JP2009543926A - 修飾されたバイオマスの電磁処理 - Google Patents

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Abstract

バイオマスを穏やかな条件下での解重合または液化を受けやすくする方法が開示される。該方法は、バイオマス中に電磁放射を吸収しやすい物質を導入して、電磁放射吸収性バイオマスを生成することを含む。該電磁放射吸収性バイオマスは、電磁放射に付されて、活性化されたバイオマスを生成する。
【選択図】なし

Description

本発明は、修飾されたバイオマス流を処理する方法に関する。該処理は、バイオマスのガス、液体燃料および／または化学製品への穏やかな条件下の後続の転化を受けやすい、増感されたまたは活性化された物質をもたらす。
バイオマスの修飾は、バイオマスを電磁場の影響を受けやすくするために必要であり、バイオマスの遺伝子を組み換えることによって、または好ましくは１または複数の電磁物質のナノ粒子を含んでいる溶液にバイオマスを接触させることによって、これは達成されることができる。
本発明の別の実施態様は、液体燃料または特殊化学製品および／もしくはポリマーを製造するために利用されることができる特定の構成ブロック化学製品に、バイオマスが転化されることである。
容易に利用しやすい原油の供給が次第に減少しているので、他の源からの液体燃料の必要性が増加している。ある種の、炭素に基づいたエネルギー担体物質は豊富に利用可能である。その例は、石炭、タールサンド、シェールオイル、およびバイオマスを含む。これらのエネルギー担体物質を液体燃料に転化する方法が開発されている。このような方法の例は、熱分解および水熱転化を含む。しかし、これらの方法は比較的厳しい条件を要求し、該条件は生成物の品質に有害な影響を与える。
したがって、液体燃料および／または化学製品への比較的穏やかな条件下の転化をより受けやすいように増感されて（すなわち、活性化されて）いる、炭素に基づいたエネルギー担体物質、たとえばバイオマスを開発する必要性が存在する。
本発明は、バイオマスを穏やかな条件下での液化または解重合を受けやすくする方法であって、
ａ） バイオマス中に電磁放射を吸収しやすい物質を導入して、電磁放射吸収性バイオマスを生成する段階、および
ｂ） 該電磁放射吸収性バイオマスを電磁放射に付して、活性化されたバイオマスを生成する段階
を含む方法に関する。
以下は、本発明の特定の実施態様の記載であり、実施例としてのみ示される。
化学反応は一般に、関与する分子が、活性化エネルギーとして知られているエネルギーの障壁を越えることを要求する。したがって、反応混合物中に存在する分子のうちの少ない割合のみが、要求される活性化エネルギーを有するので、高い活性化エネルギーを要求する化学反応はゆっくりと進行する傾向がある。同じ理由から、化学反応は、該反応の温度が上がるにつれてより急速に進行する。何故ならば、より高い温度においては、要求される活性化エネルギーを有する分子の割合が増加するからである。
触媒作用とは、反応する分子との相互作用であって、活性化エネルギーの低下をもたらすものと定義されることができる。不均一系触媒作用は、分子を表面サイトに吸着することによってこれらの分子の電子構造および特性に摂動を与えることによって機能する。残念ながら、ある種のサイトは嵩高い分子によっては到達されることができない。
別の方法は、分子の内部の、化学反応に関与している化学結合を選択的に活性化することである。分子内のサイトにマーカーを用いて「標識を付け」（たとえば、Ｋ＋ → Ｃ＝Ｏ）、そして次に電子的および／または磁気的エネルギーを使用してこれらの標識を付けられたサイトを活性化することによって、これは行われることができる。
本発明の最も広い態様では、本発明は、バイオマスを穏やかな条件下での液化または解重合を受けやすくする方法であって、
ａ） バイオマス中に電磁放射を吸収しやすい物質を導入して、電磁放射吸収性バイオマスを生成する段階、および
ｂ） 該電磁放射吸収性バイオマスを電磁放射に付して、活性化されたバイオマスを生成する段階
を含む方法に関する。
本明細書で使用される「電磁放射」の語は、振動する電場および磁場で構成された放射を包含する。該語は、レーダー波およびラジオ波、マイクロ波、交流加熱、ならびに振動磁場を包含する。
電磁放射を吸収しやすい物質の選択は、使用されるべき電磁放射のタイプに依存する。電磁放射の最も好適な形態は、レーダー波、および１ｋＨｚ〜５ＭＨｚの領域の周波数を有する振動磁場を包含する。
電磁放射を吸収しやすい物質は、金属、特に遷移金属を包含する。非貴金属の遷移金属がそのコストの故に好まれる。好適な金属は、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、希土類を包含する。特に好まれるのはＦｅである。
可溶性化合物を適当な溶媒中に溶解し、そして該溶液をバイオマスに含浸することによって、所望の金属はバイオマス中に導入されることができる。本明細書で使用される「含浸する」の語は、その方法によって金属がバイオマス中に放置拡散するところの任意の方法にまで及び、浸漬、インシピエントウェットネス（ｉｎｃｉｐｉｅｎｔ ｗｅｔｎｅｓｓ）含浸等のような手法を包含する。
好ましくは、金属化合物は水溶性であり、水が溶媒として使用される。
好まれる実施態様では、金属はバイオマス中に、該バイオマスが由来する植物自体によって導入される。植物がそのポリマー構造中に電磁放射を受けやすい物質を取り込むように該植物の遺伝子組み換えを行う段階を、この方法は含む。このようなバイオ工学処理された植物から製造されたバイオマスは、電磁放射を受けやすい物質を自動的に含んでいる。
本発明の方法に使用されるのが好まれるのは、光合成由来のバイオマスである。特に好まれるのは、セルロースおよび／またはリグノセルロースを含んでいるバイオマスである。（リグノ）セルロースを含んでいるバイオマス中に含浸された金属は、（リグノ）セルロースのベータ−１結合の近傍に優先的に位置すると考えられる。この電磁放射吸収性バイオマスが電磁放射に付されると、該ベータ−１結合は選択的に活性化される。ベータ−１結合は（リグノ）セルロースのグルコピラノース単位間の連結をしているので、これらの結合の活性化は、（リグノ）セルロースの解重合をもたらす。本発明は、この理論に拘束されるわけではないことが理解されなければならない。
好まれる実施態様では、電磁放射吸収性バイオマスを活性化するために使用される電磁放射は、マイクロ波領域の周波数を有する。好ましくは、該周波数は３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ、より好ましくは１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの領域にある。このタイプの電磁放射はレーダーおよび電子レンジのような用途に広く使用されているので、この電磁放射を発生する技術は十分に開発されている。マイクロ波放射を発生するために使用されるいわゆるマグネトロンは、６５％以上の効率を有するように設計されることができる。
他の実施態様では、電磁放射を吸収しやすい物質は磁性体のナノ粒子を含み、また電磁放射は振動磁場を含む。磁性体は好適には常磁性体、強磁性体、または超常磁性体である。強磁性体の例は、金属Ｃｏ、金属Ｆｅ、およびＦｅ３Ｏ４（＝ＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３）を含む。超常磁性体は、非常に小さい粒子サイズの（強）磁性体である。小粒子サイズの故に、該粒子の磁気モーメントの方向を変えるのに要求されるエネルギーは、環境の熱エネルギーに近い。その結果、粒子は有意の速度で方向を無作為に反転する。
磁性粒子は、粒子とバイオマスとの湿式接触（含浸、浸漬またはコーティング）および／または乾式接触（混合、粉砕、磨砕、流動化、流動磨砕）によってバイオマス中に導入されることができる。このようにして、磁性粒子はバイオマス粒子の表面上にコーティングされることができ、またはバイオマス粒子中に浸透さえすることができる。
本明細書で使用される「含浸する」の語は、それによって金属がバイオマス中に放置拡散しまたはバイオマス上に吸着されるところの任意の方法を包含し、浸漬、インシピエントウェットネス含浸等のような手法を含む。
磁場の影響を受けやすくされたバイオマスは高周波数振動磁場に付されると、該バイオマスの内部の磁性粒子は振動運動を生起する。これはバイオマスの局所加熱をもたらし、それによってバイオマスの内部の化学結合が活性化される。
いったん活性化されれば、比較的穏やかな条件下にバイオマスは液化されまたは解重合されることができる。本明細書で使用される「穏やかな条件」の語は、２０〜５００℃の範囲の温度および１〜５０バールの圧力をいう。好まれる実施態様では、穏やかな条件は、環境温度〜３５０℃の範囲の温度および１〜２５バールの範囲の圧力を含む。
所望の生成物に応じて、穏やかな条件は、水熱転化条件、穏やかな熱分解条件、穏やかな加水分解条件、穏やかな水素化転化条件、水素化分解条件、もしくは水素化処理条件、接触分解条件または酵素転化条件を含むことができ、その下に当該活性化されたバイオマスが付される。
他の実施態様では、出発物質は、バイオマス物質または活性化されたバイオマス物質の熱分解または熱転化において得られることができるバイオ液体である。
したがって、この実施態様では、本発明はバイオ液体を穏やかな条件下での解重合を受けやすくする方法であって、
ａ） バイオ液体中に電磁放射を吸収しやすい物質を導入して、電磁放射吸収性バイオ液体を生成する段階、および
ｂ） 該電磁放射吸収性バイオ液体を電磁放射に付して、活性化されたバイオ液体を生成する段階
を含む方法に関する。
出発物質としてバイオ液体を使用することは、バイオ液体を電磁放射を吸収しやすいものの液状源と混合することによって、バイオ液体中に電磁放射を吸収しやすい物質を導入する段階が実施されることができる利点をもたらす。この液状源は溶液、またはたとえば磁性粒子の場合には、懸濁物であることができる。
後続の電磁放射はバイオ液体を、活性化されたバイオ液体に転換し、これは、比較的穏やかな条件下の反応によって有用な燃料または特殊化学製品に転化されることができる。
特定の実施態様では、電磁放射吸収性バイオマスは連続方法で電磁放射に付される。たとえば、電磁放射吸収性バイオマスは、連続ベルト上で、適当な形の電磁放射が発生されている帯域中を通って搬送されることができる。この帯域は、連続電磁放射反応器またはこのような反応器の一部であることができる。
活性化されたバイオマスは、さらに液状および／またはガス状生成物に転化されることができる。先行する活性化の故に、バイオマスの活性化が行われなかったならばそうであろう条件よりも穏やかな条件下にこれらの技術が実施されることができるという理解の下に、このさらなる転化は熱分解または水熱転化のような公知の技術によって達成されることができる。
該熱分解または水熱転化は、別途の方法段階において、好ましくは活性化段階の直後に行われることができる。たとえば、電磁放射帯域中を通って、そしてその後に水熱転化または熱分解に適切な条件を有する帯域中を通って走行するコンベアベルト上に、電磁放射吸収性バイオマスは置かれることができる。
他の実施態様では、活性化段階および熱分解または水熱転化は、１の反応器中で行われる。たとえば、水熱転化反応器または熱分解反応器は、電磁放射を発生する手段を備えることができる。該反応器は、電磁放射吸収性バイオマスを供給される。反応器中の条件は、それぞれ、水熱転化または熱分解に適切な範囲に調整され、その間に該バイオマスが電磁放射に付される。
このようにして、上で検討された特定の実施態様を参照して、本発明は記載されてきた。これらの実施態様は、当業者に周知の種々の変形を受けやすくおよび代替形態にされやすいことは理解されよう。
上に記載されたものに加えて多くの変形が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、ここに記載された組成物および技術になされることができる。したがって、特定の実施態様が記載されてきたけれども、これらは実施例としてのみであり、本発明の範囲を限定するものではない。
（湿式粉砕／固形添加物）
バイオマス物質（ホワイトパイン木材チップ）が最初に機械式ミキサーで５分間粉砕されて、その粒子サイズが約５ｍｍまで低減される。この木材物質［木材の乾燥重量（１５０℃）基準で１５重量％のスラリー］は、高い鉄含有量（Ｆｅ＝４０％）の粗原料ボーキサイトとともに（ボーキサイトと木材との比５：１００）、遊星型高エネルギーミル（Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ ６）中で湿式粉砕される。粉砕されたスラリーはマイクロ波放射に付されて、それによってバイオマス物質が活性化される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の湿式粉砕をされ、マイクロ波処理はされていない木材／ボーキサイトスラリー
・湿式粉砕され、マイクロ波処理された木材
熱天秤Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１ｅを使用して、上記のスラリーの乾燥されたサンプルの熱分解が実施される。サンプル（１０〜１５ｍｇ）はアルミナカップ（７０ｍｌ）中に入れられ、そしてＡｒ（アルゴン）流（３０ｍｌ／分）下に５℃／分の加熱速度で２５から７００℃まで加熱される。
重量対温度の対応曲線から、ＤＴＧ曲線が計算される。サンプルの（２５℃における）初期重量と（６００℃における）残留重量との差として、合計重量損失が測定される。木材−ボーキサイト混合物の場合、初期重量および残留重量から、実験の間ボーキサイトは変化しないと仮定してボーキサイトの量を差し引くことによって、合計重量損失は測定される。
マイクロ波処理された木材−ボーキサイトサンプルは、参照サンプルのいずれよりも高い重量損失を示し、さらに、このマイクロ波処理された木材−ボーキサイトサンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
粉砕された木材−ボーキサイトスラリーは、マイクロ波処理後、オートクレーブ中で２００℃において２時間水熱転化に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。このマイクロ波処理された木材−ボーキサイト物質から、参照サンプルのいずれからのものと比較しても、最大量の軽質油相が得られる。
（湿式粉砕／固形添加物）
ボーキサイトからアルミナを製造するＢａｙｅｒ法からの廃棄生成物である「赤泥」で、ボーキサイトが置き換えられたことを除いて、実施例１が繰り返される。この廃棄生成物は、その高い酸化鉄含有量にその名称が由来する。これはまた、チタン、ナトリウム、シリカおよび他の不純物も含有する。Ｂａｙｅｒ法の間に水酸化ナトリウム処理に付されているので、これは高度に苛性であり、１３．２を超えるｐＨ値を有する。
木材物質［木材の乾燥重量（１５０℃）基準で１５重量％のスラリー］は、「赤泥」とともに（「赤泥」と木材との比５：１００）、遊星型高エネルギーミル（Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ ６）中で湿式粉砕される。粉砕されたスラリーはマイクロ波放射に付されて、それによってバイオマス物質が活性化される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の湿式粉砕をされ、マイクロ波処理はされていない木材−「赤泥」スラリー
・湿式粉砕され、マイクロ波処理された木材
熱天秤Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１ｅを使用して、上記のスラリーの乾燥されたサンプルの熱分解が実施される。サンプル（１０〜１５ｍｇ）はアルミナカップ（７０ｍｌ）中に入れられ、そしてＡｒ（アルゴン）流（３０ｍｌ／分）下に５℃／分の加熱速度で２５から７００℃まで加熱される。
重量対温度の対応曲線から、ＤＴＧ曲線が計算される。サンプルの（２５℃における）初期重量と（６００℃における）残留重量との差として、合計重量損失が測定される。木材−「赤泥」混合物の場合、初期重量および残留重量から、実験の間「赤泥」は変化しないと仮定して「赤泥」の量を差し引くことによって、合計重量損失は測定される。
マイクロ波処理された木材−「赤泥」サンプルは、参照サンプルのいずれよりも高い重量損失を示し、さらに、このマイクロ波処理された木材−「赤泥」サンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
粉砕された木材−「赤泥」スラリーは、マイクロ波処理後、オートクレーブ中で２００℃において２時間水熱転化に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。このマイクロ波処理された木材−「赤泥」物質から、参照サンプルのいずれについて観察されたものと比較しても、最大量の軽質油相が得られる。
（湿式粉砕／可溶性添加物）
ボーキサイトが硫酸第二鉄によって置き換えられたことを除いて、実施例１が繰り返される。
木材物質［木材の乾燥重量（１５０℃）基準で１５重量％のスラリー］が、硫酸第二鉄とともに（硫酸第二鉄と木材との比５：１００）、遊星型高エネルギーミル（Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ ６）中で湿式粉砕される。粉砕されたスラリーはマイクロ波放射に付されて、それによってバイオマス物質が活性化される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の湿式粉砕をされ、マイクロ波処理はされていない木材／硫酸第二鉄スラリー
・湿式粉砕され、マイクロ波処理された木材
熱天秤Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１ｅを使用して、上記のスラリーの乾燥されたサンプルの熱分解が実施される。サンプル（１０〜１５ｍｇ）はアルミナカップ（７０ｍｌ）中に入れられ、そしてＡｒ（アルゴン）流（３０ｍｌ／分）下に５℃／分の加熱速度で２５から７００℃まで加熱される。
重量対温度の対応曲線から、ＤＴＧ曲線が計算される。サンプルの（２５℃における）初期重量と（６００℃における）残留重量との差として、合計重量損失が測定される。木材−硫酸第二鉄混合物の場合、初期重量および残留重量から、実験の間硫酸第二鉄は変化しないと仮定して硫酸第二鉄の量を差し引くことによって、合計重量損失は測定される。
マイクロ波処理された木材−硫酸第二鉄サンプルは、参照サンプルのいずれよりも高い重量損失を示し、さらに、このマイクロ波処理された木材−硫酸第二鉄サンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
粉砕された木材−硫酸第二鉄スラリーは、マイクロ波処理後、オートクレーブ中で２００℃において２時間水熱転化に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。このマイクロ波処理された木材−硫酸第二鉄物質から、参照サンプルのいずれについて観察されたのよりも、最大量の軽質油相が得られる。
（湿式粉砕／固形添加物）
主にセリウムおよびランタン、ならびにこれらより少ない量の他の希土類から成る希土類炭酸塩鉱物であるバストネサイトで、ボーキサイトが置き換えられたことを除いて、実施例１が繰り返される。
木材物質［木材の乾燥重量（１５０℃）基準で１５重量％のスラリー］が、バストネサイトとともに（バストネサイトと木材との比５：１００）、遊星型高エネルギーミル（Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ ６）中で湿式粉砕される。粉砕されたスラリーはマイクロ波放射に付されて、それによってバイオマス物質が活性化される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の湿式粉砕をされ、マイクロ波処理はされていない木材／バストネサイトスラリー
・湿式粉砕され、マイクロ波処理された木材
熱天秤Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１ｅを使用して、上記のスラリーの乾燥されたサンプルの熱分解が実施される。サンプル（１０〜１５ｍｇ）はアルミナカップ（７０ｍｌ）中に入れられ、そしてＡｒ（アルゴン）流（３０ｍｌ／分）下に５℃／分の加熱速度で２５から７００℃まで加熱される。
重量対温度の対応曲線から、ＤＴＧ曲線が計算される。サンプルの（２５℃における）初期重量と（６００℃における）残留重量との差として、合計重量損失が測定される。木材−バストネサイト混合物の場合、初期重量および残留重量から、実験の間バストネサイトは変化しないと仮定してバストネサイトの量を差し引くことによって、合計重量損失は測定される。
マイクロ波処理された木材−バストネサイトサンプルは、参照サンプルのいずれよりも高い重量損失を示し、さらに、このマイクロ波処理された木材−バストネサイトサンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
粉砕された木材−バストネサイトスラリーは、マイクロ波処理後、オートクレーブ中で２００℃において２時間水熱転化に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。このマイクロ波処理された木材−バストネサイト物質から、参照サンプルのいずれについて観察されたものと比較しても、最大量の軽質油相が得られる。
（湿式粉砕／可溶性添加物）
木材が他のバイオマス物質、すなわちトウモロコシ茎葉によって置き換えられたことを除いて、実施例３が繰り返される。トウモロコシ茎葉物質［トウモロコシ茎葉の乾燥重量（１５０℃）基準で１５重量％のスラリー］が、硫酸第二鉄とともに（硫酸第二鉄とトウモロコシ茎葉との比５：１００）、遊星型高エネルギーミル（Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ ６）中で湿式粉砕される。粉砕されたスラリーはマイクロ波放射に付されて、それによってバイオマス物質が活性化される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の湿式粉砕をされ、マイクロ波処理はされていないトウモロコシ茎葉／硫酸第二鉄スラリー
・湿式粉砕され、マイクロ波処理されたトウモロコシ茎葉
熱天秤Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１ｅを使用して、上記のスラリーの乾燥されたサンプルの熱分解が実施される。サンプル（１０〜１５ｍｇ）はアルミナカップ（７０ｍｌ）中に入れられ、そしてＡｒ（アルゴン）流（３０ｍｌ／分）下に５℃／分の加熱速度で２５から７００℃まで加熱される。
重量対温度の対応曲線から、ＤＴＧ曲線が計算される。サンプルの（２５℃における）初期重量と（６００℃における）残留重量との差として、合計重量損失が測定される。トウモロコシ茎葉−硫酸第二鉄混合物の場合、初期重量および残留重量から、実験の間硫酸第二鉄は変化しないと仮定して硫酸第二鉄の量を差し引くことによって、合計重量損失は測定される。
マイクロ波処理されたトウモロコシ茎葉−硫酸第二鉄サンプルは、参照サンプルのいずれよりも高い重量損失を示し、さらに、このマイクロ波処理されたトウモロコシ茎葉−硫酸第二鉄サンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
粉砕されたトウモロコシ茎葉−硫酸第二鉄スラリーは、マイクロ波処理後、オートクレーブ中で２００℃において２時間水熱転化に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。このマイクロ波処理されたトウモロコシ茎葉−硫酸第二鉄物質から、参照サンプルのいずれについて観察されたものと比較しても、最大量の軽質油相が得られる。
（乾式粉砕／固形添加物）
バイオマス物質（ホワイトパイン木材チップ）が最初に機械式ミキサーで５分間粉砕されて、その粒子サイズが約５ｍｍまで低減される。この木材物質は、高い鉄含有量（Ｆｅ＝４０％）の粗原料ボーキサイト粉体とともに（ボーキサイトと木材との比５：１００）、遊星型高エネルギーミル（Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ ６）中で乾式粉砕される。乾式粉砕され得られた混合物はマイクロ波放射に付されて、それによってバイオマス物質が活性化される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の乾式粉砕をされ、マイクロ波処理はされていない木材／ボーキサイトスラリー
・乾式粉砕され、マイクロ波処理された木材
上記の実施例１に記載された熱分解方法を使用すると、乾式粉砕されマイクロ波処理された木材−ボーキサイトサンプルの重量損失は参照物質のいずれよりも高く、さらに、乾式粉砕されマイクロ波処理された木材−ボーキサイトサンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
乾式粉砕された木材−ボーキサイト粉体は、マイクロ波処理後、オートクレーブ中で２００℃において２時間水熱処理に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。このマイクロ波処理された木材−ボーキサイト物質から、参照サンプルのいずれについて観察されたものと比較しても、最大量の軽質油相が得られる。
（含浸）
硫酸第二鉄溶液を含浸された木材粒子がマイクロ波放射に付されて、それによってバイオマス物質が活性化される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の硫酸第二鉄含浸をされ、マイクロ波処理はされていない木材粒子
・マイクロ波処理された木材
上記の実施例１に記載された熱分解方法を使用すると、硫酸第二鉄を含浸されマイクロ波処理された木材サンプルの重量損失は参照物質のいずれよりも高く、さらに、硫酸第二鉄を含浸されマイクロ波処理された木材サンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
硫酸第二鉄を含浸された木材サンプルは、マイクロ波処理後、スラリー化され、そしてオートクレーブ中で２００℃において２時間水熱処理に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。この硫酸第二鉄を含浸されマイクロ波処理された木材から、参照サンプルのいずれについて観察されたものと比較しても、最大量の軽質油相が得られる。
（混練）
ボーキサイトの水中懸濁物（ボーキサイト２０％）が、業務用製材機から得られたホワイトパイン木材チップ（約１／２インチ（１２．７ｍｍ）幅かける１／３２インチ（０．７９ｍｍ）厚さ）とともに、ＵＳゲージ５のミキサーＫｎｅａｄｅｒｍａｓｔｅｒに加えられる。ミキサー室はジャケット付きであり、２の水平、オーバラップ式シグマブレードを有し、運転圧力５０ｐｓｉｇ（０．３４ＭＰａ）で１４８℃まで運転する能力がある。十分なボーキサイトが添加されて、運転可能なケーキが造られる。木材とボーキサイトとの比は８５：１５である。得られたケーキは、１５０℃の温度において２時間混練される。混練されたケーキはスラリー化され、そしてマイクロ波放射に付されて、それによってバイオマス物質が活性化される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の混練をされ、マイクロ波処理はされていない木材／ボーキサイトスラリー
・混練され、マイクロ波処理された木材
熱天秤Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１ｅを使用して、上記のスラリーの乾燥されたサンプルの熱分解が実施される。サンプル（１０〜１５ｍｇ）はアルミナカップ（７０ｍｌ）中に入れられ、そしてＡｒ（アルゴン）流（３０ｍｌ／分）下に５℃／分の加熱速度で２５から７００℃まで加熱される。
重量対温度の対応曲線から、ＤＴＧ曲線が計算される。サンプルの（２５℃における）初期重量と（６００℃における）残留重量との差として、合計重量損失が測定される。混練された木材−ボーキサイト混合物の場合、初期重量および残留重量から、実験の間ボーキサイトは変化しないと仮定してボーキサイトの量を差し引くことによって、合計重量損失は測定される。
混練されマイクロ波処理された木材−ボーキサイトサンプルは、参照サンプルのいずれよりも高い重量損失を示し、さらに、この混練されマイクロ波処理された木材−ボーキサイトサンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
混練された木材−ボーキサイトは、マイクロ波処理後、オートクレーブ中で２００℃において２時間水熱処理に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。この混練されマイクロ波処理された木材−ボーキサイト物質から、参照サンプルのいずれについて観察されたものと比較しても、最大量の軽質油相が得られる。
（混練）
ボーキサイトが「赤泥」で置き換えられたことを除いて、実施例８が繰り返される。
以下の参照サンプルが調製される。
・上記の混練をされ、マイクロ波処理はされていない木材／「赤泥」スラリー
・混練され、マイクロ波処理された木材
上記の実施例１に記載された熱分解方法を使用すると、混練されマイクロ波処理された木材−「赤泥」サンプルの重量損失は、参照サンプルのいずれよりも高く、さらに、混練されマイクロ波処理された木材−「赤泥」サンプルの分解は、参照物質のいずれよりも低い温度で開始する。
マイクロ波処理後、混練された木材−「赤泥」サンプルは、オートクレーブ中で２００℃において２時間水熱処理に付される。
この水熱処理からの生成物は、２の液相、すなわち可溶性有機化合物を含有する水性相および軽質炭化水素相、ならびにいくらかの固形残留物をもたらす。この混練されマイクロ波処理された木材−「赤泥」物質から、参照サンプルのいずれについて観察されたものと比較しても、最大量の軽質油相が得られる。

Claims (32)

  1. バイオマスを穏やかな条件下での液化または解重合を受けやすくする方法であって、
    ａ） バイオマス中に電磁放射を吸収しやすい物質を導入して、電磁放射吸収性バイオマスを生成する段階、および
    ｂ） 該電磁放射吸収性バイオマスを電磁放射に付して、活性化されたバイオマスを生成する段階
    を含む方法。
  2. 電磁放射を吸収しやすい物質が、遷移金属を含んでいる、請求項１に従う方法。
  3. 電磁放射を吸収しやすい物質が、希土類を含んでいる、請求項１に従う方法。
  4. 遷移金属が、非貴金属の遷移金属である、請求項２に従う方法。
  5. 非貴金属の遷移金属が、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、およびこれらの混合から成る群から選択される、請求項４に従う方法。
  6. 非貴金属の遷移金属がＦｅを含んでいる、請求項５に従う方法。
  7. 電磁放射を吸収しやすい物質が、当該物質の化合物の溶液をバイオマスに含浸することによって、該バイオマス中に導入される、請求項１〜６のいずれか１項に従う方法。
  8. 溶液が水性溶液である、請求項７に従う方法。
  9. 段階ａ）が、電磁放射を受けやすい物質を植物のポリマー構造中に取り込むように該植物の遺伝子組み換えを行うこと、そして該遺伝子を組み換えられた植物からバイオマスを製造すること、を含む、請求項１に従う方法。
  10. 段階ａ）が、電磁放射を受けやすい物質が植物のポリマー構造中に取り込まれるように該電磁放射を受けやすい物質に富む栄養物を植物に供給すること、そして該植物をバイオマス物質に転化すること、を含む、請求項１に従う方法。
  11. バイオマスが、光合成由来のものである、請求項１に従う方法。
  12. バイオマスが、セルロースおよび／またはリグノセルロースを含んでいる、請求項１に従う方法。
  13. 電磁放射が、マイクロ波領域の周波数を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に従う方法。
  14. 電磁放射が、３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの領域の周波数を有する、請求項１３に従う方法。
  15. 電磁放射が、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの領域の周波数を有する、請求項１４に従う方法。
  16. 電磁放射を吸収しやすい物質が、磁性体のナノ粒子を含んでいる、請求項１に従う方法。
  17. 磁性体が、常磁性体、強磁性体、または超常磁性体である、請求項１６に従う方法。
  18. 磁性体が酸化鉄である、請求項１６または１７に従う方法。
  19. 段階ｂ）が、１ｋＨｚ〜５ＭＨｚの領域の周波数を有する交流磁場にバイオマスを付することによって該バイオマスを加熱すること、を含む、請求項１６に従う方法。
  20. 活性化されたバイオマスが、穏やかな条件下の液化に付される、請求項１に従う方法。
  21. 穏やかな条件が、１５０〜５００℃の範囲の温度および１〜５０バールの圧力を含む、請求項２０に従う方法。
  22. 穏やかな条件が、環境温度〜３５０℃の範囲の温度および１〜２５バールの範囲の圧力を含む、請求項２０に従う方法。
  23. 穏やかな条件が、水熱転化条件を含む、請求項２０に従う方法。
  24. 穏やかな条件が、穏やかな熱分解条件を含む、請求項２０に従う方法。
  25. 穏やかな条件が、加水分解条件を含む、請求項２０に従う方法。
  26. 穏やかな条件が、水素化転化条件、水素化分解条件、または水素化処理条件を含む、請求項２０に従う方法。
  27. 穏やかな条件が、接触分解条件を含む、請求項２０に従う方法。
  28. 穏やかな条件が、酵素転化条件を含む、請求項２０に従う方法。
  29. バイオ液体を穏やかな条件下での解重合を受けやすくする方法であって、
    ａ） バイオ液体中に電磁放射を吸収しやすい物質を導入して、電磁放射吸収性バイオ液体を生成する段階、および
    ｂ） 該電磁放射吸収性バイオ液体を電磁放射に付して、活性化されたバイオ液体を生成する段階
    を含む方法。
  30. 電磁放射が発生されている帯域中を通って電磁放射吸収性バイオマスを搬送する段階を含むところの、電磁放射吸収性バイオマスを活性化されたバイオマスへと転化する連続プロセスを段階ｂ）が含む、請求項１に従う方法。
  31. 活性化されたバイオマスを液状および／またはガス状生成物に転化するさらなる段階を含む、請求項１に従う方法。
  32. 電磁放射吸収性バイオマスへの電磁放射と、該活性化されたバイオマスの転化とが、１段階プロセスで実施される、請求項３１に従う方法。
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