processo para o tratamento prévio da biomassa com a amônia para solubilizar a lignina a partir da parede celular de vegetais e para depositar na superfície da biomassa. Um tratamento prévio AFEXTM perturba a matriz lignocelulósica, por conseguinte, modificando a estrutura da lenhina, parcialmente hidrolisando a hemicelulose, e aumentando a acessibilidade da celulose e da hemicelulose restante à degradação enzimática posterior. A lignina é o principal impedimento para a hidrólise enzimática da biomassa nativa, e a remoção, recolocação ou transformação de lignina é um mecanismo de suspeita de diversas das principais tecnologias de tratamento prévio, incluindo o AFEXTM.

[035] No entanto, em contraste com muitos outros tratamentos prévios, as temperaturas inferiores e em condições não ácidas do processo AFEXTM impedem a lignina e/ou açúcares de serem convertidos em furfural, hidroximetila, e ácidos orgânicos de furfural que poderiam afetar negativamente a atividade microbiana. O processo ainda se expande e incha fibras de celulose e ainda rompe a hemicelulose amorfa na biomassa lignocelulósica. Estas modificações estruturais abrem a estrutura da parede celular do vegetal permitindo uma conversão mais eficiente e completa da biomassa lignocelulósica para os produtos de valor agregado, preservando o valor nutricional e a composição do material. Vide, por exemplo, os métodos descritos nas patentes US 6.106.888; 7.187.176; 5.037.663 e 4.600.590, todas estão incorporadas na sua totalidade no presente como referência como se fossem completamente apresentadas no presente.

[036] O termo “tratamento prévio do AFEX™ condensado”, conforme utilizado no presente, se refere a um tratamento prévio de AFEX™, conforme definido no presente, que utiliza a amônia no estado gasoso, em vez da amônia líquida. Ao permitir que o gás de amônia quente condense diretamente na biomassa mais fria, a biomassa aquece rapidamente e a amônia e a biomassa entram em contato íntimo.

[037] O termo “aglutinante adicionado”, conforme utilizado no presente, se refere aos produtos naturais e/ou substâncias sintéticas e/ou formas de energia adicionadas ou aplicadas às fibras de biomassa pré-tratada em uma quantidade suficiente para aprimorar a estabilidade de uma partícula de biomassa densificada. Os exemplos de aglutinantes adicionados, em geral, incluem, mas não estão limitados ao calor exógeno, vapor, água, amido de milho, compostos de lenhina, lenhita, borras de café, seiva, campo, polímeros, sais, ácidos, bases, melaço, compostos orgânicos, ureia, e alcatrão. Os aditivos especiais também são utilizados para aprimorar a ligação e outras propriedades, tais como a cor, o sabor, a estabilidade do pH, e a resistência à água.

[038] O aglutinante adicionado sob a forma de energia normalmente é adicionado sob a forma de calor, que é diretamente adicionado, isto é, o calor exógeno, tal como o calor convectivo ou conduzido, embora o calor de radiação também possa ser utilizado para o mesmo propósito. A adição intencional do calor exógeno está em contraste com o calor intrínseco que se desenvolve como resultado de um material a ser processado, tal como o calor de atrito, que se desenvolve no equipamento de compressão durante o funcionamento. Dessa maneira, o calor que é inerente ao tratamento prévio e/ou densificação da biomassa não é considerado no presente como sendo “o aglutinante adicionado”. O aglutinante adicionado pode ser adicionado à biomassa pré-tratada, a qualquer momento antes, durante ou após um processo de densificação. A quantidade de aglutinante adicionado pode variar, dependendo do substrato a ser densificado.

[039] O termo “partícula” ou “partícula de biomassa”, conforme utilizado no presente, se refere à biomassa densificada (isto é, sólida) formada a partir de uma série de fibras soltas de biomassa, que são comprimidas para formar um único produto em partículas, que é divisível em peças separadas. Uma partícula pode ser hidrolisável ou não hidrolisável e pode variar em tamanho de pequenas partículas microscópicas (maiores que o pó) para os pellets e briquetes ou grandes objetos, tais como os tijolos, ou maiores, tais os como fardos de feno ou maiores, com qualquer massa adequada. A geometria específica e a massa de uma partícula irão depender de uma variedade de fatores, incluindo o tipo de biomassa utilizada, a quantidade de pressão utilizada para criar a partícula, o comprimento desejado das partículas, a utilização final particular, e outros similares.

[040] O termo “briquete”, conforme utilizado no presente se refere a uma partícula compactada.

[041] O termo “pellet”, conforme utilizado no presente, se refere a uma partícula extrudada, isto é, uma partícula compactada formada com um processo de moldagem em que o material é forçado através de uma matriz.

[042] O termo “fluidez”, conforme utilizado no presente, se refere á capacidade das partículas de fluir para fora de um vaso utilizando apenas a força da gravidade. Um produto que aumentou a capacidade de fluir, por conseguinte, iria fluir para fora do vaso a uma taxa mais rápida quando comparada com um produto com baixa fluidez.

[043] O termo “propriedades logísticas”, conforme utilizado no presente, se refere a uma ou mais propriedades de uma partícula em relação com a armazenagem, manuseio e transporte, que pode incluir, mas não está limitada à estabilidade, vida útil, fluidez, elevada densidade a granel, elevada densidade real, compressibilidade, durabilidade, relaxamento, recuperação elástica, permeabilidade, resistência à deformação não confinada, e outros similares.

[044] O termo “carga de sólidos”, conforme utilizado no presente, se refere à porcentagem em peso dos sólidos de uma mistura de hidrólise que compreende os aditivos sólidos, líquidos e hidrolisados (por exemplo, as enzimas). Os sólidos podem ser as fibras celulósicas soltas ou as partículas celulósicas densificadas.

[045] A produção do biocombustível celulósico a partir da biomassa lignocelulósica ganhou um impulso considerável, devido aos benefícios de sustentabilidade ambiental e social. No entanto, a tecnologia ainda não está totalmente comercializada. Um problema impedindo a produção de biocombustíveis celulósicos utilizando a plataforma de açúcar é a natureza resistente à hidrólise de determinados componentes da biomassa lignocelulósica.

[046] Quase todas as formas de biomassa lignocelulósica, isto é, a biomassa vegetal, tais como as monocotiledôneas, compreendem três frações químicas primárias: a hemicelulose, celulose e lenhina. A lignina, que é um polímero de moléculas fenólicas, fornece a integridade estrutural para os vegetais, e é difícil de hidrolisar. Dessa maneira, após os açúcares na biomassa terem sido fermentados para um bioproduto, tal como o álcool, a lignina permanece como o material residual (isto é, uma matriz de lenhina recalcitrante).

[047] A celulose e a hemicelulose na parede celular dos vegetais existem em estruturas complexas dentro da matriz lignina recalcitrante. A hemicelulose é um polímero de cadeias curtas, altamente ramificadas, principalmente de açúcares de pentoses de cinco carbonos (a xilose e arabinose), e em menor grau, os açúcares de hexoses de seis de carbono (a galactose, glicose e manose). Devido à sua estrutura ramificada, a hemicelulose é amorfa e relativamente fácil de hidrolisar nos seus açúcares constituintes individuais através da enzima ou tratamento com o ácido diluído. A celulose é um polímero linear que compreende a D-glicose ligada β(1 > 4) na parede celular dos vegetais, como um amido com o polímero ramificado / linear que compreende a D-glicose ligada α(1 ^ 4), que é o substrato primário dos grãos de milho em grão seco e usinas de etanol de moinho úmidas. No entanto, ao contrário do amido, os açúcares de glicose da celulose são amarrados juntos por ligações e-glicosídica que permitem que a celulose forme as cadeias lineares estreitamente associadas. Devido ao elevado grau de ligação de hidrogênio que pode ocorrer entre cadeias de celulose, a celulose forma uma estrutura cristalina rígida que é altamente estável e muito mais resistente à hidrólise através do ataque químico ou enzimático do amido ou polímeros de hemicelulose. Embora os açúcares de hemiceluloses representem o fruto “de baixa suspensão” para a conversão de um biocombustível, o teor substancialmente mais elevado da celulose representa o maior potencial para aprimorar os rendimentos de biocombustível, com base em cada tonelada de biomassa vegetal.

[048] Por conseguinte, um processo de tratamento prévio é utilizado para alterar e abrir a matriz da parede celular, para hidrolisar as hemiceluloses, e para reduzir a cristalinidade. O tratamento prévio interrompe as partes recalcitrantes da biomassa lignocelulósica, por exemplo, a celulose e lignina, por conseguinte, aprimorando a sua digestibilidade. Após o tratamento prévio, a maior parte da biomassa se torna facilmente digestível enquanto permanece uma quantidade considerável recalcitrante. Em última análise, o processo de tratamento prévio torna a celulose mais acessível (durante o processo de hidrólise posterior) para a conversão do polímero de hidrato de carbono nos açúcares fermentáveis (Balan et al., 2008;. Sierra et al., 2008;. Sun e Cheng 2002). A expansão da fibra de amônia (AFEX™), por exemplo, é capaz de abrir a parede celular em resíduos agrícolas com os produtos de degradação muito reduzidos em comparação com os tratamentos prévios dos ácidos (Chundawat et. al., 2010), apesar dos tratamentos prévios dos ácidos continuarem a ser uma opção viável.

[049] Outros métodos de tratamento prévio incluem, por exemplo, a percolação da amônia reciclada (ARP), tratamento prévio de hidrólise de ácido concentrado, hidrólise ácida diluída, tratamento prévio de hidrólise de ácido em dois estágios, métodos com base em água quente de pressão elevada, isto é, os tratamentos hidrotermais, tais como a explosão de vapor e a extração com água quente aquosa, sistemas de reatores (por exemplo, batelada, fluxo contínuo, contra fluxo, fluxo de passagem, e similares), tratamento de cal e um tratamento à base de pH, ou tratamento prévios químicos hidrotérmicos, seguidos por uma hidrólise enzimática (isto é, a hidrólise catalisada por enzima) ou hidrólise enzimática e sacarificação simultâneas. Conforme referido acima, alguns métodos geram a hidrólise quase completa da fração de hemicelulose para a recuperação eficiente de rendimento elevado das pentoses solúveis. A recuperação destes açúcares também facilita a remoção física da hemicelulose e lignina circundante, por conseguinte, expondo a celulose para o processamento posterior.

[050] Embora a celulose seja mais disponível para a conversão nos seus açúcares componentes durante a hidrólise após o tratamento prévio, para a fermentação ocorrer a jusante, a concentração de açúcar resultante precisa estar a um nível adequado (por exemplo, tal como, pelo menos, cerca de 6% de açúcares fermentáveis em peso ou, em uma realização, pelo menos, cerca de 7% ou cerca de 8% ou superior, a cerca de 9% ou superior, tal como até cerca de 18%, ou superior, incluindo qualquer intervalo entre eles). Algumas tentativas para aumentar a concentração da corrente de açúcar incluem a utilização de uma menor quantidade de biomassa pré-tratada para a produção de uma corrente de açúcar celulósico mais diluída e, em seguida, concentrando esta corrente para atingir os níveis de açúcar elevados. No entanto, a concentração da corrente de açúcar desta forma é dispendiosa.

[051] Além disso, uma vez que as fibras soltas de biomassa pré- tratada rapidamente absorvem o líquido, a utilização de maiores quantidades de fibras soltas de biomassa, isto é, superior a 12% de carga de sólidos de biomassa (por exemplo, 120 g de fibras soltas de biomassa pré-tratadas por 1 kg de peso total de biomassa, líquido e enzimas), ou mais elevada, produz um produto que pode ser difícil de misturar e/ou não se hidrolisar eficientemente. As tentativas para superar este problema incluem a operação no modo de batelada, através da adição das fibras soltas de biomassa pré-tratada em pequenas quantidades, com cada sucessiva carga adicionada ao tanque de hidrólise apenas após a liquefação das fibras de biomassa adicionada ter sido alcançada anteriormente. Mesmo se o processo em batelada compreender apenas duas ou três bateladas, o resultado é um período prolongado de liquefação inicial uma vez que são necessárias fases de liquefação em série.

[052] Outras opções para superar este problema incluem a utilização de reatores e rotores, que são consideradas no momento como “especializado”, devido ao tamanho dos rotores em relação ao diâmetro interno do reator. Tais reatores possuem os rotores, que possuem um diâmetro substancialmente do mesmo comprimento que o diâmetro interno do reator, isto é, uma razão do tamanho do diâmetro do rotor para o reator superior a cerca de 3:4. Os exemplos incluem, mas não estão limitados aos misturadores horizontais de pás, misturadores horizontais da fita, fitas helicoidais verticais, rotores do tipo âncora, e similares. No entanto, tais reatores tendem a ser mais dispendiosos que os rotores menores. Além disso, eles nem sempre são adequados para grandes vasos (inferior a 500.000 G), devido ao seu peso.

[053] As diversas realizações fornecem os métodos para o tratamento prévio e densificação das fibras soltas de biomassa para a produção das partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa pré-tratada (daqui em diante, denominadas “partículas hidrolisáveis”). Em contraste com os processos convencionais de densificação, as realizações descritas no presente não dependem do aglutinante adicionado para aprimorar as propriedades logísticas ou estabilidade das partículas hidrolisáveis resultantes. Em vez disso, e conforme discutido no presente, os Depositantes surpreendentemente e inesperadamente descobriram que as partículas hidrolisáveis altamente estáveis e de qualidade elevada podem ser produzidas sem a adição de aglutinante, isto é, “sem o aglutinante adicionado” durante a fase de compressão e, em diversas realizações, sem a adição aglutinante durante a fase de tratamento prévio antes da densificação ou a qualquer momento após a densificação.

[054] Essas partículas mostraram no presente aprimorar a eficiência da hidrólise em termos de tempo e/ou rendimento e, em última análise, permitem que a conversão ocorra à jusante. Estes aprimoramentos, em parte, ocorrem uma vez que as partículas hidrolisáveis descritas no presente inesperadamente permitem o carregamento dos sólidos de teor mais elevado durante a hidrólise, em comparação com as fibras soltas de biomassa, ainda incluindo as fibras soltas de biomassa pré-tratada. A comparação visual de uma realização dos processos inovadores de hidrólise, descritos no presente, utilizando as partículas densificadas e hidrolisáveis com um processo de hidrólise convencional, utilizando as fibras soltas de biomassa, é mostrada nas ilustrações esquemáticas das Figuras de 7A a 7H. As Figuras de 7A a 7H ainda estão descritos no Exemplo 8, uma vez que a representação visual também se correlaciona com o teste realizado no Exemplo 8. Não apenas a corrente de açúcar resultante a uma concentração suficientemente elevada fornece a conversão eficaz, os bioprodutos a jusante podem agora ser produzidos de maneira mais eficiente e rentável.

[055] Em uma realização, as partículas hidrolisáveis são enzimaticamente hidrolisadas utilizando uma carga elevada de sólidos, (isto é, um teor de partículas hidrolisáveis superior a 12% de uma combinação de partículas hidrolisáveis, líquido e enzimas) até cerca de 15% ou superior, tal como até cerca de 35%, incluindo qualquer intervalo entre os mesmos. A utilização da carga elevada de sólidos das partículas hidrolisáveis resulta em uma corrente de açúcar celulósico suficientemente concentrada para a conversão, tal como a fermentação.

[056] Qualquer método de tratamento prévio adequado pode ser utilizado. Em uma realização, é utilizado um método de tratamento prévio de expansão de fibra de amônia (AFEXTM).

[057] Em uma realização, as fibras soltas de biomassa são aquecidas a uma temperatura de cerca de 60° C a cerca de 100° C na presença da amônia concentrada. Vide, por exemplo, Dale, B.E. et al., 2004, Pretreatment of corn stover using ammonia fiber expansion (AFEX™), Applied Biochem, Biotechnol. 115: 951-963, que está incorporada na sua totalidade no presente como referência. Uma queda rápida de pressão, por conseguinte, provoca uma ruptura física da estrutura da biomassa, expondo as fibras de celulose e hemicelulose, sem a degradação do açúcar extremo comum para muitos tratamentos prévios.

[058] Quase toda a amônia pode ser recuperada e reutilizada, enquanto a amônia restante serve como fonte de nitrogênio para os micróbios em fermentação. Em uma realização, cerca de um (1) a dois (2)% em peso de amônia permanecem sobre a biomassa pré-tratada.

[059] Além disso, uma vez que não existe qualquer corrente de lavagem no processo, a recuperação da matéria seca após um tratamento AFEX™ é essencialmente quantitativa. Isto é uma vez que o AFEX™ é basicamente um processo a seco para seco.

[060] A biomassa tratada com o AFEX™ também é estável durante períodos longos (por exemplo, até, pelo menos, um ano), diferente da biomassa não tratada como o AFEX™ e pode ser alimentada a cargas muito elevadas de sólidos (tais como, pelo menos, cerca de 40%) no processo de hidrólise enzimática ou fermentação em comparação com o ácido diluído ou outros tratamentos prévios aquosos que não podem facilmente exceder 20% de sólidos.

[061] A celulose e a hemicelulose também são bem preservadas em um processo AFEX™, mostrando pouca degradação. Dessa maneira, não é necessária para a neutralização antes da hidrólise enzimática da biomassa tratada AFEX™. A hidrólise enzimática da biomassa tratada com o AFEX™ açúcar também produz correntes de açúcar limpas para posterior fermentação.

[062] Os produtos de degradação a partir da biomassa tratada AFEX™ também foram identificadas e quantificadas. Este estudo comparou a palha de milho pré-tratada com o AFEX™ e com o ácido utilizando as técnicas de LC-MS / GC-MS. Na matéria prima pré-tratada com o ácido, foi detectada uma quantidade superior a 40 compostos principais, incluindo os ácidos orgânicos, furanos, compostos aromáticos, compostos fenólicos, amidas e oligossacarídeos. O tratamento prévio com o AFEX™ realizado sob condições alcalinas leve produziu muito pouco ácido acético, HMF e furfural. Vide, Dale, B.E. et al., 2004, acima, e Dale, B.E. et al., 2005b, Pretreatment of Switchgrass Using Ammonia Fiber Expansion (AFEX™), Applied Biochemistry and Biotechnology. Vol. 121-124. Páginas 1.133 -1142. Vide também, Dale, B.E. et al., 2005a. Optimization of the Ammonia Fiber Explosion (AFEX™) Treatment Parameters for Enzymatic Hydrolysis of Corn Stover, Bioresource Technology. Vol. 96, páginas 2.014-2.018.

[063] Em uma realização, um processo de tratamento prévio modificado de AFEX™, isto é, o tratamento prévio com o AFEX™ gasoso, é utilizado, conforme descrito, no Exemplo 1. Neste método, é utilizada a amônia gasosa, que se condensa na biomassa em si.

[064] Em uma realização, as condições do tratamento prévio com o AFEX™ são optimizadas para um determinado tipo de biomassa. Essas condições incluem, mas não estão limitados ao carregamento de amônia, teor de umidade da biomassa, temperatura, e tempo de permanência. Em uma realização, a palha de milho é submetida a um tratamento prévio com o AFEX™, a uma temperatura de cerca de 90° C, razão da amônia:massa seca de palha de milho de 1:1, teor de umidade da palha de milho de 37,5%, e um tempo de permanência (mantendo o alvo na temperatura), de 5 (cinco) minutos. Em uma realização, a gramínea (switchgrass) é submetida a um tratamento prévio AFEX™, a uma temperatura de cerca de 100° C, carga de amônia 1:1 kg de amônia: kg de matéria seca, e 45% de teor de umidade (com base no peso total) em tempo de permanência de cinco (5) min.

[065] Os resultados da hidrólise das amostras tratadas e não tratadas com AFEX™ mostram 93% versus 16% de conversão glucana, respectivamente. A produção do etanol da gramínea (switchgrass) otimizada tratada com o AFEX™ foi medida como sendo de cerca de 0,2 g de etanol/g de biomassa seca, que é 2,5 vezes superior àquela da amostra não tratada. Vide Dale, B.E. et al., 2005b, acima.

[066] Em uma realização, cerca de 98% do rendimento teórico de glicose são obtidos durante a hidrólise enzimática de uma palha de milho tratada com o AFEX™, utilizando 60 unidades de papel filtro (FPU) de enzima celulase/g de glucano (igual a 22 FPU/g de palha seca de milho).

[067] O rendimento de etanol demonstrou o aumento de até 2,2 vezes aquele de uma amostra não tratada. Em uma realização, as cargas inferiores de enzima de 15 e 7,5 FPU/g de glucano não afetam significativamente o rendimento da glicose, em comparação com 60 FPU. Nesta realização, as diferenças entre os efeitos de diferentes níveis da enzima reduziram com o aumento da temperatura de tratamento. Vide, por exemplo, Dale, B.E. et al., 2004, acima; e Dale, B.E. et al., 2004, acima.

[068] As condições de tratamento prévio ideal de AFEX™ para a hidrólise e fermentação das gramíneas (switchgrass) e da palha de milho também são discutidos em Dale, BE. et al., 2004, acima; Dale, B.E. et al., 2005b, acima; e Dale, B.E. et al., 2005b, acima.

[069] Em uma realização, é utilizado um tratamento prévio modificado de AFEX™ com cargas de amônia significativamente reduzidas e menores concentrações necessárias de amônia. Vide, Elizabeth (Newton) Sendich, et al., Recent process improvements for the ammonia fiber expansion (AFEX™) process and resulting reductions in minimum ethanol selling price, 2008, Bioresource Technology 99: 8.429-8.435 e a publicação do pedido de patente US 2008/000.873 para Dale, BE.

[070] Em uma realização, o vapor é utilizado como um tratamento prévio, em vez de ou em adição a um tratamento AFEX™. No entanto, o vapor tende a reduzir a disponibilidade de açúcares, por conseguinte, reduzindo a qualidade global da ração para animais. Independentemente disso, o vapor continua a ser uma realização opcional viável para o tratamento prévio.

[071] Quando as fibras de biomassa estão sendo densificadas, as próprias fibras normalmente se tornam quente à medida que estão sendo formadas em partículas hidrolisáveis. Esse calor intrínseco pode incluir o calor de atrito, que se desenvolve durante o processo de extrusão ou compactação, conforme é conhecido no estado da técnica. Conforme definido no presente, por exemplo, o calor não é considerado como sendo “o aglutinante adicionado”.

[072] Apesar do aglutinante adicionado não ser utilizado durante o processo de densificação, conforme descrito no presente, em uma realização, o aglutinante adicionado pode ser adicionado ou aplicado às fibras soltas de biomassa antes da densificação. A adição do líquido, tal como a água, durante o tratamento prévio pode aumentar o teor de umidade das partículas hidrolisáveis para entre cerca de 10 e cerca de 50%,

[073] O vapor pode ser utilizado no vaso da reação antes e/ou durante o tratamento prévio, tal como um tratamento prévio de AFEX™. A adição do vapor às fibras soltas de biomassa durante o tratamento prévio pode permitir que a água seja mais uniformemente distribuída ao longo das partículas hidrolisáveis durante a hidrólise. Em uma realização, o aglutinante adicionado é aplicado ou adicionado às partículas hidrolisáveis (isto é, após a densificação), embora essa etapa possa aumentar os custos do processamento. Quando o processo de densificação está completo, o vapor se evapora para fora das partículas hidrolisáveis, deixando um produto que é suficientemente seco, isto é, normalmente, de cerca de cinco (5) a cerca de 20% do teor de umidade, embora as realizações não sejam tão limitadas.

[074] Deve ser observado que as quantidades mínimas de substâncias diferentes e fontes de energia observadas na definição de “aglutinante adicionado” podem ser adicionadas em qualquer ponto no tratamento prévio e/ou processo de densificação e/ou após o processo de densificação em quantidades que não aprimoram as propriedades logísticas e/ou a estabilidade das partículas de biomassa e, por conseguinte, tecnicamente não funcionam como o “aglutinante adicionado”, conforme definido no presente. No entanto, essas adições podem aumentar os custos do processamento.

[075] Apesar de uma base não volátil, tal como o hidróxido de sódio, também poder ser utilizada para transferir a lignina para a superfície, o hidróxido de sódio, que permanece após evaporação pode possuir um impacto negativo em outra aplicação do material tratado, tal como para a ração para animais e outras aplicações.

[076] Devido às temperaturas atingindo a temperatura de transição vítrea dos oligômeros dentro da fibra (por exemplo, a lignina, hemicelulose), os tratamentos prévios, tais como o AFEX™ (e/ou de vapor) também transferem estes oligômeros (principalmente a lignina), e em algumas realizações, uma quantidade de hemicelulose para a superfície. Uma vez sobre a superfície, a lenhina e a hemicelulose são pegajosas. Surpreendentemente, estes oligômeros (lenhina ou lenhina e hemicelulose) contêm pegajosidade suficiente para fornecer as propriedades, pelo menos, comparáveis àquela de uma partícula hidrolisável que foi densificada com um aglutinante adicionado (conforme o termo é definido no presente). Em diversas realizações, nenhum aglutinante adicionado é utilizado em qualquer ponto do processo, incluindo antes, durante ou após a densificação.

[077] Dessa maneira, os Depositantes descobriram que não existe necessidade de aplicar ou adicionar o “aglutinante adicionado” (que também pode ser referido como “cura”, normalmente através da utilização de vapor agregado) para a biomassa pré-tratada (por exemplo, utilizando o calor exógeno) antes de formar os mesmos em partículas hidrolisáveis. Além disso, surpreendente e inesperada é a descoberta de que não existe necessidade de aplicar ou adicionar o “aglutinante adicionado” em qualquer forma durante a densificação (e em diversas realizações, não existe necessidade de aplicar ou adicionar o “aglutinante adicionado” antes ou após a densificação) para a produção das partículas hidrolisáveis que possuem propriedades logísticas, pelo menos, tão boas, se não melhores, quanto as partículas hidrolisáveis convencionais que contêm o aglutinante adicionado. A capacidade de omitir a etapa de adição e/ou a aplicação de um aglutinante adicionado em qualquer altura durante o processo, e em particular durante a densificação, ainda fornece economias significativas de custos durante a produção, conduzindo a um produto que não só é ambientalmente verde, mas altamente econômico e transportável, incluindo o transportável por meios convencionais.

[078] Em uma realização, o dispositivo de compressão utiliza um sistema de rede de engrenagens para comprimir a biomassa através de um canal afilado entre os dentes da engrenagem adjacente. Este dispositivo de compressão opera a temperaturas inferiores a 60° C. (Vide, Exemplo 2). Esse dispositivo de compressão pode ser utilizado para produzir os briquetes, conforme o termo é definido no presente. Em uma realização, o consumo de energia é minimizado e as características de processamento físicas e a jusante são otimizadas.

[079] Em uma realização, o dispositivo de compressão é um dispositivo de extrusão, que pode formar as partículas de formato cilíndrico substancialmente convencionais, agora normalmente referidas como pellets (Vide, Exemplo 4).

[080] Em uma realização, é fornecido um processo integrado de tratamento prévio da biomassa e densificação. Em uma realização particular, um tratamento da amônia, tais como um tratamento prévio de expansão da fibra de amônia (AFEX™) ou de tratamento prévio de AFEX™ condensado é utilizado em conjunto com um processo de compactação para a produção das partículas hidrolisáveis, em um processo que não necessita do aglutinante adicionado.

[081] Em uma realização, as partículas hidrolisáveis são os briquetes hidrolisáveis que possuem uma densidade a granel de, pelo menos, dez (10) vezes aquela da biomassa picada (que é cerca de 50 kg/m3). Em uma realização, as partículas hidrolisáveis são os pellets hidrolisáveis que possuem uma densidade a granel de cerca de 550 kg/m3. A utilização de um processo integrado, conforme descrito no presente, elimina a necessidade do tratamento prévio adicional na unidade de processamento e minimiza ainda mais a distância que os fardos de matérias primas de baixa densidade precisam ser transportados.

[082] Em uma realização, as partículas hidrolisáveis são transportadas para as instalações de processamento centralizado, utilizando o transporte e infraestrutura utilizada para o manuseio de grãos para posterior processamento, tais como a hidrólise e/ou conversão (por exemplo, a fermentação) e/ou transformação, para a produção de diversos bioprodutos.

[083] Em uma realização, as condições de AFEX™ são optimizadas de acordo com o tipo de biomassa a ser processado para aprimorar as propriedades aglutinantes inerentes das partículas soltas de biomassa e aumentar a eficiência da hidrólise após a densificação e armazenamento.

[084] Ainda se espera que as características de processamento a jusante para os briquetes será, pelo menos, tão boa, ou melhor que a biomassa não densificada em termos de taxas de conversão (por exemplo, as taxas de fermentação), rendimento e assim por diante. Na verdade, e conforme mencionado no presente, o aprimoramento da hidrólise para os pellets é, inesperadamente, pelo menos, parcialmente, o resultado da redução da capacidade da partícula hidrolisável para absorver a água.

[085] O conhecimento convencional poderia sugerir que a baixa absorção de água iria reduzir a eficiência da hidrólise enzimática. Pelo contrário, com a redução da capacidade do pellet hidrolisável para absorver a água, as partículas hidrolisáveis são capazes de se locomoverem livremente dentro da solução de líquida e enzima na carga elevada de sólidos, mesmo após os pellets hidrolisáveis serem completamente desintegrados. Em uma realização, as partículas hidrolisáveis aprimoram a hidrólise, como um resultado da sua capacidade para promover a mistura do material, mesmo em carga elevada de sólidos.

[086] Em uma realização, a hidrólise ocorre em um reator vertical agitado com uma razão do tamanho do rotor para o diâmetro do tanque entre 1:4 e 1:2. Em uma realização, a hidrólise ocorre em um reator agitado verticalmente com uma razão do tamanho do rotor para o diâmetro do tanque de cerca de 1:3, embora as diversas realizações não sejam tão limitadas. Em uma realização, a conversão à jusante, tal como a fermentação, também pode ocorrer nesse reator. Os exemplos de reatores com os rotores que possuem essa razão entre o tamanho do rotor e o diâmetro do reator incluem, mas não estão limitados aos rotores marinhos, turbinas de lâmina campal, rotores Rushton, e similares. Isto está em contraste com as operações convencionais não envolvendo as suspensões sólidas, que necessitam de reatores especializados e mais dispendiosos ao longo da hidrólise e/ou etapas de conversão.

[087] Em uma realização, é utilizada a hidrólise enzimática. Qualquer enzima adequada capaz de hidrolisar a biomassa selecionada pode ser utilizada, incluindo as endoglucanases, celobiohidrolases, xilanases, pectinases, lenhinases, swollenins, e similares.

[088] Em uma realização, são fornecidas as partículas hidrolisáveis tratadas com o AFEX™ que não possuem nenhum aglutinante adicionado. Em contraste com as partículas convencionais que contém o aglutinante, as partículas hidrolisáveis inovadoras tratadas com o AFEX™, conforme descrito no presente, possuem uma superfície externa substancialmente lisa, não escamosa, provavelmente devido à presença de lignina e, em algumas realizações, a hemicelulose, na superfície externa da partícula hidrolisável, que essencialmente serve como um tipo de revestimento. Dessa maneira, as partículas hidrolisáveis inovadoras tratadas com o AFEX™ não são susceptíveis à descamação (perda de massa) como com uma partícula convencional que contém o aglutinante, que não possui nenhum revestimento removível e contém os flocos na sua superfície externa.

[089] Em algumas realizações, a presença de lignina e/ou da hemicelulose não se restringe apenas à superfície, mas também se encontra mais profunda na parte interna dos poros microscópicos da partícula hidrolisável. Por conseguinte, as partículas hidrolisáveis tratadas com o AFEX™ podem apresentar benefícios adicionais, tais como a queima / cocombustão mais eficiente de carvão de lenhita que as partículas convencionais que contêm o aglutinante que possuem o aglutinante adicionado que é quimicamente restringido à superfície das partículas que apenas contêm o aglutinante.

[090] As partículas hidrolisáveis tratadas com o AFEX™ também são menos flexíveis e, por conseguinte, tendem a ser mais retas que as partículas convencionais sem o tratamento prévio. Surpreendentemente, as partículas inovadoras hidrolisáveis tratadas com o AFEX™ apresentam uma “sensação” mais rígida (e provavelmente menos quebradiça), em comparação com a sensação mais suave de uma partícula sem o tratamento prévio convencional.

[091] Os testes de dureza (por exemplo, o Exemplo 4) revelam que um pellet tratado com o AFEX™ inicialmente é mais forte antes de romper de repente. Em contraste, um pellet convencional, mantendo ao mesmo tempo a força durante um tempo mais longo, é essencialmente mais “maleável” ou “áspero” do que os pellets inovadores hidrolisáveis tratados com o AFEX™, conforme descrito no presente (mais comparável com a suavidade de um “charuto”). Em uma realização, um pellet hidrolisável de palha de milho tratado com o AFEX™ (CS) é, pelo menos, 21% mais rígida e demonstra, pelo menos, 20% menor variabilidade de dureza em comparação com um pellet hidrolisável CS sem o tratamento prévio. Em uma realização, o pellet inovador hidrolisável tratado com o AFEX™ exibe menos deformação que os pellets CS convencionais hidrolisáveis sem o tratamento prévio (Vide, por exemplo, a Tabela 7). É provável que o pellet hidrolisável tratado com o AFEX™, bem como o briquete hidrolisável tratado com o AFEX™ e outras partículas produzidas a partir de outros tipos de biomassa apresentem resultados similares ou melhores.

[092] A lignina, em geral, é mais escura que os outros componentes no material de vegetal, de maneira que o material resultante é notavelmente mais escuro que a aparência de um material substancialmente não rodeado pela lenhina.

[093] Em uma realização, os pellets CS tratados com o AFEX™ possuem uma gravidade específica de até 1,16, em comparação com um pellet CS sem o tratamento prévio, que pode possuir uma gravidade específica não superior a 0,87, embora as diversas realizações não sejam tão limitadas. Uma vez que os pellets hidrolisáveis tratados com o AFEX™ parecem ser menos porosos e ainda demonstram propriedades de dureza superiores em comparação com os pellets convencionais sem o tratamento prévio, o pellet hidrolisável tratado com o AFEX™ é susceptível de mostrar as propriedades aprimoradas de armazenamento de curto e longo prazo, incluindo a fluidez, força de compressão, solubilidade em água, absorção e vida útil total, com sensibilidade reduzida à degradação devido ao calor, insetos, e outros.

[094] Também se espera que as partículas hidrolisáveis tratadas com o AFEX™ apresentem uma fluidez aprimorada. Outros testes, conforme observado nos Exemplos Proféticos irão quantificar a quantidade de aprimoramento.

[095] Em uma realização, algumas ou todas as características observadas acima também estão presentes nas partículas hidrolisáveis diferentes dos pellets (por exemplo, os briquetes). Em uma realização, algumas ou todas as características observadas acima estão, adicionalmente ou alternativamente presentes nas partículas hidrolisáveis, pré-tratadas através de métodos diferentes do AFEXTM, tais como com outros tratamentos de amônia ou outros métodos de tratamento prévio descritos no presente. Vide também, os Exemplos de 6 a 11.

[096] Em uma realização, é fornecido um método que compreende a hidrólise (por exemplo, a hidrólise enzimática) de uma ou mais partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa celulósica, em carga de sólidos superior a cerca de 12% até cerca de 35% (tal como cerca de 18% e cerca de 24 %) para a produção de uma corrente convertível que contém o açúcar. Em uma realização, a conversão compreende a fermentação da corrente que contém o açúcar para a produção de um bioproduto. Em uma realização, a biomassa nas partículas hidrolisáveis densificadas de biomassa celulósica é a palha de milho, gramíneas (switchgrass), madeira, grama de pradaria campal (prairie cord grass), ou suas combinações.

[097] Em uma realização, as partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa celulósica são produzidas submetendo uma quantidade de fibras celulósicas soltas a um tratamento prévio (por exemplo, o tratamento prévio da amônia), em que, pelo menos, uma porção da lignina contida dentro de cada fibra é transferida para a superfície externa de cada fibra para a produção de uma quantidade de fibras soltas de biomassa celulósica pegajosa; e a densificação da quantidade de fibras soltas de biomassa celulósica pegajosa para a produção de uma ou mais partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa celulósica, em que a quantidade de fibras de biomassa pegajosa é densificada, sem a utilização do aglutinante adicionado. Em uma realização, a etapa de tratamento prévio e a etapa de densificação formam um processo integrado. Em uma realização, o tratamento prévio da amônia é um tratamento de expansão da fibra de amônia (AFEX™), tal como um tratamento gasoso de AFEX™. Em uma realização, o método ainda compreende a adição de água e/ou de vapor durante a etapa de tratamento prévio.

[098] O método dos bioprodutos é um biocombustível (por exemplo, o etanol ou butanol).

[099] Em uma realização, é fornecido um sistema que compreende uma instalação de hidrólise para a hidrólise de uma ou mais partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa celulósica a uma carga superior de sólidos a cerca de 12% até cerca de 35% para a produção de uma corrente convertível que contém o açúcar. A instalação de hidrólise pode ser parte de uma instalação de produção dos bioprodutos, tal como a instalação de produção de etanol. Em uma realização, a biomassa em partículas de biomassa é a palha de milho.

[0100] Em uma realização, o sistema ainda compreende uma unidade de tratamento prévio para o tratamento de uma quantidade de fibras soltas de biomassa celulósica para um tratamento prévio, em que, pelo menos, uma porção da lignina contida dentro de cada fibra é transferida para a superfície externa de cada fibra para a produção de uma quantidade de fibras soltas de biomassa celulósica pegajosa; e um mecanismo de densificação para densificar a quantidade de fibras soltas de biomassa celulósica pegajosa ao produzir uma ou mais partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa celulósica, em que a quantidade de fibras de biomassa pegajosa é densificada, sem a utilização do aglutinante adicionado. Em uma realização, a instalação de tratamento prévio e a instalação de densificação são colocalizadas.

[0101] As partículas hidrolisáveis resultantes são úteis em uma variedade de aplicações, incluindo, mas não limitadas à produção de ração para animais, um conjunto completo de outros bioprodutos utilizando a catálise química ou conversões químicas (por exemplo, de fermentação), outras aplicações bioquímicas, biocombustíveis, incluindo as aplicações de produção de eletricidade (por exemplo, a queima em caldeira, fornos de queima de biomassa, e similares), como um componente de materiais sólidos, tais como os materiais de construção fibrosos extrudados ou painel de fibras, e similares.

[0102] O tratamento prévio da amônia nos diversos processos AFEX™, descritos no presente, dissolve uma determinada quantidade de lignina e ainda traz uma quantidade significativa de lenhina a partir da parte interna de um material vegetal para a superfície externa ou arestas externas da fibra. Como resultado, o material é mais facilmente digerido pelos animais. Em uma realização, a combinação das partículas hidrolisáveis pré-tratadas, tais como os briquetes ou pellets tratados com o AFEXTM, conforme descrito no presente, juntamente com os aditivos e agentes de enchimento adequados, como são conhecidos no estado da técnica, produz uma ração inovadora para os animais.

[0103] Em uma realização, uma mistura de partículas hidrolisáveis pré-tratadas, tais como os briquetes tratados com o AFEXTM ou pellets com carvão fornece um material inovador de alimentação nas centrais eléctricas.

[0104] A logística da colheita, manuseio, transporte e armazenamento das matérias primas de baixa densidade a granel representam um desafio significativo para a bioeconomia em desenvolvimento. Assumindo um rendimento de 70 gal/tonelada, a biomassa embalada com uma densidade de 120 kg/m3 necessita de mais de dez vezes o volume do material para um volume fornecido de etanol em comparação com os grãos de milho. Esta densidade inferior a granel não permitirá que os caminhões atinjam a capacidade máxima de peso, aumentando ainda mais o número de caminhões necessários para o fornecimento de matéria prima.

[0105] À medida que a bioeconomia para os bioprodutos alternativos se desenvolve, os produtores individuais irão necessitar da flexibilidade de comercializar a sua biomassa no mercado de bioenergia conforme o mandado de economia. Por exemplo, com a utilização de centros regionais de processamento de biomassa (RBPCs) (dentro de uma área de 5 a 10 milhas, por exemplo), os fardos redondos podem utilizar a infraestrutura existente e os equipamentos da indústria de caminhões. Devido a que os RBPCs serão dimensionados de maneira adequada, as distâncias do transporte rodoviário dos fardos redondos podem ser minimizadas. Além disso, a presença dos múltiplos RBPCs distribuídos pode minimizar a necessidade de armazenamento a longo prazo dos fardos redondos. O armazenamento de curto prazo pode utilizar as embalagens dos fardos e outros métodos atuais para minimizar os gastos. Com a utilização do tratamento prévio inovador e integrado (por exemplo, o tratamento prévio de AFEX™) / sistema de densificação descrito no presente, as partículas hidrolisáveis podem ser transportadas mais eficientemente para os locais centralizados de processamento.

[0106] As diversas realizações ainda serão descritas com referência aos Exemplos seguintes, que são oferecidos para melhor ilustrar as diversas realizações. Deve ser entendido, no entanto, que muitas variações e modificações podem ser realizadas mantendo o âmbito das diversas realizações. EXEMPLOS EXEMPLO 1

[0107] A palha de milho (CS) (todo o produto remanescente após o grão ser colhido, normalmente incluindo os talos e folhas com o sabugo) a partir de um vegetal de milho híbrido (Zea mays L.) cultivada na Michigan State University (MSU) Agronomy Center Field foi colhida em outubro de 2007, e armazenada em temperatura ambiente em cada 5 (cinco) kg de sacos que foram alojados em uma lixeira de 30 gal. A gramínea do gênero Panicum (SG) da variedade de várzea de sementes “Alamo”, Panicum virgatum L. cultivada no campo Thelen localizado na Fazenda Lane em MSU, foi colhida em outubro de 2005, e armazenada em sacos plástico lacrados da marca Ziploc® em freezer a quatro (4)° C.

[0108] O CS e SM foram, cada um submetidos a um tratamento AFEX™ comparável com os métodos descritos nas patentes números “888, “176, “663, e “590 referidas acima, mas com algumas modificações. Especificamente, ao invés da aplicação da amônia líquida para a biomassa e permitindo que a amônia e a biomassa possam reagir como no tratamento convencional de AFEX™, a amônia gasosa foi utilizada como alternativa. Ao permitir que o gás de amônia quente diretamente condense na biomassa de refrigeração, a amônia e a biomassa se tornam bem misturadas.

[0109] O tratamento prévio gasosa de AFEX™ foi realizado no Biomass Conversion Research Laboratory at Michigan State University, East Lansing, Michigan. Salvo disposição em contrário, foi utilizado um equipamento de laboratório padrão disponível nos laboratórios convencionais abastecidos. O tratamento prévio de AFEX™ foi realizado em um exaustor aprovado com a velocidade nominal mínima da faixa de proteção em vidro de 75 pés/minuto.

[0110] Um reator superior de bancada Parr Instruments Modelo 4524 (daqui em diante “reator 4.254”) foi utilizado para este teste. A câmara de reação foi colocada em primeiro lugar dentro da manta de aquecimento do reator 4.254. Uma temperatura da sonda acoplada em T do tipo J foi conectada a um controlador modular Parr Instruments modelo 4.843 (calor) (a seguir “controlador 4.843”) em uma das extremidades e a câmara de reação na outra extremidade através da colocação da temperatura da sonda contra aquela da parede interna (cerca da metade do caminho para baixo) da câmara de reação. A câmara de reação, em seguida, foi coberta com uma peça circular de chapa de metal inoxidável fabricada sob medida com um corte de relevo de diâmetro de cerca de 12,7 cm (cerca de cinco (5) polegadas) para a temperatura da sonda. O controlador foi ligado para baixo (com um interruptor do aquecedor vermelho) e um controlador de temperatura tipo J (azul) mostrou uma leitura de temperatura ambiente de cerca de 25° C a cerca de 5° C.

[0111] Um conector de pressão CX105 marca Omega do termopar (amarelo) tipo K (indicador vermelho) e (verde) (com escritórios em Stamford, CT) (indicador verde) a partir do controlador foram brevemente ligados para testar as 4.254 sondas de cobertura do reator. O indicador vermelho mostrou uma leitura de temperatura ambiente de cerca de 25° C a cerca de 5° C. O indicador verde mostrou uma leitura de pressão de calibre um (1) atm de -0,34 a cerca de 0,34 atm (cerca de -5 a cerca de 5 psig). Os conectores amarelos e verdes e a tampa do reator 4.254, em seguida, foram retirados e a temperatura de aquecimento prévio azul foi ligada para previamente aquecer o reator 4.254 a uma temperatura alvo de temperatura ambiente de 20° C. Observou-se o indicador azul durante cerca de cinco (5) minutos, para assegurar que a temperatura azul aumentava a uma taxa de cerca de três (3)° C / minuto.

[0112] Um analisador de umidade Sartorius MA35 (Goettingen, Alemanha) foi utilizado para determinar o teor de umidade de cada uma das amostras de biomassa. As medições de umidade iniciais para as amostras normalmente foram de cinco (5) a dez (10)%. O peso de cada amostra, adicionada ao reator 4.254 foi de 150 g de peso seco, isto é, “biomassa seca”. Uma quantidade de biomassa, em seguida, foi pesada para resultar em 150 g de biomassa seca (conforme determinado pelo cálculo de umidade total). Por exemplo, para uma amostra de biomassa contendo cinco (5)% de teor de umidade, o seguinte cálculo deveria ser realizado: x (g) de água da biomassa = (150 g de biomassa seca / (de 1 a 0,05) - 150 g de biomassa seca). Resolvendo para os resultados “x” em 7,9 g de água presente na biomassa. Por conseguinte, neste exemplo, a adição de 150 g de peso seco de biomassa inclui a pesagem e a adição de 157,9 g da amostra de biomassa em 5% de teor de umidade.

[0113] O cálculo, em seguida, foi realizado para determinar a quantidade de água desionizada a ser adicionada a cada amostra. Para a palha de milho, o teor de umidade desejado foi de 37,5%. Para a gramínea (switchgrass), o grau desejado de umidade de 45%. Estes valores foram selecionados uma vez que representam as umidades de biomassa ideais respectivas para os rendimentos máximos da glicose e xilose da hidrólise enzimática após o AFEX™.

[0114] Desta maneira, para uma amostra de palha de milho com 7,9 g de água presente, mas que necessite de 37,5% de teor de umidade, o seguinte cálculo deveria ser realizado: x (g) de água a ser adicionada à biomassa = (150 g de biomassa seca / (de 1 a 0,375) -150g -7,9 g água na biomassa. Resolvendo para “x” iria resultar em 82,1 g de água a ser adicionada. O peso total de 150 g de peso seco da amostra de palha de milho, neste caso, seria de 82,1 + g + 7,9 g + 150 g = 240 g. A água foi aspergida sobre cada amostra de biomassa com uma garrafa de água até o peso total (biomassa seca (g) + água desejada (g)) ser alcançado. A biomassa foi revestida uniformemente com a água através da agitação a biomassa.

[0115] Um cilindro de 500 mL de amônia vazio que possui nível máximo de enchimento de 208 g (vaso de pressão de aço inoxidável Parker de 500 mL fiação 316 (daqui em diante, denominado “cilindro de Parker”) com as válvulas de esfera de duas vias de pressão elevada Swagelok® Série 83 instaladas nas duas extremidades, produzida por Swagelok Co. (com escritórios em Chicago, IL) foi pesada. Uma vez que oito (8) g foram determinados para ser a amônia residual aproximada da garrafa após o término desta etapa, o peso total do cilindro e da amônia necessária para o tratamento prévio com o AFEX™ foram determinados pela adição de oito (8) g para o peso da quantidade necessária de amônia.

[0116] O cilindro de Parker foi ligado a um tanque de estoque de amônia de marca AirgasTM (com o tubo de sucção) fabricado por Airgas, Inc. (Radnor, PA), pela abertura da válvula de entrada no tanque de amônia, seguido pela abertura da válvula de entrada no cilindro de Parker. O cilindro de Parker pode preencher até ficar frio e sem o ruído do enchimento do cilindro poder ser ouvido (o tempo decorrido foi de cerca de um (1) minuto). A válvula de saída no tanque de amônia foi aberta a cerca de um quarto do caminho. Após alguns testes, foi determinado que levava cerca de 20 segundos para adicionar 158 g de amônia para o cilindro de Parker. Em seguida, todas as válvulas foram fechadas, iniciando com a válvula de saída do cilindro de Parker e, finalmente, a válvula de saída no tanque de amônia. O cilindro de Parker foi pesado para garantir que o peso total fosse igual ao peso esperado. Um pouco amônia foi liberada sob o capuz se o peso era muito grande. Quando não era o suficiente, a etapa acima foi repetida.

[0117] O cilindro de Parker, agora contendo a amônia, foi aquecido pela primeira envolvendo na fita térmica da marca Briskheat Thermal BH (Columbus, OH) e ligada n controlador da fita térmica da marca Briskheat Thermal BH (Columbus, OH). O cilindro de pressão iniciou a de 0 a 125 psig (dependendo da temperatura da amônia na parte interna do cilindro, uma vez que ficou fria durante a etapa de enchimento). O cilindro de Parker foi aquecido a 600 psi (40 bar), ajustado para 400 psig (27 bar) para as reações “mais frias” (80° C) para 1.000 psig (70 bar) para reações quentes (160° C). A pressão foi lentamente aumentada, mas sempre a uma taxa inferior a 0,034 atm/seg (cinco (5) psi /seg).

[0118] A biomassa desejada, em seguida, foi adicionada à câmara de reação. A sonda de temperatura (preto) foi removida da câmara de reação e colocada na ranhura no lado do manto do aquecedor que permitiu que a temperatura da superfície externa da câmara de reação fosse medida. O indicador de temperatura (azul) foi ajustado (com setas) 20° superior ao aquecimento prévio original para permitir a manutenção do aquecimento da câmara de reação.

[0119] A tampa da câmara de reação foi substituída e um funil foi adicionado. A amostra de biomassa selecionada, em seguida, foi vertida para baixo do funil para dentro da câmara de reação. Uma vez adicionada, a extremidade da sonda de temperatura (amarela) foi completamente coberta com a biomassa, e foi observada a ser de cerca de 2,54 cm (cerca de uma (1)polegada) a partir do bocal de entrada da amônia da tampa. O funil, em seguida, foi removido, a tampa retornada para cima do reator 4.254 e os suportes foram apertados com parafusos para selar a mesma no local.

[0120] O cilindro de Parker, em seguida, foi anexado à câmara de reação. Uma bomba de vácuo Welch Modelo 8803 (Niles, Illinois) também foi anexada à câmara de reação. A válvula de vácuo sobre o reator 4524 foi aberta e o vácuo foi ligado para bombear o ar a partir do reator 4.254 durante um (1) minuto. A válvula de vácuo foi fechada e o vácuo foi desligado. A sonda de temperatura (amarela) e o conector de pressão (verde) foram conectados ao controlador 4.843. A válvula de cilindro de amônia (apenas) conduzida para a câmara de reação foi aberta.

[0121] A reação de AFEX™ foi iniciada pela abertura da válvula do reator 4.254 conectado ao cilindro de Parker. Quando a pressão entre o cilindro de amônia Parker e a câmara de reação foi igualada, as válvulas entre o cilindro de amônia e a câmara de reação estavam fechadas (isto é, após a cerca de um (1) minuto). A fita de calor no cilindro de Parker também foi desligada. O aquecedor do reator 4843 foi deixado em um nível baixo a 20° C acima da temperatura original utilizada no aquecimento prévio. Após cerca de um (1) minuto, o pico (vermelho) do indicador de temperatura e pressão (verde) foi registado. Quando a temperatura (vermelho) do indicador não alcançou uma temperatura inferior a 100° C dentro de 1 minuto, isso significou que a matéria prima não está em contato com a sonda de temperatura. A temperatura e a pressão foram registradas após cerca de cinco em cinco (5) minutos.

[0122] A partir de cerca de 5 (cinco) minutos antes da etapa de expansão indicada abaixo, o vácuo foi separado da tampa da câmara de reação 4.524. A tubulação do cilindro de amônia foi removida da tampa da câmara de reação. A câmara de reação foi girada de forma que a válvula de liberação de pressão 4.524 foi voltada para a parte de trás do exaustor de fumo. A faixa do exaustor foi ajustada para a velocidade máxima da face (75 pés/minuto recomendada). A tapa de expansão: proteção da orelha estava desgastada. A pressão de amônia no 4.524 foi liberada pela abertura da válvula de liberação de pressão rapidamente.

[0123] A tampa da câmara de reação foi removida. A biomassa foi removida e colocada em uma bandeja e deixada sob o exaustor para permitir que o vapor de amônia pudesse volatilizar. A biomassa AFEX™ foi deixada a secar ao ar durante a noite. O cilindro de Parker foi pesado para determinar os gramas de amônia residual aplicados à biomassa e o peso foi registrado. A amônia restante (cerca de 8 g) foi liberada a partir do cilindro de Parker dentro do exaustor. EXEMPLO 2 MATERIAIS DE PARTIDA E PREPARAÇÃO DA AMOSTRA

[0124] A palha de milho (CS), obtida a partir da mesma fonte, conforme descrito, no Exemplo 1, foi utilizada. Duas amostras, dois (2) kg cada, de cada tipo de biomassa, em seguida, foram submetidas ao tratamento prévio de AFEX™, de acordo com o método descrito no Exemplo 1. Após o tratamento prévio, as amostras foram densificadas utilizando um dispositivo de briquetagem (Federal Machine Co. d/b/a ComPAKco, LLC, Fargo, ND) para a produção dos briquetes da palha de milho AFEX™ (AFEX™-CS) e briquetes da gramínea (switchgrass) AFEX™ (AFEX™-SG).

[0125] A Figura 1 mostra uma imagem dos quatro produtos resultantes, que incluem sete (7) g de CS AFEX™ 102, 12 g de AFEX -SG ™ 104, um briquete de 22 g de AFEX™ 106-CS e um briquete de 23 g de AFEX™-SG 108). Os briquetes AFEX™-CS e AFEX™ SG, (106) e (108), respectivamente, possuíam um formato substancialmente retangular. Os dois briquetes (106) e (108) eram de cerca de 2,54 cm (cerca de um (1) cm) de largura, cerca de 1,27 (0,5 cm) de profundidade e cerca de 10,16 a cerca de 12,7 cm (cerca de quatro (4) a cerca de cinco (5) polegadas) de comprimento. (o comprimento briquete é dependente da utilização configuração especial na máquina ComPAKco).

[0126] Esta imagem mostra que apenas sete de (7) a 12 gramas de biomassa não briquetada (isto é, fraca), tais como AFEX™-CS (102) e AFEX™-SG (104), ocupa menos espaço que um briquete de 22 ou 23 g, tais como os briquete AFEX™-CS 106 e briquete AFEX™-SG 108 Nesse caso, a biomassa não briquetada (102) e (104) ocupa cerca de 570 a cerca de 980% mais espaço que a biomassa briquetada (106) e (108).

[0127] A Figura 2 compreende uma imagem de um briquete não AFEX™-CS que contém o aglutinante e um briquete AFEX™-CS, de acordo com diversas realizações. TESTES REALIZADOS

[0128] Diversas amostras adicionais foram preparadas da maneira descrita acima e submetidas aos testes físicos preliminares, tais como o ângulo de repouso (o), de acordo com o método descrito em Carr, R.L. Jr. 1965 Evaluating flow properties of solids. Chemical Engineering 72 (3): 163-168.

[0129] A Condutividade Térmica (W / MOC) foi determinada com um medidor de propriedades térmicas (KD2, Decagon Devices, Pullman, WA), que utilizou a técnica da sonda de linha da fonte de calor descrita em Baghe-Khandan, M., S. Y Choi, e M.R. Okos. 1981, Improved line heat source thermal conductivity probe, J. of Food Science 46 (5): 1.430-1.432.

[0130] A atividade da água foi medida utilizando um medidor calibrado de atividade de água (AW Sprint TH 500, Novasina, Talstrasse, Suíça).

[0131] A densidade a granel (kg/m3), a densidade verdadeira (kg/m3) e a porosidade foram determinadas utilizando picnômetro de diversos volumes (Micromeritics modelo 1.305, Norcross, GA), conforme descrito em Sahin, S. e S.G. Sumnu. 2006, Physical properties of foods, New York, NY: Springer Science Media, LLC.

[0132] O teor de umidade foi determinado através do método padrão ASAE S352.1 utilizando a escala de laboratório ISOTEMP (modelo número 838F, Fisher Scientific, Pittsburg, PA), conforme descrito em ASAE Standards. Edição 51. 2004 S352.1: Moisture measurement -- Grain and seeds, St. Joseph, Michigan.: ASABE.

[0133] As propriedades de cor (L*, a*, b*) foram medidas utilizando um espectrocolorímetro (LabScan XE, Hunter Associates Laboratory, Reston, VA).

[0134] O arredondamento e a esfericidade foram determinados utilizando um microscópio estéreo Olympus SZH10 com uma câmera digital DP, seguido pela análise de imagem das partículas pelo software Image Pro Plus®.

[0135] O Índice de Solubilidade em Água (%) e o Índice de Absorção de Água (-) foram calculados utilizando o método descrito em Anderson, R.A., H.F. Conway, VF Pfeifer, e E.L. Griffin. 1.969, Gelatinization of corn grits by roll and extrusion cooking, Cereal Science Today 14 (1): 4.

[0136] Os resultados estão apresentados na Tabela 1 abaixo. TABELA 1 PROPRIEDADES FÍSICAS DOS BRIQUETES AFEX™-CS E SG VERSUS AFEX™-SG E AFEX™-CS

* Letras similares para uma determinada propriedade não é significativamente diferente em α = 0,05 n = 2 para todas as propriedades analisadas AoR - Ângulo de Repouso (o); TC - Condutividade Térmica (W/MOC); aw - Atividade de água (-); BD - a granel (kg/m3); TD - Densidade Verdadeira, Densidade (kg/m3); MC - Teor de umidade (% db); L* - Brilho ou luminosidade; a* - vermelhidão ou verdura; b* - amarelecimento ou cor azul; WAI - Índice de Absorção de Água (-);WSI - Índice de Solubilidade em Água (%) CONCLUSÃO

[0137] Os briquetes AFEX™-CS (por exemplo, o 106) e os briquetes AFEX™-SG (por exemplo, o 108), possuíam uma superfície relativamente lisa e mantida junta durante o manuseio. Os briquetes AFEX™ da palha de milho e das gramíneas (switchgrass) possuem baixa porosidade, índice de absorção de água, atividade da água, e teor de umidade, em comparação com as amostras não briquetadas de AFEX™ . Tais propriedades são uma indicação de uma maior capacidade de armazenamento para a biomassa briquetada. Menor porosidade, maior densidade e maior densidade real dos briquetes também são indicativas de redução dos custos de transporte.

[0138] Os briquetes exibiram outras propriedades desejáveis, conforme mostrado na Tabela 1, em particular, os briquetes demonstraram um ângulo elevado de repouso. Um ângulo de briquete de repouso é definido como o ângulo entre o plano horizontal e o plano de contato entre os dois briquetes quando o briquete superior está prestes a deslizar sobre o inferior. Isto também é conhecido como o ângulo de atrito. Por conseguinte, as partículas possuem um valor esperado de 45 graus. Os dois briquetes de palha de milho e os briquetes de gramínea (switchgrass) testados no presente exibiram ângulos maiores que os ângulos de repouso esperados de 57,4 e 60,6, respectivamente, conforme mostrado na Tabela 1. Estes valores estão provavelmente relacionados com a geometria substancialmente retangular dos briquetes. EXEMPLO 3

[0139] O objetivo desta experiência foi comparar as propriedades de hidrólise dos briquetes de AFEX™-CS, em comparação com biomassa de AFEX™-CS (isto é, não briquetada). MATERIAIS DE PARTIDA

[0140] Foi utilizada a palha de milho (CS), obtida a partir da mesma fonte, conforme descrito, no Exemplo 1. Um tratamento prévio de AFEX™ foi realizado no CS da mesma maneira conforme descrito no Exemplo 1. Os briquetes foram produzidos de acordo com o método descrito no Exemplo 2.

[0141] As amostras testadas incluíam 1,7 g de biomassa de AFEX™-CS, 1,6 g de briquete de AFEX™-CS e 2,2 g de embebido de AFEX™-CS em 100 mL de quantidade de água deionizada a 25° C durante 5 (cinco) minutos antes da hidrólise para a produção de um briquete embebido de AFEX™-CS. PROCEDIMENTO

[0142] Após ser colocada em um béquer de 500 mL, uma hidrólise enzimática foi realizada em cada uma das amostras, de acordo com um protocolo padrão de laboratório a um (1)% de carga de sólidos. Vide, por exemplo, Shishir P.S. Chundawat, Balan Venkatesh, Bruce E. Dale, 2005, Effect of particle size based separation of milled corn stover on AFEX™ pretreatment and enzymatic digestibility, Biotechnology and Bioengineering, vol. 96, Edição 2, páginas 219-231.

[0143] Quinze unidades de papel filtro (FPU) de uma enzima, especificamente Spezyme® CP (Genencor®, uma divisão da Danisco, com escritórios em Rochester, NY whole cellulose, foram adicionadas. As amostras foram incubadas a 50° C em uma incubadora de New Brunswick Innova 44, (Edison, NJ), enquanto agitada a 150 RPM dentro da incubadora. As observações e as amostras foram tomadas a 6 horas, 24 horas e 72 horas de tempo de incubação. RESULTADOS

[0144] A inspeção visual dos hidrolisados resultantes indica que cada uma das três amostras foi completamente dissolvida imediatamente após a adição de água. (Figura 3B). Por conseguinte, é evidente que todas as três amostras hidrolisam para substancialmente o mesmo grau em substancialmente a mesma quantidade de tempo.

[0145] Cerca de dois (2) mL de amostras foram tomados do incubador e foram filtrados e executados através de um cromatógrafo líquido de pressão elevada Shimadzu (HPLC) modelo LC-2010HT w/ELSD- LT para determinar as conversões de glucano e xilano.

[0146] As Figuras de 3A a 3E são imagens tomadas em diversos momentos de três amostras de biomassa, incluindo os pellets AFEX-CS, AFEX-CS, e pellets embebidos AFEX-CS. As Figuras 4A e 4B são gráficos comparativos que mostram as conversões da hidrólise de glucano das amostras representadas nas Figuras de 3A a 3E. Como pode ser observado, as conversões de glucano permanecem substancialmente a mesma em cada uma das amostras.

[0147] A Tabela 2 mostra a porcentagem de glucano convertidos em glicose em diversos momentos de cada uma das amostras. TABELA 2 PORCENTAGEM DE GLUCAN CONVERTIDO EM GLICOSE

[0148] A Tabela 3 mostra a porcentagem de glicose total produzida entre as amostragens. TABELA 3 PORCENTAGEM DE GLICOSE TOTAL PRODUZIDA ENTRE AS AMOSTRAGENS

[0149] A Tabela 4 mostra a porcentagem de xilana total convertida em xilose e xilana total em cada amostra antes da hidrólise.

[0150] A Tabela 5 mostra a porcentagem de xilose total produzida entre as amostragens. TABELA 5 PORCENTAGEM DE XILOSE TOTAL PRODUZIDA ENTRE AS AMOSTRAGENS

CONCLUSÃO

[0151] A hidrólise substancialmente instantânea (por exemplo, úmida e dispersão) no briquete AFEX™-CS demonstra que a briquetagem da biomassa da palha de milho não afeta a hidrólise. É provável que outros briquetes AFEX™ fabricados a partir de outros materiais de biomassa irão se comportar de maneira similar. Na verdade, a Figura 3B mostra que a maior parte da biomassa em cada briquete é convertida em açúcar dentro de seis (hrs), o que se compara favoravelmente com a amostra de biomassa não briquetada AFEX™-CS. Além disso, os dois briquetes (briquetes AFEX™-CS e briquetes embebidos de AFEX™-CS) hidrolisaram a cerca da mesma maneira que a amostra não briquetada. Esta determinação foi realizada através da observação da ausência de sólidos remanescentes após 72 horas (Figura 3E.). Uma vez que as três amostras apresentaram praticamente as mesmas conversões, o teste foi concluído em 72 horas. Estes resultados são confirmados nas Figuras 4A e 4B. EXEMPLO 4

[0152] O teste foi realizado para determinar a dureza comparativa entre os pellets AFEX™-CS e pellets não AFEX™-CS, isto é, os pellets não expostos a nenhum tratamento prévio. MATERIAIS DE PARTIDA

[0153] O CS obtido a partir da mesma fonte, conforme descrito no Exemplo 1 foi utilizado neste teste. Alguns dos CS foram submetidos ao tratamento prévio de AFEX™, conforme descrito no Exemplo 1. Nenhum tratamento adicional foi realizado na biomassa tratada com AFEX™ antes da peletização, incluindo nenhum aglutinante adicionado e nenhuma secagem artificial (de qualquer evaporação que ocorre ao ar livre na temperatura ambiente é considerada insignificante no decurso do procedimento de teste).

[0154] A porção restante foi submetida a um procedimento diferente (não AFEX™), que inclui a adição de cerca de cinco (5) a dez (10) gramas de água por 100 g de CS para levar o teor de umidade da biomassa para 15% antes da peletização.

[0155] A biomassa do pinheiro Lodgepole do Laboratório de Engenharia Driftmier na Universidade da Georgia (Athens, GA) também foi submetida a um procedimento similar não AFEX™, e uma vez que a umidade da biomassa foi medida sendo superior a 15%, foi colocada em um secador até estar em de 12 a 15% de umidade.

[0156] Dez (10) pellets de AFEX™-CS e 10 (dez) pellets não AFEX™- CS foram formadas com uma máquina de pellet Yankee modelo 400 (Yankee Pellet Mill, Effingham, NH), um moinho de matriz centrífuga que produz os pellets atualmente considerados como o padrão da indústria. Dez (10) pellets de pinho não AFEX™ foram peletizados utilizando uma máquina de pellet Califórnia, modelo CL (CPM, Lafayette, IN).

[0157] Os pellets produzidos nestas duas máquinas possuem um formato substancialmente cilíndrico e são de cerca de seis (6) mm de diâmetro. O comprimento pode ser variado como desejado, mas, em geral, é mais uniforme que o dispositivo utilizado acima no Exemplo 2. Para os propósitos de teste, os pellets foram de cerca de 2,54 cm (uma (1) polegada). PROCEDIMENTO

[0158] Os pellets foram testados para a dureza utilizando um aparelho de teste 12T Laboratorial Carver Hydraulic Press / Dureza com 400 psi de calibre (Carver, Wabash, IN). Especificamente, este teste mede a quantidade de força necessária para esmagar cada pellet além do seu limite de elasticidade. A determinação da “força de rendimento” foi realizada através da observação treinada e “sensação”. Especificamente, a pressão foi aplicada a cada pellet até o testador observar e sentir o pellet “fornecido”. Diversos pellets foram testados e uma dureza média, isto é, a pressão necessária provocando a produção de pellets (Tabela 6), e a deformação média (Tabela 7) foram determinadas. RESULTADOS

[0159] Os resultados comparativos da dureza são mostrados abaixo na Tabela 6 TABELA 6 DUREZA DO PELLET COMPARATIVO PARA OS PELLETS DE AFEX™ E NÃO DE AFEX™

[0160] As medições do diâmetro final de cada pellet após o “fornecido” também foram produzidas. Estas medições são apresentadas na Tabela 7. (Observe que o fornecido é ao acaso, em comparação com a Tabela 6). TABELA 7 DEFORMAÇÃO DO PELLET COMPARATIVO PARA OS PELLETS DE AFEX™ E NÃO DE AFEX™ (DIÂMETRO INICIAL: 6 MM)

[0161] O ponto de rendimento médio dos pellets de palha de milho para o aglutinante adicionado não tratado foi de 98 psi a +25 psi. O ponto de rendimento médio dos pellets de palha de milho do aglutinante adicionado não AFEX™ foi de 119 psi +20 psi, e o ponto de rendimento médio do pellet de pinho aglutinante adicionado não AFEX™ foi de 98 psi a +23 psi.

[0162] Todos os pellets cilíndricos possuíam um diâmetro inicial de 6,00 mm. A deformação média dos pellets de palha de milho do aglutinante não tratado no rendimento foi de 1,06 mm a 0,36 mm. A deformação média dos pellets de palha de milho do aglutinante adicionado no rendimento não AFEX™, no rendimento foi 0,95 mm a +0,24 mm, e a deformação média dos pellets de pinho do aglutinante adicionado não AFEX™ foi 1,06 mm a +0,23 mm. CONCLUSÃO

[0163] Os pellets de AFEX™ mostraram uma maior durabilidade em comparação com pellets não de AFEX™. A qualidade do pellet de AFEX™ também é mais consistente que os pellets não de AFEX™. Dessa maneira, se espera que qualquer pellet de AFEX™ é menos susceptível de ser deformado ou desfigurado (não um formato cilíndrico), em comparação com um pellet não AFEX™. EXEMPLO 5

[0164] O teste foi realizado para determinar a densidade a granel dos pellets AFEX™-CS, em comparação com os pellets não de AFEX™ CS.

[0165] Os pellets de AFEX™-CS e não de AFEX™-CS produzidos de acordo com o método descrito no Exemplo 4 (cerca de seis (6) mm de diâmetro e cerca de um (1) cm de comprimento) foram adicionados a um béquer de 500 mL e pesados.

[0166] Os pellets não de AFEX™-CS possuíam uma densidade a granel de cerca de 36 libras/pés3 (553 g/L), enquanto que os pellets AFEX™ -CS possuíam uma densidade a granel de cerca de ataque 38 libras/pés3 (578 g/L).

[0167] Conforme este teste preliminar indica, os pellets AFEX™-CS mostraram uma densidade a granel mais elevada que os pellets não de AFEX™- CS. Isto é provavelmente devido à sua superfície externa não escamosa, lisa (que também é esperada aprimorar a sua capacidade de fluidez), em comparação com a superfície externa em flocos áspera dos pellets não de AFEX™. Espera-se que o teste realizado em maior escala demonstre uma diferença ainda maior na densidade a granel. Provavelmente, os efeitos de borda ocasionados pelo pequeno tamanho do vaso eram um fator significativo neste teste preliminar.

[0168] É também possível, que os pellets que são maiores que os pellets de 2,54 cm (uma (1) polegada) podem se pesar entre si para criar uma massa superior a uma densidade mais elevada. De maneira alternativa, os pellets mais curtos podem embalar melhor. Os testes adicionais (incluindo em vasos maiores) serão realizados para otimizar o tamanho do pellet e, por conseguinte, a densidade a granel, para uma determinada aplicação. EXEMPLO 6

[0169] Neste teste, diversas propriedades dos briquetes de palha de milho não tratados foram comparadas com os briquetes de palha de milho tratados com o AFEX™. MATERIAIS DE PARTIDA

[0170] A palha de milho (CS), obtida a partir da mesma fonte, conforme descrito no Exemplo 1, foi utilizada. Um tratamento prévio de AFEX™ foi realizado no CS da mesma maneira conforme descrito no Exemplo 1. Os briquetes foram produzidos de acordo com o método descrito no Exemplo 2. PROCEDIMENTO

[0171] Os procedimentos padrão foram adotados para obter os resultados apresentados nas Tabelas 8 e 9. Especificamente, Umidade Total: ASTM E871; Teor de Cinzas: ASTM D1102; Teor de Enxofre: ATSM D4239; Valor Calórico Bruto a Volume Constante: ASTM E711; Teor de Cloro: ASTM D6721; Densidade: ASTM E873; Refinados (partículas inferiores a 0,32 centímetros (0,125 in): Teste Twin Peaks CH-P-06; Índice de Durabilidade: Método do Estado de Kansas; Amostra acima 3,8 cm (1,5 polegadas): Teste Twin Peaks CH-P-06; Comprimento Máximo: Teste Twin Peaks CH-P-06; Diâmetro, Intervalo: Teste Twin Peaks CH-P-05. O método de tamboração utilizado para chegar aos índices de durabilidade mencionados no presente é conhecido como “Método do Estado de Kansas”. RESULTADOS

[0172] Os resultados são apresentados abaixo nas Tabelas 8 e 9: TABELA 8 BRIQUETES DE PALHA DE MILHO NÃO TRATADA

TABELA 9 BRIQUETES DE PALHA DE MILHO AFEX™

CONCLUSÃO

[0173] Conforme os resultados nas Tabelas 8 e 9 mostram, o briquete de AFEX™ possui um valor calórico bruto maior, isto é, um briquete de AFEX™ queima cerca de 4,8% mais eficientemente devido à presença de menos umidade no briquete de AFEX™ em comparação com um briquete não tratado. Especificamente, o aumento de calorias, não de AFEX™ para AFEX™ foi calculado como a seguir: 7388 Btu/lb - 7048 Btu/lb = 340 Btu/lb (ou 748 Btu / kg); por conseguinte, a porcentagem de aumento, não AFEX™ para AFEX™ (340 Btu/lb) / (7048 Btu/lb) * 100% = 4,8%. Além disso, a densidade a granel é aumentada por uma média de sete (7)% e existe uma redução de cerca de 65% na quantidade de refinados (isto é, pedaços rompidos que possuem um diâmetro inferior a 0,125 cm) em um saco de briquete AFEX™ pesando cerca de 3,5 lb (1,6 kg), quando comparado com um saco de briquete de palha de milho tratado com cerca do mesmo peso.

[0174] Além disso, embora os índices de “durabilidade” entre os briquetes AFEX™ e não AFEX™ são substancialmente o mesmo, neste teste, o método de teste de durabilidade foi uma experiência simples de tamboração (“Método do estado de Kansas”), quando comparados com os testes destrutivos descritos nos exemplos acima. Desta maneira, é fornecida energia insuficiente para criar a separação necessária para ser capaz de distinguir adequadamente entre os briquetes. Independentemente, um índice de durabilidade elevada mostra que os briquetes AFEX™ são adequados para a utilização na indústria do briquete. EXEMPLO 7

[0175] Este teste foi realizado para determinar a capacidade de absorção de água da palha de milho tratada com o AFEX™ peletizada em comparação com a palha de milho tratada com o AFEX™ não peletizada.

[0176] A palha de milho do sabugo de baixo teor de múltiplos passos convencional foi colhida e embalada pela Iowa State University (ISU) em 23 de outubro de 2011. A palha de milho era proveniente de um campo localizado nas coordenadas de GPS de 42,21 Norte, -93,74 Oeste). Após a colheita dos grãos, a palha de milho foi enleirada utilizando um picador lateral de enleiramento de descarga Série Hiniker 5600, e embalada em fardos com a enfardadeira quadrada ampla Massey Ferguson MF2170XD. Os fardos foram armazenados sob lonas e, em seguida, moídos até um cerca de 2,54 cm (uma polegada) de tamanho de partícula utilizando um moinho Vermeer BG 480. A palha de milho embalada em fardos, em seguida, foi secada até um teor de umidade inferior a 5%.

[0177] A palha de milho também foi obtida a partir de uma mistura de diversas fontes, com a fonte predominante sendo o Laboratório Nacional de Energia Renovável, conforme fornecido para uma fazenda em Wray, Colorado, em 2002, como a palha de milho picado. A palha de milho foi secada e, em seguida, triturada em um moinho de facas (Thomas Scientific, Swedesboro, NJ) para um tamanho de partícula de cerca de 5 mm antes da utilização.

[0178] O tratamento prévio de AFEX™ foi realizado em duas amostras de palha de milho, através da embalagem de cada uma, a uma densidade de 100 g de matéria seca por L em um vaso de pressão vertical (daqui em diante, “vaso”) que possui um diâmetro interno de 10 cm e uma altura de 90 cm. O teor de umidade foi ajustado com a adição de água destilada para aumentar o teor de umidade até cerca de 25%. A cama de palha de milho resultante foi aquecida através da introdução de vapor saturado a de 10 a 15 psig e uma taxa de fluxo de massa de 1 grama por segundo para a parte superior do tanque de ventilação e, na parte inferior de cerca de 10 minutos. O teor de umidade final da palha de milho foi de cerca de 40%.

[0179] A parte inferior do vaso foi selada, enquanto comprimia a amônia anidra, o vapor foi introduzido na parte superior. A pressão máxima durante esta etapa de amonização alcançou 200 psig. A amônia foi adicionada até uma razão de 1:1 de amônia: palha de milho seco ser obtida. A temperatura da palha de milho foi de cerca de 80° C para cerca de 100 inicialmente e gradualmente reduzida para cerca de 30 a cerca de 50° C.

[0180] Após um tempo de permanência de cerca de 30 minutos, a pressão foi liberada a partir do vaso, permitindo que o vapor fluísse para fora através da parte inferior. A amônia residual, em seguida, foi removida da palha de milho, através da introdução de vapor, a uma taxa de fluxo de massa de 1 grama por segundo para a parte superior do vaso enquanto ventilava a partir do fundo. Após cerca de 20 minutos, o fluxo de vapor foi interrompido e a palha de milho retirada do vaso. A palha de milho tratada com o AFEXTM, em seguida, foi secada em um forno de convecção a 50° C (Blue M Electric Company Class A Batch Oven, Blue Island, IL).

[0181] A peletização foi realizada utilizando um moinho de pellet de matriz plana Buskirk Engineering (Ossian, IN) PM610 (daqui em diante, denominado “moinho de pellet”). Foi utilizada uma matriz com orifícios circulares de 0,25 de diâmetro. A água potável foi adicionada à palha de milho tratada com o AFEX™ e manualmente misturada até o teor de umidade desejada ser obtido. Três amostras de palha de milho, pesando entre cerca de 3 e cerca de 5 kg foram manualmente adicionadas para o moinho de pellet a uma taxa suficiente para manter uma esteira de palha de milho na matriz. Uma bobina, em seguida, pressionou a palha de milho através da matriz, produzindo os pellets. Os pellets foram coletados e secados no forno de convecção Blue M.

[0182] As Amostras números 1 e 2, com a palha de milho fornecida de Colorado, foram moídas a um tamanho de partícula de 5 mm, e peletizadas com 12% de umidade e 50% de umidade, respectivamente. As amostras números 3 e 4 foram a palha de milho de 2,54 cm (uma polegada) obtida e peletizadas a 20% de umidade e não peletizadas, respectivamente.

[0183] As amostras foram adicionadas à água destilada a 250 g em peso total de um balão Erlenmeyer com saliências de 500 mL e colocadas em uma incubadora de frasco de agitação a 50° C durante a noite para absorver a água e interromper o formato de pellets. O teor de umidade para a biomassa solta e peletizada foi medido utilizando um analisador de umidade Ohaus (Parsipanny, NJ) MB25. Para as amostras peletizadas (números de 1 a 3), 37,5 g de peso seco das amostras de palha de milho foram adicionados a cada balão, enquanto 25 g em peso seco da palha de milho foram adicionados para a Amostra número 4. Foi adicionada a água destilada a cada balão para aumentar o peso total a 250 g. Após a imersão durante a noite, as amostras foram removidas e filtradas através de um filtro de celulose número 1 Whatman por meio da filtração a vácuo.

[0184] Após todo o líquido ser drenado, o vácuo foi desligado. O volume de líquido, em seguida, foi medido. A capacidade de absorção de água foi medida como a diferença entre o volume final de líquido recuperado e o volume total de água adicionada. Esta medida permitiu o cálculo do líquido livre (como uma porcentagem do peso total dos componentes), presente em 15% de sólidos na fase inicial da hidrólise assumindo uma mistura completa. Os resultados são mostrados na Tabela 10. TABELA 10 CAPACIDADE DA ABSORÇÃO DE ÁGUA DA PALHA DE MILHO TRATADA COM O AFEX™

[0185] Estes resultados demonstram que a palha de milho peletizada em diferentes teores de umidade pode ser adicionada à água a 15% de carga de sólidos e permitir que a água retenha entre cerca de 18 a cerca de 26% da sua massa total como líquido. A quantidade de líquido livre é consideravelmente aumentada no pellet produzido utilizando a palha de milho de tamanho de partícula de 2,54 cm (uma polegada) (Amostra número 3), em comparação com os pellets produzidos no tamanho das partículas de 5 mm. Isto pode ser devido ao aumento da compressão da palha de milho de maior tamanho de partícula através da matriz, que reduz o volume capilar na parte interna da palha de milho e, por conseguinte, reduz a capacidade de absorção de umidade. Essa quantidade de líquido livre pode assegurar que os sólidos permaneçam em suspensão, que vai permitir uma mistura uniforme para os processos a jusante, tais como a hidrólise. EXEMPLO 8

[0186] Estes testes foram realizados para determinar a densidade a granel e a vida útil do peletizado, a palha de milho tratada com o AFEX™, bem como o impacto da mistura na taxa inicial de hidrólise. CAPACIDADE DE ARMAZENAMENTO E DENSIDADE

[0187] A palha de milho foi originada, tratada com o AFEX™, e densificada, da maneira descrita no Exemplo 7. Além dos pellets descritos anteriormente, também foram produzidos os pellets com um teor de umidade de 25% e 35% da palha de milho tratada com o AFEX™ obtida de Wray, Colorado, e moída por meio de uma tela de 5 mm.

[0188] Após a peletização, cerca de 10 g dos pellets foram colocados em um saco de plástico selado, e observados ao longo de um mês. Além disso, os pellets secos para um teor de umidade inferior a 15% foram seladas em vasos de plástico e também observados ao longo de um mês. As amostras foram consideradas como tendo vida útil suficiente se nenhum crescimento de fungos visível ocorrer. Os pellets restantes foram secados no forno de convecção a 50° C descrito no Exemplo 7, até um teor de umidade inferior a 15% ser obtido.

[0189] A densidade a granel foi medida colocando os pellets secos em um béquer de 1000 mL. O béquer foi levemente agitado para assegurar uma resolução de pellets e pesados utilizando uma balança com uma sensibilidade de 0,01 g (Ohaus GT 4000). A densidade a granel dos pellets foi calculada como (peso total - peso do béquer) * (1 - teor de umidade) / 1 L.

[0190] Os pellets produzidos com 50% de teor de umidade e colocados no saco plástico iniciaram a mostrar sinais de crescimento de fungos após 24 horas. Dentro de 7 dias, os pellets foram completamente revestidos em um fungo branco. Os pellets produzidos com 35% de teor de umidade e colocados em sacos plásticos iniciaram a mostrar o crescimento de fungos dentro de 3 dias. Dentro de 7 dias, os pellets foram completamente revestidos em um fungo branco. Em comparação, os pellets produzidos a 12%, 20%, e 25% de teor de umidade não pareceu apresentar nenhuma ocorrência de crescimento de fungos durante, pelo menos, um mês. Da mesma maneira, quando os pellets foram secos para o teor de umidade inferior a 20%, todas as amostras não pareceram apresentar nenhum crescimento de fungos durante, pelo menos, um mês.

[0191] A densidade a granel dos pellets, em conjunto com a palha de milho solta não tratada e a palha de milho solta tratada com o AFEX™ como controles, são mostradas na Figura 6. Conforme a Figura 6 mostra, a densidade a granel dos pellets aumentou de 50 g/L para a palha de milho não tratada para cerca de 600 g/L para o material peletizado a 12% de teor de umidade. A palha de milho peletizada com teores de umidade mais elevados observou uma redução significativa na densidade a granel, embora a densidade a granel ainda fosse superior para os fardos convencionais (120 kg/m3) e a palha de milho solta tratada com o AFEX™, que possuía uma densidade a granel de cerca de 80 kg /m3.

[0192] Com respeito à densidade a granel, os pellets de palha de milho tratados com o AFEX™ podem ser produzidos em qualquer teor de umidade entre 12 e 50% com base no peso total, e podem ser produzidos em tamanhos de partícula no intervalo de 2 mm a 25 mm (1 polegada), e manter uma densidade acima de 200 kg/m3. É possível que os pellets possam ser produzidos com teores de umidade até mais elevados e/ou até inferiores. No entanto, os pellets secos fornecem uma densidade a granel mais elevada e maior capacidade de armazenamento. IMPACTO DA MISTURA NA TAXA DE HIDRÓLISE

[0193] Foi utilizada a palha de milho de 2,54 cm (uma polegada) obtida de ISU. Além disso, a palha de milho idêntica foi obtida e tratada com o AFEX™, mas não peletizada.

[0194] Para as Amostras Números 1, 2, e 3, a hidrólise enzimática foi realizada em 18% de carga de sólidos. A hidrólise foi realizada em um balão Erlenmeyer com saliências de 2,8 L. Em cada balão, foram adicionados 500 mL de tampão de citrato de sódio / ácido cítrico a 0,1 M (Sigma Aldrich, St. Louis, MO) a pH 4,5. A enzima celulósica Novozymes CTec2 e a enzima hemicelulósica Novozymes HTec2 foram adicionadas a cada balão a um nível de proteína de 1,260 mg e 540 mg, respectivamente (7 mg e 3 mg por g de palha de milho). Foi adicionada a água destilada para levar o peso total da solução até 1000 g menos o peso de 180 g do peso seco de palha de milho.

[0195] Para a Amostra Número 4, a hidrólise enzimática foi realizada em 24% de carga de sólidas. A hidrólise foi realizada em um balão Erlenmeyer com saliências de 125 mL. Para cada balão, foram adicionados 25 mL de tampão citrato de sódio / ácido cítrico a 0,1 M (Sigma Aldrich, St. Louis, MO) a um pH de 4,5. A enzima celulósica Novozymes CTec2 e a enzima hemicelulósica Novozymes HTec2 foram adicionadas a cada balão a um nível de proteína de 84 mg e 36 mg, respectivamente (7 mg e 3 mg por g de palha de milho). Foi adicionada a água destilada para levar o peso total da solução a 50 g de peso, menos o peso de 12 g do peso seco da palha de milho.

[0196] Na Amostra número 1, a palha de milho não peletizada tratada com o AFEX™ foi adicionada em uma forma de alimentação em batelada, com a metade (90 g de peso seco) do material adicionado no início da hidrólise e metade (90 g de peso seco) adicionado após 3 horas. Na Amostra número 2, a palha de milho não peletizada tratada com o AFEX™ foi toda adicionada imediatamente (180 g de peso seco). Na Amostra número 3, peletizada a palha de milho tratada com o AFEX™ foi toda adicionada imediatamente (180 g de peso seco). Na Amostra No. 4, adicionado a palha de milho peletizada tratadas com o AFEXTM foi adicionada em uma forma de alimentação em batelada, com a metade (6 g de peso seco) adicionada no início da hidrólise e a metade (6 g de peso seco) após 3 horas. Após a primeira adição da biomassa, os balões foram colocados em uma incubadora de frasco de agitação a 50° C e centrifugados a 200 RPM. As amostras foram visualmente inspecionadas a cada hora e manualmente centrifugadas para determinar a fluidez do meio líquido e a capacidade de suspensão das partículas de biomassa.

[0197] Uma amostra de 1 mL foi obtida às 6 horas e 24 horas após a adição da enzima e analisada para a produção de açúcar por meio de HPLC. Uma coluna Biorad (Hercules, CA) em Aminex HPX 87p foi utilizada para separar os açúcares individuais a uma taxa de fluxo de 0,6 mL/min e com a coluna aquecida a 85C. Um detector de índice de refracção Waters 2414 (Milford, MA) foi utilizado para quantificar os açúcares.

[0198] Uma representação visual de uma hidrólise exemplar que pode ser realizada, de acordo com as diversas realizações descritas no presente, tais como a hidrólise realizada neste exemplo, é mostrada nas Figuras de 7A a 7H. A hidrólise das partículas densificadas e hidrolisáveis (706) (por exemplo, a Amostra número 3) é mostrada nas Figuras de 7A a 7D. A hidrólise inicia às 0 horas, conforme mostrado na Figura 7A com um número de partículas densificadas e hidrolisáveis (706) colocadas em um vaso (702) com uma quantidade de líquido, tal como a água, que possui uma linha de água (704A). Dentro de 0,5 horas, conforme mostrado na Figura 7B, uma suspensão (708A) é formada que contém as partículas (709), com nenhuma partícula não densificada e hidrolisável (706) visível acima da linha de água (704A). As partículas permanecem em suspensão ao longo das primeiras 6 horas de hidrólise e além dela, conforme mostrado nas Figuras 7C e 7D. Caso desejado, as partículas densificadas e hidrolisáveis adicionais (706), opcionalmente, podem ser adicionadas no ponto 3 h para aumentar ainda mais a carga dos sólidos (por exemplo, a Amostra número 4), conforme mostrado na Figura 7C.

[0199] Em contraste, durante uma hidrólise convencional de fibras soltas de biomassa (por exemplo, a Amostra número 2), conforme mostrado nas Figuras de 7E a 7H, as fibras de biomassa soltas e líquidas, tal como a água, imediatamente combinam para formar as fibras soltas de biomassa úmida (710), conforme mostrado na Figura 7E, sem que nenhuma mistura ocorra, mesmo no ponto 0,5 horas, conforme mostrado na Figura 7F. No ponto 3 horas, conforme mostrado na Figura 7G, uma linha de água (704B) é visível pela primeira vez. Para uma quantidade equivalente de materiais de partida, esta linha de água (704B) é inferior à linha de água (704A) mostrada nas Figuras de 7A a 7D, isto é, quando as partículas densificadas e hidrolisáveis (706) são utilizados como substrato.

[0200] A despeito da eventual presença de água livre, conforme mostrado na Figura 7G, a suspensão (708B) que contém as partículas (709) é impedida pela presença das fibras de biomassa soltas e úmidas não misturadas (710) presentes acima e abaixo da linha de água (704B). No ponto de 6 horas, no entanto, conforme mostrado na Figura 7H, as fibras de biomassa soltas e úmidas (710) se tornaram suficientemente hidrolisadas de maneira que todos os sólidos (710) foram convertidos para as partículas (709) que permanecem na suspensão (708B), comparável à Figura 7D, embora a concentração de açúcar na suspensão (708B) seja inferior.

[0201] Conforme estes esquemas demonstram, a hidrólise não só ocorre mais rapidamente inicialmente com as partículas densificadas e hidrolisáveis (706), mas as partículas densificadas e hidrolisáveis adicionais (706), opcionalmente, podem ser adicionadas após um período de tempo relativamente curto, tal como não superior a cerca da metade do caminho através de um ciclo de hidrólise, isto é, uma carga superior de sólidos é possível, de tal maneira que a suspensão resultante (708A) da Figura 7D possui uma concentração mais elevada de açúcar, em comparação com a concentração de açúcar da suspensão (708B) da Figura 7H.

[0202] A Tabela 11 apresenta as observações visuais da dissolução de biomassa, durante as primeiras 6 horas após a adição de enzima para as Amostras Números 1, 2, e 3. TABELA 11 OBSERVAÇÕES SOBRE A CAPACIDADE DE MISTURA, DURANTE AS PRIMEIRAS 6 HORAS DE HIDRÓLISE ENZIMÁTICA PARA A PALHA DE MILHO TRATADA COM O AFEX™ PELETIZADA E NÃO PELETIZADA Tempo Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3

[0203] Estes resultados mostram que a utilização da palha de milho densificada significativamente aprimora a fase inicial da hidrólise. A glicose liberada nas primeiras seis horas foi 31% superior para a biomassa solta sem a adição da batelada de alimentação e 11% superior à biomassa solta com a adição batelada de alimentação. O desempenho aprimorado da hidrólise continua ao longo de 24 horas. Além disso, o hidrolisado de pellet se manteve em uma baixa viscosidade aparente e foi facilmente misturado ao longo das primeiras 6 horas, o que sugere que um rotor padrão poderia manter a biomassa em suspensão. Devido a biomassa ser capaz de facilmente se manter em suspensão, a carga dos sólidos pode ser facilmente aumentada. Na Amostra número 4, a biomassa se manteve em suspensão e foi facilmente misturada ao longo das primeiras 6 horas, apesar do aumento da carga dos sólidos. A concentração de glicose de 71 g/L foi obtida após 24 horas, um aumento de 30% ao longo dos pellets a 18% de carga dos sólidos.

[0204] Em comparação, a hidrólise em batelada da alimentação não foi facilmente misturável, na primeira hora de hidrólise, bem como na primeira hora após a segunda adição de enzimas. A biomassa solta sem a adição da alimentação em batelada permaneceu não misturável durante até 5 horas. EXEMPLO 9

[0205] O teste foi realizado para determinar se uma hidrólise de 18% de carga de sólidos com os pellets de palha de milho tratados com o AFEX™ pode ser realizada em um reator de tanque agitado de tamanho vertical, com uma razão do tamanho do rotor para o diâmetro do tanque de 1:3.

[0206] A palha de milho foi tratada com o AFEX™ e peletizada da maneira descrita pela Amostra número 1 no Exemplo 7. Um reator de vidro de 6 litros Microferm (New Brunswick Scientific, Enfield, CT), equipado com um rotor Rushton de seis e um rotor marinho de três pás foi utilizado. O diâmetro do rotor era de cerca de 7,5 cm, o diâmetro interno do tanque era de cerca de 21,5 cm, para uma razão do razão do tamanho do rotor para o diâmetro do tanque de 0,35, ou de cerca de 1:3. Quatro defletores verticais igualmente espaçados também estavam presentes no reator. A água destilada e as enzimas foram adicionadas a um peso total de 4,60 kg. As enzimas utilizadas foram as Novozymes CTec2 a 7.000 mg e HTec2 a 3.000 mg. Cerca de 1 kg de peso seco de pellets foi adicionado à solução. A temperatura foi mantida a 50° C e o pH foi manualmente ajustado para 5 utilizando o NaOH a 4 M (Sigma Aldrich, St. Louis, MO). Os rotores foram centrifugados a 400 rpm. As observações visuais foram registradas ao longo dos primeiros 30 minutos de hidrólise, e as amostras de 20 mL foram obtidas a 1, 4, e 6 horas após a adição dos pellets. Estas amostras foram quantificadas para a análise de açúcar, de acordo com o exemplo anterior.

[0207] Após 48 horas de hidrólise, o caldo do hidrolisado foi centrifugado para remover as partículas de biomassa. O sobrenadante, em seguida, foi fermentado por Zymomonas mobilis AX101 como o agente de fermentação. O pH foi ajustado a 6 e a temperatura reduziu para 30° C. O Z mobilis foi cultivado em extrato de levedura e adicionado ao hidrolisado a uma OD inicial a 600 nm de 1. A água de maceração de milho, 1% (v/v) de carregamento e potássio de fosfato a 2 g/L também foram adicionados como nutrientes. As amostras foram coletadas 24 horas após a inoculação para avaliar a produção de etanol e a utilização do açúcar. As amostras foram analisadas para a produção de etanol e o consumo de açúcar por meio de HPLC, conforme descrito no Exemplo 8 para a produção de etanol, uma coluna BioRad Aminex 87H foi utilizado em vez de Aminex 87p.

[0208] Os pellets de palha de milho foram imediatamente suspensos quando a agitação foi iniciada, e rapidamente rompeu as partículas individuais em 10 minutos. Uma vez que os pellets foram interrompidos, uma camada de palha de milho foi depositada ao longo da superfície do vaso. Esta camada parecia ser fina e não permanente, à medida que as seções foram continuamente quebrando e novamente entrando na suspensão. Dentro de 20 minutos, toda a palha de milho foi suspensa e permaneceu suspensa durante o período de 48 horas de hidrólise. A concentração de glicose foi de 21,9 g/L, 34,2 g/L e 44,1 g/L após 1, 4, e 6 horas, de acordo com o desempenho nos frascos de agitação.

[0209] Os títulos da glicose e xilose foram de 51,6 g/L e 24,3 g/L no início da fermentação. Após 24 horas, a glicose foi completamente consumido, e a xilose foi parcialmente consumida para uma concentração final de 13,1 g/L. Este consumo parcial é comum para a fermentação da palha de milho tratada com o AFEX™ com este micróbio, vide, Lau MW et al., Biotechnology for Biofuels 3:11 (2010) como um exemplo. A concentração final de etanol foi de 32,3 g/L.

[0210] Conforme demonstrado, a hidrólise enzimática e a fermentação podem ser realizadas a níveis tão elevados como 18% de carga de sólidos, e ao mesmo tempo alcançar as concentrações finais de etanol em excesso de 30 g/L. Uma razão do tamanho do rotor para o diâmetro do tanque de cerca de 1: 3 foi suficiente para manter os sólidos em suspensão e permitir uma mistura uniforme. É provável que a carga de sólidos ainda mais elevado possa ser utilizada, embora outros testes serão realizados para confirmar esta hipótese. EXEMPLO 10

[0211] Neste teste, os pellets produzidos com diferentes teores de umidade foram hidrolisados em sólidos elevados para determinar o seu impacto sobre o rendimento da glicose resultante.

[0212] A palha de milho foi obtida a partir de diversas fontes, mas predominantemente Wray, CO, conforme descrito no Exemplo 7. Esta palha de milho foi moída até um tamanho de partícula de 5 mm, tratada com o AFEX™, e peletizada conforme descrito no Exemplo 7. Os pellets foram produzidos a 12% de umidade, 25% de umidade, 35% de umidade e 50% de umidade. A hidrólise enzimática foi realizada em 18% de carga de sólidos em um balão Erlenmeyer com saliências de 250 mL em 100 g de peso total. Dezoito gramas (peso seco) de pellets foram adicionados a cada balão, com adição de água em uma quantidade suficiente para resultar em um peso total de 100 g para todos os componentes adicionados.

[0213] A tetraciclina e a cicloeximida foram adicionadas em concentrações finais de 20 m g/L e 15 m g/L, respectivamente, para controlar a contaminação por fungos. Um tampão de citrato foi utilizado para controlar o pH, conforme descrito no Exemplo 8. As enzimas Novozymes CTec2 e HTec2 foram adicionadas a uma carga de proteína de 7 mg e 3 mg por g de pellet, respectivamente. Após a adição da enzima, os balões foram selados e colocados em uma incubadora em frasco de agitação ajustada a 50° C e 200 rpm de rotação. Uma amostra de 1 mL foi obtida em 1, 6, 24, 48, e 72 horas após a enzima se adicionada e analisada quanto ao teor de açúcar, conforme descrito no Exemplo 9. Os resultados são mostrados na Figura 8 (Observe que a linha de 50% de umidade é deslocada 0,5 horas a esquerda para maior clareza.

[0214] Conforme mostrado na Figura 8, uma concentração de glicose superior a 60 g/L foi obtida em todos os pellets de palha de milho tratados com o AFEX™ em 48 horas. Esta concentração é suficiente para a fermentação eficaz de etanol ou de outros produtos de valor agregado. Os pellets também hidrolisam a uma taxa rápida, produzindo mais de 50% de açúcares totais dentro das primeiras 6 horas. Os pellets produzidos com um teor de umidade mais elevado tendem a apresentar maiores rendimentos de açúcar que os pellets produzidos com baixo teor de umidade. No entanto, os pellets produzidos a 50% de umidade não apreciavelmente liberam mais glicose que os pellets produzidos a 35% de umidade.

[0215] Conforme demonstrado, a biomassa tratada com o AFEX™ pode ser peletizada sobre um amplo intervalo de teores de umidade e ainda ser viável como matéria prima para a produção dos açúcares fermentáveis. Dependendo da economia e dos desejos dos usuários, pode ser possível personalizar o teor de umidade para fornecer uma combinação adequada da capacidade de armazenamento versus a concentração de açúcar para qualquer número de aplicações. EXEMPLO 11 (PROFÉTICO)

[0216] As amostras de biomassa, tais como as gramíneas (switchgrass) e grama de pradaria campal (prairie cord grass) serão coletadas em diversas maturidades, e a palha de milho será coletada após a colheita de grãos. A composição da biomassa será determinada no momento da colheita, durante o armazenamento em fardos redondos, após o processamento de AFEX™ inicial e densificação, e após o armazenamento dos pellets densificados. O tratamento prévio de AFEX™ será estatisticamente otimizado para a hidrólise e propriedades de ligação com base nos parâmetros de tempo, temperatura, umidade da biomassa, e amônia para a razão da biomassa. As condições de AFEX™ que fornecem, pelo menos, 90% de conversão de glucano e 80% de conversão de xilana, serão utilizadas para a preparação dos materiais de densificação.

[0217] A densificação será realizada utilizando qualquer método adequado, incluindo os métodos utilizados nos Exemplos 2, 3, ou 8.

[0218] Os pellets resultantes serão submetidos a diferentes condições ambientais para simular o armazenamento a longo prazo e, em seguida, avaliados quanto à fluidez, força de compressão, e similares. As características de processamento a jusante serão avaliadas por meio de um conjunto normalizado de condições de hidrólise e de fermentação, incluindo a hidrólise separada e fermentação (SHF) versus a sacarificação e a fermentação simultâneas (SSF). Em uma realização uma comparação dessas propriedades será realizada entre os pellets recém-preparados (isto é, dentro de cerca de um (1) mês), os pellets armazenados e a biomassa não densificada. EXEMPLO 12 (PROFÉTICO)

[0219] O tratamento prévio de AFEX™ da grama de pradaria campal (prairie cord grass) será estatisticamente otimizado pelo tempo, temperatura, umidade da biomassa, e amônia para a razão da biomassa. O intervalo bastante amplo das condições de tratamento prévio de AFEX™ fornece os resultados de hidrólise similares, oferecendo a confiança que são conjuntos de condições de tratamento prévio, que também aprimoram as propriedades de ligação. As condições de tratamento prévio de AFEX™ com, pelo menos, 90% de conversão de glucano e 80% de conversão de xilano serão identificadas e utilizadas para a preparação dos materiais de densificação. Esses materiais previamente tratados serão caracterizados para as propriedades de superfície utilizando diversos métodos desenvolvidos em nosso laboratório (ESCA, coloração azul da Prússia, MEV), e irão correlacionar essas propriedades com a densidade e durabilidade do pellet. EXEMPLO 13 (PROFÉTICO)

[0220] As variáveis operacionais serão investigadas para otimizar as condições de operação de conversão da biomassa pré-tratada em pellets densificados. Essas variáveis incluem as condições do tratamento prévio de AFEX™, teor de umidade, tamanho de partícula, temperatura da matriz versus resistência de ligação, taxa de compactação versus qualidade da produção, utilização de energia, química de superfície existente e variações, índices de compactação e densidade resultante, e tamanho e forma da embalagem compactada. O atrito e desgaste dos componentes mecânicos, também serão avaliados. EXEMPLO 14 (PROFÉTICO)

[0221] A biomassa pré-tratada através de qualquer processo AFEX™ conhecido ou de acordo com o procedimento do Exemplo 1 ou com qualquer outra modificação adequada de um procedimento AFEX™ será densificada utilizando qualquer método adequado, incluindo os métodos descritos nos Exemplos 2 e 3.

[0222] A biomassa densificada, em seguida, será submetida a diversas condições ambientais, incluindo a temperatura (de 25 a 40° C), umidade relativa (de 60 a 90%), tensão de consolidação (de 0 a 120 kPa), e tempo de armazenagem (de 0 a 6 meses). Após a armazenagem, as características físicas serão avaliadas, conforme descrito, abaixo:

[0223] A fluidez pode ser avaliada com um teste simples em que uma série de pellets AFEX™ são colocadas em um vaso, como por exemplo, o leito de um caminhão e cotadas para cerca de 45 graus. Uma comparação com os pellets convencionais pode ser realizada, observando o tempo que demora para os pellets fluírem para fora do vaso.

[0224] A fluidez também será avaliada utilizando os Índices Carr. Vide a norma ASTM D6393. 1999, Standard test method for bulk solids characterization by Carr indices, ASTM Standards, W. Conshohocken. PA. A fluidez é amplamente definida como a capacidade de um material para fluir não abruptamente sob uma determinada condição do ambiente. A medição da fluidez, na maioria das vezes, é realizada por Índices Carr, por meio do cálculo do índice total de fluidez e índice total de inundação. Carr, RL Jr. 1965, Evaluating flow properties of solids, Chemical Engineering 72 (3): 163-168.

[0225] Um valor mais elevado para o índice de fluidez total e valor inferior para o índice total de inundação renderá um material ideal com pouco ou nenhum problema de fluxo. Outra maneira de quantificar a fluidez é através da medição das propriedades de tensão de cisalhamento Jenike. Vide, Jenike, AW 1964, Storage and flow of Bulletin número 123, Utah Engineering station, Bulletin of University of Utah. O método de Jenike também será utilizado para determinar a coesão das partículas, o local de rendimento, o ângulo de atrito interno, o rendimento de força, e a função do fluxo e a distribuição do tamanho de partícula. Vide, norma ASTM D6128. 2000, Standard Test Method for Shear Testing of Bulk Solids Using the Jenike Shear Cell, ASTM Standards, W. Conshohocken. PA, and ASAE S19.3. 2003, Method of determining and expressing fineness of feed materials by sieving, ASAE Standards. St Joseph, MI: ASABE.

[0226] Além disso, os níveis de glucano, xilana, galactano, arabinano, manana, lignina, cinzas e fibras serão avaliados para determinar seu efeito sobre o armazenamento e comportamento da fluidez. Além disso, diversas outras propriedades físicas serão medidas como indicadores de baixa fluidez (isto é, tamanho das partículas, formato das partículas, propriedades térmicas, propriedades de umidade, e cor). Vide, Selig, M, et al., Enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass, Technical report NREL/TP-510- 42629; Sluiter, A, B. Hames, R. Ruiz, C.Scarlata, J. Sluiter, e D. Templeton, 2008a, Determination of ash in biomass, Technical report NREL/TP-510-42622; Sluiter, A, B. Hames, R. Ruiz, C.Scarlata, J. Sluiter, D. Templeton, e D. Crocker. 2008b, Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass, Technical report NREL/TP-510-42618.

[0227] As propriedades reológicas dos materiais que afetam a capacidade da biomassa de ser manuseada antes e, em seguida, a compressão será estabelecida. Essas propriedades incluem, mas não estão limitadas à densidade a granel, densidade real, compressibilidade, relaxamento, recuperação elástica, permeabilidade, resistência ao rendimento não confinado, e qualidades de atrito. Estas propriedades são uma função do tamanho de partícula e distribuição de matéria prima, fator do formato, condições de umidade, e pressão de consolidação e tempo. Uma vez que os testadores reológicas comerciais normalmente são projetados para utilização com pequenos grãos e pós finos; e, consequentemente, não acomodam a partícula, que é superior a 0,63 cm (% de polegada) de diâmetro, que irá desenvolver novos sistemas de medida para a caracterização das partículas de massa maiores. Os sistemas incluem a compactação e as células de cisalhamento que podem ser escaladas para diversos tamanhos de materiais, integrados com os quadros de carga comercial, e operados por um intervalo de pressões de consolidação.

[0228] Os dados serão analisados para determinar as condições que conduzem a uma fluidez melhor (ou otimizada), utilizando os métodos estatísticos formais, tais como os modelos gerais lineares, regressão, análise de superfície de resposta, análise multivariada, e outras técnicas, conforme o caso. Vide, Myers, HR 1986, Classical and modern regression applications, 2nd edition. Duxbury publications, CA. USA. Draper, N. R., e Smith, H. 1998, Applied Regression Analysis, New York, NY: John Wiley and Sons, Inc. EXEMPLO 15 (PROFÉTICO)

[0229] Pelo menos três tipos de biomassa serão avaliados, isto é, a palha de milho, gramíneas (switchgrass) e grama de pradaria campal (prairie cord grass). Para cada uma destas matérias primas, as amostras de biomassa moída e crua, a biomassa pré-tratada com o AFEX™, e a biomassa densificada pré-tratada com o AFEX™ (antes e após o armazenamento) serão coletadas. Por conseguinte, os tipos de amostra total de biomassa 3 x 4 = 12 serão avaliados. A hidrólise e fermentação (SHF) separadas serão avaliadas. Para a sacarificação, frascos serão incubados durante 48 h a 50° C e 250 rpm em um agitador orbital. As amostras serão removidas a 0, 2, 4, 6, 8, 18, 24, 30, 36, e 48 h. Os frascos, em seguida, serão resfriados para 30° C e inoculados com 2 mL de uma cultura de 12 a 18 h de uma cepa recombinante de Saccharomyces cerevisiae que possui capacidades de fermentação de pentoses cultivadas em meio que contém dois (2) g/L de glicose e dois (2) g/L de extrato de levedura. Os frascos serão incubados durante um adicional de 96 h a 30° C e 150 rpm em um agitador orbital. As amostras serão removidas 0, 3, 6, 9, 18, 24, 36, 48, 60, 72, 84 e 96 horas durante a fermentação.

[0230] A sacarificação e a fermentação simultâneas (SSF) também serão realizadas para avaliar a conversão. A principal diferença é que os frascos serão dosados com a enzima e imediatamente inoculados com a levedura, como observado acima, em seguida, incubados durante 144 horas a 30° C. As amostras serão removidas a 0, 2, 4, 6, 8, 18, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 120, e 144 horas. A enzima e as cargas de biomassa e outras condições serão idênticas às enumeradas acima.

[0231] Os produtos inovadores de biomassa densificada e os métodos para a sua produção e utilização forem descritos no presente. Em uma realização, um tratamento prévio convencional é utilizado para a produção de uma biomassa aderente que, surpreendentemente, é facilmente convertida para um sólido em partícula hidrolisável sem a utilização do aglutinante adicionado. As partículas hidrolisáveis também são surpreendentemente, pelo menos, tão densas e demonstram as propriedades de dureza superiores em comparação com as partículas densificadas convencionais produzidas e/ou que contém o(s) aglutinante(s) adicionado(s).

[0232] Em uma realização, são fornecidas as partículas hidrolisáveis que compreendem mais de um tipo de material de biomassa (por exemplo, a palha de milho, gramas, e/ou madeira, e similares). Desta maneira, é fornecido um produto de biomassa sólida hidrolisável de consumo com propriedades relativamente uniformes, que pode ser mais facilmente adotado na indústria de processamento da biomassa. Estas propriedades podem incluir, mas não estão limitadas ao teor de BTU, teor de açúcar, e assim por diante.

[0233] Qualquer tipo adequado de processo de densificação pode ser utilizado para a produção dos produtos que contêm uma variedade de tamanhos e formatos. Em uma realização, o dispositivo do processo de densificação utiliza um sistema de rede de engrenagens para comprimir a biomassa através de um canal afilado entre os dentes da engrenagem adjacentes, formando as partículas hidrolisáveis de densidade elevada. Em uma realização, o sistema opera em requisitos inferiores de temperatura, pressão, e de energia que os processos convencionais.

[0234] Em uma realização, as partículas hidrolisáveis pré-tratadas “mantêm” melhor, isto é, são mais resistentes às forças físicas, durante o transporte, manuseio e/ou armazenamento, em comparação com as partículas que não são pré-tratadas. Em uma realização, os produtos resultantes possuem uma maior fluidez em comparação com os sólidos da biomassa convencionais, que permite o carregamento e descarregamento automático dos veículos de transporte e sistemas de armazenagem, bem como o transporte através da instalação do processamento.

[0235] Todas as publicações, patentes e documentos de patentes estão incorporados no presente como referência, como se individualmente incorporados como referência, cada um, na sua totalidade, como se individualmente incorporados como referência. No caso de qualquer inconsistência, a presente invenção, incluindo as suas definições, vai prevalecer.

[0236] Apesar das realizações específicas serem ilustradas e descritas no presente, será considerado pelos técnicos do assunto que qualquer procedimento que seja calculado para alcançar o mesmo objeto pode ser substituído pelas realizações específicas mostradas. Por exemplo, embora o processo tenha sido discutido utilizando determinados tipos de biomassa vegetal, qualquer tipo de biomassa vegetal ou de outros tipos de biomassa ou biocombustíveis, tais como os biocombustíveis agrícolas, por exemplo, podem ser utilizados. Este pedido de patente se destina a cobrir eventuais adaptações ou variações do presente assunto. Por conseguinte, é manifestamente pretendido que as realizações da presente invenção apenas sejam limitadas pelas reivindicações e seus equivalentes

Claims

1. MÉTODO PARA PRODUZIR UMA CORRENTE CONTENDO AÇÚCAR, caracterizado por compreender: - hidrólise enzimática de uma ou mais partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa em um vaso agitado para a produção da corrente contendo açúcar, em que o vaso agitado é um vaso de escala industrial, em que a hidrólise compreende uma carga de sólidos de ditas partículas densificadas de biomassa dentro de dito vaso na faixa de 12% a 24%, e em que ditas partículas densificadas de biomassa são produzidas por meio das etapas de: - submeter fibras de biomassa vegetal contendo lignina e/ou hemicelulose a um pré-tratamento com amônia ou hidróxido de sódio para causar que pelo menos uma porção de lignina e/ou hemicelulose em ditas fibras de biomassa se mova para uma superfície externa para a produção de uma quantidade de fibras de biomassa vegetal pegajosas pré-tratadas; e - densificar ditas fibras de biomassa vegetal pegajosas pré- tratadas para a produção de uma ou mais partículas densificadas e hidrolisáveis de biomassa, em que ditas fibras de biomassa vegetal densificadas são densificadas sem utilizar aglutinante adicionado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo vaso agitado ter um rotor localizado no mesmo e uma razão de diâmetro rotor para reator de 1:4 a 3:4.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela razão ser de 1:2 a 3:4 ou 1:4 a 1:2.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela carga de sólidos estar na faixa de 12% a 20% ou 18% a 24%.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por ditas fibras de biomassa serem fibras de palha de milho, fibras de gramíneas (switchgrass), fibras de madeira, fibras de grama de pradaria campal (prairie cord grass), palha de arroz, palha de trigo ou suas combinações.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de pré-tratamento e a etapa de densificação serem realizadas como um processo integrado em um único local.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo pré-tratamento com amônia ser um pré-tratamento de expansão da fibra de amônia (AFEX) líquida ou um pré-tratamento de AFEX gasosa.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo pré-tratamento com amônia ser realizado em um vaso de pré-tratamento e o método compreender ainda remover amônia residual restante após a etapa de submissão pela introdução de vapor dentro do vaso de pré-tratamento.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo método ainda compreender a adição de água e/ou de vapor antes e/ou durante o pré-tratamento.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela corrente contendo açúcar ser fermentada para a produção de um bioproduto.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo bioproduto ser um biocombustível.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pela corrente contendo açúcar conter mais do que 50% de açúcares disponíveis em ditas partículas de biomassa densificada.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela hidrólise enzimática compreender adicionar dita biomassa densificada ao vaso agitado em duas ou mais etapas separadas por um período de atividade de hidrólise.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo açúcar na corrente contendo açúcar ser produzido a partir de ditas partículas de biomassa densificada a uma taxa mais rápida que em comparação com uma corrente contendo açúcar produzida com o uso de biomassa não densificada.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pela etapa de submissão ocorrer em um reator vertical.