BR112015019380B1 - aprimoramento de fluxos de processos - Google Patents

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Abstract

aprimoramento de fluxos de processos a biomassa (por exemplo, biomassa vegetal, biomassa animal e biomassa de resíduos municipais) é processada para produzir intermediários e produtos úteis, como energia, combustíveis, alimentos ou materiais. sistemas, métodos e equipamentos são descritos para aprimoramento de fluxos de processos usando eletrodiálise ou eletrodiálise reversa. muitas matérias-primas lignocelulósicas potenciais estão disponíveis hoje, incluindo resíduos agrícolas, biomassa lenhosa, resíduos municipais, óleos ou massas de sementes e macroalgas, para citar algumas.

Description

APRIMORAMENTO DE FLUXOS DE PROCESSOS REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDOS RELACIONADOS [0001] O presente pedido reivindica prioridade a partir dos pedidos provisórios a seguir: USSN 61/774.684, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.773, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774 731, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.735, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.740, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.744, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.746, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.750, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.752, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.754, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.775, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.780, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.761, depositado em 8 de março de 2013; USSN 61/774.723, depositado em 8 de março de 2013; e USSN 61/793.336, depositado em 15 de março de 2013. A divulgação total de cada um desses pedidos provisórios está incorporada neste documento à guisa de referência.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0002] Muitas matérias-primas lignocelulósicas potenciais estão disponíveis hoje, incluindo resíduos agrícolas, biomassa lenhosa, resíduos urbanos, óleos ou massas de sementes e algas, para citar alguns. Atualmente, estes materiais são frequentemente subutilízados, sendo usados, por exemplo, como alimento para animais, materiais de compostagem orgânica, queimados em estabelecimentos de cogeração ou até mesmo aterrados.
[0003] A biomassa lignocelulósica inclui fribilas de celulose cristalina incorporadas a uma matriz de hemicelulose, circundada por lignina. Isso resulta numa matriz compacta, dificultando a de entrada enzimas e outros processos químicos, bioquímicos e/ou biológicos. Materiais de biomassa celulósica (por exemplo, materiais de biomassa dos quais foi removida f
2/100 substancialmente toda a lignina) são mais acessíveis às enzimas e outros processos de conversão, mas, mesmo assim, materiais celulósicos de ocorrência natural muitas vezes têm baixos rendimentos (com relação ao rendimento teórico) quando em contato com enzimas de hidrólise. A biomassa lignocelulósica é ainda mais resistente ao ataque de enzimas. Além disso, cada tipo de biomassa lignocelulósica tem sua própria composição específica de celulose, hemicelulose e lignina.
RESUMO [0004] Geralmente, os métodos e equipamentos usados para produção de produtos úteis de um material de biomassa são descritos neste documento. Geralmente, muitos métodos incluem tratamento de uma biomassa recalcitrante, por exemplo, tratamento com feixe de elétrons, e então, processar bioquimicamente e/ou quimicamente o material de recalcitrância reduzido para uma mistura de açúcares, por exemplo, glicose, xilose, arabinose, frutose, álcoois de açúcar, por exemplo, xilitol e outros produtos. Sias (por exemplo, íons) gerados durante o processamento da matéria prima podem ser removidos através do processo de eletrodiálise, por exemplo, eletrodiálise comum e padrão (ED), eletrodiálise reversa (EDR) e/ou eletrodiálise de membrana bipolar (EDBM). O método de eletrodiálise pode auxiliar na remoção de sais a granel da solução de açúcar ou a eletrodiálise pode ser usada para separar os ácidos orgânicos de outros compostos em uma mistura. Antes e/ou após a eletrodiálise, os líquidos da biomassa podem ser tratados também para remover outras impurezas e cor.
[0005] Em um aspecto da invenção figura métodos para remoção e/ou separação de sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados de líquidos de biomassa sacarificada, tal como e incluindo açúcares e/ou líquidos fermentados utilizando um sistema de eletrodiálise. Os métodos podem fornecer, portanto, uma solução processada (por exemplo, solução purificada, fluxo de processo
3/100 aprimorado, fluxo de processo purificado). Opcionalmente, o sistema de eletrodiálise utiliza eletrodiálise padrão ou eletrodiálise reversa. Também opcionalmente, os líquidos da biomassa sacarificada incluem um material celulósico ou lignocelulósico de recalcitrância reduzida que foi sacarificado. Por exemplo, a sacarificação pode ser feita pelo uso de uma ou mais enzimas e/ou um ou mais ácidos, tal como ácido sulfúrico. Por exemplo, a sacarificação pode ser feita pelo uso de uma enzima, usando um ácido, usando um ácido e, então, uma enzima, usando uma enzima e, então, um ácido, ou usando uma enzima e um ácido, simultaneamente. Opcionalmente, o material celulósico ou lignocelulósico tneve sua recalcitrância reduzida pelo tratamento com radiação ionizante {por exemplo, entre cerca de 10 a cerca de 50 Mrad de radiação). Por exemplo, a radiação ionizante pode estar na forma de elétrons acelerados.
[0006] Em uma outra modalidade, o produto sacarificado é fermentado e, então, a eletrodiálise é aplicada com ou sem purificação. Nesta modalidade, o caldo de fermentação pode geralmente incluir um produto da conversão de um dos açúcares para o produto específico e outra açúcar que permanece não convertido durante a fermentação. O caldo de fermentação pode ser submetido à eletrodiálise para remover sais que foram formados. Então, o produto pode ser isolado pelo uso de uma operação de eletrodiálise bipolar.
[0007] Em alguma implementação, enquanto utilizar os sistema de eletrodiálise, uma voltagem de cerca de 10 a 600V através das membranas seletivas de íons pode ser aplicada enquanto passa os líquidos da biomassa sacarificada e/ou líquidos do produto de fermentação após as membranas. Opcionalmente, a voltagem pode estar entre 25 e 500V. Adicionalmente, a voltagem pode ser de 40 a 450V. Estas voltagens podem estar através de membranas múltiplas.
[0008] Em algumas implementações, os líquidos da biomassa sacarificada podem ser posteriormente processados com uma etapa de
4/100 fermentação para produzir produtos de fermentação, tal como um álcool, ácidos orgânicos. Opcionalmente, os líquidos da biomassa sacarificada são líquidos onde um produto de fermentação {por exemplo, um álcool tal como etanol, propanol ou butanol ou um ácido orgânico tal como ácido acético, ácido propiônico, ácido succínico, ácido tartárico, ácido butírico e ácido lático) foi removido a partir daí por eletrodiálise ou outro meio de isolamento {por exemplo, por destilação).
[0009] Em algumas implementações, a força iônica do líquido sacarificado antes da eletrodiálise é de cerca de 500 e cerca de 50.000 pS/cm (microSiemens/cm), e onde uma força iônica dos líquidos da biomassa sacarificada após utilização do sistema de eletrodiálise {por exemplo, a solução processada, solução purificada, fluxo de processo aprimorado ou fluxo de processo purificado) é entre 1 e 100 pS/cm. Opcionalmente, os sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados durante a eletrodiálise incluem, pelo menos, um elemento selecionado de P, K, Mg, Na, Ca, S, Mn, Al, Zn, Si, Cl e Fe. Por exemplo, os íons podem ser fosfatos, sulfatos, cloretos, silicatos, aluminatos, K+, Na+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Mn2+, Fe3+, Fe2+, e misturas destes íons.
[0010] Alternativamente ou adicionalmente, os líquidos da biomassa sacarificada incluem resíduos de sacarificação {por exemplo, células, proteináceos, material derivado de lignina e/ou corpos coloridos). Em uma maneira similar, a biomassa sacarificada é fermentada para obter um fluxo de produto de fermentação que teve resíduos de fermentação {por exemplo, células, proteináceos, material derivado de lignina e/ou corpos coloridos). Em algumas implementações, o método pode incluir adicionalmente a purificação de líquidos de biomassa sacarificada ou fluxo de produto de fermentação antes, durante e/ou após a utilização do sistema de eletrodiálise. Por exemplo, purificação por um método selecionado de qualquer um dos métodos a seguir: cromatografia, filtração, centrifugação,
5/100 precipitação, destilação, complexação e combinações destes. Quando a precipitação é utilizada na purificação, um ou mais solventes ou não solventes (por exemplo, metanol, etanol, isopropanol, acetona, éter etílico e tetrahidrofurano e misturas destes) podem ser usadas para precipitar um ou mais componentes indesejados, tal como uma impureza. Algumas implementações incluem a descoloração de líquidos de biomassa sacarificada ou fluxo de produto de fermentação com um agente de descoloração antes, durante e/ou após a utilização do sistema de eletrodiálise. Por exemplo, a descoloração utilizando qualquer um de carvão em pó, carvão granular, carvão extrudado, carvão de osso, carvão ativado esférico, resinas estirênicas, resinas acrílicas, resinas magnéticas, argilas descolorantes, bentonita, atapulgita, montmorilonita, hormita e combinações destes. Por exemplo, misturar os líquidos da biomassa sacarificada ou fluxo de produto de fermentação e filtração de sólidos ou fluxo (por exemplo, filtração) de líquidos da biomassa sacarificada destes sólidos. A solução após a descoloração pode ser menor do que cerca de 100 unidades de cor (por exemplo, menor que 50, menor que cerca de 40, menor que cerca de 30, menor que cerca de 20, menor que cerca de 10, menor que cerca de 5 e até mesmo menor que cerca de 1).
[0011] Em algumas implementações, os líquidos da biomassa sacarificada incluem um ou mais sacarídeos, por exemplo, um monodissacarídeo, um oligossacarídeo e/ou um polissacarídeo. Opcionalmente, os líquidos da biomassa sacarificada incluem um açúcar selecionado de xilose, glicose, arabinose, frutose e misturas destes. Opcionalmente, o açúcar é xilose e a pureza da solução de processos (por exemplo, solução purificada, fluxo de processo aprimorado, fluxo de processo purificado) após utilização do sistema de eletrodiálise é de pelo menos cerca de 80% em peso de xilose (por exemplo, a % em peso da xilose para os sólidos totais/sólidos dissolvidos na solução conforme determinado analiticamente pelo HPLC). Por exemplo, após eletrodiálise a
6/100 pureza da xilose é de pelo menos 85 % em peso, pelo menos 90% em peso, pelo menos 95% em peso, pelo menos 96% em peso, pelo menos 97% em peso ou até pelo menos 98% em peso). Opcionalmente, o açúcar inclui arabinose e a pureza da solução após utilização de sistema de eletrodiálise é cerca de 0,5% em peso de arabinose (por exemplo, cerca de 1 a 0% em peso, cerca de 1 a 0,1% em peso, cerca de 0,8 a 0,1% em peso, cerca de 0,8 a 0,2.% em peso, cerca de 0,5 a 1,0% em peso, cerca de 0,1 a 0,5% em peso).
[0012] Estes líquidos de biomassa sacarificada com açúcares presentes podem ser fermentados para produzir líquidos de biomassa adicional. Exemplos de fermentação incluem adição de micro-organismos que convertem de forma seletiva um açúcar na preferência de outro. Por exemplo, em um líquido de biomassa sacarificada com glicose e xilose presente um microorganismo pode ser escolhido o qual pode converter seletivamente glicose para etanol, enquanto deixa a xilose basicamente não reagida. Em uma maneira semelhante, a glicose pode ser convertida seletivamente para ácido lático D ou L.
[0013] A remoção de íons (por exemplo, sais, ácidos completamente ou parcialmente dissociados) das soluções de açúcar derivadas de líquidos de biomassa celulósica e lignocelulósica é vantajosa pois aumenta a pureza da solução processada (por exemplo, solução purificada, fluxo de processo aprimorado, fluxo de processo purificado) e assiste na separação subsequente de vários fluxos de produtos tais como açúcares. Em última análise, este pode auxiliar em transformações adicionais destes fluxos de processos em produtos de alto valor tais como açúcares, álcoois de açúcar (por exemplo, xilose, arabinose, xilitol e sorbitol). Por exemplo, pode ser mais fácil cristalizar açúcares e outros produtos sem sais presentes. Outros recursos e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir e a partir das reivindicações.
[0014] As implementações das modalidades podem incluir,
7/100 opcionalmente, um ou mais dos seguintes recursos resumidos. Em algumas implementações, os recursos selecionados podem ser aplicados ou utilizados em qualquer ordem, enquanto em outras implementações uma sequência selecionada específica é aplicada ou utilizada. Recursos individuais podem ser aplicados ou utilizados mais de uma vez em qualquer sequência e até mesmo continuamente. Além disto, uma sequência inteira ou uma parte de uma sequência de recursos aplicados ou utilizados pode ser aplicada ou utilizada uma vez, de forma repetida ou contínua em qualquer ordem. Em algumas implementações opcionais, os recursos podem ser aplicados ou utilizados com diferentes, ou onde aplicáveis os mesmos, ajustados ou variados, parâmetros quantitativos ou qualitativos conforme determinado por uma pessoa versada na técnica. Por exemplo, parâmetros dos recursos, tais como tamanho, dimensões individuais (por exemplo, comprimento, largura e altura), localização, grau (por exemplo, até que extensão, tal como o grau de recalcitrância), duração, frequência de uso, densidade, concentração, intensidade e velocidade podem ser variadas ou fixas, onde aplicável, conforme determinado por uma pessoa versada na técnica.
[0015] Recursos, por exemplo, incluem: um método para remoção de sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados, dos líquidos da biomassa sacarificada utilizando um sistema de eletrodiálise; um método que utiliza eletrodiálise; eletrodiálise reversa; um método que utiliza eletrodiálise de membrana bipolar para tratamento de um líquido onde o liquid inclui material de recalcitrância reduzida, material celulósico ou lignocelulósico que foi sacarificado; tratamento de um líquido onde o líquido inclui um material celulósico ou lignocelulósico que teve sua recalcitrância reduzida por tratamento com radiação ionizante; tratamento de um líquido, onde o líquido inclui um material celulósico ou lignocelulósico que teve sua recalcitrância reduzida por tratamento com elétrons acelerados; tratamento de um líquido, onde o líquido inclui um material
8/100 celulósico ou lignocelulósico que foi sacarificado utilizando uma ou mais enzimas; tratamento de um líquido, onde o líquido inclui um material celulósico ou lignocelulósico que foi sacarificado utilizando um ou mais ácidos; tratamento de um líquido, onde o líquido inclui um material celulósico ou lignocelulósico que foi sacarificado utilizando ácido sulfúrico; uma força iônica dos líquidos da biomassa sacarificada antes da eletrodiálise é entre cerca de 500 e cerca de 50.000 pS/cm, e uma força iônica dos líquidos da biomassa sacarificada após eletrodiálise é entre 1 e 100 pS/cm; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento fósforo são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento potássio são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento magnésio são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento sódio são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento cálcio são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento S são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento oxigênio são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento manganês são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento alumínio são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento zinco são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente
9/100 ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento silício são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento cloreto são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos completamente ionizados que incluem o elemento Fe são removidos utilizando um sistema de eletrodiálise; purificação de líquidos de biomassa sacarificada utilizando cromatografia; purificação de líquidos de biomassa sacarificada utilizando filtração; purificação de líquidos de biomassa sacarificada utilizando centrifugação; purificação de líquidos de biomassa sacarificada utilizando precipitação; purificação de líquidos de biomassa sacarificada utilizando destilação; purificação de líquidos de biomassa sacarificada utilizando complexação; purificação de líquidos de biomassa sacarificada pela adição de um ou mais solventes ou não solventes para precipitar um ou mais componentes indesejados; purificação de líquidos da biomassa sacarificada pela adição de metanol para precipitar um ou mais componentes indesejados; purificação de líquidos da biomassa sacarificada pela adição de etanol para precipitar um ou mais componentes indesejados; purificação de líquidos da biomassa sacarificada pela adição de isopropanol para precipitar um ou mais componentes indesejados; purificação de líquidos da biomassa sacarificada pela adição de acetona para precipitar um ou mais componentes indesejados; purificação de líquidos da biomassa sacarificada pela adição de éter etílico para precipitar um ou mais componentes indesejados; purificação de líquidos da biomassa sacarificada pela adição de tetrahidrofurano para precipitar um ou mais componentes indesejados; tratamento de líquidos da biomassa sacarificada que inclui um ou mais produtos de fermentação; tratamento de líquidos da biomassa sacarificada que inclui líquidos que tiveram um produto de fermentação e o produto de fermentação foi destilado destes; tratamento de líquidos da biomassa sacarificada que inclui líquidos que tiveram um produto de fermentação de
10/100 álcool e o álcool foi destilado a partir daqui; tratamento de líquidos da biomassa sacarificada que inclui líquidos que tiveram um produto de fermentação de etanol e o etanol foi destilado a partir daqui; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo carvão em pó; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo carvão granulado; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo carvão extrudado; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo carvão de osso; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo carvão ativado esférico; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo resinas estirênicas; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo resinas acrílicas; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo resinas magnéticas; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo argilas descolorantes; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo bentonita; um método que inclui a descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo atapulgita; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agentes descolorante incluindo montmorilonita; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante incluindo hormita; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante e, após a descoloração, a cor da solução é menor que 100 unidades de cor; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada utilizando um agente descolorante e, após a descoloração, a cor da solução é menor que 10 unidades de cor; descoloração de líquidos da biomassa sacarificada
11/100 utilizando um agente descolorante e, após a descoloração, a cor da solução é menor que cerca de 5 unidades de cor; tratamento de um líquido da biomassa sacarificada utilizando um sistema de eletrodiálise e aplicação de uma voltagem entre cerca de 10 e 600V através de membranas seletivas de íonsdo sistema de eletrodiálise enquanto há fluxo dos líquidos da biomassa sacarificada pelas membranas; tratamento de líquidos da biomassa sacarificada que inclui um ou mais sacarídeos; tratamento dos líquidos da biomassa sacarificada que inclui xilose; tratamento de líquidos do biomassa sacarificada que inclui glicose; tratamento de líquidos da biomassa sacarificada que inclui arabinose; tratamento de líquidos da biomassa sacarificada que inclui frutose; purificação de líquidos sacarificados utilizando um sistema de eletrodiálise, onde os líquidos incluem xilose e a pureza da xilose após utilização do sistema de eletrodiálise é de pelo menos cerca de 80 % em peso; purificação de líquidos sacarificados utilizando um sistema de eletrodiálise, onde os líquidos incluem arabinose e a pureza da arabinose após utilização do sistema de eletrodiálise é de pelo menos cerca de 0 a 1 % em peso.
[0016] Alternativamente, a biomassa sacarificada pode ser fermentada e, então, as etapas de eletrodiálise são aplicadas. Uma etapa de eletrodiálise inicial pode remover sais, especialmente sais inorgânicos, seguida por uma segunda etapa de eletrodiálise usando uma etapa de eletrodiálise bipolar para isolar produtos orgânicos ionizáveis valiosos do sistema de fermentação. As etapas subsequentes de purificação conforme descritas acima podem ser usadas para purificar adicionalmente os produtos orgânicos ionizáveis.
[0017] Outros recursos e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir e a partir das reivindicações.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0018] A FIG. 1A é um diagrama mostrando um processo de
12/100 eletrodiálise.
[0019] A FIG. 1B é uma visão diagramática de um sistema de eletrodiálise exemplificativo.
[0020] A FIG. 2 é um fluxograma mostrando as etapas de purificação (tratamento) da biomassa antes de sujeitá-la à eletrodiálise.
[0021] A FIG. 3 é uma representação gráfica mostrando a condutividade versus tempo durante um processo de eletrodiálise.
[0022] A FIG. 4 é um fluxograma mostrando as etapas de purificação de um produto orgânico ionizável após a etapa de fermentação; especificamente ácido lático D ou L.
[0023] A FIG. 5 é um fluxograma mostrando etapas para usar duas etapas de eletrodiálise para isolamento de um ácido orgânico.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0024] Uso dos métodos e sistemas descritos neste documento, materiais de matéria-prima celulósica e lignocelulósica, por exemplo, que podem ser originados de biomassa (por exemplo, biomassa vegetal, biomassa animal, papel e biomassa de resíduos municipais) e que, em geral, são prontamente disponibilizados, porém, difíceis para processar, podem ser convertidos para soluções contendo açúcares tais como xilose e glicose, que podem em alguns casos ser processados adicionalmente para produzir outros produtos úteis (por exemplo, álcoois tais como etanol e butanol e ácidos orgânicos tais como ácido acético, ácido propiônico, ácido succínico, ácido tartático, ácido butírico e ácido lático). Métodos e sistemas são discutidos neste documento para para remoção de componentes indesejados, tais como sais (por exemplo, ácidos orgânicos) destes líquidos de biomassa por eletrodiálise convencional eletrodiálise reversa e/ou eletrodiálise de membrana bipolar.
[0025] Processos para manufatura de soluções de açúcar e produtos daí derivados são descritos neste documento. Estes processos podem incluir, por exemplo, opcionalmente, tratar de forma mecânica uma matéria
13/100 prima celulósica e/ou lignocelulósica. Antes e/ou após este tratamento, a matéria-prima pode ser tratada com outro tratamento, por exemplo, irradiação, explosão de vapor, pirólise, sonicação, tratamento químico (por exemplo, com um ácido ou uma base) e/ou oxidação para reduzir ou reduzir ainda mais sua recalcitrância.
[0026] Uma solução rica em açúcar pode ser produzida por sacarificação da matéria-prima tratada e irradiada pela adição de uma ou mais enzimas. Muitos outros produtos ou líquidos de biomassa podem ser derivados da solução de açúcar, por exemplo, por fermentação para um álcool, tal como um etanol, ácidos orgânicos tais como ácidos láticos ou pela reduçõa para um álcool de açúcar, tal como xilitol, sorbitol, etc. A solução também inclui vários íons indesejados, o volume que pode ser removido por eletrodiálise. Antes ou após a eletrodiálise, o produto de sacarificação ou fermentação pode ser adicionalmente purificado.
[0027] A eletrodiálise é um processo de separação por membranas onde a membrana é permeável para tipos pequenos (por exemplo, íons), porém, não tipos maiores (por exemplo, moléculas tais como açúcares). A eletrodiálise difere de processos de membranas impulsionados por pressão pelo uso de potencial elétrico, pois a força de acionamento principal na separação da matéria torna isto útil para partículas carregas, por exemplo, íons. Visto que as partículas carregadas são móveis, o meio de separação transfere a corrente elétrica com resistência relativamente baixa, e a eletrodiálise geralmente é realizada em soluções aquosas. No processo de eletrodiálise, o líquido passa através de uma célula de separação (por exemplo, uma área, um tubo ou câmara) embutida com membranas seletivas de cátions e ânions. Além disso, enquanto passa o líquido de processo através da célula de separação, o líquido de processo é sujeito a um potencial elétrico usando eletrodos carregados positivamente ou negativamente. A célula de separação é geralmente configurada de forma que os cátions podem migrar através da membrana seletiva de cátions para
14/100 o eletrodo polarizado negativamente e os ânions migram através da membrana seletiva de ânions para o eletrodo carregado positivamente. O arranjo da célula garante que os íons sejam concentrados fora da célula e podem ser descarregados, enquanto os fluídos esgotados de íons podem ser coletados. O fluído de processo pode ser circulado através da célula de processo repetidas vezes, por exemplo, até que a solução com a concentração desejada de íons seja obtida. As células de separação múltipla podem ser usadas em série ou em paralelo para atingir os resultados de processos ideais.
[0028] Um subconjunto de eletrodiálise está usando membranas bipolares para separar os materiais. As membranas bipolares consistem de uma membrana permeável a ânions e uma membrana permeável a cations laminadas em conjunto. Quando esta estrutura composta é orientada de forma que a camada de troca de cátions fique diante do anodo, é possível expelir a água no próton e íons de hidroxil, por impor um campo potencial através da membrana. Isto resulta na produção de soluções ácidas e básicas nas superfícies das membranas bipolares. As membranas bipolares múltiplas junto com outras membranas permeáveis a íons podem ser colocadas entre um par único de eletrodos em uma coluna de eletrodiálise para a produção de ácido e base a partir de um sal neutro. Por exemplo, estra estratégia - - a eletrodiálise de membrana bipolar pode ser usada para isolar ácido lático ou outro ácido orgânico de uma mistura do produto de fermentação. O ácido lático ou outros ácidos orgânicos podem ser convertidos para sua forma salina processados através de eletrodiálise convencional seguida por processamento com eletrodiálise de membrana bipolar para produzir ácido lático purificado (e/ou ácidos orgânicos) na sua forma ácida.
[0029] FIG. 1A é um diagrama mostrando como a eletrodiálise opera em um fluxo de alimentação (por exemplo, contendo açúcares e sais). Um fluxo de alimentação 10 e água de reposição 20 (salmoura de reposição)
15/100 entra no sistema. Um potencial 30 (Corrente Contínua CC) é aplicada para a água de alimentação e reposição que são separadas por uma membrana seletiva a íons. O potencial direciona os íons preferencialmente em água de reposição. Um produto desmineralizado 40 sai do sistema, onde os íons foram reduzidos conforme comparados ao fluxo de processo de alimentação. Os íons que foram removidos da alimentação são trazidos para fora do sistema conforme a salmoura é purgada 50. O processo pode ser repetido, por exemplo, alimentando o produto desmineralizado de volta para o sistema de eletrodiálise para remover posteriormente os íons {por exemplo, transferi-los para a salmoura de purga). O processo pode ser repetido até que a redução desejada nos íons seja alcançada, conforme será descrita posteriormente abaixo.
[0030] Um arranjo possível para a configuração de membrana em um sistema de eletrodiálise que pode ser utilizado para purificar o material lignocelulósico sacarificado é mostrado na FIG 1B. Este sistema utiliza a alternação das membranas seletivas de cátion 2101 e membranas seletivas de ânions 2102. Os espaçadores (não mostrados) são colocados entre cada membrana para garantir que existe espaço entre as membranas para os líquidos de processo para o fluxo. Os eletrodos, 2103 e 2104, não estão em contato físico com o fluído de processo, porém, estão em contato físico com uma solução condutiva especial (eletrólito). A solução condutiva serve para o objetivo de evitar que ocorram reações indesejadas no eletrodo. Por exemplo, a solução sulfúrica divide água em gás hidrogênio no catodo e gás oxigênio no anodo, dos quais ambos podem ser removidos sem danificar os eletrodos ou outros componentes. Portanto, os eletrodos estão em contato elétrico com os fluídos de processo através do eletrólito.
[0031] Então, o arranjo conforme descrito acima cria uma série de canais de fluxo (2105 e2106) através dos quais o fluído de processo {por exemplo, a solução de açúcar produzida de um material lignocelulósico sacarificado) é passado {por exemplo, pela ação de uma bomba) enquanto
16/100 um potencial elétrico é aplicado para a solução de fluxo. Sob funcionamento, por exemplo, os cátions em cada um do segundo canal de fluxo 2105 passa através do catodo 2103 e são capazes de migrar através de membranas seletivas de cátions adjacentes 2101 na direção do próximo canal de fluxo 2106. Os cátions são então presos nos canais de fluxo 2105, incapazes de migrar através das membranas seletivas de ânions 2102. Inversamente, os ânions nos canais de fluxo 2105 são capazes de migrar para o anodo 2104 através de membranas seletivas a ânions 2102 e para canais de fluxo alternativos 2106 onde eles são presos, incapazes de migrar, além disso, visto que eles encontram a membrana de seletiva a cátions. 2101. Neste arranjo, os cátions e ânions migram para fora de cada segundo canal de fluxo 2105, de forma que o fluído de processo nos canais de fluxo 2105 terminam significativamente livres de íons, enquanto o fluído de processos nos canais restantes 2106 contém uma alta concentração tanto de cátions como ânions. O resultado é que por coletar a saída dos canais de fluxo 2105 e 2106 separadamente, uma solução de açúcar esgotada de íons (dos canais de fluxo 2105) e uma solução de açúcar enriquecida por íons (dos canais de fluxo 2106) são obtidas. Aumentar o número de membranas de troca de íons e canais de fluxo melhora muito a eficiência do sistema. Por exemplo, 10, 20, 50, 100 ou até mesmo mais membranas podem ser usadas.
[0032] Além de açúcares e produtos tais como álcoois, as soluções derivadas de biomassa por processos tais como sacarificação e fermentação (descritos neste documento) podem incluir vários materiais, por exemplo, compostos suspensos ou dissolvidos e/ou materiais. Por exemplo, solução podem incluir enzimas (por exemplo, partes de enzimas, enzimas desnaturadas) aminoácidos, nutrientes, células vivas, células mortas, fragmentos celulares (por exemplo, células lisadas, extrato de levedura), ácidos, bases, sais (por exemplo, haletos, sulfatos e fosfatos, alcalinos, alcalino terroso, sais de metais de transição) produtos de hidrólise
17/100 parcial (por exemplo, fragmentos de celulose e hemicelulose), lignina, resíduos de lignina, sólidos inorgânicos (por exemplo, materiais siliciosos, argilas, negro de fumo, metais), restos de biomassa sacarificada e/ou fermentada e combinações destes. A solução de açúcar pode ser submetida a processos de purificação, que podem incluir uma cromatografia em leito simulado, filtração em tambor giratório, filtração e/ou descoloração antes de ser sujeita a eletrodiálise. Opcionalmente, estas impurezas podem ser removidas ou reduzidas (por exemplo, diminuídas em concentração) antes de serem sujeitas a solução de biomassa para eletrodiálise. Em especial, pode ser benéfico remover impurezas (por exemplo, polímeros, proteínas, precipitantes) que podem cobrir, fechar, preencher ou impedir de outra forma a função das membranas de eletrodiálise. Em geral, a eletrodiálise está sujeita a obstrução das membranas por partículas e materiais orgânicos, por exemplo, impurezas orgânicas que podem dar cor, conforme discutido previamente. Portanto, a eletrodiálise é preferencialmente feita após a remoção destes materiais. Se ocorrer obstrução, as membranas podem ser regeneradas por efetuar o processo ao contrário, por reverter a direção da corrente constante que direciona a separação e trocar as câmaras de diluição e concentração.
[0033] Um processo possível para purificação dos líquidos de biomassa, por exemplo, líquidos de produtos de matéria-prima sacarificada ou líquidos de fermentação antes de introduzir tais líquidos na eletrodiálise, para evitar sua obstrução, é mostrado na FIG. 2. A matéria prima sacarificada é concentrada 210 sob vácuo para remover os solventes. Em caso de matéria-prima pós-fermentada, os solventes incluindo etanol poderíam ser removidos sob vácuo ou destilados do volume da solução e coletados, resultando em uma solução (por exemplo, fundo do destilado) que compreender açúcares onde pelo menos cerca de 80% em peso dos açúcares é xilose (por exemplo, pelo menos 85% em peso, pelo menos 90% em peso, pelo menos 95% em peso, pelo menos 96% em peso, pelo
18/100 menos 97% em peso ou ainda pelo menos 98% em peso) e cerca de 0,5% em peso dos açúcares são arabionse (por exemplo, cerca de 1 a 0% em peso, cerca de 1 a 0,1% em peso, cerca de 0,8 a 0,1% em peso, cerca de 0,8 a 0,2 % em peso, cerca de 0,5 a 1,0 % em peso, cerca de 0,1 a 0,5 % em peso).
[0034] Algumas impurezas (por exemplo, biprodutos) são então precipitados 215 da solução. Isto pode ser feito pela diluição com metanol que induz a precipitação de algumas impurezas. Os precipitados podem ser removidos 220, por exemplo, pelo uso de uma centrífuga e/ou filtração. A solução filtrada pode então ser descolorada 225 com carvão ativado. O agente descolorante é removido pela filtração 230. Uma etapa de concentração 235 inclui colocar a solução sob vácuo que remove o etanol. Esta solução resultante pode então ser diluída com água deionizada e sujeita a eletrodiálise 240 para remover os sais.
[0035] Um processo possível para purificação de um produto orgânico ionizável (por exemplo, ácido lático D ou L, ácido tartárico) inicia com a sacarificação de uma biomassa antes da fermentação e, então, introduzir o produto em duas etapas de eletrodiálise, conforme mostrado na FIG. 4. A matéria prima sacarificada é concentrada 410 sob vácuo para remover os solventes. Após a sacarificação, a biomassa é fermentada (415) onde o micro-organismo converte um açúcar para um produto desejado, enquanto deixa outros açúcares não convertidos. Antes das etapas de eletrodiálise, os sólidos são removidos do produto de fermentação (420). A primeira eletrodiálise é feita para remover sais, especialmente sais inorgânicos (425). Então, uma eletrodiálise de membrana bipolar (430) é feita para isolar o produto orgânico ionizável (neste caso, ácido lático D ou L) destes açúcares não regidos tais como xilose. A purificação subsequente (435) do produto orgânico ionizável por cromatografia de leito móvel simulado ou processos de isolamento semelhantes podem resultar em um produto isolado de pureza suficiente para seu uso pretendido.
19/100 [0036] No que tange à FIG 6,, duas etapas de eletrodiálise são mostrada como estratégia de purificação. À mistura líquida de produto de fermentação de que já foram removidos os sólidos, (510), acresce-se uma base, se necessário, para converter o ácido orgânico para sua forma de sal (520) e um processamento de eletrodiálise é realizado para separar os açúcares não-iônicos dos sais (incluindo sais de ácido orgânicos). Em seguida, o sal é processado na unidade de eletrodiálise de membrana bipolar (530) em que o sal de ácido orgânico é convertido em sua forma neutralizada e isolado dos sais.
[0037] Também presente da solução de açúcar, por exemplo, antes da eletrodiálise e/ou algum outro método de purificação conforme descrito neste documento é aplicado, pode haver enzimas intactas ou desnaturadas utilizadas no processamento, ou compostos derivados destas enzimas (por exemplo, material proteináceo tal como proteína e aminoácidos). Estes podem ser sólidos dissolvidos e/ou precipitados e suspensos, que podem ser removidos subsequencialmente por filtração ou centrifugação. Em alguns casos, as enzimas podem estar presentes em um estado ativo e são desnaturadas, por exemplo, por adicionar um ácido, uma base, aquecimento, adição de um agente desnaturante. A desnaturação da enzima pode facilitar sua remoção, por exemplo, pelo métodos descritos neste documento. As soluções de açúcares podem ter, por exemplo, até cerca de 10 % em peso de enzimas (por exemplo, até 9% em peso %, até 8% em peso %, até 5% em peso %, até 2% em peso %, até 1% em peso entre cerca de 0,1% e 5 % em peso, entre cerca de 1% e 5% em peso entre cerca de 2% e 5% em peso entre cerca de 0,1% e 1% em peso entre cerca de 0,01% e 1% em peso entre cerca de 0,001% e 0,1 % em peso. Onde a % em peso das enzimas é entendida como a % em peso do material proteináceo na solução aquosa.
[0038] Algumas enzimas celulósicas utilizadas para sacarificação de uma biomassa operam melhor na região ácida, por exemplo, entre cerca de
20/100 pH 2 e 6 (por exemplo, entre cerca de 3 e 6, entre cerca de 4 e 6, entre cerca de 4 e 5). As soluções de açúcares podem ser sujeitas a eletrodiálise neste pH ácido, ou opcionalmente, o pH pode ser ajustado para cima ou para baixo após a sacarificação e/ou sacarificação pode ser feita em um pH maior ou menos. O ajuste do pH adiciona para as concentrações de íons na solução. No entanto, a eletrodiálise funciona bem em valores de pH selecionados de uma ampla gama.
[0039] As impurezas sólidas podem ser facilmente removidas através de filtração ou centrifugação. Algumas das impurezas dissolvidas podem ser precipitadas pelo tratamento da solução com solventes, tal como metanol, etanol, isopropanol, acetona, éter etílico e tetrahidrofurano e, então, removidas dos precipitados através de filtração ou centrifugação.
[0040] As soluções de açúcares derivadas dos processos descritos neste documento e usadas nos sistemas de eletrodiálise podem incluir sólidos suspendidos ou dissolvidos não açúcares presentes nas concentrações até cerca de 50% em peso, por exemplo, entre cerca de 1 a 50% em peso, 2 e 40% em peso , 3 e 25 % em peso, 5 e 25 % em peso, 40 e 50 % em peso, 30 e 40 % em peso, 10 e 20 % em peso, 1 e 5 % em peso, 10 e 40 % em peso, menor que cerca de 50 % em peso, menor que cerca de 40 % em peso, menor que cerca de 30% em peso, menor que cerca de 20% em peso, menor que cerca de 10% em peso, menor que cerca de 5% em peso, menor que cerca de 1% em peso, menor que cerca de 0,5 % em peso, menor que cerca de 0,01 % em peso. Estas soluções podem ter uma turbidez alta, por exemplo, pelo menos cerca de 5 unidades nefelométricas de turbidez (NTU) (por exemplo, pelo menos cerca de 10 NTU, pelo menos cerca de 50 NTU, pelo menos cerca de 100 NTU, pelo menos cerca de 100 NTU, pelo menos cerca de 200 NTU, pelo menos cerca de 300 NTU, pelo menos cerca de 400 NTU e ainda maior que cerca de 500 NTU). Em alguns casos, os sólidos são removidos completamente ou parcialmente antes da solução ser sujeita a eletrodiálise. Por exemplo,
21/100 os sólidos podem ser removidos por filtração, centrifugação, decantação, flotação ou combinações destes. Em alguns casos, os sólidos são derivados de um material solúvel previamente que foi precipitado, por exemplo, uma enzima que foi desnaturada. Após remoção dos sólidos, a turbidez das soluções pode ser reduzida em até cerca de 500 NTU (por exemplo, reduzidas em até cerca de 100 NTU, reduzidas em até cerca de 50 NTU, reduzidas em até cerca de 5 NTU).
[0041] Além de serem turvas, as soluções de açúcares produzidas pelos processos descritos neste documento podem ser coloridas devidas às impurezas coloridas (por exemplo, corpos coloridos) tais como cromóforos aromáticos. Por exemplo, alguns íons metálicos, polifenóis e produtos derivados de lignina produzidos ou liberados durante o processamento de uma biomassa lignocelulósica podem ser altamente coloridos. As soluções pode ser diretamente usadas no sistema de eletrodiálise descrito neste documento ou podem ser descoloradas parcialmente ou completamente antes de serem usadas. Por exemplo, as impurezas coloridas podem ser filtradas da solução, destruídas (por exemplo, por decomposição química) e/ou precipitadas da solução. Alguns agentes de remoção de cor possíveis que podem ser usados são carvão em pó, granulado, extrudado, de osso e ativado esférico; resina estirênica, acrílica ou magnética; argilas descolorantes tais como bentonita, atalpulgita, montmorilonita, hormita e combinações destes. Após tratar as soluções com estes agentes de remoção de cor, a cor da solução é menor que cerca de 200 (por exemplo menor que 100, menor que 50, menor que cerca de 40, menor que cerca de 30, menor que cerca de 20, menor que cerca de 10, menor que cerca de 5 e ainda menor que cerca de 1) conforme medido pelo método de PlatinumCobalt (Método de Testes ASTM D1209).
[0042] A força iônica das soluções de açúcar derivadas de biomassa pode ser altamente dependente da fonte de biomassa bem como do processamento da biomassa conforme descrita neste documento. As
22/100 soluções podem ser deionizadas diretamente, seletivamente ou parcialmente antes de serem usadas nos sistemas de eletrodiálise descritos neste documento.
[0043] Uma vantagem da eletrodiálise, por exemplo, sobre a cromatografia por troca de íons, para remoção de íons nos processos descritos neste documento é a capacidade do tempo de processamento. As colunas de troca podem ser tornar rapidamente saturadas, exigindo consumo de tempo e ciclos de regeneração onerosos, enquanto que a eletrodiálise pode funcionar continuamente sem exigir a regeneração, mesmo com líquidos de processo de alta condutividade. Por exemplo, as soluções que serão processadas após as etapas de destilação descritas neste documento podem ter condutividades maiores que cerca de 500 pS/cm (por exemplo, maior que cerca de 1000 pS/cm, maior que cerca de 2000 pS/cm, maior que cerca de 3000 pS/cm, maior que cerca de 4000 pS/cm, maior que cerca de 5000 pS/cm, maior que cerca de 6000 pS/cm, maior que cerca de7000 pS/cm, maior que cerca de 8000 pS/cm, maior que cerca de 9000 pS/cm, maior que cerca de 10.000 pS/cm) ou, por exemplo, eles podem ter condutividade entre cerca de 500 e 100,000 pS/cm (por exemplo, entre cerca de 500 e 50,000 pS/cm, entre cerca de 1000 e 20.000 pS/cm, entre cerca de 1000 e 20.000 pS/cm, entre cerca de 1000 e 15.000 pS/cm, entre cerca de 5000 e 20.000 pS/cm, entre cerca de 5000 e 10.000 pS/cm) e podem ser tratadas efetivamente por eletrodiálise. Por exemplo, as condutividades após processamento podem ser reduzidas em pelo menos 10 fold (e.g., at least 20 fold, pelo menos 30 fold, pelo menos 50 fold, pelo menos 100 fold, pelo menos 500 fold, pelo menos 1000 fold). Após a eletrodiálise, as condutividades podem estar entre cerca de 1-100 pS/cm (por exemplo, entre cerca de 1-90 pS/cm, entre cerca de 180 pS/cm, entre cerca de 1-50 pS/cm, entre cerca de 1-30 pS/cm, entre cerca de 1-20 pS/cm, entre cerca de 2-60 pS/cm, entre cerca de 2-40 pS/cm, entre cerca de 2-20 pS/cm, entre cerca de 5-100 pS/cm, entre cerca
23/100 de 5-50 pS/cm, entre cerca de 5-25 pS/cm, entre cerca de 9-90 pS/cm, entre cerca de 9-50 pS/cm, entre cerca de 9-25 pS/cm, entre cerca de 9-12 pS/cm, entre cerca de 15-60 pS/cm, entre cerca de 15-40 pS/cm, entre cerca de 15-30 pS/cm, entre cerca de 15-20 pS/cm, entre cerca de 27-100 pS/cm, entre cerca de 27-50 pS/cm, entre cerca de 27-30 pS/cm). Visto que o volume de ions foi removido por eletrodiálise, uma coluna de troca de cátions pode ser usada. Esta coluna final é geralmente designada como coluna de finalização.
[0044] A Eletrodiálise e/ou troca de cátions pode ser efetiva para remover uma variedade de íons, por exemplo, de líquidos da biomassa tais como biomassa sacarificada, líquidos de fermentação. Em especial, os cátions incluem metais alcalinos, alcalinos terrosos, metais de transição, lantanídeos e actinídeos, por exemplo, lítio, sódio, potássio, magnésio, cálcio, estrônio, bário, escádio, titânio, crômio, manganês, ferro, níquel, cobre, zinco, alumínio, lantânio, cério, urânio. Sulfetos catiônicos e aniônicos e óxidos também podem estar presentes e podem ser removidos pelos métodos descritos. Os ânions podem incluir fluoretos, cloretos, brometos, iodetos, sulfatos, sulfetos, fosfatos, nitratos, carbonato, boratos (por exemplo, BO3 3'), cloratos, arsinatos e aluminatos. Em especial, Na+, e Cl· estão presentes em altas concentrações e altas quantidades, por exemplo, cerca de pelo menos 50% destes íons deveríam ser removidos (por exemplo, cerca de pelo menos 80%, cerca de pelo menos 85%, cerca de pelo menos 90%, cerca de pelo menos 95%, cerca de pelo menos 98%, cerca de pelo menos 99%). Por exemplo, cloro pode compreender cerca de 1/3 de todos os íons presentes e podem atuar como um catalisador de degradação de xilose. Outros íons podem estar obstruindo processos subsequentes tal como hidrogenação.
[0045] A eletrodiálise e eletrodiálise reversa também podem ser úteis para remoção de ácidos. Por exemplo, ácidos minerais tais como, H2SO4, H3PO4, HNO3 podem ser tratados. Ácidos orgânicos também podem ser
24/100 tratados, por exemplo, ácido acético, ácido fórmico, ácido propiônico, ácido butírico, ácido lático e semelhantes. Estes ácidos podem ser parcialmente ou completamente deionizados. A eletrodiálise de membrana bipolar pode ser usada para isolamento destes ácidos orgânicos [0046] Uma unidade de eletrodiálise que pode ser utilizada nos métodos, com equipamentos e sistemas descritos neste documento é descrita em “Electrodialysis Cell Unit PCCell ED 64 0 02”, por PCCell (Alemanha) Verions Jan 2006 pages 1-12; a divulgação completa se encontra incorporada por referência e anexada no apêndice. Por exemplo, a PCCell DE 64 descrita na pg. 10 do documento que foi utilizado para materiais sacarificados deionizados descritos neste documento.
[0047] Algumas descrições de Eletrodiálise Reversa que podem ser utilizadas nos métodos com equipamentos e sistemas descritos neste documento, são descritas em “High Water Recovery with Electrodialysis Reversal”, by GE Power and Water, Technical paper 1071EN.doc, March 2010, pages 1-5; a divulgação completa que se encontra incorporada por referência e anexada no apêndice. Por exemplo, Eletrodiálise Reversa conforme descrita na figura da página 1 do documento (figura 1:EDR diagrama de fluxo) descreve um sistema que pode ser utilizado para processar materiais sacarificados e fluxos de resíduos derivados dos materiais sacarificados descritos neste documento.
[0048] A Eletrodiálise e Eletrodiálise Reversa são descritas em Electrodiolysis (ED) and Electrodialysis Reversal (EDR)” (Eletrodiálise (ED) e Eletrodiálise Reversa (EDR), Departamento do Interior dos Estados Unidos, Gabinete de Reclamação, páginas 1-4; o documento inteiro que é incorporado por referência e anexado no apêndice. Por exemplo, uma sequência de tratamento usando todo ou parte deste sistema {por exemplo, incluindo bombas de água não tratada, peneiras de resíduos, mistura rápida, floculador de mistura lenta, bacia ou clarificação, filtros de gravidade e membranas de EDR) conforme descrito na página 3 do documento pode
25/100 ser utilizada para processar biomassa sacarificada e/ou fluxos de resíduos de biomassa sacarificada.
[0049] O equipamento de eletrodiálise de membrana bipolar é disponibilizado, por exemplo, pela Ameridia Somerset NJ; USA. O processo foi descrito pela publicação Ameridia in Membrage and Separation Technology News March 2006, cuja publicação inteira é incorporada por referência e anexada no apêndice.
[0050] Mais detalhes e reiterações de processos para tratar a matéria-prima podem ser utilizados, por exemplo, com as modalidades já discutidas acima, ou em outras modalidades, descritas na seguinte divulgação.
SISTEMAS PARA TRATAMENTO DE UMA MATÉRIA-PRIMA [0051] Sistemas, métodos e equipamentos de purificação (por exemplo, eletrodiálise) podem ser aplicados aos materiais que foram processados conforme descritos acima e também conforme descritos em qualquer parte do presente documento.
[0052] Por exemplo, processos para a conversão de uma matéria prima em açúcares e outros produtos podem incluir, por exemplo, pré-tratar fisicamente opcionalmente a matéria-prima, por exemplo, para reduzir seu tamanho antes e/ou depois deste tratamento, opcionalmente tratar a matéria prima para reduzir sua recalcitrância (por exemplo, por irradiação), e sacarificar a matéria-prima para formar uma solução de açúcar (por exemplo, conforme descrito anteriormente e reiterado e expandido aqui). A sacarificação pode ser realizada através da mistura de uma dispersão da matéria prima em um meio líquido, por exemplo, água com uma enzima, como será discutido em detalhes abaixo. Durante e depois da sacarificação, a mistura (caso a sacarificação seja parcialmente ou completamente realizada a rota) ou solução pode ser transportada, por exemplo, por tubulação, vagão, caminhão ou barcaça, para a usina de produção. Na planta, a solução pode ser bioprocessada, por exemplo, fermentada, para
26/100 produzir um produto ou intermediário desejado, que pode ser então adicionalmente processado, por exemplo, por destilação, eletrodiálise. As etapas de processamento individuais, materiais usados, e exemplos de produtos ou intermediários que podem ser formados serão descritos em detalhes abaixo. Portanto, além destes métodos, sistemas, métodos e equipamentos de purificação (por exemplo, cromatografia de leito móvel simulado) podem ser aplicados, por exemplo, como uma etapa de processamento adicional.
TRATAMENTO POR RADIAÇÃO [0053] A matéria-prima pode ser tratada com radiação para modificar sua estrutura para reduzir sua recalcitrância. Tal tratamento pode, por exemplo, reduzir o peso molecular médio da matéria-prima, mudar a estrutura cristalina da matéria-prima e/ou aumentar a área de superfície e/ou porosidade da matéria-prima. A radiação pode ser por, por exemplo, um feixe de elétrons, feixe de íons, 100 nm a 280 nm de luz ultravioleta (UV), radiação gama ou raio-X. Os tratamentos de radiação e sistemas para tratamentos são discutidos na Patente US N° 8.142.620 e Série do Pedido de Patente US N° 12/417.731, sendo que as divulgações completas são incorporadas a este instrumento por referência.
[0054] Cada forma de radiação ioniza a biomassa por meio de interações particulares, conforme determinado pela energia da radiação. Partículas carregadas pesadas ionizam primeiramente a matéria por meio de dispersão de Coulomb; além disso, estas interações produzem elétrons energéticos que podem, adicionalmente, ionizar a matéria. Partículas alfa são idênticas ao núcleo de um átomo de hélio e são produzidas pelo declínio alfa de vários núcleos radioativos, tais como isótopos de bismuto, polônio, astatina, radônio, frâncio, rádio, vários actinídeos, tais como actínio, tório, urânio, netúnio, cúrio, califórnio, amerício e plutônio. Elétrons interagem por meio de dispersão de Coulomb e radiação de frenagem produzida por alterações na velocidade dos elétrons.
27/100 [0055] Quando partículas são utilizadas, elas podem ser neutras (sem carga), carregadas positivamente ou carregadas negativamente. Quando carregadas, as partículas carregadas podem suportar uma única carga positiva ou negativa, ou cargas múltiplas, por exemplo, uma, duas, três ou mesmo quatro ou mais cargas. Em casos em que uma cisão em cadeia é desejada para mudar a estrutura molecular do material contendo carboidrato, partículas carregadas positivamente podem ser desejáveis, em parte, devido a sua natureza ácida. Quando partículas são utilizadas, as partículas podem ter a massa de um elétron em repouso, ou maior, por exemplo, 500, 1000, 1500, ou 2000 ou mais vezes a massa de um elétron em repouso. Por exemplo, as partículas podem ter uma massa a partir de cerca de 1 unidade atômica a cerca de 150 unidades atômicas, por exemplo, a partir de cerca de 1 unidade atômica a cerca de 50 unidades atômicas, ou a partir de cerca de 1 a cerca de 25, por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 ou 15 unidades atômicas.
[0056] A radiação gama tem a vantagem de uma profundidade de penetração significante em uma variedade de material na amostra.
[0057] Em modalidades em que a irradiação é realizada com a radiação eletromagnética, a radiação eletromagnética pode ter, por exemplo, energia por fóton (em elétron volts) maior do que 102 eV, por exemplo, maior do que 103, 104, 105, 106, ou até mesmo maior do que 107eV. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem energia por fóton dentre 104 e 107, por exemplo, entre 105 e 106 eV. A radiação eletromagnética pode ter uma frequência de, por exemplo, mais do que 1016 Hz, mais do que 1017 Hz, 1018, 1019, 1O20, ou até mesmo mais do que 1021 Hz. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem uma frequência dentre 1018 e 1022 Hz, por exemplo, entre 1019 a 1021 Hz.
[0058] Bombardeamento de elétrons pode ser executado usando um dispositivo de feixe de elétrons que tem uma energia nominal menor do que 10 MeV, por exemplo, menor do que 7 MeV, menor do que 5 MeV ou menor
28/100 do que 2 MeV, por exemplo, a partir de cerca de 0,5 a 1,5 MeV, a partir de cerca de 0,8 a 1,8 MeV, ou a partir de cerca de 0,7 a 1 MeV. Em algumas implementações a energia nominal é de cerca de 500 a 800 keV.
[0059] O feixe de elétrons pode ter uma potência de feixe total relativamente alta (a potência de feixe combinada de todas as cabeças de aceleração, ou, se aceleradores múltiplos forem usados, de todos os aceleradores e todas as cabeças), por exemplo, pelo menos 25 kW, por exemplo, pelo menos 30, 40, 50, 60, 65, 70, 80, 100, 125 ou 150 kW. Em alguns casos, a potência é tão alta quanto 500 kW, 750 kW ou mesmo 1000 kW ou mais. Em alguns casos, o feixe de elétron tem uma potência de feixe de 1200 kW ou mais, por exemplo, 1400, 1600, 1800 ou até 3000 kW.
[0060] Esta alta potência de feixe total é geralmente atingida ao se utilizar múltiplas cabeças de aceleração. Por exemplo, o dispositivo de feixe de elétrons pode incluir dois, quatro ou mais cabeças de aceleração. O uso de múltiplas cabeças, cada uma delas tendo uma potência de feixe relativamente baixa, impede a elevação excessiva de temperatura no material, desse modo, impedindo a queima do material e também aumenta a uniformidade da dose através da espessura da camada de material.
[0061] É geralmente preferível que o leito de material de biomassa tenha uma espessura relativamente uniforme. Em algumas modalidades, a espessura é menor do que cerca de 1 polegada (por exemplo, menor do que cerca de 0,75 polegadas, menor do que cerca de 0,5 polegadas, menor do que cerca de 0,25 polegadas, menor do que cerca de 0,1 polegadas, entre cerca de 0,1 e 1 polegada, entre cerca de 0,2 e 0,3 polegadas).
[0062] É desejável tratar o material o mais rapidamente possível. Em geral, é preferível que o tratamento seja executado a uma taxa de dose maior do que cerca de 0,25 Mrad por segundo, por exemplo, maior do que cerca de 0,5, 0,75, 1, 1,5, 2, 5, 7, 10, 12, 15 ou ainda maior do que cerca de 20 Mrad por segundo, por exemplo, cerca de 0,25 a 2 Mrad por segundo. Taxas de dose maiores permitem uma vazão maior para a dose alvo (por
29/100 exemplo, a desejada). Taxas de dose maiores geralmente exigem velocidades de linha maiores para evitar a decomposição térmica do material. Em uma implementação, o acelerador é configurado para 3 MeV, corrente de feixe de 50 mA e a velocidade de linha é de 24 pés/minuto, para uma espessura de amostra de cerca de 20 mm (por exemplo, material de espiga de milho fragmentado com uma densidade aparente de 0,5 g/cm 3).
[0063] Em algumas modalidades, o bombardeamento de elétron é executado até que o material receba uma dose total de pelo menos 0,1 Mrad, 0,25 Mrad, 1 Mrad, 5 Mrad, por exemplo, pelo menos 10, 20, 30 ou pelo menos 40 Mrad. Em algumas modalidades, o tratamento é executado até que o material receba uma dose de cerca de 10 Mrad a cerca de 50 Mrad, por exemplo, a partir de cerca de 20 a cerca de 40 Mrad, ou a partir de cerca de 25 Mrad a cerca de 30 Mrad. Em algumas implementações, uma dose total de 25 a 35 Mrad é preferencial, idealmente aplicada ao longo de algumas passagens, por exemplo, em 5 Mrad/passagem com cada passagem sendo aplicada por cerca de um segundo. Os métodos, sistemas e equipamentos de refrigeração podem ser usados antes, durante, depois e entre as radiações utilizando, por exemplo, uma rosca transportadora de refrigerador e/ou um transportador vibratório refrigerado.
[0064] Ao serem usadas múltiplas cabeças, conforme discutido acima, o material pode ser tratado em múltiplas passagens, por exemplo, duas passagens em 10 a 20 Mrad/passagem, por exemplo, 12 a 18 Mrad/passagem, separadas por alguns segundos de resfriamento, ou três passagens de 7 a 12 Mrad/passagem, por exemplo, 5 a 20 Mrad/passagem, 10 a 40 Mrad/passagem e 9 a 11 Mrad/passagem. Conforme discutido neste documento, tratar o material com várias doses relativamente baixas ao invés de uma dose alta, tende a impedir superaquecimento do material e também aumenta a uniformidade de dose através da espessura do material. Em algumas implementações, o material
30/100 é agitado ou, de outro modo, misturado durante ou após cada passagem e então espalhado em uma camada uniforme antes da próxima passagem, para intensificar, adicionalmente, a uniformidade de tratamento.
[0065] Em algumas modalidades, os elétrons são acelerados para, por exemplo, uma velocidade maior do que 75 por cento da velocidade da luz, por exemplo, maior do que 85, 90, 95 ou 99% da velocidade da luz.
[0066] Em algumas modalidades, qualquer processamento descrito neste documento ocorre em material lignocelulósico que permanece seco conforme adquirido ou que foi seco, por exemplo, usando calor e/ou pressão reduzida. Por exemplo, em algumas modalidades, o material celulósico e/ou lignocelulósico tem menos do que 25% em peso de água retida, medido em 25°C e em umidade relativa de cinquenta por cento (por exemplo, menor do que cerca de 20% em peso, menor do que cerca de 15% em peso, menor do que cerca de 14% em peso, menor do que cerca de 13% em peso, menor do que cerca de 12 % em peso, menor do que cerca de 10 % em peso, menor do que cerca de 9% em peso, menor do que cerca de 8 % em peso, menor do que cerca de 7% em peso, menor do que cerca de 6% em peso, menor do que cerca de 5 % em peso, menor do que cerca de 4% em peso, menor do que cerca de 3% em peso, a menor de cerca de 2% em peso, menor do que cerca de 1 % em peso ou menor do que cerca de 0,5% em peso.
[0067] Em algumas modalidades, duas ou mais fontes ionizantes podem ser usadas, tais como duas ou mais fontes de elétron. Por exemplo, amostras podem ser tratadas, em qualquer ordem, com um feixe de elétrons seguido por radiação gama e luz UV tendo comprimentos de onda a partir de cerca de 100 nm a cerca de 280 nm. Em algumas modalidades, as amostras são tratadas com três fontes de radiação ionizante, tal como um feixe de elétrons, radiação gama e luz UV energética. A biomassa é transmitida através da zona de tratamento, onde pode ser bombardeada com elétrons.
31/100 [0068] Pode ser vantajoso repetir o tratamento para reduzir minuciosamente a recalcitrância da biomassa e/ou modificar, adicionalmente, a biomassa. Em particular, os parâmetros do processo podem ser ajustados após uma primeira passagem (por exemplo, segunda, terceira, quarta ou mais) dependendo da recalcitrância do material. Em algumas modalidades, um transportador pode ser usado, que inclua um sistema circular onde a biomassa é transportada múltiplas vezes através dos vários processos descritos acima. Em algumas outras modalidades, vários dispositivos do tratamento (por exemplo, geradores do feixe de elétron) são usados tratar múltiplos da biomassa (por exemplo, 2, 3, 4 ou mais) vezes. Ainda em outras modalidades, um gerador de feixe de elétrons único pode ser a fonte de feixes múltiplos (por exemplo, 2, 3, 4 ou mais feixes) que pode ser usado para o tratamento da biomassa.
[0069] A eficácia para mudar a estrutura molecular/supermolecular e/ou reduzir a recalcitrância da biomassa contendo carboidrato depende da energia de elétron usada e da dose aplicada, enquanto o tempo de exposição depende da potência e da dose. Em algumas modalidades, a taxa de dose e a dose total são ajustadas de modo a não destruir (por exemplo, chamuscar ou queimar) o material de biomassa. Por exemplo, os carboidratos não deveríam ser danificados no processamento de modo que possam ser liberados da biomassa intactos, por exemplo, como açúcares monoméricos.
[0070] Em algumas modalidades, o tratamento (com qualquer fonte de elétron ou uma combinação de fontes) é executado até que o material receba uma dose de pelo menos cerca de 0,05 Mrad, por exemplo, pelo menos cerca de 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 2,5, 5,0, 7,5, 10,0, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175 ou 200 Mrad. Em algumas modalidades, o tratamento é executado até que o material receba uma dose entre 0,1-100 Mrad, 1-200, 5-200, 10-200, 5-150, 50-150 Mrad, 5-100,
5-50, 5-40, 10-50, 10-75, 15-50, 20-35 Mrad.
32/100 [0071] Em algumas modalidades, doses relativamente baixas de radiação são utilizadas, por exemplo, para aumentar o peso molecular de um material celulósico ou lignocelulósico (com qualquer fonte de radiação ou combinação de fontes descritas neste documento). Por exemplo, uma dose de pelo menos cerca de 0,05 Mrad, por exemplo, pelo menos cerca de 0,1 Mrad ou pelo menos cerca de 0,25, 0,5, 0,75. 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0 ou pelo menos cerca de 5,0 Mrad. Em algumas modalidades, a irradiação é executada até que o material receba uma dose entre 0,1 Mrad e 2,0 Mrad, por exemplo, entre 0,5 rad e 4,0 Mrad ou entre 1,0 Mrad e 3,0 Mrad.
[0072] Também pode ser desejável irradiar a partir de direções múltiplas, de forma simultânea ou sequencial, a fim de atingir um grau de penetração desejado de radiação no material. Por exemplo, dependendo da densidade e do teor de umidade do material, tal como madeira, e o tipo de fonte de radiação usada (por exemplo, raios gama ou feixe de elétrons), a penetração máxima de radiação no material pode ser apenas cerca de 0,75 polegada. Em tais casos, uma seção mais espessa (até 1,5 polegada) pode ser irradiada ao, primeiramente, irradiar o material a partir de um lado e então virar o material e irradiar a partir do outro lado. A irradiação a partir de múltiplas direções pode ser particularmente útil com radiação de feixe de elétrons, que irradia mais rapidamente do que radiação gama, mas normalmente não atinge uma profundidade de penetração tão grande.
MATERIAIS RADIOPACOS [0073] A etapa de radiação pode incluir processar o material em uma câmara e/ou abrigo, que é construído usando materiais radiopacos. Em algumas implementações, os materiais radiopacos são selecionados para serem capazes de proteger os componentes de raios-X com alta energia (comprimento de onda curto), que podem penetrar muitos materiais. Um fator importante no projeto de um compartimento de proteção de radiação é o comprimento de atenuação dos materiais usados, que irá determinar a
33/100 espessura exigida para um material particular, mescla de materiais ou estruturas em camadas. O comprimento de atenuação é a distância de penetração em que a radiação é reduzida para aproximadamente 1/e (e = número de Euler) vezes o da radiação incidente. Embora praticamente todos os materiais sejam opacos à radiação se espessos o suficiente, materiais contendo um alto percentual composicional (por exemplo, densidade) de elementos que tem um alto valor Z (número atômico) tem um comprimento de atenuação de radiação menor e, deste modo, se tais materiais forem usados uma proteção mais fina e leve pode ser provida. Exemplos de materiais com um alto valor Z que são usados em proteção de radiação são tântalo e chumbo. Outro parâmetro importante em proteção de radiação é a distância de redução, que é a espessura de um material particular que reduzirá a intensidade de raios gama em 50%. Como um exemplo de radiação de raios-x com uma energia de 0,1 MeV, a distância de redução é cerca de 15,1 mm para concreto e cerca de 2,7 mm para chumbo, enquanto com uma energia de raio-X, de 1 MeV, a espessura de redução para concreto é cerca de 44,45 mm e para chumbo é cerca de 7,9 mm. Materiais radiopacos podem ser materiais que são espessos ou finos, desde que eles possam reduzir a radiação que atravessa para o outro lado. Deste modo, caso desejado que um compartimento particular tenha uma espessura de parede baixa, por exemplo, para peso leve ou devido a restrições de tamanho, o material escolhido deve ter um valor Z e/ou comprimento de atenuação suficiente de modo que seu comprimento de redução seja menor ou igual a espessura de parede desejada do compartimento.
[0074] Em alguns casos, o material opaco à radiação pode ser um material em camadas, por exemplo, tendo uma camada de um material com um valor Z maior, para prover uma boa proteção e uma camada de um material com um valor Z menor para prover outras propriedades (por exemplo, integridade estrutural, resistência ao impacto, etc.). Em alguns
34/100 casos, o material em camadas pode ser um laminado de grau Z, por exemplo, incluindo um laminado em que as camadas proveem uma gradação de Z alto através de elementos Z sucessivamente menores. Como descrito previamente neste documento, em alguns casos os materiais opacos à radiação podem ser blocos que se interconectam, por exemplo, blocos de chumbo e/ou concreto podem ser fornecidos pela empresa NELCO Worldwire (Burlington, MA) e cavidades reconfiguráveis podem ser usadas.
[0075] O material opaco à radiação pode reduzir a radiação passando através de uma estrutura (por exemplo, uma parede, uma porta, um teto, um compartimento, uma série destes ou uma combinação destes) formada do material por cerca de pelo menos cerca de 10% (por exemplo, pelo menos cerca de 20%, pelo menos cerca de 30%, pelo menos cerca de 40%, pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 60%, pelo menos cerca de 70%, pelo menos cerca de 80%, pelo menos cerca de 90%, pelo menos cerca de 95%, pelo menos cerca de 96%, pelo menos cerca de 97%, pelo menos cerca de 98%, pelo menos cerca de 99%, pelo menos cerca de 99,9%, pelo menos cerca de 99,99%, pelo menos cerca de 99,999%) em comparação à radiação incidente. Portanto, um compartimento feito de um material radiopaco pode reduzir a exposição de equipamento/sistema/componentes pela mesma quantia. Materiais opacos à radiação podem incluir aço inoxidável, metais com valores Z acima de 25 (por exemplo, chumbo, ferro), concreto, terra, areia e combinações destes. Os materiais radiopacos podem incluir uma barreira no sentido na radiação incidente de no mínimo aproximadamente 1 mm (por exemplo: 5 mm, 10 mm, 5 cm, 10 cm, 100 cm, 1 m, 10 m).
FONTES DE RADIAÇÃO [0076] O tipo de radiação determina os tipos de fontes de radiação usados, assim como os dispositivos de radiação e equipamento associado. Os métodos, sistemas e equipamentos descritos neste documento, por
35/100 exemplo, para tratar materiais com radiação, podem utilizar fontes como descritas neste documento, assim como qualquer outra fonte útil.
[0077] Fontes de raios gama incluem núcleos radioativos, tais como isótopos de cobalto, cálcio, tecnécio, cromo, gálio, índio, iodo, ferro, crípton, samário, selênio, sódio, tálio e xénon.
[0078] Fontes de raios X incluem colisão de feixe de elétrons com alvos metálicos, tais como tungstênio ou molibdênio ou ligas, ou fontes de luz compactas, tais como aquelas produzidas comercialmente por Lyncean.
[0079] Partículas alfa são idênticas ao núcleo de um átomo de hélio e são produzidas pelo declínio alfa de vários núcleos radioativos, tais como isótopos de bismuto, polônio, astatina, radônio, frâncio, rádio, vários actinídeos, tais como actínio, tório, urânio, netúnio, cúrio, califórnio, amerício e plutônio.
[0080] Fontes para radiação ultravioleta incluem deutério ou lâmpadas de cádmio.
[0081] Fontes para radiação infravermelha incluem lâmpadas cerâmicas de janela de safira, zinco ou seleneto.
[0082] Fontes para micro-ondas incluem clístrons, fontes RF tipo Slevin ou fontes de feixe de átomo que empregam gases hidrogênio, oxigênio ou nitrogênio.
[0083] Aceleradores usados para acelerar as partículas (por exemplo, elétrons ou íons) podem ser DC (por exemplo, DC eletrostática ou DC eletrodinâmica) RF linear, indução magnética linear ou onda contínua. Por exemplo, vários dispositivos de irradiação podem ser utilizados nos métodos divulgados neste documento, incluindo fontes de ionização de campo, separadores de íon eletrostáticos, geradores de ionização de campo, fontes de emissão termiônica, fontes de íons de descarga de microondas, aceleradores de recirculação ou estáticos, aceleradores lineares dinâmicos, aceleradores de van de Graaff, aceleradores de Cockroft Walton (por exemplo, aceleradores PELLETRON ®), LINACS, Dinamitrons (por
36/100 exemplo, aceleradores DYNAMITRON®), ciclotrons, sincrotrons, betatrons, aceleradores de tipo transformador, microtrons, geradores de plasma, aceleradores de cascata e aceleradores dobrados tandem. Por exemplo, aceleradores tipo ciclotron são disponibilizados pela empresa IBA, Bélgica, tal como o sistema RHODOTRON™, enquanto aceleradores tipo DC são disponibilizados pela empresa RDI, atual IBA Industrial, tal como DYNAMITRON®. Outros sistemas aceleradores adequados incluem, por exemplo: Sistemas de tipo transformador de núcleo isolado DC (ICT), disponibilizados pela Nissin High Voltage, Japão; S-band LINACs, disponibilizado pela L3-PSD (EUA), Linac Systems (França), Mevex (Canadá) e Mitsubishi Heavy Industries (Japão); L-band LINACs, disponibilizado pela lotron Industries (Canadá); e aceleradores com base em ILU, disponibilizados pela Budker Laboratories (Rússia). íons e aceleradores de íons são discutidos em Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206; Chu, William T., Overview of Light-Ion Beam Therapy, Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 March 2006; Iwata, Y. et al., Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-Ion Medical Accelerators, Proceedings of EPAC 2006, Edinburgh, Scotland; e Leaner, CM. et al., Status of the Superconducting ECR Ion Source Venus, Proceedings of EPAC 2000, Viena, Áustria. Alguns aceleradores de partículas e seus usos são divulgados, por exemplo, na Pat. U.S. N° 7.931.784 para Medoff, cuja divulgação completa é incorporada neste documento por referência.
[0084] Elétrons podem ser produzidos por núcleos radioativos que se submetem por declínio beta, tais como isótopos de iodo, césio, tecnécio e irídio. Alternativamente, um canhão de elétrons pode ser usado como uma fonte de elétrons por meio de emissão termiônica e acelerado através de um potencial de aceleração. Um canhão de elétrons gera elétrons, que são então acelerados através de um grande potencial (por exemplo, maior que aproximadamente 500 mil, maior que aproximadamente 1 milhão, maior do
37/100 que aproximadamente 2 milhões, maior do que aproximadamente 5 milhões, maior do que aproximadamente 6 milhões, maior do que aproximadamente 7 milhões, maior do que aproximadamente 8 milhões, maior do que aproximadamente 9 milhões, ou até mesmo maior do que 10 milhões de volts) e em seguida, examinados magneticamente no plano x-y, onde os elétrons são inicialmente acelerados na direção Z tubo de acelerador abaixo e extraídos através de uma janela de lâmina. Examinar os feixes de elétrons é útil para aumentar a superfície de irradiação ao irradiar materiais, por exemplo, uma biomassa, que é transportada através do feixe examinado. Examinar o feixe de elétrons também distribui a carga térmica homogeneamente na janela e ajuda a reduzir a ruptura da janela de lâmina devido ao aquecimento local pelo feixe de elétrons. Ruptura de janela de lâmina é uma causa de inatividade significativa devido a reparos necessários subsequentes e reinicio do canhão de elétrons.
[0085] Vários outros dispositivos de irradiação podem ser usados nos métodos divulgados neste documento, incluindo fontes de ionização de campo, separadores de íons eletrostáticos, geradores de ionização de campo, fontes de emissão termiônica, fontes de íons de descarga de microondas, aceleradores de recirculação ou estáticos, aceleradores lineares dinâmicos, aceleradores de van de Graaff e aceleradores tandem dobrados. Tais dispositivos são divulgados, por exemplo, na Pat. U.S. N° 7.931.784 para Medoff, cuja divulgação completa é incorporada neste documento por referência.
[0086] Um feixe de elétrons pode ser usado como a fonte de radiação. Um feixe de elétrons tem as vantagens das altas taxas de dose (por exemplo, 1, 5 ou até 10 Mrad por segundo), alta vazão, menos contenção e menos equipamento de confinamento. Os feixes de elétrons também podem ter a eficiência elétrica elevada (por exemplo, 80%), permitindo um menor uso de energia em relação aos outros métodos de radiação, que podem resultar em um menor custo de operação e uma
38/100 menor emissão de gases do efeito estufa correspondente à menor quantia de energia usada. Os feixes de elétrons podem ser gerados, por exemplo, por geradores eletrostáticos, por geradores de cascata, por geradores transformadores, por aceleradores de baixa energia com sistema de varredura, aceleradores de baixa energia com cátodo linear, aceleradores lineares e aceleradores pulsados.
[0087] Elétrons também podem ser mais eficientes em causar mudanças na estrutura molecular dos materiais contendo carboidrato, por exemplo, pelo mecanismo de cisão em cadeia. Além disso, os elétrons com energias de 0.5-10 MeV podem penetrar materiais de baixa densidade, tais como os materiais de biomassa descritos neste documento, por exemplo, materiais, tendo uma densidade de massa inferior a 0,5 g/cm3 e uma profundidade de 0,3-10 cm. Os elétrons como uma fonte de radiação ionizante podem ser úteis, por exemplo, para materiais de pilhas relativamente finas, de camadas ou de leitos, por exemplo, menores do que cerca de 0,5 poleada, por exemplo, menores do que cerca de 0,4 polegada, 0,3 polegada, 0,25 polegada ou menor do que cerca de 0,1 polegada. Em algumas modalidades, a energia de cada elétron do feixe de elétrons é de cerca de 0,3 MeV a cerca de 2,0 MeV (milhões de elétron-volts), por exemplo, a partir de cerca de 0,5 MeV a cerca de 1,5 MeV, ou a partir de cerca de 0,7 MeV a cerca de 1,25 MeV. Métodos de irradiação de materiais são discutidos na Publicação de Pedido de Patente U.S. 2012/0100577 A1, depositado em 18 de outubro de 2011, cuja divulgação inteira é incorporada neste documento por referência.
[0088] Dispositivos de irradiação de feixe de elétrons podem ser obtidos comercialmente ou construídos. Por exemplo, elementos ou componentes de tais indutores, capacitores, revestimentos, fontes de alimentação, cabos, fiação, sistemas de controle de voltagem, elementos de controle de corrente, material isolante, microcontroladores e equipamento de refrigeração podem ser comprados e montados em um
39/100 dispositivo. Opcionalmente, um dispositivo comercial pode ser modificado e/ou adaptado. Por exemplo, dispositivos e componentes podem ser comprados de qualquer uma das fontes comerciais descritas neste documento, incluindo Ion Beam Applications (Louvain-la-Neuve, Bélgica), NHV Corporation (Japão), the Titan Corporation (San Diego, CA), Vivirad High Voltage Corp (Billerica, MA) e/ou Budker Laboratories (Rússia). Energias de elétrons típicas podem ser 0,5 MeV, 1 MeV, 2 MeV, 4,5 MeV,
7,5 MeV ou 10 MeV. Potência de dispositivo de irradiação de feixe de elétrons típica pode ser 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 50 kW, 60 kW, 70 kW, 80 kW, 90 kW, 100 kW, 125 kW, 150 kW, 175 kW, 200 kW, 250 kW, 300 kW, 350 kW, 400 kW, 450 kW, 500 kW, 600 kW, 700 kW, 800 kW, 900 kW ou mesmo 1000 kW. Aceleradores que podem ser usados incluem irradiadores NHV de energia média série EPS-500 (por exemplo, aceleradores de voltagem 500 kV e 65, 100 ou 150 mA de corrente de feixe), EPS-800 (por exemplo, acelerador de voltagem 800 kV e 65 ou 100 mA de corrente de feixe), ou EPS-1000 (por exemplo, acelerador de voltagem 1000 kV e 65 ou 100 mA de corrente de feixe). Além disso, aceleradores da série de alta energia de NHV podem ser usados, tais como EPS-1500 (por exemplo, acelerador de voltagem 1500 kV e 65 mA de corrente de feixe), EPS-2000 (por exemplo, acelerador de voltagem 2000kV e 50 mA de corrente de feixe), EPS-3000 (por exemplo, acelerador de voltagem 3000 kV e 50mA de corrente de feixe) e EPS-5000 (por exemplo, 5000 e 30 mA de corrente de feixe).
[0089] Implicações em considerar especificações de alimentação de dispositivo de irradiação de feixe de elétrons incluem custo para operar, custos de capital, depreciação e área ocupada do dispositivo. Implicações em considerar os níveis de dose de exposição de irradiação de feixe de elétrons seriam os custos de energia e preocupações com o meio ambiente, segurança e saúde (ESH). Normalmente, os geradores estão alojados em uma câmara, por exemplo, de chumbo ou concreto,
40/100 especial mente para a produção de raios-x que são gerados no processo. Implicações em considerar as energias de elétrons incluem os custos com energia.
[0090] O dispositivo de irradiação de feixe de elétrons pode produzir um feixe fixo ou um feixe de varredura. Um feixe de varredura pode ser vantajoso com grande comprimento de varredura de verificação e alta velocidade de verificação, pois isto iria substituir de forma eficaz uma grande largura de feixe fixa. Adicionalmente, larguras de varredura disponíveis de 0,5 m, 1 m, 2 m ou mais estão disponíveis. O feixe de verificação é preferido na maioria das modalidades descritas aqui por causa da maior largura de varredura, reduzida possibilidade de aquecimento local, gerando falha das janelas.
CANHÕES DE ELÉTRONS - JANELAS [0091] O sistema de extração para um acelerador de elétrons pode incluir duas lâminas de janela. O gás de resfriamento no sistema de extração de janela de duas lâminas pode ser um gás de purga ou uma mistura, por exemplo, ar ou um gás puro. Em uma modalidade, o gás é um gás inerte, tal como nitrogênio, argônio, hélio e/ou dióxido de carbono. É preferencial usar um gás ao invés de um líquido, uma vez que as perdas de energia para o feixe de elétrons são minimizadas. Misturas de gás puro também podem ser usadas, ou pré-misturadas ou misturadas em linha antes de colidirem na janela ou no espaço entre as janelas. O gás de refrigeração pode ser refrigerado, por exemplo, ao se usar um sistema de troca de calor (por exemplo, uma máquina resfriadora) e/ou ao se usar fervura de um gás condensado (por exemplo, nitrogênio líquido, hélio líquido). As lâminas de janela são descritas em PCT/US2013/64332, depositado em 10 de outubro de 2013, cuja divulgação integral é incorporada por referência neste documento.
AQUECIMENTO E VAZÃO DURANTE TRATAMENTO DE RADIAÇÃO [0092] Vários processos podem ocorrer na biomassa quando elétrons
41/100 de um feixe de elétrons interagem com a matéria em colisões inelásticas. Por exemplo, ionização do material, cisão em cadeia de polímeros no material, reticulação de polímeros no material, oxidação do material, geração de raios X (“Bremsstrahlung”) e excitação por vibração de moléculas (por exemplo, geração de fônon). Sem ser vinculado a um mecanismo em especial, a redução da recalcitrância pode ser devido aos vários desses efeitos de colisões inelásticas, por exemplo, ionização, cisão em cadeia de polímeros, oxidação e geração de fônon. Alguns dos efeitos (por exemplo, especialmente a geração de raios X) necessitam de proteção e barreiras de engenharia, por exemplo, envolver os processos de irradiação em uma cavidade de concreto (ou outro material opaco a radiação). Outro efeito de irradiação, excitação vibracional, é equivalente a aquecer a amostra. Aquecer a amostra por irradiação pode ajudar na redução de recalcitrância, mas o aquecimento excessivo pode destruir o material, conforme será explicado abaixo.
[0093] O aumento da temperatura adiabática (ΔΤ) a partir da absorção da radiação ionizante é dada pela equação: ΔΤ = D/Cp: em que D é a dose média em kGy, Cp é a capacidade de calor em J/g °C, e ΔΤ é a mudança de temperatura em °C. Um material de biomassa seco típico terá a capacidade térmica próxima a 2. A biomassa úmida terá uma capacidade de calor mais elevada dependente da quantidade de água, pois a capacidade de calor da água é muito alta (4,19 J/g °C). Metais têm capacidades de calor muito menores, por exemplo, aço inoxidável tipo 304 tem uma capacidade térmica de 0,5 J/g °C. A mudança de temperatura devido à adsorção instantânea de radiação em uma biomassa e aço inoxidável para várias doses de radiação é mostrada abaixo.
Aumento de Temperatura Calculado para biomassa e aço inoxidável.
Dose (Mrad) ΔΤ de Biomassa Estimado (°C) ΔΤ de Aço (°C)
10 50 200
42/100
50 250, Decomposição 1000
100 500, Decomposição 2000
150 750, Decomposição 3000
200 1000, Decomposição 4000
[0094] Altas temperaturas podem destruir e ou modificar os biopolimeros em biomassa, de modo que os polímeros {por exemplo, a celulose) são inadequados para processamento adicional. A biomassa submetida a altas temperaturas pode se tornar escura, pegajosa e gerar odores que indicam a decomposição. A viscosidade pode até mesmo tornar o material difícil de transportar. Os odores podem ser desagradáveis e ser uma questão de segurança. De fato, verificou-se que manter a biomassa abaixo de cerca de 200 °C é benéfico nos processos descritos neste documento {por exemplo, abaixo de cerca de 190 °C, abaixo de cerca de 180 °C, abaixo de cerca de 170 °C, abaixo de cerca de 160 °C, abaixo de cerca de 150 °C, abaixo de cerca de 140 °C, abaixo de cerca de 130 °C, abaixo de cerca de 120 °C, abaixo de cerca de 110 °C, entre cerca de 60 °C e 180 °C, entre cerca de 60 °C e 160 °C, entre cerca de 60 °C e 150 °C, entre cerca de 60 °C e 140 °C, entre cerca de 60 °C e 130 °C, entre cerca de 60 °C e 120 °C, entre cerca de 80 °C e 180 °C, entre cerca de 100 °C e 180 °C, entre cerca de 120 °C e 180 °C, entre cerca de 140 °C e 180 °C, entre cerca de 160 °C e 180 °C, entre cerca de 100 °C e 140 °C, entre cerca de 80 °C e 120 °C).
[0095] Descobriu-se que irradiação acima de cerca de 10 Mrad é desejável para os processos descritos neste documento (por exemplo, redução de recalcitrância). Uma alta vazão também é desejável de modo que a irradiação não se torne limitante no processamento da biomassa. O tratamento é gerido por uma equação de taxa de dose: M = FP/D tempo, onde M é a massa de material irradiado (kg), F é a fração de potência que é adsorvida (unidade inferior), P é a potência emitida (kW= Voltagem em MeV x Corrente em mA), tempo é o tempo de tratamento (seg) e D é a dose
43/100 adsorvida (kGy). Em um processo exemplar onde a fração da potência absorvida é fixa, a Potência emitida é constante e a dosagem estabelecida é desejada, a vazão (por exemplo, M, a biomassa processada) pode ser aumentada ao se aumentar o tempo de irradiação. Entretanto, aumentar o tempo de irradiação sem permitir que o material resfrie pode aquecer o material de forma excessiva, conforme exemplificado pelos cálculos mostrados acima. Visto que a biomassa tem uma condutividade térmica baixa (menos de aproximadamente 0,1 Wm'1K‘1), a dissipação de calor é lenta, diferentemente, por exemplo, dos metais (maiores do que aproximadamente 10 Wm'1K'1) que podem dissipar a energia rapidamente contanto que haja um dissipador de calor para o qual transferir a energia.
CANHÕES DE ELÉTRONS - LIMITADORES DE FEIXE [0096] Em algumas modalidades, os sistemas e métodos incluem um limitador de feixe (por exemplo, um obturador). Por exemplo, o limitador de feixe pode ser usado para rapidamente limitar ou reduzir a irradiação do material sem desligar o dispositivo de feixe de elétrons. De forma alternativa, o limitador de feixe pode ser usado enquanto energiza-se o feixe de elétrons, por exemplo, o limitador de feixe pode limitar o feixe de elétrons até uma corrente de feixe de um nível desejado ser alcançada. O limitador de feixe pode ser colocado entre a janela de película primária e janela de película secundária. Por exemplo, o limitador de feixe pode ser montado de modo que seja móvel, isto é, de modo que ele possa ser movido para dentro e fora do caminho do feixe. Até mesmo cobertura parcial do feixe pode ser usada, por exemplo, para controlar a dose de irradiação. O limitador de feixe pode ser montado no solo, a um transportador para a biomassa, a uma parede, ao dispositivo de radiação (por exemplo, na haste de verificação) ou a qualquer suporte estrutural. Preferencialmente o limitador de feixe é fixo em relação à haste de verificação de modo que o feixe possa ser eficazmente controlado pelo limitador do feixe. O limitador de feixe pode incorporar uma dobradiça, um
44/100 trilho, rodas, fendas ou outros meios, permitindo a sua operação de moverse para dentro e fora do feixe. O limitador de feixe pode ser feito de qualquer material que irá limitar pelo menos 5% dos elétrons, por exemplo, pelo menos 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, pelo menos 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% ou mesmo cerca de 100% dos elétrons.
[0097] O limitador de feixe pode ser feito de um metal incluindo, mas não limitado a, aço inoxidável, chumbo, ferro, molibdénio, prata, ouro, titânio, alumínio, estanho ou ligas destes, ou laminados (materiais em camadas) feito com tais metais (por exemplo, cerâmica revestida por metal, polímero revestido por metal, compostos revestidos por metal, materiais de metal de multicamadas).
[0098] O limitador de feixe pode ser refrigerado, por exemplo, com um fluido de refrigeração, tal como uma solução aquosa ou um gás. O limitador de feixe pode ser parcialmente ou completamente oco, por exemplo, com cavidades. Espaços interiores do limitador de feixe podem ser usados por fluidos e gases de arrefecimento. O limitador de feixe pode ser de qualquer formato, incluindo formatos planos, curvados, redondos, ovais, quadrados, retangulares, chanfrados e em forma de cunha.
[0099] O limitador de feixe pode ter perfurações de forma a permitir que alguns elétrons passem controlando, deste modo, (por exemplo, reduzindo) os níveis de radiação em toda a área da janela, ou em regiões específicas da janela. O limitador de feixe pode ser uma malha formada, por exemplo, de fibras ou fios. Múltiplos limitadores de feixe podem ser usados, juntos ou de forma independente, para controlar a irradiação. O limitador de feixe pode ser controlado remotamente, por exemplo, por sinal de rádio ou ligado a um motor para mover o feixe para dentro ou para fora de posição.
DEFLETORES DE FEIXE [00100] As modalidades divulgadas neste documento também
45/100 podem incluir um defletor de feixe ao utilizar um tratamento de radiação. Um dos propósitos do defletor de feixe é absorver de forma segura um feixe de partículas carregadas. Assim como um limitador de feixe, um defletor de feixe pode ser usado para bloquear o feixe de partículas carregadas. Entretanto, um defletor de feixe é muito mais robusto do que um limitador de feixe e destina-se a bloquear a potência total do feixe de elétrons por um período de tempo prolongado. Eles são frequentemente usados para bloquear o feixe enquanto o acelerador está sendo iniciado.
[00101] Defletores de feixe também são projetados para acomodar o calor gerado por tais feixes, e são normalmente feitos de materiais, tais como cobre, alumínio, carbono, berílio, tungstênio, ou mercúrio. Defletores de feixe podem ser refrigerados, por exemplo, usando um fluido de refrigeração que pode estar em contato térmico com o defletor de feixe.
MATERIAIS DE BIOMASSA [00102] Materiais lignocelulósicos incluem, mas são não limitado a, madeira, placa de partícula, resíduos florestais (por exemplo, serragem, madeira de álamo tremedor, lascas de madeira), gramas, (por exemplo, swicthgrass, miscanthus, grama-corda, junco-de-canário), resíduos de grãos, (por exemplo, cascas de arroz, casca de aveia, casca do trigo, cascas de cevada), resíduos agrícolas (por exemplo, silagem, palha de canola, palha de trigo, palha de cevada, palha de aveia, palha de arroz, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, espigas de milho, palha de milho, caules e folhas de soja, fibra de milho, alfafa, feno, cabelo de coco), resíduos de processamento de açúcar (por exemplo, bagaço, polpa de beterraba, bagaço de agave), algas, alga marinha, estrume, esgoto e misturas de qualquer um destes.
[00103] Em alguns casos, o material lignocelulósico inclui espigas de milho. Espigas de milho trituradas ou moídas mecanicamente podem ser espalhadas em uma camada de espessura relativamente uniforme para irradiação, e após a irradiação são fáceis de dispersar no meio para
46/100 processamento adicional. Para facilitar a colheita e coleta, em alguns casos a planta de milho inteira é usada, incluindo o talo de milho, grãos de milho, e em alguns casos, até mesmo o sistema radicular da planta.
[00104] Vantajosamente, nenhum nutriente adicional (que não seja uma fonte de nitrogênio, por exemplo, uréia ou amônia) é exigido durante a fermentação de espigas de milho ou materiais celulósicos ou lignocelulósicos contendo quantias significativas de espigas de milho.
[00105] Espigas de milho, antes e após a fragmentação, também são mais fáceis de transportar e dispersar e têm menor tendência a formar misturas explosivas no ar do que outros materiais celulósicos ou lignocelulósicos, tais como feno e gramíneas.
[00106] Materiais celulósicos incluem, por exemplo, papel, produtos de papel, resíduos de papel, pasta de papel, papéis pigmentados, papéis carregados, papéis revestidos, papéis preenchidos, revistas, materiais impressos (por exemplo, livros, catálogos, manuais, rótulos, calendários, cartões postais, folhetos, prospectos, papel de jornal), papel de impressora, papel polirrevestido, cartolina, cartão, papelão, materiais com alto teor de celulose, como algodão e misturas de qualquer um destes. Por exemplo, produtos de papel conforme descrito no Pedido U.S. N° 13/396.365 (“Magazine Feedstocks” por Medoff et al., depositado em 14 de fevereiro de 2012), cuja divulgação completa é incorporada aqui por referência.
[00107] Matérias celulósicas também podem incluir materiais lignocelulósicos que foram parcialmente ou completamente deslignificados.
[00108] Em alguns casos, outros materiais de biomassa podem ser utilizados, por exemplo, materiais ricos em amido. Materiais ricos em amido incluem o próprio amido, por exemplo, amido de milho, amido de trigo, amido de batata ou amido de arroz, um derivado de amido ou um material que inclui amido, tal como um produto de alimento comestível ou uma colheita. Por exemplo, o material rico em amido pode ser mandioquinha, trigo-sarraceno, banana, cevada, mandioca, kudzu, ocra, sagu, sorgo,
47/100 batatas domésticas regulares, batata doce, taro, inhames ou um ou mais feijões, como favas, lentilhas ou ervilhas. Misturas de dois ou mais materiais amiláceos também são materiais amiláceos. Misturas de materiais amiláceos, celulósicos e ou lignocelulósicos também podem ser usadas. Por exemplo, a biomassa pode ser uma planta inteira, uma parte de uma planta ou diferentes partes de uma planta, por exemplo, uma planta de trigo, algodoeiro, uma planta de milho, planta de arroz ou uma árvore. Os materiais amiláceos podem ser tratados por qualquer um dos métodos descritos neste documento.
[00109] Materiais microbianos que podem ser usados como insumo podem incluir, mas são não limitado a, qualquer micro-organismo ou organismo ocorrendo natural ou geneticamente modificado que contém ou é capaz de prover uma fonte de carboidratos (por exemplo, celulose), por exemplo, protistas, por exemplo, animais protistas (por exemplo, protozoários, tais como flagelados, amebóides, ciliados e sporozoa) e protistas de planta (por exemplo, algas, como Alveolatas, Chlorarachniophytas, Cryptomonands, Euglenoideas, Glaucophytas, Haptophytas, algas vermelhas, stramenopilas e viridaeplantae). Outros exemplos incluem alga marinha, plâncton (por exemplo, macroplâncton, mesoplâncton, microplâncton, nanoplâncton, picoplâncton e femtoplâncton), fitoplâncton, bactérias (por exemplo, bactérias gram positivo, bactérias gram negativo e extremófilos), levedura e/ou misturas destes. Em alguns casos, a biomassa microbiana pode ser obtida de fontes naturais, por exemplo, o oceano, lagos, corpos de água, por exemplo, água salgada ou água doce, ou na terra. De forma alternativa ou, além disso, a biomassa microbiana pode ser obtida a partir de sistemas de cultura, por exemplo, cultura seca e molhada em grande escala e sistemas de fermentação.
[00110] Em outras modalidades, os materiais de biomassa, tais como materiais de insumo celulósicos, ricos em amido e lignocelulósicos, podem ser obtidos a partir de microrganismos transgênicos e plantas que tenham
48/100 sido modificadas com relação a uma variedade de tipo selvagem. Tais modificações podem ser, por exemplo, através das etapas iterativas de seleção e cultivo para obter traços desejados em uma planta. Além disso, as plantas podem ter tido material genético removido, modificado, silenciado e/ou adicionado no que diz respeito à variedade de tipo selvagem. Por exemplo, plantas geneticamente modificadas podem ser produzidas por métodos de DNA recombinante, onde as modificações genéticas incluem introduzir ou modificar genes específicos de variedades parentais, ou, por exemplo, ao se usar reprodução transgênica em que um gene ou genes específicos são introduzidos a uma planta de uma espécie diferente de planta e/ou bactérias. Outra forma de criar a variação genética é através de reprodução de mutação em que novos alelos são artificialmente criados a partir de genes endógenos. Os genes artificiais podem ser criados por uma variedade das formas, incluindo tratar plantas ou sementes com, por exemplo, mutagênicos químicos (por exemplo, usando agentes alquilantes, epóxidos, alcalóides, peróxidos, formaldeídos), irradiação (por exemplo, raios X, raios gama, nêutrons, partículas beta, partículas alfa, prótons, dêuterons, radiação UV) e choques térmicos ou outras pressões externas e técnicas de seleção subsequentes. Outros métodos para prover genes modificados são através de PCR propenso a erros e embaralhamento de DNA seguido por inserção do DNA modificado desejado na planta ou semente desejada. Métodos de introdução da variação genética desejada nas sementes ou planta incluem, por exemplo, o uso de um transportador bacteriano, biobalísticas, precipitação de fosfato de cálcio, eletroporação, splicing do gene, silenciamento genético, lipofecção, microinjeção e transportadores virais. Os materiais geneticamente modificados adicionais foram descritos na Série do Pedido US N° 13/396.369 depositado em 14 de fevereiro de 2012, cuja publicação completa é incorporada aqui por referência. Qualquer um dos métodos descritos neste documento pode ser praticado com misturas de quaisquer
49/100 materiais de biomassa descritos neste documento.
PREPARAÇÃO DE MATERIAL DE BIOMASSA - TRATAMENTOS MECÂNICOS [00111] A biomassa pode estar em uma forma seca, por exemplo, com menos do que cerca de 35% de teor de umidade (por exemplo, menos do que cerca de 20%, menos do que cerca de 15%, menos do que cerca de 10%, menos do que cerca de 5%, menos do que cerca de 4%, menos do que cerca de 3%, menos do que cerca de 2% ou até mesmo menos do que cerca de 1%). A biomassa também pode ser distribuída em estado úmido, por exemplo, como um sólido úmido, uma pasta ou uma suspensão com pelo menos cerca de 10% em peso de sólidos (por exemplo, pelo menos cerca de 20% em peso, pelo menos cerca de 30% em peso, pelo menos cerca de 40% em peso, pelo menos cerca de 50% em peso, pelo menos cerca de 60% em peso, pelo menos cerca de 70% em peso).
[00112] Os processos divulgados aqui podem utilizar materiais de baixa densidade volumétrica, por exemplo: matérias-primas celulósicas ou lignocelulósicas que tenham sido pré-tratadas fisicamente para ter uma densidade volumétrica inferior a aproximadamente 0,75 g/cm3, por exemplo, menos do que aproximadamente 0,7, 0,65, 0,60, 0,50, 0,35, 0,25, 0,20, 0,15, 0,10, 0,05 ou menos, por exemplo, menos do que aproximadamente 0,025 g/cm3. A densidade volumétrica é determinada utilizando-se ASTM D1895B. Resumidamente, o método envolve o preenchimento de uma proveta de volume conhecido com uma amostra e a obtenção de um peso da amostra. A densidade volumétrica é calculada ao se dividir o peso da amostra em gramas pelo volume conhecido do cilindro em centímetros cúbicos. Se desejado, materiais de baixa densidade aparente podem ser densificados, por exemplo, pelos métodos descritos na Pat. U.S. N° 7.971.809 para Medoff, cuja divulgação completa é incorporada por referência neste documento.
[00113] Em alguns casos, o processamento de pré-tratamento inclui
50/100 triagem do material de biomassa. A triagem pode ser através de uma malha ou placa perfurada com um tamanho de abertura desejado, por exemplo, menor do que cerca de 6,35 mm (1/4 de polegada, 0,25 polegada), (por exemplo, menor do que cerca de 3,18 mm (1/8 de polegada, 0,125 polegada), menor do que cerca de 1,59 mm (1/16 de polegada, 0,0625 polegada), é menor do que cerca de 0,79 mm (1/32 de polegada, 0.03125 polegada), por exemplo, menor do que cerca de 0.51 mm (1/50 de polegada, 0,02000 polegada), menor do que cerca de 0,40 mm (1/64 de polegada, 0.015625 polegada), menor do que cerca de 0.23 mm (0.009 polegada), menor do que cerca de 0,20 mm (1/128 de polegada, 0,0078125 polegada), menor do que cerca de 0,18 mm (0,007 polegada), menor do que cerca de 0,13 mm (0,005 polegada) ou mesmo menor do que cerca de 0,10 mm (1/256 de polegada, 0,00390625 polegada). Em uma configuração, a biomassa desejada cai através de perfurações ou tela e, deste modo, a biomassa maior do que as perfurações ou tela não é irradiada. Estes materiais maiores podem ser reprocessados, por exemplo, ao se fragmentar, ou podem simplesmente ser removidos do processamento. Em outra configuração, o material que for maior do que a perfuração é irradiado e o menor material é removido pelo processo de triagem ou reciclado. Neste tipo de configuração, o próprio transportador (por exemplo, uma parte do transportador) pode ser perfurado ou feito com uma malha. Por exemplo, em uma modalidade particular o material de biomassa pode ser molhado e as perfurações ou malha permitem drenar a água da biomassa antes da irradiação.
[00114] A triagem de material também pode ser por um método manual, por exemplo, por um operador ou robô (por exemplo, um robô equipado com uma cor, refletividade ou outro sensor) que remove o material indesejado. A triagem também pode ser por triagem magnética, em que um ímã é disposto perto do material transportado e o material magnético é removido magneticamente.
51/100 [00115] Processamento de pré-tratamento opcional pode incluir aquecer o material. Por exemplo, uma parte do transportador transportando o material ou outro material pode ser enviada através da zona aquecida. A zona aquecida pode ser criada, por exemplo, por radiação IR, micro-ondas, combustão (por exemplo, gás, carvão, petróleo, biomassa), aquecimento resistivo e/ou bobinas indutivas. O calor pode ser aplicado a partir de pelo menos um ou mais do que um lado, pode ser contínuo ou periódico e pode ser por apenas uma porção do material ou todo o material. Por exemplo, uma porção do transporte pode ser aquecida pelo uso de um isolador de metal. O aquecimento pode ser, por exemplo, para propósito de secagem do material. No caso de secagem do material, isto pode também ser facilitado, com ou sem aquecimento, pelo movimento de um gás (por exemplo, ar, oxigênio, nitrogênio, He, CO2, argônio) sobre e/ou através da biomassa, conforme ela estiver sendo transportada.
[00116] Opcionalmente, processamento de pré-tratamento pode incluir refrigerar o material. O material de refrigeração é descrito na Pat. U.S. N° 7.900.857 para Medoff, cuja divulgação é incorporada neste documento por referência. Por exemplo, a refrigeração pode ser ao se fornecer um fluido de refrigeração, por exemplo, água (por exemplo, com glicerol) ou nitrogênio (por exemplo, nitrogênio líquido) para o fundo do transporte. Alternativamente, um gás de refrigeração, por exemplo, nitrogênio resfriado pode ser soprado sobre os materiais de biomassa ou sob o sistema de transporte.
[00117] Outro método de processamento de pré-tratamento opcional pode incluir adicionar um material à biomassa ou outros insumos. O material adicional pode ser adicionado, por exemplo, ao se regar, polvilhar e/ou despejar o material sobre a biomassa, conforme ela é transportada. Materiais que podem ser adicionados incluem, por exemplo, metais, cerâmica e/ou íons conforme descrito na Publicação de Pedido de Patente U.S. 2010/0105119 A1 (depositado em 26 de outubro de 2009) e
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Publicação de Pedido de Patente U.S. 2010/0159569 A1 (depositado em 16 de dezembro de 2009), cujas divulgações completas são incorporadas neste documento por referência. Materiais opcionais que podem ser adicionados incluem ácidos e bases. Outros materiais que podem ser adicionados são oxidantes (por exemplo, peróxidos, cloratos), polímeros, monômeros polimerizáveis (por exemplo, contendo ligações insaturadas), água, catalisadores, enzimas e/ou organismos. Os materiais podem ser adicionados, por exemplo, em forma pura, como uma solução em um solvente (por exemplo, água ou um solvente orgânico) e/ou como uma solução. Em alguns casos, o solvente é volátil e pode ser evaporado, por exemplo, ao se aquecer e/ou soprar gás conforme descrito anteriormente. O material adicionado pode formar um revestimento uniforme sobre a biomassa ou ser uma mistura homogênea de diferentes componentes (por exemplo, biomassa e material adicional). O material adicionado pode modular a etapa de irradiação subsequente ao se aumentar a eficiência da irradiação, amortecendo a irradiação ou mudando o efeito da irradiação (por exemplo, a partir de feixes de elétrons para raios-X ou calor). O método pode não ter nenhum impacto sobre a irradiação, mas pode ser útil para processamento a jusante adicional. O material adicionado pode ajudar a transportar o material, por exemplo, ao diminuir os níveis de poeira.
[00118] A biomassa pode ser entregue ao transportador (por exemplo, transportadores vibratórios usados nas cavidades descritas neste documento) por uma correia transportadora, um transportador pneumático, uma rosca transportadora, um funil, um cano, manualmente ou por uma combinação destes. A biomassa pode, por exemplo, ser derrubada, despejada e/ou ser colocada sobre o transportador por qualquer um destes métodos. Em algumas modalidades, o material é distribuído ao transportador usando um sistema de distribuição de material compartimentalizado para ajudar a manter uma baixa atmosfera de oxigênio e/ou a controlar poeira e partículas finas. Partículas finas e poeira de
53/100 biomassa suspensas no ar ou elevadas são indesejáveis porque podem constituir um risco de explosão ou danificar as películas de janela de um canhão de elétrons (se tal dispositivo for usado para tratar o material).
[00119] O material pode ser nivelado para formar uma espessura uniforme entre cerca de 0,0312 e 5 polegadas (por exemplo, entre cerca de 0.0625 e 2.000 polegadas, entre cerca de 0,125 e 1 polegada, entre cerca de 0,125 e 0,5 polegada, entre cerca de 0,3 e 0,9 polegada, entre cerca de 0,2 e 0,5 polegada, entre cerca de 0,25 e 1,0 polegada, entre cerca de 0,25 e 0,5 polegada, 0,100 +/- 0,025 polegadas, 0,150 +/- 0,025 polegadas, 0,200 +/- 0,025 polegadas, 0,250 +/- 0,025 polegadas, 0,300 +/- 0,025 polegadas, 0,350 +/- 0,025 polegadas, 0,400 +/- 0,025 polegadas, 0,450 +/0,025 polegadas, 0,500 +/- 0,025 polegadas, 0,550 +/- 0,025 polegadas, 0,600 +/- 0,025 polegadas, 0,700 +/- 0,025 polegadas, 0,750 +/- 0,025 polegadas, 0,800 +/- 0,025 polegadas, 0,850 +/- 0,025 polegadas, 0,900 +/0,025 polegadas, 0,900 e +/- 0,025 polegadas.
[00120] Em geral, é preferencial transportar o material o mais rapidamente possível através do feixe de elétrons para maximizar a vazão. Por exemplo, o material pode ser transportado em taxas de pelo menos 1 pé/min, por exemplo, pelo menos 2 pés/min, pelo menos 3 pés/min, pelo menos 4 pés/min, pelo menos 5 pés/min, pelo menos 10 pés/min, pelo menos 15 pés/min, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 pés/min. A taxa de transporte está relacionada à corrente de feixe, por exemplo, para uma biomassa de % polegada de espessura e 100 mA, o transportador pode se mover em cerca de 20 pés/min para prover uma dosagem de irradiação útil, em 50 mA, o transportador pode se mover em cerca de 10 pés/min para prover aproximadamente a mesma dosagem de irradiação.
[00121] Depois que o material de biomassa foi transportado através da zona de radiação, o processamento de pós-tratamento opcional pode ser feito. O processamento de pós-tratamento opcional pode, por exemplo, ser um processo descrito com relação ao processamento de pré-irradiação.
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Por exemplo, a biomassa pode ser tríada, aquecida, refrigerada ou combinada com aditivos. Exclusivamente para pós-irradiação, extinção dos radicais pode ocorrer, por exemplo, extinguindo radicais pela adição de fluidos ou gases (por exemplo, oxigênio, óxido nitroso, amônia, líquidos), usando pressão, calor, e/ou a adição de neutralizadores de radicais. Por exemplo, a biomassa pode ser transportada para fora do transportador envolto e exposta a um gás (por exemplo, oxigênio) onde é extinta, formando grupos carboxilados. Em uma modalidade, a biomassa é exposta durante a irradiação ao gás reativo ou fluido. A extinção da biomassa que foi irradiada é descrita na Pat. U.S. N° 8,083.906 para Medoff, cuja divulgação completa é incorporada neste documento por referência.
[00122] Caso desejado, um ou mais tratamentos mecânicos podem ser usados além de irradiação para reduzir, adicionalmente, a recalcitrância do material contendo carboidrato. Estes processos podem ser aplicados antes, durante ou após a irradiação.
[00123] Em alguns casos, o tratamento mecânico pode incluir uma preparação inicial do insumo conforme recebido, por exemplo, redução de tamanho de materiais, tais como por cominuição, por exemplo, corte, moagem, cisalhamento, pulverização ou talhamento. Por exemplo, em alguns casos, insumo solto (por exemplo, papel reciclado, materiais ricos em amido ou gramíneos) é preparado para cisalhamento ou retalhamento. Tratamento mecânico pode reduzir a densidade aparente do material contendo carboidrato, aumentar a área de superfície do material contendo carboidrato e/ou diminuir uma ou mais dimensões do material contendo carboidrato.
[00124] Alternativamente ou, além disso, o material de insumo pode ser tratado com outro tratamento, por exemplo, tratamento químicos, tal como com um ácido (HCl, H2SO4, H3PO4), uma base (por exemplo, KOH e NaOH), um oxidante químico (por exemplo, peróxidos, cloratos, ozônio), irradiação, explosão de vapor, pirólise, sonicação, oxidação, tratamento
55/100 químico. Os tratamentos podem ser em qualquer ordem e qualquer sequência e combinações. Por exemplo, o material de insumo pode primeiramente ser tratado fisicamente por um ou mais métodos de tratamento, por exemplo, tratamento químico incluindo e em combinação com hidrólise ácida (por exemplo, utilizando HCI, H2SO4, H3PO4), radiação, sonicação, oxidação, pirólise ou explosão de vapor, e então tratado mecanicamente. Esta sequência pode ser vantajosa uma vez que materiais tratados por um ou mais dos outros tratamentos, por exemplo, irradiação ou pirólise, tendam a ser mais frágeis e, portanto, possam ser mais fáceis de mudar, adicionalmente, a estrutura do material por tratamento mecânico. Como outro exemplo, um material de insumo pode ser transportado através de radiação ionizante usando um transportador conforme descrito neste documento e então, tratado mecanicamente. Tratamento químico pode remover alguma ou toda a lignina (por exemplo, polpação química) e pode hidrolisar o material parcial ou completamente. Os métodos também podem ser usados com material pré-hidrolisado. Os métodos também podem ser usados com material que não tenha sido pré-hidrolisado. Os métodos podem ser usados com misturas de materiais hidrolisados e não hidrolisados, por exemplo, com aproximadamente 50% ou mais de material não-hidrolisado, com aproximadamente 60% ou mais de material nãohidrolisado, com aproximadamente 70% ou mais de material nãohidrolisado, com aproximadamente 80% ou mais de material nãohidrolisado ou até mesmo com 90% ou mais de material não-hidrolisado.
[00125] Além de redução de tamanho, o que pode ser executado inicialmente e/ou mais tarde no processamento, tratamento mecânico também pode ser vantajoso para abrir, tencionar, quebrar ou fracionar os materiais contendo carboidrato, tornando a celulose dos materiais mais suscetível à cisão em cadeia e/ou ruptura de estrutura cristalina durante o tratamento físico.
[00126] Métodos para tratar mecanicamente o material contendo
56/100 carboidrato incluem, por exemplo, trituração ou moagem. A moagem pode ser executada usando, por exemplo, um moinho de martelo, moinho de esfera, moinho coloidal, moinho cônico ou de cone, moinho de disco, moinho chileno, moinho Wiley, moinho de cereais ou outro moinho. A moagem pode ser executada usando, por exemplo, um moedor de tipo de corte/impacto. Alguns moedores exemplares incluem trituradores de pedras, moedores de pino, moedores de café e moedores de broca. A moagem ou trituração pode ser provida, por exemplo, por um pino alternativo ou outro elemento, como é o caso em um moinho de pino. Outros métodos de tratamento mecânico incluem a ruptura ou rompimento mecânico, outros métodos que aplicam pressão às fibras e trituração de atrito do ar. Tratamentos mecânicos adequados incluem, adicionalmente, qualquer outra técnica que continue o rompimento da estrutura interna do material que foi iniciado pelas etapas de processamento anteriores.
[00127] Sistemas de preparação de alimentação mecânica podem ser configurados para produzir correntes com características específicas, tais como, por exemplo, tamanhos máximos específicos, comprimentopara-largura específicos ou razões de áreas de superfície específicas. A preparação física pode aumentar a taxa de reações, melhorar o movimento de material em um transportador, melhorar o perfil de irradiação do material, melhorar a uniformidade da radiação do material ou reduzir o tempo de processamento exigido ao abrir os materiais e torná-los mais acessíveis para processos e/ou reagentes, tais como reagentes em uma solução.
[00128] A densidade aparente de matérias-primas pode ser controlada (por exemplo, aumentada). Em algumas situações, pode ser desejável preparar um material de densidade aparente baixa, por exemplo, ao se densificar o material (por exemplo, densificação pode tornar mais fácil e menos dispendioso transportar para outro local) e então, reverter o material para um estado de densidade aparente menor (por exemplo, após
57/100 o transporte). Ο material pode ser densificado, por exemplo, de menos do que aproximadamente 0,2 g/cc a mais do que aproximadamente 0,9 g/cc (por exemplo, menos do que aproximadamente 0,3 a mais do que aproximadamente 0,5 g/cc, menos do que aproximadamente 0,3 a mais do que aproximadamente 0,9 g/cc, menos do que aproximadamente 0,5 a mais do que aproximadamente 0,9 g/cc, menos do que aproximadamente 0,3 a mais do que aproximadamente 0,8 g/cc, menos do que aproximadamente 0,2 a mais do que aproximadamente 0,5 g/cc). Por exemplo, o material pode ser densificado pelos métodos e equipamento divulgados na Pat. U.S. N° 7.932.065 para Medoff e Publicação Internacional N° WO 2008/073186 (que foi depositada em 26 de outubro de 2007, foi publicada em inglês, e que designou os Estados Unidos), cujas divulgações completas são incorporadas neste documento por referência. Os materiais densificados podem ser processados por qualquer um dos métodos descritos neste documento, ou qualquer material processado por qualquer um dos métodos descritos neste documento pode ser posteriormente densificado.
[00129] Em algumas modalidades, o material a ser processado está na forma de um material fibroso que inclui fibras providas por cisalhamento de uma fonte de fibra. Por exemplo, o cisalhamento pode ser executado com um cortador de faca giratório.
[00130] Por exemplo, uma fonte de fibra, por exemplo, que seja recalcitrante ou que tenha tido seu nível de recalcitrância reduzido, possa ser cisalhada, por exemplo, em um cortador de faca rotativa, para prover um primeiro material fibroso. O primeiro material fibroso é passado através de uma primeira tela, por exemplo, tendo um tamanho médio de abertura de 1,59 mm ou menos (1/16 de polegada, 0,0625 polegada), para prover um segundo material fibroso. Se desejado, a fonte de fibra pode ser cortada antes do cisalhamento, por exemplo, com uma máquina trituradora. Por exemplo, quando um papel é usado como a fonte de fibra, o papel pode ser cortado primeiramente em tiras que tenham, por exemplo, 1/4 a 1/2 de
58/100 polegada de largura, usando uma máquina trituradora, por exemplo, uma máquina trituradora de parafuso de contra-rotação, tais como aquelas fabricadas por Munson (Utica, N.Y.). Como uma alternativa à trituração, o papel pode ser reduzido em tamanho ao se cortar a um tamanho desejado usando um cortador de guilhotina. Por exemplo, o cortador de guilhotina pode ser usado para cortar o papel em folhas que tenham, por exemplo, 10 polegadas de largura por 12 polegadas de comprimento.
[00131] Em algumas modalidades, o cisalhamento da fonte de fibra e a passagem do primeiro material fibroso resultante através de uma primeira tela são executados simultaneamente. O cisalhamento e a passagem também podem ser executados em um processo do tipo descontínuo.
[00132] Por exemplo, um cortador de faca rotativa pode ser usado para simultaneamente cisalhar a fonte de fibra e triar o primeiro material fibroso. Um cortador de faca rotativa inclui um funil que pode ser carregado com uma fonte de fibra triturada preparada ao se triturar uma fonte de fibra.
[00133] Em algumas implementações, a matéria-prima é tratada fisicamente antes da sacarificação e/ou fermentação. Os processos de tratamento físico podem incluir um ou mais de qualquer um daqueles descritos neste documento, tais como tratamento mecânico, tratamento químico, irradiação, sonicação, oxidação, pirólise ou explosão a vapor. Os métodos de tratamento podem ser usados em combinações de dois, três, quatro ou mesmo todas estas tecnologias (em qualquer ordem). Quando mais de um método de tratamento for usado, os métodos podem ser aplicados ao mesmo tempo ou em momentos diferentes. Outros processos que mudam a estrutura molecular da matéria-prima de biomassa também podem ser usados, sozinhos ou em combinação com os processos divulgados neste documento.
[00134] Tratamentos mecânicos que podem ser utilizados e as características dos materiais contendo carboidratos tratados mecanicamente são descritos em maiores detalhes na Publicação de
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Pedido de Patente U.S. 2012/0100577 A1, depositado em 18 de outubro de 2011, cuja divulgação completa é incorporada neste documento por referência.
SONICAÇÃO, PIRÓLISE, OXIDAÇÃO, EXPLOSÃO por VAPOR [00135] Se desejado, um ou mais processos de sonicação, pirólise, oxidativos ou de explosão de vapor podem ser usados em vez de ou além da irradiação para reduzir ou reduzir, adicionalmente, a recalcitrância do material contendo carboidrato. Por exemplo, estes processos podem ser aplicados antes, durante ou após a irradiação. Estes processos são descritos em detalhes na Pat. U.S. N° 7.932.065 para Medoff, cuja divulgação completa é incorporada neste documento por referência.
INTERMEDIÁRIOS E PRODUTOS [00136] Usando os processos descritos neste documento, o material de biomassa pode ser convertido a um ou mais produtos, tais como energia, combustíveis, alimentos e materiais. Por exemplo, produtos intermediários e produtos, como ácidos orgânicos, sais de ácidos orgânicos, anidridos, ésteres de ácidos orgânicos e combustíveis, por exemplo, combustíveis para motores de combustão interna ou de matériaprima para as células de combustível. Sistemas e processos são descritos neste documento que podem usar como materiais celulósicos e/ou lignocelulósicos de matéria-prima que são prontamente disponíveis, mas frequentemente podem ser difíceis de processar, por exemplo, correntes de resíduos municipais e correntes de resíduos de papel, tais como correntes que incluem jornal, papel kraft, papel ondulado ou misturas destes.
[00137] Exemplos específicos de produtos incluem, mas não estão limitados a, hidrogênio, açúcares (por exemplo, glicose, xilose, arabinose, manose, galactose, frutose, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos), alcoóis (por exemplo, alcoóis monoídrícos ou alcoóis diídricos, tais como etanol, n-propanol, isobutanol, sec-butanol, terc-butanol ou n-butanol), alcoóis hidratados ou hídricos (por exemplo, contendo mais
60/100 do que 10%, 20%, 30% ou até mesmo mais do que 40% de água), biodiesel, ácidos orgânicos, hidrocarbonetos (por exemplo, metano, etano, propano, isobuteno, pentano, n-hexano, biodiesel, biogasolina e misturas destes), co-produtos (por exemplo, proteínas, tais como proteínas celulóticas (enzimas) ou proteínas de célula única) e misturas de qualquer um destes em qualquer combinação ou concentração relativa e, opcionalmente, em combinação com quaisquer aditivos (por exemplo, aditivos de combustível). Outros exemplos incluem ácidos carboxílicos, sais de um ácido carboxílico, uma mistura de ácidos carboxílicos e sais de ácidos carboxílicos e ésteres de ácidos carboxílicos (por exemplo, ésteres de metil, etil e n-propil), cetonas (por exemplo, acetona), aldeídos (por exemplo, acetaldeído), ácidos alfa e beta insaturados (por exemplo, ácido acrílico) e olefinas (por exemplo, etileno). Outros alcoóis e derivados de álcool incluem propanol, propileno glicol, 1,4-butanodiol, 1,3-propanodiol, alcoóis de açúcar (por exemplo, eritritol, glicol, glicerol, sorbitol, treitol, arabitol, ribitol, manitol, dulcitol, fucitol, iditol, isomalte, maltitol, lactitol, xilitol e outros polióis) e ésteres de metil ou etil de qualquer um destes alcoóis. Outros produtos incluem acrilato de metil, metacrilato de metil, ácido Dlático, ácido L-lático, ácido pirúvico, ácido polilático, ácido cítrico, ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico, ácido succínico, ácido valérico, ácido caproico, ácido 3-hidroxipropiônico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oxálico, ácido malônico, ácido glutárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido glicólico, ácido gama-hidroxibutírico e misturas destes, sais de qualquer destes ácidos, misturas de qualquer dos ácidos e seus respectivos sais.
[00138] Qualquer combinação dos produtos acima uns com os outros, e/ou dos produtos acima com outros produtos, cujos outros produtos podem ser feitos pelos processos descritos neste documento ou, caso contrário, podem ser embalados juntos e vendidos como produtos. Os produtos podem ser combinados, por exemplo, misturados, mesclados ou
61/100 codissolvidos, ou podem simplesmente ser embalados ou vendidos juntos.
[00139] Qualquer um dos produtos ou combinações de produtos descritos neste documento pode ser higienizado ou esterilizado antes da venda dos produtos, por exemplo, depois da purificação ou isolamento ou mesmo após embalamento, para neutralizar um ou mais contaminantes potencialmente indesejáveis que poderíam estar presentes no(s) produto(s). Tal higienização pode ser feita com o bombardeamento de elétrons, por exemplo, estar em uma dosagem de menos do que cerca de 20 Mrad, por exemplo, a partir de cerca de 0.1 a 15 Mrad, a partir de cerca de 0.5 a 7 Mrad, ou a partir de cerca de 1 a 3 Mrad.
[00140] Os processos descritos neste documento podem produzir várias correntes de subproduto úteis para gerar vapor e eletricidade para serem usados em outras partes da instalação (cogeração) ou vendidos no mercado livre. Por exemplo, o vapor gerado a partir da queima de correntes de subproduto pode ser usado em um processo de destilação. Como outro exemplo, a eletricidade gerada da queima de correntes de subproduto pode ser usada para alimentar geradores de feixe de elétrons utilizados no prétratamento.
[00141] Os subprodutos usados para gerar vapor e eletricidade são derivados de um número de fontes em todo o processo. Por exemplo, a digestão anaeróbica das águas residuais pode produzir um biogás de alto teor de metano e uma pequena quantia de biomassa residual (lodo). Como outro exemplo, sólidos pós-sacarificação e/ou pós-destilados (por exemplo, lignina não convertida, celulose e hemicelulose remanescentes dos processos de pré-tratamento e primários) podem ser usados, por exemplo, queimados, como um combustível.
[00142] Outros intermediários e produtos, incluindo alimentos e produtos farmacêuticos, são descritos na Publicação de Pedido de Patente U.S. 2010/0124583 A1, publicado em 20 de maio de 2010 para Medoff, cuja divulgação completa é incorporada por referência neste documento.
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PRODUTOS DERIVADOS DE LIGNINA [00143] Espera-se que a biomassa gasta (por exemplo, material lignocelulósico gasto) a partir do processamento lignocelulósico pelos métodos descritos tenha um alto teor de lignina e, além de ser útil para a produção de energia através de combustão em uma instalação de Cogeração, pode ter usos como outros produtos valiosos. Por exemplo, a lignina pode ser usada conforme capturada como um plástico, ou pode ser sinteticamente melhorada para outros plásticos. Em alguns casos, também pode ser convertida em lignossulfonatos, que podem ser utilizados como aglutinantes, dispersantes, emulsificantes ou como sequestrantes.
[00144] Quando usada como um aglutinante, a lignina ou o lignosultonato pode, por exemplo, ser utilizado em briquetes de carvão, em cerâmicas, para aglutinar negro de carbono, para aglutinar fertilizantes e herbicidas, como um inibidor de poeira, na produção de uma placa de partícula ou compensado, para aglutinar alimentos de animais, como um aglutinante para fibra de vidro, como um aglutinante de pasta de linóleo e como um estabilizador de solo.
[00145] Quando usado como um dispersante, a lignina ou lignossulfonatos podem ser usados, por exemplo, em misturas de concreto, argila e cerâmica, corantes e pigmentos, curtimento de couro e em painéis de gesso.
[00146] Quando usado como um emulsificante, a lignina ou lignossulfonatos podem ser usados, por exemplo, em emulsões de asfalto, pigmentos e corantes, pesticidas e cera.
[00147] Como um sequestrante, a lignina ou os lignosulfonatos podem ser utilizados, por exemplo, em sistemas de micronutrientes, compostos de limpeza e sistemas de tratamento da água, por exemplo, para sistemas de refrigeração e de fervura.
[00148] Para a produção de energia, a lignina geralmente tem um teor de energia maior do que a holocelulose (celulose e hemicelulose), uma
63/100 vez que esta contém mais carbono do que homocelulose. Por exemplo, a lignina seca pode ter um teor de energia entre cerca de 11.000 e 12.500 BTU por libra, comparado com 7.000 a 8.000 BTU por libra de holocelulose. Como tal, a lignina pode ser densificada e convertida em briquetes e pastilhas para queima. Por exemplo, a lignina pode ser convertida em péletes por qualquer método descrito neste documento. Para um pélete ou um briquete de queima mais lenta, a lignina pode ser reticulada, tal como aplicar uma dose de radiação entre cerca de 0.5 Mrad e 5 Mrad. A reticulação pode se tornar um fator de forma de queima mais lento. O fator de forma, tal como um pélete ou briquete, pode ser convertido em um carvão sintético ou carvão por pirólise na ausência de ar, por exemplo, entre 400 e 950 °C. Antes da pirólise, pode ser desejável reticular a lignina para manter a integridade estrutural.
SACARIFICAÇÃO [00149] A fim de converter o insumo para uma forma que pode ser prontamente processada, a celulose contento glucano ou xilano no insumo pode ser hidrolisada a carboidratos de baixo peso molecular, tais como açúcares, por um agente de sacarificação, por exemplo, uma enzima ou ácido, um processo referido como sacarificação. Os carboidratos de baixo peso molecular podem então ser usados, por exemplo, em uma instalação de manufatura existente, tal como uma instalação de proteína unicelular, uma instalação de manufatura de enzima ou uma instalação de combustível, por exemplo, uma fábrica de etanol.
[00150] O insumo pode ser hidrolisado usando uma enzima, por exemplo, ao se combinar os materiais e a enzima em um solvente, por exemplo, em uma solução aquosa.
[00151] De forma alternativa, as enzimas podem ser fornecidas por organismos que quebram a biomassa, tal como a celulose e/ou as porções de lignina da biomassa, contêm ou fabricam várias enzimas celulóticas (celulases), ligninases ou vários metabolites degradantes de biomassa de
64/100 molécula pequena. Estas enzimas podem ser um complexo de enzimas que atuam sinergicamente para degradar celulose cristalina ou as porções de lignina de biomassa. Exemplos de enzimas celulóticas incluem: endoglucanases, celobiohidrolases e celobiases (beta-glucosidases).
[00152] Durante a sacarificação um substrato celulósico pode ser inicialmente hidrolisado por endoglucanases em locais aleatórios, produzindo intermediários oligoméricos. Esses intermediários são então substratos para glucanases exodivisoras, como a celobiohidrolase para produzir celobiose das extremidades do polímero de celulose. Celobiose é um dímero com as ligações 1,4 hidrossolúvel de glicose Por fim, a celobiase diva a celobiose para render glicose. A eficiência (por exemplo, tempo para hidrolisar e/ou integridade de hidrólise) deste processo depende da recalcitrância do material celulósico.
[00153] Portanto, os materiais de biomassa tratados podem ser sacarificados, em geral ao se combinar o material e uma enzima de celulase em um meio fluído, por exemplo, uma solução aquosa. Em alguns casos, o material é fervido, mergulhado ou cozinhado em água quente antes de sacarificação, conforme descrito na Publicação de Pedido de Patente U.S. 2012/0100577 A1 por Medoff e Masterman, publicado em 26 de abril de 2012, cujos inteiros teores são incorporados neste documento.
[00154] O processo de sacarificação pode ser parcial ou completamente realizado em um tanque (por exemplo, um tanque tendo um volume de pelo menos 4000, 40.000, ou 500.000 I) em uma instalação de fabricação e/ou pode ser parcial ou completamente executado em trânsito, por exemplo, em um vagão, caminhão-tanque, ou um superpetroleiro ou o porão de um navio. O tempo exigido para sacarificação completa dependerá das condições de processo e o material contendo carboidrato e enzima usados. Se a sacarificação for executada em uma instalação de fabricação sob condições controladas, a celulose pode ser substancial e inteiramente convertida em açúcar, por exemplo, glicose em cerca de 12 a
65/100 horas. Se a sacarificação for executada de forma parcial ou completa em trânsito, a sacarificação pode demorar mais.
[00155] Em geral é preferencial que os conteúdos do tanque sejam misturados durante a sacarificação, por exemplo, usando um jato misturador conforme descrito no Pedido Internacional N° PCT/US2010/035331, depositado em 18 de maio de 2010, que foi publicado em inglês como WO 2010/135380 e designou os Estados Unidos, cuja divulgação completa é incorporada por referência neste documento.
[00156] A adição de surfactantes pode intensificar a taxa de sacarificação. Exemplos de surfactantes incluem surfactantes não iônicos, tais como surfactantes de polietilenoglicol Tween® 20 ou Tween® 80, surfactantes iônicos ou surfactantes anfotéricos.
[00157] Em geral é preferencial que a concentração da solução de açúcar resultante da sacarificação seja relatívamente alta, por exemplo, maior do que 40%, ou maior do que 50, 60, 70, 80, 90 ou até mesmo maior do que 95% em peso. Agua pode ser removida, por exemplo, por evaporação, para aumentar a concentração da solução de açúcar. Isto reduz o volume a ser enviado e também inibe o crescimento microbiano na solução.
[00158] Alternativamente, soluções de açúcar de baixas concentrações podem ser usadas, caso em que pode ser desejável adicionar um aditivo antimicrobiano, por exemplo, um antibiótico de amplo espectro, em uma concentração baixa, por exemplo, 50 a 150 ppm. Outros antibióticos adequados incluem anfotericina B, ampicilina, cloranfenicol, ciprofloxacina, gentamicina, higromicina B, canamicina, neomicina, penicilina, puromicina, estreptomicina. Antibióticos irão inibir o crescimento de micro-organismos durante o transporte e armazenamento e podem ser usados em concentrações apropriadas, por exemplo, entre 15 e 1000 ppm em peso, por exemplo, entre 25 e 500 ppm ou entre 50 e 150 ppm. Se desejado, um antibiótico pode ser incluído, mesmo se a concentração de
66/100 açúcar for relativamente alta. Alternativamente, outros aditivos com antimicrobiana de propriedades conservantes podem ser usados. Preferencialmente o(s) aditivo(s) antimicrobiano(s) é/são de grau alimentício.
[00159] Uma solução de concentração relativamente alta pode ser obtida ao se limitar a quantia de água adicionada ao material contendo carboidrato com a enzima. A concentração pode ser controlada, por exemplo, ao se controlar quanta sacarificação ocorre. Por exemplo, a concentração pode ser aumentada ao se adicionar mais material contendo carboidrato à solução. A fim de manter o açúcar que está sendo produzido em solução, um surfactante pode ser adicionado, por exemplo, um daqueles discutidos acima. Solubilidade também pode ser aumentada ao se aumentar a temperatura da solução. Por exemplo, a solução pode ser mantida em uma temperatura de 40-50 °C, 60-80 °C ou mesmo mais elevada.
AGENTES DE SACARIFICAÇÃO [00160] Enzimas celulóticas adequdas incluem celulases de espécies nos gêneros Bacillus, Coprínus, Myceliophthora, Cephalosporium, Scytalidium, Penicillium, Aspergillus, Pseudomonas, Humicola, Fusarium, Thielavia, Acremonium, Chrysosporium e Trichoderma, especialmente aquelas produzidas por uma cepa selecionada a partir da espécie Aspergillus (veja, por exemplo, e.g., Pub. EP N° 0 458 162), Humicola insolens (reclassificada como Scytalidium thermophilum, ver, por exemplo, Patente U.S. N° 4.435.307), Coprínus cinereus, , Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Merípilus giganteus, Thielavia terrestris, Acremonium sp. (incluindo, mas não se limitando a, A. persicinum, A. acremonium, A. brachypenium, A. dichromosporum, A. obclavatum, A. pinkertoniae, A. roseogríseum, A. incoloratum e A. furatum). Cepas preferenciais incluemHum/co/a insolens DSM 1800, Fusarium oxysporum DSM 2672, Myceliophthora thermophila CBS 117.65, Cephalosporium sp.
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RYM-202, Acremonium sp. CBS 478.94, Acremonium sp. CBS 265.95, Acremonium persicinum CBS 169.65, Acremonium acremonium AHU 9519, Cephalosporium sp. CBS 535.71, Acremonium brachypenium CBS 866.73, Acremonium dichromosporum CBS 683.73, Acremonium obclavatum CBS 311.74, Acremonium pinkertoniae CBS 157.70, Acremonium roseogriseum CBS 134.56, Acremonium incoloratum CBS 146.62, e Acremonium furatum CBS 299.70H. Enzimas celulóticas também podem ser obtidas por Chrysosporium, preferencialmente, uma cepa de Chrysosporium lucknowense. Cepas adicionais que podem ser utilizadas incluem, mas não se limitam a, Trichoderma (particularmente T. viride, T. reesei e T. koningii), Bacillus alcalofílico (ver, por exemplo, a patente U.S. N° 3.844.890 e Pub. EP N° 0 458 162) e Streptomyces (veja, por exemplo, Pub. EP N° 0 458 162).
[00161] Além das ou em combinação com as enzimas, ácidos, bases e outros produtos químicos (por exemplo, oxidantes) podem ser utilizados para sacarificar materiais lignocelulósicos e celulósicos. Estes podem ser usados em qualquer combinação ou sequência (por exemplo, antes, após e/ou durante a adição de uma enzima). Por exemplo, ácidos minerais fortes podem ser utilizados (por exemplo, HCI, H2SO4, H3PO4) e bases fortes (por exemplo, NaOH, KOH).
AÇÚCARES [00162] Nos processos descritos neste documento, por exemplo, após a sacarificação, os açúcares (por exemplo, glicose e xilose) podem ser isolados. Por exemplo, açúcares podem ser isolados por precipitação, cristalização, cromatografia (por exemplo, cromatografia de leito móvel simulado, cromatografia de alta pressão), centrifugação, extração, qualquer outro método de isolamento conhecido na técnica e suas combinações.
HIDROGENAÇÃO E OUTRAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS [00163] Os processos descritos neste documento podem incluir hidrogenação. Por exemplo, glicose e xilose podem ser hidrogenadas para
68/100 sorbitol e xilitol, respectivamente. Hidrogenação pode ser realizada pelo uso de um catalisador (por exemplo, Pt/gama-AI2O3, Ru/C, níquel Raney ou outros catalisadores conhecidos na técnica) em combinação com H2 sob alta pressão (por exemplo, 10 a 12000 psi). Outros tipos de transformação química dos produtos a partir dos processos descritos neste documento podem ser usados, por exemplo, produção de produtos derivados de açúcar orgânico (por exemplo, furfural e derivados do furfural) . As transformações químicas de produtos derivados de açúcar são descritas em USSN 13/934.704, depositado em 3 de julho de 2013, cuja divulgação é incorporada neste documento por referência em sua totalidade.
FERMENTAÇÃO [00164] Levedura e bactérias Zymomonas, por exemplo, podem ser usadas para fermentação ou conversão de açúcar(es) em álcool(óis). Outros micro-organismos são discutidos abaixo. O pH ideal para a fermentação é cerca de pH 4 a 7. Por exemplo, o pH ideal para o fermento é de aproximadamente pH 4 a 5, enquanto o pH ideal para Zymomonas é de aproximadamente pH 5 a 6. Tempos de fermentação típicos são cerca de 24 a 168 horas (por exemplo, 24 a 96 horas) com temperaturas no intervalo de 20 °C a 40 °C (por exemplo, 26 °C a 40 °C), entretanto, microorganismos termofílicos preferem temperaturas maiores.
[00165] Em algumas modalidades, por exemplo, quando são utilizados organismos anaeróbicos, pelo menos uma parte da fermentação é conduzida na ausência de oxigênio, por exemplo, sob um manto de um gás inerte como N2, Ar, He, CO2 ou suas misturas. Adicionalmente, a mistura pode ter um expurgo constante de um gás inerte fluindo através do tanque durante parte de ou toda a fermentação. Em alguns casos, condições anaeróbicas podem ser atingidas ou mantidas pela produção de dióxido de carbono durante a fermentação e nenhum gás inerte adicional é necessário.
[00166] Em algumas modalidades, todo ou uma porção do processo
69/100 de fermentação pode ser interrompida antes que o açúcar de baixo peso molecular seja completamente convertido a um produto (por exemplo, etanol). Os produtos de fermentação intermediária incluem açúcar e carboidratos em altas concentrações. Os açúcares e os carboidratos podem ser isolados por meio de qualquer meio conhecido na técnica. Estes produtos de fermentação intermediária podem ser usados na preparação de alimentos para consumo humano ou animal. De forma adicional ou alternativa, os produtos de fermentação intermediária podem ser moídos a um tamanho de partícula fina em um moinho de laboratório de aço inoxidável para produzir uma substância como farinha. Mistura a jato pode ser usada durante a fermentação, e em alguns casos a sacarificação e fermentação são executadas no mesmo tanque.
[00167] Nutrientes para os micro-organismos podem ser adicionados durante a sacarificação e/ou fermentação, por exemplo, os pacotes de nutrientes de base alimentar descritos na Publicação de Pedido de Patente U.S. 2012/0052536, depositado em 15 de julho de 2011, cuja divulgação completa é incorporada neste documento por referência.
[00168] Fermentação” inclui os métodos e produtos que são divulgados nos pedidos N° PCT/US2012/71093 publicado em 27 de junho de 2013, PCT/US2012/71907 publicado em 27 de junho de 2012 e PCT/US2012/71083 publicado em 27 de junho de 2012, cujos teores são incorporados por referência neste documento na sua totalidade.
[00169] Os fermentadores móveis podem ser utilizados, conforme descrito no Pedido Internacional N° PCT/US2007/074028 (que foi depositado em 20 de julho de 2007, foi publicado em inglês como WO 2008/011598 e designou os Estados Unidos) e tem uma patente US N° 8.318.453 emitida, cujos conteúdos são incorporados aqui em sua totalidade. De forma similar, o equipamento de sacarificação pode ser móvel. Adicionalmente, sacarificação e/ou fermentação podem ser executadas em parte ou totalmente durante o trânsito.
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AGENTES DE FERMENTAÇÃO [00170] O(s) micro-organismo(s) usado(s) na fermentação pode(m) ser micro-organismo(s) ocorrendo naturalmente e/ou micro-organismo(s) manipulado(s). Por exemplo, o micro-organismo pode ser uma bactéria (incluindo, mas não limitado a, por exemplo, uma bactéria celulolítica), um fungo, (incluindo, mas não limitado a, por exemplo, uma levedura), uma planta, um protista, por exemplo, um protozoário ou um protista semelhante a fungo (incluindo, mas não limitado a, por exemplo, um molde de lama) ou uma alga. Quando os organismos são compatíveis, misturas de organismos podem ser utilizadas.
[00171] Os micro-organismos de fermentação adequados têm a habilidade de converter carboidratos, tais como glicose, frutose, xilose, arabinose, manose, galactose, oligossacarídeos ou polissacarídeos em produtos de fermentação. Micro-organismos fermentadores incluem cepas de gênero Saccharomyces spp. (incluindo, mas não limitado a, S. cerevisiae (fermento de pão), S. distaticus, S. uvarum), o gênero Kluyveromyces, (incluindo, mas não limitado a, K. marxianus, K. fragilis), o gênero Candida (incluindo, mas não limitado a , C. pseudotropicalis e C. brassicae), Pichia stipitis (um parente da Candida shehatae), Clavispora (incluindo, mas não limitado a, C. iusitaniae e C. opuntiae), o gênero Pachysolen (incluindo, mas não limitado a, P. tannophilus), o gênero Bretannomyces (incluindo, mas não limitado a, por exemplo, B. clausenii (Philippidis, G. P., 1996, Cellulose bioconversion technology, em Handbook on Bioethanol: Production and Utilization, Wyman, C.E., Ed., Taylor & Francis, Washington, DC, 179-212). Outros micro-organismos adequados incluem, por exemplo, Zymomonas mobilis, Clostridium spp. (incluindo, mas não se limitando a, C. thermocellum (Philippidis, 1996, supra), C. saccharobutylacetonicum, C. tyrobutyricum C. saccharobutylicum, C. Puniceum, C. beijernckii e C. acetobutylicum), Moniliella spp. (incluindo, mas não se limitando a M. pollinis,M. tomentosa, M. madida, M. nigrescens,
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M. oedocephali, Μ. megachiliensis), Yarrowia lipolytica, Aureobasidium sp., Trichosporonoides sp., Trigonopsis variabilis, Trichosporon sp., Moniliellaacetoabutans sp., Typhula variabilis, Candida magnoliae, Ustilaginomycetes sp., Pseudozyma tsukubaensis, espécies de levedura do gênero Zygosaccharomyces, Debaryomyces, Hansenula e Pichia, e fungos o gênero dermatioide Torula (por exemplo, T. corallina).
[00172] Micro-organismos adicionais incluem o grupo Lactobacillus. Os exemplos incluem Lactobacillus casei, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus coryniformis, por exemplo, Lactobacillus coryniformis subespécie torquens, Lactobacillus pentosus, Lactobacillus brevis. Outros micro-organismos incluem Pediococus penosaceus, Rhizopus oryzae.
[00173] Muitas de tais cepas microbianas estão publicamente disponíveis, ou comercialmente ou através de depositários, tais como o ATCC (American Type Culture Collection, Manassas, Virgínia, EUA), o NRRL (Agricultural Research Sevice Culture Collection, Peoria, Illinois, EUA) ou o DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Alemanha), para citar alguns.
[00174] Leveduras comercialmente disponíveis incluem, por exemplo, RED STAR®/Lesaffre Ethanol Red (disponível em RedStar/Lesaffre, EUA), FALI® (disponível em Fleischmann’s Yeast, uma divisão da Burns Philip Food Inc., EUA), SUPERSTART® (disponível em Alltech, agora Lalemand), GERT STRAND® (disponível em Gert Strand AB, Suécia) e FERMOL® (disponível em DSM Specialties).
DESTILAÇÃO [00175] Após a fermentação, os fluidos resultantes podem ser destilados usando, por exemplo, uma coluna de cerveja para separar etanol e outros álcoois da maioria de água e resíduos sólidos. O vapor saindo da coluna de cerveja pode ser, por exemplo, 35% em peso de etanol e pode ser alimentado a uma coluna de retificação. Uma mistura de etanol
72/100 quase azeotrópico (92,5%) e água da coluna de retificação pode ser purificada para etanol puro (99,5%) usando peneiras moleculares de fase de vapor. Os fundos da coluna de cerveja podem ser enviadas para o primeiro efeito de um evaporador de três efeitos. O condensador de refluxo de coluna de retificação pode prover calor para este primeiro efeito. Após o primeiro efeito, os sólidos podem ser separados usando uma centrífuga e secos em um secador rotativo. Uma porção (25%) do efluente de centrífuga pode ser reciclada para fermentação e o resto enviado para os segundo e terceiro efeitos do evaporador. A maior parte do condensado de evaporador pode ser retornada ao processo como condensado razoavelmente limpo com uma pequena porção separada para tratamento de água residual para impedir a acumulação de compostos de baixo ponto de ebulição.
MATERIAIS CONTENDO HIDROCARBONETO [00176] Em outras modalidades que utilizam os métodos e sistemas descritos neste documento, materiais contendo hidrocarboneto, por exemplo, misturados com biomassa, podem ser processados. Qualquer processo descrito neste documento pode ser usado para tratar qualquer material contendo hidrocarboneto descrito neste documento. Materiais contendo hidrocarbonetos, conforme usado neste documento, deve incluir areias petrolíferas, xisto betuminoso, areias asfálticas, pó de carvão, pasta de carvão, betume, vários tipos de carvão e outros materiais ocorrendo naturalmente e sintéticos que incluem tanto componentes de hidrocarboneto quanto matéria sólida. A matéria sólida pode incluir madeira, rocha, areia, argila, pedra, limo, lama de perfuração ou outro material sólido orgânico ou inorgânico. O termo também pode incluir produtos residuais, tais como resíduos e subprodutos de perfuração, resíduos e subprodutos de refinaria ou outros resíduos e subprodutos contendo componentes de hidrocarboneto, tais como telha e laje de asfalto, pavimentos de asfalto, etc.
SISTEMAS DE TRANSPORTE [00177] Vários sistemas de transporte podem ser usados para
73/100 transportar o material de biomassa, por exemplo, conforme discutido anteriormente, para uma cavidade e sob um feixe de elétrons em uma câmara. Transportadores exemplares sâo os transportadores de correia, transportadores pneumáticos, roscas transportadoras, carrinhos, trens, trens ou carrinhos sobre trilhos, elevadores, carregadores frontais, retroescavadeiras, guindastes, vários raspadores e pás, caminhões e dispositivos de arremesso podem ser usados. Por exemplo, transportadores vibratórios podem ser usados em vários processos descritos neste documento. Os transportadores vibratórios são descritos em PCT/US2013/64289 depositado em 10 de outubro de 2013, cuja divulgação completa é incorporada por referência neste documento.
[00178] Os transportadores vibratórios são particularmente úteis para distribuir o material e produzir uma camada uniforme no transportador através da superfície. Por exemplo, o insumo inicial pode formar uma pilha de material que pode ser de pelo menos quatro pés de altura (por exemplo, pelo menos cerca de 3 pés, pelo menos cerca de 2 pés, pelo menos cerca de 1 pé, pelo menos cerca de 6 polegadas, pelo menos cerca de 5 polegadas, pelo menos cerca de 4 polegadas, pelo menos cerca de 3 polegadas, pelo menos cerca de 2 polegadas, pelo menos cerca de 1 polegada, pelo menos cerca de polegada) e se estende por menos da largura do transportador (por exemplo, menor do que cerca de 10%, menor do que cerca de 20%, menor do que cerca de 30%, menor do que cerca de 40%, menor do que cerca de 50%, menor do que cerca de 60%, menor do que cerca de 70%, menor do que cerca de 80%, menor do que cerca de 90%, menor do que cerca de 95%, menor do que cerca de 99%). O transportador vibratório pode distribuir o material para estender toda a largura da calha transportadora e ter uma espessura uniforme, preferencial mente conforme discutido acima. Em alguns casos, um método de distribuição adicional pode ser útil. Por exemplo, um distribuidor, tal como um distribuidor de difusão, distribuidor de gota (por exemplo, um
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CHRISTY SPREADER™) ou combinações destes podem ser usados para gotejar (por exemplo, colocar, despejar, derramar e/ou polvilhar) a matériaprima ao longo de uma vasta área. Opcionalmente, o distribuidor pode entregar a biomassa como uma ampla ducha ou cortina em um transportador vibratório. Adicionalmente, um segundo transportador, a montante do primeiro transportador (por exemplo, o primeiro transportador é usado na irradiação do insumo), pode derramar biomassa sobre o primeiro transportador, onde o segundo transportador pode ter uma largura transversal à direção do transportador menor do que o primeiro transportador. Em particular, quando o segundo transportador é um transportador vibratório, o insumo é distribuído pela ação do segundo e primeiro transportador. Em algumas modalidades opcionais, o segundo transportador termina em uma descarga de corte transversal (por exemplo, um viés de corte com uma razão de 4:1), de modo que o material pode ser derramado como uma cortina ampla (por exemplo, mais ampla do que a largura do segundo transportador) sobre o primeiro transportador. A área de queda inicial da biomassa pelo distribuidor (por exemplo, distribuidor de difusão, distribuidor de gota, transportador, ou transportador vibratório de corte transversal) pode se estender ao longo de toda a largura do primeiro transportador vibratório ou pode se estender por parte desta largura. Uma vez derramado sobre o transportador, o material é distribuído ainda mais uniformemente pelas vibrações do transportador de modo que, preferencialmente, toda a largura do transportador seja coberta com uma camada uniforme de biomassa. Em algumas modalidades, combinações de distribuidores podem ser usadas. Alguns métodos para distribuir o insumo são descritos na Patente U.S. N° 7.153.533, depositada em 23 de julho de 2002 e publicada em 26 de dezembro de 2006, cuja inteira divulgação é incorporada neste documento por referência.
[00179] Em geral, é preferencial transportar o material o mais rapidamente possível através de um feixe de elétron para maximizar a
75/100 vazão. Por exemplo, o material pode ser transportado em taxas de pelo menos 1 pé/min, por exemplo, pelo menos 2 pés/min, pelo menos 3 pés/min, pelo menos 4 pés/min, pelo menos 5 pés/min, pelo menos10 pés/min, pelo menos 15 pés/min, pelo menos 20 pés/min, pelo menos25 pés/min, pelo menos 30 pés/min, pelo menos 40 pés/min, pelo menos50 pés/min, pelo menos 60 pés/min, pelo menos 70 pés/min, pelo menos80 pés/min, pelo menos 90 pés/min. A taxa da transporte está relacionada à corrente de feixe e a dose de irradiação alvo, por exemplo, para uma espessura de biomassa de % de polegada distribuída ao longo de um transportador com uma largura de 5.5 pés e 100 mA, o transportador pode se mover em cerca de 20 pés/min para prover uma dosagem de irradiação útil (por exemplo, cerca de 10 Mrad para uma única passagem), em 50 mA o transportador pode se mover em cerca de 10 pés/min para prover aproximadamente a mesma dosagem de irradiação.
[00180] A taxa no qual o material pode ser transportado depende do formato e da massa do material sendo transportado e o tratamento desejado. Os materiais de fluxo, por exemplo, materiais em partículas, são especificamente responsáveis pelo transporte com transportadores vibratórios. As velocidades de transporte podem ser, por exemplo, pelo menos 100 Ib/h (por exemplo, pelo menos 500 Ib/h, pelo menos 1000 Ib/h, pelo menos 2000 Ib/h, pelo menos 3000 Ib/h, pelo menos 4000 Ib/h, pelo menos 5000 Ib/h, pelo menos 10.000 Ib/h, pelo menos 15.000 Ib/h ou até mesmo pelo menos 25.000 Ib/h). Algumas velocidades de transporte típicas podem ser entre cerca de 1000 e 10.000 Ib/h, (por exemplo, entre cerca de 1000 Ib/h e 8000 Ib/h, entre cerca de 2000 e 7000 Ib/h, entre cerca de 2000 e 6000 Ib/h, entre cerca de 2000 e 5000 Ib/h, entre cerca de 2000 e 4500 Ib/h, entre cerca de 1500 e 5000 Ib/h, entre cerca de 3000 e 7000 Ib/h, entre cerca de 3000 e 6000 Ib/h, entre cerca de 4000 e 6000 Ib/h e entre cerca de 4000 e 5000 Ib/h). Velocidades de transporte típicas dependem da densidade do material. Por exemplo, para uma biomassa com uma
76/100 densidade de cerca de 35 Ib/pés3, e uma velocidade de transporte de cerca de 5000 Ib/h, o material é transportado em uma taxa de cerca de 143 pés3/h, se o material tiver % de espessura e estiver em uma calha com 5,5 pés de largura, o material é transportado em uma taxa de cerca de 1250 pés/hr (cerca de 21 pés/min). Taxas de transporte de material podem, portanto, variar muito. Preferencialmente, por exemplo, camada de biomassa com % de espessura é transportada em uma velocidade entre cerca de 5 e 100 pés/min (por exemplo, entre cerca de 5 e 100 pés/min, entre cerca de 6 e 100 pés/min, entre cerca de 7 e 100 pés/min, entre cerca de 8 e 100 pés/min, entre cerca de 9 e 100 pés/min, entre cerca de 10 e 100 pés/min, entre cerca de 11 e 100 pés/min, entre cerca de 12 e 100 pés/min, entre cerca de 13 e 100 pés/min, entre cerca de 14 e 100 pés/min, entre cerca de 15 e 100 pés/min, entre cerca de 20 e 100 pés/min, entre cerca de 30 e 100 pés/min, entre cerca de 40 a 100 pés/min, entre cerca de 2 e 60 pés/min, entre cerca de 3 e 60 pés/min, entre cerca de 5 e 60 pés/min, entre cerca de 6 e 60 pés/min, entre cerca de 7 e 60 pés/min, entre cerca de 8 e 60 pés/min, entre cerca de 9 e 60 pés/min, entre cerca de 10 e 60 pés/min, entre cerca de 15 e 60 pés/min, entre cerca de 20 e 60 pés/min, entre cerca de 30 e 60 pés/min, entre cerca de 40 e 60 pés/min, entre cerca de 2 e 50 pés/min, entre cerca de 3 e 50 pés/min, entre cerca de 5 e 50 pés/min, entre cerca de 6 e 50 pés/min, entre cerca de 7 e 50 pés/min, entre cerca de 8 e 50 pés/min, entre cerca de 9 e 50 pés/min, entre cerca de 10 e 50 pés/min, entre cerca de 15 e 50 pés/min, entre cerca de 20 e 50 pés/min, entre cerca de 30 e 50 pés/min, entre cerca de 40 e 50 pés/min). É preferencial que o material seja transportado em uma taxa constante, por exemplo, para ajudar a manter uma irradiação constante do material conforme passa sob o feixe de elétrons (por exemplo, ducha, campo).
[00181] Os transportadores vibratórios descritos podem incluir telas usadas para a peneíração e classificação de materiais. As aberturas de
77/100 porta na lateral ou no fundo das calhas podem ser usadas para classificação, seleção ou remoção de materiais específicos, por exemplo, por tamanho ou formato. Alguns transportadores têm contrapesos para reduzir as forças dinâmicas na estrutura de suporte. Alguns transportadores vibratórios são configurados como elevadores espirais, são projetados para se curvar em torno de superfícies e/ou são projetados para derramar um material a partir de um transportador para outro (por exemplo, em um degrau, cascata ou série de degraus ou uma escada). Juntamente com os materiais transportados, transportadores podem ser usados sozinhos ou acoplados com outros equipamentos ou sistemas, para triar, separar, classificar, distribuir, dimensionar, inspecionar, coletar, remover metal, congelar, mesclar, misturar, orientar, aquecer, cozinhar, secar, desidratar, limpar, lavar, lixiviar, extinguir, revestir, remover poeira e/ou alimentar. Os transportadores também podem incluir capas (por exemplo, capas a prova de poeira), comportas de descarga lateral, revestimentos especiais (por exemplo, antiaderentes, aço inoxidável, borracha, aço customizado e/ou em sulco), calhas divididas, tanques de extinção, telas, pratos perfurados, detectores (por exemplo, detectores de metal), projetos de altas temperaturas, projetos de grau alimentício, aquecedores, secadores e/ou refrigeradores. Além disso, a calha pode ter vários formatos, por exemplo, de fundo plano, de fundo em forma de v, topo com flange, fundo curvado, plano com cristas em qualquer direção, tubular, meio tubo, coberto ou quaisquer combinações destes. Em particular, os transportadores podem ser acoplados com sistemas de irradiação e/ou equipamento.
[00182] Os transportadores (por exemplo, transportador vibratório) podem ser feitos de materiais resistentes à corrosão. Os transportadores podem utilizar materiais estruturais que incluem aço inoxidável (por exemplo, aço inoxidável 304, 316, LIGAS HASTELLOY® e Ligas INCONEL®). Por exemplo, ligas Resistentes à Corrosão HASTELLOY ® a partir de Hynes (Kokomo, Indiana, EUA), tais como LIGA HASTELLOY® B78/100
3® , LIGA HASTELLOY® HYBRID-BC1®, LIGA HASTELLOY® C-4®, LIGA HASTELLOY® C-22®, LIGA HASTELLOY® C-22HS®, LIGA
HASTELLOY® C-276®, LIGA HASTELLOY® C-2000®, LIGA
HASTELLOY® G-30®, LIGA HASTELLOY® G-35®, LIGA HASTELLOY® N e LIGA HASTELLOY® ULTIMET®.
[00183] Os transportadores vibratórios podem incluir revestimentos de liberação antiaderente, por exemplo, TUFFLON™ (Dupont, Delaware, EUA). Os transportadores vibratórios podem incluir revestimentos resistentes à corrosão. Por exemplo, revestimentos podem ser fornecidos a partir de Metal Coatings Corp (Houston, Texas, EUA) e outros, tais como Fluoropolymer, XYLAN®, Bissulfeto de Molibdênio, Epóxi Fenólico, revestimento metálico de fosfato ferroso, acabamento de Poliuretano de alto brilho para epóxi, zinco inorgânico, Politetrafluoretileno, PPS/RYTON®, etilenopropileno fluorinatado, PVDF/DYKOR®, ECTFE/HALAR® e Revestimento de Epóxi Cerâmico. Os revestimentos podem melhorar a resistência aos gases de processo (por exemplo, ozônio), corrosão química, corrosão alveolar, corrosão por escoriação e oxidação.
[00184] Opcionalmente, além dos sistemas de transporte descritos neste documento, um ou mais outros sistemas de transporte podem ser envoltos. Ao usar um compartimento, o transportador envolto também pode ser expurgado com um gás inerte de modo a manter uma atmosfera a um nível de oxigênio reduzido. Manter os níveis de oxigênio baixos evita a formação de ozônio que, em alguns casos, é indesejável devido à sua natureza reativa e tóxica. Por exemplo, o oxigênio pode ser menos do que cerca de 20% (por exemplo, menos do que cerca de 10%, menos do que cerca de 1%, menos do que cerca de 0,1%, menos do que cerca de 0,01%, ou até mesmo menos do que cerca de 0,001% de oxigênio). O expurgo pode ser feito com um gás inerte incluindo (mas não limitado a): nitrogênio, argônio, hélio ou dióxido de carbono. Isto pode ser fornecido, por exemplo, a partir de uma fervura de uma fonte líquida (por exemplo, nitrogênio líquido
79/100 ou hélio), gerado ou separado do ar in situ ou fornecido a partir de tanques. O gás inerte pode ser recirculado e qualquer oxigênio residual pode ser removido usando um catalisador, tal como um leito de catalisador de cobre. Alternativamente, combinações de expurgo, recirculação e remoção de oxigênio podem ser feitas para manter os níveis de oxigênio baixos.
[00185] O transportador envolto também pode ser purgado com um gás reativo que pode reagir com a biomassa. Isto pode ser feito antes, durante ou após o processo de irradiação. O gás reativo pode ser, mas não se limita a óxido nitroso, amônia, oxigênio, ozônio, hidrocarbonetos, compostos aromáticos, amidas, peróxidos, azidas, haletos, oxi-halogenetos, fosfetos, fosfinas, arsinas, sulfetos, tióis, boranos e/ou hidretos. O gás reativo pode ser ativado no compartimento, por exemplo, por irradiação (por exemplo, feixe de elétrons, irradiação UV, irradiação de micro-ondas, aquecimento, radiação de IR), de modo que reaja com a biomassa. A própria biomassa pode ser ativada, por exemplo, por irradiação. Preferencialmente, a biomassa é ativada pelo feixe de elétrons, para produzir radicais que então reagem com o gás reativo ativado ou desativado, por exemplo, por acoplamento ou extinção de radical.
[00186] Gases expurgados fornecidos para um transportador envolto também podem ser refrigerados, por exemplo, abaixo de cerca de 25 °C, abaixo de cerca de 0 °C, abaixo de cerca de -40 °C, abaixo de cerca de -80 °C, abaixo de cerca de -120 °C. Por exemplo, o gás pode ser evaporado de um gás comprimido, tal como nitrogênio líquido ou sublimado de dióxido de carbono sólido. Como um exemplo alternativo, o gás pode ser refrigerado por uma máquina resfriadora ou parte ou todo o transportador pode ser refrigerado.
OUTRAS MODALIDADES [00187] Quaisquer materiais, processos ou materiais processados discutidos neste documento podem ser usados para fazer produtos e/ou intermediários, tais como compósitos, preenchimentos, aglutinantes,
80/100 aditivos plásticos, adsorventes e agentes de liberação controlada. Os métodos podem incluir densificação, por exemplo, ao se aplicar pressão e calor aos materiais. Por exemplo, compósitos podem ser feitos ao se combinar materiais fibrosos com uma resina ou polímero. Por exemplo, uma resina suscetível à reticulação de radiação, por exemplo, uma resina termoplástica pode ser combinada com um material fibroso para prover uma combinação de material fibroso/resina suscetível à reticulação. Tais materiais podem ser, por exemplo, úteis como outros materiais de construção, folhas protetoras, contêineres e outros materiais estruturais (por exemplo, produtos moldados e/ou extrudados). Absorventes podem ser, por exemplo, na forma de péletes, lascas, fibras e/ou folhas. Adsorventes podem ser usados, por exemplo, como camas para animais de estimação, materiais de embalagem ou em sistemas de controle de poluição. As matrizes de liberação controlada também podem ser a forma de, por exemplo, péletes, lascas, fibras ou folhas. As matrizes de liberação controlada podem, por exemplo, ser usadas para liberar medicamento, biocidas e fragrâncias. Por exemplo, compósitos, absorventes e agentes de controle de liberação e seus usos são descritos no N° de Série Internacional PCT/US2006/010648, depositado em 23 de março de 2006 e N° de Patente U.S. 8.074.910 depositado em 22 de novembro de 2011, as totalidades das quais são incorporadas neste documento à guisa de referência.
[00188] Em alguns casos, o material de biomassa é tratado em um primeiro nível para reduzir a resistência, por exemplo, utilizando-se elétrons acelerados para liberar de maneira seletiva ou mais açúcares (por exemplo, xilose). A biomassa pode então ser tratada em um segundo nível para liberar um ou mais açúcares (por exemplo, glicose). Opcionalmente, a biomassa pode ser seca entre tratamentos. Os tratamentos podem incluir aplicar tratamentos químicos e bioquímicos para liberar os açúcares. Por exemplo, um material de biomassa pode ser tratado a um nível de menos
81/100 do que cerca de 20 Mrad (por exemplo, menos do que cerca de 15 Mrad, menos do que cerca de 10 Mrad, menos do que cerca de 5 Mrad, menos do que cerca de 2 Mrad) e então tratado com uma solução do ácido sulfúrico, contendo menos de 10% de ácido sulfúrico (por exemplo, menos do que cerca de 9%, menos do que cerca de 8%, menos do que cerca de 7%, menos do que cerca de 6%, menos do que cerca de 5%, menos do que cerca de 4%, menos do que cerca de 3%t menos do que cerca de 2%, menos do que cerca de 1%, menos do que cerca de 0,75%, menos do que cerca de 0,50%, menos do que cerca de 0,25%) para liberar xilose. A xilose, por exemplo, que é liberada em solução, pode ser separada dos sólidos e, opcionalmente, os sólidos podem ser lavados com algum solvente/solução (por exemplo, com água e/ou água acidificada). Opcionalmente, os sólidos podem ser secados, por exemplo, no ar e/ou sob condições de vácuo, opcionalmente com aquecimento (por exemplo, abaixo de cerca de 150 °C, abaixo de cerca de 120 °C) a um índice de água abaixo de cerca de 25% em peso (abaixo de cerca de 20% em peso, abaixo de cerca de 15% em peso, abaixo de cerca de 10% em peso, abaixo de cerca de 5 % em peso). Os sólidos podem então ser tratados com um nível de menos do que cerca de 30 Mrad (por exemplo, menos do que cerca de 25 Mrad, menos do que cerca de 20 Mrad, menos do que cerca de 15 Mrad, menos do que cerca de 10 Mrad, menos do que cerca de 5 Mrad, menos do que cerca de 1 Mrad ou mesmo nenhum) e então ser tratados com uma enzima (por exemplo, uma celulase) para liberar a glicose. A glicose (por exemplo, glicose em solução) pode ser separada dos sólidos restantes. Os sólidos podem então ser, adicionalmente, processados, por exemplo, utilizados para fazer energia ou outros produtos (por exemplo, produtos derivados de lignina).
SABORES, FRAGRÀNCIAS E CORANTES [00189] Qualquer um dos produtos e/ou os intermediários descritos neste documento, por exemplo, produzido pelos processos, sistemas e/ou
82/100 equipamento descritos neste documento, pode ser combinado com sabores, fragrâncias, corantes e/ou a misturas destes. Por exemplo, qualquer um ou mais (opcionalmente junto com sabores, fragrâncias e/ou corantes) dentre açúcares, ácidos orgânicos, combustíveis, polióis, tais como alcoóis de açúcar, biomassa, fibras e compostos, podem ser combinados com (por exemplo, formulado, misturado ou reagido) ou usados na fabricação de outros produtos. Por exemplo, um ou mais de tais produtos podem ser usados para fazer sabões, detergentes, doces, bebidas (por exemplo, cola, vinho, cerveja, bebidas alcoólicas, tais como gim ou vodca, bebidas para esportistas, cafés, chás), xaropes, produtos farmacêuticos, adesivos, lençóis (por exemplo, tecidos, não tecidos, filtros, lenços) e/ou compostos (por exemplo, placas). Por exemplo, um ou mais de tais produtos podem ser combinados com ervas, flores, pétalas, temperos, vitaminas, sachês aromáticos ou velas. Por exemplo, as combinações formuladas, misturadas ou reagidas podem ter sabores/fragrâncias de toranja, laranja, maçã, framboesa, banana, alface, aipo, canela, chocolate, baunilha, hortelã, menta, cebola, alho, pimenta, açafrão, gengibre, leite, vinho, cerveja, chá, carnes magras, peixe, mariscos, azeite de oliva, gordura de coco, gordura de porco, gordura de manteiga, caldo de carne, legumes, batatas, marmelada, presunto, café e queijos.
[00190] Sabores, fragrâncias e corantes podem ser adicionados em qualquer quantia, tal como entre cerca de 0,001% em peso a cerca de 30% em peso, por exemplo, entre cerca de 0,01 a cerca de 20, entre cerca de 0,05 a cerca de 10 ou entre cerca de 0,1% em peso a cerca de 5% em peso. Estes podem ser formulados, misturados e/ou reagidos (por exemplo, com qualquer um dentre mais produtos ou intermediários descritos neste documento) por qualquer meio e em qualquer ordem ou sequência (por exemplo, agitado, misturado, emulsionado, geleificado, infundido, aquecido, sonicado e/ou suspenso). Preenchedores, aglutinantes, emulsionantes e antioxidantes também podem ser utilizados, por exemplo, géis de proteína,
83/100 gomas e silica.
[00191] Em uma modalidade, os sabores, fragrâncias e corantes podem ser adicionados à biomassa imediatamente após a biomassa ser irradiada, de tal modo que os locais reativos criados pela irradiação podem reagir com locais reativos compatíveis dos sabores, fragrâncias e corantes.
[00192] Os sabores, fragrâncias e corantes podem ser materiais naturais e/ou sintéticos. Estes materiais podem ser um ou mais dentre um composto, uma composição ou misturas destes (por exemplo, uma composição formulada ou natural de vários compostos). Opcionalmente os sabores, fragrâncias, antioxidantes e corantes podem ser derivados biologicamente, por exemplo, a partir de um processo de fermentação (por exemplo, fermentação de materiais sacarificados conforme descrito neste documento). De forma alternativa ou adicional, estes sabores, fragrâncias e corantes podem ser colhidos de um organismo inteiro (por exemplo, planta, fungo, animal, bactéria ou levedura) ou de uma parte de um organismo. O organismo pode ser coletado e/ou extraído para prover cor, sabores, fragrâncias e/ou antioxidante por qualquer meio incluindo utilizar os métodos, sistemas e equipamento descritos neste documento, a extração de água quente, extração de fluido supercrítico, extração química (por exemplo, extração de solvente ou reativa incluindo ácidos e bases), extração mecânica (por exemplo, pressão, fragmentação, filtragem), utilizando uma enzima, utilizando uma bactéria de modo a quebrar um material de partida e combinações destes métodos. Os compostos podem ser derivados por uma reação química, por exemplo, a combinação de um açúcar (por exemplo, produzidos conforme descritos neste documento) com um aminoácido (reação de Maillard). O sabor, a fragrância, o antioxidante e/ou o corante pode ser um intermediário e ou produto produzido pelos métodos, equipamento ou sistemas descritos neste documento, por exemplo, um éster e um produto derivado de lignina.
[00193] Alguns exemplos de sabor, fragrâncias e corantes são
84/100 polifenóis. Polifenóis são pigmentos responsáveis por corantes vermelhos, roxos e azuis de muitas frutas, vegetais, grãos de cereal e flores. Polifenóis também podem ter propriedades antioxidantes e frequentemente têm um gosto amargo. As propriedades antioxidantes tornam estes conservantes importantes. Na classe dos polifenóis estão os flavonoides, tais como antocianidinas, flavanonois, flavan-3-óis, flavanonas e flavanonóis. Outros compostos fenólicos que podem ser usados incluem ácidos fenólicos e seus ésteres, tal como o ácido clorogênico e taninos poliméricos.
[00194] Entre os compostos colorantes inorgânicos, podem ser usados compostos orgânicos e minerais, por exemplo, dióxido de titânio, óxido de zinco, óxido de alumínio, amarelo de cádmio (por exemplo, CdS), laranja de cádmio (por exemplo, CD com algum SE), vermelho de alizarina (por exemplo, rose madder sintética ou não-sintética), azul-ultramarino (por exemplo, azul-ultramarino sintético, azul-ultramarino natural, violetaultramarina sintética), azul de cobalto, amarelo de cobalto, verde de cobalto, viridiana (por exemplo, óxido de cromo (III) hidratado), calcofilita, conicalcita, cornubita, cornualita e liroconita. Pigmentos pretos, tais como negro de carbono e negros de auto dispersos podem ser usados.
[00195] Alguns sabores e fragrâncias que podem ser utilizados incluem ACALEA TBHQ, ACET C-6, ALIL AMIL GLICOLATO, ALFA TERPINEOL, AMBRETOLIDA, AMBRINOL 95, ANDRANE, AFERMATO, APPLELIDA, BACDANOL®, BERGAMAL, ÉPOXIDO DE BETA-IONONA, ÉTER ISOBUTÍLICO DE BETA NAFTIL, BICICLONONALACTONA, BORNAFIX®, CANTHOXAL, CASHMERAN®, CASHMERAN® VELVET, CASSIFFIX®, CEDRAFIX, CEDRAMBER®, ACETATO DE CEDRIL, CELESTOLIDE, CINNAMALVA, ACETATO DE DIMETIL CITRAL, CITROLATE™, CITRONELLOL 700, CITRONELLOL 950, CITRONELLOL COEUR, ACETATO DE CITRONELIL, ACETATO DE CITRONELIL PURO, FORMATO DE CITRONELIL, CLARYCET, CLONAL, CONIFERAN, CONIFERAN PURO, CORTEX DE ALDEÍDO A 50% DE PEOMOSA,
85/100
CYCLABUTE, CYCLACET®, CYCLAPROP®, CYCLEMAX™, ACETATO DE CICLOHEXIL ETIL, DAMASCOL, DELTA DAMASCONE, CICLACETO DIIDRO, MIRCENOL DIIDRO, TERPINEOL DIIDRO, ACETATO DE TERPINIL DIIDRO, DIMETIL CICLORMOL, DIMETIL OCTANOL PQ, DIMIRCETOL, DIOLA, DIPENTENO, DULCINYL® RECRISTALIZADO, GLICIDATO DE ETIL-3-FENIL, FLEURAMONA, FLEURANIL, SUPER FLORAL, FLORALOZONE, FLORIFFOL, FRAISTONE, FRUCTONA, GALAXOLIDE® 50, GALAXOLIDE® 50 BB, GALAXOLIDE® 50 IPM, GALAXOLIDE® NÃO DILUÍDO, GALBASCONA, GERALDEÍDO, GERANIOL 5020, GERANIOL TIPO 600, GERANIOL 950, GERANIOL 980 (PURO), GERANIOL CFT COEUR, GERANIOL COEUR, ACETATO DE GERANIL COEUR, ACETATO DE GERANIL PURO, FORMATO DE GERANIL, GRISALVA, ACETATO DE GUAÍL, HELIONAL™, HERBAC, HERBALIME™, HEXADECANOLIDA, HEXALON, HEXENIL SALICILATO CIS-3, CORPO DE JACINTO, CORPO DE JACINTO NÚMERO 3, DMA DE ALDEÍDO HIDRATRÓPICO, HIDROXIL, INDOLAROME, ALDEÍDO INTRELEVEN, ALDEÍDO INTRELEVEN ESPECIAL, ALFA IONONA, BETA IONONA, ISOCICLO CITRAL, ISOCICLO GERANIOL, ISO E SUPER®, ISOBUTIL QUINOLINA, JASMAL, JESSEMAL®,KHARISMAL®, KHARISMAL® SUPER, KHUSINIL, KOAVONE®,KOHINOOL®, LIFFAROME™, LIMOXAL, LINDENOL™,LYRAL®, LYRAME SUPER, ALDEÍDO MANDARIN 10% TRI ETH, CITR, MARÍTIMA, MCK CHINÊS, MEIJIFF™, MELAFLEUR.MELOZONE, METIL ANTRANILATO, METIL IONONEALFA EXTRA, METIL IONONA GAMMA A, METILIONONA GAMMA COEUR, METILIONONA GAMMA PURO, METIL LAVANDA CETONA, MONTAVERDI®, MUGUESIA, ALDEÍDO DE MUGUET 50, ALMÍSCAR Z4, ALDEÍDO MYRAC, ACETATO DE MIRCENIL, NECTARATE™, NEROL 900, NERILACETATO, OCIMENE, OCTACETAL, ÉTER DE FLOR DE LARANJA, ORIVONA, ORRINIFF 25%, OXASPIRANE, OZOFLEUR, PAMPLEFLEUR®, PEOMOSA, PHENOXANOL®, PICONIA,
86/100
PRECYCLEMONE B, ACETATO DE PRENIL ,PRISMANTOL, CORPO DE RESEDÁ, ROSALVA, ALMÍSCAR ROSA, SANJINOL, SANTALIFF™, SYVERTAL, TERPINEOL, TERPINOLENO 20, TERPINOLENO 90 PQ, TERPINOLENO RECT., ACETATO DE TERPINIL, TERPINILACETATO JAX, TETRAÍDRO, MUGUOL®, TETRAÍDRO MIRCENOL, TETRAMERAN, TIMBERSILK™, TOBACAROL,TRIMOFIX® Ο TT, TRIPLAL®, TRISAMBER®, VANORIS,VERDOX™, VERDOX™ HC, VERTENEX®, VERTENEX® HC,VERTOFIX® COEUR, VERTOLIFF, VERTOLIFF ISO, VIOLIFF.VIVALDIE, ZENOLIDA, ABS INDIA 75 PCT MIGLYOL, ABS MOROCCO 50 PCT DPG, ABS MOROCCO 50 PCT TEC, ABSOLUTO FRENCH, ABSOLUTO INDIA, ABSOLUTO MD 50PCT BB, ABSOLUTO MARROCOS, CONCENTRADO PG, TINTURA 20 PCT, AMBERGRIS, ABSOLUTO DE AMBARETE, ÓLEO DE SEMENTE DE AMBERETE, ÓLEO DE ARTEMÍSIA 70 PCT TUIONA, ABSOLUTO DE MAJERICÃO GRAND VERT, ABS DE MANJERICÂO GRAND VERT MD, ÓLEO DE MANJERICÃO GRAND VERT, ÓLEO DE MANJERICÂO VERVEÍNA, ÓLEO DE MANJERICÃO VIETNAMITA, ÓLEO DE BAY DESTERPENIZADO, ABS DE CERA DE ABELHA N G, ABSOLUTO DE CERA DE ABELHA, RESINÓIDE DE BENZOÍNA SIÂO, RESINÓIDE DE BENZOÍNA SIÃO 50 PCT DPG, RESINÓIDE DE BENZOÍNA SIÃO 50PCT PG, RESINÓIDE DE BENZOÍNA SIÃO 70.5 PCT TEC, ABS BOTÃO DE GROSELHA NEGRA 65 PCT PG, ABS BOTÃO DE GROSELHA NEGRA MD 37 PCT TEC, ABS DE BOTÃO DE GROSELHA NEGRA MIGLYOL, ABSOLUTO DE BOTÃO DE GROSELHA NEGRA BORGONHA, ÓLEO BOIS DE ROSE, ABSOLUTO BRAN, RESINÓIDE BRAN, ABSOLUTO BROOM ITALIANO, CO2EXTRATO DE CARDAMOMO GUATEMALTECO, ÓLEO DE CARDAMOMO GUATEMALTECO, ÓLEO DE CARDAMOMO INDIANO, CORAÇÃO DE CENOURA, ABSOLUTO DE ACÁCIA EGÍPCIA, ABSOLUTO DE ACÁCIA MD 50 PCT IPM, ABS DE CASTOREUM 90 PCT TEC, ABS CASTOREUM C 50 PCT MIGLYOL, ABSOLUTO DE
87/100
CASTOREUM, RESINÓIDE DE CASTOREUM, RESINÓIDE DE CASTOREUM 50 PCT DPG, CEDROL, CEDRENO, ÓLEO DE CEDRODO-ATLAS REDIST, ÓLEO DE CAMOMILA ROMANA, ÓLEO DE CAMOMILA SELVAGEM, ÓLEO DE CAMOMILA SELVAGEM COM BAIXO LIMONENO, ÓLEO DE CASCA DE CANELA DO CEILÃO, ABSOLUTO CISTE, ABSOLUTO CISTE INCOLOR, ÓLEO DE CITRONELA. ASIÁTICA SEM FERRO, ABS CIVET 75 PCT PG, ABSOLUTO DE CIVET, TINTURA DE CIVET 10 PCT, ABS DE SALVIA ESCLAREIA FRANCESA DECOL, ABSOLUTO DE SALVIA ESCLAREIA FRANCESA, SALVIA ESCLAREIA INCOLOR 50 PCT PG, ÓLEO DE SALVIA ESCLAREIA FRANCESA, BÁLSAMO DE COPAIBA, ÓLEO DE BÁLSAMO DE COPAÍBA, ÓLEO DE SEMENTE DE COENTRO, ÓLEO DE CIPRESTE, ÓLEO DE CIPRESTE ORGÂNICO, ÓLEO DE DAVANA, GALBANOL, ABSOLUTO DE GÁLBANO INCOLOR, ÓLEO DE GÁLBANO, RESINÓIDE DE GÁLBANO, RESINÓIDE DE GÁLBANO 50 PCT DPG, RESINÓIDE DE GÁLBANO HERCOLINBHT, RESINÓIDE DE GÁLBANO TEC BHT, ABSOLUTO DE GENCIANA MD 20 PCT BB, GENCIANA CONCRETA, ABS DE GERÂNIO EGÍPCIO MD, ABSOLUTO DE GERÂNIO EGÍPCIO, ÓLEO DE GERÂNIO CHINÊS, ÓLEO DE GERÂNIO EGÍPCIO, ÓLEO DE GENGIBRE 624, ÓLEO DE GENGIBRE RETIFICADO SOLÚVEL, CORAÇÃO DE MADEIRA DE GUÁIACO, ABSOLUTO DE FENO MD 50 PCT BB, ABSOLUTO DE FENO, ABSOLUTO DE FENO MD 50 PCTTEC, PALO SANTO, ÓLEO DE HISSOPO ORGÂNICO, ABS DE IMMORTELLE YUGO MD 50 PCT TEC, ABSOLUTO DE IMMORTELLE ESPANHA, ABSOLUTO DE IMMORTELLE YUGO, ABS JASMIM INDIANO MD, ABSOLUTO DE JASMIM EGÍPCIO, ABSOLUTO DE JASMIM INDIANO, ABSOLUTO DE JASMIM MARROQUINO, ABSOLUTO DE JASMIM AMBAC, ABS JUNQUILHO MD 20 PCT BB, ABSOLUTO DE JUNQUILHO FRANCÊS, ÓLEO DE BAGA DE ZIMBRO FLG, ÓLEO DE BAGA DE ZIMBRO RETIFICADO SOLÚVEL, RESINÓIDE DE LÁBDANO 50PCT TEC, RESINÓIDE DE LÁBDANO BB,
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RESINÓIDE DE LÁBDANO MD, RESINÓIDE DE LÁBDANO MD 50 PCT BB, ABSOLUTO DE LAVANDINA H, ABSOLUTO DE LAVANDINA MD, ÓLEO DE LAVANDINA ABRIAL ORGÂNICO, ÓLEO DE LAVANDINA GROSSO ORGÂNICO, ÓLEO DE LAVANDINA, ÓLEO DE LAVANDINA SUPER, ABSOLUTO DE LAVANDA H, ABSOLUTO DE LAVANDA MD, ÓLEO DE LAVANDA SEM CUMARINA, ÓLEO DE LAVANDA SEM CUMARINA ORGÂNICO , ÓLEO DE LAVANDA MAILLETTE ORGÂNICO, ÓLEO DE LAVANDA MT, ABSOLUTO DE MACE BB, EUGENOL DE BAIXO METIL DE ÓLEO DE FLOR DE MAGNÓLIA, ÓLEO E FLOR DE MAGNÓLIA,ÓLEO DE FLOR DE MAGNÓLIA MD, ÓLEO DE FOLHA DE MAGNÓLIA, ÓLEO DE MANDARINA MD, ÓLEO DE MANDARINA MD BHT, ABSOLUTO DE MATE BB, ABSOLUTO DE MUSGO DE ÁRVORE MD TEX IFRA 43, ABS MUSGO DE CARVALHO MD TEC IFRA43, ABSOLUTO DE MUSGO DE CARVALHO IFRA 43, ABSOLUTO DE MUSGO DE ÁRVORE MD IPM IFRA 43, RESINÓIDE DE MIRRA BB, RESINÓIDE DE MIRRA MD, RESINÓIDE DE MIRRA TEC, ÓLEO DE MIRTILO SEM FERRO, ÓLEO DE MIRTILO TUNISIAN© RETIFICADO, ABS NARCISSE MD 20PCT BB, ABSOLUTO DE NARCISSE FRANCÊS, ÓLEO NEROLI TUNISIAN©, ÓLEO DE NOZ MOSCADA DESTERPENIZADO, ABSOLUTO DE OEILLET, RESINÓIDE DE OLÍBANO, RESINÓIDE DE OLÍBANO BB, RESINÓIDE OLÍBANO DPG, RESINÓIDE DE OLÍBANO EXTRA 50 PCT DPG, RESINÓIDE DE OLÍBANO MD, RESINÓIDE DE OLÍBANO MD 50 PCTDPG, RESINÓIDE DE OLÍBANO TEC, RESINÓIDE DE OPOPONAX TEC, ÓLEO DE LARANJA AZEDA MD BHT, ÓLEO DE LARANJA AZEDA MD SCFC, ABSOLUTO DE FLOR DE LARANJEIRA TUNISIANA, ABSOLUTO DE ÁGUA DE FLOR DE LARANJEIRA TUNISIANA, ABSOLUTO DE FOLHA DE LARANJA, ABSOLUTO DE ÁGUA DE FLOR DE LARANJEIRAS TUNISIANA, ABSOLUTO DE ORRIS ITALIANA, ORRIS CONCRETA 15PCT IRONA, ORRIS CONCRETA 8 PCT IRONA, ORRIS NATURAL 15
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PCT IRONA 4095C, ORRIS NATURAL 8 PCTIRONA 2942C, RESINÓIDE DE ORRIS, ABSOLUTO DE OSMANTO, ABSOLUTO DE OSMANTO MD 50 PCT BB, CORAÇÃO DE PATCHOULI N°3, ÓLEO DE PATCHOULI INDONÉSIO, ÓLEO DE PATCHOULI INDONÉSIO SEM FERRO, ÓLEO DE PATCHOULI INDONÉSIO MD, ÓLEO DE PATCHOULI REDIST, CORAÇÃO DE POEJO, ABSOLUTO DE HORTELÃ MD, ÓLEO DE LARANJA-AZEDA PETITGRAIN TUNISIANO, ÓLEO PETITGRAIN CITRONNIER, ÓLEO DE PETITGRAIN PARAGUAIO DESTERPENIZADO, ÓLEO DE PETITGRAIN DESTERPENIZADO STAB, ÓLEO DE BAGA DE PIMENTÃO, ÓLEO DE FOLHA DE PIMENTÃO, GERÂNIO RODINOLEX CHINÊS, EUGENOL DE BAIXO METIL ABS ROSA BÚLGARA, EUGENOL DE BAIXO METIL ABS DE ROSA MARROQUINA, EUGENOL DE ΒΑΙΧΟ METIL DE ROSA TURCA, ABSOLUTO DE ROSA, ABSOLUTO DE ROSA BÚLGARA, ABSOLUTO DE ROSA DAMASCENA, ABSOLUTO DE ROSA MD, ABSOLUTO DE ROSA MARROQUINA, ABSOLUTO DE ROSA TURCA, ÓLEO DE ROSA BÚLGARA, EUGENOL DE BAIXO METIL ÓLEO DE ROSA DAMASCENA, ÓLEO DE ROSA TURCA , ÓLEO DE ALECRIM CANFORADO ORGÂNICO, ÓLEO DE ALECRIM TUNISIANO,ÓLEO DE SÂNDALO INDIANO, ÓLEO DE SÂNDALO INDIANO RETIFICADO, SANTALOL, ÓLEO DE SCHINUS MOLLE, TINTURA DE CIPO DE SÃO JOÃO 10 PCT, RESINÓIDE DE STYRAX, ÓLEO DE TAGETE, CORAÇÃO DE ÁRVORE DE CHÁ, ABS DE FAVA TONKA 50 PCT SOLVENTES, ABSOLUTO DE FAVA TONKA, ABSOLUTO DE NARDO INDIANO, CORAÇÃO DE VETIVER EXTRA, ÓLEO DE VETIVER HAITIANO, ÓLEO DE VETIVER HAITIANO MD, ÓLEO DE VETIVER JAVANÊS, ÓLEO DE VETIVER JAVANÊS MD, ABSOLUTO DE FOLHA DE VIOLETA EGÍPCIA, ABSOLUTO DE FOLHA DE VIOLETA EGÍPCIA DECOL, ABSOLUTO DE FOLHA DE VIOLETA FRANCESA, ABSOLUTO DE FOLHADE VIOLETA MD 50 PCT BB, ÓLEO DE ALOSNA DESTERPENIZADO, ÓLEO DE YLANG EXTRA, ÓLEO DE YLANG III e combinações destes.
90/100 [00196] Os corantes podem estar entre aqueles listados no índice Internacional de Cores pela Society of Dyers and Colourists. Os corantes podem incluir tinturas e pigmentos e incluem aqueles comumente usados na coloração de materiais têxteis, pinturas, tintas e tintas para impressão a jato de tinta. Alguns dos corantes que podem ser utilizados incluem carotenoides, amarelos de arileto, amarelos de diarileto, β-naftóis, naftóis, benzimidalozonas, pigmentos de condensação de disazo, pirazolonas, amarelo de níquel-azo, ftalocianinas, quinacridonas, perilenos e perinonas, pigmentos de isoindolinona e isoindolina, pigmentos de triarilcarbônio, pigmentos de diceto-pirrolo-pirol, tioindigóides. Carotenoides incluem, por exemplo, alfa-caroteno, betacaroteno, gama-caroteno, licopeno, luteína e astaxantina, extrato de Annatto, beterraba desidratada (beterraba em pó, cantaxantina, caramelo, β-Αρο-8-carotenal, extrato de cochonilha, carmim, sódio-cobre-clorofilina, farinha de semente de algodão torrada e parcialmente desengordurada, gluconato ferroso, lactato ferroso, extrato de cor de uva, extrato de pele de uva (enocianina), óleo de cenoura, páprica, oleoresina de páprica, pigmentos perolados à base de mica, riboflavina, açafrão, dióxido de titânio, extrato de licopeno de tomate, concentrado de licopeno de tomate, cúrcuma, oleoresina de cúrcuma, FD&C Azul no.1, FD&C Azul no. 2, FD&C Verde no. 3, Laranja B, Vermelho Cítrico no. 2, FD&C Vermelho no. 3, FD&C Vermelho no. 40, FD&C Amarelo no. 5, FD&C Amarelo no. 6, alumina (hidróxido de alumínio seco), carbonato de cálcio, potássio-sódio-cobre-clorofilina (complexo cobre-clorofilina), Dihidroxiacetona, oxicloreto de bismuto, ferrocianeto de amônio férrico, ferrocianeto férrico, verde de hidróxido de cromo, verdes de óxido de cromo, guanina, pirofilita, talco, pó de alumínio, pó de bronze, pó de cobre, óxido de zinco, D&C Azul no. 4, D&C Verde no. 5, D&C Verde no. 6, D&C Verde no. 8, D&C Laranja no. 4, D&C Laranja no. 5, D&C Laranja no. 10, D&C Laranja no. 11 , FD&C Vermelho no. 4, D&C Vermelho no. 6, D&C Vermelho No. 7, D&C Vermelho No. 17, D&C. Vermelho No. 21, D&C ·91/100
Vermelho 22, D&C Vermelho No. 27, D&C Vermelho No. 28, D&C Vermelho No. 30, D&C Vermelho No. 31, D&C Vermelho No. 33, D&C Vermelho No. 34, D&C Vermelho No. 36, D&C Vermelho No. 39, D&C Violeta No. 2, D&C Amarelo No. 7, Ext. D&C Amarelo n° 7, D&C Amarelo n° 8, D&C Amarelo n° 10, D&C Amarelo n° 11, D&C Preto n° 2, D&C Preto n° 3 (3), D&C Marrom n° 1, Ext. Óxido de cromo-cobalto-alumínio, citrato de amônio férrico, pirogalol, extrato de Campeche, copolímeros de 1,4-Bis[(2-hidroxietill)amino] -9,10-antracenediona bis(2-propenóico)éster, 1,4-Bis [(2metilfenill)amino] -9,10-antracenediona, copolímeros antraquinônicos 1,4Bis[4- (2-metacriloxietil) fenilamino], violeta carbazol, complexo clorofilinacobre, óxido de cromo-cobalto-alumínio, C.I. Vat Laranja 1, 2-[[2,5-Dietoxi4_[(4-metilfenil)tiol] feniljazo] -1,3,5-benzenetriol, 16,23-Düdrodinafto [2,3a:2',3’-i] nafto [2',3':6,7] indolo [2,3-c] carbazol- 5,10,15,17,22,24-hexona, N,N’-(9,10-Diidro- 9,10-dioxo- 1,5-antracenedil) bisbenzamida, 7,16-Dicloro6,15-diidro- 5,9,14,18-antrazinetetrona, 16,17-Dimetoxidinafto (1,2,3cd:3',2',1'-1m) perileno-5,10-diona, copolímeros de tintura poli(metacrilato de hidroxietil) (3), Preto Reativo 5, Azul Reativo 21, Laranja reativo 78, Amarelo Reativo 15, Azul Reativo No. 19, Azul Reativo No. 4, C.l. Vermelho Reativo 11, C.l. Amarelo Reativo 86, C.l. Azul Reativo 163, C.l. Vermelho Reativo 180, 4-[(2,4-dimetilfenil)azo]- 2,4-diidro- 5-metil-2-fenil- 3H-pirazol-
3- ona (Solvente Amarelo 18), 6-Etoxi-2- (6-etoxi-3-oxobenzo[b] tieno-2(3H)ilideno) benzo[b]tiofeno- 3(2H)-ona, Phthalocyanine green, verde ftalocianina, produtos reativos à base de tinta de álcool vinílico/metacrilato de metil, C.l. Vermelho Reativo 180, C.l. Preto Reativo 5, C.l. Laranja Reativo 78, C.l. Amarelo Reativo 15, C.l. Azul reativo 21, Dissódio l-amino-
4- [[4-[(2-bromo-1-oxoalil)amino]-2-sulfonatofenil]amino]-9,10-diidro-9,10dioxoantraceno-2-sulfonato (Azul Reativo 69), D&C Azul No. 9, cobre [ftalocianinato(2-)] e misturas destes.
EXEMPLOS [00197] As concentrações foram determinadas por HPLC em
92/100 soluções aquosas diluídas e filtradas com padrões apropriados.
Sacarificação [00198] Um tanque cilíndrico com um diâmetro de 32 polegadas, 64 polegadas em altura e instalado com cabeças abauladas ASME (topo e fundo) foi usado na sacarificação. O tanque também foi equipado com um agitador hydrofoil de 16 de largura. O aquecimento foi fornecido pelo fluxo de água quente através de um meio tubo camisa que circunda o tanque.
[00199] O tanque foi carregado com 200 Kg de água, 80 Kg de biomassa, e 18 Kg de DUET™ de enzima celulase. A biomassa foi sabugo de milho que foi passado em moinho de martelo e peneirado a um tamanho de malha entre 40 e 10. A biomassa foi irradiada com um feixe de elétrons para uma dosagem total de 35 Mrad. O pH da mistura foi ajustado e mantido automaticamente através da sacarificação a 4,8 usando Ca(OH)2. Esta combinação foi aquecida a 53 °C, agitada em 180 rpm (1,8 Amp em 460V) por cerca de 24 horas onde, na sequência, a sacarificação foi considerada concluída.
Uma porção desse material sofreu uma triagem através de uma peneira de 20 unidades de malha e a solução armazenada em um garrafão de 8 galões a 4 °C.
Etanol Produzido da Biomassa e Fluxo de Xilose [00200] Cerca de 400 mL do material sacarificado foi decantado em um Biorreator 115 de um 1L New Brunswick BioFlow. O material foi ventilado e aquecido a 30 °C antes da inoculação. A agitação foi definida em 50 rpm. O pH foi medida em 5,2 que é aceitável para fermentação, de forma que não foi ajustado. A ventilação foi descontinuada e os conteúdos do biorreator foram inoculados com 5 mg de Levedura Seca Thermosacc (Lallemand, Inc.) A fermentação foi prosseguida por cerca de 24 horas.
[00201] Após a fermentação, a concentração de glicose ficou abaixo do limite de detecção, a concentração de etanol foi de aproximadamente 25 g/L, e a concentração de xilose foi de cerca de 30 g/L.
93/100
Purificação de Etanol e Fluxo de Xilose usando Eletrodiálise de Dessalinização [00202] Quatro filtro de solução pós-fermentação foram concentrados sob vácuo em cerca de 11/ 3L. A solução concentrada, livre de etanol, foi então diluída novamente para seu volume original com metanol. A adição de metanol causou formação imediata e precipitação de sólidos. Descobriuse que o precipitado pode ser removido efetivamente por centrifugação ou filtração.
[00203] A solução livre de sólidos foi então tratada com 5%(por peso/volume) de carvão ativado para descolorar a solução. O carvão foi removido por filtração e o filtrado foi então concentrado no vácuo para remover metanol. A solução foi subsequencialmente diluída para seu volume original com água deionizada.
[00204] Dois litros da solução descolorida foram então sujeitos a eletrodiálise. A voltagem através de uma coluna de 20 membranas foi 40 V. A condutividade, temperatura e pH foram medidos. FIG. 3 é uma representação gráfica da condutividade versus o tempo nos fluxos diluídos. O experimento durou 71 minutos, onde a condutividade diminuiu de 7830 pS/cm para 9 pS/cm, a temperatura aumentou de 25 graus C para 33 graus C e o pH medido diminuiu de cerca de 4,8 para 4,0.
[00205] A análise elemental (ICP) mostrou melhoria na redução de íons através do processamento. A análise elemental foi feita em duplicata ou triplicata.
Tabela 1: Análise Elemental Pós-Fermentação
94/100
Elemento Série 1 (PPM) Série 2 (PPM) Cone. Média (PPM)
P 200,487 207,757 204,1
K 2575,76 2544,59 2560,2
Mg 659,075 646,172 652,6
Na 117,657 122,913 120,3
Ca 960,487 957,068 958,8
S 104,053 100,836 102,4
Tabela 2: Análise Elemental após Tratamento com Metanol
Elemento Série 1 (PPM) Série 2 (PPM) Cone. Média (PPM)
P 19,8376 17,6737 18,8
K 926,542 1020,84 973,7
Mg 228,527 249,227 238,9
Na 53,6198 51,8139 52,7
Ca 175,527 192,593 184,1
S 29,342 24,8865 27,1
Tabela 3: Análise Elemental Após
Elemento Série 1 (PPM) Série 2 (PPM) Série 3 (PPM) Cone. Média (PPM)
Mn 0,330925 0,291988 0,276951 0,3
Al 0,563302 0,52201 0,57087 0,6
Zn 0,577498 0,608856 0,610446 0,6
Si 5,65798 5,63068 5,77249 5,7
Fe 0,601713 0,564221 0,548226 0,6
P 2,9462 1,98296 2,30069 2,4
K 2,85595 1,99511 0,614186 1,8
Mg 0,606541 0,548299 0,564928 0,6
Na 1,00027 0,82686 1,00563 0,9
Ca 1,78259 0,894467 2,54184 1,7
S 7,65224 7,32835 7,04753 7,3
[00206] Através do a
pos95/100 de Xilose permaneceu constante em cerca de 30 g/L sem degradação aparente.
Fluxo de Xilose e Ácido de L-láctico Produzido a Partir de Biomassa com Lactobacillus rhamnosus [00207] Biomassa sacarificada produzida por meio da utilização de etapas semelhantes às descritas acima foi usada como fonte de açúcar para produzir um fluxo de xilose/ácido L-lático.
[00208] O organismo de fermentação de glicose em ácido lático L Lactobacillus rhamnosus NRRL B-445 foi cultivado em 25 mL de meio de MRS (BD Diagnostic Systems No.: 288130) de estoques de refrigeração 250 pL. A cultura foi incubada durante a noite em um incubador agitador em 37 °C e 150-200rpm.
[00209] A fermentação para produzir o ácido lático foi conduzida em um biorreator equipado com pá de agitação, uma manta de aquecimento, impelidores de agitação, sondas de monitoramento de pH e termopares de monitoramento térmico.
[00210] O meio de produção para um experimento usou 11 L de biomassa sacarificada, 22g de extrato de levedura, 1.6 mL de antiespumante AFE-0010. O meio foi aquecido a 70 °C por 1 hora e depois resfriada a 37 °C. O pH do meio foi elevado a 6.5 usando-se solução NaOH 12.5N. O meio foi então inoculado com 1% (110 mL) de Lactobacillus rhamnosus. Permitiu-se que a fermentação prosseguisse a 37 °C, enquanto a solução era agitada a 200 rpm e o pH, mantido acima de 6.5. A glicose foi completamente consumida em 48 horas. O produto é ácido L-láctico como sal de sódio. A xilose produzida durante sacarificação não foi consumida, mas foi essencialmente não convertida durante esta etapa.
Fluxo de Xilose e Ácido D-láctico Produzido a Partir de Biomassa com Lactobacillus coryniformis [00211] Biomassa sacarificada produzida por meio da utilização de etapas semelhantes às descritas acima foi usada como fonte de açúcar
96/100 para produzir um fluxo de xilose/ácido L-lático.
[00212] O organismo fermentador de glicose para ácido D-láctico Lactobacilluscoryniformis, subespécie torquens B-4390, foi cultivado em 25 mL de meio MRS (BD Diagnostic Systems No.: 288130) de estoques de refrigeração 250 pL. A cultura foi incubada durante a noite a 37 °C sem agitação.
[00213] O meio de produção para um experimento usou 644 mL de biomassa sacarificada, 5 g/L de triptona, e 100 pL de antiespumante AFE0010. O meio foi aquecido a 70 °C por 1 hora e depois resfriado para 37 °C. O pH foi elevado a 6,5 usando-se solução NaOH 12.5N e mantido assim usando-se a mesma solução de base. A mídia foi inoculada com 1% do B4390 e permitiu-se que a parede de fermentação prosseguisse a 37 °C, enquanto o meio era agitado a 200 rpm e o pH mantido em cerca de 6,5. O consumo de glicose completou-se em 144 horas. O produto é ácido Dláctico como o sal de sódio. A xilose produzida durante sacarificação não foi consumida, mas foi essencialmente não convertida durante esta etapa.
[00214] .
Processamento de Solução de Lactato de Sódio [00215] Tanto o lactato de sódio ácido D-láctico e ácido L-láctico derivados de ácido foram descoloridos conforme descrito aqui. Fermentações foram desempenhadas repetidamente de modo a fornecer quantidades maiores de material e facilitar a descoloração.
[00216] Trinta litros de meio de fermentação contendo lactato de sódio preparado por meio de fermentação, conforme descrito acima, foram centrifugados a 4200 rpm por 60 minutos. O sobrenadante foi filtrado através de um filtro de cartucho de 0,22 microns, produzindo 26,5 L de filtrado. Dezenove litros de filtrado foram percolados por uma coluna que continha 2.7 L de uma resina estirênica polimérica altamente porosa de grânulo , Mitsubishi Diaion SP-700, com taxa de fluxo de 1,5 BV/h. O primeiro 1.5 L de eluato é descartado e o resto do meio e um 1,5 L
97/100 adicionado de água são eluídos e empoçados. A parte restante do meio foi descolorida de maneira similar, resultando em 7.5 L de uma solução de coloração pálida. As duas bateladas de material descolorido foram empoçadas e armazenadas no frio, se não foram usadas imediatamente.
Eletrodiálise de Dessalinização de Solução de Lactato Descolorida [00217] O meio descolorido preparado tal como descrito acima foi submetido à eletrodiálise usando-se uma membrana de dessalinização.
[00218] O reservatório a de um aparelho de eletrodiálise foi carregado com o meio de lactato de sódio descolorido e o reservatório de Concentrado do aparato foi carregado com 4 L de água deionizada. A eletrodiálise foi continuada por 5 horas usando-se uma voltagem de 40 V e uma corrente máxima de 5 A.
[00219] Este procedimento produziu um fluxo de lactato concentrado com concentração típica de cerca de 66 g/L (começando em 38 g/L) e um fluxo de xilose concentrada com condutividade típica de 5 pS/cm (começando em 34pS/cm).
Dieletrodiálise de Membrana Bipolar [00220] O líquido no fluxo no lactato de sódio produzido tal como descrito acima pode ser submetido a uma segunda eletrodiálise usando-se uma membrana bipolar para produzir uma solução de ácido láctico e uma solução de hidróxido de sódio. O procedimento que pode ser seguido é descrito aqui.
[00221] Uma solução de lactato de sódio (1,6 L) preparado por meio de eletrodiálise de dessalinização é acrescentado é acrescentada ao reservatório de Diluato. Água deionizada (1 L) é adicionada a cada reservatório para os fluxos de ácido láctico e hidróxido de sódio. A eletrodiálise é desempenhada usando-se uma célula de eletrodiálise de 4câmaras equipada com uma pilha de membranas bipolares. A voltagem é definida em 23 V e a corrente máxima, em 6,7 A. A diálise pode ser
98/100 desempenhada por 5 horas ou até que a condutividade do fluxo diluído seja < 5 % de seu valor de partida.
[00222] Este procedimento produziu um fluxo de lactato concentrado com concentração típica de cerca de 66 g/L (começando em 38 g/L) e um fluxo de xilose com condutividade típica de 5 pS/cm (começando em 34pS/cm) e concentração de 30 g/L. O fluxo de lactato é tipicamente 96 % de ácido láctico para 4% de xilose após a diálise com membrana bipolar. O fluxo de xilose é tipicamente 93 % xilose para 7 % ácido láctico após a diálise com membrana bipolar.
[00223] Outros que não estejam nos exemplos neste documento, ou a menos que expressamente especificado de outra forma, todos os intervalos numéricos, quantias, valores e porcentagens, tais como aqueles para quantias de materiais, teores elementares, tempos e temperaturas de reação, razões de quantias e outros, na porção seguinte do relatório descritivo e reivindicações anexas podem ser lidos como se antecedidos pela expressão cerca de, embora o termo cerca de possa não parecer expressamente com o valor, quantia ou intervalo. Por conseguinte, a menos que indicado o contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no seguinte relatório descritivo e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas a serem obtidas pelas modalidades. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina dos equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deveria pelo menos ser interpretado à luz do número dos dígitos significativos relatados e pela aplicação das técnicas de arredondamento convencionais.
[00224] Embora as faixas numéricas e parâmetros estabelecendo o amplo escopo da invenção sejam aproximações, os valores numéricos estabelecidos nos exemplos específicos são relatados tão precisamente quanto possível. Qualquer valor numérico inerentemente, entretanto, contém erros necessariamente resultantes do desvio padrão encontrado em
99/100 suas respectivas medições de testes adjacentes. Além disso, quando os intervalos numéricos são estabelecidos neste documento, estes intervalos incluem os pontos finais de intervalo citados (por exemplo, pontos finais podem ser usados). Quando porcentagens em peso são usadas neste documento, os valores numéricos relatados são relativos ao peso total.
[00225] Além disto, deve-se entender que qualquer faixa numérica citada neste documento destina-se a incluir todos os subintervalos incluídos nela. Por exemplo, uma faixa de 1 a 10 destina-se a incluir todas as subfaixas entre (e incluindo) o valor mínimo citado de 1 e o valor máximo citado de 10, ou seja, tendo um valor mínimo igual ou maior do que 1 e um valor máximo igual ou menor do que 10. Os termos um(a), um, ou uma são usados neste documento destinados a incluir pelo menos um ou um ou mais, a menos que indicado de outra forma.
[00226] Qualquer patente, publicação ou outro material de divulgação, no todo ou em parte, ou seja, dito a ser incorporado por referência neste documento é incorporado neste documento apenas na medida em que o material incorporado não entre em conflito com as definições, declarações ou outro material de divulgação existentes estabelecidos nesta divulgação. Como tal e na medida do necessário, a divulgação, como explicitamente estabelecido neste documento, substitui qualquer material conflitante incorporado neste documento por referência. Qualquer material, ou porção deste, que seja dito a ser incorporado por referência neste documento, mas que esteja em conflito com as definições, declarações, ou outro material de divulgação estabelecido neste documento serão apenas incorporados na medida em que nenhum conflito surja entre o material incorporado e o material de divulgação existente.
[00227] Enquanto esta invenção tenha sido particularmente mostrada e descrita com referências às modalidades preferenciais desta, será entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças na forma e nos detalhes podem ser feitas nela, sem se desviar do escopo da
100/100 invenção englobado pelas reivindicações anexas.

Claims (15)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método caracterizado pelo fato de compreender:
    pré-tratamento de um material celulósico ou lignocelulósico com radiação ionizante;
    sacarificação do material celulósico ou lignocelulósico radiado a fim de obter líquidos de biomassa sacarificada; e remoção de sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos totalmente ionizados, dos líquidos de biomassa sacarificada ao se utilizar um sistema de eletrodiálise, em que utilizar o sistema de eletrodiálise compreende uma primeira etapa de eletrodiálise e uma segunda etapa de eletrodiálise, em que a segunda etapa de eletrodiálise compreende o uso de uma membrana bipolar.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira etapa de eletrodiálise utiliza eletrodiálise ou eletrodiálise reversa.
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato que a radiação ionizante está na forma de elétrons acelerados.
  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato que a biomassa celulósica ou lignocelulósica foi sacarificada ao se utilizar uma ou mais enzimas, e/ou de que a biomassa celulósica ou lignocelulósica foi sacarificada ao se utilizar um ou mais ácidos, opcionalmente em que o ácido é ácido sulfúrico.
  5. 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, caracterizado pelo fato que uma força iônica dos líquidos de biomassa sacarificada antes da eletrodiálise fica entre 500 e 50.000 pS/cm, e de que a força iônica dos líquidos de biomassa sacarificada após eletrodiálise fica entre 1 e 100 pS/cm, e/ou de que os sais, ácidos parcialmente ionizados ou ácidos totalmente ionizados removidos ao se utilizar o sistema de eletrodiálise, compreendem
    Petição 870170014422, de 06/03/2017, pág. 6/8
    2/3 pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo consistindo em P, K, Mg, Na, Ca, S, O, Mn, Al, Zn, Si, Cl e Fe.
  6. 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, caracterizado pelo fato de compreender, adicionalmente, a purificação dos líquidos de biomassa sacarificada por um método selecionado a partir do grupo consistindo em cromatografia, filtração, centrifugação, precipitação, destilação, complexação e combinações destes.
  7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato que a precipitação compreende a adição de um ou mais solventes ou não solventes a fim de precipitar um ou mais componentes indesejados, opcionalmente de que o solvente é selecionado a partir do grupo consistindo em metanol, etanol, isopropanol, acetona, éter etílico e tetrahidrofurano, ou de que o solvente é metanol.
  8. 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, caracterizado pelo fato que os líquidos de biomassa sacarificada compreendem um ou mais produtos de fermentação.
  9. 9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, caracterizado pelo fato que os líquidos de biomassa sacarificada compreendem líquidos que tiveram um produto de fermentação destilado a partir destes.
  10. 10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o produto de fermentação é um álcool, opcionalmente de que o álcool é etanol.
  11. 11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, caracterizado pelo fato de compreender, adicionalmente, a descoloração dos líquidos de biomassa sacarificada ao se utilizar um agente descolorante, opcionalmente
    Petição 870170014422, de 06/03/2017, pág. 7/8
    3/3 de que o agente descolorante é selecionado a partir do grupo consistindo em carvão em pó, carvão granulado, carvão extrudado, carvão de osso, carvão ativado esférico, resinas estirênicas, resinas acrílicas, resinas magnéticas, argilas descolorantes, bentonita, atapulgita, montmorillonita, hormita e combinações destes.
  12. 12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato que após a descoloração a cor da solução é menor do que 100 unidades de cor, ou menor do que 10 unidades de cor, ou menor do que 5 unidades de cor.
  13. 13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, caracterizado pelo fato que a utilização do sistema de eletrodiálise compreende a aplicação de uma tensão entre 10 e 150 V através de membranas seletivas de íons, enquanto flui pelos líquidos da biomassa sacarificada passados pelas membranas, e/ou de que os líquidos de biomassa sacarificada compreendem um ou mais sacarídeos.
  14. 14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, caracterizado pelo fato que os líquidos de biomassa sacarificada incluem um açúcar selecionado a partir do grupo consistindo em xilose, glicose, arabinose, frutose e misturas destes.
  15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato que o açúcar inclui xilose e a pureza da xilose após utilização do sistema de eletrodiálise é de pelo menos 80% em peso, opcionalmente de que o açúcar inclui arabinose, e a pureza da arabinose após utilização do sistema de eletrodiálise é de 0 a 1% em peso.
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