JP2012522099A - 改良されたバイオマス前処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リグノセルロースバイオマスを処理する方法は、A)リグノセルロースバイオマス原料を、蒸気もしくは液体の水またはそれらの混合物に、100〜210℃の範囲の温度で1分〜24時間浸漬して、乾燥含有物と第1液体とを含有する浸漬バイオマスを創出するステップと、B)第1液体の少なくとも一部分を浸漬バイオマスから分離して、第1液体流れと第1固体流れとを創出するステップであって、第1固体流れが、浸漬バイオマスを含むステップと、C)第1固体流れを水蒸気爆砕して、固体と第2液体とを含む水蒸気爆砕流れを創出するステップとを含む。
【選択図】なし
Description
Ro=t・e[(T−100)/14.75]
(セ氏で表される温度T、および共通の単位で表される時間t)として表される時間と温度の関数である。この式は、Log(Ro)として、すなわち
Log(Ro)=Ln(t)+[(T−100)/14.75]
としても表される。
Ro=t・e[(T−100)/14.75]
(セ氏で表される温度T、および共通の単位で表される時間t)として表される。
Log(Ro)=Ln(t)+[(T−100)/14.75]
としても表される。
A)バイオマス中の阻害物質および次のステップ(例えば酵素加水分解、発酵、最終生成物分離)への望ましくない生成物と種々の物質のレベルが、他の方法よりも非常に低い;
B)全体的なヘミセルロース可溶化収率が、他の方法よりも高い;
C)バイオマスの分解が、他の方法に比べて改善される。
前処理の優位性は、実施例5〜6に示す結果を対照実施例1、2、3および4と比較することにより理解できる。
アルンドおよびモロコシを、異なる前処理法に供した。従来の連続水蒸気爆砕を、浸漬プロセスと後続の水蒸気爆砕プロセスとからなる前処理と比較した。
この手順は、最大酵素負荷に基づく所与の前処理の効率を測定するために用いる。
7.1試薬
アジ化ナトリウム(蒸留水中に20mg/ml)
既知の活性のセルラーゼ酵素複合体、FPU/mL。
既知の活性の既知のキシラナーゼ酵素、FXU/mL
原材料を、湿気および抽出物決定に供し、72%のH2SO4を用いる定量酸加水分解とその後の標準的な方法(NREL/TP−510−42618、NREL/TP−510−42619、NREL/TP−510−42622)に供した。加水分解後の固体残渣をろ過により回収して、クラソンリグニンとみなした。加水分解物を、単糖類(セルロースに由来するグルコース;ヘミセルロースに由来するキシロースおよびアラビノース)および酢酸(アセチル基に由来)についてHPLCにより分析した。クロマトグラフィーによる決定を、イオン交換樹脂Biorad Aminex HPX−87Aカラムを備えるDionex P680A_LPGを、以下の条件下で用いて行った:移動相、0.05mol/Lの硫酸;流速0.6ml/分;およびカラム温度65℃。
バイオマス中の構造炭水化物およびリグニンの決定
Laboratory Analytical Procedure(LAP)発行日:2008年4月25日
Technical Report NREL/TP−510−42618 2008年4月改訂
Laboratory Analytical Procedure(LAP)発行日:2005年7月17日
Technical Report NREL/TP−510−42619 2008年1月
Laboratory Analytical Procedure(LAP)発行日:2005年9月28日
Technical Report NREL/TP−510−42620 2008年1月
Laboratory Analytical Procedure(LAP)発行日:2008年3月31日
Technical Report NREL/TP−510−42621 2008年3月改訂
Laboratory Analytical Procedure(LAP)発行日:2005年7月17日
Technical Report NREL/TP−510−42622 2008年1月
Laboratory Analytical Procedure(LAP)発行日:2006年12月8日
Technical Report NREL/TP−510−42623 2008年1月
Laboratory Analytical Procedure(LAP)発行日:2008年3月21日
NREL/TP−510−42627 2008年3月
Claims (77)
- A)リグノセルロースバイオマス原料を、蒸気もしくは液体の水またはそれらの混合物に、100〜210℃の範囲の温度で1分〜24時間浸漬して、乾燥含有物と第1液体とを含有する浸漬バイオマスを創出するステップと、
B)第1液体の少なくとも一部分を浸漬バイオマスから分離して、第1液体流れと第1固体流れとを創出するステップであって、第1固体流れが、浸漬バイオマスを含むステップと、
C)第1固体流れを水蒸気爆砕して、固体と第2液体とを含む水蒸気爆砕流れを創出するステップと
を含む、リグノセルロースバイオマスを処理する方法。 - 水蒸気爆砕流れ中の第2液体の少なくともいくらかが、水蒸気爆砕流れから分離されて第2液体流れを創出する、請求項1に記載の方法。
- 浸漬ステップAが、140〜210℃の温度範囲で1分〜16時間行われる、請求項1または2に記載の方法。
- 浸漬ステップAの前に、25〜100℃の範囲の温度の水を含む液体中にリグノセルロースバイオマスを1分〜24時間浸漬する低温浸漬ステップを行い、低温浸漬ステップの後に、分離ステップを行って、低温浸漬からの液体の少なくとも一部分を分離する、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
- リグノセルロースバイオマスを、ステップAにおいて、1分〜6時間、1分〜4時間および1分〜3時間からなる群より選択される範囲内の時間浸漬する、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- リグノセルロースバイオマスを、ステップAにおいて、1分〜4時間の範囲内の時間浸漬する、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- リグノセルロースバイオマスを、ステップAにおいて、1分〜3時間の範囲内の時間浸漬する、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- リグノセルロースバイオマスを、ステップAにおいて、1分〜2.5時間の範囲内の時間浸漬する、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- リグノセルロースバイオマスを、ステップAにおいて、1分〜2.0時間の範囲内の時間浸漬する、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 第1液体流れの液体の少なくとも一部分を、水蒸気爆砕流れの少なくとも一部分と併合するさらなるステップを含む、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 水蒸気爆砕流れを、少なくとも第3液体で洗浄して第3液体流れを創出する、請求項4から10のいずれかに記載の方法。
- 第1液体流れを精製して、第1精製液体流れを創出した後に、第1液体流れを、水蒸気爆砕流れの少なくとも一部分と併合する、請求項1から11のいずれかに記載の方法。
- 第3液体流れを精製し、次いで、水蒸気爆砕流れの少なくとも一部分と併合する、請求項11または12に記載の方法。
- 浸漬バイオマスからの液体の分離が、浸漬バイオマスを圧搾することにより行われる、請求項1から13のいずれかに記載の方法。
- 第1液体流れの精製が、フラッシングにより行われる、請求項12から14のいずれかに記載の方法。
- フラッシングが、フラッシングの前に第1液体流れの圧力を大気圧まで低下させることなく行われる、請求項15に記載の方法。
- フラッシングが、第1液体を浸漬バイオマスから分離するステップの最後に、第1液体流れの圧力にて行われる、請求項15または16に記載の方法。
- 第2液体流れが、水蒸気ストリッピングにより精製される、請求項13から17のいずれかに記載の方法。
- 精製第1液体流れを第2液体流れと併合した後に、第2液体流れが精製される、請求項13から18のいずれかに記載の方法。
- 第3液体流れが、水蒸気ストリッピングにより精製される、請求項13から19のいずれかに記載の方法。
- 第1液体流れと第2液体流れと第3液体流れとが、一緒に精製される、請求項13から20のいずれかに記載の方法。
- 精製が、水蒸気ストリッピングである、請求項21に記載の方法。
- 水蒸気ストリッピングの後に、活性炭での処理を行う、請求項18、20および22のいずれかに記載の方法。
- 精製流れを濃縮して水を除去する、請求項18、20、22および23のいずれかに記載の方法。
- 第1精製流れを第2液体流れと併合した後に、第2液体流れが精製される、請求項18、20、22、23および24のいずれかに記載の方法。
- 水蒸気爆砕流れの少なくとも一部分との混合のいずれもが、水蒸気爆砕流れの少なくとも一部分が加水分解された後に行われる、請求項2から24のいずれかに記載の方法。
- リグノセルロースバイオマスの組成物であって、固体と、液体と、フルフラールと、組成物の液体および固体中のアラビナンおよびキシランならびにアラビノースおよびキシロースのモノマー、ダイマー、オリゴマーおよびポリマーの量に基づく量のC5と、組成物の液体および固体中のグルカンのモノマー、ダイマー、オリゴマーおよびポリマーを含むグルカン含量に基づく量のC6とを含み、C6の量に対するC5の量の比率が0.50未満であり、C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が0.0060未満である組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.0050未満である、請求項27に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.0040未満である、請求項27に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.0030未満である、請求項27に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.0020未満である、請求項27に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.0010未満である、請求項27に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.0009未満である、請求項27に記載の組成物。
- C6の量に対するC5の量の比率が、0.44未満である、請求項27から33のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の11〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の14〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の16〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の19〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の21〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の24〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の26〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の29〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の31〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の36〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の41〜99重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の3〜85重量%の範囲にある、請求項27から34のいずれかに記載の組成物。
- リグノセルロースバイオマスの組成物であって、固体と、液体と、フルフラールと、組成物の液体および固体中のアラビナンおよびキシランならびにアラビノースおよびキシロースのモノマー、ダイマー、オリゴマーおよびポリマーの量に基づく量のC5と、組成物の液体および固体中のグルカンのモノマー、ダイマー、オリゴマーおよびポリマーを含むグルカン含量に基づく量のC6とを含み、C6の量に対するC5の量の比率が0.50より大きく、C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が0.09未満である組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.08未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.07未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.06未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.05未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.04未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.03未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.02未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.01未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.006未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.005未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.004未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.003未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.002未満である、請求項47に記載の組成物。
- C5とC6の量の合計に対するフルフラールの量の比率が、0.001未満である、請求項47に記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の11〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の14〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の16〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の19〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の21〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の24〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の26〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の29〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の31〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の36〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の41〜99重量%の範囲にある、請求項47から61のいずれかに記載の組成物。
- C6の量に対するC5の量の比率が、1.0より大きい、請求項47から72のいずれかに記載の組成物。
- C6の量に対するC5の量の比率が、2.0より大きい、請求項47から72のいずれかに記載の組成物。
- C6の量に対するC5の量の比率が、3.0より大きい、請求項47から72のいずれかに記載の組成物。
- C6の量に対するC5の量の比率が、4.0より大きい、請求項47から72のいずれかに記載の組成物。
- 組成物中の固体の量が、組成物の3〜85重量%の範囲にある、請求項47から72のいずれかに記載の組成物。
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