BR112017026710B1 - Processo para produzir um produto de fermentação a partir de biomassa - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR UM PRODUTO DE FERMENTAÇÃO A PARTIR DE BIOMASSA. É revelado um processo simples para converter biomassa lignocelulósica em produtos de fermentação. A biomassa pode ser submetida a um vapor ou imersão em águaquente para dissolver hemiceluloses. Esta etapa é seguida pelo refinamento mecânico, tal como em um refinador de sopro quente dos sólidos ricos em celulose (e ricos em lignina). Os sólidos refinados são então hidrolisados enzimaticamente para gerar açúcares. Certas realizações proveem um processo para produzir etanol, compreendendo: digestão de um insumo de biomassa celulósica com vapor ou água quente para produzir sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose, e lignina; transporte do fluxo digerido através de refinador em linha de sopro; separação de um vapor a partir do fluxo refinado; introdução do fluxo refinado em uma unidade de hidrólise enzimática para produzir açúcares; fermentação dos açúcares para produzir etanol em solução diluída; e concentração da solução diluída para produzir um produto de etanol. Enzimas e microrganismos podem ser introduzidos em diversos pontos no processo. A invenção pode ser aplicada em qualquer outro produto de fermentação.

Description

DADOS DE PRIORIDADE

[001] Este pedido de patente internacional reivindica o benefício da prioridade do pedido de patente provisório internacional norte-americano no 62/173,217 depositado em 9 de junho de 2015, que é incorporado aqui como referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção se refere geralmente aos processos para preparação de açúcares fermentáveis a partir de biomassa lignocelulósica.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[003] A tecnologia Green Power+® tem sido desenvolvida pela American Process, Inc. Esta tecnologia extrai as hemiceluloses de um estoque de insumo de biomassa e converte apenas aquelas hemiceluloses em açúcares que são então fermentados, tal como o etanol celulósico. A tecnologia Green Power+ é um processo de duas etapas para produzir açúcares a partir de hemiceluloses. Uma vaporização inicial ou extração por água quente retira as hemiceluloses, e o restante da biomassa (celulose/lignina) não é exposto a nenhum tratamento acídico. Os sólidos restantes permanecem adequados para combustão em uma caldeira ou para peletização, ou outros usos. A solução extraída é então hidrolisada com um ácido médio ou tratamento de enzima para hidrolisar oligômeros em monômeros fermentáveis.

[004] A biomassa que foi extraída das hemiceluloses é adequada para uma variedade de aplicações posteriores, incluindo a combustão em caldeiras de biomassa, calor e energia combinados, torrefação, granulamento, redução à polpa, ou produção de produtos especiais (por exemplo, painéis). O compartilhamento de localização com uma usina de energia de biomassa leva a sinergias e vantagens econômicas.

[005] O que é desejado são as variações da tecnologia Green Power+, que obtém açúcares a partir da parte da celulose do insumo de biomassa inicial. Métodos de baixo custo são desejados para produzir açúcares de biomassa para conversão em etanol, n-butanol, e outros combustíveis e produtos químicos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] A presente invenção soluciona as necessidades da técnica mencionadas acima.

[007] Em algumas variações, é provido um processo para produzir açúcares fermentáveis a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo compreendendo biomassa celulósica; (b) digestão do insumo com uma solução de reação incluindo vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (c) transporte do vapor digerido através de um refinador mecânico, assim gerando um fluxo refinado com um tamanho médio de partícula reduzido dos sólidos ricos em celulose; (d) separação de um vapor do fluxo refinado; (e) introdução do dito fluxo refinado em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (f) recuperação ou processamento posterior de pelo menos alguns dos açúcares como açúcares fermentáveis.

[008] Em algumas realizações, a solução de reação compreende vapor na forma saturada, superaquecida ou supersaturada. Nestas ou em outras realizações, a solução de reação compreende água quente.

[009] O refinador mecânico pode ser selecionado dentre o grupo que consiste de um refinador de sopro quente, um refinador de caldo quente, um refinador de linha de sopro, um refinador de disco, um refinador cônico, um refinador cilíndrico, um desfibrador em linha, um homogeneizador e combinações destes (observando que estes termos industriais não são mutuamente exclusivos entre si) . Em certas realizações, o refinador mecânico é um refinador de linha de sopro.

[010] Em algumas realizações, um tanque de sopro está localizado abaixo do refinador mecânico. Em outras realizações, um tanque de sopro está situado acima do refinador mecânico. O vapor separado na etapa (d) pode ser separado do tanque de sopro.

[011] Em algumas realizações, o calor é recuperado a partir pelo menos do vapor. Pelo menos parte do vapor pode ser comprimida e devolvida ao digestor. Parte do vapor pode ser purgado do processo.

[012] Em algumas realizações, as enzimas introduzidas ou presentes na unidade de hidrólise enzimática podem incluir não somente celulases, mas também hemicelulases. Em certas realizações, as enzimas introduzidas ou presentes na dita unidade de hidrólise enzimática incluem endoglucanases e exoglucanases.

[013] A solução de reação opcionalmente inclui um catalisador ácido para assistir na extração das hemiceluloses a partir do material inicial, e possivelmente para catalisar parte da hidrólise. Em algumas realizações, o ácido é um ácido contendo enxofre (por exemplo, dióxido de enxofre). Em algumas realizações, o ácido é ácido acético, que pode ser recuperado a partir do fluxo digerido (isto é, a partir das operações paralelas).

[014] O insumo inicial pode incluir sacarose, tal como no caso da cana-energia. A maior parte da sacarose pode ser recuperada ou fermentada como parte dos açúcares fermentáveis.

[015] O processo pode incluir ainda a remoção de um ou mais inibidores da fermentação por esterilização por vapor. Esta esterilização por vapor pode ser conduzida depois da etapa (e), isto é, tratando o fluxo de celulose hidrolisada, antes da fermentação. Alternativamente, ou adicionalmente, a esterilização por vapor pode ser conduzida em um fluxo após a digestão, tal como na linha de sopro, ou como parte de um sistema de reciclagem do ácido acético.

[016] O processo pode incluir ainda uma etapa de fermentação dos açúcares fermentáveis em um produto de fermentação. Tipicamente, o processo incluirá ainda a concentração e purificação do produto da fermentação. O produto de fermentação pode ser selecionado entre etanol, n-butanol, 1,4-butanediol, ácido succínico, ácido lático ou combinações destes, por exemplo. A lignina pode ser queimada para produção de energia.

[017] Algumas variações proveem um processo para produzir açúcares fermentáveis a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo compreendendo biomassa celulósica; (b) digestão do insumo com uma solução de reação incluindo vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (c) transporte do vapor digerido através de um refinador mecânico, assim gerando um fluxo refinado com um tamanho médio de partícula reduzido dos sólidos ricos em celulose; (d) separação de um vapor do fluxo refinado; (e) introdução do fluxo refinado em uma unidade de hidrólise enzimática ácida em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; (f) recuperação ou processamento posterior de pelo menos alguns dos açúcares como açúcares fermentáveis.

[018] Certas realizações proveem um processo para produzir etanol a partir da biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo compreendendo biomassa celulósica; (b) digestão do insumo com uma solução de reação incluindo vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reações eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (c) transporte do vapor digerido através de um refinador em linha de sopro, assim gerando um fluxo refinado com um tamanho médio de partícula reduzido dos sólidos ricos em celulose; (d) separação de um vapor do fluxo refinado; (e) introdução do fluxo refinado em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares a partir dos sólidos ricos em celulose e a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; (f) fermentação dos açúcares para produzir etanol na solução diluída; e (g) concentração da solução diluída para produzir um produto de etanol.

[019] Algumas variações proveem um processo para produzir um produto de fermentação a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo contendo biomassa lignocelulósica e açúcar monomérico que é fisicamente ligado nisto; (b) combinação do insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar e opcionalmente enzimas de celulase para criar uma mistura inicial; (c) refinação da mistura inicial para liberar mecanicamente o dito açúcar monomérico e para misturar intimamente o microrganismo de fermentação de açúcar e, se presente, as enzimas de celulase; (d) fermentação do açúcar monomérico com o microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da mistura intermediária com uma solução de reação que inclui vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) opcionalmente, condução do fluxo digerido através de um refinador mecânico para reduzir o tamanho médio das partículas dos ditos sólidos ricos em celulose; (g) separação de um vapor do fluxo digerido e recuperação do dito produto de fermentação a partir do vapor; (h) introdução do fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (i) fermentação dos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do produto de fermentação.

[020] Em algumas realizações, o insumo inclui cana de açúcar, cana-energia ou combinações destas, e o açúcar monomérico é substancialmente sacarose. Nestas e em outras realizações, o insumo pode incluir milho, e o açúcar monomérico é substancialmente dextrose.

[021] O microrganismo da fermentação de açúcar pode ser levedura ou bactéria.

[022] A solução de reação pode incluir vapor na forma saturada, superaquecida ou supersaturada. Em algumas realizações, a solução de reação compreende água quente. A solução de reação pode compreender ainda um ácido, tal como ácido contendo enxofre ou ácido acético (por exemplo, ácido acético recuperado do fluxo digerido).

[023] O refinador mecânico pode ser selecionado dentre o grupo que consiste de um refinador de sopro quente, um refinador de caldo quente, um refinador de linha de sopro, um refinador de disco, um refinador cônico, um refinador cilíndrico, um desfibrador em linha, um homogeneizador e combinações destes. Em algumas realizações com a etapa (f), um tanque de sopro está localizado abaixo do refinador mecânico e/ou um tanque de sopro está situado acima do refinador mecânico.

[024] Em algumas realizações, o vapor é separado de um tanque de sopro, e o calor é recuperado a partir pelo menos do vapor. Pelo menos parte do vapor pode ser comprimida e devolvida ao digestor. Parte do vapor pode ser purgado do processo.

[025] As enzimas introduzidas ou presentes na dita unidade de hidrólise enzimática incluem celulases e hemicelulases. As enzimas introduzidas ou presentes na dita unidade de hidrólise enzimática podem incluir endoglucanases e exoglucanases.

[026] O produto de fermentação pode ser selecionado entre etanol, n-butanol, 1,4-butanediol, ácido succínico, ácido lático ou combinações destes. Em algumas realizações, o produto da fermentação é etanol. O processo pode incluir a concentração e purificação do produto da fermentação. O processo pode incluir ainda a combustão da lignina.

[027] Algumas variações proveem um processo para produzir um produto de fermentação a partir de biomassa, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo contendo biomassa lignocelulósica e açúcar monomérico que é fisicamente ligado nisto; (b) combinação do insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar e enzimas de celulase para criar uma mistura inicial; (c) refinação da mistura inicial para liberar mecanicamente o açúcar monomérico e para misturar intimamente o microrganismo de fermentação de açúcar e as enzimas de celulase; (d) fermentação do açúcar monomérico com o microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da mistura intermediária com uma solução de reação que inclui vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) condução do fluxo digerido através de um refinador mecânico para reduzir o tamanho médio das partículas dos ditos sólidos ricos em celulose; (g) introdução do fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (h) fermentação dos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do produto de fermentação.

[028] Algumas variações proveem um processo para produzir um produto de fermentação a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo contendo biomassa lignocelulósica e açúcar monomérico que é fisicamente ligado nisto; (b) combinação do insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar para criar uma mistura inicial; (c) refinação da mistura inicial para liberar mecanicamente o açúcar monomérico e para misturar intimamente o microrganismo de fermentação de açúcar; (d) fermentação do açúcar monomérico com o microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da mistura intermediária com uma solução de reação que inclui vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) introdução do fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (g) fermentação dos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do produto de fermentação.

[029] Algumas variações proveem um processo para produzir etanol a partir da biomassa, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo contendo cana de açúcar ou cana-energia com sacarose fisicamente ligada a ele; (b) combinação do insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar e opcionalmente enzimas de celulase para criar uma mistura inicial; (c) refinação da mistura inicial para liberar mecanicamente a sacarose e para misturar intimamente o microrganismo de fermentação de açúcar e, se presente, as enzimas de celulase; (d) fermentação da sacarose com o microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da mistura intermediária com uma solução de reação que inclui vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) opcionalmente, condução do fluxo digerido através de um refinador mecânico para reduzir o tamanho médio das partículas dos ditos sólidos ricos em celulose; (g) separação de um vapor a partir do fluxo digerido e recuperação de pelo menos parte da quantidade inicial de etanol a partir do vapor; (h) introdução do fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (i) fermentação dos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do etanol.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[030] A FIG. 1 é um diagrama em fluxo de blocos simplificado representando o processo de algumas realizações da presente invenção.

[031] A FIG. 2 é um diagrama em fluxo de blocos simplificado representando o processo de algumas realizações da presente invenção.

[032] A FIG. 3 é um diagrama em fluxo de blocos simplificado representando o processo de algumas realizações da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[033] Este relatório descritivo permitirá que um técnico no assunto realize e use a invenção, e descreve diversas realizações, adaptações, variações, alternativas e usos da invenção. Estas e outras realizações, aspectos, e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais aparentes para os técnicos no assunto quando tomados como referência a descrição detalhada a seguir da invenção em conjunto com quaisquer desenhos acompanhantes.

[034] Como usado neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares “um”, “uma”, e “o”, “a” incluem referências no plural, exceto se o contexto indicar claramente de outra forma. Exceto se definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados aqui têm o mesmo significado que comumente entendido por um técnico no assunto ao qual esta invenção pertence. Todos os números e faixas da composição baseados em porcentagens são porcentagens de peso, exceto se indicado de outra maneira. Todas as faixas de números ou condições são destinados a englobar qualquer valor específico dentro da faixa, arredondados para qualquer ponto decimal adequado.

[035] Exceto se indicado de outra maneira, todos os números expressando condições de reação, estequiometrias, concentrações de componentes, e assim por diante, usados no relatório descritivo e nas reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todas as instâncias pelo termo “aproximadamente”. Desta forma, exceto se indicado ao contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no relatório descritivo a seguir e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo de pelo menos uma técnica analítica específica.

[036] O termo “compreendendo”, que é um sinônimo de “incluindo”, “contendo”, ou “caracterizado por” é inclusivo ou aberto e não exclui elementos ou etapas de métodos adicionais não citados. “Compreendendo” é um termo da técnica usado na linguagem das reivindicações que significa que os elementos nomeados na reivindicação são essenciais, mas outros elementos da reivindicação podem ser adicionados e ainda formarem um construto dentro do escopo da reivindicação.

[037] Como usado aqui, a expressão “consistindo em” exclui qualquer elemento, etapa ou ingrediente não especificado na reivindicação. Quando a expressão “consiste de” (ou variações desta) aparece em uma oração do corpo de uma reivindicação, em vez de imediatamente após o preâmbulo, ela limita somente o elemento estabelecido naquela oração; outros elementos não são excluídos da reivindicação como um todo. Como usada aqui, a frase “consistindo essencialmente de” limita o escopo de uma reivindicação aos elementos especificados ou etapas do método, mais aqueles que não afetam materialmente a base e a(s) característica(s) da novidade do assunto da matéria reivindicada.

[038] Com relação aos termos “compreendendo”, “consistindo de” e “consistindo essencialmente de”, onde um destes três termos é usado aqui, a matéria reivindicada e presentemente revelada pode incluir o uso de ambos os outros dois termos. Assim, em algumas realizações não explicitamente citadas de outra maneira, qualquer caso de “compreendendo” pode ser substituído por “consistindo de” ou, alternativamente, por “consistindo essencialmente de”.

[039] Todas as descrições das realizações da invenção devem ser construídas como realizações que são “caracterizadas por” a(s) descrição(ões) aplicável(is) ou “caracterizada pela(o)” as realizações incluem a(s) descrição(ões) aplicável(is).

[040] Algumas variações estão pressupostas na descoberta de um processo surpreendentemente simples para converter biomassa lignocelulósica em açúcares fermentáveis. A biomassa pode ser submetida a um vapor ou imersão em água quente para hemiceluloses dissolvidas, com ou sem a reciclagem de ácido acético. Esta etapa é seguida pelo refinamento mecânico, tal como em um refinador de sopro quente dos sólidos ricos em celulose (e ricos em lignina). Os sólidos refinados são então hidrolisados enzimaticamente para gerar açúcares. Uma etapa de esterilização em vapor para remover os inibidores da fermentação no hidrolisado pode ser incluída.

[041] Certas realizações exemplares da invenção serão agora descritas. Estas realizações não são destinadas a limitar o escopo da invenção como reivindicada. A ordem das etapas pode ser variada, algumas etapas podem ser omitidas, e/ou outras etapas podem ser adicionadas. A presente referência à primeira etapa, segunda etapa, etc. é somente para fins de ilustração. Nos desenhos, as linhas pontilhadas denotam fluxos opcionais.

[042] Em algumas variações, é provido um processo para produzir açúcares fermentáveis a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo compreendendo biomassa celulósica; (b) digestão do insumo com uma solução de reação incluindo vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (c) transporte do vapor digerido através de um refinador mecânico, assim gerando um fluxo refinado com um tamanho médio de partícula reduzido dos sólidos ricos em celulose; (d) separação de um vapor do fluxo refinado; (e) introdução do dito fluxo refinado em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (f) recuperação ou processamento posterior de pelo menos alguns dos açúcares como açúcares fermentáveis.

[043] Em algumas realizações, a solução de reação compreende vapor na forma saturada, superaquecida ou supersaturada. Nestas ou em outras realizações, a solução de reação compreende água quente.

[044] O refinador mecânico pode ser selecionado dentre o grupo que consiste de um refinador de sopro quente, um refinador de caldo quente, um refinador de linha de sopro, um refinador de disco, um refinador cônico, um refinador cilíndrico, um desfibrador em linha, um homogeneizador e combinações destes (observando que estes termos industriais não são mutuamente exclusivos entre si) . Em certas realizações, o refinador mecânico é um refinador de linha de sopro. Outros refinadores mecânicos podem ser usados, e auxílios de refinamento mecânico podem ser introduzidos.

[045] O tratamento mecânico (refinamento) pode usar uma ou mais técnicas conhecidas, tal como, entre outros, moagem, trituração, batedura, sonicação ou quaisquer outros meios para reduzir o tamanho da partícula de celulose. Tais refinadores são bem conhecidos na indústria e incluem, sem limitação, batedores Valley, refinadores de disco único, refinadores de disco duplo, refinadores cônicos, incluindo ambos ângulo amplo e ângulo estreito, refinadores cilíndricos, homogeneizadores, microfluidizadores e outros aparelhos similares de moagem e trituração. Vide, por exemplo, Smook, Handbook for Pulp & Paper Technologists, Tappi Press, 1992.

[046] Em algumas realizações, um tanque de sopro está localizado abaixo do refinador mecânico. Em outras realizações, um tanque de sopro está situado acima do refinador mecânico. Em certas realizações, um primeiro tanque de sopro está localizado abaixo do refinador mecânico e um segundo tanque de sopro está situado acima do refinador mecânico. O vapor separado na etapa (d) pode ser separado de um tanque de sopro.

[047] Observe que “tanque de sopro” deve ser construído amplamente para incluir não somente um tanque, mas quaisquer outros aparelhos ou equipamentos capazes de permitir uma redução de pressão no fluxo do processo. Assim, um tanque de sopro pode ser um tanque, reservatório, seção de tubo, válvula, dispositivo de separação ou outra unidade.

[048] Em algumas realizações, após um digestor remover a hemicelulose, um sopro intermediário é realizado, por exemplo, em aproximadamente 40 psig. O material é enviado para um refinador de linha de sopro, e então para um sopro final em pressão atmosférica.

[049] O refinamento pode ser conduzido em uma ampla faixa de concentrações de sólidos (consistência), incluindo a partir de aproximadamente 5% a aproximadamente 50% de consistência, tal como aproximadamente 10%, 20%, 30%, 35% ou 40% de consistência.

[050] Em algumas realizações, o calor é recuperado a partir pelo menos do vapor usando os princípios da integração de calor. Pelo menos parte do vapor pode ser comprimida e devolvida ao digestor. Parte do vapor pode ser purgado do processo.

[051] A solução de reação opcionalmente inclui um catalisador ácido para assistir na extração das hemiceluloses a partir do material inicial, e possivelmente para catalisar parte da hidrólise. Em algumas realizações, o ácido é um ácido contendo enxofre (por exemplo, dióxido de enxofre). Em algumas realizações, o ácido é ácido acético, que pode ser recuperado a partir do fluxo digerido (isto é, a partir das operações paralelas).

[052] O insumo inicial pode incluir sacarose, tal como no caso da cana-energia. A maior parte da sacarose pode ser recuperada como parte dos açúcares fermentáveis.

[053] O processo pode incluir a limpeza do insumo inicial, por meio de limpeza a seco ou molhada. O processo pode incluir a redução de tamanho, imersão em água quente, desaguamento, vaporização, ou outras operações, acima do digestor.

[054] Em algumas realizações, as enzimas introduzidas ou presentes na unidade de hidrólise enzimática podem incluir não somente celulases, mas também hemicelulases. Em certas realizações, as enzimas introduzidas ou presentes na dita unidade de hidrólise enzimática incluem endoglucanases e exoglucanases.

[055] O processo pode incluir ainda a remoção de um ou mais inibidores da fermentação (tal como ácido acético ou furfural) por esterilização por vapor. Esta esterilização por vapor pode ser conduzida depois da etapa (e) , isto é, tratando o fluxo de celulose hidrolisada, antes da fermentação. Alternativamente, ou adicionalmente, a esterilização por vapor pode ser conduzida em um fluxo após a digestão, tal como na linha de sopro, ou como parte de um sistema de reciclagem do ácido acético.

[056] O processo pode incluir ainda uma etapa de fermentação dos açúcares fermentáveis em um produto de fermentação. Tipicamente, o processo incluirá ainda a concentração e purificação do produto da fermentação. O produto de fermentação pode ser selecionado entre etanol, n-butanol, 1.4- butanediol, ácido succínico, ácido lático ou combinações destes, por exemplo. A lignina pode ser queimada para produção de energia.

[057] Algumas variações são pressupostas na percepção de que as enzimas e/ou microrganismos (por exemplo, levedura, esporos de levedura, bactérias, etc.) podem ser adicionados em vários pontos no processo. A adição antecipada de microrganismos pode ser particularmente vantajosa quando o açúcar livre está presente ou prontamente liberado no insumo inicial. Por exemplo, a cana de açúcar ou cana-energia contém açúcar livre na forma de sacarose (em suco extraível), e esta sacarose pode ser fermentada em etanol ou outro produto antes da hidrólise enzimática da celulose em glicose e/ou durante a hidrólise enzimática da celulose em glicose. Algumas realizações introduzem enzimas de celulase com microrganismos em uma mistura que é então refinada ou mecanicamente tratada, ou a uma mistura que está passando por refinamento ou tratamento mecânico.

[058] Em algumas realizações, tal como representado na FIG. 1, um microrganismo tal como a levedura é adicionado com o insumo (por exemplo, cana de açúcar ou cana- energia) a um refinador ou outro dispositivo mecânico. O refinador é configurado para misturar vigorosamente para permitir o contato íntimo e esmagamento do insumo. O refinador também proporciona o contato íntimo do microrganismo com o suco e a matéria seca. O refinador pode ser operado em condições atmosféricas. Esta revelação incorpora como referência o pedido de patente norte-americana no 14/487,070 de autoria em comum para Retsina et al., “PROCESSES AND APPARATUS FOR REFINING SUGARCANE TO PRODUCE SUGARS, BIOFUELS AND/OR BIOCHEMICALS” [“Processo e Aparelho para Refinamento de Cana de Açúcar para produzir açúcares, biocombustíveis e/ou bioquímicos”], depositado em 15 de setembro de 2014, o qual descreve refinadores que são adequados para algumas realizações dos processos descritos aqui.

[059] As enzimas podem ser introduzidas no refinador ou ao fluxo de alimentação no refinador. Uma fermentação inicial é então realizada para fermentar o açúcar livre em etanol ou outro produto de fermentação, que pode ser enviado para purificação ou pode permanecer na mistura. Nas realizações mostradas na FIG. 1, a mistura total (incluindo etanol ou outro produto) segue para um digestor de vapor ou de água quente para extração da hemicelulose. Então o material digerido é transportado para um tanque de sopro, com ou sem o refinamento em linha de sopro intermediário, e a ventilação do tanque de sopro pode ser enviada diretamente para retificação, destilação ou outra unidade de purificação. Quando a fermentação inicial é etanol, a ventilação do tanque de sopro será enriquecida em etanol permitindo a recuperação conveniente.

[060] A fermentação inicial pode ser realizada em um fermentador ordinário ou outro tipo de reservatório, recipiente, ou tubo permitindo o tempo de retenção adequado. A temperatura tipicamente estará em aproximadamente 25 °C a aproximadamente 80 °C, tal como aproximadamente 3 0 °C a aproximadamente 50 °C. Após a fermentação inicial, a mistura pode então ser tratada posteriormente em uma temperatura (e pressão) mais alta e/ou um tempo mais longo. O material é então soprado para um tanque de sopro, opcionalmente com refinamento antes, durante ou depois de tal descarga.

[061] Na FIG. 2, o produto de fermentação inicial é removido e enviado diretamente para purificação. Quando o produto da fermentação inicial (a partir do açúcar livre, tal como a sacarose) é o mesmo que o produto da fermentação posterior (a partir de açúcares celulósicos), um sistema de purificação comum é preferencialmente utilizado, mas isto não é necessário. Em certas realizações, uma parte do produto da fermentação inicial é enviado diretamente para purificação enquanto uma parte é transportada para o digestor e então recuperada da ventilação do tanque de sopro, em uma combinação das FIGS. 1 e 2.

[062] A FIG. 3 ilustra que enzimas podem ser introduzidas em muitos locais ao longo do processo. As enzimas também podem ser adicionadas à linha de sopro antes do refinador de linha de sopro (não mostrado) ou no refinador em linha de sopro, para assistir no contato da enzima com as fibras. Os microrganismos (tal como as leveduras ou bactéria) também podem ser adicionados em diversos locais.

[063] Algumas variações proveem um processo para produzir um produto de fermentação a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo contendo biomassa lignocelulósica e açúcar monomérico que é fisicamente ligado nisto; (b) combinação do insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar e opcionalmente enzimas de celulase para criar uma mistura inicial; (c) refinação da mistura inicial para liberar mecanicamente o dito açúcar monomérico e para misturar intimamente o microrganismo de fermentação de açúcar e, se presente, as enzimas de celulase; (d) fermentação do açúcar monomérico com o microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da mistura intermediária com uma solução de reação que inclui vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) opcionalmente, condução do fluxo digerido através de um refinador mecânico para reduzir o tamanho médio das partículas dos ditos sólidos ricos em celulose; (g) separação de um vapor do fluxo digerido e recuperação do dito produto de fermentação a partir do vapor; (h) introdução do fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (i) fermentação dos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do produto de fermentação.

[064] Em algumas realizações, o insumo inclui cana de açúcar, cana-energia ou combinações destas, e o açúcar monomérico é substancialmente sacarose. Nestas e em outras realizações, o insumo pode incluir milho, e o açúcar monomérico é substancialmente dextrose.

[065] O microrganismo da fermentação de açúcar pode ser levedura ou bactéria.

[066] A solução de reação pode incluir vapor na forma saturada, superaquecida ou supersaturada. Em algumas realizações, a solução de reação compreende água quente. A solução de reação pode compreender ainda um ácido, tal como ácido contendo enxofre ou ácido acético (por exemplo, ácido acético recuperado do fluxo digerido).

[067] O refinador mecânico pode ser selecionado dentre o grupo que consiste de um refinador de sopro quente, um refinador de caldo quente, um refinador de linha de sopro, um refinador de disco, um refinador cônico, um refinador cilíndrico, um desfibrador em linha, um homogeneizador e combinações destes. Em algumas realizações com a etapa (f), um tanque de sopro está localizado abaixo do refinador mecânico e/ou um tanque de sopro está situado acima do refinador mecânico.

[068] Em algumas realizações, o vapor é separado de um tanque de sopro, e o calor é recuperado a partir pelo menos do vapor. Pelo menos parte do vapor pode ser comprimida e devolvida ao digestor. Parte do vapor pode ser purgado do processo.

[069] As enzimas introduzidas ou presentes na dita unidade de hidrólise enzimática incluem celulases e hemicelulases. As enzimas introduzidas ou presentes na dita unidade de hidrólise enzimática podem incluir endoglucanases e exoglucanases.

[070] O produto de fermentação pode ser selecionado entre etanol, n-butanol, 1,4-butanediol, ácido succínico, ácido lático ou combinações destes. Em algumas realizações, o produto da fermentação é etanol. O processo pode incluir a concentração e purificação do produto da fermentação. O processo pode incluir ainda a combustão da lignina.

[071] Algumas variações proveem um processo para produzir um produto de fermentação a partir de biomassa, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo contendo biomassa lignocelulósica e açúcar monomérico que é fisicamente ligado nisto; (b) combinação do insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar e enzimas de celulase para criar uma mistura inicial; (c) refinação da mistura inicial para liberar mecanicamente o açúcar monomérico e para misturar intimamente o microrganismo de fermentação de açúcar e as enzimas de celulase; (d) fermentação do açúcar monomérico com o microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da mistura intermediária com uma solução de reação que inclui vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) condução do fluxo digerido através de um refinador mecânico para reduzir o tamanho médio das partículas dos ditos sólidos ricos em celulose; (g) introdução do fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (h) fermentação dos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do produto de fermentação.

[072] Algumas variações proveem um processo para produzir um produto de fermentação a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo contendo biomassa lignocelulósica e açúcar monomérico que é fisicamente ligado nisto; (b) combinação do insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar para criar uma mistura inicial; (c) refinação da mistura inicial para liberar mecanicamente o açúcar monomérico e para misturar intimamente o microrganismo de fermentação de açúcar; (d) fermentação do açúcar monomérico com o microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da mistura intermediária com uma solução de reação que inclui vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) introdução do fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (g) fermentação dos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do produto de fermentação.

[073] Algumas variações proveem um processo para produzir etanol a partir da biomassa, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo contendo cana de açúcar ou cana-energia com sacarose fisicamente ligada a ele; (b) combinação do insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar e opcionalmente enzimas de celulase para criar uma mistura inicial; (c) refinação da mistura inicial para liberar mecanicamente a sacarose e para misturar intimamente o microrganismo de fermentação de açúcar e, se presente, as enzimas de celulase; (d) fermentação da sacarose com o microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da mistura intermediária com uma solução de reação que inclui vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) opcionalmente, condução do fluxo digerido através de um refinador mecânico para reduzir o tamanho médio das partículas dos ditos sólidos ricos em celulose; (g) separação de um vapor a partir do fluxo digerido e recuperação de pelo menos parte da quantidade inicial de etanol a partir do vapor; (h) introdução do fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (i) fermentação dos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do etanol.

[074] Algumas variações proveem um processo para produzir açúcares fermentáveis a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo compreendendo biomassa celulósica; (b) digestão do insumo com uma solução de reação incluindo vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (c) transporte do vapor digerido através de um refinador mecânico, assim gerando um fluxo refinado com um tamanho médio de partícula reduzido dos sólidos ricos em celulose; (d) separação de um vapor do fluxo refinado; (e) introdução do fluxo refinado em uma unidade de hidrólise enzimática ácida em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; (f) recuperação ou processamento posterior de pelo menos alguns dos açúcares como açúcares fermentáveis.

[075] Certas realizações proveem um processo para produzir etanol a partir da biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo compreendendo biomassa celulósica; (b) digestão do insumo com uma solução de reação incluindo vapor e/ou água quente em um digestor em condições de reação eficazes para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (c) transporte do vapor digerido através de um refinador em linha de sopro, assim gerando um fluxo refinado com um tamanho médio de partícula reduzido dos sólidos ricos em celulose; (d) separação de um vapor do fluxo refinado; (e) introdução do fluxo refinado em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares a partir dos sólidos ricos em celulose e a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; (f) fermentação dos açúcares para produzir etanol na solução diluída; e (g) concentração da solução diluída para produzir um produto de etanol.

[076] Em algumas variações, a invenção provê um processo para produzir açúcares fermentáveis a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo compreendendo biomassa celulósica; (b) extração do insumo com uma solução de extração incluindo vapor e/ou água quente em condições de extração eficazes para produzir um líquor do extrato contendo oligômeros de hemicelulose, lignina dissolvida, e sólidos ricos em celulose; (c) separação de pelo menos uma parte dos sólidos ricos em celulose do líquor do extrato para produzir sólidos ricos em celulose lavados; (d) remoção de uma parte de glucano contido nos sólidos ricos em celulose lavados por meio do contato dos sólidos ricos em celulose lavados com uma mistura concentrada de liquefação das enzimas para liberar os oligômeros de glicose; (e) co-hidrolisação dos oligômeros de glicose e dos oligômeros de hemicelulose, tal como enzimas ou um ácido catalista para produzir glicose e monômeros de hemicelulose; e (f) recuperação da glicose e monômeros de hemicelulose como açúcares fermentáveis.

[077] Em algumas realizações, a solução da extração compreende vapor na forma saturada, superaquecida ou supersaturada. Em algumas realizações, a solução de reação compreende água quente. Aditivos podem estar presentes, tal como ácido ou catalisadores de base, ou outros compostos presentes nos fluxos reciclados. A fração da hemicelulose inicial que é extraída na solução pode ser a partir de aproximadamente 60% a aproximadamente 95%, tal como aproximadamente 75%, 80%, 85% ou 90%.

[078] Em algumas realizações, a etapa (c) inclui a lavagem dos sólidos ricos em celulose usando uma solução aquosa de lavagem para produzir um filtrado de lavagem; e opcionalmente combinando pelo menos parte do filtrado de lavagem com o líquor do extrato. Em algumas destas realizações, a etapa (c) inclui ainda a pressão dos sólidos ricos em celulose para produzir os sólidos ricos em celulose lavados e um filtrado de pressão; e opcionalmente, a combinação de pelo menos parte do filtrado de lavagem com o líquor do extrato.

[079] A etapa (c) pode incluir a lavagem contracorrente, tal como em duas, três, quatro ou mais etapas de lavagem. A etapa (d) pode ser integrada a etapa (c), e em certas realizações, a etapa (c) e a etapa (d) são conduzidas em uma única unidade. Isto é, a separação/lavagem na etapa (c) pode ser combinada com a aplicação da mistura concentração de liquefação das enzimas na etapa (d), de diversas maneiras.

[080] A etapa (d) é configurada para fazer com que pelo menos parte da liquefação como um resultado da ação enzimática nos sólidos ricos em celulose lavados. “Liquefação” significa a hidrólise parcial da celulose para formar oligômeros de glicose (isto é, glucano) que se dissolve na solução, mas não hidrólise total dos monômeros de glicose (sacarificação). Várias frações da celulose podem ser hidrolisadas durante a liquefação. Em algumas realizações, como um resultado da etapa (d), a fração da celulose hidrolisada pode ser a partir de aproximadamente 5% a aproximadamente 90%, tal como aproximadamente 10% a aproximadamente 75% (por exemplo, aproximadamente 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65% ou 70%).

[081] Uma “mistura concentrada de liquefação de enzimas” significa uma mistura de enzimas que inclui pelo menos uma enzima capaz de hidrolisar a celulose para formar oligômeros solúveis. A aplicação da mistura concentrada de liquefação das enzimas pode ser conduzida antes de uma primeira etapa de lavagem, durante (integrada com) uma primeira etapa de lavagem, entre uma primeira e uma segunda etapa de lavagem, durante (integrada com) uma segunda etapa de lavagem, após uma segunda etapa de lavagem, ou durante (integrada com) ou após uma etapa de lavagem posterior.

[082] Em algumas realizações, a mistura concentrada de liquefação das enzimas na etapa (d) inclui ambas endoglucanases e exoglucanases. As endoglucanases são celulases que atacam as regiões de baixa cristalinidade nas fibras de celulose por meio da endoação, criando cadeias finais livres. As exoglucanases ou celobiohidrolases são celulases que hidrolisam as ligações de 1,4-glicocidil na celobiose.

[083] Diversas enzimas de celulases podem ser utilizadas na mistura concentrada de liquefação das enzimas, tal como uma ou mais enzimas citadas em Verardi et al., “Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass: Current Status of Processes and Technologies and Future Perspectives,” Bioethanol, Prof. Marco Aurelio Pinheiro Lima (Ed.), ISBN: 978-953-51-0008-9, InTech (2012), que está incorporado aqui como referência.

[084] Algumas realizações utilizam enzimas termotolerantes obtidas a partir de microrganismos termofílicos. Os microrganismos termofílicos podem ser agrupados em termófilos (crescimento até 60 °C) , termófilos extremos (65-80 °C) e hipertermófilos (85-110 °C) . A estabilidade única das enzimas produzidas por estes microrganismos em temperaturas elevadas, pH extremo e alta pressão (até 1000 bar) as torna valiosas para processos em condições severas. Além disso, as enzimas termofílicas têm uma resistência aumentada para muitas condições de desnaturação, tal como o uso de detergentes que pode ser um meio eficiente para prevenir a adsorção irreversível de celulases nos substratos. Além disso, a utilização de altas temperaturas de operação, que causam uma diminuição na viscosidade e um aumento nos coeficientes de difusão dos substratos têm uma influência significante na solubilização da celulose. Vale observar que a maioria das celulases termofílicas não mostra a inibição em alto nível dos produtos da reação (por exemplo, celobiose e glicose). Como consequência, taxas mais altas de reação e resultados superiores do processo são esperadas. A alta temperatura do processo também reduz a contaminação. Vide Tabela 6, “Celulases termoestáveis” em Verardi et al., citado anteriormente, para enzimas termotolerantes exemplares que podem ser usadas na mistura concentrada em liquefação das enzimas.

[085] Em algumas realizações, uma enzima é selecionada de forma que em uma alta temperatura, a enzima seja capaz de catalisar a liquefação (hidrólise parcial), mas não a sacarificação (hidrólise total). Quando a temperatura é reduzida, a mesma enzima é capaz de catalisar a sacarificação para produzir glicose.

[086] O processo pode compreender ainda o refinamento ou moagem dos sólidos ricos em celulose lavados antes ou durante a etapa (d).

[087] Quando a etapa (e) utiliza enzimas, estas enzimas tipicamente conterão celulases e hemicelulases. As celulases aqui podem incluir ß-glucosidases que convertem os celooligosacarídeos e celobiose dissacarídeo em glicose. Existe um número de enzimas que pode atacar as hemiceluloses, tal como o glucuronido, acetilesterase, xilanase, ß- xilosidase, galactomanano e glucomanano. Os catalisadores ácidos exemplares para a etapa (e) incluem ácido sulfúrico, dióxido de enxofre, ácido clorídrico, ácido fosfórico, e ácido nítrico.

[088] Em algumas realizações, catalisadores não ácidos e não enzimáticos podem ser usados para co-hidrolisação dos oligômeros de glicose e os oligômeros de hemicelulose. Por exemplo, catalisadores de base, catalisadores sólidos, líquidos iônicos, ou outros materiais eficientes podem ser utilizados.

[089] O processo compreende ainda uma etapa de fermentação dos açúcares em um produto de fermentação (tal como etanol), em algumas realizações.

[090] Outras variações proveem um processo para produzir açúcares fermentáveis a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) provisão de um insumo compreendendo biomassa celulósica; (b) extração do insumo com vapor e/ou água quente em condições de extração eficazes para produzir um líquor do extrato contendo oligômeros de hemicelulose, lignina dissolvida, e sólidos ricos em celulose; (c) separação de pelo menos uma parte dos sólidos ricos em celulose do líquor do extrato para produzir sólidos ricos em celulose lavados; (d) remoção de uma parte de glucano contido nos sólidos ricos em celulose lavados por meio do contato dos sólidos ricos em celulose lavados com uma mistura concentrada de liquefação das enzimas para liberar os oligômeros de glicose; (e) hidrolisação dos oligômeros de glicose com um primeiro catalisador de hidrólise para produzir glicose; (f) hidrolisação dos oligômeros de hemicelulose com um segundo catalisador de hidrólise para produzir monômeros de hemicelulose; e (g) recuperação dos monômeros de hemicelulose e glicose, individualmente ou em combinação, como açúcares fermentáveis.

[091] Em algumas realizações, o primeiro catalisador de hidrólise inclui celulases. Em algumas realizações, o segundo catalisador de hidrólise inclui hemicelulases. Em outras realizações, o primeiro catalisador de hidrólise e o segundo catalisador de hidrólise são catalisadores ácidos, catalisadores de base, líquidos iônicos, catalisadores sólidos, ou outros materiais eficazes. O primeiro catalisador de hidrólise pode ser o mesmo, ou diferente do segundo catalisador de hidrólise.

[092] Em algumas realizações, a glicose é recuperada em um fluxo separado a partir dos monômeros de hemicelulose. Em outras realizações, a glicose é recuperada e os monômeros de hemicelulose são recuperados no mesmo fluxo. O processo pode incluir uma etapa de fermentação da glicose e/ou açúcares de hemicelulose fermentáveis em um produto de fermentação.

[093] O insumo de biomassa pode ser selecionado a partir de madeira de lei, folhosas, resíduos florestais, resíduos agrícolas (tal como bagaço de cana de açúcar), resíduos industriais, resíduos finais do consumo, ou combinações destes. Em qualquer destes processos, o insumo pode incluir sacarose. Em algumas realizações com a sacarose presente no insumo, a maior parte da sacarose é recuperada como parte dos açúcares fermentáveis. A fim de preservar a sacarose (quando presente), é preferido utilizar enzimas em vez de catalisadores ácidos para hidrólise da celulose.

[094] Em algumas realizações, o processo começa quando a biomassa é recebida ou reduzida para aproximadamente %” da espessura. Em uma primeira etapa do processo, as lascas de biomassa são colocadas (por exemplo, a partir de um compartimento de chips) em um reservatório de extração pressurizado operando continuamente ou em modo de lote. As lascas podem ser primeiro vaporizadas ou lavadas em água para remover a sujeira e o ar entranhado. As lascas são imersas em líquor aquoso ou vapor saturado e aquecidas para uma temperatura a partir de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 250 °C, por exemplo, 150 °C, 160 °C, 170 °C, 180 °C, 190 °C, 200 °C, ou 210 °C. Preferencialmente, as lascas são aquecidas para aproximadamente 180 °C a 210 °C.

[095] A pressão no reservatório pressurizado pode ser ajustada para manter o líquor aquoso como um líquido, um vapor, ou uma combinação destes. As pressões exemplares são aproximadamente 1 atm a aproximadamente 30 atm, tal como aproximadamente 3 atm, 5 atm, 10 atm ou 15 atm.

[096] O tempo de residência da fase sólida para o digestor (reservatório de extração pressurizado) pode variar a partir de aproximadamente 2 minutos a aproximadamente 4 horas, tal como aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 1 hora. Em certas realizações, o tempo de residência do digestor é controlado para ser aproximadamente 5 a 15 minutos, tal como 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15 minutos. O tempo de residência da fase líquida para o digestor pode variar a partir de aproximadamente 2 minutos a aproximadamente 4 horas, tal como aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 1 hora. O tempo de residência da fase de vapor para o digestor pode variar a partir de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 2 horas, tal como aproximadamente 3 minutos a aproximadamente 30 minutos. Os tempos de residência da fase sólida, fase líquida e fase de vapor podem todos ser aproximadamente o mesmo, ou podem ser controlados de forma independente de acordo com os princípios de engenharia do reator (por exemplo, estratégias de recirculação interna e reciclagem).

[097] O líquor aquoso pode conter compostos acidificantes, tal como (entre outros) ácido sulfúrico, ácido sulforoso, dióxido de enxofre, ácido acético, ácido fórmico ou ácido oxálico, ou combinações destes. A concentração de ácido diluído pode variar a partir de 0,1% a 10% conforme necessário para melhorar a solubilidade dos minerais particulares, tal como potássio, sódio ou sílica. Preferencialmente, a concentração de ácido é selecionada a partir de aproximadamente 0,01% a 4%, tal como 0,1%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%, 2,5%, 3% ou 3,5%.

[098] Uma segunda etapa pode incluir a despressurização das lascas extraídas em um tanque de soro ou outro tanque ou unidade. O vapor pode ser usado para aquecer as lascas de maneira sendo introduzidas ou o líquor de cozimento, direta ou indiretamente. Os ácidos orgânicos volatilizados (por exemplo, o ácido acético) que são gerados ou incluídos na etapa de cozimento, podem ser reciclados de volta para o cozimento.

[099] Uma terceira etapa pode incluir refinar mecanicamente as lascas extraídas. Esta etapa (usando, por exemplo, um refinador em linha de sopro) pode ser realizada antes ou depois da despressurização. Opcionalmente, os sólidos refinados podem ser lavados. A lavagem pode ser realizada com água, condensador reciclados, permeado reciclado, ou combinação destes. A lavagem tipicamente remove o material dissolvido, incluindo hemiceluloses e minerais. A consistência final dos sólidos ricos em celulose desidratados pode ser aumentada em 30% ou mais, preferencialmente em 50% ou mais, usando um dispositivo de pressurização mecânico. O dispositivo de pressurização mecânico pode ser integrado ao refinador mecânico para realizar o refinamento de lavagem combinados.

[100] Uma quarta etapa pode incluir a hidrolisação das lascas extraídas com enzimas para converter parte da celulose em glicose. Quando as enzimas são usadas para a hidrólise da celulose, as enzimas preferencialmente incluem enzimas de celulase. As enzimas podem ser introduzidas nas lascas extraídas com água, condensados reciclados, permeado reciclado, aditivos para ajuste do pH, aditivos para aumentar a hidrólise (tal como lignosulfonatos), ou combinações destes.

[101] Parte ou todas as enzimas podem ser adicionadas à linha de sopro antes ou no refinador de linha de sopro, por exemplo, para assistir no contato da enzima com as fibras. Em algumas realizações, pelo menos uma parte das enzimas são recicladas em um processo de lote ou contínuo.

[102] Quando um ácido é usado para a hidrólise de celulose, o ácido pode ser selecionado a partir de ácido sulfúrico, ácido sulforoso, dióxido de enxofre, ácido fórmico, ácido acético, ácido oxálico, ou combinações destes. Os ácidos podem ser adicionados às lascas extraídas antes ou após o refinamento mecânico. Em algumas realizações, as condições acídicas diluídas são usadas em temperaturas entre aproximadamente 100 °C e 190 °C, por exemplo, aproximadamente 120 °C, 130 °C, 140 °C, 150 °C, 160 °C, ou 170 °C, e preferencialmente a partir de 120 °C a 150 °C. Em algumas realizações, pelo menos uma parte do ácido é reciclada em um processo de lote ou contínuo.

[103] O ácido pode ser selecionado a partir de ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, ou dióxido de enxofre. Alternativamente, ou adicionalmente, o ácido pode incluir ácido fórmico, ácido acético ou ácido oxálico a partir do líquor de cozimento ou reciclado a partir da hidrólise anterior.

[104] Uma quinta etapa pode incluir o condicionamento do hidrolisado para remover parte ou todos os ácidos voláteis e outros inibidores da fermentação. A evaporação pode incluir a expansão do vapor ou esterilização por vapor para remover o dióxido de enxofre, se presente, antes da remoção dos ácidos voláteis. A etapa de evaporação é realizada preferencialmente abaixo do pH de dissociação do ácido acético de 4.8, e mais preferencialmente um pH selecionado a partir de aproximadamente 1 a aproximadamente 2.5. Em algumas realizações, as etapas de evaporação adicionais podem ser usadas. Estas etapas de evaporação adicionais podem ser conduzidas em diferentes condições (por exemplo, temperatura, pressão e pH) com relação à primeira etapa de evaporação.

[105] Em algumas realizações, parte ou todos os ácidos orgânicos evaporados podem ser reciclados, como vapor ou condensado, para a primeira etapa (etapa de cozimento) para assistir na remoção das hemiceluloses ou minerais da biomassa. Esta reciclagem dos ácidos orgânicos, tal como ácido acético, pode ser otimizada com as condições do processo que podem variar dependendo da quantidade reciclada para melhorar a efetividade do cozimento.

[106] Uma sexta etapa pode incluir a recuperação dos açúcares fermentáveis que podem ser armazenados, transportados ou processados. Uma sexta etapa pode incluir a fermentação dos açúcares fermentáveis em um produto, como discutido mais abaixo.

[107] Uma sétima etapa pode incluir preparar os resíduos do sólido (contendo lignina) para combustão. Esta etapa pode incluir refinamento, moagem, fluidização, compactação e/ou peletização da biomassa extraída seca. Os resíduos sólidos podem ser colocados em uma caldeira na forma de pó fino, fibra solta, péletes, briquetes, extrusados, ou qualquer outra forma adequada. O uso de equipamento conhecido, resíduos sólidos podem ser extrusados através de uma câmara pressurizada para formar péletes ou briquetes dimensionados uniformemente.

[108] Algumas realizações da invenção permitem o processamento dos “resíduos agrícolas”, que para as presentes finalidades pretende incluir biomassa lignocelulósica associada às culturas alimentares, gramíneas sazonais, ou outros insumos anualmente renováveis. Os resíduos agrícolas exemplares incluem, entre outros, palha de milho, fibra de milho, palha de trigo, bagaço de cana de açúcar, palha de arroz, palha de aveia, palha de cevada, miscantus, cana- energia, ou combinações destas. Em certas realizações, o resíduo agrícola é bagaço de cana de açúcar, bagaço de cana- energia, palha de cana de açúcar, ou palha de cana-energia. Os materiais agrícolas com ambos materiais de resíduo e açúcares podem ser usados, tal como a cana-energia integral, cana de açúcar integral, milho integral ou partes destes.

[109] Em algumas realizações, os açúcares fermentáveis são recuperados da solução na forma purificada. Em algumas realizações, os açucares fermentáveis são fermentados para produzir os bioquímicos ou biocombustíveis, tais como (entre outros) etanol, 1-butanol, isobutanol, ácido acético, ácido lático, ou quaisquer outros produtos da fermentação. Um produto de fermentação purificado pode ser produzido por meio de destilação do produto da fermentação, o que também gerará fluxo de base de destilação contendo sólidos residuais. A etapa de evaporação das bases pode ser usada para produzir sólidos residuais.

[110] Após a fermentação, os sólidos residuais (tais como as bases de destilação) podem ser recuperados, ou queimados na forma sólido ou pastosa, ou reciclados para serem combinados nos péletes de biomassa. O uso dos sólidos residuais da fermentação pode necessitar da remoção posterior de minerais. Geralmente, quaisquer sólidos residuais podem ser usados para queima após concentração das bases de destilação.

[111] Alternativamente ou adicionalmente, o processo pode incluir a recuperação dos sólidos residuais como um coproduto da fermentação na forma sólida, líquida ou pastosa. O coproduto da fermentação pode ser usado como um adubo ou componente fertilizante, desde que tipicamente seja rico em potássio, nitrogênio e/ou fosforoso.

[112] Em certas realizações, o processo compreende ainda combinar, em um pH de aproximadamente 4.8 a 10 ou superior, uma parte do ácido acético vaporizado com um óxido alcalino, hidróxido alcalino, carbonato alcalino, e/ou bicabornato alcalino, em que o álcali é selecionado dentre o grupo consistindo de potássio, sódio, magnésio, cálcio e combinações destes para converter a parte do ácido acético vaporizado em um acetato alcalino. O acetato alcalino pode ser recuperado. Se desejado, o ácido acético purificado pode ser gerado a partir de acetato alcalino.

[113] Em algumas variações, a invenção provê um processo para separação dos inibidores de fermentação de um hidrolisado derivado de biomassa, o processo compreendendo: (a) provisão de um fluxo de hidrolisado líquido derivado da biomassa compreendendo um inibidor da fermentação. (b) introdução do fluxo de hidrolisado líquido em uma coluna de esterilização por vapor; (c) introdução de um fluxo de vapor rico em vapor na coluna de esterilização à vapor para retirar pelo menos uma parte do inibidor de fermentação do fluxo de hidrolisado líquido; (d) recuperação, a partir da coluna de esterilização, um fluxo líquido esterilizado e um vapor de saída do vapor de separação, em que o vapor líquido separado tem uma concentração inferior do inibidor de fermentação do que o fluxo de hidrolisado líquido; (e) compressão do vapor de saída do vapor de separação para gerar um fluxo de vapor comprimido; (f) introdução do fluxo de vapor comprimido, e um fluxo líquido rico em água em um evaporador; (g) recuperação a partir do evaporador de um fluxo líquido evaporado e um fluxo de vapor de saída do evaporador; e

[114] (h) reciclagem de pelo menos uma parte do fluxo de vapor de saída do evaporador para a coluna de estilização por vapor como o fluxo de vapor rico em vapor, ou uma parte deste.

[115] O hidrolisado derivado da biomassa pode ser o produto da hidrólise enzimática ou acídica, ou pode ser a solução extraída do digestor, por exemplo. Em algumas realizações, o inibidor de fermentação é selecionado dentre o grupo consistindo de ácido acético, ácido fórmico, formaldeído, acetaldeído, ácido lático, furfural, 5- hidroximetilfurfural, furanos, ácidos urônicos, compostos fenólicos, compostos contendo enxofre, e combinações de derivativos destes.

[116] Em certas realizações, o inibidor da fermentação é ácido acético. O fluxo de líquido separado preferencialmente tem menos de 10 g/L de concentração de ácido acético, tal como menos de 5 g/L de concentração de ácido acético.

[117] Em algumas realizações, o fluxo de líquido rico em água contém sólidos de biomassa que são concentrados no evaporador. Estes sólidos de biomassa podem ser derivados a partir do mesmo insumo de biomassa uma vez que é hidrolisado de líquido derivado de biomassa, em um processo integrado.

[118] Opcionalmente, o inibidor de fermentação é reciclado em uma operação de unidade prévia (por exemplo, digestor ou reator) para gerar o fluxo de hidrolisado de líquido derivado da biomassa, para assistir na hidrólise ou pré-tratamento de um insumo da biomassa ou componente desta. Por exemplo, o ácido acético pode ser reciclado para esta finalidade, para auxiliar na remoção das hemiceluloses da biomassa e/ou na hidrólise do oligômero em açúcares monoméricos.

[119] Algumas variações proveem um processo para separação dos inibidores de fermentação de um hidrolisado derivado de biomassa, o processo compreendendo: (a) provisão de um fluxo de hidrolisado líquido derivado da biomassa compreendendo um inibidor da fermentação. (b) introdução do fluxo de hidrolisado líquido em uma coluna de esterilização por vapor; (c) introdução de um fluxo de vapor rico em vapor na coluna de esterilização a vapor para retirar pelo menos uma parte do inibidor de fermentação do fluxo de hidrolisado líquido; (d) recuperação, a partir da coluna de esterilização, um fluxo líquido esterilizado e um vapor de saída do vapor de separação, em que o vapor líquido separado tem uma concentração inferior do inibidor de fermentação do que o fluxo de hidrolisado líquido; (e) introdução de saída do vapor esterilizador, e um fluxo de líquido rico em água em um evaporador; (f) recuperação a partir do evaporador de um fluxo líquido evaporado e um fluxo de vapor de saída do evaporador; (g) compressão do fluxo de vapor de saída do evaporador para gerar um fluxo de vapor comprimido; e (h) reciclagem de pelo menos uma parte do fluxo de vapor comprimido para a coluna de estilização por vapor como o fluxo de vapor rico em vapor, ou uma parte deste.

[120] Em algumas realizações, o evaporador é uma caldeira, o fluxo de líquido rico em água compreende água de alimentação da caldeira, e o fluxo de líquido evaporado compreende o condensado da caldeira.

[121] O processo pode ser contínuo, semicontínuo, ou em lote. Quando contínuo ou semicontínuo, a coluna de esterilização por vapor pode ser operada contracorrente, concomitantemente, ou uma combinação destes.

[122] Em certas variações da presente invenção, um processo para separação e recuperação de um inibidor de fermentação de um hidrolisado derivado de biomassa compreende: (a) provisão de um fluxo de hidrolisado líquido derivado da biomassa compreendendo um inibidor da fermentação. (b) introdução do fluxo de hidrolisado líquido em uma coluna de esterilização por vapor; (c) introdução de um fluxo de vapor rico em vapor na coluna de esterilização à vapor para retirar pelo menos uma parte do inibidor de fermentação do fluxo de hidrolisado líquido; (d) recuperação, a partir da coluna de esterilização, um fluxo líquido esterilizado e um vapor de saída do vapor de separação, em que o vapor líquido separado tem uma concentração inferior do inibidor de fermentação do que o fluxo de hidrolisado líquido; (e) introdução de fluxo de saída do vapor esterilizador, e um fluxo de líquido rico em água em uma coluna de retificação; (f) recuperação, a partir da coluna de retificação, um fluxo de líquido retificado e um fluxo de vapor da coluna de retificação, em que o fluxo de líquido retificado tem uma concentração do inibidor de fermentação superior ao fluxo hidrolisado de líquido; e (g) reciclagem de pelo menos uma parte do fluxo de vapor da coluna de retificação para a coluna de estilização por vapor como o fluxo de vapor rico em vapor, ou uma parte deste.

[123] O inibidor de fermentação pode ser selecionado dentre o grupo consistindo de ácido acético, ácido fórmico, formaldeído, acetaldeído, ácido lático, furfural, 5- hidroximetilfurfural, furanos, ácidos urônicos, compostos fenólicos, compostos contendo enxofre, e combinações ou derivativos destes. Em algumas realizações, o inibidor de fermentação compreende ou consiste essencialmente de ácido acético.

[124] No caso do ácido acético, o fluxo de líquido separado preferencialmente tem menos de 10 g/L de concentração de ácido acético, tal como menos de 5 g/L de concentração de ácido acético. O fluxo de vapor da coluna de retificação preferencialmente tem menos de 0,5 g/L de concentração de ácido acético, tal como menos de 0,1 g/L de concentração de ácido acético. O fluxo do líquido retificado preferencialmente tem pelo menos 25 g/L de concentração de ácido acético, tal como aproximadamente 40 g/L ou mais de ácido acético. Em algumas realizações, o fluxo de líquido retificado tem pelo menos 10 vezes mais concentração de ácido acético comparado ao fluxo de líquido esterilizado por vapor. Em certas realizações, o processo compreende ainda a recuperação do ácido acético contido no fluxo de líquido retificado usando a extração do vapor líquido ou extração do líquido.

[125] Em algumas realizações, o fluxo de líquido rico em água inclui o condensado do evaporador. O condensado do evaporador pode ser derivado de um evaporador no qual os sólidos da biomassa são condensados, e os sólidos da biomassa podem ser derivados a partir do mesmo insumo de biomassa como o hidrolisado de líquido derivado de biomassa em um processo integrado.

[126] Opcionalmente, o inibidor de fermentação (por exemplo, o ácido acético) é reciclado em uma operação de unidade prévia para gerar o fluxo de hidrolisado de líquido derivado da biomassa, para assistir na hidrólise ou pré- tratamento de um insumo da biomassa ou componente desta.

[127] O processo pode ser contínuo, semicontínuo, ou em lote. Quando contínuo ou semicontínuo, a coluna de esterilização por vapor pode ser operada contracorrente, concomitantemente, ou uma combinação destes. A coluna de retificação pode ser operada continuamente, semicontinuamente ou em lote.

[128] Em diversas realizações, a etapa (g) compreende a compressão e/ou transporte do fluxo de vapor da coluna de retificação usando um dispositivo selecionado dentre um grupo consistindo de um compressor de vapor centrífugo mecânico, um compressor de vapor axial mecânico, um termocompressor, um ejetor, uma bomba de difusão, uma bomba turbomolecular, e combinações destes.

[129] 9] Se desejado, uma base ou outro aditivo pode ser incluído no fluxo de líquido rico em água, ou separadamente introduzido na coluna de retificação para produzir sais ou outros produtos da reação dos inibidores de fermentação. Em algumas realizações, o fluxo de líquido rico em água inclui um ou mais aditivos capazes de reagir com o inibidor de fermentação. Em certas realizações, o inibidor de fermentação inclui ácido acético, e o um ou mais aditivos incluem uma base. Um sal de acetato pode então ser gerado dentro da coluna de retificação, ou em uma unidade acoplada à coluna de retificação. Opcionalmente, o sal de acetato pode ser separado e recuperado usando a extração de vapor líquido ou extração de líquido.

[130] Este pedido de patente incorpora aqui como referência as seguintes patentes: “PROCESS FOR OBTAINING BIOCHEMICALS IN A ZERO LIQUID DISCHARGE PLANT,” patente norte- americana no 8,211,680; “PROCESS FOR PRODUCING HEMICELLULOSE SUGARS AND ENERGY FROM BIOMASS,” patente norte-americana no 8,518,672; “PROCESS FOR PRODUCING ALCOHOL AND OTHER BIOPRODUCTS FROM BIOMASS EXTRACTS IN A KRAFT PULP MILL”, patente norte-americana no 8,518,213; “DEICER COMPOSITIONS AND PROCESSES FOR MAKING DEICERS,” patente norte-americana no 8,679,364; “CORROSION-INHIBITING DEICERS DERIVED FROM BIOMASS,” patente norte-americana no 8,845,923; “PROCESSES FOR PRODUCING FERMENTABLE SUGARS AND LOW-ASH BIOMASS FOR COMBUSTION OR PELLETS,” patente norte-americana no 8,685,685; “PROCESS FOR OBTAINING BIOCHEMICALS IN A ZERO LIQUID DISCHARGE PLANT,” patente norte-americana no 8,785,155; e “PROCESSES FOR PRODUCING FERMENTABLE SUGARS AND ENERGY-DENSE BIOMASS FOR COMBUSTION,” patente norte-americana no 8,906,657.

[131] Este pedido de patente incorpora aqui como referência os seguintes pedidos de patente: “STEPWISE ENZYMATIC HYDROLYSIS PROCESS FOR CONVERTING CELLULOSE TO GLUCOSE,” patente norte-americana no 13/626,220 (agora concedido); “PROCESSES FOR PRODUCING CELLULOSE PULP, SUGARS, AND CO-PRODUCTS FROM LIGNOCELLULOSIC BIOMASS,” patente norte- americana no 14/044,784 and patente norte-americana no 14/044,790; “PRODUCTION OF FERMENTABLE C5 AND C6 SUGARS FROM LIGNOCELLULOSIC BIOMASS,” patente norte-americana no 14/583,572; e “PROCESSES AND APPARATUS FOR REMOVAL OF FERMENTATION INHIBITORS FROM BIOMASS HYDROLYSATES,” patente norte-americana no 14/623,853.

[132] Nesta descrição detalhada, é feita referência às múltiplas realizações da invenção e exemplos não limitativos de como a invenção pode ser entendida e realizada. Outras realizações que não proveem todos os aspectos e vantagens estabelecidos aqui podem ser utilizadas, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. A presente invenção incorpora experimentação de rotina e otimização dos métodos e sistemas descritos aqui. Tais modificações e variações são consideradas incluídos pelo escopo da invenção definida pelas reivindicações.

[133] Todas as publicações, patentes e pedidos de patentes mencionados neste relatório descritivo estão incorporados aqui como referência em sua totalidade como se cada publicação, patente ou pedido de patente fosse especificamente e individualmente estabelecidos aqui.

[134] Onde os métodos e etapas descritos acima indicam certos eventos ocorrendo em certa ordem, os técnicos no assunto reconhecerão que a ordenação de certas etapas pode ser modificada e que tais modificações estão de acordo com as variações da invenção. Adicionalmente, certas etapas podem ser realizadas concomitantemente em um processo paralelo quando possível, assim como realizadas sequencialmente.

[135] Portanto, na medida em que existem variações da invenção, que estão dentro do espírito da revelação ou equivalentes às invenções encontradas nas reivindicações anexas, é pretendido que esta patente abranja também essas variações. A presente invenção deve ser limitada apenas pelo que é reivindicado.

Claims (13)

1. PROCESSO PARA PRODUZIR UM PRODUTO DE FERMENTAÇÃO A PARTIR DE BIOMASSA, sendo o dito processo caracterizado por compreender: (a) provisão de um insumo contendo biomassa lignocelulósica e açúcar monomérico que é fisicamente ligado nisto; (b) combinação do dito insumo com um microrganismo de fermentação de açúcar e opcionalmente enzimas de celulase para criar uma mistura inicial; (c) refinação da dita mistura inicial para liberar mecanicamente o dito açúcar monomérico e para misturar intimamente o dito microrganismo de fermentação de açúcar e, se presente, as ditas enzimas de celulase, em que a dita refinação utiliza um refinador selecionado do grupo consiste de um refinador de sopro quente, um refinador de caldo quente, um refinador de linha de sopro, um refinador de disco, um refinador cônico, um refinador cilíndrico, um desfibrador em linha, um homogeneizador e combinações destes; (d) fermentação do dito açúcar monomérico com o dito microrganismo de fermentação de açúcar para produzir uma quantidade inicial de um produto de fermentação contido em uma mistura intermediária; (e) digestão da dita mistura intermediária com uma solução que inclui vapor e/ou água quente em um digestor a uma temperatura de pelo menos 150 °C em condições para produzir um fluxo digerido contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (f) condução do dito fluxo digerido através de um refinador mecânico para reduzir o tamanho médio das partículas dos ditos sólidos ricos em celulose; (g) separação de um vapor do dito fluxo digerido e recuperação do dito produto de fermentação a partir do dito vapor; (h) introdução do dito fluxo digerido em uma unidade de hidrólise enzimática em condições eficazes de hidrólise para produzir açúcares celulósicos a partir dos sólidos ricos em celulose e, opcionalmente, a partir dos ditos oligômeros de hemicelulose; e (i) fermentação dos ditos açúcares celulósicos para produzir uma quantidade adicional do dito produto de fermentação; sendo que as etapas de (a) a (i) são conduzidas em ordem.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por poder ser realizado sem a etapa (g).

3. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo dito insumo incluir (i) cana-de-açúcar, cana-energia ou combinações destas, e em que o dito açúcar monomérico é sacarose, ou (ii) milho, e em que o dito açúcar monomérico é dextrose.

4. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo dito microrganismo de fermentação de açúcar ser uma levedura ou por uma bactéria.

5. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, sendo a dita solução de reação caracterizada por compreender vapor na forma saturada, superaquecida ou supersaturada.

6. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, sendo a dita solução da reação caracterizado por compreender água quente.

7. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pela etapa (f) da reivindicação 1 ser realizada e o dito refinador mecânico ser selecionado dentre o grupo que consiste de um refinador de sopro quente, um refinador de caldo quente, um refinador de linha de sopro, um refinador de disco, um refinador cônico, um refinador cilíndrico, um desfibrador em linha, um homogeneizador e combinações destes.

8. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pela etapa (f) ser conduzida, e em que um tanque de sopro está situado à jusante do dito refinador mecânico, e em que o tanque de sopro é um tanque ou qualquer aparato ou equipamento capaz de permitir a redução de pressão no fluxo do processo.

9. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pela etapa (g) da reivindicação 1 ser realizada e o dito vapor estar separado de um tanque de sopro, e em que o aquecimento ser recuperado de pelo menos algum do dito vapor.

10. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelas enzimas introduzidas ou presentes na dita unidade de hidrólise enzimática incluírem celulases e hemicelulases.

11. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelas enzimas introduzidas ou presentes na dita unidade de hidrólise enzimática incluírem endoglucanases e exoglucanases.

12. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo dito produto de fermentação ser selecionado entre etanol, n-butanol, 1,4- butanediol, ácido succínico, ácido lático ou combinações destes.

13. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo dito produto de fermentação ser etanol.