ES2856345T3 - Proceso para producir, en particular etanol, mediante hidrólisis enzimática secuenciada de celulosa y hemicelulosas de una materia prima lignocelulósica - Google Patents
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Abstract
Un proceso para producir un producto a partir de una materia prima vegetal lignocelulósica (MPVL), que comprende las etapas: - a) de tratamiento previo de la materia prima vegetal lignocelulósica con el fin de separar la celulosa (C6), las hemicelulosas (C5) y las ligninas contenidas en esta materia prima vegetal lignocelulósica, comprendiendo el tratamiento previo las etapas sucesivas que consisten en desestructurar la materia prima vegetal lignocelulósica, luego en la separación, por un lado, de la celulosa (C6) capaz de ser hidrolizada (y fermentada para la producción de bioetanol) y, por otro lado, de las hemicelulosas (oligosacáridos C5) capaces de ser después hidrolizadas; - b) de hidrólisis enzimática de la celulosa (C6); - c) de hidrólisis enzimática de las hemicelulosas (C5); caracterizadas por que la hidrólisis de la celulosa y de las hemicelulosas se lleva a cabo de una manera secuenciada de acuerdo con las etapas sucesivas que consisten en: - i) iniciar la hidrólisis enzimática de la celulosa (C6) mediante al menos una enzima celulasa durante un primer periodo de tiempo (T1) con el fin de obtener un hidrolizado intermedio; - ii) añadir las hemmicelulosas (C5) a dicho hidrolizado intermedio; - iii) continuar la hidrólisis enzimática de la mezcla hasta que se obtenga un hidrolizado final al final de un periodo total (T2) de hidrólisis enzimática.
Description
DESCRIPCIÓN
Proceso para producir, en particular etanol, mediante hidrólisis enzimática secuenciada de celulosa y hemicelulosas de una materia prima lignocelulósica
La presente invención se refiere a un proceso para producir, en particular etanol, que comprende un tratamiento previo de la materia prima vegetal lignocelulósica (MPVL) con el fin de separar la celulosa, las hemicelulosas y las ligninas, y que comprende una hidrólisis enzimática de los polisacáridos C5 (pentosas) y los polisacáridos C6 (hexosas).
Generalmente, las composiciones de las diversas fuentes de biomasas exhiben gran heterogeneidad desde el punto de vista de anatomías y estructuras, pero también exhiben un grado de invariancia, concretamente la presencia de tres compuestos macromoleculares principales, celulosa, hemicelulosas y ligninas.
La celulosa es un polímero lineal de glucosa y, por lo tanto, una fuente potencial de azúcares fermentables; las hemiceluosas son heteropolímeros, cuyos monómeros más representados son azúcares C5 que comprenden cinco átomos de carbono (xilosa, arabinosa) que son fácilmente metabolizados por numerosos microorganismos; mientras que las ligninas son heteropolímeros tridimensionales complejos, cuya degradación natural es un proceso largo y complejo y, para los que hasta la fecha, se considera que sería ilusorio querer derivar de ellos cualquier proceso de producción industrial mediante hidrólisis.
La especificidad de las lignocelulosas requiere, en particular para el propósito, por ejemplo, de producir etanol a partir de los azúcares fermentables mencionados anteriormente, llevar a cabo un tratamiento previo para arreglar el problema de la accesibilidad de la celulosa a los reactivos enzimáticos destinados, en particular, a solubilizar las hemicelulosas y ligninas.
El solicitante, CIMV, es una empresa especializada en el tratamiento y explotación de materia prima vegetal lignocelulósica.
En este sentido, el solicitante ha presentado y es titular de varias solicitudes de patente y patentes relativas a un proceso para producir pulpa de papel, ligninas, azúcar y ácido acético mediante fraccionamiento de material vegetal lignocelulósico en un medio ácido fórmico/ácido acético (WO-A1-00/68494).
El solicitante también es el titular de solicitudes de patente y/o patentes relativas a un proceso para el tratamiento previo de un material vegetal lignocelulósico para producir bioetanol (WO-A2-2010/006840).
Un proceso de tratamiento previo de este tipo hace posible, en particular, obtener a partir de la materia prima vegetal lignocelulósica (MPVL), en condiciones industriales económicas, en primer lugar, un sustrato constituido esencialmente por celulosa sin fibra que presenta condiciones óptimas para su posterior hidrólisis enzimática, y un segundo sustrato compuesto por melazas de azúcar procedentes de hemicelulosas, cuyos hidrolizados están exentos de furfural.
Por lo tanto, el solicitante ya ha propuesto un proceso para la producción de bioetanol a partir de una materia prima vegetal lignocelulósica que comprende las etapas sucesivas de tratamiento previo de la MPVL, de hidrólisis enzimática del material pre-tratado, y de fermentación alcohólica de los productos que resultan de la etapa de hidrólisis.
En particular, el solicitante ha propuesto un proceso para producir bioetanol a partir de una materia prima vegetal lignocelulósica que comprende las sucesivas etapas de:
- a) tratamiento previo de la materia prima vegetal lignocelulósica con el fin de separar la celulosa, las hemicelulosas y las ligninas contenidas en esta materia prima vegetal lignocelulósica, comprendiendo el tratamiento previo las siguientes etapas sucesivas que consisten en:
• (i) desestructurar la materia prima vegetal lignocelulósica colocándola en presencia de una mezcla que contiene ácido fórmico, ácido acético y agua, a una temperatura de reacción entre 95°C y 110°C;
• (ii) luego, a presión atmosférica y antes de cualquier hidrólisis, la acción de fermentación después, en la separación:
* por un lado, la fase sólida que consiste esencialmente en dicha celulosa (azúcares C6) capaz de ser después hidrolizada y fermentada para la producción de etanol;
* y por otro lado, la fase líquida que contiene, en particular en solución acuosa, el ácido fórmico, el ácido acético, las ligninas y las hemicelulosas (azúcares C5);
- b) hidrólisis enzimática de dicha fase sólida;
- c) fermentación alcohólica de los productos resultantes de dicha etapa de hidrólisis, que son capaces de ser fermentados para la producción de etanol.
Este proceso se describe en particular en detalle en el documento EP-2235254 (WO-A1-2009/0927498).
Este proceso propone un enfoque que es radicalmente diferente al de la técnica anterior, llevando a cabo una separación de los tres biopolímeros mediante solvolisis en medio ácido/agua, lo que hace posible separar ligninas lineales, no recombinadas, de bajo peso molecular con un alto valor añadido, antes de cualquier acción de hidrólisis, seguida de fermentación de la celulosa y de las hemicelulosas.
Este proceso hace posible obtener niveles de rendimiento industrial independientemente de la naturaleza de las plantas usadas, y es particularmente ventajoso, por lo tanto, en el caso de plantas anuales para abrir el camino a una nueva explotación, en particular en el caso de paja de cereal y bagazo de caña de azúcar o bagazo de sorgo azucarero, dicha explotación se suma a la ya propuesta por el solicitante en la en la solicitud internacional WO-A1 -00/68494 que se refiere a un proceso para producir pulpa de papel, ligninas, azúcares y ácido acético mediante fraccionamiento de material vegetal lignocelulósico en un medio ácido fórmico/ácido acético.
Por ejemplo, la cantidad de celulosa derivada de material vegetal (p.ej., de paja de trigo) mediante el proceso de “refinado” CIMV y la cantidad de glucanos que están presentes después de la hidrólisis enzimática son las siguientes:
- rendimiento de la fracción celulósica del proceso CIMV: 48% a partir de biomasa (caja de paja de cereal) compuesta por 88% de celulosa, es decir, 42% de la biomasa (en peso);
- rendimiento de glucosa: 44% (relación en peso) de la biomasa;
- rendimiento de alcohol celulósico: 21% (relación en peso) de la biomasa.
La corriente que contiene hemicelulosas, separada mediante proceso de refinamiento CIMV, representa un potencial de aproximadamente el 20% de azúcares fermentables.
Estas invenciones (procesos CIMV) tienen como objetivo mejorar las condiciones industriales para la producción de etanol a partir de MPVL y, en particular, la hidrólisis de celulosa para rendir azúcares fermentables.
Generalmente y de una forma conocida, los procesos para producir etanol a partir de MPVL tienen en cuenta varios parámetros.
Entre estos parámetros se ha identificado en particular que la lignina puede ser un inhibidor de enzimas y que la matriz lignocelulósica se debe tratar previamente para hacer hidrolizable la celulosa y las hemicelulosas.
En virtud de su composición química, los polímeros de lignina son insolubles y altamente reactivos.
Como resultado, la presencia de ligninas refuerza el entramado celulosa-hemicelulosa y dificulta la penetración y la acción de las enzimas, lo que requiere la presencia de agua.
La hidrólisis enzimática de la celulosa es un abordaje recomendado para obtener azúcares fermentables por varias razones, y en particular, porque los resultados de las evaluaciones económicas están a favor de la hidrólisis enzimática, cuando se compara con la hidrólisis química.
Además, la hidrólisis enzimática genera pocos efluentes a tratar y ningún problema de corrosión.
La actual hidrólisis enzimática se lleva a cabo simplemente poniendo en contacto la materia prima vegetal pre-tratada con una solución enzimática, mientras se garantiza que la suspensión sea homogénea y que se mantengan las condiciones óptimas, siendo dichas condiciones, por ejemplo, para las celulasas de T. reesei, una temperatura entre 45°C y 50°C y un pH de aproximadamente 4,8.
El tiempo de acción de la enzima depende de la cantidad de enzimas usadas y de la actividad específica de las enzimas.
Durante la hidrólisis enzimática, los azúcares reductores se liberan esencialmente en forma de glucosa.
Las enzimas implicadas en la degradación de la celulosa, que son habitualmente las denominadas celulasas, son de varios tipos y de varios orígenes y se caracterizan, en particular, por su actividad.
El coste de las celulasas es relativamente alto y constituye un factor a menudo estimado como el más costoso en la producción de bioetanol a partir de MPVL.
Como resultado, se han realizado considerables esfuerzos para determinar el mecanismo de hidrólisis enzimática con el fin de mejorarlo, siendo un proceso complejo de la acción de proteínas solubles sobre un sustrato insoluble y “refractario”.
Otro parámetro de la eficacia y rentabilidad de un proceso de hidrólisis enzimática es el tiempo de hidrólisis, que puede ser relativamente largo, de 48 a 72 h.
Con el fin de mejorar la eficacia de la hidrólisis enzimática de la celulosa, el solicitante CIMV ha propuesto, en el documento WO-A2-2012/049054, un proceso para producir etanol, caracterizado porque comprende, previo a la etapa de hidrólisis enzimática de la celulosa, una etapa de eliminación parcial de las ligninas para obtener un nivel global residual de ligninas, expresado como porcentaje en peso, que es distinto de cero y que está incluido en un intervalo determinado por un límite inferior y un límite superior, igual a 0,30% y 4%, respectivamente. La eficacia global de este método es similar, o virtualmente igual, a la producción del nivel máximo teórico de etanol a partir de MPVL y, además, esta eficacia es la misma si el proceso general hace uso primero de una etapa de hidrólisis enzimática de acuerdo con el proceso, y luego de una etapa de fermentación, o bien si se lleva a cabo un proceso de hidrólisis y fermentación simultáneas (proceso SSF).
Esta idéntica eficacia se debe al hecho de que la hidrólisis enzimática de la celulosa de acuerdo con este proceso no produce inhibidores de la fermentación. Además, se ha demostrado que las ventajas del proceso (nivel de lignina global y condiciones específicas de re-acidificación) no se modifican, es decir, son de la misma naturaleza y tienen los mismos valores, independientemente de las celulasas usadas e independientemente de si están implicadas celulasas de menor o mayor eficacia.
Una vez que la celulosa se ha hidrolizado a glucosa mediante hidrólisis enzimática, la glucosa se fermenta de la misma forma que, por ejemplo, la glucosa resultante del almidón.
Persisten problemas específicos conocidos del uso de MPVL como sustrato inicial, como la posible presencia de compuestos tóxicos e inhibidores que se originan de las hemicelulosas y la lignina, y también la posibilidad de llevar a cabo la hidrólisis enzimática y la fermentación en una sola etapa.
Los inhibidores presentes en los hidrolizados proceden de la degradación de los azúcares (a furfural), a partir de grupos presentes en las hemicelulosas y a partir de la lignina.
La presencia de los inhibidores depende de la naturaleza de la MPVL y de las condiciones para su pre-tratamiento.
Además de la inhibición de las enzimas por furfural, se han observado efectos combinados de los diversos inhibidores.
Ya se ha propuesto la implementación simultánea, en el mismo reactor, de las operaciones de hidrólisis y fermentación de acuerdo con un proceso denominado SSF (Sacarificación y Fermentación Simultáneas), apareciendo como obvia la primera ventaja de dicho proceso ya que requiere un solo aparato, pero dicho proceso requiere el uso de enzimas y levaduras que trabajen en el mismo ambiente fisicoquímico.
Sin embargo, sus temperaturas óptimas están relativamente separadas (30°C para levaduras y 50°C para celulasas).
Por lo tanto, el desarrollo de SSF conlleva el desarrollo de cepas de levadura capaces de fermentar a una temperatura muy alta.
En cuanto a la fermentación e hidrólisis simultáneas de acuerdo con el proceso “SSF” (“Sacarificación y Fermentación Simultáneas”) que consiste en llevar a cabo la hidrólisis enzimática y la fermentación etanólica en una única etapa, las principales ventajas de esta son la disminución de inversión eliminando las operaciones requeridas para la hidrólisis enzimática llevadas a cabo previamente, y la ausencia de inhibición de la celulasa por la glucosa, que se consume como parece por los microorganismos fermentadores.
Esto da como resultado un aumento en los niveles y velocidades de hidrólisis y en las productividades generales de etanol.
Además, se reducen los riesgos de contaminación microbiana del hidrolizado rico en glucosa.
Sin embargo, se ha hecho evidente que las ganancias proporcionadas por el proceso SSF, en particular desde el punto de vista económico, requiere que se optimicen ciertos aspectos, en particular la concentración inicial de sólidos con el fin de obtener altas concentraciones de etanol.
De acuerdo con otro concepto de fermentación conjunta, es posible proponer combinar, en una sola etapa, la sacarificación y la fermentación conjunta de los azúcares C5 resultantes del tratamiento previo con los azúcares C6 generados por la hidrólisis enzimática.
Sin embargo, dicho proceso SSCF (Sacarificación y Fermentación Conjunta Simultáneas) requiere la abolición de los mecanismos que, en prácticamente todos los microorganismos, están en su lugar con el fin de, en presencia de una mezcla de azúcares, promover sistemáticamente la asimilación de glucosa antes de la asimilación de los otros azúcares.
Por lo tanto, surgen de forma natural dos esquemas de procesos industriales diferentes a partir de las posibles combinaciones de las diversas opciones conocidas de la técnica anterior.
El primer esquema proporciona una separación de los azúcares C5 al final de la etapa de tratamiento previo, esta corriente de azúcar C5 se fermenta de forma separada y es posible que una fracción se use de forma opcional para
la producción de celulasas, siendo posible que una fracción insoluble (celulosa lignina) que resulta de un pre tratamiento se trate mediante el método SSF.
Un segundo esquema, aparentemente mucho más simple, basado en SSCF, requiere la disponibilidad de un microorganismo (o una mezcla de microorganismos) capaz de fermentar azúcares C5 y C6 de forma simultánea y con exactamente con la misma eficacia.
Esto se debe a que una diferencia en las tasas de metabolización haría necesario prolongar la fermentación hasta que se agote el azúcar que se metaboliza más lentamente, lo que da de este modo como resultado una infrautilización de todo el equipo industrial para la producción, en particular para la fermentación en el caso de la producción de bioetanol.
Con el fin de dar un paso decisivo en la viabilidad y rentabilidad de tales métodos, la invención propone un nuevo proceso basado, de una manera conocida, en una primera parte de tratamiento previo que da como resultado una separación de la celulosa, las hemicelulosas y las ligninas y luego, de manera sorprendente, una hidrólisis secuenciada de los polisacáridos C6 y C5 que da como resultado la obtención de un hidrolizado (o co-hidrolizado) final, en particular susceptible de ser fermentado para la producción de bioetanol, o de cualquier otro producto, en particular de acuerdo con las levaduras usadas.
Para este propósito, la presente invención propone un proceso para producir un producto, como por ejemplo, bioetanol, a partir de una materia prima vegetal lignocelulósica (MPVL), que comprende las etapas:
- a) de tratamiento previo de la materia prima vegetal lignocelulósica con el fin de separar la celulosa (C6), las hemicelulosas (C5) y las ligninas contenidas en esta materia prima vegetal lignocelulósica, que comprende el tratamiento previo las sucesivas etapas que consisten en desestructurar la materia prima vegetal lignocelulósica, luego en separar, por un lado, la celulosa (C6) susceptible de ser luego hidrolizada (y fermentada para la producción de bioetanol) y, por otro lado, las hemicelulosas (oligosacáridos C5) susceptibles de ser luego hidrolizadas;
- b) de hidrólisis enzimática de la celulosa (C6);
- c) de hidrólisis enzimática de las hemicelulosas (C5);
caracterizadas porque la hidrólisis de la celulosa y de las hemicelulosas se lleva a cabo de forma secuenciada de acuerdo con las siguientes etapas sucesivas que consisten en:
- i) iniciar la hidrólisis enzimática de la celulosa (C6) mediante al menos una enzima (celulasa) durante un primer periodo (T1 ) con el fin de obtener un hidrolizado intermedio;
- ii) añadir hemicelulosas (C5) a dicho hidrolizado intermedio;
- iii) continuar la hidrólisis enzimática de la mezcla hasta que se obtiene un hidrolizado final al final de un periodo total (T2) de hidrólisis enzimática.
A modo de ejemplo, para una tonelada métrica de paja que constituye la materia prima vegetal lignocelulósica, el procedimiento de acuerdo con la invención hace posible aumentar en aproximadamente un 20% la cantidad de etanol producido.
Por lo tanto, se puede ver claramente la ventaja de “combinar” de una manera secuenciada y controlada las dos corrientes inicialmente distintas que resultan del refino de la biomasa al tiempo que se incrementa el rendimiento global y se elimina una parte del equipo y de los costes operativos de una unidad de producción que trataría las dos corrientes de azúcar por separado.
De manera ventajosa, y en particular con el fin de ser capaz de implementar fácilmente el proceso, prescindiendo de los problemas de viscosidad, mientras al mismo tiempo se trabaja una celulosa con un alto contenido de sólidos, dicha etapa i) de hidrólisis enzimática de la celulosa consiste en:
11 ) introducir dicha al menos una primera enzima en un reactor;
12) añadir una primera parte de la celulosa hasta que se obtiene una mezcla cuyo contenido de sólidos (MS) está entre el 10% y el 15% en peso;
13) dejar que la mezcla se hidrolice durante un periodo de entre seis horas y quince horas;
14) añadir la parte restante de la celulosa en varias etapas para obtener un contenido de sólidos finales (MS) de entre el 20% y el 25% en peso.
Dicho primer periodo (T1) de hidrólisis enzimática de la celulosa está comprendido entre veinte horas y cuarenta horas de acuerdo con la enzima o la mezcla de enzimas usada.
Dicha primera etapa i) de hidrólisis enzimática de la celulosa se lleva a cabo, por ejemplo, a una temperatura de entre 45°C y 55°C.
El contenido de sólidos de la celulosa está entre el 10% y el 25%.
El contenido de sólidos de la celulosa es preferiblemente superior al 20%.
Dicha etapa ii) de añadir las hemicelulosas se lleva a cabo en una única etapa, después de la introducción de toda la celulosa a hidrolizar.
Dicha etapa ii) de añadir las hemicelulosas consiste además en la adición de manera simultánea de otra enzima, en particular capaz de hidrolizar las hemicelulosas.
Dicha etapa iii) que consiste en continuar la hidrólisis enzimática se lleva a cabo a una temperatura de entre 45°C y 55°C.
El contenido de sólidos de las hemicelulosas está entre el 20% y el 35% en peso.
El periodo total (T2) de hidrólisis enzimática secuenciada de la celulosa y de las hemicelulosas está entre cuarenta y ocho horas y setenta y dos horas.
Dicha al menos una enzima es una enzima capaz de hidrolizar la celulosa, en particular una celulasa como, por ejemplo, Cellic CTec™ plus Htec™ de Novozyme o CMAX™ de Dyadic.
Dicha al menos una enzima es una mezcla de enzimas capaz de hidrolizar la celulosa y hemicelulosas, como, por ejemplo, Cellic CTec™ plus Htec™ de Novozyme o CMAX™ de Dyadic.
Dicha otra enzima es una enzima capaz de hidrolizar hemicelulosas, como, por ejemplo, Cellic HTec™ de Novozyme o CMAX™ de Dyadic.
El proceso comprende una etapa de al menos eliminar parcialmente las ligninas de la fase que contiene las hemicelulosas, previa a dicha etapa ii) de añadir las hemicelulosas (C5) a dicho hidrolizado intermedio.
El proceso de acuerdo con la invención comprende las siguientes etapas sucesivas que consisten en:
• (j) desestructurar la materia prima vegetal lignocelulósica colocándola en presencia de una mezcla que contiene ácido fórmico, ácido acético y agua, a una temperatura de reacción entre 95°C y 110°C;
• (jj) luego, a presión atmosférica y antes de cualquier acción de hidrólisis, en separar:
* por un lado, una fase sólida que consiste esencialmente en dicha celulosa, que constituye un primer sustrato conjunto, capaz de ser hidrolizado; y
* por otro lado, una fase líquida que contiene, en particular una solución acuosa, el ácido fórmico, el ácido acético, las ligninas y las hemicelulosas, constituyendo un segundo sustrato conjunto capaz de ser hidrolizado después de la separación de los ácidos y de las ligninas.
Para la producción de bioetanol, el proceso comprende una etapa adicional de fermentación alcohólica del hidrolizado final.
Como se mencionó anteriormente, a modo de ejemplo, para una tonelada métrica de paja que constituye la materia prima vegetal lignocelulósica, el proceso, de acuerdo con la invención, hace posible aumentar en aproximadamente un 20% la cantidad de etanol producido.
Al hidrolizar las dos corrientes de azúcares C6 y C5, es posible movilizar los azúcares contenidos en las dos corrientes y obtener rendimientos de fermentación satisfactorios.
Se estudiaron varias posibilidades para movilizar estos azúcares C6 y C5:
a) Hidrólisis y fermentación de las corrientes o flujos de C6 y C5;
b) Hidrólisis separada de las dos corrientes de C6 y C5 seguida de fermentación conjunta de los dos hidrolizados conjuntos;
c) Hidrólisis conjunta de las corrientes de C6 y C5, y fermentación del hidrolizado conjunto.
a) Hidrólisis de celulosa fermentación de la celulosa Hidrólisis y fermentación de oligosacáridos C5 (jugo de azúcar) fermentación de xilosa.
a-i) hidrólisis y fermentación de la celulosa a etanol, a alta concentración (superior al 20%):
- hidrólisis con un rendimiento del 95%
- fermentación de la glucosa a etanol a una tasa de conversión de 0,48.
Se alcanza así un total de 0,21 kg de etanol por kg de biomasa.
a-ii) hidrólisis y fermentación de jarabes C5: la hidrólisis de los oligosacáridos contenidos en los jarabes de azúcar se puede llevar a cabo a menos del 20% de la materia seca; el rendimiento de la hidrólisis de oligosacáridos es inferior al 50%: Véase la Figura 1.
Pero la fermentación de esta corriente de azúcares C5 no es o es poco fermentable.
De hecho, la fermentación de esta corriente implica necesariamente una etapa de purificación cromatográfica que permita eliminar parte de los inhibidores de levaduras. Sin tal purificación, no es fermentable el jarabe de azúcar.
En este caso, esto implica que la cantidad de etanol que se puede producir es la cantidad de etanol obtenido a partir de la fracción celulósica, es decir, es el 21% en peso de la biomasa.
Se alcanza así un total de 0,21 kg de etanol por kg de biomasa.
b) Las dos corrientes se hidrolizan y fermentan conjuntamente de manera separada a una concentración del 20% de la materia seca (MS) para cada una:
En este caso, la cantidad de etanol producido, así como la concentración de etanol, es relativamente baja.
Se alcanza así un total de 0,24 kg de etanol por kg de biomasa.
c) Hidrólisis conjunta y fermentación conjunta de los hidrolizados conjuntos de C6 y C5:
En el caso de una hidrólisis conjunta, el jugo de azúcar (C5) se puede usar a una concentración superior al 22%, para obtener el hidrolizado conjunto más concentrado posible; por lo tanto, la cantidad de azúcares fermentables obtenidos después de la hidrólisis conjunta, en una relación en peso de 65/35, es superior a 180 g/litro y el rendimiento de etanol es de aproximadamente 0,47 a 0,48 g/l.
Véase la Figura 2.
Se alcanza así un total de 0,265 kg de etanol por kg de biomasa, es decir, un aumento de más del 20% de la cantidad de etanol producido.
Claims (16)
1. Un proceso para producir un producto a partir de una materia prima vegetal lignocelulósica (MPVL), que comprende las etapas:
- a) de tratamiento previo de la materia prima vegetal lignocelulósica con el fin de separar la celulosa (C6), las hemicelulosas (C5) y las ligninas contenidas en esta materia prima vegetal lignocelulósica, comprendiendo el tratamiento previo las etapas sucesivas que consisten en desestructurar la materia prima vegetal lignocelulósica, luego en la separación, por un lado, de la celulosa (C6) capaz de ser hidrolizada (y fermentada para la producción de bioetanol) y, por otro lado, de las hemicelulosas (oligosacáridos C5) capaces de ser después hidrolizadas;
- b) de hidrólisis enzimática de la celulosa (C6);
- c) de hidrólisis enzimática de las hemicelulosas (C5);
caracterizadas por que la hidrólisis de la celulosa y de las hemicelulosas se lleva a cabo de una manera secuenciada de acuerdo con las etapas sucesivas que consisten en:
- i) iniciar la hidrólisis enzimática de la celulosa (C6) mediante al menos una enzima celulasa durante un primer periodo de tiempo (T1 ) con el fin de obtener un hidrolizado intermedio;
- ii) añadir las hemmicelulosas (C5) a dicho hidrolizado intermedio;
- iii) continuar la hidrólisis enzimática de la mezcla hasta que se obtenga un hidrolizado final al final de un periodo total (T2) de hidrólisis enzimática.
2. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado por que la etapa i) de hidrólisis enzimática de la celulosa consiste en:
11 ) introducir dicha al menos una primer enzima en un reactor;
12) añadir una primera parte de la celulosa hasta que se obtenga una mezcla cuyo contenido de sólidos (MS) esté entre el 10% y el 15% en peso;
13) dejar que la mezcla se hidrolice durante un periodo de entre seis horas y quince horas;
14) añadir la parte restante de la celulosa en varias etapas para obtener un contenido final de sólidos (MS) de entre el 20% y el 25% en peso.
3. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer periodo (T1) de hidrólisis enzimática de la celulosa está comprendido entre veinte horas y cuarenta horas.
4. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque dicha primera etapa i) de hidrólisis enzimática de la celulosa se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 45°C y 55°C.
5. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de sólidos de la celulosa está comprendido entre el 10% y el 25%.
6. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque dicha etapa ii) de adición de las hemicelulosas se lleva a cabo en una única etapa, antes de la introducción de la totalidad de la celulosa.
7. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque dicha etapa ii) consiste en añadir simultáneamente al menos otra enzima.
8. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque dicha etapa iii) que consiste en continuar la hidrólisis enzimática se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 45°C y 55°C.
9. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque el contenido en sólidos de las hemicelulosas está comprendido entre el 20% y el 35% en peso.
10. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque dicho periodo total (T2) de hidrólisis enzimática está comprendido entre cuarenta y ocho horas y setenta y dos horas.
11. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque dicha al menos una enzima es una enzima para la hidrólisis de la celulosa.
12. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque dicha al menos una enzima es una mezcla de enzimas capaz de hidrolizar celulosa y hemicelulosas.
13. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 7, caracterizado porque dicha otra enzima es una enzima capaz de hidrolizar hemicelulosas.
14. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa de eliminar al menos parcialmente las ligninas de la fase que contiene las hemicelulosas, previo a dicha etapa ii) de adición de las hemicelulosas (C5) a dicho hidrolizado intermedio.
15. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque comprende las siguientes etapas sucesivas que consisten en:
• (j) desestructurar la materia prima vegetal lignocelulósica colocándola en presencia de una mezcla que contiene ácido fórmico y agua, a una temperatura de reacción comprendida entre 95°C y 110°C;
• (jj) luego, a presión atmosférica y antes de cualquier acción de hidrólisis, en separar:
* por un lado, una fase sólida constituida esencialmente por dicha celulosa, que constituye un primer sustrato conjunto capaz de ser luego hidrolizado; y
* por otro lado, una fase líquida que contiene, en particular en solución acuosa, el ácido fórmico, el ácido acético, las ligninas y las hemicelulosas, que constituyen un segundo sustrato conjunto capaz de ser luego hidrolizado después de la separación de los ácidos y de las ligninas.
16. Un proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, para la producción de bioetanol, caracterizado porque comprende una etapa de fermentación alcohólica conjunta del hidrolizado final.
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