BR122018010009B1 - Métodos de preparo de um material - Google Patents

Métodos de preparo de um material Download PDF

Info

Publication number
BR122018010009B1
BR122018010009B1 BR122018010009-5A BR122018010009A BR122018010009B1 BR 122018010009 B1 BR122018010009 B1 BR 122018010009B1 BR 122018010009 A BR122018010009 A BR 122018010009A BR 122018010009 B1 BR122018010009 B1 BR 122018010009B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
biomass
feed stock
materials
pyrolysis
irradiation
Prior art date
Application number
BR122018010009-5A
Other languages
English (en)
Inventor
Marshall Medoff
Original Assignee
Xyleco, Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US12/417,900 external-priority patent/US20100124583A1/en
Application filed by Xyleco, Inc filed Critical Xyleco, Inc
Publication of BR122018010009B1 publication Critical patent/BR122018010009B1/pt

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/62—Carboxylic acid esters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61Q—SPECIFIC USE OF COSMETICS OR SIMILAR TOILETRY PREPARATIONS
    • A61Q19/00—Preparations for care of the skin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/10—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
    • A23K10/12—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes by fermentation of natural products, e.g. of vegetable material, animal waste material or biomass
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/30—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/30—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms
    • A23K10/32—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms from hydrolysates of wood or straw
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/30—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms
    • A23K10/33—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms from molasses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/30—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms
    • A23K10/37—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms from waste material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K20/00—Accessory food factors for animal feeding-stuffs
    • A23K20/10—Organic substances
    • A23K20/163—Sugars; Polysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K20/00—Accessory food factors for animal feeding-stuffs
    • A23K20/10—Organic substances
    • A23K20/189—Enzymes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K40/00—Shaping or working-up of animal feeding-stuffs
    • A23K40/10—Shaping or working-up of animal feeding-stuffs by agglomeration; by granulation, e.g. making powders
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K50/00—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals
    • A23K50/10—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals for ruminants
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K50/00—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals
    • A23K50/80—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals for aquatic animals, e.g. fish, crustaceans or molluscs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L5/00—Preparation or treatment of foods or foodstuffs, in general; Food or foodstuffs obtained thereby; Materials therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L5/00—Preparation or treatment of foods or foodstuffs, in general; Food or foodstuffs obtained thereby; Materials therefor
    • A23L5/30—Physical treatment, e.g. electrical or magnetic means, wave energy or irradiation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/96—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution
    • A61K8/97—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution from algae, fungi, lichens or plants; from derivatives thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/96—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution
    • A61K8/97—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution from algae, fungi, lichens or plants; from derivatives thereof
    • A61K8/9706—Algae
    • A61K8/9717—Rhodophycota or Rhodophyta [red algae], e.g. Porphyra
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/96—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution
    • A61K8/97—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution from algae, fungi, lichens or plants; from derivatives thereof
    • A61K8/9706—Algae
    • A61K8/9722—Chlorophycota or Chlorophyta [green algae], e.g. Chlorella
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/96—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution
    • A61K8/97—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution from algae, fungi, lichens or plants; from derivatives thereof
    • A61K8/9728—Fungi, e.g. yeasts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/96—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution
    • A61K8/97—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution from algae, fungi, lichens or plants; from derivatives thereof
    • A61K8/9783—Angiosperms [Magnoliophyta]
    • A61K8/9789—Magnoliopsida [dicotyledons]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/96—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution
    • A61K8/97—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing materials, or derivatives thereof of undetermined constitution from algae, fungi, lichens or plants; from derivatives thereof
    • A61K8/9783—Angiosperms [Magnoliophyta]
    • A61K8/9794—Liliopsida [monocotyledons]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/18—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being cellulose or derivatives thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B1/00—Preparatory treatment of cellulose for making derivatives thereof, e.g. pre-treatment, pre-soaking, activation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/28—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00—Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
    • C08L5/14—Hemicellulose; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/14—Fungi; Culture media therefor
    • C12N1/145—Fungal isolates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/44—Preparation of O-glycosides, e.g. glucosides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/42—Hydroxy-carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K13/00—Sugars not otherwise provided for in this class
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C5/00—Other processes for obtaining cellulose, e.g. cooking cotton linters ; Processes characterised by the choice of cellulose-containing starting materials
    • D21C5/005—Treatment of cellulose-containing material with microorganisms or enzymes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/001—Modification of pulp properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K50/00—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals
    • A23K50/30—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals for swines
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K50/00—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals
    • A23K50/40—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals for carnivorous animals, e.g. cats or dogs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K50/00—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals
    • A23K50/70—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals for birds
    • A23K50/75—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals for birds for poultry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23V—INDEXING SCHEME RELATING TO FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES AND LACTIC OR PROPIONIC ACID BACTERIA USED IN FOODSTUFFS OR FOOD PREPARATION
    • A23V2002/00—Food compositions, function of food ingredients or processes for food or foodstuffs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2203/00—Fermentation products obtained from optionally pretreated or hydrolyzed cellulosic or lignocellulosic material as the carbon source
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/645—Fungi ; Processes using fungi
    • C12R2001/885—Trichoderma
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/80—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in fisheries management
    • Y02A40/81—Aquaculture, e.g. of fish
    • Y02A40/818—Alternative feeds for fish, e.g. in aquacultures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/80—Food processing, e.g. use of renewable energies or variable speed drives in handling, conveying or stacking
    • Y02P60/87—Re-use of by-products of food processing for fodder production

Abstract

biomassa (por exemplo, biomassa de planta, biomassa de animal, biomassa microbiana e resíduos municipais) é processada para produzir produtos úteis, tais como produtos alimentícios e aminoácidos.

Description

[001] Dividido do PI0911588-9, depositado em 28.04.2009.
CAMPO TÉCNICO
[002] A presente invenção refere-se ao processamento de biomassa, à composições incluindo unidades sacarídicas dispostas em uma cadeia molecular, a métodos de produção de aminoácidos ou antibióticos, a métodos de produção de material comestível ou imunoes- timulatório e a produtos de tais métodos.
ANTECEDENTES
[003] Biomassa, particularmente resíduo de biomassa, está abundantemente disponível. Seria útil derivar produtos de biomassa.
SUMÁRIO
[004] Produtos exemplificativos que podem ser produzidos usando os métodos fornecidos aqui incluem gêneros alimentícios adequados para uso, por exemplo, em ingestão por um ser humano e/ou animal, aquacultura, agricultura, hidroponia, produtos farmacêuticos, nu- tracêuticos, veículos para distribuição farmacêuticos e formas de dosagem, excipientes farmacêuticos, conjugados farmacêuticos, matrizes reticuladas tais como hidrogéis, materiais absorventes, fertilizantes e produtos de lignina. Qualquer produto divulgado aqui ou produzido por meio dos métodos divulgados aqui pode ser usado como está ou como um precursor ou um intermediário na produção de outro produto.
[005] Em muitas modalidades, produtos podem ser produzidos usando Natural Force™ Chemistry. Métodos Natural Force™ Chemistry usam a aplicação e manipulação controladas de forças físicas, tais como feixes de partículas, gravidade, luz, etc., para criar alteração molecular química e estrutural intencionais. Em implementações preferidas, métodos Natural Force™ Chemistry alteram a estrutura molecular sem produtos químicos ou micro-organismos. Aplicando os processos nature, nova matéria útil pode ser criada sem interferência ambiental prejudicial.
[006] Em um aspecto, o preparo de um material para ração inclui alteração da estrutura molecular de polissacarídeos de uma biomassa, incluindo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose ou amido, para produzir um material de ração tendo uma disponibilidade de nutriente maior do que a disponibilidade de nutriente da biomassa.
[007] Em um aspecto, a presente invenção inclui métodos de preparo de materiais de ração para animais (por exemplo, seres humanos e animais incluindo, mas não limitado a, animais de alimentação, animais de estimação, animais de zôo, etc.) e para plantas (por exemplo, plantas agrícolas ou plantas de safras ou aquáticas, em particular em uma solução hidropônica ou em aquacultura) e organismos aquáticos (por exemplo, peixe, crustáceos, moluscos e semelhantes).
[008] Esses métodos incluem obtenção de um primeiro material incluindo biomassa (por exemplo, biomassa de planta, biomassa de animal, biomassa microbiana e de dejetos municipais) contendo polis- sacarídeos na forma de celulose, hemicelulose e/ou amido. A estrutura molecular dos polissacarídeos do primeiro material é, então, modulada (por exemplo, aumentada, diminuída ou mantida) para produzir um segundo material com uma disponibilidade de nutriente maior (por exemplo, proteína, carboidrato, gordura, vitamina e/ou mineral) do que o primeiro material. Os métodos podem, opcionalmente, incluir fornecimento do segundo material a animais (por exemplo, seres humanos e/ou animais não-humanos).
[009] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para gerar materiais adequados para uso em manutenção ou promoção do crescimento de micro-organismos (por exemplo, bactérias, levedo, fungos, protistas, por exemplo, uma alga, protozoário ou protista semelhante a fungo, por exemplo, um mofo de la ma), organismos aquáticos (por exemplo, em aquacultura) e/ou plantas e árvores (por exemplo, em agricultura, hidroponia e silvacultura).
[0010] Em um aspecto, um método inclui conversão de um material processado, usando um micro-organismo, para produzir um material comestível, um aminoácido ou um derivado do mesmo, um antibiótico ou um material imunoestimulatório, o material processado tendo sido produzido por meio de processamento de uma biomassa compreendendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose ou amido, tendo um primeiro nível de recalcitrância, usando pelo menos um de radiação, ultra-som, pirólise e oxidação, para produzir um material processado tendo um nível de recalcitrância menor do que o nível de re- calcitrância do primeiro material, em que a recalcitrância é determinada mediante incubação na presença de uma celulase.
[0011] Algumas implementações de produção de um material comestível incluem isolamento e/ou purificação do material comestível. O material comestível pode ser digerível e/ou absorvível. O material comestível pode ser selecionado do grupo consistindo de produtos farmacêuticos, nutracêuticos, proteínas, gorduras, vitaminas, óleos, fibra, minerais, açúcares, carboidratos e álcool.
[0012] Em algumas implementações de produção de um aminoá- cido ou um derivado do mesmo, o aminoácido ou derivado do mesmo é selecionado do grupo consistindo de L-aminoácidos e D-aminoácidos, tais como ácido L-glutâmico (glutamato monossódico (MSG)), ácido L- aspártico, L-fenilalanina, L-lisina, L-treonina, L-triptofano, L-valina, L- leucina, L-isoleucina, L-metionina, L-histidina e L-fenilalanina, L-lisina, DL- metionina e L-triptofano. O micro-organismo pode ser selecionado do grupo consistindo de bactérias do ácido láctico (LAB), E. coli, Bacillus subtilis e Corynebacterium glutamicum.
[0013] Em algumas implementações de produção de um antibiótico, o antibiótico é selecionado do grupo consistindo de tetraciclina, es- treptomicina, ciclohexamida, Neomicina, cicloserina, eritromicina, ca- namicina, lincomicina, nistatina, polimixina B e bacitracina. O microorganismo pode ser selecionado do grupo consistindo de Strep- tomyces remosus, Streptomyces griseus, Streptomyces frodiae, Strep- tomyces orchidaceus, Streptomyces erythreus, Streptomyces ka- namyceticus, Streptomyces, Streptomyces noursei, Bacillus polymyxa e Bacillus licheniformis.
[0014] Em algumas implementações, a biomassa pode ser selecionada do grupo consistindo de papel, produtos de papel, resíduos de papel, madeira, papelão em partícula, pó de serragem, resíduo agrícola, esgoto, silagem, gramíneas, cascas de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, palha de milho, switchgrass, alfafa, feno, cascas de arroz, pêlo de coco, algodão, alga marinha, alga e misturas dos mesmos. Em alguns casos, a biomassa tem fibras internas e foi cisalhada para uma extensão de modo que as fibras internas sejam substancialmente expostas e/ou em que a biomassa tem uma área de superfície BET maior do que cerca de 0,25 m2/g e uma densidade volumétrica de menos do que cerca de 0,5 g/cm3. O processamento pode incluir irradiação com radiação ionizante. O material processado pode ser submetido à hidrólise enzimática.
[0015] Em um aspecto, um absorvente inclui um material de biomassa processado incluindo unidades sacarídicas dispostas em uma cadeia molecular com de cerca de 1 de cada 2 a cerca de 1 de cada 250 unidades sacarídicas compreendendo um grupo ácido carboxílico ou um éster ou sal do mesmo.
[0016] Em algumas implementações, o material de biomassa processado foi tratado com um silano para tornar o absorvente lipofílico.
[0017] Em outro aspecto, um material de filtro inclui um material celulósico ou lignocelulósico irradiado que forma um meio de filtro con- figurado para interceptar um fluxo.
[0018] Em outro aspecto, um produto inclui um material convertido formado por meio de conversão de um material processado, usando um micro-organismo, para produzir o material convertido, o material processado sendo produzido mediante processamento de uma biomassa compreendendo polissacarídeos na forma de celulose, hemice- lulose ou amido, tendo um primeiro nível de recalcitrância, usando pelo menos um de radiação, ultra-som, pirólise e oxidação para produzir um material processado tendo um nível de recalcitrância menor do que o nível de recalcitrância do primeiro material, em que a recalcitrância é determinada por meio de incubação na presença de uma celulase.
[0019] Em outro aspecto, a presente invenção proporciona métodos de aprimoramento do perfil farmacêutico de materiais. Esses métodos incluem obtenção de um primeiro material incluindo biomassa (por exemplo, biomassa de planta, biomassa de animal, biomassa microbiana ou de dejetos municipais) contendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose e/ou amido e modulação (por exemplo, aumento, diminuição ou manutenção) da estrutura molecular dos polis- sacarídeos do primeiro material para produzir um segundo material, onde um dos resultados dos métodos é que o perfil farmacêutico do segundo material é melhor ou aprimorado quando comparado com o perfil farmacêutico do primeiro material. Em alguns casos, os métodos incluem uso de primeiros materiais com pouco ou nenhum perfil farmacêutico antes de modulação da estrutura molecular do primeiro material. Os segundos materiais produzidos usando os métodos descritos aqui são adequados para administração a um animal.
[0020] Em um outro aspecto, a invenção proporciona métodos para obtenção de um produto farmacêutico derivado de planta. Esses métodos incluem processamento de um material incluindo biomassa (por exemplo, biomassa de planta, biomassa de animal, biomassa mi- crobiana ou de dejetos municipais) contendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose e/ou amido contendo um ou mais produtos farmacêuticos feitos de planta, usando qualquer um ou mais de radiação, ultra-som, pirólise e oxidação para obter um produto farmacêutico derivado de planta. Em alguns casos o produto farmacêutico produzido derivado de planta pode ser isolado e/ou purificado.
[0021] Em ainda outro aspecto, a presente invenção proporciona métodos de preparo de nutracêuticos para consumo por um ser humano e/ou um animal não-humano. Esses métodos incluem processamento de um material incluindo biomassa (por exemplo, biomassa de planta, biomassa de animal, biomassa microbiana ou de dejetos municipais) contendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose e/ou amido, de modo a alterar a estrutura molecular dos polissacarí- deos do material (por exemplo, aumentar ou diminuir o peso molecular do material). Esses métodos podem, opcionalmente também, incluir administração dos materiais resultantes a seres humanos e animais não-humanos.
[0022] Em um aspecto alternativo, a invenção proporciona métodos de preparo de agentes biológicos e/ou agentes farmacêuticos. Esse método inclui processamento de um material incluindo biomassa contendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose e/ou amido, de modo a alterar a estrutura molecular dos polissacarídeos do material. Os materiais resultantes podem, então, ser combinados com um ou mais agentes biológicos e/ou um ou mais agentes farmacêuticos, os quais podem ser administrados a um indivíduo.
[0023] Também proporcionados na presente invenção são métodos de produção de hidrogéis. Esses métodos incluem processamento de um material incluindo biomassa contendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose e/ou amido e alteração da estrutura molecular dos polissacarídeos para produzir um material que inclui cadeias poliméricas reticuladas. O método pode ainda incluir reticulação de cadeias poliméricas em material processado.
[0024] Em ainda outro aspecto, a presente invenção proporciona métodos de produção de um material absorvente ou adsorvente. Esses métodos incluem processamento de um material incluindo biomassa contendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose e/ou amido e/ou alteração da estrutura molecular dos polissacarídeos para produzir um material absorvente. Esses materiais absorventes podem ser carregados, por exemplo, positiva ou negativamente carregados e podem ter propriedades lipofílicas e/ou hidrofílicas. Como tal, os materiais podem ser usados como forragem ou cama para animais e/ou um material absorvente para se ligar a materiais em uma solução (por exemplo, poluentes). Em algumas modalidades, esses materiais absorventes podem ser usados para se ligar a materiais biológicos em soluções de sangue ou plasma.
[0025] Em um outro aspecto, a presente invenção proporciona métodos de produção de fertilizantes. Esses métodos incluem processamento de um material incluindo biomassa contendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose e/ou amido e alteração da estrutura molecular dos polissacarídeos para produzir um material que tem uma maior solubilidade do que o material de iniciação e o qual é útil como um fertilizante.
[0026] Cada um desses métodos inclui tratamento da biomassa usando um ou mais de (por exemplo, um, dois, três ou quatro de) redução de tamanho (por exemplo, redução de tamanho mecânica de pedaços individuais de biomassa), radiação, ultra-som, pirólise e oxidação para modular os materiais. Em algumas modalidades, os métodos usam uma dose de radiação, por exemplo, de 0,1 Mrad a 10 Mrad. Em algumas modalidades, os métodos usam uma dose de radiação, por exemplo, de mais de 10 Mrad a 1000 Mrad.
[0027] Em alguns aspectos, a presente invenção também proporciona composições feitas usando qualquer um dos métodos descritos aqui. Por exemplo, a invenção se caracteriza por uma composição incluindo unidades sacarídicas dispostas em uma cadeia molecular de em que de cerca de 1 de cada 2 a cerca de 1 de cada 250 unidades sacarídicas compreendem um grupo ácido carboxílico ou um éster ou um sal do mesmo e a composição é adequada para consumo como um material de ração.
[0028] Em algumas implementações, a composição inclui uma pluralidade de tais cadeias. Em alguns casos, cerca de 1 de cada 5 a cerca de 1 de cada 250 unidades sacarídicas de cada cadeia compreende um grupo ácido carboxílico ou um éster ou sal do mesmo, em particular de cerca de 1 de cada 8 a cerca de 1 de cada 100 ou de cerca de 1 de cada 10 a cerca de 1 de cada 250 unidades sacarídicas de cada cadeia compreende um grupo ácido carboxílico ou um éster ou sal do mesmo. Cada cadeia pode incluir entre cerca de 10 e cerca de 200 unidades sacarídicas. Cada cadeia pode incluir hemicelulose ou celulose e/ou cada cadeia pode incluir unidades sacarídicas que incluem grupos selecionados do grupo consistindo de grupos nitroso, grupos nitro e grupos nitrila. As unidades sacarídicas podem incluir 5 ou 6 unidades sacarídicas de carbono. O peso molecular médio da composição com relação a padrões de PEG está entre 1.000 e 1.000.000, em particular menos de 10.000.
[0029] Por "adequada para consumo como um material de ração", entenda-se que a composição não é tóxica, sob as condições de seu uso pretendido, para o ser vivo ao qual ela é alimentada e confere algum valor nutricional ao ser vivo, por exemplo, energia e/ou nutrientes.
[0030] Em algumas modalidades, o estoque de alimentação de biomassa é pré-tratado. Em algumas modalidades, os métodos divul- gados aqui podem incluir um pré-tratamento para reduzir uma ou mais dimensões de pedaços individuais de biomassa. Por exemplo, pré- tratamento pode incluir redução de uma ou mais dimensões de pedaços individuais de biomassa incluindo, por exemplo, cisalhamento, corte, esmagamento, amassamento ou trituração.
[0031] Pressão pode ser utilizada em todos os métodos descritos aqui. Por exemplo, pelo menos um dos métodos de tratamento, por exemplo, radiação, pode ser realizado sobre a biomassa sob uma pressão de mais de cerca de 2,5 atmosferas, tal como mais de 5 ou 10 atmosferas.
[0032] Exemplos de biomassa (também referida como 'estoque de alimentação de biomassa' ou 'estoque de alimentação') incluem materiais celulósicos ou lignocelulósicos, tais como papel, produtos de papel, resíduos de papel, madeira, papelão em partícula, pó de serragem, resíduo agrícola, esgoto, silagem, gramíneas, cascas de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, palha de milho, switchgrass, alfafa, feno, cascas de arroz, pêlo de coco, algodão, alga marinha, alga e misturas dos mesmos. Em alguns casos, a biomassa pode incluir organismos unicelulares e/ou multicelulares. Organismos exemplificativos incluem, mas não estão limitados a, por exemplo, protistas (por exemplo, animais (por exemplo, protozoários, tais como flagelados, amebóides, ciliados e es- porozoários) e planta (por exemplo, algas tais como alveolados, clora- racniófitos, criptófitos, euglenóides, glaucófitos, haptófitos, algas vermelhas, estramenópilos e viridaeplantae)), algas marinhas, algas marinhas gigantes, hiacinto aquático, plâncton (por exemplo, macroplânc- ton, mesoplâncton, microplâncton, nanoplâncton, picoplâncton e femp- toplâncton), fitoplâncton, bactérias (por exemplo, bactérias gram positivas, bactérias gram negativas e extremófilos, levedos e/ou misturas dos mesmos. Em alguns casos, a biomassa pode incluir organismos unicelulares ou multicelulares obtidos do oceano, lagos ou corpos de água, incluindo água salgada e água doce. Em alguns casos, a biomassa pode incluir materiais residuais orgânicos, tais como resíduos ou excrementos de animais ou resíduos ou excrementos humanos (por exemplo, estrume e esgoto). Em alguns casos, a biomassa pode incluir qualquer combinação de qualquer um desses. Outros materiais de biomassa são descritos aqui. Ainda outros materiais que incluem celulose são descritos nas patentes, pedidos de patente e publicações que foram incorporados por referência aqui. Em alguns casos, a biomassa pode estar, por exemplo, em solução, seca e congelada.
[0033] Se a biomassa é ou inclui micro-organismos, esses microorganismos incluirão, em geral, carboidratos, por exemplo, celulose. Esses micro-organismos podem estar em uma solução, secos, congelados, em um estado ativo e/ou inativo. Em algumas modalidades, esses micro-organismos podem requerer processamento adicional antes de serem submetidos aos métodos descritos aqui. Por exemplo, os micro-organismos podem estar em uma solução e podem ser removidos da solução, por exemplo, por meio de centrifugação e/ou filtração. Alternativamente ou além disso, os micro-organismos podem ser submetidos aos métodos descritos aqui sem essas etapas adicionais, por exemplo, os micro-organismos podem ser usados na solução. Em alguns casos, a biomassa pode ser ou pode incluir um material natural ou sintético.
[0034] Irradiação pode ser, por exemplo, realizada utilizando uma radiação ionizante, tal como raios gama, um feixe de elétrons ou radiação ultra-violeta C tendo um comprimento de onda de cerca de 100 nm a cerca de 280 nm. A radiação ionizante pode incluir radiação por feixe de elétrons. Por exemplo, a radiação pode ser aplicada em uma dose total de entre cerca de 10 Mrad e cerca de 150 Mrad, tal como em uma taxa de dose de cerca de 0,5 a cerca de 10 Mrad/dia ou 1 Mrad/s a cerca de 10 Mrad/s. Em algumas modalidades, irradiação inclui aplicação de duas ou mais fontes de radiação, tais como raios gama e um feixe de elétrons.
[0035] Em algumas modalidades, a biomassa exibe um primeiro nível de recalcitrância e o material de carboidrato exibe um segundo nível de recalcitrância que é menor do que o primeiro nível de recalci- trância. Por exemplo, o segundo nível de recalcitrância pode ser menor do que o primeiro nível de recalcitrância em pelo menos cerca de 10% (por exemplo, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99%, 100%). Em algumas modalidades, o nível de recalcitrância pode ser reduzido em 50%-90%.
[0036] A biomassa pode ser preparada por meio de cisalhamento da biomassa (por exemplo, uma fonte de fibra de biomassa) para proporcionar um material fibroso. Por exemplo, o cisalhamento pode ser realizado com um cortador de faca giratória. As fibras do material fibroso podem ter, por exemplo, uma proporção média de comprimento para diâmetro (L/D) de mais de 5/1. O material fibroso pode ter, por exemplo, uma área de superfície BET de mais de 0,25 m2/g (por exemplo, 0,3 m2/g, 0,35 m2/g, 0,35 m2/g, 0,4 m2/g, 0,5 m2/g, 1 m2/g, 1,5 m2/g, 2 m2/g, 3 m2/g, 10 m2/g, 25 m2/g ou mais de 25 m2/g).
[0037] Em algumas modalidades, o carboidrato pode incluir uma ou mais e-1,4-ligações e ter um peso molecular numérico médio entre cerca de 3.000 e 50.000 dáltons.
[0038] Em alguns exemplos, o material de biomassa pré-tratado pode ainda incluir um tampão, tal como bicarbonato de sódio ou cloreto de amônio, um eletrólito, tal como cloreto de potássio ou cloreto de sódio, um fator de crescimento, tal como biotina e/ou um par de base, tal como uracila, um tensoativo, um mineral ou um agente de quelação.
[0039] Para auxiliar na redução do peso molecular da celulose, uma enzima, por exemplo, uma enzima celulolítica e/ou um agente de intumescimento, pode ser utilizado com qualquer método descrito aqui.
[0040] Quando um micro-organismo é utilizado, ele pode ser um micro-organismo natural ou um micro-organismo manipulado (por exemplo, um micro-organismo geneticamente modificado (Genetically Modified Micro-organism - GMM)). Por exemplo, o micro-organismo pode ser uma bactéria, por exemplo, uma bactéria celulolítica, um fungo, por exemplo, um levedo, uma planta ou um protista, por exemplo, uma alga, um protozoário ou um protista semelhante a fungo, por exemplo, um mofo de lama, protistas (por exemplo, animal (por exemplo, protozoários, tais como protozoários, tais como flagelados, ame- bóides, ciliados e esporozoários) e planta (por exemplo, algas tais como alveolados, cloraracniófitos, criptófitos, euglenóides, glaucófitos, haptófitos, algas vermelhas, estramenópilos e viridaeplantae)), algas marinhas, plâncton (por exemplo, macroplâncton, mesoplâncton, mi- croplâncton, nanoplâncton, picoplâncton e femptoplâncton), fitoplâncton e/ou misturas dos mesmos. Em algumas modalidades, o microorganismo é um fungo branco de raiz. Em alguns casos, o microorganismo pode incluir organismos unicelulares e/ou multicelulares, por exemplo, do oceano, lagos e corpos de água, incluindo água salgada e água doce. Quando os organismos são compatíveis, misturas podem ser utilizadas.
[0041] Em geral, diversos micro-organismos podem produzir uma série de produtos úteis através de operação sobre conversão, biocon- versão ou fermentação dos materiais. Por exemplo, álcoois, ácidos orgânicos, hidrocarbonetos, hidrogênio, proteínas, carboidratos, gordu- ras/óleos/lipídios, aminoácidos, vitaminas ou misturas de qualquer um desses materiais podem se produzidos por meio de fermentação ou outros processos.
[0042] Exemplos de produtos que podem ser produzidos incluem álcoois C1-C6 alquílicos mono- e polifuncionais, ácidos carboxílicos mono- e polifuncionais, C1-C6 hidrocarbonetos e combinações dos mesmos. Exemplos específicos de álcoois adequados incluem metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, etileno glicol, propileno glicol, 1,4-butano diol, glicerina e combinações dos mesmos. Exemplos específicos de ácidos carboxílicos adequados incluem ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico, ácido valérico, ácido capróico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oxálico, ácido malônico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido oleico, ácido linolei- co, ácido glicólico, ácido láctico, ácido Y-hidroxibutírico e combinações dos mesmos. Exemplos de hidrocarbonetos adequados incluem metano, etano, propano, pentano, n-hexano e combinações dos mesmos.
[0043] Outro aspecto da invenção caracteriza por um método que inclui conversão de um açúcar de baixo peso molecular ou um material que inclui um açúcar de baixo peso molecular, em uma mistura com uma biomassa, um micro-organismo e um solvente ou um sistema de solvente, por exemplo, água ou uma mistura de água e um solvente orgânico, a qualquer produto descrito aqui. Sem desejar estar preso por qualquer teoria em particular, acredita-se que tendo um sólido presente, tal como um sólido de alta área de superfície e/ou alta porosidade, pode-se aumentar as taxas de reação por meio de aumento da concentração eficaz de solutos e fornecimento de um substrato sobre o qual as reações podem ocorrer. Detalhes adicionais a respeito de tal conversão são descritos no Pedido de Patente U.S. N°. De Série 12/417.840, depositado em 3 de Abril de 2009, os conteúdos todos do qual são aqui incorporados por referência na íntegra.
[0044] O termo "material fibroso", conforme usado aqui, é um material que inclui numerosas fibras frouxas, distintas e separáveis. Por exemplo, um material fibroso pode ser preparado a partir de uma fonte de fibra de papel Kraft alvejado mediante cisalhamento, por exemplo, com um cortador de faca giratória.
[0045] O termo "peneira", conforme usado aqui, significa um elemento capaz de peneiramento de um material de acordo com o tamanho. Exemplos de peneiras incluem uma placa perfurada, cilindro ou semelhante ou uma malha de arame ou tecido.
[0046] O termo "pirólise", conforme usado aqui, significa romper ligações em um material mediante a aplicação de energia térmica. Pi- rólise pode ocorrer enquanto o material em questão está sob vácuo ou imerso em um material gasoso, tal como um gás de oxidação, por exemplo, ar ou oxigênio ou um gás de redução, tal como hidrogênio.
[0047] O teor de oxigênio é medido por meio de análise elemental levando uma amostra à pirólise em um forno operando a 1.300°C ou acima.
[0048] Para fins da presente divulgação, carboidratos são materiais que são compostos totalmente de uma ou mais unidades sacarídi- cas ou que incluem uma ou mais unidades sacarídicas. As unidades sacarídicas podem ser funcionalizadas em torno do anel com um ou mais grupos funcionais, tais como grupos ácido carboxílico, grupos amino, grupos nitro, grupos nitroso ou grupos nitrila e ainda serem consideradas carboidratos. Carboidratos podem ser poliméricos (por exemplo, igual a ou mais do que 10-mer, 100-mer, 1,000-mer, 10,000- mer ou 100,000-mer), oligoméricos (por exemplo, igual a ou maior do que 4-mer, 5-mer, 6-mer, 7-mer, 8-mer, 9-mer ou 10-mer), triméricos, diméricos ou monoméricos. Quando os carboidratos são formados de mais de uma única unidade de repetição, cada unidade de repetição pode ser a mesma ou diferente.
[0049] Exemplos de carboidratos poliméricos incluem celulose, xilana, pectina e amido, enquanto que celobiose e lactose são exemplos de carboidratos diméricos. Exemplos de carboidratos monoméri- cos incluem glicose e xilose.
[0050] Carboidratos podem ser parte de uma estrutura supramole- cular, por exemplo, covalentemente ligado à estrutura. Exemplos de tais materiais incluem materiais lignocelulósicos, tais como aqueles encontrados em madeira.
[0051] Um material de amido é um que é ou inclui quantidades significativas de amido ou um derivado de amido, tal como mais de cerca de 5 por cento em peso de amido ou derivado de amido. Para fins da presente divulgação, um amido é um material que inclui uma amilose, uma amilopectina ou uma mistura física e/ou química das mesmas, por exemplo, uma mistura a 22:80 ou 30:70 por cento em peso de amilose para amilopectina. Por exemplo, arroz, milho e misturas dos mesmos são materiais de amido. Derivados de amido incluem, por exemplo, maltodextrina, amido modificado com ácido, amido modificado com base, amido branqueado, amido oxidado, amido acetilado, amido acetilado e oxidado, amido modificado com fosfato, amido geneticamente modificado e amido que é resistente à digestão.
[0052] Para fins da presente divulgação, um açúcar de baixo peso molecular é um carboidrato ou um derivado do mesmo que tem um peso de fórmula (excluindo umidade) que é menos do que cerca de 2.000, por exemplo, menos de cerca de 1.800, 1.600, menos de cerca de 1.000, menos de cerca de 500, menos de cerca de 350 ou menos de cerca de 250. Por exemplo, açúcar de baixo peso molecular pode ser um monossacarídeo, por exemplo, glicose ou xilose, um dissacarí- deo, por exemplo, celobiose ou sacarose ou um trissacarídeo.
[0053] Agentes de intumescimento, conforme usado aqui, são materiais que causam um intumescimento discernível, por exemplo, um aumento de 2,5 por cento no volume com relação a um estado não intumescido de materiais de biomassa quando aplicado a tais materiais como uma solução, por exemplo, uma solução aquosa. Exemplos incluem substâncias alcalinas, tais como hidróxidos de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de lítio e hidróxidos de amônio, agentes de aci- dificação, tais como ácidos minerais (por exemplo, ácido sulfúrico, ácido clorídrico e ácido fosfórico), sais, tais como cloreto de zinco, carbonato de cálcio, carbonato de sódio, sulfato de benziltrimetil amônio e aminas orgânicas básicas, tal como etileno diamina.
[0054] Em algumas modalidades dos métodos descritos aqui, nenhum produto químico, por exemplo, nenhum agente de intumesci- mento, é adicionado à biomassa, por exemplo, nenhum antes de irradiação. Por exemplo, substâncias alcalinas (tais como hidróxidos de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de lítio e hidróxidos de amônio), agentes de acidificação (tais como ácidos minerais (por exemplo, ácido sulfúrico, ácido clorídrico e ácido fosfórico)), sais, tais como cloreto de zinco, carbonato de cálcio, carbonato de sódio, sulfato de benziltri- metil amônio e aminas orgânicas básicas, tal como etileno diamina, são adicionados antes de irradiação ou outro processamento. Em alguns casos, nenhuma água extra é adicionada. Por exemplo, a bio-massa, antes de processamento, pode ter menos de 0,5 por cento em peso de produtos químicos adicionados, por exemplo, menos de 0,4, 0,25, 0,15 ou 0,1 por cento em peso de produtos químicos adicionados. Em alguns casos, a biomassa tem não mais do que um vestígio, por exemplo, menos do que 0,5 por cento em peso de produtos químicos adicionados antes de irradiação. Em outros casos, a biomassa, antes de irradiação, não tem substancialmente produtos químicos ou agentes de intumescimento adicionados. Evitar o uso de tais produtos químicos pode também ser estendido totalmente, por exemplo, todas as vezes antes de fermentação ou a todo tempo.
[0055] O termo "comestível", conforme usado aqui, significa adaptado para ser comido como um alimento.
[0056] Um "material cisalhado", conforme usado aqui, é um material que inclui fibras distintas no qual pelo menos cerca de 50% das fibras distintas têm uma proporção de comprimento/diâmetro (L/D) de pelo menos cerca de 5 e que têm uma densidade volumétrica descomprimida de menos de cerca de 0,6 g/cm3.
[0057] Em algumas modalidades, alteração de uma estrutura molecular de biomassa, conforme usado aqui, significa alterar a configuração de ligação química, tal como o tipo e quantidade de grupos funcionais ou conformação da estrutura. Por exemplo, a alteração na estrutura molecular pode incluir alteração do nível de recalcitrância do material, alteração da estrutura supramolecular do material, oxidação do material, alteração de um peso molecular médio, alteração de uma cristalinidade média, alteração de uma área de superfície, alteração de um grau de polimerização, alteração de uma porosidade, alteração de um grau de ramificação, enxertagem sobre outros materiais, alteração de um tamanho de domínio cristalino ou uma alteração de um tamanho de domínio global.
[0058] A menos que de outro modo definido, todos os termos técnicos e científicos usados aqui têm o mesmo significado conforme co- mumente entendido por aqueles versados no campo ao qual a presente invenção pertence. Embora métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles descritos aqui possam ser usados na prática ou testagem da presente invenção, métodos e materiais adequados são descritos abaixo. Todas as publicações, pedidos de patente, patentes e outra referências mencionadas aqui, são incorporados por referência na íntegra. Em caso de conflito, a presente especificação, incluindo definições, prevalecerá. Além disso, os materiais, métodos e exemplos são ilustrativos apenas e não se destinam a ser limitativos.
[0059] Conforme usado aqui, o termo "indivíduo" é usado por toda a especificação para descrever um animal, ser humano ou não- humano. O termo inclui, mas não está limitado a, pássaros, répteis, peixes, plantas, anfíbios e mamíferos, seres humanos, outros prima- tas, porcos, roedores, tais como camundongo e ratos, coelhos, porco- da-índia, hâmsters, vacas, cavalos, gatos, cães, ovelhas e cabras.
[0060] A divulgação completa do documento WO2008/073186 é incorporada por referência aqui na íntegra. As divulgações completas de cada um dos Pedidos de Patente U.S. a seguir são aqui incorporadas por referência: Pedidos Provisórios U.S. Nos. de Série 61/049.391; 61/049.394; 61/049.395; 61/049.404; 61/049.405; 61/049.406;61/049.407; 61/049.413; 61/049.415; e 61/049.419, todos depositados em 30 de Abril de 2008; Pedidos Provisórios U.S. Nos. de Série 61/073.432; 61/073.436; 61/073.496; 61/073.530; 61/073.665; e 61/073.674, todos depositados em 18 de Junho de 2008; Pedido Provisório U.S. No. de Série 61/106.861, depositado em 20 de Outubro de 2008; Pedidos Provisórios U.S. Nos. de Série 61/139.324 e 61/139.453, ambos depositados em 19 de Dezembro 2008 e Pedido de Patente U.S. N°. de Série12/417.707; 12/417.720; 12/417.840; 12/417.699; 12/417.731; 12/417.900; 12/417.880; 12/417.723; 12/417.786; e 12/417.904, todos depositados em 3 de Abril de 2009.
[0061] Qualquer material de carboidrato descrito aqui pode se utilizado em qualquer aplicação ou processo descrito em qualquer patente ou pedido de patente incorporado aqui por referência.
[0062] Em qualquer um dos métodos divulgados aqui, radiação pode ser aplicada a partir de um dispositivo que está em uma abóbada.
[0063] Outras características e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir e das reivindicações.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS.
[0064] A Figura 1 é um diagrama em bloco ilustrando a conversão de biomassa em produtos e co-produtos.
[0065] A Figura 2 é um diagrama em bloco ilustrando a conversão de uma fonte de fibra em um primeiro e segundo materiais fibrosos.
[0066] A Figura 3 é uma vista seccional transversal de um cortador de faca giratória.
[0067] A Figura 4 é um diagrama em bloco ilustrando a conversão de uma fonte de fibra em um primeiro, segundo e terceiro materiais fibrosos.
[0068] A Figura 5 é um diagrama em bloco ilustrando a densifica- ção de um material.
[0069] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de um moinho de pelota.
[0070] A Figura 7A é um material fibroso densificado na forma pelota.
[0071] A Figura 7B é uma seção transversal de uma pelota oca na qual o centro do oco está em - linha com um centro da pelota.
[0072] A Figura 7C é uma seção transversal de uma pelota oca na qual um centro do oco está fora de linha com o centro da pelota.
[0073] A Figura 7D é uma seção transversal de uma pelota tri- lobal.
[0074] A Figura 8 é um diagrama em bloco ilustrando uma sequência de tratamento para processamento de estoque de alimentação.
[0075] A Figura 9 é uma vista em corte em perspectiva de um irradiador gama alojado em uma abóbada de concreto.
[0076] A Figura 10 é uma vista em perspectiva ampliada da região R da Figura 9.
[0077] A Figura 11 é um diagrama em bloco ilustrando uma sequência de pré-tratamento de estoque de alimentação através de irradiação de feixe de elétrons.
[0078] A Figura 11A é uma representação esquemática de uma biomassa que está sendo ionizada e, então, oxidada ou dissipada.
[0079] A Figura 11B é uma vista lateral esquemática de um sistema para irradiação de um material de baixa densidade volumétrica, enquanto que a Figura 11C é uma vista seccional transversal do sistema tomada ao longo de 11C-11C.
[0080] A Figura 11D é uma vista seccional transversal esquemática de um sistema de leito fluidizado para irradiação de um material de baixa densidade volumétrica.
[0081] A Figura 11E é uma vista lateral esquemática de outro sistema para irradiação de um material de baixa densidade volumétrica.
[0082] A Figura 12 é uma vista esquemática de um sistema para ultra-som de uma corrente de processo de material celulósico em um meio líquido.
[0083] A Figura 13 é uma vista esquemática de um aparelho de ultra-som tendo dois transdutores acoplados a uma única antena em forma de chifre.
[0084] A Figura 14 é um diagrama em bloco ilustrando um sistema de pré-tratamento de estoque de alimentação pirolítico.
[0085] Figura 15 uma vista lateral seccional transversal de uma câmara.uma câmara.
[0086] A Figura 16 é uma vista lateral seccional transversal de uma câmara.
[0087] A Figura 17 é uma vista lateral seccional transversal de uma câmara de um aparelho de pirólise que inclui um filamento aque- cido.
[0088] A Figura 18 é uma vista lateral seccional transversal esquemática de um aparelho de pirólise de Curie-Point.
[0089] A Figura 19 é uma vista lateral seccional transversal esquemática de um aparelho de pirólise com forno.
[0090] A Figura 20 é uma vista superior seccional transversal es-quemática de um aparelho de pirólise a laser.
[0091] A Figura 21 é uma vista lateral superior transversal esquemática de um aparelho de pirólise à chama com filamento de tungstê- nio.
[0092] A Figura 22 é um diagrama em bloco ilustrando um sistema de pré-tratamento de estoque de alimentação oxidativo.
[0093] A Figura 23 é um diagrama em bloco ilustrando uma visão geral do processo de conversão de uma fonte de fibra em um produto, por exemplo, etanol.
[0094] A Figura 24 é uma vista seccional transversal de um aparelho de explosão de vapor.
[0095] A Figura 25 é uma vista lateral seccional transversal esquemática de um dispositivo de ultra-som/feixe de elétrons híbrido.
[0096] A Figura 26 é uma micrografia de varredura eletrônica de um material fibroso produzido a partir de papel poli-revestido em uma ampliação de 25 X. O material fibroso foi produzido sobre um cortador de faca giratória utilizando uma peneira com aberturas de 1/8 polegadas.
[0097] A Figura 27 é uma micrografia de varredura eletrônica de um material fibroso produzido a partir de papelão Kraft branqueado em uma ampliação de 25 X. O material fibroso foi produzido sobre um cortador de faca giratória utilizando uma peneira com aberturas de 1/8 polegadas.
[0098] A Figura 28 é uma micrografia de varredura eletrônica de um material fibroso produzido a partir de papelão Kraft branqueado em uma ampliação de 25 X. O material fibroso foi produzido sobre um cortador de faca giratória utilizando uma peneira com aberturas de 1/16 polegadas.
[0099] A Figura 29 é uma micrografia de varredura eletrônica de um material fibroso produzido a partir de papelão Kraft branqueado em uma ampliação de 25 X. O material fibroso foi cisalhado três vezes sobre um cortador de faca giratória. Durante o primeiro cisalhamento, uma peneira de 1/8 polegadas foi usada; durante o segundo cisalha- mento, uma peneira de 1/16 polegadas foi usada e, durante o terceiro cisalhamento, uma peneira de 1/32 polegadas foi usada.
[00100] A Figura 30 é uma vista lateral esquemática de um aparelho de ultra-som, enquanto que a Figura 31 é uma vista seccional transversal através da célula de processamento da Figura 30.
[00101] A Figura 32 é uma micrografia de varredura eletrônica em uma ampliação de 1000 X de um material fibroso produzido a partir de cisalhamento de switchgrass sobre um cortador de faca giratória e, então, passando o material cisalhado através de uma peneira de 1/32 polegadas.
[00102] As Figuras 33 e 34 são micrografias de varredura eletrônica do material fibroso da Figura 32 após irradiação com raios gama a 10 Mrad e 1000 Mrad, respectivamente, em uma ampliação de 1000 X.
[00103] A Figura 35 é um micrografia de varredura eletrônica do material fibroso da Figura 32 após irradiação com 10 Mrad e ultra-som em uma ampliação de 1000 X.
[00104] A Figura 36 é um micrografia de varredura eletrônica do material fibroso da Figura 32 após irradiação com 100 Mrad e ultrasom em uma ampliação de 1000 X.
[00105] A Figura 37 é um espectro de infravermelho de papelão Kraft cisalhado sobre um cortador de faca giratória.
[00106] A Figura 38 é um espectro de infravermelho do papel Kraft da Figura 37 após irradiação com 100 Mrad de radiação gama.
[00107] A Figura 39 é uma vista esquemática de um processo para conversão de biomassa.
[00108] A Figura 40 é uma vista esquemática de outro processo para conversão de biomassa.
[00109] A Figura 41 é um diagrama esquemático de uma unidade de processamento de biomassa móvel baseada em caminhão.
[00110] A Figura 42 é um diagrama esquemático de uma unidade de processamento de biomassa móvel baseada em trem.
[00111] As Figuras 43A e 43B são diagramas esquemáticos mostrando as etapas de processamento para geração de produtos e co- produtos a partir de biomassa (A e para a geração de produtos usando uma etapa de bioconversão).
[00112] A Figura 44 é um diagrama esquemático mostrando um volume variável de processo de fermentação alimentado em batelada.
[00113] A Figura 45 é um diagrama esquemático mostrando um processo de fermentação alimentado em batelada com volume fixo.
[00114] A Figura 46 é um diagrama esquemático mostrando as etapas de processamento requeridas para a produção de produtos 1, 2 e 3. A estrela indica que uma etapa que é opcional. A seta preta indica que uma etapa de densificação opcional pode ser realizada.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[00115] Biomassa (por exemplo, biomassa de planta, biomassa animal, biomassa microbiana e biomassa de dejetos municipais) pode ser processada usando os métodos divulgados aqui para produzir produtos úteis, tais como produtos alimentícios. Além disso, materiais fun- cionalizados tendo tipos e quantidades desejadas de funcionalidade, tais como grupos ácido carboxílico, grupos aldeído, grupos cetona, grupos nitrila, grupos nitro ou grupos nitroso podem ser preparados usando os métodos descritos aqui. Tais materiais funcionalizados podem ser, por exemplo, mais solúveis, mais fáceis de utilizar por vários micro-organismos ou podem ser mais estáveis ao longo do tempo, por exemplo, menos propenso à oxidação. Sistemas e processos são descritos abaixo aqui que podem usar vários materiais de biomassa, por exemplo, materiais celulósicos, materiais lignocelulósicos, amido ou materiais que são ou que incluem açúcares de baixo peso molecular, como materiais de estoque de alimentação. Materiais de biomassa estão, frequentemente, disponíveis prontamente, podem ser difíceis de processar, por exemplo, por meio de fermentação ou podem proporcionar rendimento sub-ótimos em uma taxa lenta, por exemplo, através de fermentação. Materiais de biomassa podem ser primeiro pré- tratados, frequentemente mediante redução de tamanho de materiais de estoque de alimentação brutos. A biomassa pré-tratada pode, então, ser tratada usando pelo menos um de: radiação (sob condições térmicas controladas), ultra-som, oxidação, pirólise e explosão de vapor. Os vários sistemas e métodos de pré-tratamento podem ser usados em combinação de duas, três ou mesmo quatro dessas tecnologias.
[00116] Alternativamente ou além disso, a presente invenção é baseada, pelo menos em parte, na observação de que os métodos descritos aqui podem ser usados para converter biomassa em materiais e composições sem energia. Tais materiais e composições incluem, mas não estão limitados a, gêneros alimentícios (por exemplo, adequados para consumo por seres humanos e/ou animais), produtos farmacêuticos, nutracêuticos, veículos de distribuição de produtos farmacêuticos e formas de dosagem, excipientes farmacêuticos, conjugados farmacêuticos, matrizes reticuladas tais como hidrogéis, materiais absorventes, fertilizantes e produtos de lignina.
TIPO DE BIOMASSA
[00117] Em geral, qualquer material de biomassa que é ou inclui carboidratos compostos totalmente de uma ou mais unidades sacarídi- cas ou que incluem uma ou mais unidades sacarídicas pode ser pro-cessado através de qualquer um dos métodos descritos aqui. Conforme usado aqui, biomassa inclui materiais celulósicos, lignocelulósicos, hemicelulósicos, contendo amido e lignina. Por exemplo, o material de biomassa pode ser materiais celulósicos ou lignocelulósicos ou materiais de amido, tais como grãos de milho, grãos de arroz ou outros alimentos ou materiais que são ou incluem um ou mais açúcares de bai- xo peso molecular, tais como sacarose ou celobiose.
[00118] Por exemplo, tais materiais podem incluir papel, produtos de papel, resíduos de papel, madeira, materiais relacionados à madeira, papelão em partícula, gramíneas, cascas de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, palha de milho, cascas de arroz, pêlo de coco, algodão, alga marinha (alga marinha gigante), hiacinto aquático, cassava, grãos de café, grãos de café moídos (grãos de café moídos usados), algodão, celuloses sintéticas ou misturas de qualquer um desses.
[00119] Fontes de fibra incluem fontes de fibra celulósica, incluindo papel e produtos de papel (por exemplo, papel poli-revestido e papel Kraft) e fontes de fibra lignocelulósicas, incluindo madeira e materiais relacionados à madeira, por exemplo, papelão em partícula. Outras fontes de fibra adequadas incluem fontes de fibra natural, por exemplo, gramíneas, casca de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, cascas de arroz, pêlo de coco; fontes de fibra com alto teor de α-celulose, por exemplo, algodão; e fontes de fibra sintética, por exemplo, fio extrudado (fio orientado ou fio não orientado). Fontes de fibra natural ou sintética podem ser obtidas de recortes de materiais têxteis virgens, por exemplo, materiais têxteis remanescentes ou eles podem ser um resíduo pós- consumidor, por exemplo, trapos. Quando os produtos de papel são usados como fonte de fibra, eles podem ser matérias virgens, por exemplo, recortes de materiais virgens ou eles podem ser um resíduo pós-consumidor. Além de matérias primas virgens, resíduo pós- consumidor, industrial (por exemplo, refugo) e de processamento (por exemplo, efluente de processamento de papel) pode também ser usado como fontes de fibra. Também, a fonte de fibra pode ser obtida ou derivada de resíduos de um ser humano (por exemplo, esgoto), animal ou planta. Fontes de fibra adicionais foram descritas no campo, por exemplo, veja Patentes U.S. Nos. 6.448.307, 6.258.876, 6.207.729, 5.973.035 e 5.952.105.
[00120] Fontes microbianas incluem, mas não estão limitadas a, qualquer micro-organismo ou organismo que ocorre naturalmente ou geneticamente modificado que contém ou é capaz de proporcionar uma fonte de carboidrato (por exemplo, celulose), por exemplo, protis- tas (por exemplo, animal (por exemplo, protozoários, tais como flagelados, amebóides, ciliados e esporozoários) e planta (por exemplo, algas tais como alveolados, cloraracniófitos, criptófitos, euglenóides, glaucófitos, haptófitos, algas vermelhas, estramenópilos e viridaeplan- tae)), algas marinhas, plâncton (por exemplo, macroplâncton, meso- plâncton, microplâncton, nanoplâncton, picoplâncton e femptoplânc- ton), fitoplâncton, bactérias (por exemplo, bactérias gram positivas, bactérias gram negativas e extremófilos, levedos e/ou misturas dos mesmos. Em alguns casos, biomassa microbiana pode ser obtida de fontes naturais, por exemplo, o oceano, lagos, corpos de água, por exemplo, água salgada ou água doce ou sobre um aterro. Alternativamente ou além disso, biomassa microbiana pode ser obtida de sistemas de cultura, sistemas de cultura a seco e a úmido de larga escala.
[00121] Exemplos de biomassa incluem matéria orgânica renovável, tal como biomassa de planta, biomassa microbiana, biomassa animal (por exemplo, qualquer subproduto animal, resíduo animal, etc.) e biomassa de dejetos municipais, incluindo qualquer e todas as combinações desses materiais de biomassa.
[00122] Biomassa de planta e biomassa lignocelulósica incluem matérias orgânica (de madeira e não de madeira) derivada de plantas, especialmente matérias disponível em uma base sustentável. Exemplos incluem biomassa de safras agrícolas ou alimentícias (por exemplo, cana de açúcar, beterrabas sacarínicas ou grãos de milho) ou um extrato das mesmas (por exemplo, açúcar de cana de açúcar e amido de milho de milho), resíduos e dejetos de safras agrícolas, tais como palha de trigo, palha de milho, palha de arroz, bagaço de cana de açúcar e semelhantes. Biomassa de planta ainda inclui, mas não está limitada a árvores, safras de energia de madeira, resíduos de madeira e resíduos tais como aparas de madeira macia de árvores florestais, resíduos de cascas, pó de serragem, correntes residuais da indústria de papel e polpa e semelhantes. Adicionalmente safras de gramíneas, tais como switchgrass e semelhantes têm o potencial de serem produzidas em larga escala como outra fonte de biomassa de planta. Para áreas urbanas, o estoque de alimentação de biomassa de planta inclui resíduos de jardim (por exemplo, cortes de grama, folhas, aparas de árvore e arbustos) e resíduos de processamento de vegetais.
[00123] Em algumas modalidades, biomassa pode incluir estoque de alimentação lignocelulósico que pode ser biomassa de planta tal como, mas não limitado a, biomassa de planta de não-madeira, safras cultivadas tais como, mas não limitado a, gramíneas, por exemplo, mas não limitado a, gramíneas C4, tais como switchgrass, capim pra- turá, centeio, miscanto, grama faláris-vermelha ou uma combinação das mesmas ou resíduos de processamento de açúcar, tais como bagaço ou polpa de beterraba, resíduos agrícolas, por exemplo, palha de soja, palha de milho, palha de arroz, cascas de arroz, palha de cevada, sabugos de milho, palha de trigo, palha de canola, palha de arroz, palha de aveia, cascas de aveia, fibra de milho, fibra de polpa de papel reciclada, pó de serragem, uma linha dura, por exemplo, madeira e pó de serragem de álamo, madeira macia e um combinação das mesmas. Ainda, o estoque de alimentação lignocelulósico pode incluir um material residual celulósico, tal como, mas não limitado a, jornal, cartolina, pó de serragem e semelhantes. O estoque de alimentação lignocelulósico pode incluir uma espécie de fibra ou, alternativamente, o estoque de alimentação lignocelulósico pode incluir uma mistura de fibras que se originam de diferentes estoque de alimentação lignocelu- lósicos. Além disso, o estoque de alimentação lignocelulósico pode compreender estoque de alimentação lignocelulósico fresco, estoque de alimentação lignocelulósico parcialmente seco, estoque de alimentação lignocelulósico completamente seco ou uma combinação dos mesmos.
[00124] Biomassa microbiana inclui biomassa derivada de organismos unicelulares e/ou organismos multicelulares que ocorrem naturalmente ou geneticamente modificados, por exemplo, organismos do oceano, lagos, corpos de água, água salgada ou água doce ou sobre aterros e quem contém uma fonte de carboidrato (por exemplo, celulose). Biomassa microbiana pode incluir, mas não está limitada a, por exemplo, protistas (por exemplo, animal (por exemplo, protozoários, tais como flagelados, amebóides, ciliados e esporozoários) e planta (por exemplo, algas tais como alveolados, cloraracniófitos, criptomói- des, euglenóides, glaucófitos, haptófitos, algas vermelhas, estramenó- pilos e viridaeplantae)), algas marinhas, plâncton (por exemplo, ma- croplâncton, mesoplâncton, microplâncton, nanoplâncton, picoplâncton e femptoplâncton), fitoplâncton, bactérias (por exemplo, bactérias gram positivas, bactérias gram negativas e extremófilos, levedos e/ou misturas dos mesmos. Em alguns casos, a biomassa microbiana pode ser obtida de fontes naturais, por exemplo, o oceano, lagos, corpos de água, por exemplo, água salgada ou água doce ou sobre aterro. Alternativamente ou além disso, a biomassa microbiana pode ser obtida de sistemas de cultura, por exemplo, sistemas de cultura a seco e a úmido de larga escala.
[00125] Biomassa animal inclui qualquer material residual orgânico, tal como material residual ou excremento derivado de animal ou material residual ou excremento derivado de ser humano (por exemplo, estrume e esgoto).
[00126] Em algumas modalidades, o carboidrato é ou inclui um material tendo uma ou mais e-1,4-ligações e tendo um peso molecular numérico médio entre cerca de 3.000 e 50.000. Tal carboidrato é ou inclui celulose (I), a qual é derivada de (β-glicose 1) através de condensação de ligações β(1 ^ 4)-glicosídicas. Essa ligação contrasta, em si, com aquela para ligações α(1 ^ 4)-glicosídicas presentes em amido e outros carboidratos.
Figure img0001
[00127] Materiais de amido incluem amido em si, por exemplo, amido de milho, amido de trigo, amido ou amido de arroz, um derivado de amido, ou um material que inclui amido, tal como um produto alimentício comestível ou uma safra. O material de amido pode ser arracacha, trigo silvestre, banana, cevada, cassava, kudzu, oca, sagu, sorgo, batatas domésticas regulares, batata doce, taro, inhame ou um ou mais feijões, tais como favas, lentilhas ou ervilhas. Misturas de qualquer um ou mais materiais de amido são também um material de amido. Em modalidades particulares, o material de amido é derivado de milho. Vários amidos de milho e derivados são conhecidos no campo; veja, por exemplo, "Corn Starch", Corn Refiners Association (11a Edição, 2006).
[00128] Materiais de biomassa que incluem açúcares de baixo peso molecular podem, por exemplo, incluir pelo menos cerca de 0,5 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular, por exemplo, pelo menos cerca de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12.5, 25, 35, 50, 60, 70, 80, 90 ou mesmo pelo menos cerca de 95 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular. Em alguns casos, a biomassa é composta substancialmente do açúcar de baixo peso molecular, por exemplo, mais de 95 por cento em peso, tal como 96, 97, 98, 99 ou substancialmente 100 por cento em peso do açúcar de baixo peso molecular.
[00129] Materiais de biomassa que incluem açúcares de baixo peso molecular podem ser produtos agrícolas ou produtos alimentícios tais como cana de açúcar e beterrabas sacarínicas ou um extrato das mesmas, por exemplo, suco de cana de açúcar ou suco de beterrabas sacarínicas. Materiais de biomassa que incluem açúcares de baixo peso molecular podem ser extratos substancialmente puros, tal como açúcar de mesa cristalizado (sacarose) ou bruto. Açúcares de baixo peso molecular incluem derivados de açúcar. Por exemplo, os açúcares de baixo peso molecular podem ser oligoméricos (por exemplo, igual a ou mais 4-mer, 5-mer, 6-mer, 7-mer, 8-mer, 9-mer ou 10-mer), triméricos, diméricos ou monoméricos. Quando os carboidratos são formados de mais de uma única unidade de repetição, cada unidade de repetição pode ser a mesma ou diferente.
[00130] Exemplos específicos de açucares de baixo peso molecular incluem celobiose, lactose, sacarose, glicose e xilose, junto com derivados dos mesmos. Em alguns casos, derivados de açúcar são mais rapidamente dissolvidos em solução ou utilizados por micróbios para proporcionar um material útil. Vários de tais açúcares e derivados de açúcar são mostrados abaixo.
Figure img0002
[00131] Combinações (por exemplo, em si ou em combinação com qualquer material de biomassa, componente, produto e/ou co-produto gerado usando os métodos descritos aqui) de quaisquer materiais de biomassa descritos aqui podem ser utilizadas para a produção de qualquer um dos produtos descritos aqui. Por exemplo, misturas de materiais celulósicos e materiais de amido podem ser utilizadas para produção de qualquer produto descrito aqui.
SISTEMAS PARA TRATAMENTO DE BIOMASSA
[00132] A Figura 1 mostra um sistema 100 para conversão de biomassa, particularmente biomassa com componentes celulósicos e lig- nocelulósicos e/ou componentes de amido significativos, em produtos e co-produtos úteis. O sistema 100 inclui um sub-sistema de preparo de alimentação 110, um sub-sistema de pré-tratamento 114, um subsistema de processo primário 118 e um sub-sistema de pós- processamento 122. O sub-sistema de preparo de alimentação 110 recebe biomassa em sua forma bruta, prepara fisicamente a biomassa para uso como estoque de alimentação por meio de processos a ju-sante (por exemplo, reduz o tamanho e homogeneizar a biomassa) e armazena a biomassa em sua forma bruta e como estoque de alimentação.
[00133] Estoque de alimentação de biomassa com componentes celulósicos e/ou lignocelulósicos ou componentes de amido pode ter um alto peso molecular e cristalinidade médios que podem tornar o processamento do estoque de alimentação em produtos úteis (por exemplo, fermentação do estoque de alimentação para produzir eta- nol) difícil. Consequentemente, é útil tratar o estoque de alimentação de biomassa, por exemplo, usando os métodos de tratamento descritos aqui. Conforme descrito aqui, em algumas modalidades, o tratamento de biomassa não usa ácidos, bases e/ou enzimas para processar a biomassa ou usa apenas tais tratamentos em pequenas quantidades ou quantidades catalíticas.
[00134] O sub-sistema de tratamento 114 recebe o estoque de alimentação de biomassa do sub-sistema de preparo de alimentação 110 e prepara o estoque de alimentação para uso em processos de produção primários através, por exemplo, de redução do peso molecular e cristalinidade médios do estoque de alimentação. O sub-sistema de processo primário 118 recebe o estoque de alimentação tratado do sub- sistema de tratamento 114 e produz produtos úteis (por exemplo, eta- nol, outros álcoois, produtos farmacêuticos e/ou produtos alimentícios). Em alguns casos, o produto do sub-sistema de processo primário 118 é diretamente útil mas, em outros casos, requer processamento adicional fornecido pelo sub-sistema pós-processamento 122. O sub-sistema pós-processamento 122 confere processamento adicional às correntes de produto do sistema de processo primário 118 as quais o requer (por exemplo, destilação e desnaturação de etanol), bem como tratamento para correntes residuais dos outros sub-sistemas. Em alguns casos, os co-produtos dos sub-sistemas 114, 118, 122 podem também ser direta ou indiretamente úteis como produtos secundários e/ou no aumento da eficiência global do sistema 100. Por exemplo, o sub-sistema pós- processamento 122 pode produzir água tratada a ser reciclada para uso como água de processo em outros sub-sistemas e/ou pode produzir um resíduo passível de queima o qual pode ser usado como combustível para caldeiras que produzem vapor e/ou eletricidade.
[00135] O tamanho ótimo para unidades de conversão de biomassa é afetado por fatores, incluindo a economia de escala e o tipo e a disponibilidade de biomassa usada como estoque de alimentação. Aumento do tamanho da unidade tende a aumentar a economia de escala associada a processos na unidade. Contudo, aumento do tamanho da unidade também tende a aumentar os custos (por exemplo, custos de transporte) por unidade de estoque de alimentação. Estudos que analisaram esses fatores sugerem que o tamanho apropriado para unidades de conversão de biomassa pode oscilar de 100 a 1.000 ou mais, por exemplo, 10.000 ou mais toneladas secas de estoque de alimentação por dia dependendo, pelo menos em parte, do tipo de estoque de alimentação usado. O tipo de estoque de alimentação de bi-omassa pode também ter um impacto sobre os requisitos de armazenamento da unidade com unidades projetadas primariamente para processamento de estoque de alimentação, cuja disponibilidade varia periodicamente (por exemplo, palha de milho) que requer mais arma-zenamento de acetato de etila no ou sobre o local do que unidades projetadas para processar estoque de alimentação cuja disponibilidade é relativamente constante (por exemplo, papel residual).
PRÉ-TRATAMENTO DE BIOMASSA
[00136] Em alguns casos, métodos de pré-tratamento de processamento de começam com um preparo físico da biomassa, por exemplo, redução de tamanho dos materiais de estoque de alimentação bruto de biomassa, tal como por meio de corte, trituração, esmagamento, formação de um purê, cisalhamento ou picando. Em algumas modalidades, métodos (por exemplo, métodos mecânicos) são usados para reduzir o tamanho e/ou dimensões de pedaços individuais de biomassa. Em alguns casos, estoque de alimentação frouxo (por exemplo, papel reciclado ou switchgrass) é pré-tratado mediante cisalha- mento ou picando. Peneiras e/ou imãs podem ser usados para remo-ver objetos super-dimensionados ou indesejáveis tais como, por exemplo, rochas ou pregos da corrente de alimentação.
[00137] Sistemas de pré-tratamento de alimentação podem ser configurados para produzir correntes com características específicas tais como, por exemplo, tamanhos específicos máximos, comprimento para largura específico ou proporções específicas de áreas de superfície. Como uma parte do pré-tratamento de alimentação, a densidade volumétrica do acetato de etila pode ser controlada (por exemplo, aumentada).
Redução de Tamanho
[00138] Em algumas modalidades, a biomassa está na forma de um material fibroso que inclui fibras proporcionadas por meio de cisalha- mento da biomassa. Por exemplo, o cisalhamento pode ser realizado com um cortador de faca giratória.
[00139] Por exemplo e com referência à Figura 2, uma fonte de fibra de biomassa 210 é cisalhada, por exemplo, em um cortador de faca giratória, para proporcionar um primeiro material de biomassa 212. O primeiro material fibroso 212 é passado através de uma primeira peneira 214 tendo um tamanho médio de abertura de 1,59 mm ou menos (1/16 polegadas, 0,0265 polegadas) para proporcionar um segundo material fibroso 216. Se desejado, a fonte de fibra pode ser cortada antes de cisalhamento, por exemplo, com um picador. Por exemplo, quando um papel é usado como a fonte de fibra, o papel pode primeiro ser cortado em tiras que têm, por exemplo, % a % polegadas de largura, usando um picador, por exemplo, um picador de rosca contra- giratória, tal como aquele fabricado pela Munson (Utica, N.Y.). Como uma alternativa ao picar, o papel pode ter o tamanho reduzido cortando para um tamanho desejado usando um cortador de guilhotina. Por exemplo, o cortador de guilhotina pode ser usado para cortar o papel em folhas que têm, por exemplo, 10 polegadas de largura por 12 polegadas de comprimento.
[00140] Em algumas modalidades, o picar da fonte de fibra e a passagem do primeiro material fibroso resultante através de uma primeira peneira são realizados concorrentemente. O cisalhamento e a passagem também podem ser realizados em um processo do tipo batelada.
[00141] Por exemplo, um cortador de faca giratória pode ser usado para cisalhar concorrentemente a fonte de fibra e peneirar o primeiro material fibroso. Fazendo referência à Figura 3, um cortador de faca giratória 220 inclui um depósito alimentador 222 que pode ser carregado com uma fonte de fibra picada 224 preparada por meio de métodos padrões. A fonte de fibra picada é cisalhada entre lâminas estacionárias 230 e lâminas giratórias 232 para proporcionar um primeiro material fibroso 240, O primeiro material fibroso 240 passa através da peneira 242 e o segundo material fibroso 244 resultante é capturado em um recipiente 250, Para auxiliar na coleta do segundo material fibroso, o recipiente pode ter uma pressão abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos dez por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos 25 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, pelo menos 50 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal ou pelo menos 75 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal. Em algumas modalidades, uma fonte de vácuo 252 é utilizada para manter o recipiente abaixo da pressão atmosférica nominal.
[00142] Cisalhamento pode ser vantajoso para "abertura" e "tensio- namento" dos materiais fibrosos, tornando a celulose dos materiais mais suscetível à cisão de cadeia e/ou redução de cristalinidade. Os materiais abertos podem também ser mais suscetíveis à oxidação quando irradiados.
[00143] Em algumas modalidades, cisalhamento pode ser vantajoso para "abertura" e "tensionamento" dos materiais fibrosos, tornando a celulose dos materiais mais suscetível à digestão e absorção por um ruminante.
[00144] A fonte de fibra pode ser cisalhada em um estado seco, um estado hidratado (por exemplo, tendo até dez por cento em peso de água absorvida) ou em um estado úmido, por exemplo, tendo entre cerca de 10 por cento e cerca de 75 por cento em peso de água. A fonte de fibra pode mesmo ser cisalhada enquanto parcial ou completamente submersa sob um líquido, tal como água, etanol ou isopropanol.
[00145] A fonte de fibra pode também ser cisalhada sob um gás (tal como uma corrente ou atmosfera de outro gás que não ar), por exemplo, oxigênio ou nitrogênio ou em vapor.
[00146] Outros métodos de produção dos materiais fibrosos incluem, por exemplo, trituração com pedra, rasgo ou dilaceramento mecânico, trituração a pino e/ou moagem por atrito a ar.
[00147] Se desejado, os materiais fibrosos podem ser separados, continuamente ou em lotes, em frações de acordo com seu comprimento, largura, densidade, tipo de material ou alguma combinação desses atributos.
[00148] Por exemplo, materiais ferrosos podem ser separados de qualquer um dos materiais fibrosos passando um material fibroso que inclui um material ferroso sobre um imã, por exemplo, um eletroímã e, então, passando o material fibroso resultante através de uma série de peneiras, cada peneira tendo aberturas diferentemente dimensionadas.
[00149] Os materiais fibrosos podem também ser separados, por exemplo, usando um gás em alta velocidade, por exemplo, ar. Em tal abordagem, os materiais fibrosos são separados extraindo diferentes frações as quais podem ser caracterizadas fotonicamente, se desejado. Tal aparelho de separação é discutido em Lindsey et al., Patente U.S. N°. 6.883.667.
[00150] Os materiais fibrosos podem ser pré-tratados imediatamente após seu preparo ou eles podem ser secos, por exemplo, a aproximadamente 105°C durante 4-18 horas, de modo que o teor de umidade seja, por exemplo, de menos de cerca de 0,5% antes de uso.
[00151] Se desejado, lignina pode ser removida de qualquer um dos materiais fibrosos que incluem lignina. Também, para auxiliar na ruptura dos materiais que incluem a celulose, o material pode ser tratado antes de irradiação com calor, um produto químico (por exemplo, ácido mineral, base ou um oxidante forte, tal como hipoclorito de sódio) e/ou uma enzima.
[00152] Em algumas modalidades, o tamanho médio de abertura da primeira peneira é de menos de 0,79 mm (1/32 polegada, 0,03125 polegada), por exemplo, menos de 0,51 mm (1/50 polegada, 0,02000 polegada), menos de 0,40 mm (1/64 polegada, 0,015625 polegada), menos de 0,23 mm (0,009 polegada), menos de 0,20 mm (1/128 polega- da, 0,0078125 polegada), menos de 0,18 mm (0,007 polegada), menos de 0,13 mm (0,005 polegada) ou mesmo menos de 0,10 mm (1/256 polegada, 0,00390625 polegada). A peneira é preparada entrelaçando monofilamentos tendo um diâmetro apropriado para proporcionar o tamanho de abertura desejado. Por exemplo, os monofilamen- tos podem ser feitos de um metal, por exemplo, aço inoxidável. À medida que os tamanhos de abertura se tornam menores, as demandas estruturas sobre os monofilamentos podem ser tornar maiores. Por exemplo, para tamanhos de abertura de menos de 0,40 mm, pode ser vantajoso fazer peneiras a partir de monofilamentos feitos de um outro material que não aço inoxidável, por exemplo, titânio, ligas de titânio, metais amorfos, níquel, tungstênio, ródio, rênio, cerâmica ou vidro. Em algumas modalidades, a peneira é feita de uma placa, por exemplo, uma placa de metal tendo aberturas, por exemplo, cortada em uma placa usando um laser. Em algumas modalidades, a área de abertura da malha é de menos de 52%, por exemplo, menos de 41%, menos de 36%, menos de 31%, menos de 30%.
[00153] Em algumas modalidades, o segundo material fibroso é ci- salhado e passado através da primeira peneira ou uma peneira de uma dimensão diferente. Em algumas modalidades, o segundo material fibroso é passado através de uma segunda peneira tendo um tamanho médio de abertura igual a ou menor do que aquele da primeira peneira.
[00154] Fazendo referência à Figura 4, um terceiro material fibroso 220 pode ser preparado a partir do segundo material fibroso 216 por meio de cisalhamento do segundo material fibroso 216 e passando o material resultante através de uma segunda peneira 222 tendo um tamanho médio de abertura menor do que a primeira peneira 214.
[00155] Em geral, as fibras dos materiais fibrosos podem ter uma proporção média de comprimento para diâmetro relativamente grande (por exemplo, maior do que 20 para 1), mesmo se elas foram cisalha- das mais de uma vez. Além disso, as fibras dos materiais fibrosos descritos aqui podem ter uma distribuição de proporção de comprimento para diâmetro e/ou comprimento relativamente limitada.
[00156] Conforme usado aqui, larguras médias de fibra (por exemplo, diâmetros) são aquelas determinadas opticamente selecionando, de modo aleatório, aproximadamente 5.000 fibras. Os comprimentos médios de fibra são comprimentos ponderados corrigidos. As áreas de superfície BET (Brunauer, Emmet e Teller) são áreas de superfície multipontos e as porosidades são aquelas determinadas por meio de porosimetria de mercúrio.
[00157] A proporção média de comprimento de para diâmetro do segundo material fibroso 14 pode ser maior do que 5/1, por exemplo, maior do que 8/1, por exemplo, maior do que 10/1, maior do que 15/1, maior do que 20/1, maior do que 25/1 ou maior do que 50/1, Um comprimento médio do segundo material fibroso 14 pode estar, por exemplo, entre cerca de 0,5 mm e 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 0,75 mm e 1,0 mm e uma largura média (por exemplo, diâmetro) do segundo material fibroso 14 pode estar, por exemplo, entre cerca de 5 μ m e 50 μ m, por exemplo, entre cerca de 10 μ m e 30 μ m.
[00158] Em algumas modalidades, um desvio padrão do comprimento do segundo material fibroso 14 é menos de 60 por cento de um comprimento médio do segundo material fibroso 14, por exemplo, menos de 50 por cento do comprimento médio, menos de 40 por cento do comprimento médio, menos de 25 por cento do comprimento médio, menos de 10 por cento do comprimento médio, menos de 5 por cento do comprimento médio ou mesmo menos de 1 por cento do comprimento médio.
[00159] Em algumas modalidades, uma área de superfície BET do segundo material fibroso é maior do que 0,1 m2/g, por exemplo, maior do que 0,25 m2/g, maior do que 0,5 m2/g, maior do que 1,0 m2/g, maior do que 1,5 m2/g, maior do que 1,75 m2/g, maior do que 5.0 m2/g, maior do que 10 m2/g, maior do que 25 m2/g, maior do que 35 m2/g, maior do que 50m2/g, maior do que 60 m2/g, maior do que 75 m2/g, maior do que 100 m2/g, maior do que 150 m2/g, maior do que 200 m2/g ou ainda maior do que 250 m2/g. Uma porosidade do segundo material fibrosos 14 pode ser, por exemplo, maior do que 20 por cento, maior do que 25 por cento, maior do que 35 por cento, maior do que 50 por cento, maior do que 60 por cento, maior do que 70 por cento, por exemplo, maior do que 80 por cento, maior do que 85 por cento, maior do que 90 por cento, maior do que 92 por cento, maior do que 94 por cento, maior do que 95 por cento, maior do que 97,5 por cento, maior do que 99 por cento ou ainda maior do que 99,5 por cento.
[00160] Em algumas modalidades, uma proporção média do comprimento para diâmetro do primeiro material fibrosos para a proporção média de comprimento para diâmetro do segundo material fibroso é, por exemplo, menos de 1,5, por exemplo, menos de 1,4, menos de 1,25, menos de 1,1, menos de 1,075, menos de 1,05, menos de 1,025 ou mesmo substancialmente igual a 1.
[00161] Em modalidades particulares, o segundo material fibroso é cisalhado novamente e o material fibroso resultante passado através de uma segunda peneira tendo um tamanho médio de abertura menor do que a primeira peneira para proporcionar um terceiro material fibroso. Em tais casos, uma proporção média do comprimento para diâmetro do segundo material fibroso para a proporção média de comprimento para diâmetro do terceiro material fibroso pode ser por exemplo, menos de 1,5, por exemplo, menos de 1,4, menos de 1,25 ou mesmo menos de 1,1.
[00162] Em algumas modalidades, o terceiro material fibroso é passado através de uma terceira peneira para produzir um quarto material fibroso. O quarto material fibroso pode ser, por exemplo, passado através de uma quarta peneira para produzir um quinto material. Processos de peneiramento similares podem ser repetidos tantas vezes quanto desejado para produzir o material fibroso desejado tendo as propriedades desejadas.
Densificação
[00163] Conforme usado aqui, a densificação refere-se ao aumento da densidade volumétrica de um material. Materiais densificados podem ser processados ou quaisquer materiais processados podem ser densificados, através de qualquer um dos métodos descritos aqui.
[00164] Um material, por exemplo, um material fibroso tendo uma baixa densidade volumétrica pode ser densificado em um produto tendo uma maior densidade volumétrica. Por exemplo, uma composição de material tendo uma densidade volumétrica de 0,05 g/cm3 pode ser densificado vedando o material fibroso em uma estrutura relativamente impermeável a gás, por exemplo, um saco feito de polietileno ou um saco feito de camadas alternadas de polietileno e um náilon e, então, evacuando o gás encerrado, por exemplo, ar, da estrutura. Após evacuação do ar da estrutura, o material fibroso pode ter, por exemplo, uma densidade volumétrica maior do que 0,3 g/cm3, por exemplo, 0,5 g/cm3, 0,6 g/cm3, 0,7 g/cm3 ou mais, por exemplo, 0,85 g/ cm3. Após densificação, o produto pode ser pré-tratado através de qualquer um dos métodos descritos aqui, por exemplo, irradiado, por exemplo, com radiação gama. Isso pode ser vantajoso quando é desejável transportar o material para outro local, por exemplo, uma fábrica remota, onde a composição de material fibroso pode ser adicionada a uma solução, por exemplo, para produzir etanol. Após perfuração da estrutura subs-tancialmente impermeável a gás, o material fibroso densificado pode reverter para quase a sua densidade volumétrica inicial, por exemplo, para pelo menos 60 por cento de sua densidade volumétrica inicial, por exemplo, 70 por cento, 80 por cento, 85 por cento ou mais, por exemplo, 95 por cento de sua densidade volumétrica inicial. Para reduzir a eletricidade estática no material fibroso, um agente anti-estática pode ser adicionado ao material.
[00165] Em algumas modalidades, a estrutura, por exemplo, um veículo tal como um saco, é formada de um material que dissolve em um líquido, tal como água. Por exemplo, a estrutura pode ser formada de um álcool polivinílico, de modo que ela dissolve quando em contato com uma solução baseada em água. Tais modalidades permitem que estruturas densificadas sejam adicionadas diretamente à soluções que incluem um micro-organismo, sem primeiro liberar os conteúdos da estrutura, por exemplo, mediante corte.
[00166] Fazendo referência à Figura 5, um material de biomassa pode ser combinado com quaisquer aditivos e um aglutinante desejados e, subsequentemente, densificado mediante aplicação de pressão, por exemplo, passando o material através de um estreitamento definido entre rolos de pressão contra-giratórios ou passando o material através de um moinho de pelota. Durante a aplicação de pressão, calor pode ser opcionalmente aplicado para auxiliar na densificação do material fibroso. O material densificado pode, então, ser irradiado.
[00167] Em algumas modalidades, o material, antes de densifica- ção, tem uma densidade volumétrica de menos de 0,25 g/cm3, por exemplo, menos de ou cerca de 0,20 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,10 g/cm3, 0,05 g/cm3 ou menos, por exemplo, 0,025 g/cm3. A densidade volumétrica é determinada usando ASTM D1895B. Resumidamente, o método envolve enchimento de um cilindro de medição de volume conhecido com uma amostra e obtenção de um peso da amostra. A densidade volumétrica é calculada dividindo-se o peso da amostra em gramas pelo volume conhecido do cilindro em centímetros cúbicos.
[00168] Os aglutinantes preferidos incluem aglutinantes que são solúveis em água, intumescidos pela água ou que têm uma temperatura de transição do vidro de menos de 25°C, conforme determinado por meio de calorimetria de varredura diferencial. Aglutinantes solúveis em água têm uma solubilidade de pelo menos cerca de 0,05 por cento em peso em água. Aglutinantes intumescíveis em água são aglutinantes que aumentam de volume em mais de 0,5 por cento quando de exposição à água.
[00169] Em algumas modalidades, os aglutinantes que são solúveis ou intumescidos pela água incluem um grupo funcional que é capaz de formação de uma ligação, por exemplo, uma ligação de hidrogênio, com as fibras do material fibroso, por exemplo, material fibroso celulósico. Por exemplo, o grupo funcional pode ser um grupo ácido carboxí- lico, um grupo carboxilato, um grupo carbonila, por exemplo, de um aldeído ou uma cetona, um grupo ácido sulfônico, um grupo sulfonato, um grupo ácido fosfórico, um grupo fosfato, um grupo amida, um grupo amina, um grupo hidroxila, por exemplo, de um álcool e combinações desses grupos, por exemplo, um grupo ácido carboxílico e um grupo hidroxila. Exemplos monoméricos específicos incluem glicerina, glioxal, ácido ascórbico, uréia, glicina, pentaeritritol, um monossacarí- deo ou um dissacarídeo, ácido cítrico e ácido tartárico. Sacarídeos adequados incluem glicose, sacarose, lactose, ribose, frutose, mano- se, arabinose e eritrose. Exemplos poliméricos incluem poliglicóis, óxi-do de polietileno, ácidos policarboxílicos, poliamidas, poliaminas e poli- sulfonatos de ácidos poli-sulfônicos. Exemplos poliméricos específicos incluem polipropileno glicol (PPG), polietileno glicol (PEG), óxido de polietileno, por exemplo, POLYOX®, copolímeros de óxido de etileno e óxido de propileno, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilamida, polipeptí- deo, polietilenimina, polivinilpiridina, (poli)-4-estireno-sulfonato de sódio e ácido (poli) -2-acrilamido-metil-1-propano-sulfônico.
[00170] Em algumas modalidades, o aglutinante inclui um polímero que tem uma temperatura de transição do vidro de menos de 25°C. Exemplos de tais polímeros incluem elastômeros termoplásticos (TPEs). Exemplos de TPEs incluem amidas em bloco de poliéter, tais como aquelas disponíveis sob a marca comercial PEBAX®, elastôme- ros de poliéster, tais como aqueles disponíveis sob a marca comercial HYTREL® e copolímeros em bloco estirênicos, tais como aqueles disponíveis sobre a marca comercial KRATON®. Outros polímeros adequados tendo uma temperatura de transição do vidro de menos de 25°C incluem copolímero de acetato de etileno vinil a (EVA), poliolefi- nas, por exemplo, polietileno, polipropileno, copolímeros de etileno- propileno e copolímeros de etileno e alfa olefinas, por exemplo, 1- octeno, tais como aqueles disponíveis sob a marca comercial ENGAGE®. Em algumas modalidades, por exemplo, quando o material é um papel poli-revestido em fibra, o material é densificado sem a adição de um polímero de baixa temperatura de transição do vidro distinto.
[00171] Em uma modalidade particular, o aglutinante é uma lignina, por exemplo, uma lignina natural ou sinteticamente modificada.
[00172] Uma quantidade adequada de aglutinante adicionado ao material, calculada em uma base em peso seco é, por exemplo, de cerca de 0,01 por cento a cerca de 50 por cento, por exemplo, 0,03 por cento, 0,05 por cento, 0,1 por cento, 0,25 por cento, 0,5 por cento, 1,0 por cento, 5 por cento, 10 por cento ou mais, por exemplo, 25 por cento, baseado em um peso do material densificado. O aglutinante pode ser adicionado ao material como um líquido puro, como um líquido tendo o aglutinante dissolvido no mesmo, como um pó seco do aglutinante ou como pelotas do aglutinante.
[00173] O material fibroso densificado pode ser feito em um moinho de pelota. Fazendo referência à Figura 6, um moinho de pelota 300 tem um depósito alimentador 301 para conter um material não- densificado 310 que inclui materiais contendo carboidrato, tal como celulose. O depósito alimentador se comunica com uma broca 312 que é acionada por um motor de velocidade variável 314, de modo que o material não densificado pode ser transportado para um condicionador 320 que agita o material não densificado com pás 322 que são giradas por um motor condicionador 330. Outros ingredientes, por exemplo, qualquer um dos aditivos e/ou enchedores descritos aqui podem ser adicionados na entrada 332. Se desejado, calor pode ser adicionado enquanto o material fibroso está no condicionador. Após condicionado, o material passa do condicionador através de uma calha de escoamento 340 e para outra broca 342. A calha de escoamento, conforme controlada por um acionador 344, permite a passagem desobstruída do material do condicionador para a broca. A broca é girada pelo motor 346 e controla a alimentação do material fibroso na matriz e conjunto de rolo 350. Especificamente, o material é introduzido em uma matriz cilíndrica oca 352, a qual gira em torno de um eixo horizontal e a qual tem furos de matriz 250 que se estendem radialmente. A matriz 352 é girada em torno do eixo por um motor 360, o qual inclui calibrador de cavalo-força, que indica a energia total consumida pelo motor. O material densificado 350, por exemplo, na forma de pelotas, cai da calha 372 e é capturado e processado, tal como através de irradiação.
[00174] O material, após densificação, pode estar convenientemente na forma de pelotas ou lascas tendo uma variedade de formatos. As pelotas podem, então, ser irradiadas. Em algumas modalidades, as pelotas ou lascas são de formato cilíndrico, por exemplo, tendo uma dimensão transversal máxima, por exemplo, de 1 mm ou mais, por exemplo, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm, 15 mm ou mais, por exemplo, 25 mm. Outros formatos convencionais incluem pelotas ou lascas que têm a forma semelhante a uma lâmina, por exemplo, tendo uma espessura de 1 mm ou mais, por exemplo, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm ou mais, por exemplo, 25 mm; uma largura de, por exemplo, 5 mm ou mais, por exemplo, 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm ou mais, por exemplo, 50 mm; e um comprimento de 5 mm ou mais, por exemplo, 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm ou mais, por exemplo, 50 mm.
[00175] Fazendo referência agora às Figura 7A-7D, pelotas podem ser feitas de modo que elas tenham um interior oco. Conforme mostrado, o oco pode, em geral, estar em -linha com o centro da pelota (Figura 7B) ou fora de linha com o centro da pelota (Figura 7C). Tornar o interior da pelota oco pode aumentar a taxa de dissolução em um líquido após a irradiação.
[00176] Fazendo referência agora à Figura 7D, a pelota pode ter, por exemplo, um formato transversal que é multi-lobal, por exemplo, tri-lobal conforme mostrado ou tetra-lobal, penta-lobal, hexa-lobal ou deca-lobal. Produzir as pelotas com tais formatos transversais também pode aumentar a taxa de dissolução em uma solução após irradiação.
[00177] Alternativamente, o material densificado pode estar em qualquer outra forma desejada, por exemplo, o material densificado pode estar na forma de uma esteira, rolo ou fardo.
Exemplos de Densificação
[00178] Em um exemplo, embalagens de suco de meio galão feitas de papelão Kraft branco não impresso tendo uma densidade volumétrica de 20 libras/pé3 podem ser usadas como um estoque de alimentação. As embalagens podem ser dobradas e, então, alimentadas a um picador para produzir um material semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegadas, um comprimento de entre 0,25 polegadas e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação (cerca de 0,075 polegadas). O material semelhante a confete pode ser alimentado a um cortador de faca gira- tória, o qual corta os pedaços semelhantes a confete, dilacerando os pedaços e liberando o material fibroso.
[00179] Em alguns casos, múltiplas bandejas de picador - cisalha- dor podem ser dispostas em série na linha de produção. Em uma modalidade, duas bandejas de picador - cisalhador podem ser dispostas em série com a linha de produção a partir do primeiro cisalhador alimentado como entrada ao segundo picador. Em outra modalidade, três bandejas de picador - cisalhador podem ser dispostas em série com a linha de produção a partir do primeiro cisalhador alimentado como entrada ao segundo picador e a produção do segundo cisalha- dor alimentado como entrada ao terceiro picador. É previsto que múltiplos passes através das bandejas de picador - cisalhador diminuem o tamanho de partícula e aumentem a área de superfície global dentro da corrente de alimentação.
[00180] Em outro exemplo, o material fibroso produzido a partir do picar e cisalhar embalagens de suco pode ser tratado para aumentar sua densidade volumétrica. Em alguns casos, o material fibroso pode ser pulverizado com água ou uma solução de estoque diluída de POLYOXTM WSR N10 (óxido de polietileno) preparada em água. O material fibroso úmido pode, então, ser processado através de um moinho de pelota operando em temperatura ambiente. O moinho de pelota pode aumentar a densidade volumétrica da corrente de alimentação.
TRATAMENTO
[00181] Biomassa pré-tratada pode ser tratada para uso em processos de produção primária, por exemplo, reduzindo o peso molecular médio, cristalinidade e/ou aumentando a área de superfície e/ou porosidade da biomassa. Em algumas modalidades, a biomassa pode ser tratada para reduzir a recalcitrância da biomassa. Processos de tratamento podem incluir pelo menos um (por exemplo, um, dois, três, quatro ou cinco) de irradiação, ultra-som, oxidação, pirólise e explosão de vapor.
[00182] Recalcitrância é um termo da técnica que, conforme usado aqui, refere-se, de modo amplo, à resistência de um material de biomassa à acessibilidade de agentes de degradação de polissacarídeos (por exemplo, micro-organismos e/ou enzimas (por exemplo, enzimas microbianas)) aos polissacarídeos contidos dentro da biomassa (veja, por exemplo, Himmel et al., National Renewable Energy Laboratory (NREL) Technical Report NREL/TP-510-37902, Agosto de 2005 e National Renewable Energy Laboratory (NREL) Technical Report NREL/BR- 510-40742, Março de 2007). Por exemplo, a acessibilidade de polissa- carídeos (por exemplo, celulose e hemicelulose) em um primeiro material de biomassa com um primeiro nível de recalcitrância será menor do que a acessibilidade de polissacarídeo (por exemplo, celulose e hemi- celulose) no mesmo material lignocelulósico após tratamento para reduzir o nível de recalcitrância do material. Em outras palavras, o nível de polissacarídeos disponíveis para os agentes de degradação de polissa- carídeo será maior após tratamento para reduzir a recalcitrância.
Avaliação dos Níveis de Recalcitrância de Biomassa Lignocelulósica
[00183] O nível de um material lignocelulósico pode ser avaliado usando uma séria de métodos reconhecidos na técnica. Exemplos de tais métodos incluem, mas não estão limitados a, métodos de caracterização de superfície, métodos enzimáticos e métodos funcionais.
[00184] Métodos de caracterização de superfície exemplificativos que podem ser usados para avaliar o nível de recalcitrância de materiais lignocelulósicos são conhecidos no campo (para uma revisão veja Himmel et al., National Renewable Energy Laboratory (NREL) Technical Report NREL/TP-510-37902, Agosto de 2005 e Ding et al., Microscopy and Microanalysis, 14: 1494-1495, 2004). Por exemplo, o nível de recalcitrância de materiais lignocelulósicos pode ser avaliado usando métodos de analise de superfície microscópicos e/ou espectroscópios (por exemplo, usando um mais dos métodos de análise de superfície descritos abaixo). Para identificar, avaliar e/ou quantificar alterações (por exemplo, alterações estruturais) nos materiais lignocelulósicos que podem ser usadas como indícios de uma redução na recalcitrân- cia do material. Alterações exemplificativas que podem ser usadas como indícios de uma redução na recalcitrância de materiais lignocelu- lósicos incluem o aparecimento de furos ou poros e/ou desenrolamen- to de microfibrilas na superfície. Veja, por exemplo, Himmel et al., National Renewable Energy Laboratory (NREL) Technical Report NREL/TP-510-37902, Agosto de 2005 e Ding et al., Microscopy e Microanalysis, 14: 1494-1495, 2004), o qual descreve os métodos a seguir:
[00185] Microscopia de varredura eletrônica (SEM) pode ser usada para visualizar a morfologia de materiais biológicos e não-biológicos sobre uma ampla faixa de ampliações (uma ampliação tão alta quanto 200.000x) e com alta profundidade de campo (veja, por exemplo, Go-mez et al., Biotechnology for Biofuels, 1, 23 de outubro de 2008; Sivan et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 72: 346-352, 2006). Tipicamente, amostras biológicas, tais como amostras de biomassa lignocelulósica, são revestidas com uma fina camada de material com alta densidade de elétrons, tal como carbono ou ouro atomizado, antes de análise. Por exemplo, as amostras podem ser montadas em elemento adaptador para SEM e revestidas com ouro/ paládio. Esses espécimes montados podem, então, ser observados usando métodos e dispositivos conhecidos, por exemplo, um JEOL JSM 6940LV SEM (Jeol Ltda., Tókio, Japão) em uma tensão de aceleração de 5kV.
[00186] Mais recentemente, métodos foram desenvolvidos para análise de amostras contendo unidade natural, uma técnica referida como SEM em modo ambiental (ESEM), por exemplo, usando o Quanta FEG 400 ESEM (FEI Company). O uso de ESEM na análise de cé- lulas de levedo é descrito por Ren et al., Investigation of the morphology, viability e mechanical properties of yeast cells in environmental SEM, Scanning, publicado online em 5 de Agosto de 2008). Tais métodos em modo ambiental podem ser usados para analisar biomassa lignocelulósica contendo umidade sem o uso de revestimentos com alta densidade de elétrons.
[00187] Microscopia de força atômica (AFM), por exemplo, usando um sistema DI-Veeco MultiMode PicoForce (veja, por exemplo, Stieg et al., Rev. Sci. Instrum., 79: 103701, 2008) pode também ser usado. AFM permite, de modo útil, a análise da topografia de superfície em uma ampliação muito alta, ao mesmo tempo em que também permite análise das forças atrativas e repulsivas entre a ponta da sonda de varredura e a superfície da amostra, assim, proporcionando imagens de altura e fase. AFM vem sendo crescentemente aplicada à análise de amostras biológicas em virtude de sua alta resolução de nível atômico e sua facilidade de uso (as amostras não requerem preparo extensivo). Além disso, AFM pode ser usada para observar superfícies e hidratas diretamente usando uma sonda de rosqueamento.
[00188] Microscopia de transmissão de elétrons (TEM), por exemplo, usando um FEI Tecnai F20, permite a determinação das estruturas internas de materiais biológicos e não biológicos em uma ampliação de até pelo menos 350,000x. Tipicamente, a determinação de estruturas internas pode ser facilitada usando técnicas de sombreamento ou coloração com compostos de alto contraste. Análise composicional de materiais também pode ser realizada mediante monitoramento de raios-x secundários produzidos pela interação elétrons - espécime usando microanálise de raios-x por energia dispersiva. Métodos baseados em TEM para análise dos níveis de recalcitrância de um material lignocelulósico são descritos no campo (veja, por exemplo, Rhoads et al., Can. J. Microbiol., 41: 592-600, 1995).
[00189] Microscopia óptica de varredura por aproximação de campo (NFSOM) usando, por exemplo, um DI- Veeco Aurora-3 NSOM (Nikon), permite que as superfícies sejam visualizadas com uma profundidade longa de um microscópio de campo luminoso que é adaptado para conduzir análise espectrofotométrica secundária, tal como UV/VIS, fluorescência e laser Raman. Em algumas modalidades, NFSOM pode ser realizada usando um microscópio invertido Olympus IX71 adaptado com uma câmera CCD de alta resolução DP70 para realizar microscopia de uma única molécula.
[00190] Microscopia confocal (CFM) e microscopia a laser de varredura confocal (CSLM) (veja, por exemplo, National Renewable Energy Laboratory (NREL) Technical Report NREL/BR-510-40742, Março de 2007) podem ser usadas para gerar seções ópticas que podem ser usadas para construir uma imagem tridimensional de uma superfície e estruturas internas. Tipicamente, CFM e CSLM são usadas em combinação com métodos de rotulação, por exemplo, colorações fluorescentes (veja, por exemplo, Sole et al., Microb. Ecol., publicado online em 4 de Novembro de 2008).
[00191] Em algumas modalidades, o nível de recalcitrância de um material lignocelulósico pode ser avaliado usando um ou mais métodos conhecidos no campo, por exemplo, os métodos descritos aqui. A mesma amostra ou uma porção da mesma pode ser, então, avaliada após tratamento para observar uma alteração (por exemplo, uma alteração estrutural na recalcitrância). Em algumas modalidades, o aparecimento ou observação de furos ou poros e/ou desenrolamento de mi- crofibrilas na superfície em ou sobre um primeiro material lignoceluló- sico com um primeiro nível de recalcitrância será menor do que o aparecimento ou observação de furos ou poros e/ou desenrolamento de microfibrilas na superfície na mesma amostra após tratamento para reduzir o nível de recalcitrância do material.
[00192] Alternativamente ou além disso, uma alteração (diminuição) no nível de recalcitrância de um material lignocelulósico pode ser analisada usando métodos enzimáticos. Por exemplo, um material lignoce- lulósico pode ser incubado na presença de uma ou mais celulases, por exemplo, antes e após tratamento usando os métodos descritos aqui. Em algumas modalidades, um aumento na decomposição de celulose pela celulase indica uma alteração no nível de recalcitrância do material, por exemplo, uma diminuição na recalcitrância do material. Em algumas modalidades, o aumento na decomposição da celulose pela celulase causa um aumento na quantidade de monossacarídeo e/ou dissacarídeo na amostra.
[00193] Em algumas modalidades, a quantidade (por exemplo, concentração) de monossacarídeos e dissacarídeos resultante da atividade de uma enzima (por exemplo, uma celulase) em uma amostra compreendendo um primeiro material lignocelulósico com um primeiro nível de recalcitrância será menor do que a quantidade (por exemplo, concentração) de monossacarídeos e/ou dissacarídeos resultante da atividade de uma enzima (por exemplo, celulase) na mesma amostra após tratamento para reduzir o nível de recalcitrância do material.
[00194] Alternativamente ou além disso, uma alteração (por exemplo, diminuição) no nível de recalcitrância de um material lignocelulósi- co pode ser analisada usando métodos funcionais. Por exemplo, um material lignocelulósico pode ser cultivado na presença de um microorganismo de fermentação de açúcar, por exemplo, usando os métodos de cultura divulgados aqui, antes e após tratamento usando os métodos descritos aqui. Em algumas modalidades, um aumento no nível dos um ou mais produtos gerados pelo micro-organismos indica uma alteração no nível de recalcitrância do material, por exemplo, uma diminuição na recalcitrância do material.
[00195] Em algumas modalidades, a taxa de crescimento de um micro-organismo e/ou a geração de produto pelo micro-organismo em uma amostra compreendendo um primeiro material lignocelulósico com um primeiro nível de recalcitrância será menor do que a taxa de crescimento do micro-organismo e/ou a geração de produto pelo micro-organismo na mesma amostra após tratamento para reduzir o nível de recalcitrância do material.
[00196] Em algumas modalidades, uma alteração no nível de recal- citrância de um material pode ser expressa como: (1) uma proporção (por exemplo, uma medida do nível de recalcitrância de um material antes de tratamento versus uma medida do nível de recalcitrância do material pós-tratamento; (2) uma alteração percentual (por exemplo, diminuição) no nível de recalcitrância de um material; (3) uma alteração percentual (por exemplo, aumento) no nível de polissacarídeo disponível a um agente de degradação de polissacarídeo (por exemplo, uma enzima) após tratamento, quando comparado com antes de tratamento, uma medida em peso do material de biomassa de iniciação ou (4) uma alteração percentual (por exemplo, aumento) na solubilidade do material em um solvente em particular.
[00197] Em alguns casos, o segundo material tem celulose que tem uma cristalinidade (TC2) que é menor do que a cristalinidade (TC1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (TC2) pode ser menor do que (TC1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo 15, 20, 25, 30, 35, 40 ou ainda mais do que cerca de por cento.
[00198] Em algumas modalidades, o índice de cristalinidade inicial (antes de irradiação) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento e o índice de cristalinidade após irradiação é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após irradiação extensi- va, é possível ter um índice de cristalinidade de menos de 5 por cento. Em algumas modalidades, o material após irradiação, é substancialmente amorfo.
[00199] Em algumas modalidades, o peso molecular numérico médio inicial (antes de irradiação) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e peso molecular numérico médio após irradiação é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000. Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após irradiação extensiva, é possível ter um peso molecular numérico médio de menos de cerca de 10.000 ou mesmo menos de cerca de 5.000.
[00200] Em algumas modalidades, o segundo pode ter um nível de oxidação (TO2) que é maior do que o nível de oxidação (TO1) do primeiro material. Um maior nível de oxidação do material pode auxiliar em sua dispersibilidade, capacidade de intumescimento e/ou solubilidade, intensificando adicionalmente a suscetibilidade a ataque químico en- zimático ou biológico. Em algumas modalidades, para aumentar o nível da oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, a irradiação é realizada sob um ambiente de oxidação, por exemplo, sob uma corrente de ar ou oxigênio, produzindo um segundo material que é mais oxidado do que o primeiro material. Por exemplo, o segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos ce- tona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, os quais podem aumentar sua hidrofilicidade.
Combinações de Tratamento
[00201] Em algumas modalidades, a biomassa pode ser tratada aplicando pelo menos um, dois, três, quatro ou cinco) dos métodos de tratamento descritos aqui, tais como dois ou mais de radiação, ultra- som, oxidação, pirólise e explosão de vapor, seja com ou sem preparo de biomassa antes, intermediário ou subsequente, conforme descrito aqui. Os métodos de tratamento podem ser aplicados em qualquer ordem, em múltiplos (por exemplo, duas ou mais aplicações de um método de tratamento) ou concorrentemente à biomassa, por exemplo, um material lignocelulósico e/ou celulósico. Em outras modalidades, materiais que incluem um carboidrato são preparados mediante aplicação de três, quatro ou mais de qualquer um dos processos descritos aqui (em qualquer ordem ou concorrentemente). Por exemplo, um carboidrato pode ser preparado aplicando radiação, ultra-som, oxidação, pirólise e, opcionalmente, explosão de vapor a um material lignocelu- lósico e/ou recalcitrância (em qualquer ordem ou concorrentemente). O material contendo carboidrato proporcionado pode, então, ser convertido por um ou mais micro-organismos, tais como bactérias (por exemplo, bactérias gram positivas, bactérias gram negativas e extre- mófilos), levedo ou misturas de levedos e bactérias, a uma série de produtos desejáveis, conforme descrito aqui. Múltiplos processos podem proporcionar materiais que podem ser mais prontamente utilizados por uma variedade de micro-organismos em virtude de seu menor peso molecular, menor cristalinidade e/ou solubilidade intensificada. Múltiplos processos podem proporcionar sinergias e podem reduzir o consumo de energia global requerido em comparação com qualquer processo isoladamente.
[00202] Por exemplo, em algumas modalidades, estoques de alimentação de biomassa podem ser proporcionados, os quais incluem um carboidrato que é produzido por um processo que inclui irradiação e ultra-som (em qualquer ordem ou concorrentemente) de um material de biomassa, um processo que inclui irradiação e oxidação (em qualquer ordem ou concorrentemente) de um material de biomassa, um processo que inclui irradiação e pirólise (em qualquer ordem ou con- correntemente) de um material de biomassa, um processo de tratamento que inclui irradiação e pirólise (em qualquer ordem ou concorrentemente) de um material de biomassa ou um processo que inclui irradiação e explosão de vapor (em qualquer ordem ou concorrentemente) de um material de biomassa. O estoque de alimentação proporcionado pode, então, ser contatado com um micro-organismo tendo a capacidade de converter pelo menos uma porção, por exemplo, pelo menos cerca de 1 por cento em peso, da biomassa em produto.
[00203] Em algumas modalidades, o processo não inclui hidrólise da biomassa, tal como com um ácido, base e/ou enzima, por exemplo, um ácido mineral, tal como acido clorídrico ou acido sulfúrico.
[00204] Se desejado, um pouco ou nada da biomassa pode incluir um material hidrolisado. Por exemplo, em algumas modalidades, pelo menos cerca de setenta por cento em peso da biomassa é um material hidrolisado, por exemplo, pelo menos 95 por cento em peso do estoque de alimentação é um material não hidrolisado. Em algumas modalidades, substancialmente toda a biomassa é um material não hidroli- sado. Em algumas modalidades, 100% da biomassa é um material não hidrolisado.
[00205] Qualquer estoque de alimentação ou qualquer reator ou fermentador carregado com um estoque de alimentação pode incluir um tampão, tal como bicarbonato de sódio, cloreto de amônio ou Tris; um eletrólito, tal como cloreto de potássio, cloreto de sódio ou cloreto de cálcio; um fator de crescimento, tal como biotina e/ou um par de base, tal como uracila ou um equivalente da mesma; um tensoativo, tal como Tween® ou polietileno glicol; um mineral, tal como, cálcio, cromo, cobre, iodo, ferro, selênio ou zinco; ou um agente de quelação, tal como etileno diamina, ácido etileno diamina tetraacético (EDTA) (ou sua forma de sal, por exemplo, EDTA de sódio ou potássio) ou dimerca- prol.
[00206] Quando irradiação é utilizada como ou o tratamento, ela pode ser aplicada à qualquer amostra que está seca ou úmida ou mesmo dispersa em um líquido, tal como água. Por exemplo, irradiação pode ser realizada sobre o material de biomassa no qual menos de cerca de 25 por cento em peso do material de biomassa tem superfícies umedecidas com um liquido, tal como água. Em algumas modalidades, irradiação é realizada sobre um material de biomassa no qual substancialmente nada do material de biomassa é umedecido com um líquido, tal como água.
[00207] Em algumas modalidades, qualquer processamento descrito aqui ocorre após o material de biomassa permanecer seco conforme adquirido ou ter sido seco, por exemplo, usando calor e/ou pressão reduzida. Por exemplo, em algumas modalidades, o material de biomassa tem menos de cerca de cindo por cento em peso de água restante, medida a 25°C e uma umidade relativa de cinquenta por cento.
[00208] Se desejado, um agente de intumescimento, conforme definido aqui, pode ser utilizado em qualquer processo descrito aqui. Em algumas modalidades, quando um material de biomassa é processado usando radiação, menos de cerca de 25 por cento em peso do material de biomassa está em um estado intumescido, o estado intumescido sendo caracterizado como tendo um volume de mais de cerca de 2,5 por cento maior do que um estado não intumescido, por exemplo, mais de 5,0, 7,5, 10 ou 15 por cento em peso maior do que o estado não intumescido. Em algumas modalidades, quando radiação é utilizada sobre um material de biomassa, substancialmente nada do material de biomassa está em um estado intumescido.
[00209] Em modalidades especificas, quando radiação é utilizada, o material de biomassa inclui um agente de intumescimento e o material de biomassa intumescido recebe uma dose de radiação de menos de cerca de 10 Mrad.
[00210] Quando radiação é utilizada em qualquer processo, ela pode ser aplicada enquanto a biomassa é exposta ao ar, ar enriquecido de oxigênio ou mesmo oxigênio em si ou receber uma corrente de um gás inerte, tal como nitrogênio, argônio ou hélio. Quando oxidação máxima é desejada, um ambiente de oxidação é utilizado, tal como ar ou oxigênio.
[00211] Quando radiação é utilizada, ela pode ser aplicada à biomassa sob uma pressão de mais de cerca de 2,5 atmosferas, tal como mais de 5, 10, 15, 20 ou mesmo mais de cerca de 50 atmosferas. Irradiação pode aumentar a solubilidade, capacidade de intumescimento ou dispersibilidade da biomassa em um solvente.
[00212] Em modalidades especificas, o processo inclui irradiação e ultra-som e a irradiação precede o ultra-som. Em outras modalidades especificas, o ultra-som precede à irradiação ou irradiação e ultra-som ocorrem de modo substancialmente concorrente.
[00213] Em algumas modalidades, o processo inclui irradiação e ultra-som (em qualquer ordem ou concorrentemente) e ainda inclui oxidação, pirólise ou explosão de vapor.
[00214] Quando o processo inclui radiação, a irradiação pode ser realizada utilizando uma radiação ionizante, tal como raios gama, raios x, radiação ultra-violeta energética, tal como radiação ultra-violeta C tendo um comprimento de onda de cerca de 100 nm a cerca de 280 nm, um feixe de partículas, tal como um feixe de elétrons, partículas alfa ou de nêutrons lentas. Em algumas modalidades, irradiação inclui duas ou mais fontes de radiação, tais como raios gama e um feixe de elétrons, as quais podem ser aplicadas em qualquer ordem ou concorrentemente.
[00215] Em modalidades específicas, ultra-som pode ser realizado em uma frequência de entre cerca de 15 kHz e cerca de 25 kHz, tal como entre cerca de 18 kHz e 22 kHz, utilizando uma antena em for- mato de chifre de 1 KW, por exemplo, uma antena em forma de chifre de 2, 3, 4, 5 ou mesmo 10 KW.
[00216] Em algumas modalidades, a biomassa tem um primeiro peso molecular numérico médio e o carboidrato resultante inclui uma segunda celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. Por exemplo, o segundo peso molecular numérico médio é menor do que o primeiro peso molecular numérico médio em mais de cerca de vinte e cinco por cento, por exemplo, uma redução de 2x, 3x, 5x, 7x, 10x, 25x ou mesmo 100x.
[00217] Em algumas modalidades, a primeira celulose tem uma primeira cristalinidade e a segunda celulose tem uma segunda cristali- nidade menor do que a primeira cristalinidade, tal como menor do que cerca de dois, três, cinco, dez, quinze ou vinte e cinco por cento menor.
[00218] Em algumas modalidades, a primeira celulose tem um primeiro nível de oxidação e a segunda celulose tem um segundo nível de oxidação maior do que o primeiro nível de oxidação tal como dois, três, quatro, cinco, dez ou mesmo vinte e cinco por cento maior.
[00219] Em algumas modalidades, a primeira biomassa tem um primeiro nível de recalcitrância e a biomassa resultante tem um segundo nível de recalcitrância que é menor do que o primeiro nível.
Tratamento de Radiação
[00220] Uma ou mais sequências de processamento de irradiação podem ser usadas para processar a biomassa de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substancias úteis do estoque de alimentação e proporcionar material orgânico parcialmente degradado, o qual funciona como uma entrada para outras etapas de processamento e/ou sequências. Irradiação pode reduzir a recalcitrância, peso molecular e/ou cristalinidade do estoque de alimentação.
[00221] Em algumas modalidades, a energia depositada em um material que libera um elétron de seu orbital atômico é usada para irradiar os materiais. A radiação pode ser proporcionada por 1 ) partículas pesadamente carregadas, tais como partículas alfa ou prótons, 2) elétrons produzidos, por exemplo, em aceleradores de feixe de elétrons ou beta declínio ou 3) radiação eletromagnética, por exemplo, raios gama, raios x ou raios ultra-violeta. Em uma abordagem, radiação produzida por substancias radioativas pode ser usada para irradiar o estoque de alimentação. Em algumas modalidades, qualquer combinação em qualquer ordem ou concorrentemente (1) a (3) pode ser utilizada. Em outra abordagem, radiação eletromagnética (por exemplo, produzida usando emissores de feixe de elétrons) pode ser usada para irradiar o estoque de alimentação. Por exemplo, alta dose de radiação pode romper ligações químicas dentro dos componentes do estoque de alimentação e baixas doses de radiação podem aumentar a ligação química (por exemplo, reticulação) dentro dos componentes do estoque de alimentação. Em alguns casos, quando cisão de cadeia é desejável e/ou funcionalização de cadeia polimérica é desejável, partículas mais pesadas do que elétrons, tais como prótons, núcleos de hélio, íons de argônio, íons de silício, íons de néon, íons de carbono, íons de fósforo, íons de oxigênio ou íons de nitrogênio podem ser utilizados. Quando cisão de cadeia por abertura de anel é desejada, partículas positivamente carregadas podem ser utilizadas por suas propriedades de ácido de Lewis para cisão de cadeia por abertura de anel intensificada.
[00222] Fazendo referência à Figura 8, em um método, um primeiro material 2 que é ou inclui celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) é irradiado, por exemplo, mediante tratamento com radiação ionizante (por exemplo, na forma de radiação gama, radiação por raios x, luz ultra-violeta (UV) de 100 nm a 280 nm, um feixe de elétrons ou outras partículas carregadas para proporcionar um segundo material 3 que inclui celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio (TMN2) menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. O segundo material (ou os primeiro e segundo materiais) pode ser combinado com um micro-organismo (por exemplo, uma bactéria ou um levedo) que pode utilizar o segundo e/ou o primeiro material para produzir um produto 5.
[00223] Uma vez que o segundo material 3 tem celulose tendo uma recalcitrância reduzida, o peso molecular com relação ao primeiro material e, em alguns casos, uma cristalinidade reduzida, o segundo material é, em geral, mais dispersível, intumescível e/ou solúvel em uma solução contendo um micro-organismo. Essas propriedades tornam o segundo material 3 mais suscetível a ataque químico, enzimático e/ou biológico (por exemplo, por um micro-organismo) com relação ao primeiro material 2, o que pode aprimorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. Radiação também pode esterilizar os materiais.
[00224] Em algumas modalidades, o segundo peso molecular numérico médio (MN2) é menor do que o primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento, 60 por cento ou ainda mais do que cerca de 75 por cento.
Radiação lonizante
[00225] Cada forma de radiação ioniza a biomassa via interações particulares, conforme determinado pela energia da radiação. Partículas pesadamente carregadas ionizam primariamente a matéria via dispersão de Coulomb; além disso, essas interações produzem elétrons energéticos que podem ainda ionizar a matéria. Partículas alfa são idênticas ao núcleo de um átomo de hélio e são produzidas pelo alfa declínio de diversos núcleos radioativos, tais como isótopos de bismu- to, polônio, astatina, radônio, frâncio, radio, diversos actinídeos, tais como actínio, tório, urânio, netúnio, cúrio, califórnio, amerício e plutônio.
[00226] Quando partículas são utilizadas, elas podem ser neutras (não carregadas), positivamente carregadas ou negativamente carregadas. Quando carregadas, as partículas carregadas podem trazer uma única carga positiva ou negativa ou múltiplas cargas, por exemplo, uma, duas, três ou mesmo quatro ou mais cargas. Em casos nos quais cisão de cadeia é desejada, partículas positivamente carregadas podem ser desejáveis, em parte, em virtude de sua natureza ácida. Quando partículas são utilizadas, as partículas podem ter a massa de um elétron em repouso ou maior, por exemplo, 500, 1000, 1500 ou 2000 ou mesmo mais vezes a massa de um elétron em repouso. Por exemplo, as partículas podem ter uma massa de cerca de uma unidade atômica a cerca de 150 unidades atômicas, por exemplo, de cerca de uma unidade atômica a cerca de 50 unidades atômicas ou de cerca de 1 a cerca de 25, por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 ou 15 amu. Aceleração usada para acelerar as partículas pode ser DC eletrostática, DC eletrodinâmica, RF linear, onda linear ou contínua de indução magnética. Por exemplo, aceleradores do tipo cyclotron estão disponíveis da IBA, Bélgica, tal como o sistema Rhodotron®, enquanto que aceleradores do tipo DC estão disponíveis da RDI, agora IBA Industrial, tal como o Dynamitron®. Íons e aceleradores de íons são discutidos em Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206, Chu, William T., "Overview of Light-Ion Beam Therapy", Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 de Março 2006, Iwata, Y. et al.., "Alternat- ing-Phase-Focusad IH-DTL for Heavy-Ion Medical Aceleradores", Proceedings of EPAC 2006, Edimburgo, Escócia e Leitner, C.M. et al., "Status of the Superconducting ECR Ion Fonte Venus", Proceedings of EPAC 2000, Viena, Áustria. Tipicamente, geradores são alojados em uma abóbada, por exemplo, de chumbo ou concreto.
[00227] Tipicamente, geradores são alojados em uma abóbada, por exemplo de chumbo ou concreto.
[00228] Elétrons interagem via dispersão de Coulomb e radiação e Bermsstrahlung produzida por alterações na velocidade dos elétrons. Elétrons podem ser produzidos por núcleos radioativos que sofrem beta declínio, tais como isótopos de iodo, césio, tecnécio e irídio. Alternativamente, uma pistola de elétrons pode ser usada como uma fonte de elétrons via emissão termiônica.
[00229] Radiação eletromagnética interage via três processos: absorção fotoelétrica, dispersão de Compton e produção de pares. A interação dominante é determinada pela energia da radiação incidente e o número atômico do material. A soma das interações que contribuem para a radiação absorvida em material celulósico pode ser expressa pelo coeficiente de absorção de massa (veja, "Ionização Radiação" no documento PCT/US2007/022719).
[00230] Radiação eletromagnética é sub-classificada como raios gama, raios x, raios ultravioleta, raios infravermelho, microondas ou ondas de rádio, dependendo de seu comprimento.
[00231] Por exemplo, radiação gama pode ser empregada para irradiar os materiais. Fazendo referencia às Figura 9 e 10 (uma vista ampliada da região R), um irradiador gama 10 inclui fontes de radiação gama 408, por exemplo, pelotas de 60Co, uma mesa de trabalho 14 para conter os materiais a serem irradiados e armazenamento 16, por exemplo, feito de uma pluralidade de placas de ferro, todas as quais são alojadas em uma câmara de contenção de concreto (abóbada) 20 que inclui uma entrada em labirinto 22 por trás de uma porta revestida de chumbo 26. O armazenamento 16 inclui uma pluralidade de canais 30, por exemplo, dezesseis ou mais canais, que permitem que as fon- tes de radiação gama passem através do armazenamento sobre seu trajeto proximal à mesa de trabalho.
[00232] Em operação, a amostra a ser irradiada é colocada sobre uma mesa de trabalho. O irradiador é configurado para distribuir a taxa de dose desejada e um equipamento de monitoramento é conectado a um bloco experimental 31. O operador, então, deixa a câmara de contenção, passando através da entrada em labirinto e através da porta revestida de chumbo. O operador manipula um painel de controle 32, instruindo um computador 33 a levantar as fontes de radiação 12 para a posição de trabalho usando um cilindro 36 preso a uma bomba hidráulica 40.
[00233] Radiação gama tem a vantagem de uma profundidade de penetração significativa em uma variedade de materiais na amostra. Fontes de raios gama incluem núcleos radioativos, tais como isótopos de cobalto, cálcio, tecnécio, cromo, gálio, índio, iodo, ferro, criptônio, samário, selênio, sódio, talho e xenônio.
[00234] Fontes de raios x incluem colisão de feixe de elétrons com alvos metálicos, tais como tungstênio ou molibdênio ou ligas ou fontes de luz compactas, tais como aquelas produzidas comercialmente pela Lyncean. Fontes para radiação ultravioleta incluem lâmpadas de deu- tério ou cádmio. Fontes para radiação infravermelha incluem lâmpadas de safira, zinco ou cerâmica com elementos de selenídeo. Fontes para micro-ondas incluem fontes RF do tipo Slevin, Klystrons ou fontes de feixe de átomo que empregam gases hidrogênio, oxigênio ou nitrogênio.
[00235] Vários outros dispositivos de irradiação podem ser usados nos métodos divulgados aqui, incluindo fontes de ionização em campo, separadores de íons eletrostáticos, geradores de ionização em campo, fontes de emissão termiônica, fontes de íons de descarga de microondas, aceleradores de recirculação ou estáticos, aceleradores linea- res dinâmicos, aceleradores de van de Graaff e aceleradores aleatórios duplos. Tais dispositivos são divulgados, por exemplo, no Pedido Provisório U.S. N°. de Série 61/073.665, a divulgação completa do qual é incorporada aqui por referência.
Feixe de Elétrons
[00236] Em algumas modalidades, um feixe de elétrons é usado como a fonte de radiação. Um feixe de elétrons tem a vantagem de altas taxas de dose (por exemplo, 1, 5 ou ainda 10 Mrad por segundo), alto rendimento, menos contenção e menos equipamento de confina- mento. Elétrons também podem ser mais eficientes ao causar cisão de cadeia. Além disso, elétrons tendo energias de 4-10 MeV podem ter uma profundidade de penetração de 5 a 30 mm ou mais, tal como 40 mm.
[00237] Feixes de elétrons podem ser gerados, por exemplo, através de geradores eletrostáticos, geradores em cascata, geradores transformadores, aceleradores de baixa energia com um sistema de varredura, aceleradores de baixa energia com um catodo linear, aceleradores lineares e aceleradores pulsados. Elétrons como uma fonte de radiação ionizante podem ser úteis, por exemplo, para pilhas relativamente finas de materiais, por exemplo, de menos de 0,5 polegadas, por exemplo, menos de 0,4 polegadas, 0,3 polegadas, 0,2 polegadas ou menos de 0,1 polegada. Em algumas modalidades, a energia de cada elétron do feixe de elétrons é de cerca de 0,3 MeV a cerca de 2,0 MeV (milhões de volts de elétrons), por exemplo, de cerca de 0,5 MeV a cerca de 1,5 MeV ou de cerca de 0,7 MeV a cerca de 1,25 MeV.
[00238] A Figura 11 mostra uma fluxograma de processo 3000 que inclui várias etapas em uma sequência de pré-tratamento de estoque de alimentação por irradiação a feixe de elétrons. Na primeira etapa 310, um suprimento de estoque de alimentação seco é recebido de uma fonte de alimentação. Conforme discutido acima, o estoque de alimentação seco da fonte de alimentação pode ser pré-processado antes de distribuição aos dispositivos de irradiação de feixe de elétrons. Por exemplo, se o estoque de alimentação é derivado de fontes vegetais, determinadas partes do material vegetal podem ser removidas antes de coleta do material vegetal e/ou antes que o material vegetal seja distribuído pelo dispositivo de transporte de estoque de alimentação. Alternativamente ou além disso, conforme expresso na etapa opcional 3020, o estoque de alimentação de biomassa pode ser submetido a processamento mecânico (por exemplo, para reduzir o comprimento médio das fibras no estoque de alimentação) antes de distribuição aos dispositivos de irradiação de feixe de elétrons.
[00239] Na etapa 3030, o estoque de alimentação seco é transferido para um dispositivo de transporte de estoque de alimentação (por exemplo, uma correia transportadora) e é distribuído sobre a largura seccional transversal do dispositivo de transporte de estoque de alimentação de modo aproximadamente uniforme em volume. Isso pode ser obtido, por exemplo, manualmente ou introduzindo um movimento de vibração localizado em algum ponto no dispositivo de transporte de estoque de alimentação antes do processamento de irradiação de feixe de elétrons.
[00240] Na etapa 3030, o estoque de alimentação seco é transferido para um dispositivo de transporte de estoque de alimentação (por exemplo, uma correia transportadora) e é distribuído sobre a largura seccional transversal do dispositivo de transporte de estoque de alimentação de modo aproximadamente uniforme em volume. Isso pode ser realizado, por exemplo, manualmente ou mediante indução de um movimento de vibração localizado em algum ponto no dispositivo de transporte de estoque de alimentação antes do processamento por irradiação de feixe de elétrons.
[00241] Em algumas modalidades, um sistema de mistura introduz um agente químico 3045 no estoque de alimentação em uma etapa de processo opcional 3040 que produz uma pasta. Combinação de água com o estoque de alimentação processado na etapa de mistura 3040 cria uma pasta de estoque de alimentação aquosa que pode ser transportada, por exemplo, por meio de uma tubulação ao invés de usar, por exemplo, uma correia transportadora.
[00242] A próxima etapa 3050 é um loop que abrange exposição do estoque de alimentação (na forma seca ou em pasta) à radiação de feixe de elétrons via um ou mais (digamos, N) dispositivos de irradiação de feixe de elétrons. A pasta de estoque de alimentação é movida através de cada um dos N "chuveiros" de feixes de elétrons na etapa 3052. O movimento pode ser em uma velocidade contínua através de e entre os chuveiros ou pode haver uma pausa através de cada chuveiro, seguido por um movimento súbito para o próximo chuveiro. Uma pequena parte da pasta de estoque de alimentação é exposta a cada chuveiro durante algum tempo de exposição predeterminado na etapa 3053.
[00243] Dispositivos de irradiação de feixe de elétrons podem ser fornecidos comercialmente pela Ion Beam Applications, Louvain-la- Neuve, Bélgica ou a Titan Corporation, San Diego, CA. Energias de elétrons típicas podem ser de 1 MeV, 2 MeV, 4,5 MeV, 7,5 MeV ou 10 MeV. A energia típica do dispositivo de irradiação de feixe de elétrons pode ser 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 50 kW, 100 kW, 250 kW ou 500 kW. A eficácia de despolimerização da pasta de estoque de alimentação depende da energia de elétrons usada e da dose aplicada, enquanto que o tempo de exposição depende da energia e dose. Doses típicas podem ter valores de 1 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy ou 200 kGy.
[00244] Impasses a considerar sobre as especificações de energia do dispositivo de irradiação de feixe de elétrons incluem custo de ope- ração, custos financeiros, depreciação e perfil do dispositivo. Impasses a considerar sobre os níveis de dose de exposição à irradiação de feixe de elétrons seriam os custos de energia e preocupações com o ambiente, segurança e saúde (ESH). Impasses a considerar sobre as energias de elétrons incluem custos de energia; aqui, uma menor energia de elétrons pode ser vantajosa ao encorajar a despolimeriza- ção de determinadas pastas de estoque de alimentação (veja, por exemplo, Bouchard et al., Cellulose (2006) 13: 601-610).
[00245] Pode ser vantajoso proporcionar um passe duplo de irradiação de feixe de elétrons de forma a conferir um processo de despoli- merização mais eficaz. Por exemplo, o dispositivo de transporte de estoque de alimentação poderia dirigir o estoque de alimentação (na forma seca ou em pasta) para baixo e em uma direção inversa à sua direção de transporte inicial. Sistemas de passe duplo podem permitir que pastas de estoque de alimentação mais espessas sejam processadas e podem conferir uma despolimerização mais uniforme através da espessura da pasta de estoque de alimentação.
[00246] O dispositivo de irradiação de feixe de elétrons pode produzir um feixe fixo ou um feixe de varredura. Um feixe de varredura pode ser vantajoso com um grande comprimento de varredura e altas velocidades de varredura, uma vez que isso substitui eficazmente uma grande largura de feixe fixo. Ainda, larguras de varredura disponíveis de 0,5 m, 1 m, 2 m ou mais estão disponíveis. Um dispositivo adequado é mencionado no Exemplo 22.
[00247] Uma vez que uma porção da pasta de estoque de alimentação tenha sido transportada através dos N dispositivos de irradiação de feixe de elétrons, pode ser necessário, em algumas modalidades, conforme na etapa 3060, separar mecanicamente os componentes líquidos e sólidos da pasta de estoque de alimentação. Nessas modalidades, uma porção líquida da pasta de estoque de alimentação é fil- trada para remoção de partículas sólidas residuais e reciclada para a etapa de preparo de pasta 3040. Uma porção sólida da pasta de estoque de alimentação é, então, avançada para a próxima etapa de processamento 3070 via o dispositivo de transporte de estoque de alimentação. Em outras modalidades, o estoque de alimentação é mantido na forma de pasta para processamento adicional.
Feixe de Partículas de Íons Pesados
[00248] Elétrons de partículas mais pesadas podem ser utilizados para irradiar carboidratos ou materiais que incluem carboidratos, por exemplo, materiais celulósicos, materiais lignocelulósicos, materiais de amido ou misturas de qualquer um desses e outros descritos aqui. Por exemplo, prótons, núcleos de hélio, íons de argônio, íons de silício, íons de neon, íons de carbono, íons de fósforo, íons de oxigênio ou íons de nitrogênio podem ser utilizados. Em algumas modalidades, elétrons de partículas mais pesadas podem induzir à quantidades maiores de cisão de cadeia. Em alguns casos, partículas positivamente carregadas podem induzir à quantidades maiores de cisão de cadeia maiores do que partículas negativamente carregadas em virtude de sua acidez.
[00249] Feixes de partícula mais pesada podem ser gerados, por exemplo, usando aceleradores lineares ou cyclotrons. Em algumas modalidades, a energia de cada partícula do feixe é de cerca de 1,0 MeV/unidade atômica a cerca de 6.000 MeV/unidade atômica, por exemplo, de cerca de 3 MeV/ unidade atômica a cerca de 4.800 MeV/unidade atômica ou de cerca de 10 MeV/unidade atômica a cerca de 1.000 MeV/unidade atômica.
Radiação eletromagnética
[00250] Em modalidades nas quais a irradiação é realizada com radiação eletromagnética, a radiação eletromagnética pode ter, por exemplo, energia por fótons (em volts de elétrons) de mais do que 102 eV, por exemplo, mais do que 103, 104, 105, 106 ou ainda mais do que 107 eV. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem uma energia por fótons de entre 104 e 107, por exemplo, entre 105 e 106 eV. A radiação eletromagnética pode ter a frequência, por exemplo, maior do que 1016 Hz, maior do que 1017 Hz, 1018, 1019, 1020 ou ainda maior do que 1021 Hz. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem uma frequência de entre 1018 e 1022 Hz, por exemplo, entre 1019 a 1021 Hz.
Doses
[00251] Em algumas modalidades, a irradiação (com qualquer fonte de radiação ou uma combinação de fontes) é realizada até que o material receba uma dose de pelo menos 0,25 Mrad, por exemplo, pelo menos 1,0 Mrad, pelo menos 2,5 Mrad, pelo menos 5,0 Mrad ou pelo menos 10,0 Mrad. Em algumas modalidades, a irradiação é realizada até que o material receba uma dose de entre 1,0 Mrad e 6,0 Mrad, por exemplo, entre 1,5 Mrad e 4,0 Mrad.
[00252] Em algumas modalidades, a irradiação é realizada em uma taxa de dose de entre 5,0 e 1500,0 quilorads/hora, por exemplo, entre 10,0 e 750,0 quilorads/hora ou entre 50,0 e 350,0 quilorads/horas.
[00253] Em algumas modalidades, duas ou mais fontes de radiação são usadas, tais como duas ou mais radiações ionizantes. Por exemplo, amostras podem ser tratadas, em qualquer ordem, com um feixe de elétrons, seguido por radiação gama e luz UV tendo comprimentos de onda de cerca de 100 nm a cerca de 280 nm. Em algumas modalidades, as amostras são tratadas com três fontes de radiação ionizan- te, tais como um feixe de elétrons, radiação gama e luz UV energética.
[00254] Alternativamente, em outro exemplo, um material de biomassa fibroso que inclui um material celulósico e/ou lignocelulósico é irradiado e, opcionalmente, tratado com energia acústica, por exemplo, ultra-som.
[00255] Em um exemplo do uso de radiação como um tratamento, embalagens de suco de meio galão feitas de papelão Kraft branco poli- revestido não impresso tendo uma densidade volumétrica de 20 li- bras/pé3 são usadas como um estoque de alimentação. As embalagens são dobradas e, então, alimentadas em uma sequência de três bandejas de picador-cisalhador dispostas em série com a saída do primeiro cisalhador alimentada como entrada ao segundo picador a saída do segundo cisalhador alimentada como entrada ao terceiro picador. O material fibroso produzido pode ser pulverizado com água e processado através de um moinho de pelota operando em temperatura ambiente. As pelotas densificadas podem ser colocadas em uma ampola de vidro a qual é evacuada sob alto vácuo e, então, re-enchida com gás argônio. A ampola é vedada sob argônio. As pelotas na ampola são irradiadas com radiação gama durante cerca de 3 horas em uma taxa de dose de cerca de 1 Mrad por hora a fim de proporcionar um material irradiado no qual a celulose tem um peso molecular menor do que o material de iniciação.
Dissipação e Funcionalização Controlada de Biomassa
[00256] Após tratamento com uma ou mais fontes de radiação ioni- zante, tal como radiação fotônica (por exemplo, raios X ou raios gama), radiação de feixe de elétrons ou partículas mais pesadas elétrons que são positiva ou negativamente carregados (por exemplo, prótons ou íons de carbono), qualquer um dos materiais contendo carboidrato ou misturas descritas aqui se tornam ionizadas; isto é, elas incluem radicais em níveis que são detectáveis com um espectrômetro de ressonância com orbital de elétrons. O limite atual de detecção dos radicais é cerca de 1014 orbitais em temperatura ambiente. Após ionização, qualquer material de biomassa que tenha sido ionizado pode ser dissipado para reduzir o nível de radicais na biomassa ionizada, por exemplo, de modo que os radicais não sejam mais detectáveis com o espectrômetro de ressonância com orbital de elétrons. Por exemplo, os radicais podem ser dissipados mediante aplicação de uma pressão suficiente à biomassa e/ou utilizando um fluido em contato com a biomassa ionizada, tal como um gás ou líquido, que reage com (dissipa) os radicais. Uso de um gás ou líquido para pelo menos auxiliar na dissipação dos radicais pode ser feito para funcionalizar a biomassa ionizada com uma quantidade e tipos desejados de grupos funcionais, tais como grupos ácido carboxílico, grupos enol, grupos aldeído, grupos nitro, grupos nitrila, grupos amino, grupos alquilamino, grupos alquila, grupos cloroalquila ou grupos clorofluoroalquila. Em alguns casos, tal dissipação pode aprimorar a estabilidade de alguns dos materiais de biomassa ionizados. Por exemplo, dissipação pode aprimorar a resistência da biomassa à oxidação. Funcionalização por meio de dissipação também pode aprimorar a solubilidade de qualquer biomassa descrita aqui, pode aprimorar sua estabilidade térmica, a qual pode aprimorar a utilização de material por diversos micro-organismos. Por exemplo, os grupos funcionais conferidos ao material de biomassa pela dissipação podem atuar como sítios receptores para fixação pelos micro-organismos, por exemplo, intensificar a hidrólise de celulose por diversos micro-organismos.
[00257] A Figura 11A ilustra alteração da estrutura molecular e/ou supramolecular de um estoque de alimentação de biomassa por meio de pré-tratamento do estoque de alimentação de biomassa com radiação ionizante, tal como com elétrons ou íons de energia suficiente para ionizar o estoque de alimentação de biomassa, a fim de proporcionar um primeiro nível de radicais. Conforme mostrado na Figura 11A, se a biomassa ionizada permanece na atmosfera, ela será oxidada, tal como até um ponto em que os grupos ácido carboxílico são gerados pela reação com o oxigênio atmosférico. Em alguns casos, com alguns materiais, tal oxidação é desejada porque ela pode auxiliar na decompo- sição extra do peso molecular da biomassa contendo carboidrato e grupos de oxidação, por exemplo, grupos ácido carboxílico, podem ser úteis para solubilidade e utilização de micro-organismo em alguns casos. Contudo, uma vez que os radicais podem "viver" durante algum tempo após irradiação, por exemplo, mais de 1 dia, 5 dias, 30 dias, 3 meses, 6 meses ou mesmo mais de 1 ano, as propriedades dos materiais podem continuar a mudar com o tempo o que, em alguns casos, pode ser indesejável. A detecção de radicais em amostras irradiadas através de espectroscopia de ressonância com orbital de elétrons e as expectativas de vida de radical em tais amostras são discutidas em Bartolotta et al., Physics in Medicine and Biology, 46 (2001), 461-471 e em Bartolotta et al., Radiation Protection Dosimetry, Vol. 84, Nos. 1-4, páginas 293-296 (1999). Conforme mostrado na Figura 11A, a biomassa ionizada pode ser dissipada para funcionalizar e/ou estabilizar a biomassa ionizada. Em qualquer ponto, por exemplo, quando o material está "vivo" (ainda tem uma quantidade substancial de intermediários reativos, tais como radicais), "parcialmente vivo" ou totalmente dissipado, a biomassa tratada pode ser convertida em um produto, por exemplo, um alimento.
[00258] Em algumas modalidades, a dissipação inclui uma aplicação de pressão à biomassa, tal como por meio de deformação mecânica da biomassa, por exemplo, compressão mecânica direta d biomassa em uma, duas ou três dimensões ou aplicação de pressão a um fluido no qual a biomassa está imersa, por exemplo, compressão isostática. Em tais casos, a deformação do material em si mantém os radicais, os quais estão frequentemente encerrados em domínios cristalinos, em proximidade o bastante para que os radicais possam se recombinar ou reagir com outro grupo. Em alguns casos, a pressão é aplicada junto com a aplicação de calor, tal como uma quantidade suficiente de calor para elevar a temperatura da biomassa para acima de um ponto de fusão ou ponto de amolecimento de um componente da biomassa, tal como lignina, celulose ou hemicelulose. Calor pode aprimorar a mobilidade molecular no material polimérico, o qual pode auxiliar na dissipação dos radicais. Quando pressão é utilizada para dissipar, a pressão pode ser maior do que cerca de 1000 psi, tal como maior do que cerca de 1250 psi, 1450 psi, 3625 psi, 5075 psi, 7250 psi, 10000 psi ou mesmo maior do que 15000 psi.
[00259] Em algumas modalidades, dissipação inclui contato da biomassa com um fluido, tal como um líquido ou gás, por exemplo, um gás capaz de reação com os radicais, tal como acetileno ou uma mistura de acetileno em nitrogênio, etileno, etilenos clorados ou clorofluo- roetilenos, propileno ou misturas desses gases. Em outras modalidades particulares, dissipação inclui contato da biomassa com um líquido, por exemplo, um líquido solúvel ou pelo menos capaz de penetrar na biomassa e reação com os radicais, tal como um dieno, tal como 1,5-ciclooctadieno. Em algumas modalidades específicas, a dissipação inclui contato da biomassa com um antioxidante, tal como Vitamina E. Se desejado, o estoque de alimentação de biomassa pode incluir um antioxidante disperso no mesmo e a dissipação pode se originar de contato do antioxidante disperso no estoque de alimentação de biomassa com os radicais. Combinações desses e outros materiais de dissipação podem ser usadas.
[00260] Outros métodos para dissipação são possíveis. Por exemplo, qualquer método para dissipação de radicais em materiais polimé- ricos descritos em Muratoglu et al., Publicação de Pedido de Patente U.S. N°. 2008/0067724 e Muratoglu et al., Patente U.S. No. 7.166.650, pode ser utilizado para a dissipação de qualquer material de biomassa ionizado descrito aqui. Além disso, qualquer agente de dissipação (descrito como um "agente de sensibilização" nas divulgações de Mu- ratoglu mencionadas acima) e/ou qualquer antioxidante descrito em qualquer referência de Muratoglu pode ser utilizado para dissipar qualquer material de biomassa ionizado.
[00261] Funcionalização pode ser intensificada utilizando íons pesados carregados, tais como qualquer um dos íons mais pesados descritos aqui. Por exemplo, se é desejado intensificar a oxidação, íons de oxigênio carregados podem ser utilizados para a irradiação. Se grupos funcionais nitrogênio são desejados, íons de nitrogênio ou íons que incluem nitrogênio podem ser utilizados. Da mesma forma, se grupos enxofre ou fósforo são desejados, íons de enxofre ou fósforo podem ser usados na irradiação.
[00262] Em algumas modalidades, após dissipação, qualquer um dos materiais ionizados dissipados descritos aqui pode ser adicionalmente tratado com um ou mais de radiação, tal como radiação ionizan- te ou não ionizante, ultra-som, pirólise e oxidação para alteração adicional da estrutura molecular e/ou supramolecular.
Exposição a Feixe de Partículas em Fluidos
[00263] Em alguns casos, os materiais celulósicos ou lignocelulósi- cos podem ser expostos a um feixe de partícula na presença de um ou mais fluidos adicionais (por exemplo, gases e/ou líquidos). Exposição de um material a um feixe de partícula na presença de um ou mais fluidos adicionais pode aumentar a eficiência do tratamento.
[00264] Em algumas modalidades, o material é exposto a um feixe de partícula na presença de um fluido tal como ar. Partículas aceleradas em qualquer um ou mais dos tipos de aceleradores divulgados aqui (ou outro tipo de acelerador) são acopladas fora do acelerador via um orifício de saída (por exemplo, uma membrana fina, tal como uma folha metálica), passam através de um volume de espaço ocupado pelo fluido e, então, incidem sobre o material. Além de tratamento direto do material, algumas das partículas geram espécies químicas adicionais mediante interação com partículas de fluido (por exemplo, íons e/ou radicais gerados a partir de diversos constituintes do ar, tais como ozônio e óxidos de nitrogênio). Essas espécies químicas geradas também podem interagir com o material e podem atuar como iniciadores para uma variedade de diferentes reações de ruptura de ligação química no material. Por exemplo, qualquer oxidante produzido pode oxidar o material, o que pode resultar em redução de peso molecular.
[00265] Em determinadas modalidades, fluidos adicionais podem ser seletivamente introduzidos no trajeto de um feixe de partícula antes que o feixe venha a incidir sobre o material. Conforme discutido acima, reações entre as partículas do feixe e as partículas dos fluidos introduzidos podem gerar espécies químicas adicionais, as quais reagem com o material e podem auxiliar em funcionalização do material e/ou, de outro modo, alterar seletivamente determinadas propriedades do material. O um ou mais fluidos adicionais podem ser dirigidos ao trajeto do feixe a partir de um tubo de fornecimento, por exemplo. A direção e taxa de fluxo do(s) fluido(s) que é/são introduzido(s) podem ser selecionadas de acordo com a taxa de exposição e/ou direção desejadas para controlar a eficiência do tratamento global, incluindo efeitos que resultam de tratamento baseado em partícula e efeitos que são em virtude da interação de espécies dinamicamente geradas a partir do fluido introduzido com o material. Além de ar, fluidos exempli- ficativos que podem ser introduzidos no feixe de íons incluem oxigênio, nitrogênio, um ou mais gases nobres, um ou mais halogênios e hidrogênio.
Irradiação de Materiais de Biomassa de Baixa Densidade Volumétrica e Resfriamento da Biomassa Irradiada
[00266] Durante tratamento de materiais de biomassa com radiação ionizante, especialmente em altas taxas de dose, tal como em taxas maiores do que 0,15 Mrad por segundo, por exemplo, 0,25 Mrad/s, 0,35 Mrad/s, 0,5 Mrad/s, 0,75 Mrad/s ou mesmo maior do que 1 Mrad/seg, materiais de biomassa podem reter quantidades significativas de calor, de modo que a temperatura dos materiais de biomassa se torna elevada. Embora maiores temperaturas possam, em algumas modalidades, ser vantajosas, por exemplo, quando uma taxa de reação mais rápida é desejada, é vantajoso controlar o aquecimento da biomassa para reter controle sobre as reações químicas iniciadas pela radiação ionizante, tal como reticulação, cisão de cadeia e/ou enxerta- gem, por exemplo, para manter controle de processo. Materiais de baixa densidade volumétrica, tal como aqueles tendo uma densidade volumétrica de menos de cerca de 0,4 g/cm3, por exemplo, menos de cerca de 0,35, 0,25 ou menos cerca de 0,15 g/cm3, especialmente quando combinado com materiais que têm seções transversais finas, tal como fibras tendo pequenas dimensões transversais, são em geral mais fáceis de esfriar. Além disso, fótons e partículas podem, em geral, penetrar em e através de materiais tendo uma densidade volumé-trica relativamente baixa, o que pode permitir o processamento de maiores volumes de materiais em maiores taxas e pode permitir o uso de fótons e partículas tendo menores energias, por exemplo, 0,25 Mev, 0,5 MeV, 0,75 MeV ou 1,0 MeV, o que pode reduzir os requisitos de proteção de segurança. Muitos dos materiais de biomassa descritos aqui podem ser processados em um ou mais dos sistemas mostrados nas Figuras 11B, 11C, 11D e 11E, as quais são descritas abaixo. Os sistemas mostrados permitem que um ou mais tipos de radiação ioni- zante, tal como elétrons relativísticos ou elétrons em combinação com raios X, sejam aplicados a materiais de biomassa de baixa densidade volumétrica em altas taxas de dose, tal como em uma taxa maior do que 1,0, 1,5, 2,5 Mrad/s ou mesmo maior do que cerca de 5,0 Mrad/s e, então, permitem resfriamento da biomassa antes de aplicação de radiação durante uma segunda, terceira, quarta, quinta, sexta, sétima, oitava, nona ou mesmo uma décima vez.
[00267] Por exemplo, em um método de alteração da estrutura molecular e/ou supramolecular de um estoque de alimentação de biomassa, a biomassa é pré-tratada em uma primeira temperatura com radiação ionizante, tal como fótons, elétrons ou íons (por exemplo, cá- tions ou ânions com carga única ou múltipla), durante um tempo suficiente e/ou uma dose suficiente para elevar o estoque de alimentação de biomassa para uma segunda temperatura maior do que a primeira temperatura. A biomassa pré-tratada é, então, esfriada para abaixo da segunda temperatura. Finalmente, se desejado, a biomassa fria pode ser tratada uma ou mais vezes com radiação, por exemplo, com radiação ionizante. Se desejado, resfriamento pode ser aplicado à biomassa após e/ou durante cada tratamento de radiação.
[00268] Em algumas modalidades, o resfriamento do estoque de alimentação de biomassa é até um ponto que, após resfriamento, a biomassa está em uma terceira temperatura abaixo da primeira temperatura.
[00269] Por exemplo e conforme será explicado em maiores detalhes abaixo, tratamento do estoque de alimentação de biomassa com a radiação ionizante pode ser realizado à medida que o estoque de alimentação de biomassa está sendo pneumaticamente transportado em um fluido, tal como em um gás, tal como nitrogênio ou ar. Para auxiliar na decomposição de peso molecular e/ou funcionalização dos materiais, o gás pode ser saturado com qualquer agente de intumes- cimento descrito aqui e/ou vapor de água. Por exemplo, vapor de água ácido pode ser utilizado. Para auxiliar na decomposição de peso molecular, a água pode ser acidificada com um ácido orgânico, tal como ácido fórmico ou acético ou um ácido mineral, tal como ácido sulfúrico ou clorídrico.
[00270] Por exemplo e conforme será explicado em maiores detalhes abaixo, o tratamento estoque de alimentação de biomassa com a radiação ionizante pode ser realizado à medida que o estoque de ali-mentação de biomassa cai sob a influência de gravidade. Esse procedimento pode reduzir eficazmente a densidade volumétrica do estoque de alimentação de biomassa à medida que ele está sendo processado e pode auxiliar no resfriamento do estoque de alimentação de biomassa. Por exemplo, a biomassa pode ser transportada de uma primeira correia em uma primeira altura acima do solo e, então, pode ser capturada por uma segunda correia em um segundo nível acima do solo menor do que o primeiro nível. Por exemplo, em algumas modalidades, a borda traseira da primeira correia e a borda dianteira da segunda correia definem um vão. Vantajosamente, a radiação ionizante, tal como um feixe de elétrons, prótons ou outros íons, pode ser aplicado ao vão para prevenir dano ao sistema de transporte de biomassa.
[00271] Nos métodos descritos aqui, resfriamento da biomassa pode incluir contato da biomassa com um fluido, tal como um gás, em uma temperatura abaixo da primeira ou segunda temperatura, tal como nitrogênio gasoso em ou cerca de 77 K. Mesmo água, tal como água em uma temperatura abaixo da temperatura ambiente nominal (por exemplo, 25 graus Celsius) pode ser utilizada.
[00272] O estoque de alimentação de biomassa pode ser tratado em uma primeira temperatura com radiação ionizante durante um tempo suficiente e/ou uma dose suficiente, tal como de cerca de 1 segundo a cerca de 10 segundos em uma taxa de dose de cerca de 0,5 Mrad/s a cerca de 5 Mrad/s, para elevar o estoque de alimentação de biomassa para uma segunda temperatura maior do que a primeira temperatura. Após aplicação da radiação, a biomassa pode ser esfriada para abaixo da segunda temperatura. A biomassa fria tratada é tratada com radiação, tal como uma radiação ionizante e, então, a biomassa tratada é contatada com um micro-organismo tendo a capacidade de converter pelo menos uma porção, por exemplo, pelo menos cerca de 1 por cento em peso, da biomassa ao produto.
[00273] Em algumas modalidades, um método de alteração da estrutura molecular e/ou supramolecular de um estoque de alimentação de biomassa inclui opcionalmente pré-tratamento do estoque de alimentação de biomassa mediante redução de uma ou mais dimensões de pedaços individuais do estoque de alimentação de biomassa e aplicação de radiação ionizante, tal como fótons, elétrons ou íons, ao estoque de alimentação de biomassa. Em tais modalidades, o estoque de alimentação de biomassa ao qual a radiação ionizante é aplicada tem uma densidade volumétrica de menos de cerca de 0,35 g/cm3, tal como menos de cerca de 0,3, 0,25, 0,20 ou menos de cerca de 0,15 g/cm3 durante a aplicação da radiação ionizante. Em tais modalidades, o estoque de alimentação de biomassa pode ser esfriado e, então, radiação ionizante pode ser aplicada à biomassa fria. Em algumas modalidades vantajosas, o estoque de alimentação de biomassa é ou inclui fibras e/ou partículas distintas tendo uma dimensão máxima de não mais do que cerca de 0,5 mm, tal como não mais do que cerca de 0,25 mm, não mais do que cerca de 0,1 mm, não mais do que cerca de 0,05 mm ou não mais do que cerca de 0,025 mm.
[00274] Fazendo referência particularmente agora às Figuras 11B e 11C, as quais mostram um dispositivo de geração, tratamento, transporte e irradiação de material de biomassa 1170 (proteção não ilustrada nos desenhos). Em operação, uma folha de papel 1173, por exemplo, folha de papel Kraft branqueada em pedaços, é fornecida a um rolo 1172 e distribuída a um aparelho de formação de fibras 1174, tal como um cisalhador giratório. A folha 1173 é convertida em material fibroso 1112 e é distribuída a uma zona de carregamento de fibra 1180 pelo transportador 1178. Se desejado, as fibras do material fibroso podem ser separadas, por exemplo, através de triagem, em frações tendo diferentes proporções de L/D. Em algumas modalidades, o material fibroso 1112, em geral de uma baixa densidade volumétrica e, vanta-josamente, seções transversais finas, é distribuído continuamente à zona 1180 e, em outras modalidades, o material fibroso é distribuído em lotes. Um soprador 1182 no loop 1184 é posicionado adjacente à zona de carregamento de fibra 1180 e é capaz de movimento de um meio fluido, por exemplo, ar, em uma velocidade e volume suficientes para circular pneumaticamente o material fibroso 1112 em uma direção indicada pela seta 1188 através do loop 1184.
[00275] Em algumas modalidades, a velocidade do ar que trafega no loop é suficiente para dispersar uniformemente e transportar o material fibroso em torno de todo o loop 1184. Em algumas modalidades, a velocidade de fluxo é maior do que 2.500 pés/minuto, por exemplo, 5.000 pés/minuto, 6.000 pés/minuto ou mais, por exemplo, 7.500 pés/minuto ou 8.500 pés/minuto.
[00276] O material fibroso encerrado 1112 transversal ao loop passa para uma zona de aplicação 1190, a qual forma parte do loop 1184. Aqui, quaisquer aditivos desejados descritos aqui podem ser aplicados, tais como um líquido, tal como água, tal como água acidificada ou básica. Em operação, a zona de aplicação 1190 aplica um aditivo, tal como uma solução líquida 1196, ao material fibroso em circulação via bocais 98, 99 e 11100. Quando um líquido é aplicado, os bocais produzem um spray atomizado ou névoa, a qual colide com as fibras que passam em proximidade aos bocais. A válvula 11102 é operada para controlar o fluxo de líquido aos respectivos bocais 1198, 1199 e 11100. Após uma quantidade desejada de aditivo ser aplicada, a válvula 11102 é fechada.
[00277] Em algumas modalidades, a zona de aplicação 1190 tem dois a cem pés de comprimento ou mais, por exemplo, 125 pés, 150 pés, 250 pés de comprimento ou mais, por exemplo, 500 pés de comprimento. Zonas de aplicação mais longas permitem a aplicação de um período de tempo mais longo durante passagem do material fibroso através da zona de aplicação 1190. Em algumas modalidades, os bocais são espaçados de cerca de três a cerca de quatro pés de comprimento do loop 1184.
[00278] À medida que o material fibroso se move no loop 1184 e através da porção de irradiação do loop 11107 que inclui a antena em forma de chifre 11109 para distribuição de radiação ionizante, radiação ionizante é aplicada ao material fibroso (proteção não é mostrada).
[00279] À medida que o material fibroso irradiado se move em torno do loop 1184, ele esfria pela ação de gases, tal como ar, que circulam em altas velocidades no loop e é banhado em gases reativos, tais como ozônio e/ou óxidos de nitrogênio, que são produzidos pela ação da radiação ionizante sobre os gases em circulação, tal como ar. Após passagem através da porção de irradiação 11107, um fluido de resfriamento, tal como um líquido (por exemplo, água) ou um gás, tal como nitrogênio líquido a 77 K, pode ser injetado no loop 1184 para auxiliar no resfriamento do material fibroso. Esse processo pode ser repetido mais de uma vez se desejado, por exemplo, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 vezes ou mais, por exemplo, 15 vezes, para distribuir a dose desejada ao material fibroso. Embora, conforme mostrado, o eixo longo da antena em forma de chifre esteja ao longo da direção de fluxo, em algumas implementações, o eixo longo da antena em forma de chifre é transversal à direção de fluxo. Em algumas implementações, um feixe de elétrons é utilizado como a principal fonte de radiação ionizante e raios X como uma fonte de radiação ionizante secundária. Raios X podem ser gerados por terem um alvo metálico, tal como um alvo de tântalo 11111, sobre o interior do loop 1184 de modo que, quando os elétrons colidem no alvo, raios X são emitidos.
[00280] Após uma dose desejada ser distribuída ao material fibroso, o material fibroso pode ser removido do 1184 via um separador 11112, o qual é seletivamente conectado ao loop 1184 através da seção 11114 e válvula de comporta 11116. Quando a válvula 11116 é aberta, outra válvula é também aberta para permitir que ar entre no loop 1184 para compensar o ar que sai através do separador 11112.
[00281] Fazendo referência particularmente agora à Figura 11D, a qual mostra um dispositivo de irradiação fibroso de leito fluidizado 11121 com proteção. O material fibroso em um fluido, tal como um gás, tal como ar sob pressão, é distribuído a um vaso de contenção protegido 11123 via uma tubulação 11125 e em uma porção de leito fluidizado protegida 11127. Correntes contra-corrente 11131 de fluido, tal como um gás e correntes transversais 11133 de fluido, tal como um gás, que é o mesmo ou diferente de uma contra-corrente de fluido distribuída, se combinam para causar turbulência na porção de leito. Radiação ionizante é aplicada à porção de leito fluidizado à medida que o material fibroso é transportado através da porção de leito. Por exemplo, conforme mostrado, três feixes de elétrons de três máquinas Rho- dotron® 11135, 11136 e 11137 podem ser utilizados. Vantajosamente, cada feixe pode penetrar no leito fluidizado uma profundidade diferentes e/ou cada feixe pode emitir elétrons de uma energia diferente, tal como a 1, 3 e 5 MeV. À medida que o material fibroso se move através do sistema, ele esfria pela ação de gases, tal como ar, circulando em altas velocidades no sistema e é banhado em gases reativos, tais como ozônio e/ou óxidos de nitrogênio, que são produzidos pela ação da radiação ionizante sobre os gases em circulação, tal como ar. Se desejado, o processo pode ser repetido uma série desejada de vezes, até que o material fibroso tenha recebido uma dose desejada. Embora o leito fluidizado tenha sido ilustrado de modo que seu eixo longo é horizontal no solo, em outras implementações, o eixo longo do leito é perpendicular ao solo, de modo que o material fibroso cai sob a influência de gravidade.
[00282] Fazendo referência agora particularmente à Figura 11E, a qual mostra outro dispositivo de transporte e irradiação de material fibroso 11140 sem proteção. Material fibroso 11144 é distribuído a partir de um recipiente 11142 para um primeiro transportador 11150 em um primeiro nível acima do solo e, então, o material é transferido para um segundo transportador 11152 em uma altura menor do que o primeiro transportador. A borda traseira 11160 do primeiro transportador e a borda dianteira 11161 do segundo transportador 11152 definem um vão com um espaçamento S. Por exemplo, o espaçamento S pode ter entre 4 polegadas e cerca de 24 polegadas. O material 11144 tem momentum suficiente para cair livremente sob gravidade e, então, ser capturado pelo segundo transportador 11152 sem cair no vão. Durante a queda livre, radiação ionizante é aplicada ao material. Essa configuração pode ser vantajosa pelo fato de que é menos provável que a ra-diação ionizante danifique o sistema de transporte porque ele não é diretamente contatado pela radiação.
[00283] Após passagem através da porção de irradiação, um fluido de resfriamento, tal como um líquido (por exemplo, água) ou um gás, tal como líquido nitrogênio a 77 K, pode ser aplicado ao material para auxiliar no resfriamento do material fibroso. Esse processo pode ser repetido mais de uma vez se desejado, por exemplo, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 vezes ou mais, por exemplo, 15 vezes, para distribuir a dose desejada ao material fibroso. Embora, conforme mostrado, o eixo longo da antena em forma de chifre seja transversal à direção de fluxo do material, outras disposições de feixe são possíveis. Em algumas implementações, um feixe de elétrons é utilizado como uma fonte de radiação ionizante principal e raios X como uma fonte de radiação ioni- zante secundária. Raios X podem ser gerados tendo um alvo metálico, tal como um alvo de tântalo, no vão sobre o lado oposto do material, de modo que os elétrons passam através do material à medida que eles colidem com o alvo, gerando raios X.
[00284] Em um exemplo do uso de radiação com oxidação como um pré-tratamento, embalagens de suco de meio galão feitas de papelão Kraft branco poli-revestido não impresso tendo uma densidade volumétrica de 20 libra/pé3 são usadas como um estoque de alimentação. As embalagens são dobradas e, então, alimentadas em uma sequência de três bandejas de picador-cisalhador dispostas em série com a saída do primeiro cisalhador alimentada como entrada ao segundo picador a saída do segundo cisalhador alimentada como entrada ao terceiro picador. O material fibroso produzido pode ser pulverizado com água e processado através de um moinho de pelota operando em temperatura ambiente. As pelotas densificadas pode ser colocadas em uma ampola de vidro a qual é vedada sob uma atmosfera de ar. As pelotas na ampola são irradiadas com radiação gama durante cerca de 3 horas em uma taxa de dose de cerca de 1 Mrad por hora a fim de proporcionar um material irradiado no qual a celulose tem um peso molecular menor do que o material de iniciação de Kraft fibroso.
Ultra-som
[00285] Uma ou mais sequências de processamento por ultra-som podem ser usadas para tratar a biomassa de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substâncias úteis do estoque de alimentação e a fim de proporcionar um material orgânico parcialmente degradado, o qual funciona como entrada para outras etapas e/ou sequências de processamento. Ultra-som pode reduzir a recalcitrância, peso molecular e/ou cristalinidade do estoque de alimentação, tal como um ou mais de qualquer um dos materiais de biomassa descritos aqui, por exemplo, uma ou mais fontes de carboidrato, tais como materiais celulósicos ou lignocelulósicos ou materiais de amido.
[00286] Fazendo referência mais uma vez à Figura 8, em um método, um primeiro material de biomassa 2 que inclui celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) é disperso em um meio, tal como água e submetido a ultra-som e/ou de outro modo cavi- tado, a fim de proporcionar um segundo material de biomassa 3 que inclui celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio (TMN2) menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. O segundo material (ou os primeiro e segundo materiais em determinadas modalidades) pode ser combinado com um micro-organismo (por exemplo, uma bactéria ou um levedo) que pode utilizar o segundo e/ou primeiro material para produzir um produto 5.
[00287] Uma vez que o segundo material tem celulose tendo um peso molecular reduzido com relação ao primeiro material e, em alguns casos, uma cristalinidade reduzida também, o segundo material é, em geral, mais dispersível, intumescível e/ou solúvel em uma solução contendo o micro-organismo, por exemplo, em uma concentração de mais de 106 micro-organismos/mL. Essas propriedades tornam o segundo material 3 mais suscetível a ataque químico, enzimático e/ou microbiano com relação ao primeiro material 2, o que pode aprimorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. Ultra-som também podem esterilizar os materiais, mas não deverá ser usado enquanto se supõe que os micro-organismos estão vivos.
[00288] Em algumas modalidades, o segundo peso molecular numérico médio (TMN2) é menor do que o primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento, 60 por cento ou mesmo mais de cerca de 75 por cento.
[00289] Em alguns casos, o segundo material tem celulose que tem uma cristalinidade (TC2) que é menor do que a cristalinidade (TC1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (TC2) pode ser menor do que (TC1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40 ou mesmo mais de cerca de 50 por cento.
[00290] Em algumas modalidades, o índice de cristalinidade inicial (antes de ultra-som) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento e um índice de cristalinidade após ultra-som é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Contudo, em determinadas modalidades, por exemplo, após ultra-som extensivo, é possível ter um índice de cristalinidade de menos de 5 por cento. Em algumas modalidades, o material, após ultra-som, é substancialmente amorfo.
[00291] Em algumas modalidades, o peso molecular numérico médio inicial (antes de ultra-som) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e o peso molecular numérico médio após ultra-som é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000, Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após ultra-som extensivo, é possível ter um peso molecular numérico médio de menos de cerca de 10.000 ou mesmo menos de cerca de 5.000.
[00292] Em algumas modalidades, o segundo material pode ter um nível de oxidação (TO2) que é maior do que o nível de oxidação (TO1) do primeiro material. A maior nível de oxidação do material pode auxiliar em sua dispersibilidade, capacidade de intumescimento e/ou solubilidade, intensificando adicionalmente a suscetibilidade dos materiais a ataque químico, enzimático ou microbiano. Em algumas modalidades, para aumentar o nível da oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, o ultra-som é realizado em um meio de oxidação, produzindo um segundo material que é mais oxidado do que o primeiro material. Por exemplo, o segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, o que pode aumentar sua hidrofilicidade.
[00293] Em algumas modalidades, o meio de ultra-som é um meio aquoso. Se desejado, o meio pode incluir um oxidante, tal como um peróxido (por exemplo, peróxido de hidrogênio), um agente dispersan- te e/ou um tampão. Exemplos de agentes dispersantes incluem agentes dispersantes iônicos, por exemplo, lauril sulfato de sódio e agentes dispersantes não-iônicos, por exemplo, (poli)etileno glicol.
[00294] Em outras modalidades, o meio de ultra-som é não aquoso. Por exemplo, o ultra-som pode ser realizado em um hidrocarboneto, por exemplo, tolueno ou heptano, um éter, por exemplo, dietil éter ou tetrahidrofurano ou mesmo em um gás liquefeito, tal como argônio, xenônio ou nitrogênio.
[00295] Sem desejar estar preso à qualquer teoria em particular, acredita-se que o ultra-som rompe ligações na celulose mediante criação de bolhas no meio contendo a celulose, as quais crescem e, então, entram em colapso violentamente. Durante o colapso da bolha, o qual pode ocorrer em menos de um nano-segundo, a força implosiva eleva a temperatura local dentro da bolha para cerca de 5100 K (ainda maior em alguns casos; veja, por exemplo, Suslick et al., Nature 434, 52-55) e geram pressões de umas poucas centenas de atmosferas a mais de 1000 atmosferas ou mais. São essas altas temperaturas e pressões que rompem as ligações. Além disso, sem desejar estar preso à qualquer teoria em particular, acredita-se que a cristalinidade re-duzida surge, pelo menos em parte, das taxas de resfriamento extremamente altas durante colapso das bolhas, a qual pode ser maior do que cerca de 1011 K/segundo. As altas taxas de resfriamento não permitem, em geral, que a celulose se organize e cristalize, resultando em materiais que têm cristalinidade reduzida. Sistemas ultra-sônicos e sonoquímica são discutidos, por exemplo, em Olli et al., Patente U.S. No. 5.766.764; Roberts, Patente U.S. No. 5.828.156; Mason, Chemistry with Ultrasound, Elsevier, Oxford, (1990); Suslick (editor), Ultrasound: its Chemical, Physical and Biological Effects, VCH, Weinheim, (1988); Price, "Current Trends in Sonochemistry" Royal Society of Chemistry, Cambridge, (1992); Suslick et al., Ann. Rev. Mater. Sci. 29, 295, (1999); Suslick et al., Nature 353, 414 (1991); Hiller et al., Phys. Rev. Lett. 69, 1182 (1992); Barber et al., Nature, 352, 414 (1991); Suslick et al., J. Am. Chem. Soc., 108, 5641 (1986); Tang et al., Chem. Comm., 2119 (2000); Wang et al., Avanced Mater., 12, 1137 (2000); Landau et al., J. of Catalysis, 201, 22 (2001); Perkas et al., Chem. Comm., 988 (2001); Nikitenko et al., Angew. Chem. Inter. Ed. (Dezem-bro de 2001); Shafi et al., J. Phys. Chem B 103, 3358 (1999); Avivi et al., J. Amer. Chem. Soc. 121, 4196 (1999); e Avivi et al., J. Amer. Chem. Soc. 122, 4331 (2000).
Sistemas de ultra-som
[00296] A Figura 12 mostra um sistema geral no qual uma corrente de material de biomassa 1210 é misturada com uma corrente de água 1212 em um reservatório 1214 para formar uma corrente de processo 1216. Uma primeira bomba 1218 extrai corrente de processo 1216 do reservatório 1214 e em direção a uma célula de fluxo 1224. O transdutor ultra-sônico 1226 transmite energia ultra-sônica para a corrente de processo 1216 à medida que a corrente de processo flui através da célula de fluxo 1224. Uma segunda bomba 1230 extrai a corrente de processo 1216 da célula de fluxo 1224 e em direção a subsequente processamento.
[00297] O reservatório 1214 inclui uma primeira entrada 1232 e uma segunda entrada 1234 em comunicação de fluido com um volume 1236. Um transportador (não mostrado) distribui a corrente de material de biomassa 1210 ao reservatório 1214 através da primeira entrada 1232. A corrente de água 1212 entra no reservatório 1214 através da segunda entrada 1234. Em algumas modalidades, a corrente de água 1212 entra no volume 1236 ao longo de uma tangente que estabelece um fluxo turbulento dentro do volume 1236. Em determinadas modalidades, a corrente de material de biomassa 1210 e a corrente de água 1212 são introduzidas no volume 1236 ao longo de eixos opostos, intensificando a mistura dentro do volume.
[00298] A válvula 1238 controla o fluxo de corrente de água 1212 através da segunda entrada 1232 para produzir uma proporção desejada de material de biomassa para água (por exemplo, material celulósico a aproximadamente 10%, peso em volume). Por exemplo, 2000 toneladas/dia de biomassa podem ser combinadas com 1 milhão a 1,5 milhões de galões/dia, por exemplo, 1,25 milhões de galões/dia, de água.
[00299] Mistura de material de biomassa e água no reservatório 1214 é controlada pelo tamanho do volume 1236 e as taxas de fluxo de biomassa e água no volume. Em algumas modalidades, o volume 1236 é dimensionado para criar um tempo de residência de mistura mínimo para biomassa e água. Por exemplo, quando 2000 tonela- das/dia de biomassa e 1,25 milhões de galões/dia de água têm de fluir através do reservatório 1214, o volume 1236 pode ter cerca de 32.000 galões para produzir um tempo de residência de mistura mínimo de cerca de 15 minutos.
[00300] O reservatório 1214 inclui um misturador 1240 em comunicação de fluido com volume 1236. O misturador 1240 agita os conteúdos do volume 1236 para dispersar a biomassa por toda a água no volume. Por exemplo, o misturador 1240 pode ser uma aleta giratória disposta no reservatório 1214. Em algumas modalidades, o misturador 1240 dispersa a biomassa de modo substancialmente uniforme por toda a água.
[00301] O reservatório 1214 ainda inclui uma saída 1242 em comunicação de fluido com o volume 1236 e a corrente de processo 1216. A mistura de biomassa e água no volume 1236 flui para fora do reservatório 1214 via a saída 1242. A saída 1242 está disposta próximo da parte inferior do reservatório 1214 para permitir que a gravidade empurre a mistura de biomassa e água para fora do reservatório 1214 e para a corrente de processo 1216.
[00302] A primeira bomba 1218 (por exemplo, qualquer uma das várias bombas de turbilhonamento com propulsor em recesso feita pela Essco Pumps & Controles, Los Angeles, Califórnia) move os conteúdos da corrente de processo 1216 em direção à célula de fluxo 1224. Em algumas modalidades, a primeira bomba 1218 agita os conteúdos da corrente de processo 1216, de modo que a mistura de material celulósico e água é substancialmente uniforme na entrada 1220 da célula de fluxo 1224. Por exemplo, a primeira bomba 1218 agita a corrente de processo 1216 para criar um fluxo turbulento que persiste ao longo da corrente de processo entre a primeira bomba e a entrada 1220 da célula de fluxo 1224.
[00303] A célula de fluxo 1224 inclui um volume de reator 1244 em comunicação de fluido com a entrada 1220 e a saída 1222. Em algumas modalidades, o volume do reator 1244 é um tubo de aço inoxidável capaz de suportar pressões elevadas (por exemplo, 10 bars). Além disso ou alternativamente, o volume do reator 1244 inclui uma seção transversal circular.
[00304] A célula de fluxo 1224 ainda inclui um permutador de calor 1246 em comunicação térmica com pelo menos uma porção do volume do reator 1244. Fluido de resfriamento 1248 (por exemplo, água) flui para permutador de calor 1246 e absorve o calor gerado quando a corrente de processo 1216 é submetida a ultra-som no volume do reator 1244. Em algumas modalidades, a taxa de fluxo de fluido de resfri- amento 1248 para o permutador de calor 1246 é controlada para manter uma temperatura aproximadamente constante no volume do reator 1244. Além disso ou alternativamente, a temperatura de fluido de resfriamento 1248 que flui para o permutador de calor 1246 é controlada para manter uma temperatura aproximadamente constante no volume do reator 1244. Em algumas modalidades, a temperatura do volume do reator 1244 é mantida a 20 a 50°C, por exemplo, 25, 30, 35, 40 ou 45°C. Adicional ou alternativamente, calor transfer ido para o fluido de resfriamento 1248 do volume do reator 1244 pode ser usado em outras partes do processo global.
[00305] Uma seção adaptadora 1226 cria comunicação de fluido entre o volume do reator 1244 e um amplificador de voltagem 1250 acoplado (por exemplo, mecanicamente acoplado usando um flange) ao transdutor ultra-sônico 1226. Por exemplo, a seção adaptadora 1226 pode incluir um conjunto de flange e O-anel disposto para criar uma conexão hermética a vazamento entre o volume do reator 1244 e o amplificador de voltagem 1250, Em algumas modalidades, transdutor ultra-sônico 1226 é um transdutor ultra-sônico de alta potência fabricado pela Hielscher Ultrasonics of Teltow, Alemanha.
[00306] Em operação, um gerador 1252 distribui eletricidade ao transdutor ultra-sônico 1252. O transdutor ultra-sônico 1226 inclui um elemento piezelétrico que converte a energia elétrica em som na faixa ultra-sônica. Em algumas modalidades, os materiais são submetidos a ultra-som usando som tendo uma frequência de cerca de 16 kHz a cerca de 110 kHz, por exemplo, de cerca de 18 kHz a cerca de 75 kHz ou de cerca de 20 kHz a cerca de 40 kHz (por exemplo, som tendo uma frequência de 20 kHz a 40 kHz).
[00307] A energia ultra-sônica é, então, distribuída ao meio de trabalho através do amplificador de voltagem 1248.
[00308] A energia ultra-sônica que trafega através do amplificador de voltagem 1248 no volume do reator 1244 cria uma série de compressões e rarefações numa corrente de processo 1216 com uma intensidade suficiente para criar cavitação na corrente de processo 1216. Cavitação desagrega o material celulósico disperso na corrente de processo 1216. Cavitação também produz radicais livres na água da corrente de processo 1216. Esses radicais livres atuam para decompor adicionalmente o material celulósico na corrente de processo 1216.
[00309] Em geral, 5 a 4000 MJ/m3, por exemplo, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 ou 3000 MJ/m3, de energia ultra-sônica são aplicados à corrente de processo 16 que flui em uma taxa de cerca de 0,2 m3/s (cerca de 3200 galões/min). Após exposição à energia ultra- sônica no volume do reator 1244, a corrente de processo 1216 sai da célula de fluxo 1224 através da saída 1222. A segunda bomba 1230 move a corrente de processo 1216 para subsequente processamento (por exemplo, qualquer uma de várias bombas de turbilhonamento com propulsores em recesso feitas pela Essco Pump & Controls, Los Angeles, Califórnia).
[00310] Embora determinadas modalidades tenham sido descritas, outras modalidades são possíveis.
[00311] Como um exemplo, embora a corrente de processo 1216 tenha s ido descrita como um único trajeto de fluxo, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades por exemplo, a corrente de processo 1216 inclui múltiplos trajetos de fluxo paralelos (por exemplo, que fluem em uma taxa de 10 galões/min). Além disso ou alternativamente, os múltiplos trajetos de fluxo paralelos da corrente de processo 1216 fluem para células distintas e são submetidos a ultra-som em paralelo (por exemplo, usando uma pluralidade de transdutores ultra-sônicos de16 kW).
[00312] Como outro exemplo, embora um único transdutor ultra- sônico 1226 tenha sido descrito como estando acoplado à célula de fluxo 1224, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, uma pluralidade de transdutores ultra-sônico 1226 estão dispostos em célula de fluxo 1224 (por exemplo, dez transdutores ultra- sônicos podem estar dispostos em uma célula de fluxo 1224). Em algumas modalidades, as ondas de som geradas por cada um da pluralidade de transdutores ultra-sônicos 1226 são sincronizadas (por exemplo, sincronizadas fora de fase uns com os outros) para intensificar a cavitação que atua sobre a corrente de processo 1216.
[00313] Como outro exemplo, embora uma única célula de fluxo 1224 tenha sido descrita, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, a segunda bomba 1230 move a corrente de processo para uma segunda célula de fluxo onde um segundo amplificador de voltagem e transdutor ultra-sônico submetem a corrente de processo 1216 a ultra-som adicionalmente.
[00314] Como ainda outro exemplo, embora o volume de reator 1244 tenha sido descrito como um volume fechado, o volume de reator 1244 é aberto para as condições ambientes em determinadas modalidades. Em tais modalidades, pré-tratamento com ultra-som pode ser realizado de modo substancialmente simultâneo com outras técnicas de pré-tratamento. Por exemplo, energia ultra-sônica pode ser aplicada à corrente de processo 1216 no volume do reator 1244 enquanto feixes de elétrons são simultaneamente introduzidos na corrente de processo 1216.
[00315] Como outro exemplo, embora um processo de fluxo contínuo tenha sido descrito, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, ultra-som pode ser realizado em um processo em batelada. Por exemplo, um volume pode ser enchido com uma mistura a 10% (peso em volume) de biomassa em água e exposto a som com uma intensidade de cerca de 50 W/cm2 a cerca de 600 W/cm2, por exemplo, de cerca de 75 W/cm2 a cerca de 300 W/cm2 ou de cerca de 95 W/cm2 a cerca de 200 W/cm2. Adicional ou alternativamente, a mistura no volume pode ser submetida a ultra-som de cerca de 1 hora a cerca de 24 horas, por exemplo, de cerca de 1,5 horas a cerca de 12 horas ou de cerca de duas horas a cerca de 10 horas. Em determinadas modalidades, o material é submetido a ultra-som durante um tempo predeterminado e, então, deixado descansar durante um segundo tempo predeterminado antes de ultra-som mais uma vez.
[00316] Fazendo referência agora à Figura 13, em algumas modalidades, dois transdutores eletro-acústicos são mecanicamente acoplados a uma única antena em forma de chifre. Conforme mostrado, um par de transdutores piezelétricos 60 e 62 é acoplado a uma antena em forma de chifre com barra em ranhura 64 através de respectivas antenas em forma de chifre de acoplamento intermediárias 70 e 72, as últimas sendo também conhecidas como antenas em forma de chifre de amplificação de voltagem. As vibrações proporcionadas pelos transdutores, responsivas à energia elétrica de alta frequência aplicada aos mesmos, são transmitidas para as respectivas antenas em forma de chifre de acoplamento, as quais podem ser construídas para conferir um ganho mecânico, tal como uma proporção de 1 para 1,2. As antenas em forma de chifre são proporcionadas com respectivos flanges de montagem 74 e 76 para apoiar o conjunto de transdutor e antena em forma de chifre em um alojamento estacionário.
[00317] As vibrações transmitidas dos transdutores através das antenas em forma de chifre de acoplamento ou amplificador de voltagem são acopladas à superfície de entrada 78 da antena em forma de chifre e são transmitidas, através da antena em forma de chifre, para a superfície de saída opostamente localizada 80 a qual, durante operação, está em encaixe forçado com uma peça de trabalho (não mostrada) à qual as vibrações são aplicadas.
[00318] A energia elétrica de alta frequência fornecida pelo suprimento de potência 82 é alimentada a cada um dos transdutores, eletricamente conectados em paralelo, via um transformador de equilíbrio 84 e uma respectiva série de capacitores 86 e 90 conectados, um capacitor conectado em série com a conexão elétrica a cada um dos transdutores. O transformador de equilíbrio é conhecido também como um "balun", significando "unidade de equilíbrio. O transformador de equilíbrio inclui um núcleo magnético 92 e um par de enrolamentos idênticos 94 e 96, também denominados o enrolamento primário e o enrolamento secundário, respectivamente.
[00319] Em algumas modalidades, os transdutores incluem transdutores piezelétricos comercialmente disponíveis, tais como Branson Ultrasonics Corporation modelos 105 ou 502, cada um criado para operação a 20 kHz e uma classificação de potência máxima de 3 kW. A tensão de energia para fornecimento de excursão móvel máxima à superfície resultante do transdutor é 930 volts rms. O fluxo de corrente através do transdutor pode variar entre zero e 3,5 amperes, dependendo da impedância de carga. A 930 volts rms, o movimento resultante é de aproximadamente 20 mícrons. A diferença máxima na tensão terminal para a mesma amplitude de movimento, portanto, pode ser de 186 volts. Tal diferença de tensão pode dar origem à grandes correntes de circulação que fluem entre os transdutores. A unidade de equilíbrio 430 assegura uma condição equilibrada conferindo um fluxo de corrente igual através dos transdutores, consequentemente, eliminando a possibilidade de correntes de circulação. O tamanho de fio dos enrolamentos deve ser selecionado para a corrente de carga total mencionada acima e a tensão máxima que aparece através de uma entrada de enrolamento é de 93 volt.
[00320] Como uma alternativa ao uso de energia ultra-sônica, dispositivos de rotor-estator de alta frequência podem ser utilizados. Esse tipo de dispositivo produz forças de microcavitação de alto cisalhamen- to, as quais podem desintegrar a biomassa em contato com tais forças. Dois dispositivos de rotor-estator de alta frequência comercialmente disponíveis são os dispositivos SupratonTM fabricados pela Krupp Industrietechnik GmbH e comercializados pela Dorr-Oliver Deutschland GmbH de Connecticut e os dispositivos DispaxTM fabricados e comercializados pela Ika-Works, Inc. de Cincinnati, Ohio. A operação de tal dispositivo de microcavitação é discutida em Stuart, Patente U.S. No. 5.370.999.
[00321] Embora o transdutor ultra-sônico 1226 tenha sido descrito como incluindo um ou mais elementos ativos piezelétricos para criar energia ultra-sônica, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, o transdutor ultra-sônico 1226 inclui elementos ativos feitos de outros tipos de materiais magneto-restritivos (por exemplo, metais ferrosos). O design e operação de tal transdutor ultra-sônico de alta potência são discutidos em Hansen et al., Patente U.S. N°. 6.624.539. Em algumas modalidades, energia ultra-sônica é transferida para a corrente de processo 16 através de um sistema eletro- hidráulico.
[00322] Embora o transdutor ultra-sônico 1226 tenha sido descrito como usando a resposta eletromagnética de materiais magneto- restritivos para produzir energia ultra-sônica, outras configurações são possíveis. Em algumas modalidades, energia acústica na forma de uma onda de choque intensa pode ser aplicada diretamente à corrente de processo 16 usando uma purgação submersa. Em algumas modalidades, energia ultra-sônica é transferida para a corrente de processo 16 através de um sistema termo-hidráulico. Por exemplo, ondas acústicas de alta densidade de energia podem ser produzidas mediante aplicação de potência através de um volume encerrado de eletrólito, desse modo, aquecendo o volume encerrado e produzindo uma eleva ção de pressão que é subsequentemente transmitida através de meio de propagação sonoro (por exemplo, corrente de processo 1216). O design e operação de tal transdutor termo-hidráulico são discutidos em Hartmann et al., Patente U.S. 6.383.152.
Pirólise
[00323] Uma ou mais sequências de tratamento de pirólise podem ser usadas para processar biomassa de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substâncias úteis da biomassa e proporcionar um material orgânico parcialmente degradado o qual como entrada para outras etapas e/ou sequências de processamento.
[00324] Fazendo referência mais uma vez tão esquema geral na Figura 8, um primeiro material de biomassa 2 que inclui celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio (TMN1), sofre pirólise, por exemplo, mediante aquecimento do primeiro material em um torno de tubo, a fim de proporcionar um segundo material 3 que inclui celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio (TMN2) menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. O segundo material (ou os primeiro e segundo materiais em determinadas modalidades) é/são combinado(s) com um micro-organismo (por exemplo, uma bactéria ou um levedo) que pode utilizar o segundo e/ou primeiro material para produzir um produto 5.
[00325] Uma vez que o segundo material de biomassa tem celulose tendo um peso molecular reduzido com relação ao primeiro material e, em alguns casos, uma cristalinidade reduzida também, o segundo material é, em geral, mais dispersível, intumescível e/ou solúvel em uma solução contendo o micro-organismo, por exemplo, em uma concentração de mais de 106 micro-organismos/mL. Essas propriedades tornam o segundo material 3 mais suscetível a ataque químico, enzimáti- co e/ou microbiano com relação ao primeiro material 2, o que pode aprimorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. Pirólise também pode esterilizar os primeiro e segundo materiais.
[00326] Em algumas modalidades, o segundo peso molecular numérico médio (TMN2) é menor do que o primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento, 60 por cento ou mesmo mais de cerca de 75 por cento.
[00327] Em alguns casos, o segundo material tem celulose que tem uma cristalinidade (TC2) que é menor do que a cristalinidade (TC1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (TC2) pode ser menor do que (TC1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40 ou mesmo mais de cerca de 50 por cento.
[00328] Em algumas modalidades, a cristalinidade inicial (antes de pirólise) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento e o índice de cristalinidade, após pirólise, é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Contudo, em determinadas modalidades, por exemplo, após pirólise extensiva, é possível ter um índice de cristalinidade de menos de 5 por cento. Em algumas modalidades, o material, após pirólise, é substancialmente amorfo.
[00329] Em algumas modalidades, o peso molecular numérico médio inicial (antes de pirólise) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e o peso molecular numérico médio, após pirólise, é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000, Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após pirólise extensiva, é possível ter um peso molecular numérico médio de menos de cerca de 10.000 ou mesmo menos de cerca de 5.000.
[00330] Em algumas modalidades, o segundo material pode ter um nível de oxidação (TO2) que é maior do que o nível de oxidação (TO1) do primeiro material. Um maior nível de oxidação do material pode auxiliar em sua dispersibilidade, capacidade de intumescimento e/ou solução, intensificando adicionalmente a suscetibilidade dos materiais a ataque químico, enzimático ou microbiano. Em algumas modalidades, para aumentar o nível de oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, a pirólise é realizada em um ambiente de oxidação, produzindo um segundo material que é mais oxidado do que o primeiro material. Por exemplo, o segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, os quais podem aumentar sua hidrofilicidade.
[00331] Em algumas modalidades, a pirólise dos materiais é contínua. Em outras modalidades, o material sofre pirólise durante um tempo predeterminado e, então, é deixado esfriar durante um segundo tempo predeterminado antes de pirólise mais uma vez.
Sistemas de Pirólise
[00332] A Figura 14 mostra um fluxograma de processo 6000 que inclui várias etapas em um sistema de pré-tratamento pirolítico de estoque de alimentação. Na primeira etapa 6010, um suprimento de estoque de alimentação seco é recebido de uma fonte de alimentação.
[00333] Conforme descrito acima, a biomassa seca da fonte de alimentação pode ser pré-processada antes de distribuição à câmara de pirólise. Por exemplo, se a biomassa é derivada de fontes vegetais, determinadas partes do material vegetal podem ser removidas antes de coleta do material vegetal e/ou antes que o material vegetal seja distribuído pelo dispositivo de transporte de estoque de alimentação. Alternativamente ou além disso, o estoque de alimentação de biomas- sa pode ser submetido a processamento mecânico 6020 (por exemplo, para reduzir o comprimento médio de fibras no estoque de alimentação) antes de distribuição à câmara de pirólise.
[00334] Após processamento mecânico, a biomassa sofre uma etapa de ajuste de umidade 6030. A natureza da etapa de ajuste de umidade depende do teor de umidade da biomassa mecanicamente processada. Tipicamente, pirólise de biomassa ocorre mais eficientemente quando o teor de umidade do estoque de alimentação está entre cerca de 10% e cerca de 30% (por exemplo, entre 15% e 25%) em peso do estoque de alimentação. Se o teor de umidade do estoque de alimentação é maior do que cerca de 40% em peso, a carga térmica extra apresentada pelo teor de água da biomassa aumenta o consumo de energia de subsequentes etapas de pirólise.
[00335] Em algumas modalidades, se a biomassa tem um teor de umidade o qual é maior do que cerca de 30% em peso, material de biomassa mais seco 6220, o qual tem um baixo teor de umidade, pode ser misturado, criando uma mistura de estoque de alimentação na etapa 6030 com um teor de umidade médio que está dentro dos limites discutidos acima. Em determinadas modalidades, biomassa com um alto teor de umidade pode simplesmente ser seca através de dispersão do material de biomassa sobre um transportador em movimento que circula a biomassa através de uma unidade de aquecimento inline. A unidade de aquecimento evapora uma parte da água presente no estoque de alimentação.
[00336] Em algumas modalidades, se a biomassa da etapa 6020 tem um teor de umidade o qual é muito baixo (por exemplo, menor do que cerca de 10% em peso), a biomassa mecanicamente processada pode ser combinada com o material de estoque de alimentação mais úmido 6230 com um maior teor de umidade, tal como lama de esgoto. Alternativamente ou além disso, a água 6240 pode ser adicionada à biomassa seca da etapa 6020 para aumentar seu teor de umidade.
[00337] Na etapa 6040, a biomassa - agora com seu teor de umidade ajustado para cair dentro de limites adequados - pode ser pré- aquecida em uma etapa opcional de pré-aquecimento 6040. A etapa de tratamento 6040 pode ser usada para aumentar a temperatura da biomassa para entre 75°C e 150°C em preparo para su bsequente piró- lise da biomassa. Dependendo da natureza da biomassa e do design particular da câmara de pirólise, pré-aquecimento da biomassa pode assegurar que a distribuição de calor dentro do estoque de alimentação de biomassa permanece mais uniforme durante pirólise e pode reduzir a carga térmica sobre a câmara de pirólise.
[00338] O estoque de alimentação é, então, transportado para uma câmara de pirólise para sofrer pirólise na etapa 6050. Em algumas modalidades, transporte do estoque de alimentação é auxiliado pela adição de um ou mais gases pressurizados 6210 para a corrente de estoque de alimentação. Os gases criam um gradiente de pressão no conduto de transporte de estoque de alimentação, impulsionando o estoque de alimentação para a câmara de pirólise (e mesmo através da câmara de pirólise). Em determinadas modalidades, transporte do estoque de alimentação ocorre mecanicamente; isto é, um sistema de transporte que inclui um transportador, tal como uma broca, transporta o estoque de alimentação para a câmara de pirólise.
[00339] Outros gases 6210 também podem ser adicionados ao estoque de alimentação antes da câmara de pirólise. Em algumas modalidades, por exemplo, um ou mais gases catalisadores podem ser adicionados ao estoque de alimentação para auxiliar na decomposição do estoque de alimentação durante pirólise. Em determinadas modalidades, um ou mais agente de depuração podem ser adicionados ao estoque de alimentação para capturar materiais voláteis liberados durante pirólise. Por exemplo, vários compostos baseados em enxofre, tais como sulfetos, podem ser liberados durante pirólise e um agente, tal como gás hidrogênio, pode ser adicionado ao estoque de alimentação para causar remoção de enxofre dos produtos da pirólise. O hidrogênio se combina com os sulfetos para formar gás sulfato de hidrogênio, o qual pode ser removido do estoque de alimentação que sofreu piróli- se.
[00340] Pirólise do estoque de alimentação dentro da câmara pode incluir aquecimento do estoque de alimentação para temperaturas relativamente altas para causar decomposição parcial do estoque de alimentação. Tipicamente, o estoque de alimentação é aquecido para uma temperatura que oscila de 150°C a 1100°C. A tem peratura para a qual o estoque de alimentação é aquecido depende de uma série de fatores, incluindo a composição do estoque de alimentação, o tamanho médio de partícula do estoque de alimentação, o teor de umidade e os produtos de pirólise desejados. Para muitos tipos de estoque de alimentação de biomassa, por exemplo, temperaturas de pirólise entre 300°C e 550°C são usadas.
[00341] O tempo de residência do estoque de alimentação dentro da câmara de pirólise depende, em geral, de uma série de fatores, incluindo a temperatura de pirólise, a composição do estoque de alimentação, o tamanho médio de partícula do estoque de alimentação, o teor de umidade e os produtos de pirólise desejados. Em algumas modalidades, materiais de estoque de alimentação sofrem pirólise em uma temperatura exatamente acima da temperatura de decomposição para o material em uma atmosfera inerte, por exemplo, de cerca de 2°C acima a cerca de 10°C acima da temperatura de d ecomposição ou de cerca de 3°C acima a cerca de 7°C acima da tempe ratura de decomposição. Em tais modalidades, o material é, em geral, mantido nessa temperatura durante mais de 0,5 horas, por exemplo, mais de 1,0 horas ou mais de cerca de 2,0 horas. Em outras modalidades, os materiais sofrem pirólise em uma temperatura bem acima da temperatura de decomposição para o material em uma atmosfera inerte, por exemplo, de cerca de 75°C acima a cerca de 175°C ac ima da temperatura de decomposição ou de cerca de 85°C acima a cerca de 150°C acima da temperatura de decomposição. Em tais modalidades, o material é, em geral, mantido nessa temperatura durante menos de 0,5 horas, por exemplo, menos de 20 minutos, menos de 10 minutos, menos de 5 minutos ou menos de 2 minutos. Em ainda outras modalidades, os materiais sofrem pirólise em uma temperatura extrema, por exemplo, de cerca de 200°C acima a cerca de 500°C a cima da temperatura de decomposição do material em um ambiente inerte ou de cerca de 250°C acima a cerca de 400°C acima da tempera tura de de-composição. Em tais modalidades, o material é, em geral, mantido nessa temperatura durante menos de 1 minuto, por exemplo, menos de 30 segundos, menos de 15 segundos, menos de 10 segundos, menos de 5 segundos, menos de 1 segundo ou menos de 500 ms. Tais modalidades são, tipicamente, referidas como pirólise à chama.
[00342] Em algumas modalidades, o estoque de alimentação é aquecido de modo relativamente rápido para a temperatura de pirólise selecionada dentro da câmara. Por exemplo, a câmara pode ser criada para aquecer o estoque de alimentação em uma taxa de entre 500°C/s e 11.000°C/s. Taxas típicas de aquecimento para material de estoque de alimentação derivado de biomassa são de 500°C/s a 1000°C/s, por exemplo.
[00343] Um fluxo turbulento de material de estoque de alimentação dentro da câmara de pirólise é usualmente vantajoso, uma vez que ele assegura transferência de calor relativamente eficiente para material de estoque de alimentação a partir do sub-sistema de aquecimento. Fluxo turbulento pode ser obtido soprando o material de estoque de alimentação através da câmara usando um ou mais gases veículo inje- tados 6210, por exemplo. Em geral, os gases veículo são relativamente inertes com relação ao material de estoque de alimentação, mesmo nas altas temperaturas na câmara de pirólise. Gases veículo exempli- ficativos incluem, por exemplo, nitrogênio, argônio, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono. Alternativamente ou além disso, sistemas de transporte mecânicos, tais como brocas, podem transportar e circular o estoque de alimentação dentro da câmara de pirólise para criar um fluxo turbulento de estoque de alimentação.
[00344] Em algumas modalidades, pirólise do estoque de alimentação ocorre substancialmente na ausência de oxigênio e outros gases reativos. Oxigênio pode ser removido da câmara de pirólise mediante purgação periódica da câmara com nitrogênio em alta pressão (por exemplo, em pressões de nitrogênio de 2 bar ou mais). Após purgação da câmara, a mistura gasosa presente na câmara de pirólise (por exemplo, durante pirólise do estoque de alimentação) pode incluir menos de 4 moles % de oxigênio (por exemplo, menos de 1 mol % de oxigênio e mesmo menos de 0,5 moles % de oxigênio). A ausência de oxigênio assegura que inflamação do estoque de alimentação não ocorre nas temperaturas elevadas de pirólise.
[00345] Em determinadas modalidades, quantidades relativamente pequenas de oxigênio podem ser introduzidas no estoque de alimentação e estão presentes durante pirólise. Essa técnica é referida como pirólise oxidativa. Tipicamente, pirólise oxidativa ocorre em múltiplos estágios de aquecimento. Por exemplo, em um primeiro estágio de aquecimento, o estoque de alimentação é aquecido na presença de oxigênio para causar oxidação parcial do estoque de alimentação. Esse estágio consome o oxigênio disponível na câmara de pirólise. Então, em estágios subsequentes de aquecimento, a temperatura do estoque de alimentação é adicionalmente elevada. Com todo o oxigênio na câmara consumido, contudo, combustão do estoque de alimenta- ção não ocorre e decomposição pirolítica sem combustão do estoque de alimentação (por exemplo, para gerar produtos de hidrocarboneto) ocorre. Em geral, o processo de aquecimento estoque de alimentação na câmara de pirólise a fim de iniciar a decomposição é endotérmico. Contudo, em pirólise oxidativa, a formação de dióxido de carbono através de oxidação do estoque de alimentação é um processo exotérmi- co. O calor liberado da formação de dióxido de carbono pode auxiliar em estágios adicionais de aquecimento da pirólise, desse modo, diminuindo a carga térmica apresentada pelo estoque de alimentação.
[00346] Em algumas modalidades, pirólise ocorre em um ambiente inerte, tal como enquanto os materiais de estoque de alimentação são banhados em um gás argônio ou nitrogênio. Em determinadas modalidades, pirólise pode ocorrer em um ambiente de oxidação, tal como em ar ou argônio enriquecido em ar. Em algumas modalidades, piróli- se pode ocorrer em um ambiente de redução, tal como enquanto os materiais de estoque de alimentação são banhados em gás hidrogênio. Para auxiliar na pirólise, diversos agentes químicos, tais como oxidantes, redutores, ácidos ou bases, podem ser adicionados ao material antes de ou durante pirólise. Por exemplo, ácido enxofreico pode ser adicionado ou um peróxido (por exemplo, peróxido de benzoíla), pode ser adicionado.
[00347] Conforme discutido acima, uma variedade de diferentes condições de processamento pode ser usada, dependendo de fatores, tais como a composição do estoque de alimentação e os produtos de pirólise desejados. Por exemplo, para material de estoque de alimentação contendo celulose, condições de pirólise relativamente suaves podem ser empregadas, incluindo temperaturas de pirólise à chama entre 375°C e 450°C e tempos de residência de menos de 1 segundo. Como outro exemplo, para material residual sólido orgânico, tal como lama de esgoto, temperaturas de pirólise à chama entre 500°C e 650°C são tipicamente usadas, com tempos de residên cia de entre 0,5 e 3 segundos. Em geral, muitos dos parâmetros de processo de piróli- se, incluindo tempo de residência, temperatura de pirólise, turbulência do estoque de alimentação, teor de umidade, composição do estoque de alimentação, composição do produto da pirólise e composição do gás aditivo, podem ser regulados automaticamente por um sistema de reguladores e um sistema de controla automatizado.
[00348] Após a etapa de pirólise 6050, os produtos da pirólise sofrem uma etapa de dissipação 6250 para reduzir a temperatura dos produtos antes de processamento adicional. Tipicamente, a etapa de dissipação 6250 inclui pulverização dos produtos da pirólise com correntes de água de refrigeração 6260. A água de refrigeração também forma uma pasta que inclui material resultante sólido não dissolvido e vários produtos dissolvidos. Também presente na corrente de produto está uma mistura que inclui vários gases, incluindo gases resultantes, gases veículo e outros tipos de gases de processo.
[00349] A corrente de produto é transportada, via a tubulação inline, para um separador de gás que realizada uma etapa de separação de gás 6060, na qual os gases resultantes e outros gases são separados da pasta formada por meio de dissipação do produto da pirólise. A mistura gasosa separada é opcionalmente dirigida a um soprador 6130, o qual aumenta a pressão do gás soprando ar na mistura. A mistura gasosa pode ser submetida a uma etapa de filtração 6140, na qual a mistura gasosa passa através de um ou mais filtros (por exemplo, filtros de carvão ativado) para remover partículas e outras impurezas. Em uma etapa subsequente 6150, o gás filtrado pode ser comprimido e armazenado para outro uso. Alternativamente, o gás filtrado pode ser submetido à outras etapas de processamento 6160. Por exemplo, em algumas modalidades, o gás filtrado pode ser condensado para separar diferentes compostos gasosos dentro da mistura ga- sosa. Os diferentes compostos podem incluir, por exemplo, vários produtos de hidrocarboneto (por exemplo, álcoois, alcanos, alcenos, alci- nos, éteres) produzidos durante pirólise. Em determinadas modalidades, o gás filtrado contendo uma mistura de componentes de hidrocar- boneto pode ser combinado com gás de vapor 6170 (por exemplo, uma mistura de vapor de água e oxigênio) e submetido a um processo de craqueamento para reduzir os pesos moleculares dos componentes de hidrocarboneto.
[00350] Em algumas modalidades, a câmara de pirólise inclui fontes de calor que queimam gases hidrocarboneto, tais como metano, propano e/ou butano, para aquecer o estoque de alimentação. Uma porção 6270 dos gases separados pode ser re-circulada para a câmara de pirólise para combustão, para gerar calor de processo para sustentar o processo de pirólise.
[00351] Em determinadas modalidades, a câmara de pirólise pode receber calor de processo que pode ser usado para aumentar a temperatura dos materiais de estoque de alimentação. Por exemplo, irradiação do estoque de alimentação com radiação (por exemplo, radiação gama, radiação de feixe de elétrons ou outros tipos de radiação) pode aquecer os materiais de estoque de alimentação para temperaturas relativamente altas. Os materiais de estoque de alimentação aquecidos podem ser esfriados através de um sistema de permuta de calor que remove um pouco do calor em excesso do estoque de alimentação irradiado. O sistema de permuta de calor pode ser configurado para transportar um pouco da energia térmica para a câmara de pirólise para aquecer (ou pré-aquecer) o material de estoque de alimentação, desse modo, reduzindo os custos de energia para o processo de piró- lise.
[00352] A pasta contendo produtos de pirólise líquidos e sólidos pode sofrer uma etapa opcional de desidratação 6070, na qual água em excesso pode ser removida da pasta via processos tais como compressão mecânica e evaporação. A água em excesso 6280 pode ser filtrada e, então, re-circulada para uso adicional em dissipação dos produtos da decomposição de pirólise na etapa 6250.
[00353] A pasta desidratada, então, sofre uma etapa de separação mecânica 6080, na qual o material resultante sólido 6110 é separado do material resultante líquido 6090 através de uma série de filtros crescentemente finos. Na etapa 6100, o material resultante líquido 6090 pode, então, ser condensado (por exemplo, via evaporação) para remover a água residual 6190 e purificado através de processos tal como extração. Extração pode incluir a adição de um ou mais solventes orgânicos 6180, por exemplo, para separar produtos tais como óleos de produtos tais como álcoois. Solventes orgânicos adequados incluem, por exemplo, vários hidrocarbonetos e halo-hidrocarbonetos. Os produtos líquidos purificados 6200 podem, então, ser submetidos à outras etapas de processamento. A água residual 6190 pode ser filtrada se necessário e re-circulada para uso adicional na dissipação dos produtos da decomposição de pirólise na etapa 6250,
[00354] Após separação na etapa 6080, o material resultante sólido 6110 é opcionalmente submetido a uma etapa de secagem 6120 que pode incluir evaporação de água. O material sólido 6110 pode, então, ser armazenado para uso posterior ou submetido à outras etapas de processamento, conforme apropriado.
[00355] Os parâmetros do processo de pirólise discutidos acima são exemplificativos. Em geral, os valores desses parâmetros podem variar amplamente de acordo com a natureza do estoque de alimentação e os produtos desejados. Além disso, uma ampla variedade de diferentes técnicas de pirólise, incluindo uso de fontes de calor, tais como chamas de hidrocarboneto e/ou fornos, lasers de infravermelho, aquecedores de micro-ondas, aquecedores de indução, aquecedores resistivos e outros dispositivos e configurações de aquecimento, podem ser usados.
[00356] Uma ampla variedade de diferentes câmaras de pirólise podem ser usadas para decompor o estoque de alimentação. Em algumas modalidades, por exemplo, pirólise do estoque de alimentação pode incluir aquecimento o material usando um elemento de aquecimento resistivo, tal como um filamento de metal ou fita de metal. O aquecimento pode ocorrer através de contato direto entre o elemento de aquecimento resistivo e o material.
[00357] Em determinadas modalidades, pirólise pode incluir aquecimento do material através de indução, tal como usando um aparelho de pirólise de Currie-Point. Em algumas modalidades, pirólise pode incluir aquecimento do material mediante aplicação de radiação, tal como radiação infravermelha. A radiação pode ser gerada por um laser, tal como um laser infravermelho.
[00358] Em determinadas modalidades, pirólise pode incluir aquecimento do material com calor convectivo. O calor convectivo pode ser gerado por uma corrente de fluxo de gás aquecido. O gás aquecido pode ser mantido em uma temperatura de menos de cerca de 1200°C, tal como menos de 1000°C, menos de 750°C, menos de 600°C, menos de 400°C ou mesmo menos de 300°C. O gás aquecido pode ser mantido em uma temperatura de mais de cerca de 250°C. O calor convec- tivo pode ser gerado por um corpo quente que envolve o primeiro material, tal como em um forno.
[00359] Em algumas modalidades, pirólise pode incluir aquecimento do material com vapor em uma temperatura acima cerca de 250°C.
[00360] Uma modalidade, uma câmara de pirólise é mostrada na Figura 15. A câmara 6500 inclui uma parede de câmara isolada 6510 com uma ventilação 6600 para gases de exaustão, uma pluralidade de queimadores 6520 que geram calor par ao processo de pirólise, um duto de transporte 6530 para transporte do estoque de alimentação através da câmara 6500, brocas 6590 para movimento do estoque de alimentação através do duto 6530 em um fluxo turbulento e um sistema de dissipação 6540 que inclui uma broca 6610 para movimento dos produtos de pirólise, jatos de água 6550 para pulverização dos produtos de pirólise com água de refrigeração e um separador de gás para separação dos produtos gasosos 6580 da pasta 6570 contendo produtos sólidos e líquidos.
[00361] Outra modalidade de uma câmara de pirólise é mostrada na Figura 16. A câmara 6700 inclui uma parede de câmara isolada 6710, um duto de fornecimento de estoque de alimentação 6720, uma parede de câmara interna inclinada 6730, queimadores 6740 que geram calor para o processo de pirólise, uma ventilação 6750 para gases de exaustão e um separador de gás 6760 para separação de produtos gasosos 6770 dos produtos líquidos e sólidos 6780. A câmara 6700 é configurada para girar na direção mostrada pela seta 6790 para assegurar mistura e fluxo turbulento adequados do estoque de alimentação dentro da câmara.
[00362] Uma outra modalidade de uma câmara de pirólise é mostrada na Figura 17. O aparelho de pirólise com filamento 1712 inclui um contentor de amostra 1713 com um filamento de aquecimento re- sistivo 1714 na forma de uma espiral de arame através do espaço aberto definido pelo contentor de amostra 1713. Opcionalmente, o elemento aquecido pode girar em torno do eixo 1715 (conforme indicado pela seta 1716) para misturar por turbilhonamento o material que inclui o material celulósico no contentor de amostra 1713. O espaço 1718 definido pela contenção 1719 é mantido em uma temperatura acima da temperatura ambiente, por exemplo, 200 a 250 °C. Em um uso típico, um gás veículo, por exemplo, um gás inerte ou um gás de oxidação ou redução, atravessa o contentor de amostra 1713, enquan- to o elemento de aquecimento resistivo é girado e aquecido para uma temperatura desejada, por exemplo, 325°C. Após um tempo apropriado, por exemplo, 5 a 10 minutos, o material pirolisado é esvaziado do contentor de amostra. O sistema mostrado na Figura 17 pode ser escalonado e tornado contínuo. Por exemplo, ao invés de um arame como o elemento de aquecimento, o elemento de aquecimento pode ser uma rosca de broca. O material pode cair continuamente no contentor de amostra, enquanto que uma rosca aquecida realiza pirólise do material. Ao mesmo tempo, a rosca pode empurrar o material que sofreu pirólise para fora do contentor de amostra para permitir a entrada de material fresco que não foi submetido à pirólise.
[00363] Outra modalidade de uma câmara de pirólise é mostrada na Figura 18, a qual se caracteriza por um aparelho de pirólise de CuriePoint 1820 que inclui uma câmara de amostra 1821 alojando uma folha ferromagnética 1822. Envolvendo a câmara de amostra 1821 está uma espiral RF 1823. O espaço 1824 definido pela contenção 1825 é mantido em uma temperatura acima da temperatura ambiente, por exemplo, 200 a 250°C. Em um uso típico, um gás veíc ulo atravessa a câmara de amostra 1821, enquanto que a folha 1822 é indutivamente aquecida por um campo RF aplicado para levar o material à pirólise em uma temperatura desejada.
[00364] Ainda outra modalidade de uma câmara de pirólise é mostrada na Figura 19. O aparelho de pirólise com forno 130 inclui um contentor de amostra móvel 131 e um forno 132. Em um uso típico, a amostra é abaixada (conforme indicado pela seta 137) para uma zona quente 135 do forno 132, enquanto um gás veículo enche o alojamento 136 e atravessa o contentor de amostra 131. A amostra é aquecida para a temperatura desejada durante um tempo desejado a fim de proporcionar um produto pirolisado. O produto pirolisado é removido do aparelho de pirólise levantando o contentor de amostra (conforme indicado pela seta 134).
[00365] Em determinadas modalidades, conforme mostrado na Figura 20, um alvo celulósico 140 pode sofrer pirólise através de tratamento do alvo, o qual está alojado em uma câmara de vácuo 141, com luz a laser, por exemplo, luz tendo um comprimento de onda de cerca de 225 nm a cerca de 1500 nm. Por exemplo, o alvo pode ser configurado a 266 nm, usando a quarta harmônica de um laser Nd-YAG (Spectra Physics, GCR170, San Jose, Calif.). A configuração óptica mostrada permite que a luz quase monocromática 143 gerada pelo laser 142 seja direcionada usando espelhos 144 e 145 sobre o alvo após passagem através de uma lente 146 na câmara de vácuo 141. Tipicamente, a pressão na câmara de vácuo é mantida em menos de cerca de 10-6 mm Hg. Em algumas modalidades, radiação infravermelha é usada, por exemplo, radiação de 1,06 mícrons a partir de um laser Nd-YAG. Em tais modalidades, um corante sensível a infravermelho pode ser combinado com o material celulósico para produzir um alvo celulósico. O corante infravermelho pode intensificar o aquecimento do material celulósico. Ablação a laser é descrita por Blanchet- Fincher et al. Na Patente U.S. N°. 5.942.649.
[00366] Fazendo referência à Figura 21, em algumas modalidades, um material celulósico pode ser pirolisado à chama através de revestimento de um filamento de tungstênio 150, tal como um filamento de tungstênio de 5 a 25 mil, com o material celulósico desejado enquanto o material está alojado em uma câmara a vácuo 151. Para realizar a pirólise, corrente é passada através do filamento, o qual causa um rápido aquecimento do filamento durante um tempo desejado. Tipicamente, o aquecimento é continuado durante segundos antes de permitir que o filamento esfrie. Em algumas modalidades, o aquecimento é realizado uma série de vezes para realizar a quantidade desejada de pirólise.
[00367] Em determinadas modalidades, material contendo carboidrato de biomassa pode ser aquecido na ausência de oxigênio em um reator de leito fluidizado. Se desejado, a biomassa contendo carboidrato pode ter seções transversais relativamente finas e pode incluir qualquer um dos materiais fibrosos descritos aqui, para transferência eficiente de calor. O material pode ser aquecido através de transferência térmico a partir de um metal quente ou cerâmico, tal como glóbulos de vidro ou areia no reator e o líquido ou óleo de pirólise resultante pode ser transportado para a fábrica de produção central para fabricar um produto.
Oxidação
[00368] Uma ou mais sequências de processamento oxidativo podem ser usadas para processar o estoque de alimentação de biomassa bruto de uma ampla variedade de diferente fontes para extrair substâncias úteis do estoque de alimentação e a fim de proporcionar um material orgânico parcialmente degradado o qual funciona como entrada para outras etapas e/ou sequências de processamento.
[00369] Fazendo referência mais uma vez à Figura 8, um primeiro material de biomassa 2 que inclui celulose tendo um primeiro peso molecular numérico médio (TMN1) e tendo um primeiro teor de oxigênio (TO1) é oxidado, por exemplo, através de aquecimento do primeiro material em um forno de tubo na corrente de ar ou ar enriquecido em oxigênio, a fim de proporcionar um segundo material 3 que inclui celulose tendo um segundo peso molecular numérico médio (TMN2) e tendo um segundo teor de oxigênio (TO2) maior do que o primeiro teor de oxigênio (TO1). O segundo material (ou o primeiro e segundo materiais em determinadas modalidades) podem ser, por exemplo, combinados com um material, tal como um micro-organismo, a fim de proporcionar um composto 4 ou outro produto 5. Fornecimento de um maior nível de oxidação pode aprimorar a dispersibilidade do material oxidado, por exemplo, em um solvente.
[00370] Tais materiais também podem ser combinados com um sólido e/ou um líquido. Por exemplo, o líquido pode estar na forma de uma solução e o sólido pode estar na forma de partícula. O líquido e/ou sólido pode incluir um micro-organismo, por exemplo, uma bactéria e/ou uma enzima. Por exemplo, a bactéria e/ou enzima pode funcionar sobre o material celulósico ou lignocelulósico para produzir um produto, tal como uma proteína. Produtos exemplificativos são descritos em FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES", USSN 11/453.951, depositado em 15 de Junho de 2006.
[00371] Em algumas modalidades, o segundo peso molecular numérico médio não é mais do que 97 por cento menor do que o primeiro peso molecular numérico médio, por exemplo, não mais do que 95 por cento, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 30, 20, 12.5, 10,0, 7,5, 5,0, 4,0, 3,0, 2,5, 2,0 ou não mais do que 1,0 por cento menor do que o primeiro peso molecular numérico médio. A quantidade de redução do peso molecular dependerá da aplicação.
[00372] Por exemplo, em algumas modalidades, o peso molecular numérico médio inicial (antes de oxidação) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e o peso molecular numérico médio, após oxidação, é de cerca de 175.000 a cerca de 3.000.000, por exemplo, de cerca de 200.000 a cerca de 750.000 ou de cerca de 225.000 a cerca de 600.000.
[00373] Resinas utilizadas podem ser de cura térmica ou termoplásticas. Exemplos de resinas termoplásticas incluem termoplásticos rígidos e elastoméricos. Termoplásticos rígidos incluem poliolefinas (por exemplo, copolímeros de polietileno, polipropileno ou poliolefina), poli- ésteres (por exemplo, tereftalato de polietileno), poliamidas (por exemplo, náilon 6, 6/12 ou 6/10) e polietilenoiminas. Exemplos de resinas termoplásticas elastoméricas incluem copolímeros estirênicos elasto- méricos (por exemplo, copolímeros de estireno-etileno-butileno- estireno), elastômeros de poliamida (por exemplo, copolímeros de po- liéter-poliamida) e copolímero de etileno-acetato de vinila.
[00374] Em modalidades particulares, lignina é utilizada, por exemplo, qualquer lignina que é gerada em qualquer processo descrito aqui.
[00375] Em algumas modalidades, a resina termoplástica tem uma taxa de fluxo de fusão de entre 10 g/10 minutos a 60 g/10 minutos, por exemplo, entre 20 g/10 minutos a 50 g/10 minutos ou entre 30 g/10 minutos a 45 g/10 minutos, conforme medido usando a ASTM 1238. Em determinadas modalidades, misturas compatíveis de qualquer uma das resinas termoplásticas acima podem ser usadas.
[00376] Em algumas modalidades, a resina termoplástica tem um índice de polidispersividade (PDI), por exemplo, uma proporção do peso molecular gravimétrico médio para o peso molecular numérico médio, de mais de 1,5, por exemplo, maior do que 2,0, maior do que 2,5, maior do que 5,0, maior do que 7,5 ou ainda maior do que 10,0.
[00377] Em modalidades específicas, poliolefinas ou misturas de poliolefinas são utilizadas como a resina termoplástica.
[00378] Exemplos de resinas de cura térmica incluem borracha natural, borracha de butadieno e poliuretanos.
[00379] Em algumas modalidades, o peso molecular numérico médio inicial (antes de oxidação) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000. 000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000 e o peso molecular numérico médio, após oxidação, é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000. Contudo, em algumas modalidades, por exemplo, após oxidação extensiva, é possível ter um peso molecular numérico médio de menos de cerca de 10.000 ou mesmo menos de cerca de 5.000.
[00380] Em algumas modalidades, o segundo teor de oxigênio é pelo menos cerca de cinco por cento maior do que o primeiro teor de oxigênio, por exemplo, 7,5 por cento maior, 10,0 por cento maior, 12,5 por cento maior, 15,0 por cento maior ou 17,5 por cento maior. Em algumas modalidades preferidas, o segundo teor oxigênio é pelo menos cerca de 20,0 por cento maior do que o teor de oxigênio do primeiro material. O teor de oxigênio é medido através de análise elemental através de pirólise da amostra em um forno operando 1300°C ou maior. Um equipamento de análise elemental adequado é o analisador LECO CHNS-932 com um forno de pirólise de alta temperatura VTF- 900.
[00381] Em algumas modalidades, oxidação do primeiro material 200 não resulta em uma alteração substancial na cristalinidade da celulose. Contudo, em alguns casos, por exemplo, após oxidação extrema, o segundo material tem celulose que tem uma cristalinidade (TC2) que é menor do que a cristalinidade (TC1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (TC2) pode ser menor do que (TC1) em mais de cerca de 5 por cento, por exemplo, 10, 15, 20 ou ainda 25 por cento. Pode ser desejável intensificar solubilidade dos materiais em um líquido, tal como um líquido que inclui uma bactéria e/ou uma enzima.
[00382] Em algumas modalidades, o índice de cristalinidade inicial (antes de oxidação) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento e um índice de cristalinidade após oxidação é de cerca de 30 a cerca de 75,0 por cento, por exemplo, de cerca de 35,0 a cerca de 70,0 por cento ou de cerca de 37,5 a cerca de 65,0 por cento. Contudo, em determinadas modalidades, por exemplo, após oxidação extensiva, é possível tem um índice de cristalinidade de menos de 5 por cento. Em algumas modalidades, o material, após oxidação, é substancialmente amorfo.
[00383] Sem desejar estar preso a qualquer teoria particular, acredita-se que a oxidação aumenta o número de grupos de ligação a hidrogênio sobre a celulose, tais como grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos ácido carboxílico ou grupos anidrido, o que pode aumentar sua dispersibilidade e/ou sua solubilidade (por exemplo, em um líquido). Para aprimorar adicionalmente a dispersibilidade em uma resina, a resina pode incluir um componente que inclui grupos de ligação a hidrogênio, tais como um ou mais grupos anidrido, grupos ácido carboxílico, grupos hidroxila, grupos amida, grupos amina ou misturas de qualquer um desses grupos. Em algumas modalidades preferidas, o componente inclui um polímero copolimerizado com e/ou enxertado com anidrido maleico. Tais materiais estão disponíveis da DuPont sob a marca comercial FUSABOND®.
[00384] Em geral, oxidação do primeiro material 200 ocorre em um ambiente de oxidação. Por exemplo, a oxidação pode ser realizada ou auxiliada por pirólise em um ambiente de oxidação, tal como em ar ou argônio enriquecido em ar. Para auxiliar na oxidação, vários agentes químicos, tais como oxidantes, ácidos ou bases, podem ser adicionados ao material antes de ou durante oxidação. Por exemplo, um peró- xido (por exemplo, peróxido de benzoíla), pode ser adicionado antes de oxidação.
Sistemas de Oxidação
[00385] A Figura 22 mostra um fluxograma de processo 5000 que inclui várias etapas em um sistema de pré-tratamento oxidativo de estoque de alimentação. Na primeira etapa 5010, um suprimento de estoque de alimentação seco é recebido de uma fonte de alimentação. A fonte de alimentação pode incluir, por exemplo, um leito de armazenamento ou recipiente que é conectado a um reator de oxidação in-line via uma correia transportadora ou outro dispositivo de transporte de estoque de alimentação.
[00386] Conforme descrito acima, o estoque de alimentação seco da fonte de alimentação pode ser pré-tratado antes de distribuição ao reator de oxidação. Por exemplo, se o estoque de alimentação é derivado de fontes vegetais, determinadas partes do material vegetal podem ser removidas antes de coleta do material vegetal e/ou antes que o material vegetal seja distribuído pelo dispositivo de transporte de estoque de alimentação. Alternativamente ou além disso, o estoque de alimentação de biomassa pode ser submetido a processamento mecânico (por exemplo, para reduzir o comprimento médio de fibras no estoque de alimentação) antes de distribuição ao reator de oxidação.
[00387] Após processamento mecânico 5020, o estoque de alimentação 5030 é transportado para um sistema de mistura o qual introduz água 5150 no estoque de alimentação em um processo de mistura mecânica. Combinação de água com o estoque de alimentação processado na etapa de mistura 5040 cria uma pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 a qual pode, então, ser tratada com um ou mais agentes de oxidação.
[00388] Tipicamente, um litro de água é adicionado à mistura para cada 0,02 kg a 1,0 kg de estoque de alimentação seco. A proporção de estoque de alimentação para água na mistura depende da fonte do estoque de alimentação e dos agentes de oxidação específicos usados a jusante no processo global. Por exemplo, em sequências de processamento industrial típicas para biomassa lignocelulósica, a pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 inclui de cerca de 0,5 kg a cerca de 1,0 kg de biomassa seca por litro de água.
[00389] Em algumas modalidades, um ou mais aditivos de proteção de fibra 5170 também podem ser adicionados à pasta de estoque de alimentação na etapa de mistura de estoque de alimentação 5040. Aditivos de proteção de fibra ajudam a reduzir a degradação de determinados tipos de fibras de biomassa (por exemplo, fibras de celulose) durante oxidação do estoque de alimentação. Aditivos de proteção de fibra podem ser usados, por exemplo, se um produto desejado de processamento de um estoque de alimentação lignocelulósico inclui fibras de celulose. Aditivos de proteção de fibra exemplificativos incluem compostos de magnésio, tal como hidróxido de magnésio. As concentrações de aditivos de proteção de fibra na pasta de estoque de alimentação 5050 podem ser de 0,1% a 0,4% do peso seco do estoque de alimentação de biomassa, por exemplo.
[00390] Em determinadas modalidades, a pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 pode ser submetida a uma extração opcional 5180 com um solvente orgânico para remover substâncias insolúveis em água da pasta. Por exemplo, extração da pasta 5050 com um ou mais solventes orgânicos proporciona uma pasta purificada e uma corrente residual orgânica 5210 que inclui materiais insolúveis em água, tais como gorduras, óleos e outras substâncias baseadas em hidro- carboneto não polares. Solventes adequados para realização de extração da pasta 5050 incluem vários álcoois, hidrocarbonetos e halo- hidrocarbonetos, por exemplo.
[00391] Em algumas modalidades, a pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 pode ser submetida a um tratamento térmico opcional 5190 para preparar adicionalmente o estoque de alimentação para oxidação. Um exemplo de um tratamento térmico inclui aquecimento da pasta de estoque de alimentação na presença de vapor pressurizado. Em estoque de alimentação de biomassa fibroso, o vapor pressurizado intumesce as fibras, expondo uma maior fração das superfícies da fibra ao solvente aquoso e agentes de oxidação que são introduzidos em subsequentes etapas de processamento.
[00392] Em determinadas modalidades, pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 pode ser submetida a um tratamento opcional com agentes básicos 5200. Tratamento com um ou mais agentes bá- sicos ajuda a separar a lignina da celulose em estoque de alimentação de biomassa lignocelulósico, desse modo, aprimorando a subsequente oxidação do estoque de alimentação. Agentes básicos exemplificativos incluem hidróxidos alcalinos e alcalinos terrosos, tais como hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e hidróxido de cálcio. Em geral, uma variedade de agentes básicos podem ser usados, tipicamente em concentrações de cerca de 0,01% a cerca de 0,5% do peso seco do estoque de alimentação.
[00393] Pasta de estoque de alimentação aquosa 5050 é transportada (por exemplo, através de um sistema de tubulação in-line) para uma câmara, a qual pode ser uma câmara de pré-processamento de oxidação ou um reator de oxidação. Na etapa de pré-processamento de oxidação 5060, um ou mais agentes de oxidação 5160 são adicionados à pasta de estoque de alimentação 5050 para formar um meio de oxidação. Em algumas modalidades, por exemplo, agentes de oxidação 5160 podem incluir hidrogênio peróxido. Peróxido de hidrogênio pode ser adicionado à pasta 5050 como uma solução aquosa e em proporções oscilando de 3% a entre 30% e 35% em peso de pasta 5050. Peróxido de hidrogênio tem uma série de vantagens como um agente de oxidação. Por exemplo, peróxido de hidrogênio aquoso é relativamente barato, é relativamente estável quimicamente, não é particularmente perigoso com relação a outros agentes de oxidação (e portanto, não requer procedimentos de manipulação problemáticos e equipamento de segurança caro). Além disso, o peróxido de hidrogênio se decompõe para formar água durante oxidação de estoque de alimentação, de modo que limpeza da corrente residual é relativamente direta e barata.
[00394] Em determinadas modalidades, agentes de oxidação 5160 podem incluir oxigênio (por exemplo, gás oxigênio), seja isoladamente ou em combinação com peróxido de hidrogênio. Gás oxigênio pode ser borbulhado na pasta 5050 em proporções oscilando de 0,5% a 10% em peso da pasta 5050. Alternativamente ou além disso, gás oxigênio também pode ser introduzido em uma fase gasosa em equilíbrio com a pasta 5050 (por exemplo, um cabeça e vapor acima da pasta 5050). O gás oxigênio pode ser introduzido na câmara de pré- processamento de oxidação ou no reator de oxidação (ou em ambos), dependendo da configuração do sistema de processamento oxidativo. Tipicamente, por exemplo, a pressão parcial de oxigênio no vapor acima da pasta 5050 é maior do que a pressão ambiente de oxigênio e oscila de 0,5 bar a 35 bar, dependendo da natureza do estoque de alimentação.
[00395] O gás oxigênio pode ser introduzido na forma pura ou pode ser misturado com um ou mais gases veículo. Por exemplo, em algumas modalidades, ar em alta pressão fornece o oxigênio no vapor. Em determinadas modalidades, gás oxigênio pode ser fornecido continuamente à fase vapor para assegurar que a concentração de oxigênio no vapor permanece dentro de certos limites predeterminados processamento do estoque de alimentação. Em algumas modalidades, gás oxigênio pode ser introduzido inicialmente em uma concentração suficiente para oxidar o estoque de alimentação e, então, o estoque de alimentação pode ser transportado para um vaso fechado, pressurizado (por exemplo, um reator de oxidação) para processamento.
[00396] Em determinadas modalidades, agentes de oxidação 5160 podem incluir oxigênio nascente (por exemplo, radicais oxigênio). Tipicamente, o oxigênio nascente é produzido, conforme necessário, em um reator de oxidação ou em uma câmara em comunicação de fluido com um reator de oxidação através de uma ou mais reações de decomposição. Por exemplo, em algumas modalidades, oxigênio nascente pode ser produzido a partir de uma reação entre NO e O2 em uma mistura gasosa ou em solução. Em determinadas modalidades, oxigê- nio nascente pode ser produzido a partir da decomposição de HOCl em solução. Outros métodos pelos quais oxigênio nascente pode ser produzido incluem via geração eletroquímica em solução de eletrólito, por exemplo.
[00397] Em geral, o oxigênio nascente é um agente de oxidação eficiente em virtude da reatividade relativamente alta do radical oxigênio. Contudo, o oxigênio nascente também pode ser um agente de oxidação relativamente seletivo. Por exemplo, quando estoque de alimentação lignocelulósico é tratado com oxigênio nascente, oxidação seletiva de lignina ocorre em preferência a outros componentes do estoque de alimentação, tal como celulose. Como um resultado, oxidação de estoque de alimentação com oxigênio nascente fornece um método para a remoção seletiva da fração de lignina em determinados estoques de alimentação. Tipicamente, concentrações de oxigênio nascente de entre cerca de 0,5% e 5% do peso seco do estoque de alimentação são usadas para realizar oxidação eficiente.
[00398] Sem desejar estar preso à teoria, acredita-se que o oxigênio nascente reage com o estoque de alimentação lignocelulósico de acordo com pelo menos dois mecanismos diferentes. Em um primeiro mecanismo, o oxigênio nascente sofre uma reação de adição com a lignina, resultando em oxidação parcial da lignina, o que solubiliza a lignina em solução aquosa. Como um resultado, a lignina solubilizada pode ser removida do resto do estoque de alimentação via lavagem. Em um segundo mecanismo, o oxigênio nascente rompe as ligações transversais de butano e/ou abre anéis aromáticos que são conectados via as ligações cruzadas de butano. Como um resultado, a solubilidade da lignina em solução aquosa aumenta e a fração de lignina po-de ser separada do restante do estoque de alimentação via lavagem.
[00399] Em algumas modalidades, agentes de oxidação 5160 incluem ozônio (O3). O uso de ozônio pode introduzir diversas considera- ções de manipulação química na sequência de processamento de oxidação. Se aquecida muito vigorosamente, uma solução aquosa de ozônio pode se decompor violentamente, com consequências potencialmente adversas para operadores humanos do sistema e o equipamento do sistema. Consequentemente, o ozônio é, tipicamente, gerado em um vaso de parede espessa termicamente isolado separado do vaso que contém a pasta de estoque de alimentação e transportado do mesmo no estágio de processo apropriado.
[00400] Sem desejar estar preso à teoria, acredita-se que o ozônio se decompõe em oxigênio e radicais oxigênio e que os radicais oxigênio (por exemplo, oxigênio nascente) são responsáveis pelas propriedades de oxidação do ozônio da maneira discutida acima. O ozônio oxida, de preferência tipicamente, a fração de lignina em materiais lig- nocelulósicos, deixando a fração de celulose relativamente inalterada.
[00401] Condições para oxidação baseada em ozônio de estoque de alimentação de biomassa em geral dependem da natureza da biomassa. Por exemplo, para estoques de alimentação celulósicos e lig- nocelulósicos, concentrações de ozônio de 0,1 g/m3 a 20 g/m3 de estoque de alimentação seco proporcionam oxidação eficiente de estoque de alimentação. Tipicamente, o teor de água na pasta 5050 está entre 10% em peso e 80% em peso (por exemplo, entre 40% em peso e 60% em peso). Durante oxidação baseada em ozônio, a temperatura da pasta 5050 pode ser mantida entre 0°C e 100°C pa ra evitar decomposição violenta do ozônio.
[00402] Em algumas modalidades, a pasta de estoque de alimentação 5050 pode ser tratada com uma solução alcalina aquosa que inclui um ou mais hidróxidos alcalinos e alcalinos terrosos, tais como hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e hidróxido de cálcio e, então, tratada depois com um gás contendo ozônio em um reator de oxidação. Foi observado que esse processo aumenta significativamente a de- composição da biomassa em pasta 5050. Tipicamente, por exemplo, uma concentração de íons de hidróxido na solução alcalina está entre 0,001% e 10% em peso da pasta 5050. Após o estoque de alimentação ser umedecido via contato com a solução alcalina, o gás contendo ozônio é introduzido no reator de oxidação, onde ele contata e oxida o estoque de alimentação.
[00403] Agentes de oxidação 5160 também podem incluir outras substâncias. Em algumas modalidades, por exemplo, agentes d oxidação baseados em halogênio, tais como agentes de cloro e oxicloro (por exemplo, hipoclorito), podem ser introduzidos na pasta 5050. Em determinadas modalidades, substâncias de oxidação contendo nitrogênio podem ser introduzidas na pasta 5050. Substâncias de oxidação contendo nitrogênio exemplificativas incluem NO e NO2, por exemplo. Agentes contendo nitrogênio também podem ser combinados com oxigênio na pasta 5050 para criar agentes de oxidação adicionais. Por exemplo, NO e NO2 se combinam com o oxigênio na pasta 5050 para formar compostos de nitrato, os quais são agentes de oxidação eficazes para o estoque de alimentação de biomassa. Agentes de oxidação baseados em halogênio e nitrogênio podem, em algumas modalida-des, causar branqueamento do estoque de alimentação de biomassa, dependendo da natureza do estoque de alimentação. O branqueamento pode ser desejável para determinados produtos derivados de biomassa que são extraídos em subsequentes etapas de processamento.
[00404] Outros agentes de oxidação podem incluir, por exemplo, vários peróxi-ácidos, ácidos peróxi-acéticos, perssulfatos, percarbonatos, permanganatos, tetróxido de ósmio e óxidos de cromo.
[00405] Após a etapa de pré-processamento de oxidação 5060, a pasta de estoque de alimentação 5050 é oxidada na etapa 5070, se agentes de oxidação 5160 foram adicionados à pasta 5050 em um reator de oxidação, então, a oxidação se processa no mesmo reator. Alternativamente, se agentes de oxidação 5160 foram adicionados à pasta 5050 em uma câmara de pré-processamento, então, a pasta 5050 é transportada para um reator de oxidação via um sistema de tubulação in-line. Uma vez dentro do reator de oxidação, oxidação do estoque de alimentação de biomassa se processa sob um ambiente controlado de condições ambientais. Tipicamente, por exemplo, o reator de oxidação é um vaso cilíndrico que é fechado ao ambiente externo e pressurizado. Operação em batelada e contínua são possíveis, embora condições ambientais sejam, tipicamente, mais fáceis de controlar em operações de processamento em batelada in-line.
[00406] Oxidação de pasta de estoque de alimentação 5050 ocorre, tipicamente, em temperaturas elevadas no reator de oxidação. Por exemplo, a temperatura da pasta 5050 no reator de oxidação é, tipicamente, mantida acima de 100°C, em uma faixa de 12 0°C a 240°C. Para muitos tipos de estoque de alimentação de biomassa, oxidação é particularmente eficiente se a temperatura da pasta 5050 é mantida entre 150°C e 220°C. A pasta 5050 pode ser aquecida usando uma variedade de dispositivos de transferência térmica. Por exemplo, em algumas modalidades, o reator de oxidação contata um banho de aquecimento que inclui óleo ou sais fundidos. Em determinadas modalidades, uma série de tubulações de permuta de calor envolve e contata o reator de oxidação e circulação de fluido quente dentro das tubulações aquece a pasta 5050 no reator. Outros dispositivos de aqueci-mento que podem ser usados para aquecer a pasta 5050 incluem elementos de aquecimento resistivos, aquecedores de indução e fontes de micro-ondas, por exemplo.
[00407] O tempo de residência da pasta de estoque de alimentação 5050 no reator de oxidação pode ser variado conforme desejado para processar o estoque de alimentação. Tipicamente, a pasta 5050 leva de 1 minuto a 60 minutos sofrendo oxidação no reator. Para um mate rial de biomassa relativamente macio, tal como matéria lignocelulósica, o tempo de residência no reator de oxidação pode ser de 5 minutos a 30 minutos, por exemplo, em uma pressão de oxigênio de entre 3 e 12 bars no reator e em uma temperatura da pasta de entre 160°C e 210°C. Para outros tipos de estoque de alimentação, contudo, tempos de residência no reator de oxidação podem ser mais longos, por exemplo, tão longos quanto 48 horas. Para determinar tempos de residência apropriados para a pasta 5050 no reator de oxidação, alíquotas da pasta podem ser extraídas do reator em intervalos específicos e analisadas para determinar as concentrações de produtos de interesse particular, tais como sacarídeos complexos. Informação sobre o aumento nas concentrações de determinados produtos na pasta 5050 como uma função do tempo pode ser usada para determinar os tempos de residência para classes particulares de material de estoque de alimentação.
[00408] Em algumas modalidades, durante oxidação da pasta de estoque de alimentação 5050, ajusta do pH da pasta pode ser realizado mediante introdução de um ou mais agentes químicos no reator de oxidação. Por exemplo, em determinadas modalidades, oxidação ocorre mais eficientemente em uma faixa de pH de cerca de 9-11. Para manter um pH nessa faixa, agentes tais como hidróxidos alcalinos e alcalinos terrosos, carbonatos, amônia e soluções de tampão alcalinas podem ser introduzidas no reator de oxidação.
[00409] Circulação de pasta 5050 durante oxidação pode ser importante para assegurar contato suficiente entre os agentes de oxidação 5160 e o estoque de alimentação. Circulação da pasta pode ser obtida usando uma variedade de técnicas. Por exemplo, em algumas modalidades, um aparelho de agitação mecânica que inclui pás propulsoras ou uma roda de pás pode ser implementado no reator de oxidação. Em determinadas modalidades, o reator de oxidação pode ser um rea- tor de loop, no qual o solvente aquoso no qual o estoque de alimentação é suspenso é simultaneamente drenado da parte inferior do reator e re-circulado para cima do reator via uma bomba, desse modo, assegurando que a pasta é continuamente re-misturada e não estagna dentro do reator.
[00410] Após oxidação do estoque de alimentação estar completo, a pasta é transportada para um aparelho de separação, onde uma etapa de separação mecânica 5080 ocorre. Tipicamente, a etapa de separação mecânica 5080 inclui um ou mais estágios crescentes de filtração de finos da pasta para separar mecanicamente os constituintes sólidos e líquidos.
[00411] A fase líquida 5090 é separada da fase sólida 500 e as duas fases são processadas independentemente depois. A fase sólida 5100 pode, opcionalmente sofrer uma etapa de secagem 5120 em um aparelho de secagem por exemplo. A etapa de secagem 5120 pode incluir, por exemplo, dispersão mecânica do material sólido sobre uma superfície de secagem e evaporação de água da fase sólida 5100 através de ligeiro aquecimento do material sólido. Após a etapa de secagem 5120 (ou, alternativamente, sem sofrer a etapa de secagem 5120), a fase sólida 5100 é transportada para as etapas adicionais de processamento 5140.
[00412] A fase líquida 5090 pode, opcionalmente, sofrer uma etapa de secagem 5110 para reduzir a concentração de água na fase líquida. Em algumas modalidades, por exemplo, a etapa de secagem 5110 pode incluir evaporação e/ou destilação e/ou extração de água da fase líquida 5090 através de ligeiro aquecimento do líquido. Alternativamente ou além disso, um ou mais agentes de secagem químicos podem ser usados para remover água da fase líquida 5090. Após a etapa de secagem 5110 (ou alternativamente, sem sofrer a etapa de secagem 5110), a fase líquida 5090 é transportada para etapas adicionais de processamento 5130, as quais podem incluir uma variedade de etapas de tratamentos químicos e biológicos, tais como hidrólise química e/ou enzimática.
[00413] A etapa de secagem 5110 cria uma corrente residual 5220, uma solução aquosa que pode incluir agentes químicos dissolvidos, tais como ácidos e bases em concentrações relativamente baixas. Tratamento da corrente residual 5220 pode incluir, por exemplo, neutralização de pH com um ou mais ácidos ou bases minerais. Dependendo da concentração de sais dissolvidos na corrente residual 5220, a solução pode ser parcialmente desionizada (por exemplo, mediante passagem da corrente residual através de um sistema de troca de íons). Então, a corrente residual - a qual inclui primariamente água - pode ser re-circulada para o processo global (por exemplo, como água 5150), desviada para outro processo ou descarregada.
[00414] Tipicamente, para estoques de alimentação de biomassa lignocelulósicos, após a etapa de separação 5070, a fase líquida 5090 inclui uma variedade de poli- e oligossacarídeos solúveis os quais podem, então, ser separados e/ou reduzidos para sacarídeos de menor cadeia via outras etapas de processamento. A fase sólida 5100 inclui, tipicamente, celulose primariamente, por exemplo, com menores quantidades de produtos derivados de hemicelulose e lignina.
[00415] Em algumas modalidades, oxidação pode ser realizada en temperatura elevada em um reator, tal como uma câmara de pirólise. Por exemplo, fazendo referência mais uma vez à Figura 17, materiais de estoque de alimentação podem ser oxidados em um aparelho de pirólise com filamento 1712. Em um uso típico, um gás veículo de oxidação, por exemplo, ar ou uma mistura de ar/argônio, atravessa o contentor de amostra 1713, enquanto que o elemento de aquecimento re- sistivo é girado e aquecido para uma temperatura desejada, por exemplo, 325 °C. Após um tempo apropriado, por exem plo, 5 a 10 mi- nutos, o material oxidado é esvaziado do contentor de amostra. O sistema mostrado na Figura 2 pode ser escalonado e tornado contínuo. Por exemplo, ao invés de um fio como o elemento de aquecimento, o elemento de aquecimento pode ser uma rosca de broca. O material pode cair continuamente no contentor de amostra, apertando uma rosca aquecida que leva o material à pirólise. Ao mesmo tempo, a rosca pode empurrar o material oxidado para fora do contentor de amostra para permitir a entrada de material não oxidado fresco.
[00416] Fazendo referência mais uma vez à Figura 18, materiais de estoque de alimentação podem ser oxidados em um aparelho de piró- lise Curie-Point 1820. Em um uso típico, um gás veículo de oxidação atravessa a câmara de amostra 1821, enquanto que a folha 1822 é indutivamente aquecida por um campo RF aplicado para oxidar o material na temperatura desejada.
[00417] Fazendo referência mais uma vez à Figura 19, materiais de estoque de alimentação podem ser oxidados em um aparelho de piró- lise com forno 130. Em um uso típico, a amostra é diminuída (conforme indicado pela seta 137) para uma zona quente 135 do forno 132, enquanto um gás veículo oxidante enche o alojamento 136 e atravessa o contentor de amostra 131. A amostra é aquecida para a temperatura desejada durante um tempo desejado a fim de proporcionar um produto oxidado. O produto oxidado é removido do aparelho de pirólise levantando o contentor de amostra (conforme indicado pela seta 134).
[00418] Fazendo referência mais uma vez à Figura 20, materiais de estoque de alimentação podem ser oxidados através de formação de um alvo celulósico 140, junto com um oxidante, tal como um peróxido e tratamento do alvo, o qual é alojado em uma câmara a vácuo 141, com luz a laser, por exemplo, luz tendo um comprimento de onda de cerca de 225 nm a cerca de 1600 nm. A configuração óptica mostrada permite que a luz monocromática 143 gerada pelo laser 142 seja dire- cionada, usando espelhos 144 e 145, sobre o alvo após passagem através de uma lente 146 na câmara de vácuo 141. Tipicamente, a pressão na câmara de vácuo é mantida em menos de cerca de 10-6 mm Hg. Em algumas modalidades, radiação infravermelha é usada, por exemplo, radiação de 1,06 mícrons a partir de um laser Nd-YAG. Em tais modalidades, um corante sensível a infravermelho pode ser combinado com o material celulósico para produzir um alvo celulósico. O corante infravermelho pode intensificar o aquecimento do material celulósico. Tratamento a laser de polímeros é descrito por Blanchet- Fincher et al. na Patente U.S. N°. 5.942.649.
[00419] Fazendo referência mais uma vez à Figura 21, materiais de estoque de alimentação podem ser rapidamente oxidados mediante revestimento com um filamento de tungstênio 150, junto com um oxidante, tal como um peróxido, com o material celulósico desejado, enquanto o material está alojado em uma câmara de vácuo 151. Para realizar oxidação, corrente é passada através do filamento, o que causa um aquecimento rápido do filamento durante um tempo desejado. Tipicamente, o aquecimento é continuado durante segundos antes de permitir que o filamento esfrie. Em algumas modalidades, o aquecimento é realizado uma série de vezes para obter uma quantidade desejada de oxidação.
[00420] Fazendo referência mais uma vez à Figura 12, em algumas modalidades, materiais de estoque de alimentação pode ser oxidados com o auxílio de som e/ou cavitação. Em geral, para realizar oxidação, os materiais são submetidos a ultra-som em um ambiente de oxidação, tal como água saturada com oxigênio ou outro oxidante químico, tal como peróxido de hidrogênio.
[00421] Fazendo referência mais uma vez às Figuras 9 e 10, em determinadas modalidades, radiação ionizante é usada para auxiliar na oxidação de materiais de estoque de alimentação. Em geral, para realizar oxidação, os materiais são irradiados em um ambiente de oxidação, tal como ar ou oxigênio. Por exemplo, radiação gama e/ou radiação de feixe de elétrons pode ser empregada para irradiar os materiais.
Outros processos de tratamentos
[00422] Explosão de vapor pode ser usada isoladamente sem qualquer um dos processos descritos aqui ou em combinação com qualquer um dos processos descritos aqui.
[00423] A Figura 23 mostra uma visão geral de todo o processo de conversão de uma fonte de fibra 400 em um produto 450, tal como etanol, através de um processo que inclui cisalhamento e explosão de vapor para produzir um material fibroso 401 o qual é, então, hidrolisa- do e convertido, por exemplo, fermentado, para produzir o produto. A fonte de fibra pode ser transformada em material fibroso 401 através de uma série de possíveis métodos, incluindo pelo menos um processo de cisalhamento e pelo menos um processo de explosão de vapor.
[00424] Por exemplo, uma opção inclui cisalhamento da fonte de fibra, seguido por etapa(s) opcional(is) de peneiramento e etapa(s) op- cional(is) de cisalhamento para produzir uma fonte de fibra cisalhada 402 a qual pode, então, ser explodida a vapor para produzir o material fibroso 401. O processo de explosão de vapor é opcionalmente seguido por um processo de recuperação de fibra para remover líquidos ou o "licor" 404 resultante do processo de explosão de vapor. O material resultante de explosão de vapor da fonte de fibra cisalhada pode ser ainda cisalhado através de etapa(s) opcional(is) de cisalhamento e/ou etapas(s) opcional(is) de peneiramento adicional(is).
[00425] Em outro método, o material fibroso 401 é primeiro explodido a vapor para produzir uma fonte de fibra explodida a vapor 410. A fonte de fibra explodida a vapor resultante é, então, submetida a um processo opcional de recuperação de fibra para remover líquidos ou o licor. A fonte de fibra explodida a vapor resultante pode, então, ser ci- salhada para produzir o material fibroso. A fonte de fibra explodida a vapor também pode ser submetida a uma ou mais etapas opcionais de peneiramentos e/ou uma ou mais etapas opcionais de cisalhamento. O processo de cisalhamento e explosão de vapor da fonte de fibra para produzir o material fibroso cisalhado e explodido a vapor será ainda discutido abaixo.
[00426] A fonte de fibra pode ser cortada em pedaços ou tiras de material em confete antes de cisalhamento ou explosão de vapor. Os processos de cisalhamento podem ocorrer a seco (por exemplo, tendo menos de 0,25 por cento em peso de água absorvida), hidratada ou mesmo enquanto o material está parcial ou totalmente submerso em um líquido, tal como água ou isopropanol. O processo também pode incluir, de modo ótimo, etapas de secagem do produto após explosão de vapor ou cisalhamento para permitir etapas adicionais de secagem ou explosão de vapor. As etapas de cisalhamento, peneiramento e explosão de vapor podem ocorrer com ou sem a presença de várias soluções químicas.
[00427] Em um processo de explosão de vapor, a fonte de fibra ou a fonte de fibra cisalhada é contatada com vapor sob alta pressão e o vapor se difunde para as estruturas da fonte de fibra (por exemplo, as estruturas lignocelulósicas). O vapor, então, condensa sob alta pressão, desse modo, "umedecendo" a fonte de fibra. A umidade na fonte de fibra pode hidrolisar quaisquer grupos acetila na fonte de fibra (por exemplo, os grupos acetila nas frações de hemicelulose), que formam ácidos orgânicos, tais como ácidos acético e urônico. Os ácidos, por sua vez, podem catalisar a despolimerização de hemicelulose, liberando xilana e quantidades limitadas de glucana. A fonte de fibra "úmida" (ou fonte de fibra cisalhada, etc.) é, então, "explodida" quando a pressão é liberada. A umidade condensada evapora instantaneamente em virtude da súbita diminuição na pressão e a expansão do vapor de água exerce uma força de cisalhamento sobre a fonte de fibra (ou fonte de fibra cisalhada, etc.). Uma força de cisalhamento suficiente causará ruptura mecânica das estruturas internas (por exemplo, as estruturas lignocelulósicas) da fonte de fibra.
[00428] O material fibroso cisalhado e explodido a vapor é, então, convertido em um produto útil, tal como etanol. Um método de conversão do material fibroso é através de hidrólise para produzir açúcares fermentáveis, 412 os quais são, então, fermentados para produzir o produto. Outros métodos de conversão de materiais fibrosos conhecidos e desconhecidos também podem ser usados.
[00429] Em algumas modalidades, antes de combinação do microorganismo, o material fibroso cisalhado e explodido a vapor 401 é esterilizado para matar quaisquer micro-organismos contaminantes que possam estar sobre o material fibroso. Por exemplo, o material fibroso pode ser esterilizado através de exposição do material fibroso à radiação, tal como radiação infravermelha, radiação ultravioleta ou uma radiação ionizante, tal como radiação gama. Os micro-organismos também podem mortos usando agentes de esterilização química, tais como alvejantes (por exemplo, hipoclorito de sódio), clorexidina ou óxido de etileno.
[00430] Um método para hidrolisar o material fibroso cisalhado e explodido a vapor é através do uso de celulases. Celulases são um grupo de enzimas que atuam sinergisticamente para hidrolisar a celulose. O complexo enzimático Accellerase® 1000 comercialmente disponível, o qual contém um complexo de enzimas que reduz biomassa lignocelulósica em açúcares fermentáveis, também pode ser usado.
[00431] De acordo com o entendimento atual, os componentes da celulase incluem endoglucanases, exoglucanases (celobiohidrolases) e β-glucosidases (celobiases). O sinergismo entre os componentes da celulase existe quando a hidrólise de uma combinação de dois ou mais componentes excede a soma das atividades expressas pelos componentes individuais. O mecanismo geralmente aceito de um sistema de celulase (particularmente de T. longibrachiatum) sobre a celulose cristalina é: endoglucanase hidrolisa as ligações β-1,4-glicosidicas internas das regiões amorfas, desse modo, aumentando o número de extremidades de não-redução expostas. Exoglucanases, então, clivam as unidades de celobiose das extremidades de não-redução as quais, por sua vez, são hidrolisadas em unidades de glicose individuais pelas β- glucosidases. Existem diversas configurações de endo- e exo- glucanases com diferentes estéreo-especificidades. Em geral, a ação sinergística dos componentes em várias configurações é requerida para hidrólise ótima de celulose. Celulases, contudo, são mais inclinadas a hidrolisar as regiões amorfas da celulose. Há uma relação linear entre a cristalinidade e as taxas de hidrólise, pelo que maiores índices de cristalinidade correspondem à menores taxas de hidrólise enzimática. Regiões amorfas da celulose hidrolisam em duas vezes a taxa das regiões cristalinas. A hidrólise do material fibroso cisalhado e explodido a vapor pode ser realizado através de qualquer processo de hidrólise de biomassa.
[00432] Explosão de vapor de biomassa, algumas vezes, causa a formação de subprodutos, por exemplo, toxinas, que são inibitórias para as atividades enzimáticas e microbianas. O processo de conversão do material fibroso cisalhado e explodido a vapor em um produto pode, portanto, opcionalmente incluir uma etapa de uso excessivo de cal antes de fermentação para precipitar um pouco das toxinas. Por exemplo, o pH do material fibroso cisalhado e explodido a vapor pode ser elevado para exceder o pH de 10 mediante a adição de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), seguido por uma etapa de diminuição do pH para cerca de 5 através da adição de H2SO4. O material fibroso com exces- so de cal pode, então, ser usado como está sem a remoção de precipitados. Conforme mostrado na Figura 23, a etapa opcional de uso excessivo de cal ocorre exatamente antes da etapa de hidrólise do material fibroso cisalhado e explodido a vapor, mas também considera-se desempenhar a etapa de uso excessivo de cal após a etapa de hidrólise e antes da etapa de fermentação.
[00433] A Figura 24 representa um exemplo de um aparelho de explosão de vapor 460. O aparelho de explosão de vapor 460 inclui uma câmara de reação 462, na qual a fonte de fibra e/ou o material fibroso são colocados través de uma entrada de fonte de fibra 464. A câmara de reação é vedada através de fechamento da válvula de entrada de fonte de fibra 465. A câmara de reação ainda inclui uma entrada de vapor pressurizado 466 que inclui uma válvula de vapor 467. A câmara de reação ainda inclui uma saída de despressurização explosiva 468 que inclui uma válvula de saída 469 em comunicação com o ciclone 470 através da tubulação de conexão 472. Uma vez que a câmara de reação inclui a fonte de fibra e/ou fonte de fibra cisalhada e é vedada através de fechamento das válvulas 465, 467 e 469, vapor é distribuído à câmara de reação 462 mediante abertura da válvula de entrada de vapor 467, permitindo que o vapor trafegue através da entrada de vapor 466. Uma vez que a câmara de reação atinge a temperatura alvo, o que pode levar cerca de 20 - 60 segundos, o tempo de contenção começa. A temperatura de reação é mantida na temperatura alvo durante o tempo de contenção desejado o qual dura, tipicamente, de cerca de 10 segundos a 5 minutos. No final do período de tempo de contenção, a válvula de saída é aberta para permitir que despressurização explosiva ocorra. O processo de despressurização explosiva impulsiona os conteúdos da câmara de reação 462 para fora da saída de despressurização explosiva 468, através da tubulação de conexão 472 e para o ciclone 470. A fonte de fibra ou material fibroso explodido a vapor, então, sai do ciclone em uma forma de sedimento no recipiente de coleta 474, enquanto que o vapor restante sai do ciclone para a atmosfera através da ventilação 476. O aparelho de explosão de vapor ainda inclui uma saída de lavagem 478 com uma válvula de saída de lavagem 479 em comunicação com a tubulação de conexão 472. A válvula de saída de lavagem 479 é fechada durante o uso do aparelho de explosão de vapor 460 para explosão de vapor, mas aberta durante a lavagem da câmara de reação 462. A temperatura alvo da câmara de reação 462 está, de preferência, entre 180 e 240 graus Celsius ou entre 200 e 220 graus Celsius. O tempo de contenção está, de preferência, entre 10 segundos e 30 minutos ou entre 30 segundos e 10 minutos ou entre 1 minuto e 5 minutos.
[00434] Em virtude do processo de explosão de vapor resultar em um sedimento de material fibroso explodido a vapor, o material fibroso explodido a vapor pode opcionalmente incluir um processo de recuperação de fibra onde o "licor" é separado do material fibroso explodido a vapor. Essa etapa de recuperação de fibra é útil pelo fato de que ela permite processos adicionais de cisalhamento e/ou peneiramento e pode permitir a conversão do material fibroso em um produto. O processo de recuperação de fibra ocorre mediante o uso de uma gaze para separar as fibras do licor. Outros processos de secagem também podem ser incluídos para preparar o material fibroso ou fonte de fibra explodida a vapor para subsequente processamento.
[00435] Qualquer técnica de processamento descrita aqui pode ser usada em pressão acima ou abaixo da normal, pressão atmosférica. Por exemplo, qualquer processo que utiliza radiação, ultra-som, oxidação, pirólise, explosão de vapor ou combinações de qualquer um desses processos a fim de proporcionar materiais que incluem um carboidrato pode ser realizado sob alta pressão, a qual pode aumentar as taxas de reação. Por exemplo, qualquer processo ou combinação de processos pode ser realizada em uma pressão maior do que cerca de mais de 25 MPa, por exemplo, maior do que 50 MPa, 75 MPa, 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa, 250 MPa, 350 MPa, 500 MPa, 750 MPa, 1.000 MPa ou maior do que 1.500 MPa.
Combinações de dispositivos de irradiação, ultra-som e oxidação
[00436] Em algumas modalidades, pode ser vantajoso combinar dois ou mais dispositivos distintos de irradiação, ultra-som, pirólise e/ou oxidação em uma única máquina híbrida. Para tal máquina híbrida, múltiplos processos podem ser realizados em justaposição próxima ou mesmo simultaneamente, com o benefício de aumento da produção de pré-tratamento e economias potenciais de custo.
[00437] Por exemplo, considere os processos de irradiação de feixe de elétrons e ultra-som. Cada processo distinto é eficaz ao diminuir o peso molecular médio do material celulósico em uma ordem de magnitude ou mais e em várias ordens de magnitude quando realizado serialmente.
[00438] Processos de irradiação e ultra-som podem ser aplicados usando um dispositivo híbrido de feixe de elétrons/ultra-som, conforme é ilustrado na Figura 25. O dispositivo híbrido de feixe de elé- trons/ultra-som 2500 é representado acima de um reservatório raso (profundidade ~ 3-5 cm) de uma pasta de material celulósico 2550 disperso em um meio oxidante aquoso, tal como peróxido de hidrogênio ou peróxido de carbamida. O dispositivo híbrido 2500 tem uma fonte de energia 2510, a qual aciona o emissor de feixe de elétrons 2540 e antenas de ultra-som em forma de chifre 2530.
[00439] O emissor de feixe de elétrons 2540 gera feixes de elétrons, os quais passam através de um dos de objetivação de feixe de elétrons 2545 para colidir com a pasta 2550 contendo material celulósico. O dispositivo de objetivação de feixe de elétrons pode ser um "scanner" que varre um feixe sobre uma faixa de até cerca de 6 pés em uma direção aproximadamente paralela à superfície da pasta 2550.
[00440] Sobre qualquer lado do emissor de feixe de elétrons 2540 estão antenas de ultra-som em forma de chifre 2530, as quais distribuem energia de onda ultra-sônica à pasta 2550. As antenas de ultrasom em forma de chifre 2530 terminam em uma parte terminal destacável 2535 que está em contato com a pasta 2550.
[00441] As antenas de ultra-som em forma de chifre 2530 estão em risco de dano pela exposição residual a longo prazo à radiação de feixe de elétrons. Assim, as antenas em forma de chifre podem ser protegidas com uma proteção padrão 2520, por exemplo, feita de chumbo ou uma liga contendo metal pesado, tal como metal Lipowitz, o qual é impermeável à radiação de feixe de elétrons. Precauções devem ser tomadas, contudo, para assegurar que a energia ultra-sônica não é afetada pela presença da proteção. As partes terminais destacáveis 2535, construídas do mesmo material e presas às antenas em forma de chifre 2530, são usadas para estar em contato com o material celulósico 2550 e espera-se que sejam danificadas. Consequentemente, as partes terminais destacáveis 2535 são construídas para serem facilmente substituídas.
[00442] Um outro benefício de tal processo simultâneo com feixe de elétrons e ultra-som é que os dois processos têm resultados complementares. Com irradiação de feixe de elétrons isoladamente, uma dose insuficiente pode resultar em reticulação de alguns dos polímeros no material celulósico, o que diminui a eficiência do processo global de despolimerização. Menores doses de irradiação de feixe de elétrons e/ou radiação por ultra-som também podem ser usadas para obter um grau de despolimerização similar àquele obtido usando irradiação de feixe de elétrons e ultra-som separadamente.
[00443] Um dispositivo de feixe de elétrons também pode ser com- binado com um ou mais dispositivos de rotor-estator de alta frequência, os quais podem ser usados como uma alternativa a dispositivos de energia ultra-sônica e desempenham uma função similar.
[00444] Outras combinações de dispositivos são também possíveis. Por exemplo, um dispositivo de radiação ionizante que produz radiação gama emitida, por exemplo, a partir de pelotas de 60Co, pode ser combinado com uma fonte de feixe de elétrons e/ou uma fonte de onda ultra-sônica.
[00445] Um dispositivo de radiação para pré-tratamento de biomassa discutido acima também pode ser combinado com um ou mais dispositivos que desempenham uma ou mais sequências de processamento por pirólise. Tal combinação pode, mais uma vez, ter a vantagem de maior rendimento. Todavia, cuidado deve ser observado, uma vez que pode haver requisitos conflitantes entre alguns processos de radiação e pirólise. Por exemplo, dispositivos de radiação ultra-sônicos podem requerer que o estoque de alimentação seja imerso em um meio de oxidação líquido. Por outro lado, conforme discutido anteriormente, pode ser vantajoso que a amostra de estoque de alimentação a sofrer pirólise seja de um teor de umidade em particular. Nesse caso, os novos sistemas medem e monitoram automaticamente um teor de umidade particular e regulam o mesmo. Ainda, alguns ou todos os dispositivos acima, especialmente o dispositivo de pirólise, podem ser combinados com um dispositivo de oxidação, conforme discutido anteriormente.
PROCESSOS PRIMÁRIOS (PROCESSAMENTO DE BIOMASSA TRATADA) Fermentação
[00446] Em geral, diversos micro-organismos podem produzir uma série de produtos úteis operando, por exemplo, sobre a fermentação de materiais de biomassa tratados. Por exemplo, álcoois, ácidos orgâ- nicos, hidrocarbonetos, hidrogênio, proteínas ou misturas de qualquer um desses materiais podem ser produzidos através de fermentação ou outros processos.
[00447] O micro-organismo pode ser um micro-organismo natural ou um micro-organismo manipulado. Por exemplo, o micro-organismo pode ser uma bactéria, por exemplo, uma bactéria celulolítica, um fungo, por exemplo, um levedo, uma planta ou um protista, por exemplo, uma alga, um protozoário ou um protista semelhante a fungo, por exemplo, um mofo de lama. Quando os organismos são compatíveis, misturas de organismos podem ser utilizadas.
[00448] Para auxiliar na decomposição de materiais de biomassa tratados que incluem celulose, uma ou mais enzimas, por exemplo, uma enzima celulolítica, pode ser utilizada. Em algumas modalidades, materiais que incluem celulose são primeiro tratados com a enzima, por exemplo, mediante combinação dos materiais e da enzima em uma solução aquosa. Esse material pode, então, ser combinado com o micro-organismo. Em outras modalidades, os materiais que incluem a celulose, a uma ou mais enzimas e o micro-organismo são combinados concorrentemente, por exemplo, mediante combinação em uma solução aquosa.
[00449] Também, para auxiliar na decomposição de materiais de biomassa tratados, os materiais de biomassa tratados podem ser adicionalmente tratados (por exemplo, pós-irradiação) com calor, um produto químico (por exemplo, ácido mineral, base ou um oxidante forte, tal como hipoclorito de sódio) e/ou uma enzima.
[00450] Durante fermentação, açúcares liberados de hidrólise celu- lolítica ou sacarificação, são fermentados, por exemplo, em etanol, por um micro-organismo de fermentação, tal como levedo. Microorganismos de fermentação adequados têm a capacidade de converter carboidratos, tais como glicose, xilose, arabinose, manose, galac tose, oligossacarídeos ou polissacarídeos, em produtos da fermentação. Micro-organismos de fermentação incluem cepas do gênero Sac- chromyces spp. por exemplo, Sacchromyces cerevisiae (levedo de padaria), Saccharomyces distaticus e Saccharomyces uvarum; do gênero Kluyveromyces, por exemplo, espécies Kluyveromyces marxianus e Kluyveromyces fragilis; do gênero Candida, por exemplo, Candida pseudotropicalis e Candida brassicae; do gênero Clavispora, por exemplo, espécies Clavispora lusitaniae e Clavispora opuntiae; do gênero Pachysolen, por exemplo, espécies Pachysolen tannophilus; do gênero Bretannomyces, por exemplo, espécies Bretannomyces clau- senii; do gênero Pichia, por exemplo, espécies Pichia stipitis; e do gênero Saccharophagus, por exemplo, espécies Saccharophagus degra- dans (Philippidis, 1996, "Cellulose Bioconversion Technology", em Handbook on Bioetanol: Production and Utilization, Wyman, ed., Taylor & Francis, Washington, DC, 179-212).
[00451] Levedos comercialmente disponíveis incluem, por exemplo, Red Star®/Lesaffre Ethanol Red (disponível da Red Star/Lesaffre, EUA); FALI® (disponível da Fleischmann's Yeast, uma divisão da Burns Philip Food Inc., EUA); SUPERSTART® (disponível da Alltech, agora Lallemand); GERT STRAND® (disponível da Gert Strand AB, Suécia); e FERMOL® (disponível da DSM Specialties).
[00452] Bactérias que podem fermentar biomassa em etanol e outros produtos incluem, por exemplo, Zymomonas mobilis e Clostridium thermocellum (Philippidis, 1996, supra). Leschine et al. (International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2002, 52, 11551160) descrevem uma bactéria anaeróbica, mesofílica, celulolítica de solo da floresta, Clostridium phytofermentans sp. nov., a qual converte celulose em etanol.
[00453] Fermentação de biomassa em etanol e outros produtos pode ser realizada usando determinados tipos de micro-organismos ter- mofílicos ou geneticamente manipulados, tais como espécies Thermo- anaerobacter, incluindo T. mathranii e espécies de levedo, tais como espécies Pichia. Um exemplo de uma cepa de T. mathranii é A3M4 descrita em Sonne-Hansen et al. (Applied Microbiology and Biotechnology 1993, 38, 537-541) ou Ahring et al. (Arch. Microbiol. 1997, 168, 114-119).
[00454] Levedo e bactérias Zymomonas podem ser usados para fermentação ou conversão. O pH ótimo para levedo é um pH de cerca de 4 a 5, enquanto que o pH ótimo para Zymomonas é um pH de cerca de 5 a 6. Tempos típicos de fermentação são cerca de 24 a 96 horas, com temperaturas na faixa de 26°C a 40°C, cont udo microorganismos termofílicos preferem maiores temperaturas.
[00455] Enzimas que decompõem a biomassa, tal como celulose, para diminuir os materiais contendo carboidrato de baixo peso molecular, tal como glicose, são referidas como enzimas celulolíticas ou celu- lase; esse processo é referido como uma "sacarificação". Essas enzimas podem ser um complexo de enzimas que atuam sinergisticamente para degradar a celulose cristalina. Exemplos de enzimas celulolíticas incluem: endoglucanases, celobiohidrolases e celobiases (β- glucosidases). Por exemplo, substrato celulósico é inicialmente hidroli- sado por endoglucanases em locais aleatórios que produzem intermediários oligoméricos. Esses intermediários são, então, substratos para glucanases de exo-divisão, tal como celobiohidrolase, para produzir celobiose a partir das extremidades do polímero de celulose. A celobi- ose é um dímero de glicose β-1,4-ligado solúvel em água. Finalmente, a celobiase cliva celobiose para proporcionar glicose.
[00456] Uma celulase é capaz de degradar biomassa e pode ser de origem fúngica ou bacteriana. Enzimas adequadas incluem celulases dos gêneros Bacillus, Pseudomonas, Humicola, Fusarium, Thielavia, Acremonium, Chrysosporium e Trichoderma e incluem espécies Humi- cola, Coprinus, Thielavia, Fusarium, Myceliophthora, Acremonium, Cephalosporium, Scytalidium, Penicillium ou Aspergillus (veja, por exemplo, hsEP 458162), especialmente aquelas produzidas por uma cepa selecionada das espécies Humicola insolens (re-classificada como Scytalidium thermophilum; veja, por exemplo, Patente U.S. No. 4.435.307), Coprinus cinereus, Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Meripilus giganteus, Thielavia terrestris, Acremonium sp., Acremonium persicinum, Acremonium acremonium, Acremonium bra- chypenium, Acremonium dichromosporum, Acremonium obclavatum, Acremonium pinkertoniae, Acremonium roseogriseum, Acremonium incoloratum e Acremonium furatum; de preferência das espécies Hu- micola insolens DSM 1800, Fusarium oxysporum DSM 2672, Myceli- ophthora thermophila CBS 117.65, Cephalosporium sp. RYM-202, Acremonium sp. CBS 478.94, Acremonium sp. CBS 265.95, Acremo- nium persicinum CBS 169.65, Acremonium acremonium AHU 9519, Cephalosporium sp. CBS 535.71, Acremonium brachypenium CBS 866.73, Acremonium dichromosporum CBS 683.73, Acremonium ob- clavatum CBS 311,74, Acremonium pinkertoniae CBS 157.70, Acre- monium roseogriseum CBS 134.56, Acremonium incoloratum CBS 146.62 e Acremonium furatum CBS 299.70H. Enzimas celulolíticas também podem ser obtidas de Chrysosporium, de preferência uma cepa de Chrysosporium lucknowense. Adicionalmente, Trichoderma (particularmente Trichoderma viride, Trichoderma reesei e Trichoderma koningii), Bacillus alcalofílicos (veja, por exemplo, Patente U.S. No. 3.844.890 e EP 458162) e Streptomyces (veja, por exemplo, EP 458162) podem ser usadas.
[00457] Enzimas celulolíticas produzidas usando a tecnologia re- combinante também podem ser usadas (veja, por exemplo, documentos WO 2007/071818 e WO 2006/110891).
[00458] As enzimas celulolíticas podem ser produzidas através de fermentação das cepas microbianas mencionadas acima sobre um meio nutriente contendo fontes de carbono e nitrogênio adequadas e sais inorgânicos, usando procedimentos conhecidos no campo (veja, por exemplo, Bennett e LaSure (eds.), More Gene Manipulations in Fungi, Academic Press, CA 1991). Meios adequados estão disponíveis de fornecedores comerciais ou podem ser preparados de acordo com composições publicadas (por exemplo, em catálogos da American Tipo Culture Collection). Faixas de temperatura e outras condições adequadas para crescimento e produção de celulase são conhecidos no campo (veja, por exemplo, Bailey e Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill Book Company, NY, 1986).
[00459] Tratamento de celulose com celulase é usualmente realizado em temperaturas entre 30°C e 65°C. Celulases são ativas sobre uma faixa de pH de cerca de 3 a 7. Uma etapa de sacarificação pode durar, por exemplo, até 120 horas. A dosagem de enzima celulase obtém um nível suficientemente alto de conversão de celulose. Por exemplo, uma dosagem de celulase apropriada está, tipicamente, entre 5,0 e 50 Unidade de Papel Filtro (FPU ou IU) por grama de celulose. A FPU é uma medida padrão e é definida e medida de acordo com Ghose (1987, Pure and Appl. Chem. 59: 257-268).
[00460] Em modalidades particulares, ACCELERASETM 1000 (GENENCOR) é utilizada como o sistema enzimático em um carregamento de 0,25 mL por grama de substrato. O complexo enzimático ACCELLERASE® 1000 é um coquetel de múltiplas enzimas com múltiplas atividades, principalmente exoglucanase, endoglucanase, hemice- lulase e beta-glucosidase. O coquetel tem uma atividade mínima de endoglucanase de 2500 CMC U/g e uma atividade mínima de betaglucosidase de 400 pNPG U/g. O pH do coquetel é de cerca de 4,8 a cerca de 5,2. Em outras modalidades particulares, o sistema enzimáti- co utilizado é uma mistura de CELLUCLAST® 1.5L e Novozyme 188. Por exemplo, 0,5 mL de CELLUCLAST® 1.5L e 0,1 mL de Novozyme 188 podem ser usados para cada grama de substrato. Quando uma maior atividade de hemicelulase (xilanase) é desejada, OPTIMASHTM BG pode ser utilizada.
Gasificação
[00461] Além de usar pirólise para pré-tratamento de estoque de alimentação, pirólise também pode ser usada para processar o estoque de alimentação pré-tratado para extrair materiais úteis. Em particular, uma forma de pirólise conhecida como gasificação pode ser empregada para gerar gases combustíveis junto com vários outros produtos gasosos, líquidos e sólidos. Para realizar a gasificação, o estoque de alimentação pré-tratado é introduzido em uma câmara de pirólise e aquecido para uma alta temperatura, tipicamente 700°C ou mais. A temperatura usada depende de uma série de fatores, incluindo a natureza do estoque de alimentação e os produtos desejados.
[00462] As quantidades de oxigênio (por exemplo, como gás oxigênio puro e/ou como ar) e vapor (por exemplo, vapor superaquecido) são também adicionadas à câmara de pirólise para facilitar a gasifica- ção. Esses compostos reagem com o material do estoque de alimentação contendo carbono em uma reação com múltiplas etapas para gerar uma mistura gasosa denominada gás de síntese (ou "syngas"). Essencialmente, durante a gasificação, uma quantidade limitada de oxigênio é introduzida na câmara de pirólise para permitir que um pouco do material de estoque de alimentação entre em combustão para formar monóxido de carbono e gerar calor de processo. O calor de processo pode, então, ser usado para promover uma segunda reação que converte o material de estoque de alimentação adicional em hidrogênio e monóxido de carbono.
[00463] Em uma primeira etapa de reação global, aquecimento do material de estoque de alimentação produz uma carbonização que po- de incluir uma ampla variedade de diferentes espécies baseadas em hidrocarboneto. Determinados materiais voláteis podem ser produzidos (por exemplo, determinados materiais gasosos de hidrocarbone- to), resultando em uma redução do peso global do material do estoque de alimentação. Então, em uma segunda etapa da reação, um pouco do material volátil que é produzido na primeira etapa reage com o oxigênio em uma reação de combustão para produzir monóxido de carbono e dióxido de carbono. A reação de combustão libera calor, o que promove a terceira etapa da reação. Na terceira etapa, dióxido de carbono e vapor (por exemplo, água) reagem com a carbonização gerada na primeira etapa para formar monóxido de carbono e gás hidrogênio. Monóxido de carbono também pode reagir com vapor, em uma reação de desvio de água/gás, para formar dióxido de carbono e mais gás hidrogênio.
[00464] Gasificação pode ser usada como um processo primário para gerar produtos diretamente a partir do estoque de alimentação pré-tratado para subsequente transporte e/ou venda, por exemplo. Alternativamente ou além disso, gasificação pode ser usada como um processo auxiliar para a geração de combustível para um sistema de processamento global. O syngas rico em hidrogênio que é gerado via o processo de gasificação pode ser queimado, por exemplo, para gerar eletricidade e/ou calor de processo que pode ser dirigido para uso em outros locais no sistema de processamento. Como um resultado, o sistema de processamento global pode ser pelo menos parcialmente auto-suficiente. Uma série de outros produtos, incluindo óleos de piró- lise e substâncias gasosas baseadas em hidrocarboneto, também po-dem ser obtidos durante e/ou após gasificação; esses podem ser separados e armazenados ou transportados, conforme desejado.
[00465] Uma variedade de diferentes câmaras de pirólise são adequadas para gasificação do estoque de alimentação pré-tratado, inclu- indo as câmaras de pirólise divulgadas aqui. Em particular, sistemas de reator de leito fluidizado, nos quais o estoque de alimentação pré- tratado é fluidizado em vapor e oxigênio/ar, proporcionam uma recuperação relativamente alta e direta de produtos. A carbonização sólida que permanece após gasificação em um sistema de leito fluidizado (ou em outras câmaras de pirólise) pode ser queimada para gerar calor adicional para o processo a fim de promover subsequentes reações de gasificação.
PROCESSAMENTO DE BIOMASSA TRATADA Destilação
[00466] Após fermentação, os fluidos resultantes podem ser destilados usando, por exemplo, uma "coluna de levedura" para separar o etanol e outros álcoois da maioria da água e sólidos residuais. O vapor que sai da coluna de levedura pode ser 35% em peso de etanol e alimentado a uma coluna de retificação. Uma mistura de etanol (92,5%) e água quase azeotrópica da coluna de retificação pode ser purificada ao etanol (99,5%) puro usando peneiras moleculares de fase vapor. As partes inferiores da coluna de levedura pode ser enviada ao primeiro estágio de um evaporador de três estágios. O condensador de refluxo da coluna de retificação pode fornecer calor para esse primeiro estágio. Após o primeiro estágio, sólidos podem ser separados usando uma centrífuga e secos em um secador giratório. Uma porção (25%) do efluente da centrífuga pode ser reciclada para fermentação e o resto enviado para os segundo e terceiros estágios do evaporador. A maioria do condensado do evaporador pode ser retornada para o processo como um condensado razoavelmente limpo, com uma pequena porção da água tratada desviada para impedir o desenvolvimento de compostos de baixo ponto de ebulição.
Tratamento de água residual
[00467] Tratamento de águas residuais é usado para minimizar os requisitos de composição da água da fábrica mediante tratamento da água de processo para reutilização dentro da fábrica. Tratamento de águas residuais também pode produzir combustível (por exemplo, sedimento e biogás) que pode ser usado para aprimorar a eficiência global do processo de produção de etanol. Por exemplo, conforme descrito em maiores detalhes abaixo, sedimento e biogás podem ser usados para criar vapor e eletricidade que podem ser usados em vários processos na fábrica.
[00468] Água residual é inicialmente bombeada através de uma peneira (por exemplo, uma peneira de barra) para remover as partículas grandes, as quais são coletadas em um depósito alimentador. Em algumas modalidades, as partículas grandes são enviadas para um aterro. Adicional ou alternativamente, as partículas grandes são queimadas para criar vapor e/ou eletricidade, conforme descrito em maiores detalhes abaixo. Em geral, o espaçamento sobre a peneira de barra está entre 1/4 polegada a uma polegada de espaçamento (por exemplo, 1/2 polegada de espaçamento).
[00469] A água residual, então, flui para um tanque de equalização, onde a concentração de orgânicos da água residual é equilibrada durante um tempo de retenção. Em geral, o tempo de retenção está entre 8 horas e 36 horas (por exemplo, 24 horas). Um misturador é disposto dentro do tanque para agitar os conteúdos do tanque. Em algumas modalidades, uma pluralidade de misturadores dispostos por todo o tanque são usados para agitar os conteúdos do tanque. Em determinadas modalidades, o misturador mistura substancialmente os conteúdos do tanque de equilíbrio, de modo que as condições (por exemplo, concentração e temperatura da água residual) por todo o tanque sejam uniformes.
[00470] Uma primeira bomba move a água do tanque de equaliza- ção através de um permutador de calor de líquido-para-líquido. O per- mutador de calor é controlado (por exemplo, mediante controle da taxa de fluxo de fluido através do permutador de calor) de modo que a água residual que sai do permutador de calor esteja em uma temperatura desejada para tratamento anaeróbico. Por exemplo, a temperatura desejada para tratamento anaeróbico pode estar entre 40°C a 60°C.
[00471] Após sair do permutador de calor, a água residual entra um ou mais reatores anaeróbicos. Em algumas modalidades, a concentração de sedimento em cada reator anaeróbico é a mesma que a concentração global de sedimento na água residual. Em outras modalidades, o reator anaeróbico tem uma maior concentração de sedimento do que a concentração global de sedimento na água residual.
[00472] Uma solução de nutriente contendo nitrogênio e fósforo é medida em cada reator anaeróbico contendo água residual. A solução de nutriente reage com o sedimento no reator anaeróbico para produzir biogás, o qual pode conter 50% de metano e tem um valor de aquecimento de aproximadamente 12.000 unidades térmicas Britânicas (British Thermal Units) ou Btu por libra. O biogás sai de cada reator anaeróbico através de uma ventilação e flui para um manifold, onde uma pluralidade de correntes de biogás são combinadas em uma única corrente. Um compressor move a corrente de biogás para uma caldeira ou um motor de combustão, conforme descrito em maiores detalhes abaixo. Em algumas modalidades, o compressor também move a única corrente de biogás através de um catalisador de dessulfurização. Adicional ou alternativamente, o compressor pode mover a única corrente de biogás através de um sifão de sedimento.
[00473] Uma segunda bomba move o efluente anaeróbico dos reatores anaeróbicos para um ou mais reatores aeróbicos (por exemplo, reatores de sedimento ativados). Um aerador é disposto dentro de ca- da reator aeróbico para misturar o efluente anaeróbico, sedimento, oxigênio (por exemplo, oxigênio contido no ar). Dentro de cada reator aeróbico, oxidação de material celular no efluente anaeróbico produz dióxido de carbono, água e amônia.
[00474] O efluente aeróbico se move (por exemplo, via gravidade) para um separador, onde o sedimento é separado da água tratada. Um pouco do sedimento é retornado para o um ou mais reatores aeró- bicos para criar uma concentração elevada de sedimento nos reatores aeróbicos, desse modo, facilitando a decomposição aeróbica de material celular na água residual. Um transportador remove o sedimento em excesso do separador. Conforme descrito em maiores detalhes abaixo, o sedimento em excesso é usado como combustível para criar vapor e/ou eletricidade.
[00475] A água tratada é bombeada do separador para um tanque de assentamento. Sólidos dispersos por toda a água tratada assentam para o fundo do tanque de assentamento e são subsequentemente removidos. Após um período de assentamento, a água tratada é bombeada do tanque de assentamento através de um filtro fino para remover quaisquer sólidos residuais que permanecem na água. Em algumas modalidades, cloro é adicionado à água tratada para matar bc patogênicas. Em algumas modalidades, uma ou mais técnicas de separação física-química são usadas para purificar adicionalmente a água tratada. Por exemplo, água tratada pode ser bombeada através de um reator de adsorção de carbono. Como outro exemplo, água tratada pode ser bombeada através de um reator de osmose reversa.
Combustão de resíduos
[00476] A produção de álcool a partir de biomassa pode resultar na produção de várias correntes de subproduto úteis para a geração de vapor e eletricidade a serem usados em outras partes da fábrica. Por exemplo, vapor gerado a partir de queima de correntes de subproduto pode ser usado no processo de destilação. Como outro exemplo, eletricidade gerada a partir de queima de correntes de subproduto pode ser usada para acionar geradores de feixe de elétrons e transdutores ultra-sônicos usados em pré-tratamento.
[00477] Os subprodutos usados para gerar vapor e eletricidade são derivados de uma série de fontes por todo o processo. Por exemplo, digestão aeróbica de água residual produz um biogás com alto teor de metano e uma pequena quantidade de biomassa residual (sedimento). Como outro exemplo, pós-destilado sólidos (por exemplo, lignina, celulose e hemicelulose não convertidas restantes dos processos primário e de pré-tratamento) podem ser usados como um combustível.
[00478] O biogás é desviado para um motor a combustão conectado a um gerador elétrico para produzir eletricidade. Por exemplo, o bi- ogás pode ser usado como uma fonte de combustível para um motor a gás natural de ignição a centelha. Como outro exemplo, o biogás pode ser usado como uma fonte de combustível para um motor a gás natural de injeção direta. Como outro exemplo, o biogás pode ser usado como uma fonte de combustível para uma turbina de combustão. Adicional ou alternativamente, o motor a combustão pode ser configurado em uma configuração de co-geração. Por exemplo, calor residual de motores a combustão pode ser usado a fim de proporcionar água quente ou vapor para toda a fábrica.
[00479] O sedimento e sólidos pós-destilado podem ser queimados para aquecer um fluxo de água através de um permutador de calor. Em algumas modalidades, o fluxo de água através do permutador de calor é evaporado e superaquecido em vapor. Em determinadas modalidades, o vapor é usado no reator de pré-tratamento e em permuta de calor em processos de destilação e evaporação. Adicional ou alternativamente, o vapor expande a potência de uma turbina a vapor de múltiplos estágios conectada a um gerador elétrico. O vapor que sai da turbina a vapor é condensado com a água de refrigeração e retornada para o permutador de calor para reaquecimento em vapor. Em algumas modalidades, a taxa de fluxo de água através do permutador de calor é controlada para obter uma produção alvo de eletricidade pela turbina a vapor conectada a um gerador elétrico. Por exemplo, água pode ser adicionada ao per- mutador de calor para assegurar que a turbina a vapor está operando acima de uma condição limiar (por exemplo, a turbina está girando rápido o bastante para acionar o gerador elétrico).
[00480] Embora determinadas modalidades têm sido descritas, outras modalidades são possíveis.
[00481] Como um exemplo, embora o biogás seja descrito como sendo desviado para um motor de combustão conectado a um gerador elétrico, em determinadas modalidades, o biogás ou alguma porção do mesmo também podem ser passada através de um reformador de combustível para produzir hidrogênio. O hidrogênio é, então, convertido em eletricidade por uma célula de combustível.
[00482] Como outro exemplo, embora o biogás seja descrito como sendo queimado separadamente do sedimento e sólidos pós- destilado, em determinadas modalidades, alguns ou todos os subprodutos residuais podem ser queimados juntos para produzir vapor.
PRODUTOS/CO-PRODUTOS
[00483] Em algumas modalidades, a presente invenção fornece materiais gerados usando os métodos descritos aqui. Em alguns casos, tais materiais podem ser usados na ausência de materiais adicionados à biomassa pré- ou pós-processamento, por exemplo, materiais que não estão naturalmente presentes na biomassa. Em tais casos, os materiais conterão materiais que ocorrem naturalmente, por exemplo, derivados de biomassa. Alternativamente ou além disso, os materiais gerados usando os métodos descritos aqui podem ser combinados com outros materiais naturais e/ou sintéticos, por exemplo, materiais que não estão naturalmente presentes na biomassa.
[00484] Em algumas modalidades, os materiais descritos aqui podem ser usados como materiais absorventes, por exemplo, para uso como uma cama para animal, por exemplo, para animais grandes e pequenos e como forragem para animais. Métodos para a produção de camas para animais são bem conhecidos no campo (veja por exemplo, Patente U.S. 5.352.780).
[00485] Em algumas modalidades, a cama absorvente para animal incluirá, adicionalmente, um material aromático ou de fragrância e/ou um material para eliminação de odor, conforme conhecido no campo.
[00486] Em algumas modalidades, os materiais descritos aqui podem ser usados para absorver derramamentos de produtos químicos, por exemplo, mediante aplicação dos materiais a um derramamento.
[00487] Em algumas modalidades, os materiais descritos aqui podem ser usados em combinação com um filtro, por exemplo, um filtro médico ou um filtro não médico.
[00488] Os materiais descritos aqui proporcionarão materiais absorventes úteis em virtude da alta área de superfície, da alta capacidade de absorção, das altas propriedades de intumescimento e da alta porosidade dos materiais descritos aqui.
Controle de Poluição
[00489] Em algumas modalidades, os materiais absorventes descritos aqui podem ser usados para o controle de poluição. Quando usados para tais aplicações, os materiais absorventes podem ser usados na forma de um sólido, líquido ou gás. Por exemplo, os materiais descritos aqui podem ser usados para absorver óleo e/ou para limpeza de poluição ambiental, por exemplo, na água, no ar e/ou na terra. Os materiais descritos aqui também podem ser usados para tratamento de água residual (por exemplo, tratamento de esgoto e resíduos industriais) e para purificação de água.
[00490] Em algumas modalidades, os materiais absorventes descritos aqui podem ser usados em combinação com agentes biológicos (micro-organismos, fungos, plantas verdes ou suas enzimas) ou produtos químicos para facilitar a remoção, inativação ou neutralização do poluente do ambiente, por exemplo, usando bio-remediação.
[00491] Em algumas modalidades, os materiais absorventes descritos aqui podem degradar (por exemplo, biodegradar). Tal processo pode ser controlado para obter uma taxa de degradação desejada. Em algumas modalidades, os materiais absorventes descritos aqui podem ser resistentes à degradação.
[00492] Em alguns casos, esses materiais absorventes podem estar associados a uma estrutura ou veículo, tal como rede, uma membrana, um dispositivo de flutuação, um saco, um envoltório, um filtro, um alojamento ou uma substância biodegradável. Opcionalmente, a estrutura ou veículo em si pode ser feito dos materiais descritos aqui.
Purificação de Ar
[00493] Em algumas modalidades, biomassa processada usando os métodos descritos aqui pode trazer uma carga (por exemplo, uma carga positiva ou uma carga negativa) ou podem ser neutros. Em algumas modalidades, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados para a remoção de con- taminantes (por exemplo, micro-organismos, esporos, esporos suaves, poeira, pólen, alérgenos, partículas de fumaça e fezes de ácaro de poeira) do ar. Em algumas modalidades, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados para capturar contaminantes. Alternativamente ou além disso, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados para eliminar contaminantes. Por exemplo, em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para aumentar o valor catiônico de um material. Em geral, compostos catiônicos têm atividade antimicrobiana. Em alguns casos, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser combinados com fenólicos, produtos farmacêuticos e/ou toxinas (por exemplo, listadas aqui) para a eliminação de microorganismos e/ou esporos.
[00494] Em algumas modalidades, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados em conjunto com um dispositivo, tal como um dispositivo de purificação de ar. Por exemplo, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser mobilizados sobre uma superfície dentro de um dispositivo de purificação de ar, por exemplo, um filtro (por exemplo, um filtro fibroso e/ou um filtro fibroso na forma de esteira). Alternativamente ou além disso, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem estar presentes na forma de um gás e/ou vapor dentro de um dispositivo de purificação de ar. Alternativamente ou além disso, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados em um sistema de manipulação do ar (por exemplo, uma unidade de condicionamento de ar), por exemplo, dentro de um ambiente fechado, tal como dentro de um veículo (por exemplo, um carro, ônibus, aeroplano e trem de passageiros), uma sala, um escritório ou um edifício. Por exemplo, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados mobilizados sobre uma superfície dentro de um sistema de manipulação de ar, por exemplo, um filtro. Alternativamente ou além disso, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem estar presentes na forma de um gás e/ou vapor dentro de um sistema de manipulação de ar. Alternativamente ou além disso, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados mais localmente. Em tais casos, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem estar contidos e ser dis-tribuídos de um recipiente, por exemplo, uma lata pressurizada ou uma lata não pressurizada com uma bomba. Alternativamente ou além disso, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados em um sistema de liberação lenta, por exemplo, onde materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) são liberados no ar durante um período de tempo. Tais sistemas de liberação lenta são conhecidos no campo e estão comercialmente disponíveis. Em algumas modalidades, tais sistemas de liberação lenta podem usar calor (por exemplo, gerado usando eletricidade) para promover a liberação dos materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados).
[00495] Em algumas modalidades, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados em conjunto com um filtro de ar.
[00496] Em algumas modalidades, materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) podem ser usados em um dispositivo criado para filtrar o ar inalado e/ou exalado por um ser humano (por exemplo, máscaras, um capacete de filtração e/ou trajes de filtração). Em algumas modalidades, tais dispositivos podem ser usados para reduzir a inalação de um ou mais poluentes potenciais por um ser humano. Alternativamente ou além disso, tais dispositivos podem ser usados para reduzir a exalação de um ou mais poluentes potenciais por um ser humano.
[00497] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para gerar materiais úteis como aromáticos. Tais aromáticos podem ser combinados com qualquer um dos produtos e co-produtos descritos aqui. Alternativamente ou além disso, esses aromáticos podem ser usados para alterar o aroma ou fragrância de um material (por exemplo, um sólido ou líquido) e/ou ar. Em tais casos, aromáticos podem ser usados em combinação, por exemplo, com velas, perfumes, detergentes, sabonetes, géis, sprays e aromatizantes de ar. aromáticos exemplificativos que podem ser obtidos a partir de biomassa incluem, por exemplo, lignina e bio-aromáticos.
Conservação de Alimentos
[00498] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para gerar materiais úteis para a conservação de alimentos ou que podem ser usados em conservação de alimentos. Em tais casos, materiais adequados podem estar na forma de um gás, um vapor, um líquido e/ou um sólido. Em algumas modalidades, materiais (por exemplo, materiais carregados) pode ser usados para capturar conta- minantes. Alternativamente ou além disso, materiais (por exemplo, materiais carregados) pode ser usados para eliminar contaminantes. Em alguns casos, materiais (por exemplo, materiais carregados) podem ser combinados com fenólicos e/ou toxinas para a eliminação de microorganismos e/ou esporos. Por exemplo, materiais (por exemplo, materiais carregados) podem ser usados para a remoção de contaminantes (por exemplo, micro-organismos, esporos e esporos suaves) de uma área que envolve os artigos alimentícios prevenir, limitar ou reduzir a deterioração de artigos alimentícios. Por exemplo, materiais (por exemplo, materiais carregados) podem estar presentes dentro de um recipiente que transporta os artigos alimentícios. Alternativamente ou além disso, materiais (por exemplo, materiais carregados) podem estar presentes em um recipiente (por exemplo, uma embalagem ou saco) destinado ao armazenamento de um artigo alimentício. Tais artigos podem ser vendidos com os materiais (por exemplo, materiais carregados) podem já estar presentes ou materiais (por exemplo, materiais carregados) podem ser adicionados quando de adição de um artigo alimentício ao recipiente. Alternativamente ou além disso, materiais (por exemplo, materiais carregados) podem estar presentes dentro de uma área de armazenamento fria, tal como um refrigerador e/ou um freezer.
Herbicidas e Pesticidas
[00499] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para gerar toxinas (por exemplo, toxinas naturais) incluindo, mas não limitado a, herbicidas e pesticidas. Tais materiais incluem, por exemplo, lectinas, glicoalcalóides, patulina, toxinas de alga, veneno de molusco paralítico (PSP), venenos de molusco amnésicos (ASP), veneno de molusco diarreico (DSP), Vitamina A e micotoxinas.
Fertilizante
[00500] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para gerar materiais que podem ser usados como fertilizante. Biomassa é rica em nutrientes e é atualmente usada como fertilizante, contudo, o material nativo tem baixa solubilidade e é útil como um fertilizante apenas uma vez parcial ou totalmente decomposto, ambos os quais podem levar quantidades substanciais de tempo, requerem alguma prática e requerem o fornecimento de espaço para armazenamento enquanto a decomposição ocorre. Isso, em geral, limita o uso de biomassa como fertilizante.
[00501] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para modificar biomassa em materiais, por exemplo, com solubilidade modificada (por exemplo, aumentada) que podem ser usados como fertilizantes. Tais materiais podem ser distribuídos sobre uma área que precisa de fertilização e serão solubilizados quando de contato com uma solução (por exemplo, água e água da chuva). Essa solubilização tornará os nutrientes nos materiais mais acessíveis à área que precisa de fertilização.
[00502] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para modificar a biomassa em materiais para uso como fertilizantes. Tais materiais podem ser combinados (por exemplo, misturados) com sementes, nitratos, nitritos, nitrogênio, fósforo, potás- sio, cálcio, cal, vitaminas, minerais, pesticidas e quaisquer combinações dos mesmos. Alternativamente ou além disso, tais materiais podem ser combinados com um ou mais micro-organismos capazes de degradar os materiais e/ou uma ou mais enzimas capazes de decompor os materiais. Esses componentes podem ser fornecidos juntos ou separadamente em formas líquidas ou secas. Em alguns casos, esses materiais podem estar associados a uma estrutura ou veículo, tal como uma rede, uma membrana, um dispositivo de flutuação, um saco, um envoltório ou uma substância biodegradável. Opcionalmente, a estrutura ou veículo em si pode ser feito dos materiais descritos aqui. Em algumas modalidades, esses materiais e combinações desses materiais podem ser misturados em um vaso (por exemplo, um saco ou recipiente sólido), por exemplo, para promover a decomposição. Tais misturas podem ser fornecidas para uso em um vaso (por exemplo, um saco ou recipiente sólido).
[00503] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para gerar materiais que podem ser combinados com sementes de planta. Por exemplo, materiais gerados usando um método descrito aqui podem ser revestidos sobre a superfície de sementes, por exemplo, para proteger as sementes de deterioração, proteger as sementes de micro-organismos e/ou fertilizar as sementes.
Aplicações Químicas e Biológicas
[00504] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para gerar materiais adequados para uso como ácidos, bases e/ou tampões. Tais materiais podem ser usados, por exemplo, para alterar e/ou tamponar o pH de um material (por exemplo, um sólido ou líquido) que precisa de tal tratamento. Tais materiais incluem sólidos e líquidos não adequados para consumo e/ou sólidos e líquidos destinados a consumo (por exemplo, produtos alimentícios, tal como carnes, bebidas e produtos lácteos).
[00505] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para gerar materiais adequados para uso na manutenção ou promoção de crescimento de micro-organismos (por exemplo, bactérias, levedos, fungos, protistas, por exemplo, uma alga, protozoário ou protista semelhante a fungo, por exemplo, um mofo de lama) e/ou plantas e árvores.
Lignina
[00506] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui também podem ser usados para gerar lignina, por exemplo, resíduo de lignina.
[00507] A lignina é um polímero fenólico que está, tipicamente, associado à celulose em biomassa, por exemplo, plantas. Em alguns casos, os métodos descritos aqui irão gerar lignina que pode ser obtida (por exemplo, isolada ou purificada) do estoque de alimentação de biomassa descrito aqui. Em algumas modalidades, a lignina obtida de qualquer um dos processos descritos aqui pode ser, por exemplo, usado como um plastificante, um antioxidante, em um composto (por exemplo, um composto de resina de fibra), como um enchedor, como um material de reforço e em qualquer uma das composições farmacêuticas descritas aqui.
[00508] Além disso, conforme descrito acima, resíduos contendo lignina do processo primário e de pré-tratamento têm valor como um combustível de alta/média energia e podem ser usados para gerar potência e vapor para uso em processos na fábrica. Contudo, tais resíduos de lignina são um novo tipo de combustível sólido e pode haver pouca demanda para os mesmos fora dos limites de uma fábrica e os custos de secagem dos mesmos para transporte podem diminuir seu valor potencial. Em alguns casos, gasificação dos resíduos de lignina pode ser usada para converte-la em um produto de maior valor com menor custo.
[00509] Em algumas modalidades, lignina pode ser combinada com um ou mais dos produtos e co-produtos descritos aqui. Por exemplo, lignina pode ser combinada com um ou mais herbicidas e/ou pestici- das, por exemplo, para gerar um sistema de liberação lenta, por exemplo, onde um ou mais herbicidas e/ou pesticidas são liberados durante um período de tempo. Tais sistemas de liberação lenta podem ser combinados com os fertilizantes descritos aqui. Alternativamente ou além disso, lignina pode ser combinada com materiais carregados (por exemplo, positiva ou negativamente carregados) para gerar um sistema de purificação de ar de liberação lenta. Em algumas modali- dades, lignina pode ser usada, por exemplo, isoladamente ou em combinação com um ou mais dos produtos e co-produtos descritos aqui, como um composto, por exemplo, para uso como um aditivo plástico e/ou uma resina.
[00510] Um exemplo da estrutura de uma lignina é mostrado abaixo.
Figure img0003
Outros Produtos
[00511] Matéria celular, furfural e ácido acético foram identificados como co-produtos potenciais de unidades de processamento de biomassa em combustível. Matéria celular intersticial pode ser valiosa, mas pode requerer purificação significativa. Os mercados para furfural e ácido acético são aquecidos.
Produtos de bioconversão
[00512] Conforme descrito acima, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar biomassa para obter/produzir, por exemplo, gêneros alimentícios (por exemplo, gêneros alimentícios para animais (incluindo aquáticos), seres humanos e/ou microbianos), proteínas, gorduras e óleos, carboidratos e açúcares, vitaminas, minerais, cinzas, produtos farmacêuticos, nutracêuticos e nutricêuticos, formas de dosagem farmacêuticas, hidrogéis, materiais absorventes, materiais para purificação de ar, conservantes alimentícios, herbicidas e pesticidas, fertilizantes, ácidos, bases e tampões e lignina. Conforme mostrado na Figura 43A, em geral, esses métodos envolvem processamento de biomassa, por exemplo, alteração (por exemplo, diminuição) do nível de recalcitrância da biomassa, para obter produtos, por exemplo, derivados diretamente da biomassa e/ou para produzir produtos compreendendo esses materiais.
[00513] Alternativamente ou além disso, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato para processos adicionais, por exemplo, para gerar materiais e produtos presentes (por exemplo, substancialmente presentes) ou abundantes no primeiro material. Em algumas modalidades, os processos adicionais podem incluir uma etapa de bioconversão, conforme mostrado na Figura 43B. Em algumas modalidades, a etapa de bioconversão pode incluir o uso de micro-organismos. Exemplos de métodos incluindo uma etapa de bioconver- são são descritos acima, por exemplo, no uso d os métodos descritos aqui para produzir produtos energéticos (por exemplo, etanol), álcoois e/ou ácidos orgânicos, todos os quais não estão necessariamente presentes (por exemplo, não substancialmente presentes) ou abundantes em biomassa natural não processada. Outros exemplos de tais métodos são descritos abaixo.
Produtos Comestíveis
[00514] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser realizados em combinação com uma etapa de bioconversão (por exemplo, veja Figura 43B) para produzir um produto comestível (por exemplo, um produto ingerível, tal como um produto alimentício, por exemplo, um amido e/ou proteína comestível) para uso com animais ou seres humanos. Uma vantagem de tais métodos com relação a métodos convencionais de produção de alimentos agrícolas é que os métodos descritos aqui não requerem grandes áreas de terra e podem ser realizados em ambientes que não favorecem métodos convencionais de produção de alimento.
[00515] Má nutrição, particularmente má nutrição por calorias pro- téicas, é um problema crescente em todo o mundo, especialmente no mundo em desenvolvimento. Calorias e proteínas insuficientes contribuem para doença infecciosa aumentada, crescimento físico atrofiado e desenvolvimento cerebral e mental retardado. Esses problemas de má nutrição são causados pelo aumento das populações globais associado a suprimentos inadequados de alimento em países em desenvolvimento e defasagem dos métodos de produção de alimentos. Sem alterar o crescimento populacional, os suprimentos e métodos de produção de alimentos, má nutrição também se tornará um problema grave dentro dos países desenvolvidos. Uma solução para esses proble- mas é aumentar o suprimento de alimentos. Isso será difícil sob a prática agrícola convencional, contudo, em virtude da disponibilidade limitada de terra para agricultura e alteração do clima global bem documentada. Além disso, práticas agrícolas convencionais não são favoráveis em determinados ambientes, por exemplo, ambientes que apresentam calor ou frio excessivo, oxigênio limitado e/ou luz do sol limitada. Uma solução alternativa é modificar o uso dos materiais atualmente disponíveis (por exemplo, biomassa) para criar suprimentos alimentícios alternativos, por exemplo, para aumentar o valor nutricional ou capacidade de uso de materiais já disponíveis.
[00516] O uso de proteínas microbianas como um alimento para consumo por animais e seres humanos é conhecido no campo e é monitorado pela The Food and Agricultura Organization of the United Nations (FAO). A FAO, em colaboração com a Organização Mundial de Saúde (OMS) publicou diversos relatórios publicamente disponíveis esboçando diretrizes e as normas requeridas para alimentos derivados biotecnologicamente (veja, por exemplo, Joint FAO/WHO Expert Consultation on Foods Derived from Biotechnology, 1996; Steve Taylor, Joint FAO/WHO Expert Consultation on Foods Derived from Biotechnology, 2001 (Biotech 01/03); David Ow, Joint FAO/WHO Expert Consultation on Foods Derived from Biotechnology, 2000 (Biotech 00/14)). Essas diretrizes esboçam os problemas de segurança a serem considerados quando de uso de micro-organismos para produzir alimentos, tipos de organismos que são adequados para tal aplicação e os requisitos das proteínas produzidas (veja, por exemplo, Commission of Genetic Resources for Food and Agricultura, 11a Sessão, Roma, 11-15 de Junho de 2007, referência de publicação CGRFA- 11/07/Circ.3).
[00517] O uso de micróbios e proteínas microbianas como uma fonte de alimento é sustentado por seu uso a longo prazo conhecido co mo alimentos. Por exemplo, a planta da Indonésia Tempeh é combinada com o fungo (por exemplo, mofo) Rhizopus oligosporus e consumida. Algas são usadas como uma fonte de alimento por populações ribeirinhas de Lake Chad e Lake Texcoco no México e vários milhares de toneladas de espirulina são agora produzidas como uma fonte de alimento rica em proteína no México. Na metade da década de 1960, um quarto de um milhão de toneladas de levedo alimentício estava sendo produzido e a União Soviética planejou uma produção anual de 900.000 toneladas de levedo alimentício em 1970 para compensar déficits de proteína agrícola (Bunker, "New Food", 2° Int. Congr. Food Sci. and Technol., Warsaw. página 48 (1966)). Em virtude de aprimoramentos acentuados na produção de safras, comunicação aumentada entre os países com recursos alimentícios e o custo aumentado do óleo, a produção de proteína microbiana não se desenvolveu conforme previsto. Todavia, a proteína derivada do fungo Fusarium venenatum é atualmente aprovada para consumo na Europa e é vendido nos E.U. sob a marca comercial Quorn® (para uma revisão veja Wiebe, Mycologist, 18: 17-20, 2004).
[00518] O uso de proteínas microbianas como uma fonte de alimento para animais e seres humanos é ainda sustentado pela observação de que a composição química e os níveis de proteína microbiana de bactérias, fungos (por exemplo, levedo e mofo) e algas é comparável com aquela da farinha de soja. Além disso, a composição de aminoá- cido e digestibilidade (incluindo energia total (kcal/kg), baseado em dados coletados em porcos) de proteínas microbianas de levedo, bactérias, fungos e algas é também reportada como sendo comparável à farinha de soja (veja, por exemplo, Young et al., Patente U.S. No. 4.938.972).
[00519] Em algumas modalidades, os produtos alimentícios descritos abaixo podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura. Proteínas
[00520] Métodos para obtenção de proteínas microbianas usando materiais celulósicos são descritos no campo (veja, por exemplo, Ra- masamy et al., J. Appl. Biotechnol., 46: 117-124, 1979, Young et al., Biotechnol Lett., 14: 863-868, 1992, Anupama e Ravindra, Brazilian Archives of Biology and Biotechnol., 44: 79-88, 2001, Patentes U.S. Nos. 3.627.095, 4.379.844, 4.447.530, 4.401.680, 4.526.721, 5.047.332 e 4.938.972).
[00521] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser realizados em combinação com uma etapa de bioconversão (por exemplo, veja Figura 43B) para produzir proteínas. Em algumas modalidades, o segundo material é usado como um substrato para micro-organismos, os quais convertem a matéria orgânica presente no segundo material em proteínas, por exemplo, proteínas microbianas (por exemplo, quando combinados com uma fonte de nitrogênio). Em algumas modalidades, as proteínas podem ser usadas como ou em produtos ingeríveis (por exemplo, alimentos) para consumo por animais e/ou seres humanos.
[00522] O termo proteínas microbianas inclui proteínas de uma única célula (SCP), um termo cunhado na década de 1960 para abranger biomassa microbiana produzida através de fermentação, na qual as células microbianas são, em geral, isoladas do substrato e produtos de biomassa microbiana (MBP), um material no qual o substrato não é purificado da SCP.
[00523] Proteínas microbianas exemplificativas podem ser obtidas de células de bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e ou algas. Quando cultivadas corretamente, essas células podem conter mais de 40% de proteína, em uma base em peso seco. Uma vantagem do uso de proteínas microbianas como uma fonte alimentícia potencial é que a proteína microbiana é um recurso prontamente renovável e facilmente obtenível. Por exemplo, 1000 kg de levedo podem produzir 12000 kg de novas células contendo 6000 kg de proteína em 24 horas.
[00524] Em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser produzidas usando os métodos descritos aqui para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa) em um segundo material (por exemplo, a substrato) que é fornecido a um ou mais de uma bactéria, fungo (por exemplo, levedos e mofo) e/ou algas, por exemplo, na presença de nitrogênio ou uma fonte de nitrogênio, na presença ou ausência de oxigênio e em uma temperatura e pH, conforme requerido pelo organismo ou mistura de organismos para sintetizar proteína (por exemplo, em um nível acima do nível normal de síntese de proteína na célula). Em geral, esses métodos incluem o uso de qualquer microorganismo que sintetiza proteína na presença dos materiais gerados usando os métodos descritos aqui. Tais organismos serão, tipicamente, adequados ou capazes de serem tornados adequados para con-sumo por animais e/ou seres humanos. Em algumas modalidades, o micro-organismo pode ser não patogênico e/ou um organismo que é, em geral, considerado como seguro (GRAS). Critérios de seleção adicionais a serem considerados quando de escolha de um microorganismo podem incluir, por exemplo, consideração se o organismo é capaz de ou pode ser modificado para produzir grandes quantidades de proteínas (por exemplo, proteínas comestíveis ou proteínas que podem ser tornadas comestíveis); se culturas isoladas do organismo estão comercialmente disponíveis e/ou se o organismo pode ser eficientemente isolado; se o micro-organismo pode ser prontamente mantido em cultura; se o micro-organismo é geneticamente estável ; e se o organismo pode utilizar eficientemente os substratos gerados usando os métodos descritos aqui (por exemplo, se o micro-organismo pode ser cultivado sobre o substrato fornecido).
[00525] Em algumas modalidades, os micro-organismos pode ser modificados (por exemplo, manipulados) para expressar uma ou mais proteínas recombinantes, por exemplo, proteínas que não são normalmente codificadas pelos micro-organismos. Por exemplo, essas proteínas podem ser proteínas conhecidas como sendo de alto valor nutricional para seres humanos e/ou animais (por exemplo, conforme determinado avaliando o valor biológico (BV) de uma proteína (por exemplo, a proporção do nitrogênio absorvido retido) e/ou utilização de proteína líquida (NPU) de uma proteína (por exemplo, a proporção de proteína ingerida retida). Em animais experimentais, a NPU pode ser diretamente estimada mediante análise de carcaça e é provável, por-tanto, que os valores sejam mais precisos do que quando o BV e a NPU são derivados de dados de equilíbrio de N, conforme é feito em estudos com seres humanos. As imprecisões inerentes aos estudos de equilíbrio de N são conhecidas, sem um estudo cuidadosamente conduzido. A NPU e BV, assim, medem o mesmo parâmetro (N retido, exceto que o BV é calculado a partir do N absorvido e a NPU do N ingerido (para uma revisão veja, por exemplo, Bender, Relation Between Protein Efficiency and Net Protein Utilization, Measurement of Protein Utilization, 10: 135-143, 1956). Em algumas modalidades, proteínas de alto valor nutricional podem ter um alto BV a nível de ingestão (mg/kg) requerido para obter o requisito diário recomendado de proteína do animal e/ou ser humano e podem conter níveis adequados de todos os aminoácidos essenciais (EAA) requeridos para a geração de proteína no animal ou ser humano (EAAs incluem, por exemplo, fenilalanina (a ingestão diária recomendada pela FAO é 2,2 g); metionina (a ingestão diária recomendada pela FAO é 2,2 g); leucina (a ingestão diária re-comendada pela FAO é 2,2 g); valina (a ingestão diária recomendada pela FAO é 1,6 g); lisina (a ingestão diária recomendada pela FAO é 1,6 g); isoleucina (a ingestão diária recomendada pela FAO é 1,4 g); treonina (a ingestão diária recomendada pela FAO é 1,0 g); e triptofa- no (a ingestão diária recomendada pela FAO é 0,5 g)). Em algumas modalidades, as proteínas de alto valor nutricional podem ser proteínas sintéticas, por exemplo, criadas para ter alto BV em níveis de ingestão requeridos para obter o requisito diário de proteína recomendado do animal e/ou ser humano e podem conter níveis adequados de todos os EAAs, conforme requerido para a geração de proteína no animal ou ser humano. Em algumas modalidades, proteínas de alto valor nutricional podem ser rotuladas (por exemplo, tagged), por exemplo, para facilitar a identificação e/ou purificação da proteína. Tais proteínas são também referidas aqui como proteínas microbianas.
[00526] Fungos exemplificativos que podem ser usados nos métodos descritos aqui incluem, mas não estão limitados a, Aspergillus niger, A. funigatus, A. terreus, Cochliobolus specifer, Myrothecium verru- caria, Rhizoctonia solani, Spicaria fusispora, Penicillium sp., Gliocla- dium sp., Fusarium sp., Trichosporon cutaneum, Neurospora sitophila, Chaetomiium cellulolyticum, Fusarium venenatum (formalmente F. graminaarum) cepa A 3/5 (por exemplo, ATCC 20334). Condições de cultura adequadas para esse organismo são divulgadas na Patente U.S. No. 4347 e Patente Européia N°. 123.434). F. solani, F. oxyspo- rium e Paecilomyces variotii, micélio, Rhizopus oligosporus, Candida utilis e Saccharomyces cerevisiae. Algas exemplificativas que podem ser usadas nos métodos descritos aqui incluem, mas não estão limitadas a, Spirulina sp., Scenedesmus acutus, Spirulina maxima e Cosma- rium turpinii. Bactérias exemplificativas que podem ser usadas nos métodos descritos aqui incluem, mas não estão limitadas a, Rhodospi- rillum sp. e Rhodopseudomonas sp., Corynebacterium glutâmicoum, Escherichia coli, Alcaligenes faecalis, Thermomonospora fusca (Acti- nomycetaceae) e Pseudomonas JM127.
[00527] Em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser alimentadas a animais e/ou seres humanos como SCP, por exemplo, sem isolamento do micro-organismo ou misturas de microorganismos. Em tais casos, células contendo SCP podem ser concentradas usando, por exemplo, filtração, precipitação, coagulação, centrifugação e o uso de membranas semipermeáveis. Células contendo SCP também podem ser secas, por exemplo, para uma umidade de cerca de 10% e/ou condensadas e acidificadas para limitar a deterioração. Em algumas modalidades, SCP pode ser alimentada a animais e/ou seres humanos exatamente (por exemplo, dentro de 12 horas, 24 horas, 48 horas) após produção sem tratamento adicional da SCP. Em algumas modalidades, SCP pode ser consumida na ausência de fontes de alimento (veja a publicação FAO para a ingestão diária recomendada de SCP por animais e seres humanos). Alternativamente ou além disso, SCP pode ser combinada, por exemplo, misturada com outras fontes de alimento antes de ou ao mesmo tempo em que é consumida por um animal e/ou ser humano. SCP pode ser combinada com fontes de alimento seco e/ou úmido para criar misturas de SCP. Em algumas modalidades, misturas contendo SCP podem ser processadas, por exemplo, conforme descrito por Tannenbaum (Patente U.S. No. 3.925.562). Por exemplo, micro-organismos SCP podem ser combinados com um complemento de proteína (por exemplo, proteína vegetal) e texturizados em uma paste adequada para uso como um aditivo alimentício. Tais processos podem ser usados para conferir propriedades de textura desejáveis à SCP.
[00528] Em algumas modalidades, a utilização de proteína e diges- tibilidade de nitrogênio de material proteináceo SCP podem ser aumentadas mediante homogeneização das células (veja, por exemplo, Yang et al., J. Food Sci., 42: 1247-1250, 2006). Assim, em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser extraídas ou isoladas do micro-organismo ou misturas de micro-organismos antes de consumo por animais e/ou seres humanos. Por exemplo, proteínas microbianas podem ser extraídas através de ruptura química, enzimática e/ou mecânica da parede celular microbiana e/ou membranas, por exemplo, para liberar os conteúdos intracelulares das células. Proteínas microbianas podem, então, ser isoladas ou purificadas dos materiais contaminantes usando técnicas de isolamento de proteína conhecidas no campo. Em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser isoladas ou purificadas por meio de um rótulo detectável fundido à proteína.
[00529] Em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser modificadas, por exemplo, glicosiladas e/ou enoveladas antes de uso, por exemplo, para tornar as mesmas mais ou menos antigênicas.
[00530] Em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser isoladas e hidrolisadas em aminoácidos únicos, peptídeos e/ou po- lipeptídeos, por exemplo, antes de consumo por animais e/ou seres humanos. Métodos para hidrolise de proteína são conhecidos no campo.
[00531] Em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser purificas (para pelo menos 50%, por exemplo, para 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99% ou 100% peso/peso, peso/volume ou volu- me/volume) e opcionalmente concentradas. A estrutura das proteínas pode, então, ser modificada para se assemelhar à estrutura fibrosa de proteína de músculo animal antes que o produto seja flavorizado usando aromas de carne e gorduras. Em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser usadas como a fonte primaria de proteína em um análogo de carne. Alternativamente, proteínas microbianas podem ser usadas para suplementar análogos de carne atualmente disponíveis comercialmente, por exemplo, aqueles vendidos sob a marca comercial Quorn® e produtos baseados em proteína de soja.
Gorduras, Óleos, Lipídios e Hidrocarbonetos
[00532] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser realizados em combinação com uma etapa de bioconversão (por exemplo, veja Figura 43B) para gerar gorduras e/ou óleos.
[00533] O mercado para gorduras e óleos é grande e extremamente diversificado, oscilando de produtos a granel usados para alimentos e fins técnicos a óleos mais especializados. O uso de gorduras e óleos microbianos é conhecido no campo (para uma revisão sobre esse tópico veja, por exemplo, Pryde, New Sources of Fats and Oils, Amer Oil Chemists Society, (American Oil Chemist Society (AOCS), 1981).
[00534] Em algumas modalidades, as gorduras e/ou óleos gerados usando os métodos descritos aqui podem ser usados, por exemplo, como substitutos de gorduras e óleos animais e vegetais, na produção de produtos energéticos, inflamáveis (sólidos e/ou líquido), no preparo de alimentos e em cozimento, como intensificadores de aroma (por exemplo, para produtos alimentícios), como ou em ração para animal, como ou em suplementos alimentícios, como ou em produtos farmacêuticos, como ou em nutracêuticos, como ou em cosméticos e como ou em terapia nutritiva pós-operatória.
[00535] Em algumas modalidades, gorduras e/ou óleos microbianos podem ser produzidos usando os métodos descritos aqui para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa) em um segundo material (por exemplo, a substrato) que é fornecido a um ou mais de bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas, na presença ou ausência de oxigênio e em uma temperatura e pH, conforme requerido pelo organismo ou mistura de organismos para sintetizar gorduras e/ou óleos (por exemplo, em um nível acima do nível normal de síntese de gordura e/ou óleo na célula). Em geral, esses métodos incluem o uso de qualquer micro-organismo que sintetiza gorduras e/ou óleos na presença dos materiais gerados usando os métodos descritos aqui. Em algumas modalidades, o micro-organismo pode ser não patogênico e/ou um organismo que é, em geral, considerado como seguro (GRAS). Critérios de seleção adicionais a serem considerados quando de escolha de um micro-organismo incluem, por exemplo, consideração se o organismo é capaz de produzir ou pode ser modificado para produzir grandes quantidades de gorduras e óleos; se culturas isoladas do organismo estão comercialmente disponíveis e/ou se o organismo pode ser eficientemente isolado; se o micro-organismo pode ser prontamente mantido em cultura; se o micro-organismo é geneticamente estável; e se o organismo pode utilizar eficientemente os substratos gerados usando os métodos descritos aqui (por exemplo, se o micro-organismo pode ser cultivado sobre o substrato fornecido).
[00536] Em algumas modalidades, micro-organismos que podem ser usados nos métodos descritos aqui, por exemplo, para gerar ou produzir gorduras e/ou óleos microbianos incluem, por exemplo, bactérias (por exemplo, micobactérias, corinebactérias e norcardia), algas (por exemplo, Clorophyta (Cladophora rupestris, Blidingia minima, En- teromorpha intestinalis), Phaeophyta (Agarum cribrosum, Ascophyllum nodosum e Laminaria digitata) e Rhodophyta (Polisiphonia lanosa, palmaria palmate, Halosaccion ramentaceum e Porphyra leucosticte)), algas marinhas e plantas marinhas, levedo (por exemplo, Candida 107, Crytococcus terricolus, Hansenula saturnus, Lipomyces lipofera, L. starkeyi, Rhodotorula gracilis, R. toruloides e Candida curvata) e mofos (por exemplo, Aspergillus nidulans, A. terreus, Fusarium monoi- liforme, Mucor circinelloides, Penicillium spinulosum, Rhizopus sp.),
[00537] Em algumas modalidades, gorduras e/ou óleos microbianos gerados usando os métodos divulgados aqui podem ser separados, por exemplo, isolados das células microbianas antes de uso. Alternativamente ou além disso, as gorduras e óleos microbianos gerados usando os métodos divulgados aqui podem ser usados sem serem se- parados das células microbianas.
[00538] Alguns micro-organismos pode ser usados para produzir hidrocarbonetos. Por exemplo, conforme discutido na seção Antecedentes do documento U.S. 2008/0293060, a divulgação do qual é incorporada aqui por referência, numerosos organismos, tais como bactérias, algas e plantas, podem sintetizar hidrocarbonetos, por exemplo, n-alcanos de vários comprimentos de cadeia de carbono, conforme anteriormente descrito (Dennis, M. W. & Kolattukudy, P. E. (1991) Archives of Biochemistry and Biophysics 287, 268-275; Kunst, L. & Samuels, A. L. (2003) Progress in Lipid Research 42, 51-80; Tillman, J. A., Seybold, S. J., Jurenka, R. A., & Blomquist, G. J. (1999) Insect Biochemistry and Molecular Biology 29, 481-514; Tornabene, T. G. (1982) Experientia 38, 1-4, cada um dos quais é incorporado por referência).
[00539] Espécies exemplificativas que sintetizam hidrocarbonetos são listadas na Tabela A e Tabela B abaixo.
Figure img0004
Figure img0005
Carboidratos, Açúcares, Biopolímeros e Precursores de Polímero
[00540] Uma grande variedade de biopolímeros, por exemplo, tais como polissacarídeos, poliésteres e poliamidas, são naturalmente produzidos por micro-organismos (para uma revisão veja Microbial Production of Biopolymers and Polymer Precursors, Rehm, ed. (Caister Academic Press, 2009)). Esses biopolímeros oscilam de soluções viscosas a plásticos e suas propriedades físicas são dependentes da composição e peso molecular do polímero.
[00541] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser realizados em combinação com uma etapa de bioconversão (por exemplo, veja Figura 43B) para gerar carboidratos, açúcares, bio- polímeros e precursores de polímero. Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa) para gerar um segundo material que pode ser usado como um substrato para micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de, por exemplo, xantana, alginato, celulose, ciano- ficina, ácido (poli)gama-glutâmico, levana, ácido hialurônico, ácidos orgânicos, oligossacarídeos e polissacarídeos e polihidroxialcanoatos. Usos desses carboidratos, açúcares, biopolímeros e precursores de polímero incluem, por exemplo, como aditivos alimentícios, em cosméticos, na fabricação de plásticos, na fabricação de tecidos e em produ-tos farmacêuticos e nutracêuticos.
[00542] Em geral, esses métodos incluem o uso de qualquer microorganismo que sintetiza um ou mais de carboidratos, açúcares, biopo- límeros e/ou precursores de polímero na presença dos materiais gerados usando os métodos descritos aqui. Em algumas modalidades, esses métodos incluem o uso de qualquer micro-organismo que sintetiza um ou mais de xantana, alginato, celulose, cianoficina, ácido (po- li)gama-glutâmico, levana, ácido hialurônico, ácidos orgânicos, oligos- sacarídeos e polissacarídeos e polihidroxialcanoatos na presença dos materiais gerados usando os métodos descritos aqui. Em algumas modalidades, organismos apropriados serão adequados ou capazes de serem tornados adequados para consumo por animais e/ou seres humanos ou será, em geral, considerado como seguro (GRAS).
[00543] Critérios de seleção adicionais a serem considerados quando de escolha de um micro-organismo incluem, por exemplo, consideração se o organismo é capaz ou pode ser modificado para produzir grandes quantidades de um ou mais de carboidratos, açúcares, biopolímeros e/ou precursores de polímero (por exemplo, xantana, alginato, celulose, cianoficina, ácido (poli)gama-glutâmico, levana, ácido hialurônico, ácidos orgânicos, oligossacarídeos e polissacarídeos e polihidroxialcanoatos); se culturas isoladas do organismo estão comercialmente disponíveis e/ou se o organismo pode ser eficientemente isolado; se o micro-organismo pode ser prontamente mantido em cultura; se o micro-organismo é geneticamente estável; e se o organismo pode utilizar eficientemente os substratos gerados usando os métodos descritos aqui (por exemplo, se o micro-organismo pode ser cultivado sobre o substrato fornecido).
Vitaminas
[00544] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser realizados em combinação com uma etapa de bioconversão (por exemplo, veja Figura 43B) para gerar vitaminas, por exemplo incluindo, mas não limitado a, vitamina Riboflavina (Vitamina B2), Vitamina B12 e Vitamina C.
[00545] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Ashbya gossifyii e a vitamina gerada é Riboflavina (Vitamina B2).
[00546] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelos micro-organismos Bacillus megatherium, Pseudomonas denitrificans e/ou espécies do gênero Propionibacterium e a vitamina gerada é Vitamina B12.
[00547] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Saccharomyces sp. e a vitamina gerada é Vitamina C.
[00548] Em algumas modalidades, produtos de vitamina podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Cogumelos
[00549] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato para o cultivo ou crescimento de cogumelos. Esses cogumelos podem ser usados como um alimento de maior qualidade do que o primeiro material (por exemplo, biomassa) e o segundo material que pode ser ingerido por animais e/ou seres humanos como um alimento.
[00550] Cogumelos são fungos que crescem acima do solo sobre uma fonte de alimento adequada. Conforme usado aqui, o termo cogumelo refere-se a cogumelos comestíveis incluindo, mas não limitado a, fungos com um tronco (estaca), uma cobertura (umbráculo) e brân- quias (lamelas) sobre o lado inferior da cap e fungos sem caules, os basidiocarpos recentes de alguns Ascomycota, os basidiocarpos de madeira ou couro de alguns Basidiomycota e esporos de cogumelos comestíveis. Em algumas modalidades, o termo cogumelo inclui fungos comestíveis para animais.
[00551] Em algumas modalidades, cogumelos úteis na presente divulgação incluem, mas não estão limitados a, por exemplo, cogumelos, micélios de cogumelo e esporos de cogumelo dos cogumelos Pleurotus sajor-caju, Basidiomycota, Agaricomycetes, Vilvariella volva- cea (o cogumelo padi), Pleurotus ostreatus (o cogumelo ostra), Agari- cus bisporus, Flammulina velutipes, Pleurotus eryngii, cogumelos Ga- noderma e Cordyceps.
[00552] Métodos para cultivo de cogumelos são conhecidos no campo (veja, por exemplo, Patente U.S. N°. 6.737.065). Apos cultura, os cogumelos podem ser coletados e armazenados para uso posterior ou podem ser usados imediatamente. Cogumelos têm um teor de proteína relativamente baixo (po r exemplo, 2-5%) em uma base em peso seco, contudo, o teor de proteína de cogumelos pode ser aumentado mediante secagem dos cogumelos (por exemplo, 30-50% em uma base em peso seco). Em algumas modalidades, portanto, cogumelos gerados usando os métodos descritos aqui podem ser seco (por exemplo, liofilizados) ou desidratados antes de uso, por exemplo, ingestão. Em algumas modalidades, cogumelos podem ser misturados com um complemento de proteína e agente aglutinante e podem ser texturiza- dos.
Hidroponia
[00553] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado em hidroponia. Hidroponia é um método de crescimento de plantas usando soluções nutrientes minerais, sem solo. As plantas podem ser crescidas com suas raízes na solução nutriente mineral apenas (cultura em solução) ou em um meio inerte (cultura em meio), tal como perlita, cascalho ou lã mineral. Os três principais tipos de cultura em solução são cultura em solução estática, cultura em solução de fluxo contínuo e aeroponia. Materiais formados usando os processos divulgados aqui podem ser usados isoladamente ou combinados com macronutrientes, por exemplo, nitrato de potássio, nitrato de cálcio, fosfato de potássio e sulfato de magnésio, para formar uma solução hidropônica. Vários micronutrientes podem também ser incluídos para fornecer elementos essenciais, por exemplo, Fe (ferro), Mn (manganês), Cu (cobre), Zn (zinco), B (boro), Cl (cloro) e Ni (níquel). Agentes de quelação podem ser adicionados para intensificar a solubilidade do ferro. Diferentes soluções hidropônicas podem ser utilizadas por todo o ciclo de vida da planta para intensificar as condições de crescimento.
Aquacultura
[00554] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado em aquacultura. Por exemplo, o segundo material pode ser usados para alimentar ou de outro modo manter espécies aquáticas. Aquacultura é a criação de organismos de água doce e água salgada, incluindo moluscos, crustáceos e plantas aquáticas. Diferentes da criação de peixe, a aquacultura, também conhecida como aqua- criação, implica na cultura de populações aquáticas sob condições controladas. Maricultura refere-se à aquacultura praticada em ambientes marinhos. Tipos particulares de aquacultura incluem algacultura (a produção de musgos/algas marinhas e outras algas), criação de peixes, criação de camarões, criação de ostras e o crescimento de pérolas cultivadas. A aquaponia integra a criação de peixes e criação de plantas usando cultura simbiótica de plantas e animais aquáticos em um ambiente em recirculação.
Produção de Fusarium venenatum comestível
[00555] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato que pode ser usado como um substrato para a geração de Fusarium venenatum comestível (por exemplo, o qual é comercializado sob a marca comercial Quorn®). Métodos para a produção de Quorn® são descritos, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos. 5.935.841, 6.270.816, 5.980.958 e 3.809.614 e são revistos em Weibe (Weibe, Mycologist, 18: 17-20, 2004). Métodos atuais de produção de Quorn® usam glicose como a fonte primaria de carbono. Substituição de glicose pelo substrato descrito aqui reduziria o custo associado à produção de Quorn® uma vez que os substratos proporcionados aqui fornecem uma fonte de carbono mais barata do que glicose.
Bebidas Alcoólicas
[00556] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato para a geração de álcool que é adequado para consumo por seres humanos. Tais álcoois podem ser usados como ou na produção de bebidas alcoólicas. Por exemplo, álcoois produzidos usando os métodos descritos aqui podem ser usados como ou na produção de cervejas, vinhos, bebidas gasosas e/ou lúpulos de álcool.
Produtos para a Saúde
[00557] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato como ou na geração de produtos para a saúde para uso animal ou humano. Tais produtos para a saúde podem incluir, por exemplo, produtos farmacêuticos, nutracêuticos, cosméticos, produtos cosméticos e para a beleza (por exemplo, cremes e loções (por exemplo, para uso sobre a pele e/ou cabelos)). Em algumas modalidades, esses produtos para a saúde podem incluir, por exemplo, alimentos funcionais que não fornecem necessariamente qualquer valor nutricional, mas que aumentam a motilidade do trato gastrintestinal ou que podem ser usados para reduzir os níveis de colesterol (por exemplo, produtos com alto teor de fibra, incluindo fibras solúveis e/ou insolúveis e produtos contendo fibras solúveis e/ou insolúveis).
Aminoácidos e Derivados de Aminoácido
[00558] Processos biotecnológicos vêm sendo usados na produção industrial de aminoácidos há 50 anos (para uma revisão recente veja Leuchtenberger et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 69: 1-8, 2005). Produtos principais incluem produtos intensificadores de aroma e de ração para animal, tais como L-lisina, L-treonina e L-triptofano, os quais são comumente produzidos usando cepas de alto desempenho de Corynebacterium glutamicum (veja Kinoshita et al., Gen. Appl. Microbiol., 3: 193-205, 1957 e Kalinowshki et al., J. Biotechnol., 104: 5-25, 2003) e Escherichia coli e substratos, tais como melaço, sacarose ou glicose (Leuchtenberer, supra).
[00559] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato for micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de aminoácidos e/ou derivados de aminoácido (por exemplo, quando combinados com uma fonte de nitrogênio). Esses aminoácidos e derivados podem ser usados, por exemplo, como inten- sificadores de aroma (por exemplo, para produtos alimentícios), em ração para animal, como suplementos alimentícios e na produção de produtos farmacêuticos, nutracêuticos, cosméticos e em terapia nutritiva pós-operatória.
[00560] Em algumas modalidades, aminoácidos e derivados de aminoácido que podem ser expressos usando os métodos descritos aqui incluem, mas não estão limitados a, por exemplo, L-aminoácidos e D-aminoácidos, tais como ácido L-glutâmico (glutamato monossódico (MSG)), ácido L-aspártico, L-fenilalanina, L-lisina, L-treonina, L- triptofano, L-valina, L-leucina, L-isoleucina, L-metionina, L-histidina e L- fenilalanina, L-lisina, DL-metionina e L-triptofano.
[00561] Por exemplo, os aminoácidos aromáticos triptofano, fenila- lanina e tirosina são biossintetizados a partir de glicose através da via de ácido shikímico (mostrada abaixo).
Figure img0006
[00562] A via de ácido shikímico converte precursores de carboidrato simples derivados de glicólise e da via de fosfato de pentose aos aminoácidos aromáticos. Um dos intermediários da via é ácido shikí- mico, o qual leva seu nome a essa sequência inteira de reações. A via do ácido shikímico está presente em plantas, fungos e bactérias, mas não é encontrada em animais. Animais não têm como sintetizar os três aminoácidos aromáticos - fenilalanina, tirosina e triptofano - os quais, portanto, são nutrientes essenciais na dieta dos animais.
[00563] Em algumas modalidades, esses aminoácidos pode ser modificados para produzir derivados de aminoácido. Derivados de aminoácido incluem, mas determinantemente não estão limitados a, os grupos a seguir.
Figure img0007
[00564] Em algumas modalidades, micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) adequados para uso na geração de aminoácidos podem ser, mas não estão limitados a, organismos não patogênicos e/ou organismos que são GRAS. Critérios de seleção adicionais a serem considerados quando de escolha de um micro-organismo incluem, por exemplo, consideração se o organismo é capaz de produzir ou pode ser modificado para produzir grandes quantidades de um único produto; se culturas isoladas do organismo estão comercialmente disponíveis e/ou se o organismo pode ser eficientemente isolado; se o micro-organismo pode ser prontamente mantido em cultura; se o micro-organismo é geneticamente estável; e se o micro-organismo pode ser cultivado sobre o substrato fornecido. Alternativamente ou além disso, o microorganismo pode ser um micro-organismo do tipo silvestre (por exemplo, não modificado) ou geneticamente modificado (por exemplo, um mutante), por exemplo, um micro-organismo que tem ou pode ser modificado para superexpressar um ou mais aminoácidos e/ou derivados de aminoácido selecionados. Micro-organismos exemplificativos incluem, mas não estão limitados a, bactérias do ácido láctico (LAB), E. co- li, Bacillus subtilis e Corynebacterium glutamicum (por exemplo, ATCC 13032).
[00565] Em algumas modalidades, aminoácidos e derivados de aminoácido podem ser expressos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura. Em algumas modalidades, os métodos e/ou materiais descritos aqui podem ser incorporados em processos atualmente usados pela Ajinomoto (Japão), ADM (E.U.A.), Cheil-Jedang (Coréia do Sul), Global BioChem (China) e BASF e Degussa (Alemanha) na geração de aminoácidos e derivados de aminoácido.
Antibióticos
[00566] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de antibióticos, por exemplo incluindo, mas not limitado a, tetraciclina, estreptomicina, ciclohexamida, Neomicina, ciclose- rina, eritromicina, canamicina, lincomicina, nistatina, polimixina B, baci- tracina, daptomicina, vancomicina e as ansamicinas ou os produtos naturais produtos apresentados abaixo.
Figure img0008
Figure img0009
[00567] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo micro- organismo Streptomyces remosus e o antibiótico gerado é tetraciclina.
[00568] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo micro- organismo Streptomyces griseus e o antibiótico gerado é estreptomici- na e ou ciclohexamida. A biossíntese de estreptomicina é ilustrada abaixo começando a partir de D-glicose.
Figure img0010
[00569] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Streptomyces frodiae e o antibiótico gerado é neomicina.
[00570] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Streptomyces orchidaceus e o antibiótico gerado é ciclose- rina.
[00571] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo micro-organismo Streptomyces eritreus e o antibiótico gerado é eritro- micina.
[00572] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo micro- organismo Streptomyces canamyceticus e o antibiótico gerado é ca- namicina.
[00573] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Streptomyces lincolnensis e o antibiótico gerado é lincomi- cina.
[00574] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Streptomyces noursei e o antibiótico gerado é nistatina.
[00575] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Bacillus polimyxa e o antibiótico gerado é polimixina B.
[00576] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Bacillus licheniformis e o antibiótico gerado é bacitracina.
[00577] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Streptomyces roseosporus e o antibiótico gerado é dapto- micina.
[00578] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo microorganismo Amycolatopsis orientalis e o antibiótico gerado é vancomi- cina. A biossíntese de vancomicina é descrita abaixo começando a partir de um derivado de glicose.
Figure img0011
[00579] Em algumas modalidades, o substrato é usado pelas duas cepas de Streptomyces hygroscopicus e os antibióticos gerados per- tencem à família ansamicina. A biossíntese das ansamicinas é descrita abaixo, começando a partir de um derivado de glicose.
Figure img0012
Carotenóides
[00580] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa) para gerar um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, levedos, fungos, mofo e/ou algas) capazes de geração de carotenóides, incluindo, por exemplo, ^-caroteno, licopeno e astaxantina. Carotenóides são pigmentos naturais solúveis em água de 30-50 átomos de carbono. O uso industrial de carotenóides envolve sua aplicação em suple- mentação de nutrientes, para fins farmacêuticos, como colorantes alimentícios e em ração para animais.
Figure img0013
[00581] Em algumas modalidades, produtos de antibiótico podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Vacinas
[00582] Em algumas modalidades, vacinas são moléculas imunoes- timulatórias (por exemplo, pequenas moléculas, peptídeo e/ou moléculas antigênicas). Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de vacinas incluindo, por exemplo, vacina contra a gripe (por exemplo, uma vacina universal contra a gripe, por exemplo, a vacina universal contra influenza VaxInnate M2e).
[00583] Em algumas modalidades, produtos de vacina podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Produtos Químicos Especiais
[00584] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de produtos químicos especiais, por exemplo, es- pessantes, xantana (E 415), reguladores de acidez, ácido cítrico (E 330), natamicina (E 235), nisina (E 234) e lisozima (E 1105). Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para produzir produtos químicos finos, por exemplo, flavorizantes e aromáticos.
[00585] Em algumas modalidades, produtos químicos podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Álcoois
[00586] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de álcoois, além de produtos energéticos (por exemplo, etanol) divulgados acima, por exemplo incluindo, mas não limitado a, acetona e butanol. Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo micro-organismo Clostridium acetobutylicum e o álcool gerado é acetona. Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo micro-organismo mutante IFP 904 de Clostridium acetobutylicum (ATCC 39058) e os álcoois produzidos são acetona e butanol.
[00587] Em algumas modalidades, produtos de álcool descritos aqui podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Ácidos e Bases
[00588] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de acids e bases. Em algumas modalidades, o substrato é usado pelos micro-organismos Acetobacter e/ou Gluco- nobacter e o ácido gerado é ácido acético (por exemplo, para uso na produção de vinagre).
[00589] Em algumas modalidades, produtos de ácido e base podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Enzimas
[00590] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de enzimas.
[00591] Enzimas exemplificativas que pode ser produzidas usando os métodos descritos aqui incluem, mas não estão limitadas a, por exemplo, rennet, glucoamilase, poligalacturonase, celulase, alfa- amilase, protease, betaglucanase, pululanase, amiloglucosidase, fos- folipase, xilanase, oxidase de monoglicose, novo lipase, ultra lipase, lipase, amilase maltogênica, alfa-acetodecarboxilase, protease tender, pectinesterase, carbohidrase, oxidase de celobiose, lipase, liase de pectina, mono xilanase, transferase, xilanase de trigo, fitase, subtilisi- na, alfa-amilase lt-l, pectato, mananase, tripsina e lacase. Os usos de tais enzimas (por exemplo, isoladamente ou em combinações de uma ou mais das enzimas), por exemplo, na indústria de suco, na indústria de levedura, na indústria de amido, na indústria de panificação, na indústria de óleos e gorduras, na indústria de carne, na indústria de produtos lácteos, na indústria de álcool, na indústria de ração para animal, na indústria de detergente, na indústria têxtil e na indústria de produtos para cuidados pessoais, é conhecido no campo.
[00592] Em algumas modalidades, produtos enzimáticos podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Crescimento Fatores
[00593] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de crescimento fatores.
[00594] Fatores de crescimento exemplificativos que podem ser produzidos usando os métodos descritos aqui incluem, mas não estão limitados a, fator de crescimento semelhante à insulina, fator de crescimento de queratinócito (KGF)-1 e -2, fator de crescimento epidérmi- co, fator de crescimento de fibroblasto, fator de estimulação de colônia de granulócito-macrófago, hormônio de crescimento humano, interleu- cina-1, fator de crescimento derivado de plaqueta e fator-β de crescimento de transformação.
[00595] Em algumas modalidades, produtos de fator de crescimento podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Plásticos
[00596] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) capazes de geração de plásticos ou precursores de plástico. Em algumas modalidades, o substrato é usado pelo micro-organismo Alcalige- nes eutrophas e as moléculas geradas são Poli-B-hidroxibutirato e Po- li-B-hidroxivalerato.
[00597] Em algumas modalidades, produtos plásticos podem ser produzidos usando um processo de fermentação alimentada em batelada no qual nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura.
Fertilizantes
[00598] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) ca- pazes de geração de materiais que podem ser usados como ou em fertilizantes (por exemplo, proteínas, gorduras e óleos, carboidratos e/ou minerais). Em algumas modalidades, fertilizantes gerados usando os métodos descritos aqui podem ser fertilizantes baseados em proteína ou ricos em proteína (veja Paungfoo-lonhienne et al., PNAS, 104: 4524-4529, 2008, para uma revisão de fertilizantes baseados em proteína).
Métodos de Cultura
[00599] Conforme detalhado acima, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas) para gerar materiais e produtos não necessariamente presentes (por exemplo, não substancialmente presentes) ou abundantes no primeiro material. A escolha dos micro-organismos dependerá do produto a ser produzido.
Seleção de Micro-organismo
[00600] Diversos fatores adicionais também podem ser considerados quando de seleção de micro-organismos adequados para uso nos métodos descritos aqui. Por exemplo, se os micro-organismos têm de ser usados para gerar um produto saudável para uso com animais ou seres humanos ou se os micro-organismos têm de ser usados como ou na produção de um alimento, os micro-organismos selecionados serão, tipicamente, não patogênicos e/ou deverão, em geral, ser considerados como seguros (GRAS). Além disso, os micro-organismos selecionados deverão ser capazes de produzir grandes quantidades do produto desejado ou ser capazes de serem modificados para produzir grandes quantidades do produto desejado. Em algumas modali- dades, os micro-organismos também podem estar comercialmente disponíveis e/ou ser eficientemente isolados, prontamente mantidos em cultura, geneticamente estáveis e/ou bem caracterizados. Microorganismos selecionados pode ser micro-organismos do tipo silvestre (por exemplo, não modificados) ou geneticamente modificados (por exemplo, organismos com mutação). Em algumas modalidades, um micro-organismo geneticamente modificado pode ser adaptado para aumentar sua produção do produto desejado e/ou para aumentar a tolerância dos micro-organismos a um ou mais fatores ambientais e/ou experimentais, por exemplo, o micro-organismo pode ser modificado (por exemplo, manipulado) para tolerar níveis de temperatura, pH, ácidos, bases, nitrogênio e oxigênio além de uma faixa normalmente tolerada pelo micro-organismo. Alternativamente ou além disso, os microorganismos podem ser modificados (por exemplo, manipulados) para tolerar a presença de micro-organismos adicionais. Em algumas mo-dalidades, os micro-organismos podem ser modificados (por exemplo, manipulados) para crescer em uma taxa desejada sob condições desejadas.
Soluções de Cultura
[00601] Conforme detalhado acima, os métodos descritos aqui podem ser usados para processar um primeiro material (por exemplo, biomassa), por exemplo, para alterar (por exemplo, diminuir) o nível de recalcitrância da biomassa, para produzir um segundo material que pode ser usado como um substrato por micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos (por exemplo, levedos e mofos) e/ou algas), por exemplo, em ou como uma solução de cultura. Tipicamente, soluções de cultura podem ser formuladas baseado em sua capacidade de sustentar o crescimento dos micro-organismos selecionados. Além dos substratos baseados em biomassa gerados aqui, soluções de cultura também podem opcionalmente incluir uma fonte de carbono adicional (por exemplo, glicose), água, sais, aminoácidos ou uma fonte de ami- noácido. Em algumas modalidades, soluções de cultura podem incluir uma fonte suplementar de nitrogênio. O pH dessas soluções de cultura pode ser adaptado ao requisito do micro-organismo selecionado. Soluções de cultura também podem incluir opcionalmente um ou mais antibióticos para prevenir contaminação.
[00602] Determinadas soluções de cultura estão comercialmente disponíveis, por exemplo, meios de crescimento comercialmente disponível incluem, meio de Luria Bertani (LB), meio de Caldo Terrific (TB) meio, caldo de levedo e mofo (YM) (3 g/L de extrato de levedo, 3 g/L de extrato de malte, 5 g/L de peptona e 10 g/L de dextrose e pH de 6,0-pH de 8,0), meio YPG (extrato de levedo, 3 g; peptona micológica, 5 g; D-glicose, 10 g por litro de água) e bacto Peptona. Meios de crescimento podem ser adquiridos de fontes comerciais (por exemplo, Sigma Aldrich ou Difco). Soluções de cultura úteis nos presentes métodos são proporcionadas no campo, por exemplo, em Ramasamy et al., J. Appl. Biotechnol., 46: 117-124, 1979, Young et al., Biotechnol Lett., 14: 863-868, 1992, Anupama e Ravindra, Brazilian Archives ou Biology and Biotechnol., 44: 79-88, 2001, Patentes U.S. Nos. 3.627.095, 4.379.844, 4.447.530, 4.401.680, 4.526.721, 5.047.332 e 4.938.972. Em algumas modalidades, qualquer uma dessas soluções de cultura comercialmente disponíveis ou publicadas pode ser suplementada com um substrato de biomassa gerado aqui.
[00603] Em algumas modalidades, contudo, o uso de meios comercialmente disponíveis não será a opção mais economicamente viável. Em tais casos, soluções de cultura podem ser preparadas manualmente. Em algumas modalidades, soluções de cultura podem conter, além dos substratos de biomassa gerados aqui, por litro de água em um pH de 4-7,5: 1,88-2,357 g de (NH4)2SO4, 0,75-1,5 g de KH2PO4, 0,25-5 g de MgSO4^7H2O, 0,25-0,5 g de FeS)4-7H2O, 0,25-0,5 de ZnSO4’7H2O, 0,1-1 ml de solução de elementos residuais. Em algumas modalidades, a solução de cultura pode ainda incluir 114 mg de ácido bórico, 480 mg de molibdato de amônio, 780 mg de sulfato cúprico e 144 mg de cloreto de manganês. Em algumas modalidades, a solução de cultura pode ainda compreender 0,5 g de extrato de levedo e pode ser usada para a cultura de levedo. Em algumas modalidades, a solução de cultura pode ainda compreender 1,0 g de extrato de levedo e pode ser usada para a cultura de Zymomonas mobilis. Em algumas modalidades, a solução de cultura pode ser adaptada para a fermentação de etanol e pode conter, além dos substratos de biomassa gerados aqui, por litro de água, açúcares equivalente a 80-160 g de glicose, 1 g de KH2PO4, 1,5 g de NH4CI, 0,16 g de MgSO-7H:2O, 0,08 g de CaCk e 1,0 g de extrato de levedo.
[00604] Em aIgumas modaIidades, o micro-organismo seIecionado pode ser um Ievedo e o meio de crescimento pode conter, aIém dos substratos de biomassa gerados, 1,7 g/L de base de nitrogênio de Ie- vedo, 2.27 g/L de uréia, 6.56 g/L de peptona em pH de 5,0,
[00605] Em aIgumas modaIidades, os micro-organismos seIeciona- dos podem ser cuItivados na presença de uma fonte de nitrogênio e/ou uma fonte de nitrogênio adicionaI (por exempIo, quando os produtos desejados são proteínas ou aminoácidos). Em tais casos, a fonte de nitrogênio pode incIuir quaIquer fonte de nitrogênio, por exempIo, resíduo animaI (por exempIo, estrume de ave), resíduo humano, fontes de nitrogênio inorgânicas, nitrato, nitrito, amônia anidra, nitrato de amônio, fosfato de diamônio, fosfato de monoamônio, extrato de carne ou Ieve- do. Em aIgumas modaIidades, resíduos animais e resíduos humanos podem ser esteriIizados (por exempIo, fiItrados ou submetidos à auto- cIave) antes de uso.
[00606] Os micro-organismos seIecionados podem ser cuItivados em pequena escaIa (por exempIo, usando equipamento padrão de Ia- boratório e métodos conhecidos no campo) ou larga escala (por exemplo, usando métodos de fermentação ou fermentação industrial). A escolha da solução de cultura dependerá da escala de cultura desejada.
Condições de cultura
[00607] Condições de cultura de célula (por exemplo, requisitos de temperatura, pH e oxigênio) para a maioria dos organismos são conhecidas no campo e, se requerido, podem ser facilmente otimizadas. Por exemplo, condições de cultura podem ser conduzidas em batelada ou continuamente. A temperatura usada para cultura de célula pode ser selecionada de acordo com os micro-organismos selecionados de modo a produzir rendimentos e proporções de conversão de substrato, particularmente carbono, aceitáveis. Temperaturas exemplificativas estão dentro da faixa de 25-40°C. Similarmente, o p H usado para cultura de célula pode ser mantido dentro da faixa na qual crescimento máximo é exibido para os micro-organismos selecionados. Faixas de pH exemplificativas são pH de 5,0-8,0, por exemplo, pH de 6,0-7,0. Além disso, os níveis de oxidação podem ser ajustados para ser mantidos em um nível que assegura crescimento ótimo do micro-organismo selecionado. Por exemplo, organismos aeróbicos podem ser cultivados em um ambiente oxigenado. Alternativamente, organismos anaeróbicos podem ser cultivados em um ambiente anaeróbico.
Métodos de Cultura
[00608] Em algumas modalidades, os micro-organismos selecionados podem ser cultivados usando um equipamento de fermentação. Por exemplo, um primeiro material de biomassa lignocelulósico com um primeiro nível de recalcitrância pode ser processado para produzir um segundo material com um nível de recalcitrância alterado (por exemplo, diminuído). Esse segundo material pode, então, ser usado em uma etapa de bioconversão para produzir um produto não presen- te no primeiro material de biomassa lignocelulósico. Em algumas mo-dalidades, esse segundo material pode ser combinado (por exemplo, em um meio líquido ou cultura) em um frasco de cultura de célula com um ou mais micro-organismos sob condições adequadas para crescimento dos micro-organismos e geração do produto. A cultura pode, então, ser incubada durante um período de tempo suficiente para gerar o produto.
[00609] Em algumas modalidades, todo equipamento de cultura de célula é esterilizado ou está estéril antes de uso.
Métodos em Pequena Escala
[00610] Em algumas modalidades, os micro-organismos selecionados podem ser cultivados usando um equipamento de fermentação de bancada. Por exemplo, um primeiro material de biomassa lignoceluló- sico com um primeiro nível de recalcitrância pode ser processado para produzir um segundo material com um nível de recalcitrância alterado (por exemplo, diminuído). Esse segundo material pode, então, ser usado em uma etapa de bioconversão para produzir um produto não presente no primeiro material de biomassa lignocelulósico. Em algumas modalidades, o segundo material pode ser combinado com microorganismos selecionados e cultivado em um fermentador de bancada, por exemplo, um fermentador Braun (B. Braun Biotech, Aylesbury, Bucks) Biostat ER3 com um volume de trabalho de 2,8 litros, em um meio de crescimento e sob condições de cultura adequadas para crescimento dos micro-organismos e geração do produto. O processo pode, então, ser mantido durante um período de tempo suficiente para gerar o produto. Pontos de configuração exemplificativos podem incluir: temperatura de 20-45°C.; pH de 3-9 (o qual pode ser mantido através de auto-titulação); com taxas de agitação e fluxo de ar definidas (por exemplo, cerca de 1000 rpm e 2 L/minuto, respectivamente). Além disso, espumação pode ser opcionalmente suprimida a adição sincroni- zada de um agente anti-espumação, por exemplo, um óleo anti- espumante de polipropileno glicol.
Métodos em Larga Escala
[00611] Em algumas modalidades, o micro-organismo selecionado pode ser cultivado usando um equipamento de fermentação em larga escala (por exemplo, bio-reatores com tanque agitado e/ou bio- reatores elevados a ar). Por exemplo, um primeiro material de biomassa lignocelulósico com um primeiro nível de recalcitrância pode ser processado para produzir um segundo material com um nível de recal- citrância alterado (por exemplo, diminuído). Esse segundo material pode, então, ser usado em uma etapa de bioconversão para produzir um produto não presente no primeiro material de biomassa lignocelu- lósico. Em algumas modalidades, o segundo material pode ser combinado com micro-organismos selecionados e cultivados, por exemplo, em um bio-reator com tanque agitado (por exemplo, um bio-reator com tanque agitado de 300 L). Alternativamente ou além disso, o segundo material pode ser combinado com micro-organismos selecionados e cultivados em um bio-reator de elevação a ar (ciclo de pressão) (por exemplo, um bio-reator de elevação a ar de 40.000 L conforme fabricado pela RHM e ICI para a produção de Quorn®). Em ambos os casos, o segundo material pode ser combinado com micro-organismos selecionados na solução de cultura e sob condições de cultura adequadas para crescimento dos micro-organismos e geração do produto. O processo pode, então, ser mantido durante um período de tempo suficiente para gerar o produto.
[00612] Em algumas modalidades, os micro-organismos selecionados podem ser cultivados usando fermentação alimentada em batelada (por exemplo, alimentada em batelada com volume fixo ou alimentada em batelada com volume variável) nas quais nutrientes são adicionados de uma maneira controlada de acordo com os requisitos da solução de cultura (veja Figura 44 e Figura 45). Em um processo de fermentação alimentada em batelada de volume fixo substratos limitativos de crescimento são adicionados à solução de cultura em uma forma altamente concentrada ou uma forma gasosa que não altera o volume da solução de cultura. Uma vez que a fermentação atinge um determinado estágio, um volume da solução de cultura pode ser opcionalmente removido e substituído por solução de cultura fresca. Em tal etapa, o volume de solução de cultura não removido do fermentador serve como a cultura de iniciação para o próximo ciclo e o volume removido contém o produto desejado. Tal um processo é referido no campo como cultura alimentada em batelada cíclica para cultura de volume fixo. Uma vantagem do uso de cultura alimentada em batelada cíclica para cultura de volume fixo é que os produtos desejados podem ser obtidos antes do final do processo de fermentação. Além disso, o processo de cultura alimentada em batelada cíclica para cultura de volume fixo pode ser contínuo. Em um processo fermentação alimentada em batelada de volume variável, substratos de limitação de crescimento são adicionados conforme requerido para promover crescimento adicional da cultura em uma concentração igual à concentração da cultura de iniciação. Consequentemente, o volume total da cultura aumenta. Esse processo pode ser repetido até que o volume da cultura atinja a capacidade do fermentador. Tanques de fermentação maiores são vantajosos nesse método, uma vez que tais tanques acomodam maiores volumes de solução de cultura. Os produtos desejados podem, então, ser obtidos da solução de cultura, por exemplo, no final do processo de fermentação. Ambos esses processos alimentados em batelada permitem rendimentos e produtividades ótimos. Em algumas modalidades, o processo pode incluir fornecimento de água continuamente oxigenada, por exemplo, usando um sistema de fermentação por elevação a ar.
[00613] Processos alimentados em batelada são também descritos no Pedido de Patente Européia N°. 533039.
[00614] Após fermentação, o micro-organismo selecionado e/ou produto pode ser coletado e opcionalmente isolado e/ou purificado. Métodos para coleta de micro-organismos de soluções de cultura incluem, por exemplo, centrifugação e/ou filtração.
Outro Processamento de Produtos alimentícios
[00615] Culturas para uso, por exemplo, como alimentos ingeríveis para animais e/ou seres humanos podem ser adicionalmente processadas, por exemplo, usando os métodos divulgados nas Patentes U.S. Nos. 5.935.841; 6.270.816; 5.980.958; e 3.809.614. Alternativamente ou além disso, um organismo coletado pode ser tratado para reduzir seu teor de ácido nucleico, por exemplo, usando o processo da Patente do Reino Unido N°. 1.440.642; separado, se desejado, por exemplo, usando o processo da Patente do Reino Unido N°. 1.473.654 ou por meio de filtração ou centrifugação; e sua palatabilidade pode ser modificada, por exemplo, usando os procedimentos das Patentes do Reino Unido Nos. 1.508.635; 1.502.455; 1.496.113; e/ou 1.587.828.
[00616] Seres humanos não possuem a enzima uricase para catalisar a conversão de ácido úrico à alantoína mais solúvel. O consumo de células microbianas, as quais contêm altos níveis de ácido nucleico pode, portanto, levar a níveis elevados de ácido úrico e complicações associadas aos mesmos em seres humanos. Em algumas modalidades, portanto, ácido nucleicos podem ser removidos ou reduzidos de amostras contendo células microbianas ou produtos alimentícios derivados de células microbianas (por exemplo, proteínas, gorduras e óleos e carboidratos) antes de consumo por seres humanos, por exemplo, usando métodos conforme descrito por Lawford e Lewis (Patente U.S. N°. 4.330.464). Em algumas modalidades, ácidos nucleicos podem ser removidos ou reduzidos de amostras contendo células mi- crobianas ou produtos alimentícios derivados de células microbianas (por exemplo, proteínas, gorduras e óleos e carboidratos) antes de consumo por seres humanos, por exemplo, usando os métodos descritos na Patente U.S. N°. 6.270.816. Por exemplo, células microbianas pode ser mortas e o ácido nucleico simultaneamente reduzido mediante aquecimento rápido da solução de cultura para pelo menos 60°C. Esse processo pode ser usado para promover a perda de viabilidade celular e reduzir uma porção do ácido nucleico celular (por exemplo, DNA e RNA) no sobrenadante. Após aquecimento, a solução de cultura pode ser centrifugada e enxaguada para remover os ácido nuclei- cos.
[00617] Em algumas modalidades, a proporção de proteína:RNA para proteína na amostra para consumo humano será de pelo menos 12:1. Em algumas modalidades, o teor total de ácido nucleico da amostra para consumo humano pode ser reduzido para cerca de 2% (por exemplo, 2%, menos de 2%, 0,1-2,0%, 0,1-1,5%, 0,1-1%, 0,10,5%, 0,1-0,3%, 0,1%) do peso seco da amostra.
[00618] Em algumas modalidades, avaliações nutricionais e/ou toxi- cológicas de amostras contendo células microbianas ou produtos ali-mentícios derivados de células microbianas (por exemplo, proteínas, gorduras e óleos e carboidratos) podem ser realizadas antes de ingestão por animais (por exemplo, para cada espécie alvo).
[00619] Em algumas modalidades, proteínas microbianas podem ser secas, liofilizadas ou estar em solução e podem estar presentes em uma forma isolada ou na presença de uma ou mais fontes alimentícias adicionais.
[00620] Em algumas modalidades, amostras contendo células microbianas ou produtos alimentícios derivados de células microbianas (por exemplo, proteínas, gorduras e óleos e carboidratos) podem ser formulados como géis comestíveis. A qualidade do gel pode ser avali- ada usando testes de tensão e esforço, por exemplo, usando a técnica de torção de Wu et al., J. Tex. Studies, 16: 53-74 (1985) ou com um gelômetro Rheo Tex Modelo AP-83 (Sun Sciences Co. Seattle, WA, EUA). Em geral, valores de esforço (componente elástico) maiores do que 1,9 a 2,0 e valores tensão de 30-35 kPa são uma indicação confiável de resistência do gel.
[00621] Em algumas modalidades, amostras contendo células microbianas ou produtos alimentícios derivados de células microbianas (por exemplo, proteínas, gorduras e óleos e carboidratos) podem ser flavorizados e/ou coloridos, por exemplo, para aumentar a palatabili- dade para as espécies alvo.
[00622] Em algumas modalidades, amostras contendo células microbianas ou produtos alimentícios derivados de células microbianas (por exemplo, proteínas, gorduras e óleos e carboidratos) podem ser usadas como ou na geração de análogos de carne. "Análogo de carne" é um termo industrial para substitutos da carne ou carnes sintéticas feitas primariamente a partir de uma fonte não animal, por exemplo, proteínas de planta.
[00623] Em algumas modalidades, os valores para a saúde e nutricionais dos produtos alimentícios derivados de células microbianas (por exemplo, proteínas, gorduras e óleos e carboidratos) descritos aqui são considerados antes de consumo por animais e/ou seres humanos.
Formulações Alimentícias
[00624] Em algumas modalidades, os produtos alimentícios descritos aqui podem ser usados como ou na produção de produtos alimentícios (por exemplo, produtos alimentícios sólidos ou líquidos). Em algumas modalidades, os produtos alimentícios podem ser usados isoladamente ou podem ser combinados. Em algumas modalidades, os produtos alimentícios podem ser combinados com materiais de texturi- zação (por exemplo, proteína de trigo). Em algumas modalidades, os produtos alimentícios divulgados aqui podem ser formulados como alternativas à carne (veja, por exemplo, Quorn®, fabricado pela Marlow Foods, Reino Unido). Em algumas modalidades, os produtos alimentícios divulgados aqui podem ser combinados com outras proteínas, fontes de proteína ou alimentos, por exemplo, micoproteína, proteína vegetal texturizada, tofu, tempeh, miso, produtos de soja e/ou proteína de trigo.
[00625] Em algumas modalidades, qualquer um dos produtos e co- produtos descritos aqui pode ser combinado com um flavorizante e/ou colorante, por exemplo, aromatizantes e flavorizantes de produtos químicos finos.
Água de processo
[00626] Nos processos divulgados aqui, sempre que água é usada em qualquer processo, pode ser água cinza, por exemplo, água cinza municipal ou água negra. Em algumas modalidades, água cinza ou negra é esterilizada antes de uso. Esterilização pode ser realizada através de qualquer técnica desejada, por exemplo por meio de irradiação, vapor ou esterilização química.
EXEMPLOS
[00627] Os Exemplos a seguir destinam-se a ilustrar e não limitar os ensinamentos da presente divulgação.
Exemplo 1 - Preparo de Material fibroso a partir de papel poli- revestido
[00628] Uma carga de 1500 libras de embalagens virgens de suco de meio galão feitas de papelão Kraft branco poli-revestido não impresso tendo uma densidade volumétrica de 20 libra/pé3 foi obtida da International Paper. Cada embalagem foi dobrada e, então, alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador era equipado com duas pás girató- rias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador se assemelhava a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação (cerca de 0,075 polegada).
[00629] O material semelhante a confete foi alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. O Modelo SC30 é equipado com quatro pás giratórias, quatro pás fixas e uma peneira de descarrega tendo aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória cisalhada os pedaços semelhantes a confete através das bordas das facas, dilacerando os pedaços e liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. O material fibroso tinha uma área de superfície BET de 0,9748 m2/g +/0,0167 m2/g, uma porosidade de 89,0437 por cento e uma densidade volumétrica (@0,53 psia) de 0,1260 g/mL. O comprimento médio das fibras era de 1,141 mm e a largura média das fibras era de 0,027 mm, proporcionando uma L/D média de 42:1. Uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso é mostrada na Figura 26 em uma ampliação de 25X.
Exemplo 2 - Preparo de Material fibroso a partir de papel Kraft branqueado
[00630] Uma carga de 1500 libras de papel Kraft branco virgem branqueado tendo uma densidade volumétrica de 30 libra/pé3 foi obtida da International Paper. O material foi dobrado e, então, alimentado a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador era equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador se assemelhava a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação (cerca de 0,075 polegada). O material semelhante a confete foi alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tinha aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória cisa- lhada os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. O material fibroso tinha uma área de superfície BET de 1,1316 m2/g +/- 0,0103 m2/g, uma porosidade de 88,3285 por cento e uma densidade volumétrica (@0,53 psia) de 0,1497 g/mL. O comprimento médio das fibras era de 1,063 mm e a largura média das fibras era de 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1. Uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso é mostrada na Figura 27 em uma ampliação de 25X.
Exemplo 3 - Preparo de material fibroso cisalhado duas vezes a partir de papel Kraft branqueado
[00631] Uma carga de 1500 libras de papel Kraft branco virgem branqueado tendo uma densidade volumétrica de 30 libra/pé3 foi obtida da International Paper. O material foi dobrado e, então, alimentado a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador era equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador se assemelhava a confete (as acima). O material semelhante a confete foi alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tinha aberturas de 1/16 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. O material resultante do primeiro cisalhamento foi re-alimentado na mesma configuração descrita acima e cisalhado mais uma vez. O material resultante fibroso tinha uma área de superfície BET de 1,4408 m2/g +/- 0,0156 m2/g, uma porosidade de 90,8998 por cento e uma densidade volumétrica (@0,53 psia) de 0,1298 g/mL. O comprimento médio das fibras era de 0,891 mm e a largura média das fibras era de 0,026 mm, proporcionando uma L/D média de 34:1. Uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso é mostrada na Figura 28 em uma ampliação de 25X.
Exemplo 4 - Preparo de material fibroso cisalhado três vezes a partir de papel Krasft branqueado
[00632] Uma carga de 1500 libras de papel Kraft branco virgem branqueado tendo uma densidade volumétrica de 30 libra/pé3 foi obtida da International Paper. O material foi dobrado e, então, alimentado a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador era equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador se assemelhava a confete (as acima). O material semelhante a confete foi alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tinha aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas foi configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória cisalhada os pedaços semelhantes a confete através das bordas das facas. O material resultante do primeiro cisalhamento foi re-alimentado na mesma configuração e a peneira foi substituída por uma peneira de 1/16 polegadas. Esse material foi cisalhado. O material resultante do segundo cisalhamento foi re-alimentado na mesma configuração e a peneira foi substituída por uma peneira de 1/32 polegadas. Esse material foi cisalhado. O material resultante fibroso tinha uma área de superfície BET de 1,6897 m2/g +/- 0,0155 m2/g, uma porosidade de 87,7163 por cento e uma densidade volumétrica (@0,53 psia) de 0,1448 g/mL. O comprimento médio das fibras era de 0,824 mm e a largura média das fibras era de 0,0262 mm, proporcionando uma L/D média de 32:1. Uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso é mostrada na Figura 29 em uma ampliação de 25X.
Exemplo 5 - Preparo de material fibroso densificado a partir de papel Kraft branqueado sem aglutinante adicionado
[00633] Material fibroso foi preparado de acordo com Exemplo 2. Aproximadamente 1 libra de água foi pulverizada sobre cada 10 libras de material fibroso. O material fibroso foi densificado usando um moinho de pelota Californium 1100 operando a 75°C. For am obtidas pelotas tendo uma densidade volumétrica oscilando de cerca de 7 li- bras/pé3a cerca de 15 libras/pé3.
Exemplo 6 - Preparo de material fibroso densificado a partir de papel Kraft branqueado com aglutinante
[00634] Material fibroso foi preparado de acordo com Exemplo 2.
[00635] Uma solução de estoque a 2 por cento em peso de POLIOXTM WSR N10 (óxido de polietileno) foi preparada em água.
[00636] Aproximadamente uma libra da solução de estoque foi pulverizada sobre cada 10 libras de material fibroso. O material fibroso foi densificado usando um moinho de pelota Californium 1100 operando a 75°C. Foram obtidas pelotas tendo uma densidade vol umétrica oscilando de cerca de 15 libras/pé3 a cerca de 40 libras/pé3.
Exemplo 7 - Redução de peso molecular de celulose em papel Kraft fibroso através de radiação gama com oxidação mínima
[00637] Material fibroso é preparado de acordo com Exemplo 4 e, então, densificado de acordo com Exemplo 5.
[00638] As pelotas densificadas são colocadas em uma ampola de vidro tendo uma capacidade máxima de 250 mL. A ampola de vidro é evacuada sob alto vácuo (10-5 torr) durante 30 minutos e, então, re- enchida com gás argônio. A ampola é vedada sob argônio. As pelotas na ampola são irradiadas com radiação gama durante cerca de 3 horas em uma taxa de dose de cerca de 1 Mrad por hora a fim de proporcionar um material irradiado no qual a celulose tem um peso molecular menor do que o material de iniciação de Kraft fibroso.
Exemplo 8 - Redução de peso molecular de celulose em papel Kraft fibroso através de radiação gama com oxidação máxima
[00639] Material fibroso é preparado de acordo com Exemplo 4 e, então, densificado de acordo com Exemplo 5.
[00640] As pelotas densificadas são colocadas em uma ampola de vidro tendo uma capacidade máxima de 250 mL. A ampola de vidro é vedada sob uma atmosfera de ar. As pelotas na ampola são irradiadas com radiação gama durante cerca de 3 horas em uma taxa de dose de cerca de 1 Mrad por hora a fim de proporcionar um material irradiado no qual a celulose tem um peso molecular menor do que o material de iniciação de Kraft fibroso.
Exemplo 9 - Métodos de Determinação de peso molecular de materiais celulósicos e lignocelulósicos através de cromatografia por permeação de gel
[00641] Materiais celulósicos lignocelulósicos para análise foram tratados de acordo com Exemplo 4. Materiais de amostra apresentados nas tabelas a seguir incluem papel Kraft (P), palha de trigo (WS), alfafa (A) e switchgrass (SG). O número "132" de ID da amostra refere- se ao tamanho de partícula do material após cisalhamento através de uma peneira de 1/32 polegadas. O número após o traço refere-se à dosagem de radiação (MRad) e "US" refere-se ao tratamento ultra- sônico. Por exemplo, um ID de amostra "P132-10" refere-se a papel Kraft que foi cisalhado para um tamanho de partícula de 132 mesh e foi irradiado com 10 MRad.
Figure img0014
**Baixas doses de radiação parecem aumentar o peso molecular de alguns materiais 1Taxa de dosagem = 1MRad/hora 2Tratamento durante 30 minutos com ultra-som a 20 kHz usando uma antena em forma de chifre de 1000W sob condições de recirculação com o material disperso em água.
Figure img0015
*Picos coalescem após tratamento **Baixas doses de radiação parecem aumentar o peso molecular de alguns materiais 1Taxa de dosagem = 1MRad/hora 2Tratamento durante 30 minutos com ultra-som a 20 kHz usando uma antena em forma de chifre de 1000W sob condições de recirculação com o material disperso em água.
[00642] Cromatografia por Permeação de Gel (Gel Permeation Chromatography - GPC) é usada para determinar a distribuição de peso molecular de polímeros. Durante análise por GPC, uma solução da amostra polimérica é passada através de uma coluna empacotada com pequenas moléculas de contenção de gel poroso. A amostra é separada baseado no tamanho molecular, com moléculas maiores elu- indo antes de moléculas pequenas. O tempo de retenção de cada componente é, mais frequentemente, detectado pelo índice de refra- ção (Refractive Index - RI), dispersão de luz evaporativa (Evaporative Light Scattering - ELS) ou Ultravioleta (UV) e comparado com uma curva de calibração. Os dados resultantes são, então, usados para calcular a distribuição de peso molecular para a amostra.
[00643] Uma distribuição de pesos moleculares, ao invés de um único peso molecular, é usada para caracterizar polímeros sintéticos. Para caracterizar essa distribuição, médias estatísticas são utilizadas. As mais comuns dessas médias são o "peso molecular numérico médio" (Mn) e o "peso molecular gravimétrico médio" (Mw). Métodos para calcular esses valores são descritos no Exemplo 9 do documento PCT/US/2007/022719.
[00644] O índice de polidispersividade ou PI (Polydispersivity Index) é definido como a proporção Mw/Mn. Quanto maior o PI, mais ampla ou mais dispersa a distribuição. O menos valor que um PI pode ter é 1. Isso representa uma amostra monodispersa; isto é, um polímero com todas as moléculas na distribuição tendo o mesmo peso molecular.
[00645] O valor de peso molecular de pico (MP) é outro descritor definido como o modo de distribuição de peso molecular. Ele significa o peso molecular que é mais abundante na distribuição. Esse valor também fornece um "insight" a respeito da distribuição de peso molecular.
[00646] A maioria das medições por GPC são feitas com relação a um padrão polimérico diferente. A precisão dos resultados depende de quão próximas as características do polímero que está sendo analisada estão daquelas do padrão usado. O erro esperado na reprodutibili- dade entre diferentes séries de determinações, calibradas separadamente, é de aproximadamente 5-10% e é característico da precisão limitada de determinações por GPC. Portanto, os resultados de GPC são úteis principalmente quando a comparação entre as distribuições de peso molecular de diferentes amostras é feita durante a mesma série de determinações.
[00647] As amostras lignocelulósicas requererem preparo de amostras antes de análise por GPC. Primeiro, uma solução saturada (8,4% em peso) de cloreto de lítio (LiCl) foi preparada em dimetil acetamida (DMAc). Aproximadamente 100 mg de cada amostra foram adicionados a aproximadamente 10 g de uma solução saturada de LiCl/DMAc recentemente preparada e as misturas foram aquecidas para aproximadamente 150°C-170°C com agitação durante uma hora . As soluções resultantes tinham, em geral, uma cor amarela clara a escura. A temperatura das soluções foi diminuída para aproximadamente 100°C e aquecida durante mais duas horas. A temperatura das soluções foi, então, diminuída para aproximadamente 50°C e as sol uções de amostra foram aquecidas durante aproximadamente 48 a 60 horas. De nota, as amostras irradiadas a 100 MRad foram mais facilmente solubiliza- das quando comparado com sua contra-parte não tratada. Adicionalmente, as amostras cisalhadas (denotadas pelo número 132) tinham pesos moleculares médios ligeiramente menores quando comparado com as amostras não cortadas.
[00648] As soluções de amostra resultantes foram diluídas a 1:1 usando DMAc como solvente e foram filtradas através de um filtro de PTFE de 0,45 μm. As soluções de amostra filtradas foram, então, analisadas através de GPC. O peso molecular médio de pico (Mp) das amostras, conforme determinado através de Cromatografia por Per- meação de Gel (GPC), são resumidos nas Tabelas 1 e 2, conforme acima, sob condições de análise apresentadas na Tabela 3. Cada amostra foi preparada em duplicata e cada preparado de amostra foi analisado em duplicata (duas injeções) para um total de quatro injeções por amostra. Os padrões de poliestireno EasiCal PS1A e PS1B foram usados para gerar uma curva de calibração para a escala de peso molecular de cerca de 580 a 7.500.00 Daltons.
Figure img0016
Exemplo 10- Determinação de Cristalinidade do material irradiado através de difração de raios X
[00649] Difração de raios X (XRD) é um método pelo qual uma amostra cristalina é irradiada com raios X monoenergéticos. A interação da estrutura de matriz da amostra com esses raios X é registrada e fornece informação sobre a estrutura cristalina que está sendo irradiada. A "impressão digital" característica resultante permite a identificação dos compostos cristalinos presentes na amostra. Usando uma análise de adaptação de padrão inteiro (o Refino de Rietvelt), é possível realizar análises quantitativas sobre amostras contendo mais de um composto cristalino.
[00650] Cada amostra foi colocada sobre um prendedor de base zero e colocada em um difractômetro Phillips PW1800 usando radiação Cu. Varreduras foram, então, realizadas sobre a faixa de 5° a 50° com um tamanho de etapa de 0,05° e um tempo de cont enção de duas horas cada.
[00651] Uma vez que os padrões de difração foram obtidos, as fa- ses foram identificadas com o auxílio do Powder Diffraction File publicado pelo International Centre for Diffraction Data. Em todas as amostras, a fase cristalina identificada foi celulose - Ia, a qual tem uma estrutura triclínica.
[00652] A característica distintiva entre as 20 amostras é a amplitude de pico, a qual está relacionada ao tamanho do domínio de cristali- to. A amplitude de pico experimental foi usada para computar o tamanho de domínio e cristalinidade percentual, os quais são reportados na Tabela 4.
Figure img0017
[00653] A cristalinidade percentual (Xc %) é medida como uma pro- porção da área cristalina para a área total sob os picos de difração de raios X e é igual a 100% x (Ac / (Aa + Ac), onde: Ac = área de fase cristalina Aa = área de fase amorfa Xc = cristalinidade percentual
[00654] Para determinar a cristalinidade percentual para cada amostra, foi necessário primeiro extrair a quantidade da fase amorfa. Isso é feito estimando a área de cada padrão de difração que pode ser atribuída à fase cristalina (representada pelos picos mais agudos) e a fase não cristalina (reapresentada pelos vales amplos por trás do padrão e centralizados a 22° e 38°).
[00655] Um processo sistemático foi usado para minimizar o erro nesses cálculos em virtude de picos cristalinos amplos, bem como alta intensidade de interferência. Primeiro, uma base linear foi aplicada e, então, removida. Segundo, dois picos Gaussianos centralizados a 22° e 38° com larguras de 10-12° cada foram adaptados a os vales por trás dos picos cristalinos. Terceiro, a área por trás dos dois picos Gaussia- nos amplos e o resto do padrão foram determinados. Finalmente, a cristalinidade percentual foi calculada dividindo-se a área por trás do pico cristalino pela intensidade total (após subtração da base). O tamanho de domínio e cristalinidade % das amostras, conforme determinado através de difração de raios X (XRD), são apresentados na Tabela 4, acima.
Exemplo 11 - Análise de porosimetria
[00656] Análise de volume de poro e tamanho de poro por mercúrio (Tabela 5) é baseada em forçar mercúrio (um líquido de não umedeci- mento) em uma estrutura porosa sob pressões hermeticamente controladas. Uma vez que o mercúrio não umedece a maioria das substâncias e não penetrará espontaneamente os poros através de ação capilar, ele deve ser forçado nos vazios da amostra mediante aplica- ção de pressão externa. A pressão requerida para encher os vazios é inversamente proporcionar ao tamanho dos poros. Apenas uma pequena quantidade de força ou pressão é requerida para encher grandes vazios, enquanto que uma maior pressão é requerida para encher os vazios de poros muito pequenos.
Figure img0018
[00657] O AutoPore® 9520, um dispositivo para determinação de densidade de poro, pode atingir uma pressão máxima de 414 MPa ou 60.000 psia. Existiam quatro estações de baixa pressão para preparo de amostra e coleta de dados de macroporo de 0,2 psia a 50 psia. Existiam duas câmaras de alta pressão que coletam dados de 25 psia a 60.000 psia. A amostra é colocada em um aparelho semelhante à cuba denominado um penetrômetro, o qual é ligado a uma haste capilar de vidro com um revestimento de metal. À medida que o mercúrio invade os vazios em e em torno da amostra, ele se move para baixo na haste capilar. A perda de mercúrio da haste capilar resulta em uma alteração na capacitância elétrica. A alteração na capacitância durante o experimento é convertida em um volume de mercúrio baseado no volume da haste do penetrômetro em uso. Uma variedade de pene- trômetros com diferentes tamanhos de cuba (amostra) e capilares estão disponíveis para acomodar a maioria dos tamanhos e configurações de amostra. A Tabela 6 abaixo define alguns dos parâmetros chave calculados para cada amostra.
Figure img0019
Exemplo 12 - Análise de tamanho de partícula
[00658] A técnica de dimensionamento de partícula através de dispersão de luz estática é baseada na teoria de Mie (a qual também abrange a teoria de Fraunhofer). A teoria de Mie prevê a relação de intensidade vs. Ângulo como uma função do tamanho para partículas de dispersão esféricas, contanto que outras variáveis de sistema sejam conhecidas e mantidas constantes. Essas variáveis são do comprimento de onda da luz incidente e do índice de refração relativo do material da amostra. Aplicação da teoria de Mie fornece informação detalhada sobre o tamanho de partícula. A Tabela 7 resume o tamanho de partícula usando o diâmetro mediano, diâmetro médio e diâmetro modal como parâmetros.
Figure img0020
[00659] O tamanho de partícula foi determinado através de dispersão de luz a laser (dispersão da amostra seca) usando um Malvern Mastersizer 2000 usando as condições a seguir:
[00660] Uma quantidade apropriada de amostra foi introduzida sobre uma bandeja vibratória. A taxa de alimentação e pressão do ar foram ajustadas para assegurar que as partículas estavam apropriadamente dispersas. O componente chave é selecionar uma pressão do ar que romperá aglomerações, mas não comprometerá a integridade da amostra. A quantidade de amostra necessária varia, dependendo do tamanho das partículas. Em geral, amostras com partículas finas requerem menos material do que amostras com partículas espessas.
Exemplo 13 - Análise de área de superfície
[00661] A área superfície de cada amostra foi analisada usando um sistema Micromeritics ASAP 2420 Acelerated Surface Area and Poro- simetry. As amostras foram preparadas primeiro desgaseificando durante 16 horas a 40°C. Em seguida, o espaço livre ( quente e frio) com hélio é calculado e, então, o tubo de amostra é evacuado mais uma vez para remover o hélio. Coleta de dados começa após essa segunda evacuação e consiste de definição de pressões alvo, a qual controla quanto gás é dosado sobre a amostra. Em cada pressão alvo, a quantidade de gás adsorvido e a pressão real são determinadas e registradas. A pressão dentro do tubo de amostra é medida com um transdutor de pressão. Doses adicionais de gás continuarão até que a pressão alvo seja obtida e deixada equilibrar. A quantidade de gás adsorvido é determinada somando múltiplas doses sobre a amostra. A pressão e quantidade definem um isoterma de adsorção de gás e são usadas para calcular uma série de parâmetros, incluindo área superfície BET (Tabela 8).
Figure img0021
[00662] O Modelo BET para isotermas é uma teoria amplamente usada para cálculo da área de superfície específica. A análise envolve determinação da capacidade de monocamada de superfície da amostra calculando-se a quantidade requerida para cobrir toda a superfície com uma única camada densamente empacotada de criptônio. A capacidade de monocamada é multiplicada pela área seccional transversal da molécula de gás de sonda para determinar a área de superfície total. A área de superfície específica é a área superfície da alíquota de amostra dividida pela massa da amostra
Exemplo 14 - Determinação de comprimento da fibra
[00663] Testagem de distribuição de comprimento da fibra foi realizada em triplicata sobre as amostras enviadas usando o sistema Techpap MorFi LB01. O comprimento médio e largura são reportados na Tabela 9.
Figure img0022
Exemplo 15 - Tratamento ultra-sônico de switchgrass irradiado e não irradiado
[00664] Switchgrass foi cisalhado de acordo com Exemplo 4. O switchgrass foi tratado por meio de ultra-som isoladamente ou irradiação com 10 Mrad ou 100 Mrad de raios gama e, então, submetido a ultra-som. Os materiais resultantes correspondem a G132-BR (não irradiado), G132-10-BR (10 Mrad e ultra-som) e G132-100-BR (100 Mrad e ultra-som), conforme apresentado na Tabela 1. Ultra-som foi realizado sobre cada amostra durante 30 minutos usando ultra-som a 20 kHz a partir da antena em forma de chifre de 1000W sob condições de re-circulação. Cada amostra foi dispersa em água em uma concentração de cerca de 0,10 g/mL.
[00665] As Figuras 30 e 31 mostram o aparelho usado para ultrasom. O aparelho 500 inclui um conversor 502 conectado a um amplificador de voltagem 504 que se comunica com a antena em forma de chifre 506 fabricada de titânio ou uma liga de titânio. A antena em forma de chifre, a qual tem uma vedação 510 feita de VITON® em torno de seu perímetro sobre seu lado de processamento, forma uma vedação hermética a líquido com uma célula de processamento 508. O lado de processamento da antena em forma de chifre está imerso em um líquido, tal como água, que tem, disperso no mesmo, a amostra a ser submetida a ultra-som. A pressão na célula é monitorada com um ma- nômetro 512. Em operação, cada amostra é movida pela bomba 517 do tanque 516 através da célula de processamento e é submetida a ultra-som. Após, ultra-som, a amostra é capturada no tanque 520. O processo pode ser revertido, pelo que os conteúdos do tanque 520 podem ser enviados através da célula de processamento e capturados no tanque 516. Esse processo pode ser repetido uma série de vezes, até que um nível desejado de processamento seja conferido à amostra.
Exemplo 16 - Micrografias de varredura eletrônica de switchgrass não irradiado em comparação com irradiado e irradiado e submetido a ultra-som
[00666] Amostras de switchgrass para as micrografias de varredura eletrônica foram aplicadas a uma fita de carbono e revestidas com dispositivo de descarga de ouro (70 segundos). As imagens foram tiradas com um microscópio de varredura eletrônica por emissão de campo JEOL 6500.
[00667] A Figura 32 é uma micrografia de varredura eletrônica em uma ampliação de 1000 X de um material fibroso produzido a partir de cisalhamento de switchgrass sobre um cortador de faca giratória e, então, passagem the cisalhada material através de uma peneira de 1/32 polegadas.
[00668] As Figuras 33 e 34 são micrografias de varredura eletrônica do material fibroso da Figura 32 após irradiação com raios gama a 10 Mrad e 100 Mrad, respectivamente, em uma ampliação de 1000 X.
[00669] A Figura 35 é uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso da Figura 32 após irradiação com 10 Mrad e ultra-som em uma ampliação de 1000 X.
[00670] A Figura 36 é uma micrografia de varredura eletrônica do material fibroso da Figura 32 após irradiação com 100 Mrad e ultrasom em uma ampliação de 1000 X.
Exemplo 17 - Espectro por infravermelho de papel Kraft irradiado em comparação com papel Kraft não irradiado
[00671] Análise por FT-IR foi realizada usando metodologia padrão sobre um Nicolet/Impact 400. Os resultados indicam que todas as amostras reportadas na Tabela 1 são consistentes com um material baseado em celulose.
[00672] A Figura 37 é um espectro por infravermelho de papelão Kraft cisalhado de acordo com Exemplo 4, enquanto que a Figura 38 é um espectro por infravermelho do papel Kraft da Figura 38 após irradiação com 100 Mrad de radiação gama. A amostra irradiada mostra um pico adicional na região A (centralizada cerca de 1730 cm-1) que não é encontrado no material não irradiado.
Exemplo 18 - Combinação de pré-tratamento com feixe de elétrons e ultra-som
[00673] Switchgrass é usado como o estoque de alimentação e é cisalhado com um cortador de faca giratória Munson em um material fibroso. O material fibroso é, então, uniformemente distribuído sobre uma bandeja aberta composta de estanho com uma área de mais de que cerca de 500 in2. O material fibroso é distribuído de modo que ele tem uma profundidade de cerca de 1 - 2 polegadas na bandeja aberta. O material fibroso pode ser distribuído em sacos plásticos em doses menores de irradiação (sob 10 MRad) e deixado descoberto sobre a bandeja de metal em maiores doses de radiação.
[00674] Amostras distintas do material fibroso são, então, expostas à doses sucessivas de radiação de feixe de elétrons para obter uma dose total de 1 Mrad, 2 Mrad, 3, Mrad, 5 Mrad, 10 Mrad, 50 Mrad e 100 Mrad. Algumas amostras são mantidas sob as mesmas condições que as amostras restantes, mas não são irradiadas, para servir como controles. Após resfriamento, o material fibroso irradiado é enviado para processamento adicional através de um dispositivo de ultra-som.
[00675] O dispositivo de ultra-som inclui um conversor conectado um amplificador de voltagem que se comunica com a antena em forma de chifre fabricada de titânio ou uma liga de titânio. A antena em forma de chifre, a qual tem uma vedação feita de VITON® em torno de seu perímetro sobre seu lado de processamento, forma uma vedação hermética a líquido com uma célula de processamento. O lado de processamento da antena em forma de chifre está imerso em um líquido, tal como água, no qual o material fibroso irradiado a ser submetido a ultra-som está imerso. A pressão na célula é monitorada com um ma- nômetro. Em operação, cada amostra é movida pela bomba através da célula de processamento e é submetida a ultra-som.
[00676] Para preparar o material fibroso irradiado for ultra-som, o material fibroso irradiado é removido de qualquer container (por exemplo, sacos plásticos) e é disperso em água em uma concentração de cerca de 0,10 g/mL. Ultra-som é realizado sobre cada amostra durante 30 minutos usando ultra-som de 20 kHz a partir de uma antena em forma de chifre de 1000 W sob condições de re-circulação. Após ultrasom, o material fibroso irradiado é capturado em um tanque. Esse pro- cesso pode ser repetido uma série de vezes, até que um nível desejado de processamento seja obtido baseado em monitoramento da alteração estrutural no switchgrass. Mais uma vez, algumas amostras irradiadas são mantidas sob as mesmas condições que as amostras restantes, mas não são submetidas a ultra-som, para servir como controles. Além disso, algumas amostras que não foram irradiadas são submetidas a ultra-som, mais uma vez para servir como controles. Assim, alguns controles não são processados, alguns são apenas irradiados e alguns são submetidos a ultra-som.
Exemplo 19 - Testagem microbiana de biomassa pré-tratada
[00677] Materiais lignocelulósicos específicos pré-tratados conforme descrito aqui são analisados quanto à toxicidade por cepas comuns de levedo e bactérias usados na indústria de biocombustíveis para a etapa de fermentação na produção de etanol. Adicionalmente, o teor de açúcar e compatibilidade com enzimas celulase são examinados para determinar a viabilidade do processo de tratamento. Testagem dos materiais pré-tratados é realizada em duas fases, como segue.
Toxicidade e Teor de Açúcar
[00678] A toxicidade dos estoques de alimentação de grama e papel pré-tratados é medida no levedo Saccharomyces cerevisiae (levedo de uva) e Pichia stipitis (ATCC 66278), bem como nas bactérias Zymomonas mobilis (ATCC 31821) e Clostridium thermocellum (ATCC 31924). Um estudo de crescimento é realizado com cada um dos organismos para determinar o tempo ótimo de incubação e amostragem.
[00679] Cada um dos estoques de alimentação é, então, incubado, em duplicata, com S. cerevisiae, P. stipitis, Z. mobilis e C. thermo- cellum em um meio microbiológico padrão para cada organismo. Caldo YM é usado para as duas cepas de levedo, S. cerevisiae e P. stipitis. Meio RM é usado para Z. mobilis e meio CM4 para C. thermocellum. Um controle positivo, com açúcar puro adicionado, mas sem estoque de alimentação, é usado para comparação. Durante a incubação, um total de cinco amostras é tirado a cada 12 horas nos tempos 0, 3, 6, 9 e 12 horas e analisadas quanto à viabilidade (contagens de placa para Z. mobilis e contagens diretas para S. cerevisiae) e concentração de etanol.
[00680] O teor de açúcar dos estoques de alimentação é medido usando Cromatografia de Líquido de Alto Desempenho (HPLC) equipado com uma coluna de açúcar Shodex® SP0810 ou Biorad Aminax® HPX-87P. Cada um dos estoques de alimentação (aprox. 5 g) é misturado com água submetida à osmose reversa (RO) durante uma hora. A porção líquida da mistura é removida e analisada quanto ao teor de glicose, galactose, xilose, manose, arabinose e celobiose. A análise é realizada de acordo com o protocolo do National Bioenergy Center Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass.
II. Compatibilidade Com Celulase
[00681] Estoques de alimentação são testados, em duplicata, com enzima Accellerase® 1000 comercialmente disponível, a qual contém um complexo de enzimas que reduz a biomassa lignocelulósica em açúcares fermentáveis, incluindo dois diferentes preparados de celu- lase, Trichoderma reesei e Aspergillus nidulans, na temperatura e concentração recomendadas em um frasco de Erlenmeyer. Os frascos são incubados com agitação moderada em torno de 200 rpm durante 12 horas. Durante esse tempo, amostras são tiradas a cada três horas nos tempos 0, 3, 6, 9 e 12 horas para determinar a concentração de açúcares de redução (Hope e Dean, Biotech J., 1974, 144: 403) na porção líquida dos frascos.
Exemplo 20 - Produção de álcool usando pré-tratamento de irradiação- ultra-som
[00682] O tamanho ótimo para fábricas de conversão de biomassa é afetado por fatores incluindo a economia de escala e o tipo e dispo-nibilidade de biomassa usada como estoque de alimentação. Aumento de tamanho da fábrica tende a aumentar a economia de escala associada a processos na fábrica. Contudo, aumento de tamanho da fábrica também tende a aumentar os custos (por exemplo, custos de transporte) por unidade de estoque de alimentação de biomassa. Estudos analisando esses fatores sugerem que o tamanho apropriado para fábricas de conversão de biomassa podem oscilar de 2000 a 10.000 toneladas de estoque de alimentação de biomassa seco por dia. A fábrica descrita abaixo é dimensionada para processar 2000 toneladas de estoque de alimentação de biomassa seco por dia.
[00683] A Figura 39 mostra um processo esquemático de um sistema de conversão de biomassa configurado para processar switchgrass. O sub-sistema de preparo de armazenamento processes estoque de alimentação de biomassa bruto para remover objetos estranhos e proporciona partículas de tamanho consistente para processamento adicional. O sub-sistema pré-tratamento altera a estrutura molecular (por exemplo, reduz o peso molecular médio e a cristalini- dade) do estoque de alimentação de biomassa por meio de irradiação do estoque de alimentação de biomassa, mistura do estoque de alimentação de biomassa irradiado com água para formar uma pasta e aplicação de energia ultra-sônica à pasta. Irradiação e ultra-som convertem os componentes celulósicos e lignocelulósicos do estoque de alimentação de biomassa em materiais fermentáveis. O sub-sistema de processo primário fermenta a glicose e outros açúcares de baixo peso presentes após pré-tratamento para formar álcoois.
Preparo de Alimentação
[00684] A taxa de alimentação padrão selecionada para a fábrica é de 2.000 toneladas secas por dia de biomassa de switchgrass. A alimentação padrão é switchgrass picado e/ou cisalhado.
[00685] Estoque de alimentação de biomassa na forma de fardos de switchgrass é recebido pela fábrica. Em alguns casos, os fardos de switchgrass são embalados com uma rede plástica para assegurar que eles não desmancham quando manipulados e também podem ser embalados em filme plástico para proteger os fardos das condições do tempo. Os fardos são quadrados ou redondos. Os fardos são recebidos na fábrica do armazenamento fora do local sobre grandes trailers de caminhão. À medida que os caminhões são recebidos, eles são pesados e descarregados por empilhadeiras. Alguns fardos são enviados para armazenamento no local, enquanto outros são levados diretamente para transportadores.
[00686] Uma vez que switchgrass está disponível apenas periodicamente, armazenamento a longo prazo é requerido a fim de proporcionar alimentação para a fábrica anualmente. Armazenamento a longo prazo provavelmente consistirá de 400-500 acres de fileiras de fardos empilhados descobertas em um local (ou múltiplos locais) razoavelmente próximas da fábrica de etanol. Armazenamento a curto prazo no local é proporcionado equivalente a 72 horas de produção em uma área de armazenamento externa. Fardos e vias de acesso circundantes, bem como os transportadores estão sobre uma laje de concreto. A laje de concreto é usada em virtude do volume de tráfego requerido para distribuir a grande quantidade de estoque de alimentação de biomassa requerida. A laje de concreto minimizará a quantidade de água parada na área de armazenamento, bem como reduzirá a exposição do estoque de alimentação de biomassa à sujeira. O material armazenado fornece um suprimento a curto prazo para fins de semana, feriados e quando distribuição direta normal de material no processo é interrompida.
[00687] Os fardos são descarregados por empilhadeiras e são colocados diretamente sobre transportadores de fardo ou para a área de armazenamento de curto prazo. Os fardos são também levados para armazenamento a curto prazo por empilhadeiras e carregados sobre os transportadores de fardo.
[00688] Fardos trafegam para uma de duas estações de desemba- lagem de fardo. Fardos desembalados são decompostos usando uma barra de dispersão e, então, descarregados sobre um transportador, o qual passa um separador magnético para remover metal antes de picar. Um ímã de ferro de contenção é proporcionado para capturar o metal magnético solto e uma tela de peneiramento remove o material estranho e superdimensionado grosseiro acima de múltiplas bandejas de picador-cisalhador, as quais reduzem o estoque de alimentação de biomassa o tamanho apropriado para pré-tratamento. As bandejas de picador-cisalhador incluem picadores e cortadores de faca giratória. Os picadores reduzem o tamanho do estoque de alimentação de biomassa bruto e alimentam o material resultante aos cortadores de faca giratória. Os cortadores de faca giratória cisalham concorrentemente o estoque de alimentação de biomassa e peneiram o material resultante. Finalmente, o estoque de alimentação de biomassa é transportado para o sub-sistema pré-tratamento.
[00689] Três silos de armazenamento são proporcionados para limitar tempo ocioso global do sistema em virtude de manutenção requerida e/ou paralisações de equipamento do sub-sistema de preparo de armazenamento. Cada silo pode conter aproximadamente 55.000 pés cúbicos de estoque de alimentação de biomassa (~3 horas de operação da fábrica).
Pré-tratamento
[00690] Uma correia transportadora transporta o estoque de alimentação de biomassa do sub-sistema de preparo de armazenamento 110 para o sub-sistema pré-tratamento 114. Conforme mostrado na Figura 40, no sub-sistema pré-tratamento 114, o estoque de alimentação de biomassa é irradiado usando emissores de feixe de elétrons, misturado com água para formar uma pasta e submetido à aplicação de energia ultra-sônica. Conforme discutido acima, irradiação do estoque de alimentação de biomassa altera a estrutura molecular (por exemplo, reduz a recalcitrância, o peso molecular médio e a cristalinidade) do estoque de alimentação de biomassa. Mistura do estoque de alimentação de biomassa irradiado em uma pasta e aplicação de energia ultra- sônica à pasta alteram adicionalmente a estrutura molecular do estoque de alimentação de biomassa. Aplicação de radiação e ultra-som em sequência pode ter efeitos sinergísticos pelo fato de que a combinação de técnicas parece obter maiores alterações da estrutura mole-cular (por exemplo, reduz a recalcitrância, o peso molecular médio e a cristalinidade) do que qualquer técnica possa obter o mesmo isoladamente de modo eficiente. Sem desejar estar preso à teoria, além de reduzir a polimerização do estoque de alimentação de biomassa mediante ruptura das ligações intramoleculares entre segmentos de componentes celulósicos e lignocelulósicos do estoque de alimentação de biomassa, a irradiação pode tornar a estrutura física global do estoque de alimentação de biomassa mais frágil. Após o estoque de alimentação de biomassa frágil ser misturado em uma pasta, a aplicação de energia ultra-sônica altera adicionalmente a estrutura molecular (por exemplo, reduz o peso molecular médio e a cristalinidade) e também pode reduzir o tamanho das partículas de estoque de alimentação de biomassa.
Irradiação de feixe de elétrons
[00691] A correia transportadora 491 que transporta o estoque de alimentação de biomassa para o sub-sistema pré-tratamento distribui o estoque de alimentação de biomassa em múltiplas correntes de alimentação (por exemplo, 50 correntes de alimentação) cada uma levando a emissores de feixe de elétrons 492 distintos. Nessa modalida- de, o estoque de alimentação de biomassa é irradiado enquanto ele está seco. Cada corrente de alimentação é transportada sobre uma correia transportadora distinta para um emissor de feixe de elétrons associado. Cada correia transportadora de alimentação de irradiação pode ter aproximadamente um metro de largura. Antes de atingir o emissor de feixe de elétrons, uma vibração localizada é induzida em cada correia transportadora para distribuir uniformemente o estoque de alimentação de biomassa seco sobre a largura seccional transversal da correia transportadora.
[00692] O emissor de feixe de elétrons 492 (por exemplo, dispositivos de irradiação de feixe de elétrons comercialmente disponíveis da Titan Corporation, San Diego, CA) são configurados para aplicar uma dose de elétrons de 100 quilo-Gray aplicada em uma potência de 300 kW. Os emissores de feixe de elétrons são dispositivos de feixe de varredura com uma largura de varredura de 1 metro para corresponder à largura da correia transportadora. Em algumas modalidades, emissores de feixe de elétrons com grandes larguras de feixe fixo são usados. Fatores, incluindo largura do feixe/correia, dose desejada, densidade do estoque de alimentação de biomassa e potência aplicada, orientam o número de emissores de feixe de elétrons requerido para que a fábrica processe 2.000 toneladas por dia de alimentação seca.
Ultra-som
[00693] O estoque de alimentação de biomassa irradiado é misturado com água para formar uma pasta antes que energia ultra-sônica seja aplicada. Pode haver um sistema de ultra-som distinto associado a cada corrente de alimentação de feixe de elétrons ou várias correntes de feixe de elétrons podem ser agregadas como alimentação para um único sistema de ultra-som.
[00694] Em cada sistema de ultra-som, o estoque de alimentação de biomassa irradiado é alimentado a um reservatório 1214 através de uma primeira entrada 1232 e água é alimentada no reservatório 1214 através da segunda entrada 1234. Válvulas apropriadas (manuais ou automáticas) controlam o fluxo de estoque de alimentação de biomassa e o fluxo de água para produzir uma proporção desejada de estoque de alimentação de biomassa para água (por exemplo, material celulósico a 10%, peso em volume). Cada reservatório 1214 inclui um misturador 1240 para agitar os conteúdos do volume 1236 e dispersar o estoque de alimentação de biomassa por toda a água.
[00695] Em cada sistema de ultra-som, a pasta é bombeada (por exemplo, usando uma bomba de turbilhonamento com propulsor em recesso 1218) do reservatório 1214 para e através de uma célula de fluxo 1224 incluindo um transdutor ultra-sônico 1226. Em algumas modalidades, a bomba 1218 é configurada para agitar a pasta 1216 de modo que a mistura de estoque de alimentação de biomassa e água seja substancialmente uniforme na entrada 1220 da célula de fluxo 1224. Por exemplo, a bomba 1218 pode agitar a pasta 1216 para criar um fluxo turbulento que persiste através da tubulação entre a primeira bomba e a entrada 1220 da célula de fluxo 1224.
[00696] Dentro da célula de fluxo 1224, o transdutor ultra-sônico 1226 transmite energia ultra-sônica para a pasta 1216 à medida que a pasta flui através da célula de fluxo 1224. O transdutor ultra-sônico 1226 converte energia elétrica em energia mecânica de alta frequência (por exemplo, energia ultra-sônica), a qual é, então, distribuída à pasta através do amplificador de voltagem 48. Transdutores ultra-sônicos estão comercialmente disponíveis (por exemplo, da Hielscher USA, Inc. de Ringmadeira, New Jersey) que são capazes de distribuir uma potência contínua de 16 quilowatts.
[00697] A energia ultra-sônica que trafega através do amplificador de voltagem 1248 no volume do reator 1244 cria uma série de compressões e rarefações na corrente de processo1216 com uma intensi- dade suficiente para criar cavitação na corrente de processo1216. Ca- vitação desagrega os componentes do estoque de alimentação de biomassa incluindo, por exemplo, material celulósico e lignocelulósico disperso na corrente de processo 1216 (por exemplo, pasta). Cavita- ção também produz radicais livres na água da corrente de processo 1216 (por exemplo, pasta). Esses radicais livres atuam para decompor adicionalmente o material celulósico na corrente de processo 1216. Em geral, cerca de 250 MJ/m3 de energia ultra-sônica são aplicados para processar a corrente 1216 contendo fragmentos de lascas de álamo. Outros níveis de energia ultra-sônica (entre cerca de 5 e cerca de 4000 MJ/m3, por exemplo, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 ou 3000) podem ser aplicados a outros estoques de alimentação de biomassa. Após exposição à energia ultra-sônica no volume do reator 1244, a corrente de processo1216 sai da célula de fluxo 24 através da saída 1222.
[00698] A célula de fluxo 1224 também inclui um permutador de calor 1246 em comunicação térmica com pelo menos uma porção do volume do reator 1244. Fluido de resfriamento 1248 (por exemplo, água) flui para o permutador de calor 1246 e absorve o calor gerado quando a corrente de processo1216 (por exemplo, pasta) é submetida a ultrasom no volume do reator 1244. Em algumas modalidades, o fluxo de fluido de resfriamento 1248 para o permutador de calor 1246 é controlado para manter uma temperatura aproximadamente constante no volume do reator 1244. Além disso ou alternativamente, a temperatura de fluido de resfriamento 1248 que flui para o permutador de calor 1246 é controlada para manter uma temperatura aproximadamente constante no volume do reator 1244.
[00699] A saída 1242 da célula de fluxo 1224 está disposta próximo da parte inferior do reservatório 1214 para induzir à alimentação por gravidade da corrente de processo 1216 (por exemplo, pasta) para fo ra do reservatório 1214 em direção à entrada de uma segunda bomba 1230 a qual bombeia corrente de processo1216 (por exemplo, pasta) em direção ao sub-sistema de processo primário.
[00700] Sistemas de ultra-som podem incluir um único trajeto de fluxo (conforme descrito acima) ou múltiplos trajetos de fluxo paralelos cada um com uma unidade de ultra-som individual associada. Múltiplas unidades de ultra-som também podem estar dispostas em série para aumentar a quantidade de energia sônica aplicada à pasta.
Processos Primários
[00701] Um filtro do tipo tambor giratório a vácuo remove os sólidos da pasta antes de fermentação. O líquido do filtro é bombeado frio antes de entrar nos fermentadores. Os sólidos filtrados são passados para o sub-sistema pós-processamento para processamento adicional.
[00702] Os tanques de fermentação são grandes vasos de aço inoxidável de baixa pressão com agitadores de baixa velocidade e fundo cônico. Tanques de fermentação com múltiplos primeiros estágios podem ser dispostos em série. A temperatura nos tanques de fermentação de primeiro estágio é controlada em 30 graus centígrados usando permutadores de calor externos. Levedo é adicionado ao tanque de fermentação de primeiro estágio na parte superior de cada série de tanques e transporta o mesmo através dos outros tanques na série.
[00703] Fermentação de segundo consiste de dois fermentadores contínuos em série. Ambos os fermentadores são continuamente agitados com misturadores mecânicos de baixa velocidade. A temperatura é controlada com água resfriada em permutadores externos com recirculação contínua. Bombas de recirculação são do tipo com cavidade progressiva em virtude da alta concentração de sólidos.
[00704] Gás de escapamento dos tanques de fermentação e fer- mentadores são combinados e lavados em uma coluna de água contra-corrente antes de serem liberados para a atmosfera. O gás de es- capamento é lavado para recuperar etanol ao invés de controlar emissões de ar.
Pós-Processamento Destilação
[00705] Destilação e adsorção em peneira molecular são usadas para recuperar etanol da levedura de fermentação bruta e produzir etanol a 99,5%. A destilação é realizada em duas colunas - a primeira, denominada a coluna de levedura, remove o CO2 dissolvido e a maioria da água e a segunda concentra o etanol para uma composição quase azeotrópica.
[00706] Toda a água da mistura quase azeotrópica é removida por meio de adsorção de peneira molecular em fase vapor. Regeneração das colunas de adsorção requer que uma mistura aquosa de etanol seja reciclada à destilação para recuperação.
[00707] Ventilações de fermentação (contendo principalmente CO2, mas também um pouco de etanol), bem como a ventilação da coluna de levedura são purificadas em um purificador de água, recuperando quase todo o etanol. O efluente do purificador é alimentado à primeira coluna de destilação junto com a levedura de fermentação.
[00708] A parte inferior da primeira destilação contém todos os sólidos insolúveis e dissolvidos não convertidos. Os sólidos insolúveis são desidratados por um filtro de pressão e enviados a um combustor. O líquido do filtro de pressão que não é reciclado é concentrado em um evaporador de efeito múltiplo usando calor residual da destilação. O xarope concentrado do evaporador é misturado com os sólidos que são enviados ao combustor e o condensado evaporado é usado como água de reciclagem relativamente limpa para o processo.
[00709] Em virtude do fato de que a quantidade de água de vinhaça que pode ser reciclada ser limitada, um evaporador é incluído no processo. A quantidade total de água de um filtro de pressão que é dire- tamente reciclada é configurada a 25%. Sais orgânicos, tais como acetato ou lactato de amônio, componentes da água de maceração não utilizados pelo organismo ou compostos inorgânicos na biomassa se encontram nessa corrente. Reciclagem de muito desse material pode resultar em níveis de resistência iônica e pressão osmótica que pode ser prejudicial à eficiência do organismo de fermentação. Para a água que não é reciclada, o evaporador concentra os sólidos dissolvidos em um xarope que pode ser enviado ao combustor, minimizando a carga para tratamento de água residual.
Tratamento de Águas Residuais
[00710] A seção de tratamento de águas residuais trata a água de processo para reutilização a fim de reduzir os requisitos de água de composição da fábrica. A água residual é inicialmente separada para remover grandes partículas, as quais são coletadas em um depósito alimentador e enviadas para um aterro. A separação é seguida por digestão anaeróbica e aeróbica para digerir a matéria orgânica na corrente. Digestão anaeróbica produz uma corrente de biogás que é rica em metano, a qual é alimentada ao combustor. Digestão aeróbica produz uma corrente de água relativamente clara para reutilização no processo, bem como um sedimento que é primariamente composto de massa celular. O sedimento é também queimado no combustor. Esse esquema de separação/digestão anaeróbica/digestão aeróbica é padrão dentro da indústria de etanol atual e unidades na faixa de 1-5 milhões de galões por dia podem ser obtidas como unidades "off-the- shelf" dos vendedores.
Combustor, Caldeira e Turbo-gerador
[00711] A finalidade do sub-sistema de combustor, boiler e turbo- gerador é queimar várias correntes de subproduto para geração de vapor e eletricidade. Por exemplo, um pouco de lignina, celulose e hemicelulose permanece não convertida através do pré-tratamento e processos primários. A maioria da água residual do processo é concentrada até um xarope em sólidos solúveis. Digestão anaeróbica da água residual restante produz um biogás com alto teor de metano. Digestão aeróbica produz uma pequena quantidade de biomassa residual (sedimento). Queima dessas correntes de subproduto para gerar vapor e eletricidade permite que a fábrica seja auto-suficiente em energia, reduz os custos de descarte de resíduos sólidos e gera recursos adicionais através de venda da eletricidade em excesso.
[00712] Três correntes de combustível primárias (sólidos de pós- destilado, biogás e xarope do evaporador) são alimentados a um combustor de leito fluidizado em circulação. A pequena quantidade de biomassa residual (sedimento) de tratamento de águas residuais é também enviada ao combustor. Um ventilador move o ar para a câmara de combustão. Água tratada entra no circuito do permutador de calor no combustor e é evaporada e superaquecida para 510°C (950°F) e vapor a 86 atm (1265 psia). Gás combustível do combustor pré- aquece o ar de combustão na entrada e, então, entra em um alojamento para remover partículas, as quais são aterradas. O gás é liberado através de uma chaminé.
[00713] Uma turbina e gerador com múltiplos estágios são usados para gerar eletricidade. Vapor é extraído da turbina em três diferentes condições para injeção no reator pré-tratamento e permuta de calor em destilação e evaporação. O vapor restante é condensado com água de resfriamento e retornado para o sistema de água de alimentação da caldeira junto com condensado dos vários permutadores de calor no processo. Água de poço tratada é usada como composição para substituir o vapor usado na injeção direta.
Exemplo 21 - Preparo de ração para animal a partir de switchgrass
[00714] Uma carga de 1500 libras de switchgrass é adquirida de um fazendeiro e transportada para o processamento site. O material é ali- mentado a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproxima-damente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00715] Essas amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Quantidades requeridas de pelotas são alimentadas a uma vaca por dia.
Exemplo 22 - Preparo de ração para animal a partir de switchgrass
[00716] Uma carga de 1500 libras de switchgrass é adquirida de um fazendo e transportada para o processamento site. O material é alimentado a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equi valente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00717] Amostras são tratadas com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 com abobada que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
Figure img0023
Figure img0024
[00718] Essas amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. As pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 23 - Preparo de Ração para animal A partir de alfafa
[00719] Uma carga de 1500 libras de alfafa é alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de des- carga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00720] Essas amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 24 - Preparo de ração para animal a partir de alfafa
[00721] Uma carga de 1500 libras de alfafa é alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00722] As amostras são tratadas com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 que distribui elé- trons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00723] Essas amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. As pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 25 - Preparo de ração para animal a partir de papel
[00724] Uma carga de 1500 libras de papel é dobrada e alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00725] Essas amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 26 - Preparo de ração para animal a partir de papel
[00726] Uma carga de 1500 libras de papel é alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00727] As amostras são tratadas com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00728] Essas amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. As pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 27 - Preparo de Ração para animal a partir de grama
[00729] Um fardo de 1500 libras de grama é alimentado a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00730] As amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 28 - Preparo de ração para animal a partir de grama
[00731] Uma carga de 1500 libras de grama é alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00732] As amostras são tratadas com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00733] Essas amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. As pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 29 - Preparo de ração para animal a partir de palha de trigo
[00734] Uma carga de 1500 libras de palha de trigo é alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00735] As amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 30 - Preparo de ração para animal a partir de palha de trigo
[00736] Uma carga de 1500 libras de palha de trigo é alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00737] As amostras são tratadas com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00738] Essas amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. As pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 31 - Preparo de ração para animal a partir de biomassa
[00739] Carregadeiras de 1500 libras de switchgrass, alfafa, papel, grama e palha de trigo são alimentadas separadamente a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00740] As amostras processadas são combinadas e densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 32 - Preparo de ração para animal a partir de biomassa
[00741] Carregadeiras de 1500 libras de switchgrass, alfafa, papel, grama e palha de trigo são alimentadas separadamente a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00742] As amostras são tratadas com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00743] As amostras processadas são combinadas e densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 33 - Preparo de ração para animal a partir de biomassa
[00744] Carregadeiras de 1500 libras de switchgrass, alfafa, papel, grama e palha de trigo são misturadas e alimentadas a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00745] As amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 34 - Preparo de ração para animal a partir de biomassa
[00746] Carregadeiras de 1500 libras de switchgrass, alfafa, papel, grama e palha de trigo são misturadas e alimentadas a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00747] As amostras são tratadas com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00748] As amostras processadas são densificadas para formar pelotas adequadas para consumo por vacas e outros animais de criação. As pelotas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 35 - Preparo de ração para animal a partir de biomassa
[00749] Carregadeiras de 1500 libras de switchgrass, alfafa, papel, grama e palha de trigo são misturadas e alimentadas a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00750] As amostras processadas são combinadas com grãos de destilados secos (DDG) para produzir uma mistura adequada para consumo por vacas e outros animais de criação. Essas misturas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 36 - Preparo de ração para animal a partir de biomassa
[00751] Carregadeiras de 1500 libras de switchgrass, alfafa, papel, grama e palha de trigo são misturadas e alimentadas a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00752] As amostras são tratadas com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00753] As amostras processadas são combinadas com grãos de destilados secos (DDG) para produzir uma mistura adequada para consumo por vacas e outros animais de criação. Essas misturas são distribuídas às fazendas e são armazenadas em um silo de armazenamento. Essas pelotas são alimentadas à vacas e outros animais de criação.
Exemplo 37 - Lavoura auto-suficiente
[00754] Um fazendeiro colhe uma safra de switchgrass e envia a mesma para processamento a uma unidade de processamento. O switchgrass é processado conforme descrito no Exemplo 21. O material processado é fornecido ao fazendeiro na forma de uma pelota que é alimentada às vacas do fazendeiro e outros animais de criação.
Exemplo 38 - Lavoura auto-suficiente
[00755] Um fazendeiro colhe uma safra de switchgrass e envia a mesma para processamento a uma unidade de processamento. O switchgrass é processado conforme descrito no Exemplo 22. O material processado é fornecido ao fazendeiro na forma de uma pelota que é alimentada às vacas do fazendeiro e outros animais de criação.
Exemplo 39 - Lavoura auto-suficiente
[00756] Um fazendeiro colhe uma safra de switchgrass e processa o material usando equipamento localizado em um local na fazenda. O switchgrass é processado conforme descrito no Exemplo 21. O material processado é alimentado às vacas do fazendeiro e outros animais de criação.
Exemplo 40 - Lavoura auto-suficiente
[00757] Um fazendeiro colhe uma safra de switchgrass e processa o material usando equipamento localizado em um local na fazenda. O switchgrass é processado conforme descrito no Exemplo 22. O material processado é alimentado às vacas do fazendeiro e outros animais de criação.
Exemplo 41 - Estudos de fermentação em frasco de agitação usando P. stipitis Sumário
[00758] Estudos de fermentação em frasco de agitação usando várias enzimas, tratamentos físicos e Pichia stipitis foram realizados.
Protocolo
[00759] Experimentos foram realizados sob os parâmetros esboçados na Tabela 13.
Figure img0025
Desenvolvimento de Cultura
[00760] Um banco de células de trabalho de P. stipitis NRRL Y- 7124 foi preparado from a rehydrated lyophilized culture obtida da ARS Culture Collection. Criofrascos contendo cultura de P. stipitis em glice- rol a 15% v/v foram armazenados a -75°C. Uma porção do material do banco de células de trabalho descongelada foi colocada sobre um Caldo de Mofo de Levedo (Yeast Mold - YM) + agar a 20 g/L (pH de 5,0) e incubada a 30°C durante 2 dias. As lâminas foram mantidas durante os mesmos dias a 4°C antes de uso.
[00761] Um frasco de Erlenmeyer de 250 mL contendo 100 mL de meio (40 g/L de glicose, 1,7 g/L de base de nitrogênio de levedo, 2.27 g/L de uréia, 6.56 g/L de peptona, 40 g/L de xilose, pH de 5,0) foi inoculado com uma colônia e incubado durante 24 horas a 25°C e 150 rpm. Após 23 horas de crescimento, a amostra foi tomada e analisada quanto à densidade óptica (OD 600 nm em um espectrofotômetro de UV) e pureza (Coloração de Gram). Baseado nesses resultados, dois frascos de cultura, cada um tendo uma densidade óptica (OD) de entre 4 e 8 e com uma coloração de Gram clara, foram combinados para inocular os frascos de crescimento.
Experimentos Exemplificativos
[00762] Experimentos foram realizados para 1) determinar a potência correta do sonicador e a regulação de temperatura (abaixo 60°C) e 2) confirmar a concentração de Celluclast 1.5 FG e Novozyme 188 com e sem Pluronic F-68.
[00763] Quinhentos mililitros de água foram adicionados a um bé- quer de vidro de 1 L. A antena em forma de chifre de um Branson So- nifier Modelo 450 foi colocada % polegada na superfície do béquer e configurada em uma potência máxima constante durante 60 minutos. A temperatura da água foi medida a cada 10 minutos durante 60 minutos de ultra-som.
[00764] Um experimento foi realizado para determinar se 1) uma concentração de Celluclast 1.5 FG e Novozyme 188 (0,5 mL e 0,1 mL por grama de biomassa, respectivamente) era suficiente para os experimentos com frasco de agitação e 2) se a adição de Pluronic F68 aumentava a hidrólise de celulose. Quatro frascos de 250 mL foram preparados com 100 mL de caldo estéril (1,7 g/L de base de nitrogênio de levedo, 2,27 g/L de uréia, 6,56 g/L de peptona, pH de 5,0). Frascos em duplicata continham 1% peso/v de Pluronic F-68. Celulose cristalina Solka Floc (6 g) foi adicionada aos frascos e deixada embeber em temperatura ambiente durante 14 horas. Celluclast 1.5 FG e No- vozyme 188 (0,5 mL e 0,1 mL por grama de Solka Floc, respectivamente) foram adicionadas e cada frasco incubado a 50°C durante 24 horas a 100 rpm. As amostras foram tomadas antes da adição de enzima e 24 horas após a adição de enzima a partir de todos os quatro frascos e analisadas quanto à concentração de glicose usando o YSI Biochem Analyzer (YSI, Interscience). Um mililitro de conteúdos do frasco de cultura de Pichia stipitis foi adicionado aos quatro frascos e incubado a 25°C e 125 rpm durante 24 horas. Amostra s foram tomadas de cada frasco antes de inoculação e após 24 horas incubação e analisadas quanto à concentração de etanol usando o YSI Biochem Analyzer (YSI, Interscience).
Frascos de teste
[00765] Os frascos de teste eram frascos de Fernbach de 2,8 L contendo 900 mL de caldo (1,7 g/L de base de nitrogênio de levedo, 2,27 g/L de uréia, 6,56 g/L de peptona, pH de 5,0). Frascos de controle eram frascos de 250 mL contendo 100 mL de caldo (40 g/L de glicose, 1,7 g/L de base de nitrogênio de levedo, 2,27 g/L de uréia, 6,56 g/L de peptona, 40 g/L de xilose, pH de 5,0). A natureza exata de cada frasco foi decidida pela Xyleco e é descrita na Tabela 80 abaixo.
[00766] As amostras não foram esterilizadas antes do início do experimento. Todas as amostras foram adicionadas aos frascos e deixadas embeber durante 15 horas em temperatura ambiente. Algumas das amostras foram submetidas a ultra-som durante uma hora usando um Branson Sonifier Modelo 450 equipado com uma antena em forma de chifre disruptora de % polegada. O plano original era dividir os conteúdos do frasco em dois e submeter cada metade a ultra-som continuamente na potência máxima para o equipamento até 450 watts (a potência permissível depende da viscosidade da amostra) durante 1 hora. Uma configuração de potência de 3 e um ciclo de pulso de ope- ração de 90% foram suficientes para mistura dos conteúdos do bé- quer. Em uma configuração de potência de 3, o medidor lia entre 30 e 40. O produto foi calculado como estando a 40-60 watts.
[00767] Originalmente, o plano era misturar algumas amostras (veja Tabela 80) várias vezes usando um homogeneizador de laboratório POLYTRON PT 10/35 (ou rotor/estator) a 25.000 rpm várias vezes. As amostras #22 e #23 foram divididas em dois béqueres e tratadas durante 30 minutos usando o Polytron grande Kinematica PT 10/35. O gerador (ponta) foi um PTA 20 com um diâmetro do estator de 20 mm. O instrumento foi operado em uma velocidade de 11.000 rpm. Operação acima de 11.000 rpm causou espalhamento dos conteúdos do béquer, movimento do béquer e super-aquecimento do equipamento. Após as amostras #23 e #24, o Polytron PT 10/35 parou de funcionar, presumivelmente pelo uso excessivo com amostras muito viscosas. Portanto, o Polytron manual PT1200C foi usado. O gerador (ponta) foi um PT-DA 1212 com um diâmetro do estator de 12 mm. O instrumento poderia ser operado a 25.000 rpm. Foi notado pelo operador que um grau similar de mistura foi observado com o Polytron manual a 25.000 rpm quando comparado com o modelo maior a 11.000 rpm. A amostra foi periodicamente misturada pelo operador para assegurar mistura uniforme. As amostras 19 a 22 foram misturadas com Polytron manual PT1200C.
[00768] Pré-tratamentos enzimáticos incluíam: 1) E1 = complexo enzimático Accellerase® 1000 em uma densidade de carregamento de 0,25 mL por grama de substrato e 2) E2 = Celluclast 1,5 FG e No- vozyme 188 em uma concentração de carregamento de 0,5 e 0,1 mL por grama de substrato, respectivamente. Após pré-tratamento físico (veja Tabela 80 abaixo), a(s) enzima(s) apropriada(s) foi (foram) adici- onada(s) e os frascos mantidos a 50°C e 125 rpm dur ante 20 horas. Após 20 horas, os frascos foram esfriados para a temperatura ambiente durante uma hora antes da adição de P. stipitis.
Figure img0026
Análise
[00769] A amostra foi tomada de cada frasco após pré-tratamento enzimático e/ou físico (exatamente antes da adição de P. stipitis) e analisadas quanto à concentração de glicose usando o YSI Biochem Analyzer (YSI, Interscience). Aa amostras foram centrifugadas a 14.000 rpm durante 20 minutos e o sobrenadante armazenado a -20 °C. As amostras foram diluídas para entre 0-25,0 g/L de glicose antes de análise. Um padrão de glicose foi analisado aproximadamente a cada 30 amostras para assegurar que a integridade da membrana foi mantida.
[00770] Um total de cinco amostras foi tomado de cada frasco a 0, 12, 24, 48 e 72 horas e analisado quanto à concentração de etanol usando o YSI Biochem Analyzer baseado no ensaio de dehidrogenase de álcool (YSI, Interscience). Amostras foram centrifugadas a 14.000 rpm durante 20 minutos e o sobrenadante armazenado a -20 °C e diluído para entre 0-3,0 g/L de etanol antes de análise. Um padrão de 2,0 g/L de etanol foi analisado aproximadamente a cada 30 amostras para assegurar que a integridade da membrana foi mantida.
[00771] A amostra do frasco de cultura foi analisada de forma a determinar a concentração celular inicial nos frascos de teste. Além disso, uma amostra a 72 horas de incubação foi tomada de cada frasco e analisada quanto à concentração celular. Amostras apropriadamente diluídas foram misturadas com azul de Tripano a 0,05% e carregadas em um hemocitômetro Neubauer. As células foram contadas sob uma ampliação de 40 X.
Resultados Experimentos
[00772] Os resultados de um experimento com sonicador são apresentados na Tabela 81. Não houve problemas com super-aquecimento da água.
Figure img0027
[00773] Os resultados do experimento para confirmar a concentração de Celluclast 1.5 FG e Novozyme 188 com e sem Pluronic F-68 são apresentados na Tabela 82 e 83. Uma concentração de 60 g/L de celulose (Solka Floc) foi adicionada a cada frasco. Após 24 horas de incubação, 33,7 a 35,7 g/L de glicose foram gerados (30,3 a 32.1 g/L de celulose digerida).
[00774] Após 24 horas de incubação com P. stipitis, 23,2 - 25,7 g/L de glicose restava nos frascos. Isso indica que nem toda a glicose foi usada dentro de 24 horas de incubação.
[00775] Não havia evidência de Toxicidade pelo Pluronic F-68 para o P. stipitis. Contudo, não houve aumento na quantidade de glicose gerada após tratamento enzimático de 24 horas com a adição de Plu- ronic F-68.
Figure img0028
Figure img0029
[00776] Durante a semana um de testagem, o frasco de cultura tinha uma densidade óptica (600 nm) de 9,74 e uma concentração celular de 4,21 x 108 células/mL. Nove mL de material do frasco de cultura foi adicionados a cada um dos frascos de teste e 1 mL aos frascos de controle (1% v/v). Portanto, a concentração celular de iniciação em cada frasco era de x 4,21 x 106/mL.
[00777] Durante a semana dois de testagem, o frasco de cultura tinha uma densidade óptica (600 nm) de 3,02 e uma concentração celular de 2,85 x 108 células/mL. Para levar em conta as diferenças nas contagens de célula e OD, 12 mL de material do frasco de cultura foram adicionados a cada um dos frascos de teste e 1,5 mL aos frascos de controle (1,5% v/v). Portanto, a concentração celular de iniciação em cada frasco era de 3,80 x 106/mL.
[00778] A concentração de etanol nos frascos é apresentada na Tabela 84. A maior concentração de etanol foi observada no frasco #6 (Amostra XP, Embeber Durante a Noite, tratamento com E2 a 50°C durante 21 horas). Uma concentração de 19,5 g/L (17,55 g/ por frasco) foi gerada a partir de 35 gramas de substrato em 48 horas. O rendimento de etanol (gramas de etanol/grama de substrato) no frasco #6 foi de 0,50.
Figure img0030
[00779] Amostras analisadas duas vezes com o mesmo resultado.
[00780] Frascos com uma concentração de maior do que 15 g/L de etanol estão em NEGRITO.
[00781] Os resultados da análise de glicose são apresentados na Tabela 85. Após 21 horas de tratamento enzimático, a maior concentração de glicose foi 19.6 g/L (17.6 gramas por frasco) no frasco #6 (Amostra XP, Embeber Durante a Noite, tratamento com E2 a 50 °C durante 21 horas). Esse era também o frasco com a concentração mais alta de etanol (veja Tabela 84). Após 72 horas, muito pouca glicose restava nos frascos. Nenhuma glicose foi detectada nos frascos 1 e 2.
Figure img0031
[00782] Os resultados das contagens diretas de célula são apresentados na Tabela 86. A concentração de células viáveis foi maior nos frascos de controle. As menores contagens foram observadas nos frascos 1 a 4.
Figure img0032
Exemplo 42 - Produção de produtos de bioconversão a partir de biomassa
[00783] Uma carga de biomassa de 150 libras é alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tendo uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegada, um comprimento de entre 0,25 polegada e uma polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de descarga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegada. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00784] Os materiais são tratados com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuas Rhodotron® TT200 que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00785] Os materiais processados são distribuídos a uma Bancada esterilizável New Brunswick Scientific Fermentra00 na forma de um meio líquido que é formulado para sustentar o crescimento, expansão e/ou atividade de um micro-organismo selecionado quanto à sua capacidade de produzir o produto de bioconversão requerido. Concentrações variadas dos materiais processados são adicionadas em combinação com quantidades variadas de outros materiais suplementares que são rotineiramente necessários para o crescimento, expansão e/ou atividade do micro-organismo selecionado. Uma fonte de nitrogênio é também adicionada ao meio. A concentração ou quantidade dos materiais processados e cada um dos materiais suplementares (incluindo a fonte de nitrogênio) são memorizados na forma de um notebook de laboratório ou sobre o disco rígido de um computador.
[00786] Uma cultura iniciadora do micro-organismo selecionado é adicionada a cada uma das várias soluções de cultura nos fermenta- dores. Cada uma das soluções de cultura inoculadas é incubada em uma temperatura entre cerca de 15°C e cerca de 40°C durante 4 a 48 horas sob condições aeróbicas ou anaeróbicas. Após cultura, os micro-organismos e sobrenadantes celulares são coletados e opcionalmente separados usando centrifugação. As amostras são, então, congeladas para armazenamento ou são avaliadas para determinar o nível de produto de bioconversão nas células ou sobrenadante. Os resultados são memorizados e os experimentos são repetidos até que o rendimento máximo de produto de bioconversão é obtido. A solução de cultura e condições usadas para obter esse rendimento máximo são escalonadas para uso em fermentação em larga escala.
Exemplo 43 - Produção em larga escala de produtos de bioconversão a partir de biomassa
[00787] Uma carga de biomassa de 1500 libras é alimentada a um picador Flinch Baugh de 3 hp em uma taxa de aproximadamente 15 a 20 libras por hora. O picador é equipado com duas pás giratórias de 12 polegadas, duas pás fixas e uma peneira de descarga de 0,30 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é ajustado para 0,10 polegadas. O produto do picador semelhante a confete tem uma largura de entre 0,1 polegada e 0,5 polegadas, um comprimento de entre 0,25 polegadas e 1 polegada e uma espessura equivalente àquela do material de iniciação. O material semelhante a confete é alimentado a um cortador de faca giratória Munson, Modelo SC30. A peneira de des- carga tem aberturas de 1/8 polegadas. O vão entre as pás giratórias e fixas é configurado para aproximadamente 0,020 polegadas. O cortador de faca giratória cisalha os pedaços semelhantes a confete, liberando um material fibroso em uma taxa de cerca de uma libra por hora. Um comprimento médio das fibras é 1,063 mm e uma largura média das fibras é de 0,0245 mm, proporcionando uma L/D média de 43:1.
[00788] Os materiais são tratados com um feixe de elétrons usando um acelerador de ondas contínuo Rhodotron® TT200 que distribui elétrons de 5 MeV a 80 kW de potência de saída. A Tabela 10 descreve os parâmetros usados. A Tabela 11 reporta a dose nominal usada.
[00789] Os materiais processados são usados no preparo da solução de cultura determinada no Exemplo 42. O micro-organismo selecionado e solução de cultura são combinados em um fermentador de alimentação em batelada de volume fixo de grande volume e são mantidos usando as condições e durante o período de tempo determinados no Exemplo 42. Solução de cultura concentrada contendo materiais processados é adicionada conforme requerido ao fermentador. Além disso, o produto de bioconversão e micro-organismos são removidos do fermentador e são processados para armazenamento ou uso.
Exemplo 44 - Produção em larga escala de produtos de bioconversão a partir de biomassa usando resíduo animal como uma fonte de nitrogênio
[00790] Produtos de bioconversão são produzidos conforme descrito no Exemplo 43 usando resíduo animal como a fonte de nitrogênio. Antes de uso, resíduo animal é esterilizado usando filtração ou vapor e esterilização em alta pressão. Antes de adição à solução de cultura, o resíduo animal esterilizado é seco.
Exemplo 45 - Produção em larga escala de Fusarium venenatum (ATCC 20334) a partir de biomassa
[00791] Fusarium venenatum é cultivado usando o processo des- crito no Exemplo 43. F. venenatum coletado é combinado com clara de ovo reidratada, cebola, proteína de trigo texturizada (proteína de trigo, amido de trigo) e óleo de canola e processada para uso como um alimento humano.
OUTRAS MODALIDADES
[00792] Uma série de modalidades da invenção foram descritas. Todavia, deve ser entendido que várias modificações podem ser feitas sem se desviar do espírito e escopo da invenção.
[00793] Em algumas modalidades, doses relativamente baixas de radiação, opcionalmente, combinadas com energia acústica, por exemplo, ultra-som, são utilizadas para reticular, enxertar ou de outro modo aumentar o peso molecular de um material contendo carboidrato sintético ou natural, tal como qualquer um daqueles materiais em qualquer forma (por exemplo, forma fibrosa) descritos aqui, por exemplo, materiais celulósicos ou lignocelulósicos cisalhados ou não cisa- lhados, tal como celulose. A reticulação, enxertagem ou de outro modo aumento do peso molecular do material contendo carboidrato sintético ou natural pode ser realizada de uma maneira controlada e predeterminada mediante seleção do tipo ou tipos de radiação empregada (por exemplo, e-feixe e ultraviolet ou e-feixe e gama) e/ou dose ou número de doses de radiação aplicada.
[00794] Por exemplo, um material fibroso que inclui um primeiro material celulósico e/ou lignocelulósico tendo um primeiro peso molecular pode ser irradiado de uma maneira a fim de proporcionar um segundo material celulósico e/ou lignocelulósico tendo um segundo peso molecular maior do que o primeiro peso molecular. Por exemplo, se radiação gama é utilizada como a fonte de radiação, uma dose de cerca de 0,2 Mrad a cerca de 10 Mrad, por exemplo, de cerca de 0,5 Mrad a cerca de 7,5 Mrad ou de cerca de 2,0 Mrad a cerca de 5,0 Mrad, pode ser aplicada. Se radiação de feixe de elétrons é utilizada, uma dose menor pode ser utilizada (com relação à radiação gama), tal como uma dose de cerca de 0,1 Mrad a cerca de 5 Mrad, por exemplo, entre cerca de 0,2 Mrad a cerca de 3 Mrad ou entre cerca de 0,25 Mrad e cerca de 2,5 Mrad.
[00795] Qualquer um dos seguintes aditivos pode ser adicionado aos materiais fibrosos, materiais fibrosos densificados ou quaisquer outros materiais descritos aqui. Aditivos, por exemplo, na forma de um sólido, um líquido ou um gás, podem ser adicionados. Aditivos incluem enchedores, tais como carbonato de cálcio, sílica e talco; retardantes de chama inorgânicos, tais como trihidrato de alumina ou hidróxido de magnésio; e retardantes de chama orgânicos, tais como um composto orgânico clorado ou bromado. Outros aditivos incluem lignina, fragrâncias, compatibilizantes, auxiliares de processamento, antioxidantes, opacificantes, estabilizantes de calor, colorantes, agentes de espuma- ção, polímeros, por exemplo, polímeros degradáveis, fotoestabilizan- tes, biocidas e agentes anti-estática, por exemplo, estearatos ou aminas de ácido graxo etoxiladas. Compostos anti-estática adequados incluem negros-de-carvão condutivos, fibras de carbono, enchedores metálicos, compostos catiônicos, por exemplo, compostos de amônio quaternário, por exemplo, cloreto de N-(3-cloro-2-hidroxipropil)- trimetilammonium, alcanolamidas e aminas. Polímeros degradáveis representativos incluem polihidroxi ácidos, por exemplo, polilactídeos, poliglicolídeos e copolímeros de ácido láctico e ácido glicólico, ácido (poli)hidroxibutírico, ácido (poli)hidroxivalérico, (poli)[lactídeo-co-e- caprolactona], (poli)[glicolídeo-co-e-caprolactona], policarbonatos, (po- li)aminoácidos, (poli)hidroxialcanoatos, polianidridos, poliortoésteres e misturas desses polímeros.
[00796] Conforme descrito, quando aditivos são incluídos, eles podem estar presentes em quantidades, calculadas sobre uma base em peso seco, de abaixo de 1 por cento a tão alto quanto 80 por cento, baseado no peso total do material fibroso. Mais tipicamente, quantidades oscilam de entre cerca de 0,5 por cento a cerca de 50 por cento em peso, por exemplo, 5 por cento, 10 por cento, 20 por cento, 30, por cento ou mais, por exemplo, 40 por cento.
[00797] Quaisquer aditivos descritos aqui podem ser encapsulados, por exemplo, secos por pulverização ou microencapsulados, por exemplo, para proteger os aditivos do calor ou umidade durante manipulação.
[00798] Os materiais fibrosos, materiais fibrosos densificados, resinas ou aditivos podem ser tingidos. Por exemplo, o material fibroso pode ser tingido antes de combinação com a resina e composição para formar compostos. Em algumas modalidades, esse tingimento pode ajudar a disfarçar ou esconder o material fibroso, especialmente grandes aglomerações do material fibroso, em partes moldadas ou extru- dadas, quando isso é desejado. Tais aglomerações grandes, quando presentes em concentrações relativamente altas, podem se mostrar como flocos nas superfícies das partes moldadas ou extrudadas.
[00799] Por exemplo, o material fibroso desejado pode ser corado usando um corante ácido, corante direto ou um corante reativo. Tais corantes estão disponíveis da Spectra Dyes, Kearny, NJ ou Keystone Aniline Corporation, Chicago, IL. Exemplos específicos de corantes incluem SPECTRA™ LIGHT YELLOW 2G, SPECTRACID™ YELLOW 4GL CONC 200, SPECTRANYL™ RHODAMINA 8, SPECTRANYL™ NEUTRAL RED B, SPECTRAMINA™ BENZOPERPURINE, SPECTRADIAZO™ BLACK OB, SPECTRAMINA™ TURQUOISE G e SPECTRAMINA™ GREY LVL 200%, cada um estando disponível da Spectra Dyes.
[00800] Em algumas modalidades, concentrados de resina colorida contendo pigmentos são misturados com os corantes. Quando tais misturas são, então, compostas com o material fibroso desejado, o material fibroso pode ser corado in-situ durante a composição. Concentrados coloridos estão disponíveis da Clariant.
[00801] Pode ser vantajoso adicionar um aroma ou fragrância aos materiais fibrosos ou materiais fibrosos densificados.
Processamento Móvel de Biomassa
[00802] Unidades de processamento estacionárias para processamento de biomassa foram descritas. Contudo, dependendo da fonte de estoque de alimentação de biomassa e dos produtos produzidos a partir do mesmo, pode ser vantajoso processar a biomassa em unidades móveis que pode estar localizadas próximas da fonte do estoque de alimentação e/ou próximas de mercados alvo para produtos produzidos do estoque de alimentação. Como um exemplo, em algumas modalidades, várias gramíneas, tal como switchgrass, são usadas como estoque de alimentação de biomassa. O transporte de grandes volumes de switchgrass dos campos onde ela cresce para unidades de processamento centenas ou mesmo milhares de milhas de distância pode ser um desperdício energeticamente e economicamente caro (por exemplo, estima-se que o custo de transporte de estoque de alimentação por trem esteja $3.00 e $6.00 por tonelada por 500 milhas). Além disso, alguns dos produtos do processamento estoque de alimentação de switchgrass podem ser adequados para mercados em regiões onde o estoque de alimentação de biomassa cresce (por exemplo, ração para a criação de ruminantes). Mais uma vez, o transporte de centenas ou milhares de ração para ruminantes para o mercado pode não ser economicamente viável.
[00803] Consequentemente, em algumas modalidades, os sistemas de processamento divulgados aqui são implementados como unidades de processamento móveis reconfiguráveis. Uma modalidade de tal unidade móvel é mostrada na Figura 63. A unidade de processamento 8000 inclui cinco caminhões de transporte 8002, 8004, 8006, 8008 e 8010 (embora cinco caminhões sejam mostrados na Figura 63, em geral, qualquer número de caminhões pode ser usado). O caminhão 8002 inclui um suprimento de água e sistemas de processamento e sistemas de fornecimento de energia elétrica para os outros caminhões. Os caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 são, cada um, configurados para processar estoque de alimentação de biomassa em paralelo.
[00804] O caminhão 8002 inclui uma entrada de suprimento de água 8012 para recebimento de água de um suprimento contínuo (tal como uma torneira) ou um reservatório (por exemplo, um tanque sobre outro caminhão ou um tanque ou outro reservatório localizado no local de processamento). Água de processo é circulada para cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 através de um conduto de fornecimento de água 8020. Cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 inclui uma porção de conduto 8020. Quando os caminhões são posicionados próximos uns dos outros para configurar a unidade de processamento móvel, as porções do conduto 8020 são conectadas para formar um conduto de transporte de água contínuo. Cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 inclui uma entrada de água 8022 para fornecer água de processo e uma saída de água 8024 para remover a água de processo usada. As saídas de água 8024 em cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 levam a um conduto de descarte de água contínuo em partes 8026, o qual é similarmente unido em um conduto contínuo quando os caminhões são posicionados próximos uns dos outros. Água de processo residual é circulada para o processador de água 8028 no caminhão 8002, o qual trata a água para remover materiais residuais prejudiciais e, então, recicla a água tratada via o conduto 8030 de volta para o conduto de fornecimento 8020. Os materiais residuais removidos da água de processo usada podem ser descartados do local ou armazenados (por exemplo, em outro ca- minhão, não mostrado) e transportados para uma unidade de armaze-namento.
[00805] O caminhão 8002 também inclui uma estação de energia elétrica 8016 que fornece energia elétrica a cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010. A estação de energia elétrica 8016 pode ser conectada a uma fonte de energia externa via a conexão 8014. Alternativamente ou além disso, a estação de energia elétrica pode ser configurada para gerar energia (por exemplo, via combustão de uma fonte de combustível). Energia elétrica é fornecida a cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 via o conduto de suprimento elétrico 8040. Cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 inclui um terminal de energia elétrica 8018 ao quais os dispositivos sobre o caminhão que requerem energia elétrica são conectados.
[00806] Cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 inclui uma entrada de estoque de alimentação 8042 e uma saída de resíduos 8044. Estoque de alimentação de biomassa entra em cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 através da entrada 8042, onde ele é processado de acordo com os métodos divulgados aqui. Após processamento, o material residual é descarregado através da saída 8044. Alternativamente, em algumas modalidades, cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 pode ser conectado a uma entrada de estoque de alimentação em comum (por exemplo, posicionada no caminhão 8002) e cada caminhão can descarregar material residual através de uma saída em comum (por exemplo, também posicionada no caminhão 8002).
[00807] Cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 pode incluir vários tipos de unidades de processamento; por exemplo, na configuração mostrada na Figura 63, cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 inclui um acelerador de íons 8032 (por exemplo, um acelerador duplo aleatório baseado em Pelletron horizontal), uma estação de aquecedor/pirólise 8034, uma unidade de processamento químico a úmido 8036 e uma unidade de processamento biológico 8038. Em geral, cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 pode incluir qualquer um dos sistemas de processamento divulgados aqui. Em determinadas modalidades, cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 incluirá os mesmos sistemas de processamento. Em algumas modalidades, contudo, um ou mais caminhões pode ter diferentes sistemas de processamento.
[00808] Além disso, alguns ou todos os caminhões podem ter determinados sistemas de processamento onboard, mas os quais não são usados, dependendo da natureza do estoque de alimentação. Em geral, o layout dos vários sistemas de processamento onboard sobre cada um de caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 é reconfigurável de acordo com o tipo de material que é processado.
[00809] A unidade de processamento 8000 é uma unidade de processamento paralela exemplificativa; cada um dos caminhões 8004, 8006, 8008 e 8010 processa o estoque de alimentação de biomassa em paralelo. Em determinadas modalidades, unidades de processamento móvel são implementadas como unidades de processamento seriais. Uma modalidade da unidade de processamento móvel serial baseada em trem 8500 é mostrada na Figura 64. A unidade de processamento 8500 inclui três vagões de trem 8502, 8504 e 8506 (em geral, qualquer número de vagões de trem pode ser usado), cada uma configurada para desempenhar uma ou mais etapas de processamento em um procedimento de processamento de biomassa global. O vagão de trem 8502 inclui uma entrada de estoque de alimentação para recebimento de estoque de alimentação de um repositor de armazenamento (por exemplo, uma edificação de armazenamento ou outro vagão de trem). O estoque de alimentação é transportado de uma unidade de processamento para outra dentre os três vagões de trem via um sistema transportador contínuo. O vagão de trem 8502 também inclui uma estação de energia elétrica 8514 para fornecimento de energia elétrica a cada um dos vagões de trem 8502, 8504 e 8506.
[00810] O vagão de trem 8502 inclui um processador mecânico de espessos 8516 e um processador mecânico de finos 8518 para conversão de estoque de alimentação bruto em um material fibroso finamente dividido. Um terceiro processador mecânico 8520 lamina o material fibroso em uma esteira plana contínua. A esteira de material fibroso é, então, transportada para um acelerador de íons 8522 sobre o vagão de trem 8504 que expõe o material fibroso a um feixe de íons. Após exposição ao feixe de íons, o material fibroso é transportado para um acelerador de elétrons de baixa energia 8524.
[00811] O material fibroso é subsequentemente transportado para uma unidade de processamento químico 8526 sobre o vagão de trem 8506 para uma ou mais etapas de tratamento químico. O vagão de trem 8506 inclui uma entrada de água de processo 8532 a qual recebe a água de processo de um reservatório externo (por exemplo, um tanque ou outro vagão de trem).
[00812] Após tratamento químico na unidade de processamento 8526, o material é transportado para uma unidade de processamento biológico 8528 a fim de iniciar a fermentação dos açúcares liberados do material. Após processamento biológico estar completo, o material é transportado para um separador 8530, which diverts produtos úteis para o conduto 8510 e os materiais residuais para o conduto 8512. O conduto 8510 pode ser conectado a uma unidade de armazenamento (por exemplo, um vagão tanque ou um tanque de armazenamento externo). Similarmente, produtos residuais podem ser transportados através do conduto 8512 para uma unidade de armazenamento, tal como um vagão tanque e/ou para uma unidade de armazenamento externa. O separador 8530 também recicla a água de processo limpa para subsequente distribuição à unidade de processamento químico 8536 e/ou unidade de processamento biológico 8528.
[00813] Conforme discutido anteriormente, a unidade de processamento 8500 é um exemplo de uma configuração sequencial de uma unidade de processamento móvel; cada um dos vagões de trem 8502, 8504 e 8506 inclui um subconjunto diferente de sistemas de processamento; e fluxo de processo de estoque de alimentação de cada vagão é conectado ao próximo vagão em série para completar a sequência de processamento.
[00814] Em geral, uma ampla variedade de diferentes configurações de processamento móvel pode ser usada para processar estoque de alimentação de biomassa. Unidades de processamento móvel baseadas em caminhão e baseadas em trem podem ser configuradas para operação serial ou operação paralela. Em geral, o layout das várias unidades de processamento é reconfigurável e nem todas as unidades de processamento podem ser usadas para estoques de alimentação particulares. Quando uma unidade de processamento particular não é usada para um determinado estoque de alimentação, a unidade de processamento pode ser retirada do fluxo de processo. Alternativamente, a unidade de processamento pode permanecer no fluxo de processo global, mas pode ser desativada, de modo que o estoque de alimentação passa através da unidade desativada rapidamente sem ser modificada.
[00815] Unidades de processamento móvel podem incluir um ou mais dispositivos de controle eletrônico que automatizam alguns ou todos os aspectos do procedimento de processamento de biomassa e/ou o procedimento de configuração da unidade móvel. Por exemplo, um dispositivo de controle eletrônico pode ser configurado para receber informação de entrada sobre um material de estoque de alimentação que tem de ser processado e pode gerar uma variedade de infor- mação de saída incluindo uma configuração sugerida da unidade de processamento móvel e/ou valores para um ou mais parâmetros de processo envolvidos no procedimento de processamento de biomassa que será implementado.
[00816] Embora transporte por caminhão tenha sido descrito acima, parte ou toda a unidade de processamento pode ser transportada através de qualquer outro meio, por exemplo, por trem ou por um transporte náutico, por exemplo, um navio, barcaça, barco, doca ou plataforma flutuante. Transporte pode também ser realizado usando mais de um único modo de transporte, por exemplo, usando um container sobre um navio e um trailer de caminhão ou trem.
[00817] Em algumas modalidades, os métodos descritos aqui podem ser realizados usando, por exemplo, carvão (por exemplo, carvão de lignita).
[00818] Consequentemente, outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims (29)

1. Método de preparação de um material de ração, caracte-rizado pelo fato de que compreende: irradiar uma biomassa compreendendo polissacarídeos na forma de celulose, hemicelulose ou amido com radiação de feixe de elétrons de pelo menos 5 Mrad; e inocular a biomassa irradiada com um microrganismo.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a irradiação compreende tratamento de feixe de elétrons tendo uma energia de pelo menos 10 kW.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteri-zado pelo fato de que a irradiação compreende tratamento de feixe de elétrons agindo em uma taxa de dose maior que 1 Mrad/s.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a irradiação da biomassa de feixe de elétrons é fornecida por mais de um dispositivo de feixe de elétrons.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a irradiação da biomassa compreende mover a biomassa por um ou mais dispositivos de feixe de elétrons ou várias vezes para obter múltiplos tratamentos com um ou mais dispositivos de feixe de elétrons.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a irradiação da biomassa compreende uma primeira irradiação de feixe de elétrons, seguida de resfriamento, e então uma segunda irradiação de feixe de elétrons.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a biomassa é selecionada a partir do grupo que consiste em gramíneas, cascas de arroz, bagaço, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, palha de milho, soja, alfafa, feno, pêlo de coco, algas marinhas, algas, e mis- turas dos mesmos.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a biomassa é derivada de uma planta geneticamente modificada.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a planta geneticamente modificada é selecionada a partir do grupo que consiste em milho geneticamente modificado, soja geneticamente modificada e misturas dos mesmos.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o material de biomassa é triturado antes do processamento, e em que a trituração compreende cisalhamento, corte, esmagamento, formação de um purê, ou moagem.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o cisalhamento compreende cisalhar a biomassa para uma extensão de modo que as fibras internas sejam expostas, e/ou em que a biomassa tem uma área de superfície BET maior do que 0,25 m2/g e uma densidade volumétrica menor do que 0,5 g/cm3.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a irradiação reduz o peso molecular médio do material de biomassa de 200.000 a 3.200.000 dalton antes da dita irradiação para 10.000 a 200.000 daltons depois da dita irradiação.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a sacarificação da biomassa irradiada.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a densi- ficação do material irradiado.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda submeter a biomassa irradiada à hidrólise enzimática.
16. Método, de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda isolamento e/ou purificação do material de ração.
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o material de ração compreende um ou mais antibióticos, um ou mais enzimas, um ou mais proteínas, um ou mais aminoácidos, um ou mais gorduras, um ou mais vitaminas, um ou mais óleos, um ou mais fibras, um ou mais minerais, um ou mais açúcares, um ou mais carboidratos e um ou mais álcoois.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o material de ração compreende um ou mais ami- noácidos, e um ou mais aminoácidos são selecionados do grupo con-sistindo em L-aminoácidos e D-aminoácidos, tais como, ácido L- glutâmico (glutamato monossódico (MSG)), ácido L-aspártico, L- fenilalanina, L-lisina, L-treonina, L-triptofano, L-valina, L-leucina, L- isoleucina, L-metionina, L-histidina e DL-metionina.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o microorganismo é selecionado do grupo consistindo em bactérias do ácido láctico (LAB), E. coli, Bacillus subtilis e Corynebacterium glutamicum.
20. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o material de ração compreende um ou mais anti-bióticos, e um ou mais antibiótico são usados como um produtos far-macêuticos.
21. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou 20, carac-terizado pelo fato de que o material de ração compreende um ou mais antibióticos, e um ou mais antibióticos são selecionados do grupo con-sistindo em tetraciclina, estreptomicina, ciclohexamida, cicloserina, eri- tromicina, canamicina, lincomicina, nistatina, polimixina B e bacitraci- na.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o antibiótico é produzido e o micro-organismo é selecionado do grupo consistindo de Streptomyces remosus, Strep- tomyces griseus, Streptomyces frodiae, Streptomyces orchidaceus, Streptomyces erythreus, Streptomyces kanamyceticus, Streptomyces, Streptomyces noursei, Bacillus polymyxa e Bacillus licheniformis.
23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 22, caracterizado pelo fato de que o material de ração compreende uma composição compreendendo unidades sacarídicas dispostas em uma cadeia molecular, em que de 1 de cada 2 a 1 de cada 250 unidades sacarídicas compreendem um grupo ácido carboxílico ou um éster ou sal do mesmo.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a composição compreende uma pluralidade de tais cadeias moleculares.
25. Método, de acordo com a reivindicação 23 ou 24, carac-terizado pelo fato de que de cerca de 1 de cada 5 a 1 de cada 250 unidades sacarídicas de cada cadeia compreendem um grupo ácido carboxílico ou um éster ou sal do mesmo, em particular de cerca de 1 de cada 8 a 1 de cada 100 ou de 1 de cada 10 a 1 de cada 50 unidades sacarídicas de cada cadeia compreendem um grupo ácido car- boxílico ou um éster ou sal do mesmo.
26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado pelo fato de que cada cadeia tem entre 10 e 200 unidades sacarídicas.
27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 26, caracterizado pelo fato de que cada cadeia compreende hemicelulose ou celulose e/ou que cada cadeia também compreende unidades sacarídicas que compreendem grupos selecionados do grupo consistindo de grupos nitroso, grupos nitro e grupos nitrila.
28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 27, caracterizado pelo fato de que as unidades sacarídicas compreendem 5 ou 6 uni unidades sacarídicas de carbono.
29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 28, caracterizado pelo fato de que o peso molecular médio da composição com relação a padrões de PEG está entre 1.000 e 1.000.000, em particular menos de 10.000.
BR122018010009-5A 2008-04-30 2009-04-28 Métodos de preparo de um material BR122018010009B1 (pt)

Applications Claiming Priority (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US4940508P 2008-04-30 2008-04-30
US61/049,405 2008-04-30
US7367408P 2008-06-18 2008-06-18
US61/073,674 2008-06-18
US13945308P 2008-12-19 2008-12-19
US61/139,453 2008-12-19
US12/417,900 US20100124583A1 (en) 2008-04-30 2009-04-03 Processing biomass
US12/417,900 2009-04-03
PCT/US2009/041963 WO2009134791A2 (en) 2008-04-30 2009-04-28 Processing biomass
BRPI0911588A BRPI0911588B1 (pt) 2008-04-30 2009-04-28 método de preparo de um material de ração

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BR122018010009B1 true BR122018010009B1 (pt) 2021-05-04

Family

ID=43923159

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR122018010009-5A BR122018010009B1 (pt) 2008-04-30 2009-04-28 Métodos de preparo de um material
BRPI0911588A BRPI0911588B1 (pt) 2008-04-30 2009-04-28 método de preparo de um material de ração

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BRPI0911588A BRPI0911588B1 (pt) 2008-04-30 2009-04-28 método de preparo de um material de ração

Country Status (18)

Country Link
US (9) US9803222B2 (pt)
EP (2) EP3480217A1 (pt)
CN (1) CN102076741B (pt)
AR (1) AR076822A1 (pt)
BR (2) BR122018010009B1 (pt)
CA (4) CA3051188A1 (pt)
DK (1) DK2276795T3 (pt)
ES (1) ES2543727T3 (pt)
HU (1) HUE025477T2 (pt)
IL (3) IL208977A (pt)
MX (1) MX2010011975A (pt)
NZ (8) NZ609829A (pt)
PL (1) PL2963060T3 (pt)
PT (1) PT2276795E (pt)
RU (11) RU2649366C1 (pt)
SI (1) SI2276795T1 (pt)
UA (1) UA119434C2 (pt)
ZA (1) ZA201702587B (pt)

Families Citing this family (131)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100124583A1 (en) 2008-04-30 2010-05-20 Xyleco, Inc. Processing biomass
US9485917B2 (en) 2006-12-15 2016-11-08 Ecovative Design, LLC Method for producing grown materials and products made thereby
BR122018010009B1 (pt) 2008-04-30 2021-05-04 Xyleco, Inc Métodos de preparo de um material
US8236535B2 (en) * 2008-04-30 2012-08-07 Xyleco, Inc. Processing biomass
MY169799A (en) * 2011-12-22 2019-05-16 Xyleco Inc Processing biomass for use in fuel cells related applications
US10154627B2 (en) * 2012-04-05 2018-12-18 Ecovative Design Llc Method of growing mycological biomaterials
US9339392B2 (en) 2012-08-02 2016-05-17 Prosidyan, Inc. Method of dose controlled application of bone graft materials by weight
US10689196B2 (en) 2012-10-10 2020-06-23 Xyleco, Inc. Processing materials
SG10201705682TA (en) 2012-10-10 2017-08-30 Xyleco Inc Processing materials
NZ706072A (en) * 2013-03-08 2018-12-21 Xyleco Inc Equipment protecting enclosures
AU2014233443A1 (en) 2013-03-15 2015-09-24 GreenStract, LLC Plant-based compositions and uses thereof
US9371489B2 (en) 2013-03-15 2016-06-21 GreenStract, LLC Plant-based compositions and uses thereof
CU20170135A7 (es) * 2013-04-26 2018-04-03 Xyleco Inc Sistema para polimerización de un ácido alfa, beta, gamma o delta hidroxi carboxílico
BR112015026769B1 (pt) * 2013-05-17 2020-01-07 Xyleco, Inc. Método para produzir ácido aspártico
US11277979B2 (en) 2013-07-31 2022-03-22 Ecovative Design Llc Mycological biopolymers grown in void space tooling
US20150052805A1 (en) * 2013-08-20 2015-02-26 Michael L Catto Oxygen-Deficient Thermally Produced Processed Biochar from Beneficiated Organic-Carbon-Containing Feedstock
CN103614434B (zh) * 2013-09-27 2016-03-23 句容市植保植检站 一种水葫芦提取制备低聚木糖的方法
US20150099860A1 (en) 2013-10-08 2015-04-09 Proteins Easy Corp Methods for separating and purifying endogenous, exogenous and recombinant proteins/peptides from plants and animals using aqueous-free, anhydrous strategies
US20150101509A1 (en) 2013-10-14 2015-04-16 Gavin R. McIntyre Method of Manufacturing a Stiff Engineered Composite
CN103740583B (zh) * 2014-01-24 2014-10-22 嵊州市百恩贸易有限公司 带有输出管和吹气条的坚果蛋白提取装置
NL2012322C2 (en) * 2014-02-25 2015-08-26 Hatchtech Group Bv Process for producing young chicken.
US20170266591A1 (en) * 2014-04-22 2017-09-21 Perry Ray Burt System and Method for Manufacturing Erosion Control Switchgrass Filter Socks
US20150299012A1 (en) * 2014-04-22 2015-10-22 Joseph Greco Biodegradable Runoff Filter
TW201610261A (zh) * 2014-05-20 2016-03-16 喬治亞太平洋消費者產品公司 非木材纖維之漂白及植物性雜質減量方法
TWI593616B (zh) * 2014-06-27 2017-08-01 巴柏斯特麥克斯合資公司 用於將板片元件供給至機器的方法，供給平台以及裝備該供給平台的加工機
ES2733334T3 (es) * 2014-09-19 2019-11-28 Versalis Spa Proceso continuo para tratar una biomasa lignocelulósica
US11292706B2 (en) * 2014-12-30 2022-04-05 Edward Showalter Apparatus, systems and methods for preparing and dispensing foods
CN105819653B (zh) * 2015-01-07 2023-12-29 广州正晟科技有限公司 污泥干化的控制系统
KR101806201B1 (ko) * 2015-04-09 2017-12-07 한국과학기술연구원 바이오 화학물질 및 연료 생산 증진을 위한 해조류 및 목질계 혼합 바이오매스 당화액 및 그 제조방법
KR101793328B1 (ko) * 2015-07-03 2017-11-03 씨제이제일제당 (주) Ｌ-라이신 생산능을 갖는 미생물 및 이를 이용한 ｌ-라이신 생산 방법
RU2639729C2 (ru) * 2015-11-03 2017-12-22 Некоммерческое партнерство "Союз ритуальных организаций" Биологически-активный препарат, ускоряющий минерализацию останков, и способ ускорения минерализации останков при помощи биологически-активного препарата (варианты)
CN105994977A (zh) * 2016-01-28 2016-10-12 深圳市七彩地农业科技有限公司 一种非粮生态饲料及其制备方法和饲喂方法
JP7022072B2 (ja) 2016-03-01 2022-02-17 ザ・フィンダー・グループ・インコーポレイテッド 糸状真菌バイオマット、その製造方法及び使用方法
CN107201309B (zh) * 2016-03-16 2021-03-09 洛阳华清天木生物科技有限公司 一种新型等离子体诱变育种装置
WO2017171317A1 (ko) * 2016-03-29 2017-10-05 한국화학연구원 비 산처리 친환경 셀룰로오스 나노결정체의 제조방법 및 이로 제조된 셀룰로오스 나노결정체
EP3238547B1 (en) * 2016-04-26 2018-09-26 Metalquimia, SA Air drying plant and method for air drying cut-up food
CN106055767B (zh) * 2016-05-25 2018-12-25 西南交通大学 电气化铁路at牵引供电系统的状态空间模型建立方法
US10434520B2 (en) 2016-08-12 2019-10-08 Arr-Maz Products, L.P. Collector for beneficiating carbonaceous phosphate ores
SI3436054T2 (sl) 2016-09-13 2022-09-30 Allergan, Inc. Stabilizirani neproteinski sestavki klostridijskih toksinov
CN108008068B (zh) * 2016-11-01 2023-09-12 华北电力大学（保定） 一种汽轮机末级湿度检测装置及汽轮机
CN107467110B (zh) * 2016-11-10 2023-06-13 徐巍 饸饹面机
CN106281976B (zh) * 2016-11-17 2019-05-10 湖南省农业科学院 一种利用秸秆生产乙醇的全流程加工系统
CN106754236B (zh) * 2016-11-17 2019-01-15 湖南省农业科学院 一种利用秸秆生产乙醇的成型、辐照及酶解处理系统
CN110546240A (zh) * 2017-02-01 2019-12-06 策伦达什·阿里温巴特 用于处理煤和生活垃圾的装置
CN106770990B (zh) * 2017-03-21 2023-04-11 中国石油大学(华东) 一种用于深水油气集输管线中天然气水合物研究的实验装置
US10563069B2 (en) 2017-03-30 2020-02-18 International Business Machines Corporation Prevention of biofilm formation
BR112019020132B1 (pt) 2017-03-31 2023-12-05 Ecovative Design, LLC Material de biopolímero micológico processado e respectivo método de preparação
US10507267B2 (en) 2017-04-25 2019-12-17 International Business Machines Corporation Highly hydrophobic antifouling coatings for implantable medical devices
US11582987B2 (en) 2017-06-07 2023-02-21 Whitewave Services, Inc. Systems and methods using physical energy technology to produce non-dairy protein base and value-added utilization of the co-product
KR102175816B1 (ko) 2017-07-31 2020-11-06 주식회사 엘지화학 전지재료에서 발생되는 산소의 정량분석 장치
US10696849B2 (en) 2017-08-08 2020-06-30 International Business Machines Corporation Tailorable surface topology for antifouling coatings
US10745586B2 (en) 2017-08-08 2020-08-18 International Business Machines Corporation Fluorinated networks for anti-fouling surfaces
CN107362046A (zh) * 2017-09-06 2017-11-21 参仙源生物工程有限公司 一种萃取人参原液的系统
US20200253172A1 (en) 2017-09-22 2020-08-13 Desertfoods International GmbH Decoupled multi-trophic production facility with bio reactor unit
DE102017122005A1 (de) 2017-09-22 2019-03-28 Heuer Development Gmbh Entkoppelte multitrophische Produktionsanlage mit Destillationseinheit und Bioreaktoreinheit
DE102017121990A1 (de) 2017-09-22 2019-03-28 Heuer Development Gmbh Entkoppelte multitrophische Produktionsanlage mit Destillationseinheit
DE102017121995A1 (de) 2017-09-22 2019-03-28 Heuer Development Gmbh Entkoppelte multitrophische Produktionsanlage mit Bioreaktoreinheit
CN107455337A (zh) * 2017-09-30 2017-12-12 李均裕 一种水牛的养殖方法
CN107988127B (zh) * 2017-11-02 2021-09-03 南京农业大学 里氏木霉木质纤维素酶基因工程乳酸菌组合在调制优质苜蓿青贮饲料中的应用
CN107624503B (zh) * 2017-11-03 2022-04-26 鲁东大学 一种虾类饲料添加剂及其应用
US11266085B2 (en) 2017-11-14 2022-03-08 Ecovative Design Llc Increased homogeneity of mycological biopolymer grown into void space
RU2668579C1 (ru) * 2017-11-23 2018-10-02 Игорь Анатольевич Волчек Корм для собак с лечебно-профилактическим действием
CN108300520B (zh) * 2017-12-21 2020-04-10 北京三聚环保新材料股份有限公司 一种提高秸秆在油中含量的方法
US11512329B2 (en) 2018-02-23 2022-11-29 The Regents Of The University Of Michigan Compositions and methods for production of organic acids
CN111017183A (zh) * 2018-03-27 2020-04-17 李志强 一种筒式系留气球及其用途
US11920126B2 (en) 2018-03-28 2024-03-05 Ecovative Design Llc Bio-manufacturing process
RU2686073C1 (ru) * 2018-04-02 2019-04-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина" (ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА) Способ получения порошка тканевого препарата растительного происхождения
US11293005B2 (en) 2018-05-07 2022-04-05 Ecovative Design Llc Process for making mineralized mycelium scaffolding and product made thereby
CN108559721A (zh) * 2018-05-15 2018-09-21 北京师范大学 一种净化空气的复合微生物菌剂及其应用
GB201807987D0 (en) * 2018-05-17 2018-07-04 Univ Leeds Innovations Ltd Reduction in microbial growth
CN108624600B (zh) * 2018-05-22 2021-06-18 昆明理工大学 锌指转录因子基因RkMsn4的用途
EP3801586A4 (en) 2018-05-24 2022-09-14 Ecovative Design LLC METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING MYCELIUM BIOMATERIAL
US11638331B2 (en) 2018-05-29 2023-04-25 Kontak LLC Multi-frequency controllers for inductive heating and associated systems and methods
US11555473B2 (en) 2018-05-29 2023-01-17 Kontak LLC Dual bladder fuel tank
CN108795828A (zh) * 2018-07-09 2018-11-13 新绛县鹏翔农业开发有限公司 一种复合生物制剂及其制备方法
CN108717032A (zh) * 2018-07-19 2018-10-30 吉林大学 一种多孔吸声材料流阻测试装置及测试方法
CN110823348B (zh) * 2018-08-10 2021-04-09 河南工业大学 基于底面两圈标准差svm模型的粮仓检测方法及系统
CN108913212B (zh) * 2018-08-14 2020-12-11 涡阳县沪涡多孔矸石砖有限公司 一种煤化工气化炉
CN109055273B (zh) * 2018-09-10 2022-03-04 安徽农业大学 一种青砖茶渥堆发酵菌株组合物及应用
US11359174B2 (en) 2018-10-02 2022-06-14 Ecovative Design Llc Bioreactor paradigm for the production of secondary extra-particle hyphal matrices
FR3087449A1 (fr) 2018-10-19 2020-04-24 Afyren Procede de preparation de molecules organiques par fermentation anaerobie
RU2715334C1 (ru) * 2018-11-21 2020-02-26 Роман Игоревич Оськин Материал подстилочный зоогигиенический
CN109459347A (zh) * 2018-11-26 2019-03-12 西安航天计量测试研究所 用于标准粘度液的定值及工作用粘度计的检定/校准装置
RU2696289C1 (ru) * 2018-11-29 2019-08-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Способ получения ингибитора трипсина из люцерны посевной
CN109626727A (zh) * 2018-12-25 2019-04-16 苏州依斯倍环保装备科技有限公司 一种机加工废水的零排放处理方法及系统
CN109628327B (zh) * 2019-01-02 2022-04-01 河南科技学院 玉米液化残渣全利用制备高活力柠檬酸黑曲霉种子的方法
KR102162697B1 (ko) * 2019-01-10 2020-10-08 정채규 농업 폐기물을 이용한 사료 첨가제 및 그의 제조 방법
CN109874928B (zh) * 2019-01-16 2022-10-04 中国科学院广州能源研究所 一种用于提高青贮原料品质的水热解聚方法
CN109762737A (zh) * 2019-01-28 2019-05-17 北京狼图腾科技有限公司 一种发酵控制方法及发酵控制器
RU2706572C1 (ru) * 2019-02-08 2019-11-19 Федеральное Государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий российской академии наук" Способ приготовления концентрированной кормовой смеси для крупного рогатого скота
CN110346387B (zh) * 2019-06-29 2020-09-15 浙江大学 一种利用透射电子显微镜鉴定螺旋藻藻丝沥水性能的方法
WO2021007553A1 (en) * 2019-07-10 2021-01-14 Kemin Industries, Inc. Novel applications of pulsed electric field and e-beam technology
CN110327863A (zh) * 2019-07-19 2019-10-15 安徽尘缘节能环保科技有限公司 一种加速蓝藻毒性钝化的高效微波酸解系统
CN110458066B (zh) * 2019-07-31 2022-11-18 同济大学 一种基于静息态脑电数据的年龄段分类方法
CN110367486A (zh) * 2019-08-05 2019-10-25 福建冠丰生物科技有限公司 一种即食风味海带产品及其加工方法
CN112661557A (zh) * 2019-10-14 2021-04-16 付颖翱 一种植物叶面肥及其制备方法和应用
CN110731468B (zh) * 2019-11-08 2022-11-04 河南农业大学 一种降低高温加工肉制品中致癌物含量的方法
CN110982849B (zh) * 2019-12-25 2022-07-05 江南大学 一种同时生产乙醇和羧酸的方法及其应用
CN112950701A (zh) * 2020-02-28 2021-06-11 蒋天泽 生物质类固废用分析处理系统
CN111635774B (zh) * 2020-04-22 2021-03-23 生态环境部华南环境科学研究所 一种农业有机固体废物多级热解装置
US11213053B1 (en) * 2020-05-18 2022-01-04 Green Recovery Technologies Llc Separation and further processing of commingled biomass streams containing highly variable protein and fat concentrations to produce digestible proteins and fats
CN111670692B (zh) * 2020-05-25 2022-05-10 河北省农林科学院农业资源环境研究所 一种低水分苜蓿青贮原料外源性粗灰份控制方法
WO2022074163A2 (en) * 2020-10-07 2022-04-14 Novozymes A/S Enzymatic feed preservation
CN113110319A (zh) * 2020-10-24 2021-07-13 陈彦均 基于化妆品的产线质量评价方法及生产数据处理中心
CN112408485B (zh) * 2020-11-26 2023-02-03 江西理工大学 一种制备阵列微/纳结构钨氧化物的方法
RU205517U1 (ru) * 2020-12-10 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ) Камера комбинированного нагрева
CN112314509A (zh) * 2020-12-17 2021-02-05 中国科学院深海科学与工程研究所 深海宏生物保真培养装置及培养方法
CN112708524A (zh) * 2020-12-25 2021-04-27 吉林出彩农业产品开发有限公司 一种长白山红果汽泡酒的制备方法
CN112957690B (zh) * 2021-02-03 2021-12-14 台州职业技术学院 脑损伤大鼠多功能康复训练装置
CN113084954A (zh) * 2021-04-07 2021-07-09 于媛媛 一种高精度变径式秸秆处理用分类装置
CN112903589A (zh) * 2021-04-13 2021-06-04 塔里木大学 一种基于拉曼光谱的苹果糖分检测设备
CN112931057B (zh) * 2021-04-25 2023-05-12 福建成发农业开发有限公司 一种食用菌的熟料培养基制作设备
WO2022256274A1 (en) * 2021-05-30 2022-12-08 Bee-Io-Honey Technologies Ltd. Methods and systems for producing emulated honey
CN113138210B (zh) * 2021-06-22 2021-09-24 电子科技大学 一种智能气体传感器的自适应局部高斯温湿度补偿方法
WO2022271947A1 (en) * 2021-06-24 2022-12-29 Massachusetts Institute Of Technology Methods and compositions for efficient production of biofuels and bioplastics from toxic feedstocks
CN113354846B (zh) * 2021-08-06 2022-08-30 甘肃华瑞农业股份有限公司 一种植物纤维分解制造可降解农用地膜的装置及其使用方法
CN114195339B (zh) * 2021-11-22 2024-03-29 深圳市政水环境技术有限公司 污泥碳源化回用同步污泥减量方法、装置及系统
CN114471873B (zh) * 2021-12-24 2024-02-23 陈清 一种用于植物处理发电的锅炉
CN114452309B (zh) * 2022-01-17 2022-12-02 广东海洋大学 杨叶肖槿内生真菌发酵提取物及其制备方法与用途
CN114508805B (zh) * 2022-01-27 2023-08-04 北京锐创机电暖通设备安装工程有限公司 一种可过滤除菌的智能空调机组
CN114631559B (zh) * 2022-03-23 2022-09-02 东北农业大学 一种肉制品加工用风干装置
CN114752592A (zh) * 2022-05-12 2022-07-15 浙江师范大学 一种用于菌糠饲料化的菌剂及制备方法
CN115074180A (zh) * 2022-05-18 2022-09-20 中国农业科学院油料作物研究所 油料提质生香的预处理装置及方法
KR102439507B1 (ko) * 2022-07-19 2022-09-02 (주)코트론 아쿠아포닉스 장치
CN115318193B (zh) * 2022-08-11 2023-10-27 河南华索科技有限公司 一种铝电解槽用氟化铝与氧化铝混配装置及其实现方法
WO2024040096A2 (en) * 2022-08-18 2024-02-22 Heartland Industries, Inc. System and methods for producing functionalized natural fibers
CN115963273B (zh) * 2022-10-09 2024-04-12 中国海洋大学 一种三疣梭子蟹nSCP或rSCP的应用与试剂盒
CN115868642B (zh) * 2022-12-10 2024-04-12 昆明理工大学 一种澳洲坚果裂纹自动识别与开缝装置
CN115600117B (zh) * 2022-12-16 2023-06-20 济宁市任城区畜牧兽医事业发展中心(济宁市任城区动物疫病预防控制中心、济宁市任城区动物卫生检疫中心) 一种畜牧粪便成分检测与识别方法
CN116199221A (zh) * 2023-02-16 2023-06-02 吉林大学 一种由稻壳制备活性炭联产分子筛的方法
CN117264853B (zh) * 2023-11-17 2024-02-27 中国农业大学 一种缓解溃疡性结肠炎的富硒动物双歧杆菌h15的筛选方法与应用

Family Cites Families (140)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4347A (en) 1845-12-31 Medicated bath
US1920129A (en) * 1930-06-11 1933-07-25 Celotex Company Fiber storage and preservation
US3352773A (en) * 1964-09-16 1967-11-14 Gillette Res Inst Inc Method of degrading polysaccharides using light radiation and a watersoluble metal or nitrogen base salt of nitrous or hyponitric acid
US3627095A (en) 1969-08-05 1971-12-14 Univ Louisiana State Nutritive protein from cellulose
USPP4347P (en) 1970-05-14 1978-12-12 Ranks Hovis Mcdougall Limited Non-toxic strain of Fusarium graminearum
FI44366B (pt) 1970-08-14 1971-08-02 Keskuslaboratorio
JPS5028515B2 (pt) 1971-09-30 1975-09-16
US3925562A (en) 1972-03-01 1975-12-09 Standard Oil Co Texturizing process for single cell protein containing protein mixtures
GB1438104A (pt) 1972-08-19 1976-06-03
US3939286A (en) 1973-01-29 1976-02-17 Jelks James W Process for oxidizing and hydrolyzing plant organic matter particles to increase the digestability thereof by ruminants
GB1440642A (en) 1973-09-24 1976-06-23 Ranks Hovis Mcdougall Ltd Production of edible protein containing substances
GB1473654A (en) 1973-08-22 1977-05-18 Ranks Hovis Mcdougall Ltd Separation
GB1502455A (en) 1975-06-13 1978-03-01 Du Pont Method and apparatus for texturizing a proteinaceous fungal mass
GB1508635A (en) 1975-06-13 1978-04-26 Du Pont Method and apparatus for texturising a proteinaceous substance
SE7605616L (sv) 1975-06-16 1976-12-17 Du Pont Forfaringssett for dielektrisk torkning av svampmaterial
GB1587828A (en) 1977-01-25 1981-04-08 Ranks Hovis Mcdougall Ltd Method of texturizing proteinaceous substance
US4268505A (en) 1978-04-13 1981-05-19 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Pharmaceutical composition comprising a nitrogen-containing polysaccharide and an antibiotic agent, and a method of treating an infectious disease therewith
US4275163A (en) 1978-11-20 1981-06-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Cellulase-producing microorganism
US4401680A (en) 1979-01-17 1983-08-30 University Of Waterloo Bioconversion of cereal grain straws to protein-enriched product
US4379844A (en) 1979-01-17 1983-04-12 University Of Waterloo Bioconversion of industrial cellulosic pulp materials to protein enriched product
US5221357A (en) * 1979-03-23 1993-06-22 Univ California Method of treating biomass material
US4274163A (en) 1979-07-16 1981-06-23 The Regents Of The University Of California Prosthetic fixation technique
SU869742A2 (ru) * 1979-12-21 1981-10-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химии Древесины Ан Латсср Способ получени белкового корма
DK187280A (da) 1980-04-30 1981-10-31 Novo Industri As Ruhedsreducerende middel til et fuldvaskemiddel fuldvaskemiddel og fuldvaskemetode
US4321328A (en) 1980-12-05 1982-03-23 Hoge William H Process for making ethanol and fuel product
US4447530A (en) 1981-03-04 1984-05-08 Young Murray M Bioconversion of industrial cellulosic pulp materials to protein-enriched product
US4431675A (en) * 1981-03-06 1984-02-14 Schroeder Jack J Hard solid animal feed supplement
US4330464A (en) 1981-07-09 1982-05-18 George Weston Limited Isolation of microbial protein with reduced nucleic acid content
US4600590A (en) * 1981-10-14 1986-07-15 Colorado State University Research Foundation Method for increasing the reactivity and digestibility of cellulose with ammonia
EP0099198B1 (en) 1982-06-28 1987-03-11 Thomas Swan And Co., Ltd. Improvements in or relating to the curing of epoxide resins
JPS5953840B2 (ja) * 1982-10-15 1984-12-27 新燃料油開発技術研究組合 セルロ−ス質材酵素加水分解の前処理方法
GB8308162D0 (en) 1983-03-24 1983-05-05 Ranks Hovis Mcdougall Plc Edible protein containing substances
JPS59113856A (ja) 1983-10-05 1984-06-30 Akira Endo 糖質食品
SU1262950A1 (ru) * 1984-06-26 1990-05-15 Институт Микробиологии Ан Бсср Способ получени белкового корма
JPS6178390A (ja) * 1984-09-25 1986-04-21 Japan Atom Energy Res Inst セルロ−ス廃資源の糖化発酵における前処理方法
GB8502424D0 (en) 1985-01-31 1985-03-06 Pharis R P Promotion of flowering fruit trees
US5047332A (en) 1986-09-03 1991-09-10 Institut Armand-Frappier-Univ. Of Quebec Integrated process for the production of food, feed and fuel from biomass
WO1992005160A1 (en) 1986-10-30 1992-04-02 Reinhard Sarges 4-arylsulfonyl-3,4-dihydro-2(1h)-quinoxalinone-1-alkanoic acids, esters, and salts
US4939108A (en) 1986-11-03 1990-07-03 Tam Ceramics, Inc. Process for producing dielectric ceramic composition with high dielectric constant, low dissipation factor and flat TC characteristics
IT1219942B (it) 1988-05-13 1990-05-24 Fidia Farmaceutici Esteri polisaccaridici
JPH0330799Y2 (pt) 1988-05-30 1991-06-28
US4939408A (en) 1988-06-29 1990-07-03 North American Philips Corp. High pressure sodium discharge reflector lamp
US4938972A (en) 1988-07-08 1990-07-03 Robin Hood Multifoods Inc. Process for upgrading cereal milling by-products into protein-rich food products
US4941308A (en) 1988-07-25 1990-07-17 Abbott Laboratories Method of packaging for a sterilizable calibratable medical device
US4939508A (en) 1988-10-31 1990-07-03 Emtek Health Care Systems, Inc. Point and select device
US4940608A (en) 1988-11-07 1990-07-10 Okuno Chemical Industry Co., Ltd. Local electroless plating process for plastics
US4940508A (en) 1989-06-26 1990-07-10 Digital Equipment Corporation Apparatus and method for forming die sites in a high density electrical interconnecting structure
US5352780A (en) 1989-07-20 1994-10-04 Ecosorb International, Inc. Absorbent material and litter from ground cellulose
US4941508A (en) 1989-12-28 1990-07-17 Dana Corporation Force balanced hydraulic spool valve
JPH0427386A (ja) 1990-05-24 1992-01-30 Kao Corp プロテアーゼ耐性セルラーゼ、これを産生する微生物及び該セルラーゼの製造法
RU2030155C1 (ru) * 1990-10-17 1995-03-10 Белорусский аграрный технический университет Способ получения углеводно-белкового корма
KR950000074B1 (ko) 1991-03-28 1995-01-09 금호석유화학 주식회사 이산화황과 핵치환 트리알킬게르밀스티렌(Trialkeylgermylstyrene)의 다원공중합체
US5196069A (en) * 1991-07-05 1993-03-23 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Apparatus and method for cellulose processing using microwave pretreatment
IT1254119B (it) 1991-09-13 1995-09-08 Fidia Esteri di derivati carbossilici di polisaccaridi
DE4130868C2 (de) 1991-09-17 1994-10-13 Degussa Tierfuttermittelsupplement auf der Basis einer Aminosäure und Verfahren zu dessen Herstellung
US5417824A (en) * 1992-12-10 1995-05-23 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Conversion of organic solids to hydrocarbons
US5370999A (en) 1992-12-17 1994-12-06 Colorado State University Research Foundation Treatment of fibrous lignocellulosic biomass by high shear forces in a turbulent couette flow to make the biomass more susceptible to hydrolysis
NL9300646A (nl) * 1992-12-28 1994-07-18 Stichting Scheikundig Onderzoe Werkwijze voor het verkrijgen van transgene planten welke een gemodificeerd fructaan-patroon vertonen.
US6268196B1 (en) 1993-12-17 2001-07-31 Genencor International, Inc. Method and compositions for treating cellulose containing fabrics using truncated cellulase enzyme compositions
GB9402604D0 (en) 1994-02-10 1994-04-06 Zeneca Ltd Microbiologial process
JPH11508259A (ja) 1995-06-23 1999-07-21 イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 単量体の回収法
US5859327A (en) * 1995-08-22 1999-01-12 Genetronics, Inc. Electroporation-mediated molecular transfer in intact plants
RU2089284C1 (ru) * 1995-11-09 1997-09-10 Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина Способ получения сорбента из лигноцеллюлозного сырья
GB9525902D0 (en) 1995-12-16 1996-02-21 Zeneca Ltd Fungus
US5753474A (en) 1995-12-26 1998-05-19 Environmental Energy, Inc. Continuous two stage, dual path anaerobic fermentation of butanol and other organic solvents using two different strains of bacteria
US5766764A (en) 1996-06-04 1998-06-16 The Boeing Company Nanoscale amorphous magnetic metals
US5828156A (en) 1996-10-23 1998-10-27 Branson Ultrasonics Corporation Ultrasonic apparatus
US6011008A (en) * 1997-01-08 2000-01-04 Yissum Research Developement Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Conjugates of biologically active substances
DE19702593C2 (de) 1997-01-24 2000-07-06 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen für technische, vorzugsweise medizintechnische Anwendungen
US6624539B1 (en) 1997-05-13 2003-09-23 Edge Technologies, Inc. High power ultrasonic transducers
RU2120765C1 (ru) * 1997-05-21 1998-10-27 Открытое акционерное общество Волгоградский маслоэкстракционный завод "Сарепта" Способ утилизации подсолнечниковой лузги
US6448307B1 (en) 1997-09-02 2002-09-10 Xyleco, Inc. Compositions of texturized fibrous materials
US5973035A (en) 1997-10-31 1999-10-26 Xyleco, Inc. Cellulosic fiber composites
US5952105A (en) 1997-09-02 1999-09-14 Xyleco, Inc. Poly-coated paper composites
FR2779168B1 (fr) 1998-05-27 2001-01-26 Euronetics France Serrure electronique a embrayage mecanique
US7537826B2 (en) 1999-06-22 2009-05-26 Xyleco, Inc. Cellulosic and lignocellulosic materials and compositions and composites made therefrom
US6242384B1 (en) * 1999-07-21 2001-06-05 Lorenzo Lamattina Method of enhancing the metabolic function and the growing conditions of plants and seeds
FR2797767B1 (fr) 1999-08-27 2002-06-14 Centre Nat Rech Scient Utilisation d'acides amines pour la fabrication de medicaments destines au traitement des insulino-resistances
CA2319283A1 (en) 1999-09-20 2001-03-20 Kuniki Kino Method for producing l-amino acids by fermentation
NZ520022A (en) 1999-12-30 2005-01-28 Genencor Int Protein and DNA sequences for XYL-IV from Trichoderma reesei
WO2001052620A2 (en) * 2000-01-21 2001-07-26 The Scripps Research Institute Methods and compositions to modulate expression in plants
CN1190373C (zh) * 2000-02-17 2005-02-23 里索国家实验室 处理木质纤维素材料的方法
DE10019255A1 (de) 2000-04-18 2001-10-31 Henkel Kgaa Glykosid-Ester und ihre Herstellung sowie Verwendung in Kosmetika, Pharmazeutika und Nahrungs- bzw. Futtermitteln
EP1188773A1 (en) 2000-08-30 2002-03-20 Nicox S.A. Nitroderivatives of polysaccharides
US6534104B1 (en) * 2000-09-28 2003-03-18 Kansas State University Research Foundation Use of modified ingredients and feed to improve performance and/or utilization of animals
US6737065B2 (en) 2000-10-06 2004-05-18 Jae-Mahn Song Method for producing mushroom mycelia and uses thereof
WO2002079400A2 (en) 2001-03-12 2002-10-10 Novozymes Biotech, Inc. Methods for isolating genes from microorganisms
KR100422810B1 (ko) 2001-05-30 2004-03-12 한국건설기술연구원 전자빔 조사에 의한 오염토양 정화장치 및 방법
AU2002334649B2 (en) 2002-01-04 2007-12-06 Cambridge Polymer Group Inc. A high modulus crosslinked polyethylene with reduced residual free radical concentration prepared below the melt
US20040005674A1 (en) 2002-04-30 2004-01-08 Athenix Corporation Methods for enzymatic hydrolysis of lignocellulose
DE10229869A1 (de) 2002-07-03 2004-01-15 Siemens Ag Verfahren zur Auswahl und/oder Fertigung von Automatisierungshardware
US6808600B2 (en) 2002-11-08 2004-10-26 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Method for enhancing the softness of paper-based products
EP1596755B1 (en) 2003-01-16 2016-10-12 Massachusetts General Hospital Methods for making oxidation resistant polymeric material
US6883667B1 (en) 2003-02-12 2005-04-26 Wellman, Inc. Automatic debris separation system
US6910289B2 (en) 2003-02-27 2005-06-28 Cj Moyna + Sons, Inc. Scraping device and a system and a method for collecting materials
US20040231060A1 (en) * 2003-03-07 2004-11-25 Athenix Corporation Methods to enhance the activity of lignocellulose-degrading enzymes
US7604967B2 (en) 2003-03-19 2009-10-20 The Trustees Of Dartmouth College Lignin-blocking treatment of biomass and uses thereof
JP4299641B2 (ja) 2003-11-17 2009-07-22 株式会社日立コミュニケーションテクノロジー 無線基地局試験方法及び試験装置
US7349608B2 (en) 2003-12-31 2008-03-25 Inkology, Inc. Stationery products incorporating fiber optics
US7812153B2 (en) * 2004-03-11 2010-10-12 Rayonier Products And Financial Services Company Process for manufacturing high purity xylose
US8003367B2 (en) 2004-03-16 2011-08-23 Ajinomoto Co., Inc. Method for producing L-amino acids by fermentation using bacteria having enhanced expression of xylose utilization genes
US7353008B2 (en) 2004-04-21 2008-04-01 Agilent Technologies, Inc. Method and system for optimizing decibel data conversion
JP4099594B2 (ja) 2004-07-30 2008-06-11 ソニー株式会社 記憶媒体収納装置
EP2093297A3 (en) 2004-09-07 2009-11-18 Telethon Institute for Child Health Research Agents for treatment or prevention of an allergic disorder
DK176540B1 (da) 2004-09-24 2008-07-21 Cambi Bioethanol Aps Fremgangsmåde til behandling af biomasse og organisk affald med henblik på at udvinde önskede biologisk baserede produkter
EP1885840B1 (en) 2005-04-12 2012-02-29 E.I. Du Pont De Nemours And Company System and process for biomass treatment
EP1887880B1 (en) 2005-04-19 2015-03-25 Archer-Daniels-Midland Company Process for the production of animal feed and ethanol and novel feed
US20060276608A1 (en) 2005-06-06 2006-12-07 Bausch & Lomb Incorporated Method for making biomedical devices
FI120045B (fi) 2005-12-22 2009-06-15 Roal Oy Selluloosamateriaalin käsittely ja siinä käyttökelpoiset entsyymit
CN100475052C (zh) * 2006-06-01 2009-04-08 江苏省农业科学院 一种利用城市生活污泥制作动物饲料添加剂的方法及其使用方法
CA2823382C (en) 2006-10-26 2014-09-09 Xyleco, Inc. Methods of processing biomass comprising electron-beam radiation
NZ731676A (en) 2006-10-26 2018-11-30 Xyleco Inc Processing biomass
US20100124583A1 (en) 2008-04-30 2010-05-20 Xyleco, Inc. Processing biomass
US20080293060A1 (en) 2007-04-23 2008-11-27 Ls9, Inc. Methods and Compositions for Identification of Hydrocarbon Response, Transport and Biosynthesis Genes
CN101041834A (zh) 2007-04-25 2007-09-26 湖南省原子能农业应用研究所 一种以稻草或玉米或高粱秸秆工业化生产乙醇的方法
BR122018010009B1 (pt) 2008-04-30 2021-05-04 Xyleco, Inc Métodos de preparo de um material
US7867359B2 (en) 2008-04-30 2011-01-11 Xyleco, Inc. Functionalizing cellulosic and lignocellulosic materials
US7867358B2 (en) 2008-04-30 2011-01-11 Xyleco, Inc. Paper products and methods and systems for manufacturing such products
US8212087B2 (en) 2008-04-30 2012-07-03 Xyleco, Inc. Processing biomass
US8911833B2 (en) 2008-04-30 2014-12-16 Xyleco, Inc. Textiles and methods and systems for producing textiles
US7931784B2 (en) 2008-04-30 2011-04-26 Xyleco, Inc. Processing biomass and petroleum containing materials
US7846295B1 (en) 2008-04-30 2010-12-07 Xyleco, Inc. Cellulosic and lignocellulosic structural materials and methods and systems for manufacturing such materials
US8236535B2 (en) 2008-04-30 2012-08-07 Xyleco, Inc. Processing biomass
US8025098B2 (en) 2008-06-18 2011-09-27 Xyleco, Inc. Processing hydrocarbons
NZ620032A (en) 2008-06-18 2014-11-28 Xyleco Inc Processing materials with ion beams
US7900857B2 (en) 2008-07-17 2011-03-08 Xyleco, Inc. Cooling and processing materials
UA104157C2 (en) 2008-10-28 2014-01-10 Ксилеко, Инк. Processing materials
CN105524948A (zh) 2008-11-17 2016-04-27 希乐克公司 生物量加工
AP2011005821A0 (en) 2009-01-26 2011-08-31 Xyleco Inc Processing biomas.
KR101925460B1 (ko) 2009-02-11 2018-12-05 질레코 인코포레이티드 바이오매스의 가공처리방법
WO2010093832A2 (en) 2009-02-11 2010-08-19 Xyleco, Inc. Saccharifying biomass
US20110111456A1 (en) 2009-04-03 2011-05-12 Xyleco, Inc. Processing biomass
KR20190009853A (ko) 2009-05-20 2019-01-29 질레코 인코포레이티드 바이오처리방법
JP5735956B2 (ja) 2009-05-20 2015-06-17 キシレコ インコーポレイテッド バイオマス加工方法
US8945245B2 (en) * 2009-08-24 2015-02-03 The Michigan Biotechnology Institute Methods of hydrolyzing pretreated densified biomass particulates and systems related thereto
BR112013001307A2 (pt) 2010-07-19 2017-06-20 Xyleco Inc processamento de biomassa
KR20130138784A (ko) 2010-10-20 2013-12-19 질레코 인코포레이티드 전자 빔으로 조사하여 리그노셀룰로스 물질을 처리하는 방법
GB2485590A (en) 2010-11-22 2012-05-23 Univ Ruprecht Karis Heidelberg Method for detecting at least one direct factor Xa inhibitors
AU2012267880B2 (en) 2011-06-09 2016-06-16 Xyleco, Inc. Processing biomass
KR20180046274A (ko) 2016-10-27 2018-05-08 엘지이노텍 주식회사 반도체 소자 패키지

Also Published As

Publication number Publication date
NZ714365A (en) 2017-08-25
NZ617930A (en) 2015-05-29
HUE025477T2 (en) 2016-02-29
CN102076741B (zh) 2013-04-17
RU2649366C1 (ru) 2018-04-02
US10047384B2 (en) 2018-08-14
DK2276795T3 (en) 2015-08-03
NZ588865A (en) 2012-05-25
NZ606047A (en) 2015-03-27
IL208977A (en) 2015-07-30
BRPI0911588A8 (pt) 2017-09-19
IL256302A (en) 2018-02-28
AR076822A1 (es) 2011-07-13
RU2015127761A (ru) 2015-10-20
US9605288B2 (en) 2017-03-28
RU2010148796A (ru) 2012-06-10
NZ601898A (en) 2014-09-26
RU2649370C2 (ru) 2018-04-02
EP2963060B1 (en) 2019-01-16
US9587258B2 (en) 2017-03-07
RU2019103318A (ru) 2020-08-06
US20170321233A1 (en) 2017-11-09
RU2626541C2 (ru) 2017-07-28
PL2963060T3 (pl) 2019-07-31
CA3051188A1 (en) 2009-11-05
NZ596142A (en) 2013-08-30
US20170152532A1 (en) 2017-06-01
RU2678806C1 (ru) 2019-02-01
ZA201702587B (en) 2018-12-19
CA3051204A1 (en) 2009-11-05
US20200024622A1 (en) 2020-01-23
CN102076741A (zh) 2011-05-25
NZ733050A (en) 2019-01-25
US9803222B2 (en) 2017-10-31
EP3480217A1 (en) 2019-05-08
US9970039B2 (en) 2018-05-15
RU2662666C2 (ru) 2018-07-26
NZ609829A (en) 2014-06-27
EP2963060A2 (en) 2016-01-06
RU2560426C2 (ru) 2015-08-20
RU2636399C1 (ru) 2017-11-23
ES2543727T3 (es) 2015-08-21
BRPI0911588B1 (pt) 2018-07-17
RU2015127767A (ru) 2015-10-20
US20150342224A1 (en) 2015-12-03
RU2019103318A3 (pt) 2020-08-06
US20160289710A1 (en) 2016-10-06
RU2015127763A (ru) 2015-12-10
MX2010011975A (es) 2011-01-21
RU2015127765A (ru) 2015-10-20
RU2632486C1 (ru) 2017-10-05
US9605287B2 (en) 2017-03-28
SI2276795T1 (sl) 2015-09-30
UA119434C2 (uk) 2019-06-25
BRPI0911588A2 (pt) 2016-07-05
RU2015127762A (ru) 2015-12-20
RU2627160C2 (ru) 2017-08-03
CA2722560C (en) 2019-09-17
US10508291B2 (en) 2019-12-17
PT2276795E (pt) 2015-10-12
EP2963060A3 (en) 2016-02-24
IL234428A (en) 2017-12-31
CA3051176A1 (en) 2009-11-05
US20160165926A1 (en) 2016-06-16
US20160289709A1 (en) 2016-10-06
IL208977A0 (en) 2011-01-31
CA2722560A1 (en) 2009-11-05
US20170130252A1 (en) 2017-05-11
US20160298147A1 (en) 2016-10-13
US9745604B2 (en) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10508291B2 (en) Processing biomass
US9745609B2 (en) Processing biomass
AU2015200713B2 (en) Processing biomass
AU2013202821B2 (en) Processing biomass
AU2016225857B2 (en) Processing biomass

Legal Events

Date Code Title Description
B07A Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette]
B07A Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette]
B09B Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette]
B12B Appeal against refusal [chapter 12.2 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 04/05/2021, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.

B21F Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time

Free format text: REFERENTE A 13A ANUIDADE

B24J Lapse because of non-payment of annual fees (definitively: art 78 iv lpi, resolution 113/2013 art. 12)

Free format text: MANUTENCAO DA EXTINCAO - ART. 78 INCISO IV DA LPI