DE102007054150A1 - Process for the production of biobutanol from biomass - Google Patents

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Martin Ehrig
Werner BÄCKER
Jürgen Dr. Bausa
Andre Düx
Sebastian Dr. Schmidt
Michael Dr. Traving
Mitja Dr. Medved
Guenter Dr. Olf
Georg Dr. Ronge
Rafael Warsitz
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/16—Butanols
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Biobutanol mittels Fermentation aus pflanzlichen Rohstoffen unter Verwendung von Umkehrosmose als Trennschritt.The invention relates to a process for the production of biobutanol by fermentation from vegetable raw materials using reverse osmosis as separation step.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Biobutanol mittels Fermentation aus pflanzlichen Rohstoffen unter Verwendung von Umkehrosmose als Trennschritt.The The invention relates to a process for the production of biobutanol using fermentation from vegetable raw materials using of reverse osmosis as a separation step.

Biobutanol kann mittels Fermentation aus zucker- und stärkehaltigen Lösungen gewonnen werden, einen Überblick hierzu geben D. Jones und D. Woods in ihrem Artikel „Acetone-Butanol revisited" (Microbiological Reviews, 1986, p. 484–524) . Für die beschriebenen Prozesse werden Clostridien eingesetzt. Weiterhin ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die gelöste Glukose in diskontinuierlich betriebenen Fermentern zu Butanol umgesetzt wird, wobei als Nebenprodukte Aceton, Ethanol, Wasserstoff und Kohlendioxid entstehen. Da Butanol inhibierend auf den Prozess wirkt, ist die erreichbare Produktkonzentration in der Fermentationsmaische begrenzt, laut Jones und Wood auf ca. 12–22 g/l, was etwa Anteilen in der Fermentationsmaische von 1,2 bis 2,2 Gew-% entspricht. Die direkte Produktabtrennung aus der resultierenden Suspension ist daher recht aufwändig und beeinflusst die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens negativ.Biobutanol can be obtained by fermentation from sugar- and starch-containing solutions, give an overview D. Jones and D. Woods in their article "Acetone butanol revisited" (Microbiological Reviews, 1986, pp. 484-524) , Clostridia are used for the described processes. Furthermore, the method is characterized in that the dissolved glucose is reacted in batchwise operated fermenters to butanol, with by-products acetone, ethanol, hydrogen and carbon dioxide. Since butanol inhibits the process, the achievable product concentration in the fermentation mash is limited, according to Jones and Wood to about 12-22 g / l, which corresponds to about proportions in the fermentation mash of 1.2 to 2.2% by weight. The direct product separation from the resulting suspension is therefore quite complicated and affects the economy of the process negative.

Den Einsatz von Umkehrosmose zur partiellen Abtrennung des produzierten Butanols von 0,6 Gew-% auf 1–2 Gew-% offenbaren Yiamsobat, S. et al (Microbial Utilization of renewable resources (1991) 7, 544–550) , allerdings wird hier zuvor die Biomasse aus der Fermentationsmaische mittels Mikrofiltration abgetrennt und eine reine Glukoselösung als Ausgangsmaterial für die Umwandlung zu Butanol verwendet. Bedingt hierdurch wird die technische Einsatzmöglichkeit eines solchen Verfahrens nicht offenbart, da die verwendete Glukoselösung als Ausgangmaterial durch ihre hohen Kosten wirtschaftlich ungeeignet angesehen werden kann. Die entstehende Verschmutzungsproblematik beim Einsatz faser- und proteinhaltiger pflanzlicher Rohstoffe als Ausgangmaterial wird hierdurch ebenfalls nicht betrachtet und somit auch keine Ansätze zu deren Lösung offenbart. Die aus dem Verfahren resultierende Erhöhung des Anteils an Butanol um lediglich einen Faktor von etwa 3 auf 1–2 Gew-% macht das offenbarte Verfahren weiter unvorteilhaft, da nachfolgende Behandlungsschritte einen vergleichbaren energetischen Aufwand erfordern würden, den es bedürfte eine direkte Produktabtrennung aus der resultierenden Mischung durchzuführen.Reveal the use of reverse osmosis to partially remove the produced butanol from 0.6% by weight to 1-2% by weight Yiamsobat, S. et al (Microbial Utilization of Renewable Resources (1991) 7, 544-550) , but here before the biomass is separated from the fermentation mash by microfiltration and a pure glucose solution is used as starting material for the conversion to butanol. Due to this, the technical feasibility of such a method is not disclosed, since the glucose solution used can be considered economically unsuitable as a starting material due to their high cost. The resulting problem of contamination when using fiber and protein-containing vegetable raw materials as a starting material is thus also not considered and thus no approaches to their solution disclosed. The resulting increase in the butanol content by only a factor of about 3 to 1-2 weight percent further renders the disclosed process unfavorable because subsequent treatment steps would require a comparable energy expense requiring direct product separation from the resulting product Perform mixture.

Albert Garcia III. offenbart ebenfalls die Aufkonzentrierung eines butanolhaltigen Ultrafiltrationspermeats durch Umkehrosmose ( Dissertation, University of Missouri-Columbia, USA, 1984; Biotechnology and Bioengineering, (1986) 28, 785–791 ). Als Ausgangsmaterial für die Fermentation kommt hierbei filtrierte Mais-Maische zum Einsatz. Weiterhin wird eine Ultrafiltration nach der Fermentation vorgesehen, um eine Zellrückhaltung zu bewirken. Weiterhin soll offenbarungsgemäß der Zulauf für die Umkehrosmose soweit gereinigt werden, dass in diesem Verfahrensschritt kein Fouling auftritt. Die Wirkung auf den Verfahrensschritt der Umkehrosmose ist erreicht worden, allerdings wird eine schnelle Belegung der Ultrafiltrationsmembran ebenfalls offenbart. Es fehlt also ein Verfahrensschritt, der jene löslichen Komponenten des Ausgangsmaterials, die den Belag verursachen, zuvor abtrennt, um eine wirtschaftliche und verlässliche Betriebsweise des Verfahrens zu ermöglichen.Albert Garcia III. also discloses the concentration of a butanol-containing ultrafiltration permeate by reverse osmosis ( Dissertation, University of Missouri-Columbia, USA, 1984; Biotechnology and Bioengineering, (1986) 28, 785-791 ). The starting material for fermentation is filtered corn mash. Furthermore, ultrafiltration after fermentation is provided to effect cell retention. Furthermore, according to the disclosure, the feed for the reverse osmosis should be cleaned to such an extent that no fouling occurs in this process step. The effect on the process step of reverse osmosis has been achieved, however, a rapid occupancy of the ultrafiltration membrane is also disclosed. Thus, there is no process step which previously separates those soluble components of the starting material which cause the coating to allow an economical and reliable operation of the process.

Es stellt sich damit die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Biobutanol mittels Fermentation aus feststoffhaltigen, pflanzlichen Rohstoffen bereitzustellen, das die Probleme des Standes der Technik löst und wodurch sich ein verringerter Energiebedarf des Gesamtprozesses ergibt.It thus sets itself the task of a method for the production of Biobutanol by fermentation of solids, vegetable Providing raw materials that addresses the problems of the prior art dissolves and which results in a reduced energy requirement of the Overall process results.

Es wurde überraschend gefunden, dass die Aufgabe mittels eines Verfahrens zur Herstellung von Biobutanol aus pflanzlichen Rohstoffen umfassend mindestens die Schritte:

  • a) Umwandeln der pflanzlichen Rohstoffe in eine glukosereiche Fraktion, umfassend verwertbare Zucker,
  • b) mindestens teilweises Umwandeln der in der glukosereichen Fraktion enthaltenen verwertbaren Zucker in Biobutanol mittels Mikroorganismen durch eine Fermentation,
  • c) Abtrennen der Mikroorganismen erhaltend ein Fermentationsprodukt umfassend Biobutanol und eine Biomasselösung umfassend die Mikroorganismen, sowie gegebenenfalls mindestens teilweises Rückführen der Biomasselösung in die Fermentation und/oder in das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe gemäß Schritt ab),
  • d) Abtrennen mindestens eines Teils des im Fermentationsprodukt enthaltenen Biobutanols durch eine Umkehrosmose, sowie gegebenenfalls mindestens teilweises Rückführen des aus Schritt d) erhaltenen restlichen Fermentationsprodukts in das Umwandeln durch eine Fermentation,
  • e) gegebenenfalls weiteres Behandeln der aus Schritt d) durch Umkehrosmose erhaltenen Biobutanollösung,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Umwandeln der pflanzlichen Rohstoffe in eine glukosereiche Fraktion, enthaltend verwertbare Zucker gemäß a) mindestens die Schritte
  • aa) Mahlen der pflanzlichen Rohstoffe,
  • ab) Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe aus aa) mit Wasser, erhaltend eine Maische,
  • ac) gegebenenfalls Abtrennen von gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffen aus der Maische und Trocknen der gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffe,
  • ad) Behandeln der Maische im Wässrigen mit mindestens einem Enzym zur Spaltung von poly-Zuckern,
  • ae) Abtrennen der nach ad) verbleibenden Feststofffraktion, erhaltend die glukosereiche Fraktion, enthaltend verwertbare Zucker
umfasst, gelöst werden kann.It has surprisingly been found that the object is achieved by means of a process for the production of biobutanol from vegetable raw materials comprising at least the steps:
  • a) converting the vegetable raw materials into a high-glucose fraction comprising usable sugars,
  • b) at least partially converting the usable sugars contained in the glucose-rich fraction into biobutanol by means of microorganisms by a fermentation,
  • c) separating the microorganisms containing a fermentation product comprising biobutanol and a biomass solution comprising the microorganisms, and optionally at least partially recycling the biomass solution into the fermentation and / or blending the ground vegetable raw materials according to step ab)),
  • d) separating at least a portion of the biobutanol contained in the fermentation product by a reverse osmosis, and optionally at least partially recycling the remaining fermentation product obtained from step d) into the transformation by a fermentation,
  • e) optionally further treating the biobutanol solution obtained from step d) by reverse osmosis,
characterized in that converting the vegetable raw materials into a high-glucose fraction containing usable sugars according to a) at least the steps
  • aa) grinding the vegetable raw materials,
  • ab) blending the ground vegetable raw materials from aa) with water, obtaining a mash,
  • ac) optionally separating dissolved and / or dispersed, non-fermentable Substances from the mash and drying the dissolved and / or dispersed, non-fermentable substances,
  • ad) treating the mash in the aqueous with at least one enzyme for the cleavage of poly-sugars,
  • ae) separating the solids fraction remaining after ad), containing the high-glucose fraction containing usable sugars
includes, can be solved.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Bevorzugt wird eine diskontinuierliche Verfahrensweise.The inventive method can be continuous or discontinuously. It is preferred a discontinuous procedure.

Für alle erfindungsgemäßen Schritte und die im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen derselben gilt, dass sie mehrfach einzeln, oder in den Gruppen a) bis e), sowie aa) bis ae) wiederholt werden können.For All the steps according to the invention and in the following described preferred embodiments thereof, that they are several times individually, or in groups a) to e), as well as aa) to ae) can be repeated.

Als Biobutanol werden in der vorliegenden Erfindung alle Isomere eines Alkohols mit vier Kohlenstoffatomen sowie Mischungen und Lösungen, die mindestens eines dieser Isomere enthalten und die mittels eines Verfahren erzeugt werden, das mindestens einen Verfahrensschritt enthält, in dem eine biologische Reaktion durchgeführt wird, bezeichnet. Bevorzugt werden 1-Butanol und/oder iso-Butanol und/oder deren wässrige Lösungen. Besonders bevorzugt werden wässrige Lösungen von 1-Butanol.When Biobutanol in the present invention all isomers of a Alcohol with four carbon atoms and mixtures and solutions, containing at least one of these isomers and by means of a Are generated, the at least one process step contains in which a biological reaction is carried out is called. Preference is given to 1-butanol and / or isobutanol and / or their aqueous solutions. Particularly preferred aqueous solutions of 1-butanol.

Pflanzliche Rohstoffe sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung alle Pflanzen und/oder aus diesen Pflanzen erhaltenen Stoffe oder deren Gemische, die poly-Zucker im Sinne der vorliegenden Erfindung enthalten. Bevorzugt als pflanzliche Rohstoffe sind Getreide. Besonders bevorzugt sind Roggen, Weizen, Gerste und Mais.vegetable Raw materials are all in the context of the present invention Plants and / or substances obtained from these plants or their Mixtures containing poly-sugar for the purposes of the present invention. Preferred as vegetable raw materials are cereals. Particularly preferred Rye, wheat, barley and corn.

Poly-Zucker bezeichnen in der vorliegenden Erfindung alle Stoffe der Summenformel (Cn(H2O)n)m, wobei m die Anzahl der Einheiten des Zuckers Cn(H2O)n im poly-Zucker bezeichnet und einen Wert ≥ 1 hat und n jede Zahl von 3 bis 6 sein kann. Bevorzugt werden die poly-Zucker der Hexosen oder Pentosen (5 ≤ n ≤ 6). Besonders bevorzugt werden die poly-Zucker Stärke, Xylane, Dextrine und Cellulose.Poly-sugars in the present invention designate all substances of the empirical formula (C n (H 2 O) n ) m , where m denotes the number of units of the sugar C n (H 2 O) n in the poly-sugar and a value ≥ 1 has and n can be any number from 3 to 6. Preference is given to the poly-sugars of hexoses or pentoses (5 ≦ n ≦ 6). Particularly preferred are the poly-sugar starch, xylans, dextrins and cellulose.

Erfindungsgemäße Mikroorganismen umfassen Arten aus der Domäne der Bakterien und/oder der Domäne der Eukaryoten und dem Reich der Pilze. Bevorzugt werden Arten aus der Gattung der Clostridien. Besonders bevorzugt werden die Arten Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Clostridium saccharobutylicum oder Clostridium saccharoperbutylacetonicum und/oder Mischkulturen derselben.invention Microorganisms include species from the domain of the bacteria and / or the domain of eukaryotes and the kingdom of mushrooms. Preference is given to species of the genus Clostridia. Especially the species Clostridium acetobutylicum, Clostridium are preferred beijerinckii, Clostridium saccharobutylicum or Clostridium saccharoperbutylacetonicum and / or mixed cultures thereof.

Die bevorzugten Mikroorganismen sind unter den folgenden, den Arten nach geordneten Nummern bei der Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ), sowie gegebenenfalls der American Type Culture Collection (ATCC) hinterlegt. Die bevorzugten Stämme der Art Clostridium acetobutylicum, sind unter den Nummern DSM792 (ATCC824), DSM1731 (ATCC4259), DSM1732, DSM1733, DSM1737 (ATCC3625), DSM1738 (ATCC8529), DSM4685 und DSM6228 (ATCC39236) in der DSMZ hinterlegt. Die bevorzugten Stämme der Art Clostridium beijerinckii sind unter den Nummern DSM51 (ATCC17797), DSM53 (ATCC14949), DSM552, DSM791 (ATCC25752), DSM1739 (ATCC10132), DSM1820 (ATCC858), DSM6422, DSM6423 und DSM13821 in der DSMZ hinterlegt. Die bevorzugten Stämme der Art Clostridium saccharobutylicum sind unter der Nummer DSM13864 (ATCC BAA117) in der DSMZ hinterlegt. Die bevorzugten Stämme der Art Clostridium saccharoperbutylacetonicum unter der Nummer DSM2152 (ATCC27022) und DSM14923 (ATCC27021) in der DSMZ hinterlegt. Die jeweiligen Stämme sind bezüglich ihrer Eigenschaften und Gewinnung in der Literatur beschrieben und werden zusammenfassend in Keis et al. (International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (2001), 51, 2095–2103) dargestellt.The preferred microorganisms are deposited under the following species-by-number numbers with the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) and, optionally, the American Type Culture Collection (ATCC). The preferred strains of the species Clostridium acetobutylicum are deposited under the numbers DSM792 (ATCC824), DSM1731 (ATCC4259), DSM1732, DSM1733, DSM1737 (ATCC3625), DSM1738 (ATCC8529), DSM4685 and DSM6228 (ATCC39236) in the DSMZ. The preferred strains of the species Clostridium beijerinckii are deposited under the numbers DSM51 (ATCC17797), DSM53 (ATCC14949), DSM552, DSM791 (ATCC25752), DSM1739 (ATCC10132), DSM1820 (ATCC858), DSM6422, DSM6423 and DSM13821 in the DSMZ. The preferred strains of the species Clostridium saccharobutylicum are deposited under the number DSM13864 (ATCC BAA117) in the DSMZ. The preferred strains of the species Clostridium saccharoperbutylacetonicum under the number DSM2152 (ATCC27022) and DSM14923 (ATCC27021) deposited in the DSMZ. The respective strains are described in terms of their properties and recovery in the literature and are summarized in Keis et al. (International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (2001), 51, 2095-2103) shown.

Verwertbare Zucker bezeichnen erfindungsgemäße Poly-Zucker, für die die erfindungsgemäß verwendbaren Mikroorganismen einen Stoffwechsel zu deren Verwertung besitzen. Bevorzugt werden Poly-Zucker der Hexosen und/oder Pentosen mit m ≤ 3.actionable Sugars refer to poly-sugars according to the invention, for those which can be used according to the invention Microorganisms possess a metabolism for their utilization. Poly-sugars of the hexoses and / or pentoses with m ≦ 3 are preferred.

Bei Umwandeln der pflanzlichen Rohstoffe in eine glukosereiche Fraktion, enthaltend verwertbare Zucker gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Mahlung der pflanzlichen Rohstoffe gemäß Schritt aa) des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt durch fraktionierendes Mahlen, dessen detaillierte Ausführung dem Fachmann bekannt ist. Besonders bevorzugt ist dann für ein fraktionierendes Mahlen die Verschaltung einer dem Fachmann bekannten Mühle mit einer dem Fachmann bekannten Klassiervorrichtung. Ganz besonders bevorzugt sind als Mühlen die dem Fachmann unter den Schlagwörtern bekannten Mühlentypen der Walzenstühle, Hammermühlen und Prallmühlen. Ebenfalls ganz besonders bevorzugt sind als Klassiervorrichtungen die dem Fachmann unter den Schlagwörtern in ihren Einzelheiten bekannten Klassierertypen der Trommelsiebe, Plansichter und Wurfsiebe.at Converting the vegetable raw materials into a high-glucose fraction, containing usable sugars according to step a) the process according to the invention, the grinding is carried out the vegetable raw materials according to step aa) of inventive method preferably by fractionating Grinding, the detailed design known to the expert is. Particularly preferred is then for a fractionating Grind the interconnection of a mill known to those skilled in the art with a classification device known to those skilled in the art. Most notably preferred as mills are those skilled in the subject under the keywords Known mill types of roll mills, hammer mills and impact mills. Also very particularly preferred as classifiers that the expert under the keywords in their details known classifier types of drum sieves, Plan sifter and throwing sieves.

Ein fraktionierendes Mahlen ist vorteilhaft, weil hierdurch bereits in Schritt aa) des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht fermentierbare pflanzlichen Rohstoffe abgetrennt werden können. Diese nicht fermentierbaren pflanzlichen Rohstoffe können je nach in Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Enzymen z. B. Proteine, Cellulose oder ligninhaltige Rohstoffbestandteile umfassen.A fractional milling is advantageous because it can already be separated in step aa) of the process according to the invention non-fermentable vegetable raw materials. These are not fermentable vegetable raw materials can, depending on the enzymes used in step ad) of the process according to the invention z. As proteins, cellulose or lignin-containing raw material components.

Das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe aus Schritt aa) mit Wasser gemäß Schritt ab) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt so, dass eine Mischung mit 10 bis 50 Gew-% gemahlenem pflanzlichen Rohstoff in Wasser resultiert. Besonders bevorzugt ist eine resultierende Mischung mit 20 bis 40 Gew-% gemahlenem pflanzlichen Rohstoff in Wasser. Weiterhin bevorzugt ist das Vermengen unter gegenüber Raumtemperatur (20°C) erhöhter Temperatur. Besonders bevorzugt beträgt die Temperatur beim Vermengen zwischen 30°C und 70°C. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Temperatur beim Vermengen etwa 55°C. Ebenfalls bevorzugt ist das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe aus aa) mit Wasser gemäß ab) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem pH-Wert kleiner als 7. Besonders bevorzugt ist das Vermengen bei einem pH-Wert von 5 bis 6.The Blending the ground vegetable raw materials from step aa) with water according to step ab) of the invention Method is preferably such that a mixture with 10 to 50% by weight ground vegetable raw material in water results. Especially preferred is a resulting mixture with 20 to 40% by weight ground vegetable raw material in water. Further preferred is the blending under elevated compared to room temperature (20 ° C) Temperature. The temperature is particularly preferred when mixing between 30 ° C and 70 ° C. Most notably Preferably, the temperature during mixing is about 55 ° C. Also preferred is the blending of the ground vegetable Raw materials from aa) with water according to ab) of the invention Process at a pH less than 7. Particularly preferred is the blending at a pH of 5 to 6.

Die bevorzugten Anteile gemahlenen pflanzlichen Rohstoffs in Wasser sind besonders vorteilhaft, weil die resultierende Maische hoch genug konzentriert ist, um im Verfahren wirtschaftliche Raum-Zeit-Ausbeuten zu erzielen, aber noch nicht so hoch konzentriert ist, dass ihre weitere Behandlung durch die erhöhte Viskosität und Sedimentationsneigung prozesstechnisch zu aufwendig und damit unwirtschaftlich wird.The preferred proportions of ground vegetable raw material in water are particularly beneficial because the resulting mash is high is concentrated enough to process in the economic space-time yields but not yet so highly concentrated that their further treatment due to the increased viscosity and Sedimentationneigung process technology too expensive and thus becomes uneconomical.

Die Erhöhung der Temperatur auf die ganz besonders bevorzugten etwa 55°C ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch schwer lösliche poly-Zucker Fraktionen der Maische besser im Wasser gelöst werden und somit für das enzymatische Behanden gemäß Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung stehen, wodurch eine größere Menge glukosereiche Fraktion erhalten werden kann, was wiederum in der folgenden Fermentation eine erhöhte Raum-Zeit-Ausbeute bedingt. Eine weitere Erhöhung der Temperatur ist energetisch aufwendiger und führt damit zu einer zunehmend unwirtschaftlichen Betriebsweise des Gesamtprozesses.The Increase the temperature to the most preferred about 55 ° C is particularly advantageous, because this heavy soluble poly-sugar fractions of the mash better in the water be solved and thus for the enzymatic treatment according to step ad) of the method according to the invention which causes a larger amount of high-glucose Fraction can be obtained, which in turn in the following fermentation an increased space-time yield conditional. Another increase the temperature is energetically complex and leads to it to an increasingly inefficient operation of the overall process.

Die besonders bevorzugte Verringerung des pH-Wertes auf 5 bis 6 ist besonders vorteilhaft, weil damit Teile der poly-Zucker bereits mittels saurer Hydrolyse gespalten werden. Weiterhin befindet sich das pH-Optimum des verwendeten mindestens einen Enzyms im leicht sauren bis sauren, so dass hiermit eine Voreinstellung des pH-Wertes für folgende Prozessschritte erreicht werden kann. Dies und die Teilspaltung der poly-Zucker führen zu einer weiteren Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute des Gesamtprozesses und sind somit wirtschaftlich besonders vorteilhaft.The particularly preferred reduction of the pH to 5 to 6 particularly beneficial because it allows parts of poly-sugar already be cleaved by acid hydrolysis. Furthermore, there is the pH optimum of the at least one enzyme used in the slightly acidic to acid, so that hereby a presetting of the pH for the following process steps can be achieved. This and the partial split The poly-sugar lead to a further increase the space-time yield of the overall process and are therefore economical especially advantageous.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit oder ohne ein Abtrennen von gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffen aus der Maische und Trocknen der gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffe gemäß Schritt ac) durchgeführt werden. Bevorzugt ist das Durchführen des Abtrennens von gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffen aus der Maische und Trocknen der gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffe. Bevorzugt abzutrennende, gelöste und/oder dispergierte, nicht fermentierbare Stoffe umfassen Gluten und/oder Lignin und/oder Cellulose. Besonders bevorzugt ist das Abtrennen von Gluten.The inventive method can be with or without a separation of dissolved and / or dispersed, not fermentable substances from the mash and drying the dissolved and / or dispersed, non-fermentable substances according to step ac) be performed. Preference is given to performing the separation of dissolved and / or dispersed, not fermentable substances from the mash and drying the dissolved and / or dispersed, non-fermentable substances. Prefers separated, dissolved and / or dispersed, non-fermentable Substances include gluten and / or lignin and / or cellulose. Especially preferred is the separation of gluten.

Als nicht fermentierbar werden im Zusammenhang mit dieser Erfindung Stoffe bezeichnet, die in keinem weiteren Verfahrensschritt oder in keiner Kombination von weiteren Verfahrensschritten zumindest teilweise durch die erfindungsgemäßen Mikroorganismen zu Biobutanol umgewandelt werden können. Cellulose ist zum Beispiel im Sinne der vorliegenden Erfindung genau dann ein nicht fermentierbarer Stoff, wenn sie nicht im Schritt ad) mittels eines Enzyms (z. B. Cellulase) in verwertbare Zucker umgewandelt wird.When not fermentable in the context of this invention Substances referred to in no further process step or in any combination of further process steps at least partly by the microorganisms according to the invention can be converted to biobutanol. Cellulose is for example, within the meaning of the present invention non-fermentable substance, if not in step ad) by means of an enzyme (eg cellulase) converted into usable sugars becomes.

Das Abtrennen gemäß Schritt ac) erfolgt üblicherweise unter Verwendung von Separatoren und/oder Hydrozyklonen in ihren üblichen, dem Fachmann bekannten Ausführungsformen. Bevorzugt ist eine Verschaltung von mindestens einem Hydrozyklon und/oder mindestens einem Separator jeweils in ihren üblichen, dem Fachmann bekannten Ausführungsformen. Besonders bevorzugte übliche Ausführungsformen für Separatoren sind Düsenseparatoren, Pressschneckenseparatoren, Kammerseparatoren, Tellerseparatoren und/oder Vollmanteltellerseparatoren.The Separation according to step ac) is usually carried out using separators and / or hydrocyclones in their usual, Embodiments known to those skilled in the art. Is preferred an interconnection of at least one hydrocyclone and / or at least a separator in each case in their usual, the expert known embodiments. Particularly preferred conventional embodiments separators are nozzle separators, press screw separators, Chamber separators, plate separators and / or Vollmanteltellerseparatoren.

Das Trocknen gemäß Schritt ac), erfolgt besonders bevorzugt durch thermische und/oder Druckbehandlung des abgetrennten Gluten. Ganz besonders bevorzugt ist eine thermische Behandlung bei gegenüber Raumtemperatur (20°C) erhöhten Temperaturen zusammen mit einer Druckbehandlung bei Drücken unterhalb von Umgebungsdruck (1013 hPa).The Drying according to step ac), takes place especially preferably by thermal and / or pressure treatment of the separated Gluten. Very particular preference is given to a thermal treatment elevated temperatures compared to room temperature (20 ° C) together with a pressure treatment at pressures below of ambient pressure (1013 hPa).

Findet ein Abtrennen gemäß Schritt ac) des erfindungsgemäßen Verfahrens statt, so ist die Reihenfolge der Schritte ac) und ad) wählbar. Bevorzugt wird aber Schritt ad) nach Schritt ac) ausgeführt.finds a separation according to step ac) of the invention Procedure instead, the order of steps ac) and ad) selectable. Preferably, however, step ad) after step ac) executed.

Die Durchführung von Schritt ac) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders vorteilhaft, weil durch das vorherige Abtrennen von z. B. auch gelösten, nicht fermentierbaren Stoffen auch die aus dem Stand der Technik ungelöst verbleibende Aufgabe der Verringerung oder Verhinderung der Belagbildung auf Membranen oder Oberflächen nachfolgender Verfahrensschritte erreicht werden kann (Fouling).The implementation of step ac) of the method according to the invention is particularly advantageous because by the prior separation of z. As well as dissolved, non-fermentable substances and the unresolved remaining from the prior art task of reducing or preventing the Belagbil tion on membranes or surfaces of subsequent process steps can be achieved (fouling).

Das Behandeln von Maische im Wässrigen mit mindestens einem Enzym zur Spaltung von poly-Zuckern gemäß Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einem oder in zwei Schritten erfolgen. Bevorzugt ist eine Verfahrensweise in zwei Schritten. Hierbei wird in einem ersten Schritt der Maische mindestens ein Enzym aus der Klasse der Amylasen und/oder Cellulasen und/oder Xylanasen und/oder Glucosidasen zugegeben. Bevorzugt sind als Amylasen das unter dem Markennamen Novozyme®50024 (Fa. Novozymes Deutschland GmbH) vertriebene Enzym und/oder das unter dem Markennamen Liquozyme® SC DS (Fa. Novozymes Deutschland GmbH) vertriebene Enzym. Besonders bevorzugt wird als Amylase Novozyme®50024 in einem Verhältnis von 20 bis 80 μl pro kg gemahlenen pflanzlichen Rohstoffes in der Maische und/oder als weitere Amylase Liquozyme® SC DS in einem Verhältnis von 150 bis 250 μl pro kg gemahlenen pflanzlichen Rohstoffes in der Maische verwendet. Dieser erste Schritt wird bevorzugt bei einer Temperatur von 90°C bis 95°C durchgeführt. Ebenfalls bevorzugt wird dieser erste Schritt bei einem pH-Wert kleiner als 7 durchgeführt. Besonders bevorzugt wird dieser erste Schritt bei einem pH-Wert von 5 bis 6 durchgeführt. Die Verweilzeit der Maische im ersten Schritt beträgt bevorzugt eine bis sechs Stunden, besonders bevorzugt etwa zwei Stunden. In einem zweiten Schritt der bevorzugt in zwei Schritten ausgeführten Verfahrensweise gemäß Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird der aus dem ersten Schritt resultierenden Maische wiederum mindestens ein Enzym der Klasse der Amylasen und/oder Cellulasen und/oder Xylanasen und/oder Glucosidasen zugegeben. Bevorzugt sind als Amylasen das unter dem Markennamen Novozyme®50024 vertriebene Enzym, und/oder das unter dem Markennamen Spirizyme®Fuel vertriebene Enzym. Besonders bevorzugt wird als Amylase Novozyme®50024 in einem Verhältnis von 400 bis 600 μl pro kg gemahlenen pflanzlichen Rohstoffes in der Maische und/oder als weitere Amylase Spirizyme®Fuel (Fa. Novozymes Deutschland GmbH) in einem Verhältnis von 400 bis 600 μl pro kg gemahlenen pflanzlichen Rohstoffes in der Maische verwendet. Dieser zweite Schritt wird bevorzugt bei einer Temperatur von 50°C bis 70°C durchgeführt. Ebenfalls bevorzugt wird dieser zweite Schritt bei einem pH-Wert kleiner als 6 durchgeführt. Besonders bevorzugt wird dieser zweite Schritt bei einem pH-Wert von 4 bis 5 durchgeführt. Die Verweilzeit der Maische im zweiten Schritt beträgt bevorzugt zwischen 12 und 36 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 24 und 32 Stunden.The treatment of mash in the aqueous with at least one enzyme for the cleavage of poly-sugars according to step ad) of the method according to the invention can be carried out in one or in two steps. Preferred is a procedure in two steps. In this case, at least one enzyme from the class of amylases and / or cellulases and / or xylanases and / or glucosidases is added in a first step of the mash. Under the trade name of Novozyme ® 50024 (Fa. Novozymes Germany GmbH) are preferred as the amylases sold enzyme and / or under the brand name Liquozyme ® SC DS (Fa. Novozymes Germany GmbH) marketed enzyme. Is particularly preferred as amylase Novozyme ® 50024 ground in a ratio of 20 to 80 .mu.l per kg of plant raw material in the mash and / or as additional amylase Liquozyme ® SC DS ground in a ratio of 150 to 250 .mu.l per kg of plant raw material in the mash used. This first step is preferably carried out at a temperature of 90 ° C to 95 ° C. Also preferably, this first step is carried out at a pH less than 7. This first step is particularly preferably carried out at a pH of 5 to 6. The residence time of the mash in the first step is preferably one to six hours, more preferably about two hours. In a second step of the procedure preferably carried out in two steps according to step ad) of the method according to the invention, at least one enzyme of the class of amylases and / or cellulases and / or xylanases and / or glucosidases is added to the mash resulting from the first step. Amylases as that sold under the trade name Novozyme ® 50024 enzyme and / or the product sold under the brand name Spirizyme Fuel ® enzyme are preferred. Particularly preferred amylase Novozyme ® 50024 in a ratio of 400 to 600 ul per kg of ground vegetable raw material in the mash and / or as another amylase Spirizyme ® Fuel (Novozymes Germany GmbH) in a ratio of 400 to 600 ul per kg ground vegetable raw material used in the mash. This second step is preferably carried out at a temperature of 50 ° C to 70 ° C. Also preferably, this second step is carried out at a pH less than 6. This second step is particularly preferably carried out at a pH of 4 to 5. The residence time of the mash in the second step is preferably between 12 and 36 hours, more preferably between 24 and 32 hours.

Wird das Behandeln von Maische im Wässrigen mit mindestens einem Enzym zur Spaltung von poly-Zuckern gemäß Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schritt durchgeführt, so werden bevorzugt die gleichen Enzymklassen oder bevorzugten Enzyme aus diesen Klassen des zweistufigen Verfahrens oder deren Mischungen verwendet. Die einstufige Verfahrensweise zur Spaltung von poly-Zuckern gemäß Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt unter Verwendung der gleichen, bevorzugten Anteile gemahlener pflanzlicher Rohstoffe in Wasser wie in zweistufiger Verfahrensweise durchgeführt. Zur Durchführung des einstufigen Verfahrens sind pH-Werte kleiner 7 bevorzugt. Die Temperatur des einstufigen Verfahrens zur Spaltung von poly-Zuckern gemäß Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt bevorzugt zwischen 50°C und 70°C. Die bevorzugte Verweilzeit der Maische in einem einstufigen Verfahren beträgt bevorzugt zwischen 24 und 32 Stunden.Becomes treating mash in the water with at least one Enzyme for the cleavage of poly-sugars according to step ad) of the method according to the invention in one Step performed, so are preferred the same Enzyme classes or preferred enzymes from these classes of the two-stage Process or mixtures thereof used. The one-step procedure for cleavage of poly-sugars according to step ad) the method according to the invention is preferred using the same preferred proportions of ground vegetable Raw materials in water as carried out in two-step procedure. To carry out the one-step process, pH values less than 7 preferred. The temperature of the one-step process for Cleavage of poly-sugars according to step ad) of inventive method is preferably between 50 ° C and 70 ° C. The preferred residence time the mash in a one-step process is preferred between 24 and 32 hours.

Die beschriebene Verfahrensweise in zwei Schritten zur Spaltung von poly-Zuckern gemäß Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders vorteilhaft, weil durch die Vorbehandlung eine Gelierung der noch nicht vollständig gespaltenen poly-Zucker verhindert wird, was die prozesstechnische Behandlung der Maische vereinfacht. Die für beide Verfahren (ein oder zwei Schritte) zur Spaltung von poly-Zuckern gemäß Schritt ad) des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Temperaturen und pH-Werte sind besonders vorteilhaft, weil sie die pH-Werte und Temperaturen umfassen, in denen die verwendeten Enzyme besonders wirksam sind, so dass eine maximale Raum-Zeit-Ausbeute erzielt werden kann.The described procedure in two steps for the cleavage of poly-sugars according to step ad) of the invention Method is particularly advantageous because by the pretreatment a Gelation of not completely split poly-sugar what prevents the process-technical treatment of the mash simplified. The for both procedures (one or two steps) for cleavage of poly-sugars according to step ad) of the method according to the invention indicated temperatures and pH levels are particularly beneficial because they monitor the pH levels and Include temperatures in which the enzymes used are particularly are effective, so that a maximum space-time yield can be achieved can.

Das Abtrennen der nach ad) verbleibenden Feststofffraktion gemäß Schritt ae) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit oder ohne Verwendung eines Flockungsmittels durchgeführt werden. Mögliche Abtrennprozesse umfassen Filtration, Sedimentation, Klassierung, Dekantierung oder Zentrifugation. Ebenfalls möglich sind Kombinationen und/oder Wiederholungen der vorgenannten Abtrennprozesse mit oder ohne Verwendung eines Flockungsmittels. Bevorzugt ist das Abtrennen mit oder ohne Verwendung eines Flockungsmittels unter Nutzung des Abtrennprozesses der Dekantierung. Geeignete Flockungsmittel umfassen kationische und/oder anionische und/oder nichtionische Polymere. Bevorzugt werden kationische Polymere, besonders bevorzugt wird das Flockungsmittel Praestol®853 BC, der Firma Stockhausen GmbH & Co KG.The separation of the solids fraction remaining after ad) according to step ae) of the process according to the invention can be carried out with or without the use of a flocculant. Possible separation processes include filtration, sedimentation, classification, decantation or centrifugation. Also possible are combinations and / or repetitions of the abovementioned separation processes with or without the use of a flocculant. Preferably, the separation is with or without the use of a flocculant using the separation process of the decantation. Suitable flocculants include cationic and / or anionic and / or nonionic polymers. Cationic polymers are preferred, the flocculant Praestol ® 853 BC, the company Stockhausen GmbH & Co KG is particularly preferred.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach Durchführung von Schritt ae) des erfindungsgemäßen Verfahrens die abgetrennte verbleibende Feststofffraktion einer Biogaserzeugung zugeführt.In a preferred embodiment of the present invention is after performing step ae) of the invention Process the separated remaining solids fraction of a Supplied biogas production.

Diese bevorzugte Ausführungsform ist vorteilhaft, weil das gewonnene Biogas verbrannt werden kann und die hieraus gewonnene Energie im erfindungsgemäßen Verfahren direkt in Form von Wärme oder nach Verstromung verwendet werden kann.This preferred embodiment is present Partly because the recovered biogas can be burned and the energy obtained from it can be used in the process of the invention directly in the form of heat or electricity.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach Durchführung von Schritt ae) des erfindungsgemäßen Verfahrens die abgetrennte verbleibende Feststofffraktion getrocknet und zu Tierfutter weiterverarbeitet.In Another preferred embodiment of the present invention Invention is after carrying out step ae) of the invention Process dried the separated remaining solids fraction and further processed into animal feed.

Diese weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist vorteilhaft, weil durch den Verkauf des Tierfutters die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gesteigert werden kann.These Another preferred embodiment of the invention is advantageous. because by the sale of the animal feed the profitability of the Procedure can be increased.

Das mindestens teilweise Umwandeln der in der glukosereichen Fraktion enthaltenden verwertbaren Zucker in Biobutanol mittels Mikroorganismen durch eine Fermentation gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt in einer anaerob, bei gegenüber Raumtemperatur (20°C) erhöhter Temperatur betriebenen Fermentation. Besonders bevorzugt wird die Fermentation anaerob bei einem Sauerstoffpartialdruck von nicht mehr als 1 hPa bei Umgebungsdruck (1013 hPa) und einer Temperatur von 30°C bis 50°C betrieben. Ganz besonders bevorzugt wird die Fermentation anaerob bei einem Sauerstoffpartialdruck von nicht mehr als 0,5 hPa bei Umgebungsdruck (1013 hPa) und einer Temperatur etwa 35°C betrieben. Die Verweilzeit in der Fermentation gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt bevorzugt zwischen 24 und 72 Stunden, besonders bevorzugt etwa 48 h.The at least partially converting the glucose-rich fraction containing recyclable sugar in biobutanol by means of microorganisms a fermentation according to step b) of the invention Process is preferably carried out in an anaerobic, at opposite Room temperature (20 ° C) operated at elevated temperature Fermentation. Most preferably, the fermentation is anaerobically an oxygen partial pressure of not more than 1 hPa at ambient pressure (1013 hPa) and a temperature of 30 ° C to 50 ° C. operated. Most preferably, the fermentation is anaerobic at an oxygen partial pressure of not more than 0.5 hPa Ambient pressure (1013 hPa) and a temperature of about 35 ° C operated. The residence time in the fermentation according to step b) of the method according to the invention preferably between 24 and 72 hours, more preferably about 48 H.

Ebenfalls bevorzugt wird Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens so durchgeführt, dass im Fermenter der Anteil der glukosereichen Fraktion an der Gesamtmasse des Reaktorinhaltes zwischen 10 und 30 Gew-% beträgt. Besonders bevorzugt beträgt der Anteil zwischen 20 und 25 Gew-%. Weiterhin bevorzugt wird Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem pH-Wert zwischen 4 und 5, besonders bevorzugt bei etwa 4,5 durchgeführt.Also Step b) of the invention is preferred Procedure carried out so that in the fermenter the proportion the high-glucose fraction of the total mass of the reactor contents between 10 and 30% by weight. Particularly preferred is the Proportion between 20 and 25% by weight. Further preferred is step b) the inventive method in a pH between 4 and 5, more preferably carried out at about 4.5.

Die bevorzugten Ausführungsformen von Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens sind besonders vorteilhaft, weil durch die anaerobe Betriebsweise des Fermenters die Mikroorganismen mittels eines Gärmetabolismus Alkohole, insbesondere Butanol, in vermehrter Menge herstellen. Die bevorzugten Temperaturen und pH-Werte stellen besonders vorteilhafte Bedingungen für die Mikroorganismen dar und führen infolgedessen ebenfalls zu einer vermehrten Menge produzierten Biobutanols.The preferred embodiments of step b) of the invention Method are particularly advantageous because of the anaerobic operation of the fermenter the microorganisms by means of a fermentation metabolism Alcohols, especially butanol, produce in an increased amount. The preferred temperatures and pH values are particularly advantageous Conditions for the microorganisms as a result also to an increased amount of produced biobutanols.

Das Abtrennen der Mikroorganismen gemäß Schritt c) unter Erhalt eines Fermentationsprodukts umfassend Biobutanol und einer Biomasselösung umfassend die Mikroorganismen kann mit oder ohne mindestens teilweises Rückführen der Biomasselösung in die Fermentation und/oder in das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe gemäß Schritt ab) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Abtrennen durch einen der vorgenannten, für Schritt ae) des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugten Abtrennungsprozesse und/oder durch eine Ultrafiltration.The Separating the microorganisms according to step c) to obtain a fermentation product comprising biobutanol and a biomass solution comprising the microorganisms can with or without at least partial recycling the biomass solution in the fermentation and / or in the blending of ground vegetable raw materials according to step from) of the method according to the invention. Preferably, the separation is carried out by one of the aforementioned, for Step ae) of the inventive method preferred Separation processes and / or by ultrafiltration.

Es ist bevorzugt, ein mindestens teilweises Rückführen der Biomasselösung aus Schritt c) in das Umwandeln durch eine Fermentation und/oder in das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe gemäß Schritt ab) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzusehen. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil damit die Mikroorganismen weiter als Produzenten von Biobutanol zur Verfügung stehen. Abgestorbene Mikroorganismen können als Substrat der noch lebendigen Mikroorganismen zumindest teilweise genutzt werden. Es ergibt sich somit eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute des Gesamtprozesses. Weiterhin wird durch die Abtrennung der Mikroorganismen das Risiko des Foulings der im Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Membran mindestens verringert.It is preferred, at least partial recycling the biomass solution from step c) in the converting a fermentation and / or in the blending of the ground vegetable Raw materials according to step from) of the invention Provide procedure. This embodiment is advantageous because it keeps the microorganisms as producers of biobutanol be available. Dead microorganisms can as a substrate of the still living microorganisms at least partially be used. This results in a higher space-time yield of the overall process. Furthermore, by the separation of the microorganisms the risk of fouling in step d) of the invention At least reduced method used membrane.

Das Abtrennen mindestens eines Teils des im Fermentationsprodukt enthaltenen Biobutanols durch Umkehrosmose gemäß Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit oder ohne mindestens teilweises Rückführen des aus Schritt d) erhaltenen restlichen Fermentationsprodukts in das Umwandeln durch eine Fermentation ausgeführt werden. Bevorzugt ist ein mindestens teilweises Rückführen des aus Schritt d) erhaltenen restlichen Fermentationsprodukts in das Umwandeln durch eine Fermentation. Dies ist vorteilhaft, weil so verwertbare Zucker, die durch die Mikroorganismen noch nicht in Biobutanol umgewandelt worden sind, weiterhin zur Umwandlung zu Biobutanol zur Verfügung stehen.The Separating at least part of the product contained in the fermentation product Biobutanols by reverse osmosis according to step d) of the method according to the invention can be with or without at least partial recycling of Step d) obtained residual fermentation product in the converting be carried out by a fermentation. Is preferred at least partial recycling of the step d) remaining fermentation product obtained in the converting through a fermentation. This is beneficial because so usable Sugar that has not yet been converted into biobutanol by the microorganisms are still available for conversion to biobutanol stand.

Ebenfalls bevorzugt ist das Abtrennen mindestens eines Teils des im Fermentationsprodukt enthaltenen Biobutanols durch Umkehrosmose unter Verwendung von Membranen. Geeignete Membranen umfassen Folienmembranen. Bevorzugte Folienmembranen umfassen Folienmembranen aus Cellulose oder Cellulosederivaten, Polyamiden, Polysulfonen und/oder Polysiloxanen. Besonders bevozugte Folienmembranen sind Folienmembranen, die von der Firma Lenntech unter dem Namen Filmtec®BW30 vertrieben werden.Also preferred is the separation of at least a portion of the biobutanol contained in the fermentation product by reverse osmosis using membranes. Suitable membranes include film membranes. Preferred film membranes include film membranes of cellulose or cellulose derivatives, polyamides, polysulfones and / or polysiloxanes. Especially bevozugte sheet membranes are sheet membranes, which are marketed by the company under the name Lenntech Filmtec ® BW30.

Cellulosederivate bezeichnen in diesem Zusammenhang chemische Verbindungen, bei denen weitere chemische Gruppen an das Cellulosegrundgerüst kovalent gebunden sind. Als solche zu bezeichnen sind zum Beispiel Carboxymethylcellulose (ein Teil der Hydroxylgruppen der Cellulose ist als Ether mit einer -CH2-COOH-(Carboxymethyl-)Gruppe verknüpft) und Hydroxypropylmethylcellulose (ein Teil der Hydroxylgruppen der Cellulose ist als Ether mit einer -CH3 Gruppe verknüpft, ein anderer als Ether mit -CH2-CHOH-CH3).Cellulose derivatives in this context denote chemical compounds in which further chemical groups are covalently bound to the cellulose backbone. Carboxymethylcellulose (for example, part of the hydroxyl groups of cellulose is known as such Ether linked to a -CH 2 -COOH- (carboxymethyl) group) and hydroxypropylmethylcellulose (a part of the hydroxyl groups of the cellulose is linked as ether to a -CH 3 group, other than ether to -CH 2 -CHOH-CH 3 ) ,

Das erhaltene Retentat des Abtrennens durch Umkehrosmose bildet den erfindungsgemäßen Biobutanol. Das Permeat bildet das restliche Fermentationsprodukt. Die Umkehrosmose wird üblicherweise derart betrieben, dass ein vorbestimmter Anteil an Biobutanol im Retentat erhalten wird. Entsprechende Techniken sind dem Fachmann bekannt. Als nicht abschließende Beispiele hierfür seien genannt, die Anpassung des über die Membran angelegten Druckgradienten mittels z. B. einer Pumpe auf der Retentatseite, die einen geeigneten Überdruck erzeugt und so den Durchtritt des Permeats durch die Membran hervorruft, oder die Einstellung geeigneter Verweilzeiten z. B. des Fermentationsprodukts in der Umkehrosmose z. B. unter oben genannten geeigneten Drücken, bis die z. B. über Leitfähigkeit oder optische Methoden, wie Brechungsindex, oder optische Dichte bei einer bestimmten Wellenlänge bestimmten Anteile z. B. des Biobutanols erreicht werden.The Retentate obtained by the separation by reverse osmosis forms the Biobutanol according to the invention. The permeate forms the remainder of the fermentation product. Reverse osmosis usually becomes operated such that a predetermined proportion of biobutanol in the Retentate is obtained. Appropriate techniques are those skilled in the art known. As non-exhaustive examples of this be mentioned, the adaptation of the applied over the membrane Pressure gradients by means of z. B. a pump on the retentate side, which generates a suitable overpressure and thus the passage permeate through the membrane, or adjustment suitable residence times z. B. the fermentation product in reverse osmosis z. B. under appropriate pressures above, until the z. Via conductivity or optical methods, such as refractive index, or optical density at a particular wavelength certain shares z. As the biobutanol can be achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Abtrennens durch Umkehrosmose gemäß Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umkehrosmose bei einem Druck von mindestens 30 bar, besonders bevorzugt von mindestens 40 bar, ganz besonders bevorzugt von mindestens 50 bar betrieben.In a preferred embodiment of the separation by Reverse osmosis according to step d) of the invention Procedure is reverse osmosis at a pressure of at least 30 bar, more preferably at least 40 bar, especially preferably operated by at least 50 bar.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des Abtrennens durch Umkehrosmose gemäß Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umkehrosmose so lange ausgeführt, bis das Retentat zwischen 3 und 30 Gew-%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 Gew-% Biobutanol enthält.In a likewise preferred embodiment of the separation by reverse osmosis according to step d) of the invention Procedure, the reverse osmosis is carried out until the retentate is between 3 and 30% by weight, more preferably between Contains 5 and 10% by weight of biobutanol.

Wird ein weiteres Behandeln der aus Schritt d) durch Umkehrosmose erhaltenen Biobutanollösung gemäß Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, so umfasst diese z. B. die weitere Aufkonzentrierung des Biobutanols durch Extraktion und/oder Destillation und/oder Rektifikation nach üblichen, dem Fachmann bekannten Ausführungsformen dieser Verfahren. Bevorzugt wird weitere Aufkonzentrierung des Biobutanols durch Destillation und/oder Rektifikation nach üblichen, dem Fachmann bekannten Ausführungsformen dieser Verfahren, wobei in einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens das Sumpfprodukt der Destillation und/oder Rektifikation, das hierdurch zum überwiegenden Teil aus Wasser besteht, in die Fermentation gemäß Schritt b) oder das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe aus Schritt aa) mit Wasser gemäß Schritt ab) des erfindungsgemäßen Verfahrens zurückgeführt wird.Becomes further treating the obtained from step d) by reverse osmosis Biobutanol solution according to step e) of provided according to the invention comprises method these z. B. the further concentration of biobutanol through Extraction and / or distillation and / or rectification according to customary, Embodiments of these methods known to the person skilled in the art. Preference is given to further concentration of the biobutanol by distillation and / or rectification according to customary, known in the art Embodiments of these methods, wherein in a particular preferred variant of the process, the bottom product of the distillation and / or Rectification, which thereby predominantly Water consists in the fermentation according to step b) or mixing the ground vegetable raw materials Step aa) with water according to step ab) of the invention Method is returned.

Die Ausführung des weiteren Behandelns gemäß der Destillation und/oder Rektifikation der bevorzugten Ausführungsform des Schrittes e) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders vorteilhaft, da durch dieses weitere Behandeln und das hierdurch erhaltene Sumpfprodukt der Destillation und/oder Rektifikation der Energieaufwand des gesamten erfindungsgemäßen Verfahrens pro Einheit erhaltenen Biobutanols verringert wird, indem Teile der Prozessströme im Prozess im Kreis gefördert werden können und somit der Energieinhalt dieser Prozessströme dem Verfahren nicht entzogen wird.The Execution of the further treatment according to Distillation and / or rectification of the preferred embodiment of step e) of the method according to the invention is particularly advantageous because further treated by this and the resulting bottom product of distillation and / or rectification the energy consumption of the entire process according to the invention Biobutanol obtained per unit is reduced by adding parts of the Process streams in the process are conveyed in a circle and thus the energy content of these process streams the process is not withdrawn.

Die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert ohne sie jedoch auf diese zu beschränken.The Invention and preferred embodiments are hereafter explained in more detail by way of example with reference to the figures but without restricting it to these.

1: Getreide wird zunächst einer fraktionierenden Mahlung z. B. unter Verwendung einer Hammermühle und eines Trommelsiebes unterworfen, wobei die Kleie abgetrennt wird. Nachfolgend wird in einem Schritt (Maischen) das Produkt der fraktionierenden Mahlung mit Wasser (z. B. Recycling-Wasser, kurz: Rec-Wasser) vermengt, wobei das verwendete Rec-Wasser z. B. Wasser aus der Umkehrosmose oder der Destillation sein kann. Die nachfolgende Behandlung mit Enzymen wird hier in zwei Schritten ausgeführt, wobei im ersten (Verflüssigen) und zweiten (Verzuckerung) Schritt zusätzlich zu den verwendeten Enzymen weitere Hilfsstoffe, z. B. in Form von Co-Enzymen zugesetzt werden. Das Produkt des enzymatischen Behandelns wird dann unter vorheriger Zugabe von Flockungsmitteln von Feststoff weitgehend befreit (Fest-Flüssig-Abtrennung), wobei die Feststofffraktion getrocknet und als Tierfutter verwendet wird. 1 : Grain is first a fractional grinding z. B. subjected using a hammer mill and a drum screen, wherein the bran is separated. Subsequently, in one step (mashing), the product of the fractional grinding is mixed with water (eg recycled water, in short Rec water), the Rec water used z. B. may be water from reverse osmosis or distillation. The subsequent treatment with enzymes is carried out here in two steps, wherein in the first (liquefaction) and second (saccharification) step in addition to the enzymes used other excipients, eg. B. be added in the form of co-enzymes. The product of the enzymatic treatment is then largely freed from solid with the prior addition of flocculants (solid-liquid separation), whereby the solids fraction is dried and used as animal feed.

Die flüssige Fraktion der Fest-Flüssig-Trennung, umfassend die verwertbaren Zucker wird demnach zusammen mit weiterem Wasser (z. B. Rec-Wasser), das ebenfalls aus der Umkehrosmose, aber auch aus der Destillation stammen kann, der Umwandlung (Fermentation) zugeführt. In der Fermentation befinden sich Mikroorganismen zur Umwandlung der verwertbaren Zucker z. B. in Biobutanol, CO2 und Wasserstoff. In diesem besonderen Fall werden weitere Nährmedien und Hilfsstoffe der Fermentation zugegeben. Nährmedien und Hilfsstoffe können hier z. B. Hefeextrakt, Salzlösungen oder ähnliches umfassen.The liquid fraction of the solid-liquid separation, comprising the usable sugars, is therefore supplied to the conversion (fermentation) together with further water (for example Rec water), which can likewise originate from the reverse osmosis, but also from the distillation , In the fermentation are microorganisms to convert the usable sugars z. In biobutanol, CO 2 and hydrogen. In this particular case, additional nutrient media and adjuvants are added to the fermentation. Nutrient media and excipients can here z. Yeast extract, saline solutions or the like.

Das gesamte Produkt der Fermentation wird einer Bakterienabtrennung, z. B. in Form einer Ultrafiltration zugeführt und der Strom enthaltend den größeren Anteil an Mikroorganismen wird der Fermentation wieder zugeführt. Der andere Teilstrom der Bakterienabtrennung wird nachfolgend einer Umkehrosmose zur Aufkonzentrierung des Biobutanols unterworfen, deren Biobutanolfraktion einer anschließenden Destillation zugeführt wird und deren verbleibende Fraktion als Recycling-Wasser (Rec-Wasser) z. B. im Prozessverbund wieder verwendet, oder als Abwasser verworfen wird. In der nachfolgenden Destillation wird der Biobutanol weiter aufkonzentriert, wobei wiederum das abgetrennte Rec-Wasser im Prozessverbund wieder verwertet werden kann.The entire product of the fermentation is a bacteria separation, z. B. fed in the form of ultrafiltration and the stream containing the larger proportion of microorganisms, the fermentation is fed back. The other part of the stream of bacteria separation is subsequently subjected to a reverse osmosis to concentrate the biobutanol whose biobutanol fraction is followed by one the distillation is fed and their remaining fraction as recycled water (Rec-water) z. B. used in the process network again, or is discarded as wastewater. In the subsequent distillation of biobutanol is further concentrated, in turn, the separated rec-water can be recycled in the process network.

In dem dargestellten Sonderfall der Ausführung der Erfindung, wird der Destillation ein weiterer Schritt nachgeschaltet (Produktaufbereitung), in dem Nebenprodukte, die mittels der vorherigen Trennverfahren nicht vom Biobutanol getrennt werden konnten, abgetrennt werden. Solche Nebenprodukte umfassen zum Beispiel andere Alkohole, wie etwa Ethanol und Methanol, oder Aceton und andere Ketone, oder Aldehyde der im Verfahren erzeugten Alkohole, sowie unter Umständen auch die Säuren der Alkohole. Dies resultiert in einem weiter gereinigten Biobutanol (Produkt) und einer Mischung der Nebenprodukte.In the illustrated special case of the embodiment of the invention, the distillation is followed by a further step (product preparation), in the by-products obtained by means of the previous separation process could not be separated from the biobutanol, are separated. Such by-products include, for example, other alcohols, such as such as ethanol and methanol, or acetone and other ketones, or aldehydes the alcohols produced in the process, and possibly also the acids of the alcohols. This results in a further purified biobutanol (product) and a mixture of by-products.

2: Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird dem Maischen und enzymatischen Umwandeln (Verflüssigung, Verzuckerung) eine weiterer Schritt zwischengeschaltet (Glutenseparation). Die Glutenseparation führt zu einem bereits aufbereiteten Produktstrom, der in das enzymatische Umwandeln geführt wird, so dass nach diesen zwei Schritten keine Zugabe von Flockungsmitteln für die Fest-Flüssig-Trennung notwendig wird. Das separierte Gluten wird getrocknet und stellt damit ein weiteres Nebenprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, das zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens z. B. für den Einsatz in der Lebensmitteltechnologie für Teigwaren verkauft werden kann. 2 : Unlike the in 1 illustrated embodiment of the method according to the invention, the mash and enzymatic conversion (liquefaction, saccharification) is interposed a further step (gluten separation). The gluten separation leads to an already processed product stream, which is led into the enzymatic conversion, so that after these two steps no addition of flocculants for the solid-liquid separation becomes necessary. The separated gluten is dried and thus represents another by-product of the process according to the invention, which, for increasing the efficiency of the entire process z. B. can be sold for use in food technology for pasta.

3: Im Unterschied zu 1 wird die aus der Fest-Flüssig-Trennung erhaltene Feststofffraktion hier nicht der weiteren Verwertung in Form von Tierfutter zugeführt, sondern zur Erzeugung von Biogas verwendet. Das Biogas kann z. B. durch Vergären der Feststofffraktion mit ähnlichen Mikroorganismen, wie jenen in der Fermentation, aber auch mittels anderer Mikroorganismen oder auch chemisch-physikalischen Verfahren geschehen. Das entstandene Biogas kann in der Folge entweder in Form einer direkten Verbrennung zur Erzeugung von Wärme genutzt werden, die z. B. dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Destillation oder der Fermentation wieder zugeführt wird, oder das entstandene Biogas wird verbrannt und zur Stromerzeugung, z. B. mittels Verdampfen von Wasser und Leiten in eine Dampfturbine verwendet. Der erzeugte Strom kann entweder wieder dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung gestellt werden, in dem zum Beispiel hiermit die Pumpe der Umkehrosmose betrieben wird, oder kann im Sinne der Steigerung der Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses verkauft werden. 3 : In contrast to 1 the solid fraction obtained from the solid-liquid separation is not supplied here for further utilization in the form of animal feed, but used for the production of biogas. The biogas can z. B. by fermenting the solids fraction with similar microorganisms, such as those in the fermentation, but also by means of other microorganisms or chemical-physical processes happen. The resulting biogas can be used in the sequence either in the form of direct combustion to generate heat, the z. B. the process of the invention in the distillation or fermentation is fed back, or the resulting biogas is burned and used to generate electricity, eg. B. by evaporation of water and conduction used in a steam turbine. The power generated can either be made available again to the method according to the invention in which, for example, hereby the reverse osmosis pump is operated, or can be sold in the sense of increasing the economy of the entire process.

4: In dieser besonderen Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung werden die besonderen Verfahrensmerkmale aus 2, mit Möglichkeit zur Erzeugung von Biogas gemäß der Darstellung in 3 kombiniert. 4 In this particular embodiment of the process of the present invention, the particular process characteristics become apparent 2 , with possibility to produce biogas as shown in 3 combined.

Die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Beispiele näher erläutert ohne sie jedoch auf diese zu beschränken.The Invention and preferred embodiments are hereafter explained in more detail without reference to the examples however, to be limited to these.

BeispieleExamples

Beispiel 1: Butanolfermentation mit Getreide allgemein (nicht fermentierbare Nebenprodukte zu Futtermittel)Example 1: Butanol fermentation with cereals general (non-fermentable by-products to feed)

Bei der fraktionierten Vermahlung von 100 kg Roggen wurden etwa 20 kg Kleie abgetrennt, so dass sich, abzüglich des Wasserverlusts ca. 79 kg Mehl ergaben. Zum Anmaischen wurden zu diesem Roggenmehl etwa 144 kg Wasser, welches bereits die zur Verflüssigung erforderlichen Enzyme enthielt (Novozymes®50024: 50 μl/kg Mehl; Liquozyme®SC DS: 200 μl/kg Mehl), hinzugefügt und die Mischung auf eine Temperatur von 55°C gebracht. Mittels Zugabe einer 2-Mol% Schwefelsäurelösung wurde ein pH-Wert von 5,5 eingestellt.In the fractional milling of 100 kg of rye about 20 kg of bran were separated, so that, minus the loss of water resulted in about 79 kg of flour. For slurrying of this Rye-flour about 144 kg of water, which already contained the information necessary for liquefaction enzymes (Novozymes ® 50024: 50 .mu.l / kg flour; Liquozyme ® SC DS: 200 .mu.l / kg flour) were added, and the mixture to a temperature of Brought 55 ° C. By adding a 2 mol% sulfuric acid solution, a pH of 5.5 was set.

Anschließend erfolgte die Verflüssigung bei 92°C und einer Verweilzeit von 2 h. Nach Abkühlung auf 63°C erfolgte die Verzuckerung mit einer Verweilzeit von 28 h. Als Verzuckerungsenzyme wurden Novozyme®50024 (500 μl/kg Mehl) und Spirizyme®Fuel (500 μl/kg Mehl) verwendet. Der pH-Wert lag während der Verzuckerung bei 4,2 und wurde durch die Zugabe von 10-Mol% Phosphorsäure eingestellt.Subsequently, the liquefaction was carried out at 92 ° C and a residence time of 2 h. After cooling to 63 ° C, the saccharification took place with a residence time of 28 h. When saccharification enzymes Novozyme ® 50024 were used (500 ul / kg flour) and Spirizyme ® Fuel (500 ul / kg flour). The pH during the saccharification was 4.2 and was adjusted by the addition of 10 mol% phosphoric acid.

Nach der Verzuckerung wurde der Maische eine Menge von 200 g an Praestol®853 BC (Fa. Stockhausen GmbH & Co KG) als Fällungs- bzw. Flockungsmittel zugegeben, um die gelösten Proteine und Gluten in einen Feststoff zu überführen. Somit konnten diese zusammen mit den übrigen unlöslichen Feststoffbestandteilen der Süßmaische in einem Dekanter abgetrennt werden. Dabei fielen etwa 96 kg Feststoffkonzentrat an, was 43% bezogen auf den Strom an Süßmaische entspricht. Diese Fraktion wurde zusammen mit der Kleie einer Trocknung zugeführt.After saccharification the mash a quantity of 200 g of Praestol ® 853 BC (Fa. Stockhausen GmbH & Co KG) was added as coagulant or flocculant to convert the dissolved proteins and gluten in a solid. Thus, these could be separated in a decanter together with the other insoluble solids constituents of the sweet mash. This resulted in about 96 kg of solid concentrate, which corresponds to 43% based on the flow of fresh mash. This fraction was fed to drying together with the bran.

Zu der feststofffreien glukosereichen Fraktion von etwa 126 kg wurden 400 kg Wasser zur weiteren Verdünnung zugegeben und diese Lösung einer Fermentation zugeführt. Danach wurden etwa 20 kg an aktiven Zellkulturen von Clostridium acetobutylicum ebenfalls in den Fermenter gegeben. Anschließend wurde durch die Zugabe von 10-Mol% Phosphorsäure ein pH-Wert von 4,3 eingestellt. Die Fermentation wurde bei 36°C und einer Verweilzeit von 48 h betrieben. Danach betrug die Butanolkonzentration in der Lösung ca. 16 g/l. Anschließend wurden die Bakterienkulturen mittels Ultrafiltration abgetrennt, so dass diese erneut einsetzbar waren und das Permeat der Ultrafiltration der Umkehrosmose zugeführt werden konnte.To the solids-free high-glucose fraction of about 126 kg 400 kg of water were added for further dilution and fed this solution to a fermentation. Thereafter, about 20 kg of active cell cultures of Clostridium acetobutylicum were also added to the fermenter. CONNECTING Finally, the pH was adjusted to 4.3 by the addition of 10 mol% phosphoric acid. The fermentation was operated at 36 ° C and a residence time of 48 h. Thereafter, the butanol concentration in the solution was about 16 g / l. Subsequently, the bacterial cultures were separated by ultrafiltration, so that they could be used again and the permeate of the ultrafiltration of the reverse osmosis could be supplied.

Das aus der Ultrafiltration resultierende Permeat wurde batchweise mittels Umkehrosmose behandelt. Hierfür wurde eine Flachmembran der Firma Lenntech des Typs Filmtec®BW30 mit einer Membranfläche von 0,0045 m2 verwendet. Betrieben wurde die Umkehrosmose bei einem Druck von 50 bar (gemessen auf der Retentatseite) und einer Temperatur von 20°C. Jedes Batch der Umkehrosmose wurde solange obigen Prozessbedingungen unterworfen, bis im Retentat eine Konzentration des Biobutanols von 60 g/L nachgewiesen werden konnte.The permeate resulting from the ultrafiltration was treated batchwise by means of reverse osmosis. For this purpose, a flat membrane produced was used Lenntech type Filmtec ® BW30 having a membrane area of 0.0045 m 2. The reverse osmosis was operated at a pressure of 50 bar (measured on the retentate side) and a temperature of 20 ° C. Each batch of reverse osmosis was subjected to the above process conditions until a concentration of biobutanol of 60 g / L could be detected in the retentate.

Aus diesem Retentat wurde das Butanol abschließend destillativ abgetrennt.Out In this retentate, the butanol was finally distilled separated.

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Claims (17)

Verfahrens zur Herstellung von Biobutanol aus pflanzlichen Rohstoffen umfassend mindestens die Schritte: a) Umwandeln der pflanzlichen Rohstoffe in eine glukosereiche Fraktion, umfassend verwertbare Zucker, b) mindestens teilweises Umwandeln der in der glukosereichen Fraktion enthaltenen verwertbaren Zucker in Biobutanol mittels Mikroorganismen durch eine Fermentation, c) Abtrennen der Mikroorganismen erhaltend ein Fermentationsprodukt umfassend Biobutanol und eine Biomasselösung umfassend die Mikroorganismen, sowie gegebenenfalls mindestens teilweises Rückführen der Biomasselösung in die Fermentation und/oder in das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe gemäß Schritt ab), d) Abtrennen mindestens eines Teils des im Fermentationsprodukt enthaltenen Biobutanols durch eine Umkehrosmose, sowie gegebenenfalls mindestens teilweises Rückführen des aus Schritt d) erhaltenen restlichen Fermentationsprodukts in das Umwandeln durch eine Fermentation, e) gegebenenfalls weiteres Behandeln der aus Schritt d) durch Umkehrosmose erhaltenen Biobutanollösung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Umwandeln der pflanzlichen Rohstoffe in eine glukosereiche Fraktion, enthaltend verwertbare Zucker gemäß a) mindestens die Schritte aa) Mahlen der pflanzlichen Rohstoffe, ab) Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe aus aa) mit Wasser, erhaltend eine Maische, ac) gegebenenfalls Abtrennen von gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffen aus der Maische und Trocknen der gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffe, ad) Behandeln der Maische im Wässrigen mit mindestens einem Enzym zur Spaltung von poly-Zuckern, ae) Abtrennen der nach ad) verbleibenden Feststofffraktion, erhaltend die glukosereiche Fraktion, enthaltend verwertbare Zucker umfasst.A process for the production of biobutanol from vegetable raw materials comprising at least the steps of: a) converting the vegetable raw materials into a high-glucose fraction comprising usable sugars b) at least partially converting the usable sugars contained in the high-glucose fraction into biobutanol by means of microorganisms by a fermentation, c Separating the microorganisms containing a fermentation product comprising biobutanol and a biomass solution comprising the microorganisms, and optionally at least partially recycling the biomass solution into the fermentation and / or blending the ground vegetable raw materials according to step d), d) separating at least a part of the fermentation product contained biobutanol by reverse osmosis, and optionally at least partial recycling of the remaining fermentation product obtained from step d) in the conversion by a fermentation, e) optionally further B the biobutanol solution obtained from step d) is obtained by reverse osmosis, characterized in that the transformation of the vegetable raw materials into a high-glucose fraction containing usable sugars according to a) comprises at least the steps aa) milling the vegetable raw materials, ab) blending the ground vegetable raw materials from aa) with water, obtaining a mash, ac) optionally separating dissolved and / or dispersed, non-fermentable substances from the mash and drying the dissolved and / or dispersed, non-fermentable substances, ad) treating the mash in the aqueous with at least one A) separating the ad () remaining solids fraction containing the high-glucose fraction containing usable sugars. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen Arten aus der Gattung der Clostridien umfassen.Process according to claim 1, characterized characterized in that the microorganisms are species of the genus Clostridia include. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Mahlen der pflanzlichen Rohstoffe gemäß Schritt aa) ein fraktionierendes Mahlen ist.Method according to one of the previous Claims, wherein the grinding of vegetable raw materials according to step aa) a fractional grinding is. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maische 10 bis 50 Gew-%, bevorzugt 20 bis 40 Gew-% gemahlenen pflanzlichen Rohstoff in Wasser umfasst.Method according to one of the previous Claims, characterized in that the mash 10th to 50% by weight, preferably 20 to 40% by weight ground vegetable Raw material in water includes. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abtrennen von gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffen aus der Maische und Trocknen der gelösten und/oder dispergierten, nicht fermentierbaren Stoffe gemäß Schritt ac) durchgeführt wird.Method according to one of the previous Claims, characterized in that a separation of dissolved and / or dispersed, non-fermentable Substances from the mash and drying the dissolved and / or dispersed, non-fermentable substances according to step ac) is performed. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandeln von Maische im Wässrigen mit mindestens einem Enzym zur Spaltung von poly-Zuckern gemäß Schritt ad) in zwei Schritten erfolgt.Method according to one of the previous Claims, characterized in that the treatment of Mash in the water with at least one enzyme for cleavage of poly-sugars according to step ad) in two steps he follows. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schritt bei einer Temperatur von 90°C bis 95°C und der zweite Schritt bei einer Temperatur 50°C bis 70°C durchgeführt werden.Process according to claim 6, characterized characterized in that the first step at a temperature of 90 ° C to 95 ° C and the second step in a Temperature 50 ° C to 70 ° C performed become. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Enzym zur Spaltung von poly-Zuckern aus der Klasse der Amylasen oder der Xylanasen oder der Glucosidasen oder der Cellulasen ist.Method according to one of the previous Claims, characterized in that at least one Enzyme for the cleavage of poly-sugars from the class of amylases or the xylanases or the glucosidases or the cellulases. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen gemäß Schritt ae) der nach ad) verbleibenden Feststofffraktion unter Verwendung eines Flockungsmittels stattfindet.Method according to one of the previous Claims, characterized in that the separation according to step ae) the solids fraction remaining after ad) using a flocculant takes place. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandeln durch eine Fermentation gemäß Schritt b) anaerob, bei gegenüber Raumtemperatur (20°C) erhöhter Temperatur betriebenen wird.Method according to one of the previous Claims, characterized in that the converting by a fermentation according to step b) anaerobically, at compared to room temperature (20 ° C) elevated temperature is operated. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen der Mikroorganismen gemäß Schritt c) durch eine Ultrafiltration geschieht.Method according to one of the previous Claims, characterized in that the separation of the Microorganisms according to step c) by ultrafiltration happens. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mindestens teilweises Rückführen der Biomasselösung aus Schritt c) in das Umwandeln durch eine Fermentation und/oder in das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe gemäß Schritt ab) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt.Method according to one of the previous Claims, characterized in that an at least partial recycling of the biomass solution from step c) into the conversion by a fermentation and / or in the blending of the ground vegetable raw materials according to step From) the process of the invention takes place. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mindestens teilweises Rückführen des aus Schritt d) erhaltenen restlichen Fermentationsprodukts in das Umwandeln durch eine Fermentation erfolgtMethod according to one of the preceding claims, characterized in that an at least partial recycling of the remaining fermentation product obtained from step d) the transformation is carried out by a fermentation Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Behandeln der aus d) durch Umkehrosmose erhaltenen Biobutanollösung durch Destillation und/oder Rektifikation erfolgt.Method according to one of the previous Claims, characterized in that the further treatment the biobutanol solution obtained from d) by reverse osmosis by distillation and / or rectification. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sumpfprodukt der Destillation und/oder Rektifikation in das Umwandeln durch eine Fermentation und/oder das Vermengen der gemahlenen pflanzlichen Rohstoffe zurückgeführt wird.Process according to claim 11, characterized characterized in that the bottom product of the distillation and / or Rectification in the transformation by fermentation and / or attributed the blending of the ground vegetable raw materials becomes. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte verbleibende Feststofffraktion zur Biogaserzeugung verwendet wird.Method according to one of the previous Claims, characterized in that the separated remaining solids fraction is used for biogas production. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte verbleibende Feststofffraktion getrocknet und als Tierfutter verwendet wird.Method according to one of the previous Claims, characterized in that the separated remaining solids fraction dried and used as animal feed becomes.
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