BRPI0806417A2

BRPI0806417A2 - métodos de energia eficiente para produzir produtos

Info

Publication number: BRPI0806417A2
Application number: BRPI0806417-2A
Authority: BR
Inventors: Dan W Verser
Original assignee: Zeachem Inc
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2011-09-06
Also published as: MX2009008496A; WO2008098254A3; NZ578813A; US8329436B2; EP2121946A4; JP2010517581A; EP2121946A2; CA2676982A1; US20130189752A1; WO2008098254A2; AU2008212826A1; CN101646776A; US20080193989A1

Abstract

MéTODOS DE ENERGIA EFICIENTE PARA PRODUZIR PRODUTOS. Onde a invenção está relacionada a processos que convertem eficientemente materiais que contêm carbono, tais como biomassa, em produtos de tal maneira que a energia, carbono e conteúdo em massa dos materiais sejam eficientemente transferidos para tais produtos. Tais métodos incluem a conversão dos materiais em pelo menos um intermediário por meio de processo de conversão biológica e pelo menos um intermediário por meio de processo de conversão termoquímica e fazendo reagir os intermediários para formar o produto. Tais métodos possuem uma eficiência de energia química para produzir o produto que é maior que a eficiência de energia química de um único processo de conversão biológica para produzir o produto que é maior que a eficiência de energia química de um processo no qual todo o material é inicialmente sujeito a um passo de conversão termoquímica como parte do processo para produzir o produto.

Description

"MÉTODOS DE ENERGIA EFICIENTE PARA PRODUZIR PRODUTOS"

Referência Cruzada à Solicitação Relacionada

Esta solicitação faz referência ao Pedido de Patente EUA com Número de Série 60/889.165 intitulado processo de conversão de produção de alta energia para combustíveis de recursos renováveis, submetido em 9 de fevereiro de 2007 e que está incorporado a este documento, integralmente, por referência.

Campo da Incencao

A incencao se relaciona a processos que convertem, de modo eficiente, materiais que contêm carbono, tal como a biomassa, em produtos de tal modo que os conteúdos de energia, de carbono e de massa são transferidos, eficazmente, para tais produtos.

Historica da Incencao

E desejavel produzir produtos, inclusive os combustíveis líquidos tais como o etanol, a partir de recursos renováveis, por exemplo, a biomassa, devido à alta no preço de recuperação do petróleo e do gás natural. Além disso, o uso de produtos produzidos a partir da biomassa reduzirá o acúmulo de dióxido de carbono na atmosfera.

E particularmente desejavel produzir produtos a partir da biomassa de tal modo que as quantidades máximas dos conteúdos de energia, de carbono e de massa contidas em tais materiais sejam transferidas para tais produtos. Os processos atuais que usam a biomassa, entretanto, não são eficazes em tais transferências.

Os químicos tradicionalmente renováveis tais como o etanol e o ácido lático, foram produzidos a partir de grãos da agricultura. Por exemplo, os açúcares são facilmente produzidos a partir dos amidos de milho, do trigo ou de outros grãos, por enzimas ou por hidrólise ácida, ou são recuperados de culturas contendo açúcares, tais como a da cana-de-açúcar de alto rendimento. Tais açúcares então, podem ser facilmente, convertidos em etanol, por exemplo, a fermentação natural de organismos de levedura. Muito embora para a fermentação de levedura, mais ou menos, 96% da energia no material de açúcar seja transferida para o etanol, somente por volta de 67% do carbono no material do açúcar é transferido para o etanol. Essa baixa eficiência de carbono é devida ao fato da levedura produzir duas moléculas de dióxido de carbono para cada duas moléculas de etanol, a partir de uma molécula de glicose. Esse processo resulta em uma massa máxima (ou peso seco), cerca de, 52%.

Entretanto, a conversão de biomassa em etanol não é tão eficaz quanto a conversão do açúcar em etanol. A biomassa é um material complexo, que contém não somente amido e outros açúcares, mas, também, partes estruturais (ou seja, os caules, as folhas, o sabugo e etc.) que são complexas e contêm inúmeros componentes, incluindo a celulose, a hemicelulose e a lignina. Por exemplo, cerca de, 45% da planta do milho é o grão (espiga do milho) e as partes estruturais compõem os restantes aproximados 55%. Cada um desses componentes inclui, cerca de 70% de carboidrato. Como tal, a fração de amido da espiga de milho, um dos grãos mais produtivos, é de, somente, 32% (45% χ 70%) da massa total da planta e do conteúdo de energia.

A biomassa é uma mistura heterogênea, cujos componentes estão mesclados e não podem ser separados por meios físicos simples. Tipicamente, a biomassa inclui duas frações principais: os carboidratos e os não carboidratos. A fração de carboidrato inclui a celulose, a hemicelulose, o amido e os açúcares. A celulose, a hemicelulose e o amido, tipicamente, incluem os açúcares tais como a glicose, a xilose, a arabinose, a manose e etc. A fração de não carboidrato inclui a lignina, que é um material fenólico complexo, bem como as proteínas, os materiais resinosos e os minerais. A fração de carboidrato de uma biomassa típica, tal como a madeira, pode compreender, cerca de 60 a 70% do material total, em bases de peso seco, enquanto a lignina e os outros não carboidratos representam o restante. Outras formas de biomassa, entretanto, podem ter uma proporção bastante baixa de carboidratos. Por exemplo, os resíduos da indústria florestal podem incluir o cascalho, que pode ter pouco carboidrato (freqüentemente menos que 25% do material total em bases de peso seco).

O milho é um dos exemplos mais eficientes de biomassa usada para produzir o etanol. Entretanto, considerando que um processo baseado no milho converte, somente, a fração do amido do milho em etanol e considerando que o amido é, somente, 32% do conteúdo da massa e da energia da planta (como acima descrito) a produção de energia da planta de milho inteira é de, somente, 31% (ou seja, 32% χ 96%) e a produção de peso seco é somente cerca de 17% (ou seja, de 32% χ 52%). Tais produções representam uma limitação importante no uso dos grãos de cultivo para a conversão a combustíveis e químicos de base renovável.

Para superar essa limitação e evitar a competição pelo grão como uma fonte de nutrição humana e animal importante, foram feitos vários esforços para produzir químicos e combustíveis renováveis a partir de biomassa celulótica complexa, especialmente a partir de partes, outras que não o grão de cultivo, bem como de plantas não nutricionais tais como a madeira e as gramas. A parte estrutural (não comestível) de uma planta nutricional (por exemplo, a forragem de milho, ou a palha das plantas de trigo) pode incluir 70% de carboidrato para o milho, em bases de peso seco, na forma de celulose ou de hemicelulose. Se pudéssemos processar, de modo eficiente, todas as frações de carboidrato da estrutura da planta, usando uma fermentação baseada em levedura de etanol, por exemplo, poderíamos converter, cerca de, 67% (70% χ 96%) da energia armazenada na estrutura da planta em etanol. Entretanto, somente, cerca de, 36% (70% χ 52%) do peso seco poderia ser convertido em etanol.

As plantas e as gramas amadeiradas têm alta produção de biomassa total por unidade de área de terra e, portanto, fornecem uma base econômica atraente se pudermos usá-las de modo eficiente. Além disso, foi encontrado que mesmo em determinadas culturas de alimentos, tais como a de cana-de- açúcar e de milho, as produções médias de biomassa podem ser melhoradas, com a mudança dos critérios de cultivo para além dos objetivos tradicionais, tais como a concentração de sacarose e a produção da espiga de milho, para a produção de energia total por acre de terra plantada.

A conversão de biomassa de celulose em etanol foi um campo ativo de pesquisa como resultado da disponibilidade da biomassa estrutural e da alta produção potencial de etanol, se comparada com o uso exclusivo dos grãos. Há, entretanto, vários problemas técnicos não resolvidos que precisam ser solucionados antes que essa abordagem possa fornecer uma fonte significativa de combustíveis e de químicos de base renovável.

Um método para converter a biomassa em etanol é uma analogia direta ao processo tradicional de fermentação do etanol, com base na fermentação de levedura de açúcares por amido derivado, por exemplo, de milho e de trigo. Entretanto, os açúcares, nesse caso, se derivam de frações de biomassa de celulose e de hemicelulose.

Há anos existem pesquisas sobre a extração de açúcar da biomassa e vários métodos foram desenvolvidos. Um desses métodos é a hidrólise ácida das frações de carboidrato. Considerando que muitos dos componentes da fração de carboidrato da biomassa são polímeros de açúcar, eles podem ser hidrolisados via um catalisador ácido na água. Muitos ácidos minerais e orgânicos diferentes e uma ampla variação de condições foram tentados. Uma das preocupações com a hidrólise ácida é a reação dos produtos do açúcar com o ácido, para produzir bioprodutos de degradação que reduzam a produção do açúcar e possam inibir a fermentação.

Um processo alternativo é o uso de enzimas para hidrolisar os carboidratos. Várias enzimas de hemicelulose e de celulose foram encontradas na natureza e foram desenvolvidas como catalisadores para a decomposição da biomassa. Além disso, freqüentemente, é preferível pré-tratar a biomassa para separar a lignina e a hemicelulose da celulose antes da hidrólise. Muitas combinações diferentes de pré-tratamento e de hidrólise forram desenvolvidas.

A biomassa, de modo diferente do amido, contém vários açúcares diferentes. A celulose é, principalmente, um polímero de glicose, mas a hemicelulose é um polímero amorfo e ramificado muito complexo que, normalmente, contém diversos açúcares diferentes. Um dos componentes principais da hemicelulose contém a xilose e a arabinose, os conhecidos açúcares C5. Cada tipo de biomassa contém uma mistura diferente de açúcares de hemicelulose.

As leveduras naturais usadas para a fermentação de etanol, somente fermentam os açúcares tais como a glicose, a sacarose os outros açúcares conhecidos como açúcares C6. Elas, tipicamente, não fermentam a xilose dos açúcares C5 (encontrada na hemicelulose) para o etanol. Portanto, continuam a ser realizadas pesquisas para encontrar um modo eficaz de converter os açúcares misturados que são derivados da biomassa em etanol.

Mesmo que esses problemas técnicos sejam solucionados, entretanto, há a limitação de que somente parte da biomassa (ou seja, a fração de carboidrato) pode ser convertida, por fermentação direta, em produtos. Devido à limitação da abordagem biológica, permanece uma perda considerável de produção.

A fração de não carboidrato da biomassa contém muitos componentes não fermentáveis, tais como a lignina. Alguns desses componentes, também, podem ser inibidores do organismo produtor de etanol. A lignina, com freqüência, é queimada para compensar o uso de energia nos processos de fermentação e de recuperação, ou vendida como excesso de energia ou aquecimento. Por exemplo, muitas usinas de cana-de- açúcar queimam o material estrutural ou os bagaços residuais das plantas.

Uma alternativa à fermentação dos carboidratos na biomassa para o etanol é a conversão de toda a biomassa, incluindo os carboidratos e a lignina, por meios termoquímicos, tais como a gasificação, para um gás de síntese intermediário. O gás de síntese compreende um monóxido de carbono (CO), um dióxido de carbono (CO2) e um hidrogênio (H2)1 bem como outros componentes menores tais como os compostos de alcatrão e de enxofre.

Há diversos processos de gasificação para produzir o gás de síntese, cada um deles, tipicamente, trinca os materiais que contêm carbono para produzir uma mistura gasosa contendo CO, CO2 e H2, junto com o alcatrão e com os particulados da fração mineral de material de insumo. Um segundo reagente, como o vapor, o ar, ou o oxigênio, pode ser adicionado ao processo. De modo alternativo, a gasificação pode ser realizada na ausência de tais reagentes: esse processo é chamado, freqüentemente, de pirólise. O gás de síntese produzido, normalmente, deve ser filtrado e, então, ajustado em uma composição que dèpende da sua aplicação. Além da filtração, o gás de síntese deve ser limpo, por exemplo, para remover o alcatrão, através de maneiras diversas, tais como a fricção ou pela reação e para remover as impurezas específicas, tais como os compostos de enxofre. A composição do gás de síntese pode ser ajustada por diversos meios químicos, ou através da separação de determinados componentes. O conteúdo de hidrogênio pode ser ajustado pela reação de troca água-gás entre o monóxido de carbono e o vapor para resultar no hidrogênio e no dióxido de carbono. A absorção da troca de pressão pode ser usada, por exemplo, para separar e para purificar o hidrogênio do gás de síntese.

A conversão termoquímica dos materiais de biomassa para o gás de síntese resulta em uma diminuição de energia dos produtos junto com a produção de subproduto de aquecimento. Cerca de 70% do conteúdo de energia da biomassa é convertido em gás de síntese por gasificação.

Após a conversão de todos os componentes da biomassa em gás de síntese, foram propostas duas opções para a conversão do gás de síntese em etanol e em outros produtos. Uma abordagem é a conversão de gás de síntese por um processo de fermentação. Há diversos organismos que podem usar o gás de síntese para produzir produtos tais como o etanol. Esses processos de fermentação são menos capazes de conservar a energia do que a fermentação de açúcar, com eficiência típica de aproximadamente, 80% na conversão da energia no gás de síntese para a energia de produto químico. Portanto, a transferência geral de biomassa para o etanol por tal processo combinado de gasificação e fermentação é de, mais ou menos, 56% (70% χ 80%).

Uma segunda abordagem é o uso de um processo químico catalítico para converter o gás de síntese em produtos tais como o etanol. Esse processo requer um catalisador, bem como a temperatura alta e a pressão. O processo químico catalítico tem a mesma química geral e eficiência térmica dos processos de gasificação mais a fermentação, ou seja, de 56%, considerando que a mesma química geral é empregada.

Uma das vantagens da rota termoquímica para a produção, por exemplo, de etanol é que ela potencialmente converte mais frações da planta em produtos, pois pode converter a fração de lignina. Por outro lado, essa rota sofre uma perda de produção teórica em cada passo, de tal modo que a eficiência energética geral é limitada. O processo termodinâmico perde a energia armazenada na fração de carboidrato da biomassa pela degradação de carboidratos para o gás de síntese, que é menos eficiente do que conversão biológica dos carboidratos em um produto desejado.

Para cada um desses processos acima descritos, há um limite no qual o produto pode ser eficazmente produzido. A fermentação direta de biomassa para um produto desejado está limitada pelo caminho bioquímico que pode ser descoberto ou projetado em um organismo, tanto quanto pelo desejo de manter a viabilidade do organismo para usar os substratos disponíveis. O processamento termoquímico de biomassa, também, tem limitações, pois, por exemplo, a fermentação do gás de síntese é limitada por organismos constritores, enquanto os catalisadores químicos estão limitados pela sua capacidade de converter, seletivamente, o gás de síntese em um produto desejado em vez de para uma mistura complexa.

Portanto, há a necessidade de produzir produtos da biomassa, de tal modo que a energia, o carbono, e a massa contidos em todas as partes da biomassa sejam eficazmente transferidos aos produtos. Seria desejável ter um processo que otimizasse o uso tanto das frações de carboidrato quanto das frações de não carboidrato da biomassa para a produção de um produto.

Sumário da Invenção

Uma das configurações da presente invenção é um método para produzir um produto de um material incluindo compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. O método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um intermediário é produzido por um processo biológico e pelo menos, um intermediário é produzido pelo processo de conversão termoquímica. O método, também, inclui a reação de pelo menos, um intermediário produzido pelo processo biológico e de, pelo menos, um intermediário produzido pelo processo termoquímico para formar o produto. Nesse processo, a eficiência da energia química do método para produzir o produto a partir do material é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o produto e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o produto. Em algumas configurações, a eficiência da energia química é de, pelo menos 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, ou de 82%. Em algumas das configurações, mais de 70% das substâncias de carboidrato no material é convertida para o produto ou, de pelo menos 70%, 75%, 80%, 90%, 95%, ou de, aproximadamente, 100% de substâncias de carboidrato é convertida para o produto. Em outras configurações, essencialmente, nenhum dióxido de carbono é produzido no processo de conversão biológica, ou somente um mole de dióxido de carbono é produzido por mole de monossacarídeo, ou de unidade de monossacarídeo no material.

Em diversas configurações, o material inclui substâncias de carboidrato e de não carboidrato. O material, também, pode incluir a biomassa e ser selecionado de matéria herbácea, de resíduo de agricultura, de resíduo florestal, de dejeto sólido municipal, de dejetos de papel, de polpa e de resíduos de usinas de papel. O material, também, pode ser selecionado do grupo que consiste de árvores, de gramas, de trigo, de palha de trigo, de farelo de trigo, de bagaço de cana-de-açúcar, de milho, de casca de milho, da espiga de milho, da fibra de milho, de dejeto sólido municipal, de restos de papel, de dejetos de quintal, de galhos, de arbustos, de cultivos de energia, de frutas, das cascas de frutas, de flores, de garos, de culturas herbáceas, de folhas, de cascalho, de coníferas, de lenha, de raízes, de mudas, de culturas de madeira de rotatividade curta, de gramas amadeiradas, de vegetais, de trepadeiras, da polpa da beterraba, das cascas de aveia, de madeira dura, de lascas de madeira, de correntes intermediárias das operações de polpa e de madeiras macias; em uma configuração de preferência é selecionado do grupo que consiste de árvores, de gramas, de plantas inteiras e de componentes estruturais das plantas.

O processo de conversão biológica pode incluir a fermentação ou a cultura de, pelo menos, um microorganismo. Tal microorganismo pode ser, pelo menos, um microorganismo homofermentativo e pode ser selecionado entre os microorganismos homoacetogênicos, os microorganismos homoláticos, a bactéria do ácido propiônico, a bactéria do ácido butírico, a bactéria do ácido succínico e a bactéria do ácido 3- hidróxiopropionico. Em outras configurações, o microorganismo é de um gênero selecionado do Clostridium, Lactobacillus, Moorella, Thermoanaerobacter, Propionibacterium, Propionispera, Anaerobiospirillum, e Bacteriodes. Em outras configurações, o microorganismo é de espécie selecionada do Clostridium formicoaceticum, Clostridium butyricom, Moorella thermoacetica, Thermoanaerobacter kivui, Lactobacillus delbrukii, Propionoibacteruium acidipropionici, Propionispera arboris, Anaerobiospirillum succiniproducens, Bacteriodes amyphilus, e a Bacteriodes ruminicola.

Em algumas configurações pelo menos um intermediário produzido por processo biológico pode incluir um ácido carboxílico, um sal resultante, ou uma mistura dos mesmos. Mais especificamente, pelo menos um intermediário produzido por processo biológico pode ser selecionado de um ácido acético, de ácido lático, de ácido propiônico, de ácido succínico, do ácido 3- hidróxiopropiônico, de um sal que qualquer desses ácidos e de uma mistura de qualquer dos ácidos com os seus respectivos sais. De modo alternativo, pelo menos um intermediário produzido por processo biológico pode ser selecionado do ácido acético, de um sal de acetato, de uma mistura de ácido acético e do sal de acetato ácido lático, do sal de lactato, de uma mistura do ácido lático com o sal de lactato, de um sal de propionato, de uma mistura do ácido propiônico com um sal de propionato, do ácido butírico, de uma mistura do ácido butírico com um sal de ácido butírico, um ácido succínico, uma mistura do ácido succínico com um sal de succinato, de um ácido 3-hidróxiopropionico, de um sal de ácido 3- hidróxiopropionico, de uma mistura do ácido 3-hidróxiopropionico com um sal de ácido 3-hidróxiopropionico.

O processo de conversão térmica pode ser selecionado da gasificação, da pirólise, da restauração e da oxidação. O pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico pode ser selecionado a partir de gás de síntese, um componente do gás de síntese, uma mistura dos componentes do gás de síntese, um gás pirólise, um componente do gás pirólise e uma mistura dos componentes do gás pirólise. Em outras configurações, pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono, do dióxido de carbono e do metanol.

Em configuração adicional, pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico inclui um sal de um ácido carboxílico e o método adicionalmente inclui a acidificação do sal do ácido carboxílico antes do passo de reação. Essa configuração, também, inclui a esterificação do ácido carboxílico antes da reação. Nessa configuração, o passo de acidificação pode incluir a introdução de um dióxido de carbono, ou de um ácido, com um pKa mais baixo do que o ácido carboxílico que está passando por acidificação para uma solução incluindo o sal do ácido carboxílico. De modo alternativo, o passo de acidificação pode incluir a introdução de uma amina terciária com dióxido de carbono para formar um complexo ácido/amina. Essa configuração pode adicionalmente incluir o contato do complexo ácido/amina com um solvente que não se mistura com a água para formar um éster de solvente que não se mistura com água e o ácido carboxílico.

Em diversas configurações, o passo da reação de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico e de pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico para produzir o produto pode ser selecionado a partir de uma conversão química e de uma conversão biológica. Em algumas das configurações, o passo da reação de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico com pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico é um processo de redução para produzir o produto, ou pode ser selecionado a partir da hidrogenação, da hidrogenólise e da redução por monóxido de carbono. O produto da presente invenção pode ser selecionado de um álcool, do ácido carboxílico, de um sal do ácido carboxílico e um éster do ácido carboxílico pode ser selecionado de um álcool mono hídrico e de um álcool dihídrico. Em configurações específicas, o produto pode ser selecionado do etanol, do propanol, do propileno glicol, do butanol, do 1,4-butanedoil, 1,3-propanediol ou dos seus respectivos ésteres metil.

Em uma das configurações, o método da presente invenção pode incluir o fracionamento do material para formar uma fração contendo carboidrato para a conversão a um intermediário, por conversão biológica, para formar uma fração residual que inclui uma Iignina para a conversão a um intermediário por um processo de conversão termoquímica. Nessa configuração, o passo de fracionamento pode ser selecionado de um tratamento físico, de um tratamento de íon metálico, de um tratamento por luz ultravioleta, de um tratamento com ozônio, de um tratamento com o oxigênio, de um tratamento com organo-solvente, de um tratamento de explosão de vapor, da impregnação com cal e o tratamento de explosão a vapor, da impregnação com cal sem o tratamento de explosão a vapor, do tratamento com o peróxido de hidrogênio, o tratamento com o peróxido/ozônio (perozônio) de hidrogênio, o tratamento ácido, o tratamento com ácido diluído e o tratamento com base.

Em uma das configurações da presente invenção, pelo menos um intermediário produzido por processo biológico é produzido pela fermentação das substâncias de carboidrato no material e pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico é produzido pela conversão térmica das substâncias de não carboidrato no material. Nessa configuração, pelo menos um intermediário produzido por processo biológico e pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico são quimicamente reagidos para produzirem o produto.

Em outra configuração da presente invenção, uma porção de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico é produzida pela fermentação das substâncias de carboidrato no material e o pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico é produzida pela conversão termoquímica das substâncias não carboidrato no material e uma porção de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico é produzida pela fermentação de, pelo menos, uma parte da porção do pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico. Nessa configuração, os dois intermediários produzidos pelos processos e, pelo menos, uma porção do pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico remanescente são quimicamente reagidos para produzirem o produto.

Em uma configuração adicional da presente invenção, o material é fermentado para produzir, pelo menos, um intermediário produzido por processo de conversão biológica. E um resíduo de fermentação incluindo componentes não fermentados do material. Nessa configuração, pelo menos um intermediário produzido por processo termoquímico é produzido por conversão termoquímica do resíduo de fermentação e o pelo menos um intermediário produzido por processo biológico são quimicamente reagidos para produzirem o produto.

Uma configuração particular da presente invenção é um método para produzir etanol a partir de um material incluindo compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que aproximadamente, 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. O método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que, pelo menos, um intermediário é produzido pelo processo de conversão biológica e inclui o ácido acético, um sal de acetato, um éster de acetato, um éster acetato e um sal de acetato e caracterizado pelo fato que pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um agente redutor. O método, também, inclui a reação química do agente de redução e do ácido acético, do sal de acetato, do éster de acetato ou da mistura do ácido acético, do éster de acetato e do sal de acetato para produzir o etanol. Nesse método, e eficiência da energia química do método é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passe de conversão termoquímica, como parte do processo de produzir o etanol. Nessa configuração, o agente de redução pode ser selecionado a partir do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio e do monóxido de carbono. Nessa configuração, o passo de conversão pode incluir a produção do ácido acético, do sal de acetato, do éster de acetato ou de uma mistura do ácido acético, do éster de acetato e do sal de acetato por um processo de conversão biológica das substâncias no material e pela produção de um agente de redução mediante a conversão termoquímica das substâncias não carboidrato no material. Nessa configuração, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Uma outra configuração particular da presente invenção é um método para produzir o etanol a partir de um material que inclui: compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de , 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método incluiu a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um intermediário produzido pelo processo de conversão biológica selecionado do ácido acetato, de um sal de acetato, um éster de acetato e um sal de acetato e, pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um hidrogênio e um monóxido de carbono. Nessa configuração, o passo de conversão inclui a produção de uma porção de, pelo menos um intermediário produzido por processo biológico através da conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e pela produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico através da conversão biológica do monóxido de carbono e uma porção do hidrogênio produzido, por um processo de conversão termoquímica. Adicionalmente, o método inclui a reação química do hidrogênio remanescente, produzido pelo processo de conversão termoquímica e os intermediários produzidos pelo processo de conversão biológica para produzir o etanol. Nesse processo, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão biológica único para produzir o etanol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material é inicialmente sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo de produzir o etanol. Nessa configuração, os processos de conversão biológica podem incluir a fermentação.

Em uma configuração adicional, a presente invenção é um método para a produção de etanol a partir de um material que inclui: compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de, 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Essa configuração inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que , pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui um intermediário produzido pelo processo de conversão biológica que foi selecionado do grupo que consiste de ácido acético, de um sal de acetato, de um éster de acetato ou de uma mistura de ácido acético, de éster de acetato e de sal de acetato, e, pelo menos, intermediário produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui o hidrogênio e o monóxido de carbono. Nessa configuração, o passo de conversão inclui a produção de uma porção do intermediário produzido pelo processo de conversão biológica pela conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e pela produção de uma porção de, pelo menos um intermediário produzido pelo processo de conversão biológica através da conversão biológica de uma porção do monóxido de carbono produzido pelo processo de conversão termoquímica. Além disso, o processo inclui a reação química do hidrogênio produzido pelo processo de conversão termoquímica e do intermediário produzido por processo de conversão biológica para formar o etanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão biológica único para produzir o etanol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo de produzir o etanol. Nessa configuração, os processos de conversão biológica podem incluir a fermentação.

Em uma outra configuração, a presente invenção, é um método de produzir o etanol a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de, 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui um intermediário produzido pelo processo de conversão biológica que foi selecionado do grupo que consiste de ácido acético, de um sal de acetato, de um éster de acetato ou de uma mistura de ácido acético, de éster de acetato e de sal de acetato, e, pelo menos, intermediário produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui o hidrogênio e o monóxido de carbono. Nesse método, o passo de conversão inclui a produção de uma porção de, pelo menos um intermediário produzido por processo biológico através da conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e pela produção de uma porção de, pelo menos, intermediário produzido por processo biológico pela conversão biológicas de uma porção do monóxido de carbono e de um porção do hidrogênio produzido pelo processo de conversão termoquímica. O método inclui, ainda, a reação química do monóxido de carbono remanescente, produzido pelo processo de conversão termoquímica e os intermediários produzidos pelo processo de conversão biológica para formar o etanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol. Nessa configuração, os processos de conversão biológica podem incluir a fermentação.

Uma configuração adicional da presente invenção é um método para a produção de propileno glicol de um material que inclui: compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de , 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. O método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui o ácido lático, um sal de Iactato ou uma mistura do ácido de lactato, do éster de lactato e de um sal de lactato e caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um agente redutor. O método, também, inclui a reação química do agente de redução e do ácido acético, do sal de acetato, do éster de acetato ou da mistura do ácido acético, do éster de acetato e do sal de acetato para produzir o propileno glicol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o propileno glicol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o propileno glisso. Nesse método, o agende de redução pode ser selecionado a partir do hidrogênio, do monóxido de carbono, e de uma mistura do hidrogênio com o monóxido de carbono. Além disso, o passo de conversão pode incluir a produção de ácido láctico, do éster Iactato1 do sal de lactato, ou de uma mistura do ácido láctico, do éster lactato, do sal de lactato mediante um processo de conversão biológica das substâncias de carboidrato no material com a produção do agente de redução por uma conversão termoquímica das substâncias de não carboidrato no material. Nesse método, os processos de conversão biológica podem incluir a fermentação.

Uma configuração adicional, a presente invenção inclui um método para produzir propanol e etanol a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono, onde menos do que, mais ou menos 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, onde, pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui o ácido propiônico, um éster propiônico, um sal de propionato, um ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou uma mistura dos mesmos e onde, pelo menos, um intermediário é produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução. Esse método, adicionalmente, inclui a reação química do agente de redução com o ácido propiônico, o éster propiônico, o sal de propionato, o ácido acético, o éster de acetato, o sal de acetato, ou uma mistura dos mesmos para produzir o etanol e o propanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para a produção do etanol e do propanol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol. Nesse método, o agente de redução pode ser selecionado a partir do hidrogênio, do monóxido de carbono, e de uma mistura do hidrogênio com o monóxido de carbono. Além disso, o passo de conversão pode incluir a produção de ácido propiônico, de um éster de propionato, de um sal de propionato, do ácido acético, de um éster acético, de um sal de acetato, ou de uma mistura dos mesmos por um processo de conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e com a produção de um agente de redução mediante a conversão termoquímica das substâncias não carboidrato no material. Nesse método, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Uma outra configuração da presente invenção é um método de produção do propanol a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui um ácido propiônico, um éster propiônico, um sal de propionato ou uma mistura de ácido propiônico, de éster propiônico e de um sal de propionato e caracterizado pelo fato que pelo menos, um intermediário é produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui o hidrogênio. Nesse método, o passo de conversão inclui a produção de ácido propiônico, éster propiônico, sal de propionato, ácido acético, éster de acetato, sal de acetato, ou uma mistura dos mesmos por conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e uma porção do hidrogênio produzido através do processo de conversão termoquímica. O método adicionalmente inclui a reação química do hidrogênio remanescente e do ácido propiônico, do éster propiônico, do sal de propionato ou de uma mistura dos mesmos para produzir o propanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o etanol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o propanol. Nesse método, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Em outra configuração, a presente invenção, inclui um método de produção do etanol a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono caracterizado pelo fato que cerca de, 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, um intermediário, caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui um ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato ou uma mistura de ácido acético, do éster de acetato e de um sal de acetato propiônico, e um resíduo do processo de conversão e a conversão do resíduo do processo de conversão em, pelo menos, um intermediário, onde, pelo menos um intermediário é produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução para formar o etanol. O método, também, inclui a reação química do ácido acético, do sal de acetato, ou a mistura dos mesmos e do agente de redução para formar o etanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol. Nesse método o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono, e de uma mistura do hidrogênio com o monóxido de carbono. Além disso, o passo de conversão pode incluir a produção de, pelo menos, uma porção de ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, por um processo de conversão biológica das substâncias de carboidrato no material. Nesse método, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Uma outra configuração da presente invenção inclui um método de produção do etanol a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui um intermediário produzido por processo biológico, selecionado do grupo que consiste do ácido acético, éster de acetato, sal de acetato ou uma mistura de ácido acético, do éster de acetato e de um sal de acetato propiônico, e, caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário que é produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui um hidrogênio e um metanol. Nesse método, o passo de conversão pode incluir a produção de uma porção de, pelo menos um intermediário produzido por um processo biológico pela conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e pela produção de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico pela conversão biológica do metanol produzido pelo processo termoquímico. O método adicionalmente inclui a reação química do hidrogênio produzido pelo processo de conversão termoquímica e os intermediários produzidos por processo biológico para formar o etanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o etanol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol. Nesse método, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Uma outra configuração da presente invenção é um método de produção do butanol e de etanol a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que , pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui um ácido butírico, um éster de ácido butírico, um sal de ácido butírico, um ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato ou uma mistura dos mesmos, e pelo menos, um intermediário é produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui o hidrogênio.

Nesse método, o passo de conversão pode incluir a produção do ácido butírico, um éster de ácido butírico, um sal de ácido butírico, um ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato ou uma mistura dos mesmos para a produção do butanol e do etanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior dó que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o butanol e o etanol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o butanol e o etanol. Nesse método, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação

Ainda, uma configuração adicional da presente invenção inclui um método de produção do 1,4-butanodiol a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de , 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui um ácido succínico, um éster succínico, um sal succínico ou uma mistura do ácido succínico, éster succínico e o sal succínico e onde, pelo menos um intermediário é produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução. O método, adicionalmente, inclui a reação química do agente de redução com o ácido succínico, o éster succínico, o sal succínico para produzir o 1,4-butanodiol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para a produção do 1,4-butanodiol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o 1,4-butanodiol. Além disso, nessa configuração o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio com o monóxido de carbono. Nesse método, o passo de conversão pode incluir a produção de um ácido succínico, um éster succínico, um sal succínico ou uma mistura do ácido succínico, éster succínico e o sal 5 succínico por um processo de conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e pela produção do agente de redução por uma conversão termoquímica das substâncias não carbono no material. Nesse método, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Uma outra configuração adicional da presente invenção inclui um método de produção do 1,3- propanediol a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato que cerca de, 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido por processo de conversão biológica e inclui o ácido 3-hidroxipropionico, o éster 3-hidroxipropionato, o sal 3-hidroxipropionato ou uma mistura do ácido 3-hidroxipropionico, éster 3-hidroxipropionato e sal 3-hidroxipropionato e caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução. O método, adicionalmente, inclui a reação química do agente de redução com o ácido 3-hidroxipropionico, o éster 3- hidroxipropionato e o sal 3-hidroxipropionato, ou uma mistura do ácido 3-hidròxipropionico, éster 3-hidroxipropionato e sal 3- hidroxipropionato para produzir o 1,3-propanediol. Nesse método a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o 1,3-propanediol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o 1,3-propanediol. Nessa configuração, o agente redutor pode se selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio com o monóxido de carbono. Além disso, o passo de conversão biológica pode incluir a produção de um ácido 3-hidroxipropionico, o éster 3- hidroxipropionato, um sal 3-hidroxipropionato ou a mistura do ácido 3-hidroxipropionico, o éster 3-hidroxipropionato e o sal 3- hidroxipropionato por um processo de conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e com a produção de um agente de redução por um processo de conversão termoquímica das substâncias de não carboidrato no material. Nesse método, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

breve descrição dos desenhos.

A figura 1 ilustra o efeito da composição de biomassa na conversão máxima de energia teórica para o etanol para as diferentes tecnologias de conversão.

A figura 2 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de etanol.

A figura 3 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de etanol.

A figura 4 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de etanol.

A figura 5 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de etanol.

A figura 6 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de etanol. A figura 7 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de etanol.

A figura 8 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de glicol propileno

A figura 9 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de propanol e de etanol.

A figura 10 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de propanol.

A figura 11 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de butanol e de etanol.

A figura 12 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de 1,4-butanediol.

A figura 13 ilustra uma configuração específica da presente invenção para a produção de 1,3- propanediol.

Descrição Detalhada Da Invenção.

Os inventores descobriram um novo método que supera as limitações das rotas tradicionais para converter biomassa complexa em produtos. Esse método captura mais da energia, do carbono e da massa armazenados em todas as porções da biomassa e transfere tal energia, carbono e massa para os produtos. O método inclui tanto o processo de conversão biológica quanto o processo de conversão termoquímica para produzir intermediários. Os intermediários produzidos pelos dois processos são, então, recombinados de vários modos no produto desejado. Esse método de dois passos, ou indireto, apresenta vantagens importantes em termos de eficiência de energia e de massa.

Em uma configuração, a invenção se aplica aos materiais complexos de biomassa, que não são açúcares puros, mas que podem conter todas as frações de biomassa. A invenção fornece um método para converter tal biomassa complexa para um produto desejado, no qual a eficiência da transferência da energia, do carbono e da massa é mais alta do que em qualquer processo conhecido usando a biomassa complexa para produzir tal produto desejado.

Uma das configurações da invenção é um método que produz um produto a partir de um material que inclui compostos de substâncias de carbono. O método inclui os passos de (a) conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, de tal modo que, pelo menos, um intermediário seja produzido a partir do processo de conversão biológica e, pelo menos, um intermediário seja produzido a partir do processo de conversão termoquímica e (b) a reação de, pelo menos, um intermediário produzido por processo biológico e, pelo menos, um intermediário seja produzido por um processo termoquímico para formar o produto. A eficiência da energia química do método da presente invenção é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o produto e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o produto. Os compostos que contêm carbono no material incluem menos do que 75% por peso de substâncias de carboidrato.

A invenção pode incluir um processo no qual as substâncias de carboidrato no material que contém carbono são fermentadas em, pelo menos, um intermediário produzido por processo biológico e no qual os materiais que contém carbono são gasificados para produzirem, pelo menos, um intermediário produzido por processo termoquímico, tal como o gás de síntese, uma porção do qual é fermentada em, pelo menos, um intermediário produzido por processo biológico. Os respectivos intermediários produzidos por processo biológico e, pelo menos, um intermediário é produzido por um processo termoquímico são reagidos para produzir o produto desejado.

A invenção inclui um processo de energia de alta eficiência que combina a fermentação e a gasificação para produzir químicos e combustíveis a partir de fontes renováveis. Em tais processos, tanto os açúcares quanto os componentes do gás de síntese (CO, H2 e CO2) no meio de fermentação são convertidos em intermediários de ácido orgânico. A combinação dos açúcares e dos componentes do gás de síntese como insumo em uma fermentação permite uma alta produção de energia considerando que todos os componentes de uma massa de insumo típica podem ser considerados "fermentáveis". Tanto a mistura pura quanto as culturas mistas de bactéria anaeróbica podem ser usadas, dependendo dos produtos desejados. Os intermediários de ácido orgânico resultantes podem ser recuperados e usados no estado em que se encontram, ou ser adicionalmente processados em outros químicos e combustíveis úteis, tais como aldeídos, ésteres, álcoois ou alcenos.

Uma fonte de biomassa típica contém celulose, hemicelulose e Iignina e valores menores de proteínas, extraíveis, cinza e etc. Os carboidratos complexos contidos nas frações de celulose e de hemicelulose podem ser processados em açúcares fermentáveis, com pré-tratamento e hidrólise. Quando metabolizados por bactéria anaeróbica, esses açúcares podem ser convertidos em intermediários de ácido orgânico úteis, ambos com alta produção de energia e carbono.

Por exemplo, quando um homoacetogênico é usado para converter a glicose em acetato,

C6, H12 O6 —> 3CH3 COOH

a reação foi de produção de 100% de carbono e o acetato resultante contém aproximadamente 94% da energia química da glicose inicial. Para fins de argumentação, neste documento, os efeitos da produção de massa celular são ignorados.

A eficiência da energia química é definida como a proporção do calor da combustão dos produtos dividida pelo calor da combustão dos insumos, multiplicada por 100 para a conversão em percentagem. Por exemplo, considerando valores da Tabela 3.7 de Roels J.A., Energetics and Kinetics in Biotechnoiogy, Elsevier Biomedical, 1983, o calor da combustão (base HHV) da glicose e do ácido acético são de 2807 KJ/mol e de 876 kJ/mol, respectivamente, de tal modo que a eficiência da energia química para esta reação é de 3*876/2807*100 = 93,4%.

Uma fonte típica de biomassa pode conter somente cerca de 60% da sua energia química armazenada na forma de carboidratos complexos. O balanço da energia química armazenado na biomassa no que é, tipicamente, considerado como as formas não fermentáveis, tais como a lignina.

Muitas bactérias anaeróbicas são capazes de fermentar os componentes do gás de síntese (misturas de CO, H2 e CO2) em produtos úteis. A tabela 1 mostra que muitos homoacetogênicos produzirão acetato a partir das misturas de gás de síntese, com eficiência química de, aproximadamente 77%. Uma outra classe de bactérias anaeróbicas, conhecidas como heteroacetogênicos, pode produzir o etanol diretamente das misturas do gás de síntese, com eficiência da energia química de, mais ou menos, 80%. A literatura tem muitos outros exemplos de bactérias anaeróbicas que são capazes de metabolizar tanto os insumos de açúcar quanto de gás de síntese. Por exemplo, a Acetonema e a Eurobacterium (Butyrobacterium) produzirão misturas de acetato e de ácido butírico a partir desses insumos.

Tabela 1. Exemplos de eficiências de energia química dos homoacetogênicos e dos heteroacetogênicos.

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(cômputo baseado nos valores em Roels J.A., Energetics and Kineties in Biotechnology, Elsevier Biomedieal, 1983)

O consórcio de bactérias em um meio natural anaeróbico produzirá uma variedade de intermediários de ácido orgânico a partir das frações de fermentáveis da matéria orgânica no insumo de biomassa. Os produtos típicos de tal fermentação são o acetato, o propionato, o sal do ácido butírico, o hidrogênio, o dióxido de carbono e o metano. Uma cultura pura de homoacetogênicos pode ser usada para gerar, principalmente, o acetato. Esse acetato pode, então, ser recuperado como um sal orgânico ou ácido orgânico, ou posteriormente transformado em um aldeído, um éster, um álcool, ou um alceno. A mistura de ácido orgânico resultante pode ser recuperada e/ou transformada em sais de ácidos orgânicos, ácidos, aldeídos, ésteres, álcoois e alcenos. Se desejado, as misturas podem ser separadas em frações relativamente puras.

A invenção inclui o uso tanto do açúcar, quanto dos caminhos metabólicos do gás de síntese nos acetogênicos e de outras bactérias para levar o carbono e a energia química do insumo a formar o acetato e outros ácidos orgânicos intermediários. A fermentação anaeróbica dos açúcares é, tipicamente, bastante eficiente sob o ponto de vista da energia química. Tal fermentação é, entretanto, limitada pela quantidade de energia que está presente no insumo, em forma de carbono ou em forma de carboidrato complexo. As fermentações do gás de síntese são, tipicamente, ineficazes sob o ponto de vista da energia química. A eficiência da energia química para a gasificação (também conhecida como eficiência do gás frio) da gaseificação de biomassa, normalmente, dá-se por volta de 70% e a eficiência química da fermentação é de cerca de 77% a aproximadamente 80%. Em série, as duas fornecem uma produção de energia química teórica máxima de aproximadamente 56%. Entretanto, uma das vantagens da fermentação do gás de síntese é que todas as frações orgânicas do insumo podem contribuir para o produto final com as energias tanto do carbono quanto química. Uma das vantagens de adicionar tanto o açúcar quanto o gás de síntese à fermentação é que tal procedimento remove qualquer restrição sobre a eficiência de energia máxima que pode ser obtida resultante da quantidade de carbono presente no insumo sob a forma de carboidratos fermentáveis e/ou complexos. Isso é especialmente útil para o insumo de biomassa que contém níveis relativamente baixos de energia, sob a forma de carboidratos.

Com referência à Figura 1, esta ilustra os cálculos que mostram a produção de energia química teórica máxima do etanol como uma função do insumo de biomassa, para várias tecnologias competidoras. Os cálculos estão baseados na simplificação de hipóteses tais como a de que toda a energia do carboidrato está sob a forma de glicose e todas as reações resultam em 100% de finalização, uma eficiência de gaseificador de gás frio de 70% e 85% de eficiência da energia química para a recuperação de H2 do gás de síntese, nenhuma energia ou vapor de importação ou de exportação e toda a energia e o vapor necessários para executar o processo pode ser gerada a partir do calor excedente. Cada caso será posteriormente discutido detalhadamente.

O Caso 1 é a fermentação direta do material inicial. A produção do etanol é, diretamente, proporcional à quantidade de carboidrato que está presente no insumo. Esse caso é sempre limitado pelo carboidrato de carbono e apresenta produções teóricas máximas altas somente quando o insumo tem conteúdo muito alto de carboidrato.

O Caso 2 é a fermentação não acetogênica de carboidratos resultando em acetato, seguida de hidrogenação para a produção de etanol. Nesse caso, dois moles de acetato são produzidos por mole de glicose fermentada. Para os níveis de energia de insumo de carboidrato abaixo de 60%, há energia residual suficiente na fração de não carboidrato para fornecer o hidrogênio necessário para a hidrogenação. Nesse caso, o sistema é limitado pelo carboidrato de carbono e a produção líquida é de dois moles de etanol por mole de glicose no insumo, o mesmo da fermentação direta. Para os níveis de energia de insumo de carboidrato acima de cerca de 60%, não há energia suficiente na fração de carboidrato para produzir o hidrogênio que é necessário, a menos que parte do carboidrato seja gasificada também. Nesse caso, o sistema é limitado pela energia e a eficiência da energia química geral é de mais ou menos, 58%.

O Caso 3 é o de uma fermentação homoacetogênica de carboidratos para resultar no acetato, seguida de hidrogenação para produzir o etanol. Como no Caso 2, o sistema pode ou ser limitado pelo carboidrato ou pela energia. O ponto de ruptura ocorre a mais ou menos, 50% para as hipóteses empregadas nos cálculos. Esse caso sempre apresenta uma produção teórica máxima mais alta, se comparada com o Caso 2. A produção teórica máxima é também mais alta quando comparada com o Caso 1 para os insumos que contêm menos que cerca de 75% das suas energias sob a forma de carboidratos. O Caso 3 exemplifica as configurações reveladas neste documento.

O Caso 4 é a gasificação de um insumo total, seguida da fermentação heteroacetogênica do gás de síntese para a produção do etanol. A eficiência da energia química máxima desse caso independe da composição do insumo. Sob as hipóteses dos cálculos, o Caso 4 tem uma eficiência da energia química máxima mais alta do que os casos 1, 2 e 3, quando o insumo contém níveis de energia relativamente baixos sob a forma de carboidrato.

O Caso 5 é a fermentação homoacetogênica dos carboidratos e do gás de síntese, seguida da hidrogenação para a produção do etanol. Como nos Casos 2 e 3, a eficiência da energia química máxima é dividida em duas regiões. O sistema é limitado pela energia para os insumos, com os conteúdos da energia do carboidrato de carbono acima de 50%, significando que algum carboidrato deveria ser gasificado para produzir o hidrogênio para o passo de hidrogenação.

O sistema é limitado pelo carbono para os níveis de carboidrato do insumo menores do que 50%. Entretanto, considerando que o carbono pode ser fornecido tanto na forma de gás de síntese quanto de carboidrato, a queda da eficiência da energia química máxima não é tão dramática como nos Casos 2 e 3. Esse caso, que também exemplifica algumas das configurações da presente invenção, tem a eficiência da energia química máxima mais alta, exceto nos insumos com alto nível de carboidratos, quando o caso de fermentação direta era vantajoso.

A maior parte dos recursos de biomassa têm cerca de 60% das suas energias limitadas pela forma do carboidrato, de tal modo que as tecnologias nos Casos 3 e 5 são as preferidas para a obtenção da mais alta possível eficiência da energia química máxima. O Caso 5 tem um melhor desempenho do que o Caso 3, em níveis de baixa energia de carboidratos. Os níveis de baixa energia de carboidratos podem referir-se aos níveis reais, por exemplo, dos materiais lenhosos com muitas cascas de árvore, ou podem referir-se aos baixos níveis "efetivos", por exemplo, de madeiras macias que são particularmente recalcitrantes ao pré- tratamento e à hidrólise enzimática, onde o seu conteúdo efetivo de energia de carboidrato é menor do que o indicado na composição química.

Como citado acima, as presentes invenções estão direcionadas aos métodos para a conversão de materiais que incluem os compostos que contêm carbono com alta eficiência energética. Como acima discutido, com referência à Figura 1, a eficiência energética da conversão dos materiais iniciais pela fermentação direta é proporcional à quantidade de carboidrato que está presente no material inicial. Portanto, as altas eficiências energéticas podem ser alcançadas pela fermentação direta de materiais que têm altos conteúdos de carboidrato. Por exemplo, para os materiais com mais de 75% por peso de compostos que contêm carbono como carboidratos, um processo de conversão unicamente biológico, tal como a fermentação direta do material, para produzir o etanol, por exemplo, é o método mais eficiente de conversão dentre os métodos mostrados na Figura 1. Em comparação, a eficiência de energia de uma conversão de um insumo total de materiais iniciais por um processo termoquímico, tal como a gasificação, seguida da fermentação para produzir o etanol, por exemplo, é independente da composição do insumo e de, mais ou menos, 56%. As invenções aqui reveladas, por outro lado, incluem os métodos para converter um material incluindo menos de aproximadamente 75% por peso de substâncias de carboidrato para um produto, de tal modo que tal eficiência da energia química dos métodos inventivos para produzir o produto a partir do material seja maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o produto e maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão no qual todo o material é sujeito, inicialmente, ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo de produzir o produto. Deve ser considerado que a composição e a quantidade do material em cada um dos métodos ou dos processos descritos na sentença anterior são as mesmas. Uma das presentes invenções é um método de produzir um produto a partir de um material que inclui os compostos que contêm carbono. Tais materiais se caracterizam por conter menos de 75% por peso dos compostos que contêm carbono como substâncias de carboidrato. O método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, onde, pelo menos, um intermediário é produzido por um processo biológico e pelo menos, um intermediário é produzido por um processo termoquímico. O método, também, inclui a reação de pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico e de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo termoquímico para formar o produto. Nessa invenção, a eficiência da energia química do método para produzir o produto é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o produto e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o produto. Como aqui empregados, termos tais como "convertendo", "reagindo", "produzindo" e similares devem ser entendidos como referindo processos tanto parciais quanto completos. Por exemplo, a referência à "reagindo um intermediário, "reagindo o intermediário", "reagindo os intermediários", "reagindo o intermediário remanescente" e "reagindo, pelo menos, um intermediário" deve ser interpretada como incluindo tanto "reagindo todos de pelo menos um intermediário" e "reagindo somente uma porção de pelo menos um intermediário", a menos que qualquer de tais interpretações seja especificada. Essa interpretação de tais termos se aplica não somente ao termo intermediário, em geral, mas a todos os intermediários em particular, tais como os agentes de redução, o ácido acético e etc.

As presentes invenções incluem um material contendo compostos que contêm carbono. Tal material inclui tanto as substâncias de carboidrato quanto as de não carboidrato. Como aqui empregado, o termo substância de carboidrato se refere à classe de compostos orgânicos que incluem uma ou mais unidades de monossacarídeos. As unidades de monossacarídeo não modificadas têm a fórmula geral Cm (H2O)m, onde m representa o número de carbonos na unidade monossacarídeo; tipicamente, m é pelo menos 3. Os monossacarídeos modificados ou não, podem ser ligados de diversas maneiras para formar mais carboidratos complexos. Um material da presente invenção inclui menos de cerca de 75% por peso de carboidrato. Os capacitados na arte conhecem os métodos para determinar o conteúdo do carboidrato.

As substâncias não carboidrato podem incluir as proteínas, os lipídeos, os ácidos nucléicos e uma variedade de compostos químicos. As substâncias não carboidrato, tipicamente, encontradas em materiais da presente invenção incluem a lignina, as proteínas, os materiais resinosos e os minerais.

Em algumas das configurações, o material que contém compostos de carbono pode ser uma biomassa. Em algumas das configurações, o material que contém compostos de carbono pode ser selecionado de uma matéria herbácea, de um resíduo de agricultura, de um resíduo florestal, de um dejeto sólido municipal, de restos de papel, de polpa e de resíduo de usinas de papel. Em algumas das configurações, o material que contém compostos de carbono pode ser selecionado de árvores, arbustos, gramas, de trigo, de palha de trigo, de farelo de trigo, de bagaço de cana-de-açúcar, de milho, de casca de milho, da espiga de milho, da fibra de milho, de dejeto sólido municipal, de restos de papel, de dejetos de quintal, de galhos, de ramos, de cultivos de energia, de frutas, das cascas de frutas, de flores, de grãos, de culturas herbáceas, de folhas, de cascas de árvore, de coníferas, de lenha, de raízes, de mudas, de culturas de madeira de rotatividade curta, de gramas lenhosas, de vegetais, de trepadeiras, da polpa da beterraba, das cascas de aveia, de madeira dura, de lascas de madeira, de correntes intermediárias das operações de polpa, tais como solução de enxofre e madeiras macias. Em uma configuração particular, pode ser selecionado do grupo que consiste de árvores, de gramas, de plantas inteiras e de componentes estruturais das plantas.

O termo processo de conversão biológica se refere ao processo no qual a natureza química do material de um material que contém compostos que contêm carbono é alterada por um processo biológico. Por exemplo, tal processo de conversão biológica pode incluir o processo de fermentação ou um processo enzimático.

Em algumas das configurações, o processo de conversão biológica inclui um processo de fermentação, do tipo de processo que inclui a cultura de, pelo menos, um microorganismo em um meio líquido. Tal microorganismo pode ser aeróbico ou anaeróbico. Em configurações de preferência da presente invenção, a fermentação é realizada mediante uma bactéria anaeróbica. Os organismos adequados incluem os microorganismos do tipo selvagem, os microorganismos recombinantes ou os microorganismos que foram sujeitos aos esforços de desenvolvimento de cepas tradicionais. As fermentações da presente invenção podem incluir culturas puras de um microorganismo único ou culturas mistas de dois ou mais microorganismos. Tais culturas mistas podem ser definidas de tal modo que tais misturas sejam propositalmente criadas pela combinação de duas, ou mais, culturas puras, ou podem formar um consórcio de microorganismos de um ambiente natural. Em algumas das configurações, o microorganismo é um organismo homofermentável. Em algumas das configurações, o microorganismo não é um microorganismo homofermentável. Como empregado neste documento, o termo homofermentável se refere ao microorganismo que, quando cultivado, produz um produto final único, ou substancialmente único. Por exemplo, os microorganismos apropriados incluem os microorganismos homoacetogênicos, os microorganismos homoláticos, a bactéria do ácido propiônico, a bactéria do ácido butírico, a bactéria do ácido succínico e a bactéria do ácido 3-hidroxipropionico. Em particular, em configurações de preferência, o microorganismo pode ser selecionado de um gênero do grupo Clostridium, Lactobacillus, MoorelIa, Thermoanaerobacter, Propionibacterium, Propionispera, 20 Anaerobiospirillum, e Bacteriodes. Em outras configurações preferidas adicionais, o microorganismo pode ser de espécie selecionada do Clostridium formicoaceticum, Clostridium butyricum, Moorella thermoacetica, Thermoanaerobacter kivui, Lactobacillus delbrukii, Propionoibacterium acidipropionici, Propionispera arboris, Anaerobiospirillum succiniproducens, Bacteriodes amyphilus, e a Bacteriodes ruminicola. Em uma das configurações, um microorganismo recombinante projetado para produzir o produto desejado, tal como uma Escherichia coli transformada por um, ou mais dos genes capazes de codificar as proteínas que direcionam a produção do produto desejado é usado; verifique, por exemplo, a Patente EUA Número 6.852.517, de 8 de fevereiro de 2005.

As condições do processo, o meio e o equipamento que são adequados para a fermentação de microorganismos da presente invenção são conhecidos pelos qualificados na arte e podem ser selecionados com base no microorganismo empregado.

O termo intermediário se refere a um composto que é produzido de acordo com as configurações da presente invenção e, então, é convertido a, pelo menos, um outro composto de acordo com as configurações da presente invenção. Em diversas configurações da presente invenção, os intermediários produzidos por processo de conversão biológica (intermediários produzidos por processo biológico) incluem um ácido carboxílico, um sal do mesmo ou uma mistura dos mesmos. Mais particularmente, um intermediário produzido por um processo biológico pode ser selecionado do ácido acético, de ácido lático, de ácido propiônico, de ácido succínico, do ácido 3-hidróxiopropionico, de um sal que qualquer desses ácidos e de uma mistura de qualquer dos ácidos com os seus respectivos sais. Em algumas configurações, um intermediário produzido por um processo biológico pode ser selecionado de ácido acético, de um sal de acetato, de uma mistura de ácido acético e do sal de acetato, do ácido lático, do sal de lactato, de uma mistura do ácido lático com o sal de lactato, de ácido propiônico, de um sal de propionato, de uma mistura do ácido propiônico com um sal de propionato, do ácido butírico, um sal de ácido butírico, de uma mistura do ácido butírico com um sal de ácido butírico, um ácido succínico, um sal de succinato e uma mistura do ácido succínico com um sal de succinato, de um ácido 3-hidróxiopropionico, de um sal 3- hidróxiopropionato, de uma mistura do ácido 3-hidróxiopropionico com um sal 3-hidróxiopropionato.

Em diversas configurações das presentes invenções, um ácido ou um sal de ácido intermediário produzido por um processo biológico pode ser tratado por acidificação e/ou por esterificação, antes do passo da reação com o intermediário produzido por um processo termoquímico. Por exemplo, um intermediário produzido por um processo biológico pode incluir um sal de um ácido carboxílico e, nesse caso, o método pode incluir, adicionalmente, a acidificação do sal de ácido carboxílico para formar um intermediário produzido por um processo biológico, que inclui um ácido carboxílico. Os intermediários produzidos por um processo biológico que incluem o ácido carboxílico podem ser esterificados para formar intermediários produzidos por processo biológico que incluem os ésteres de ácidos carboxílicos. Tais processos de acidificação e esterificação podem ser realizados por meios biológicos ou químicos. Em uma das configurações, o passo de acidificação pode incluir a introdução de dióxido de carbono ou de um ácido com um pKa mais baixo do que o ácido carboxílico com a acidificação para uma solução que inclui o sal de ácido carboxílico. Em outra configuração, o passo de acidificação inclui a introdução de uma amina terciária com dióxido de carbono para formar um complexo ácido/amina. Esse processo pode, ainda, incluir o contato do complexo ácido/amina com um solvente que não se mistura com a água para formar um éster do solvente que não se mistura com a água e o ácido carboxílico. Os métodos de acidificação e de esterificação estão mais bem descritos no WO 2005/073161 publicado em 11 de agosto de 2005 e no WO 00/53791 publicado em 14 de setembro de 2000, ambos aqui incorporados por referência, integralmente.

Em diversas configurações da presente invenção, o intermediário produzido por um processo biológico inclui os ésteres do ácido carboxílico, tais como os produzidos pelos processos acima descritos. Tais ésteres podem ser de qualquer dos tipos adequados para a formação subsequente dos produtos aqui descritos. Por exemplo, tais ésteres podem ser do tipo dos ésteres acila. Em algumas das configurações, tal intermediário pode ser selecionado de um éster acetato, de um éster de lactato, de um éster de propionato, de um éster de ácido butírico, de um éster succinato, de um éster 3-hidroxipropionato e de uma mistura dos mesmos. Além disso, estão incluídos intermediários contendo misturas de tais ésteres e os seus respectivos ácidos e/ou sais.

Como aqui empregado, o termo processo de conversão termoquímica se refere a um processo no qual a natureza química de um material que contém compostos de carbono é alterada por condições do processo, que incluem a aplicação de temperaturas elevadas. Mais particularmente, o processo de conversão termoquímica pode ser selecionado da gasificação, da pirólise, da restauração e da oxidação parcial.

O processo de gasificação converte um material que contém carbono em um gás de síntese (singás), que inclui o monóxido de carbono, o dióxido de carbono e o hidrogênio. A gasificação do material carbônico para a recuperação da energia e dos químicos e uma tecnologia bem estabelecida e qualquer processo de gasificação pode ser empregado. Há vários projetos de processos para a gasificação da biomassa. Por exemplo, na restauração gradual por vapor com um reator de leito fluidizado, primeiro, a biomassa é sujeita à pirólise na ausência de oxigênio e, depois, os vapores de pirólise são restaurados para sintetizar o gás com o vapor fornecendo a adição de hidrogênio e o oxigênio. O calor do processo resulta da queima do carvão animal. Com um reator helicoidal, a umidade (e o oxigênio) é introduzida no estágio de pirólise do processo e o calor do processo resulta da queima de parte do gás produzido nesse último estágio. Na restauração de fluxo de arrasto, tanto o vapor externo quanto o ar são introduzidos em um reator de gasificação de fase única. A gasificação de oxidação parcial usa o oxigênio puro, sem o vapor, para fornecer a devida quantidade de oxigênio.

Em diversas configurações da presente invenção, o intermediário produzido por um processo termoquímico (um intermediário produzido por um processo termoquímico) pode incluir um gás de síntese, um componente de um gás de síntese, uma mistura dos componentes do gás de síntese, um gás pirólise, um componente do gás pirólise, ou uma mistura dos componentes do gás pirólise. Em configurações preferidas, um intermediário produzido por um processo termoquímico pode incluir o hidrogênio, o monóxido de carbono, o dióxido de carbono, o metanol, ou as misturas dos mesmos.

Em diversas configurações da presente invenção, o passo da reação de um intermediário produzido por um processo biológico com um intermediário produzido por um processo termoquímico pode incluir a conversão química ou biológica. Os métodos para a reação de tais intermediários são conhecidos dos qualificados na arte. Em algumas das configurações preferidas, o passo de reação inclui a reação química dos intermediários produzidos por um processo biológico e intermediário produzido por um processo termoquímico. Em tais configurações, o passo de reação de intermediários pode incluir a redução para a produção do produto. A redução, por exemplo, pode ser a hidrogenação, a hidrogenólise ou a redução por monóxido de carbono. Em algumas das configurações, a reação dos produtos por um processo biológico pode incluir o uso de tratamento enzimático, as células imobilizadas (tais como as reveladas na Patente USA n° 4.851.344.).

Os produtos produzidos com o passo de reação incluem os produtos orgânicos, cujos exemplos incluem o álcool, um ácido carboxílico, um sal de um ácido carboxílico e um éster de um ácido carboxílico. Em algumas das configurações, o produto pode ser selecionado a partir de um álcool monohídrico e de um álcool dihídrico. Em configurações particulares, o produto pode ser selecionado do etanol, do propanol, do propileno glicol, do butanol, do 1,4-butanediol, 1,3-propanediol ou dos seus respectivos ésteres metil. A presente invenção, também, inclui a reação adicional de qualquer de tais produtos primários (por exemplo, o etanol, o propanol, o propileno glicol, o butanol, o 1,4-butanediol, 1,3-propanediol ou os ésteres dos mesmos) para formar produtos secundários tais como os aldeídos, as cetonas, o ácido acrílico, o metil metacrilato, ou o etileno, por processos conhecidos.

As presentes invenções incluem métodos para produzir um produto a partir de material que contém carbono no qual a eficiência da energia química de tal produção é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o produto ou de um processo no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o produto, cada um desses métodos, ou processos, usando o mesmo material. Como aqui empregado, o termo eficiência da energia química se refere à proporção do valor mais alto de aquecimento (HHV) dos materiais iniciais para o HHV dos produtos vezes 100%.

O termo HHV se refere ao valor calórico bruto, ou a energia bruta de uma substância. Esse termo eqüivale à quantidade de calor liberado por uma determinada quantidade de uma substância (inicialmente a 25°C), uma vez que tal substância seja queimada e que os produtos tenham retornado à temperatura de 25°C. Portanto, a HHV leva em consideração o calor latente da vaporização de água nos produtos queimados. Em diversas configurações das invenções, a eficiência da energia química pode ser de pelo menos cerca de 60%, de pelo menos cerca de 65%, pelo menos cerca de 70%, de pelo menos, cerca de 75%, de pelo menos cerca de 80% ou cerca de 82%. Preferencialmente, uma alta porcentagem de carbono no material que contém compostos contendo carbono é convertida no produto. Tais porcentagens, tipicamente, se correlacionam, fortemente, com as eficiências da energia química.

Em configurações preferidas da presente invenção, uma alta porcentagem das substâncias de carboidrato no material que inclui compostos que contêm carbono é convertida no produto. Mais particularmente, pelo menos cerca de 70%, pelo menos, cerca de 75%, pelo menos, cerca de 80%, pelo menos, cerca de 85%, pelo menos, cerca de 90%, pelo menos, cerca de 95% ou pelo menos, cerca de 100% das substâncias de carbono no material que inclui compostos que contêm carbono são convertidos no produto. Em uma das configurações, mais de 70% das substâncias de carboidrato no material é convertido no produto.

Em algumas das configurações da presente invenção, essencialmente, nenhum dióxido de carbono é produzido pelo processo de conversão biológica. Em outras configurações, somente, um mole do dióxido de carbono é produzido por mole de monossacarídeo, ou por unidade de monossacarídeo no material inicial. O dióxido de carbono pode ser medido com técnicas que são conhecidas dos qualificados na arte.

Em diversas configurações da presente invenção, os métodos, também, podem incluir o passo de fracionamento do material que inclui compostos que contêm carbono. Tais processos de fracionamento podem formar uma fração que contém carboidrato e uma fração que não contém carboidrato, que, tipicamente, inclui a lignina. Deve ser observado que a referência à fração que contém carboidrato e à fração que não contém carboidrato se refere às frações nas quais o conteúdo de carboidrato, ou o conteúdo do não carboidrato (por exemplo, a lignina) da fração é enriquecido, se comparado com o conteúdo de carboidrato, ou o conteúdo do não carboidrato (por exemplo, a lignina) do material original inicial. Portanto, tais termos não devem ser interpretados como indicando que, por exemplo, uma fração que contém carboidrato não contém a lignina, ou que uma fração que contém a lignina não contém nenhum carboidrato. Em algumas das configurações, a fração que contém carboidrato é convertida em um intermediário por um processo de conversão biológica e/ou uma fração que contém um não carboidrato (por exemplo, a lignina) é convertida em um intermediário por um processo de conversão termoquímica. O passo de fracionamento pode ser selecionado de um tratamento físico, de um tratamento por um íon de metal, de um tratamento por ultravioleta, de um tratamento de ozônio, de um tratamento por oxigênio, de um tratamento com organo-solvente, de um tratamento de explosão de vapor, da impregnação com cal e o tratamento de explosão a vapor, da impregnação com cal sem o tratamento de explosão a vapor, do tratamento com o peróxido de hidrogênio, o tratamento com o peróxido/ozônio (perozônio) de hidrogênio, o tratamento ácido, o tratamento com ácido diluído e o tratamento com base.

Em diversas configurações, o fracionamento do material que inclui os compostos que contêm carbono pode incluir os passos de pré-tratamento (por exemplo, o derretimento da biomassa) e a sacarificação (por exemplo, a geração de açúcares pela hidrólise ácida ou pelo tratamento enzimático). Qualquer processo adequado de pré-tratamento pode ser usado para os fins dessa invenção e pode incluir meios químicos, físicos e biológicos. O termo "pré-tratamento", como usado neste documento, se refere a qualquer passo que tenha a intenção de alterar a biomassa nativa, de tal modo que a mesma possa ser mais eficientemente e economicamente convertida para um produto intermediário. Os métodos de pré-tratamento podem usar ácidos em diferentes concentrações (incluindo os ácidos sulfúricos, os ácidos hidrocloreto, os ácidos orgânicos e etc.) e/ou outros componentes tais como a amônia, o amônio, o cal, e os similares. Os métodos de pré-tratamento podem, adicional ou alternativamente, usar os tratamentos hidrotérmicos, incluindo a água, o calor, o vapor ou o vapor pressurizado. Os tratamentos físicos, tais como a moagem, a fervura, o congelamento, a trituração, a infiltração por vácuo e os similares podem ser usados com os métodos da invenção. A biomassa, também, pode entrar em contato com um íon de metal, com a luz ultravioleta, o ozônio e os similares. Os Processos adicionais de pré-tratamento são conhecidos por aqueles qualificados na arte e podem incluir, por exemplo, o tratamento organo-solvente, o tratamento de explosão de vapor, da impregnação com cal e o tratamento de explosão a vapor, o tratamento com o peróxido de hidrogênio, o tratamento com o peróxido/ozônio (perozônio) de hidrogênio, o tratamento com ácido diluído e o tratamento com base, incluindo a tecnologia de explosão de fibra de amônia (AFEX). Dois ou mais processos de pré- tratamento podem ser usados.

Muitos processos adequados de pré- tratamento são conhecidos na arte. Como exemplo, antes que a biomassa com alto conteúdo celulósico possa ser tratada, de modo bem-sucedido, com o complexo de enzima celulase, as hemiceluloses são hidrolisadas com ácido para liberar a celulose da lignina e, portanto, abrir a estrutura celulósica à ação pelo complexo de enzima celulase. O ácido, subseqüentemente, é neutralizado, antes da reação enzimática.

O pré-tratamento pode ser executado, ou ser organizado em diversos tipos de recipientes, reatores, tubos, células de fluxo e similares. Alguns dos métodos de pré-tratamento formam açúcares de pentose a partir da hidrólise da hemicelulose, portanto, pelo menos, iniciando a sacarificação. Os métodos convencionais de pré-tratamento, somente com ácidos, também, tipicamente, não hidrolisam a celulose, muito embora a hidrólise parcial da celulosa possa ocorrer sob determinadas tecnologias conhecidas de pré-tratamento.

Após o pré-tratamento é importante formar açúcares fermentáveis a partir do material de pré-tratamento. Por exemplo, o amido que está presente no material pré-tratado pode ser hidrolisado para os açúcares, tais como pela hidrólise ácida, que é conhecida na arte. Além disso, as enzimas que fornecem os açúcares fermentáveis na biomassa são conhecidas na arte e são considerados para a sacarificação. Por exemplo, a glicoamilase pode ser usada para completar a hidrólise da molécula do amido. A glicoamilase é uma exoenzima que ataca as extremidades da molécula de amido. A enzima hidrolisa as ligações 1,4 e 1,6 de tal modo que a hidrólise completa do amido quase pode ser alcançada. As condições ótimas para a glicoamilase são tipicamente, de 58-62° C1 pH de 4,4 -5,0 e 24 e 48 horas de tempo de estadia. Os tempos maiores de estadia, tipicamente não são benéficos, considerando que a enzima, também, catalisa a formação de processos de dissacarídeos não fermentáveis, que são chamados de reversão e de retrogradação.

Considerando que muitas das fontes de biomassa contempladas para uso na presente invenção, não contêm grandes quantidades de amido, é desejável usar outras frações importantes de carboidratos, incluindo a hemicelulose e as frações de celulose.

A hidrólise da hemicelulose pode ser executada de várias maneiras. São conhecidas diversas pesquisas sobre hidrólise ácida e a hidrólise enzimática e, também, bastante conhecida. A hidrólise enzimática completa da hemicelulose requer uma mistura de enzimas. A arabinose suspensa e os ácidos glicurônicos são retirados da coluna da xilose, via uma a-L- arabinofuranosidase e uma α-glicuronidase. A coluna da xilose é hidrolisada com a β-1,4-xilanaze e a β-xilosidase.

São conhecidos diversos métodos para a hidrólise da celulose para os açúcares fermentáveis. São conhecidas diversas pesquisas sobre hidrólise ácida e a hidrólise enzimática, também, é bastante conhecida. Por exemplo, a celulose é hidrolisada pela ação sinérgica das três enzimas celulase: a endo- β-glicanase, a exo-B-glicanase e a β-glicosidase. A endo-β- glicanase é uma endoenzima, que hidrolisa aleatoriamente as ligações 1,4, no interior da molécula de celulose. A exo-B-glicanase remove as unidades celobiose (um dissacarídeo da glicose ligada a β) da terminação não redutora da cadeia de celulose. A β- glicosidase hidrolisa a unidade celobiose em duas moléculas de glicose. Trabalhando juntas, as três enzimas podem converter a celulose em um monômero de glicose.

As enzimas de hemicelulose e de celulose têm sido o foco de pesquisas ao longo dos últimos 10-20 anos. Essas enzimas são necessárias para a conversão eficaz de materiais lenhosos de biomassa para açúcares fermentáveis, que podem ser usados como insumo de fermentação para o etanol e outros produtos de fermentação, por processos tradicionais. A lignina de degradação de enzimas e outras enzimas acessórias, tais como os esterases ferrúlicos, também, podem ser usadas nos processos da presente invenção.

A redução no custo da enzima pode ser obtida pela justaposição da atividade de sacarificação com o processo de fermentação, em um projeto chamado de Sacarificação e Fermentação Simultâneas (SSF). A inibição das celulases pelo produto é evitada com a conversão da glicose em etanol, ou outro produto de fermentação desejado. A filosofia da SSF tem sido empregada, por décadas, pela indústria do etanol, com as enzimas de amido. Esse conceito, também, trabalha para os sistemas da hemicelulose e da enzima celulase. Esse processo, também, pode ser usado na presente invenção. É um processo desejável, pois a fermentação usada nesta invenção emprega um maior número de tipos de açúcar na hidrólise e, adicionalmente, acelera a hidrólise, se comparado com a fermentação da levedura, que consome a fração de glicose largamente. É, também, uma característica desta invenção que uma determinada bactéria, tal como a bactéria ácida e a láctica e os homoacetogênicos, como descrito nesta invenção, use, diretamente, a celobiose, que reduz, também, a inibição da retroalimentação da hidrólise.

Além do uso da fração de fibra dos materiais iniciais, incluindo a hemicelulose e a celulose, pode ser desejável, nesta invenção, o uso da fração da proteína.

As enzimas proteases são usadas para hidrolisar as proteínas nos materiais iniciais para peptídeos e aminoácidos menores. Esses aminoácidos e peptídeos são uma fonte importante de bactéria de fermentação. A hidrólise das proteínas acelera a assimilação de nitrogênio na fermentação. A Patente USA n° 4.771.001 mostra o uso das enzimas de protease para aumentar o uso de proteínas pela fermentação do ácido láctico. Essa patente, também, ilustra o uso de um insumo diferente, nesse caso o soro do leite do queijo. Para os fins desta invenção, a proteína usada para suplementar a fermentação pode resultar de uma biomassa, ou de outras fontes de proteína e pode ser misturada no meio. Qualquer fonte de proteína que produza um meio adequado de fermentação para a fermentação subsequente (incluindo a fermentação por ácido láctico ou ácido acético) e que não inibe a fermentação pode ser usada.

Como parte do processo de fracionamento, os carboidratos são separados da Iignina e de outros componentes não fermentáveis para facilitar os demais passos do método. A separação pode ocorrer antes, durante ou após os passos adicionais de pré-tratamento. Por exemplo, a Iignina pode ser retirada por processos quimiomecânicos, que liberam a celulose para a sua conversão subsequente em açúcares fermentáveis. A lignina, também, pode ser removida por métodos enzimáticos, tais como o uso da ligninase. Com freqüência, são empregados dois ou mais passos na deslignificação.

Uma das invenções aqui reveladas é um método de produção de um produto de um material incluindo compostos que contêm carbono, onde menos de cerca de 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato. Esse processo inclui a produção de, pelo menos, um intermediário por fermentação das substâncias de carboidrato no material. Esse método, também, inclui a produção de um intermediário por um processo termoquímico de conversão das substâncias não carbono no material. Essa invenção, também, inclui a reação química desses dois intermediários para produzir um produto. Nesse processo, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo unicamente de conversão biológica e é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão com a conversão termoquímica de todos os seus materiais iniciais.

Uma invenção adicional aqui revelada é um método de produzir um produto de um material que inclui compostos que contêm carbono, onde menos do que, mais ou menos 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse processo inclui a produção de uma porção de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico por fermentação das substâncias de carboidrato no material. Esse processo, também, inclui a produção de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo de conversão termoquímica das substâncias de não carboidrato no material que inclui os compostos que contêm carbono. O método, adicionalmente, inclui a produção de uma porção de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico de fermentação de uma porção do intermediário produzido por conversão termoquímica das substâncias de não carboidrato no material. O processo, adicionalmente, inclui a reação química do intermediário produzido por fermentação, com, pelo menos, uma porção do intermediário remanescente produzido por conversão química das substâncias de não carboidrato no material. Nesse processo, a eficiência da energia química do método de produzir um produto a partir do material é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico ou de um processo de conversão com uma conversão termoquímica de todos os materiais iniciais.

Uma invenção adicional revelou, neste documento, um método de produzir um produto a partir de um material que inclui um composto contendo carbono, onde menos do que 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a fermentação do material para produzir, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico e o resíduo de fermentação que inclui componentes não fermentados do material. O processo, também, inclui a produção de um intermediário por conversão termoquímica do resíduo de fermentação e, ainda, inclui a reação química de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico e o intermediário produzido por conversão termoquímica do resíduo de fermentação para produzir o produto.

Com relação às figuras, diversas invenções aqui reveladas são ilustradas. Com referência específica à Figura 2, uma das invenções é um método de produção do etanol a partir de um material que inclui compostos contendo carbono e caracterizado pelo fato de que, menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Essa invenção inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários. Um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou uma mistura de ácido acético, de éster de acetato e do sal de acetato. Na Figura 2 (bem como nas Figuras de 3 a 13), a referência ao ácido (por exemplo, CH3COOH) deve ser interpretada como incluindo tanto o ácido quanto os sais correspondentes. Além disso, a referência a "uma mistura do ácido acético, do éster de acetato e do sal de acetato" e outras frases similares se refere à mistura de qualquer de dois, ou mais dos componentes listados. Um outro intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução. Nesse processo, o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio e do monóxido de carbono. O método, adicionalmente, inclui a reação química do agente de redução e do ácido acético, do éster de acetato e do sal de acetato ou de uma mistura do ácido acético, do éster de acetato e do sal de acetato para produzir o etanol. A eficiência da energia química desse método para produzir o etanol é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol.

Em uma configuração adicional desta invenção o passo de conversão pode incluir a produção de, pelo menos, uma porção do ácido acético, éster de acetato, sal de acetato, ou de uma mistura dos mesmos, por um processo de conversão biológica das substâncias de carboidrato no material. Além disso, o passo de conversão pode incluir a produção de, pelo menos, uma porção do agende de redução pelo processo de conversão térmica das substâncias não carboidrato no material. Ainda, em configurações adicionais, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Com referência à Figura 3, uma outra invenção é ilustrada. Esse é um método para a produção de etanol a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários. Pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um intermediário produzido por um processo biológico, selecionado do ácido acético, do éster de acetato e de um sal de acetato ou de uma mistura do ácido acético, do éster de acetato e do sal de acetato. O outro intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui o hidrogênio e o monóxido de carbono. No processo, o passo de conversão inclui a produção de uma porção de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico pela conversão biológica de substâncias de carboidrato no material e a produção de uma porção de pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico pela conversão biológica do monóxido de carbono e uma porção do hidrogênio produzido pelo processo de conversão termoquímica. O processo inclui, ainda, a reação química do hidrogênio remanescente e/ou de outros agentes de redução produzidos pelo processo de conversão termoquímica e os intermediários produzidos pelo processo biológico para produzir o etanol. Nesse processo, a eficiência da energia química desse método para produzir o etanol é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol.

Em configurações adicionais desta invenção, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Com referência à Figura 4, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção é um método de produção de etanol a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários. Pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um intermediário produzido por um processo biológico selecionado do ácido acético, do éster de acetato, do sal de acetato, ou da mistura do ácido acético, do éster de acetato e do sal de acetato. Pelo menos, um outro intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um hidrogênio e um monóxido de carbono. Nesse processo, o passo de conversão inclui a produção de uma porção de, pelo menos um intermediário produzido por um processo biológico por conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e a produção de uma porção de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico por conversão biológica de uma porção de um monóxido de carbono produzido por um processo de conversão termoquímica. O processo, ainda, inclui a reação química do hidrogênio e/ou de outros agentes de redução, produzidos pelo processo de conversão termoquímica e os intermediários produzidos por um processo biológico para formar o etanol. Nesse processo, a eficiência da energia química para produzir o etanol é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir etanol ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol. Em configurações adicionais desta invenção, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Com referência à Figura 5, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção está direcionada a um método de produção do etanol a partir de um material que contém compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos que aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um intermediário produzido por um processo biológico selecionado do ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou de uma mistura dos mesmos e, pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um o hidrogênio e o monóxido de carbono. O passo de conversão inclui a produção de uma porção de, pelo menos um intermediário produzido por um processo biológico por conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e a produção de uma porção de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico por conversão biológica de uma porção de um monóxido de carbono e uma porção do hidrogênio produzido por um processo de conversão termoquímica. O método, também, inclui a reação química do monóxido de carbono remanescente e/ou de outros agentes de redução produzidos pelo processo de conversão termoquímica e os intermediários produzidos por um processo biológico dos passos (a) e (b) para formar o etanol. Nesse processo, a eficiência da energia química do método para produzir o etanol a partir do material é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico e é maior eficiência da energia química de um processo no qual o todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol.

Em configurações adicionais desta invenção, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação e o processo de conversão termoquímica pode incluir um processo de conversão química.

Uma outra invenção adicional, que é revelada neste documento, está ilustrada na Figura 6. Essa invenção está direcionada para a produção do etanol a partir de compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários. Pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um intermediário produzido por um processo biológico selecionado do ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou das suas misturas. Pelo menos, um outro intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui o hidrogênio e o metanol. Nesse processo, o passo de conversão inclui a produção de uma porção de, pelo menos, um intermediário produzido por um processo biológico pela conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e a produção de uma porção de, pelo menos um intermediário produzido por um processo biológico pela conversão biológica do metanol produzido pelo processo termoquímico. O processo, também, inclui a reação química do hidrogênio e/ou de outros agentes de redução, produzidos pelo processo de conversão termoquímica e os intermediários produzidos por um processo biológico para formar o etanol. Nesse processo, a eficiência da energia química desse método é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol.

Com referência à Figura 7, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção inclui um método de produção do etanol a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, um intermediário, por um processo de conversão biológica, caracterizado pelo fato de que o intermediário inclui um ácido acético, o éster de acetato, o sal de acetato, ou das misturas dos mesmos e um resíduo do processo de conversão. O processo, também, inclui a conversão do resíduo do processo de conversão em, pelo menos, um intermediário que um inclui um agente de redução, por um processo de conversão termoquímica. Nesse processo, o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio com o monóxido de carbono. O processo, adicionalmente, inclui a reação química do ácido acético, do éster de acetato, do sal de acetato ou das suas misturas com o agente de redução para formar o etanol. Nesse método, a eficiência da energia química desse método é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o etanol ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o etanol.

Em configurações adicionais dessa invenção, o passo de converter pode incluir a produção de, pelo menos, uma porção do ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato ou das suas misturas, por um processo de conversão biológico das substâncias de carboidrato no material. Além disso, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação e o processo de conversão termoquímica pode incluir um processo de conversão química.

Com referência à Figura 8, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção é direcionada para um método para a produção de propileno glicol a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários. Um dos intermediários é produzido por um processo de conversão biológica que inclui um ácido láctico, um éster lactato, um sal de lactato, ou uma mistura do ácido láctico, do éster lactato, do sal de lactato. Um outro intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução. Nesse processo, o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio com o monóxido de carbono. O método, também, inclui a reação química do agente de redução com o ácido láctico, o éster lactato, o sal de lactato, ou de uma mistura dos mesmos, para produzir o propileno glicol. Nesse método, a eficiência da energia química desse método é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para a produção do propileno glicol ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o propileno glicol.

Em configurações adicionais desta invenção, o passo de conversão pode incluir a produção de ácido láctico, do éster lactato, do sal de lactato, ou de uma mistura dos mesmos por um processo de conversão biológica das substâncias de carboidrato no material. Além disso, o passo de conversão pode incluir a produção de um agente de redução por um processo de conversão termoquímica das substâncias não carboidrato no material. Ainda em configurações adicionais, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Com referência à Figura 9, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção está direcionada a um método de produção do propanol e do etanol, a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Essa invenção inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários.

Pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um ácido propiônico, um éster propionato, um sal propionato, um ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou uma mistura dos mesmos. Pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução. Nesse processo, o agente de redução pode ser selecionado a partir do hidrogênio, do monóxido de carbono ou de uma mistura do hidrogênio com o monóxido de carbono. O processo, também, inclui a reação química do agente de redução e do ácido propiônico, um éster propionato, um sal propionato, um ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou uma mistura dos mesmos para formar o propanol e o etanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para a produção do propanol e do etanol ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o propanol e o etanol.

Em outras configurações desta invenção, o passo de conversão inclui a produção de um intermediário produzido por um processo biológico por conversão biológica das substâncias de carboidrato no material. Além disso, o passo de conversão pode incluir a produção do agente de reação por um processo de conversão termoquímica das substâncias não carboidrato no material. Em configurações adicionais desta invenção, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Com referência à Figura 10, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção está direcionada a um método de produção do propanol a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um ácido propiônico, um éster propionato, um sal propionato, ou uma mistura ácido propiônico, um éster propionato, um sal propionato e caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão térmica e inclui um agente de redução. Nesse processo, o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio e do monóxido de carbono. O passo de conversão inclui a produção do ácido propiônico, um éster propionato, um sal propionato ou de uma mistura do ácido propiônico, um éster propionato, um sal por conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e uma porção do agente de redução produzido por um processo de conversão termoquímica. O método, além disso, inclui a reação do hidrogênio remanescente e/ou de outros agentes de redução e o ácido propiônico, um éster propionato, um sal propionato, ou uma mistura do ácido propiônico, um éster propionato, um sal propionato para produzir o propanol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o propanol ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o propanol. Em configurações adicionais desta invenção, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Com referência à Figura 11, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção está direcionada a um método para a produção do butanol e do etanol, a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um ácido butírico, um éster de ácido butírico, um sal de ácido butírico, um ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato ou uma mistura do ácido butírico, éster de ácido butírico, sal de ácido butírico, ácido acético, éster de acetato e o sal de acetato e caracterizado pelo fato de que, pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução. Nesse processo, o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio e do monóxido de carbono. O passo de conversão inclui a produção do ácido butírico, do éster de ácido butírico, do sal de ácido butírico, do ácido acético, do éster de acetato, do sal de acetato ou de uma mistura do ácido butírico, éster de ácido butírico, sal de ácido butírico, ácido acético, éster de acetato e sal de acetato por uma conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e uma porção do agente de redução produzido por um processo de conversão termoquímica. O método, ainda, inclui a reação química do hidrogênio remanescente e/ou de outros agentes de redução e o ácido butírico, o éster de ácido butírico, o sal de ácido butírico, o ácido acético, o éster de acetato, o sal de acetato ou uma mistura do ácido butírico, éster de ácido butírico, sal de ácido butírico, ácido acético, éster de acetato, sal de acetato para produzir o butanol e o etanol. Nesse método eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o butanol e o etanol ou de um processo de conversão no qual todo ò material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o butanol e o etanol. Além disso, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Com referência à Figura 12, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção está direcionada a um método para a produção de 1,4-butanediol, a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um ácido succínico, um éster succinato, um sal de succinato ou uma mistura do ácido succínico, éster succinato, sal de succinato e caracterizado pelo fato de que, pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução. Nesse processo, o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio e do monóxido de carbono. O método, ainda, inclui a reação química do agente de redução com o ácido succínico, um éster succinato, um sal de succinato ou uma mistura do ácido succínico, éster succinato, sal de succinato para produzir o 1,4 butanediol. Nesse método, a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para a produção do 1,4 butanediol ou de um processo de conversão no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o 1,4 butanediol. Nesse método o passo de conversão pode incluir a produção do ácido succínico, um éster succinato, um sal de succinato ou uma mistura do ácido succínico, éster succinato, sal de succinato por conversão biológica das substâncias de carboidrato no material e a produção do agente redutor por um processo de conversão termoquímica das substâncias não carboidrato do material. Em configurações adicionais desta invenção, o processo de conversão biológica pode incluir a fermentação.

Com referência à Figura 13, uma invenção adicional é ilustrada. Essa invenção está direcionada a um método para a produção do 1,3-propanediol, a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que menos de aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono é de substâncias de carboidrato. Esse método inclui a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e inclui um ácido 3-hidroxipropionico, o éster 3-hidroxipropionato, o sal 3- hidroxipropionato ou uma mistura do ácido 3-hidroxipropionico, éster 3-hidroxipropionato e sal 3-hidroxipropionato e caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por um processo termoquímico e inclui um agente de redução. Nesse processo, o agente de redução pode ser selecionado do hidrogênio, do monóxido de carbono e de uma mistura do hidrogênio e do monóxido de carbono. O método, adicionalmente, inclui a reação química do agente de redução com o ácido 3-hidroxipropionico, o éster 3-hidroxipropionato e o sal 3-hidroxipropionato, ou uma mistura do ácido 3-hidroxipropionico, éster 3-hidroxipropionato e sal 3-hidroxipropionato para produzir o 1,3-propanediol. Nesse método a eficiência da energia química é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o 1,3-propanediol ou um processo de conversão no qual todo o material está, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica, como parte do processo para produzir o 1,3-propanediol. Além disso, o passo de conversão biológica pode incluir a produção de um ácido 3-hidroxipropionico, o éster 3-hidroxipropionato, um sal 3-hidroxipropionato ou a mistura do ácido 3-hidroxipropionico, o éster 3-hidroxipropionato e o sal 3- hidroxipropionato por um processo biológico das substâncias de carboidrato no material e com a produção de um agente de redução por um processo termoquímico das substâncias de não carboidrato no material. Ainda nas configurações adicionais, o processo biológico pode incluir a fermentação. Os princípios, as configurações preferidas e os modos de operação da presente invenção foram descritos na especificação acima. A invenção, que tem a intenção de receber proteção não deve, entretanto, ser interpretada como limitada às formas particulares aqui descritas, pois essas são consideradas como ilustrativas e não como restritivas. As variações e as alterações podem ser feitas por aqueles capacitados na arte, sem desvios do espírito da presente invenção. Do mesmo modo, o melhor modo de executar esta invenção, como a seguir, deve ser considerado de natureza exemplar e não como uma limitação ao escopo e o espírito da invenção estabelecido nas reivindicações anexadas.

Claims

1. "UM MÉTODO" para a produção de um produto a partir de um material que inclui compostos que contêm carbono, caracterizado pelo fato de que aproximadamente 75% por peso dos compostos que contêm carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a conversão do material em, pelo menos, dois intermediários em que pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão biológica e, pelo menos um intermediário é produzido por um processo de conversão termoquímica, e a reação de pelo menos um intermediário produzido pelo processo de biológico e de pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico para formar o produto, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método para produzir o produto do material é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o produto e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material é, inicialmente, sujeito ao passo da conversão termoquímica como parte do processo para produzir o produto.

2. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método é de aproximadamente 60%.

3. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método é de aproximadamente 65%.

4. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método é de aproximadamente 70%.

5. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método é de aproximadamente 75%.

6. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método é de aproximadamente 80%.

7. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método é de aproximadamente 82%.

8. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aproximadamente -70% das substâncias de carboidrato no material é convertido no produto.

9. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aproximadamente -70% das substâncias de carboidrato no material é convertido no produto.

10. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aproximadamente -75% das substâncias de carboidrato no material é convertido no produto.

11. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aproximadamente -80% das substâncias de carboidrato no material é convertido no produto.

12. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aproximadamente -90% das substâncias de carboidrato no material é convertido no produto.

13. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aproximadamente -95% das substâncias de carboidrato no material é convertido no produto.

14. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que aproximadamente -100% das substâncias de carboidrato no material é convertido no produto.

15. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que essencialmente nenhum dióxido de carbono é produzido pelo processo de conversão biológico.

16. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que somente um mole de dióxido de carbono é produzido por mole de monossacarídeo, ou unidade de monossacarídeo no material.

17. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material inclui as substâncias de carboidrato e de não carboidrato.

18. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material inclui a biomassa.

19. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material é selecionado do grupo que inclui matéria herbácea, resíduo de agricultura, dejetos sólido municipal, restos de papel, polpa e resíduo de usina de papel.

20. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material é selecionado do grupo que inclui árvores, (arbustos), gramas, trigo, palha de trigo, farelo de trigo, bagaço de cana-de-açúcar, milho, casca de milho, espiga de milho, fibra de milho, dejeto sólido municipal, restos de papel, dejetos de quintal, galhos, arbustos, grupos de energia, frutas, cascas de frutas, flores, grãos, grupos de herbáceas, folhas, cascas de árvore, coníferas, lenha, raízes, mudas, grupos de madeira de rotatividade curta, gramíneas, vegetais, trepadeiras, polpa da beterraba, cascas de aveia, madeira dura, lascas de madeira, correntes intermediárias das operações de polpa e de madeiras macias.

21. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material é selecionado do grupo que inclui árvores, gramas, plantas inteiras e componentes estruturais das plantas.

22. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de conversão biológica inclui a fermentação.

23. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de conversão biológica inclui a cultura de pelo menos um microorganismo.

24. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o processo de conversão biológica inclui a cultura de pelo menos um microorganismo homofermentativo.

25. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que pelo menos um microorganismo é selecionado do grupo que inclui os microorganismos homoacetogênicos, os microorganismos homoláticos, a bactéria do ácido propiônico, a bactéria do ácido butírico, a bactéria do ácido succínico e a bactéria do ácido 3- hidróxiopropionico.

26. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que pelo menos um microorganismo é do gênero selecionado do grupo que inclui o Clostridium, Lactobacillus, Moorella, Thermoanaerobacter, Propionibacterium, Propionispera, Anaerobiospiriilum, e Bacteriodes.

27. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que pelo menos um microorganismo é da espécie selecionada do grupo que inclui o Clostridium formicoaceticum, Clostridium butyricum, Moorella thermoacetica, Thermoanaerobacter kivui, Lactobacillus delbrukii, Propionoibacterium acidipropionici, Propionispera arboris, Anaerobiospiriilum succinicproducens, Bacteriodes amylophilus, e a Bacteriodes ruminicola.

28. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de conversão termoquímica é selecionado do grupo que inclui a gasificação, a pirólise, da restauração e a oxidação parcial.

29. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico inclui um ácido carboxílico, um sal resultante, ou uma mistura dos mesmos.

30. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico é selecionado do grupo que consiste do ácido acético, do ácido láctico, do ácido propiônico, do ácido succínico, do ácido 3-hidroxipropionico, de um sal de quaisquer desses ácidos e de uma mistura dos ácidos e seus respectivos sais.

31. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico é selecionado do grupo que consiste do ácido acético, sal de acetato, uma mistura do ácido acético e sal de acetato e o sal láctico, o ácido propiônico, o sal de propionato, uma mistura do ácido propiônico e o sal de propionato, o ácido butírico, o sal de butírico, uma mistura do ácido butírico e do sal de butírico, o ácido succínico, um sal succínico, uma mistura do ácido succínico e um sal succínico, o ácido 3- hidroxipropionico, o sal de ácido 3-hidroxipropiônico e de uma mistura do ácido 3-hidroxipropiônico com o sal de ácido 3- hidroxipropiônico.

32. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico é selecionado do grupo que inclui um gás de síntese, um componente do gás de síntese, uma mistura dos componentes do gás de síntese, gás de pirólise, um componente do gás de pirólise e uma mistura dos componentes do gás de pirólise.

33. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico é selecionado do grupo que inclui o hidrogênio, o monóxido de carbono, o dióxido de carbono e o metanol.

34. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido por um processo biológico inclui um sal de um ácido carboxílico e em que o método também inclui a acidificação do sal do ácido carboxílico para formar o ácido carboxílico antes do passo de reação.

35. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que também inclui a esterificação do ácido carboxílico antes do passo da reação.

36. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que também inclui a esterificação do ácido carboxílico antes do passo da reação.

37. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o passo de acidificação inclui a introdução do dióxido de carbono, ou de um ácido com um pKa mais baixo do que o ácido sendo acidificado para uma solução que contém o sal do ácido carboxílico.

38. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que tal passo de acidificação inclui a introdução de uma amina terciária com o dióxido de carbono para formar um complexo ácido/amina.

39. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que também inclui o contato do complexo ácido/amina com um solvente que não se dissolve na água para formar um éster de um solvente que não se mistura com a água e o ácido carboxílico.

40. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo da reação de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico e de pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico é selecionado do grupo que consiste da conversão química e da conversão biológica

41. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo da reação inclui a reação química de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico e de pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico para produzir produto.

42. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo da reação inclui a reação biológica de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico e de pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico para produzir produto.

43. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo da reação de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico e de pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico é uma redução para produzir produto.

44. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo da reação de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico e de pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico é um processo selecionado do grupo que inclui a hidrogenação, a hidrogenólise e a redução por monóxido de carbono.

45. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto é selecionado do grupo que inclui um álcool, um ácido carboxílico, um sal de um ácido carboxílico, e um éster do ácido carboxílico.

46. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto é selecionado do grupo que inclui um álcool monohídrico e um álcool dihídrico.

47. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto é selecionado do grupo que inclui o etanol o propanol, o propileno glicol, o butanol, o 1,4-butanediol, o 1,3-propanediol, ou os seus respectivos ésteres de metil.

48. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que também inclui o fracionamento do material para formar uma fração que contém carboidrato para a conversão para um intermediário produzido por um processo de conversão biológica e para formar uma fração de resíduo que inclui a Iignina para a conversão a um intermediário por um processo de conversão termoquímica.

49. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato de que o passo de fracionamento é selecionado do grupo que inclui o tratamento físico, o tratamento de íon metálico, o tratamento por luz ultravioleta, o tratamento com ozônio, o tratamento com o oxigênio, o tratamento com organo-solvente, o tratamento de explosão de vapor, a impregnação com cal e o tratamento de explosão a vapor, a impregnação com cal sem o tratamento de explosão a vapor, o tratamento com o peróxido de hidrogênio, o tratamento com o peróxido/ozônio (perozônio) de hidrogênio, o tratamento ácido, o tratamento com ácido diluído e o tratamento com base.

50. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, (a) caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico é produzido por fermentação de substâncias de carboidrato no material, (b) caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico é produzido por conversão termoquímica das substâncias não carboidrato no material, e (c) caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico de (a) e pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico de (b) são reagidos quimicamente para produzir o produto.

51. O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, (a) caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico é produzido pela fermentação das substâncias de carboidrato no material, (b) caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico é produzido pela conversão termoquímica das substâncias de carboidrato no material, (c) caracterizado pelo fato de que uma porção de pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico é produzido por fermentação de pelo menos uma porção de um intermediário produzido pelo processo termoquímico de (b) e (d) caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico de (a) e pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico de (c) e pelo menos uma porção de pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico remanescente de (b) são quimicamente reagidos para produzir o produto.

52. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 1, (a) caracterizado pelo fato de que o material é fermentado para produzir pelo menos um intermediário produzido pelo processo biológico e um resíduo de fermentação incluindo componentes não fermentados do material, (b) caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico é produzido pela conversão termoquímica do resíduo de fermentação e (c) caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido por processo biológico de (a) e pelo menos um intermediário produzido pelo processo termoquímico de (b) são quimicamente reagidos para produzir o produto.

53. "UM MÉTODO" para produzir o etanol a partir de um material que inclui compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato de que aproximadamente 75% por peso de componentes contendo carbono que são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido por processo de conversão biológica e inclui um ácido acético, um sal de acetato, um éster de acetato, ou uma mistura do ácido acético, um sal de acetato e um éster de acetato, e caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário produzido pelo processo de conversão termoquímica e inclui um agente de redução, e a reação química do agente de redução e o ácido acético, um sal de acetato, um éster de acetato, ou uma mistura do ácido acético, um sal de acetato e um éster de acetato para produzir o etanol, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método para produzir o etanol a partir do material é maior do que a eficiência da energia química de um processo de conversão unicamente biológico para produzir o etanol e é maior do que a eficiência da energia química de um processo no qual todo o material está inicialmente sujeito ao passo da conversão termoquímica como parte do processo para produzir o etanol.

54. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato de que tal redutor é selecionado a partir do grupo composto por hidrogênio, monóxido de carbono e uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono.

55. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato de que o passo de transformação abrange (a) a produção de ácido acético, sal de acetato, éster de acetato ou mistura de ácido acético, éster de acetato e sal de acetato por meio de um processo de transformação biológica de substâncias de carboidrato no material e (b) a produção de agente redutor por meio de uma transformação termoquímica de substância sem carboidrato no material.

56. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 54, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica abrange a fermentação.

57. "UM MÉTODO" para produzir etanol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, no qual menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato de que ao menos um intermediário é produzido pelo processo de transformação biológica e compreende um intermediário produzido por intermédio de processo biológico selecionado a partir do grupo composto por ácido acético, um sal de acetato, um éster de acetato ou uma mistura de ácido acético, éster de acetato e sal de acetato, e pelo menos um intermediário é produzido por meio do processo de transformação termoquímica e é composto por hidrogênio e monóxido de carbono, caracterizado pelo fato de que o referido passo de transformação abrange: (a) produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico por meio da transformação biológica de substâncias de carboidrato no material, e (b) a produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por meio de transformação biológica de monóxido de carbono e uma porção de hidrogênio produzido por intermédio de processo de transformação termoquímica, e hidrogênio, que permanece reagindo quimicamente, produzido pelo processo de transformação termoquímica e intermediários produzidos por meio do processo biológico dos passos (a) e (b) para produzir etanol, caracterizado pelo fato de que a eficiência de energia química do método para produzir etanol é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir etanol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção do etanol.

58. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 57, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.

59. "UM MÉTODO" para produzir etanol a partir de um material compreendido por compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato de que menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, abrangendo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por um processo de transformação biológica e compreende um intermediário produzido por meio de processo biológico selecionado a partir do grupo incluindo ácido acético, um sal de acetato, um éster de acetato ou uma mistura de ácido acético, éster de acetato e sal de acetato, e ao menos um intermediário é produzido por meio de um processo de transformação termoquímica e inclui hidrogênio e monóxido de carbono, caracterizado pelo fato de que o referido passo de transformação abrange: (a) produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por meio de processo biológico por intermédio de transformação biológica de substâncias de carboidrato no material, e (b) produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por meio de processo biológico por intermédio de transformação biológica de uma porção de monóxido de carbono produzido por processo de transformação termoquímica, e hidrogênio reagindo quimicamente produzido pelo processo de transformação termoquímica e intermediários produzidos por processo biológico dos passos (a) e (b) para formar o etanol, caracterizado pelo fato de que a eficiência de energia química do método para produzir etanol é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir etanol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção do etanol.

60. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.

61. "UM MÉTODO" para produzir etanol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato de que menos do que aproximadamente -75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato que ao menos um intermediário é produzido pelo processo de transformação biológica e compreende um intermediário produzido por intermédio de processo biológico selecionado a partir do grupo composto por ácido acético, um sal de acetato, um éster de acetato ou uma mistura de ácido acético, éster de acetato e sal de acetato, e pelo menos um intermediário é produzido por meio do processo de transformação termoquímica e é composto por hidrogênio e monóxido de carbono, caracterizado pelo fato de que o referido passo de transformação abrange: (a) a produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico por meio da transformação biológica de substâncias de carboidrato no material, e (b) a produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por transformação biológica por transformação biológica de uma porção do monóxido de carbono e uma porção de hidrogênio produzido por intermédio de processo de transformação termoquímica, e monóxido de carbono, que permanece reagindo quimicamente, produzido pelo processo de transformação termoquímica e intermediários produzidos por meio de processo biológico dos passos (a) e (b) para formar etanol, caracterizado pelo fato que a eficiência de energia química do método para produzir etanol a partir do material é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção do etanol.

62. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 61, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.

63. "UM MÉTODO" para produzir propileno glicol a partir de um material compreendido por compostos contendo carbono, em que menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, abrangendo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato que pelo menos um intermediário é produzido por um processo de transformação biológica e compreende ácido láctico, éster de lactato, sal de lactato, ou uma mistura de ácido láctico, éster de lactato e um sal de lactato, e caracterizado pelo fato de que ao menos um intermediário é produzido por meio de um processo de transformação termoquímica e inclui um redutor, e reagindo quimicamente o redutor e o ácido láctico, éster de lactato, sal de lactato, ou uma mistura de ácido láctico, éster de lactato e um sal de lactato para produzir propileno glicol, caracterizado pelo fato que a eficiência de energia química do método para produzir propileno glicol a partir do material é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir propileno glicol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção de propileno glicol.

64. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 63, caracterizado pelo fato de que o referido redutor é selecionado a partir do grupo composto por hidrogênio, monóxido de carbono, e uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono.

65. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 63, caracterizado pelo fato de que um passo de transformação abrange (a) a produção de ácido láctico, éster de lactato, sal de lactato, ou mistura de ácido láctico, éster de Iactato e sal de lactato por intermédio de um processo de transformação biológica de substâncias de carboidrato no material e (b) a produção de um redutor por intermédio de transformação termoquímica de substâncias sem carboidrato no material.

66. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 63, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.

67. "UM MÉTODO" para produzir propanol e etanol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, no qual menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato de que ao menos um intermediário é produzido pelo processo de transformação biológica e compreende ácido propiônico, um éster de propionato, um sal de propionato, ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou uma mistura disso, e caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por intermédio de processo de transformação termoquímica e é composto por um redutor, e reagindo quimicamente o redutor e o ácido propiônico, éster de propionato, sal de propionato, ácido acético, éster de acetato, sal de acetato, ou uma mistura disso para produzir propanol e etanol, caracterizado pelo fato que a eficiência de energia química do método para produzir propanol e etanol a partir do material é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir propanol e etanol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção de propanol e etanol.

68. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 67, caracterizado pelo fato de que o referido redutor é selecionado a partir do grupo composto por hidrogênio, monóxido de carbono e uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono.

69. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 67, caracterizado pelo fato de que o passo de transformação abrange (a) a produção de ácido propiônico, um éster de propionato, um sal de propionato, ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou uma mistura disso por meio de um processo de transformação biológica de substâncias de carboidrato no material, e (b) a produção de agente redutor por meio de uma transformação termoquímica de substâncias sem carboidrato no material.

70. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 67, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.

71. "UM MÉTODO" para produzir propanol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato de que menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato que ao menos um intermediário é produzido pelo processo de transformação biológica e compreende ácido propiônico, um éster de propionato, um sal de propionato, ou uma mistura de ácido propiônico, éster de propionato e um sal de propionato, e caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por intermédio de processo de transformação termoquímica e é composto por hidrogênio, caracterizado pelo fato de que o referido passo de transformação abrange a produção de ácido propiônico, éster de propionato, sal de propionato, ou uma mistura de ácido propiônico, éster de propionato e sal propiônico por meio da transformação biológica de substâncias de carboidrato no material e uma porção do hidrogênio produzido pelo processo de transformação termoquímica, e hidrogênio, que permanece reagindo quimicamente, e ácido propiônico, éster de propionato, sal de propionato, ou mistura de ácido propiônico, éster de propionato e sal de propionato para produzir propanol, caracterizado pelo fato de que a eficiência da energia química do método para produzir propanol a partir do material é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir propanol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção de propanol.

72. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 71, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.

73. "UM MÉTODO" para produzir etanol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato de que menos do que aproximadamente -75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos um intermediário, em que ao menos um intermediário é produzido pelo processo de transformação biológica e compreende ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou uma mistura de ácido acético, um éster de acetato e um sal de acetato e um resíduo do processo de transformação, transformando o resíduo do processo de transformação em ao menos um intermediário, caracterizado pelo fato de que pelo menos um intermediário é produzido por intermédio de um processo de transformação termoquímica e é composto por um redutor, reagindo quimicamente o ácido acético, sal de acetato, ou mistura de ácido acético, éster de acetato e sal de acetato e o redutor para formar etanol, caracterizado pelo fato que a eficiência da energia química do método para produzir etanol a partir do material é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir etanol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção de etanol.

74. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 73, caracterizado pelo fato de que o referido redutor é selecionado a partir do grupo composto por hidrogênio, monóxido de carbono, e uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono.

75. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 73, caracterizado pelo fato de que um passo de transformação abrange pelo menos uma porção de ácido acético, éster de acetato, sal de acetato, ou mistura de ácido acético, éster de acetato e sal de acetato por intermédio de processo de transformação biológica de substâncias de carboidrato no material.

76. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 73, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.

77. "UM MÉTODO" para produzir etanol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato de que menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato que ao menos um intermediário é produzido pelo processo de transformação biológica e compreende um intermediário produzido por intermédio de processo biológico selecionado a partir do grupo composto por ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato, ou uma mistura de ácido acético, éster de acetato e sal de acetato, e pelo menos um intermediário é produzido por meio do processo de transformação termoquímica e é composto por hidrogênio e metanol, no qual o referido passo de transformação abrange: (a) a produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico por meio da transformação biológica de substâncias de carboidrato no material, e (b) a produção de uma porção de pelo menos um intermediário produzido por processo biológico por meio da transformação biológica de metanol produzido por intermédio de processo de transformação termoquímica, e hidrogênio, que permanece reagindo quimicamente, produzido pelo processo de transformação termoquímica e intermediários produzidos por meio de processo biológico dos passos (a) e (b) para formar etanol, caracterizado pelo fato de que a eficiência de energia química do método para produzir etanol é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir etanol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção do etanol.

78. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 77, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica abrange a fermentação.

79. "UM MÉTODO" para produzir butanol e etanol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato de que menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato que ao menos um intermediário é produzido pelo processo de transformação biológica e compreende ácido butírico, um éster de butirato, um sal de butirato, ácido acético, um éster de acetato, um sal de acetato ou uma mistura disso, e caracterizado pelo fato que ao menos um intermediário é produzido por meio do processo de transformação termoquímica e é composto por hidrogênio, caracterizado pelo fato de que o referido passo de transformação abrange a produção de ácido butírico, éster de butirato, sal de butirato, ácido acético, éster de acetato, sal de acetato ou mistura disso por meio de transformação biológica de substâncias de carboidrato no material e uma porção de hidrogênio produzido por intermédio de processo de transformação termoquímica, e hidrogênio, que permanece reagindo quimicamente, e ácido butírico, éster de butirato, sal de butirato, ácido acético, éster de acetato, sal de acetato ou mistura disso para produzir butanol e etanol, caracterizado pelo fato que a eficiência de energia química do método para produzir butanol e etanol a partir do material é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir butanol e etanol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção de butanol e etanol.

80. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 79, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica abrange a fermentação.

81. "UM MÉTODO" para produzir 1,4- butanediol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato de que menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato que ao menos um intermediário é produzido pelo processo de transformação biológica e compreende ácido succínico, um éster de succinato, um sal de succinato, ou a mistura de ácido succínico, éster de succinato e sal de succinato, e caracterizado pelo fato de que ao menos um intermediário é produzido por meio do processo de transformação termoquímica e é composto por um redutor, e reagindo quimicamente o redutor e o ácido succínico, éster de succinato, sal de succinato, ou mistura de ácido succínico, éster de succinato e sal de succinato para produzir 1,4-butanediol, caracterizado pelo fato que a eficiência de energia química do método para produzir 1,4-butanediol a partir do material é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir 1,4-butanediol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção de 1,4- butanediol.

82. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 80, caracterizado pelo fato de que o referido redutor é selecionado a partir do grupo composto por hidrogênio, monóxido de carbono, e uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono.

83. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 80, caracterizado pelo fato de que um passo de transformação abrange (a) a produção de ácido succínico, éster de succinato, sal de succinato, ou mistura de ácido succínico, éster de succinato e sal de succinato por intermédio de um processo de transformação biológica de substâncias de carboidrato no material, e (b) a produção de redutor por intermédio de transformação termoquímica de substâncias sem carboidrato no material.

84. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 80, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.

85. "UM MÉTODO" para produzir 1,3- propanediol a partir de um material consistindo de compostos contendo carbono, caracterizado pelo fato que menos do que aproximadamente 75% por peso de compostos contendo carbono são substâncias de carboidrato, incluindo: a transformação do material em pelo menos dois intermediários, caracterizado pelo fato que ao menos um intermediário é produzido por um processo de transformação biológica e compreende ácido 3-hidroxipropiônico, um éster de 3-hidroxipropionato, um sal de 3-hidroxipropionato ou uma mistura de ácido 3-hidroxipropiônico, éster de 3- hidroxipropionato e sal de 3-hidroxipropionato, e caracterizado pelo fato de que ao menos um intermediário é produzido por um processo de transformação termoquímica e compreende um redutor, e reagindo quimicamente o redutor e o ácido 3- hidroxipropiônico, éster de 3-hidroxipropionato, sal de 3- hidroxipropionato ou mistura de ácido 3-hidroxipropiônico, éster de -3-hidroxipropionato e sal de 3-hidroxipropionato para produzir 1,3- propanediol, caracterizado pelo fato de que a eficiência de energia química do método para produzir 1,3-propanediol a partir do material é maior do que a eficiência de energia química de um único processo de transformação biológica para produzir 1,3-propanediol e é maior do que a eficiência de energia química de um processo no qual todos os materiais estão inicialmente sujeitos ao passo de transformação termoquímica como parte do processo de produção de 1,3-propanediol.

86. Ό MÉTODO", de acordo com a reivindicação 85, caracterizado pelo fato de que o referido redutor é selecionado a partir do grupo composto por hidrogênio, monóxido de carbono, e uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono.

87. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 85, caracterizado pelo fato de que um passo de transformação abrange (a) a produção de ácido 3-hidroxipropiônico, éster de 3-hidroxipropionato, sal de 3-hidroxipropionato ou mistura de ácido 3-hidroxipropiônico, éster de 3-hidroxipropionato e sal de -3-hidroxipropionato por intermédio de um processo de transformação biológica de substâncias de carboidrato no material, e (b) a produção do redutor por intermédio de transformação termoquímica de substâncias sem carboidrato no materiai.

88. "O MÉTODO", de acordo com a reivindicação 85, caracterizado pelo fato de que o processo de transformação biológica inclui fermentação.