BRPI1008370B1 - Método para fornecimento de biocombustíveis - Google Patents

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BRPI1008370B1
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Medoff Marshall
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Description

(54) Título: MÉTODO PARA FORNECIMENTO DE BIOCOMBUSTÍVEIS (51) Int.CI.: C12P 7/10; C12P 7/04; C12P 19/14; C13K 1/02; C13K 13/00; D21B 1/02; D21C 1/10 (30) Prioridade Unionista: 11/02/2009 US 61/151,695 (73) Titular(es): XYLECO, INC.
(72) Inventor(es): MARSHALL MEDOFF; THOMAS MASTERMAN
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA FORNECIMENTO DE BIOCOMBUSTÍVEIS.
PEDIDOS RELACIONADOS
Este pedido reivindica a prioridade do pedido norte-americano 5 provisório n° de série 61/151.695, depositado em 11 de fevereiro de 2009. A descrição completa desse pedido provisório é aqui incorporada por referência.
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se ao processamento de biomassa e 10 aos produtos preparados com ela.
ANTECEDENTES
Vários carboidratos, como materiais celulósicos e lignocelulósicos, por exemplo, em forma fibrosa, são produzidos, processados e usados em grandes quantidades em inúmeras aplicações.
Frequentemente, esses materiais são usados uma vez e, então, descartados como refugo ou são simplesmente considerados como materiais de refugo, por exemplo, esgoto, bagaço, serragem e palha.
Vários materiais celulósicos e lignocelulósicos, seus usos e aplicações foram descritos nas patentes norte-americanas n° 7.307.108,
7.074.918, 6.448.307, 6.258.876, 6.207.729, 5.973.035 e 5,952,105; e em vários pedidos de patentes, incluindo FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES, PCT/US2006/010648, depositado em 23 de março de 2006, e FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES, publicação de pedido de patente norte-americana n° 2007/0045456.
Existem instalações de fabricação em grande escala para a produção de etanol a partir de milho. Essas instalações não estão adaptadas para produzir etanol a partir de outras matérias-primas.
O pedido de patente norte-americana n° 2006/0127999, Process for producing ethanol from corn dry milling, e o pedido de patente norte-americana n° 2003/0077771, Process for producing ethanol, são aqui incorporados por referência em suas inteirezas. Além disso, a patente norteamericana n° 7.351.559, Process for producing ethanol, a patente nortePetição 870170003681, de 18/01/2017, pág. 6/14
2/40 americana n° 7.074.603, Process for producing ethanol from corn dry milling, e a patente norte-americana n° 6.509.180, Process for producing ethanol, são aqui incorporadas por referência em suas inteirezas.
SUMÁRIO
Genericamente, esta invenção se refere a processos para a conversão de uma matéria-prima celulósica ou lignocelulósica em uma forma conveniente e concentrada que possa ser facilmente transportada e utilizada, por exemplo, em uma instalação de fabricação existente, por exemplo, uma instalação adaptada para fabricar etanol a partir de amidos, por exemplo, grãos ou milho, a partir de materiais contendo sacarose ou a partir de materiais contendo lactose, como soro de leite, para fabricar um intermediário ou um produto, por exemplo, energia, um combustível como etanol, um alimento ou um material, e transporte do material convertido para a instalação de fabricação. Esses concentrados podem usar menos água, o que pode resultar em uma substancial economia de custos de fabricação e transporte. O concentrado também pode ser usado em instalações de bioprocessamento, como aquelas que fabricam enzimas.
Os processos aqui descritos incluem a sacarificação da matériaprima e o transporte da matéria-prima de uma localização remota, por exemplo, onde a matéria-prima é produzida ou armazenada para a instalação de fabricação. Em alguns casos, a sacarificação pode ocorrer parcial ou inteiramente durante o transporte. Em algumas implementações, o processo também inclui a redução da recalcitrância da matéria-prima, antes da ou durante a sacarificação. O processo pode incluir as etapas adicionais de medição do teor de lignina da matéria-prima e a determinação de se um prétratamento é necessário e sob que condições, com base no teor de lignina medido.
Muitos dos métodos aqui descritos podem fornecer materiais celulósicos e/ou lignocelulósicos que tenham, por exemplo, um menor nível de recalcitrância, um menor peso molecular, um nível diferente de funcionalização e/ou cristalidade com relação a um material nativo. Muitos dos métodos fornecem materiais que podem ser mais prontamente utilizados por vários
3/40 micro-organismos, como um ou mais homoacetogênicos ou heteroacetogênicos (com ou sem assistência de hidrólise enzimática) para produzir produtos úteis, como energia, combustíveis, alimentos e materiais. Exemplos específicos de produtos incluem, mas não se limitam a, hidrogênio, alcoóis (por exemplo, alcoóis mono-hídricos ou alcoóis di-hídricos, como etanol, npropanol ou n-butanol), açúcares, biodiesel, ácidos orgânicos (por exemplo, ácido acético e/ou ácido lático), hidrocarbonetos, coprodutos (por exemplo, proteínas, como proteínas celulolíticas (enzimas) ou proteínas de células únicas) e misturas de quaisquer desses. Outros exemplos incluem ácidos carboxílicos, como ácido acético ou ácido butírico, sais de um ácido carboxílico, uma mistura de ácidos carboxílicos e sais de ácidos carboxílicos e ésteres de ácidos carboxílicos (por exemplo, ésteres metílico, etílico e npropílico), cetonas, aldeídos, ácidos alfa, beta insaturados, como ácido acrílico e olefinas, como etileno. Outros alcoóis e derivados de alcoóis incluem propanol, propileno glicol, 1,4-butanodiol, 1,3-propanodiol, ésteres metílicos ou etílicos de quaisquer desses alcoóis. Outros produtos incluem acrilato de metila, metacrilato de metila, ácido lático, ácido propiônico, ácido butírico, ácido succínico, ácido 3-hidroxipropiônico, um sal de qualquer um dos ácidos e uma mistura de qualquer um dos ácidos e respectivos sais.
Outros intermediários e produtos, incluindo produtos alimentares e farmacêuticos, são descritos no pedido norte-americano provisório n° de série 61/139.453, cuja descrição é aqui incorporada por referência em sua inteireza.
Muitos dos produtos obtidos pelos métodos aqui descritos, como etanol ou n-butanol, podem ser utilizados diretamente como um combustível ou como uma mistura com outros componentes, como gasolina, para acionar carros, caminhões, tratores, navios ou trens, por exemplo, como um combustível para combustão interna ou como uma matéria-prima para célula combustível. Outros produtos (por exemplo, ácidos orgânicos, como ácido acético e/ou ácido lático) podem ser convertidos em outras frações (por exemplo, ésteres ou anidridos) que podem ser convertidos e utilizados como um combustível. Muitos dos produtos obtidos também podem ser utilizados
4/40 para acionar aviões, como aviões, por exemplo, como motores a jato, ou helicópteros. Além disso, os produtos aqui descritos podem ser utilizados para geração de energia elétrica, por exemplo, em uma usina geradora a vapor convencional ou em uma instalação de célula combustível.
Em um aspecto, a invenção apresenta um método que inclui o fornecimento de uma matéria-prima celulósica ou lignocelulósico contendo celulose, a mistura da matéria-prima com um solvente, como água, e um agente, como uma enzima ou ácido, selecionado para sacarificar a celulose, e o transporte da mistura resultante. Ácidos adequados incluem ácidos minerais, por exemplo, ácido sulfúrico ou ácido clorídrico.
Algumas implementações incluem uma ou mais das características a seguir. O método também pode incluir a permissão de que uma sacarificação pelo menos parcial ocorra antes do transporte, por exemplo, a permissão de que uma sacarificação substancialmente completa ocorra antes do transporte. Em alguns casos, a enzima é subsequentemente desnaturada ou removida da solução. A enzima pode ser desnaturada, por exemplo, por aquecimento da solução de 80° a 90°C durante cerca de 5 - 10 minutos. O transporte pode incluir o transporte da mistura para uma instalação configurada para converter amido (por exemplo, milho ou grão), sacarose ou lactose, utilizando um micro-organismo, em etanol, por exemplo, uma instalação de etanol de milho, grão, sacarose ou lactose. O transporte pode ser, em alguns casos, por um vagão tanque, caminhão tanque, tubulação ou recipiente tanque. O método também pode incluir a permissão de que ocorra a sacarificação, resultando em uma solução ou suspensão de açúcar, e a remoção da xilose da solução ou suspensão de açúcar. O teor total de açúcar da solução ou suspensão pode ser de pelo menos 20, 30, 40 50, 60, 70 ou 80% em peso. A solução ou suspensão sacarificada pode ser usada para produzir um produto, como etanol.
O método também pode incluir a redução da recalcitrância da matéria-prima antes de misturar a matéria-prima com o solvente e enzima, por exemplo, por tratamento da matéria-prima com um tratamento físico. O tratamento físico pode ser, por exemplo, selecionado do grupo que consiste
5/40 em tratamento mecânico, radiação, sonicação, pirólise, oxidação, explosão de vapor, tratamento químico e combinações dos mesmos. O tratamento químico pode incluir o uso de uma única substância química ou de duas ou mais substâncias químicas. Tratamentos mecânicos incluem, por exemplo, corte, moagem, prensagem, trituração, cisalhamento e retalhamento. A moagem pode incluir, por exemplo, moagem com bolas, moagem com martelos ou outros tipos de moagem.
O tratamento físico pode compreender um ou mais dos tratamentos aqui descritos, aplicado isoladamente ou em qualquer combinação desejada e aplicado uma vez ou múltiplas vezes. Em alguns casos, o tratamento físico pode compreender irradiação com radiação ionizante, isoladamente ou acompanhado de tratamento mecânico antes e/ou depois da irradiação. A irradiação pode ser realizada, por exemplo, com um feixe de elétrons.
Em alguns casos, o método inclui o tratamento mecânico da matéria-prima para reduzir a densidade aparente da matéria-prima e/ou aumentar a área de superfície da matéria-prima, por exemplo, efetuando-se um processo de cisalhamento da matéria-prima. Em algumas modalidades, depois do tratamento mecânico, o material tem uma densidade aparente menor que 0,25 g/cm3, por exemplo, 0,20 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,10 g/cm3, 0,05 g/cm3 ou menos, por exemplo, 0,025 g/cm3. A densidade aparente é determinada usando-se ASTM D1895B. Resumidamente, o método envolve o enchimento de um cilindro de medição de volume conhecido com uma amostra e a obtenção do peso da amostra. A densidade aparente é calculada dividindo-se o peso da amostra em gramas pelo volume conhecido do cilindro em centímetros cúbicos.
Em outro aspecto, a invenção apresenta uma composição, como um concentrado de açúcar, compreendendo cerca de 10-70 por cento em peso de glicose, como entre 15 por cento e 65 por cento ou entre 20 por cento e 60 por cento, cerca de 2,5 - 35 por cento em peso de xilose, como entre cerca de 3,0 por cento e cerca de 30 por cento ou entre cerca de 5 por cento e cerca de 28 por cento, e um fluido, como um solvente; em que o teor
6/40 total de açúcar da composição é de cerca de 10 - 90 por cento em peso, como entre cerca de 15 por cento em peso e 85 por cento em peso ou entre cerca de 20 por cento em peso e cerca de 75 por cento em peso.
Em algumas implementações, a composição também inclui uma fonte de nitrogênio, como ureia ou peptona, a uma concentração entre cerca de 5 e 750 mM, como entre cerca de 7,5 mM e 500 mM ou entre 10 mM e 250 mM. A composição também pode incluir um tensoativo, como um tensoativo não iônico, como polietileno glicol ou um éster de um polietileno glicol (por exemplo, mono-oleato de polioxietileno sorbitano), um tensoativo iônico, como um tensoativo catiônico ou aniônico, um tensoativo anfifílico ou biostensoativos, como soforolipídio, ramnolipídio e bacitracina. O tensoativo pode ser fornecido, por exemplo, a uma concentração entre cerca de 0,1 por cento em peso e cerca de 5 por cento em peso, por exemplo, entre cerca de 0,15 por cento em peso e cerca de 4,0 por cento em peso, ou entre cerca de 0,25 por cento em peso e cerca de 3,0 por cento em peso. A composição também pode incluir um ou mais dos seguintes: um lipídio, um mono-, di- ou triglicerídeo, ou um ácido graxo insaturado; um esterol, como ergosterol, a uma concentração entre 15 e 1.000 ppm em peso, por exemplo, entre 25 e 500 ppm, ou entre 50 e 150 ppm; e/ou um antibiótico, como tetraciclina, a uma concentração entre 15 e 1.000 ppm em peso, por exemplo, entre 25 e 500 ppm, ou entre 50 e 150 ppm.
Em ainda outro aspecto, a invenção apresenta um concentrado de açúcar preparado por sacarificação de uma dispersão que inclui entre cerca de 10 por cento em peso e cerca de 90 por cento em peso de um material celulósico ou lignocelulósico, por exemplo, uma corrente de papel de refugo.
Em um aspecto adicional, a invenção apresenta um método que inclui o fornecimento de uma matéria-prima celulósica ou lignoceluiósica contendo celulose, a mistura da matéria-prima com um fluido, como um solvente, como água, e uma enzima selecionada para sacarificar a celulose, e o transporte da mistura resultante, como por trem ou caminhão, para uma instalação de etanol à base de milho ou à base de açúcar para produzir um in7/40 termediário ou produto que pode ser, por exemplo, qualquer um ou mais dos produtos aqui relacionados. Em alguns casos, o produto pode ser energia ou um combustível, por exemplo, biodiesel ou um álcool como etanol ou metanol. O intermediário ou produto também pode ser, por exemplo, um ácido carboxílico, um éster de um ácido carboxílico, um sal de um ácido carboxílico ou uma mistura dos mesmos.
Em algumas implementações, um ou mais componentes do equipamento de processamento, por exemplo, do equipamento de tratamento mecânico, do equipamento de tratamento químico (por exemplo, ácido ou básico), do equipamento de irradiação, do equipamento de sonicação, pirólise, oxidação, explosão de vapor, sacarificação e/ou fermentação, ou qualquer dos outros equipamentos aqui descritos, podem ser portáveis, por exemplo, da maneira do equipamento de processamento móvel descrito no pedido de patente norte-americana n° de série 12/374.549, e pedido publicado internacional n° WO 2008/011598, cujas descrições completas são aqui incorporadas por referência.
Alterar a estrutura molecular de um material, conforme aqui usado, significa alterar o arranjo ou conformação de ligações químicas da estrutura. Por exemplo, a alteração na estrutura molecular pode incluir a alteração da estrutura supramolecular do material, a oxidação do material, a alteração do peso molecular médio, a alteração da cristalinidade média, a alteração da área de superfície, a alteração do grau de polimerização, a alteração da porosidade, a alteração do grau de ramificação, a enxertia de outros materiais, a alteração do tamanho do domínio cristalino ou a alteração do tamanho de domínio global. Uma alteração na estrutura molecular pode ser efetuada usando-se qualquer um ou mais dos tratamentos físicos aqui descritos, isoladamente ou em qualquer combinação, aplicados uma vez ou repetidamente.
Todas as publicações, pedidos de patentes, patentes e outras referências aqui mencionadas ou anexadas são incorporadas por referência em sua inteireza por tudo o que contêm.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A figura 1 é um diagrama ilustrando a hidrólise enzimática de ce8/40 lulose em glicose.
A figura 2 é um fluxograma ilustrando a conversão de uma matéria-prima em etanol mediante produção e transporte de uma solução de glicose.
A figura 3 é um diagrama esquemático de uma instalação de fabricação de etanol que foi retroadaptada para utilizar as soluções e suspensões aqui apresentadas.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Materiais celulósicos e lignocelulósicos, como biomassa (por exemplo, biomassa vegetal, biomassa animal, papel e biomassa de refugos municipais), podem ser processados a um nível mais baixo de recalcitrância (caso necessário) e convertidos em produtos úteis, como aqueles aqui relacionados a título de exemplo. Descrevem-se aqui sistemas e processos que usam materiais celulósicos ou lignocelulósicos prontamente abundantes, mas frequentemente difíceis de processar, por exemplo, correntes de refugos municipais e correntes de refugos de papel, como correntes que incluem jornal, papel kraft, papel corrugado ou misturas dos mesmos. Genericamente, caso necessário, os materiais podem ser fisicamente tratados ou processados usando-se um ou mais de qualquer dos métodos aqui descritos, como tratamento mecânico, tratamento químico, radiação, sonicação, oxidação, pirólise e explosão de vapor.
Em alguns casos, uma instalação de fabricação utilizando os processos aqui descritos obterá várias matérias-primas diferentes no decorrer de sua operação. Algumas matérias-primas podem ser de composição relativamente homogênea, por exemplo, um carregamento de sabugos de milho, ao passo que outras matérias-primas podem ser de composição variável, por exemplo, refugos municipais.
As matérias-primas podem incluir, por exemplo, papel, produtos de papel, madeira, materiais relacionados a madeira, cartão de partículas, gramas, cascas de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, palha de coco, algas, celuloses alteradas, por exemplo, acetato de celulose, celulose regenerada, e outras ou
9/40 misturas de quaisquer dessas.
Em alguns casos, a biomassa é um material microbiano. Fontes microbianas incluem, mas não se limitam a, qualquer micro-organismo ou organismo de ocorrência natural ou geneticamente modificado que contenha, ou seja capaz de fornecer uma fonte de carboidratos (por exemplo, celulose), por exemplo, protistas, por exemplo, protistas animais (por exemplo, protozoários, como flagelados, ameboides, ciliados e esporozoários) e protistas vegetais (por exemplo, algas, como alveolados, clorarracniófitos, criptomônadas, euglenídeos, glaucófitos, haptófitos, algas vermelhas, estramenópilos e viridiplantae). Outros exemplos incluem algas marilhas, plâncton (por exemplo, macroplâncton, mesoplâncton, microplâncton, nanoplâncton, picoplâncton e femptoplâncton), fitoplâncton, bactérias (por exemplo, bactérias gram positivas, bactérias gram negativas e extremófilos), leveduras e/ou misturas desses. Em alguns casos, a biomassa microbiana pode ser obtida de fontes naturais, por exemplo, o oceano, lagos, massas d’água, por exemplo, água salgada ou água doce, ou em terra. Alternativamente ou, além disso, a biomassa microbiana pode ser obtida em sistemas de cultura, por exemplo, sistemas de cultura secos e úmidos em grande escala.
Para converter a matéria-prima em uma forma que possa ser prontamente processada em uma instalação de fabricação existente, por exemplo, uma instalação de proteínas em célula única, uma instalação de fabricação de enzima (por exemplo, enzima celulolítica) ou uma instalação de combustível, por exemplo, uma instalação de fabricação de etanol de milho ou grão, a celulose na matéria-prima é hidrolisada em carboidratos de baixo peso molecular, como açúcares, por um agente de sacarificação, por exemplo, uma enzima, um processo chamado de sacarificação. Em algumas implementações, o agente de sacarificação compreende um ácido, por exemplo, um ácido mineral. Quando se usa um ácido, podem-se gerar coprodutos que são tóxicos para os micro-organismos, caso em que o processo pode incluir a remoção desses coprodutos. A remoção pode ser realizada usando-se um carbono ativado, por exemplo, carvão ativado, ou outras técnicas adequadas.
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Os materiais que incluem a celulose são tratados com a enzima, por exemplo, por combinação do material e a enzima em um solvente, por exemplo, em uma solução aquosa.
Enzimas e organismos destruidores de biomassa que degradam biomassa, como as partes de celulose e/ou lignina da biomassa, contêm ou produzem várias enzimas celulolíticas (celulases), ligninases ou vários metabólitos destruidores de biomassa de molécula pequena. Essas enzimas podem ser um complexo de enzimas que agem sinergicamente para degradar as partes de celulose cristalina ou de lignina da biomassa. Exemplos de enzimas celulolíticas incluem: endoglucanases, celobioidrolases, e celobiases (β-glucosidases). Com referência à figura 1, um substrato çelulósico é inicialmente hidrolisado por endoglucanases em locais aleatórios, produzindo intermediários oligoméricos. Esses intermediários são, então, substratos para glucanases de exodivisão, como celobioidrolase, para produzir celobiose a partir das extremidades do polímero de celulose. A celobiose é um dímero de glicose ligado em 1,4 solúvel em água. Finalmente, a celobiase cliva a celobiose para fornecer glicose.
Uma celulase é capaz de degradar biomassa e pode ser de origem fúngica ou bacteriana. Enzimas adequadas incluem celulases dos gêneros Bacillus, Pseudomonas, Humicola, Fusarium, Thielavia, Acremonium, Chrysosporium e Trichoderma, e incluem espécies de Humicola, Coprinus, Thielavia, Fusarium, Myceliophthora, Acremonium, Cephalosporium, Scytalidium, Penicillium ou Aspergillus (vide, por exemplo, EP 458162), particularmente aquelas produzidas por uma cepa selecionada das espécies Humicola insolens (reclassificada como Scytalidium thermophilum, vide, por exemplo, a patente norte-americana n° 4.435.307), Coprinus cinereus, Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Meripilus giganteus, Thielavia terrestris, Acremonium sp., Acremonium persicinum, Acremonium acremonium, Acremonium brachypenium, Acremonium dichromosporum, Acremonium obclavatum, Acremonium pinkertoniae, Acremonium roseogriseum, Acremonium incoloratum, e Acremonium furatum; de preferência das espécies Humicola insolens DSM 1800, Fusarium oxysporum DSM 2672, Myceliophthora
11/40 thermophila CBS 117.65, Cephalosporium sp. RYM-202, Acremonium sp. CBS 478.94, Acremonium sp. CBS 265.95, Acremonium persicinum CBS 169.65, Acremonium acremonium AHU 9519, Cephalosporium sp. CBS 535.71, Acremonium brachypenium CBS 866.73, Acremonium dichromosporum CBS 683.73, Acremonium obclavatum CBS 311.74, Acremonium pinkertoniae CBS 157.70, Acremonium roseogriseum CBS 134.56, Acremonium incoloratum CBS 146.62, e Acremonium furatum CBS 299.70H. Enzimas celulolíticas também podem ser obtidas de Chrysosporium, de preferência uma cepa de Chrysosporium lucknowense. Além disso, podem-se usar Trichoderma (particularmente Trichoderma viride, Trichoderma reesei, e Trichoderma koningii), Bacillus alcalofílico (vide, por exemplo, a patente norteamericana n° 3.844.890 e EP 458162) e Streptomyces (vide, por exemplo, EP 458162).
O processo de sacarificação pode ser parcial ou completamente realizado em um tanque (por exemplo, um tanque com um volume de pelo menos 4.000, 40.000, ou 400.000 L) em uma instalação de fabricação, e/ou pode ser parcial ou completamente realizado em trânsito, por exemplo, em um vagão, caminhão tanque ou em um supertanque ou no porão de um navio. O tempo requerido para a sacarificação completa dependerá das condições do processo e da matéria-prima e enzima usadas. Se a sacarificação for realizada em uma instalação de fabricação sob condições controladas, a celulose pode ser convertida de maneira substancialmente completa em glicose em cerca de 12 a 96 horas. Se a sacarificação for realizada parcial ou completamente em trânsito, a sacarificação pode demorar mais.
É geralmente preferível que o conteúdo do tanque seja misturado durante a sacarificação, por exemplo, usando-se mistura a jato conforme descrito no pedido norte-americano provisório n° 61/218.832, cuja descrição completa é aqui incorporada por referência.
A adição de tensoativos pode aumentar a taxa de sacarificação. Exemplos de tensoativos incluem tensoativos não iônicos, como tensoativos de polietileno glicol Tween® 20 ou Tween® 80, tensoativos iônicos ou tensoativos anfotéricos.
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Em geral, é preferível que a concentração da solução de glicose resultante seja relativamente alta, por exemplo, maior que 40%, ou maior que 50, 60, 70, 80, 90 ou mesmo maior que 95% em peso. Isso reduz o volume a ser transportado e também inibe o crescimento microbiano na solução. Entretanto, podem-se usar concentrações mais baixas, caso em que pode ser desejável adicionar um aditivo antimicrobiano, por exemplo, um antibiótico de amplo espectro, em uma baixa concentração, por exemplo, 50 a 150 ppm. Outros antibióticos adequados incluem anfotericina B, ampicilina, cloranfenicol, ciprofloxacina, gentamicina, higromicina B, canamicina, neomicina, penicilina, puromicina, estreptomicina. Antibióticos inibem o crescimento de micro-organismos durante o transporte e armazenamento e podem ser usados a concentrações apropriadas, por exemplo, entre 15 e 1.000 ppm em peso, por exemplo, entre 25 e 500 ppm, ou entre 50 e 150 ppm. Caso desejado, um antibiótico pode ser incluído mesmo que a concentração de açúcar seja relativamente alta.
Uma solução de concentração relativamente alta pode ser obtida limitando-se a quantidade de água adicionada à matéria-prima com a enzima. A concentração pode ser controlada, por exemplo, por controle de quanta sacarificação ocorre. Por exemplo, a concentração pode ser aumentada pela adição de mais matéria-prima à solução. Para manter o açúcar que está sendo produzido em solução, pode-se adicionar um tensoativo, por exemplo, um dos acima discutidos. A solubilidade também pode ser aumentada aumentando-se a temperatura da solução. Por exemplo, a solução pode ser mantida a uma temperatura de 40 a 50°C, 60 a 80°C, ou mesmo mais alta.
Em algumas modalidades, a matéria-prima é processada para convertê-la em um material sólido conveniente e concentrado, por exemplo, em forma de pó, granulado ou partículas. O material concentrado pode estar em uma forma purificada ou crua ou bruta. A forma concentrada pode ter, por exemplo, uma concentração total de açúcar entre cerca de 90 por cento em peso e cerca de 100 por cento em peso, por exemplo, 92, 94, 96 ou 98 por cento em peso de açúcar. Essa forma pode ser particularmente eficaz em termos de custos para transportar, por exemplo, para uma instalação de
13/40 bioprocessamento, como uma instalação de fabricação de biocombustível. Essa forma também pode ser vantajosa para armazenar e manipular, mais fácil de fabricar e se torna tanto um intermediário, quanto um produto, dando uma opção à biorrefinaria quanto a quais produtos fabricar.
Em alguns casos, o material em pó, granulado ou partículas também pode incluir um ou mais dos materiais aqui descritos, por exemplo, aditivos ou substâncias químicas, como um nutriente, uma fonte de nitrogênio, por exemplo, ureia ou uma peptona, um tensoativo, uma enzima, ou qualquer micro-organismo aqui descrito. Em alguns casos, todos os materiais necessários para um bioprocesso são combinados no material em pó, granulado ou partículas. Essa forma pode ser uma forma particularmente conveniente para transporte até uma instalação de bioprocessamento remota, como uma instalação de fabricação de biocombustíveis remota. Essa forma também pode ser vantajosa para armazenar e manipular.
Em alguns casos, o material em pó, granulado ou partículas (com ou sem materiais adicionados, como aditivos e substâncias químicas) pode ser tratado por qualquer um dos tratamentos físicos aqui descritos. Por exemplo, a irradiação do material em pó, granulado ou partículas pode aumentar sua solubilidade e pode esterilizar o material, de modo que uma instalação de bioprocessamento possa integrar o material em seu processo diretamente, conforme requerido para um intermediário ou produto considerado.
Em certos casos, o material em pó, granulado ou partículas (com ou sem materiais adicionados, como aditivos e substâncias químicas) pode ser carreado em uma estrutura ou veículo para facilidade de transporte, armazenamento ou manipulação. Por exemplo, a estrutura ou veículo pode incluir ou incorporar uma bolsa ou camisa, como uma bolsa ou camisa degradável. Essa forma pode ser particularmente útil para adição diretamente a um sistema de bioprocesso.
Com referência à figura 2, um processo para a fabricação de um álcool, por exemplo, etanol, pode incluir, por exemplo, opcionalmente o tratamento mecânico da matéria-prima (etapa 110), antes e/ou depois desse
14/40 tratamento, opcionalmente o tratamento da matéria-prima com outro tratamento físico, por exemplo, irradiação, para reduzir ainda mais sua recalcitrância (etapa 112), a sacarificação da matéria-prima para formar uma solução de açúcar (etapa 114), o transporte, por exemplo, por uma tubulação, vagão, caminhão ou barcaça, da solução (ou da matéria-prima, enzima e água, se a sacarificação for realizada no transporte) para uma instalação de fabricação (etapa 116) e, então, o bioprocessamento da matéria-prima tratada para produzir produto desejado (etapa 118), que é, então, adicionalmente processado, por exemplo, por destilação (etapa 120). As etapas individuais desse processo serão descritas em detalhes abaixo. Caso desejado, as etapas de medição do teor de lignina (etapa 122) e estabelecimento ou ajuste dos parâmetros do processo (etapa 124) podem ser realizadas em vários estágios do processo, por exemplo, pouco antes da(s) etapa(s) de processo usada(s) para alterar a estrutura da matéria-prima, conforme mostrado. Se essas etapas forem incluídas, os parâmetros do processo são ajustados para compensar a variabilidade no teor de lignina da matéria-prima, conforme descrito no pedido norte-americano provisório número 61/151.724, depositado em 11 de fevereiro de 2009, cuja descrição completa é aqui incorporada por referência.
A instalação de fabricação pode ser, por exemplo, uma instalação de etanol à base de amido ou à base de açúcar existente ou uma que tenha sido adaptada por remoção ou descomissionamento do equipamento a montante do sistema de bioprocessamento (que, em uma instalação de etanol típica em geral inclui equipamento de recebimento de grãos, um moinho de martelos, um misturador de suspensão, equipamento de cozimento e equipamento de liquefação). Assim, a matéria-prima recebida pela instalação é enviada diretamente para o equipamento de fermentação. Uma instalação adaptada é mostrada esquematicamente na figura 3.
MATERIAIS DE BIOMASSA
A biomassa pode ser, por exemplo, um material celulósico ou iignocelulósico. Esses materiais incluem papel e produtos de papel (por exemplo, papel polirrevestido e papel Kraft), madeira, materiais relacionados
15/40 à madeira, por exemplo, cartão de partículas, gramas, cascas de arroz, bagaço, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, sabugos de milho, palha de coco; e materiais de alto teor de α-celulose, por exemplo, algodão. As matérias-primas podem ser obtidas em materiais têxteis de refugo vir5 gem, por exemplo, restos, refugos pós-consumo, por exemplo, farrapos. Quando se usam produtos de papel, eles podem ser materiais virgens, por exemplo, materiais virgens de refugo, ou podem ser refugos pós-consumo. Além das matérias-primas virgens, refugos pós-consumo, industriais (por exemplo, sobras) e de processamento (por exemplo, efluente do processa10 mento de papel) também podem ser usados como fontes de fibras. Matériasprimas de biomassa também podem ser obtidas ou derivadas de refugos humanos (por exemplo, esgotos), animais ou de plantas. Materiais celulósicos e lignocelulósicos adicionais foram descritos nas patentes norteamericanas n° 6.448.307, 6.258.876, 6.207.729, 5.973.035 e 5.952.105.
Em algumas modalidades, o material de biomassa inclui um carboidrato que é ou inclui um material com uma ou mais ligações β-1,4 e com um peso molecular médio numérico entre cerca de 3.000 e 50.000. Esse carboidrato é ou inclui celulose (I), que é derivada de (β-glicose 1) mediante condensação de ligações β(1,4)^Ικχ^Ϊ035. Essa ligação contrasta com as ligações a(1,4)-glicosídicas presentes em amido e outros carboidratos.
HO
HO
OH
OH ,OH
OH
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Materiais de amido incluem o próprio amido, por exemplo, amido de milho, amido de trigo, amido de batata ou amido de arroz, um derivado de amido ou um material que inclua amido, como um produto alimentar ou uma colheita comestível. Por exemplo, o material de amido pode ser arracacha, trigo-sarraceno, banana, cevada, mandioca, kudzu, oca, sagu, sorgo, batatas domésticas regulares, batata doce, taro, inhames, ou um ou mais feijões, como favas, lentilhas ou ervilhas. Misturas de quaisquer dois ou mais materiais de amido também são materiais de amido.
Em alguns casos, a biomassa é um material microbiano. Fontes microbianas incluem, mas não se limitam a, qualquer micro-organismo ou organismo de ocorrência natural ou geneticamente modificado que contenha, ou seja capaz de fornecer uma fonte de carboidratos (por exemplo, celulose), por exemplo, protistas, por exemplo, protistas animais (por exemplo, protozoários, como flagelados, ameboides, ciliados e esporozoários) e protistas vegetais (por exemplo, algas, como alveolados, clorarracniófitos, criptomônadas, euglenídeos, glaucófitos, haptófitos, algas vermelhas, estramenópilos e viridiplantae). Outros exemplos incluem algas marinhas, plâncton (por exemplo, macroplâncton, mesoplâncton, microplâncton, nanoplâncton, picoplâncton, e femptoplâncton), fitoplâncton, bactérias (por exemplo, bactérias gram positivas, bactérias gram negativas e extremófilos), leveduras e/ou misturas desses. Em alguns casos, a biomassa microbiana pode ser obtida de fontes naturais, por exemplo, o oceano, lagos, massas d’água, por exemplo, água salgada ou água doce, ou em terra. Alternativamente ou além disso, a biomassa microbiana pode ser obtida de sistemas de cultura, por exemplo, sistemas de cultura secos e úmidos em grande escala.
TRATAMENTO FÍSICO
Processos de tratamento físico podem inclui um ou mais daqueles aqui descritos, como tratamento mecânico, tratamento químico, irradiação, sonicação, oxidação, pirólise ou explosão de vapor. Os métodos de tratamento podem ser usados em combinações de dois, três, quatro ou mesmo todas essas tecnologias (em qualquer ordem). Quando se usa mais de um método de tratamento, os métodos podem ser aplicados ao mesmo tempo
17/40 ou em momentos diferentes. Outros processos que alteram a estrutura molecular de uma matéria-prima de biomassa também podem ser usados, isoladamente ou em combinação com os processos aqui descritos.
Um ou mais dos processos de tratamento descritos abaixo podem ser incluídos no sistema operacional de redução de recalcitrância acima discutido. Altemativamente ou além disso, podem-se incluir outros processos de redução de recalcitrância.
Tratamentos Mecânicos
Em alguns casos, os métodos podem incluir o tratamento mecânico da matéria-prima de biomassa. Tratamentos mecânicos incluem, por exemplo, corte, moagem, prensagem, trituração, cisalhamento e retalhamento. A moagem pode incluir, por exemplo, moagem com bolas, moagem com martelos, moagem a seco ou a úmido com rotor/estator ou outros tipos de moagem. Outros tratamentos mecânicos incluem, por exemplo, trituração com rochas, rachamento, rasgamento ou retalhamento mecânico, trituração com pinos ou moagem por atrito com ar.
O tratamento mecânico pode ser vantajoso para abrir, tensionar, romper e degradar os materiais celulósicos ou lignoceluiósicos, tornar a celulose dos materiais mais suscetíveis a cisão e/ou redução da cristalinidade. Os materiais abertos também podem ser mais suscetíveis à oxidação quando irradiados.
Em alguns casos, o tratamento mecânico pode incluir uma preparação inicial da matéria-prima conforme recebida, por exemplo, redução do tamanho dos materiais, como por corte, trituração, cisalhamento, pulverização ou retalhamento. Por exemplo, em alguns casos, matéria-prima frouxa (por exemplo, papel reciclado, materiais de amido ou grama) é preparada por cisalhamento ou retalhamento.
Alternativamente, ou além disso, a matéria-prima material pode ser fisicamente tratada por um ou mais dos outros métodos de tratamento físico, por exemplo, tratamento químico, radiação, sonicação, oxidação, pirólise ou explosão de vapor, e, então, mecanicamente tratada. Essa sequência pode ser vantajosa, pois materiais tratados por um ou mais dos outros tra18/40 tamentos, por exemplo, irradiação ou pirólise, tendem a ser mais frágeis e, consequentemente, pode ser mais fácil alterar ainda mais a estrutura molecular do material por tratamento mecânico.
Em algumas modalidades, a matéria-prima está na forma de um material fibroso, e o tratamento mecânico inclui o cisalhamento para expor as fibras do material fibroso. O cisalhamento pode ser realizado, por exemplo, usando-se um cortador de faca rotativa. Outros métodos de tratamento mecânico da matéria-prima incluem, por exemplo, moagem ou trituração. A moagem pode ser realizada usando-se, por exemplo, um moinho de martelos, moinho de bolas, moinho coloidal, moinho cônico ou de cones, moinho de discos, moinho de corte, moinho Wiley ou moinho de grãos. A trituração pode ser realizada usando-se, por exemplo, um triturador de rochas, triturador de pinos, triturador de café ou triturador de rebarbas. A trituração pode ser feita, por exemplo, por um pino reciprocante ou outro elemento, como no caso de um moinho de pinos. Outros métodos de tratamento mecânico incluem retalhamento ou rasgamento mecânico, outros métodos que apliquem pressão às fibras e moagem por atrito com ar. Tratamentos mecânicos adequados também incluem qualquer outra técnica que altere a estrutura molecular da matéria-prima.
Caso desejado, o material mecanicamente tratado pode ser passado através de uma peneira, por exemplo, com um tamanho de abertura médio de 1,59 mm ou menos (1/16 de polegada, 0,0625 polegadas). Em algumas modalidades, o cisalhamento, ou outro tratamento mecânico, e a peneiração são realizados concomitantemente. Por exemplo, pode-se usar um cortador de faca rotativa para cisalhar e peneirar concomitantemente a matéria-prima. A matéria-prima é cisalhada entre lâminas estacionárias e lâminas rotativas para fornecer um material cisalhado que atravesse uma peneira e seja capturado em um recipiente. O recipiente pode ter uma pressão abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos 10 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos 25 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, pelo menos 50 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, ou pelo menos 75 por cento abaixo da
19/40 pressão atmosférica nominal. Em algumas modalidades, utiliza-se uma fonte de vácuo para manter o recipiente abaixo da pressão atmosférica nominal.
O material celulósico ou lignocelulósico pode ser mecanicamente tratado em um estado seco (por exemplo, com pouca ou nenhuma água livre em sua superfície), um estado hidratado (por exemplo, com até dez por cento em peso de água absorvida), ou em um estado molhado, por exemplo, com entre cerca de 10 por cento e cerca de 75 por cento em peso de água. A fonte de fibras pode até ser mecanicamente tratada enquanto parcial ou completamente mergulhada sob um líquido, como água, etanol ou isopropanol.
O material celulósico ou lignocelulósico também pode ser mecanicamente tratado sob um gás (como vapor ou uma atmosfera de um gás diferente do ar), por exemplo, oxigênio ou nitrogênio, ou vapor.
Caso desejado, a lignina pode ser removida de quaisquer matérias-primas que incluam lignina. Da mesma forma, para auxiliar na degradação dos materiais que incluem celulose, o material pode ser tratado antes do ou durante o tratamento mecânico ou irradiação com calor, uma substância química (por exemplo, ácido mineral, base ou um oxidante forte, como hipoclorito de sódio) e/ou uma enzima. Por exemplo, a trituração pode ser realizada na presença de um ácido.
Sistemas de tratamento mecânico podem ser configurados para produzir correntes com características específicas como, por exemplo, tamanhos máximos específicos, comprimento para largura específico ou razões de áreas de superfície específicas. O tratamento mecânico pode aumentar a velocidade de reações ou reduzir o tempo de processamento requerido pela abertura dos materiais, e tornando-os mais acessíveis a processos e/ou reagentes, como reagentes em uma solução. A densidade aparente das matérias-primas também pode ser controlada usando-se o tratamento mecânico. Por exemplo, em algumas modalidades, depois do tratamento mecânico, o material tem uma densidade aparente menor que 0,25 g/cm3, por exemplo, 0,20 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,10 g/cm3, 0,05 g/cm3 ou menos, por exemplo, 0,025 g/cm3. A densidade aparente é determinada usan20/40 do-se ASTM D1895B. Resumidamente, o método envolve o enchimento de um cilindro de medição de volume conhecido com uma amostra e a obtenção do peso da amostra. A densidade aparente é calculada dividindo-se o peso da amostra em gramas pelo volume conhecido do cilindro em centímetros cúbicos.
Se a matéria-prima for um material fibroso, as fibras do material mecanicamente tratado podem ter uma razão de comprimento para diâmetro média relativamente grande (por exemplo, maior que 20 para 1), mesmo que tenham sido cisalhadas mais de uma vez. Além disso, as fibras dos materiais fibrosos aqui descritos têm uma distribuição relativamente estreita de comprimentos e/ou de razão comprimento para diâmetro.
Conforme aqui usado, larguras de fibras médias (por exemplo, diâmetros) são aquelas determinadas opticamente por seleção aleatória de aproximadamente 5.000 fibras. Comprimentos de fibras médios são comprimentos corrigidos por ponderação do comprimento. As áreas de superfície BET (Brunauer, Emmet e Teller) são áreas de superfícies em múltiplos pontos, e as porosidades são aquelas determinadas por porosimetria com mercúrio.
Se a matéria-prima for um material fibroso, a razão de comprimento para diâmetro média das fibras do material mecanicamente tratado pode ser, por exemplo, maior que 8/1, por exemplo, maior que 10/1, maior que 15/1, maior que 20/1, maior que 25/1, ou maior que 50/1. O comprimento de fibra médio do material mecanicamente tratado pode estar, por exemplo, entre cerca de 0,5 mm e 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 0,75 mm e 1,0 mm, e a largura média (por exemplo, diâmetro) do segundo material fibroso 14 pode estar, por exemplo, entre cerca de 5 pm e 50 pm, por exemplo, entre cerca de 10 pm e 30 pm.
Em algumas modalidades, se a matéria-prima for um material fibroso, o desvio padrão do comprimento de fibra do material mecanicamente tratado é menor que 60 por cento do comprimento de fibra médio do material mecanicamente tratado, por exemplo, menor que 50 por cento do comprimento médio, menor que 40 por cento do comprimento médio, menor que 25
21/40 por cento do comprimento médio, menor que 10 por cento do comprimento médio, menor que 5 por cento do comprimento médio, ou mesmo menor que 1 por cento do comprimento médio.
Em algumas modalidades, a área de superfície BET do material mecanicamente tratado é maior que 0,1 m2/g, por exemplo, maior que 0,25 m2/g, maior que 0,5 m2/g, maior que 1,0 m2/g, maior que 1,5 m2/g, maior que 1,75 m2/g, maior que 5,0 m2/g, maior que 10 m2/g, maior que 25 m2/g, maior que 35 m2/g, maior que 50 m2/g, maior que 60 m2/g, maior que 75 m2/g, maior que 100 m2/g, maior que 150 m2/g, maior que 200 m2/g, ou mesmo maior que 250 m2/g.
Uma porosidade do material mecanicamente tratado pode ser, por exemplo, maior que 20 por cento, maior que 25 por cento, maior que 35 por cento, maior que 50 por cento, maior que 60 por cento, maior que 70 por cento, maior que 80 por cento, maior que 85 por cento, maior que 90 por cento, maior que 92 por cento, maior que 94 por cento, maior que 95 por cento, maior que 97,5 por cento, maior que 99 por cento, ou mesmo maior que 99,5 por cento.
Em algumas situações, pode ser desejável preparar um material de baixa densidade aparente, densificar o material (por exemplo, para tornar mais fácil e menos oneroso o transporte para outro local) e, então, reverter o material a um estado de menor densidade aparente. Materiais densificados podem ser processados por qualquer um dos métodos aqui descritos, ou qualquer material processado por qualquer um dos métodos aqui descritos pode ser subsequentemente densificado, por exemplo, conforme exposto em WO 2008/073186.
Tratamento por Radiação
Pode-se usar uma ou mais sequências de processamento por radiação para processar a matéria-prima e para fornecer um material estruturalmente modificado que funcione como entrada para etapas e/ou sequências de processamento adicionais. A irradiação pode, por exemplo, reduzir o peso molecular e/ou cristalinidade da matéria-prima. Em algumas modalidades, a energia depositada em um material que libere um elétron de sua órbi22/40 ta atômica é usada para irradiar os materiais. A radiação pode ser fornecida por 1) partículas pesadas carregadas, como partículas alfa ou prótons, 2) elétrons, produzidos, por exemplo, em decaimento beta ou aceleradores de feixes de elétrons, ou 3) radiação eletromagnética, por exemplo, raios gama, raios X ou raios ultravioleta. Em uma abordagem, a radiação produzida por substâncias radioativas pode ser usada para irradiar a matéria-prima. Em algumas modalidades, qualquer combinação em qualquer ordem ou concomitantemente de (1) a (3) pode ser utilizada. Em outra abordagem, radiação eletromagnética (por exemplo, produzida usando-se emissores de feixes de elétrons) pode ser usada para irradiar a matéria-prima. As doses aplicadas dependem do efeito desejado e da matéria-prima particular. Por exemplo, altas doses de radiação podem romper ligações químicas dentro dos componentes da matéria-prima. Em alguns casos, quando a cisão da cadeia é desejável e/ou a funcionalização da cadeia polimérica é desejável, partículas mais pesadas que elétrons, como prótons, núcleos de hélio, íons argônio, íons silício, íons neônio, íons carbono, íons fósforo, íons oxigênio ou íons nitrogênio podem ser utilizados. Quando se deseja a cisão de cadeia para abertura de anel, podem-se utilizar partículas positivamente carregadas por suas propriedades de ácidos de Lewis para aumentar a cisão de cadeia para abertura de anel. Por exemplo, quando se deseja uma oxidação máxima, podem-se utilizar íons oxigênio, e, quando se deseja uma nitração máxima, podem-se utilizar íons nitrogênio.
Em um método, um primeiro material que é ou inclui celulose com um primeiro peso molecular médio numérico (MNi) é irradiado, por exemplo, por tratamento com radiação ionizante (por exemplo, na forma de radiação gama, radiação por raios X, luz ultravioleta (UV) de 100 nm a 280 nm, um feixe de elétrons ou outras partículas carregadas) para fornecer um segundo material que inclui celulose com um segundo peso molecular médio numérico (MN2) menor que o primeiro peso molecular médio numérico. O segundo material (ou o primeiro e o segundo materiais) podem ser combinados com um micro-organismo (com ou sem tratamento com enzima) que possa utilizar o segundo e/ou primeiro material ou seus açúcares constituin23/40 tes ou lignina para produzir um combustível ou outro produto útil que seja ou inclua hidrogênio, um álcool (por exemplo, etanol ou butanol, como n-, secou t-butanoi), um ácido orgânico, um hidrocarboneto ou misturas de quaisquer desses.
Como o segundo material tem celulose com um peso molecular reduzido com relação ao primeiro material e, em alguns casos, também uma cristalinidade reduzida, o segundo material em geral é mais dispersável, inchável e/ou solúvel em uma solução contendo um micro-organismo e/ou uma enzima. Essas propriedades tornam o segundo material mais suscetível a ataque químico, enzimático e/ou biológico com relação ao primeiro material, o que pode melhorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. A radiação também pode esterilizar os materiais ou quaisquer meios necessários para bioprocessar o material.
Em algumas modalidades, o segundo peso molecular médio numérico (Mn2) θ menor que o primeiro peso molecular médio numérico (MNi) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento, 60 por cento, ou mesmo mais do que cerca de 75 por cento.
Em alguns casos, o segundo material tem celulose com uma cristalinidade (C2) que é menor que a cristalinidade (C1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (C2) pode ser menor que (C-ι) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, ou mesmo mais do que cerca de 50 por cento.
Em algumas modalidades, o índice de cristalinidade de partida (antes da irradiação) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento, e o índice de cristalinidade depois da irradiação é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Entretanto, em algumas modalidades, por exemplo, após ampla irradiação, é possível ter um índice de cristalinidade menor que 5 por cento. Em algumas modalidades, o material após a irradiação é substancialmente amorfo.
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Em algumas modalidades, o peso molecular médio numérico de partida (antes da irradiação) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000, e o peso molecular médio numérico após a irradiação é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000. Entretanto, em algumas modalidades, por exemplo, após ampla irradiação, é possível ter um peso molecular médio numérico menor que cerca de 10.000 ou mesmo menor que cerca de 5.000.
Em algumas modalidades, o segundo material pode ter um nível de oxidação (O2) que é maior que o nível de oxidação (O^ do primeiro material. Um nível de oxidação mais aito do material pode ajudar em sua dispersibilidade, inchamento e/ou solubilidade, aumentando ainda mais a suscetibilidade do material a ataque químico, enzimático ou biológico. Em algumas modalidades, para aumentar o nível de oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, a irradiação é realizada sob um ambiente oxidante, por exemplo, sob uma camada de ar ou oxigênio, produzindo um segundo material que seja mais oxidado que o primeiro material. Por exemplo, o segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, que podem aumentar sua hidrofilicidade.
Radiação lonizante
Cada forma de radiação ioniza o material contendo carbono mediante interações particulares, conforme determinado pela energia da radiação. Partículas pesadas carregadas ionizam principalmente a matéria mediante espalhamento de Coulomb; além disso, essas interações produzem elétrons energéticos que podem ionizar ainda mais a matéria. Partículas alfa são idênticas ao núcleo de um átomo de hélio e são produzidas pelo decaimento alfa de vários núcleos radioativos, como isótopos de bismuto, polônio, astatínio, radônio, frâncio, rádio, vários actinídeos, como actínio, tório, urânio, neptúnio, cúrio, califórnio, amerício e plutônio.
Quando se utilizam partículas, elas podem ser neutras (não car25/40 regadas), positivamente carregadas ou negativamente carregadas. Quando carregadas, as partículas carregadas podem possuir uma única carga positiva ou negativa, ou múltiplas cargas, por exemplo, uma, duas, três ou mesmo quatro ou mais cargas. Nos casos em que se deseja uma cisão da cadeia, partículas positivamente carregadas podem ser desejáveis, em parte devida a sua natureza ácida. Quando se utilizam partículas, as partículas podem ter a massa de um elétron em repouso, ou mais, por exemplo, 500, 1.000, 1.500, 2.000, 10.000 ou mesmo 100.000 vezes a massa de um elétron em repouso. Por exemplo, as partículas podem ter uma massa de cerca de 1 unidade atômica a cerca de 150 unidades atômicas, por exemplo, de cerca de 1 unidade atômica a cerca de 50 unidades atômicas, ou de cerca de 1 a cerca de 25, por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 ou 15 amu. Os aceleradores usados para acelerar as partículas podem ser CC eletrostático, CC eletrodinâmico, RF linear, de indução magnética linear ou de onda contínua. Por exemplo, aceleradores do tipo ciclotron são disponíveis na IBA, Bélgica, como o sistema Rhodatron®, ao passo que aceleradores do tipo CC são disponíveis na RDI, agora IBA Industrial, como o Dynamitron®. íons e aceleradores de íons são discutidos em Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206, Chu, William T., OverView of Light-lon Beam Therapy ColumbusOhio, Encontro da ICRU-IAEA em 18-20 de março de 2006, Iwata, Y. et al., Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-lon Medicai Accelerators Atas da EPAC 2006, Edinburgo, Escócia, e Leaner, C.M. et al., Status of the Superconducting ECR lon Source Venus Atas da EPAC 2000, Viena, Áustria.
A radiação gama tem a vantagem de uma profundidade de penetração significativa em vários materiais. Fontes de raios gama incluem núcleos radioativos, como isótopos de cobalto, cálcio, tecnécio, cromo, gálio, índio, iodo, ferro, criptônio, samário, selênio, sódio, táiio e xenônio.
Fontes de raios X incluem a colisão de feixes de elétrons com alvos metálicos, como tungstênio ou molibdênio ou ligas, ou fontes de luz compactas, como aquelas produzidas comercialmente pela Lyncean.
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Fontes de radiação ultravioleta incluem lâmpadas de deutério ou cádmio.
Fontes de radiação infravermelha incluem lâmpadas cerâmicas com janela de safira, zinco ou seleneto.
Fontes de micro-ondas incluem klystrons, fontes RF do tipo Slevin ou fontes de feixes de átomos que empreguem os gases hidrogênio, oxigênio ou nitrogênio.
Em algumas modalidades, usa-se um feixe de elétrons como a fonte de radiação. Um feixe de elétrons tem as vantagens de altas taxas de dose (por exemplo, 1, 5 ou mesmo 10 Mrad por segundo), alta produção, menos contenção e menos equipamento de confinamento. Elétrons também podem ser mais eficientes para causar a cisão da cadeia. Além disso, elétrons com energias de 4-10 MeV podem ter uma profundidade de penetração de 5 a 30 mm ou mais, como 40 mm.
Feixes de elétrons podem ser gerados, por exemplo, por geradores eletrostáticos, geradores em cascata, geradores transformadores, aceleradores de baixa energia com um sistema de varredura, aceleradores de baixa energia com um catodo linear, aceleradores lineares e aceleradores pulsados. Elétrons como uma fonte de radiação ionizante podem ser úteis, por exemplo, para pilhas relativamente finas de materiais, por exemplo, de menos de 0,0127 metros (0,5 polegadas), por exemplo, menos de 0,010 metros, 0,007 metros, 0,005 metros (0,4 polegadas, 0,3 polegadas, 0,2 polegadas), ou menos de 0,002 metros (0,1 polegada). Em algumas modalidades, a energia de cada elétron do feixe de elétrons é de cerca de 0,3 MeV a cerca de 2,0 MeV (milhões de elétron volts), por exemplo, de cerca de 0,5 MeV a cerca de 1,5 MeV, ou de cerca de 0,7 MeV a cerca de 1,25 MeV.
Dispositivos de irradiação por feixe de elétrons podem ser comercialmente encontrados na lon Beam Applications, Louvain-la-Neuve, Bélgica, ou na Titan Corporation, San Diego, CA. Energias de elétrons típicas podem ser de 1 MeV, 2 MeV, 4,5 MeV, 7,5 MeV ou 10 MeV. A potência típica do dispositivo de irradiação por feixe de elétrons pode ser de 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 50 kW, 100 kW, 250 kW ou 500 kW. O nível de
27/40 despolimerização da matéria-prima depende da energia de elétrons usada e da dose aplicada, ao passo que o tempo de exposição depende da potência e da dose. Doses típicas podem ter valores de 1 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy ou 200 kGy.
Feixes de Partículas lônicas
Partículas mais pesadas que elétrons podem ser utilizadas para irradiar materiais, como carboidratos ou materiais que incluam carboidratos, por exemplo, materiais celulósicos, materiais lignocelulósicos, materiais de amido, ou misturas de quaisquer desses e outros aqui descritos. Por exemplo, podem-se utilizar prótons, núcleos de hélio, íons de argônio, íons de silício, íons de neônio, íons de carbono, íons de fósforo, íons de oxigênio ou íons de nitrogênio. Em algumas modalidades, partículas mais pesadas que elétrons podem induzir quantidades maiores de cisão da cadeia (com relação a partículas mais leves). Em alguns casos, partículas positivamente carregadas podem induzir quantidades maiores de cisão da cadeia do que partículas negativamente carregadas devido a sua acidez.
Feixes de partículas mais pesadas podem ser gerados, por exemplo, usando-se aceleradores lineares ou ciclotrons. Em algumas modalidades, a energia de cada partícula do feixe é de cerca de 1,0 MeV/unidade atômica a cerca de 6.000 MeV/unidade atômica, por exemplo, de cerca de 3 MeV/ unidade atômica a cerca de 4.800 MeV/unidade atômica, ou de cerca de 10 MeV/unidade atômica a cerca de 1.000 MeV/unidade atômica.
Em certas modalidades, feixes de íons usados para irradiar materiais contendo carbono, por exemplo, materiais de biomassa, podem incluir mais de um tipo de ion: Por exemplo, feixes de íons podem incluir misturas de dois ou mais (por exemplo, três, quatro ou mais) tipos diferentes de íons. Misturas exemplificativas podem incluir íons de carbono e prótons, íons de carbono e íons de oxigênio, íons de nitrogênio e prótons e íons de ferro e prótons. Mais geralmente, misturas de quaisquer dos íons aqui discutidos (ou quaisquer outros íons) podem ser usadas para formar os feixes de íons de irradiação. Em particular, misturas de íons relativamente leves e relativamente mais pesados podem ser usadas em um único feixe de íons.
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Em algumas modalidades, feixes de íons para a irradiação de materiais incluem íons positivamente carregados. Os íons positivamente carregados podem incluir, por exemplo, íons de hidrogênio positivamente carre„ gados (por exemplo, prótons), íons de gases nobres (por exemplo, hélio, 5 neônio, argônio), íons de carbono, íons de nitrogênio, íons de oxigênio, átomos de silício, íons de fósforo e íons metálicos como íons de sódio, íons de cálcio e/ou íons de ferro. Sem nos limitarmos a qualquer teoria, acredita-se que esses íons positivamente carregados se comportem quimicamente como frações de ácido de Lewis quando expostos a materiais, iniciando e man10 tendo as reações catiônicas de cisão de cadeia para abertura de anel em um ambiente oxidativo.
Em certas modalidades, feixes de íons para a irradiação de materiais incluem íons negativamente carregados. íons negativamente carregados podem incluir, por exemplo, íons hidrogênio negativamente carregados (por exemplo, íons de hidreto) e íons negativamente carregados de vários núcleos relativamente eletronegativos (por exemplo, íons de oxigênio, íons de nitrogênio, íons de carbono, íons de silício e íons de fósforo). Sem nos limitarmos a qualquer teoria, acredita-se que esses íons negativamente carregados se comportem quimicamente como frações base de Lewis quando expostos a materiais, ocasionando reações aniônicas de cisão da cadeia para abertura de anel em um ambiente redutor.
Em algumas modalidades, feixes para a irradiação de materiais podem incluir átomos neutros. Por exemplo, qualquer um ou mais de átomos de hidrogênio, átomos de hélio, átomos de carbono, átomos de nitrogênio, átomos de oxigênio, átomos de neônio, átomos de silício, átomos de fósforo, átomos de argônio e átomos de ferro pode estar incluído em feixes que sejam usados para a irradiação de materiais de biomassa. Em geral, misturas de quaisquer dois ou mais dos tipos acima de átomos (por exemplo, três ou mais, quatro ou mais, ou mesmo mais) podem estar presentes nos feixes.
Em certas modalidades, os feixes de íons usados para irradiar materiais incluem íons de carga única, como um ou mais de H+, H', He+, Ne+, Ar+, C+, C', O+, θ’, N+, Ν', Si+, Si', P+, P; Na+, Ca+, e Fe+. Em algumas moda29/40 lidades, os feixes de íons podem incluir íons com múltiplas cargas, como um ou mais de C2+, C3+, C4+, N3+, N5+, N3, O2+, O2‘, O2 2, Si2+, Si4+, Si2’, e Si4. Em geral, os feixes de íons também podem incluir íons polinucleares mais complexos com múltiplas cargas positivas ou negativas. Em certas modalidades, em virtude da estrutura do íon poiinuciear, as cargas positivas ou negativas podem estar eficazmente distribuídas por substancialmente toda a estrutura dos íons. Em algumas modalidades, as cargas positivas ou negativas podem estar de alguma forma localizadas em partes da estrutura dos íons.
Radiação Eletromagnética
Em modalidades em que a irradiação é realizada com radiação eletromagnética, a radiação eletromagnética pode ter, por exemplo, uma energia por fóton (em elétron volts) de mais de 102 eV, por exemplo, mais de 103, 104, 105, 106, ou mesmo mais de 107 eV. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem uma energia por fóton entre 104 e 107, por exemplo, entre 105 e 106 eV. A radiação eletromagnética pode ter uma frequência de, por exemplo, mais de 1016 hz, mais de 1017 hz, 1018, 1019, 1020, ou mesmo mais de 1021 hz. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem uma frequência entre 1018 e 1022 hz, por exemplo, entre 1019 e 1021 hz.
Doses
Em algumas modalidades, a irradiação (com qualquer fonte de radiação ou uma combinação de fontes) é realizada até que o material receba uma dose de pelo menos 0,25 Mrad, por exemplo, pelo menos 1,0 Mrad, pelo menos 2,5 Mrad, pelo menos 5,0 Mrad, ou pelo menos 10,0 Mrad. Em algumas modalidades, a irradiação é realizada até que o material receba uma dose entre 1,0 Mrad e 6,0 Mrad, por exemplo, entre 1,5 Mrad e 4,0 Mrad.
Em algumas modalidades, a irradiação é realizada a uma taxa de dose entre 5,0 e 1500,0 quilorads/hora, por exemplo, entre 10,0 e 750,0 quilorads/hora ou entre 50,0 e 350,0 quilorads/horas.
Em algumas modalidades, usam-se duas ou mais fontes de radiação, como duas ou mais radiações ionizantes. Por exemplo, as amostras
30/40 podem ser tratadas, em qualquer ordem, com um feixe de elétrons, seguido por radiação gama e luz UV com comprimentos de onda de cerca de 100 nm a cerca de 280 nm. Em algumas modalidades, as amostras são tratadas com três fontes de radiação ionizante, como um feixe de elétrons, radiação gama e luz UV energética.
Sonicação
Uma ou mais sequências de processamento por sonicação podem ser usadas para processar materiais de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substâncias úteis dos materiais e fornecer material orgânico parcialmente degradado (quando se empregam materiais orgânicos) que funciona como uma entrada para etapas e/ou sequências de processamento adicionais. A sonicação pode reduzir o peso molecular e/ou a cristalinidade dos materiais, como um ou mais de quaisquer dos materiais aqui descritos, por exemplo, uma ou mais fontes de carboidrato, como materiais celulósicos ou lignocelulósicos, ou materiais de amido.
Em um método, um primeiro material que inclui celulose com um primeiro peso molecular médio numérico (MNi) é dispersado em um meio, como água, e sonicado e/ou de outra forma cavitado, para fornecer um segundo material que inclui celulose com um segundo peso molecular médio numérico (Μνς) menor que o primeiro peso molecular médio numérico. O segundo material (ou o primeiro e o segundo materiais em certas modalidades) podem ser combinados com um micro-organismo (com ou sem tratamento com enzima) que possa utilizar o segundo e/ou primeiro material para produzir um combustível que seja ou inclua hidrogênio, um álcool, um ácido orgânico, um hidrocarboneto ou misturas de quaisquer desses.
Como o segundo material tem celulose com um peso molecular reduzido com relação ao primeiro material e, em alguns casos, também uma cristalinidade reduzida, o segundo material é, em geral, mais dispersável, inchável e/ou solúvel em uma solução contendo o micro-organismo, por exemplo, a uma concentração de mais de 106 micro-organismos/mL. Essas propriedades tornam o segundo material mais suscetível a ataque químico, enzimático e/ou microbiano com relação ao primeiro material, o que pode
31/40 melhorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. A sonicação também pode esterilizar os materiais, mas não deve ser usada enquanto os micro-organismos estão supostamente vivos.
Em algumas modalidades, o segundo peso molecular médio numérico (MN2) θ menor que o primeiro peso molecular médio numérico (MNi) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento, 60 por cento, ou mesmo mais do que cerca de 75 por cento.
Em alguns casos, o segundo material tem celulose com uma cristalinidade (C2) que é menor que a cristalinidade (C1) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (C2) pode ser menor que (C1) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, ou mesmo mais do que cerca de 50 por cento.
Em algumas modalidades, o índice de cristalinidade de partida (antes da sonicação) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento, e o índice de cristalinidade depois da sonicação é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Entretanto, em certas modalidades, por exemplo, após ampla sonicação, é possível ter um índice de cristalinidade menor que 5 por cento. Em algumas modalidades, o material após a sonicação é substancialmente amorfo.
Em algumas modalidades, o peso molecular médio numérico de partida (antes da sonicação) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000, e o peso molecular médio numérico após a sonicação é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000. Entretanto, em algumas modalidades, por exemplo, após ampla sonicação, é possível ter um peso molecular médio numérico menor que cerca de 10.000 ou mesmo menor que cerca de 5.000.
Em algumas modalidades, o segundo material pode ter um nível
32/40 de oxidação (O2) que é maior que o nível de oxidação (Oi) do primeiro material. Um nível de oxidação mais alto do material pode ajudar em sua dispersibilidade, inchamento e/ou solubilidade, aumentando ainda mais a suscetibilidade do material a ataque químico, enzimático ou microbiano. Em algumas modalidades, para aumentar o nível de oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, a sonicação é realizada em um meio oxidante, produzindo um segundo material que seja mais oxidado que o primeiro material. Por exemplo, o segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, que podem aumentar sua hidrofilicidade.
Em algumas modalidades, o meio de sonicação é um meio aquoso. Caso desejado, o meio pode incluir um oxidante, como um peróxido (por exemplo, peróxido de hidrogênio), um agente dispersante e/ou um tampão. Exemplos de agentes dispersantes incluem agentes dispersantes iônicos, por exemplo, lauril sulfato de sódio, e agentes dispersantes não iônicos, por exemplo, poli(etileno glicol).
Em outras modalidades, o meio de sonicação é não aquoso. Por exemplo, a sonicação pode ser realizada em um hidrocarboneto, por exemplo, tolueno ou heptano, um éter, por exemplo, éter dietílico ou tetrahidrofurano, ou mesmo em um gás liquefeito como argônio, xenônio ou nitrogênio.
Pirólise
Uma ou mais sequências de processamento por pirólise podem ser usadas para processar materiais contendo carbono de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substâncias úteis dos materiais e para fornecer materiais parcialmente degradados que funcionam como entrada para etapas e/ou sequências de processamento adicionais.
Em um exemplo, um primeiro material que inclui celulose com um primeiro peso molecular médio numérico (Mni) é pirolisado, por exemplo, por aquecimento do primeiro material em um forno de tubo (na presença ou ausência de oxigênio), para fornecer um segundo material que inclui celulose com um segundo peso molecular médio numérico (MN2) menor que o pri33/40 meiro peso molecular médio numérico. O segundo material (ou o primeiro e o segundo materiais em certas modalidades) é(são) combinado(s) com um micro-organismo (com ou sem hidrólise ácida ou enzimática) que possa utilizar o segundo e/ou primeiro material para produzir um combustível que seja ou inclua hidrogênio, um álcool (por exemplo, etanol ou butanol, como n-, sec ou t-butanol), um ácido orgânico, um hidrocarboneto ou misturas de quaisquer desses.
Como o segundo material tem celulose com um peso molecular reduzido com relação ao primeiro material e, em alguns casos, também uma cristalinidade reduzida, o segundo material em geral é mais dispersável, inchável e/ou solúvel em uma solução contendo o micro-organismo, por exemplo, a uma concentração de mais de 106 micro-organismos/mL. Essas propriedades tornam o segundo material mais suscetível a ataque químico, enzimático e/ou microbiano com relação ao primeiro material, o que pode melhorar grandemente a taxa de produção e/ou nível de produção de um produto desejado, por exemplo, etanol. A pirólise também pode esterilizar os primeiro e segundo materiais.
Em algumas modalidades, o segundo peso molecular médio numérico (MN2) θ menor que o primeiro peso molecular médio numérico (MNi) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 por cento, 60 por cento, ou mesmo mais do que cerca de 75 por cento.
Em alguns casos, o segundo material tem celulose com uma cristalinidade (C2) que é menor que a cristalinidade (C-ι) da celulose do primeiro material. Por exemplo, (C2) pode ser menor que (C-ι) em mais de cerca de 10 por cento, por exemplo, 15, 20, 25, 30, 35, 40, ou mesmo mais do que cerca de 50 por cento.
Em algumas modalidades, a cristalinidade de partida (antes da pirólise) é de cerca de 40 a cerca de 87,5 por cento, por exemplo, de cerca de 50 a cerca de 75 por cento ou de cerca de 60 a cerca de 70 por cento, e o índice de cristalinidade depois da pirólise é de cerca de 10 a cerca de 50 por cento, por exemplo, de cerca de 15 a cerca de 45 por cento ou de cerca de 20 a cerca de 40 por cento. Entretanto, em certas modalidades, por e34/40 xemplo, após ampla pirólise, é possível ter um índice de cristalinidade menor que 5 por cento. Em algumas modalidades, o material após a pirólise é substancialmente amorfo.
Em algumas modalidades, o peso molecular médio numérico de partida (antes da pirólise) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de cerca de 250.000 a cerca de 700.000, e o peso molecular médio numérico após a pirólise é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000. Entretanto, em algumas modalidades, por exemplo, após ampla pirólise, é possível ter um peso molecular médio numérico menor que cerca de 10.000 ou mesmo menor que cerca de 5.000.
Em algumas modalidades, o segundo material pode ter um nível de oxidação (O2) que é maior que o nível de oxidação (Cb) do primeiro material. Um nível de oxidação mais alto do material pode ajudar em sua dispersibilidade, inchamento e/ou solubilidade, aumentando ainda mais a suscetibilidade dos materiais a ataque químico, enzimático ou microbiano. Em algumas modalidades, para aumentar o nível de oxidação do segundo material com relação ao primeiro material, a pirólise é realizada em um ambiente oxidante, produzindo um segundo material que seja mais oxidado que o primeiro material. Por exemplo, o segundo material pode ter mais grupos hidroxila, grupos aldeído, grupos cetona, grupos éster ou grupos ácido carboxílico, que podem aumentar sua hidrofilicidade.
Em algumas modalidades, a pirólise dos materiais é contínua. Em outras modalidades, o material é pirolisado durante um tempo predeterminado e, então, deixado resfriar durante um segundo tempo predeterminado antes de nova pirólise.
Oxidação
Uma ou mais sequências de processamento oxidativo podem ser usadas para processar materiais contendo carbono de uma ampla variedade de diferentes fontes para extrair substâncias úteis dos materiais e para fornecer material parcialmente degradado e/ou alterado que funciona como
35/40 uma entrada para etapas e/ou sequências de processamento adicionais.
Em um método, um primeiro material que inclui celulose com um primeiro peso molecular médio numérico (Mni) e com um primeiro teor de oxigênio (Oi) é oxidado, por exemplo, por aquecimento do primeiro material em uma corrente de ar ou ar enriquecido com oxigênio, para fornecer um segundo material que inclui celulose com um segundo peso molecular médio numérico (Mn2) θ com um segundo teor de oxigênio (O2) maior que o primeiro teor de oxigênio (O-i).
Esses materiais também podem ser combinados com um sólido e/ou um líquido. O líquido e/ou sólido pode incluir um micro-organismo, por exemplo, uma bactéria, e/ou uma enzima. Por exemplo, a bactéria e/ou enzima pode trabalhar no material celulósico ou lignocelulósico para produzir um combustível, como etanol, ou um coproduto, como uma proteína. Combustíveis e coprodutos são descritos em FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES, USSN 11/453.951, depositado em 15 de junho de 2006. O conteúdo inteiro de cada um dos pedidos precedentes é aqui incorporado por referência.
Em algumas modalidades, o segundo peso molecular médio numérico é, no máximo, 97 por cento menor que o primeiro peso molecular médio numérico, por exemplo, no máximo 95 por cento, 90, 85, 80, 75, 70,
65, 60, 55, 50, 45, 40, 30, 20, 12,5, 10,0, 7,5, 5,0, 4,0, 3,0, 2,5, 2,0 ou no máximo 1,0 por cento menor que o primeiro peso molecular médio numérico. A quantidade de redução do peso molecular dependerá da aplicação. Por exemplo, em algumas modalidades preferidas que fornecem compósitos, o segundo peso molecular médio numérico é substancialmente igual ao primeiro peso molecular médio numérico. Em outras aplicações, como a preparação de etanol ou outro combustível ou coproduto, em geral se prefere uma maior quantidade de redução do peso molecular.
Em algumas modalidades em que os materiais sejam usados para preparar um combustível ou um coproduto, o peso molecular médio numérico de partida (antes da oxidação) é de cerca de 200.000 a cerca de 3.200.000, por exemplo, de cerca de 250.000 a cerca de 1.000.000 ou de
36/40 cerca de 250.000 a cerca de 700.000, e o peso molecular médio numérico após a oxidação é de cerca de 50.000 a cerca de 200.000, por exemplo, de cerca de 60.000 a cerca de 150.000 ou de cerca de 70.000 a cerca de 125.000. Entretanto, em algumas modalidades, por exemplo, após ampla oxidação, é possível ter um peso molecular médio numérico menor que cerca de 10.000 ou mesmo menor que cerca de 5.000.
Em algumas modalidades, o segundo teor de oxigênio é pelo menos cerca de cinco por cento maior que o primeiro teor de oxigênio, por exemplo, 7,5 por cento maior, 10,0 por cento maior, 12,5 por cento maior, 15,0 por cento maior ou 17,5 por cento maior. Em algumas modalidades preferidas, o segundo teor de oxigênio é pelo menos cerca de 20,0 por cento maior que o primeiro teor de oxigênio do primeiro material. O teor de oxigênio é medido por análise elementar por pirólise de uma amostra em um forno operando a 1.300°C ou mais. Um analisador elementar adequado é o analisador LECO CHNS-932 com um forno de pirólise a alta temperatura VTF900.
Geralmente, a oxidação de um material ocorre em um ambiente oxidante. Por exemplo, a oxidação pode ser efetuada ou auxiliada por pirólise em um ambiente oxidante, como em ar ou em ar enriquecido com argônio. Para auxiliar na oxidação, vários agentes químicos, como oxidantes, ácidos ou bases podem ser adicionados ao material antes da ou durante a oxidação. Por exemplo, um peróxido (por exemplo, peróxido de benzoíla) pode ser adicionado antes da oxidação.
Alguns métodos oxidativos de redução da recalcitrância empregam química Fenton ou do tipo Fenten. Esses métodos são descritos, por exemplo, no pedido norte-americano provisório n° 61/139.473, depositado em 19 de dezembro de 2008, cuja descrição completa é aqui incorporada por referência.
Oxidantes exemplificativos incluem peróxidos, como peróxido de hidrogênio e peróxido de benzoíla, persulfatos, como persulfato de amônio, formas ativadas de oxigênio, como ozônio, permanganatos, como permanganato de potássio, percloratos, como perclorato de sódio, e hipocloritos,
37/40 como hipoclorito de sódio (água sanitária).
Em algumas situações, o pH é mantido em ou abaixo de cerca de 5,5 durante o contato, como entre 1 e 5, entre 2 e 5, entre 2,5 e 5 ou entre cerca de 3 e 5. As condições também podem incluir um período de contato entre 2 e 12 horas, por exemplo, entre 4 e 10 horas ou entre 5 e 8 horas. Em alguns casos, as condições incluem não exceder 300°C, por exemplo, não exceder 250, 200, 150, 100 ou 50°C. Em casos desejáveis especiais, a temperatura permanece substancialmente a ambiente, por exemplo, a ou cerca de 20-25°C.
Em algumas modalidades desejáveis, o um ou mais oxidantes são aplicados a um primeiro material celulósico ou lignocelulósico e a um ou mais compostos como um gás, como por geração de ozônio in situ por irradiação do primeiro material celulósico ou lignocelulósico e a um ou mais compostos através do ar com um feixe de partículas, como elétrons.
Em modalidades desejáveis particulares, um primeiro material celulósico ou lignocelulósico é primeiro dispersado em água ou um meio aquoso que inclui o um ou mais compostos dispersados e/ou dissolvidos nele, a água é removida após um tempo de encharcamento (por exemplo, a água solta e livre é removida por filtração), e, então, o um ou mais oxidantes são aplicados à combinação como um gás, como por geração de ozônio in situ por irradiação do primeiro material celulósico ou lignocelulósico e o um ou mais compostos através do ar com um feixe de partículas, como elétrons (por exemplo, cada um sendo acelerado por uma diferença de potencial entre 3 MeV e 10 MeV). O encharcamento pode abrir partes internas à oxidação.
Em algumas modalidades, a mistura inclui um ou mais compostos e um ou mais oxidantes, e a razão molar do um ou mais compostos para o um ou mais oxidantes é de cerca de 1:1000 a cerca de 1:25, como de cerca de 1:500 a cerca de 1:25 ou de cerca de 1:100 a cerca de 1:25.
Em algumas modalidades desejáveis, a mistura também inclui uma ou mais hidroquinonas, como 2,5-dimetóxi-hidroquinona (DMHQ) e/ou uma ou mais benzoquinonas, como 2,5-dimetóxi-1,4-benzoquinona (DMBQ),
38/40 que podem auxiliar nas reações de transferência de elétrons.
Em algumas modalidades desejáveis, o um ou mais oxidantes são eletroquimicamente gerados in situ. Por exemplo, peróxido de hidrogênio e/ou ozônio podem ser eletroquimicamente produzidos dentro de um recipiente de contato ou de reação.
Outros Processos para Solubilizar, Reduzir a Recalcitrância ou Funcionalizar
Qualquer um dos processos deste parágrafo pode ser usado isoladamente sem nenhum dos processos aqui descritos ou em combinação com qualquer um dos processos aqui descritos (em qualquer ordem): explosão de vapor, tratamento com ácido (incluindo tratamento como ácido concentrado e diluído com ácidos minerais, como ácido sulfúrico, ácido clorídrico e ácidos orgânicos, como ácido trifluoroacético), tratamento com base (por exemplo, tratamento com cal ou hidróxido de sódio), tratamento com UV, tratamento por extrusão em parafuso (vide, por exemplo, o pedido de patente norte-americana n° de série 61/073.530, depositado em 18 de novembro de 2008, tratamento com solvente (por exemplo, tratamento com líquidos iônicos) e moagem sob congelamento (vide, por exemplo, o pedido de patente norte-americana n° de série 61/081.709).
PRODUÇÃO DE COMBUSTÍVEIS E/OU OUTROS PRODUTOS
Após uma ou mais das etapas de processamento acima discutidas terem sido realizadas na biomassa, os carboidratos complexos contidos nas frações de celulose e hemicelulose podem ser processados em açúcares fermentáveis usando-se um processo de sacarificação, conforme acima discutido.
Depois de a solução de açúcar resultante ter sido transportada para uma instalação de fabricação, os açúcares podem ser convertidos em vários produtos, como alcoóis, por exemplo, etanol, ou ácidos orgânicos. O produto obtido depende do micro-organismo utilizado e das condições sob as quais ocorre o bioprocessamento. Essas etapas podem ser realizadas, por exemplo, utilizando-se o equipamento existente de uma instalação de fabricação de etanol à base de milho.
39/40
Geralmente, a fermentação utiliza vários micro-organismos. A solução de açúcar produzida por sacarificação de materiais lignocelulósicos em geral contém xilose, assim como glicose. Pode ser desejável remover a xilose, por exemplo, por cromatografia, pois alguns micro-organismos comumente usados (por exemplo, leveduras) não agem em xilose. A xilose pode ser coletada e utilizada na fabricação de outros produtos, por exemplo, o adoçante Xilitol. A xilose pode ser removida antes ou depois da distribuição da solução de açúcar para a instalação de fabricação onde será realizada a fermentação.
O micro-organismb pode ser um micro-organismo natural ou um micro-organismo manipulado. Por exemplo, o micro-organismo pode ser uma bactéria, por exemplo, uma bactéria celulolítica, um fungo, por exemplo, uma levedura, uma planta ou um protista, por exemplo, uma alga, um protozoário ou um protista do tipo fungo, por exemplo, um mixomiceto. Quanto os organismos são compatíveis, podem-se utilizar misturas de organismos. O micro-organismo pode ser um aeróbio ou anaeróbio. O micro-organismo pode ser um micro-organismo homofermentativo (produz um produto final único ou substancialmente único). O micro-organismo pode ser um microorganismo homoacetogênico, um micro-organismo homolático, uma bactéria de ácido propiônico, uma bactéria de ácido butírico, uma bactéria de ácido succínico ou uma bactéria de ácido 3-hidroxipropiônico. O micro-organismo pode ser de um gênero selecionado do grupo Clostridium, Lactobacillus, Moorella, Thermoanaerobacter, Proprionibacteríum, Propionispera, Anaerobiospiríllum e Bacteríodes. Em casos específicos, o micro-organismo pode ser Clostridium formicoaceticum, Clostridium butyrícum, Moorella thermoacetica, Thermoanaerobacter kivui, Lactobacillus delbrukii, Propionibacteríum acidipropionici, Propionispera arborís, Anaerobiospiríllum succinicproducens, Bacteríodes amylophilus ou Bacteríodes ruminicola. Por exemplo, o microorganismo pode ser um micro-organismo recombinante manipulado para produzir um produto desejado, como uma Escherichia coli recombinante transformada com um ou mais genes capazes de codificar proteínas que dirijam a produção do produto desejado (vide, por exemplo, a patente norte40/40 americana n° 6.852.517, expedida em 8 de fevereiro de 2005).
Grupos ácido carboxílico em geral reduzem o pH da solução de fermentação, tendendo a inibir a fermentação com alguns micro-organismos, como Pichia stipitis. Portanto, em alguns casos, é desejável adicionar base e/ou um tampão, antes da ou durante a fermentação, para elevar o pH da solução. Por exemplo, hidróxido de sódio ou cal pode ser adicionada ao meio de fermentação para elevar o pH do meio até uma faixa que seja ótima para o micro-organismo utilizado.
A fermentação em geral é conduzida em um meio de crescimento aquoso, que contenha uma fonte de nitrogênio ou outra fonte de nutrientes, por exemplo, ureia, juntamente com vitaminas e minerais e metais residuais. Em geral, é preferível que o meio de crescimento seja estéril ou pelo menos tenha uma baixa carga microbiana, por exemplo, contagem bacteriana. A esterilização do meio de crescimento pode ser realizada de qualquer maneira desejada. Entretanto, em implementações preferidas, a esterilização é realizada por irradiação do meio de crescimento ou dos componentes individuais do meio de crescimento antes da mistura. A dosagem de radiação em geral é tão baixa quanto possível, enquanto ainda se obtêm resultados adequados, para minimizar o consumo de energia e os custos resultantes. Por exemplo, em muitos casos, o próprio meio de crescimento ou componentes do meio de crescimento podem ser tratados com uma dose de radiação menor que 5 Mrad, como menor que 4, 3, 2 ou 1 Mrad. Em casos específicos, o meio de crescimento é tratado com uma dose entre cerca de 1 e 3 Mrad.
OUTRAS MODALIDADES
Foram descritas inúmeras modalidades. Todavia, deve-se entender que várias modificações podem ser feitas sem sair do espírito e âmbito da descrição. Portanto, outras modalidades estão dentro do âmbito das reivindicações a seguir.
1/2

Claims (3)

REIVINDICAÇÕES
1/3 s=
Celobiose ou Celotetrose
ΕΓ
1. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma matéria-prima celulósica ou lignocelulósica, reduzir a recalcitrância da matéria-prima através da irradiação da
5 matéria-prima com radiação com feixe de elétrons a uma taxa de dose de 1 a 10 Mrad por segundo, em que a energia do elétron está na faixa de 4 a 10 MeV para fornecer uma profundidade de penetração de 5 a 40 mm;
tratar mecanicamente a matéria-prima irradiada para reduzir a densidade aparente da matéria-prima e/ou aumentar sua área de superfície;
10 misturar a matéria-prima irradiada, mecanicamente tratada com um fluido, um tensoativo e um agente de sacarificação enzimático, permitir que ocorra a sacarificação, resultando em uma solução ou suspensão de açúcar, em que através do controle da sacarificação o teor total de açúcar da solução ou suspensão é de pelo menos 20% em peso, e
15 transportar a mistura resultante.
2/3 *
«Ν
LL *
2/2 fato de que compreende adicionalmente remover a xilose da solução ou suspensão de açúcar.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente detoxificar a solução ou suspensão
5 de açúcar.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o tratamento mecânico compreende a realização de um processo de cisalhamento na matéria-prima.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo 10 fato de que a redução da recalcitrância compreende ainda tratamento químico, sonicação, pirólise, oxidação ou explosão de vapor da matériaprima.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a produção
15 de energia ou de um combustível a partir da mistura transportada.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente o transporte da mistura para uma instalação de etanol de amido, sacarose ou lactose adaptada ou existente.
20
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor total de açúcar da solução ou suspensão é de pelo menos 40% em peso.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda converter a solução ou
25 suspensão em um material sólido.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda transportar o material sólido para uma instalação de bioprocessamento.
Petição 870170046594, de 04/07/2017, pág. 10/13
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente permitir que uma sacarificação pelo menos parcial ocorra antes do transporte.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo 20 fato de que compreende permitir que uma sacarificação substancialmente completa ocorra antes do transporte.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda remover e/ou a desnaturar o agente de sacarificação.
25 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
4, caracterizado pelo fato de que transportar compreende o transporte da mistura para uma instalação configurada para converter amido, sacarose ou lactose, utilizando um micro-organismo, em etanol.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo
30 fato de que transportar compreende o transporte em um vagão tanque, caminhão tanque, tubulação ou recipiente tanque.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo
Petição 870170046594, de 04/07/2017, pág. 9/13
3/3 ιο
Ο <*>
d ί
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100124583A1 (en) * 2008-04-30 2010-05-20 Xyleco, Inc. Processing biomass
RU2626541C2 (ru) 2008-04-30 2017-07-28 Ксилеко, Инк. Переработка биомассы
CN102362029B (zh) 2009-08-24 2014-10-15 阿文戈亚生物能源新技术公司 由纤维素生物质生产乙醇和副产物的方法
AP2016009365A0 (en) * 2010-02-17 2016-08-31 Xyleco Inc Processing biomass
CA2802014A1 (en) * 2010-06-08 2011-12-15 Kenneth Hillel Peter Harris Methods for making animal feed from lignocellulosic biomass
AU2011317153B2 (en) * 2010-10-20 2015-04-09 Xyleco, Inc. Method for treating lignocellulosic material by irradiating with an electron beam
UA119962C2 (uk) * 2011-02-14 2019-09-10 Ксілеко, Інк. Спосіб виготовлення ферментованого продукту
JP5867911B2 (ja) * 2011-03-02 2016-02-24 日立造船株式会社 廃棄物からエタノールを製造する方法
KR101316733B1 (ko) * 2011-09-23 2013-10-10 한국과학기술연구원 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법 및 이를 이용한 유기산 또는 바이오 연료의 제조방법
SG10201605234XA (en) * 2011-12-22 2016-08-30 Xyleco Inc Processing biomass for use in fuel cells
SG10201604707XA (en) 2011-12-22 2016-07-28 Xyleco Inc Processing biomass
CN103998614A (zh) 2011-12-22 2014-08-20 希乐克公司 加工生物质
MY169799A (en) 2011-12-22 2019-05-16 Xyleco Inc Processing biomass for use in fuel cells related applications
JP2013215187A (ja) * 2012-03-15 2013-10-24 Kao Corp 糖の製造方法
JP6004321B2 (ja) * 2012-04-18 2016-10-05 日立造船株式会社 厨芥類のエタノール発酵における雑菌増殖抑制方法
UA116630C2 (uk) * 2012-07-03 2018-04-25 Ксілеко, Інк. Спосіб перетворення цукру на фурфуриловий спирт
JP2014079242A (ja) * 2012-09-27 2014-05-08 Panakku Kogyo Kk セルロースエステル材の処理方法及びセルロース材の分解方法
EA031822B1 (ru) * 2012-10-10 2019-02-28 Ксилеко, Инк. Способ обработки материала биомассы
JP6655393B2 (ja) 2012-10-10 2020-02-26 ザイレコ，インコーポレイテッド 放射線から材料加工処理機器を保護する方法
KR101465678B1 (ko) * 2012-11-05 2014-11-26 공주대학교 산학협력단 사카라이드 제조방법 및 이를 이용한 바이오에탄올
NZ743055A (en) 2013-03-08 2020-03-27 Xyleco Inc Equipment protecting enclosures
US9376697B2 (en) 2013-05-01 2016-06-28 The University Of Kentucky Research Foundation On-farm integrated high-solids processing system for biomass
WO2015126463A2 (en) * 2014-02-19 2015-08-27 Xyleco, Inc. Processing biomass
MY179239A (en) * 2014-09-19 2020-11-02 Xyleco Inc Saccharides and saccharide compositions and mixtures
WO2016161515A1 (en) 2015-04-10 2016-10-13 Comet Biorefining Inc. Methods and compositions for the treatment of cellulosic biomass and products produced thereby
CN110273310A (zh) * 2019-03-20 2019-09-24 杭州电子科技大学 一种利用mfc处理办公室废纸的方法
JP2023142623A (ja) 2022-03-25 2023-10-05 セイコーエプソン株式会社 セルロースの糖化方法

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US181136A (en) 1876-08-15 Improvement in processes for coating seeds preparatory to planting
JPS5028515B2 (pt) 1971-09-30 1975-09-16
US4220721A (en) * 1979-04-27 1980-09-02 University Of Arkansas Foundation Method for enzyme reutilization
DK187280A (da) 1980-04-30 1981-10-31 Novo Industri As Ruhedsreducerende middel til et fuldvaskemiddel fuldvaskemiddel og fuldvaskemetode
US4409329A (en) * 1981-03-23 1983-10-11 Gulf Research & Development Company Saccharification method
US4470851A (en) * 1981-03-26 1984-09-11 Laszlo Paszner High efficiency organosolv saccharification process
US4497896A (en) * 1982-07-19 1985-02-05 St. Lawrence Technologies Limited Fermentation of glucose with recycle of non-fermented components
JPS6178390A (ja) 1984-09-25 1986-04-21 Japan Atom Energy Res Inst セルロ−ス廃資源の糖化発酵における前処理方法
JPS63192397A (ja) * 1987-02-05 1988-08-09 Shokuhin Sangyo Bio Riakutaa グルコースの連続的製造法
JPH0427386A (ja) 1990-05-24 1992-01-30 Kao Corp プロテアーゼ耐性セルラーゼ、これを産生する微生物及び該セルラーゼの製造法
US5196069A (en) * 1991-07-05 1993-03-23 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Apparatus and method for cellulose processing using microwave pretreatment
FR2683825B1 (fr) * 1991-11-18 1995-01-06 Ungda Utilisation des antibiotiques ionophores polyethers pour limiter la croissance bacterienne en fermentation alcoolique industrielle.
BR9600672A (pt) * 1996-03-08 1997-12-30 Dedini S A Administracao E Par Processo de hidrólise ácido de material lignocelulósico e reator de hidrólise
US6448307B1 (en) 1997-09-02 2002-09-10 Xyleco, Inc. Compositions of texturized fibrous materials
US5973035A (en) 1997-10-31 1999-10-26 Xyleco, Inc. Cellulosic fiber composites
US5952105A (en) 1997-09-02 1999-09-14 Xyleco, Inc. Poly-coated paper composites
US20020010229A1 (en) 1997-09-02 2002-01-24 Marshall Medoff Cellulosic and lignocellulosic materials and compositions and composites made therefrom
US20030187102A1 (en) 1997-09-02 2003-10-02 Marshall Medoff Compositions and composites of cellulosic and lignocellulosic materials and resins, and methods of making the same
US6451123B1 (en) 1999-01-14 2002-09-17 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Process for the separation of sugars
US7074603B2 (en) 1999-03-11 2006-07-11 Zeachem, Inc. Process for producing ethanol from corn dry milling
BR0010379A (pt) 1999-03-11 2001-12-26 Dan Verser Processo para a produção de etanol
US6852517B1 (en) 1999-08-30 2005-02-08 Wisconsin Alumni Research Foundation Production of 3-hydroxypropionic acid in recombinant organisms
US6737258B2 (en) * 2000-04-10 2004-05-18 Midwest Research Institute Process for the conversion of and aqueous biomass hydrolyzate into fuels or chemicals by the selective removal of fermentation inhibitors
WO2003010339A1 (en) 2001-07-24 2003-02-06 Arkenol, Inc. Separation of xylose and glucose
GB0218019D0 (en) 2002-08-05 2002-09-11 Ciba Spec Chem Water Treat Ltd Production of a fermentation product
WO2005067531A2 (en) * 2004-01-16 2005-07-28 Novozymes Inc. Methods for degrading lignocellulosic materials
US7353008B2 (en) 2004-04-21 2008-04-01 Agilent Technologies, Inc. Method and system for optimizing decibel data conversion
US20060007691A1 (en) * 2004-07-06 2006-01-12 Depenbusch Dennis H Aerodynamic elliptical outdoor lighting support
JP2008506370A (ja) * 2004-07-16 2008-03-06 イオゲン エナジー コーポレーション セルロース系バイオマスから糖の製品流を得る方法
DE602004019993D1 (de) * 2004-08-31 2009-04-23 Biomass Technology Ltd Verfahren und vorrichtungen zur kontinuierlichen verarbeitung erneuerbarer rohstoffe
JP4554314B2 (ja) 2004-09-22 2010-09-29 財団法人地球環境産業技術研究機構 リグノセルロースの連続糖化法
CN101090962B (zh) * 2004-11-29 2012-04-18 因必康有限公司 干物质（dm）含量高的生物质的酶水解
US7708214B2 (en) 2005-08-24 2010-05-04 Xyleco, Inc. Fibrous materials and composites
WO2007009463A2 (en) * 2005-07-19 2007-01-25 Holm Christensen Biosystemer Aps Method and apparatus for conversion of cellulosic material to ethanol
US20080020437A1 (en) * 2006-07-20 2008-01-24 Savarese John J Apparatus and method for producing fuel ethanol from biomass
KR20090046851A (ko) 2006-07-21 2009-05-11 질레코 인코포레이티드 바이오매스의 변환 시스템
US8170908B1 (en) 2006-08-10 2012-05-01 Vaughan Jr John Thomas Apparatus and method for processing agricultural materials and changing the proportions of output materials
JP4565164B2 (ja) 2006-08-31 2010-10-20 独立行政法人産業技術総合研究所 糖製造方法、エタノール製造方法及び乳酸製造方法
US7629156B2 (en) 2006-09-28 2009-12-08 E.I. Du Pont De Nemours And Company Ethanol production in fermentation of mixed sugars containing xylose
CA3010054A1 (en) * 2006-10-26 2008-06-19 Xyleco, Inc. Methods of processing biomass comprising electron-beam radiation
CN101600804A (zh) 2006-11-13 2009-12-09 丹尼斯科美国公司 改善纤维素转化过程产率的方法
ES2376064T3 (es) * 2007-03-14 2012-03-08 Danisco Us Inc. La a-amilasa de trichoderma reesei fomenta la sacarificación de almidón de ma�?z.
WO2008134037A1 (en) * 2007-04-27 2008-11-06 Regents Of The Universty Of California Treatment of lignocellulosic biomass with surfactants
CA2685177A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-13 Mascoma Corporation Two-stage method for pretreatment of lignocellulosic biomass
US8097441B2 (en) * 2007-05-31 2012-01-17 Kou-Cheng Peng Ethanol production from graminaceous plants by using immobilized carbohydrate hydrolases on nanoparticles
CN101765655A (zh) * 2007-05-31 2010-06-30 诺维信北美公司 产生发酵产物的方法
CN101778945A (zh) * 2007-06-08 2010-07-14 诺维信北美公司 用于产生发酵产物的方法
MY179534A (en) 2007-06-28 2020-11-10 Dow Brasil Sudeste Ind Ltda Methods to control bacterial growth in fermentation processes
PT2164975E (pt) 2007-07-06 2012-03-08 Basf Se Processo para a produção de uma solução aquosa de glicose
WO2009012256A1 (en) 2007-07-16 2009-01-22 Genentech, Inc. Humanized anti-cd79b antibodies and immunoconjugates and methods of use
US7807419B2 (en) * 2007-08-22 2010-10-05 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for concentrated biomass saccharification
WO2009061746A2 (en) * 2007-11-05 2009-05-14 Energy Enzymes, Inc. Process for integrating cellulose and starch feedstocks in ethanol production
SE532768C2 (sv) * 2008-02-11 2010-04-06 Sekab E Technology Ab Förfarande för framställning av etanol utifrån sockerartshaltig lösning/suspension medelst fermentering

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