JP2019013918A - バイオマス処理 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2011年6月9日に出願された米国仮特許出願第61/495,217号に対し優先権を主張する。この仮特許出願の完全な開示は、これによって参照により本明細書に組み込まれる。
原料を、容易に加工することができる形態に変換するために、原料中のグルカンまたはキシラン含有セルロースを、糖化剤、例えば、酵素または酸、糖化と呼ばれるプロセスにより、低分子量炭水化物、例えば糖に加水分解させる。低分子量炭水化物はその後、例えば、現存の製造プラント、例えば単細胞タンパク質プラント、酵素製造プラント、または燃料プラント、例えば、エタノール製造施設において使用することができる。
微生物は処理された原料を糖化することにより生成された低分子量糖を発酵させることにより、多くの有用な中間体および生成物を生成させることができる。例えば、発酵または他のバイオプロセスはアルコール(例えば、n−ブタノール、イソブタノール、エタノールまたはエリスリトール)、有機酸(例えば、酢酸、酪酸、クエン酸または乳酸)、炭化水素、水素、タンパク質またはこれら材料のいずれかの混合物を生成させることができる。
本明細書で記載される方法により糖溶液または懸濁液が生成される場合、この溶液または懸濁液はその後、燃料電池において使用することができる。例えば、セルロースまたはリグノセルロース材料由来の糖を使用する燃料電池は、2011年12月22日に出願された米国仮特許出願第61/579,568号(その完全な開示は参照により本明細書に組み込まれる)において開示される。
熱化学変換を処理された原料について実施することができ、1つ以上の所望の中間体および/または生成物が生成される。熱化学変換プロセスは、高温で炭素含有材料の分子構造を変化させることを含む。具体例としては気化、熱分解、改質、部分酸化およびこれらの混合形(任意の順序)が挙げられる。
図2について説明すると、原料を糖および他の生成物、例えば、エタノールに変換するためのプロセスは、例えば、任意で原料を物理的に前処理し、例えば、そのサイズを低減させること(工程110)、この処理前および/または後に、任意で原料を処理し、その不応性を低減させること(工程112)、および原料を糖化し糖溶液を形成させること(工程114)を含むことができる。糖化は、下記で詳細に記載されるように、原料を含む液体培地、例えば水の分散物を酵素と混合すること(工程111)により実施することができる。糖化中または後に、混合物(糖化が途中で部分的にまたは完全に実施される場合)または溶液は、例えば、パイプライン、鉄道車両、トラックまたははしけにより、製造プラントに輸送することができる(工程116)。プラントでは、溶液はバイオプロセス加工することができ所望の生成物、例えば、エタノールが生成され(工程118)、これはその後、さらに、例えば、蒸留により加工される(工程120)。このプロセスの個々の工程は、下記で詳細に記載される。所望であれば、リグニン量を測定する工程(工程122)およびプロセスパラメータを設定または調整する工程(工程124)は、図示されるように、プロセスの様々な段階、例えば原料の構造を変化させるために使用されるプロセス工程(複数可)の直前で実施することができる。これらの工程が含まれる場合、プロセスパラメータは、2010年2月11日に出願された米国特許出願第12/704,519号(その完全な開示は参照により本明細書に組み込まれる)に記載されるように、原料のリグニン量の変動性を補償するように調整される。
1つ以上のタンク、1つ以上の攪拌器、例えば、1つ以上のジェットヘッド攪拌器、および1つ以上のウェットミルを含むシステムが本明細書で開示される。場合によっては、全てのミルおよび攪拌器ヘッドはタンク内にある。
任意的な分散ユニット134は、原料を液体培地で濡らす任意の型の分散装置を含み得る。多くの分散ユニットが、チャンバおよびチャンバ内のローターを含み、遠心式ポンプのように、原料および液体培地がローターに向かって軸方向に引き出され、外に向かって放射状にローターの周囲に向かって、よって、ユニットの出口を通って移動される。分散ユニットの構成によっては、流体を分散ユニットを通って高粘度で引き出すために予備ポンプが必要となる可能性がある(ポンプ139、以上で記載)。いくつかの分散ユニットはユニット内で非常に高い静的流体圧力を生成させるように構成され;そのようなユニットが使用される場合、予備ポンプは一般に必要とされない。
ウェットミリングユニット160で使用するためのウェットミリングヘッドの2つの例は図4−10および図11−17で示される。各ヘッドはローターおよびステーターを含み、ローター/ステーターミキサ技術においてよく知られているように、シャフト(図示せず)上に載置される。両方の場合において、ローターおよびステーターが組み立てられた場合、ローターの歯間のギャップは、ステーターの歯間のギャップとずれている。これにより、せん断ギャップが生成され、これを通って液体が、ローターの回転中に高せん断下で流れる。
T1:0.10”
T2:0.35”
T3:0.10”
T4:0.30”
T5:0.10”
T6:0.30”
ここで、T1はローター歯の半径方向厚さであり、T2はローター歯の円周厚さであり、T3は外側ステーター歯の半径方向厚さであり、T4は外側ステーター歯の円周厚さであり、ならびにT5およびT6は、それぞれ、内側ステーター歯の半径方向および円周厚さである。
糖化および発酵中に使用するのに特に好都合なミキサは「ジェットミキサー」として知られている。一般に、好適なミキサは、高速循環流、例えばトロイダルまたは楕円パターンの流れを生成するという共通点がある。一般に、好ましいミキサは高いバルク流速を示す。好ましいミキサはこの混合作用を比較的低いエネルギー消費で提供する。ミキサが比較的低いせん断を生成し、液体培地の加熱を回避することもまた一般に好ましい。というのも、せん断および/または加熱は糖化剤(または、例えば、発酵の場合微生物)に有害に影響し得るからである。下記で詳細に記載されるように、いくつかの好ましいミキサは、混合物を入口を通して、ローターまたは羽根車を含み得る混合要素中に引き出し、その後、混合物を混合要素から出口ノズルを通して放出する。この循環作用、および高速のノズルから出て行くジェットが、混合要素の向きによって、タンクの底に沈んだ液体または材料の表面上に浮遊する材料を分散するのを助ける。混合要素は、異なる向きで配置することができ、浮遊するおよび沈んだ材料の両方を分散させることができ、混合要素の向きは場合によっては調整可能である。
v(r=0)=液中ジェットの中心線速度(m/s)、
vo=ジェットの、ノズルから出て行く時の速度(m/s)、
x=ノズルからの距離(m)、
r=ジェットの中心線からの距離(m)、
Do=ノズルの直径(m)、
Qx=ノズルから距離xでの任意のある面を横切る流体の流れ(me/s)、
Qo=ノズルから出て行く流体の流れ(m3/s)、
E=ノズルから距離xでの任意のある面を横切る流体のエネルギー束(m3/s)、
Eo=ノズルから出て行く流体のエネルギー束(m3/s)。
(“Water Treatment Unit Processes: Physical and Chemical,” David W. Hendricks, CRC Press 2006, p. 411.)
1つの型のジェット流攪拌器は、図19−19Aで示される。この型のミキサは、例えば、IKAから、商標ROTOTRON(商標)で市販されている。図19について説明すると、ミキサ200はモーター202を含み、それはドライブシャフト204を回転させる。混合要素206は、ドライブシャフト204の端に載置される。図19Aで示されるように、混合要素206は、シュラウド208および、シュラウド内に、羽根車210を含む。矢印により示されるように、羽根車がその「前方」方向に回転される場合、羽根車210は液体をシュラウドの開口上端部212を通して引き入れ、液体を開口下端部214を通して押し出す。液体出口端214は高速流またはジェットの形態である。羽根車210の回転方向が反転されると、液体は、下端214を通して引き込まれ、上端212を通して放出され得る。これは、例えば、タンクまたは容器中の液体の表面近く、または上に浮遊する固体を吸引するために使用することができる(「上」および「下」は図19におけるミキサの向きを示し;ミキサはその上端をその下端より下になるようにタンク内で配向され得ることに注意するべきである)。
バイオマス材料
バイオマスは、例えば、セルロースまたはリグノセルロース材料とすることができる。そのような材料としては、紙および紙製品(例えば、ポリコート紙およびクラフト紙)、木材、木材関連材料、例えば、パーティクルボード、草、もみ殻、バガス、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、スイッチグラス、アルファルファ、乾草、トウモロコシ軸、トウモロコシストーバ、麦わら、ヤシの毛;およびα−セルロース量が高い材料、例えば、綿が挙げられる。原料は、未使用スクラップ布材料、例えば、端切れ、使用済み廃棄物、例えば、ぼろから得ることができる。紙製品が使用される場合、それらは未使用材料、例えば、スクラップ未使用料とすることができ、またはそれらは使用済み廃棄物とすることができる。未使用原料とは別に、使用済み廃棄物、産業廃棄物(例えば、残滓)、および加工廃棄物(例えば、紙加工からの流出物)もまた、繊維供給源として使用することができる。バイオマス原料はまた、ヒト廃棄物(例えば、下水)、動物廃棄物または植物廃棄物から得ることができ、またはそれらに由来していてよい。追加のセルロースおよびリグノセルロース材料は米国特許第6,448,307号;6,258,876号;6,207,729号;5,973,035号および5,952,105号に記載されている。
好適な酵素としては、バイオマスを分解することができるセロビアーゼ、セルラーゼおよびアミラーゼが挙げられる。
発酵で使用される微生物(複数可)は、天然微生物または遺伝子組換え微生物とすることができる。例えば、微生物は、細菌、例えばセルロース分解性細菌、真菌、例えば酵母、植物または原生生物、例えば藻類、原虫または真菌様原生生物、例えば粘菌とすることができる。生物が適合性である場合、生物の混合物を利用することができる。
発酵微生物は、サッカロマイセス(Sacchromyces spp.)属、例えば、サッカロマイセス・セレビシエ(Sacchromyces cerevisiae)(パン酵母)、サッカロマイセス・ディアスタティクス(Saccharomyces distaticus)、サッカロマイセス・ウバルム(Saccharomyces uvarum);クリベロミセス(Kluyveromyces)属、例えば、クリベロミセス・マルキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)種、クリベロミセス・フラジリス(Kluyveromyces fragilis)種;カンジダ(Candida)属、例えばカンジダ・シュードトロピカリス(Candida pseudotropicalis)、およびカンジダ・ブラシカ(Candida brassicae)、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)(カンジダ・シハタエ(Candida shehatae)の近縁種)、クラビスポラ(Clavispora)属、例えばクラビスポラ・ルシタニエ(Clavispora lusitaniae)種およびクラビスポラ・オプンティアエ(Clavispora opuntiae)種、パキソレン(Pachysolen)属、例えばパキソレン・タンノフィルス(Pachysolen tannophilus)種、ブレタノミセス(Bretannomyces)属、例えばブレタノミセス・クラウセニイ(Bretannomyces clausenii)種の株を含む(Handbook on Bioethanol:Production and Utilization,Wyman,C.E.,ed.,Taylor & Francis,Washington,DC,179-212中のPhilippidis,G.P.,1996,Cellulose bioconversion technology)。他の好適な微生物は、例えば、ザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobilis)、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)(Philippidis、1996、上記)、クロストリジウム・サッカロブチルアセトニクム(Clostridiumsaccharobutylacetonicum)、クロストリジウム・サッカロブチリカム(Clostridium saccharobutylicum)、クロストリジウム・パニセウム(Clostridium Puniceum)、クロストリジウム・ベイジェリンキ(Clostridium beijernckii)、クロストリジウム・アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)、モニリエラ・ポリニス(Moniliella pollinis)、ヤロウイア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)、アウレオバシジウム種(Aureobasidium sp.)、トリコスポロノイデス種(Trichosporonoides sp.)、トリゴノプシス・バリアビリス(Trigonopsis variabilis)、トリコスポロン種(Trichosporon sp.)、モニリエラ・アセトアブタンス(Moniliellaacetoabutans)、チフラ・バリアビリス(Typhula variabilis)、カンジダ・マグノリアエ(Candida magnoliae)、ウスチラジノマイシーテス(Ustilaginomycetes)、シュードジーマ・ツクバエンシス(Pseudozyma tsukubaensis)、ザイゴサッカロミセス(Zygosaccharomyces)属、デバリオマイセス(Debaryomyces)属、ハンゼヌラ(Hansenula)属およびピキア(Pichia)属の酵母種、ならびにトルラ(Torula)属黒色様真菌を含む。
抗生物質
糖化溶液中では高い糖濃度を有することが一般に好ましいが、より低い濃度を使用してもよく、その場合、抗菌添加物、例えば、広域スペクトル抗生物質を、低濃度、例えば、50〜150ppmで添加することが望ましい可能性がある。他の好適な抗生物質としては、アンホテリシンB、アンピシリン、クロラムフェニコール、シプロフロキサシン、ゲンタマイシン、ハイグロマイシンB、カナマイシン、ネオマイシン、ペニシリン、ピューロマイシン、ストレプトマイシンが挙げられる。抗生物質は、輸送および貯蔵中の微生物の増殖を阻止し、適切な濃度、例えば、15〜1000ppm(重量)、例えば、25〜500ppm、または50〜150ppmの間で使用することができる。必要に応じて、抗生物質は、糖濃度が比較的高い場合であっても、含めることができる。
界面活性剤の添加は、糖化速度を増強させることができる。界面活性剤の例としては、非イオン性界面活性剤、例えばTween(登録商標)20またはTween(登録商標)80ポリエチレングリコール界面活性剤、イオン性界面活性剤、または両性界面活性剤が挙げられる。他の好適な界面活性剤としては、オクチルフェノールエトキシレート、例えば、Dow Chemicalから市販されているTRITON(商標)Xシリーズ非イオン性界面活性剤が挙げられる。界面活性剤はまた、溶液、特に高濃度溶液中で生成される糖を維持するために添加することができる。
物理的調製
場合によっては、方法は、例えば、切断、粉砕、せん断、微粉化または細断による材料の物理的調製、例えば材料のサイズ低減を含むことができる。例えば、他の場合では、材料は最初に、本明細書で記載される方法の1つ以上、例えば放射線照射、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆発を用いて前処理されまたは加工され、その後、サイズ低減されまたはさらにサイズ低減される。最初に処理し、その後、サイズ低減することは好都合であり得る。スクリーンおよび/または磁石を使用し、大きすぎる物体、または望ましくない物体、例えば岩または釘などを供給物流から除去することができる。場合によっては前加工は必要なく、例えば、バイオマスの初期不応性が低く、ウェットミリングが、不応性を低減させる、例えば、さらなる加工、例えば、糖化のために材料を調製するのに十分有効である場合である。
いくつかの実施形態では、加工すべき材料は、繊維源をせん断することにより提供された繊維を含む繊維状材料の形態である。例えば、せん断は回転ナイフカッターにより実施することができる。
場合によっては、方法はバイオマス原料を機械的に処理することを含むことができる。機械的処理としては、例えば、切断、ミリング、圧縮、粉砕、せん断および細断が挙げられる。ミリングは、例えば、ボールミリング、ハンマーミリング、ローター/ステータードライまたはウェットミリング、フリーザーミリング、ブレードミリング、ナイフミリング、ディスクミリング、ローラミリングまたは他の型のミリングを含み得る。他の機械的処理としては、例えば、石材粉砕、クラッキング、機械的剥取または引裂、ピン粉砕または空気摩擦ミリングが挙げられる。
物理的に調製された、またはされていない材料は、本明細書で記載される任意の生成プロセスで使用するために処理することができる。以下で記載される生成プロセスの1つ以上が、以上で記載される不応性低減動作ユニットに含められ得る。その代わりに、またはこれに加えて、不応性を低減させるための他のプロセスが含められ得る。
1つ以上の放射線照射加工シーケンスを使用して、原料由来の材料を加工することができ、原料から有用な物質を抽出するための多種多様の異なる供給源が提供され、部分的に分解され、構造的に改変された材料が提供され、これはさらなる加工工程および/またはシーケンスへのインプットとして機能する。照射は、例えば、原料の分子量および/または結晶化度を低減させる。放射線はまた、材料、または材料をバイオプロセス加工するのに必要とされる任意の培地を滅菌することができる。
各形態の放射線は、放射線のエネルギーにより決定される特定の相互作用を介して炭素含有材料をイオン化する。重い荷電粒子は主に、物質をクーロン散乱によりイオン化する;さらに、これらの相互作用はエネルギー電子を生成し、これらはさらに物質をイオン化し得る。α粒子は、ヘリウム原子の核と同一であり、様々な放射性核、例えばビスマス、ポロニウム、アスタチン、ラドン、フランシウム、ラジウム、いくつかのアクチニド、例えばアクチニウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、キュリウム、カリフォルニウム、アメリシウム、およびプルトニウムの同位体のα崩壊により生成される。
電子ビーム照射装置はIon Beam Applications、Louvain−la−Neuve、BelgiumまたはTitan Corporation、San Diego、CAから商業的に調達され得る。典型的な電子エネルギーは、1MeV、2MeV、4.5MeV、7.5MeV、または10MeVとすることができる。典型的な電子ビーム照射装置電力は、1kW、5kW、10kW、20kW、50kW、100kW、250kW、または500kWとすることができる。原料の脱重合のレベルは、使用される電子エネルギーおよび適用される線量に依存し、一方、曝露時間は電力および線量に依存する。典型的な線量は1kGy、5kGy、10kGy、20kGy、50kGy、100kGy、または200kGyの値をとり得る。いくつかの実施形態では0.25−10MeV(例えば、0.5−0.8MeV、0.5−5MeV、0.8−4MeV、0.8−3MeV、0.8−2MeVまたは0.8−1.5MeV)の間のエネルギーを使用することができる。
照射が電磁放射線を用いて実施される実施形態では、電磁放射線は、例えば、102eV超、例えば、103、104、105、106超、またはさらに107eV超のエネルギー/光子(電子ボルトで表される)を有することができる。いくつかの実施形態では、電磁放射線は104〜107の間、例えば、105〜106eVの間のエネルギー/光子を有する。電磁放射線は、例えば、1016Hz超、1017Hz、1018、1019、1020超、またはさらに1021Hz超の周波数を有することができる。いくつかの実施形態では、電磁放射線は、1018〜1022Hzの間、例えば、1019〜1021Hzの間の周波数を有する。
いくつかの実施形態では、照射(任意の放射線源または源の組合せによる)は、材料が少なくとも0.25Mrad、例えば、少なくとも1.0、2.5、5.0、8.0、10、15、20、25、30、35、40、50、またはさらに少なくとも100Mradの線量を受けるまで実施される。いくつかの実施形態では、照射は、材料が1.0Mrad〜6.0Mradの間、例えば、1.5Mrad〜4.0Mrad、2Mrad〜10Mrad、5Mrad〜20Mrad、10Mrad〜30Mrad、10Mrad〜40Mrad、または20Mrad〜50Mradの間の線量を受けるまで実施される。
放射線処理に加えて、原料は、超音波処理、熱分解および酸化の任意の1つ以上により処理され得る。これらの処理プロセは、2009年4月3日に出願された米国特許出願第12/417,840号(その開示は参照により本明細書に組み込まれる)において記載される。
この段落のプロセスのいずれも、単独で、本明細書で記載されるプロセスのいずれもなしで、または本明細書で記載されるプロセスのいずれかと組み合わせて(任意の順序)使用することができる:蒸気爆発、化学的処理(例えば、酸処理(鉱酸、例えば硫酸、塩酸および有機酸、例えばトリフルオロ酢酸による濃および希酸処理を含む)、および/または塩基処理(例えば、石灰または水酸化ナトリウムによる処理))、UV処理、スクリュー押し出し処理、溶媒処理(例えば、イオン性液体による処理)および凍結ミリング。これらのプロセスのいくつかは、例えば、2009年4月3日に出願された米国特許出願第12/417,723号;2011年5月2日に出願された13/099,151号;および2009年7月14日に出願された12/502,629号(それらの開示は本明細書に組み込まれる)において記載される。
以上で記載される加工工程の1つ以上がバイオマスに対し実施された後、セルロースおよびヘミセルロース画分に含まれる複合炭水化物は、上記のように、糖化プロセスを使用して発酵可能な糖に加工することができる。
いくつかの実施形態では、発酵プロセスの全てまたは一部は低分子量糖がエタノールに完全に変換され前に中断することができる。中間発酵生成物は、高濃度の糖および炭水化物を含む。これらの中間発酵生成物は、ヒトまたは動物消費のための食品の調製において使用することができる。加えてまたはその代わりに、中間発酵生成物は、ステンレス鋼研究室ミルにおいて微細粒子サイズに粉砕することができ、小麦粉様物質が生成される。
発酵後、得られた流体は、例えば、「ビール塔」を使用してに蒸留することができ、大半の水および残留固体から、エタノールおよび他のアルコールが分離される。ビール塔から出て行く蒸気は、例えば、35重量%エタノールとすることができ、精留塔に送ることができる。精留塔からのほぼ共沸(92.5%)エタノールと水の混合物は、蒸気相モレキュラーシーブを用いて純粋(99.5%)エタノールに精製することができる。ビール塔底は3重エフェクト蒸発器の第1エフェクトに送ることができる。精留塔還流冷却器は、この第1エフェクトのために熱を提供することができる。第1エフェクト後、固体は遠心機を用いて分離し、回転乾燥機で乾燥することができる。遠心機流出物の一部(25%)は、発酵に再利用することができ、残りは、第2のおよび第3の蒸発器エフェクトに送られる。蒸発器凝縮物のほとんどは、かなり清浄な凝縮物としてプロセスに戻すことができ、ごく一部が分割されて廃水処理に送られ、低沸点化合物の蓄積が防止される。
本明細書で記載されるプロセスを使用して、処理されたバイオマスを1つ以上の生成物、例えばエネルギー、燃料、食品および材料に変換することができる。生成物の具体例としては、水素、糖(例えば、グルコース、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、果糖、二糖、オリゴ糖および多糖)、アルコール(例えば、一価アルコールまたは二価アルコール、例えばエタノール、n−プロパノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノールまたはn−ブタノール)、例えば、10%、20%、30%超またはさらに40%超の水を含む水和または含水アルコール、キシリトール、バイオディーゼル、有機酸、炭化水素(例えば、メタン、エタン、プロパン、イソブテン、ペンタン、n−ヘキサン、バイオディーゼル、バイオガソリンおよびそれらの混合物)、副産物(例えば、タンパク質、例えばセルロース分解性タンパク質(酵素)または単細胞タンパク質)、および任意の組み合わせまたは相対濃度での、および任意で、任意の添加物、例えば、燃料添加物と組み合わせたこれらの任意の混合物が挙げられるが、それらに限定されない。他の例としては、カルボン酸、カルボン酸の塩、カルボン酸およびカルボン酸の塩の混合物ならびにカルボン酸のエステル(例えば、メチル、エチルおよびn−プロピルエステル)、ケトン(例えば、アセトン)、アルデヒド(例えば、アセトアルデヒド)、α、β不飽和酸、例えばアクリル酸およびオレフィン、例えばエチレンが挙げられる。他のアルコールおよびアルコール誘導体としては、プロパノール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−プロパンジオール、糖アルコール(例えば、エリスリトール、グリコール、グリセロール、ソルビトールトレイトール、アラビトール、リビトール、マンニトール、ズルシトール、フシトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、ラクチトール、キシリトールおよび他のポリオール)、これらのアルコールのメチルまたはエチルエステルが挙げられる。他の生成物としては、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、乳酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、吉草酸、カプロン酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、オレイン酸、リノール酸、グリコール酸、γ−ヒドロキシ酪酸およびそれらの混合物、これらの酸のいずれかの塩、または酸のいずれかの混合物ならびにそれらの個々の塩、酸のいずれかの塩および酸のいずれかおよび個々の塩の混合物が挙げられる。
多くの実施形態について記載してきた。それにもかかわらず、様々な改変が本開示の精神および範囲から逸脱せずに可能であることが理解されるであろう。
(1)
不応性が低減されたリグノセルロース材料をウェットミリングすることを含む方法。
(2)
前記リグノセルロース材料の不応性は、前記リグノセルロース材料を照射することにより低減されている、(1)に記載の方法。
(3)
照射は、前記材料を電子ビームに曝露させることを含む、(2)に記載の方法。
(4)
照射は、少なくとも5Mradの線量を前記リグノセルロース材料に送達させることを含む、(2)または(3)に記載の方法。
(5)
前記リグノセルロース材料は、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、汚水、サイレージ、草、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、麦わら、トウモロコシ軸、トウモロコシストーバ、スイッチグラス、アルファルファ、乾草、ヤシの毛、海藻、藻類、およびそれらの混合物からなる群より選択される、(1)〜(4)いずれかに記載の方法。
(6)
さらに、不応性が低減されたリグノセルロース材料をウェットミリング前に高密度化することを含む、(1)〜(5)のいずれか1つに記載の方法。
(7)
ウェットミリングはローター/ステーターヘッドを用いて実施される、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(8)
前記ローターおよびステーターは歯のネスティングリングを含む、(7)に記載の方法。
(9)
前記ステーターは、2つ以上の歯の同心円リングを含む、(8)に記載の方法。
(10)
前記ローターは、ステーターの隣接する歯のリング間で適合するように構成された歯のリングを含む、(9)に記載の方法。
(11)
前記ローターとステーターの間のクリアランスは約0.01〜0.25インチ(0.25〜6.4mm)である、(7)に記載の方法。
(12)
各歯のリング内の歯間の空間は約0.1〜0.3インチ(2.5〜7.6mm)である、(8)に記載の方法。
(13)
ウェットミリングは複数のローター/ステーターヘッドを用いて実施される、(7)に記載の方法。
(14)
ウェットミリングは約30,000sec−1〜50,000sec−1のせん断速度で実施される、(1)に記載の方法。
(15)
ウェットミリングはインラインで実施される、(1)に記載の方法。
(16)
ジェットミキサーはウェットミリング中に適用される、(1)に記載の方法。
(17)
さらに、酵素を前記リグノセルロース材料にウェットミリング前、中または後に添加することを含む(1)に記載の方法。
(18)
さらに微生物を前記リグノセルロース材料またはリグノセルロース材料由来の糖に添加することを含む、(17)に記載の方法。
(19)
前記微生物はウェットミリングが完了した後に添加される、(18)に記載の方法。
(20)
前記微生物は前記リグノセルロース原料または糖をアルコール、有機酸、糖、炭化水素、およびそれらの混合物からなる群より選択される生成物に変換する、(18)に記載の方法。
(21)
ジェットミキサーは、前記原料または糖の前記生成物への変換中に動作される、(20)に記載の方法。
(22)
バイオマス材料がその中に分散された流体中に配置されるウェットミルを含む、ウェットミリングシステム。
(23)
前記バイオマスはリグノセルロース材料を含む、(22)に記載のシステム。
(24)
前記リグノセルロース材料の不応性は、前記リグノセルロース材料に照射することにより低減されている、(23)に記載のシステム。
(25)
照射は、前記材料を電子ビームに曝露させることを含む、(24)に記載のシステム.
(26)
さらに、前記流体中に配置されたジェットミキサーを含む、(22)〜(25)のいずれか1つに記載のシステム。
(27)
前記ウェットミルはローター/ステーターヘッドを含む、(22)〜(26)のいずれか1つに記載のシステム。
(28)
前記ローターおよびステーターは歯のネスティングリングを含む、(27)に記載のシステム。
(29)
前記ステーターは2つ以上の歯の同心円リングを含む、(28)に記載の方法。
(30)
タンク、ジェットヘッドおよびウェットミルを含む、システム。
(31)
前記ジェットヘッドおよびウェットミルは、前記タンク内に配置される、(30)に記載のシステム。
(1)
1つ以上のジェットミキサーと1つ以上のウェットミルを含み、バイオマス材料がその中に分散された流体を含む容器内に、1つ以上のジェットヘッドと1つ以上のウェットミリングヘッドが配置される、ウェットミリングシステム。
(2)
前記バイオマスはリグノセルロース材料を含む、(1)に記載のシステム。
(3)
前記リグノセルロース材料の不応性が低減されている、(2)に記載のシステム。
(4)
前記リグノセルロース材料の不応性が、放射線照射、超音波処理、酸化、熱分解もしくは蒸気爆発またはそれらの任意のものの組み合わせによって低減されている、(3)に記載のシステム。
(5)
前記リグノセルロース材料の不応性は、前記リグノセルロース材料に照射することにより低減されている、(4)に記載のシステム。
(6)
前記リグノセルロース材料に照射することが重荷電粒子によるものである、(5)に記載のシステム。
(7)
前記リグノセルロース材料に照射することが電磁放射線によるものである、(5)に記載のシステム。
(8)
前記リグノセルロース材料に照射することが電子によるものである、(5)に記載のシステム。
(9)
前記リグノセルロース材料に照射することは、前記材料を電子ビームに曝露させることを含む、(5)に記載のシステム.
(10)
前記1つ以上のウェットミルヘッドはローターおよびステーターを含む、(1)に記載のシステム。
(11)
前記ローターおよびステーターは歯のネスティングリングを含む、(10)に記載のシステム。
(12)
前記ステーターは2つ以上の歯の同心円リングを含む、(10)に記載のシステム。
(13)
前記バイオマスは、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、汚水、サイレージ、草、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、麦わら、トウモロコシ軸、トウモロコシストーバ、スイッチグラス、アルファルファ、乾草、ヤシの毛、海藻、藻類、およびそれらの混合物からなる群より選択される、(1)に記載のシステム。
(14)
前記農業廃棄物は、もみ殻、バガス、わら、トウモロコシストーバ、ヤシの毛からなる群より選択される、(13)に記載のシステム。
(15)
前記サイレージは、アルファルファである、(13)に記載のシステム。
(16)
前記容器は、タンクである、(1)に記載のシステム。
(17)
前記容器は、ラグーンである、(1)に記載のシステム。
(18)
前記流体は、液体培地および糖化剤を含む、(1)に記載のシステム。
Claims (31)
- 不応性が低減されたリグノセルロース材料をウェットミリングすることを含む方法。
- 前記リグノセルロース材料の不応性は、前記リグノセルロース材料を照射することにより低減されている、請求項1に記載の方法。
- 照射は、前記材料を電子ビームに曝露させることを含む、請求項2に記載の方法。
- 照射は、少なくとも5Mradの線量を前記リグノセルロース材料に送達させることを含む、請求項2または3に記載の方法。
- 前記リグノセルロース材料は、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、汚水、サイレージ、草、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、麦わら、トウモロコシ軸、トウモロコシストーバ、スイッチグラス、アルファルファ、乾草、ヤシの毛、海藻、藻類、およびそれらの混合物からなる群より選択される、上記請求項のいずれかに記載の方法。
- さらに、不応性が低減されたリグノセルロース材料をウェットミリング前に高密度化することを含む、上記請求項のいずれか1つに記載の方法。
- ウェットミリングはローター/ステーターヘッドを用いて実施される、上記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記ローターおよびステーターは歯のネスティングリングを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ステーターは、2つ以上の歯の同心円リングを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記ローターは、ステーターの隣接する歯のリング間で適合するように構成された歯のリングを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記ローターとステーターの間のクリアランスは約0.01〜0.25インチ(0.25〜6.4mm)である、請求項7に記載の方法。
- 各歯のリング内の歯間の空間は約0.1〜0.3インチ(2.5〜7.6mm)である、請求項8に記載の方法。
- ウェットミリングは複数のローター/ステーターヘッドを用いて実施される、請求項7に記載の方法。
- ウェットミリングは約30,000sec−1〜50,000sec−1のせん断速度で実施される、請求項1に記載の方法。
- ウェットミリングはインラインで実施される、請求項1に記載の方法。
- ジェットミキサーはウェットミリング中に適用される、請求項1に記載の方法。
- さらに、酵素を前記リグノセルロース材料にウェットミリング前、中または後に添加することを含む請求項1に記載の方法。
- さらに微生物を前記リグノセルロース材料またはリグノセルロース材料由来の糖に添加することを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記微生物はウェットミリングが完了した後に添加される、請求項18に記載の方法。
- 前記微生物は前記リグノセルロース原料または糖をアルコール、有機酸、糖、炭化水素、およびそれらの混合物からなる群より選択される生成物に変換する、請求項18に記載の方法。
- ジェットミキサーは、前記原料または糖の前記生成物への変換中に動作される、請求項20に記載の方法。
- バイオマス材料がその中に分散された流体中に配置されるウェットミルを含む、ウェットミリングシステム。
- 前記バイオマスはリグノセルロース材料を含む、請求項22に記載のシステム。
- 前記リグノセルロース材料の不応性は、前記リグノセルロース材料に照射することにより低減されている、請求項23に記載のシステム。
- 照射は、前記材料を電子ビームに曝露させることを含む、請求項24に記載のシステム.
- さらに、前記流体中に配置されたジェットミキサーを含む、請求項22〜25のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記ウェットミルはローター/ステーターヘッドを含む、請求項22〜26のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記ローターおよびステーターは歯のネスティングリングを含む、請求項27に記載のシステム。
- 前記ステーターは2つ以上の歯の同心円リングを含む、請求項28に記載の方法。
- タンク、ジェットヘッドおよびウェットミルを含む、システム。
- 前記ジェットヘッドおよびウェットミルは、前記タンク内に配置される、請求項30に記載のシステム。
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