BRPI1006467B1 - Processo aperfeiçoado para a hidrólise rápida de biomassa com elevado conteúdo de componentes sólidos - Google Patents

Abstract

processo aperfeiçoado para a hidrólise rápida de biomassa com elevado conteúdo de componentes sólidos. o processo para a hidrólise de biomassa lignocelulósica compreende as etapas de: a) entrar em contato com uma matéria prima lignocelulósica, a matéria prima sendo compreendida por biomassa apresentando um conteúdo seco e água com ao menos uma parte de um solvente, o solvente sendo compreendido por espécies hidrolisadas solúveis em água, sendo que ao menos algumas das espécies hidrolisadas solúveis em água são as mesmas das espécies hidrolisadas solúveis em água obtidas a partir da hidrólise da biomassa na matéria prima; b) manter o contato entre a matéria prima do fluxo de matéria prima e o solvente, a uma temperatura no intervalo de 20ºc a 200ºc por um tempo no intervalo de 5 minutos a 72 horas para criar um produto hidrolisado a partir da biomassa na matéria prima.

Description

Reivindicação de prioridade

[001] Este pedido de patente reivindica a prioridade dos pedidos de patentes PCT/IT2009/000124 depositado em 31 de março de 2009, PCT/IT2009/000127 depositado em 31 de março de 2009, PCT/182009/055736 depositado em 14 de dezembro de 2009 e PCT/182009/055737 depositado em 14 de dezembro de 2009.

Fundamento

[002] O pedido de patente francês N° FR 2609046 ensina a hidrólise do amido na presença de enzimas de hidrólise de amido. O amido é conhecido por ser extraído de plantas alimentícias e grãos. Sabe-se na arte que o amido é facilmente hidrolisado devido a suas ligações químicas, enquanto que a celulose não é facilmente hidrolisada. A patente ensina a adicionar água ao amido seco moído para ajustar a concentração do substrato de amido moído, expressa em matéria seca, para um valor compreendido entre 50 e 400 g/litro do meio de fermentação. O pedido de patente francês não menciona nada sobre a aplicabilidade para as matérias primas celulósicas.

[003] É conhecido na arte que o custo de energia da destilação do etanol a partir de um processo de fermentação é drasticamente reduzido caso o caldo de fermentação contenha mais do que 4% de etanol. Isto requer uma concentração de açúcar acima de 8% (p/p), a qual com a maioria dos tipos de biomassa, em particular as biomassas lignocelulósicas, corresponde a um conteúdo de matéria seca inicial acima de 20%.

[004] Portanto, é fundamental ser capaz deutilizar as biomassas as quais contenham lignocelulósicos com elevado conteúdo de matéria seca, de preferência acima de 20% em peso.

[005] A hidrólise enzimática da biomassatem sido descrita anteriormente. No entanto, no caso da biomassa lignocelulósica, apenas o material o qual consiste de fibras e partículas com um tamanho médio abaixo de 1 polegada (25,4 mm) e, além disso, com conteúdo de matéria seca relativamente baixo, ou seja, abaixo de 20% (p/p),foi hidrolisado com sucesso.

[006] A hidrólise enzimática da biomassa temsido tradicionalmente realizada em reatores de tanque agitado equipado com impulsores ou pás (por exemplo, turbina Rushton ou impulsor Intemig) montados em um eixo do impulsor centralmente disposto, semelhante ao que é utilizado na indústria de fermentação. Devido a este equipamento, as soluções de alta viscosidade, os materiais muito pegajosos ou muito secos não podem ser agitados de forma eficiente e resultam-se não homogêneos, mantendo áreas com muito pouca ou nenhuma mistura. Além disso, agitação de tais soluções exige uma aplicação muito grande de energia, a qual é prejudicial para a economia do processo. A operação com a biomassa a qual contém polissacarídeo previamente apresenta, portanto, um limite superior restrito possível de aproximadamente 20% (p/p).

[007] Isto é evidenciado na patente americanaNo. US 4.409.329, a qual descreve a hidrólise de material celulósico sólido em açúcar, na qual a celulose é hidrolisada em açúcares simples através do tratamento de um lodo granular de celulose a 30-80% contendo alimento sólido a 3-20% (p/p), com um complexo de enzima de celulase. A carga de contendo celulose sólida apresentava um tamanho médio de partícula variando de 0,01 a 1 polegada (0,0254 a 25,4 mm) de diâmetro. Foram usadas pás de rotor perfuradas para a mistura. O ensinamento da patente é o de utilizar uma taxa de cisalhamento muito alta, da ordem de 50.000 a 200.000 pés/minuto/pé em toda a zona de reação.

[008] A patente US 2002117167A descreve a hidrólise enzimática de hemicelulose no material de biomassa, compreendendo a solubilização de ao menos uma parte da hemicelulose e hidrolisar a hemicelulose solubilizada para produzir ao menos um monossacarídeo. A biomassa selecionada é de preferência um lodo aquoso de material bruto ou pré-tratado. O material de biomassa pode ser qualquer material celulósico, o qual inclui a hemicelulose. O processo é descrito como sendo especialmente eficaz com fibras de grãos tal como o milho, trigo, arroz, aveia ou cevada. No entanto, como observado nos exemplos, a celulose não é hidrolisada.

[009] A patente US 2004005674A descreve um processo para a hidrólise enzimática da lignocelulose. A degradação da lignocelulose em açúcares compreende por em contato a lignocelulose com ao menos uma enzima auxiliar e ao menos uma celulase. O material lignocelulósico foi moído (o tamanho médio da fibra do material não foi especificado) e apresentava um baixo conteúdo de matéria seca (0,2 g de material de palha moída em 10 ml de solução enzimática).

[010] O WO 2006/056838 descreve um processopara a liquefação e sacarificação de biomassa contendo polissacarídeo, com um conteúdo relativamente alto de matéria seca. Ele combina a hidrólise enzimática com um tipo de mistura dependendo do princípio da gravidade, garantindo que as biomassas sejam submetidas a forças mecânicas, principalmente as forças de cisalhamento e ruptura.

[011] Os processos acima são de operaçãocustosa devido aos seus altos requisitos de cisalhamento e tempo para hidrolisar a matéria prima. Portanto, existe a necessidade de utilizar projetos econômicos enquanto, ao mesmo tempo, tratar a biomassa com elevado conteúdo seco.

Síntese

[012] É bem conhecido na arte que é muitodifícil quebrar a celulose em açúcar. Os esforços para hidrolisar as biomassas de celulose, em geral provam-se economicamente inviáveis. Enquanto os fluxos de biomassa que contém celulose podem ser tratados para aumentar a acessibilidade da celulose aos catalisadores dehidrólise, tais como as enzimas, ainda é muito difícil em termos de tempo e energia a conversão da celulose em seus açúcares básicos. É por esta razão que os sistemas do estado da técnica removem primeiro os componentes celulósicos e hidrolisam de forma isolada o amido ou o componente livre de açúcar. Estes sistemas são referidos como processos de primeira geração. A dificuldade da hidrólise celulósica é evidenciada nas patentes recentes do estado da técnica citadas na seção de fundamento, as quais se s ubmetem os materiais celulósicos a um alto grau de cisalhamento e a longos períodos para quebrar as fibras.

[013] Esta descrição descreve um processo de hidrólise o qual não precisa realizar o cisalhamento, bem como hidrolisa a celulose em um tempo muito curto.

[014] Portanto, esta descrição descreve um processo para a hidrólise de biomassa contendo um alto conteúdo seco, compreendendo as etapas de por em contato uma matéria prima, a qual compreende a biomassa a qual apresenta tanto o conteúdo seco e a água com ao menos uma parte de um solvente que compreende as espécies hidrolisadas solúveis em água; sendo que ao menos algumas das espécies hidrolisadas solúveis em água são as mesmas daquelas espécies hidrolisadas solúveis em água obtidas a partir da hidrólise da biomassa, mantendo o contato entre a matéria prima e o solvente, na presença de uma composição catalisadora a uma temperatura no intervalo de 20°C a 95°C por um tempo no intervalo de 5 minutos a 72 horas, para criar um produto hidrolisado a partir da biomassa.

[015] Esta descrição descreve que o processo para a hidrólise da biomassa também pode incluir as etapas de A) Repartir uma quantidade de biomassa a qual apresente um conteúdo seco e água em ao menos um primeiro fluxo e um segundo fluxo de matéria prima, B) Criar um primeiro fluxo de solvente através da hidrólise de um primeiro fluxo de matéria prima com a adição de um catalisador para o primeiro fluxo de matéria prima sendo que a quantidade de catalisador está no intervalo de 0, 1 a 150 FPU/g de conteúdo seco em todos os fluxos de matéria prima e realizar a hidrólise a uma temperatura no intervalo de 20°C a 95°C por um período no intervalo de 5 minutos a 8 horas, C) Entrar em contato com ao menos um dos fluxos de matéria prima, a qual não seja o primeiro fluxo de matéria prima, com o primeiro fluxo de solvente e D) Manter o contato entre ao menos uma matéria prima, a qualnão é o primeiro fluxo de matéria prima, e o primeiro fluxo de solvente a uma temperatura no intervalo de 20°C a95°C por um período no intervalo de 5 minutos a 72 horas,para criar um produto hidrolisado a partir da biomassa.

[016] É ainda descrito que ao menos umaparte da composição catalítica entre em contato com a matéria prima antes de e, imediatamente ou após, a matéria prima entrar em contato com o solvente. É descrito ainda que a proporção de biomassa para a água da matéria prima pode ser superior a 1:6, ou superior a 1:5, ou superior a 1:4, ou superior a 1:3, ou superior a 1:2,5, ou superior a 1:2, ou superior a 1:1,5 ou superior a 1:1 ou superior a 1:0,9.

[017] É descrito ainda que a quantidade debiomassa para a água na matéria prima seja nas proporções dos intervalos de 1:4 a 9:1; 1:3,9 a 9:1, 1:3,5 a 9:1,1:3,25 a 9:1, 1:3 a 9:1, 1:2,9 a 9:1, 1:2 a 9:1, 1,15 a9:1, 1:1 a 9:1 e 1:0,9 a 9:1.

[018] É descrito ainda que a proporção entreo peso do solvente que é colocado em contato com a matéria prima para o peso da matéria prima no momento do contato pode ser em qualquer um dos intervalos de 1:99 a 99: 1, 10:90 a 90:10, 20:80 a 90:10, 30:70 a 90:10, 40:60 a90:10, 50:50 a 90:10 e 60:40 a 90:10.

[019] Além disso, é descrito que o catalisador compreende enzima e a enzima é capaz de converter um composto em biomassa em um polímero de açúcar ou um polímero de açúcar de baixo peso molecular.

[020] É descrito ainda que a enzima é capazde hidrolisar a celulose, de preferência em glicose.

[021] Além disso, é descrito que o processopoderia ser um processo em batelada no qual a composição catalítica é introduzida no recipiente antes, de forma simultânea com, ou após a introdução da matéria prima e a matéria prima e o solvente são mantidos no recipiente em um intervalo de temperatura por um período de tempo, e a seguir manter a matéria prima, o solvente e o catalisador no recipiente em intervalo de temperatura por um período de tempo, uma massa do produto hidrolisado é removido do recipiente, sendo que o peso do produto hidrolisado removido é substancialmente equivalente ao peso da matéria prima mais a composição catalítica introduzida somada ao peso de todos os outros materiais que não sejam o solvente introduzido no recipiente. O processo também pode conter um segundo fluxo de solvente de uma batelada previamente hidrolisada. A remoção do produto pode ser completa ou permanecendo uma parte do produto no recipiente.

[022] Além disso, é descrito que o processopoderia ser um processo contínuo no qual a matéria primade ao menos um fluxo de matéria prima, o qual não seja oprimeiro fluxo de matéria prima, e o solvente do primeiro fluxo de solvente são continuamente introduzidos em um recipiente, o qual já contenha o fluxo de solvente, a composição catalítica é continuamente introduzida no recipiente e o produto hidrolisado é continuamente retirado do recipiente, no qual o peso do produto hidrolisado removido durante um determinado período de tempo é equivalente ao peso da matéria prima somada à composição catalítica mais o peso de todos os outros materiais que não sejam o solvente introduzido no recipiente durante o período de tempo especificado.

[023] Além disso, é descrito que os processos poderiam apresentar uma etapa de pré-mistura com base em um ciclo de reciclagem do fluxo do produto solvente, no qual uma parte do solvente é misturada com ao menos uma parte da matéria prima antes da introdução no recipiente e todas as proporções do solvente para a matéria prima são baseadas na quantidade total de solvente o qual é a quantidade de solvente no recipiente mais a quantidade de qualquer solvente misturado com ao menos uma parte do fluxo de matéria prima.

[024] Além disso, é descrito que os sólidos sejam separados do fluxo hidrolisado e, opcionalmente, os sólidos reciclados para o recipiente de hidrólise. É descrito que os sólidos também podem ser removidos antes da adição no recipiente de hidrólise ou não adicionados de modo algum ao recipiente de hidrólise.

Breve descrição dos desenhos

[025] A figura 1 é uma vista esquemática de um processo de hidrólise contínuo;

[026] A figura 2 é uma vista esquemática de um processo de hidrólise contínuo com um ciclo de reciclagem;

[027] A figura 3 é uma vista esquemática de um processo contínuo de fluxo em plugue;

[028] A figura 4 é uma vista esquemática de um processo de hidrólise em batelada;

[029] A figura 5 é uma vista esquemática de uma forma de realização do processo aperfeiçoado ilustrando o tratamento com o catalisador em excesso;

[030] A figura 6 ilustra o tipo de dispositivo utilizado para realizar os experimentos; e

[031] A figura 7 é uma vista esquemática de um processo de hidrólise contínua com a separação dos sólidos no produto de hidrólise.

Descrição detalhada

[032] Este processo utiliza a descoberta de que a hidrólise enzimática da celulose pode ocorrer muito rapidamente e, portanto, opcionalmente, evitar o cisalhamento e o excesso de água quando a hidrólise é feita na presença de uma quantidade substancial de produtos já hidrolisados a partir da biomassa. Ao fazê- lo, o profissional pode evitar o uso de misturadores especiais e os altos custos dos misturadores descritos nas propostas da arte anterior.

[033] O processo começa com a seleção de uma matéria prima. A matéria prima compreende a biomassa apresentando um conteúdo seco e água. Normalmente a água não é água livre, mas sim água absorvida pela biomassa em si. Esta biomassa é muitas vezes expressa de acordo com o seu conteúdo de matéria seca (não de água). Na biomassa, o conteúdo de matéria seca de 20% corresponde a uma biomassa a qual apresenta 80% de água e 20% sem água ou, de outra forma, conteúdo sólido. O termo biomassa e água é o conteúdo de matéria seca da biomassa somada à absorvida e a água livre e a água que pode ter sido adicionada. Por exemplo, a quantidade de biomassa mais água para 100 kg de biomassa com 20% de conteúdo de matéria seca é de 100 kg. A quantidade de biomassa mais água para 100 kg de biomassa com 20% de conteúdo de matéria seca mais 10 kg de água é de 110 kg.

[034] Acredita-se que o processo descrito seja capaz de utilizar um fluxo de matéria-prima de biomassa e água, no qual o conteúdo de matéria seca para a água do fluxo de matéria-prima é de preferência de 20 a 80% ou de 21 a 80%, de preferência de 25 a 70% ou de 26 a 70%, mais preferivelmente de 25 a 60% ou de 26 a 60%, ainda mais preferível de 25 a 50% ou de 26 a 50% ou de 25 a 40% ou de 26% a 40% e mais preferivelmente de 25 a 35% ou de 26 a 35% ou de 26 a 34% ou de 31% a 49%.

[035] Isto pode, de forma alternativa, ser expresso como um conteúdo mínimo de matéria seca, ou seja, como uma porcentagem em peso do conteúdo de matéria seca em relação à água no fluxo de matéria-prima. Isso corresponderia a pelo menos 18 por cento em peso de conteúdo seco, de preferência de ao menos 21 ou 20 por cento em peso de conteúdo seco, de preferência de ao menos 25 por cento em peso de conteúdo seco, mais preferivelmente de ao menos 30 por cento em peso de conteúdo seco, e mais preferivelmente ainda de ao menos 40 por cento em peso de conteúdo seco. O limite superior destes conteúdos é, por definição de 100%, mas na prática 80 por cento do peso seria o limite superior para esses conteúdos caso eles sejam expressos em intervalos.

[036] Acredita-se que o processo aquidescrito seja capaz de lidar com quase 100% de conteúdo seco. Reconhecendo é claro, que um pouco de água é essencial para a reação de hidrólise.

[037] Portanto, os intervalos adequados paraesta invenção são as biomassas apresentando um conteúdo seco de mais de 18%, 20%, 21%, 25%, 26%, 30%, 31%, 35%,36%, 40%, 50%, 60% e 80% com um limite máximo de 80%, 90%,para cada limite inferior.

[038] A distribuição preferencial das fibrase dos tamanhos das partículas de biomassa pode abranger os intervalos de 0 a 150 mm, de preferência, de 5 a 125 mm, mais preferivelmenté, de 10 a 100 mm, ainda mais preferivelmente de 15-30 a 90 mm ou 20 a 80 mm e mais preferivelmente de 26 a 70 mm.

[039] A distribuição preferencial das fibrase dos tamanhos das partículas é definida como ao menos 20% (p/p) da biomassa variando dentro do intervalo preferido.

[040] Uma vantagem deste processo é quepode ser conduzido sem a adição de um ácido inorgânico, de preferência selecionado a partir do grupo consistido de ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico e similares, ou suas misturas ou sem os solventes orgânicos de solubilização de lignina, tais como aquelesselecionados a partir do grupo consistido por carbono, cetonas e acetonas de 2 a 6 átomos de carbono e suas misturas, metanol, etanol.

[041] Outra vantagem é que esta reação podeser feita à pressão atmosférica. Em alternativa, acredita- se que a temperatura possa ser elevada para que a reação possa ser feita com ou sem enzimas nas pressões associadas com a temperatura no intervalo de 100°C a 200°C.

[042] A biomassa vegetal é uma matéria prima preferencial. Além de amido, os três principais constituintes da biomassa vegetal são a celulose, a hemicelulose e a lignina, os quais são comumente referidos pelo termo genérico de lignocelulose. A biomassa contendo polissacarídeo é um termo genérico o qual inclui tanto o amido como a biomassa lignocelulósica. Portanto, alguns tipos de matéria prima podem ser de biomassa vegetal, biomassa contendo polissacarídeo e biomassa lignocelulósica. Para ser claro nesta descrição, a biomassa lignocelulósica pode ou não conter amido.

[043] Este processo tem por objetivo principalmente a produção através da hidrólise de segunda geração, na qual a matéria prima lignocelulósica contém mais de 5% em peso do conteúdo seco da celulose. Enquanto que 5% em peso do conteúdo seco é uma quantidade preferida, uma quantidade ainda mais preferida é um conteúdo de celulose superior a 10% em peso do conteúdo seco da matéria prima, sendo mais preferido com mais de ao menos 15% em peso do conteúdo de matéria seca da matéria prima.

[044] Enquanto a matéria prima pode ser livre de amido, substancialmente livre de amido ou apresentar um conteúdo 0 de amido. O amido, se presente, pode ser inferior a 75% em peso do conteúdo de matéria seca. Não há uma proporção preferida de amido, assim como não se acredita que a sua presença afete a hidrólise da celulose. As proporções para a quantidade de amido, se presente, estão entre 0 e 75% em peso do conteúdo seco, 0 a 50% em peso do conteúdo seco, 0 a 30% em peso do conteúdo seco e 0 a 25% em peso do conteúdo seco.

[045] Muit as vezes um pré-tratamento éutilizado para garantir que a estrutura do conteúdo lignocelulósico se torne mais acessível para os catalisadores, tal como as enzimas, e ao mesmo tempo as concentrações do subproduto inibidor prejudicial, tal como o ácido acético, furfural e o furfural hidroximetil, permaneçam substancialmente baixas.

[046] Existem diversas estratégias paraalcançar uma maior acessibilidade, muitas das quais ainda serão inventadas. As estratégias atuais implicam em submeter o material lignocelulósico a temperaturas entre 110 a 250 °C por 10 a 60 minutos, por exemplo: - Extração por água quente- A hidrólise ácida diluída de múltiplos estágios, a qual remove o material dissolvido antes das substâncias inibidoras serem formadas.- Diluir a hidrólise ácida em condições de intensidade relativamente baixa.- A oxidação úmida alcalina.- Craqueamento a vapor.- Quase todos os pré-tratamentos com a desintoxicação subsequente.

[047] Se um pré-tratamento hidrotérmicofor escolhido, as seguintes condições são preferidas:Temperatura de pré-tratamento: de 110 a 250°C, de preferência de 120 a 240°C, mais preferivelmente de 130 a 230°C, mais preferivelmente de 140 a 220°C, mais preferivelmente de 150 a 210°C, mais preferivelmente de 160 a 200°C, ainda mais preferivelmente de 170 a 200°C ou mais preferivelmente de 180 a 200°C.Tempo de pré-tratamento: de 1 a 60 min, de preferência de 2 a 55 min, mais preferivelmente de 3 a 50 min, mais preferivelmente de 4 a 45 min, mais preferivelmente de 5 a 40 min, mais preferivelmente de 5 a 35 min, mais preferivelmente de 5 a 30 min, mais preferivelmente de 5 a 25 min, mais preferivelmente de 5 a 20 min e mais preferivelmente de 5 a 15 min.

[048] O conteúdo de matéria seca, após o pré-tratamento será de preferência de ao menos de 20% (p/p). Outros limites preferíveis mais altos são contemplados abaixo.

[049] As biomassas contendo o polissacarídeo de acordo com a presente invenção incluem qualquer material o qual contenha, por exemplo, açúcares poliméricos na forma de amido, bem como o amido refinado, a celulose e a hemicelulose.

[050] No entanto, como discutido anteriormente, o amido não é um componente principal.

[051] Os tipos relevantes de biomassa para a hidrólise e a mistura de acordo com a presente invenção podem incluir as biomassas provenientes de culturas agrícolas, tais como, por exemplo: os que contenham grãos; palha de milho, bagaço, palha, por exemplo, de arroz, trigo, centeio, aveia, cevada, colzo, sorgo; tubérculos, por exemplo, beterraba, batata.

[052] A matéria prima de biomassa lignocelulósica é, de preferência, da família geralmente chamada gramíneas. O nome próprio é a família conhecida como Poaceae ou Gramineae na classe Liliopsida (as monocotiledôneas) das plantas com flores. As plantas dessa família são geralmente chamadas de gramíneas, e incluem o bambu. Existem cerca de 600 gêneros e alguns 9.000 a 10.000 ou mais espécies de gramíneas (Índice Kew de espécies de gramíneas mundial).

[053] A Poaceae inclui os grãos de alimentosbásicos e as culturas de cereais cultivadas em todo o mundo, as gramas de jardim, as forrageiras e o bambu.

[054] A Poaceae geralmente apresenta caulesocos chamados colmos, os quais estão ligados (de forma sólida) em intervalos denominados como nós, os pontos ao longo do colmo nos quais as folhas surgem. As folhas de grama são geralmente alternadas, disticadas (em um plano) ou raramente em espiral e com nervuras paralelas. Cada folha é diferenciada em um revestimento menor, o qual abraça o caule a uma distância e uma lâmina com margens geralmente inteiriças. As lâminas das folhas de muitas gramíneas são endurecidas com fitólitos de sílica, o qual ajuda a desencorajar os animais de pastoreio. Em algumas gramíneas (tais como o capim espada) isso torna as bordas das lâminas da grama afiadas o suficiente para cortar a pele humana. Um apêndice membranoso ou franja de pêlos, chamada lígula, encontra-se na junção entre o revestimento e a lâmina, impedindo que a água ou os insetos penetrem no revestimento.

[055] As lâminas de grama crescem na baseda lâmina e não a partir das pontas do caule alongado. Este ponto de crescimento a partir de baixo evoluiu em resposta aos animais de pastoreio e permite às gramíneas serem roçadas ou cortadas regularmente sem gravesprejuízos para a planta.

[056] As flores da Poaceae sãocaracteristicamente dispostas em espiguetas, cadaespigueta com um ou mais flósculos (as espiguetas são ainda agrupadas em panículas ou espigas). A espigueta consiste em duas (ou às vezes menos) brácteas na base, chamadas de glumas, seguida por um ou mais flósculos. Um flósculo consiste da flor rodeada por duas brácteas,chamadas o lema (o externo) e a pálea (a interna). As flores são geralmente hermafroditas (milho, monóicas, são uma exceções) e a polinização é quase sempre anemófila. O perianto é reduzido a duas escalas, chamado lodículas, o qual se expande e contrai para espalhar o lema e a pálea; estes são geralmente interpretados como sépalas modificadas. Esta estrutura complexa pode ser vista na imagem à esquerda, retratando uma espiga de trigo (Triticum aestivum).

[057] O fruto de Poaceae é uma cariopse naqual o resvestimento da semente é fundido na parede das frutas e assim, não separável dela (como em um grão de milho).

[058] Existem três classificações gerais decomportamento de crescimento presente nas gramíneas; do tipo agrupado (também chamado cespitosas}, estoloníferas e rizomatosas.

[059] O sucesso das gramíneas reside, emparte, em sua morfologia e nos processos de crescimento e, em parte, na sua diversidade fisiológica. A maioria das gramíneas se divide em dois grupos fisiológicos, utilizando os caminhos fotossintéticos C3 e C4 para a fixação de carbono. As gramíneas C4 apresentam uma via fotossintética ligada à anatomia especializada da folha de Kranz a qual de forma particular se adapta aos climas quentes e a uma atmosfera pobre em dióxido de carbono.

[060] As Gramíneas C3 são referidas como"gramíneas de estação fria", enquanto as plantas C4 são consideradas "gramíneas de estação quente". As gramíneas podem ser anuais ou perenes. Os exemplos de estação fria anual são o trigo, o centeio, a grama azul "bluegrass" anual (a grama de pasto "meadowgrass" anual, a Poa anual e a aveia). Os exemplos de estação fria perene são a grama de pomar "orchardgrass" (panasco, Dactylisglomerata), festuca (Festuca silviculturada), grama azul "Bluegrass" do Kentucky e o azevem perene (Lolium perenne). Exemplos de estação quente anuais são capim sudão, milho e milheto. Exemplos de estação quente perene a "big bluestem", "indiangrass", "bermudagrass " e"switchgrass".

[061] Uma classificação da família dasgramíneas reconhece doze subfamílias: Estas são: 1)anomochlooideae, uma pequena linhagem de gramíneas de folhas largas a qual inclui dois gêneros (Anomochloa, Streptochaeta), 2) Pharoideae, uma pequena linhagem de gramíneas, a qual inclui três gêneros, incluindo a Pharus e a Leptaspis; 3) Puelioideae, uma pequenalinhagem a qual inclui o gênero Africano Puelia; 4) Pooideae, a qual inclui o trigo, cevada, aveia, erva-brome (Bronnus) e as gramíneas da cana (Calamagrostis); 5) Bambusoideae, a qual inclui o bambu; 6) Ehrhartoideae, a qual inclui o arroz e o arroz selvagem; 7) Arundinoideae, a qual inclui a cana gigante e cana comum 8) Centothecoideae, uma pequena subfamília de 11 gêneros a qual às vezes é incluída na Panicoideae; 9)Chloridoideae, incluindo a "ovegrasses" (Eragrostis, cerca de 350 espécies, incluindo a teff), a dropseeds(Sporobolus, cerca de 160 espécies), a "finger millef' (Eleusine coracana (L.) Gaertn) e as gramíneas Muhly (Muhlenbergia, cerca de 175 espécies); 1O) Panicoideae, incluindo a (panic grass), o milho, o sorgo, a cana de açúcar, a maioria dos milhetes, fonio e as gramíneas "bluestem"; 11) Micrairoideae; 12) Danthoniodieae,incluindo a grama dos pampas; com a Poa a qual é um gênero de cerca de 500 espécies de gramíneas, nativa das regiões temperadas de ambos os hemisférios.

[062] As gramíneas agrícolas cultivadas pelassuas sementes comestíveis são chamadas cereais. Três cereais comuns são o arroz, o trigo e o milho. De todas as culturas, 70% são gramíneas.

[063] A cana de açúcar é a principal fonte deprodução de açúcar. As gramíneas são utilizadas para a construção. Os andaimes feitos de bambu são capazes de suportar ventos com força de tufão, as quais quebrariam os andaimes de aço. Os bambus maiores e o Arundo donax apresentam colmos robustos os quais podem ser utilizados de forma semelhante à madeira, e as raízes da grama estabilizam o sod de casas de sod. O Arundo é utilizado para fazer as palhetas para instrumentos de sopro e o bambu é utilizado para inumeráveis aplicações.

[064] Portanto, uma biomassa lignocelulósicapreferida é selecionada a partir do grupo constituído de gramíneas. Formulada de forma alternativa, a biomassa lignocelulósica preferida é selecionada a partir do grupo consistido de plantas pertencentes à família Poaceae ou Gramineae a qual não tenha o seu amido extraído. Extraído é diferente de removido. A planta de milho apresenta a orelha e a palha. A remoção da orelha remove o componente de amido primário, mas não extrai o amido. A extração do amido é a separação do amido a partir da composição de amido celulósico através de processos químicos ou físicos que não sejam o corte ou a picagem.

[065] A biomassa lignocelulósica pode sercortada em pedaços, onde 20% (p/p) da biomassa varia depreferência dentro de 26 a 70 mm. O material pré- tratado apresenta, de preferência, um conteúdo de matéria seca acima de 20% antes de entrar no processo. Além de libertar os hidratos de carbono a partir da biomassa, o processo de pré-tratamento esteriliza e em parte dissolve a biomassa e, ao mesmo tempo elimina o cloreto de potássio da fração de lignina.

[066] A biomassa conterá alguns compostos quesão hidrolisáveis em uma espécie solúvel em água obtida a partir da hidrólise da biomassa. No caso das espécies hidrolisadas solúveis em água de celulose, a celulose pode ser hidrolisada em glucose, celulobiose e polímeros grandes de glicose e inclui os dímeros e os oligômeros. Assim, algumas das espécies hidrolisadas solúveis em água de celulose são a glicose, a celobiose e os polímeros grandes de glicose e inclui os seus respectivos dímeros e oligômeros. A celulose é hidrolisada em glicose pelas celulases carbohidrolíticas. Assim, as celulasescarbohidroliticas são exemplos de catalisadores para a hidrólise da celulose.

[067] O entendimento prevalente do sistemacelulolítico divide as celulases em três classes; a exo- 1,4-[β-D]-glucanoses ou celulobiohidrolases (CBH) (EC 3.2.1.91), o qual realiza a clivagem das unidades de celulobiose das extremidades das cadeias de celulose; a endo-1,4-[β-D]-glucanoses (EG)(EC 3.2.1.4), a qualhidrolisa de forma aleatória as ligações [β-1,4]- glucosídicas internas na cadeia de celulose; a 1,4-[3-D]- glucosidase (CE 3.2. 1.21), a qual hidrolisa a celulobioseem glicose e também realiza a clivagem das unidades de glicose dos celulolignosacarídeos. Portanto, se a biomassa contiver celulose, então a glicose será uma espécie hidrolisada solúvel em água que pode ser obtida a partir da hidrólise da biomassa e da já mencionada celulase são exemplos específicos, bem como os catalisadores para a hidrólise da celulose, mencionados na seção experimental.

[068] Através de uma análise semelhante, osprodutos da hidrólise da hemicelulose são espécies solúveis em água que podem ser obtidas a partir da hidrólise da biomassa, assumindo, é claro, que a biomassa contenha a hemicelulose. A hemicelulose inclui o xilano, o glucuronoxilano, a arabinoxilano, o glucomanano e o xiloglucano. Os diferentes açúcares na hemicelulose são liberados pelas hemicelulases. O sistema hemicelulitico é mais complexo do que o sistema celulolítico devido à natureza heteróloga da hemicelulose. Os sistemas podem abranger, entre outros, a endo-1,4-[β-D]-xilanase (EC 3.2.1.8), a qual hidrolisa as ligações internas na cadeia de xilano; a 1,4-[β-D]-xilosidase (CE 3.2.1.37), a qual ataca os xilooligosacarídeos da extremidade não redutora e libera a xilose; a endo-1,4-[ β-D]-mananase (CE 3.2.1.78), a qual realiza a clivagem das ligações internas; a 1,4- [β-D]-manosidase (CE 3.2.1.25), a qual realiza a clivagem dos manoligosacarídeos em manose. Os grupos secundários são removidos por uma série de enzimas; tais como a alfa- D-galactosidase (CE 3.2.1.22), a alfa-L- arabinofuranosidase (CE 3.2.1.55), a alfa-D-glucuronidase (CE 3.2.1.139), a cinamoil esterase (CE 3.1.1.-), a acetil xilano esterase (CE 3.1.1.6) e a feruloil esterase (CE 3.1.1.73). Portanto, se a biomassa contiver a hemicelulose, então a xilose e a manose são exemplos de uma espécie hidrolisada solúvel em água obtida a partir da hidrólise da biomassa a qual contém hemicelulose e as acima mencionadas hemicelulases são exemplos específicos, bem como os catalisadores para a hidrólise da hemicelulose mencionados na seção experimental.

[069] Uma composição catalítica é incluída no processo. A composição catalítica consiste de um catalisador, do transportador e outros aditivos/ ingredientes utilizados para introduzir o catalisador no processo. Como discutido acima, o catalisador pode compreender ao menos uma enzima ou um microorganismo o qual converte ao menos um dos compostos na biomassa em um composto ou compostos de baixo peso molecular, até, e incluindo, o açúcar básico ou o carboidrato utilizado para fazer o composto na biomassa. As enzimas capazes de fazer isso para os diversos polissacarídeos, tais como a celulose, a hemicelulose e o amido são bem conhecidos na arte e incluem aquelas que ainda não inventaram.

[070] A composição catalítica pode tambémcompreender um ácido inorgânico, de preferênciaselecionado a partir do grupo consistido de ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico e similares, ou misturas dos mesmos. O ácido inorgânico é considerado útil para o processamento a temperaturas superiores a 100°C. O processo também pode ser executadoespecificamente sem a adição de um ácido inorgânico.

[071] É comum adicionar o catalisador em umprocesso com um transportador, tal como a água ou um material de base orgânica. Para o propósito de balanceara massa, o termo composição catalítica inclui, portanto, ocatalisador (s) mais o transportador (es) utilizado para adicionar o catalisador (s) ao processo. Se um tampão de pH for adicionado com o catalisador, então ele também fará parte da composição catalítica.

[072] Muit as vezes, a biomassalignocelulósica conterá amido. As enzimas mais importantes para uso na hidrólise do amido são a alfa-amilase (1,4-a- D-glucano glucanohidrolase, (EC 3.2.1.1)). Estes são hidrolases endo-atuadoras, as quais realizam a clivagem das ligações da 1,4-a-D-glicosídica e podem evitar (bypass), mas não hidrolisar os pontos de ramificação da 1,6-a-D-glicosídica. No entanto, também glicoamilase exo- atuadora, tal como a beta-amilase (CE 3.2.1.2) e a pululanase (CE 3.2.1.41) podem ser utilizadas para a hidrólise do amido. O resultado da hidrólise do amido é primariamente a glicose, a maltose, a maltotriose, a α- dextrina e quantidades variáveis de oligossacarídeos. Quando o hidrolisado à base de amido for utilizado para a fermentação, pode ser vantajoso adicionar as enzimas proteolíticas. Tais enzimas podem impedir a floculação dos microrganismos e pode gerar aminoácidos disponíveis para o microorganismo. Portanto, se a biomassa contiver amido, então a glicose, a maltose, a maltotriose, a α-dextrina e os oligossacarídeos são exemplos de espécies hidrolisadas solúveis em água obtidas a partir da hidrólise da biomassa a qual contém amido e as anteriormente mencionadas alfa-amilases são exemplos específicos, bem como os mencionados na seção experimental de catalisadores para a hidrólise de amido.

[073] Enquanto a hidrólise pode utilizar os processos de contato do solvente realizados nas figuras 1 a 4, uma forma de realização preferida, com maior eficiência e taxa de hidrólise pode ser substancialmente melhorada através da utilização de catalisadores frescos. Acredita-se que ao longo do tempo uma parte do catalisador na composição catalítica nas formas de realização 1, 2, 3 e 4 se degrade com o tempo.

[074] O processo proposto na figura 5 divide ou distribui o fluxo 1 de biomassa 3 em ao menos dois fluxos, com o primeiro fluxo de matéria prima 1a sendo hidrolisado em um recipiente 15 com uma quantidade excessiva de catalisador introduzida em uma composição catalítica através do fluxo 2, opcionalmente, sem o uso do processo de solvente. Após hidrolisar o primeiro fluxo de matéria prima 1a na presença do catalisador em excesso no fluxo 2, o produto hidrolisado 4 é removido do recipiente 15 e é conhecido como o solvente do primeiro fluxo de solvente. O primeiro fluxo de solvente 4 é a seguir combinado com ao menos uma parte da matéria prima restante do fluxo de matéria prima 1b e o processo de hidrólise do solvente começa no recipiente 16. O recipiente 16 poderia corresponder a qualquer um dos 10 recipientes na figura 1, o recipiente 10 ou 11 na figura 2, o recipiente 12 na figura 3 e o recipiente 13 na figura 4. O produto hidrolisado 6 é removido do recipiente como o fluxo 5.

[075] A quantidade de catalisador necessáriopara tratar o primeiro fluxo de matéria prima depende muito do tipo de biomassa na matéria prima e do catalisador ou enzima(s) escolhida(s). Portanto, a melhor expressão da quantidade de catalisador é baseada na quantidade necessária para hidrolisar 100% dos componenteshidrolisáveis em um dado peso de biomassa.

[076] A quantidade de catalisador necessáriapara o primeiro fluxo de matéria prima está no intervalo da quantidade mínima de catalisador necessária para hidrolisar 100% do primeiro fluxo de matéria prima a duas vezes a quantidade necessária para hidrolisar 100% de todos os fluxos de matéria prima.

[077] Isso também pode ser expresso emUnidades de Filtro de Papel (FPU)/g de matéria seca (MS). A FPU é medida e definida de acordo com o procedimento analítico laboratorial NREL (Relatório Técnico NREL/TP-510-42628, de janeiro de 2008). Este método utiliza o padrão da indústria e mede a atividade da celulose em termos de "unidades de papel de filtro" (FPU) por mililitro de solução enzimática original (não diluída). Para obter resultados quantitativos, as preparações enzimáticas devem ser comparadas na baseda conversão significativa e igual. Uma unidade de papel de filtro para uma dada enzima é a quantidade de enzima necessária para liberar 2,0 mg da redução de açúcar tal como a glicose a partir de 50 mg do papel de filtro de uma tira de filtro Whatman N° 1 (4% de conversão) por 60minutos a 50°C e foi designado pelas diretrizes da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) como o interceptador para o cálculo das unidades de papel de filtro de celulose (FPU). A atividade catalítica para qualquer um dos processos poderia ser, a princípio, alimentada sob qualquer forma concebível, incluindo a adição de microorganismos os quais dão origem a atividade enzimática correspondente a 0,001 a 150 FPU/g de matéria seca, de preferência de 0,001 a 25 FPU/g de matéria seca, de preferência de 0,01 a 20 FPU/g de matéria seca, mais preferivelmente de 0,2 a 16 FPU/g de matéria seca, mais preferivelmente de 20 a 30 FPU/g de matéria seca e mais preferivelmente entre 4 e 25 FPU/g de matéria seca.

[078] Na etapa de hidrólise da figura 5(recipiente 15), a quantidade de catalisador ou enzimaadicionada ao primeiro fluxo de matéria prima está nas proporções de 0,001 a 150 FPU/g de matéria seca de todos os fluxos de matéria prima, de preferência de 0,001 a 15 FPU/g de matéria seca de todos os fluxos de matéria prima, de preferência de 0,01 a 30 FPU/g de matéria seca de todos os fluxos de matéria prima, mais preferivelmente de O, 1 a 30 FPU/g de matéria seca de todos os fluxos de matéria prima, mais preferivelmente de 1-25 FPU/g de matéria seca de todos os fluxos de matéria prima e mais preferivelmente menos de 20 FPU/g de matéria seca de todos os fluxos de matéria prima, mas superior a 0,1 FPU/g de matéria seca detodos os fluxos de matéria prima. Apesar da análise da FPUser bem conhecida, neste caso, seria dividir a quantidade de catalisador pela quantidade de matéria prima total e, em seguida, determinar se a concentração apresentou a FPU dentro do intervalo. Alternativamente, se uma FPU conhecida da concentração de catalisador, um catalisador seria acrescentado o suficiente para alcançar a FPU necessária para a dada quantidade de matéria prima. Após hidrolisar o primeiro fluxo de matéria prima com o catalisador, o material hidrolisado torna-se conhecido como o primeiro fluxo de solvente. O segundo fluxo de solvente seria o material hidrolisado liquefeito de todos os fluxos de matéria prima e incluiria o primeiro fluxo de solvente acrescido do material hidrolisado o qual não é o primeirofluxo de matéria prima. O termo todos os fluxos de solvente incluiria todos os fluxos liquefeitos utilizadoscomo solvente e os quais entram em contato com a biomassanão reagida.

[079] O primeiro fluxo de solvente, conformedescrito abaixo, pode ser utilizado como solvente para a hidrólise dos fluxos de matéria prima restantes. Os fluxos de matéria prima remanescentes podem então ser introduzidos no recipiente de hidrólise antes, depois ou coincidentes com a introdução do primeiro fluxo de solvente no recipiente. Os processos 1, 2, 3 e 4 são apenas alguns tipos de processos os quais poderiam ser usadaspara hidrolisar os fluxos de matéria prima restantes (aqueles fluxos os quais não são o primeiro fluxo de matéria prima).

[080] Devido ao primeiro fluxo de solventeapresentar o catalisador, o qual só foi utilizado uma vez e no excesso, acredita-se que para melhor hidrolisar os fluxos restantes, devido aos fluxos de matéria prima restantes entrarem subsequentemente em contato com o catalisador mais fresco, o qual seria utilizado nos processos ilustrados nas figuras 1 a 4 sem a pré-etapa do processo ilustrado na figura 5.

[081] Como ilustrado no experimento No. 5, amatéria prima foi dividida em duas partes, com a primeira parte sendo tratada com a quantidade de catalisador que seria utilizado caso as duas parcelas devessem ser tratadas em conjunto.

[082] Para todos os processos também é comumcontrolar o pH nas condições ideais para a atividade enzimática catalítica no intervalo de 3 a 12, tal como 5 a 1O, tal como 6 a 9, tal como 7 a 8 e de preferência de 4 a 11.

[083] Devido ao elevado conteúdo decomponentes secos, pode ser necessário um reator especial para a hidrólise no recipiente 15. Acredita-se que um reator adequado possa ser encontrado no WO 2006/056838 e é o objeto da invenção daquela descrição.

[084] O processo também utiliza um solventede um fluxo de solvente. Em termos simples, a composição do solvente, excluindo os materiais insolúveis em água, se não exatamente, a composição do produto após hidrólise da biomassa é o que será semelhante. Na maioria dos casos, o solvente compreenderá o hidrolisado obtido a partir da matéria prima da biomassa após a hidrólise e inclui as enzimas, os tampões e qualquer outra coisa adicionada na reação de hidrólise.

[085] Embora o solvente seja a biomassahidrolisada, o solvente é adicionado à matéria prima, não é criado pela matéria prima. Por exemplo, no processoembatelada na figura 4, a quantidade de material do tipo de solvente aumentará com o tempo conforme a matéria primaseja hidrolisada, embora isto junte o solvente ao solvente, isto não é considerado como parte do solvente para os propósitos de cálculo das proporções de solvente para matéria prima, que no caso da figura 4, é calculado quando a matéria prima entra no recipiente e entra em contato com o solvente.

[086] Na prática, o solvente para o fluxo desolvente geralmente virá da biomassa previamentehidrolisada. Se um, por exemplo, separar o hidrolisado das enzimas, tampões, insolúveis, etc., então o hidrolisado será o solvente. O fluxo de solvente deve incluir as espécies hidrolisadas solúveis em água, sendo que ao menos algumas das espécies hidrolisadas solúveis em água são as mesmas que as espécies hidrolisadas solúveis em água obtidas ou que poderiam ser obtidas a partir da hidrólise da matéria prima da biomassa. Por exemplo, uma forma preferida de operar o processo em batelada da figura 4 é a de manter uma parte da batelada no recipiente a ser utilizado como solvente para a carga seguinte. No processo contínuo, tal como um reator contínuo agitado (CSTR), o solvente está constantemente disponível.

[087] É bem sabido que no reator contínuo,a matéria prima e o catalisador são continuamente introduzidos no recipiente e o produto continuamente removido. No entanto, a continuidade nem sempre significa ser sem paradas e partidas, por exemplo, um gotejamento constante é considerado uma alimentação contínua, no entanto, não é uma alimentação contínua exata, pois existem momentos em que a alimentação não é contínua. Portanto, no contexto do reator contínuo, a frase de forma contínua significa que a alimentação e os produtos podem ser, cada, de forma intermitente, introduzidos ou retirados ao longo do tempo e não têm de ser alimentados e retirados ao mesmo tempo.

[088] Conforme descrito na seçãoexperimental, quando a biomassa com elevado conteúdo de componentes secos é colocada em uma parte do solvente, a dissolução e hidrólise são extremamente rápidas, de fato, visualmente evidentes.

[089] O fluxo de solvente, e o solvente,portanto, incluem a água e as espécies hidrolisadas solúveis em água. Ao menos algumas, se não todas as espécies hidrolisadas solúveis em água, são as mesmas que as espécies hidrolisadas solúveis em água, as quais são obtidas a partir da hidrólise da biomassa na composição da matéria prima. Devido ao solvente conter espécies não dissolvidas, que podem ser chamadas de sólidos dispersos, para os propósitos de balanço de massa, a menos que um item seja especificamente excluído, os termos fluxo de solvente e solvente referem-se à quantidade total de material, tanto na composição como no peso, e inclui as espécies solúveis em água e as espécies insolúveis em água, o catalisador, os transportadores, os tampões de pH, os compostos de controle de pH, tais como os ácidos ou bases adicionados durante a reação e outros compostos que estiverem presentes no solvente.

[090] O processo inclui um momento decontato, definido como quando a matéria prima e osolvente são reunidos. No processo em batelada conforme ilustrado na figura 4, este momento de contato ocorre quando o fluxo de matéria prima 3 entra no recipiente 13 através da linha 1, e entra em contato com o fluxo de solvente 4 na parte inferior do recipiente.

[091] O ponto de adição da composiçãocatalítica em relação ao contato não é tão crítico. Ele pode ser adicionado ao fluxo de matéria prima antes do momento do contato da matéria prima com o solvente. Ele pode ser adicionado simultaneamente no momento do contato da matéria prima com o solvente ou pode ser adicionado após o momento do contato da matéria prima com o solvente. Também pode ser adicionado ao fluxo de solvente antes de adicionar o fluxo de matéria prima ao fluxo de solvente. Também pode ser repartido e adicionado durante qualquer combinação das três etapas em relação ao momento do contato.

[092] A quantidade de catalisador a seradicionada é facilmente estabelecida a partir da arte e é adicionada na base da quantidade de catalisador por quantidade de conteúdo seco na biomassa, o que depende da composição da biomassa.

[093] De acordo com o processo, a matériaprima, o solvente e a composição catalítica e outrosmateriais, tal como um tampão de pH e os ácidos/bases usados para controlar o pH através da reação de preferência sejam mantidos a uma temperatura no intervalo de 20°C a 100°C e mais de preferência no intervalo de 20°C e 99°C, sendo o mais preferido de 20°C a 95°C. Esta temperatura é baseada na melhor temperatura para as reações catalisadas, por exemplo, na hidrólise dos materiais na biomassa para reduzir os compostos de massamolecular, por exemplo, os hidrolisados.

[094] Acredita-se também possível que apressão irá desempenhar um papel e que a reação possa funcionar com ou sem as enzimas ou os catalisadores ácidos nas pressões associadas com a temperatura entre 100°C e 200°C.

[095] Portanto, acredita-se que um maioralcance operacional para o processo seja de 20°C a 200°C.

[096] Uma vantagem deste processo é que podeser conduzido sem a adição de um ácido inorgânico, de preferência selecionado a partir do grupo consistido de ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido fosfórico e similares, ou suas misturas ou sem a adição de solventes orgânicos de solubilização de lignina, tais como aqueles selecionados a partir do grupo consistido de carbono, cetonas e acetonas de 2 a 6 átomos de carbono e suas misturas, metanol, etanol.

[097] A reação prossegue por um período de tempo até que o ponto final desejado seja alcançado. Este período de tempo é conhecido como o tempo de residência ou tempo de reação. Enquanto que 5 minutos a 8 horas possa ser um intervalo preferido, outros tempos de residência preferenciais são de 5 minutos a 16 horas, 5 minutos a 24 horas, 5 minutos a 36 horas, 5 minutos a 48 horas, 5 minutos a 60 horas e 5 minutos a 72 horas.

[098] O tempo de residência pode abranger umafaixa de valores. Por exemplo, o tempo de residência pode ser maior que 8 horas e menor do que 72 horas, sendoum intervalo preferido, com mais de 8 horas e menos de 60 horas, sendo outro intervalo preferido, com mais de 8 horas e menos de 48 horas, outro intervalo preferido, com mais de 8 horas e menos de 36 horas e sendo outro intervalo preferido, com mais de 8 horas e menos de 24 horas.

[099] O tempo de residência também pode serestabelecido de forma funcional, como o tempo que leva para alcançar o ponto final desejado. Neste caso, o ponto final desejado também pode ser expresso como uma porcentagem da biomasssa disponível para a hidrólise. Por exemplo, se 100 kg de matéria prima de biomassa tiver 80 kg de biomassa disponível para a hidrólise, o ponto final desejado será atingido quando, de preferência, for hidrolisado 45% da biomassa disponível para a hidrólise, ou mais de, preferência quando tiver sido atingido 55% da biomassa disponível para a hidrólise, ou até mais preferivelmente, quando for atingido 65% da biomassa disponível para a hidrólise.

[0100] Após o tempo de reação desejado ser concluído, o produto resultante hidrolisado pode ser removido e processado posteriormente.

[0101] No processo em batelada ilustrado nafigura 4, uma quantidade do produto hidrolisado 6 é retirada da parte inferior do recipiente e colocada no segundo recipiente 14 para o processamento posterior. A quantidade removida a partir do recipiente 13 é geralmente a mesma que a quantidade de materiais introduzidos no recipiente, deixando assim o solvente no primeiro recipiente a ser contatado com ainda outro batelada de matéria prima e composição catalítica. No entanto, em uma forma de realização, o recipiente 13 pode sercompletamente esvaziado e a matéria prima e o solvente adicionados ao recipiente, ou quase que ao mesmo tempo.

[0102] Conforme ilustrado na figura 4, o fluxode matéria prima 3, o qual compreende a biomassa e a água, é alimentado através da linha de alimentação 1 para o reator tanque agitado em batelada 13. A composição catalítica contendo o catalisador (es) é alimentada através da linha de alimentação 2 do reator 13. A matéria prima e a composição catalítica na fase 3 entram em contato com o solvente 4, e são progressivamente hidrolisados. Embora ilustrado como três fases distintas, as fases serão realmente, se presentes, como uma mistura em todo o recipiente. Depois da quantidade desejada de tempo ou tempo de residência ou tempo de reação, o líquido hidrolisado ou produto da hidrólise ou o quanto produzido pela hidrólise é retirado do reator através da válvula 20 da linha de produtos 5 e alimentado no recipiente 14, o qual poderia ser utilizado para a sacarificação e fermentação simultânea. O líquido hidrolisado pode não ser completamente líquido, mas pode incluir alguns sólidos que ainda não foram hidrolisados e alguns sólidos que não são hidrolisáveis. A quantidade do produto retirado é aproximadamente igual à quantidade de fluxo de matéria prima e a composição catalítica introduzida no recipiente 13. As linhas tracejadas entre os recipientes 13 e 14 descrevem que a quantidade removida e colocada no recipiente 14 é de aproximadamente aquela da fase 3, ou seja, a quantidade introduzida no recipiente (fase 3). Se o recipiente estiver sendo utilizado para uma segunda batelada, o fluxo de solvente à esquerda no reator (também conhecido como o calcanhar) vai ajudar a acelerar a reação.

[0103] Deve ficar claro para um especialista na arte que a quantidade removida de batelada em batelada não precisa corresponder exatamente à quantidade carregada em cada nível de batelada em batelada, mas a quantidade removida durante uma série de bateladas deve ser substancialmente igual à quantidade carregada, caso contrário, o recipiente irá operar com uma quantidade muito baixa de solvente ou o recipiente irá transbordar. Como nos processos em batelada e contínuos aqui descritos, é sabido que muitas vezes existem variações nas taxas de adição e nas taxas de remoção do produto ao longo do tempo e de batelada em batelada de tal forma que os termos "igual" ou "substancialmente igual a" destinam-se a incluir essas variações.

[0104] Um parâmetro de controle é a proporção entre o peso do solvente, o qual inclui o peso dos sólidos dispersos, tampões de pH, catalisador (es), transportadores, controle do tampão (s) e qualquer outro no solvente, com o peso da matéria prima (a biomassa mais água) na matéria prima no momento do contato da matéria prima com o solvente.

[0105] É esperado que seja uma proporçãoabaixo da qual não exista ou exista apenas um efeito limitado sobre a reação de hidrólise. Como um corolário, enquanto teoricamente não houver algum limite superior à proporção, haverá um ponto no qual o fluxo de solvente adicional tenha pouco impacto sobre a taxa de hidrólise e apenas aumentará o custo do equipamento através do tamanho e custo operacional.

[0106] É esperado que uma quantidade desolvente utilizado para uma determinada quantidade de biomassa dependa, ao menos, de uma quantidade de conteúdo de componente seco da biomassa (esperado um maior peso de conteúdo de componente seco para exigir mais solvente), o tipo de biomassa e catalisador, o pH, a temperatura de operação e o tipo de mistura empregada.

[0107] A relação entre o peso do solvente como peso da biomassa mais a água na matéria prima no momento do contato é melhor explicada referindo-se às formas de realização.

[0108] Conforme ilustrado na figura 1, ofluxo de matéria prima 3 compreendida pela biomassa e água é alimentado no reator tanque de agitação contínua 10 através da linha 1. Os catalisadores, geralmente enzimas, são alimentados como parte da composição catalítica introduzida no reator 10 através da linha indicada como 2. Dentro do recipiente 10 está o fluxo de solvente 4 de um peso conhecido ou determinável. Uma vez no reator de agitação contínua, o tempo de residência é tal que o material que sai do reator através da linha 5 está hidrolisado até o ponto desejado, a quantidade de fluxo de solvente é o peso do material no recipiente somando à quantidade em qualquer dos ciclos de reciclagem e tanques de reciclagem em um dado ponto no tempo. A biomassa e o catalisador são misturados com o solvente e a hidrólise ocorrerá em um ritmo muito acelerado. O produto da reação líquida (hidrolisado) (6) é retirado do reator através da linha de produtos 5. A quantidade do líquido o qual deixa o reator através da linha 5, em um tempo especificado, é igual à taxa mais a composição catalítica somada a outros materiais, que possam ter sido adicionados ao recipiente durante o mesmo período de tempo especificado.

[0109] Neste caso, a relação entre o peso dosolvente e o peso da biomassa mais a água na matéria prima no momento do contato, é o peso do material no recipiente, mais a quantidade em qualquer ciclo de reciclagem e tanques de reciclagem que recirculam no recipiente (solvente) para a taxa de adição instantânea da biomassa mais a água adicionada ao recipiente em unidades comuns de tempo. Aqueles que estão familiarizados com o processo contínuo irão reconhecer esta relação como o tempo de residência.

[0110] Po r exemplo, um recipiente contém 400kg de solvente, para um tempo de residência de 4 horas. A matéria prima é adicionada a 100 kg/h e o produto hidrolisado é removido a 100 kg/h. A proporção é de 400:100 ou 4 ou o tempo de residência de 4 horas. Portanto, para o CSTR, a relação é o tempo de residência.

[0111] A figura 2 ilustra o processo dafigura 1 com um fluxo de reciclagem. Como ilustrado na figura, a biomassa e água são alimentados através de uma linha de alimentação 1 para o pré-misturador 11, onde eles são postos em contato com uma parte do líquido solvente hidrolisado vindo a partir da linha 7. A mistura é fornecida através da linha 8 para um reator tanque de agitação contínua 10. A composição catalítica é fornecida através de linha de alimentação 2 para o reator 10. A biomassa é progressivamente hidrolisada e o líquido hidrolisado, ou produto 6 é retirado do reator através da linha de saída 5, o qual é então dividido no fluxo de reciclagem 7 e na linha de produtos 5. A quantidade de material que sai da linha de produtos 5 por um período de tempo especificado, é igual à taxa somada à composição catalítica mais outros materiais que não vêm da linha 7, que são adicionados ao recipiente durante o mesmo período de tempo especificado.

[0112] A forma de realização posterior doprocesso é ilustrada na figura 5, e que pode ser traduzida para as formas de realização ilustradas, é separar alguns ou todos os sólidos do hidrolisado líquido. Dependendo de como a reação é completada, os sólidos podem ser opcionalmente retornados para o recipiente de hidrólise 15 ou 16 para uma hidrólise adicional. Se a hidrólise for substancialmente concluída, os sólidos podem ser removidos antes de passar o fluxo de produto para a próxima etapa.

[0113] Este aperfeiçoamento é ilustrado nafigura 7. Na figura 7, o fluxo 5 é alimentado para um dispositivo de separação de sólidos 12 para remover ao menos alguns dos sólidos e, provavelmente, alguns dos líquidos no fluxo de sólidos 9 com o fluxo 5A sendo o fluxo líquido com alguns sólidos removidos. Como indicado anteriormente, ao menos uma parte do fluxo de sólidos pode ser opcionalmente retornado para osrecipientes de hidrólise 15 ou 16. A separação não tem que ocorrer necessariamente antes de tomar o fluxo 9 antes ou depois de purgar de volta ao recipiente 15 ou 16, mas de preferência ocorre antes da passagem do fluxo de produto 6 para a próxima etapa. Conforme ilustrado na figura 7, o fluxo 9 pode ser reciclado nos recipientes 15 ou 16, pode ser completamente removido do processo, ou uma parte do fluxo 9 pode ser retirado (eliminado) do processo e o restante reciclado para qualquer recipiente 15 , 16, ou ambos.

[0114] Os dispositivos para os sólidosseparados a partir de um fluxo líquido são bem conhecidos na arte e incluem, mas não estão limitados, aos filtros, ciclones, centrífugas, prensas, decantadores, estabilização pela gravidade, escumadeiras (skimmers) e similares. Um dispositivo de separação preferido é selecionado do grupo consistido de hidrociclones e centrífugas.

[0115] Por analogia, um especialista na artepode modificar o processo de fluxo em plugue da figura 3 para separar ao menos alguns dos sólidos do fluxo 5.

[0116] As simulações têm demonstrado queatravés da reciclagem dos sólidos e a passagem da maior parte do produto de hidrólise nela, a taxa de conversão para um recipiente de determinado tamanho e tempo de residência podem ser aumentados em até 400%.

[0117] A relação entre o peso do solvente como peso da biomassa mais água na matéria prima, neste caso, é o peso do material no recipiente mais a quantidade de solvente adicionado ao pré-misturador 11 em uma hora para o peso da biomassa mais a água adicionada ao recipiente em uma hora. Novamente, o tempo de residência também expressa a relação.

[0118] Por analogia similar, existe a formade realização do reator de fluxo em plugue, conforme ilustrado na figura 3. Referindo-se à figura 2, é evidente que o processo da figura 3 pode ser considerado uma "modificação" do processo na figura 2, de tal forma que todo o solvente do fluxo é alimentado através do pré- misturador 11 e nenhum é deixado no recipiente 10. Conforme ilustrado na figura 3, o fluxo de matéria prima 3 contendo biomassa e água é alimentado através de uma linha de alimentação 1 para um reator de fluxo em plugue contínuo 12. A composição catalítica é alimentada através da linha de alimentação 2 do reator 12. O fluxo de solvente é adicionado aos materiais através de linha de alimentação 7, a qual é desviada da linha 5 que contém o produto hidrolisado. Os ingredientes formam um lodo que é progressivamente hidrolisado e o líquido hidrolisado 6 é retirado do reator através da linha de produtos 5, e que se divide no fluxo 7. A quantidade de produto 6 removido por unidade de tempo (taxa) é igual à taxa de composição catalítica 2 mais todos os outros materiais que não entram a partir da linha 7. O momento de contato é quando o fluxode matéria prima entra em contato com o fluxo de solvente.A relação do peso com o peso da biomassa mais a água namatéria prima no momento do contato, neste caso, é o peso do material no fluxo 7 por unidade de tempo para o peso de biomassa mais a água adicionada ao recipiente pela mesma unidade de tempo.

[0119] No processo em batelada ilustrado nafigura 4 e descrito anteriormente, a razão entre o peso do solvente com o peso da biomassa mais a água na matéria prima no momento do contato, neste caso, é o peso do material no recipiente (o fluxo de solvente marcado como fase 4) para o peso da biomassa, mais a água adicionada por carga. Se o solvente adicional for adicionado, ele seria adicionado ao peso de 4 já no reator.

[0120] Caso o processo em batelada sejamodificado para ter uma pré-mistura da biomassa com o solvente, a razão entre o peso do solvente com o peso da biomassa mais a água na matéria prima no momento do contato, neste caso, é o peso do solvente no recipiente mais o peso do solvente na carga com o peso da biomassa mais a água adicionada ao recipiente por carga.

[0121] Os valores para a relação entre o pesode solvente para o peso da biomassa mais a água na matéria prima podem variar de 1:99 a 100:1. No entanto, é mais preferido que a faixa seja de 5:95 a 95:5, ou mesmo mais preferível de 10:90 a 90:1O, com a faixa de 20:80 a 80:20 sendo mais preferida, com a faixa de 20:80 a 60:40 sendo a mais preferida, mas com a faixa de 10:90 a 90: 10, de 20:80 a 90:10, de 30:70 a 90:10, de 40:60 a 90:10, de 50:50 a 90:10 e de 60:40 a 90:10 sendo também faixas adequadas.

[0122] Os valores para a relação entre o peso do solvente com o peso da biomassa mais a água na matéria prima também pode ser expressa como uma proporção mínima, já que acredita-se que não exista um valor máximo teórico. Portanto, a relação deve ser de ao menos 0,8:1,0 ou mais de preferência de ao menos 1:1, ou até mais preferível de ao menos 1,2:1, com ao menos de 1,5:1 sendo mais preferido, com 2:01 sendo ainda mais preferido e 3:1 sendo ainda mais preferido.

[0123] Devido à hidrólise da celulose ser a característica central do processo, a proporção do solvente com o peso da biomassa mais a água na matéria prima pode ser substituída pela utilização da celulose e seus produtos de hidrólise. Conforme descrito nos exemplos, nenhum dos produtos da hidrólise foram removidos antes da introdução da próxima quantidade sucessiva de matéria prima. Assim, a razão entre a quantidade de celulose mais a quantidade de produtos a partir da celulose hidrolisada no solvente com a quantidade de celulose na matéria prima são as mesmas que as razões do peso do solvente com o peso da biomassa mais a água na matéria prima. A quantidade de celulose na matéria prima e solvente são facilmente determináveis. A quantidade de produtos hidrolisados a partir da celulose pode ser determinada por meio da determinação dos produtos no solvente e a subtração da quantidade daqueles produtos vindos da hidrólise de alguns diferentes daqueles da celulose ou na matéria prima inicial utilizada para fazer o solvente. Por exemplo, o amido também hidrolisa em glicose e outras espécies hidrolisáveis em comum com celulose. Portanto, a quantidade de glicose e de outras espécies hidrolisáveis em comum com celulose no solvente teria que ser ao menos reduzida da quantidade proveniente a partir do amido. Isto pode ser determinado pelo conhecimento da quantidade de amido alimentado a partir do qual o solvente foi feito, a quantidade de amido no solvente, com a diferença sendo a quantidade de espécies hidrolisáveis vindas do amido.

[0124] A relação de controle pode ser expressacomo uma proporção mínima da quantidade de celulose acrescida da quantidade de produtos a partir da celulose hidrolisada no solvente com a quantidade de celulose na matéria prima. Esta relação deve ser de ao menos 0,8:1,0, ou mais de preferência de ao menos 1:1, ou até mais preferível de ao menos 1,2:1, com ao menos 1,5:1 sendo mais preferida, com 2:1 sendo ainda mais preferida e 3:1 sendo ainda mais preferida. Os exemplos listados abaixo também estabelecem uma relação de ao menos 4:1 e ao menos 5:1 como também manuseáveis. Deve ser notado que no exemplo 5, apesar da melhora na redução da proporção do tempo de hidrólise, a melhora foi menor com cada quantidade adicional de solvente. Deve ser salientado que a relação é exclusiva para a celulose e seus produtos de hidrólise. Portanto, a glicose e os produtos que são produtos de hidrólise da celulose conhecidos, os quais estão presentes na matéria prima, devem ser subtraídos a partir dos presentes no solvente. Além disso, quaisquer produtos que foram obtidos a partir da hidrólise da hemicelulose ou do amido, ou de outro material não celulósico, também precisam ser subtraídos do solvente. Isto inclui determinar o quanto de amido foi reduzido em glicose e subtrair a glicose.

[0125] Devido o solvente ser melhor utilizadoantes da separação de outros daqueles componentes insolúveis, a composição relativa do solúveis em água na parte líquida do solvente é a mesma que a composição relativa dos produtos solúveis em água da hidrólise da matéria prima sem a separação da água dos componentes solúveis. Enquanto pode-se adicionar água para diluir os componentes solúveis em água, os seus valores em relação a cada outro permanecem os mesmos.

[0126] Est as formas de realização acima nãosão destinadas a limitar a descrição ou asreivindicações, uma vez que existem várias configurações disponíveis para um especialista comum, as quais incluem uma série de recipientes contínuos ou reatores de semi- batelada ou em combinação com ou sem reatores de fluxo em plugue. Ensaios experimentais de redução de viscosidade Aparato experimental Dois reatores de vidro idênticos, apresentando as seguintes características geométricas (ver a figura 6): - T (diâmetro do reator) = 0,15 m- Z (altura do reator) = 0,30 m- Jaqueta de fluido de troca de calor ao redor dasuperfície lateral e inferior, com uma largura de 4 cm;- Fundo hemi-esférico; - Tampa com gaxeta de vedação e, apresentando 5 aberturas (1 orifício central para o eixo do agitador; 4 orifícios laterais para adicionar os materiais ou para a amostragem, os quais durante os testes serão fechados com tampas).

[0127] Os dois reatores são equipados com doisagitadores de âncora diferentes (A e B) de modo a resultar nas seguintes configurações: Configuração A:D ("envergadura") = 0,136 mS (largura da lâmina) = 0,01 mH (altura da âncora) = 0,12 cmC (abertura, a distância da lâmina em relação a parede) = 0,007 m D/T = 0,907D/S = 13,6TIS = 15Configuração B:Nesta configuração, as lâminas são inclinadas em 45 graus para raspar melhor a parede. D ("envergadura") = 0,145 mLS (largura da lâmina) = 0,0141 mS (largura da lâmina de projeção) = 0,01 mH (altura da âncora) = 0145 centímetrosC (abertura, a distância da lâmina em relação à parede) = 0,0025 m D/T = 0,967D/S = 14,5TIS = 15

[0128] A agitação é fornecida pelocontrolador Heidolph RZR 2102 de motor (potência: 140W).

[0129] Dois banhos térmicos garantem a manutenção da temperatura através da circulação de água a 45°C nas jaquetas do reator.Materiais

[0130] Os materiais de partida utilizadossão o Sorgo e o Arundo Donax pré-tratados. Os materiais foram armazenados a -18°C para impedir a degradação.

[0131] As características dos materiais departida são os seguintes:

[0132] WIS é o percentual sólido não solubilizável em água (sobre o material total).

[0133] WSS é o percentual sólido solubilizado na água (sobre o A soma do WSS e WIS é igual ao valor do conteúdo seco).

[0134] As características da composição foram determinadas usando métodos padrões de análise, os procedimentos seguidos são:Determinação de carboidratos estruturais e lignina na biomassaProcedimento analítico laboratorial (LAP) Data de Emissão: 25/04/2008 Relatório Técnico NREL/TP-510-42618 Revisado em abril de 2008Determinação de extrativos na biomassaProcedimento analítico laboratorial (LAP) Data de Emissão: 17/05/2005 Relatório Técnico NREL/TP-510-42619 de janeiro de 2008Preparação de amostras para análise de composiçãoProcedimento analítico laboratorial (LAP) Data de Emissão: 28/09/2005 Relatório Técnico NREL/TP-510-42620 de janeiro de 2008Determinação de sólidos totais em biomassa e sólidos dissolvidos totais em amostras de processo líquidoProcedimento analítico laboratorial (LAP) Data de Emissão: 31/03/2008 NREL/TP-510-42621 Relatório TécnicoRevisado em março de 2008Determinação de cinzas na biomassaProcedimento analítico laboratorial (LAP) Data de Emissão: 17/05/2005 Relatório Técnico NREL/TP-510-42622de janeiro de 2008Determinação de Açúcares, Derivados e produtos dedegradação em amostras de Processo de Fração LíquidaProcedimento analítico laboratorial (LAP) Data de Emissão: 08/12/2006Relatório Técnico NREL/TP-510-42623 de janeiro de 2008Determinação de sólidos insolúveis em material de biomassa pré-tratadaProcedimento analítico laboratorial (LAP) Data de Emissão: 21/03/2008 Relatório Técnico NREL/TP-510-42627 de março de 2008

[0135] O coquetel de enzimas usadas apresentaas seguintes características, mantidas constantes para todos os testes:

[0136] A preparação da enzima cellulase complex é uma solução que catalisa a degradação do material celulósico em glicose, celobiose e gluco- oligômeros de grande peso molecular. As soluções enzimáticas hemicelulase e xilanase catalisam principalmente a despolimerização da hemi-celulose para os seus constituintes na forma de açúcares simples ou oligômeros; além disso, eles ilustram as atividades catalíticas secundárias em menor grau.

[0137] O enxyme complex é uma solução de enzima que age sobre carboidratos diferentes e ilustra a capacidade de aumentar a atividade da solução preparada dessa forma.

[0138] O coquetel descrito apresenta as seguintes atividades:

[0139] A FPU é medida e definida de acordocom o procedimento analítico laboratorial NREL (Relatório Técnico NREL/TP-510-42628, janeiro de 2008). Este método utiliza o padrão da indústria e mede a atividade de celulose em termos de "unidades de papel de filtro" (FPU) por mililitro de solução enzimática original (não diluída). Para obter os resultados quantitativos, a preparações enzimáticas devem ser comparadas na base da conversão significativa e igual. Uma unidade de papel de filtro para uma dada enzima é a quantidade de enzima necessária para liberar 2,0 mg de açúcares redutores como a glicose a partir de 50 mg de papel de filtro Whatman N°1 a partir de uma tira de filtro (4% de conversão) por 60 minutos a 50°C e foi designado como interceptor para o cálculo das unidades de papel de filtro de celulose (FPU) pelas diretrizes da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC).

[0140] Atividade da xilanase em FXU é medidaem relação a um padrão de enzima com atividade conhecida. Uma medição por espectrofotometria nosobrenadante descrito abaixo é comparada a uma curva padrão obtida por amostras padrão.

[0141] As amostras de xilanase são incubadas com um Tingidor de Remazol do substrato arabinoxilano de trigo. O substrato não convertido é precipitado com etanol. A intensidade da coloração azul do sobrenadante, devido aos produtos de degradação do substrato tingidor de Remazol, é proporcional à atividade da endoxilanase. O perfil da cor pode variar de enzima para enzima.Atividade de Amostra (FXU/g) = W / C-F-D na qual:C é a atividade da enzima lida a partir da curva padrão (FXU/ml)F é o volume da amostra (mi)D é a diluição da amostra (por exemplo, segunda ou terceira diluição)W é o peso da amostra (g)

[0142] Um FBG é a quantidade de enzima que,de acordo com o procedimento padrão (método de Somogyi Nelson) descrito abaixo, a glicose libera ou a redução de carboidratos com uma capacidade de redução equivalente a 1 mol de glicose por minuto.Condições de reação padrão:- A amostra deve ser diluída para dar uma atividade entre 0,02-0,10 FBG / ml.- Substrato: betaglucano 0,5%- Temperatura: 30°C- pH: 5,0- Tempo de reação: 30 min

[0143] A Glucanase beta fúngica reage com obeta glucano durante o processo de formação de glicose ou na redução dos carboidratos que é determinada como a redução do açúcar.

[0144] Além disso, para manter o pH em um valor em torno de 5, uma vez que não é possível usar um pH-metro (devido à natureza do material), é utilizada uma solução tampão de citrato de 1N para uma quantidade total de 1% sobre a quantidade de material carregada.Teste N° 1Material: Sorgo (descrito acima).

[0145] Os reatores foram equipados (incluindoos misturadores) e o fluido de troca de calor é levado para a temperatura (45°C). Os dois motores foram calibrados de forma a proporcionar (sem material, apenas com a inércia da agitação) a uma velocidade de agitação de 12 rpm (velocidade mínima do instrumento), um valor de torque igual a 0,0 N-cm.

[0146] Ambos os reatores foram preenchidoscom 1,5 kg de material apenas descongelado, e a velocidade de agitação foi iniciada, a fim dehomogeneizar o material. A água livre não foi visível em nenhum dos dois reatores. A densidade do material nestas condições foi de aproximadamente igual a 600 kg/m3. Ambos os sistemas de agitação, a 12 rpm, indicaram uma sobrecarga (o valor de torque desde estava fora da escala de medição, em mais de 200 N-cm).

[0147] No tempo t=0, em ambos os reatores,foi adicionada uma solução (peso total de cerca de 96 g) composta conforme a seguir:- 29,4 ml de coquetel de enzimas com a composição descritaacima, determinada para gerar uma atividade do (o glucano significando a soma da celobiose e do gluco- oligômero na fase líquida e dos glucanos na fase sólida) complexo celulase de 20 FPU/g de glucanos e outras atividades são fornecidas como uma consequência. Estes 20 FPU/g de glucanos são de aproximadamente 9 FPU/g de matéria seca total calculada sobre o conteúdo de celulose da matéria prima.- 16,5 gramas de solução tampão (citrato), conformedescrito acima e determinado para ser cerca de 1% do material total.- 8,5 gramas de H20, a fim de diluir a solução enzimática emelhorar a sua dispersão; a quantidade de água a ser adicionada é determinada para que a solução total a seradicionada (H20 + coquetel + citrato) seja igual a cercade 30% do conteúdo seco do material pré-tratado inicial.

[0148] Após a adição, em cada reator havia 1,6kg de material total, com um conteúdo seco (calculado)de cerca de 19,2%. A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco atual seja maior. A velocidade de agitação foi aumentada para cerca de 180 rpm (por enquanto) para misturar o material e a solução acrescentada. Neste ponto, não havia água livre, e o nível do material no reator foi o mesma de antes (nesta fase, a densidade foi estimada em cerca de 650 kg/m3).

[0149] Ambas as reações foram realizadas emparalelo, mantendo a mesma velocidade de agitação em ambos os casos, a velocidade de agitação foi fixada em 12 rpm para a primeira hora, depois foi aumentada para um valor de 100 rpm. A cada 60 minutos a velocidade de agitação foi aumentada para 180 rpm (durante alguns segundos), a fim de homogeneizar o material.

[0150] Durante todo o ensaio, o torque medidono motor do reator A foi sempre menor do que no B. Após cerca de 5 horas, o material no reator A tinha uma aparência de líquido (valores de torque de cerca de 20 N^cm a 100 rpm), enquanto o outro (apesar da reação ter ocorrido parcialmente, como evidenciado pelo fato de que o torque apresentou quedas para valores de cerca de 140 N-cm a 100 rpm a partir de mais de 200 N-cm iniciais) tinhauma aparência sólida.

[0151] Após uma hora adicional (t=6h), naqual as condições nos dois reatores não foram substancialmente alteradas, todo o material do reator B (que teve uma liberação insignificante de líquido livre, mas ainda tinha uma aparência sólida) foi inserido no reator A. Após a adição, a agitação foi fixada em 200 rpm por alguns segundos, a fim de homogeneizar o material, e a seguir definida igual a 100 rpm, com um torque de 120 N-cm, e a aparência do material era de um sólido muito molhado. Em cerca de 10 minutos, o valor do torque medido caiu para 20 N-cm e o material assumiu o aspecto de um líquido, semelhante ao presente no reator A antes da adição. O teste foi interrompido após mais 10 minutos, quando o torque caiu para cerca de 15 N-cm a 100 rpm. A densidade do material medido neste ponto foi de aproximadamente 1100 kg/m3. Teste N° 2 .Material: Sorgo (descrito acima).

[0152] Os reatores foram equipados (incluindoos misturadores) e o fluido de troca de calor foi levado uma temperatura de 45°C. Os dois motores foram calibrados de forma a proporcionar (sem material, apenas com a inércia da agitação) a uma velocidade de agitação de 12 rpm (velocidade mínima do instrumento), um valor de torque igual a 0,0 N-cm.

[0153] No ensaio N° 2, no reator A, foirealizado um teste nas mesmas condições do teste N° 1 (realizado no mesmo reator), com resultados semelhantes.

[0154] O reator B foi preenchido com 1,5 kg dematerial proveniente do teste N° 1 (aspecto líquido, densidade de 1100 kg/m3, torque medido a 100 rpm igual a cerca de 15 N-cm). A este material foram adicionados 1,5 kg de sorgo pré-tratado (com as características descritas na seção anterior, em particular o conteúdo seco igual a 20,41%) e a mesma solução utilizada no teste N° 1 (cerca de 96 g no total). Após os vários acréscimos, o conteúdo seco foi calculado para ser igual a 19,2%. A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seca atual poderia ser maior. A velocidade de agitação foi aumentada para cerca de 150 rpm (por enquanto) para misturar o material. Neste ponto, o material homogeneizado tinha uma densidade aparente de cerca de 800 kg/m3, e um valor detorque igual a 100 rpm para cerca de 150 N-cm.

[0155] Ambas as reações foram realizadas emparalelo, mantendo a mesma velocidade de agitação em ambos os casos, a velocidade de agitação foi fixada em 12 rpm para a primeira hora, depois foi aumentada para um valor de 100 rpm. A cada 60 minutos a velocidade de agitação foi aumentada para 180 rpm (durante alguns segundos), a fim de homogeneizar o material.

[0156] Durante o teste N° 2, no reator B foialcançado um resultado significativamente melhor em relação ao teste N° 1, no qual após 6 horas a liquefação ainda não foi alcançada. Em particular, após cerca de 3 horas (um tempo menor do que o necessário no reator A), o material tinha uma aparência líquida, com um valor de torque a 100 rpm igual a cerca de 20 cm^N (enquanto que no reator A, o valor medido foi de cerca de 100 N-cm, e o material tinha uma aparência de um sólido úmido). Após cerca de 7 horas de testes, o material nos dois reatores tinha uma aparência similar, mas o resultado alcançado no reator B foi em cerca de 60% do tempo.

[0157] Os testes de análise de composição como material obtido no reator B (após 7 h) mostraram um rendimento de hidrólise enzimática na glicose (com relação ao glucano total) igual a cerca de 25% e na xilose (com relação a xilana total) igual a aproximadamente 50%. Estes valores são superiores aos obtidos nos estudos anteriores de redução de viscosidade.

[0158] Além disso, no material final foirealizada uma medida de pH e foi descoberta ser igual a 3,9. Este valor é inferior ao que, de acordo com os dados da literatura, garante a maior atividade enzimática (pH=5). Teste N° 3Material: Arundo Donax (descrito acima).

[0159] O procedimento seguido no teste N° 3foi a mesmo utilizado no teste N° 1 (ensaios com sorgo).

[0160] Nos dois reatores, cada um preenchidocom 1,5 kg de Arundo pré-tratado (conteúdo seco medido igual a 30,4%), nenhuma água livre foi visível. A densidade do material nestas condições foiaproximadamente igual a 600 kg/m3. Ambos sistemas deagitação indicaram uma sobrecarga a 12 rpm.

[0161] No tempo t=0, em ambos os reatoresfoi adicionada uma solução (peso total de cerca de 140 g) composta conforme a seguir:- 44,1 ml de coquetel enzimático com a composiçãodescrita acima, determinada a gerar uma atividade do (o glucanos significando a soma de celobiose e gluco- oligômero na fase líquida e glucano na fase sólida) complexo celulase de 20 FPU/g em glucanos e outras atividades são fornecidas como uma consequência.- 17,3 gramas de solução tampão (citrato), como descritoacima e determinada a ser cerca de 1% do material total.- 78,4 gramas de H20, a fim de diluir a soluçãoenzimática e melhorar a sua dispersão; a quantidade deágua a ser adicionada é determinada para que a soluçãototal a ser adicionada (H20 + coquetel + citrato) sejaigual a cerca de 30% do conteúdo seco do material pré- tratado inicial.

[0162] Após a adição, em cada reator havia 1,6kg de material total, com um conteúdo seco (calculado) de cerca de 27,8%. A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco atual seja maior. A velocidade de agitação foi aumentada para cerca de 180 rpm (por enquanto) para misturar o material e a solução acrescentada. Neste ponto, não havia água livre, e o nível do material no reator foi o mesma de antes (nesta fase, a densidade foi estimada em cerca de 650 kg/m3).

[0163] Ambas as reações foram realizadas emparalelo, mantendo a mesma velocidade de agitação em ambos os casos, a velocidade de agitação foi fixada em 12 rpm para a primeira hora, depois foi aumentada para um valor de 100 rpm. A cada 60 minutos a velocidade de agitação foi aumentada para 180 rpm (durante alguns segundos), a fim de homogeneizar o material.

[0164] Durante todo o ensaio, o torque medidono motor do reator A foi sempre menor do que no 8. Após cerca de 6,5 horas, o material no reator A tinha uma aparência de líquido (valores de torque de cerca de 20 N-cm a 100 rpm), enquanto o outro (apesar da reação ter ocorrido parcialmente, como evidenciado pelo fato de que o torque apresentou queda para valores de cerca de 140 N-cm a 100 rpm a partir de mais de 200 N-cm iniciais) tinha uma aparência sólida.

[0165] Após 30 minutos adicionais, nos quaisas condições nos dois reatores não foram substancialmente alteradas, todo o material do reator B (que teve uma liberação insignificante de líquido livre, mas ainda tinha uma aparência sólida) foi inserido no o reator A. Após a adição, a agitação foi fixada em 200 rpm por alguns segundos, a fim de homogeneizar o material, e a seguir defina igual a 100 rpm, com um torque de 130 N-cm, e a aparência do material era de um sólido muito molhado. Em cerca de 20 minutos o valor do torque medido caiu para 20 N-cm e o material assumiu o aspecto de um líquido, semelhante ao presente no reator A antes da adição. O teste foi interrompido após mais 40 minutos, quando o torque caiu para cerca de 15 N-cm a 100 rpm. A densidade do material medido neste ponto foi de aproximadamente 1100 kg/m3.Teste N° 4 Material: Arundo Donax (descrito acima).

[0166] O procedimento seguido no teste N° 4foi o mesmo usado no teste N° 2 (ensaios com o Sorgo).

[0167] No ensaio N° 4, no reator A, foirealizado um teste nas mesmas condições do teste N° 3 (realizado no mesmo reator), com resultados semelhantes.

[0168] O reator B foi preenchido com 1,5 kgdematerial proveniente do teste N° 3 (aspecto líquido,densidade de 1100 kg/m3, torque medido a 100 rpm igual a cerca de 15 N-cm). A este material foram adicionados 1,5 kg de arundo pré-tratado (com as características descritas na seção anterior, em particular o conteúdo seco igual a 30,4%) e a mesma solução utilizada no teste N° 3 (cerca de 140 g no total). Após os vários acréscimos, o conteúdo seco foi calculado para ser igual a 27,8%. A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seca atual poderia ser maior. A velocidade de agitação foi aumentada para cerca de 150 rpm (por enquanto) para misturar o material. Neste ponto, o material homogeneizado tinha uma densidade aparente de cerca de 750 kg/m3, e um valor detorque igual a 100 rpm para cerca de 170 N-cm.

[0169] Ambas as reações foram realizadas emparalelo, mantendo a mesma velocidade de agitação em ambos os casos, a velocidade de agitação foi fixada em 12 rpm para a primeira hora, depois foi aumentada para um valor de 100 rpm.

[0170] A cada 60 minutos a velocidade deagitação foi aumentada para 80 rpm (durante alguns segundos), a fim de homogeneizar o material.

[0171] Durante o teste N° 4, no reator B foi alcançado um resultado significativamente melhor em relação ao teste N° 3, no qual após 7 horas a liquefação ainda não foi alcançada. Em particular, após cerca de 5 horas (um tempo menor do que o necessário no reator A), o material tinha uma aparência líquida, com um valor de torque a 100 rpm igual a cerca de 20 N-cm (enquanto que no reator A, o valor medido foi de cerca de 90 N-cm, e o material tinha uma aparência de um sólido úmido). Após cerca de 8 horas de testes, o material nos dois reatores tinha uma aparência similar, mas o resultado alcançado no reator B foi em cerca de 75% do tempo.Teste N° 5Material: Arundo Donax (descrito acima).

[0172] O reator B foi preenchido com 1,5 kgde material proveniente do teste N° 3 (aspecto líquido, densidade de 1100 kg/m3, torque medido a 100 rpm igual a cerca de 15 N-cm). A este material foram adicionados 0,5 kg de arundo pré-tratado (com as característicasdescritas na seção anterior, em particular o conteúdo seco igual a 30,4%).

[0173] No tempo t=O, em ambos os reatores,foi adicionada uma solução (peso total de cerca de 46,5 g) composta conforme a seguir:- 14,7 ml de coquetel de enzimas com a composiçãodescrita acima, determinada para gerar uma atividadedo complexo celulase de 20 FPU/g de glucano (o glucano significando a soma da celobiose e do gluco-oligômero na fase líquida e dos glucanos na fase sólida), e outras atividades são fornecidas como uma consequência. - 28,8 gramas de solução tampão (citrato), conformedescrito acima e determinado para ser cerca de 5% do material total.- 3,1 gramas de H20, a fim de diluir a soluçãoenzimática e melhorar a sua dispersão; a quantidade de água a ser adicionada é determinada para que a solução total a ser adicionada (H20 + coquetel +citrato) seja igual a cerca de 30% do conteúdo seco do material pré-tratado inicial.

[0174] Após a adição, em cada reator havia2,05 kg de material total, com um conteúdo seco(calculado) de cerca de 27,8%. A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco atual seja maior. A velocidade de agitação foi aumentada para cerca de 150 rpm (por enquanto) para misturar o material e a solução acrescentada. Neste ponto, o material homogeneizado tinha uma densidade aparente de cerca de 900 kg/m3 e um valor de toque igual a 100 rpm para cerca de 150 N-cm.

[0175] A reação foi realizada mantendo avelocidade de agitação igual a 100 rpm para a primeira hora, a cada 60 minutos a velocidade de agitação foi aumentada para 180 rpm (durante alguns segundos}, a fim de homogeneizar o material.

[0176] Após cerca de 65 minutos, o materialtinha uma aparência líquida (valores de torque de cerca de 30 N-cm a 100 rpm). A densidade estimada foi em torno de 1100 kg/m3.

[0177] Neste ponto, foram adicionados aomaterial do reator 500g de Arundo Donax pré-tratado e 46,5 g da solução descrita acima. Após a adição, no reator havia em torno de 2,6 kg de material total, com uma percentagem de conteúdo seco (calculado) de cerca de 27,8%. A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco atual seja maior.

[0178] A velocidade de agitação foiaumentada para cerca de 150 rpm (por enquanto) para homogeneizar o material, o qual tinha uma densidade aparente de cerca de 950 kg/m3, e um valor de torqueigual a 100 rpm para cerca de 120 N-cm.

[0179] Após cerca de 45 minutos, o materialtinha uma aparência líquida (valores de torque de cerca de 30 N-cm a 100 rpm). A densidade estimada foi em torno de 1100 kg/m3.

[0180] Neste ponto, foram adicionados aomaterial do reator 500g de Arundo Donax pré-tratado e 46,5 g da solução descrita acima. Após a adição, no reator havia em torno de 3,15 kg de material total, com uma percentagem de conteúdo seco (calculado) de cerca de 27,8%. A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco atual seja maior.

[0181] A velocidade de agitação foi aumentadapara cerca de 150 rpm (por enquanto) para homogeneizar o material, o qual tinha uma densidade aparente de cerca de 950 kg/m3, e um valor de torque igual a 100 rpm para cerca de 120 N-cm.

[0182] Após cerca de 35 minutos, o materialtinha uma aparência líquida (valores de torque de cerca de 30 N-cm a 100 rpm). A densidade estimada foi em torno de 1100 kg/m3.

[0183] O teste foi interrompido apósaproximadamente 8 horas. A liquefação de 1,5 kg do material pré-tratado foi completamente alcançada em 2 horas e 25 minutos, um tempo igual a cerca de 50% do tempo tomado pelo reator B no teste N° 4 e cerca de 38% do tempo necessário pelo reator A nos testes N° 3 e N° 4. Teste n° 6 Material: Sorqhum (descrito acima).

[0184] Os reatores foram equipados (incluindoos misturadores) e o fluido de troca de calor foi levado à temperatura de 45°C. Os dois motores foram calibrados de forma a proporcionar (sem material, apenas com a inércia da agitação) uma velocidade de agitação de 12 rpm (velocidade mínima do instrumento), um valor de torque igual a 0,0 N-cm.

[0185] No ensaio N° 6, foi realizado noreator B um teste sob as mesmas condições do teste N° 2 (realizado no mesmo reator), com resultados semelhantes.

[0186] O reator A foi preenchido com 0,75 kgde sorgo pré-tratado (características descritas na seção anterior, em particular o conteúdo seco igual a 20,4%). Para o sólido, o qual apresentava uma densidade de cerca de 600 kg/m3 foi adicionada uma solução (peso total de cerca de 96 g) composta conforme a seguir:- 29,4 ml de coquetel enzimático apresentando acomposição descrita acima, determinada para gerar uma atividade do complexo celulase de 40 FPU/g em glucano (glucano significando a soma de celobiose e gluco- oligômeros na fase líquida e glucano na fase sólida) e outras atividades são fornecidas como uma consequência. Estes 40 FPU/g em glucano correspondem a aproximadamente 18 FPU/g de matéria seca total, calculada sobre o conteúdo de celulose da matéria prima.- 16,5 gramas de solução tampão (citrato), conformedescrito acima e determinado para ser cerca de 2% do material total.- 48,5 gramas de H20, a fim de diluir a soluçãoenzimática e melhorar a sua dispersão; a quantidade de água a ser adicionada é determinada para que a solução total a ser adicionada (H20 + cocktail +citrato) seja igual a cerca de 60% do conteúdo seco do material pré-tratado inicial.

[0187] De sta forma, o reator A trabalhou comuma carga de enzima por grama de glucano duas vezes maior em relação aos testes N° 1 e N° 2. Além disso, o conteúdo inicial seco foi calculado para ser igual a 17,5% (menor do que o calculado nos testes de N° 1 e N° 2). A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco poderia realmente ser maior.

[0188] A velocidade de agitação foi aumentadapara cerca de 180 rpm (por enquanto) para misturar o material e a solução acrescentada. A densidade aparente do material obtido foi cerca de 700 kg/m3, e o torque medido a 100 rpm foi igual a cerca de 160 N-cm.

[0189] Ambas as reações foram realizadas emparalelo, mantendo a mesma velocidade de agitação em ambos os casos, a velocidade de agitação foi fixada em 12 rpm para a primeira hora, depois foi aumentada para um valor de 100 rpm. A cada 60 minutos a velocidade de agitação foi aumentada para 180 rpm (durante alguns segundos), a fim de homogeneizar o material.

[0190] Neste teste, foi alcançado no reatorA um resultado significativamente melhor em relação ao teste N° 1 e N° 2 (realizado no mesmo reator) e também com relação à reação realizada no reator B. Em particular, depois de cerca de uma hora, o material tinha uma aparência líquida (densidade aparente de cerca de 1000 a 1100 kg/m3), com um valor de torque a 100 rpm em cerca de 20 N-cm. Ao mesmo tempo, no reator B, o material tinha a aparência de sólido úmido, com um valor de torque a 100 rpm igual a cerca de 100 N-cm.

[0191] Neste ponto, foram adicionados noreator A 750 g de sorgo pré-tratado (como descrito na seção anterior, conteúdo seco igual a 20,41%). Como resultado desta adição, o conteúdo seco calculado voltou para o valor dos testes anteriores, 19,2%, e a carga de enzima por grama de celulose foi reduzida para o valor dos testes anteriores (20 FPU/g de glucano). A velocidade de agitação foi aumentada para cerca de 150 rpm (por enquanto) para misturar o material. Neste ponto, o material homogeneizado tinha uma densidade aparente de cerca de 800 kg/m3, e um valor de torque igual a 100 rpmem cerca de 120 N-cm.

[0192] Após uma hora adicional de agitação, omaterial tinha novamente uma aparência líquida, com os valores de densidade e torque iguais a aproximadamente o mesmo que os medidos antes da adição. Após cerca de 7 horas de testes, o material tinha uma aparência semelhante em ambos os reatores, mas no reator A tinha atingido um estado líquido em cerca de 65% do tempo necessário no B e cerca de 39% do tempo consumido pelo reator A nos testes N° 1 e N° 2.Teste N° 7Material: Arundo Donax (descrito acima).

[0193] No ensaio N° 7, foi realizado noreator B um teste sob as mesmas condições do teste N° 4 (realizado no mesmo reator), com resultados semelhantes.

[0194] O reator A foi preenchido com 0,75 kgde arundo pré-tratado (características descritas na seção anterior, em particular o conteúdo seco igual a 30,4%). Para o sólido, o qual apresentava uma densidade de cerca de 600 kg/m3 foi adicionada uma solução (peso total de cerca de 140 g) composta conforme a seguir:- 44,1 ml de coquetel enzimático apresentando acomposição descrita acima, determinada para gerar uma atividade do complexo celulase de 40 FPU/g em glucano (glucano significando a soma de celobiose e gluco- oligômeros na fase líquida e glucano na fase sólida) e outras atividades são fornecidas como uma consequência.- 17,3 gramas de solução tampão (citrato), conformedescrito acima e determinado para ser cerca de 2% do material total.- 78,4 gramas de H20, a fim de diluir a solução enzimáticae melhorar a sua dispersão; a quantidade de água a ser adicionada é determinada para que a solução total a ser adicionada (H20 + coquetel + citrato) seja igual a cercade 60% do conteúdo seco do material pré-tratado inicial.

[0195] Desta forma, o reator A trabalhou comuma carga de enzima por grama de glucano duas vezes maior em relação aos testes N° 3 e N° 4. Além disso, o conteúdoinicial seco foi calculado para ser igual a 25,6% (menor do que o calculado nos testes de N° 3 e N° 4). A presençade condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco poderia realmente ser maior.

[0196] A velocidade de agitação foi aumentadapara cerca de 150 rpm (por enquanto) para misturar o material e a solução acrescentada. A densidade aparente do material obtido foi cerca de 750 kg/m3, e o torque medido a 100 rpm foi igual a cerca de 180 N-cm.

[0197] Ambas as reações foram realizadas emparalelo, mantendo a mesma velocidade de agitação em ambos os casos, a velocidade de agitação foi fixada em 12 rpm para a primeira hora, depois foi aumentada para um valor de 100 rpm. A cada 60 minutos a velocidade de agitação foi aumentada para 180 rpm (durante alguns segundos), a fim de homogeneizar o material.

[0198] Neste teste, foi alcançado no reatorA um resultado significativamente melhor em relação ao teste N° 3 e N° 4 (realizado no mesmo reator) e também com relação à reação realizada no reator B. Em particular, depois de cerca de 2,5 horas, o material tinha uma aparência líquida (densidade aparente de cerca de 1000 a 1100 kg/m3), com um valor de torque a 100 rpm em cerca de20 N-cm. Ao mesmo tempo, no reator B, o material tinha a aparência de sólido úmido, com um valor de torque a 100 rpmigual a cerca de 130 N-cm.

[0199] Neste ponto, foram adicionados noreator A 750 g de arundo pré-tratado (como descrito na seção anterior, conteúdo seco igual a 30,4%). Como resultado desta adição, o conteúdo seco calculado voltou para o valor dos testes anteriores, 27,8%, e a carga de enzima por grama de celulose foi reduzida para o valor dos testes anteriores (20 FPU/g de glucano). A velocidade de agitação foi aumentada para cerca de 150 rpm (por enquanto) para misturar o material.

[0200] Após mais 1,5 horas de agitação, omaterial tinha novamente uma aparência líquida, com valores de densidade e torque iguais a aproximadamente os mesmos medidos antes da adição. Após cerca de 8 horas de testes, o material tinha uma aparência semelhante em ambosos reatores, mas no reator A tinha alcançado um estado líquido em cerca de 80% do tempo necessário no B e cercade 57% do tempo necessário pelo reator A nos testes N° 3 e N° 4.

[0201] Foi realizada uma medida de pH nomaterial final, e foi descoberto ser igual a 2,4. Este valor é inferior ao que, de acordo com os dados da literatura, garanta a maior atividade da enzima (pH = 5). Teste N° 8Material: Arundo Donax (descrito acima).

[0202] O reator A foi preenchido com 1,5 kgde material proveniente do teste N° 7 (aspecto líquido, densidade de 1100 kg/m3, torque medido a 100 rpm igual a cerca de 15 N-cm). A este material foram adicionados 0,75 kg de Arundo pré-tratado (com as características descritas na seção anterior, em particular o conteúdo seco igual a 30,4%).

[0203] Foi adicionado cerca de 40 g da soluçãoutilizada no teste N° 7 no material. Após a adição, havia 2,4 kg de material total no reator.

[0204] De sta forma, o reator trabalhou comuma carga de enzima por grama de glucano duas vezes maior em relação aos testes N° 3 e N° 4. Além disso, o conteúdo seca inicial foi calculado para ser igual a 25,6% (menor do que o calculado nos testes N° 3 e N° 4). A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco realmente pode ser maior.

[0205] A velocidade de agitação foi aumentadapara cerca de 150 rpm (por enquanto) para misturar o material e a solução acrescentada. A densidade aparente do material obtido foi cerca de 850 kg/m3, e o torque medido a 100 rpm foi igual a cerca de 150 N-cm.

[0206] A reação foi realizada mantendo avelocidade de agitação fixada em 100 rpm. A cada 20 minutos, a velocidade de agitação foi aumentada para 180 rpm (durante alguns segundos), a fim de homogeneizar o material.

[0207] Em particular, após cerca de duashoras, o material tinha uma aparência líquida (densidade aparente de cerca de 1000 a 1100 kg/m3), com um valor detorque a 100 rpm de cerca de 25 N-cm.

[0208] Neste ponto, foram ainda adicionadosno reator 750g de Arundo pré-tratado (como descrito na seção anterior, conteúdo seco igual a 30,4%), e a quantidade total do material foi de 3,15 kg. Como resultado desta adição, o conteúdo seco calculado voltou para o valor dos testes anteriores, 27,8%, e a carga de enzima por grama de celulose foi reduzida para o valor dos testes anteriores (20 FPU/g de glucano). A presença de condensação sob a capa sugere que o conteúdo seco pode realmente ser maior. A velocidade de agitação foi aumentada para cerca de 150 rpm (por enquanto) para misturar o material.

[0209] Neste ponto, o material homogeneizadotinha uma densidade aparente de cerca de 900 kg/m3, e um valor de torque igual a 100 rpm de cerca de 135 N-cm.

[0210] Após mais uma hora de agitação,omaterial tinha novamente uma aparência líquida, comum valor aparente de densidade igual a cerca de 1.100 kg/m3 e torque igual a cerca de 25 N-cm a 100 rpm. Após cerca de 8 horas de testes, o material tinha uma aparência semelhante em ambos os reatores, mas no reator A tinha alcançado um estado líquido em cerca de 80% do tempo necessário no B e cerca de 57% do tempo necessário pelo reator A nos testes N° 3 e N° 4.

[0211] O teste foi realizado poraproximadamente 8 horas.

[0212] A liquefação de 1,5 kg de materialpré-tratado foi completamente alcançada em 3 h, um tempo igual a cerca de 75% do tempo consumido pelo reator no teste N° 7.

Claims (37)

1. Processo para a hidrólise de biomassa lignocelulósica compreendendo as etapas de:a) Colocar em contato uma matéria prima lignocelulósica, a matéria prima compreendendo a biomassa apresentando um conteúdo seco e água com ao menos uma parte de um solvente, o solvente compreendendo espécies hidrolisadas solúveis em água; caracterizado pelo fato de que ao menos algumas das espécies hidrolisadas solúveis em água são as mesmas que as espécies hidrolisadas solúveis em água obtidas a partir da hidrólise da biomassa na matéria prima;b) Manter o contato entre a matéria prima do fluxo de matéria prima e o solvente, na presença de uma composição catalítica, a uma temperatura no intervalo de 20 °C a 200 °C por um tempo no intervalo de 5 minutos a 72 horas para criar um produto hidrolisado a partir da biomassa na matéria prima;onde a dita composição catalítica contém pelo menos uma enzima ou microorganismo que converte pelo menos um dos compostos da biomassa em um composto ou compostos com um peso molecular menor;em qual processo a proporção da quantidade de celulose mais a quantidade dos produtos da celulose hidrolisada no solvente em relação à quantidade de celulose na matéria prima é de pelo menos 0,8:1;onde ditas espécies hidrolisadas solúveis em água são espécies hidrolisadas solúveis em água selecionadas entre glicose, celobiose, e polímeros de glicose mais elevadas, inclusive os seus dímeros e oligômeros; e espécies hidrolisadas solúveis em água de hemicelulose selecionados entre xilano, glucuronoxilano, arabinoxilano, glucomanano, e xiloglucano;e pelo fato de que o dito processo é conduzido sem adição de ácido inorgânico ou de solventes orgânicos solubilizadores de lignina, e que a dita matéria prima lignocelulósica contém mais de 5% em peso do teor seco de celulose.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o conteúdo seco compreendecelulose, hemicelulose e o percentual em peso de celulose no conteúdo seco é maior do que 5 por cento em peso doconteúdo seco; sendo que ao menos algumas das espécieshidrolisadas solúveis em água são as mesmas das espécieshidrolisadas solúveis em água obtidas a partir dahidrólise da celulose na matéria prima e o contato entrea matéria prima e o solvente ocorre na presença de umacomposição catalítica para a hidrólise da celulose.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a proporção entre o peso dacelulose somado aos produtos da hidrólise da celulose no solvente e o peso da celulose na matéria prima lignocelulósica é maior do que 1:1.

4. Processo de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a proporção entre o peso dacelulose somado aos produtos da hidrólise da celulose no solvente e o peso da celulose na matéria prima lignocelulósica é maior do que 1,5:1.

5. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a proporção entre o peso dacelulose somado aos produtos da hidrólise da celulose no solvente e o peso da celulose na matéria prima lignocelulósica é maior do que 2:1.

6. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a proporção entre o peso dacelulose somado aos produtos da hidrólise da celulose no solvente e o peso da celulose na matéria prima lignocelulósica é maior do que 3:1.

7. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a proporção entre o peso dacelulose somado aos produtos da hidrólise da celulose no solvente e o peso da celulose na matéria prima lignocelulósica é maior do que 4:1.

8. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a proporção entre o peso dacelulose somado aos produtos da hidrólise da celulose no solvente e o peso da celulose na matéria primalignocelulósica é maior do que 5:1.

9. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 2 a 8, caracterizado pelo fato de que aomenos uma parte da composição catalítica é posta em contatocom a matéria prima antes de colocar em contato a matériaprima com ao menos uma parte do solvente.

10. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 2 a 8, caracterizado pelo fato de que aomenos uma parte da composição catalítica é posta em contato com a matéria prima após colocar em contato a matéria primacom ao menos uma parte do solvente.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 9, caracterizado pelo fato de que ao menos uma parte da composição catalítica é posta em contato com a matéria prima simultaneamente colocando a matéria prima com ao menos uma parte do solvente.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a proporção de biomassa para a água da matéria prima é maior do que 1:4.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a proporção de biomassa para a água da matéria prima é maiordo que 1:3.

14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a proporção de biomassa para a água da matéria prima é maiordo que 1:2.

15. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a proporção de biomassa para a água da matéria prima é maiordo que 1:1,5.

16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a proporção de biomassa para a água da matéria prima é maiordo que 1:1.

17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a proporção de biomassa para a água da matéria prima é maior do que 1:0,9.

18. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 2 a 17, caracterizado pelo fato de que acomposição catalítica compreende uma enzima.

19. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 18, caracterizado pelo fato de que atemperatura está no intervalo de 20 a 105°C.

20. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 18, caracterizado pelo fato de que atemperatura está no intervalo de 20 a 95°C.

21. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 20, caracterizado pelo fato de que otempo está no intervalo de 5 minutos a 48 horas.

22. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 20, caracterizado pelo fato de que otempo está no intervalo de 5 minutos a 36 horas.

23. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 20, caracterizado pelo fato de que o tempo está no intervalo de 5 minutos a 24 horas.

24. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 20, caracterizado pelo fato de que otempo está no intervalo de 5 minutos a 12 horas.

25. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 20, caracterizado pelo fato de que otempo está no intervalo de 5 minutos a 8 horas.

26. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 25, caracterizado pelo fato de queprocesso é um processo em batelada compreendendo as etapas de:a) Introduzir a matéria prima em um recipiente que já contenha ao menos uma parte do solvente,b) Introduzir a composição catalítica no recipiente antes, em simultâneo com ou após a introduzir a matéria prima dentro do recipiente,c) Manter a matéria prima, o solvente e a composição catalítica no recipiente na dita faixa detemperatura de 20 °C a 200 °C por um período de 5 minutos a72 horas, ed) Remover o produto hidrolisado do recipiente.

27. Processo de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que todos os produtoshidrolisados são removidos do recipiente antes de introduzirmais matéria prima e solvente contendo espécies hidrolisadassolúveis em água.

28. Processo de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato de que uma parte do produtohidrolisado, ou seja, um resto é deixado no recipiente.

29. Processo de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 25, caracterizado pelo fato de que oprocesso é um processo contínuo compreendendo as etapas de:a) Introduzir de forma continua a matéria prima em um recipiente que já contenha ao menos uma parte do solvente,b) Introduzir a composição catalítica no recipiente,c) Remover uma massa do produto hidrolisado do recipiente de forma continua.

30. Processo de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o processo é um processo de fluxo em plugue.

31. Processo de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o processo utiliza um reator agitado continuamente.

32. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 26 a 31, caracterizado pelo fato de que uma parte no fluxo de solvente é misturada com a matériaprima antes da introdução no recipiente e da relação do solvente para o fluxo de matéria prima é baseada naquantidade de solvente no recipiente somada à quantidade de solvente com o fluxo de matéria prima.

33. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 32, caracterizado pelo fato de que antes de colocar em contato a matéria prima lignocelulósica com o solvente, uma quantidade de matéria prima é distribuída em ao menos um primeiro fluxo de matéria primapara criar um primeiro fluxo de solvente pela hidrolise damatéria prima do primeiro fluxo de matéria prima com a adição de uma composição catalítica no primeiro fluxo dematéria prima, sendo que a quantidade da composição catalítica está no intervalo de 0,1 a 150 FPU/g de conteúdoseco de toda a matéria prima e a hidrólise ser realizada a uma temperatura no intervalo de 20 °C a 95 °C por um períodode tempo de 5 minutos a 72 horas e a matéria primalignocelulósica, o solvente e o solvente do primeiro fluxode solvente são postos em contato um com o outro e o contatoé mantido na faixa de temperatura por um tempo no intervalo de tempo.

34. Processo de acordo com a reivindicação33, caracterizado pelo fato de que uma parte do primeiro fluxo de solvente é misturada com a matéria prima, a qualnão é o primeiro fluxo de matéria prima, antes da introduçãoem um recipiente e todas as proporções de fluxo de solventepara o fluxo de matéria prima são baseadas na quantidadetotal de fluxo de solvente que é a quantidade do primeirofluxo de solvente e o solvente no recipiente.

35. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 34, caracterizado pelo fato de que aomenos uma parte dos sólidos no produto hidrolisado é separada a partir do produto hidrolisado.

36. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 35, caracterizado pelo fato de que aomenos uma parte dos sólidos separados do produto hidrolisadoé reciclada ao processo.

37. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 35, caracterizado pelo fato de que aseparação de ao menos uma parte dos sólidos do fluxo deproduto hidrolisado é feita por um dispositivo selecionadodo grupo consistido de hidrociclones e centrífugos.

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