BR112017001208B1

BR112017001208B1 - PROCESSES FOR PRODUCING A FERMENTATION PRODUCT AND FOR PRODUCING ETHANOL

Info

Publication number: BR112017001208B1
Application number: BR112017001208-1A
Authority: BR
Inventors: Patrick J. Foody; Brian Foody
Original assignee: Iogen Corporation
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2023-07-11

Abstract

É fornecido um processo para formação de um combustível ou um intermediário de combustível a partir de duas fermentações, que inclui alimentar uma solução aquosa que compreende um produto de fermentação a partir de um primeiro biorreator para um segundo biorreator e/ou um estágio a montante do segundo biorreator, que também produz um produto de fermentação. A solução aquosa pode ser adicionada em qualquer estágio da segunda fermentação e/ou etapas de processamento a montante a partir do segundo biorreator que de outro modo exigiria a adição de água. Consequentemente, o rendimento do produto é aumentado enquanto o uso de água fresca/tratada é diminuído.A process for forming a fuel or a fuel intermediate from two fermentations is provided, which includes feeding an aqueous solution comprising a fermentation product from a first bioreactor to a second bioreactor and/or an upstream stage of the second bioreactor, which also produces a fermentation product. The aqueous solution can be added at any stage of the second fermentation and/or processing steps upstream from the second bioreactor that would otherwise require the addition of water. Consequently, product yield is increased while the use of fresh/treated water is decreased.

Description

FIELD OF TECHNIQUE

[001] A presente invenção refere-se a um processo para produzir um produto de fermentação e particularmente a um processo para produzir um combustível e/ou um intermediário de combustível com o uso de duas fermentações.[001] The present invention relates to a process for producing a fermentation product and particularly to a process for producing a fuel and/or a fuel intermediate using two fermentations.

BACKGROUND

[002] Grande parte da energia usada atualmente é derivada de combustíveis fósseis, não obstante a contínua controvérsia acerca de seu impacto ambiental. Os combustíveis fósseis, como com quaisquer materiais contendo carbono, liberam dióxido de carbono durante sua combustão. A extração de combustíveis fósseis para a produção de energia resulta na liberação de carbono para a atmosfera que foi armazenado anteriormente na terra e tem, portanto, um efeito líquido de aumento dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera. Uma fonte principal de dióxido de carbono fóssil na atmosfera provém das emissões de escapamento de veículos e de gases de combustíveis contendo dióxido de carbono provenientes de usinas elétricas movidas a combustíveis fósseis.[002] Much of the energy currently used is derived from fossil fuels, despite the ongoing controversy surrounding its environmental impact. Fossil fuels, as with any carbon-containing materials, release carbon dioxide during their combustion. The extraction of fossil fuels for energy production results in the release of carbon into the atmosphere that was previously stored in the earth and therefore has a net effect of increasing carbon dioxide levels in the atmosphere. A major source of fossil carbon dioxide in the atmosphere comes from vehicle exhaust emissions and carbon dioxide-containing fuel gases from fossil fuel-fired power plants.

[003] O dióxido de carbono liberado da combustão de combustíveis derivados de material orgânico não fóssil, por outro lado, é relativamente benigno porque que ele simplesmente retorna à atmosfera o carbono que foi recentemente fixado pela fotossíntese. Mais geralmente, esta natureza relativamente benigna se aplica também ao dióxido de carbono liberado como um subproduto do processamento de material orgânico, não fóssil, durante a fermentação ou outros processos que decompõem material orgânico em moléculas mais simples. O dióxido de carbono proveniente de material orgânico, não fóssil, é chamado na presente invenção de dióxido de carbono biogênico, conforme descrito abaixo. Os combustíveis ou os intermediários de combustíveis contendo carbono biogênico são conhecidos como "biocombustíveis" ou "intermediários de biocombustíveis" e as emissões de gases de escapamento provenientes de biocombustíveis são geralmente consideradas benignas para o meio ambiente.[003] Carbon dioxide released from the combustion of fuels derived from non-fossil organic material, on the other hand, is relatively benign because it simply returns carbon that was recently fixed by photosynthesis to the atmosphere. More generally, this relatively benign nature also applies to carbon dioxide released as a byproduct of processing organic, non-fossil material during fermentation or other processes that break down organic material into simpler molecules. Carbon dioxide originating from organic, non-fossil material is called biogenic carbon dioxide in the present invention, as described below. Fuels or fuel intermediates containing biogenic carbon are known as "biofuels" or "biofuel intermediates" and exhaust emissions from biofuels are generally considered environmentally benign.

[004] A substituição de combustível fóssil por combustível produzido a partir de material orgânico, não fóssil, cria benefícios ambientais associados ao gás de efeito estufa (GEE) por substituir as emissões de dióxido de carbono que seriam produzidas por combustíveis fósseis e que resultariam em um aumento dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera. O dióxido de carbono é um gás de efeito estufa e foi identificado como um contribuinte para as mudanças climáticas globais. Vários governos em todo o mundo têm promovido o aumento do uso de combustíveis renováveis por meio de legislação e regulamentação, incluindo a lei "EISA" (Energy Independence and Security Act, Lei de Segurança e Independência Energética) nos Estados Unidos que tem entre seus objetivos aumentar a produção de combustíveis limpos e renováveis, promover a pesquisa e implementar a captura de GEE (gases contribuintes para o efeito estufa), e reduzir a presença de combustíveis fósseis em combustíveis de transporte. Além do EISA, várias jurisdições, como o estado da Califórnia, nos Estados Unidos, a província da Colúmbia Britânica, no Canadá, e a União Europeia estabeleceram metas anuais para reduzir a média das emissões de GEE no ciclo de vida de combustíveis de transporte. Tal programa é também conhecido como "LCFS" (Low Carbon Fuel Standard, padrão de combustíveis baixo carbono), no qual créditos podem ser gerados para o uso de combustíveis que têm emissões de GEE com ciclo de vida menor que um combustível de linha de base específico.[004] Replacing fossil fuel with fuel produced from organic, non-fossil material creates environmental benefits associated with greenhouse gas (GHG) by replacing carbon dioxide emissions that would be produced by fossil fuels and which would result in an increase in carbon dioxide levels in the atmosphere. Carbon dioxide is a greenhouse gas and has been identified as a contributor to global climate change. Several governments around the world have promoted the increased use of renewable fuels through legislation and regulation, including the "EISA" law (Energy Independence and Security Act) in the United States, which has among its objectives increase the production of clean and renewable fuels, promote research and implement the capture of GHGs (gases contributing to the greenhouse effect), and reduce the presence of fossil fuels in transport fuels. In addition to EISA, several jurisdictions, such as the state of California in the United States, the province of British Columbia in Canada, and the European Union have established annual targets to reduce average lifecycle GHG emissions from transportation fuels. Such a program is also known as "LCFS" (Low Carbon Fuel Standard), in which credits can be generated for the use of fuels that have GHG emissions with a shorter life cycle than a baseline fuel. specific.

[005] Apesar dos incentivos governamentais, os biocombustíveis ainda não são amplamente usados devido às limitações técnicas e de custo. Um desafio para a comercialização de biocombustíveis é a produtividade frequentemente baixa do combustível a partir do material de partida. Diversos fatores contribuem para esse baixo rendimento. Por exemplo, na produção fermentativa de etanol a partir de material orgânico, não fóssil, como milho, uma quantidade significativa do carbono proveniente do açúcar não é convertida em produto combustível. Durante a fermentação, a levedura produz, além do produto etanol desejado, dióxido de carbono. Para cada um mol de glicose, são produzidos dois moles de etanol e dois moles de dióxido de carbono. Esse carbono não é normalmente capturado uma vez que o dióxido de carbono é tipicamente ventilado para a atmosfera devido ao seu baixo valor energético e sendo biogênico, o dióxido de carbono não tem um efeito líquido sobre as emissões de GEE no ciclo de vida do etanol. Um outro problema é o custo e as emissões de GEE associados à purificação do produto (etanol).[005] Despite government incentives, biofuels are still not widely used due to technical and cost limitations. A challenge for commercializing biofuels is the often low productivity of the fuel from the starting material. Several factors contribute to this low yield. For example, in the fermentative production of ethanol from organic, non-fossil material, such as corn, a significant amount of the carbon from sugar is not converted into a fuel product. During fermentation, yeast produces, in addition to the desired ethanol product, carbon dioxide. For every one mole of glucose, two moles of ethanol and two moles of carbon dioxide are produced. This carbon is not typically captured as carbon dioxide is typically vented to the atmosphere due to its low energy value and being biogenic, carbon dioxide does not have a net effect on GHG emissions in the life cycle of ethanol. Another problem is the cost and GHG emissions associated with purifying the product (ethanol).

[006] Além disso, apenas a porção rica em carboidratos do material orgânico, como o grão ou os colmos de cana-de-açúcar, é prontamente convertida em etanol. Embora a produção de combustível proveniente dessas partes da planta possa ser realizada com relativa facilidade, as partes estruturais da planta também contêm açúcar na forma de celulose e hemicelulose, que são geralmente mais difíceis de serem convertidas em biocombustível. Uma vez que essas partes da planta não são convertidas em produto em tais processos de fermentação para a produção de combustível, isto representa uma perda significativa de produtividade.[006] Furthermore, only the carbohydrate-rich portion of the organic material, such as sugarcane grain or stalks, is readily converted into ethanol. Although production of fuel from these parts of the plant can be accomplished relatively easily, the structural parts of the plant also contain sugar in the form of cellulose and hemicellulose, which are generally more difficult to convert into biofuel. Since these parts of the plant are not converted into product in such fermentation processes for fuel production, this represents a significant loss of productivity.

[007] Os esforços de pesquisa têm sido direcionados ao desenvolvimento de processos que possam converter a celulose e a hemicelulose, a porção não comestível do material vegetal, em combustíveis. Uma primeira etapa do processamento químico para a conversão das partes não comestíveis das plantas em etanol, ou em outros produtos de fermentação, envolve a quebra do material fibroso para liberar monômeros de açúcar a partir do material vegetal. Isso pode ser obtido primeiro pela hidrólise da hemicelulose em seus açúcares constituintes, com o uso de um produto químico como ácido sulfúrico, seguida da hidrólise da celulose em glicose por enzimas chamadas de enzimas celulases. Esses açúcares são então fermentados com leveduras ou bactérias produzindo etanol. Um componente não açúcar que permanece após a conversão, conhecido como lignina, pode ser queimado para gerar calor e eletricidade para as operações internas da usina. Desse modo, o processo se beneficia da maximização da planta inteira para a produção de combustível ou energia. Entretanto, a obtenção de um rendimento alto de açúcar para fermentação subsequente apresenta desafios devido à recalcitrância da celulose à hidrólise enzimática. Não obstante a contínua pesquisa no sentido de melhorar a eficiência dessa etapa, o progresso é lento e o processo ainda é caro.[007] Research efforts have been directed at developing processes that can convert cellulose and hemicellulose, the inedible portion of plant material, into fuels. A first step in chemical processing to convert the inedible parts of plants into ethanol, or other fermentation products, involves breaking down the fibrous material to release sugar monomers from the plant material. This can be achieved by first hydrolyzing hemicellulose into its constituent sugars, using a chemical such as sulfuric acid, followed by hydrolysis of cellulose into glucose by enzymes called cellulase enzymes. These sugars are then fermented with yeast or bacteria producing ethanol. A non-sugar component that remains after conversion, known as lignin, can be burned to generate heat and electricity for the plant's internal operations. In this way, the process benefits from maximizing the entire plant for fuel or energy production. However, obtaining a high sugar yield for subsequent fermentation presents challenges due to the recalcitrance of cellulose to enzymatic hydrolysis. Despite ongoing research to improve the efficiency of this stage, progress is slow and the process is still expensive.

[008] Uma outra abordagem para a utilização da planta inteira envolve submeter o material orgânico à gaseificação para produzir gás de síntese, que é composto de monóxido de carbono, hidrogênio e, tipicamente, dióxido de carbono. Os gases de síntese podem então ser usados como precursores para produzir produtos químicos adicionais ou usados por si sós como um combustível. Embora a planta inteira, incluindo os componentes carboidrato e lignina, possa ser convertida em gás de síntese, parte da energia armazenada nos polímeros de açúcar é perdida no processo. Além disso, muitos produtos secundários, incluindo alcatrões e dióxido de carbono, que não são convertidos em combustível, são produzidos e contribuem, portanto, para a perda de produtividade.[008] Another approach to using the whole plant involves subjecting organic material to gasification to produce synthesis gas, which is composed of carbon monoxide, hydrogen and, typically, carbon dioxide. Synthesis gases can then be used as precursors to produce additional chemicals or used by themselves as a fuel. Although the entire plant, including the carbohydrate and lignin components, can be converted into synthesis gas, some of the energy stored in the sugar polymers is lost in the process. Furthermore, many secondary products, including tars and carbon dioxide, which are not converted into fuel, are produced and therefore contribute to lost productivity.

SUMMARY

[009] De acordo com uma modalidade, é fornecido um processo para produzir combustíveis ou intermediários de combustíveis a partir de material orgânico, não fóssil, que melhora a produtividade do produto a partir de material orgânico, não fóssil e/ou que mantém um impacto benéfico sobre a emissão de GEE. O processo envolve duas fermentações, que incluem uma primeira fermentação que inclui a fermentação de um ou mais gases (por exemplo, CO, CO2 e/ou H2) para fornecer um produto de fermentação, e uma segunda fermentação que inclui a fermentação de um ou mais carboidratos (por exemplo, glicose, xilose, sacarose, frutose, etc.) para fornecer um produto de fermentação. Em uma modalidade, os produtos de fermentação da primeira e da segunda fermentações, que podem ocorrer simultaneamente ou sequencialmente, e que podem ser operadas em modo de batelada ou em modo contínuo, são usados para produzir um mesmo combustível e/ou um intermediário de combustível, de modo que quando uma corrente aquosa compreendendo o produto da fermentação do(s) gás(gases) é introduzida no processo de fermentação do(s) carboidrato(s) ou em uma etapa a montante da fermentação dos carboidratos, a concentração do produto de fermentação na unidade de fermentação de carboidratos aumenta. Esse aumento na concentração reduz os custos de recuperação do produto de fermentação agregado. Em uma modalidade, o um ou mais gases fornecidos à fermentação de gás são biogênicos e obtidos da fermentação de carboidrato, fornecendo assim um rendimento aumentado de biocombustível e/ou de intermediários de biocombustível para uma determinada quantidade de matéria-prima de carboidrato.[009] According to one embodiment, a process is provided for producing fuels or fuel intermediates from organic, non-fossil material, which improves the productivity of the product from organic, non-fossil material and/or which maintains an impact beneficial on GHG emissions. The process involves two fermentations, which include a first fermentation that includes the fermentation of one or more gases (e.g., CO, CO2 and/or H2) to provide a fermentation product, and a second fermentation that includes the fermentation of one or more more carbohydrates (e.g. glucose, xylose, sucrose, fructose, etc.) to provide a fermentation product. In one embodiment, the fermentation products of the first and second fermentations, which may occur simultaneously or sequentially, and which may be operated in batch or continuous mode, are used to produce the same fuel and/or a fuel intermediate. , so that when an aqueous stream comprising the fermentation product of the gas(s) is introduced into the fermentation process of the carbohydrate(s) or in an upstream step of the carbohydrate fermentation, the concentration of the product fermentation rate in the carbohydrate fermentation unit increases. This increase in concentration reduces the costs of recovering the aggregated fermentation product. In one embodiment, the one or more gases supplied to gas fermentation are biogenic and obtained from carbohydrate fermentation, thereby providing an increased yield of biofuel and/or biofuel intermediates for a given amount of carbohydrate feedstock.

[0010] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um processo para produzir um produto de fermentação, que compreende: introduzir um primeiro substrato em uma primeira unidade de fermentação para produzir um primeiro produto de fermentação, sendo que o primeiro substrato compreende ao menos um composto selecionado do grupo que consiste em monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio; introduzir um segundo substrato em uma segunda unidade de fermentação para produzir um segundo produto de fermentação, sendo que o segundo substrato compreende ao menos um carboidrato derivado de material orgânico em uma ou mais etapas de processamento, sendo o primeiro produto de fermentação igual ao segundo produto de fermentação; introduzir uma corrente aquosa que compreende o primeiro produto de fermentação de modo que ao menos uma porção do primeiro produto de fermentação entra na segunda unidade de fermentação; e recuperar ao menos uma porção do primeiro e do segundo produtos de fermentação a partir do efluente da segunda unidade de fermentação para fornecer o produto de fermentação.[0010] According to one aspect of the invention, there is provided a process for producing a fermentation product, comprising: introducing a first substrate into a first fermentation unit to produce a first fermentation product, the first substrate comprising at the same time at least one compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen; introducing a second substrate into a second fermentation unit to produce a second fermentation product, the second substrate comprising at least one carbohydrate derived from organic material in one or more processing steps, the first fermentation product being the same as the second product fermentation; introducing an aqueous stream comprising the first fermentation product so that at least a portion of the first fermentation product enters the second fermentation unit; and recovering at least a portion of the first and second fermentation products from the effluent of the second fermentation unit to provide the fermentation product.

[0011] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um processo para a produção de etanol, que compreende: introduzir um primeiro substrato em uma primeira unidade de fermentação para produzir um caldo que inclui etanol, sendo que o primeiro substrato compreende ao menos um composto selecionado do grupo que consiste em monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio; remover células de ao menos uma porção do caldo para fornecer uma corrente aquosa compreendendo etanol; introduzir um segundo substrato em uma segunda unidade de fermentação para produzir um caldo que inclui etanol, sendo que o segundo substrato compreende ao menos um carboidrato derivado de material orgânico em uma ou mais etapas de processamento; introduzir ao menos uma porção da corrente aquosa compreendendo etanol no processo de modo que ao menos uma porção do etanol na corrente aquosa entra na segunda unidade de fermentação, e de modo que uma concentração de etanol que sai da segunda unidade de fermentação é maior que a concentração de etanol na corrente aquosa; e recuperar o etanol da segunda unidade de fermentação, sendo que o etanol recuperado compreende etanol produzido na primeira e na segunda unidades de fermentação.[0011] According to one aspect of the invention, a process for producing ethanol is provided, comprising: introducing a first substrate into a first fermentation unit to produce a broth that includes ethanol, the first substrate comprising at least a compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen; removing cells from at least a portion of the broth to provide an aqueous stream comprising ethanol; introducing a second substrate into a second fermentation unit to produce a broth that includes ethanol, the second substrate comprising at least one carbohydrate derived from organic material in one or more processing steps; introduce at least a portion of the aqueous stream comprising ethanol into the process so that at least a portion of the ethanol in the aqueous stream enters the second fermentation unit, and so that a concentration of ethanol leaving the second fermentation unit is greater than the ethanol concentration in the aqueous stream; and recovering ethanol from the second fermentation unit, wherein the recovered ethanol comprises ethanol produced in the first and second fermentation units.

[0012] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um processo para a produção de um produto de fermentação, que compreende: fermentar ao menos um gás em uma fermentação de gás pra produzir um primeiro produto de fermentação, sendo que o ao menos um gás compreende ao menos um dentre monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio; fermentar ao menos um carboidrato em uma fermentação de carboidrato para produzir um segundo produto de fermentação, sendo que o segundo produto de fermentação é igual ao primeiro produto de fermentação, o ao menos um carboidrato é derivado do material orgânico processado em uma ou mais etapas de processamento e compreende um açúcar, um amido ou uma combinação dos mesmos; combinar uma corrente aquosa que compreende o primeiro produto de fermentação e que se origina da primeira fermentação com uma corrente que compreende o carboidrato, o material orgânico, o material orgânico processado, ou uma combinação dos mesmos, de modo que ao menos uma porção do primeiro produto de fermentação entra na segunda unidade de fermentação; e recuperar o primeiro e o segundo produtos de fermentação da fermentação de carboidrato, sendo que a corrente aquosa é alimentada em um estágio do processo que exige uma adição de água.[0012] According to one aspect of the invention, there is provided a process for producing a fermentation product, comprising: fermenting at least one gas in a gas fermentation to produce a first fermentation product, the at least a gas comprises at least one of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen; ferment at least one carbohydrate in a carbohydrate fermentation to produce a second fermentation product, wherein the second fermentation product is the same as the first fermentation product, the at least one carbohydrate is derived from organic material processed in one or more fermentation steps. processing and comprises a sugar, a starch or a combination thereof; combining an aqueous stream comprising the first fermentation product and originating from the first fermentation with a stream comprising carbohydrate, organic material, processed organic material, or a combination thereof, so that at least a portion of the first fermentation product enters the second fermentation unit; and recovering the first and second fermentation products of carbohydrate fermentation, the aqueous stream being fed into a stage of the process that requires an addition of water.

[0013] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um processo para a produção de etanol, que compreende: realizar uma fermentação de gás que inclui introduzir ao menos um gás selecionado do grupo que consiste em monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio, em uma unidade de fermentação de gás; alimentar uma corrente de gás que compreende dióxido de carbono biogênico em uma unidade de fermentação de gás, sendo o dióxido de carbono biogênico proveniente de um processo de produção de etanol, sendo que o processo de produção de etanol compreende uma fermentação de carboidrato que inclui introduzir ao menos um carboidrato em uma unidade de fermentação de carboidrato; e fornecer uma corrente aquosa que compreende etanol produzido a partir da fermentação de gás ou derivado de um intermediário produzido pela fermentação de gás para introdução no processo de produção de etanol em um estágio que permite que ao menos uma porção do etanol na corrente aquosa entre na unidade de fermentação de carboidrato.[0013] According to one aspect of the invention, a process for producing ethanol is provided, which comprises: carrying out a gas fermentation that includes introducing at least one gas selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, in a gas fermentation unit; feeding a gas stream comprising biogenic carbon dioxide into a gas fermentation unit, the biogenic carbon dioxide being from an ethanol production process, the ethanol production process comprising a carbohydrate fermentation including introducing at least one carbohydrate in a carbohydrate fermentation unit; and providing an aqueous stream comprising ethanol produced from gas fermentation or derived from an intermediate produced by gas fermentation for introduction into the ethanol production process at a stage that allows at least a portion of the ethanol in the aqueous stream to enter the carbohydrate fermentation unit.

[0014] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um processo para a produção de etanol, que compreende: receber uma corrente aquosa que compreende etanol derivado de dióxido de carbono biogênico introduzido em uma unidade de fermentação de gás; introduzir ao menos uma porção da corrente aquosa em um processo de produção de etanol, de modo que ao menos uma porção do etanol na corrente aquosa entra em uma unidade de fermentação de carboidrato no processo de produção de etanol, sendo a unidade de fermentação de carboidrato para produção de etanol derivado de ao menos um carboidrato; fornecer dióxido de carbono biogênico gerado no processo de produção de etanol a uma usina de produção para introdução em uma unidade de fermentação de gás; e recuperar o etanol da unidade de fermentação de carboidrato, sendo que o etanol recuperado inclui etanol derivado do dióxido de carbono biogênico introduzido na unidade de fermentação de gás e derivado do ao menos um carboidrato introduzido na unidade de fermentação de carboidrato.[0014] According to one aspect of the invention, a process for producing ethanol is provided, comprising: receiving an aqueous stream comprising ethanol derived from biogenic carbon dioxide introduced into a gas fermentation unit; introducing at least a portion of the aqueous stream into an ethanol production process, such that at least a portion of the ethanol in the aqueous stream enters a carbohydrate fermentation unit in the ethanol production process, the carbohydrate fermentation unit being for production of ethanol derived from at least one carbohydrate; supply biogenic carbon dioxide generated in the ethanol production process to a production plant for introduction into a gas fermentation unit; and recovering ethanol from the carbohydrate fermentation unit, wherein the recovered ethanol includes ethanol derived from biogenic carbon dioxide introduced into the gas fermentation unit and derived from at least one carbohydrate introduced into the carbohydrate fermentation unit.

[0015] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um processo para a produção de etanol, que compreende: receber dióxido de carbono biogênico gerado em um processo de produção de etanol; introduzir o dióxido de carbono biogênico em uma unidade de fermentação de gás e produzir etanol derivado do dióxido de carbono biogênico introduzido na unidade de fermentação de gás; fornecer uma corrente aquosa que compreende o etanol derivado do dióxido de carbono biogênico ao processo de produção de etanol, sendo a corrente aquosa para introdução no processo de produção de etanol, de modo que ao menos uma porção do etanol na corrente aquosa entra em uma unidade de fermentação de carboidrato para produzir etanol derivado de ao menos um carboidrato introduzido na unidade de fermentação de carboidrato, sendo que o processo de produção de etanol inclui uma etapa de recuperação do etanol da unidade de fermentação de carboidrato, sendo que o etanol recuperado inclui etanol derivado do dióxido de carbono biogênico introduzido na unidade de fermentação de gás e etanol derivado do ao menos um carboidrato introduzido na unidade de fermentação de carboidrato.[0015] According to one aspect of the invention, a process for producing ethanol is provided, comprising: receiving biogenic carbon dioxide generated in an ethanol production process; introducing biogenic carbon dioxide into a gas fermentation unit and producing ethanol derived from the biogenic carbon dioxide introduced into the gas fermentation unit; supply an aqueous stream comprising ethanol derived from biogenic carbon dioxide to the ethanol production process, the aqueous stream being for introduction into the ethanol production process, such that at least a portion of the ethanol in the aqueous stream enters a unit of carbohydrate fermentation to produce ethanol derived from at least one carbohydrate introduced into the carbohydrate fermentation unit, wherein the ethanol production process includes a step of recovering ethanol from the carbohydrate fermentation unit, wherein the recovered ethanol includes ethanol derived from biogenic carbon dioxide introduced into the gas fermentation unit and ethanol derived from at least one carbohydrate introduced into the carbohydrate fermentation unit.

BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES

[0016] Modalidades exemplificadoras serão agora descritas em conjunto com os desenhos, nos quais: A Figura 1 é um diagrama de fluxo do processo que mostra a produção de etanol biogênico de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 2 é um diagrama de fluxo do processo que mostra a produção de etanol biogênico de acordo com uma modalidade da invenção; A Figura 3 é um diagrama de fluxo do processo que mostra a produção de etanol biogênico de acordo com uma modalidade da invenção; e A Figura 4 é um diagrama de fluxo do processo que mostra a produção de etanol biogênico de acordo com uma modalidade da invenção.[0016] Exemplary embodiments will now be described in conjunction with the drawings, in which: Figure 1 is a process flow diagram showing the production of biogenic ethanol according to an embodiment of the invention; Figure 2 is a process flow diagram showing the production of biogenic ethanol in accordance with an embodiment of the invention; Figure 3 is a process flow diagram showing the production of biogenic ethanol in accordance with an embodiment of the invention; and Figure 4 is a process flow diagram showing the production of biogenic ethanol in accordance with an embodiment of the invention.

[0017] Será notado que em todos os desenhos em anexo, características semelhantes são identificadas por numerais de referência semelhantes.[0017] It will be noted that in all attached drawings, similar features are identified by similar reference numerals.

DETAILED DESCRIPTION Definitions

[0018] O termo "à base de carbono biogênico" em referência a um produto, como um combustível, um intermediário de combustível, ou um produto químico, significa que o produto compreende carbono que é carbono proveniente direta ou indiretamente de material orgânico não fóssil. Isso pode incluir carbono derivado de dióxido de carbono fóssil, ou tanto de dióxido de carbono fóssil como de carbono não fóssil, mas que é considerado biogênico pelos versados na técnica, conforme descrito adicionalmente na presente invenção.[0018] The term "biogenic carbon-based" in reference to a product, such as a fuel, a fuel intermediate, or a chemical, means that the product comprises carbon that is carbon originating directly or indirectly from non-fossil organic material . This may include carbon derived from fossil carbon dioxide, or from both fossil carbon dioxide and non-fossil carbon, but which is considered biogenic by those skilled in the art, as further described in the present invention.

[0019] Como usado aqui, o termo "material orgânico, não fóssil" ou simplesmente "material orgânico" se refere a um material que compreende carbono de uma ou mais fontes biológicas, que não é obtido de formações geológicas subterrâneas. Qualquer material de fonte biológica, não fóssil, adequado obtido ou derivado direta ou indiretamente de plantas ou animais pode ser usado como o material orgânico em várias modalidades do processo para fornecer uma fonte de carbono e/ou fonte de energia. Isso inclui material orgânico derivado de planta, que compreende polissacarídeos, incluindo amido, celulose e hemicelulose, oligossacarídeos, dissacarídeos, monossacarídeos, ou uma combinação dos mesmos. Outro material de fonte biológica, não fóssil que pode ser utilizado como uma fonte de carbono e/ou de energia inclui compostos ou moléculas derivadas de material contendo não açúcar, como lignina e gorduras. O material orgânico pode estar sob a forma líquida contendo componentes solúveis, na forma sólida, na forma gasosa ou qualquer combinação das mesmas. Por exemplo, o material orgânico pode incluir material que compreende amido, açúcares ou outros carboidratos derivados de açúcar ou de culturas amiláceas. O açúcar e as culturas amiláceas podem incluir, mas não se limitam a, milho, tribo, cevada, centeio, sorgo, arroz, batata, mandioca, beterraba sacarina, cana-de-açúcar, ou uma combinação dos mesmos.[0019] As used herein, the term "organic, non-fossil material" or simply "organic material" refers to a material comprising carbon from one or more biological sources, which is not obtained from underground geological formations. Any suitable non-fossil, biological source material obtained or derived directly or indirectly from plants or animals can be used as the organic material in various embodiments of the process to provide a carbon source and/or energy source. This includes plant-derived organic material, which comprises polysaccharides, including starch, cellulose and hemicellulose, oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides, or a combination thereof. Other biological, non-fossil source material that can be used as a carbon and/or energy source includes compounds or molecules derived from non-sugar containing material, such as lignin and fats. The organic material may be in liquid form containing soluble components, in solid form, in gaseous form or any combination thereof. For example, the organic material may include material comprising starch, sugars or other carbohydrates derived from sugar or starchy crops. Sugar and starchy crops may include, but are not limited to, corn, tribe, barley, rye, sorghum, rice, potatoes, cassava, sugar beets, sugar cane, or a combination thereof.

[0020] O material orgânico pode também ser biomassa ou material derivado de biomassa. Exemplos de biomassa e material derivado de biomassa incluem (i) culturas energéticas; (ii) resíduos, subprodutos ou resíduos do processamento de material vegetal em uma instalação, ou matéria-prima derivada dos mesmos; (iii) resíduos agrícolas; (iv) material florestal; (v) material derivado do processamento de polpa e papel; (vi) resíduos de polpa e papel; e (vii) lixo urbano ou componentes removidos ou derivados do lixo urbano. A biomassa ou o material derivado de biomassa pode estar sob qualquer forma, incluindo forma sólida, líquida, gasosa, ou uma combinação dos mesmos.[0020] The organic material can also be biomass or material derived from biomass. Examples of biomass and biomass-derived material include (i) energy crops; (ii) waste, by-products or waste from the processing of plant material in a facility, or raw material derived therefrom; (iii) agricultural waste; (iv) forestry material; (v) material derived from pulp and paper processing; (vi) pulp and paper waste; and (vii) urban waste or components removed from or derived from urban waste. Biomass or biomass-derived material may be in any form, including solid, liquid, gaseous form, or a combination thereof.

[0021] As culturas energéticas incluem culturas de biomassa como gramíneas, incluindo as gramíneas C4, como capim switchgrass (Panicum virgatum), cana de energia, sorgo, capim cordgrass (do gênero Spartina), azevém (Lolium perenne), miscanthus, capim-amarelo (Phalaris arundinacea), gramíneas C3 como Arundo donax ou uma combinação das mesmas.[0021] Energy crops include biomass crops such as grasses, including C4 grasses, such as switchgrass (Panicum virgatum), energy cane, sorghum, cordgrass (of the genus Spartina), ryegrass (Lolium perenne), miscanthus, yellow (Phalaris arundinacea), C3 grasses such as Arundo donax or a combination thereof.

[0022] Os resíduos, os subprodutos e os resíduos do processamento de material vegetal em uma instalação ou a matéria-prima derivada dos mesmos incluem resíduos que permanecem após a obtenção de açúcar de biomassa vegetal, como bagaço de cana-de-açúcar, ponteiros e/ou folhas da cana-de- açúcar, polpa de beterraba, ou resíduos que permanecem após a remoção do açúcar do alcachofra de Jerusalém, ou resíduos que permanecem após o processamento do grão, como fibra de milho, forragem de milho e farelo de grãos. Os resíduos agrícolas incluem, mas não se limitam a, forragem de feijão-soja, forragem de milho, palha de arroz, ponteiros e/ou folhas de cana- de-açúcar, cascas de arroz, palha de cevada, espigas de milho, palha de trigo, palha de canola, palha de aveia, cascas de aveia ou espigas de milho.[0022] Residues, by-products and residues from the processing of plant material in a facility or the raw material derived therefrom include residues that remain after obtaining sugar from plant biomass, such as sugarcane bagasse, pointers and/or sugar cane leaves, beet pulp, or residues that remain after removing the sugar from the Jerusalem artichoke, or residues that remain after processing the grain, such as corn fiber, corn fodder, and corn bran. grains. Agricultural residues include, but are not limited to, soybean forage, corn forage, rice straw, sugar cane tips and/or leaves, rice husks, barley straw, corn cobs, straw wheat straw, canola straw, oat straw, oat husks or corn cobs.

[0023] Os materiais florestais incluem quaisquer espécies de madeiras duras (folhosas ou hardwood) ou madeirar macias (coníferas ou softwood). O termo inclui resíduos, subprodutos, resíduos ou material que geram resíduos derivados do processamento de qualquer espécie de madeira dura ou macia. Exemplos de resíduos incluem resíduos e sobras de madeira em serrarias, restos provenientes de poda de arborização ou resíduos de madeira gerados na indústria madeireira em operações de colheita florestal. Os resíduos de polpa e papel incluem produtos não polpa e não papel da polpação química ou da fabricação de papel, como licor negro, licor residual de sulfito, borra de fabricação de papel, refugos de papel, finos ou lignina precipitada.[0023] Forest materials include any species of hardwood (hardwood or hardwood) or softwood (conifer or softwood). The term includes residues, by-products, residues or waste-generating material derived from the processing of any species of hard or soft wood. Examples of waste include waste and wood scraps from sawmills, scraps from tree pruning or wood waste generated in the timber industry from forest harvesting operations. Pulp and paper waste includes non-pulp and non-paper products from chemical pulping or papermaking, such as black liquor, sulfite waste liquor, papermaking sludge, paper scraps, fines, or precipitated lignin.

[0024] O lixo urbano inclui o lixo ou o material após o uso pelo consumidor proveniente de uma variedade de fontes, como fontes domésticas, comerciais, institucionais e industriais. Por exemplo, o termo inclui resíduos sólidos urbanos da coleta de lixo, de águas residuais não tratadas ou de lodos de esgoto.[0024] Urban waste includes waste or material after consumer use from a variety of sources, such as domestic, commercial, institutional and industrial sources. For example, the term includes municipal solid waste from garbage collection, untreated wastewater, or sewage sludge.

[0025] A biomassa ou o material derivado de biomassa pode ser uma mistura de fibras que se originam de diferentes tipos de material vegetal, incluindo misturas celulósicas e não celulósicas. Além disso, a biomassa pode compreender biomassa fresca, biomassa parcialmente seca, biomassa totalmente seca, ou uma combinação das mesmas. Adicionalmente, novas variedades de biomassa podem ser produzidas a partir de quaisquer biomassas mencionadas acima por melhoramento vegetal ou por engenharia genética.[0025] Biomass or biomass-derived material can be a mixture of fibers that originate from different types of plant material, including cellulosic and non-cellulosic mixtures. Furthermore, the biomass may comprise fresh biomass, partially dried biomass, fully dried biomass, or a combination thereof. Additionally, new varieties of biomass can be produced from any biomasses mentioned above by plant breeding or genetic engineering.

[0026] O termo "produto energético", como usado na presente invenção, pode se referir a (i) qualquer produto que é usado para gerar energia elétrica ou calor, como lignina ou metano; e/ou (ii) produtos que armazenam energia térmica ou energia elétrica, incluindo vapor e eletricidade produzidos por combustão de material orgânico não fóssil.[0026] The term "energy product", as used in the present invention, may refer to (i) any product that is used to generate electrical energy or heat, such as lignin or methane; and/or (ii) products that store thermal energy or electrical energy, including steam and electricity produced by combustion of non-fossil organic material.

[0027] Um "combustível" inclui material líquido ou gasoso, que pode conter carbono, que pode ser queimado para produzir eletricidade ou calor e inclui combustível de transporte e de aquecimento. O combustível pode ser um líquido a 20°C, como um álcool, ou gasoso, como metano ou hidrogênio, que são gases a essa temperatura. O combustível pode existir em qualquer forma, incluindo as formas gasosa, líquida ou comprimida.[0027] A "fuel" includes liquid or gaseous material, which may contain carbon, which can be burned to produce electricity or heat and includes transportation and heating fuel. The fuel can be a liquid at 20°C, such as alcohol, or gaseous, such as methane or hydrogen, which are gases at that temperature. Fuel can exist in any form, including gaseous, liquid or compressed forms.

[0028] Um "intermediário de combustível" é um precursor usado para produzir um combustível por um processo de conversão adicional, como por uma conversão biológica, uma conversão química, ou uma combinação das mesmas.[0028] A "fuel intermediate" is a precursor used to produce a fuel by an additional conversion process, such as by a biological conversion, a chemical conversion, or a combination thereof.

[0029] Um "produto químico" é um composto químico usado em um processo de produção ou um produto como uma commodity. Alguns exemplos de produtos químicos produzidos de material orgânico, não fóssil, são ácidos de açúcar, álcoois de açúcar, ácidos orgânicos, bioplásticos ou intermediários de bioplásticos, produtos químicos derivados da fermentação, fertilizantes e produtos à base de lignina. Um "produto à base de lignina" é um produto que compreende lignina, um derivado de lignina, ou um produto que é produzido a partir de lignina.[0029] A "chemical" is a chemical compound used in a production process or a product such as a commodity. Some examples of chemicals produced from organic, non-fossil material are sugar acids, sugar alcohols, organic acids, bioplastics or bioplastic intermediates, fermentation-derived chemicals, fertilizers, and lignin-based products. A "lignin-based product" is a product that comprises lignin, a lignin derivative, or a product that is produced from lignin.

[0030] Um "biocombustível" ou um "intermediário de biocombustível" se refere a um combustível e a um intermediário de combustível, respectivamente, contendo carbono biogênico. Um exemplo de um combustível à base de carbono biogênico é bioetanol (por exemplo, bioetanol contendo carbono biogênico).[0030] A "biofuel" or a "biofuel intermediate" refers to a fuel and a fuel intermediate, respectively, containing biogenic carbon. An example of a biogenic carbon-based fuel is bioethanol (e.g., bioethanol containing biogenic carbon).

[0031] Alguns exemplos de combustíveis, intermediários de combustíveis, produtos químicos e energéticos, e processos para a sua produção a partir de material orgânico, não fóssil, são descritos abaixo. Tais processos incluem fermentação para produzir produtos de fermentação, ou processos térmicos, incluindo combustão, gaseificação, pirólise ou uma combinação dos mesmos.[0031] Some examples of fuels, fuel intermediates, chemical and energy products, and processes for their production from organic, non-fossil material, are described below. Such processes include fermentation to produce fermentation products, or thermal processes including combustion, gasification, pyrolysis or a combination thereof.

[0032] Como usado aqui, o termo "fermentação" inclui a conversão biológica de material orgânico ou materiais contendo carbono derivados de formações geológicas subterrâneas por qualquer processo com o uso de micróbios (por exemplo, bactéria, levedura ou outros micro-organismos) em um ou mais estágios em um produto de fermentação. O material orgânico pode estar sob qualquer forma, incluindo formas sólida, líquida ou gasosa, ou qualquer combinação dos mesmos. Os micróbios, que podem também ser chamados de biocatalisadores, realizam a transformação química no substrato de fermentação para produzir os produtos de fermentação. O substrato de fermentação, que inclui as moléculas que são transformadas quimicamente, inclui, tipicamente, compostos orgânicos. Os micróbios, também chamados na presente invenção de os micro-organismos, são tipicamente fornecidos em uma unidade de fermentação. A unidade de fermentação inclui, tipicamente, um recipiente para reter o caldo de fermentação, que é uma mistura que tipicamente inclui os substratos, os micro-organismos, nutrientes, solventes, diluentes, produtos de fermentação, etc. O caldo de fermentação pode inclui sólidos, líquido e/ou gases. A unidade de fermentação, que pode também ser chamada de fermentador ou biorreator, pode ser um digestor anaeróbico, um fermentador de gás, ou um reator convencional de fermentação com levedura. A unidade de fermentação pode incluir um ou mais tanques de fermentação, cada um dos quais pode incluir meios de agitação, um sistema de esterilização, fluxos de alimentação de gás, fluxos de alimentação de nutrientes líquidos, controle de temperatura e/ou controle de pH. Por exemplo, uma unidade de fermentação pode incluir uma série de biorreatores, incluindo um biorreator de crescimento, e um ou mais tanques de fermentação para diferentes estágios de fermentação. Parte ou todo o caldo de fermentação pode ser submetido a uma separação sólido-liquido que fornece uma corrente tendo uma concentração relativamente alta do produto de fermentação e uma corrente tendo uma concentração relativamente alta de micro-organismos. A reintrodução dos micro-organismos no tanque de fermentação, também conhecida como reciclo de células, pode reduzir custos (por exemplo, visto que alguns micro-organismos podem ser caros). Adicionalmente, uma vez que os micro-organismos, como as leveduras, agem como biocatalisadores de autorreprodução, a reintrodução dos micro-organismos na fermentação pode permitir a adaptação dos micro-organismos e/ou a otimização do processo de fermentação. Os produtos de fermentação podem ser recuperados (por exemplo, separados e/ou purificados) do caldo de fermentação com o uso de qualquer dos métodos conhecidos na técnica (por exemplo, destilação, adsorção, cromatografia, separação por membrana, etc.). Alguns exemplos de produtos e/ou subprodutos produzidos pela fermentação incluem etanol, butanol, ácido lático, ácido acético, ácido butírico, acetona, dióxido de carbono e gás hidrogênio (H2). O termo "produto de fermentação", como usado aqui se refere a álcoois e/ou ácidos produzidos por fermentação. Os processos compreendendo fermentação podem também gerar um ou mais produtos energéticos, como lignina, metano, vapor ou eletricidade para uso interno e/ou externo.[0032] As used herein, the term "fermentation" includes the biological conversion of organic material or carbon-containing materials derived from underground geological formations by any process using microbes (e.g., bacteria, yeast or other microorganisms) into one or more stages in a fermentation product. The organic material may be in any form, including solid, liquid or gaseous forms, or any combination thereof. Microbes, which can also be called biocatalysts, carry out chemical transformation in the fermentation substrate to produce fermentation products. The fermentation substrate, which includes the molecules that are chemically transformed, typically includes organic compounds. Microbes, also referred to in the present invention as microorganisms, are typically provided in a fermentation unit. The fermentation unit typically includes a container for holding the fermentation broth, which is a mixture that typically includes substrates, microorganisms, nutrients, solvents, diluents, fermentation products, etc. The fermentation broth may include solids, liquid and/or gases. The fermentation unit, which can also be called a fermentor or bioreactor, can be an anaerobic digester, a gas fermenter, or a conventional yeast fermentation reactor. The fermentation unit may include one or more fermentation tanks, each of which may include agitation means, a sterilization system, gas feed streams, liquid nutrient feed streams, temperature control and/or pH control. . For example, a fermentation unit may include a series of bioreactors, including a growth bioreactor, and one or more fermentation tanks for different stages of fermentation. Part or all of the fermentation broth may be subjected to a solid-liquid separation that provides a stream having a relatively high concentration of fermentation product and a stream having a relatively high concentration of microorganisms. Reintroducing microorganisms to the fermentation tank, also known as cell recycling, can reduce costs (for example, as some microorganisms can be expensive). Additionally, since microorganisms, such as yeast, act as self-reproduction biocatalysts, the reintroduction of microorganisms into fermentation can allow microorganisms to adapt and/or optimize the fermentation process. Fermentation products can be recovered (e.g., separated and/or purified) from the fermentation broth using any of the methods known in the art (e.g., distillation, adsorption, chromatography, membrane separation, etc.). Some examples of products and/or byproducts produced by fermentation include ethanol, butanol, lactic acid, acetic acid, butyric acid, acetone, carbon dioxide, and hydrogen gas (H2). The term "fermentation product" as used herein refers to alcohols and/or acids produced by fermentation. Processes comprising fermentation can also generate one or more energy products, such as lignin, methane, steam or electricity for internal and/or external use.

Carbohydrate fermentation

[0033] Em geral, os substratos mais comuns para fermentação são carboidratos (isto é, sacarídeos), que incluem açúcares, amido e celulose. Em uma modalidade, os carboidratos são obtidos de biomassa. Em uma modalidade, os carboidratos são obtidos de material orgânico que pode ser culturas alimentares. Alguns exemplos de produto e/ou subprodutos produzidos durante a fermentação de açúcares, como glicose, incluem etanol, ácido lático, ácido acético, dióxido de carbono (CO2), e hidrogênio (H2).[0033] In general, the most common substrates for fermentation are carbohydrates (i.e., saccharides), which include sugars, starch and cellulose. In one embodiment, the carbohydrates are obtained from biomass. In one embodiment, carbohydrates are obtained from organic material which may be food crops. Some examples of products and/or byproducts produced during the fermentation of sugars, such as glucose, include ethanol, lactic acid, acetic acid, carbon dioxide (CO2), and hydrogen (H2).

[0034] Por exemplo, na produção de etanol, a fermentação de glicose produz duas moléculas de dióxido de carbono pela seguinte reação: C6H12O6 ^ 2C2H6O + 2CO2.[0034] For example, in the production of ethanol, the fermentation of glucose produces two molecules of carbon dioxide by the following reaction: C6H12O6 ^ 2C2H6O + 2CO2.

[0035] O dióxido de carbono gerado durante as fermentações pode ser coletado através de processos conhecidos, conforme discutido adicionalmente na presente invenção.[0035] Carbon dioxide generated during fermentations can be collected through known processes, as further discussed in the present invention.

[0036] Quando o carboidrato é obtido a partir de matéria-prima derivada de plantas ou materiais à base de plantas, a matéria-prima pode ser submetida a um pré-tratamento e/ou à hidrólise antes da fermentação. Em geral, o pré-tratamento e/ou a hidrólise pode(m) incluir vários processos mecânicos, químicos, térmicos e/ou biológicos para fornecer mais açúcares à base de carbono biogênico a partir da matéria-prima e/ou para permitir que mais carboidrato à base de carbono biogênico seja fermentado.[0036] When the carbohydrate is obtained from raw material derived from plants or herbal materials, the raw material can be subjected to pre-treatment and/or hydrolysis before fermentation. In general, pretreatment and/or hydrolysis may include various mechanical, chemical, thermal and/or biological processes to provide more biogenic carbon-based sugars from the feedstock and/or to allow more biogenic carbon-based carbohydrate is fermented.

[0037] Em uma modalidade, a matéria-prima inclui um açúcar ou cultura amilácea. Para uma cultura amilácea, o material orgânico, não fóssil, é tipicamente processado para extrair o açúcar do mesmo. O açúcar pode ser subsequentemente fermentado na fermentação de carboidratos. As culturas amiláceas, incluindo, mas sem limitação, cana-de-açúcar, beterraba sacarina ou sorgo doce, podem ser submetidas a um tratamento mecânico, como esmagamento e/ou prensagem, para extrair o açúcar das plantas. Por exemplo, a sacarose da cana-de-açúcar pode ser extraída com o uso de moinhos de rolos. O açúcar de colmos de sorgo doce pode ser extraído de uma maneira similar, embora certas variedades de sorgo contêm grãos que podem ser processados com o uso de tecnologias usadas para o processamento de culturas amiláceas, conforme descrito abaixo.[0037] In one embodiment, the raw material includes a sugar or starchy culture. For a starchy crop, organic, non-fossil material is typically processed to extract sugar from it. Sugar can be subsequently fermented in carbohydrate fermentation. Starchy crops, including but not limited to sugar cane, sugar beet or sweet sorghum, may be subjected to mechanical treatment, such as crushing and/or pressing, to extract the sugar from the plants. For example, sucrose from sugar cane can be extracted using roller mills. Sugar from sweet sorghum stalks can be extracted in a similar manner, although certain varieties of sorghum contain grains that can be processed using technologies used for processing starchy crops, as described below.

[0038] As culturas amiláceas, que incluem culturas de cereais, podem ser submetidas a redução de tamanho, como por moagem ou trituração. O amido pode ser subsequentemente hidrolisado com enzimas, por tratamento químico, ou uma combinação desses tratamentos. A título de exemplo, o grão pode ser triturado com um moinho de rolos ou de martelos, seguido da adição de água e hidrólise do amido com amilases para produzir açúcar fermentável. Esse método é comumente chamado de "moagem a seco". Um método alternativo é a "moagem a úmido" na qual o grão é macerado, como em uma solução ácida e/ou uma solução contendo enzimas, e então submetido a redução de tamanho, como moagem, para facilitar a separação do amido dos outros componentes do grão. O amido é subsequentemente hidrolisado a açúcar com o uso dos métodos descritos acima.[0038] Starchy crops, which include cereal crops, can be subjected to size reduction, such as by grinding or grinding. The starch can be subsequently hydrolyzed with enzymes, by chemical treatment, or a combination of these treatments. By way of example, grain can be crushed with a roller or hammer mill, followed by the addition of water and hydrolysis of the starch with amylases to produce fermentable sugar. This method is commonly called "dry grinding." An alternative method is "wet milling" in which the grain is macerated, such as in an acidic solution and/or a solution containing enzymes, and then subjected to size reduction, such as grinding, to facilitate separation of the starch from the other components. of the grain. The starch is subsequently hydrolyzed to sugar using the methods described above.

[0039] Em uma modalidade, a matéria-prima inclui um material celulósico. A matéria-prima celulósica tipicamente inclui lignocelulose, que é um material estrutural composto principalmente de celulose, hemicelulose e lignina. O processamento de uma matéria-prima celulósica e/ou de uma matéria-prima que inclui celulose pode incluir o pré-tratamento da biomassa ou de material derivado de biomassa para quebrar a estrutura da fibra. Por exemplo, em uma modalidade, a matéria-prima incluindo celulose é submetida a um pré-tratamento e/ou hidrólise que liberar glicose e/ou hemicelulose para a etapa de fermentação. O pré-tratamento e/ou a hidrólise pode incluir calor, processamento mecânico, adição de um ou mais produtos químicos, biocatalisadores, ou combinações dos mesmos para liberar açúcares. Em uma modalidade, o pré-tratamento hidrolisa entre 30% em peso e 100%, em peso do xilano a partir de hemicelulose. Em outras modalidades, o pré-tratamento fornece uma hidrólise mais limitada de xilano.[0039] In one embodiment, the raw material includes a cellulosic material. Cellulosic feedstock typically includes lignocellulose, which is a structural material composed mainly of cellulose, hemicellulose and lignin. Processing of a cellulosic feedstock and/or a feedstock that includes cellulose may include pretreatment of biomass or biomass-derived material to break down the fiber structure. For example, in one embodiment, the raw material including cellulose is subjected to a pretreatment and/or hydrolysis that releases glucose and/or hemicellulose for the fermentation step. Pretreatment and/or hydrolysis may include heat, mechanical processing, addition of one or more chemicals, biocatalysts, or combinations thereof to release sugars. In one embodiment, the pretreatment hydrolyzes between 30% by weight and 100% by weight of the xylan from hemicellulose. In other embodiments, the pretreatment provides more limited hydrolysis of xylan.

[0040] Os açúcares liberados durante o pré-tratamento e/ou a hidrólise podem, então ser submetidos à fermentação para fornecer um ou mais biocombustíveis, intermediários de biocombustíveis, e/ou produtos químicos. Em geral, algumas das ligninas podem permanecer insolúveis e não serão convertidas no um ou mais combustíveis, intermediários de biocombustíveis, e/ou produtos químicos. Por exemplo, em uma modalidade, entre 10% em peso e 100% em peso da lignina pode permanecer insolúvel. A lignina insolúvel pode ser usada para gerar um produto energético ou um produto químico. Por exemplo, em uma modalidade, a lignina é submetida a um processo de conversão para gerar um produto energético (por exemplo, calor ou eletricidade). O produto energético produzido a partir da lignina pode ser usado para substituir a energia fóssil pelo uso no processo de produção em si, ou por exportação do produto energético, de modo a fornecer energia sob a forma de eletricidade para a rede elétrica. A lignina recuperada pode também ser utilizada para produzir um produto químico, como um produto à base de lignina. O produto à base de lignina pode ser um aditivo em uma aplicação comercial, um dispersante, um aglutinante ou um adesivo. Um exemplo de um processo de conversão é o aquecimento da lignina em temperaturas elevadas em um processo de gaseificação ou pirólise para produzir compostos aromáticos como fenóis.[0040] The sugars released during pretreatment and/or hydrolysis can then be subjected to fermentation to provide one or more biofuels, biofuel intermediates, and/or chemicals. In general, some of the lignins may remain insoluble and will not be converted into one or more fuels, biofuel intermediates, and/or chemicals. For example, in one embodiment, between 10% by weight and 100% by weight of the lignin may remain insoluble. Insoluble lignin can be used to generate an energy product or a chemical product. For example, in one embodiment, lignin is subjected to a conversion process to generate an energy product (e.g., heat or electricity). The energy product produced from lignin can be used to replace fossil energy by use in the production process itself, or by exporting the energy product, in order to provide energy in the form of electricity to the electrical grid. The recovered lignin can also be used to produce a chemical product, such as a lignin-based product. The lignin-based product can be an additive in a commercial application, a dispersant, a binder or an adhesive. An example of a conversion process is the heating of lignin to elevated temperatures in a gasification or pyrolysis process to produce aromatic compounds such as phenols.

[0041] Exemplos não limitadores de pré-tratamento incluem pré- tratamento ácido, pré-tratamento alcalino e pré-tratamento hidrotérmico. Tais processos de pré-tratamento são apresentados no pedido US n° 61/948.726 depositado em 6 de março de 2014, o qual está aqui incorporado a título de referência.[0041] Non-limiting examples of pretreatment include acid pretreatment, alkaline pretreatment and hydrothermal pretreatment. Such pretreatment processes are presented in US application No. 61/948,726 filed on March 6, 2014, which is incorporated herein by reference.

[0042] O pré-tratamento pode melhorar a acessibilidade da celulose a uma hidrólise enzimática ou química subsequente para converter celulose em glicose. A hidrólise enzimática pode envolver a adição de enzimas incluindo celulases e hemicelulases. Outras enzimas que podem ser usadas incluem amilases, glucanases, proteases, lipases, pectinases, lacases, fitases, ou suas combinações. A glicose pode então ser convertida em um ou mais produtos de fermentação via ao menos um processo de fermentação.[0042] Pretreatment can improve the accessibility of cellulose to subsequent enzymatic or chemical hydrolysis to convert cellulose into glucose. Enzymatic hydrolysis may involve the addition of enzymes including cellulases and hemicellulases. Other enzymes that can be used include amylases, glucanases, proteases, lipases, pectinases, laccases, phytases, or combinations thereof. The glucose can then be converted into one or more fermentation products via at least one fermentation process.

[0043] Em uma modalidade, a fermentação produz um combustível líquido, um intermediário de biocombustível, e/ou um produto químico. Por exemplo, em uma modalidade, a fermentação produz e/ou fornece um álcool, como etanol, propanol, butanol e isobutanol. Para a produção de etanol, a fermentação pode ser executada com uma cepa de levedura ou uma cepa bacteriana, como uma cepa de Saccharomyces spp. ou de Zymomonas mobilis. O butanol pode ser produzido a partir de glicose por um microorganismo como Clostridium acetobutylicum e, então, concentrado por destilação. O álcool pode então ser destilado para obter uma solução de etanol concentrada.[0043] In one embodiment, fermentation produces a liquid fuel, a biofuel intermediate, and/or a chemical product. For example, in one embodiment, the fermentation produces and/or provides an alcohol, such as ethanol, propanol, butanol, and isobutanol. For ethanol production, fermentation can be performed with a yeast strain or a bacterial strain, such as a strain of Saccharomyces spp. or Zymomonas mobilis. Butanol can be produced from glucose by a microorganism such as Clostridium acetobutylicum and then concentrated by distillation. The alcohol can then be distilled to obtain a concentrated ethanol solution.

[0044] Xilose, arabinose e outros açúcares que são derivados das hemiceluloses podem também ser fermentados em combustíveis, intermediários de combustíveis ou produtos químicos. Um exemplo de um combustível é etanol, que pode ser produzido por uma cepa de levedura que naturalmente contém, ou foi manipulada para conter, a capacidade de fermentar esses açúcares a etanol. Exemplos não limitadores de micróbios que foram modificados geneticamente para fermentar xilose incluem cepas recombinantes de Saccharomyces nas quais foi inserido (a) os genes de xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH) a partir de Pichia stipitis (consulte, por exemplo, as patentes US n°s 5.789.210, 5.866.382, 6.582.944 e 7.527.927 e a patente europeia n° 450530) ou (b) gene de xilose isomerase (XI) fúngica ou bacteriana (consulte, por exemplo, as patentes US n°s 6.475.768 e 7.622.284). Exemplos de levedura que foram geneticamente modificados para fermentar L- arabinose incluem, mas não se limitam a, cepas recombinantes de Saccharomyces nas quais foram inseridos os genes de rotas metabólicas de arabinose fúngica (consulte, por exemplo a patente US n° 7.527.951) ou bacteriana (consulte, por exemplo, WO 2008/041840).[0044] Xylose, arabinose and other sugars that are derived from hemicelluloses can also be fermented into fuels, fuel intermediates or chemicals. An example of a fuel is ethanol, which can be produced by a strain of yeast that naturally contains, or has been engineered to contain, the ability to ferment these sugars to ethanol. Non-limiting examples of microbes that have been genetically modified to ferment xylose include recombinant strains of Saccharomyces into which the xylose reductase (XR) and xylitol dehydrogenase (XDH) genes have been inserted from Pichia stipitis (see, for example, the US patents Nos. 5,789,210, 5,866,382, 6,582,944 and 7,527,927 and European patent Nos. 450530) or (b) fungal or bacterial xylose isomerase (XI) gene (see, for example, patents US Nos. 6,475,768 and 7,622,284). Examples of yeast that have been genetically modified to ferment L-arabinose include, but are not limited to, recombinant strains of Saccharomyces into which fungal arabinose metabolic pathway genes have been inserted (see, for example, US Patent No. 7,527,951). or bacterial (see, for example, WO 2008/041840).

[0045] Alguns exemplos de produtos químicos que podem ser produzidos por fermentação incluem ácidos de açúcar incluindo ácido xilônico e ácido arabônico; álcoois de açúcar incluindo xilitol, arabitol, eritritol, galactitol e manitol; e ácidos orgânicos incluindo ácido adípico, ácido cítrico, ácido málico, ácido succínico, ácido pirúvico, ácido acético, ácido itacônico e ácido lático; bio-óleos incluindo sesquiterpenos como farneseno; dióis, incluindo butanodiol e 1,3 propanodiol; álcoois, como propanol; e cetonas, incluindo acetona. Exemplos de processos para produzir tais produtos químicos por fermentação a partir de material orgânico são apresentados na publicação US n° 2012/0231514 (publicada em 13 de setembro de 2012).[0045] Some examples of chemicals that can be produced by fermentation include sugar acids including xylonic acid and arabonic acid; sugar alcohols including xylitol, arabitol, erythritol, galactitol and mannitol; and organic acids including adipic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, pyruvic acid, acetic acid, itaconic acid and lactic acid; bio-oils including sesquiterpenes such as farnesene; diols, including butanediol and 1,3 propanediol; alcohols, such as propanol; and ketones, including acetone. Examples of processes for producing such chemicals by fermentation from organic material are presented in US publication No. 2012/0231514 (published September 13, 2012).

[0046] Em uma modalidade, a fermentação de carboidrato é uma digestão anaeróbica (por exemplo, que envolve a decomposição biológica do material orgânico, não fóssil por micro-organismos, geralmente sob condições de baixa oxigenação, ou na ausência de oxigênio, para produzir gases). Antes da digestão anaeróbica, o material orgânico, não fóssil, é opcionalmente processado por processos mecânicos, químicos, térmicos e/ou biológicos para melhorar sua capacidade para ser fermentado. Os processos biológicos incluem tratamento com enzimas que incluem celulases, hemicelulose, amilases, glucanases, proteases, lipases, pectinases, lacases, fitases, ou suas combinações.[0046] In one embodiment, carbohydrate fermentation is an anaerobic digestion (e.g., involving the biological decomposition of organic, non-fossil material by microorganisms, generally under conditions of low oxygenation, or in the absence of oxygen, to produce gases). Before anaerobic digestion, the non-fossil organic material is optionally processed by mechanical, chemical, thermal and/or biological processes to improve its ability to be fermented. Biological processes include treatment with enzymes that include cellulases, hemicellulose, amylases, glucanases, proteases, lipases, pectinases, laccases, phytases, or combinations thereof.

[0047] Os gases produzidos por digestão anaeróbica de material orgânico, não fóssil, incluem metano, dióxido de carbono biogênico e sulfeto de hidrogênio. Como seria apreciado pelas pessoas versados na técnica, a digestão anaeróbica pode envolver a decomposição de material orgânico, não fóssil, que inclui carboidratos, gorduras e proteínas no mesmo, em açúcares simples e glicerol. Estes compostos podem, então, ser convertidos em ácidos, que são subsequentemente convertidos em metano por bactérias metanogênicas ou outros micro-organismos, tipicamente pela seguinte reação: C6H2O6 ^ 3CH4 + 3CO2.[0047] Gases produced by anaerobic digestion of organic, non-fossil material include methane, biogenic carbon dioxide and hydrogen sulfide. As would be appreciated by those skilled in the art, anaerobic digestion may involve the decomposition of organic, non-fossil material, which includes carbohydrates, fats and proteins therein, into simple sugars and glycerol. These compounds can then be converted to acids, which are subsequently converted to methane by methanogenic bacteria or other microorganisms, typically by the following reaction: C6H2O6 ^ 3CH4 + 3CO2.

[0048] Os gases da digestão anaeróbica, também chamados na presente invenção de "biogás bruto" ou simplesmente de "biogás", incluem metano, dióxido de carbono e tipicamente uma ou mais impurezas como sulfeto de hidrogênio e/ou siloxanos. Geralmente, após a coleta de dióxido de carbono e a remoção de uma ou mais impurezas, o metano pode ser usado como gás natural comprimido ou gás natural líquido para mover veículos e/ou pode ser usado para aquecimento. Alternativamente, o metano do biogás pode ser usado para produzir um outro combustível, um intermediário de combustível, e/ou um produto químico.[0048] Anaerobic digestion gases, also referred to in the present invention as "raw biogas" or simply "biogas", include methane, carbon dioxide and typically one or more impurities such as hydrogen sulfide and/or siloxanes. Generally, after collecting carbon dioxide and removing one or more impurities, methane can be used as compressed natural gas or liquid natural gas to power vehicles and/or can be used for heating. Alternatively, the methane from biogas can be used to produce another fuel, a fuel intermediate, and/or a chemical product.

Gas fermentation

[0049] Embora os substratos de carboidrato derivados de culturas amiláceas e/ou de biomassa foram e continuam a ser importantes na produção de biocombustíveis e/ou intermediários de biocombustíveis, tem havido um crescente interesse na fermentação de gás. Por exemplo, tem havido um maior interesse no uso de gás de síntese e/ou de correntes de resíduos industriais como matéria-prima para produzir biocombustíveis e/ou outros produtos de alto valor. Em termos de produção de biocombustíveis e/ou de intermediários de biocombustíveis, são de particular interesse os substratos que incluem monóxido de carbono biogênico e/ou dióxido de carbono biogênico. Em geral, os substratos podem também incluir gás hidrogênio (por exemplo, gás hidrogênio derivado de combustíveis fósseis).[0049] Although carbohydrate substrates derived from starchy cultures and/or biomass have been and continue to be important in the production of biofuels and/or biofuel intermediates, there has been increasing interest in gas fermentation. For example, there has been increased interest in using syngas and/or industrial waste streams as a feedstock to produce biofuels and/or other high-value products. In terms of the production of biofuels and/or biofuel intermediates, substrates that include biogenic carbon monoxide and/or biogenic carbon dioxide are of particular interest. In general, substrates may also include hydrogen gas (e.g., hydrogen gas derived from fossil fuels).

[0050] Na fermentação de gás, o substrato inclui tipicamente um ou mais gases contendo carbono (por exemplo, carbono fóssil ou biogênico). Por exemplo, em uma modalidade, o substrato para a fermentação de gás é uma corrente rica em CO (biogênico ou fóssil). Em uma modalidade, o substrato para a fermentação de gás é gás de síntese (biogênico ou fóssil). Em uma modalidade, o substrato para a fermentação de gás inclui ou é derivado de dióxido de carbono (biogênico ou fóssil) e gás hidrogênio.[0050] In gas fermentation, the substrate typically includes one or more carbon-containing gases (e.g., fossil or biogenic carbon). For example, in one embodiment, the substrate for gas fermentation is a CO-rich stream (biogenic or fossil). In one embodiment, the substrate for gas fermentation is synthesis gas (biogenic or fossil). In one embodiment, the substrate for gas fermentation includes or is derived from carbon dioxide (biogenic or fossil) and hydrogen gas.

[0051] Por exemplo, em uma modalidade, a fermentação de gás pode envolver a conversão de uma corrente gasosa contendo dióxido de carbono biogênico e/ou monóxido de carbono biogênico em um combustível, um intermediário de combustível e/ou um produto químico. Alguns exemplos de substratos adequados para a fermentação de gás incluem biogás e/ou vários componentes do mesmo, e gás de síntese e/ou vários componentes do mesmo, cada um dos quais pode ser gerado em qualquer ponto no processo de produção de biocombustível ou em um processo industrial separado. Por exemplo, em uma modalidade, a fermentação de gás envolve a produção de etanol a partir de gás de síntese. Em uma modalidade, a alimentação ao reator de fermentação de gás inclui dióxido de carbono biogênico coletado durante o processo. Em uma modalidade, a alimentação inclui monóxido de carbono biogênico coletado durante o processo e/ou gerado a partir de dióxido de carbono que foi coletado durante o processo. Em uma modalidade, a fermentação de gás envolve o contato do gás substrato em um meio de fermentação aquosa com os micro-organismos de fermentação.[0051] For example, in one embodiment, gas fermentation may involve converting a gaseous stream containing biogenic carbon dioxide and/or biogenic carbon monoxide into a fuel, a fuel intermediate and/or a chemical. Some examples of suitable substrates for gas fermentation include biogas and/or various components thereof, and synthesis gas and/or various components thereof, each of which can be generated at any point in the biofuel production process or at a separate industrial process. For example, in one embodiment, gas fermentation involves the production of ethanol from synthesis gas. In one embodiment, the feed to the gas fermentation reactor includes biogenic carbon dioxide collected during the process. In one embodiment, the feed includes biogenic carbon monoxide collected during the process and/or generated from carbon dioxide that was collected during the process. In one embodiment, gas fermentation involves contacting the substrate gas in an aqueous fermentation medium with the fermenting microorganisms.

[0052] Vantajosamente, através do uso de CO biogênico gerado durante o processo e/ou o uso de dióxido de carbono biogênico coletado durante o processo como um fluxo de alimentação em uma fermentação de gás, sendo que o processo produz um combustível, um intermediário de combustível, um produto químico ou um produto energético, é possível produzir um combustível à base de carbono biogênico com alto rendimento, permitindo assim que uma quantidade maior do carbono biogênico a partir da matéria-prima seja convertida no produto final. Isto pode, por sua vez, resultar em aprimoramentos significativos no rendimento do produto biogênico a partir do material de partida. Por exemplo, em certas modalidades, a energia total do combustível ou dos produtos à base de carbono biogênico que podem ser produzidos a partir do material orgânico, não fóssil, pode ser aumentada em ao menos 10%, 25% ou 30% em relação a um processo convencional de produção de biocombustível sem coletar dióxido de carbono. (a) Processos de produção com o uso de hidrogênio e dióxido de carbono para produzir monóxido de carbono[0052] Advantageously, through the use of biogenic CO generated during the process and/or the use of biogenic carbon dioxide collected during the process as a feed stream in a gas fermentation, the process producing a fuel, an intermediate of fuel, a chemical product or an energy product, it is possible to produce a biogenic carbon-based fuel with high yield, thus allowing a greater amount of the biogenic carbon from the raw material to be converted into the final product. This can, in turn, result in significant improvements in the yield of biogenic product from the starting material. For example, in certain embodiments, the total energy of the fuel or biogenic carbon-based products that can be produced from the organic, non-fossil material can be increased by at least 10%, 25% or 30% relative to a conventional biofuel production process without collecting carbon dioxide. (a) Production processes using hydrogen and carbon dioxide to produce carbon monoxide

[0053] O dióxido de carbono biogênico e o hidrogênio provenientes de combustíveis fósseis podem ser usados para produzir monóxido de carbono como uma matéria-prima para a fermentação de gás pela seguinte reação reversa de deslocamento gás-água: CO2 + H2 ^ CO + H2O.[0053] Biogenic carbon dioxide and hydrogen from fossil fuels can be used to produce carbon monoxide as a feedstock for gas fermentation by the following reverse gas-water shift reaction: CO2 + H2 ^ CO + H2O .

[0054] O monóxido de carbono produzido pela reação acima pode ser adicionalmente convertido em uma ou mais etapas químicas e/ou biológicas em um combustível ou intermediário de combustível. Por exemplo, a combinação de monóxido de carbono a partir da reação acima com hidrogênio resulta em gás de síntese que pode ser usado por si só como um combustível ou para produzir um combustível ou um intermediário de combustível. Conforme anteriormente descrito, exemplos de produtos feitos direta ou indiretamente a partir de gás de síntese incluem hidrocarbonetos líquidos, metano, hidrogênio, metanol, etanol ou amônia.[0054] The carbon monoxide produced by the above reaction can be further converted in one or more chemical and/or biological steps into a fuel or fuel intermediate. For example, the combination of carbon monoxide from the above reaction with hydrogen results in synthesis gas that can be used by itself as a fuel or to produce a fuel or a fuel intermediate. As previously described, examples of products made directly or indirectly from synthesis gas include liquid hydrocarbons, methane, hydrogen, methanol, ethanol or ammonia.

[0055] A reação reversa de deslocamento gás-água para produzir monóxido de carbono pode ser conduzida como parte de uma operação de reforma. De acordo com tal modalidade, o dióxido de carbono biogênico e o hidrogênio derivado de fósseis podem ser alimentados em um reformador. A reforma a vapor pode ser operada de modo que o deslocamento reverso gás- água mencionado anteriormente ocorre durante a reforma a vapor, desse modo produzindo monóxido de carbono e água. O produto de saída a partir da reforma a vapor incluirá, então, gás de síntese que compreende monóxido de carbono, hidrogênio e dióxido de carbono. O gás de síntese resultante pode ser subsequentemente convertido em produtos via uma ou mais conversões biológicas e/ou químicas. Em uma modalidade, o gás de síntese é convertido em um hidrocarboneto através de uma conversão química, como a reação de Fischer-Tropsch descrita anteriormente ou, alternativamente, por um processo no qual o gás de síntese é convertido em metanol e, então, no hidrocarboneto, como gasolina, descrito com mais detalhes posteriormente neste documento. Em qualquer caso, o produto a partir do gás de síntese irá conter carbono biogênico.[0055] The reverse gas-water displacement reaction to produce carbon monoxide can be conducted as part of a reforming operation. According to such an embodiment, biogenic carbon dioxide and fossil-derived hydrogen can be fed into a reformer. Steam reforming can be operated so that the previously mentioned reverse gas-water shift occurs during steam reforming, thereby producing carbon monoxide and water. The output product from steam reforming will then include syngas comprising carbon monoxide, hydrogen and carbon dioxide. The resulting synthesis gas can be subsequently converted to products via one or more biological and/or chemical conversions. In one embodiment, the syngas is converted to a hydrocarbon through a chemical conversion, such as the Fischer-Tropsch reaction described above, or alternatively, by a process in which the syngas is converted to methanol and then into the hydrocarbon, such as gasoline, described in more detail later in this document. In any case, the product from syngas will contain biogenic carbon.

[0056] Em uma modalidade, o reformador a vapor é alimentado em uma corrente que compreende dióxido de carbono biogênico e metano derivados da digestão anaeróbica, juntamente com hidrogênio derivado de fósseis. Por exemplo, em uma modalidade, o reformador a vapor é injetado em uma corrente que compreende dióxido de carbono biogênico e metano derivados de uma digestão anaeróbica dos resíduos do fundo ("still bottoms"). A presença de metano pode ajudar a reduzir o requisito de hidrogênio fóssil porque o hidrogênio é produzido in situ a partir de metano no reformador.[0056] In one embodiment, the steam reformer is fed into a stream comprising biogenic carbon dioxide and methane derived from anaerobic digestion, together with hydrogen derived from fossils. For example, in one embodiment, the steam reformer is injected into a stream comprising biogenic carbon dioxide and methane derived from an anaerobic digestion of still bottoms. The presence of methane can help reduce the fossil hydrogen requirement because hydrogen is produced in situ from methane in the reformer.

[0057] Em uma modalidade, o hidrogênio derivado de fósseis é proveniente de um processo que produz moléculas contendo fóssil, como monóxido de carbono e/ou dióxido de carbono, e hidrogênio a partir de um hidrocarboneto de combustível fóssil. Em tal processo, as moléculas contendo fóssil são separadas do hidrogênio. De preferência, todas as moléculas contendo carbono são removidas, tipicamente para obter mais de 90% ou 95% em peso de hidrogênio. O hidrogênio assim obtido é tipicamente de uma fonte de baixo custo comparada com outras fontes, como as fontes renováveis. Embora o hidrogênio a partir de combustível fóssil possa ser usado na produção de biocombustível, uma vez que o hidrogênio em si não contém carbono fóssil, as emissões de gases de escapamento que resultam da combustão do biocombustível, como em veículos de transporte, contêm apenas carbono biocombustível, e são, portanto, consideradas como tendo um efeito neutro sobre os níveis de dióxido de carbono na atmosfera. Embora as emissões de dióxido de carbono associadas com a produção de hidrogênio a partir de combustíveis fósseis sejam incluídas nas análises das emissões de GEE, em uma modalidade, as emissões de GEE no ciclo de vida do combustível ou combustíveis produzido(s) são reduzidas em relação a uma linha de base de gasolina com o uso de várias abordagens (por exemplo, retornando o CO2 para o subterrâneo), e ao mesmo tempo usando, vantajosamente, uma fonte de hidrogênio de baixo custo.[0057] In one embodiment, the fossil-derived hydrogen comes from a process that produces fossil-containing molecules, such as carbon monoxide and/or carbon dioxide, and hydrogen from a fossil fuel hydrocarbon. In such a process, the fossil-containing molecules are separated from the hydrogen. Preferably, all carbon-containing molecules are removed, typically to obtain greater than 90% or 95% by weight hydrogen. The hydrogen thus obtained is typically from a low-cost source compared to other sources, such as renewable sources. Although hydrogen from fossil fuel can be used in biofuel production, since hydrogen itself does not contain fossil carbon, exhaust gas emissions that result from the combustion of biofuel, such as in transportation vehicles, only contain carbon. biofuel, and are therefore considered to have a neutral effect on carbon dioxide levels in the atmosphere. Although carbon dioxide emissions associated with the production of hydrogen from fossil fuels are included in GHG emissions analyses, in one embodiment, the life cycle GHG emissions of the fuel or fuels produced are reduced by relative to a gasoline baseline using several approaches (e.g., returning CO2 underground), while at the same time advantageously using a low-cost source of hydrogen.

[0058] Em uma modalidade, o hidrogênio é proveniente de uma terceira parte. A fonte de hidrogênio inclui a obtenção direta ou indireta de hidrogênio para uso na produção do combustível ou intermediário de combustível, incluindo a obtenção do hidrogênio de uma terceira parte. Se o hidrogênio for proveniente de uma terceira parte, ele pode ser obtido direta ou indiretamente através de documentação escrita, incluindo um contrato ou outro acordo entre duas ou mais partes.[0058] In one embodiment, the hydrogen comes from a third party. Source of hydrogen includes the direct or indirect obtaining of hydrogen for use in the production of the fuel or fuel intermediate, including obtaining the hydrogen from a third party. If the hydrogen is sourced from a third party, it may be obtained directly or indirectly through written documentation, including a contract or other agreement between two or more parties.

[0059] A corrente proveniente do processo de produção de hidrogênio é chamada de "corrente enriquecida em hidrogênio", ou seja, uma corrente que compreende mais de 80% em mol de hidrogênio (mol: mol).[0059] The stream originating from the hydrogen production process is called "hydrogen-enriched stream", that is, a stream that comprises more than 80 mol% hydrogen (mol: mol).

[0060] Em uma modalidade, o hidrogênio derivado de fósseis é produzido por um processo no qual metano é convertido em uma corrente de gás de síntese que compreende monóxido de carbono e hidrogênio. Subsequentemente, etapas de enriquecimento com hidrogênio adicionais podem ser conduzidas na corrente de gás de síntese ou em uma corrente derivada da mesma para produzir uma corrente com um teor de hidrogênio aumentado em relação ao gás de síntese. O hidrogênio pode ser enriquecido por várias técnicas conhecidas das pessoas versadas na técnica, incluindo por membranas, adsorventes ou por conversões químicas adicionais conduzidas para produzir hidrogênio adicional.[0060] In one embodiment, fossil-derived hydrogen is produced by a process in which methane is converted into a synthesis gas stream comprising carbon monoxide and hydrogen. Subsequently, additional hydrogen enrichment steps can be conducted on the syngas stream or a stream derived therefrom to produce a stream with an increased hydrogen content relative to the syngas. Hydrogen can be enriched by various techniques known to those skilled in the art, including by membranes, adsorbents or by additional chemical conversions conducted to produce additional hydrogen.

[0061] Em uma modalidade, o hidrogênio é proveniente da reforma, como da reforma a vapor do metano (SMR, "steam methane reforming") ou da reforma autotérmica (ATR, "autothermal reforming"). Os métodos de reforma a vapor do metano e de reforma automática operam, ambos, por exposição do metano a um catalisador a temperatura e pressão altas para produzir gás de síntese, o qual é uma mistura que compreende hidrogênio e monóxido de carbono. A reforma a vapor de metano é chamada, com frequência, de um processo não oxidativo que converte o metano em hidrogênio e monóxido de carbono através da seguinte reação: CH4 + H2O ^ CO + 3H2.[0061] In one embodiment, the hydrogen comes from reforming, such as steam methane reforming (SMR) or autothermal reforming (ATR). Methane steam reforming and automatic reforming methods both operate by exposing methane to a catalyst at high temperature and pressure to produce synthesis gas, which is a mixture comprising hydrogen and carbon monoxide. Steam reforming of methane is often called a non-oxidative process that converts methane to hydrogen and carbon monoxide through the following reaction: CH4 + H2O ^ CO + 3H2.

[0062] A reforma autotérmica usa oxigênio e dióxido de carbono ou oxigênio e vapor em uma reação com metano para formar monóxido de carbono e hidrogênio. A reação autotérmica que usa oxigênio e dióxido de carbono pode ser descrito pela seguinte reação: 2CH4 + O2 + CO2 ^ 3H2 + 3CO + H2O.[0062] Autothermal reforming uses oxygen and carbon dioxide or oxygen and steam in a reaction with methane to form carbon monoxide and hydrogen. The autothermal reaction that uses oxygen and carbon dioxide can be described by the following reaction: 2CH4 + O2 + CO2 ^ 3H2 + 3CO + H2O.

[0063] A reação autotérmica que usa oxigênio e vapor prossegue pela seguinte reação: 4CH4 + O2 + 2H2O ^ IOH2 + 4CO.[0063] The autothermal reaction that uses oxygen and steam proceeds through the following reaction: 4CH4 + O2 + 2H2O ^ IOH2 + 4CO.

[0064] Exemplos de outras reações de reforma incluem oxidação parcial e reforma seca.[0064] Examples of other reforming reactions include partial oxidation and dry reforming.

[0065] O hidrogênio produzido pela reação de deslocamento gás-água pode ser recuperado de componentes não hidrogênio, incluindo dióxido de carbono, a partir de uma corrente gasosa ou líquida, como uso de técnicas conhecidas que empregam adsorventes ou membranas. Um exemplo de uma técnica de recuperação que usa adsorventes é a adsorção por oscilação de pressão (PSA, "pressure swing adsorption"), que é comumente usada para recuperar hidrogênio produzido por reforma a vapor do metano. Como seria apreciado pelos versados na técnica, a adsorção por oscilação de pressão (PSA) é usada para separar espécies de gás de uma mistura de gases sob pressão, com o uso de materiais adsorventes como zeólitas, peneiras moleculares ou carbono ativo. O material adsorvente absorve as espécies de gás visadas sob alta pressão e a separação depende da diferença de afinidade das várias espécies de gás na corrente de gás. Quando a pressão é diminuída, o gás alvo é dessorvido. Na prática de certas modalidades da presente invenção, a PSA adsorve hidrogênio e a dessorção resulta em uma corrente concentrada em hidrogênio. Uma corrente compreendendo espécies não adsorvidas, incluindo dióxido de carbono, é também gerada por PSA. Essa corrente final compreendendo dióxido de carbono é, com frequência, chamada de corrente de gás de purga.[0065] Hydrogen produced by the gas-water displacement reaction can be recovered from non-hydrogen components, including carbon dioxide, from a gaseous or liquid stream, using known techniques that employ adsorbents or membranes. An example of a recovery technique that uses adsorbents is pressure swing adsorption (PSA), which is commonly used to recover hydrogen produced by steam reforming of methane. As would be appreciated by those skilled in the art, pressure swing adsorption (PSA) is used to separate gas species from a mixture of gases under pressure, with the use of adsorbent materials such as zeolites, molecular sieves or active carbon. The adsorbent material absorbs the targeted gas species under high pressure, and the separation depends on the difference in affinity of the various gas species in the gas stream. When the pressure is decreased, the target gas is desorbed. In the practice of certain embodiments of the present invention, PSA adsorbs hydrogen and desorption results in a concentrated hydrogen stream. A stream comprising non-adsorbed species, including carbon dioxide, is also generated by PSA. This final stream comprising carbon dioxide is often called the purge gas stream.

[0066] Como notado, o dióxido de carbono para introdução subterrânea pode ser recuperado a partir de uma ou mais correntes que compreendem o dióxido de carbono gerado durante o processo de produção de hidrogênio acima mencionado.[0066] As noted, carbon dioxide for underground introduction can be recovered from one or more streams comprising carbon dioxide generated during the aforementioned hydrogen production process.

[0067] A reforma para produzir gás de síntese a partir de dióxido de carbono biogênico e hidrogênio e a reforma a vapor do metano e/ou um deslocamento gás-água para produzir hidrogênio a partir de metano fóssil podem gerar excesso de calor. O calor gerado a partir de uma ou de uma combinação dessas operações de reforma e de deslocamento gás-água pode ser usado para fornecer energia em outras operações unitárias. Por exemplo, o calor pode ser usado para fornecer energia em um processo para produzir um produto energético ou um produto químico, um combustível ou um intermediário de combustível a partir de um material orgânico, não fóssil. O processo pode incluir a fermentação de material orgânico, não fóssil, para produzir etanol. Por exemplo, tal calor pode ser utilizado em um secador, oxidador térmico, destilação e/ou evaporação em um processo de produção de etanol que usa milho como uma matéria-prima. Alternativamente, o calor pode ser usado em um processo de produção para produzir etanol a partir de biomassa ou material derivado de biomassa. Isso inclui fornecer calor para operações similares como um processo de produção de etanol a partir de milho ou para processos de pré-tratamento. Em uma outra modalidade da invenção, calor a partir da reforma pode ser usado para fornecer energia para um processo de produção no qual gás de síntese é convertido em um hidrocarboneto através de uma conversão química como aquela descrita acima. Em uma outra modalidade, o calor da reforma é usado para produzir eletricidade que é usada internamente ou exportada para a rede elétrica. A implementação de tais economias de energia pode reduzir em 20% as emissões de GEE no ciclo de vida em relação a uma linha de base de gasolina. Vantajosamente, tais economias de GEE podem permitir a geração de um crédito de biocombustível em relação ao combustível produzido ou vendido.[0067] Reforming to produce synthesis gas from biogenic carbon dioxide and hydrogen and steam reforming of methane and/or a gas-water shift to produce hydrogen from fossil methane can generate excess heat. Heat generated from one or a combination of these reforming and gas-water displacement operations can be used to provide power in other unit operations. For example, heat may be used to provide energy in a process to produce an energy product or a chemical product, a fuel, or a fuel intermediate from an organic, non-fossil material. The process may include the fermentation of organic, non-fossil material to produce ethanol. For example, such heat may be used in a dryer, thermal oxidizer, distillation and/or evaporation in an ethanol production process that uses corn as a feedstock. Alternatively, the heat can be used in a production process to produce ethanol from biomass or biomass-derived material. This includes providing heat for similar operations such as an ethanol production process from corn or for pre-treatment processes. In another embodiment of the invention, heat from reforming can be used to provide energy for a production process in which synthesis gas is converted into a hydrocarbon through a chemical conversion such as that described above. In another embodiment, the reforming heat is used to produce electricity that is used internally or exported to the electrical grid. Implementing such energy savings can reduce lifecycle GHG emissions by 20% relative to a gasoline baseline. Advantageously, such GHG savings can allow the generation of a biofuel credit in relation to the fuel produced or sold.

[0068] O gás de síntese produzido por deslocamento reverso gás-água pode ser convertido em um combustível, intermediário de combustível e/ou produto química via fermentação de gás. Nessa modalidade, o CO no gás de síntese funciona como um substrato para a conversão biológica, que utiliza micro-organismos ou outros biocatalisadores. Por exemplo, micro-organismos acetogênicos podem ser usados para produzir um produto à base de carbono biogênico a partir de monóxido de carbono através de fermentação. Por exemplo, os micro-organismos anaeróbicos do gênero Clostridium podem produzir etanol ou outros produtos a partir de monóxido de carbono.[0068] Synthesis gas produced by reverse gas-water displacement can be converted into a fuel, fuel intermediate and/or chemical product via gas fermentation. In this modality, the CO in the synthesis gas functions as a substrate for biological conversion, which uses microorganisms or other biocatalysts. For example, acetogenic microorganisms can be used to produce a biogenic carbon-based product from carbon monoxide through fermentation. For example, anaerobic microorganisms of the genus Clostridium can produce ethanol or other products from carbon monoxide.

[0069] A produção de etanol por micro-organismos acetogênicos prossegue através de uma série de reações bioquímicas. Sem se ater a qualquer teoria em particular, as reações realizadas pelos micro-organismos são as seguintes: 6CO + 3H2O ^ CH3CH2OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.[0069] The production of ethanol by acetogenic microorganisms proceeds through a series of biochemical reactions. Without sticking to any particular theory, the reactions carried out by microorganisms are as follows: 6CO + 3H2O ^ CH3CH2OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.

[0070] Alguns exemplos de cepas que podem produzir etanol a partir de gás de síntese são as cepas do gênero Clostridium. Além do etanol, a bactéria do gênero Clostridium pode produzir quantidades significativas de ácido acético (ou acetato, dependendo do pH) além de etanol, embora para melhorar o rendimento do etanol, é possível ajustar as condições de fermentação por meio de limitação de nutrientes ou por fornecimento de hidrogênio derivado de fósseis ou de monóxido de carbono em excesso, para obter a produtividade de etanol desejada. Tais condições podem ser prontamente selecionadas pelas pessoas versadas na técnica e deveria ser apreciado que a invenção não é limitada por qualquer conjunto de parâmetros selecionados para a fermentação para melhorar a produtividade.[0070] Some examples of strains that can produce ethanol from synthesis gas are strains of the genus Clostridium. In addition to ethanol, bacteria of the genus Clostridium can produce significant amounts of acetic acid (or acetate, depending on pH) in addition to ethanol, although to improve ethanol yield, it is possible to adjust fermentation conditions through nutrient limitation or by supplying fossil-derived hydrogen or excess carbon monoxide to obtain the desired ethanol productivity. Such conditions can be readily selected by those skilled in the art and it should be appreciated that the invention is not limited by any set of parameters selected for fermentation to improve productivity.

[0071] Alternativamente, o monóxido de carbono a partir da reação reversa de deslocamento gás-água acima pode também ser reagido com hidrogênio derivado de fósseis para produzir metanol. As reações são as seguintes: CO2 + H2 ^ CO + H2O (reação reversa de deslocamento gás-água) CO + 2H2 ^ CH3OH.[0071] Alternatively, carbon monoxide from the above reverse gas-water displacement reaction can also be reacted with fossil-derived hydrogen to produce methanol. The reactions are as follows: CO2 + H2 ^ CO + H2O (reverse gas-water displacement reaction) CO + 2H2 ^ CH3OH.

[0072] Alternativamente, metanol é produzido pela hidrogenação direta de CO2 (não mostrado).[0072] Alternatively, methanol is produced by direct hydrogenation of CO2 (not shown).

[0073] Em uma modalidade, o metanol é usado como um intermediário de combustível para produzir um outro combustível. O etanol é um de tais combustíveis e sua produção a partir de metanol pode prosseguir através de uma variedade de diferentes rotas de reações. A produção de etanol a partir de metanol através de intermediários ácidos orgânicos, como ácido acético, é conhecida na arte. Por exemplo, metanol pode ser reagido com monóxido de carbono para produzir ácido acético, acetato ou uma combinação dos mesmos e, subsequentemente, o acetato é reagido com hidrogênio para produzir etanol e água. As reações são as seguintes: CH3OH + CO ^ CH3COOH. CH3COOH + 2H2 ^ CH3CH2OH + H2O.[0073] In one embodiment, methanol is used as a fuel intermediate to produce another fuel. Ethanol is one such fuel and its production from methanol can proceed through a variety of different reaction routes. The production of ethanol from methanol via organic acid intermediates, such as acetic acid, is known in the art. For example, methanol can be reacted with carbon monoxide to produce acetic acid, acetate, or a combination thereof, and subsequently the acetate is reacted with hydrogen to produce ethanol and water. The reactions are as follows: CH3OH + CO ^ CH3COOH. CH3COOH + 2H2 ^ CH3CH2OH + H2O.

[0074] A hidrogenação de ácido acético pode favorecer mais a produção de acetato de etila do que de etanol. Catalisadores hidrogenantes especiais (por exemplo, platina/cobre ou paládio/cobalto) podem ser usados para produzir acetato de etila a partir de ácido acético. O acetato de metila é então hidrogenado para formar etanol. A produção de etanol pode então prosseguir através de um intermediário de acetato de metila. De acordo com tal modalidade, a carbonilação do metanol produz acetato de metila e opcionalmente ácido acético. O acetato de metila é então hidrogenado para produzir etanol. (b) Outros processo que empregam conversão de CO2 biogênico e H2 derivado de fósseis em produtos[0074] The hydrogenation of acetic acid can favor the production of ethyl acetate more than ethanol. Special hydrogenating catalysts (e.g., platinum/copper or palladium/cobalt) can be used to produce ethyl acetate from acetic acid. Methyl acetate is then hydrogenated to form ethanol. Ethanol production can then proceed through a methyl acetate intermediate. According to such an embodiment, carbonylation of methanol produces methyl acetate and optionally acetic acid. Methyl acetate is then hydrogenated to produce ethanol. (b) Other processes that employ conversion of biogenic CO2 and fossil-derived H2 into products

[0075] CO2 biogênico e H2 derivado de fósseis podem também ser mais diretamente convertidos no combustível à base de carbono biogênico, ou no intermediário de combustível, em vez de prosseguir através de uma redução reversa de deslocamento gás-água para produzir CO e H2O. Exemplos representativos de tais processos são descritos abaixo.[0075] Biogenic CO2 and fossil-derived H2 can also be more directly converted into the biogenic carbon-based fuel, or fuel intermediate, rather than proceeding through a reverse gas-water shift reduction to produce CO and H2O. Representative examples of such processes are described below.

[0076] Em uma modalidade, o dióxido de carbono biogênico e o hidrogênio derivado de fósseis são submetidos a uma fermentação de gás. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, o dióxido de carbono biogênico e o hidrogênio derivado de fósseis são convertidos em um álcool, como etanol, por fermentação com uma bactéria. Em tais modalidades, o etanol é produzido a partir de CO2 e H2 através do seguinte esquema de reação: 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.[0076] In one embodiment, biogenic carbon dioxide and fossil-derived hydrogen are subjected to gas fermentation. For example, according to one embodiment, biogenic carbon dioxide and fossil-derived hydrogen are converted into an alcohol, such as ethanol, by fermentation with a bacteria. In such embodiments, ethanol is produced from CO2 and H2 through the following reaction scheme: 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.

[0077] O etanol produzido é chamado de "etanol biogênico", o que significa que o carbono no etanol é de carbono biogênico ou considerado renovável ou biogênico pelas pessoas versadas na técnica.[0077] The ethanol produced is called "biogenic ethanol", which means that the carbon in the ethanol is biogenic carbon or considered renewable or biogenic by those skilled in the art.

[0078] Por adição de hidrogênio derivado de fósseis, a reação acima pode fornecer aumentos significativos de produtividade em relação aos processo convencionais de produção de etanol. Em certas modalidades, a produtividade de etanol obtida pela invenção pode ser 10%, 20% ou 30% maior que a produtividade obtida por processos convencionais de produção de etanol biogênico a partir de milho sem coletar dióxido de carbono biogênico e seu uso para produzir um produto. Além disso, um subproduto geralmente considerado um produto residual de baixa energia a partir do processamento de biomassa ou material de biomassa pode ser convertido em um biocombustível valioso, particularmente um biocombustível que é elegível para a geração de créditos de combustível em virtude de seu carbono biogênico. Adicionalmente, o uso de hidrogênio derivado de fósseis tem um custo excepcionalmente baixo comparado ao de outras fontes potenciais de hidrogênio. Desse modo, em certas modalidades vantajosas, um biocombustível com maior produtividade pode ser obtido com um método de baixo custo.[0078] By adding fossil-derived hydrogen, the above reaction can provide significant increases in productivity over conventional ethanol production processes. In certain embodiments, the ethanol productivity obtained by the invention may be 10%, 20%, or 30% greater than the productivity obtained by conventional processes of producing biogenic ethanol from corn without collecting biogenic carbon dioxide and using it to produce a product. Additionally, a byproduct generally considered a low-energy waste product from the processing of biomass or biomass material can be converted into a valuable biofuel, particularly a biofuel that is eligible for the generation of fuel credits by virtue of its biogenic carbon. . Additionally, the use of fossil-derived hydrogen is exceptionally low cost compared to other potential sources of hydrogen. Thus, in certain advantageous embodiments, a biofuel with greater productivity can be obtained with a low-cost method.

[0079] A produção de etanol a partir de hidrogênio derivado de fósseis e dióxido de carbono biogênico pode ser realizada com quimioautotróficos de oxidação de hidrogênio. Em uma modalidade, os micro-organismos usados incluem qualquer bactéria de um gênero selecionado dentre Acetogenium, Acetobacterium, Acetoanaerobium, Butyribacterium e Clostridium que são capazes da bioconversão acima. Em uma modalidade, o micro-organismo usado para produzir etanol é do gênero Clostridium. Sem limitação, um micro-organismo particularmente adequado para a produção de etanol a partir de dióxido de carbono biogênico e hidrogênio derivado de fósseis é Clostridium ljungdahlii. Essa bactéria pode converter eficazmente dióxido de carbono biogênico e hidrogênio em etanol.[0079] The production of ethanol from fossil-derived hydrogen and biogenic carbon dioxide can be accomplished with hydrogen oxidation chemoautotrophs. In one embodiment, the microorganisms used include any bacteria of a genus selected from Acetogenium, Acetobacterium, Acetoanaerobium, Butyribacterium and Clostridium that are capable of the above bioconversion. In one embodiment, the microorganism used to produce ethanol is of the genus Clostridium. Without limitation, a microorganism particularly suited to producing ethanol from biogenic carbon dioxide and fossil-derived hydrogen is Clostridium ljungdahlii. This bacteria can effectively convert biogenic carbon dioxide and hydrogen into ethanol.

[0080] O hidrogênio derivado de fósseis é fornecido tipicamente em excesso do dióxido de carbono biogênico para satisfazer a razão molar estequiométrica de H2: CO2 de 3:1 para produzir etanol. Um exemplo de um faixa de razões molares de H2: CO2 que pode ser utilizada é de 2:1 a 4:1 ou de 2.5:1 a 3.5:1. Os gases, hidrogênio e dióxido de carbono, são introduzidos na unidade de fermentação, também chamada de biorreator, juntos, em uma corrente combinada compreendendo ambos os componentes, ou separadamente, como correntes separadas, respectivas. Isso inclui a introdução dos gases juntos ou separadamente junto com o caldo. O biorreator contém um caldo de nutrientes líquido contendo as bactérias e os componentes necessários para seu crescimento, como vitaminas e sais. Em uma modalidade, o biorreator é um dentre uma pluralidade de biorreatores em um sistema no qual os reatores são dispostos em série, em paralelo ou uma combinação dessas disposições. Em uma modalidade, o biorreator inclui um reator de crescimento, pode também ser utilizado, que alimenta um biorreator separado no qual a maior parte do produto etanol é produzido, ou uma fase de crescimento pode ser executada em um biorreator de fermentação em si.[0080] Fossil-derived hydrogen is typically supplied in excess of biogenic carbon dioxide to satisfy the stoichiometric H2:CO2 molar ratio of 3:1 to produce ethanol. An example of a range of H2:CO2 molar ratios that can be used is 2:1 to 4:1 or 2.5:1 to 3.5:1. The gases, hydrogen and carbon dioxide, are introduced into the fermentation unit, also called a bioreactor, together, in a combined stream comprising both components, or separately, as separate, respective streams. This includes introducing the gases together or separately with the broth. The bioreactor contains a liquid nutrient broth containing the bacteria and components necessary for their growth, such as vitamins and salts. In one embodiment, the bioreactor is one of a plurality of bioreactors in a system in which the reactors are arranged in series, in parallel, or a combination of these arrangements. In one embodiment, the bioreactor includes a growth reactor, which can also be used, which feeds a separate bioreactor in which the majority of the ethanol product is produced, or a growth phase can be performed in a fermentation bioreactor itself.

[0081] O biorreator que realiza a conversão pode ser um reator do tipo tanque agitado ou um reator sem mistura. Um exemplo de um biorreator que pode ser usado para fermentar o hidrogênio derivado de fósseis e o dióxido de carbono biogênico é um biorreator do tipo tanque profundo, que é um reator que geralmente tem uma profundidade maior que 10 metros. O reator de tipo tanque profundo pode ser agitado para facilitar o contato entre os gases e o caldo nutriente líquido. Os gases podem também ser introduzidos na região de fundo do biorreator e borbulham através do caldo líquido. Opcionalmente, os gases são introduzidos juntos com o caldo líquido, como juntos com a corrente de recirculação do caldo. Bombeamento mecânico pode também ser utilizado para facilitar o fluxo líquido e a transferência de massa. Um outro tipo de biorreator que pode ser usado é um reator de elevação de gás, no qual o caldo é agitado por meio de bocais de gás.[0081] The bioreactor that performs the conversion can be a stirred tank type reactor or a reactor without mixing. An example of a bioreactor that can be used to ferment fossil-derived hydrogen and biogenic carbon dioxide is a deep tank-type bioreactor, which is a reactor that generally has a depth greater than 10 meters. The deep tank type reactor can be agitated to facilitate contact between the gases and the liquid nutrient broth. Gases can also be introduced into the bottom region of the bioreactor and bubble through the liquid broth. Optionally, the gases are introduced together with the liquid broth, such as together with the broth recirculation stream. Mechanical pumping can also be used to facilitate liquid flow and mass transfer. Another type of bioreactor that can be used is a gas lift reactor, in which the broth is stirred using gas nozzles.

[0082] O biorreator pode empregar reciclagem de células para reabastecer a concentração celular no biorreator. De acordo com tal modalidade, a corrente líquida compreendendo as células é removida do reator e enviada para uma separação sólido-liquido (por exemplo, um sistema de microfiltração ou um sistema de retenção de células) para separar as células da corrente. As células separadas são retornadas para o biorreator e uma corrente isenta de células resultante da separação pode ser enviada para a recuperação do produto (por exemplo, para etanol, a recuperação do produto pode incluir destilação). A recuperação do produto e/a reciclagem celular podem ser contínuas ou intermitentes.[0082] The bioreactor may employ cell recycling to replenish the cell concentration in the bioreactor. According to such an embodiment, the liquid stream comprising the cells is removed from the reactor and sent to a solid-liquid separation (e.g., a microfiltration system or a cell retention system) to separate the cells from the stream. The separated cells are returned to the bioreactor and a cell-free stream resulting from the separation can be sent for product recovery (for example, for ethanol, product recovery can include distillation). Product recovery and/cell recycling can be continuous or intermittent.

[0083] Gases podem se acumular no espaço vazio (headspace) do biorreator. Tais gases podem ser reciclados de volta para o reator e podem ser realimentados em um SMR como matéria-prima ou como combustível. Os gases removidos do reator podem ser combinados com uma corrente que compreende dióxido de carbono e hidrogênio introduzidos no reator.[0083] Gases can accumulate in the headspace of the bioreactor. Such gases can be recycled back to the reactor and can be fed back into an SMR as feedstock or as fuel. The gases removed from the reactor can be combined with a stream comprising carbon dioxide and hydrogen introduced into the reactor.

[0084] A produção de etanol foi descrita a partir de dióxido biogênico e hidrogênio, entretanto, quimioautotróficos oxidantes de hidrogênio podem também produzir ácido acético a partir desses substratos gasosos. Por exemplo, as espécies de Clostridium são conhecidas por produzirem ácido acético através do seguinte mecanismo de reação: 4H2 + 2CO2 ^ CH3COOH + 2H2O.[0084] Ethanol production has been described from biogenic dioxide and hydrogen, however, hydrogen-oxidizing chemoautotrophs can also produce acetic acid from these gaseous substrates. For example, Clostridium species are known to produce acetic acid through the following reaction mechanism: 4H2 + 2CO2 ^ CH3COOH + 2H2O.

[0085] Um parâmetro de fermentação que pode ser selecionado para aumentar a produção de ácido acético ou etanol é o pH. Por exemplo, em valores de pH acima de cerca de 5, espécies de Clostridium podem produzir mais ácido acético do que etanol, enquanto que em valores de pH acima de 3,8 e abaixo de 5, espécies de Clostridium podem produzir mais etanol. Como seria apreciado pelas pessoas versadas na técnica, quando o pH e/ou outros parâmetros são selecionados para produzir ácido acético, estarão presentes ácido acético, acetato ou ambas dessas espécies, conforme ditado pelo pH da solução. O ácido acético pode ser vendido como um produto na forma de acetato ou na forma de ácido ou convertido em um combustível como etanol (por exemplo, via hidrogenação com hidrogênio derivado de fósseis).[0085] A fermentation parameter that can be selected to increase the production of acetic acid or ethanol is pH. For example, at pH values above about 5, Clostridium species can produce more acetic acid than ethanol, while at pH values above 3.8 and below 5, Clostridium species can produce more ethanol. As would be appreciated by those skilled in the art, when pH and/or other parameters are selected to produce acetic acid, acetic acid, acetate or both of these species will be present, as dictated by the pH of the solution. Acetic acid can be sold as a product in acetate form or in acid form or converted into a fuel such as ethanol (e.g. via hydrogenation with fossil-derived hydrogen).

[0086] O ácido acético e/ou o acetato podem também ser reintroduzidos em um digestor anaeróbico e convertidos em metano por digestão anaeróbica. O ácido acético e/ou o acetato introduzidos em um digestor anaeróbico podem ser um produto primário de fermentação ou um subproduto. Frequentemente a fermentação de hidrogênio e de dióxido de carbono em etanol produz ácido acético e/ou acetato como um subproduto. A recuperação e a introdução do ácido acético e/ou do acetato na digestão anaeróbica podem converter um subproduto da fermentação de etanol em biogás, resultando, assim em um potencial adicional de melhoria do rendimento de combustível a partir do processo.[0086] Acetic acid and/or acetate can also be reintroduced into an anaerobic digester and converted into methane by anaerobic digestion. Acetic acid and/or acetate introduced into an anaerobic digester can be a primary fermentation product or a byproduct. Often the fermentation of hydrogen and carbon dioxide to ethanol produces acetic acid and/or acetate as a byproduct. The recovery and introduction of acetic acid and/or acetate in anaerobic digestion can convert a byproduct of ethanol fermentation into biogas, thus resulting in additional potential for improving fuel yield from the process.

[0087] De acordo com uma modalidade, o processo de produção de hidrogênio para produzir hidrogênio derivado de fósseis é realizado próximo a uma planta de fermentação. Uma vantagem de produzir hidrogênio perto de uma planta de fermentação é que qualquer energia liberada durante a reforma pode ser usada em vários estágios de um processo para produzir e recuperar um produto de fermentação. Como muitos estágios do processo de fermentação são processos de consumo intensivo de energia, isso pode reduzir significativamente os custos de operação de uma planta de fermentação. As economias de energia da integração de calor podem também contribuir para reduzir as emissões de GEE no ciclo de vida de um combustível em relação a uma linha de base de gasolina e podem, portanto, potencialmente permitir a geração de um crédito de biocombustível valioso em relação ao combustível produzido ou vendido.[0087] According to one embodiment, the hydrogen production process to produce fossil-derived hydrogen is carried out near a fermentation plant. An advantage of producing hydrogen near a fermentation plant is that any energy released during reforming can be used at various stages of a process to produce and recover a fermentation product. As many stages of the fermentation process are energy-intensive processes, this can significantly reduce the costs of operating a fermentation plant. Energy savings from heat integration can also contribute to reducing a fuel's life cycle GHG emissions relative to a gasoline baseline and can therefore potentially enable the generation of a valuable biofuel credit relative to to the fuel produced or sold.

[0088] Por exemplo, o calor proveniente da reforma realizada durante a produção de hidrogênio pode ser usado para fornecer energia para processos que compreendem uma fermentação a partir da qual o fluxo de alimentação de CO2 é coletado e usado para produzir o combustível, intermediário de combustível ou produto químico, que são à base de carbono biogênico. Por exemplo, tal calor pode ser utilizado em um secador, oxidador térmico, destilação e/ou evaporação conduzidos como parte de um processo que compreende fermentação. Tais etapas são frequentemente parte de um processo de produção que compreende fermentação que usa milho como matéria-prima, embora o calor da reforma possa ser usado em qualquer processo de produção compreendendo fermentação para produzir um produto de fermentação, incluindo processos que usam biomassa ou material derivado de biomassa. Nesses processos que usam milho como matéria-prima, os secadores usados para secar os resíduos do fundo "still bottoms" que permanecem após a destilação de etanol para produzir produtos, como grãos secos de destiladores, são secadores que operam sob intensiva energia e, portanto, o uso de uma porção do calor da reforma nesse estágio de um processo de produção pode potencialmente tornar o processo significativamente mais eficiente.[0088] For example, the heat from the reforming carried out during hydrogen production can be used to provide energy for processes comprising a fermentation from which the CO2 feed stream is collected and used to produce the fuel, intermediate of fuel or chemical, which are based on biogenic carbon. For example, such heat may be used in a dryer, thermal oxidizer, distillation and/or evaporation conducted as part of a process comprising fermentation. Such steps are often part of a production process comprising fermentation that uses corn as a feedstock, although heat from reforming may be used in any production process comprising fermentation to produce a fermentation product, including processes that use biomass or derived from biomass. In these processes that use corn as a feedstock, the dryers used to dry the still bottom residues that remain after ethanol distillation to produce products such as distillers' dried grains are energy-intensive dryers and therefore , using a portion of the reforming heat at this stage of a production process can potentially make the process significantly more efficient.

[0089] Alternativamente, ou adicionalmente, o calor gerado da reforma pode ser usado para fornecer energia em outras operações unitárias além dos processos de produção compreendendo fermentação. Por exemplo, o calor a partir da reforma pode também ser usado para fornecer energia para processos nos quais o gás de síntese é convertido em um combustível ou intermediário de combustível.[0089] Alternatively, or additionally, the heat generated from reforming can be used to provide energy in other unit operations in addition to production processes comprising fermentation. For example, heat from reforming can also be used to provide energy for processes in which syngas is converted into a fuel or fuel intermediate.

Combination of two fermentations

[0090] Conforme discutido acima, combustíveis e/ou intermediários de combustíveis contendo carbono biogênico podem ser produzidos via fermentação de gás de uma matéria-prima que inclui ao menos um dentre CO e H2. Por exemplo, dióxido de carbono biogênico e o hidrogênio provenientes de combustíveis fósseis podem ser usados para produzir monóxido de carbono (por exemplo, que é usado como uma matéria-prima para a fermentação de gás) pela seguinte reação reversa de deslocamento gás-água: CO2 + H2 ^ CO + H2O.[0090] As discussed above, fuels and/or fuel intermediates containing biogenic carbon can be produced via gas fermentation of a feedstock that includes at least one of CO and H2. For example, biogenic carbon dioxide and hydrogen from fossil fuels can be used to produce carbon monoxide (e.g., which is used as a feedstock for gas fermentation) by the following reverse gas-water shift reaction: CO2 + H2 ^ CO + H2O.

[0091] O monóxido de carbono produzido pela reação acima pode ser adicionalmente convertido em uma ou mais etapas químicas e/ou biológicas em um biocombustível ou intermediário de biocombustível. Em particular, o gás de síntese obtido da reação reversa de deslocamento gás-água pode ser convertido em etanol e/ou ácido acético via uma conversão biológica utilizando micro-organismos ou outro biocatalisadores. Por exemplo, microorganismos acetogênicos, como micro-organismos anaeróbicos do gênero Clostridium, podem produzir etanol a partir de monóxido de carbono. Sem se ater a qualquer teoria em particular, as reações realizadas pelos microorganismos podem ser como se segue: 6CO + 3 H2O ^ CH3CH2OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.[0091] The carbon monoxide produced by the above reaction can be further converted in one or more chemical and/or biological steps into a biofuel or biofuel intermediate. In particular, the synthesis gas obtained from the reverse gas-water displacement reaction can be converted into ethanol and/or acetic acid via a biological conversion using microorganisms or other biocatalysts. For example, acetogenic microorganisms, such as anaerobic microorganisms of the genus Clostridium, can produce ethanol from carbon monoxide. Without sticking to any particular theory, the reactions carried out by microorganisms can be as follows: 6CO + 3 H2O ^ CH3CH2OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.

[0092] Conforme discutido acima, o CO pode ser obtido da hidrogenação de dióxido de carbono biogênico e/ou pode ser obtido a partir de uma outra parte do processo. Por exemplo, em uma modalidade, o CO e o H2 são provenientes de gás de síntese, que é produzido a partir da gaseificação de matéria-prima celulósica de acordo com a seguinte reação: 8CH2O + O2 ^ 6CO + 2CO2 + 8H2.[0092] As discussed above, CO can be obtained from the hydrogenation of biogenic carbon dioxide and/or can be obtained from another part of the process. For example, in one embodiment, the CO and H2 come from synthesis gas, which is produced from the gasification of cellulosic raw material according to the following reaction: 8CH2O + O2 ^ 6CO + 2CO2 + 8H2.

[0093] Por exemplo, o gás de síntese pode ser obtido da gaseificação de biomassa, de matéria-prima celulósica e/ou de lignina. O gás de síntese pode ser coletado e é opcionalmente combinado com Mo-CO2 coletado de outras partes do processo (por exemplo, fermentação, digestão anaeróbica, etc.) e matéria-prima e/ou lignina. Alguns exemplos de produtos (por exemplo, incluindo combustíveis e intermediários de combustíveis) produzidos direta ou indiretamente da fermentação de gás do gás de síntese incluem etanol, butanol, ácido acético, e/ou ácido butírico. Em geral, o produto dependerá, ao menos em parte, do micro-organismo e das condições de fermentação.[0093] For example, synthesis gas can be obtained from the gasification of biomass, cellulosic raw material and/or lignin. Syngas can be collected and is optionally combined with Mo-CO2 collected from other parts of the process (e.g. fermentation, anaerobic digestion, etc.) and feedstock and/or lignin. Some examples of products (e.g., including fuels and fuel intermediates) produced directly or indirectly from the gas fermentation of syngas include ethanol, butanol, acetic acid, and/or butyric acid. In general, the product will depend, at least in part, on the microorganism and fermentation conditions.

[0094] Infelizmente, os produtos de fermentação produzidos pela fermentação de gás são, com frequência, relativamente diluídos (por exemplo, a concentração de etanol produzido por uma fermentação de gás típica pode estar entre cerca de 15 e cerca de 35 g/L para uma fermentação contínua, enquanto a concentração de etanol em uma fermentação de milho típica pode estar entre cerca de 95 e 140 g/L, e para a fermentação de biomassa, pode estar entre cerca de 50 e 100 g/L). Como resultado da baixa concentração, o processo para recuperação do produto de fermentação pode exigir uma quantidade grande de energia (por exemplo, calor para a destilação, etc.), que também resulta em aumento das emissões de GEE e aumento de custos. Por exemplo, os custos de recuperação do produto em uma fermentação de gás independente podem representar uma porção significativa dos custos de capital e operacionais globais.[0094] Unfortunately, the fermentation products produced by gas fermentation are often relatively dilute (for example, the concentration of ethanol produced by a typical gas fermentation can be between about 15 and about 35 g/L for a continuous fermentation, while the ethanol concentration in a typical corn fermentation can be between about 95 and 140 g/L, and for biomass fermentation, it can be between about 50 and 100 g/L). As a result of the low concentration, the process for recovering the fermentation product may require a large amount of energy (e.g. heat for distillation, etc.), which also results in increased GHG emissions and increased costs. For example, product recovery costs in a stand-alone gas fermentation can represent a significant portion of overall capital and operating costs.

[0095] De acordo com uma modalidade da presente invenção, ao menos uma porção do produto de fermentação relativamente diluído (por exemplo, etanol, ácido acético, etc.) produzido durante a fermentação de gás é introduzida em e/ou usada na fermentação de carboidrato. Os processos de fermentação de carboidrato exigem frequentemente que uma quantidade de água seja adicionada ao substrato para possibilitar uma fermentação aquosa. Tradicionalmente, essa água pode ser reciclada do processo. Por exemplo, na produção de etanol, a água reciclada pode se originar dos resíduos de fundo "still bottoms". Por exemplo, os resíduos do fundo podem ser submetidos a uma etapa de separação sólido/líquido e/ou de remoção de água, como evaporação ou osmose reversa, e correntes de reciclagem podem ser obtidas dos resíduos do fundo, resíduos de fundo filtrados ou da etapa de remoção de água. Entretanto, de acordo com uma modalidade da presente invenção, uma corrente aquosa que compreende o produto da fermentação de gás é introduzida na unidade de fermentação de carboidrato para fornecer ao menos uma porção da água necessária para possibilitar tal fermentação.[0095] According to one embodiment of the present invention, at least a portion of the relatively dilute fermentation product (e.g., ethanol, acetic acid, etc.) produced during gas fermentation is introduced into and/or used in the fermentation of carbohydrate. Carbohydrate fermentation processes often require that a quantity of water be added to the substrate to enable an aqueous fermentation. Traditionally, this water can be recycled from the process. For example, in ethanol production, recycled water can originate from still bottoms. For example, the bottom residues may be subjected to a solid/liquid separation and/or water removal step, such as evaporation or reverse osmosis, and recycling streams may be obtained from the bottom residues, filtered bottom residues or the water removal step. However, in accordance with one embodiment of the present invention, an aqueous stream comprising the gas fermentation product is introduced into the carbohydrate fermentation unit to provide at least a portion of the water necessary to enable such fermentation.

[0096] De acordo com uma modalidade da presente invenção, ao menos uma porção do produto da fermentação de gás relativamente diluído é adicionada ao processo em uma etapa a montante da fermentação de carboidrato. As fermentações de carboidrato podem exigir que uma quantidade de água seja adicionada durante uma ou mais etapas de processamento (por exemplo, adicionada por trituração, liquefação e/ou separação). Por exemplo, um processo convencional de fermentação de carboidrato pode exigir que água seja adicionada a farinha de milho moída a seco para fornecer uma pasta fluida, seja adicionada durante o pré- tratamento/hidrólise de uma matéria-prima celulósica, ou seja adicionada durante a sacarificação da matéria-prima amilácea, etc. Em uma modalidade, a corrente do produto da fermentação de gás é adicionada em qualquer etapa do processamento no processo de fermentação de carboidrato no qual há necessidade de adição de água.[0096] According to one embodiment of the present invention, at least a portion of the relatively dilute gas fermentation product is added to the process in a step upstream of the carbohydrate fermentation. Carbohydrate fermentations may require that a quantity of water be added during one or more processing steps (e.g., added by crushing, liquefaction and/or separation). For example, a conventional carbohydrate fermentation process may require that water be added to dry-milled cornmeal to provide a slurry, be added during pre-treatment/hydrolysis of a cellulosic feedstock, or be added during saccharification of starchy raw material, etc. In one embodiment, the gas fermentation product stream is added at any processing step in the carbohydrate fermentation process in which there is a need for addition of water.

[0097] Em uma modalidade, ao menos uma porção da corrente aquosa compreendendo o produto da fermentação de gás é adicionada em qualquer ponto do processo, de modo que ao menos uma porção do produto da fermentação de gás entre na unidade de fermentação de carboidrato, e de modo que a concentração do produto de fermentação que sai da unidade de fermentação de carboidrato é maior que a concentração do produto de fermentação na corrente aquosa que sai da unidade de fermentação de gás.[0097] In one embodiment, at least a portion of the aqueous stream comprising the gas fermentation product is added at any point in the process, so that at least a portion of the gas fermentation product enters the carbohydrate fermentation unit, and such that the concentration of the fermentation product leaving the carbohydrate fermentation unit is greater than the concentration of the fermentation product in the aqueous stream leaving the gas fermentation unit.

[0098] Em uma modalidade, ao menos uma porção da corrente aquosa compreendendo o produto da fermentação de gás é adicionada entre, antes ou após as etapas de processamento ou em estágios auxiliares às etapas de processamento principais.[0098] In one embodiment, at least a portion of the aqueous stream comprising the gas fermentation product is added between, before or after the processing steps or in auxiliary stages to the main processing steps.

[0099] Vantajosamente, a adição do produto diluído da fermentação de gás em um estágio do processo que exige água, reduz a quantidade de água que precisa ser importada no processo e/ou reciclada de uma outra parte do processo. Além disso, uma vez que a água gerada no e/ou necessária para a fermentação de gás é usada no processo, há significativa reduções de energia (por exemplo, e, assim, reduções de GEE e de custo) relacionadas a não necessidade de separar o produto da fermentação de gás da água usada na fermentação de gás. Em outras palavras, como a água contendo o produto diluído a partir da fermentação de gás substitui a água que teria sido de outra maneira adicionada em uma etapa do processo, pode haver uma redução substancial do custo que corresponde à recuperação do produto de fermentação a partir da corrente diluída.[0099] Advantageously, the addition of the diluted gas fermentation product at a stage of the process that requires water, reduces the amount of water that needs to be imported into the process and/or recycled from another part of the process. Furthermore, since water generated in and/or required for gas fermentation is used in the process, there are significant energy reductions (e.g., and thus GHG and cost reductions) related to not needing to separate the product of gas fermentation of water used in gas fermentation. In other words, as the water containing the diluted product from the gas fermentation replaces the water that would otherwise have been added at one stage of the process, there can be a substantial reduction in the cost corresponding to the recovery of the fermentation product from of the diluted current.

[00100] Adicionalmente, quando o produto da fermentação de gás e o produto da fermentação de carboidrato correspondem ao mesmo produto de fermentação (por exemplo, etanol, ácido acético, etc.), o produto da fermentação de gás pode ser levado através das várias etapas do processo de fermentação de carboidrato e combinado com o produto de fermentação de carboidrato para melhorar o custo total de produção. A expressão "mesmo produto" ou "mesmo produto de fermentação", como usado na presente invenção, se refere a produtos que têm a mesma fórmula química. Consequentemente, o etanol produzido de uma fermentação de carboidrato (isto é, bioetanol) é considerado o mesmo produto que o etanol contendo carbono fóssil.[00100] Additionally, when the gas fermentation product and the carbohydrate fermentation product correspond to the same fermentation product (e.g., ethanol, acetic acid, etc.), the gas fermentation product can be taken through the various steps of the carbohydrate fermentation process and combined with the carbohydrate fermentation product to improve the total production cost. The expression "same product" or "same fermentation product", as used in the present invention, refers to products that have the same chemical formula. Consequently, ethanol produced from a carbohydrate fermentation (i.e., bioethanol) is considered the same product as ethanol containing fossil carbon.

[00101] Conforme discutido acima, a introdução de uma corrente aquosa que compreende o produto da fermentação de gás no processo, de modo que a concentração do produto de fermentação total (por exemplo, fornecida pelas fermentações de gás e carboidrato) aumenta na saída da fermentação de carboidrato por unidade de carboidrato consumido, pode reduzir os custos globais. Em uma modalidade, a concentração do produto de fermentação na saída da unidade de fermentação de carboidrato é ao menos cerca de 3% (p/p) maior que a concentração do produto de fermentação de gás na saída da unidade de fermentação de gás. Em uma modalidade, a concentração do produto de fermentação na saída da unidade de fermentação de carboidrato é ao menos cerca de 25 g/L maior que a concentração do produto de fermentação de gás na saída da unidade de fermentação de gás. Em outras modalidades, a concentração do produto de fermentação na saída da unidade de fermentação de carboidrato é cerca de 50 g/L ou 70 g/L maior.[00101] As discussed above, introducing an aqueous stream comprising gas fermentation product into the process, such that the concentration of total fermentation product (e.g., provided by gas and carbohydrate fermentations) increases at the outlet of the Carbohydrate fermentation per unit of carbohydrate consumed can reduce overall costs. In one embodiment, the concentration of the fermentation product at the outlet of the carbohydrate fermentation unit is at least about 3% (w/w) greater than the concentration of the gas fermentation product at the outlet of the gas fermentation unit. In one embodiment, the concentration of the fermentation product at the outlet of the carbohydrate fermentation unit is at least about 25 g/L greater than the concentration of the gas fermentation product at the outlet of the gas fermentation unit. In other embodiments, the concentration of the fermentation product at the outlet of the carbohydrate fermentation unit is about 50 g/L or 70 g/L greater.

[00102] Em uma modalidade em que a concentração do produto de fermentação produzido na fermentação de carboidrato é limitada pelas condições de fermentação, a adição da corrente aquosa contendo o produto da fermentação de gás pode possibilitar que menos matéria-prima da fermentação de carboidrato seja necessário para produzir a mesma concentração do produto de fermentação.[00102] In an embodiment in which the concentration of the fermentation product produced in carbohydrate fermentation is limited by the fermentation conditions, the addition of the aqueous stream containing the gas fermentation product may enable less carbohydrate fermentation raw material to be necessary to produce the same concentration of fermentation product.

[00103] De acordo com uma modalidade, a fermentação de gás produz etanol biogênico, melhorando, desse modo, a produtividade global do etanol biogênico a partir de uma certa quantidade de carboidrato. A produção de etanol via fermentação de bio-CO e/ou bio-CO2 vantajosamente converte correntes de gás de baixo custo em biocombustível líquido valioso. Além disso, ela aumenta a produtividade total de bioetanol produzido em uma usina de etanol celulósico, usando correntes de resíduos (por exemplo, CO2) que de outro modo não seriam liberadas. Infelizmente, a fermentação de gás tipicamente não produz produtos de fermentação, como etanol, em altas concentrações, conforme discutido acima, e tem sido tradicionalmente associada a maiores custos de recuperação do produto.[00103] According to one embodiment, gas fermentation produces biogenic ethanol, thereby improving the overall productivity of biogenic ethanol from a certain amount of carbohydrate. Ethanol production via bio-CO and/or bio-CO2 fermentation advantageously converts low-cost gas streams into valuable liquid biofuel. Furthermore, it increases the total productivity of bioethanol produced in a cellulosic ethanol plant, using waste streams (e.g. CO2) that would not otherwise be released. Unfortunately, gas fermentation typically does not produce fermentation products, such as ethanol, in high concentrations, as discussed above, and has traditionally been associated with higher product recovery costs.

[00104] De acordo com uma modalidade, a fermentação de gás e a fermentação de carboidrato convencional são integradas no mesmo processo, de modo que o custo total (por exemplo, de capital e operacionais) da fermentação de gás e da fermentação de carboidrato é menor que o custo das duas recuperações de produto se essas fossem realizadas independentemente. Por exemplo, um processo independente de fermentação de gás iria exigir sistemas auxiliares significativos e/ou alta entrada de energia, e desse modo, teria relativamente altos custos de capital globais. Entretanto, quando usado em uma usina de etanol celulósico, o etanol produzido na fermentação de gás (por exemplo, tendo uma concentração relativamente baixa) seria adicional ao etanol formado na fermentação de carboidrato (por exemplo, tendo uma concentração relativamente alta), aumentado, portanto, a concentração do produto de fermentação e, desse modo, diminuindo os custos globais de capital e operacionais de recuperação do produto.[00104] According to one embodiment, gas fermentation and conventional carbohydrate fermentation are integrated into the same process, such that the total cost (e.g., capital and operational) of gas fermentation and carbohydrate fermentation is lower than the cost of the two product recoveries if they were carried out independently. For example, a stand-alone gas fermentation process would require significant auxiliary systems and/or high energy input, and thus would have relatively high overall capital costs. However, when used in a cellulosic ethanol plant, the ethanol produced in gas fermentation (e.g., having a relatively low concentration) would be additional to the ethanol formed in carbohydrate fermentation (e.g., having a relatively high concentration), increased, therefore, concentrating the fermentation product and thereby decreasing the overall capital and operational costs of product recovery.

[00105] Em uma modalidade, o substrato para a fermentação de gás inclui ao menos CO e, dessa forma, pode ser obtido de correntes de resíduos de várias indústrias (por exemplo, siderúrgica). Em uma modalidade, o substrato para a fermentação de gás contém apenas gás de síntese que, conforme descrito em maiores detalhes abaixo, pode ser gerado a partir de um ou mais processos térmicos no processo, e/ou pode ser derivado de biogás gerado durante o processo. Em uma modalidade, o substrato para a fermentação de gás inclui gás de síntese e/ou uma corrente de dióxido de carbono, que, conforme descrito em detalhes abaixo, pode ser gerada e/ou coletada do processo (por exemplo, em um processo térmico).[00105] In one embodiment, the substrate for gas fermentation includes at least CO and, therefore, can be obtained from waste streams from various industries (e.g., steel). In one embodiment, the substrate for gas fermentation contains only synthesis gas which, as described in greater detail below, may be generated from one or more thermal processes in the process, and/or may be derived from biogas generated during the process. In one embodiment, the substrate for gas fermentation includes synthesis gas and/or a stream of carbon dioxide, which, as described in detail below, may be generated and/or collected from the process (e.g., in a thermal process ).

[00106] Em uma modalidade, a fermentação de gás e a fermentação de carboidrato são parte de processos diferentes e/ou são fornecidas por diferentes partes interessadas. Por exemplo, em uma modalidade, a fermentação de gás é realizada por uma usina industrial que usa uma corrente de gás de resíduos contendo CO (por exemplo, com base em fósseis) como o substrato para a fermentação de gás, enquanto a fermentação de carboidrato é realizada por um produtor de etanol (por exemplo, de milho, de cana-de- açúcar, ou celulósico). Em uma modalidade, a usina industrial, que pode estar próxima ao produtor de etanol, exporta a corrente aquosa contendo o produto de fermentação de gás para o produtor de etanol, enquanto o produtor de etanol exporta o dióxido de carbono biogênico para ser usado na fermentação de gás.[00106] In one embodiment, gas fermentation and carbohydrate fermentation are part of different processes and/or are provided by different interested parties. For example, in one embodiment, gas fermentation is carried out by an industrial plant that uses a CO-containing waste gas stream (e.g., fossil-based) as the substrate for gas fermentation, while carbohydrate fermentation is carried out by an ethanol producer (for example, from corn, sugar cane, or cellulosic). In one embodiment, the industrial plant, which may be close to the ethanol producer, exports the aqueous stream containing the gas fermentation product to the ethanol producer, while the ethanol producer exports the biogenic carbon dioxide to be used in fermentation. of gas.

[00107] Embora a fermentação de gás possa ser realizada apenas com corrente rica em CO, a introdução de CO2 adicional pode aumentar a produtividade do produto de fermentação (por exemplo, com base na estequiometria). Além disso, a importação de CO2 biogênico pode aumentar a quantidade de etanol biogênico que poderia ser recuperado dos produtores de etanol.[00107] Although gas fermentation can be carried out with CO-rich stream alone, the introduction of additional CO2 can increase the productivity of the fermentation product (e.g., based on stoichiometry). Furthermore, importing biogenic CO2 could increase the amount of biogenic ethanol that could be recovered from ethanol producers.

Thermal processes

[00108] Em uma modalidade, um ou mais processos térmicos são realizados para produzir um combustível, intermediário de combustível, produto químico e/ou um produto energético. Alguns exemplos de processos térmicos incluem combustão, gaseificação, pirólise ou uma combinação dos mesmos. Alguns exemplos de materiais a serem alimentados no processo térmico incluem sólidos de uma matéria-prima celulósica pré-tratada (por exemplo, no qual os sólidos são fornecidos por uma separação sólido/líquido realizada após a lavagem da matéria-prima pré-tratada), sólidos fornecidos por uma separação sólido/líquido realizada após a hidrólise e/ou a fermentação, e sólidos fornecidos por uma separação sólido/líquido de resíduos de fundo ("still bottoms").[00108] In one embodiment, one or more thermal processes are carried out to produce a fuel, fuel intermediate, chemical product and/or an energy product. Some examples of thermal processes include combustion, gasification, pyrolysis, or a combination thereof. Some examples of materials to be fed into the thermal process include solids from a pretreated cellulosic feedstock (e.g., in which the solids are supplied by a solid/liquid separation performed after washing the pretreated feedstock), solids provided by a solid/liquid separation carried out after hydrolysis and/or fermentation, and solids provided by a solid/liquid separation of still bottoms.

[00109] Em uma modalidade, um produto energético é produzido por combustão do material orgânico, não fóssil. Em uma modalidade, um combustível, um intermediário de combustível, ou um produto químico é produzido por gaseificação ou pirólise. Alguns exemplos de combustíveis, intermediários de combustíveis ou produtos químicos produzidos da gaseificação ou pirólise de material orgânico, não fóssil, incluem gás de síntese, hidrogênio, metano, hidrocarbonetos líquidos, óleo obtido através do processo de pirólise, e amônia. Alguns exemplos de combustão, gaseificação e pirólise, e de produtos gerados desses processos, são descritos em mais detalhes abaixo.[00109] In one embodiment, an energy product is produced by combustion of organic, non-fossil material. In one embodiment, a fuel, a fuel intermediate, or a chemical is produced by gasification or pyrolysis. Some examples of fuels, fuel intermediates, or chemicals produced from the gasification or pyrolysis of organic, non-fossil material include synthesis gas, hydrogen, methane, liquid hydrocarbons, oil obtained through the pyrolysis process, and ammonia. Some examples of combustion, gasification and pyrolysis, and products generated from these processes, are described in more detail below.

[00110] Em geral, a combustão pode incluir uma ou mais reações exotérmicas entre o material orgânico, não fóssil, e um oxidante, que é tipicamente ar ou oxigênio. A combustão do material orgânico, não fóssil, pode ser realizada em uma usina elétrica. Em tais modalidades, o dióxido de carbono é recuperado de uma corrente de gás, conhecida na técnica como "gás de combustão".[00110] In general, combustion may include one or more exothermic reactions between organic, non-fossil material and an oxidant, which is typically air or oxygen. The combustion of organic, non-fossil material can be carried out in a power plant. In such embodiments, carbon dioxide is recovered from a gas stream known in the art as "flue gas."

[00111] A combustão pode ser realizada com um gás que tem um teor de oxigênio que excede o do ar, conhecido na técnica como um "processo de combustão de oxicombustível". Em uma modalidade, o gás de combustão pode ser recirculado para a combustão e misturado com uma corrente de oxigênio como parte do processo de combustão de oxicombustível. Uma vantagem dos processos de combustão oxicombustível é que a combustão na presença de oxicombustível remove contaminantes. O resultado é um gás de combustão que tem uma alta concentração de dióxido de carbono, que pode ser coletado com relativa facilidade.[00111] Combustion can be carried out with a gas that has an oxygen content that exceeds that of air, known in the art as an "oxyfuel combustion process". In one embodiment, the combustion gas may be recirculated for combustion and mixed with a stream of oxygen as part of the oxyfuel combustion process. An advantage of oxyfuel combustion processes is that combustion in the presence of oxyfuel removes contaminants. The result is a flue gas that has a high concentration of carbon dioxide, which can be collected relatively easily.

[00112] O material orgânico, não fóssil pode ser alimentado em um aparelho de combustão, como uma caldeira de vapor, e o calor gerado é utilizado para produzir eletricidade, vapor, calor de processo, calor de construção, ou qualquer combinação dos mesmos. A caldeira geralmente inclui uma seção na qual água ou outro fluído é aquecida(o). O calor produzido da queima de material orgânico pode ser transferido para a água de alimentação de caldeira para produzir vapor. A caldeira pode ser uma caldeira de leito fluidizado, embora outros tipos de caldeiras possam ser usados conforme necessário. A alimentação na caldeira pode também incluir biogás produzido durante a digestão anaeróbica. Além disso, durante o estágio de início do processo, uma quantidade pequena de gás natural pode ser adicionada à caldeira para aquecer o combustível até o ponto de ignição. Dependendo das regulamentações das emissões, os gases de exaustão da caldeira podem ser passados para um lavador de gás ou outras séries de operações para reduzir os níveis de poluentes antes de serem liberados para o ambiente. Bem como, matéria particulada pode ser removida da exaustão. As cinzas da caldeira podem ser depositadas em aterros ou vendidas como um coproduto dependendo de sua composição.[00112] The organic, non-fossil material can be fed into a combustion apparatus, such as a steam boiler, and the heat generated is used to produce electricity, steam, process heat, construction heat, or any combination thereof. The boiler generally includes a section in which water or another fluid is heated. Heat produced from burning organic material can be transferred to boiler feed water to produce steam. The boiler may be a fluidized bed boiler, although other types of boilers may be used as necessary. The feed to the boiler may also include biogas produced during anaerobic digestion. Additionally, during the start-up stage of the process, a small amount of natural gas can be added to the boiler to heat the fuel to the ignition point. Depending on emissions regulations, boiler exhaust gases may be passed through a gas scrubber or other series of operations to reduce pollutant levels before being released into the environment. As well, particulate matter can be removed from the exhaust. Boiler ash can be landfilled or sold as a co-product depending on its composition.

[00113] O vapor pode ser usado para impulsionar turbinas para gerar eletricidade para venda à rede elétrica e/ou para atender as necessidades da usina. Alternativamente, ou além de gerar eletricidade, o vapor pode ser usado para suprir as necessidades de calor do processo em uma usina. Se o vapor é usado em uma usina, a pressão pode ser reduzida antes dele ser reusado no processo. Além disso, o vapor pode ser utilizado para fornecer aquecimento de construção. Um exemplo de um material orgânico que é frequentemente submetido à combustão é a lignina.[00113] Steam can be used to drive turbines to generate electricity for sale to the electrical grid and/or to meet the needs of the plant. Alternatively, or in addition to generating electricity, steam can be used to meet process heat needs in a power plant. If steam is used in a power plant, the pressure can be reduced before it is reused in the process. Additionally, steam can be used to provide building heating. An example of an organic material that is frequently subjected to combustion is lignin.

[00114] Embora a combustão frequentemente produza um produto energético, a gaseificação é, com frequência, realizada para produzir gás de síntese. A gaseificação inclui aquecimento em altas temperaturas, geralmente na presença de oxigênio. A gaseificação da biomassa ou de produtos derivados da biomassa pode ser realizada de acordo com a seguinte reação: 8CH2O + O2 ^ 6CO + 2CO2 + 8H2.[00114] Although combustion often produces an energy product, gasification is often carried out to produce synthesis gas. Gasification includes heating at high temperatures, usually in the presence of oxygen. The gasification of biomass or products derived from biomass can be carried out according to the following reaction: 8CH2O + O2 ^ 6CO + 2CO2 + 8H2.

[00115] O dióxido de carbono produzido pela reação acima pode ser coletado com apresentado abaixo. O gás de síntese pode ser usado, por sua vez, como um intermediário para produzir um outro combustível ou intermediário de combustível, como apresentado anteriormente, ou usado como combustível por si só. Em uma modalidade, o dióxido de carbono biogênico para a fermentação de gás é proveniente de gás de síntese. Por exemplo, em uma modalidade, o dióxido de carbono biogênico pode ser coletado a partir de um ou mais estágios de um processo de gaseificação ou estágios a jusante, como de processos de síntese de produto, e purificado. O dióxido de carbono biogênico purificado pode então ser convertido em um combustível ou intermediário de combustível à base de carbono biogênico via a fermentação de gás. Em uma outra modalidade, o dióxido de carbono biogênico é coletado de uma corrente de gás de resíduos que permanece após a combustão de uma corrente de água contendo gases combustíveis e dióxido de carbono. A queima dos gases combustíveis na mistura forma dióxido de carbono e a corrente resultante enriquecida com dióxido de carbono pode subsequentemente ser usada para produzir um combustível ou intermediário de combustível com base em carbono biogênico. Em uma outra modalidade, o dióxido de carbono biogênico é proveniente de biogás. Em uma outra modalidade, o dióxido de carbono biogênico é proveniente de gás gerado durante a fermentação de carboidrato. Em uma outra modalidade, o dióxido de carbono biogênico é gerado durante um processo que inclui submeter o gás de síntese a uma reação de deslocamento gás-água, como se segue: CO + H2O ^ CO2 + H2.[00115] The carbon dioxide produced by the above reaction can be collected as shown below. Synthesis gas can be used, in turn, as an intermediate to produce another fuel or fuel intermediate, as presented previously, or used as a fuel by itself. In one embodiment, the biogenic carbon dioxide for gas fermentation is sourced from synthesis gas. For example, in one embodiment, biogenic carbon dioxide may be collected from one or more stages of a gasification process or downstream stages, such as from product synthesis processes, and purified. The purified biogenic carbon dioxide can then be converted into a biogenic carbon-based fuel or fuel intermediate via gas fermentation. In another embodiment, biogenic carbon dioxide is collected from a waste gas stream that remains after the combustion of a water stream containing combustible gases and carbon dioxide. Burning of the combustible gases in the mixture forms carbon dioxide and the resulting carbon dioxide-enriched stream can subsequently be used to produce a biogenic carbon-based fuel or fuel intermediate. In another embodiment, biogenic carbon dioxide comes from biogas. In another embodiment, biogenic carbon dioxide comes from gas generated during carbohydrate fermentation. In another embodiment, biogenic carbon dioxide is generated during a process that includes subjecting the synthesis gas to a gas-water displacement reaction, as follows: CO + H2O ^ CO2 + H2.

[00116] Em uma outra modalidade, uma ou mais das fontes mencionadas acima de CO2 são combinadas e então submetidas a uma fermentação de gás para produzir um combustível ou intermediário de combustível (por exemplo, um álcool).[00116] In another embodiment, one or more of the above-mentioned sources of CO2 are combined and then subjected to a gas fermentation to produce a fuel or fuel intermediate (for example, an alcohol).

[00117] Como a gaseificação, a pirólise frequentemente produz gás de síntese. Por exemplo, a pirólise inclui, tipicamente, aquecer material orgânico, não fóssil, em temperatura elevada para produzir gás de síntese, char e/ou óleo de pirólise e pode ser realizada na ausência de oxigênio ou em níveis baixos do mesmo. O dióxido de carbono pode ser coletado de uma corrente resultante de uma reação de deslocamento gás-água que ocorre no gás de síntese ou em outras correntes geradas durante o processo que contêm dióxido de carbono. O óleo de pirólise, também chamado de bio-óleo, é produzido por submissão do material orgânico, não fóssil, à pirólise a uma temperatura elevada, tipicamente menor que a gaseificação. O óleo de pirólise pode ser tratado adicionalmente para produzir um combustível de transporte, como diesel, ou usado diretamente como um combustível.[00117] Like gasification, pyrolysis often produces synthesis gas. For example, pyrolysis typically includes heating non-fossil organic material to an elevated temperature to produce synthesis gas, char and/or pyrolysis oil and can be carried out in the absence of oxygen or at low levels thereof. Carbon dioxide can be collected from a stream resulting from a gas-water shift reaction that occurs in the synthesis gas or from other streams generated during the process that contain carbon dioxide. Pyrolysis oil, also called bio-oil, is produced by subjecting organic, non-fossil material to pyrolysis at an elevated temperature, typically lower than gasification. Pyrolysis oil can be further treated to produce a transportation fuel, such as diesel, or used directly as a fuel.

Biogenic carbon dioxide collection

[00118] Conforme mencionado acima, o dióxido de carbono biogênico pode ser gerado (por exemplo, diretamente ou indiretamente) durante fermentação, digestão anaeróbica e/ou um processo térmico. A pessoa versada na técnica apreciará que o dióxido de carbono biogênico pode ser proveniente diretamente de um processo de produção que usa material orgânico, não fóssil, como uma matéria-prima ou ele pode ser dióxido de carbono fóssil, ou uma mistura de dióxido de carbono fóssil e não fóssil que é proveniente mais diretamente de tal material orgânico. Assim, "dióxido de carbono biogênico" como usado aqui inclui dióxido de carbono que é (a) obtido de um processo de produção que usa material orgânico, não fóssil, como uma matéria-prima; (b) retirado de um aparelho de transporte de dióxido de carbono, que retira dióxido de carbono de fontes fósseis ou contém uma mistura de dióxido de carbono de fontes fósseis e não fósseis e que é considerado renovável devido à introdução de uma quantidade de dióxido de carbono produzido por tal processo de produção no aparelho, que corresponde à quantidade de dióxido de carbono retirada; ou ambos (a) e (b).[00118] As mentioned above, biogenic carbon dioxide can be generated (e.g., directly or indirectly) during fermentation, anaerobic digestion and/or a thermal process. The person skilled in the art will appreciate that biogenic carbon dioxide may come directly from a production process that uses organic, non-fossil material as a raw material or it may be fossil carbon dioxide, or a mixture of carbon dioxide. fossil and non-fossil that comes more directly from such organic material. Thus, "biogenic carbon dioxide" as used herein includes carbon dioxide that is (a) obtained from a production process that uses organic, non-fossil material as a feedstock; (b) taken from a carbon dioxide transport apparatus, which takes carbon dioxide from fossil sources or contains a mixture of carbon dioxide from fossil and non-fossil sources and which is considered renewable due to the introduction of a quantity of carbon dioxide carbon produced by such a production process in the device, which corresponds to the amount of carbon dioxide removed; or both (a) and (b).

[00119] Em uma modalidade, o dióxido de carbono biogênico é "coletado", o que significa qualquer processo adequado para obtenção de dióxido de carbono durante ou após sua geração, e pode incluir processos de um único ou múltiplos estágios. O dióxido de carbono biogênico pode ser coletado junto com outros componentes não CO2. Isto é, a coleta de dióxido de carbono pode compreende obter uma corrente que compreende dióxido de carbono biogênico e, opcionalmente, um ou mais componentes CO2. Para ilustrar, a coleta de uma corrente de biogás bruto, a partir de um aterro ou de um digestor, que compreende dióxido de carbono junto com outros componentes, como metano e hidrogênio resultantes da digestão anaeróbica, constitui coleta de dióxido de carbono biogênico. Para ilustrar adicionalmente, a coleta de dióxido de carbono pode compreender obter uma corrente compreendendo dióxido de carbono enriquecido por reciclagem.[00119] In one embodiment, biogenic carbon dioxide is "harvested", which means any process suitable for obtaining carbon dioxide during or after its generation, and may include single- or multi-stage processes. Biogenic carbon dioxide can be collected together with other non-CO2 components. That is, collecting carbon dioxide may comprise obtaining a stream comprising biogenic carbon dioxide and, optionally, one or more CO2 components. To illustrate, the collection of a stream of raw biogas, from a landfill or a digester, which comprises carbon dioxide along with other components such as methane and hydrogen resulting from anaerobic digestion, constitutes collection of biogenic carbon dioxide. To further illustrate, collecting carbon dioxide may comprise obtaining a stream comprising enriched carbon dioxide by recycling.

[00120] O dióxido de carbono biogênico pode ser enriquecido por purificação, reciclagem ou similares. A purificação pode, por exemplo, incluir um processo no qual dióxido de carbono é separado de outros constituintes em uma corrente ou outros processos que produzem uma corrente enriquecida em dióxido de carbono. Tais outros processos incluem queima de uma corrente contendo dióxido de carbono que compreende carbono combustível para produzir uma corrente que compreende dióxido de carbono adicional resultante da combustão. A reciclagem de uma corrente compreendendo dióxido de carbono pode resultar no enriquecimento de dióxido de carbono, devido também ao aumento da concentração de dióxido de carbono durante a recirculação. Uma corrente enriquecida em dióxido de carbono biogênico pode também ser uma corrente de resíduos gerada durante o processo. A corrente enriquecida em CO2 pode compreender ao menos 60%, ao menos 70%, ao menos 80%, ou ao menos 90% de dióxido de carbono em peso.[00120] Biogenic carbon dioxide can be enriched by purification, recycling or the like. Purification may, for example, include a process in which carbon dioxide is separated from other constituents in a stream or other processes that produce a stream enriched in carbon dioxide. Such other processes include burning a carbon dioxide-containing stream comprising combustible carbon to produce a stream comprising additional carbon dioxide resulting from combustion. Recycling a stream comprising carbon dioxide may result in carbon dioxide enrichment, also due to the increase in carbon dioxide concentration during recirculation. A stream enriched in biogenic carbon dioxide may also be a waste stream generated during the process. The CO2-enriched stream may comprise at least 60%, at least 70%, at least 80%, or at least 90% carbon dioxide by weight.

[00121] Em certas modalidades não limitadoras, o nível de recuperação de dióxido de carbono a partir de uma mistura gasosa ou liquefeita pode ser ao menos 40% em peso, ao menos 50% em peso, ao menos 60% em peso, ao menos 70% em peso, ao menos 80% em peso, ao menos 90% em peso ou ao menos 95% em peso.[00121] In certain non-limiting embodiments, the level of recovery of carbon dioxide from a gaseous or liquefied mixture may be at least 40% by weight, at least 50% by weight, at least 60% by weight, at least 70% by weight, at least 80% by weight, at least 90% by weight or at least 95% by weight.

[00122] Exemplos não limitadores de métodos de coleta conhecidos incluem separação de dióxido de carbono biogênico de uma mistura gasosa com um absorvente líquido ou um sorvente sólido, separação por membrana ou separação de dióxido de carbono a partir de outros constituintes na forma líquida. O dióxido de carbono pode ser separado de impurezas em uma corrente de gás com o uso de um absorvente líquido, como um solvente ou um sorvente sólido que é capaz de capturar dióxido de carbono. Após a captura do dióxido de carbono, o absorvente líquido ou o sorvente sólido é regenerado para liberar o dióxido de carbono. O absorvente líquido ou o sorvente sólido pode ser subsequentemente usado para capturar dióxido de carbono. Um sorvente sólido inclui minerais, zeólitas e carbono ativado. As membranas são materiais que permitem a permeação seletiva de um gás através das mesmas. O material de membrana pode ser polimérico, metálico ou cerâmico e a seletividade da membrana para os constituintes gasosos depende da natureza do material do qual ela é feita.[00122] Non-limiting examples of known collection methods include separation of biogenic carbon dioxide from a gaseous mixture with a liquid absorbent or a solid sorbent, membrane separation or separation of carbon dioxide from other constituents in liquid form. Carbon dioxide can be separated from impurities in a gas stream with the use of a liquid absorbent such as a solvent or a solid sorbent that is capable of capturing carbon dioxide. After capturing the carbon dioxide, the liquid absorbent or solid sorbent is regenerated to release the carbon dioxide. The liquid absorbent or solid sorbent can subsequently be used to capture carbon dioxide. A solid sorbent includes minerals, zeolites and activated carbon. Membranes are materials that allow the selective permeation of a gas through them. The membrane material can be polymeric, metallic or ceramic and the selectivity of the membrane for gaseous constituents depends on the nature of the material from which it is made.

[00123] A separação de dióxido de carbono a partir de outros constituintes na forma líquida pode envolver liquefação de um gás compreendendo dióxido de carbono por etapas de compressão, resfriamento e expansão. Quando na forma líquida, o dióxido de carbono pode ser separado por destilação. Os sistemas refrigerados podem também ser usados para separação de dióxido de carbono.[00123] The separation of carbon dioxide from other constituents in liquid form may involve liquefaction of a gas comprising carbon dioxide by steps of compression, cooling and expansion. When in liquid form, carbon dioxide can be separated by distillation. Refrigerated systems can also be used for carbon dioxide separation.

[00124] Várias técnicas específicas para a obtenção de dióxido de carbono de várias correntes gasosas resultantes de fermentação, gaseificação, pirólise ou combustão são descritos abaixo. Entretanto, será entendido pelas pessoas comumente versadas na técnica que outros métodos de recuperação de dióxido de carbono biogênico, como seria conhecido das pessoas versadas na técnica, são também possíveis.[00124] Various specific techniques for obtaining carbon dioxide from various gas streams resulting from fermentation, gasification, pyrolysis or combustion are described below. However, it will be understood by those of ordinary skill in the art that other methods of recovering biogenic carbon dioxide, as would be known to those of skill in the art, are also possible.

[00125] Técnicas conhecida para coletar dióxido de carbono a partir da fermentação incluem o uso de absorventes líquidos. Por exemplo, o dióxido de carbono pode ser recuperado com o uso de uma unidade de lavagem de gases na qual água flui contracorrente para a corrente contendo dióxido de carbono para remover água e componentes solúveis em água, incluindo o produto de fermentação. A água que permanece no dióxido de carbono é subsequentemente removida em um compressor para aumentar a pressão do dióxido de carbono até o nível de condensação da água. O dióxido de carbono pode ser alimentado em uma unidade de secagem para remover água adicional. Uma unidade de purificação, que tipicamente contém carbono ativado, pode ser incluída na configuração do processo antes ou após a unidade de secagem para remover impurezas. Gases inertes, como nitrogênio (também chamados na técnica de gases permanentes ou não condensáveis), podem ser subsequentemente removidos em um condensador.[00125] Known techniques for collecting carbon dioxide from fermentation include the use of liquid absorbents. For example, carbon dioxide can be recovered using a gas scrubbing unit in which water flows countercurrently to the stream containing carbon dioxide to remove water and water-soluble components, including the fermentation product. The water remaining in the carbon dioxide is subsequently removed in a compressor to increase the pressure of the carbon dioxide to the level of water condensation. Carbon dioxide can be fed into a drying unit to remove additional water. A purification unit, which typically contains activated carbon, can be included in the process setup before or after the drying unit to remove impurities. Inert gases such as nitrogen (also called permanent or non-condensable gases in the art) can subsequently be removed in a condenser.

[00126] O dióxido de carbono pode ser recuperado do gás de síntese bruto produzido da gaseificação ou de uma corrente resultante da reação do monóxido de carbono com vapor em uma reação de deslocamento gás-água para produzir uma corrente que compreende dióxido de carbono e hidrogênio. Adicionalmente, o dióxido de carbono biogênico pode ser coletado a partir de dióxido de carbono em excesso gerado durante a gaseificação ou coletado de uma corrente de reciclagem, como, sem limitação, uma corrente de dióxido de carbono reciclada durante a fermentação de gás de síntese.[00126] Carbon dioxide can be recovered from raw synthesis gas produced from gasification or from a stream resulting from the reaction of carbon monoxide with steam in a gas-water shift reaction to produce a stream comprising carbon dioxide and hydrogen . Additionally, biogenic carbon dioxide may be collected from excess carbon dioxide generated during gasification or collected from a recycling stream, such as, without limitation, a carbon dioxide stream recycled during syngas fermentation.

[00127] Sem limitação, o dióxido de carbono pode ser separado por absorção física ou química para produzir uma corrente contendo dióxido de carbono. A absorção física pode envolver o uso de membranas que permitem a permeação seletiva de um gás através das mesmas. Por exemplo, o dióxido de carbono pode ser recuperado por membranas que são mais permeáveis a dióxido de carbono do que a outros componentes na corrente de recuperação de dióxido de carbono. O dióxido de carbono passa através da membrana enquanto outros componentes não passam, resultando em uma corrente que é enriquecida em dióxido de carbono. A corrente enriquecida em dióxido de carbono pode ser usada na forma de gás ou líquido. A absorção química envolve o uso de solventes químicos. Exemplos de solventes químicos incluem metanol, N-metil-2-pirrolidona, éteres dimetílicos de poli(glicol etilênico), carbonato de potássio, monoetanolamina, metildietilamina e 1-1- dióxido de tetra-hidrotiofeno. Um método conhecido de recuperação de dióxido de carbono a partir de uma corrente compreendendo dióxido de carbono e hidrogênio resultantes de uma reação de deslocamento gás-água é um processo de lavagem Rectisol® que usa metanol como um solvente. O tratamento ou lavagem de gás com amina é um outro exemplo de uma técnica que envolve absorção química. Uma amina prevalente para tais aplicações é monetanolamina.[00127] Without limitation, carbon dioxide can be separated by physical or chemical absorption to produce a stream containing carbon dioxide. Physical absorption may involve the use of membranes that allow the selective permeation of a gas through them. For example, carbon dioxide can be recovered by membranes that are more permeable to carbon dioxide than to other components in the carbon dioxide recovery stream. Carbon dioxide passes through the membrane while other components do not, resulting in a stream that is enriched in carbon dioxide. The carbon dioxide-enriched stream can be used in gas or liquid form. Chemical absorption involves the use of chemical solvents. Examples of chemical solvents include methanol, N-methyl-2-pyrrolidone, poly(ethylene glycol) dimethyl ethers, potassium carbonate, monoethanolamine, methyldiethylamine, and tetrahydrothiophene 1-1-dioxide. A known method of recovering carbon dioxide from a stream comprising carbon dioxide and hydrogen resulting from a gas-water shift reaction is a Rectisol® washing process that uses methanol as a solvent. Amine gas treatment or washing is another example of a technique that involves chemical absorption. A prevalent amine for such applications is moethanolamine.

[00128] O dióxido de carbono pode ser obtido a partir de uma corrente gasosa, como uma corrente de gás de combustão produzida a partir de um processo de combustão que usa o material orgânico, não fóssil, como um fluxo de alimentação. Isso inclui combustão de material orgânico em uma usina elétrica, como uma usina que de outro modo queima combustível fóssil como gás natural ou carvão mineral. Tal combustão inclui um processo de combustão de oxicombustível.[00128] Carbon dioxide can be obtained from a gaseous stream, such as a flue gas stream produced from a combustion process that uses organic, non-fossil material as a feed stream. This includes combustion of organic material in a power plant, such as a plant that otherwise burns fossil fuels such as natural gas or coal. Such combustion includes an oxyfuel combustion process.

[00129] As correntes gasosas a partir de combustão contêm dióxido de carbono e outras impurezas dependendo da fonte. O dióxido de carbono pode ser separado das impurezas na corrente de gás com o uso de um absorvente líquido ou sorvente sólido que é capaz de capturar dióxido de carbono. O absorvente liquido pode ser um solvente químico, como uma amina, ou um solvente Selexol™ que usa poli(glicol etilênico) como um solvente. O absorvente líquido pode ser adicionado como parte de uma operação de lavagem com amina. A regeneração do solvente químico pode ser então feita por separação por stripping ou outras técnicas de separação, com o solvente químico regenerado sendo usado para capturar mais dióxido de carbono. Um sorvente sólido pode incluir zeólita e carbono ativado. Para sorventes sólidos, a regeneração pode ser obtida por uma alteração na pressão ou temperatura, desse modo liberando dióxido de carbono e regeneração do sorvente para uso adicional.[00129] Gas streams from combustion contain carbon dioxide and other impurities depending on the source. Carbon dioxide can be separated from impurities in the gas stream with the use of a liquid absorbent or solid sorbent that is capable of capturing carbon dioxide. The liquid absorbent can be a chemical solvent, such as an amine, or a Selexol™ solvent that uses poly(ethylene glycol) as a solvent. The liquid absorbent may be added as part of an amine washing operation. Regeneration of the chemical solvent can then be done by stripping separation or other separation techniques, with the regenerated chemical solvent being used to capture more carbon dioxide. A solid sorbent may include zeolite and activated carbon. For solid sorbents, regeneration can be achieved by a change in pressure or temperature, thereby releasing carbon dioxide and regenerating the sorbent for further use.

[00130] O dióxido de carbono biogênico a partir da combustão de oxicombustível pode ser separado de outros componentes gasosos por destilação. Uma corrente contendo dióxido de carbono pode ser liquefeita por etapas de compressão, resfriamento e expansão. O dióxido de carbono pode ser subsequentemente separado em forma líquida em uma coluna de destilação. Um exemplo adicional de uma técnica para separação de dióxido de carbono de outros componentes é a separação refrigerada. Destilação ou separação refrigerada pode também ser usada para separar dióxido de carbono de gás de síntese que é submetido a uma conversão de deslocamento gás-água de monóxido de carbono em dióxido de carbono.[00130] Biogenic carbon dioxide from oxyfuel combustion can be separated from other gaseous components by distillation. A stream containing carbon dioxide can be liquefied by compression, cooling and expansion steps. The carbon dioxide can subsequently be separated into liquid form in a distillation column. An additional example of a technique for separating carbon dioxide from other components is refrigerated separation. Refrigerated distillation or separation can also be used to separate carbon dioxide from synthesis gas that is subjected to a gas-water shift conversion of carbon monoxide to carbon dioxide.

[00131] O dióxido de carbono biogênico pode ser coletado a partir de duas ou mais etapas separadas de um processo para converter material orgânico em um combustível, intermediário de combustível ou produto energético. Para ilustrar, o dióxido de carbono pode ser coletado de uma fermentação de material orgânico para produzir um combustível líquido, como um álcool. Adicionalmente, o dióxido de carbono pode ser recuperado a partir de uma digestão anaeróbica ou gaseificação de um fluxo de resíduo gerado de tal fermentação de combustível líquido. A coleta de dióxido de carbono a partir de duas ou mais etapas de processos iguais ou diferentes permite um aumento adicional do rendimento do combustível, intermediário de combustível, produto de química ou produto energético a partir do material orgânico.[00131] Biogenic carbon dioxide can be collected from two or more separate steps of a process to convert organic material into a fuel, fuel intermediate or energy product. To illustrate, carbon dioxide can be collected from a fermentation of organic material to produce a liquid fuel, such as alcohol. Additionally, carbon dioxide can be recovered from an anaerobic digestion or gasification of a waste stream generated from such liquid fuel fermentation. The collection of carbon dioxide from two or more same or different process steps allows a further increase in the yield of the fuel, fuel intermediate, chemical product or energy product from the organic material.

Reduction of GHG emissions

[00132] Em uma modalidade, o processo inclui executar ou providenciar para que uma ou mais partes interessadas executem ao menos uma etapa que contribui para uma redução nas emissões de GEE no ciclo de vida de um ou mais combustíveis à base de carbono biogênico. Em certas modalidades, as emissões de GEE do ciclo de vida podem ser ao menos 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% ou 80% menores que uma linha de base de gasolina. Tais reduções nas emissões de GEE no ciclo de vida podem gerar vantagens de geração de crédito de combustível, como discutido abaixo.[00132] In one embodiment, the process includes performing or arranging for one or more interested parties to perform at least one step that contributes to a reduction in GHG emissions in the life cycle of one or more biogenic carbon-based fuels. In certain embodiments, life cycle GHG emissions may be at least 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% or 80% lower than a gasoline baseline. Such reductions in life-cycle GHG emissions can generate fuel credit generation benefits, as discussed below.

[00133] Como usado aqui "providenciar" ou "fazem com que" significa ter, diretamente ou indiretamente, ou desempenhar um papel esperado em uma série de atividades através de disposições comerciais como um acordo ou contrato escrito ou verbal.[00133] As used herein "arrange" or "cause" means to have, directly or indirectly, or play an expected role in a series of activities through commercial arrangements such as a written or oral agreement or contract.

[00134] Em uma modalidade, as emissões de GEE são reduzidas pela introdução de dióxido de carbono de fóssil, que é gerado durante a produção de hidrogênio a partir de hidrocarboneto de combustível fóssil, no subsolo. Por exemplo, o dióxido de carbono fóssil pode ser introduzido em uma formação geológica subterrânea, reduzindo, assim, as emissões de GEE no ciclo de vida por evitar que o carbono de fontes fósseis seja emitido para atmosfera. Sem limitação, o carbono de dióxido de carbono fóssil pode ser introduzido no subsolo para extração de óleo ou gás em uma recuperação melhorada de óleo ou gás. Uma descrição da recuperação melhorada de óleo e gás é apresentada na publicação de patente US n° 2013/0089905 (publicada em 11 de abril de 2013), que é incorporada na presente invenção por referência e particularmente para o propósito de descrever a recuperação melhorada de óleo e gás. A recuperação melhorada de óleo ou gás é qualquer processo que permite a recuperação de óleo ou gás subterrâneos com a ajuda de fluido, incluindo injeção de líquido ou gás ou fluido de duas fases, como espuma. O dióxido de carbono pode também ser injetado em aquíferos salinos ou outras formações geológicas nas quais o dióxido de carbono pode ser contido, embora, como seria apreciado pelos versados na técnica, algum vazamento de dióxido de carbono pode ocorrer da formação durante um período de tempo relativamente longo. Em uma outra modalidade, a redução das emissões de GEE são reduzidas pela incorporação do dióxido de carbono fóssil em produtos químicos manufaturados, como bicarbonato de sódio e/ou carbonato de cálcio, que são estáveis e, portanto, retardam ou substancialmente impedem que o dióxido de carbono fóssil seja emitido para a atmosfera.[00134] In one embodiment, GHG emissions are reduced by introducing fossil carbon dioxide, which is generated during the production of hydrogen from fossil fuel hydrocarbon, underground. For example, fossil carbon dioxide can be introduced into an underground geological formation, thus reducing life cycle GHG emissions by preventing carbon from fossil sources from being emitted into the atmosphere. Without limitation, carbon from fossil carbon dioxide may be introduced underground for oil or gas extraction in enhanced oil or gas recovery. A description of enhanced oil and gas recovery is set forth in US Patent Publication No. 2013/0089905 (published April 11, 2013), which is incorporated into the present invention by reference and particularly for the purpose of describing enhanced oil and gas recovery. oil and gas. Enhanced oil or gas recovery is any process that allows the recovery of underground oil or gas with the help of fluid, including liquid or gas injection or two-phase fluid such as foam. Carbon dioxide may also be injected into saline aquifers or other geological formations in which carbon dioxide may be contained, although, as would be appreciated by those skilled in the art, some leakage of carbon dioxide may occur from the formation over a period of time. relatively long. In another embodiment, GHG emissions are reduced by incorporating fossil carbon dioxide into manufactured chemicals, such as sodium bicarbonate and/or calcium carbonate, which are stable and therefore slow or substantially prevent carbon dioxide from of fossil carbon is emitted into the atmosphere.

[00135] Para transportar o dióxido de carbono fóssil para a proximidade de uma formação geológica subterrânea, ele pode ser introduzido em um aparelho de transporte de dióxido de carbono, como oleoduto/gasoduto, vagões ferroviários ou caminhões. Uma quantidade de dióxido de carbono é retirada do aparelho de transporte para introdução subterrânea, tipicamente por uma parte interessada diferente da parte que gera o dióxido de carbono. Nesse caso, a parte que produz o hidrogênio derivado de fósseis e o dióxido de carbono fóssil pode providenciar ou fazer com que uma terceira parte retire uma quantidade que corresponde geralmente à introduzida no aparelho de transporte (por exemplo, o oleoduto/gasoduto).[00135] To transport fossil carbon dioxide to the proximity of an underground geological formation, it can be introduced into a carbon dioxide transport apparatus, such as an oil/gas pipeline, railway cars or trucks. A quantity of carbon dioxide is removed from the transport apparatus for introduction underground, typically by an interested party other than the party generating the carbon dioxide. In this case, the party producing the fossil-derived hydrogen and fossil carbon dioxide may arrange for or cause a third party to withdraw an amount that generally corresponds to that introduced into the transportation apparatus (e.g., the oil/gas pipeline).

[00136] De acordo com uma modalidade, um produto químico ou energético produzido ou derivado do material orgânico, não fóssil, pode substituir um produto químico ou energético feito de combustível fóssil. Por "substituição" entende-se que o produto energético ou o produto químico reduz ou é reconhecido pelo versado na técnica por reduzir a produção e/ou o uso de um fóssil correspondente derivado do produto energético ou químico, reduzindo, assim, a emissões de GEE no ciclo de vida associadas ao biocombustível. As reduções das emissões de GEE são tipicamente refletidas em um cálculo de emissão de GEE no ciclo de vida. As emissões de GEE para a produção ou o uso do produto químico ou energético são, portanto, reduzidas porque as emissões de GEE associadas ao produto químico ou energético substituído a partir do combustível fóssil são evitadas, e substituídas por um produto químico ou energético produzido ou derivado de um material orgânico, não fóssil. O produto químico ou energético produzido a partir de fonte de energia de combustível fóssil é chamado de produto químico ou energético derivado de fósseis.[00136] According to one embodiment, a chemical or energy product produced or derived from organic, non-fossil material can replace a chemical or energy product made from fossil fuel. By "substitution" is meant that the energy product or chemical reduces or is recognized by one skilled in the art to reduce the production and/or use of a corresponding fossil derived from the energy product or chemical, thereby reducing emissions of GHG in the life cycle associated with biofuel. GHG emissions reductions are typically reflected in a life cycle GHG emission calculation. GHG emissions for the production or use of the chemical or energy product are therefore reduced because the GHG emissions associated with the chemical or energy product substituted from the fossil fuel are avoided, and replaced by a chemical or energy product produced or derived from an organic, non-fossil material. The chemical or energy product produced from fossil fuel energy source is called fossil-derived chemical or energy product.

[00137] O hidrogênio derivado de fósseis pode também ser transferido para um aparelho de transporte, como oleoduto/gasoduto, vagão ferroviário ou caminhão. Em algumas modalidades, a coleta de dióxido de carbono a partir do processo de produção de hidrogênio reduz as emissões de GEE atribuíveis ao hidrogênio e tais atributos ambientais benéficos podem ser transferidos por alimentação de tal hidrogênio em um aparelho de transporte e retirada de uma quantidade equivalente do aparelho de transporte, transferindo, assim, os atributos ambientais para o hidrogênio retirado.[00137] Fossil-derived hydrogen can also be transferred to a transportation device, such as an oil/gas pipeline, railway car or truck. In some embodiments, the collection of carbon dioxide from the hydrogen production process reduces GHG emissions attributable to hydrogen and such beneficial environmental attributes may be transferred by feeding such hydrogen into a transport apparatus and withdrawing an equivalent amount. of the transport apparatus, thus transferring environmental attributes to the hydrogen removed.

[00138] A título de exemplo, a eletricidade produzida pela combustão de biomassa ou de material derivado de biomassa, como lignina, pode substituir a produção ou o uso de eletricidade derivada de fóssil de uma usina elétrica de queima de carvão mineral. A substituição de um produto energético envolve geralmente exportação do produto energético a partir do processo. Entretanto, será apreciado que a substituição engloba o uso de um produto energético como uma fonte de energia para um estágio dentro do processo em si. Por exemplo, a eletricidade e/ou o calor produzidos pela combustão de lignina podem ser usados para fornecer energia para o processo de produção que produz um produto derivado do material orgânico, não fóssil. De acordo com uma modalidade, a lignina que resulta de um processo de produção no qual uma matéria-prima lignocelulósica é convertida em açúcar e fermentada para produzir um produto de fermentação, é queimada para gerar eletricidade e/ou calor, que é subsequentemente usada(o) em um ou mais estágios no processo de produção para fornecer energia na forma de calor e/ou eletricidade. Como seria apreciado pelos versados na técnica, tal modalidade pode substituir o uso de combustível fóssil uma vez que há uma redução da produção ou do uso de energia derivada de fóssil. Em uma modalidade, um produto energético é exportado e é também usado no processo em si como uma fonte de energia.[00138] By way of example, electricity produced by the combustion of biomass or biomass-derived material, such as lignin, can replace the production or use of fossil-derived electricity from a coal-burning power plant. Replacing an energy product generally involves exporting the energy product from the process. However, it will be appreciated that substitution encompasses the use of an energy product as a source of energy for a stage within the process itself. For example, the electricity and/or heat produced by the combustion of lignin can be used to provide energy for the production process that produces a product derived from organic, non-fossil material. According to one embodiment, lignin that results from a production process in which a lignocellulosic feedstock is converted to sugar and fermented to produce a fermentation product, is burned to generate electricity and/or heat, which is subsequently used( o) at one or more stages in the production process to provide energy in the form of heat and/or electricity. As would be appreciated by those skilled in the art, such an embodiment can replace the use of fossil fuel since there is a reduction in the production or use of fossil-derived energy. In one embodiment, an energy product is exported and is also used in the process itself as an energy source.

[00139] Em um exemplo adicional, um produto químico, como um ácido acético derivado de material orgânico, não fóssil, pode substituir o ácido acético produzido de fontes fósseis. Similarmente, um produto químico produzido pelo processo poderia ser usado no processo em si para reduzir o uso químico, reduzindo, assim, o uso ou a produção de um produto correspondente produzido de fontes fósseis.[00139] In a further example, a chemical, such as acetic acid derived from organic, non-fossil material, can replace acetic acid produced from fossil sources. Similarly, a chemical produced by the process could be used in the process itself to reduce chemical use, thereby reducing the use or production of a corresponding product produced from fossil sources.

[00140] Embora a produção de um produto de fermentação, como etanol, tenha sido descrita com relação ao uso de um fluxo de alimentação de gás contendo carbono biogênico, é também possível que o gás alimentado inclua carbono fóssil (por exemplo, obtido a partir da reforma a vapor do metano).[00140] Although the production of a fermentation product such as ethanol has been described with respect to the use of a gas feed stream containing biogenic carbon, it is also possible for the fed gas to include fossil carbon (e.g., obtained from methane steam reforming).

Determination of life cycle GHG emissions

[00141] De acordo com uma modalidade, um ou mais combustíveis à base de carbono biogênico produzidos como um resultado do processo têm emissões de GEE no ciclo de vida associadas com os mesmos que são ao menos 20%, 30% ou 40% menores que uma linha de base de gasolina. Em uma modalidade, as economias podem ser de ao menos 50% menores que uma linha de base de gasolina, ou mesmo ao menos 60%. 70%, 80% ou 90% menores que uma linha de base de gasolina.[00141] According to one embodiment, one or more biogenic carbon-based fuels produced as a result of the process have life cycle GHG emissions associated therewith that are at least 20%, 30% or 40% lower than a gasoline baseline. In one embodiment, savings can be at least 50% less than a gasoline baseline, or even at least 60%. 70%, 80% or 90% less than a gasoline baseline.

[00142] Para determinar as emissões de GEE no ciclo de vida associadas a um combustível à base de carbono biogênico, análises são realizadas para calcular as emissões de GEE relacionadas à produção e uso do combustível através de seu ciclo de vida. As emissões de GEE no ciclo de vida incluem a quantidade agregada de emissões de GEE relacionadas ao ciclo de vida completo do combustível de transporte ou de aquecimento, incluindo todas as etapas de produção e distribuição do combustível e da matéria-prima, desde a geração ou extração da matéria-prima, através da distribuição e entrega e uso do combustível acabado até o consumidor a que se destina. As emissões de GEE são responsáveis pelo total das emissões líquidas de GEE, direta ou indiretamente, associadas à produção e distribuição de matéria-prima e à produção, distribuição e uso de combustível. Exemplos de metodologias para cálculo das emissões de GEE no ciclo de vida[00142] To determine the life cycle GHG emissions associated with a biogenic carbon-based fuel, analyzes are performed to calculate the GHG emissions related to the production and use of the fuel through its life cycle. Life cycle GHG emissions include the aggregate amount of GHG emissions related to the complete life cycle of the transportation or heating fuel, including all stages of production and distribution of the fuel and feedstock, from generation or extraction of the raw material, through the distribution and delivery and use of the finished fuel to the intended consumer. GHG emissions are responsible for the total net GHG emissions, directly or indirectly, associated with the production and distribution of raw materials and the production, distribution and use of fuel. Examples of methodologies for calculating GHG emissions in the life cycle

[00143] Como muitas das leis adotadas diferenciam os requisitos exigidos para combustíveis com base nos impactos das emissões líquidas de GEE, os versados na técnica conhecem bem os métodos para analisar e caracterizar as emissões líquidas de GEE previstas de rotas de combustível que as entidades reguladoras desenvolveram e/ou adotaram. Dessa forma, as emissões de GEE no ciclo de vida são determinadas de acordo com tais métodos conhecidos dos versados na técnica, de acordo com as regras e regulamentações vigentes.[00143] Because many of the adopted laws differentiate the requirements required for fuels based on the impacts of net GHG emissions, those skilled in the art are well aware of the methods for analyzing and characterizing predicted net GHG emissions from fuel routes that regulatory entities developed and/or adopted. In this way, life cycle GHG emissions are determined according to such methods known to those skilled in the art, in accordance with current rules and regulations.

[00144] As avaliações das emissões de GEE no ciclo de vida geralmente consideram as emissões de GEE associadas a cada um dentre: (a) a produção e a recuperação da matéria-prima, incluindo a fonte de carbono na matéria-prima, os impactos diretos, como as entradas químicas, as entradas de energia, e as emissões a partir das operações de coleta e recuperação, e os impactos indiretos, como o impacto das mudanças de uso do solo provenientes da produção incremental da matéria-prima; (b) o transporte da matéria-prima, incluindo a produção e as recuperação da matéria-prima e as emissões de GEE provenientes do transporte da matéria-prima incluindo as entradas de energia e as emissões do transporte; (c) a produção do combustível, incluindo as entradas químicas e de energia, as emissões e os subprodutos obtidos da produção de combustível (incluindo os impactos diretos e indiretos); e (d) o transporte e o armazenamento do combustível antes do uso como um combustível de transporte ou de aquecimento, incluindo as entradas químicas e de energia e as emissões a partir do transporte e armazenamento.[00144] Life cycle GHG emissions assessments generally consider the GHG emissions associated with each of: (a) the production and recovery of the feedstock, including the source of carbon in the feedstock, the impacts direct, such as chemical inputs, energy inputs, and emissions from collection and recovery operations, and indirect impacts, such as the impact of land use changes arising from the incremental production of raw materials; (b) the transport of the raw material, including the production and recovery of the raw material and the GHG emissions from the transport of the raw material including energy inputs and emissions from transport; (c) fuel production, including chemical and energy inputs, emissions and by-products obtained from fuel production (including direct and indirect impacts); and (d) the transport and storage of the fuel prior to use as a transport or heating fuel, including chemical and energy inputs and emissions from transport and storage.

[00145] Os modelos conhecidos para medir as emissões de GEE no ciclo de vida associadas com o um ou mais combustíveis da invenção incluem, mas não se limitam a: (i) O modelo GREET - GHGs, Regulated Emissions, and Energy Use in Transportation (GEEs, emissões regulamentadas, e uso de energia em transporte), a ferramenta de análise de dados em planilha, desenvolvida por Argonne National Laboratories; (ii) O modelo FASOM - um modelo econômico de equilíbrio parcial dos setores agrícola e florestal dos Estados Unidos, desenvolvido pela Texas A&M University; (iii) O modelo internacional FAPRI - um modelo econômico do setor agrícola mundial que foi executado pelo Center for Agricultural and Rural Development (CARD), Centro de Desenvolvimento Agrícola e Rural, na Iowa State University; (iv) O modelo GTAP - o modelo do projeto de análise do comércio global, um modelo de equilíbrio geral computável, multi-setorial e multi-regional que estima as mudanças na produção agrícola mundial, bem como múltiplos modelos adicionais; e (v) Os padrões ISO (International Organization for Standardization) de contabilização e verificação de emissões de GEE - fornecem guias para a quantificação, monitoramento e relato das atividades destinadas a causar reduções das emissões ou melhoramentos na remoção de gases de efeito estufa (GEE).[00145] Known models for measuring life cycle GHG emissions associated with the one or more fuels of the invention include, but are not limited to: (i) The GREET model - GHGs, Regulated Emissions, and Energy Use in Transportation (GHGs, regulated emissions, and transportation energy use), the spreadsheet data analysis tool developed by Argonne National Laboratories; (ii) The FASOM model - a partial equilibrium economic model of the United States agricultural and forestry sectors, developed by Texas A&M University; (iii) The FAPRI international model - an economic model of the global agricultural sector that was implemented by the Center for Agricultural and Rural Development (CARD), Center for Agricultural and Rural Development, at Iowa State University; (iv) The GTAP model - the global trade analysis project model, a computable, multi-sectoral, multi-regional general equilibrium model that estimates changes in world agricultural production, as well as multiple additional models; and (v) ISO (International Organization for Standardization) standards for accounting and verifying GHG emissions - provide guides for quantifying, monitoring and reporting activities designed to cause reductions in emissions or improvements in the removal of greenhouse gases (GHG ).

[00146] As emissões de GEE no ciclo de vida ou a intensidade de carbono do combustível à base de carbono biogênico é geralmente medida em equivalentes de dióxido de carbono (CO2eq). Como seria entendido pelas pessoas versadas na técnica, os equivalentes de dióxido de carbono são usados para comparar as emissões de vários GEEs com base em seu potencial de aquecimento global (GWP, "global warming potencial"), que é um fato de conversão que varia dependendo do gás. O equivalente de dióxido de carbono para um gás é o resultado da multiplicação da quantidade do gás pelo GWP associado. gramas de CO2eq = ((gramas de um gás) * (GWP do gás)).[00146] Life cycle GHG emissions or carbon intensity of biogenic carbon-based fuel is generally measured in carbon dioxide equivalents (CO2eq). As would be understood by those skilled in the art, carbon dioxide equivalents are used to compare the emissions of various GHGs based on their global warming potential (GWP), which is a conversion factor that varies depending on the gas. The carbon dioxide equivalent for a gas is the result of multiplying the quantity of the gas by the associated GWP. grams of CO2eq = ((grams of a gas) * (GWP of the gas)).

[00147] O valor de conversão de GWP usado para determinar as gramas de CO2eq irá depender das regulamentações aplicáveis para o cálculo de reduções das emissões de GEE no ciclo de vida. O potencial de aquecimento global (GWP) sob EISA é 1, 21 e 310, respectivamente, para dióxido de carbono, metano e óxido nitroso como apresentado no programa RFS2 Renewable Fuel Standard Program (RFS2) Regulatory Impact Analysis (Programa Padrão de Combustível Renovável, Análise de Impacto Regulatório), fevereiro de 2010, United States Environmental Protection Agency, EPA-420-R-10-006, pág. 13, do qual a totalidade de seu conteúdo está aqui incorporada, a título de referência. Sob o padrão LCFS ("Low Carbon Fuel Standard", padrão de combustível de baixa emissão de carbono) do estado da Califórnia, o GWP é 1, 25 e 298, respectivamente, para dióxido de carbono, metano e óxido nitroso, conforme medido pelo modelo GREET. Deve ser apreciado que os valores de GWP podem ser prontamente calculados pelas pessoas versadas na técnica de acordo com as regulamentações.[00147] The GWP conversion value used to determine grams of CO2eq will depend on applicable regulations for calculating life cycle GHG emissions reductions. The global warming potential (GWP) under EISA is 1, 21 and 310, respectively, for carbon dioxide, methane and nitrous oxide as presented in the RFS2 Renewable Fuel Standard Program (RFS2) Regulatory Impact Analysis. Regulatory Impact Analysis), February 2010, United States Environmental Protection Agency, EPA-420-R-10-006, p. 13, of which the entire contents are incorporated here by reference. Under the State of California's Low Carbon Fuel Standard (LCFS), the GWP is 1, 25, and 298, respectively, for carbon dioxide, methane, and nitrous oxide, as measured by the GREET model. It should be appreciated that GWP values can be readily calculated by those skilled in the art in accordance with regulations.

[00148] A unidade de medida da intensidade de carbono ou das emissões de GEE no ciclo de vida que podem ser usadas para quantificar as emissões de GEE do combustível à base de carbono biogênico é gramas de CO2eq por MJ de energia no combustível ou gramas de CO2eq por milhão de unidades térmicas britânicas de energia no combustível (MMBTU). As unidades usadas para medir as emissões de GEE no ciclo de vida dependerão geralmente das regulamentações aplicáveis. Por exemplo, sob as regulações da agência norte-americana EPA (Agência de Proteção Ambiental), as emissões de GEE são medidas em unidades de gramas de CO2eq por milhão de BTUs (MMBTU) de energia no combustível. Sob a regulamentação do LCFS, as emissões de GEE são medidas em unidades de CO2eq por MJ de energia no combustível e são chamadas de intensidade de carbono (ou CI).[00148] The unit of measurement of carbon intensity or life cycle GHG emissions that can be used to quantify GHG emissions from biogenic carbon-based fuel is grams of CO2eq per MJ of energy in the fuel or grams of CO2eq per million British thermal units of energy in fuel (MMBTU). The units used to measure life cycle GHG emissions will generally depend on applicable regulations. For example, under US EPA (Environmental Protection Agency) regulations, GHG emissions are measured in units of grams of CO2eq per million BTUs (MMBTU) of energy in the fuel. Under the LCFS regulation, GHG emissions are measured in units of CO2eq per MJ of energy in the fuel and are called carbon intensity (or CI).

[00149] Em geral, as emissões de GEE no ciclo de vida do combustível à base de carbono biogênico são comparadas às emissões de GEE no ciclo de vida para gasolina, chamada de linha de base de gasolina. As emissões de GEE no ciclo de vida são comparadas pela referência ao uso de gasolina, por unidade de energia de combustível.[00149] In general, the life cycle GHG emissions of biogenic carbon-based fuel are compared to the life cycle GHG emissions for gasoline, called the gasoline baseline. Life cycle GHG emissions are compared by reference to gasoline use, per unit of fuel energy.

[00150] O valor EPA para a linha de base de gasolina usada nos cálculos das emissões de GEE no ciclo de vida é 98,204 g de CO2eq/MMBTU ou 93,10 g CO2eq/MJ. Sob a regulamentação do LCFS do estado da Califórnia, a linha de base de gasolina é 95,86 g CO2eq/MJ. As pessoas comumente versadas na técnica podem prontamente converter os valores na presente invenção de g de CO2eq/MJ para g de CO2eq/MMBTU ou g de CO2eq/MMBTU para g de CO2eq/MJ com o uso de um fator de conversão adequado.[00150] The EPA value for the gasoline baseline used in life cycle GHG emissions calculations is 98.204 g CO2eq/MMBTU or 93.10 g CO2eq/MJ. Under the State of California LCFS regulation, the gasoline baseline is 95.86 g CO2eq/MJ. Persons of ordinary skill in the art can readily convert the values in the present invention from g CO2eq/MJ to g CO2eq/MMBTU or g CO2eq/MMBTU to g CO2eq/MJ with the use of a suitable conversion factor.

[00151] A redução das emissões de GEE no ciclo de vida em relação a uma linha de base de gasolina é calculada usando a "metodologia EPA", que significa determinar as reduções das emissões de GEE no ciclo de vida por métodos conhecidos conforme revelado em EPA-420-R-10-006, "Renewable Fuel Standard Program (RFS2) Regulatory Impact Analysis", fevereiro de 2010, que está aqui incorporado, a título de referência. Além disso, para as situações em que dióxido de carbono fóssil é introduzido no subsolo, tal determinação da redução das emissões de GEE no ciclo de vida inclui uma economia de GEE que corresponde à quantidade de dióxido de carbono introduzido no subsolo. Por exemplo, uma tonelada de dióxido de carbono fóssil introduzido no subsolo seria contada como uma economia de uma tonelada de GEE em um cálculo de emissões de GEE no ciclo de vida. Como seria apreciado pelas pessoas versadas na técnica, este método foi usado pela EPA para quantificar as economias de GEE devido à introdução de CO2 no subsolo que é capturado de usinas elétricas. (Consulte EPA-HQ- OAR-20130495, 8 de janeiro de 2014).[00151] Life cycle GHG emissions reductions relative to a gasoline baseline is calculated using the "EPA methodology", which means determining life cycle GHG emissions reductions by known methods as disclosed in EPA-420-R-10-006, "Renewable Fuel Standard Program (RFS2) Regulatory Impact Analysis", February 2010, which is incorporated herein by reference. Additionally, for situations where fossil carbon dioxide is introduced underground, such determination of life cycle GHG emissions reduction includes a GHG savings that corresponds to the amount of carbon dioxide introduced underground. For example, one ton of fossil carbon dioxide introduced underground would be counted as a saving of one ton of GHG in a life cycle GHG emissions calculation. As would be appreciated by those skilled in the art, this method has been used by the EPA to quantify the GHG savings due to the introduction of subsurface CO2 that is captured from power plants. (See EPA-HQ-OAR-20130495, January 8, 2014).

[00152] Em uma modalidade, a redução das emissões de GEE no ciclo de vida em relação a uma linha de base de gasolina é medida com o uso de uma "metodologia LCFS", que significa medir as reduções de emissões de GEE no ciclo de vida de acordo com a metodologia LCFS do estado da Califórnia, usando o modelo GREET, conforme apresentado no Detailed California-Modified GREET Pathway para etanol de milho, EPA Califórnia, Air Resources Board, 20 de janeiro de 2009, Versão 2.0.[00152] In one embodiment, the reduction of life cycle GHG emissions relative to a gasoline baseline is measured using an "LCFS methodology", which means measuring life cycle GHG emissions reductions. life under the State of California's LCFS methodology using the GREET model as presented in the Detailed California-Modified GREET Pathway for Corn Ethanol, California EPA, Air Resources Board, January 20, 2009, Version 2.0.

[00153] Em uma modalidade, a emissões de dióxido de carbono no ciclo de vida, em vez das emissões de GEE no ciclo de vida, são determinadas para o combustível à base de carbono biogênico e comparadas a uma linha de base de gasolina. Por exemplo, como seria apreciado pelos versados na técnica, quando uma redução nas emissões de dióxido de carbono em relação a uma linha de base do processo de produção é quantificada, uma redução das emissões de dióxido de carbono no ciclo de vida pode ser quantificada em vez de uma redução das emissões de GEE no ciclo de vida. Cumprimento das metas de combustíveis de baixo carbono e renováveis[00153] In one embodiment, life cycle carbon dioxide emissions, rather than life cycle GHG emissions, are determined for the biogenic carbon-based fuel and compared to a gasoline baseline. For example, as would be appreciated by those skilled in the art, when a reduction in carbon dioxide emissions relative to a production process baseline is quantified, a reduction in life cycle carbon dioxide emissions can be quantified in rather than a reduction in life-cycle GHG emissions. Meeting low-carbon and renewable fuel targets

[00154] Vantajosamente, muitos processos descritos na presente invenção fornecem uma metodologia para atender as metas ou mandatos de consumo de combustíveis renováveis estabelecidos pelos governos, incluindo a legislação e as regulamentações para combustível de transporte ou aquecimento vendido ou introduzido no comércio nos Estados Unidos. Exemplos de tal legislação incluem a lei EISA (Energy Independence and Security Act, Lei de Segurança e Independência Energética) e o California AB 32 - The Global Warming Solutions Act (Lei de Soluções para o Aquecimento Global da Califórnia (AB 32)), que respectivamente estabeleceram um padrão de combustível de baixo carbono (RFS - Renewable Fuel Standard, Padrão de Combustíveis Renováveis) e um padrão de combustível de baixo carbono (LCFS - Low Carbon Fuel Standard). Por exemplo, sob a lei EISA, as metas anuais mandatórias de conteúdo renovável em combustível são implementadas através de um padrão RFS que usa créditos renegociáveis (chamados de números de identificação renováveis, ou Renewable Identification Numbers ("RINs")) para rastrear e gerenciar a produção, distribuição e uso de combustíveis renováveis para o transporte ou outros propósitos. As metas sob a LCFS podem ser atendidas pela negociação de créditos gerados do uso de combustíveis com um valor de emissão de GEE menor que a linha de base de gasolina.[00154] Advantageously, many processes described in the present invention provide a methodology for meeting renewable fuel consumption goals or mandates established by governments, including legislation and regulations for transportation or heating fuel sold or introduced into commerce in the United States. Examples of such legislation include the Energy Independence and Security Act (EISA) and California AB 32 - The Global Warming Solutions Act (AB 32), which respectively established a low carbon fuel standard (RFS - Renewable Fuel Standard) and a low carbon fuel standard (LCFS - Low Carbon Fuel Standard). For example, under the EISA law, mandatory annual renewable fuel content targets are implemented through an RFS standard that uses renegotiable credits (called Renewable Identification Numbers ("RINs")) to track and manage the production, distribution and use of renewable fuels for transportation or other purposes. Targets under the LCFS can be met by trading credits generated from the use of fuels with a lower GHG emission value than the gasoline baseline.

[00155] O termo "crédito", "crédito de combustível renovável", ou "crédito de biocombustível" significa quaisquer direitos, créditos, proveitos, direitos de GEE, ou direitos similares relacionados a créditos de carbono, direitos a quaisquer reduções de emissão de gás de efeito estufa, créditos relacionados a carbono ou equivalentes provenientes do comércio de redução de emissões ou quaisquer benefícios quantificáveis (incluindo reconhecimento, recebimento ou alocação de créditos, licenças, permissões ou outros direitos tangíveis), criados por ou através de uma autoridade governamental, um contrato privado ou de outra maneira. De acordo com uma modalidade da invenção, o crédito de combustível renovável é um certificado, registro, número de série ou garantia, em qualquer forma, incluindo eletrônica, que evidencia a produção de uma quantidade de combustível que atende certas reduções de emissões de GEE no ciclo de vida em relação a uma linha de base estabelecida por uma autoridade do governo. A linha de base é tipicamente uma linha de base de gasolina. Exemplos não limitadores de créditos nos Estados Unidos incluem os créditos RINs e LCFS.[00155] The term "credit", "renewable fuel credit", or "biofuel credit" means any rights, credits, income, GHG rights, or similar rights related to carbon credits, rights to any carbon emission reductions. greenhouse gas, carbon-related credits or equivalents from emissions reduction trading, or any quantifiable benefits (including recognition, receipt or allocation of credits, licenses, permits or other tangible rights), created by or through a governmental authority, a private contract or otherwise. According to one embodiment of the invention, the renewable fuel credit is a certificate, registration, serial number or guarantee, in any form, including electronic, that evidences the production of a quantity of fuel that meets certain GHG emission reductions in the life cycle relative to a baseline established by a government authority. The baseline is typically a gasoline baseline. Non-limiting examples of credits in the United States include RINs and LCFS credits.

[00156] O crédito de combustível pode ser gerado em conexão com o combustível à base de carbono biogênico que é usado como um combustível de transporte ou de aquecimento. Em uma modalidade, o crédito de combustível é gerado ou criado para ser gerado com relação ao uso de etanol como um combustível de transporte ou de aquecimento.[00156] Fuel credit may be generated in connection with biogenic carbon-based fuel that is used as a transportation or heating fuel. In one embodiment, the fuel credit is generated or created to be generated in connection with the use of ethanol as a transportation or heating fuel.

[00157] O crédito de combustível pode ser gerado ou criado para ser gerado com relação a um combustível à base de carbono biogênico que é o produto produzido a partir de dióxido de carbono biogênico e hidrogênio derivado de fósseis, ou de um combustível derivado dos mesmos.[00157] Fuel credit may be generated or created to be generated with respect to a biogenic carbon-based fuel which is the product produced from biogenic carbon dioxide and hydrogen derived from fossils, or from a fuel derived therefrom .

[00158] O crédito de combustível pode também ser gerado ou criado para ser gerado com relação a um combustível à base de carbono biogênico produzido a partir do processo de produção no qual dióxido de carbono biogênico é coletado e usado para produzir o combustível, intermediário de combustível ou produto químico à base de carbono biogênico. Por exemplo, um crédito de combustível pode ser gerado com relação a um metano proveniente de biogás, que, por sua vez, é produzido a partir da digestão anaeróbica de uma corrente originada do processo de produção no qual o dióxido de carbono biogênico é coletado e usado para produzir um produto.[00158] Fuel credit may also be generated or created to be generated with respect to a biogenic carbon-based fuel produced from the production process in which biogenic carbon dioxide is collected and used to produce the fuel, intermediate of biogenic carbon-based fuel or chemical. For example, a fuel credit may be generated for methane from biogas, which in turn is produced from the anaerobic digestion of a stream originating from the production process in which biogenic carbon dioxide is collected and used to produce a product.

[00159] Em uma modalidade, o combustível à base de carbono biogênico pode se qualificar para um RIN de combustível avançado sob a lei EISA que tem um código D de 3, 4, 5 ou 7. Em uma modalidade adicional, o produto de invenção é qualificado para um número RIN que tem um código D de 3 ou 5. Sob o padrão LCFS, os produtos para uso com combustíveis com maiores reduções nas emissões de GEE no ciclo de vida se qualificam para um número maior de créditos, tendo um valor de mercado maior que os combustíveis com menores reduções.[00159] In one embodiment, the biogenic carbon-based fuel may qualify for an advanced fuel RIN under the EISA law that has a D code of 3, 4, 5 or 7. In a further embodiment, the invention product is qualified for a RIN number that has a D code of 3 or 5. Under the LCFS standard, products for use with fuels with greater reductions in life cycle GHG emissions qualify for a greater number of credits, having a value greater market share than fuels with smaller reductions.

[00160] A política de energia, incluindo a lei EISA e o padrão LCFS, e a geração de créditos de combustíveis renováveis sob estes enquadramentos legislativos, é discutida abaixo. (a) Cumprimento das metas de consumo de combustíveis renováveis sob EISA[00160] Energy policy, including the EISA law and the LCFS standard, and the generation of renewable fuel credits under these legislative frameworks, is discussed below. (a) Meeting renewable fuel consumption targets under EISA

[00161] A legislação dos Estados Unidos introduziu uma combinação de políticas de suporte para a produção e o consumo de biocombustíveis, uma das quais inclui o padrão RFS. O padrão RFS originou-se com a lei Energy Policy Act (Lei de Política Energética) de 2005, conhecida como RFS1, e foi expandido e estendido pela lei EISA de 2007. O padrão RFS expandido e estendido sob EISA é também chamado de RFS2 ou RFS, conforme usado aqui.[00161] United States legislation has introduced a combination of supportive policies for the production and consumption of biofuels, one of which includes the RFS standard. The RFS standard originated with the Energy Policy Act of 2005, known as RFS1, and was expanded and extended by the EISA Act of 2007. The RFS standard expanded and extended under EISA is also called RFS2 or RFS, as used here.

[00162] Sob EISA, o padrão RFS estabelece mandatos anuais para combustíveis renováveis vendidos ou introduzidos no comércio nos Estados Unidos até 2022 para diferentes categorias de combustíveis (consulte a Tabela 2 abaixo). Um programa de aumento anual prevê o uso mínimo agregado de biocombustível renovável total (compreendido de biocombustíveis convencionais e biocombustíveis avançados), biocombustível avançado total (compreendido de biocombustíveis celulósicos, diesel à base de biomassa, e outros biocombustíveis avançados), biocombustível celulósico e diesel à base de biomassa. Os mandatos estabelecidos pelo RFS são rateados entre as "partes obrigadas", incluindo os produtores e/ou importadores individuais de gasolina e diesel, com base em sua produção e/ou importação.[00162] Under EISA, the RFS standard establishes annual mandates for renewable fuels sold or introduced into commerce in the United States through 2022 for different categories of fuels (see Table 2 below). An annual increase program provides for minimum aggregate use of total renewable biofuel (comprised of conventional biofuels and advanced biofuels), total advanced biofuel (comprised of cellulosic biofuels, biomass-based diesel, and other advanced biofuels), cellulosic biofuel and diesel fuel. biomass based. The mandates established by the RFS are apportioned among “obligated parties,” including individual producers and/or importers of gasoline and diesel, based on their production and/or imports.

[00163] A cada ano, as partes obrigadas precisam cumprir com a sua parcela proporcional dos mandatos RFS acumulando créditos conhecidos como RINs, seja misturando quantidades designadas de diferentes categorias de biocombustíveis, ou comprando de terceiros os RINs das categorias de biocombustível exigidas.[00163] Each year, obligated parties must comply with their proportionate share of the RFS mandates by accumulating credits known as RINs, either by blending designated quantities of different biofuel categories, or by purchasing the RINs of the required biofuel categories from third parties.

[00164] O sistema RIN foi criado pela EPA para facilitar o cumprimento ou conformidade com a RFS. Os créditos RINs são usados como uma moeda para negociação de créditos e conformidade. Os RINs são gerados pelos produtores e importadores de biocombustíveis renováveis e correspondem aos volumes de combustível renovável transferidos para o pool de combustíveis. Os RINs são transferidos com um combustível através do sistema de distribuição até serem separados do combustível pelas partes interessadas que são autorizadas a fazer tal separação (em geral, as refinarias, os importadores e as partes interessadas que misturam os combustíveis renováveis gerando os combustíveis acabados. Após a separação, os RINs podem ser usados em conformidade com o RFS, em conformidade no futuro, ou negociados. Um sistema de negociação centralizado é administrado pelo EPA dos Estados Unidos para gerenciar o registro e a transferência de todos os RINs.[00164] The RIN system was created by EPA to facilitate compliance with or compliance with the RFS. RINs are used as a currency for credit trading and compliance. RINs are generated by producers and importers of renewable biofuels and correspond to the volumes of renewable fuel transferred to the fuel pool. RINs are transferred with a fuel through the distribution system until they are separated from the fuel by stakeholders who are authorized to do so (generally refineries, importers and stakeholders who blend renewable fuels into finished fuels). After separation, RINs can be used in compliance with the RFS, in compliance in the future, or traded.A centralized trading system is administered by the U.S. EPA to manage the registration and transfer of all RINs.

[00165] De acordo com determinadas modalidades da invenção, um RIN pode ser caracterizado como uma informação numérica. O sistema de numeração de RINs foi baseado no formato KYYYYCCCCFFFFFBBBBBRRDSSSSSSSSEEEEEEEE, onde os números são usados para designar um código que representa se o RIN está separado do ou junto com um volume específico (K), o ano do calendário de produção ou importação (YYYY), a identidade da empresa (CCCC), a identidade da instalação (FFFFF), o número do lote (BBBBB), um código para o valor de equivalência de combustível do combustível (RR), um código para a categoria do combustível renovável (D), o início do bloco RIN (SSSSSSSS) e o final do bloco RIN (EEEEEEEE). Nos termos das regulamentações atuais, um RIN contém muitas das informações anteriormente mencionadas e outras informações na forma de elementos de dados que são introduzidos em um sistema baseado na web administrado pela EPA conhecido como o sistema de transação EMTS (EPA Moderated Transaction System). Deveria ser apreciado, entretanto, que as informações necessárias para a geração de RINs e/ou o formato das informações podem mudar dependendo das regulamentações vigentes.[00165] According to certain embodiments of the invention, a RIN can be characterized as numerical information. The numbering system for RINs was based on the format KYYYYCCCCFFFFFBBBBBRRDSSSSSSSEEEEEEEE, where the numbers are used to designate a code that represents whether the RIN is separate from or together with a specific volume (K), the calendar year of production or import (YYYY) , the company identity (CCCC), the facility identity (FFFFF), the batch number (BBBBB), a code for the fuel equivalence value of the fuel (RR), a code for the renewable fuel category (D ), the start of the RIN block (SSSSSSSS) and the end of the RIN block (EEEEEEEE). Under current regulations, a RIN contains much of the previously mentioned information and other information in the form of data elements that are input into a web-based system administered by EPA known as the EPA Moderated Transaction System (EMTS). It should be appreciated, however, that the information required to generate RINs and/or the format of the information may change depending on current regulations.

[00166] O código D de um RIN especifica as regulamentações relativas ao tipo de combustível, à matéria-prima e ao processo de produção e, portanto, em certas modalidades da invenção, o código D pode ser usado para caracterizar o tipo de RIN, conforme descrito a seguir. Ao código D de um RIN é atribuído um valor entre 3 e 7 de acordo com as regulamentações atuais. O valor atribuído depende das regulamentações relativas ao tipo de combustível, à matéria-prima e ao processo de produção, conforme descrito na Tabela 1 a 40 C.F.R. §80.1426. Exemplos de biocombustíveis aos quais foram atribuídos um código D de 3 a 7 sob as regulamentações atuais são fornecidos abaixo. Esses exemplos são dados para propósitos de ilustração apenas e não para serem considerados limitadores da invenção. [00166] The D code of a RIN specifies regulations relating to the type of fuel, the raw material and the production process, and therefore, in certain embodiments of the invention, the D code can be used to characterize the type of RIN, as described below. The D code of a RIN is assigned a value between 3 and 7 according to current regulations. The assigned value depends on regulations relating to the fuel type, feedstock, and production process, as described in Table 1 at 40 CFR §80.1426. Examples of biofuels that have been assigned a D code of 3 to 7 under current regulations are provided below. These examples are given for illustration purposes only and are not to be construed as limiting the invention.

[00167] Conforme anteriormente descrito, os mandatos de volumes segundo o RFS2 são estabelecidos por quatro grupos separados mas aninhados por categorias, especificamente, biocombustível renovável, biocombustível avançado, biocombustível celulósico e diesel à base de biomassa. A Tabela 2 fornece as regulamentações para cada um dos grupos aninhados de categorias.[00167] As previously described, volume mandates under RFS2 are established by four separate but nested groups by categories, specifically, renewable biofuel, advanced biofuel, cellulosic biofuel, and biomass-based diesel. Table 2 provides the regulations for each of the nested groups of categories.

[00168] Os grupos aninhados de categorias são diferenciados pelo código D e um RIN. Para ser qualificado como um biocombustível avançado total, o código D atribuído ao combustível é 3, 4, 5 ou 7, enquanto que para ser qualificado como um biocombustível celulósico, o código D atribuído ao combustível é 3 ou 7 (Tabela 2).[00168] Nested groups of categories are differentiated by code D and a RIN. To qualify as a full advanced biofuel, the D code assigned to the fuel is 3, 4, 5, or 7, while to qualify as a cellulosic biofuel, the D code assigned to the fuel is 3 or 7 (Table 2).

[00169] De acordo com as regulamentações atuais, cada grupo aninhado de categorias exige um limite de desempenho nos termos de redução de GEE para o tipo de combustível. Para ser qualificado como um biocombustível renovável, um combustível deve atingir um ciclo de vida que reduz 20% das emissões de GEE (ou ser isento desta regulamentação), enquanto que o biocombustível avançado e o diesel à base de biomassa devem atingir um ciclo de vida que reduz de 50% nas emissões de GEE, e os biocombustíveis precisam ter um ciclo de vida que reduz 60% das emissões de GEE, em relação a uma linha de base de gasolina. Cada grupo aninhado de categorias precisa também atender certos critérios de matéria-prima. Tabela 2: Grupos aninhados por categoria segundo RFS2 [00169] Under current regulations, each nested group of categories requires a performance threshold in terms of GHG reduction for the fuel type. To qualify as a renewable biofuel, a fuel must reach a life cycle that reduces 20% of GHG emissions (or be exempt from this regulation), while advanced biofuel and biomass-based diesel must reach a life cycle which reduces GHG emissions by 50%, and biofuels need to have a life cycle that reduces GHG emissions by 60%, relative to a gasoline baseline. Each nested group of categories must also meet certain raw material criteria. Table 2: Nested groups by category according to RFS2

[00170] Dessa forma, de acordo com uma modalidade, um crédito RIN contendo informações ou um valor que corresponde a um redução nas emissões de GEE no ciclo de vida em relação a uma linha de base é gerado com a produção de um volume de combustível à base de carbono biogênico produzido pelo processo. As informações podem corresponder a uma redução nas emissões de GEE no ciclo de vida de ao menos 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80% ou 85% em relação a uma linha de base de gasolina. Em uma modalidade, os processos aqui descritos podem contribuir totalmente ou em parte para atingir reduções nas emissões de GEE no ciclo de vida de um combustível à base de carbono biogênico em relação a uma linha de base de gasolina.[00170] Thus, according to one embodiment, a RIN credit containing information or a value corresponding to a reduction in life cycle GHG emissions relative to a baseline is generated with the production of a volume of fuel based on biogenic carbon produced by the process. The information may correspond to a reduction in life cycle GHG emissions of at least 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80% or 85% in relation to a gasoline baseline. In one embodiment, the processes described herein may contribute in whole or in part to achieving reductions in life cycle GHG emissions of a biogenic carbon-based fuel relative to a gasoline baseline.

[00171] O RIN associado ao combustível à base de carbono biogênico pode ter um código D atribuído de 3, 4, 5, ou 7, também chamado aqui de D3, D4, D5 e D7 RIN, respectivamente. De acordo com determinadas modalidades, o RIN associado ao combustível à base de carbono biogênico pode ter um código D atribuído de 3 ou 5. Nos termos das regulamentações atuais, isso corresponde aos tipos de biocombustível celulósico e biocombustível avançado, os quais atendem os requisitos de reduções de emissões de GEE de 60% e 50%, respectivamente, em relação a uma linha de base de gasolina.[00171] The RIN associated with biogenic carbon-based fuel may have an assigned D code of 3, 4, 5, or 7, also referred to here as D3, D4, D5, and D7 RIN, respectively. In certain embodiments, the RIN associated with biogenic carbon-based fuel may have an assigned D code of 3 or 5. Under current regulations, this corresponds to cellulosic biofuel and advanced biofuel types, which meet the requirements of GHG emissions reductions of 60% and 50%, respectively, relative to a gasoline baseline.

[00172] De acordo com uma modalidade, o crédito de combustível é caracterizado por conter informações numéricas associadas ao um ou mais produtos produzidos pelo processo para uso como um combustível de transporte ou aquecimento. Dessa forma, uma parte interessada pode gerar um crédito de combustível que compreende informações numéricas relativas a um ou mais produtos do processo que representam ao menos um parâmetro selecionado dentre (i) o tipo de combustível de transporte ou aquecimento; (ii) o ano em que o produto foi produzido; (iii) um número de registro associado ao produtor ou importador; e (iv) um número de série associado a um lote. Em uma modalidade, ao menos dois parâmetros ou ao menos três parâmetros são selecionados da lista as seguir. As informações numéricas podem também incluir um ou mais dos seguintes parâmetros selecionados dentre: (i‘) um número que identifica que a informação numérica é atribuída a um volume do produto, ou separado; (ii’) um número de registro associado à instalação na qual o produto foi produzido ou importado; (iii’) um número que representa um valor relacionado a um valor de equivalência do produto; (iv’) um número que representa uma informação numérica do primeiro volume associado a um lote do produto; e (v’) um número que representa uma informação número do último volume associado a um lote do produto.[00172] According to one embodiment, the fuel credit is characterized by containing numerical information associated with the one or more products produced by the process for use as a transportation or heating fuel. In this way, an interested party can generate a fuel credit that comprises numerical information relating to one or more process products that represent at least one parameter selected from (i) the type of transportation or heating fuel; (ii) the year in which the product was produced; (iii) a registration number associated with the producer or importer; and (iv) a serial number associated with a lot. In one embodiment, at least two parameters or at least three parameters are selected from the following list. The numerical information may also include one or more of the following parameters selected from: (i') a number that identifies that the numerical information is assigned to a volume of the product, or separate; (ii’) a registration number associated with the facility in which the product was produced or imported; (iii’) a number that represents a value related to an equivalence value of the product; (iv’) a number that represents numerical information of the first volume associated with a batch of the product; and (v’) a number that represents information about the number of the last volume associated with a batch of the product.

[00173] O RIN ou a informação numérica descrita neste documento ou uma porção do mesmo é fornecido a uma agência regulamentadora governamental, incluindo a EPA, em conexão com a geração de um RIN. Em algumas modalidades da invenção, a informação numérica é também fornecida a um comprador do combustível à base de carbono biogênico produzido pela invenção. A informação numérica descrita neste documento ou porções da mesma podem ser armazenadas eletrostaticamente em formato legível por computador.[00173] The RIN or numerical information described in this document or a portion thereof is provided to a government regulatory agency, including the EPA, in connection with the generation of a RIN. In some embodiments of the invention, numerical information is also provided to a purchaser of the biogenic carbon-based fuel produced by the invention. The numerical information described in this document or portions thereof may be stored electrostatically in computer readable form.

[00174] O comprador do combustível à base de carbono biogênico pode separar o RIN. Conforme descrito acima, a separação de um RIN de um volume do combustível à base de carbono biogênico para uso como um combustível de transporte ou aquecimento, significa término da atribuição do RIN a um volume do combustível. A separação de um RIN é tipicamente executada por um misturador de combustível, importador ou outra parte obrigada. De acordo com as regulamentações anteriores a 2010, quando um RIN é separado, o código K do RIN é alterado para 2.[00174] The buyer of biogenic carbon-based fuel can separate the RIN. As described above, separation of a RIN from a volume of biogenic carbon-based fuel for use as a transportation or heating fuel means termination of the assignment of the RIN to a volume of the fuel. Separation of a RIN is typically performed by a fuel blender, importer, or other obligated party. Under pre-2010 regulations, when a RIN is separated, the RIN's K code is changed to 2.

[00175] A separação de RINs pode ser realizada de acordo com as regras e regulamentações vigentes, conforme atualmente fornecidas no 40 C.F.R. §80.1129 e 40 C.F.R. §80.1429. Os RINs gerados de acordo com os processos aqui descritos podem ser separados e subsequentemente negociados.[00175] Separation of RINs may be performed in accordance with prevailing rules and regulations as currently provided at 40 C.F.R. §80.1129 and 40 C.F.R. §80.1429. RINs generated according to the processes described herein may be separated and subsequently traded.

[00176] Deve-se compreender que as regulamentações sob EISA, incluindo os requisitos do RIN e os critérios de categorização de um combustível sob um categoria específica de combustível, como os limites de emissão de GEE no ciclo de vida, são descritas neste documento de acordo com as regulamentações vigentes e podem ser prontamente determinadas pelos versados na técnica. (b) Padrão de combustível de baixo carbono (LCFS)[00176] It should be understood that the regulations under EISA, including the RIN requirements and the criteria for categorizing a fuel under a specific fuel category, such as life cycle GHG emission limits, are described in this document. in accordance with current regulations and can be readily determined by those skilled in the art. (b) Low Carbon Fuel Standard (LCFS)

[00177] As reduções benéficas nas emissões de GEE atingidas em algumas dessas modalidades podem fornecer um meio para o cumprimento dos padrões de combustível de baixa emissão de carbono estabelecidos pelas jurisdições nos Estados Unidos ou outras autoridades governamentais. O crédito, que inclui um certificado, pode ser associado a um combustível à base de carbono biogênico, e representa ou é proporcional a uma quantidade de emissões de GEE no ciclo de vida reduzidas medidas em relação a uma linha de base de gasolina. Como apresentado anteriormente, as emissões de GEE no ciclo de vida segundo os padrões de combustíveis de baixo carbono também chamadas de intensidade de carbono ou CI (carbon intensity).[00177] The beneficial reductions in GHG emissions achieved in some of these embodiments may provide a means for compliance with low-carbon fuel standards established by jurisdictions in the United States or other governmental authorities. The credit, which includes a certificate, may be associated with a biogenic carbon-based fuel, and represents or is proportional to an amount of reduced life cycle GHG emissions measured relative to a gasoline baseline. As previously presented, life cycle GHG emissions according to low carbon fuel standards also called carbon intensity or CI (carbon intensity).

[00178] O padrão LCFS do estado da Califórnia exige atualmente que todas as misturas de combustíveis vendidas pelas refinarias e distribuidoras no mercado da Califórnia atinjam as metas agregadas estabelecidas para as reduções de emissões de GEE. O padrão LCFS do estado da Califórnia exige aumentos anuais das reduções nas emissões no ciclo de vida médio da maioria dos combustíveis de transporte até uma redução de ao menos 10% na intensidade de carbono, que é uma medida das emissões de GEE no ciclo de vida, até 2020. As metas podem ser cumpridas pela negociação de créditos gerados do uso de combustíveis com um valor de emissão de GEE menor que a linha de base de gasolina. Uma legislação similar foi implementada pela província da Colúmbia Britânica, Canadá, pelo Reino Unido e pela União Europeia.[00178] The State of California's LCFS standard currently requires that all fuel blends sold by refiners and distributors in the California market meet aggregate targets established for GHG emissions reductions. The State of California's LCFS standard requires annual increases in average life cycle emissions reductions for most transportation fuels up to at least a 10% reduction in carbon intensity, which is a measure of life cycle GHG emissions. , by 2020. The targets can be met by trading credits generated from the use of fuels with a GHG emission value lower than the gasoline baseline. Similar legislation has been implemented by the province of British Columbia, Canada, the United Kingdom and the European Union.

[00179] De acordo com uma modalidade, a geração de créditos de combustível LCFS compreende a geração de informações associadas ao um ou mais produtos produzidos pelo processo da invenção para uso como um combustível de transporte ou aquecimento. Uma parte interessada pode gerar informações_relacionadas a ao menos um parâmetro selecionado dentre (i) um período de relato; (ii) um código de rota do combustível; (iii) informações de transação, incluindo tipo ou data de uma transação; (iv) informações sobre a instalação de produção do combustível; (v) métodos de liberação do combustível; (vi) uma quantidade de combustível usado como uma substituição do combustível fóssil, como gasolina ou diesel; e (vii) créditos ou déficit gerados. Em uma modalidade adicional, as informações referentes a ao menos dois parâmetros, ao menos três parâmetros ou ao menos quatro parâmetros são geradas da lista já citada.[00179] According to one embodiment, the generation of LCFS fuel credits comprises the generation of information associated with the one or more products produced by the process of the invention for use as a transportation or heating fuel. An interested party may generate information related to at least one parameter selected from (i) a reporting period; (ii) a fuel route code; (iii) transaction information, including type or date of a transaction; (iv) information about the fuel production facility; (v) fuel release methods; (vi) an amount of fuel used as a replacement for fossil fuel, such as gasoline or diesel; and (vii) credits or deficit generated. In an additional embodiment, information relating to at least two parameters, at least three parameters or at least four parameters is generated from the list already mentioned.

[00180] A Colúmbia Britânica, uma província do Canadá, aprovou a Renewable and Low Carbon Fuel Requirements Act, uma lei dos requisitos para combustíveis de baixo carbono e renováveis, que exige que as partes interessadas que fabricam ou importam o combustível para a província assegurem que o conteúdo renovável e a intensidade de carbono média do combustível que eles fornecem atinge os níveis estabelecidos pelas regulamentações. Os fornecedores de combustível precisam submeter com seus relatórios anuais o conteúdo de combustível renovável e a intensidade de carbono dos combustíveis de transporte que eles fornecem. A província permite a transferência de créditos GEE entre fornecedores de combustível para fornecer flexibilidade no cumprimento dos requisitos da regulamentação.[00180] British Columbia, a province of Canada, has passed the Renewable and Low Carbon Fuel Requirements Act, a low-carbon and renewable fuel requirements law, which requires stakeholders who manufacture or import the fuel into the province to ensure that the renewable content and average carbon intensity of the fuel they supply reaches levels set by regulations. Fuel suppliers are required to submit with their annual reports the renewable fuel content and carbon intensity of the transport fuels they supply. The province allows the transfer of GHG credits between fuel suppliers to provide flexibility in meeting regulatory requirements.

[00181] Na União Europeia, as emissões de GEE são reguladas por uma Diretiva para Qualidade dos Combustíveis (Fuel Quality Directive) 98/70/EC. A diretiva 2009/30/EC que revisa a Fuel Quality Directive 98/70/EC foi adotada em abril de 2009. As revisões incluem um elemento novo de legislação sob o Artigo 7a que exige que os fornecedores de combustível reduzam a intensidade de GEE de energia fornecida para transporte rodoviário (LCFS). Em particular, o Artigo 7a especifica que essa redução deve atingir ao menos 6% até 31 de dezembro de 2020, comparado com o nível médio da UE de emissões de GEE no ciclo de vida por unidade de energia a partir de combustíveis fósseis em 2010. De acordo com o a diretiva Fuel Quality Directive, os fornecedores de energia/combustíveis designados pelos estados membros da União Europeia devem apresentar um relatório às autoridades designadas sobre: (a) o volume total de cada tipo de combustível/energia fornecida, indicando onde o combustível/energia foi comprado e sua original; e (b) as emissões de GEE no ciclo de vida por unidade de energia. A União Europeia também promove o uso de biocombustíveis através de uma Biofuel Directive (2003/30/EC), que torna mandatório que os países membros da UE substituam certas porcentagens de combustível de transporte por biocombustíveis nas datas designadas.[00181] In the European Union, GHG emissions are regulated by a Fuel Quality Directive 98/70/EC. Directive 2009/30/EC revising Fuel Quality Directive 98/70/EC was adopted in April 2009. The revisions include a new element of legislation under Article 7a that requires fuel suppliers to reduce the GHG intensity of energy supplied for road transport (LCFS). In particular, Article 7a specifies that this reduction must reach at least 6% by 31 December 2020, compared to the EU average level of life cycle GHG emissions per unit of energy from fossil fuels in 2010. In accordance with the Fuel Quality Directive, energy/fuel suppliers designated by member states of the European Union must submit a report to the designated authorities on: (a) the total volume of each type of fuel/energy supplied, indicating where the fuel /energy was purchased and its original; and (b) life cycle GHG emissions per unit of energy. The European Union also promotes the use of biofuels through a Biofuel Directive (2003/30/EC), which makes it mandatory for EU member countries to replace certain percentages of transport fuel with biofuels on designated dates.

[00182] O Reino Unido tem um programa denominado Renewable Transport Fuel Obligation (RTFO) (Obrigação de Combustíveis Renováveis para Transporte) que estipula que os fornecedores de biocombustível devem apresentar um relatório sobre o nível de economias de carbono e de sustentabilidade dos combustíveis que eles fornecem para serem elegíveis aos certificados de combustível renovável para transporte (RTFCs, Renewable Transport Fuel Certificates). Os fornecedores apresentam um relatório sobre as economias líquidas de GEE e da sustentabilidade dos biocombustíveis que eles fornecem, de acordo com os padrões de sustentabilidade adequados das matérias-primas a partir das quais eles são produzidos, e quaisquer impactos potenciais indiretos da produção dos biocombustíveis, como uma mudança ou mudanças indiretas de uso do solo, no preço do alimento e de outras commodities, que estão além do controle dos fornecedores individuais. Os fornecedores que não submetem um relatório não serão elegíveis para os certificados RTFCs.[00182] The United Kingdom has a program called the Renewable Transport Fuel Obligation (RTFO) which stipulates that biofuel suppliers must report on the level of carbon savings and sustainability of the fuels they provide to be eligible for Renewable Transport Fuel Certificates (RTFCs). Suppliers report on the net GHG savings and sustainability of the biofuels they supply, in accordance with the appropriate sustainability standards of the feedstocks from which they are produced, and any potential indirect impacts of the production of the biofuels. as a change or indirect changes in land use, in the price of food and other commodities, which are beyond the control of individual suppliers. Suppliers who do not submit a report will not be eligible for RTFCs certificates.

[00183] Os certificados podem ser emitidos quando os combustíveis renováveis são fornecidos e os impostos que incidem sobre os combustíveis são pagos. No final do período da obrigação, esses certificados podem ser redimidos ao administrador do RTFO para demonstrar conformidade. Os certificados podem ser negociados e se os fornecedores sujeitos à obrigação não têm uma quantidade suficiente de certificados no final de um período da obrigação eles podem "comprar" ("buy-out") o saldo de suas obrigações pagando um preço de venda (buy-out price).[00183] Certificates can be issued when renewable fuels are supplied and taxes on fuels are paid. At the end of the obligation period, these certificates can be redeemed to the RTFO administrator to demonstrate compliance. Certificates can be traded and if suppliers subject to the obligation do not have a sufficient quantity of certificates at the end of an obligation period they can "buy-out" the balance of their obligations by paying a buy price. -out price).

[00184] Com referência à Figura 1, é mostrado um processo de acordo com uma modalidade da presente invenção. Nessa modalidade, o etanol é produzido como resultado de duas fermentações. Em uma das fermentações, o dióxido de carbono biogênico e o hidrogênio derivado de fósseis são alimentados em um biorreator e fermentados para produzir etanol pela bactéria Clostridium ljungdahlii que faz a seguinte bioconversão: 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.[00184] With reference to Figure 1, a process according to an embodiment of the present invention is shown. In this modality, ethanol is produced as a result of two fermentations. In one of the fermentations, biogenic carbon dioxide and fossil-derived hydrogen are fed into a bioreactor and fermented to produce ethanol by the bacteria Clostridium ljungdahlii which performs the following bioconversion: 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.

[00185] O hidrogênio é produzido por um processo de produção de hidrogênio com o uso de metano fóssil como a matéria-prima. O dióxido de carbono fóssil produzido a partir da produção de hidrogênio que é de outro modo ventilado é introduzido no subsolo para reduzir as emissões de GEE no ciclo de vida do combustível/intermediário de combustível final. Na segunda fermentação, o milho é fermentado para produzir etanol.[00185] Hydrogen is produced by a hydrogen production process using fossil methane as the raw material. Fossil carbon dioxide produced from hydrogen production that is otherwise vented is introduced underground to reduce GHG emissions in the life cycle of the final fuel/fuel intermediate. In the second fermentation, corn is fermented to produce ethanol.

[00186] Com referência à Figura 1, o milho é primeiro tratado por um processo de moagem a seco (não mostrado) que inclui as etapas de trituração dos grãos de milho, adição de água para formar uma pasta aquosa de farinha, e adição de enzimas para converter o amido em glicose. A pasta resultante é então alimentada na unidade de fermentação de carboidrato 10 e fermentada com levedura de Saccharomyces cerevisiae para produzir etanol e uma corrente de CO2 biogênico 20, que foi purificada na unidade 15. Nessa modalidade, a corrente de CO2 20 contém cerca de 100% em mol de CO2. A corrente de CO2 biogênico 20 é combinada com a corrente de hidrogênio derivado de fósseis 30 para produzir uma corrente combinada 40 que compreende CO2 biogênico e hidrogênio derivado de fósseis.[00186] Referring to Figure 1, the corn is first treated by a dry milling process (not shown) that includes the steps of grinding the corn kernels, adding water to form an aqueous flour slurry, and adding enzymes to convert starch into glucose. The resulting slurry is then fed into the carbohydrate fermentation unit 10 and fermented with Saccharomyces cerevisiae yeast to produce ethanol and a biogenic CO2 stream 20, which has been purified in unit 15. In this embodiment, the CO2 stream 20 contains about 100 mol% CO2. The biogenic CO2 stream 20 is combined with the fossil-derived hydrogen stream 30 to produce a combined stream 40 comprising biogenic CO2 and fossil-derived hydrogen.

[00187] Uma primeira etapa envolvida na produção da corrente de hidrogênio derivada de fóssil 30 envolve alimentar uma corrente de metano fóssil 45 em uma unidade SMR (reformador a vapor do metano) 50. A quantidade de metano na corrente de alimentação de metano fóssil 45 na unidade SMR 50 é 92,9 mol%. Na unidade SMR 50, o metano é convertido em monóxido de carbono e hidrogênio, de acordo com a seguinte reação com água, para produzir uma corrente de saída 60 do SMR compreendendo monóxido de carbono e hidrogênio: CH4 + H2O ^ CO + 3H2.[00187] A first step involved in producing the fossil-derived hydrogen stream 30 involves feeding a fossil methane stream 45 into an SMR (steam methane reformer) unit 50. The amount of methane in the fossil methane feed stream 45 in the SMR 50 unit it is 92.9 mol%. In the SMR unit 50, methane is converted to carbon monoxide and hydrogen, according to the following reaction with water, to produce an output stream 60 from the SMR comprising carbon monoxide and hydrogen: CH4 + H2O ^ CO + 3H2.

[00188] A corrente de saída 60 do SMR da unidade SMR 50 contém, portanto, não apenas hidrogênio de uma fonte fóssil, mas também carbono fóssil na forma de monóxido de carbono. O monóxido de carbono fóssil na corrente de saída 60 do SMR é subsequentemente reagido com água para produzir dióxido de carbono fóssil e hidrogênio adicional em uma unidade de deslocamento gás-água (WGS, water gas shift) 70, de acordo com a seguinte reação: CO + H2O ^ CO2 + H2.[00188] The SMR output stream 60 of the SMR unit 50 therefore contains not only hydrogen from a fossil source, but also fossil carbon in the form of carbon monoxide. The fossil carbon monoxide in the SMR outlet stream 60 is subsequently reacted with water to produce fossil carbon dioxide and additional hydrogen in a water gas shift (WGS) unit 70 according to the following reaction: CO + H2O ^ CO2 + H2.

[00189] A unidade 70 WGS aumenta o rendimento de hidrogênio a partir do metano, enquanto converte o CO fóssil em dióxido de carbono fóssil. Nessa modalidade, a reação de deslocamento gás-água na unidade de deslocamento gás-água 70 compreende um deslocamento de alta temperatura e um de baixa temperatura (não mostrado). A conversão global do metano fóssil em dióxido de carbono e hidrogênio é dada pela seguinte reação: Global: CH4 + 2H2O ^ CO2 + 4H2.[00189] The 70 WGS unit increases the yield of hydrogen from methane, while converting fossil CO to fossil carbon dioxide. In this embodiment, the gas-water shift reaction in the gas-water shift unit 70 comprises a high-temperature shift and a low-temperature shift (not shown). The global conversion of fossil methane into carbon dioxide and hydrogen is given by the following reaction: Global: CH4 + 2H2O ^ CO2 + 4H2.

[00190] Uma corrente de saída 80 proveniente da unidade de deslocamento gás-água 70 é então tratada para remover o dióxido de carbono na unidade de recuperação de dióxido de carbono 85 para produzir uma corrente empobrecida em dióxido de carbono 86 e uma corrente de dióxido de carbono fóssil 87. A corrente dióxido de carbono fóssil 87 é finalmente introduzida no subsolo para a recuperação melhorada de óleo (EOR, "enhanced oil recovery") 100. A corrente empobrecida em dióxido de carbono 86 é alimentada em uma unidade de adsorção com modulação de pressão (PSA, "pressure swing adsorption") 90. A unidade PSA 90 produz uma corrente enriquecida em hidrogênio fóssil, nesse caso em níveis maiores que 99 % em mol de hidrogênio, e uma corrente de gás residual 91 compreendendo dióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrogênio. O dióxido de carbono fóssil pode ser recuperado dessa corrente de purga 91 em uma outra unidade de recuperação de CO2 (não mostrada). O dióxido de carbono pode também ser recuperado a partir de outros estágios do processo de produção de hidrogênio como, por exemplo, da corrente 220. Nessa modalidade, o vapor de purga 91 remanescente após a remoção do dióxido de carbono é introduzido no forno da unidade de reforma a vapor do metano 50.[00190] An outlet stream 80 from the gas-water displacement unit 70 is then treated to remove carbon dioxide in the carbon dioxide recovery unit 85 to produce a carbon dioxide-depleted stream 86 and a carbon dioxide stream. fossil carbon dioxide stream 87. The fossil carbon dioxide stream 87 is finally introduced underground for enhanced oil recovery (EOR) 100. The carbon dioxide depleted stream 86 is fed into an adsorption unit with pressure swing adsorption (PSA) 90. The PSA unit 90 produces a stream enriched in fossil hydrogen, in this case at levels greater than 99 mol% hydrogen, and a waste gas stream 91 comprising carbon dioxide , carbon monoxide and hydrogen. Fossil carbon dioxide can be recovered from this purge stream 91 in another CO2 recovery unit (not shown). Carbon dioxide can also be recovered from other stages of the hydrogen production process, such as stream 220. In this embodiment, the purge vapor 91 remaining after removal of carbon dioxide is introduced into the furnace of the unit. steam reforming of methane 50.

[00191] O dióxido de carbono fóssil recuperado é introduzido em um oleoduto/gasoduto (não mostrado) para transporte do dióxido de carbono. O dióxido de carbono é retirado do oleoduto/gasoduto (não mostrado), tipicamente por uma outra parte interessada através de uma disposição contratual, e então introduzido no subsolo para recuperação do óleo como parte de uma operação de recuperação melhorada de óleo (EOR) 100. A introdução do dióxido de carbono fóssil no subsolo reduz significativamente as emissões de GEE no ciclo de vida associadas ao etanol biogênico produzido pelo processo.[00191] The recovered fossil carbon dioxide is introduced into an oil/gas pipeline (not shown) for transporting the carbon dioxide. Carbon dioxide is removed from the oil/gas pipeline (not shown), typically by another interested party through a contractual arrangement, and then introduced underground for oil recovery as part of an enhanced oil recovery (EOR) operation 100 The introduction of fossil carbon dioxide underground significantly reduces life cycle GHG emissions associated with the biogenic ethanol produced by the process.

[00192] A corrente de hidrogênio derivado de fósseis 30 compreendendo 99,9% % em mol de hidrogênio é combinada com a corrente de CO2 biogênico 20 para formar a corrente combinada 40, que é alimentada na unidade de fermentação de gás 110. Na unidade de fermentação de gás 110, o dióxido de carbono biogênico e o hidrogênio derivado de fósseis são fermentados a etanol pela bactéria Clostridium ljungdahlii.[00192] The fossil-derived hydrogen stream 30 comprising 99.9% mol% hydrogen is combined with the biogenic CO2 stream 20 to form the combined stream 40, which is fed into the gas fermentation unit 110. In the unit In gas fermentation 110, biogenic carbon dioxide and fossil-derived hydrogen are fermented to ethanol by the bacteria Clostridium ljungdahlii.

[00193] A corrente fermentada 120 é retirada da unidade de fermentação de gás 110 e submetida a uma separação sólido-líquido que fornece uma corrente relativamente concentrada de células 112 e uma corrente de etanol 114 (ou seja, da qual as células foram substancialmente removidas). A corrente de etanol 114 é alimentada na unidade de fermentação de carboidrato 10, diretamente ou em alguns estágios do processo a montante da unidade de fermentação de carboidrato 10. A levedura Saccharomyces cerevisiae na unidade de fermentação 10 produz uma corrente de etanol 12 e uma corrente de CO2 biogênico 20 a partir da matéria-prima adicionada na fermentação 10. A corrente de etanol 12, que inclui o etanol produzido nas fermentações de gás 110 e de carboidrato 10 é alimentada na unidade de recuperação 13 que produz o etanol biogênico e os resíduos de fundo. O etanol biogênico concentrado poder ser adicionalmente concentrado além de seu ponto de quebra do azeótropo por peneiras moleculares (não mostradas). Os resíduos de fundo são alimentados em um evaporador 16 que produz uma corrente de resíduos de fundo 17 e uma corrente de condensados 18, a qual é reciclada de volta para a unidade de fermentação de gás 110.[00193] The fermented stream 120 is withdrawn from the gas fermentation unit 110 and subjected to a solid-liquid separation that provides a relatively concentrated stream of cells 112 and an ethanol stream 114 (i.e., from which the cells have been substantially removed ). The ethanol stream 114 is fed into the carbohydrate fermentation unit 10, either directly or at some stages of the process upstream of the carbohydrate fermentation unit 10. The Saccharomyces cerevisiae yeast in the fermentation unit 10 produces an ethanol stream 12 and a stream of biogenic CO2 20 from the feedstock added in the fermentation 10. The ethanol stream 12, which includes the ethanol produced in the gas 110 and carbohydrate fermentations 10 is fed into the recovery unit 13 which produces the biogenic ethanol and the residues background. Concentrated biogenic ethanol can be further concentrated beyond its azeotrope breaking point by molecular sieves (not shown). The bottom residue is fed into an evaporator 16 which produces a bottom residue stream 17 and a condensate stream 18, which is recycled back to the gas fermentation unit 110.

[00194] Vantajosamente, o fornecimento da corrente de etanol produzido a partir da fermentação de gás 110 para a unidade de fermentação de carboidrato 10 (por exemplo, direta ou indiretamente), aumenta a concentração de etanol na corrente efluente 12 e/ou mantém a concentração do etanol na corrente efluente 12 com a utilização de menor milho. Além de aumentar o rendimento do etanol para uma certa quantidade de substrato, o fornecimento das duas fermentações tem várias vantagens sinérgicas. Por exemplo, conforme discutido acima, o fornecimento de uma corrente de etanol, combinada, mais concentrada para a destilação 13 reduz adicionalmente os custos relativos globais de recuperação do etanol em comparação com os processos separados de recuperação do produto em cada corrente de fermentação. Por exemplo, conforme discutido acima, o fornecimento de um sistema único de destilação para recuperar os produtos da fermentação de gás e de carboidrato reduz os custos de capital e de operação relacionados a um sistema mais simples e a um processamento de menos água total. Além disso, a destilação de um efluente tendo uma concentração maior do produto de fermentação produz mais produto de fermentação com quase os mesmos custos de operação (por exemplo, relacionados à energia para destilar um volume igual de efluente). Note-se que, a simples combinação de dois efluentes em um mesmo sistema de destilação fornece uma concentração do produto de fermentação que é menor que a concentração do produto de fermentação no efluente da unidade de fermentação de carboidrato e envolveria, portanto, mais processamento de água por unidade de etanol. Além disso, como o produto da fermentação de gás não precisa ser recuperado em uma etapa separada, um combustível ou intermediário de combustível contendo o produto da fermentação de gás ainda teria uma emissão de GEE no ciclo de vida que atende aos requisitos para vários créditos de combustível.[00194] Advantageously, supplying the ethanol stream produced from gas fermentation 110 to the carbohydrate fermentation unit 10 (e.g., directly or indirectly), increases the ethanol concentration in the effluent stream 12 and/or maintains the concentration of ethanol in the effluent stream 12 with the use of less corn. In addition to increasing the ethanol yield for a given amount of substrate, providing both fermentations has several synergistic advantages. For example, as discussed above, providing a more concentrated, combined ethanol stream for distillation 13 further reduces the overall relative costs of ethanol recovery compared to separate product recovery processes in each fermentation stream. For example, as discussed above, providing a single distillation system to recover gas and carbohydrate fermentation products reduces capital and operating costs related to a simpler system and processing less total water. Furthermore, distillation of an effluent having a higher concentration of fermentation product produces more fermentation product with almost the same operating costs (e.g., related to the energy to distill an equal volume of effluent). Note that the simple combination of two effluents in the same distillation system provides a concentration of the fermentation product that is lower than the concentration of the fermentation product in the effluent of the carbohydrate fermentation unit and would therefore involve more processing of water per unit of ethanol. Furthermore, because the gas fermentation product does not need to be recovered in a separate step, a fuel or fuel intermediate containing the gas fermentation product would still have a life cycle GHG emission that meets the requirements for several gas fermentation credits. fuel.

[00195] Com referência à Figura 2, é mostrado um processo de acordo com uma outra modalidade da presente invenção. Nessa modalidade, o etanol é produzido como resultado de duas fermentações. Em uma das fermentações, dióxido de carbono biogênico, monóxido de carbono derivado de fósseis, e hidrogênio derivado de fósseis são alimentados em um biorreator contendo Clostridium Ijmgdahlii e fermentados a etanol. Mais especificamente, com referência à Figura 2, a corrente de CO2 biogênico 20 é combinada com uma corrente de gás de síntese fóssil 55. A corrente de gás de síntese 55 resulta da conversão de metano fóssil em monóxido de carbono fóssil e hidrogênio fóssil por uma unidade de reforma a vapor de metano na qual ocorre a seguinte reação: CH4 + H2O ^ CO + 3H2.[00195] With reference to Figure 2, a process according to another embodiment of the present invention is shown. In this modality, ethanol is produced as a result of two fermentations. In one of the fermentations, biogenic carbon dioxide, fossil-derived carbon monoxide, and fossil-derived hydrogen are fed into a bioreactor containing Clostridium Ijmgdahlii and fermented to ethanol. More specifically, with reference to Figure 2, the biogenic CO2 stream 20 is combined with a fossil syngas stream 55. The syngas stream 55 results from the conversion of fossil methane to fossil carbon monoxide and fossil hydrogen by a methane steam reforming unit in which the following reaction occurs: CH4 + H2O ^ CO + 3H2.

[00196] Como não ocorre uma reação de deslocamento gás-água e nenhum CO2 é introduzido no subsolo, a corrente de gás de síntese 55 misturada com a corrente 20 contém não apenas hidrogênio de uma fonte fóssil, mas também carbono fóssil na forma de monóxido de carbono. A corrente de gás de síntese fóssil 55 contém cerca de 49,1% em mol de hidrogênio fóssil e 9,7% em mol de dióxido de carbono (em base úmida).[00196] Since a gas-water shift reaction does not occur and no CO2 is introduced underground, the syngas stream 55 mixed with stream 20 contains not only hydrogen from a fossil source, but also fossil carbon in the form of monoxide of carbon. The fossil syngas stream 55 contains about 49.1 mol% fossil hydrogen and 9.7 mol% carbon dioxide (on a wet basis).

[00197] Com referência à Figura 2, o dióxido de carbono biogênico 20 e o gás de síntese fóssil 55 (por exemplo, compreendendo monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio de combustível fóssil) são combinados no biorreator de fermentação 110 e são fermentados a etanol pela bactéria Clostridium ljungdahlii presente no biorreator. As seguintes reações ocorrem para produzir etanol: 6CO + 3H2O ^ CH3CH2OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.[00197] Referring to Figure 2, biogenic carbon dioxide 20 and fossil synthesis gas 55 (e.g., comprising carbon monoxide, carbon dioxide and fossil fuel hydrogen) are combined in the fermentation bioreactor 110 and are fermented to ethanol by the bacteria Clostridium ljungdahlii present in the bioreactor. The following reactions occur to produce ethanol: 6CO + 3H2O ^ CH3CH2OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.

[00198] A corrente fermentada 120 é retirada do biorreator de fermentação 110 e submetida a uma separação sólido-líquido que fornece uma primeira corrente contendo as células 112 e uma segunda corrente contendo etanol 114 (ou seja, uma corrente de efluente da qual as células foram substancialmente removidas). A corrente de etanol 114 é alimentada na segunda fermentação.[00198] The fermented stream 120 is removed from the fermentation bioreactor 110 and subjected to a solid-liquid separation that provides a first stream containing cells 112 and a second ethanol-containing stream 114 (i.e., an effluent stream from which the cells have been substantially removed). The ethanol stream 114 is fed into the second fermentation.

[00199] Na segunda fermentação, a biomassa que foi processada em um ou mais etapas de processamento (por exemplo, pré-tratamento e/ou hidrólise) para fornecer um carboidrato é alimentada na unidade de fermentação de carboidrato 10, a qual contém Saccharomyces cerevisiae.[00199] In the second fermentation, biomass that has been processed in one or more processing steps (e.g., pretreatment and/or hydrolysis) to provide a carbohydrate is fed into the carbohydrate fermentation unit 10, which contains Saccharomyces cerevisiae .

[00200] O efluente a partir do reator de fermentação de gás 110, que inclui etanol relativamente diluído, é filtrado e introduzido com a biomassa na unidade de fermentação de carboidrato 10. A corrente aquosa compreendendo álcool 114 é adicionada antes ou durante uma etapa de pré- tratamento/hidrólise/fermentação que precisa de água. Por exemplo, a biomassa pode ser adicionada à corrente aquosa para formar uma pasta aquosa e/ou à corrente aquosa antes ao local onde as enzimas são adicionadas. A unidade de fermentação de carboidrato 10, na qual foi introduzida a levedura Saccharomyces cerevisiae, produz etanol 12 e uma corrente de CO2 biogênico 20, que é purificada na unidade 15. A corrente de etanol 12, que inclui o etanol produzido na unidade de fermentação de gás 110 e na unidade de fermentação de carboidrato 10, é alimentada na unidade de destilação 13 para produzir etanol concentrado e resíduos de fundo. O etanol concentrado é adicionalmente concentrado além de seu ponto de quebra do azeótropo por peneiras moleculares (não mostradas).[00200] The effluent from the gas fermentation reactor 110, which includes relatively dilute ethanol, is filtered and introduced with the biomass into the carbohydrate fermentation unit 10. The aqueous stream comprising alcohol 114 is added before or during a fermentation step. pre-treatment/hydrolysis/fermentation that requires water. For example, biomass can be added to the aqueous stream to form an aqueous slurry and/or to the aqueous stream prior to where the enzymes are added. The carbohydrate fermentation unit 10, into which the Saccharomyces cerevisiae yeast was introduced, produces ethanol 12 and a biogenic CO2 stream 20, which is purified in the unit 15. The ethanol stream 12, which includes the ethanol produced in the fermentation unit of gas 110 and the carbohydrate fermentation unit 10, is fed to the distillation unit 13 to produce concentrated ethanol and bottom residue. Concentrated ethanol is further concentrated beyond its azeotrope breaking point by molecular sieves (not shown).

[00201] Vantajosamente, o fornecimento da corrente de etanol produzido a partir da fermentação de gás 110 à unidade de fermentação de carboidrato 10, permite que a corrente de etanol relativamente diluída 114 seja combinada com o etanol fornecido como resultado da fermentação de carboidrato para aumentar a concentração do etanol após a destilação 13 ou para produzir a mesma concentração de etanol com a utilização de menos biomassa. Além de aumentar o rendimento de etanol total por unidade de biomassa, o fornecimento de duas fermentações tem várias vantagens sinérgicas. Por exemplo, conforme discutido acima, o fornecimento de uma corrente de etanol combinada para a unidade de destilação 13 reduz os custos relativos de recuperação do etanol (por exemplo, por unidade de etanol) em comparação com os sistemas separados de destilação.[00201] Advantageously, supplying the ethanol stream produced from the gas fermentation 110 to the carbohydrate fermentation unit 10 allows the relatively dilute ethanol stream 114 to be combined with the ethanol supplied as a result of the carbohydrate fermentation to increase the concentration of ethanol after distillation 13 or to produce the same concentration of ethanol using less biomass. In addition to increasing the total ethanol yield per unit of biomass, providing two fermentations has several synergistic advantages. For example, as discussed above, supplying a combined ethanol stream to the distillation unit 13 reduces the relative costs of ethanol recovery (e.g., per unit of ethanol) compared to separate distillation systems.

[00202] Vantajosamente, ainda, os resíduos de fundo 132 da destilação são submetidos a uma digestão anaeróbica 134 que produz biogás. O CO2 no biogás é alimentado no reator de fermentação de gás 110 para aumentar a produção de etanol na unidade de fermentação de gás, enquanto o metano no biogás é usado como aquecimento e/ou energia no processo (destilação) ou como um combustível ou intermediário de combustível de transporte. A água é reciclada a partir da digestão anaeróbica 134 para a unidade de fermentação de gás (e.g., revés).[00202] Advantageously, the bottom residues 132 of the distillation are subjected to anaerobic digestion 134 that produces biogas. The CO2 in the biogas is fed into the gas fermentation reactor 110 to increase ethanol production in the gas fermentation unit, while the methane in the biogas is used as heat and/or power in the process (distillation) or as a fuel or intermediate of transport fuel. The water is recycled from the anaerobic digestion 134 to the gas fermentation unit (e.g., setback).

[00203] Com referência à Figura 3, é mostrado um processo de acordo com uma outra modalidade da presente invenção. Nessa modalidade, o etanol é produzido como resultado de duas fermentações. Em uma das fermentações, o gás de síntese produzido na gaseificação de lignina alimentado em um biorreator e fermentado a etanol.[00203] With reference to Figure 3, a process according to another embodiment of the present invention is shown. In this modality, ethanol is produced as a result of two fermentations. In one of the fermentations, the synthesis gas produced in the gasification of lignin is fed into a bioreactor and fermented to ethanol.

[00204] Com referência à Figura 3, o gás de síntese (por exemplo, incluindo monóxido de carbono, dióxido de carbono e/ou hidrogênio) é introduzido no biorreator de fermentação 110 e é fermentado a etanol pela bactéria Clostridium ljungdahlii. As seguintes reações ocorrem para produzir etanol: 6CO + 3 H2O ^ CH3CH2OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.[00204] Referring to Figure 3, synthesis gas (e.g., including carbon monoxide, carbon dioxide and/or hydrogen) is introduced into the fermentation bioreactor 110 and is fermented to ethanol by the bacteria Clostridium ljungdahlii. The following reactions occur to produce ethanol: 6CO + 3 H2O ^ CH3CH2OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ CH3CH2OH + 3H2O.

[00205] A corrente fermentada é retirada do biorreator de fermentação 110 e submetida a uma separação sólido/líquido (não mostrada) que remove as células para fornecer uma corrente aquosa contendo etanol 114. A corrente de etanol relativamente diluído 114 é alimentada na segunda fermentação. Opcionalmente, a corrente de hidrogênio fóssil é adicionada ao biorreator 110.[00205] The fermented stream is removed from the fermentation bioreactor 110 and subjected to a solid/liquid separation (not shown) that removes cells to provide an aqueous ethanol-containing stream 114. The relatively dilute ethanol stream 114 is fed into the second fermentation . Optionally, the fossil hydrogen stream is added to the bioreactor 110.

[00206] Na segunda fermentação, a biomassa (por exemplo, matéria- prima celulósica) é submetida a um pré-tratamento 2 (por exemplo, um pré- tratamento ácido, um pré-tratamento alcalino ou um pré-tratamento hidrotérmico). Ao menos parte da água necessária para o pré-tratamento 2 e/ou para a hidrólise 4 é proveniente da corrente aquosa 114 contendo etanol. O hidrolisado é submetido a uma separação sólido/líquido 5 que fornece lignina 6 e uma corrente que compreende um açúcar 8 (por exemplo, glicose). A corrente compreendendo açúcar é alimentada na unidade de fermentação 10, na qual foi introduzida a levedura Saccharomyces cerevisiae, para produzir etanol. A lignina é submetida a gaseificação 7 para fornecer gás de síntese, que serve como o substrato para a fermentação de gás. O efluente a partir da reação de fermentação 10, que inclui o etanol produzido pela fermentação de gás e o etanol produzido pela fermentação de carboidrato, é alimentado a uma recuperação 13 para produzir etanol biogênico. O etanol biogênico concentrado poder ser adicionalmente concentrado além de seu ponto de quebra do azeótropo por peneiras moleculares (não mostradas).[00206] In the second fermentation, the biomass (for example, cellulosic raw material) is subjected to a pre-treatment 2 (for example, an acid pre-treatment, an alkaline pre-treatment or a hydrothermal pre-treatment). At least part of the water required for pretreatment 2 and/or hydrolysis 4 comes from the aqueous stream 114 containing ethanol. The hydrolyzate is subjected to a solid/liquid separation 5 which provides lignin 6 and a stream comprising a sugar 8 (e.g. glucose). The stream comprising sugar is fed into the fermentation unit 10, into which the yeast Saccharomyces cerevisiae has been introduced, to produce ethanol. The lignin is subjected to gasification 7 to provide synthesis gas, which serves as the substrate for gas fermentation. The effluent from the fermentation reaction 10, which includes ethanol produced by gas fermentation and ethanol produced by carbohydrate fermentation, is fed to a recovery 13 to produce biogenic ethanol. Concentrated biogenic ethanol can be further concentrated beyond its azeotrope breaking point by molecular sieves (not shown).

[00207] Vantajosamente, o fornecimento da corrente de etanol produzido a partir da fermentação de gás 110 para a unidade de fermentação de carboidrato 10 permite que corrente de etanol relativamente diluída 114 fornecida pela fermentação de gás 110 seja combinada com o etanol produzido como resultado da fermentação de carboidrato para fornecer uma corrente de etanol que tem uma concentração que ao menos 25 g/L maior que a corrente de etanol 114 fornecida pela fermentação de gás 110. Além de aumentar o rendimento de etanol total, o fornecimento de duas fermentações tem várias vantagens sinérgicas. Por exemplo, conforme discutido acima, o fornecimento de uma corrente de etanol mais concentrada para recuperação reduz os custos relativos de recuperação de etanol (por exemplo, por unidade de etanol) em comparação com destilações separadas e, portanto, pode contribuir favoravelmente para as reduções de emissões de gás de efeito estufa.[00207] Advantageously, supplying the ethanol stream produced from the gas fermentation 110 to the carbohydrate fermentation unit 10 allows the relatively dilute ethanol stream 114 provided by the gas fermentation 110 to be combined with the ethanol produced as a result of the carbohydrate fermentation to provide an ethanol stream that has a concentration that is at least 25 g/L greater than the ethanol stream 114 provided by the gas fermentation 110. In addition to increasing the total ethanol yield, providing two fermentations has several synergistic advantages. For example, as discussed above, providing a more concentrated ethanol stream for recovery reduces the relative costs of ethanol recovery (e.g., per unit of ethanol) compared to separate distillations and therefore can contribute favorably to reductions of greenhouse gas emissions.

[00208] Nessa modalidade, o produto de fermentação de cada um dos reatores de fermentação de gás e de carboidrato é etanol. Alternativamente, a condição de fermentação pode ser ajustada, de modo que o produto de fermentação das fermentações de gás e de carboidrato é um combustível ou intermediário de combustível. Em uma modalidade, o produto de fermentação da fermentação de gás é convertido a etanol antes de ser introduzido na fermentação de carboidrato ou a montante da fermentação de carboidrato.[00208] In this embodiment, the fermentation product of each of the gas and carbohydrate fermentation reactors is ethanol. Alternatively, the fermentation condition can be adjusted so that the fermentation product of the gas and carbohydrate fermentations is a fuel or fuel intermediate. In one embodiment, the fermentation product from gas fermentation is converted to ethanol before being introduced into the carbohydrate fermentation or upstream of the carbohydrate fermentation.

[00209] Com referência à Figura 4, é mostrado um processo de acordo com uma outra modalidade da presente invenção. Nessa modalidade, o dióxido de carbono biogênico e/ou o monóxido de carbono e o hidrogênio derivado de fósseis são alimentados em uma unidade de fermentação de gás e fermentados a ácido acético com o uso de bactérias adequadas. Nessa modalidade, a bactéria é Clostridium ljungdahlii. Em uma modalidade, as bactérias incluem anaeróbios que usam a rota Wood-Ljungdahl. Esses acetógenos usam CO2 e H2, e/ou CO para produzir ácido de acético, de acordo com as seguintes estequiometrias: 2CO2 +4H2 >C 'I l,C'((((I I +2H2O 4CO +2H2O >CH.COOH + 2CO2.[00209] With reference to Figure 4, a process according to another embodiment of the present invention is shown. In this embodiment, biogenic carbon dioxide and/or carbon monoxide and fossil-derived hydrogen are fed into a gas fermentation unit and fermented to acetic acid using suitable bacteria. In this modality, the bacteria is Clostridium ljungdahlii. In one embodiment, the bacteria include anaerobes that use the Wood-Ljungdahl route. These acetogens use CO2 and H2, and/or CO to produce acetic acid, according to the following stoichiometries: 2CO2 +4H2 >C 'I l,C'((((I I +2H2O 4CO +2H2O >CH.COOH + 2CO2.

[00210] ( hidrogênio é produzido por um processo de produção de hidrogênio com o uso de metano fóssil como a matéria-prima. ( dióxido de carbono fóssil produzido a partir da produção de hidrogênio que é de outro modo ventilado pode ser introduzido no subsolo para reduzir as emissões de GEE no ciclo de vida do combustível/intermediário de combustível finais.[00210] (hydrogen is produced by a hydrogen production process using fossil methane as the feedstock. (fossil carbon dioxide produced from hydrogen production that is otherwise vented can be introduced underground to reduce GHG emissions in the life cycle of the final fuel/fuel intermediate.

[00211] Na outra fermentação, que é uma fermentação de carboidrato, o carboidrato produzido a partir da biomassa em uma ou mais etapas de processamento, é convertido em etanol com o uso de um levedura adequada (e.g., Saccharomyces cerevisiae) sob condições adequados para tal levedura e produto como conhecido na arte.[00211] In the other fermentation, which is a carbohydrate fermentation, the carbohydrate produced from the biomass in one or more processing steps, is converted into ethanol with the use of a suitable yeast (e.g., Saccharomyces cerevisiae) under conditions suitable for such yeast and product as known in the art.

[00212] Com referência à Figura 4, a biomassa, que corresponde a uma matéria-prima lignocelulósica, é alimentada ao pré-tratamento 2 (por exemplo, seca ou como uma pasta). ( pré-tratamento 2, que envolve a adição de calor e ode também envolver a adição de ácido ou base, ajuda a liberar a celulose da lignina e/ou torna a biomassa mais tratável para a hidrólise 4. Na hidrólise 4, que é enzimática, a celulose é convertida em um açúcar (por exemplo, glicose). Na fermentação 10, o açúcar é convertido em etanol com o uso de levedura Saccharomyces cerevisiae. ( etanol é recuperado 13a da corrente efluente 12a para produzir etanol relativamente puro e para fornecer um efluente 14a que é alimentado na digestão anaeróbica 16a, que produz biogás.[00212] With reference to Figure 4, biomass, which corresponds to a lignocellulosic feedstock, is fed to pretreatment 2 (for example, dry or as a paste). (pretreatment 2, which involves the addition of heat and may also involve the addition of acid or base, helps to release cellulose from lignin and/or makes the biomass more tractable for hydrolysis 4. In hydrolysis 4, which is enzymatic , cellulose is converted to a sugar (e.g., glucose). In fermentation 10, the sugar is converted to ethanol using the yeast Saccharomyces cerevisiae. (ethanol is recovered 13a from the effluent stream 12a to produce relatively pure ethanol and to provide an effluent 14a that is fed into anaerobic digestion 16a, which produces biogas.

[00213] Na unidade de fermentação de gás 110, a matéria-prima incluindo ao menos C(2 e I2 é convertida em ácido acético pela bactéria Clostridium ljungdahlii. ( efluente da fermentação de gás 110 é então submetido a uma separação sólido/líquido (não mostrada) que recicla as células de volta para a unidade de fermentação 110 e fornece uma corrente contendo ácido acético.[00213] In the gas fermentation unit 110, the raw material including at least C(2 and I2) is converted into acetic acid by the bacteria Clostridium ljungdahlii. (Effluent from the gas fermentation 110 is then subjected to a solid/liquid separation ( not shown) which recycles the cells back to the fermentation unit 110 and provides a stream containing acetic acid.

[00214] O ácido acético é então convertido 111 em etanol. Em uma primeira etapa, o o ácido acético é recuperado (por exemplo, concentrado e/ou purificado usando métodos conhecidos na técnica, como extração seguida de destilação, ou formação e evaporação salina). O ácido acético purificado é então submetido a uma hidrogenação usando gás hidrogênio para produzir etanol na unidade 111, que é fornecida como uma corrente aquosa 112a a, ou a montante da fermentação de carboidrato.[00214] Acetic acid is then converted 111 into ethanol. In a first step, acetic acid is recovered (for example, concentrated and/or purified using methods known in the art, such as extraction followed by distillation, or salt formation and evaporation). The purified acetic acid is then subjected to hydrogenation using hydrogen gas to produce ethanol in unit 111, which is supplied as an aqueous stream 112a, or upstream of the carbohydrate fermentation.

[00215] Com referência à Figura 4, H2 para a matéria-prima para fermentação de gás e para a conversão de ácido acético é produzido pela reforma a vapor do metano fóssil. Em particular, a corrente de hidrogênio derivado de fósseis 30 é preparada por alimentação da corrente de metano fóssil 45 em uma unidade SMR (reformação a vapor do metano) 50. Na unidade de reformação a vapor do metano 50, o metano é convertido em monóxido de carbono e hidrogênio quando reagido com água. A corrente de saída 60 do SMR da unidade SMR 50 contém, portanto, não apenas hidrogênio de uma fonte fóssil, mas também carbono fóssil na forma de monóxido de carbono. O monóxido de carbono fóssil na corrente de saída 60 do SMR é subsequentemente reagido com água para produzir dióxido de carbono fóssil e hidrogênio adicional em uma unidade de deslocamento gás- água (WGS, water gas shift) 70. A unidade 70 WGS aumenta o rendimento de hidrogênio a partir do metano, enquanto converte o CO fóssil em dióxido de carbono fóssil. A corrente de saída 80 a partir da unidade de deslocamento gás-água 70 é alimentada em uma unidade de adsorção com modulação de pressão (PSA) 90. A unidade PSA 90 produz uma corrente enriquecida em hidrogênio fóssil, nesse caso em níveis maiores que 99 % em mol de hidrogênio, e uma corrente de gás residual 91 compreendendo dióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrogênio. O dióxido de carbono fóssil é recuperado dessa corrente de purga 91 em uma outra unidade de recuperação de CO2 (não mostrada). Nessa modalidade, o vapor de purga 91 remanescente após a remoção do dióxido de carbono é introduzido no forno da unidade de reforma a vapor do metano 50. O CO2 recuperado, ou uma quantidade equivalente de CO2 derivado de fósseis recuperado, é introduzido(a) no subsolo (não mostrado) a fim de reduzir a emissões de GEE no ciclo de vida de etanol produzido a partir do processo global.[00215] With reference to Figure 4, H2 for the feedstock for gas fermentation and for the conversion of acetic acid is produced by steam reforming of fossil methane. In particular, the fossil-derived hydrogen stream 30 is prepared by feeding the fossil methane stream 45 into an SMR (methane vapor reforming) unit 50. In the methane vapor reforming unit 50, the methane is converted to methane monoxide. of carbon and hydrogen when reacted with water. The SMR output stream 60 of the SMR unit 50 therefore contains not only hydrogen from a fossil source, but also fossil carbon in the form of carbon monoxide. The fossil carbon monoxide in the SMR outlet stream 60 is subsequently reacted with water to produce fossil carbon dioxide and additional hydrogen in a water gas shift (WGS) unit 70. The WGS unit 70 increases yield of hydrogen from methane, while converting fossil CO to fossil carbon dioxide. The output stream 80 from the gas-water displacement unit 70 is fed into a pressure-modulated adsorption (PSA) unit 90. The PSA unit 90 produces a stream enriched in fossil hydrogen, in this case at levels greater than 99 mol% hydrogen, and a waste gas stream 91 comprising carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen. Fossil carbon dioxide is recovered from this purge stream 91 in another CO2 recovery unit (not shown). In this embodiment, the purge steam 91 remaining after removal of carbon dioxide is introduced into the furnace of the methane steam reforming unit 50. The recovered CO2, or an equivalent amount of recovered fossil-derived CO2, is introduced. underground (not shown) in order to reduce life cycle GHG emissions of ethanol produced from the global process.

[00216] Nessa modalidade, o ácido acético é um intermediário na produção de etanol, que é o produto de fermentação desejado. Consequentemente, embora o fermentador de gás 110 produz ácido acético, o etanol derivado do ácido acético pode ser considerado o produto da fermentação. Mais especificamente, o substrato de gás é fornecido ao fermentador de gás para produzir etanol (por exemplo, indiretamente via a produção de ácido acético).[00216] In this embodiment, acetic acid is an intermediate in the production of ethanol, which is the desired fermentation product. Consequently, although the gas fermenter 110 produces acetic acid, ethanol derived from acetic acid can be considered the fermentation product. More specifically, the gas substrate is supplied to the gas fermenter to produce ethanol (e.g., indirectly via the production of acetic acid).

[00217] Nessa modalidade, o CO2 biogênico é coletado de várias etapas do processo (por exemplo, na 15, 18) e usado como matéria-prima para a fermentação de gás. Por exemplo, o CO2 biogênico coletado do biogás gerado durante a digestão anaeróbica 16a é recuperado 19, enquanto a corrente de biogás remanescente 29 é purificada e introduzida em um oleoduto/gaseoduto 21.[00217] In this embodiment, biogenic CO2 is collected from various process steps (for example, in 15, 18) and used as raw material for gas fermentation. For example, biogenic CO2 collected from biogas generated during anaerobic digestion 16a is recovered 19, while the remaining biogas stream 29 is purified and introduced into an oil/gas pipeline 21.

[00218] Em uma modalidade, a corrente de etanol 112a é introduzida no processo em um ou mais etapas do processo que exigem a adição de água e/ou diluição. Por exemplo, a corrente de etanol é introduzida diretamente na biomassa, no estágio de pré-tratamento 2, no estágio de hidrólise 4, e/ou no estágio de fermentação 10. Uma vez que esses estágios exigem água adicional, a adição da corrente de etanol 112a fornece reciclagem/redução de vapor (ou sejam, reduz a quantidade de água limpa importada e/ou água tratada reciclada) e também empilha o produto (por exemplo, adiciona o produto ao produto), aumentado, assim, a concentração do(s) produto(s).[00218] In one embodiment, the ethanol stream 112a is introduced into the process at one or more process steps that require the addition of water and/or dilution. For example, the ethanol stream is introduced directly into the biomass at pretreatment stage 2, hydrolysis stage 4, and/or fermentation stage 10. Since these stages require additional water, addition of the ethanol stream Ethanol 112a provides vapor recycling/reduction (i.e., reduces the amount of imported clean water and/or recycled treated water) and also stacks the product (e.g., adds the product to the product), thereby increasing the concentration of( s) product(s).

[00219] Em cada um dos exemplos descritos acima, ao menos parte da corrente aquosa contendo o produto da fermentação de gás é introduzida no e/ou usada em um outro estágio do processo (por exemplo, onde há uma porcentagem alta de sólidos). Conforme descrito acima, uma vantagem da reciclagem da corrente do produto de fermentação de gás é que ela reduz a quantidade de água necessária que é proveniente externamente do processo, enquanto também aumenta o rendimento de combustível biogênico exige intermediário de combustível para uma determinada quantidade de matéria- prima. Adicionalmente, ela reduz a quantidade de energia que é necessária para recuperar o produto de fermentação fornecido na corrente aquosa, fornecendo, assim, também, economias de custo e economias de GEE no ciclo de vida.[00219] In each of the examples described above, at least part of the aqueous stream containing the gas fermentation product is introduced into and/or used in another stage of the process (for example, where there is a high percentage of solids). As described above, an advantage of recycling the gas fermentation product stream is that it reduces the amount of water required that is sourced externally from the process, while also increasing the yield of biogenic fuel. - cousin. Additionally, it reduces the amount of energy that is required to recover the fermentation product supplied in the aqueous stream, thereby also providing cost savings and life cycle GHG savings.

[00220] Uma outra vantagem da reciclagem da corrente aquosa do produto de fermentação de gás é que ela utiliza alguns dos benefícios da fermentação de gás enquanto minimiza as desvantagens da fermentação de gás. Por exemplo, a fermentação de gás de CO2 e H2 e/o CO na presença de micróbios adequados fornece um método para a obtenção de biocombustíveis valiosos a partir dos fluxos de resíduos usando processos microbianos que podem operar em temperaturas ambientes e baixas pressões, oferecendo, desse modo, economias de energia e custo. Entretanto, os micro-organismos para a fermentação de gás de síntese são também associados, com frequência, a baixas taxas de produção, baixas concentrações de caldo e/ou tolerância baixa do produto. Com relação à baixa tolerância do produto, os actógenos usados na fermentação de gás apresentam, com frequência, uma resistência baixa a produtos como etanol e butanol. Em geral, a concentração do produto no caldo de fermentação de gás pode ser reduzida fornecendo-se in situ recuperação de produtos e/ou por adição de água na unidade de fermentação de gás para diluir o produto e, assim, reduzir a toxicidade. Nas fermentações de gás convencionais, frequentemente há um equilíbrio adequado entre a adição de água para reduzir a inibição do produto e a redução da quantidade de água adicionada para minimizar os custos de recuperação do produto. Por outro lado, ao fornecer um processo no qual uma corrente aquosa compreendendo o produto da fermentação de gás ou um derivado do mesmo é introduzido no processo na, ou a montante, da fermentação de carboidrato, a quantidade de água adicionada na unidade de fermentação de gás para reduzir a inibição do produto não será limitada pelos custos de recuperação do produto de fermentação.[00220] Another advantage of recycling the aqueous stream of gas fermentation product is that it utilizes some of the benefits of gas fermentation while minimizing the disadvantages of gas fermentation. For example, the fermentation of CO2 and H2 gas and/o CO in the presence of suitable microbes provides a method for obtaining valuable biofuels from waste streams using microbial processes that can operate at ambient temperatures and low pressures, offering, thus, energy and cost savings. However, microorganisms for syngas fermentation are also often associated with low production rates, low broth concentrations and/or low product tolerance. Regarding the low tolerance of the product, the actogens used in gas fermentation often have low resistance to products such as ethanol and butanol. In general, the product concentration in the gas fermentation broth can be reduced by providing in situ product recovery and/or by adding water to the gas fermentation unit to dilute the product and thereby reduce toxicity. In conventional gas fermentations, there is often an appropriate balance between adding water to reduce product inhibition and reducing the amount of water added to minimize product recovery costs. On the other hand, by providing a process in which an aqueous stream comprising the gas fermentation product or a derivative thereof is introduced into the process at, or upstream of, the carbohydrate fermentation, the amount of water added in the carbohydrate fermentation unit gas to reduce product inhibition will not be limited by the costs of recovering the fermentation product.

[00221] Vantajosamente, ainda, os micro-organismos tipicamente usados na fermentação de carboidrato, como leveduras, têm uma tolerância maior aos produtos de fermentação (por exemplo, etanol) que os microorganismos usados na fermentação de gás. Consequentemente, a alimentação da corrente efluente da fermentação de gás (por exemplo, células empobrecidas) ou um derivado da mesma na fermentação de carboidrato ou uma etapa a montante da fermentação de carboidrato pode mesmo matar a bactéria na fermentação de carboidrato, agindo, portanto, como um biocida para manter bactérias indesejadas na mesma (por exemplo, inibição do produto não é limitadora para os micro-organismos usados na fermentação de carboidrato como ela é para aqueles na fermentação de gás).[00221] Advantageously, microorganisms typically used in carbohydrate fermentation, such as yeast, have a greater tolerance to fermentation products (for example, ethanol) than microorganisms used in gas fermentation. Consequently, feeding the gas fermentation effluent stream (e.g. depleted cells) or a derivative thereof into the carbohydrate fermentation or an upstream step of the carbohydrate fermentation may even kill the bacteria in the carbohydrate fermentation, thereby acting as a biocide to keep unwanted bacteria in it (e.g., product inhibition is not limiting for the microorganisms used in carbohydrate fermentation as it is for those in gas fermentation).

[00222] Conforme descrito acima, a introdução da corrente de efluente empobrecida em células a partir da fermentação de gás na fermentação de carboidrato e/ou a montante da fermentação de carboidrato pode introduzir não apenas o produto final desejado, mas também quaisquer subprodutos e/ou impurezas, à fermentação de carboidrato. Entretanto, uma vez que as fermentações de gás são, com frequência, muito seletivas em relação ao produto e eficazes, e uma vez que a fermentação de gás é relativamente não afetas pelos produtos e/ou subprodutos da fermentação de gás, a etapa convencional de recuperação do produto diretamente da fermentação de gás pode ser eliminada, assim simplificando o processo global.[00222] As described above, the introduction of the depleted effluent stream into cells from the gas fermentation in the carbohydrate fermentation and/or upstream of the carbohydrate fermentation can introduce not only the desired end product, but also any byproducts and/or or impurities, to carbohydrate fermentation. However, since gas fermentations are often very product selective and effective, and since gas fermentation is relatively unaffected by the products and/or by-products of gas fermentation, the conventional gas fermentation step Product recovery directly from gas fermentation can be eliminated, thus simplifying the overall process.

[00223] Uma outra vantagem da combinação da fermentação de gás com a fermentação de caro é que o gás de saída (por exemplo, exaustor) a partir da fermentação de gás pode ser usado como uma fonte de energia para processar a matéria-prima alimentada na fermentação de carboidrato, como uma fonte de energia para recuperação do produto (por exemplo, destilar etanol), como uma fonte para gerar hidrogênio adicional, como uma matéria- prima para produzir hidrogênio adicional, como um fonte de CO2 para uso em ROR, e/ou para produzir uma corrente de reciclagem via uma ou mais etapas de processamento que é introduzida na fermentação de carboidrato.[00223] A further advantage of combining gas fermentation with carbon fermentation is that the exit gas (e.g. exhaust) from gas fermentation can be used as an energy source to process the fed raw material in carbohydrate fermentation, as an energy source for product recovery (e.g. distilling ethanol), as a source for generating additional hydrogen, as a feedstock for producing additional hydrogen, as a source of CO2 for use in ROR, and/or to produce a recycling stream via one or more processing steps that is introduced into the carbohydrate fermentation.

[00224] Conforme descrito acima, a fermentação de gás permite que acetógenos como C. Ijungdahlii, C. carboxidivorans, C. ragsdalei, e C. autoethanogenum, metabolizem o CO e/ou o CO2/H2 encontrados nas matérias-primas existentes (por exemplo, correntes de vapor inerentemente geradas em um planta de produção de biocombustível, por exemplo milho, celulósicos, etc.) para produzir produtos valiosos como etanol, butanol, isopropanol, 2,3-butanodiol, ácido acético e/ou ácido butírico que podem ser introduzidos em estágios do processo de produção do biocombustível para aumentar o rendimento do biocombustível a partir de uma certa matéria-prima e/ou diminuir os custos de recuperação por unidade de produto. Entretanto, conforme também descrito acima, a matéria-prima para a fermentação de gás pode ser fornecida apenas por correntes de saída de gás ricas em CO geradas em indústrias como de reforma a vapor de gás, refinamento de óleo, siderúrgicas, e/ou de produção química, independentemente de o monóxido de carbono na mesma ser monóxido de carbono fóssil. Em algumas modalidades em que a matéria-prima é fornecida por reforma a vapor de gás natural, o reformador de vapor pode ser fornecido na planta de produção de biocombustível. Em outras modalidades, as correntes de saída de gás produzidas pela indústria selecionada podem ser exportadas para uma planta de produção de biocombustível, ou a matéria-prima para a fermentação de carboidrato pode ser importada para a indústria selecionada de terceiros. No último caso, a matéria-prima pode ser adicionada ao efluente empobrecida em células da fermentação de gás em uma outra unidade de fermentação. Em cada caso, a integração de duas fermentações sequenciais pode reduzir os custos de capital e operacionais (por exemplo, relacionados a custos de recuperação reduzidos e/ou menos matéria-prima) em comparação com uma recuperação independente do produto. Adicionalmente, o fornecimento de uma corrente aquosa contendo o produto de fermentação a partir da primeira fermentação para o segundo biorreator e/ou um estágio a montante exige a adição de água limpa e/ou tratada, melhora o rendimento do produto para uma dada entrada de energia ou quantidade de matéria-prima, enquanto fornece reciclagem de água.[00224] As described above, gas fermentation allows acetogens such as C. Ijungdahlii, C. carboxydivorans, C. ragsdalei, and C. autoethanogenum to metabolize the CO and/or CO2/H2 found in existing raw materials (e.g. vapor streams inherently generated in a biofuel production plant, e.g. corn, cellulosics, etc.) to produce valuable products such as ethanol, butanol, isopropanol, 2,3-butanediol, acetic acid and/or butyric acid that can be introduced at stages of the biofuel production process to increase biofuel yield from a certain feedstock and/or decrease recovery costs per unit of product. However, as also described above, the feedstock for gas fermentation can be supplied only by CO-rich gas outlet streams generated in industries such as gas steam reforming, oil refining, steel mills, and/or chemical production, regardless of whether the carbon monoxide in it is fossil carbon monoxide. In some embodiments where the feedstock is provided by steam reforming of natural gas, the steam reformer may be provided at the biofuel production plant. In other embodiments, the gas output streams produced by the selected industry may be exported to a biofuel production plant, or the feedstock for carbohydrate fermentation may be imported to the selected industry from a third party. In the latter case, the raw material can be added to the depleted effluent in gas fermentation cells in another fermentation unit. In each case, the integration of two sequential fermentations can reduce capital and operating costs (e.g., related to reduced recovery costs and/or less feedstock) compared to independent product recovery. Additionally, supplying an aqueous stream containing the fermentation product from the first fermentation to the second bioreactor and/or an upstream stage requiring the addition of clean and/or treated water improves product yield for a given input of energy or quantity of raw material, while providing water recycling.

[00225] É claro que, as modalidades acima foram fornecidas apenas como exemplos. Será apreciado pelos versados na técnica, que várias modificações, configurações alternativas, e/ou equivalente serão empregados sem se que se desvie do espírito e escopo da invenção. Por exemplo, embora a fermentação de gás e/ou a fermentação de carboidrato descritas nos exemplos usem apenas um micro-organismo (por exemplo, em uma quantidade predeterminada), em outras modalidades, dois ou mais micro-organismos são fornecidos. Além disso, embora a fermentação de gás e o carboidrato possam ser referidos como uma primeira fermentação e uma segunda fermentação na presente invenção, nenhuma ordem é implícita. Por exemplo, em uma modalidade, a fermentação de carboidrato é executada primeiro e então o produto da fermentação de gás é adicionado em algum ponto durante a fermentação de carboidrato (por exemplo, as fermentações de carboidrato e/ou gás podem ser realizadas continuamente). Consequentemente, o escopo da invenção é, portanto, destinado a ser limitado apenas pelo escopo das reivindicações em anexo.[00225] Of course, the above embodiments were provided as examples only. It will be appreciated by those skilled in the art that various modifications, alternative configurations, and/or the equivalent will be employed without departing from the spirit and scope of the invention. For example, although the gas fermentation and/or carbohydrate fermentation described in the examples use only one microorganism (e.g., in a predetermined amount), in other embodiments, two or more microorganisms are provided. Furthermore, although gas and carbohydrate fermentation may be referred to as a first fermentation and a second fermentation in the present invention, no order is implied. For example, in one embodiment, the carbohydrate fermentation is performed first and then the gas fermentation product is added at some point during the carbohydrate fermentation (e.g., the carbohydrate and/or gas fermentations may be performed continuously). Accordingly, the scope of the invention is therefore intended to be limited only by the scope of the appended claims.

Claims

1. Process for producing a fermentation product, characterized in that it comprises: introducing a first substrate into a first fermentation unit to produce a first fermentation product, the first substrate comprising at least one compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen; introducing a second substrate into a second fermentation unit to produce a second fermentation product, the second substrate comprising at least one carbohydrate derived from organic material in one or more processing steps, the first fermentation product being the same as the second product fermentation; feeding an aqueous stream comprising the first fermentation product to a process stage such that at least a portion of the first fermentation product produced in the first fermentation unit enters the second fermentation unit; and recovering at least a portion of the first fermentation product produced in the first fermentation unit and at least a portion of the second fermentation product produced in the second fermentation unit from the effluent of the second fermentation unit to provide the fermentation product.

2. Process according to claim 1, characterized by the fact that the concentration of the fermentation product in the effluent of the second fermentation unit is at least 25 g/L greater than the concentration of the first fermentation product in the effluent of the first fermentation unit. fermentation.

3. Process according to claim 2, characterized by the fact that the fermentation product is ethanol, and in which a microorganism supplied in the second fermentation unit has a greater tolerance to ethanol than a microorganism supplied in the first unit of fermentation.

4. Process according to claim 3, characterized by the fact that it comprises adding water to the first fermentation unit, the water being obtained from the effluent of the second fermentation unit.

5. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that feeding the aqueous stream comprising the first fermentation product to a stage of the process comprises combining the aqueous stream with a stream comprising solids.

6. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first substrate comprises biogenic synthesis gas.

7. Process according to claim 6, characterized by the fact that the biogenic synthesis gas is produced from biogas from an anaerobic digestion, from a biomass subjected to a thermal process, or a combination thereof.

8. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first substrate comprises carbon monoxide.

9. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first substrate comprises carbon dioxide and hydrogen gas.

10. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first substrate comprises biogenic carbon dioxide and hydrogen gas from fossil fuel.

11. Process according to claim 10, characterized by the fact that recovering the fermentation product from the effluent of the second fermentation unit comprises distilling the effluent from the second fermentation unit, and wherein the biogenic carbon dioxide is sourced of one of an anaerobic digestion of bottom residues produced by distillation and biogenic carbon dioxide generated in the second fermentation unit.

12. Process according to claim 10, characterized by the fact that the energy generated from the production of hydrogen gas is used in the process.

13. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the exit gas from the first fermentation unit is used to provide energy for the process.

14. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the output gas is fed into an anaerobic digestion to produce raw biogas, with at least a portion of the biogenic carbon dioxide in the raw biogas being removed , and the methane from raw biogas is used to provide energy for the process, to produce a transport fuel, or a combination thereof.

15. Process according to claim 14, characterized in that the portion of biogenic carbon dioxide removed is fed into the first fermentation unit.

16. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fermentation product is a fuel or fuel intermediate.

17. Process according to claim 16, characterized by the fact that it generates or causes the generation of a biofuel credit for the recovered fermentation product.

18. Process according to claim 2 or 3, characterized by the fact that it comprises removing cells from the effluent of the first fermentation unit to provide the aqueous stream, and which comprises introducing a stream comprising the removed cells into the first fermentation unit.

19. Process according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fermentation product is selected from the group consisting of ethanol and butanol.

20. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first substrate comprises a waste gas stream rich in carbon monoxide from another process.

21. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized by the fact that the organic material is biomass, and the one or more processing steps include at least one of pre-treatment and hydrolysis.

22. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the second fermentation unit comprises a series of bioreactors.

23. Process according to claim 3, characterized by the fact that the microorganism in the first fermentation unit comprises a bacterium of a genus selected from Acetogenium, Acetobacterium, Acetoanaerobium, Butyribacterium and Clostridium, and the microorganism in the second fermentation unit comprises a yeast.

24. Process according to claim 23, characterized by the fact that the bacteria comprises Clostridium ljungdahlii.

25. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first substrate comprises hydrogen, and the energy generated from the production of hydrogen is used in the process.

26. Process for producing ethanol, characterized by the fact that it comprises: carrying out a gas fermentation that includes introducing at least one gas selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen gas, into a gas fermentation unit, said gas fermentation carried out by one or more microorganisms comprising Acetogenium, Acetobacterium, Acetoanaerobium, Butyribacterium and Clostridium; feeding a gas stream comprising biogenic carbon dioxide into the gas fermentation unit, the biogenic carbon dioxide being from an ethanol production process, the ethanol production process comprising a carbohydrate fermentation that includes introducing by at least one carbohydrate in a carbohydrate fermentation unit, said carbohydrate fermentation carried out by one or more microorganisms comprising yeast; and providing an aqueous stream comprising ethanol produced from gas fermentation or derived from an intermediate produced by gas fermentation for introduction into the ethanol production process at a stage that allows at least a portion of the ethanol in the aqueous stream to enter the carbohydrate fermentation unit.

27. Process for producing ethanol, characterized by the fact that it comprises: receiving an aqueous stream comprising ethanol derived from the fermentation of biogenic carbon dioxide gas; introducing at least a portion of the aqueous stream into an ethanol production process, such that at least a portion of the ethanol in the aqueous stream enters a carbohydrate fermentation; supplying biogenic carbon dioxide generated in the ethanol production process to a production plant for introduction into a gas fermentation; and recovering ethanol from carbohydrate fermentation, wherein the recovered ethanol includes at least a portion of ethanol derived from the gas fermentation unit and ethanol produced in carbohydrate fermentation.

28. Process according to claim 27, characterized by the fact that recovering ethanol from carbohydrate fermentation comprises distilling a portion of effluent from carbohydrate fermentation, and the process comprises providing at least one of residues treated bottom and bottom waste to the production plant for water recycling in gas fermentation.