KR20120007021A

KR20120007021A - 바이오매스 사전처리 방법

Info

Publication number: KR20120007021A
Application number: KR1020117025990A
Authority: KR
Inventors: 미르코 갈베로; 피에로 오토넬로; 마르코 코티 코메티니; 시몬 페레로; 파올로 토르레; 프란체스코 처치; 안드레아 본안니
Original assignee: 켐텍스 이탈리아 에스.페.아.
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2012-01-19
Also published as: NZ603144A; US20160115320A1; RU2551320C2; CU23930B1; HUE054710T2; PL2414531T3; AR075994A1; PT2414531T; EG26966A; CN102388144B; TW201040279A; ES2873928T3; WO2010113129A3; CA2764581A1; MX2011010189A; NZ595853A; AU2010231587A1; CN103992519A; ECSP11011416A; EP2414531B1

Abstract

리그노셀룰로스계 바이오매스를 처리하는 방법은 A) 리그노셀룰로스계 바이오매스 공급 원료를 증기 또는 액체의 물 또는 이들의 혼합물에서 100 내지 210℃의 온도 범위로 1분 내지 24시간 동안 침지시켜 건조 함유물 및 제 1 액체를 함유하는 침지된 바이오매스를 생성시키는 단계; B) 침지된 바이오매스로부터 제 1 액체의 적어도 일부를 분리하여 제 1 액체 스트림 및 제 1 고체 스트림을 형성시키는 단계로서, 제 1 고체 스트림이 침지된 바이오매스를 포함하는 단계; 및 C) 제 1 고체 스트림을 폭쇄 처리시켜 고형물 및 제 2 액체를 포함하는 폭쇄 처리된 스트림을 형성시키는 단계를 포함한다.

Description

바이오매스 사전처리 방법 {IMPROVED BIOMASS PRETREATMENT PROCESS}

바이오매스 분야에서, 리그노셀룰로스계 바이오매스를 에탄올로 변환시키는 것은 일반적인 것이다. 바이오매스가 다당류-함유 바이오매스이고 리그노셀룰로스계인 경우에, 리그노셀룰로스계 함유물의 구조가 효소로 더욱 처리되기 쉽게 제공되도록 하기 위하여 종종 사전 처리가 사용되는데, 이는 동시에 대개 아세트산, 푸르푸랄 및 히드록시메틸 푸르푸랄과 같은 해로운 억제 부산물의 농도를 높아지게 하고 추가 가공에서 문제를 나타낸다.

일반적으로, 이러한 처리가 격렬할 수록, 물질 중의 셀룰로스 함유물이 더욱 처리되기 쉬울 것이다. 폭쇄 처리의 격렬성(severity)은 문헌에 Ro로서 알려져 있고, 이는 하기 수학식으로 표시되는 시간 및 온도의 함수이다:

상기 식에서, 온도(T)는 섭씨로서 표시되며, 시간(t)은 공통 단위(common unit)로 표시된다. 상기 수학식은 또한 하기와 같은 Log(Ro)로서 표시된다:

대개 높은 Ro 값은 바이오매스의 가수분해 및 발효를 억제하는 원치 않는 부산물, 예를 들어 푸르푸랄의 높은 수와 연관이 있는 것으로 여겨진다.

문헌[NREL Report No. TP-421-4978, November 1992, McMillan J.D., "Processes for Pretreating Lignocellulosic Biomass: A Review"]에서는 결론에서 "폭쇄 처리-기반 공정...은, 분해 생성물의 형성이 수율을 떨어뜨리기 때문에, 결국에는 매력적이지 않다"고 단언하고 있고 대안적인 공정, 예를 들어 암모니아 섬유 폭발 및 초임계 유체-기반 처리를 연구할 것을 권하였다.

이에 따라, 높은 Ro를 가지면서 낮은 푸르푸랄을 갖는 생성물을 생산하는 격렬한 공정이 요구되고 있다.

본 명세서에는 바이오매스 공급 원료를 증기 또는 액체의 물 중에서 100 내지 210℃, 바람직하게 140 내지 210℃의 온도 범위로, 1분 내지 24시간, 바람직하게 1분 내지 16시간, 더욱 바람직하게 1분 내지 2.5시간, 및 가장 바람직하게 1분 내지 2시간 동안에 침지시켜 건조 함유물 및 제 1 액체를 함유하는 침지된 바이오매스를 생성시키는 단계; 침지된 바이오매스로부터 제 1 액체의 적어도 일부를 분리시켜 제 1 액체 스트림, 및 침지된 바이오매스를 포함하는 제 1 고체 스트림을 형성시키는 단계; 제 1 고체 스트림을 폭쇄 처리시켜 고형물 및 제 2 액체를 포함하는 폭쇄 처리된 스트림을 형성시키는 단계; 및 임의적으로, 폭쇄 처리된 스트림으로부터 제 2 액체의 적어도 일부를 분리시켜 제 2 액체 스트림 및 제 2 고체 스트림을 형성시키는 단계를 포함하는, 바이오매스의 개선된 사전처리 방법이 기술된다. 또한, 본 명세서에는 본 방법이 제 1 액체 스트림 중의 액체의 적어도 일부를 제 2 고체 스트림과 합하는 추가 단계를 포함할 수 있다는 것이 기술된다.

폭쇄 처리된 스트림을 분리 단계로 도입하기 전에 폭쇄 처리된 스트림을 적어도 제 3 액체로 세척하여 제 3 액체 스트림을 형성시키는 제 3의 임의적 단계가 또한 기술된다.

제 1 액체 스트림을 제 2 고체 스트림과 합하기 전에 제 1 액체 스트림을 정제하여 제 1 정제된 액체 스트림을 형성시키는 추가 정제 단계가 기술된다.

제 2 액체 스트림을 정제하여 제 2 정제된 액체 스트림을 형성시키고 이후에 제 2 정제된 액체 스트림을 제 2 고체 스트림과 합하는 추가 단계가 기술된다.

또한, 제 3 액체 스트림을 정제하고 이후에 이를 제 2 고체 스트림과 합하는 것이 기술된다.

가압(Pressing)은 침지된 바이오매스로부터 액체를 분리시키는 방법으로서 기술된다.

플래싱(flashing)은 제 1 액체 스트림을 정제하는 단계로서 기술된다. 또한, 이러한 플래싱은 플래싱 전에 제 1 액체 스트림의 압력을 대기압으로 감소시키지 않으면서 수행된다는 것이 기술된다. 또한, 플래싱은 침지된 바이오매스로부터 제 1 액체를 분리하는 마지막에 제 1 액체 스트림의 압력에서 수행된다는 것이 기술된다.

합쳐지거나 별도의 모든 또는 임의의 액체 스트림의 스팀 스트립핑(stripping)이 기술된다. 또한, 폭쇄 처리 단계 및/또는 침지 단계로부터 스팀을 사용하는 것이 기술된다.

또한, 활성탄으로 임의의 액체 스트림을 정제하는 것이 기술된다. 또한, 스팀을 농축시켜 물을 제거하는 것이 기술된다. 또한, 제 2 고체 스트림의 적어도 일부가 가수분해된 후에 스트림이 합쳐질 수 있다는 것이 기술된다.

또한, 본 명세서에는 고체, 액체, 조성물의 액체 및 고체 중의 아라비난 및 자일란, 및 아라비노즈 및 자일로즈의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머의 양을 기준으로 소정 양의 C5', 조성물의 액체 및 고체 중의 글루칸의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머를 포함하는 글루칸 함량을 기준으로 소정 양이 C6', 및 푸르푸랄을 포함하며, C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 0.50 미만이며 첨가된 C5' 및C6'의 합한 양에 대한 조성물에 항상 존재하는 푸르푸랄의 양의 비율이 0 내지 0.0140이고, 또한 0 초과 내지 0.0140 미만으로서 표시되거나; 0 내지 0.0100이고, 또한 0 초과 내지 0.0100 미만으로서 표시되거나; 0 내지 0.0060이고 또한 0 초과 내지 0.0060 미만으로 표시되고; 0 내지 0.0040이고 또한 0 초과 내지 0.0040 미만으로 표시되거나; 0 내지 0.0030이고 또한 0 초과 내지 0.0030 미만으로 표시되거나; 0 내지 0.0020이고 또한 0 초과 내지 0.0020 미만으로 표시되거나; 0 내지 0.0010이고 또한 0 초과 내지 0.0010 미만으로 표시되거나; 0 내지 0.0009이고 또한 0 초과 내지 0.0009 미만으로 표시되는, 본 방법으로부터의 신규한 조성물이 기술된다. 또한, C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 0.44 미만이라는 것이 기술된다.

고체, 액체, 조성물의 액체 및 고체 중의 아라비난 및 자일란, 및 아라비노즈 및 자일로즈의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머의 양을 기준으로 소정 양의 C5', 조성물의 액체 및 고체 중의 글루칸의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머를 포함하는 글루칸 함량을 기준으로 소정 양의 C6', 및 푸르푸랄을 포함하고, C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 0.50 초과이며 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 비율이 0 내지 0.09 (또한 0 초과 내지 0.09 미만의 표시됨); 0 내지 0.0060 (또한 0 초과 내지 0.0060 미만의 표시됨); 0 내지 0.0050 (또한 0 초과 내지 0.0050 미만의 표시됨); 0 내지 0.0040; 0 내지 0.0030 (또한 0 초과 내지 0.0030 미만의 표시됨); 및 0 내지 0.0016 (또한 0 초과 내지 0.0016 미만의 표시됨); 범위 중 임의의 범위인, 바이오매스의 다른 신규한 조성물이 기술된다.

또한, 신규한 조성물 중의 고체의 총 중량의 양이 3 내지 85%, 3 내지 65%, 3 내지 20%, 11 내지 99%; 14 내지 99%; 16 내지 99%; 19 내지 99%; 21 내지 99%; 24 내지 99%; 26 내지 99%; 29 내지 99%; 31 내지 99%; 36 내지 99%; 및 41 내지 99%의 범위 중 임의 범위이라는 것이 기술된다.

도 1은 본 방법의 일 구체예의 개략도이다.
도 2는 본 방법의 제 2 구체예의 개략도이다.
도 3은 본 방법의 제 3 구체예의 개략도이다.
도 4는 본 방법의 제 4 구체예의 개략도이다.
도 5는 본 방법의 제 5 구체예의 개략도이다.
도 6은 본 방법의 제 6 구체예의 개략도이다.
도 7은 본 방법의 제 7 구체예의 개략도이다.
도 8은 본 방법의 제 8 구체예의 개략도이다.
도 9는 본 방법의 제 9 구체예의 개략도이다.

본 명세서의 모든 경우에서, 사용된 용어 "스트림(stream)"은 물질들로 이루어진 것을 의미한다. 예를 들어, 제 2 액체 스트림은 제 2 액체로 이루어질 것이며, 제 2 정제된 액체 스트림은 제 2 정제된 액체로 이루어진 것이다. 스트림을 합하는 것은 스트림 중의 물질들이 혼합됨을 의미하는 것이다.

본 방법은 공급 원료 스트림 중의 공급 원료에 작용한다. 공급 원료 스트림은 건조 함유물 및 물을 갖는 바이오매스로 구성되어 있다. 대개, 물은 자유수(free water)가 아니고, 바이오매스 자체에 흡수된 물이다. 이러한 바이오매스는 종종 이의 건조 함량(물 함유하지 않음)에 따라 표시된다. 20% 건조 함량의 바이오매스는 80% 물 및 20% 비수(non-water) 또는 다른 고체 함유물을 갖는 바이오매스에 해당한다. 용어 바이오매스 및 물은 바이오매스의 건조 함유물과 흡수된 물 및 자유수 및 첨가될 수 있는 물의 합한 것이다. 예를 들어, 20% 건조 함량을 갖는 바이오매스 100 kg에 대해 바이오매스 플러스(plus) 물의 양은 100 kg이다. 20% 건조 함량을 갖는 바이오매스 100 kg 플러스 물 10 kg에 대한 바이오매스 플러스 물의 양은 110 kg이다.

기술된 방법은 바이오매스 및 물의 공급 원료 스트림을 이용할 수 있을 것으로 여겨지는데, 여기서 공급 원료 스트림의 물에 대한 건조물 함량은 바람직하게 20-80%, 또는 21-80%, 바람직하게 25-70%, 또는 26-70%, 더욱 바람직하게 25-60%, 또는 26-60%, 더더욱 바람직하게 25-50%, 또는 26-50% 또는 25-40%, 또는 26% 내지 40% 및 가장 바람직하게 25-35%, 또는 26-35%, 또는 26-34%, 또는 31%-49%이다.

처리 후에, 조성물의 총 중량에 대한 고형물의 양은 3 내지 85%, 3 내지 85%, 3 내지 65%, 3 내지 20%, 11 내지 99%; 14 내지 99%; 16 내지 99%; 19 내지 99%; 21 내지 99%; 24 내지 99%; 26 내지 99%; 29 내지 99%; 31 내지 99%; 36 내지 99%; 및 41 내지 99%의 범위 중 임의의 범위일 수 있다.

이는 대안적으로 최소 건조 함량, 즉 공급 원료 스트림 중의 물에 대한 건조 함유물의 중량 백분율로서 표시될 수 있다. 이는 적어도 20 중량% 건조 함량, 바람직하게 적어도 25 중량% 건조 함량, 더욱 바람직하게 적어도 30 중량% 건조 함량, 및 가장 바람직하게 적어도 40 중량% 건조 함량에 해당할 것이다. 이러한 함량의 상한치는 정의상 100%이지만, 실제로, 범위로 표시되는 경우에 80 중량%가 이러한 함량에 대한 상한치일 것이다.

이에 따라, 본 발명에 대해 적합한 범위는 각 하한치로 3%, 15%, 20%, 21%, 25%, 26%, 30%, 31%, 35%, 36%, 40%, 50%, 60% 및 80% 초과 내지 100% 또는 90%의 상한치의 건조 함량을 갖는 바이오매스이다.

바이오매스의 섬유 및 입자 크기의 분포는 0-150mm, 바람직하게, 5-125mm, 더욱 바람직하게, 10-100mm, 더더욱 바람직하게 15-30 내지 90mm 또는 20-80mm 및 가장 바람직하게 26 내지 70mm의 범위를 포함할 수 있다.

바람직한 섬유 및 입자 크기의 분포는 바이오매스의 적어도 20%(w/w)로서 규정되고, 바람직한 간격 내의 범위를 갖는다.

식물 바이오매스는 바람직한 공급 원료이다. 전분을 제외하고 식물 바이오매스에서의 세 개의 주 성분은 셀룰로즈, 헤미셀룰로즈 및 리그닌인데, 이는 통상적으로 일반명 리그노셀룰로즈로 언급된다. 일반명으로서 다당류-함유 바이오매스는 전분 및 리그노셀룰로스계 바이오매스 둘 모두를 포함한다. 이에 따라, 일부 타입의 공급 원료는 식물 바이오매스, 다당류 함유 바이오매스, 및 리그노셀룰로스계 바이오매스일 수 있다. 통상적인 리그노셀룰로스계 바이오매스는 셀룰로즈를 함유할 것이며, 이의 양은 건조 바이오매스의 총량의 적어도 5 중량%, 건조 바이오매스의 총량의 적어도 10 중량% 및 20 중량%이다. 리그노셀룰로스계 바이오매스는 또한 전분을 바람직하게 50 중량% 미만, 더욱 바람직하게 45, 35 및 15 중량% 미만의 양으로 함유할 수 있다.

바이오매스가 다당류-함유 바이오매스이고 리그노셀룰로스계인 경우에, 리그노셀룰로스계 함유물의 구조가 효소로 더욱 처리하기 쉽게 제공되고, 동시에 아세트산, 푸르푸랄 및 히드록시메틸 푸르푸랄과 같은 해로운 억제성 부산물의 농도가 실질적으로 낮게 유지되도록 하기 위해 종종 사전 처리가 이용된다.

본 발명에 따른 다당류-함유 리그노셀룰로스계 바이오매스는 전분 뿐만 아니라 정제 전분 형태의 고분자 당, 셀룰로즈 및 헤미셀룰로즈를 함유하는 임의의 물질을 포함한다.

본 발명에 따른 가수분해 및 사전처리를 위한 관련 형태의 셀룰로스계 바이오매스 및 다당류 리그노셀룰로스계 바이오매스는 풀 및 보다 상세히 농업 작물로부터 유래된 바이오매스, 예를 들어, 전분, 전분 함유 과립 및 정제 전분; 혼합 여물(com stover), 바가스(bagasse), 짚, 예를 들어 쌀, 밀, 호밀, 귀리, 보리, 평지, 수수(sorghum)로부터의 혼합 여물, 바가스, 짚; 연목재(softwood), 예를 들어 구주 소나무(Pinus sylvestris), 라디아타 소나무(Pinus radiate); 경목재(hardwood), 예를 들어 버드나무(Salix spp.), 유카리나무(Eucalyptus spp.); 덩이줄기(tuber), 예를 들어 사탕무, 감자; 예를 들어 쌀, 밀, 호밀, 귀리, 보리, 평지, 수수 및 혼합물로부터의 곡물; 폐지, 바이오가스 가공으로부터의 섬유 분획, 비료, 오일팜 가공으로부터의 잔류물, 도시 고체 폐기물 또는 유사한 건조물 함유물 등을 포함할 수 있다.

리그노셀룰로스계 바이오매스 공급 원료는 대개 풀이라 불리워지는 과(family)로부터 유래하는 것이다. 적절한 명칭은 개화식물(flowering plant)의 백합강(Class Liliopsida) (단자엽)에서 볏과(Poaceae 또는 Gramineae)로 알려진 과이다. 이러한 과의 식물은 대개 풀로 불리워지거나 다른 그라미노이드(graminoid), 천연 풀과 구별된다. 대나무가 또한 포함된다. 풀의 약 600개의 속 및 9,000-10,000개 또는 그 이상의 종이 존재한다 Kew Index of World Grass Species).

볏과는 전세계에서 성장하는 주요한 식품 곡류 및 곡물 작물, 잔디, 마초, 및 대나무를 포함한다. 일반적으로, 볏과는 마디에서 막히는(고체) 대(culm)라 불리우는 속빈 줄기를 갖는데, 그 줄기를 따른 지점에서 잎이 발생한다. 풀잎은 일반적으로 어긋나고, 마주나거나(한 면에서) 드물게는 나선형이고, 평행맥이다. 각각의 잎은 일정 거리를 두고 줄기를 감싸는 하부 잎집 및 보통은 완전한 가장자리를 갖는 잎사귀로 분화한다. 많은 풀들의 잎사귀는 동물의 방목을 방해하는 실리카 식물 규소체에 의해 경화된다. 일부의 풀(칼모양의 잎을 가진 풀과 같은)의 경우, 풀 잎사귀의 가장자리는 사람의 피부를 절단하기에 충분히 예리하다. 잎혀(ligule)라 명명되는 털의 막 부속기관 또는 언저리는 잎집과 잎사귀 사이의 접합부에 놓여서, 물이나 곤충이 잎집에 침투하는 것을 방지한다.

풀 잎사귀는 기다란 줄기 끝이 아닌 잎사귀의 기부에서 성장한다. 이러한 낮은 성장 지점은 방목 동물에 반응하여 진화했고, 식물에 심한 손상을 주지않고 적당히 뜯거나 베는 것을 가능하게 한다.

볏과의 꽃은 작은 수상화(spikelet)들로 배열되는 특징이 있고, 각각의 수상화는 하나 이상의 작은 두상화를 갖는다(작은 수상화들은 원추화서 또는 수상화서들로 더욱 무리를 짓는다). 작은 수상화는 그 기부에서 두 개(또는 가끔 몇 개)의 영포라 명명되는 포엽들로 구성된다. 작은 두상화는 렘마(lemma; 외측의 것) 및 팔레(palea; 내측)라 명명되는 두 개의 포엽들로 감싸지는 꽃으로 구성된다. 꽃들은 보통 암수 한몸이고(자웅동체 옥수수는 제외), 수분(pollination)은 거의 항상 풍매(anemophilous)이다. 꽃덮개는 렘마 및 팔레를 팽창 및 수축시켜서 확장시키는 두 개의 꼬투리로 변형되는데, 이들은 변형된 꽃받침 조각으로 일반적으로 해석된다. 이러한 복잡한 구조는 밀(Triticum aestivum) 수상화서를 묘사하는 좌측의 이미지에서 볼 수 있다.

볏과의 열매는 열매 껍질이 옥수수의 경우처럼 열매 벽에 융합되어 옥수수 분리될 수 없는 영과(caryopsis)이다.

풀에 존재하는 세 가지 일반적인 부류의 성장 습성이 있다: 다발형(빽빽한 덩어리라고도함), 포복경형(stoloniferous) 및 지하경형(rhizomatous).

풀의 성공은 이의 형태 및 성장 과정에 부분적으로 의존하고, 이의 생리학적 다양성에 부분적으로 의존한다. 대부분의 풀은 탄소 고정에 대한 C3 및 C4 식물합성 경로를 이용하여 두 개의 생리학적 그룹으로 나누어진다. C4 풀은, 특히 이산화탄소가 낮은 대기 및 뜨거운 기후에 적응하는 특수한 Kranz 잎의 해부학적 구조에 연결된 식물합성 경로를 갖는다.

C3 풀은 "한지형 풀"로 나타내어지는 반면에, C4 식물은 "난지형 풀"로 간주된다. 풀은 일년생 또는 다년생일 수 있다. 일년생의 한지형 풀의 예로는 밀, 호밀, 일년생 새포아풀속(일년생 왕포아풀, 새포아풀 및 귀리)이 있다. 다년생 차가운 계절 풀의 예로는 오리새풀(cocksfoot, Dactylis glomerata), 김의털속(Festuca spp), 켄터기 왕포아풀 및 다년생 지네보리(Lolium perenne)가 있다. 일년생 뜨거운 계절 풀의 예로는 옥수수, 수수류의 목초 및 진주조가 있다. 다년생 뜨거운 계절 풀의 예로는 빅 블루스템(big bluestem), 인디언 그래스, 버뮤다 그래스, 및 지팽이풀(switchgrass)이 있다.

상기 풀과의 한가지 부류는 다음과 같은 12개의 아과를 갖는다: 1) 두 개의 속(Anomochloa , Streptochaeta)을 포함하는 광엽 풀의 작은 계통인 Anomochlooideae 아과; 2) Pharus 및 Leptaspis를 비롯한 세 개의 속을 포함하는 폴의 작은 계통인 Pharoideae 아과; 3) African genus Puelia를 포함하는 작은 계통인 Puelioideae 아과; 4) 밀, 보리, 귀리, 새귀리(Bronnus) 및 갈대풀(Calamagrostis)을 포함하는 Pooideae 아과; 5) 대나무를 포함하는 Bambusoideae 아과; 6) 벼 및 야생 벼를 포함하는 Ehrhartoideae 아과; 7) 거대 갈대 및 보통 갈대를 포함하는 Arundinoideae 아과; 8) Panicoideae 아과에 때때로 포함되는 11개 속의 작은 아과인 Centothecoideae 아과; 9) 러브그라스(Eragrostis, 잔디를 비롯하여 약 350 종), 드롭스피드(Sporobolus, 약 160 종), 손가락 수수(Eleusine coracana (L.) Gaertn.), 및 멀리(muhly) 그라스(Muhlenbergia, 약 175 종)을 포함하는 Chloridoideae 아과; 10) 패닉 그라스, 옥수수, 사탕수수, 대부분의 기장, 포니오(fonio), 및 블루스템 그라스를 포함하는 Panicoideae 아과; 11) Micrairoideae 아과; 12) 양 반구체의 온난 영역에 토착하는 약 500종의 속인 Poa와 함께 팜파스 그라스를 포함하는 Danthoniodieae 아과.

그의 식용 열매를 위해 성장하는 농업적 풀들은 곡류라 명명한다. 세 종의 일반적인 곡류는 쌀, 밀 및 옥수수이다. 모든 농작물 중에서 70%는 풀이다.

사탕수수는 당 제조의 주요한 소스이다. 풀은 건설에 사용된다. 대나무로 만들어진 발판(scaffolding)은 강재 발판을 파괴할 수 있는 태풍을 견딜 수 있다. 더욱 큰 대나무 및 물대는 목재와 유사하게 사용될 수 있는 질긴 줄기를 갖고, 풀뿌리는 잔디 집의 잔디를 안정화한다. 물대는 목관 악기용 리드를 만드는데 사용되고, 대나무는 무수한 도구에 사용된다.

이에 따라, 바람직한 리그노셀룰로스계 바이오매스는 풀로 이루어진 군으로부터 선택된다. 대안적으로, 바람직한 리그노셀룰로스계 바이오매스는 볏과 또는 목초 과에 속하는 식물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

다당류 함유 바이오매스가 리그노셀룰로스계인 경우에, 사전 처리 전에, 물질은 바이오매스의 20% (w/w)가 바람직하게 26-70 mm 범위인 조각으로 절단될 수 있다. 사전 처리된 물질은 바람직하게 공정에 들어가기 전에 20% 초과의 건조물 함량을 갖는다. 바이오매스로부터 탄수화물을 유리시키는 것 이외에, 사전 처리 공정은 바이오매스를 멸균시키고 부분적으로 용해시키고, 동시에 리그닌 분획으로부터 칼륨 클로라이드를 세척한다.

바이오매스는 바이오매스의 가수분해로부터 얻어질 수 있는 수용성 종으로 가수분해 가능한 일부 화합물들을 함유할 것이다. 예를 들어, 셀룰로즈는 글루코즈, 셀로비오즈, 및 고차의 글루코즈 폴리머로 가수분해될 수 있고 다이머 및 올리고머를 포함한다. 셀룰로즈는 탄소가수분해(carbohydrolytic) 셀룰라제에 의해 글루코즈로 가수분해된다. 셀룰로즈분해 시스템의 일반적인 이해는 셀룰라제를 세 부류로 나뉜다: 셀룰로즈 사슬의 단부로부터 셀로비오즈 단위를 분열시키는 엑소-1,4-β-D-글루카나제 또는 셀로비오히드롤라제 (CBH) (EC 3.2.1.91); 셀룰로즈 사슬에서 무작위적으로 내부 β-1,4-글루코시드 결합을 가수분해시키는 엔도-1,4-β-D-글루카나제 (EG) (EC 3.2.1.4); 셀로비오즈를 글루코즈로 가수분해시키고 셀로올리고사카라이드로부터 글루코즈 단위를 분열시키는 1,4-β-D-글루코시다제 (EC 3.2.1.21). 이에 따라, 바이오매스가 셀룰로즈를 함유하는 경우에, 글루코즈는 바이오매스의 가수분해로부터 얻어질 수 있는 수용성 가수분해된 종이다.

유사한 분석에 의해, 헤미셀룰로즈의 가수분해 생성물은 바이오매스의 가수분해로부터 얻어질 수 있는 수용성 종으로서, 물론 바이오매스는 헤미셀룰로즈를 함유할 것으로 가정된다. 헤미셀룰로즈는 자일란, 글루쿠로노자일란, 아라비노자일란, 글루코만난, 및 자일로글루칸을 포함한다. 헤미셀룰로즈 중의 상이한 당들은 헤미셀룰라제에 의해 유리된다. 헤미셀룰로즈분해 시스템은 헤미셀룰로즈의 이종 특성으로 인해 셀룰로즈분해 시스템 보다 더욱 복잡하다. 이러한 시스템은 특히, 자일란 사슬에서 내부 결합을 가수분해하는 엔도-1,4-β-D-자일라나제 (EC 3.2.1.8); 비-환원 단부로부터 자일로올리고사카라이드를 공격하고 자일로즈를 유리시키는 1,4-β-D-자일로시다제 (EC 3.2.1.37); 내부 결합을 분열시키는 엔도-1,4-β-D-만나나제 (EC 3.2.1.78); 만노올리고사카라이드를 만노즈로 분열시키는 1,4-β-D-만노시다제 (EC 3.2.1.25)를 포함할 수 있다. 측면 기들은 다수의 효소, 예를 들어 α-D-갈락토시다제 (EC 3.2.1.22), α-L-아라비노푸라노시다제 (EC 3.2.1.55), α-D-글루쿠로니다제 (EC 3.2.1.139), 신나모일 에스테라제 (EC 3.1.1.-), 아세틸 자일란 에스테라제 (EC 3.1.1.6) 및 페루로일 에스테라제 (EC 3.1.1.73)에 의해 제거된다.

도 1을 참조하여, 본 발명에서의 제 1 단계는 생성물(3)을 생산하기 위해 스트림(2)로 라벨링된, 증기형, 스팀, 또는 액체형 또는 액체와 스팀의 형태의 물과 같은 물질 중에서 바이오매스 공급 원료 스트림(1)을 침지시키는 것이다. 생성물(3)은 제 1 액체를 함유하는 침지된 바이오매스로서, 제 1 액체는 액체 또는 증기 형태 또는 이들의 혼합물 형태의 물이다.

이러한 침지는 물질을, 스팀 또는 액체 또는 스팀과 물의 혼합물일 수 있는 물에, 또는 보다 일반적으로 고온 및 고압에서 물에 노출시키는 임의의 기술들에 의해 수행될 수 있다. 온도는 하기 범위들 중 하나일 것이다: 145 내지 165℃, 120 내지 210℃, 140 내지 210℃, 150 내지 200℃, 155 내지 185℃, 160 내지 180℃. 시간이 최대 그러나 24시간 미만, 또는 16시간 미만, 또는 12시간 미만, 또는 9시간 미만, 또는 6시간 미만과 같이 길어질 수 있지만, 노출 시간은 바람직하게 1분 내지 6시간, 1분 내지 4시간, 1분 내지 3시간, 1분 내지 2.5시간, 더욱 바람직하게 5분 내지 1.5시간, 5분 내지 1시간, 15분 내지 1시간의 범위로 매우 짧다.

스팀이 사용되는 경우에, 이는 바람직하게 포화되지만, 과열될 수 있다. 침지 단계는 교반과 함께 또는 교반 없는 배치형 또는 연속적일 수 있다. 다른 구체예는 도 9에 도시되어 있는데, 이는 고온 침지 전에 저온 침지를 갖는다. 저온 첨지의 온도는 25 내지 90℃의 범위이다. 시간이 최대 24시간 그러나, 24시간 미만, 또는 16시간 미만, 또는 12시간 미만, 또는 9시간 미만, 또는 6시간 미만과 같이 길어질 수 있지만, 노출 시간은 바람직하게 1분 내지 6시간, 1분 내지 4시간, 1분 내지 3시간, 1분 내지 2.5시간, 더욱 바람직하게 5분 내지 1.5시간, 5분 내지 1시간, 15분 내지 1시간의 범위로 아주 짧다.

이러한 저온 침지는 도 9에 도시되어 있는데, 여기서 31은 바이오매스 공급 원료이며, 32는 물 또는 액체이며, 33은 저온 침지된 바이오매스이다. 34는 저온 침지된 바이오매스로부터 분리된 제 4 액체 스트림일 것이며, 1은 저온 침지 후 바이오매스 공급 원료일 것이다.

각 침지 단계는 또한, 공정에서 추후에 보다 높은 성능을 달성하기 위하여, 다른 화합물, 예를 들어 H₂SO₄, NH₃의 첨가를 포함할 수 있다.

제 1 액체를 포함하는 생성물(3)은 이후에 분리 단계로 진행되는데, 여기서 제 1 액체는 침지된 바이오매스로부터 분리된다. 상기 액체는 전부 분리되지 않을 것이며, 액체의 적어도 일부가 바람직하게 경제적인 시간 프레임에서 가능한 한 많이 분리된다. 이러한 분리 단계로부터의 액체는 도 1에서 5로 라벨링된 제 1 액체를 포함하는 제 1 액체 스트림으로서 공지된다. 제 1 액체는 침지에서 사용되는 액체, 일반적으로 물 및 가용성 종의 공급 원료일 것이다. 표 1 내지 16에 기술된 바와 같이, 이러한 수용성 종은 글루칸, 자일란, 갈락탄, 아라비난, 글루코올리고머, 자일로올리고머, 갈락토올리고머 및 아라비노올리고머이다. 4로 라벨링된 고체 바이오매스는 대부분(전부가 아님)의 고체를 함유하는 바, 제 1 고체 스트림으로 불리워진다.

액체의 분리는 다시 공지된 기술 및 아직 발명되지 않은 가능한 기술에 의해 수행될 수 있다. 바람직한 장치의 구획은 프레스(press)인데, 이러한 프레스는 하기에 기술되는 바와 같이 유용한 고압하에서 액체를 발생시킬 것이다.

제 1 고체 스트림(4)은 이후에 폭쇄 처리되어 폭쇄 처리된 스트림(6)을 생성시킨다. 폭쇄 처리은 바이오매스 분야에서 널리 공지된 기술 및 이러한 단계를 위해 적합할 것으로 여겨지는 현재 및 미래에 이용 가능한 임의의 시스템이다. 폭쇄 처리의 격렬성(severity)은 문헌에서 Ro로서 공지되어 있는데, 이는 시간 및 온도의 함수로서, 하기 수학식으로 표시된다:

상기 식에서, 온도(T)는 섭씨로서 표시되며, 시간(t)는 공통 단위로 표시된다.

이러한 수학식은 또한 Log(Ro), 즉 하기 수학식으로서 표시된다:

하기 작동 조건에서 기술되는 바와 같이, 이러한 공정은 높은 Ro 하에서 고체 조성물을 생성시킬 것이며, 이는 낮은 푸르푸랄 함량에 있어 새로운 것이다. 데이타에 기술된 바와 같이, 푸르푸랄은 바이오매스에서 자연발생하는 화합물이 아니다. 푸르푸랄은 바이오매스가 고온에 노출될 때 제조된다.

Log(Ro)는 바람직하게 2.8 내지 5.3, 3 내지 5.3, 3 내지 5.0, 및 3 내지 4.3의 범위를 갖는다.

폭쇄 처리된 스트림은 임의적으로 적어도 물로 세척될 수 있으며, 또한 다른 첨가제가 사용될 수 있다. 미래에 다른 액체가 사용될 수 있다는 것이 인식될 수 있으며, 이에 따라 물은 절대 필수적인 것으로 여겨지지 않는다. 이점에서, 물은 바람직한 액체이며, 물이 사용되는 경우에, 이는 제 3 액체로 여겨진다. 임의적 세척으로부터의 액체 유출물은 제 3 액체 스트림(8)이다. 본 명세서에 첨부된 도면에 도시되어 있지만, 이러한 세척 단계는 필수적인 단계가 아니라 임의적인 단계로 여겨진다.

세척된 폭쇄 처리된 바이오매스를 포함하는 세척된 폭쇄 처리된 스트림은 7로 라벨링된다. 세척된 폭발된 스트림은 이후에 세척된 폭발된 물질에서 액체의 적어도 일부를 제거하기 위해 처리된다. 이러한 분리 단계는 또한 임의적인 것이다. 적어도 일부를 제거한다는 것은 가능한 한 많은 액체의 제거가 요망되지만(가압), 100% 제거가 가능하지는 않다는 것을 상기시키기 위한 것이다. 임의의 경우에, 100% 물 제거는, 물이 후속 가수분해 반응을 위해 요구되기 때문에, 요망되지 않는다. 이러한 단계를 위한 바람직한 공정은 프레스이지만, 다른 공지된 기술 및 아직 발명되지 않은 기술들이 적합할 것으로 여겨진다. 이러한 공정으로부터 분리된 고형물은 제 2 고체 스트림(10)에 존재한다. 스트림(9)이 주목되는데, 이는 제 2 액체 스트림이다.

도 7의 구체예는 임의적 세척 및 폭쇄 처리된 물질로부터의 액체의 분리가 존재하지 않는 공정을 도시한 것이다.

제 1 액체 스트림의 액체는 이후에 제 2 고체 스트림의 고형물과 합쳐져서 스트림(20)을 형성한다.

이러한 공정의 생성물은 매우 독특하게 하기 개선점들 중 하나 또는 임의의 결합이 달성된다는 점에서 주목된다:

A) 바이오매스에서 다양한 물질과 함께 다음 단계(예를 들어, 효소 가수분해, 발효, 최종 생성물 분리)에 대한 억제제 및 요망되지 않은 생성물의 수준은 다른 공정 보다 매우 낮다:

B) 전체적인 헤미셀룰로즈 가용화는 다른 공정 보다 높다:

C) 바이오매스 분해(de-structuring)는 다른 공정과 관련하여 개선된다.

이러한 공정의 신규한 조성물은 이들의 C5, C6 및 푸르푸랄 양을 기반으로 특징될 수 있다. 희석 효과를 방지하기 위하여, C5'/C6'의 비 및 푸르푸랄이 존재하는 경우 C5' + C6'에 대한 푸르푸랄의 비의 표시는 신규한 조성물의 특징을 나타내는데 충분하다.

조성물에서의 총 C5'는 조성물의 액체 및 고체에서 아라비노즈 및 자일로즈의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머를 포함하는 조성물 중의 아라비난 및 자일란의 총합이다. 조성물에서의 총 C6'은 액체 및 고체에서 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머를 포함하는 글루칸 함량이다.

문헌에 공지된 바와 같이, 통상적인 폭쇄 처리된 바이오매스는 적어도 50의 [C5' + C6']에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000을 가질 것이고 0.55 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율을 가질 것이다. 표 13 및 표 14로부터의 실험 스트림에 기술된 바와 같이, 본원에 기술된 공정은 0 초과(항상 존재함)의 푸르푸랄 함량을 가지지만 60 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000을 갖는 폭쇄 처리된 생성물을 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 0.45 내지 0.54 범위의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 0 내지 60, 또는 더욱 바람직하게 0 내지 50, 또는 더욱 바람직하게 0 내지 30의 [C5' + C6']에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000을 갖는 조성물이 고려된다. 또한, 표 13 및 표 14에서 다른 새로운 특징으로 생성물에서 또한 푸르푸랄 함량을 감소시키는 C5'이 낮다는 점에 주목된다.

표 13 및 표 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 폭쇄 처리로부터의 이러한 조성물은 항상 푸르푸랄을 가지고 0.45 미만의 C6'에 대한 C5'의 비율 및 40 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 더욱 바람직하게 0.45 미만의 C6'에 대한 C5'의 비율 및 15 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 더욱 바람직하게 0.45 미만의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 10 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000; 또는 더욱 바람직하게 0.40 미만의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 40 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 더더욱 바람직하게 0.40 미만의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 9 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 0.35 미만의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 10 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 더더욱 바람직하게 0.30 미만의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 7 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000로서 특징될 수 있다.

또한, 표 13 및 표 14에 기술된 바와 같이, 액체 스트림의 조성물은 또한 독특하고, 항상 푸르푸랄을 가지고 4.0 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 80 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 더욱 바람직하게 4.0 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 60 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 4.0 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 30 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 3.0 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 160 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000의 보다 넓은 범위를 갖는 것으로 기술될 수 있다.

또한, 항상 푸르푸랄을 가지고, 1.0 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 800 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 더욱 바람직하게 1.0 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 700 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 더더욱 바람직하게 1.0 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 400 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000, 또는 1.0 초과의 C6'에 대한 C5'의 비율, 및 300 미만의 (C5' + C6')에 대한 푸르푸랄의 비율 x 10000의 보다 좁은 범위를 갖는 액체 스트림의 조성물이 고려된다.

도 2의 공정의 추가 진행은, 아세트산, 포름산, 레불린산, 푸르푸랄, 5-HMF, 페놀성 화합물, 및 보다 일반적으로 이전 단계 동안에 형성될 수 있는 임의의 바람직하지 않은 생성물과 같은 억제제를 더욱 제거하기 위하여 제 1 액체 스트림을 정제하는 것이다. 이러한 화합물들 중 일부는 플래싱에 의해 제거될 수 있는데, 이는 가압 후에 스트림의 온도 및 압력을 이용하기 위한 바람직한 방법이다.

예를 들어, 제 1 액체 스트림(온도: 185℃, 포화된 액체상)은 대기압에 대한 통상적인 조건을 이용하여 플래싱된다. 0.1 그램의 푸르푸랄, 2 그램의 아세트산, 0.1 그램의 포름산 및 82 그램의 플래싱된 물을 갖는, 100 그램의 공급 스트림에 대하여, 0.045 그램의 푸르푸랄, 0.024 그램의 아세트산, 0.06 그램의 포름산 및 14.7 그램의 물이 제거된다. 이는 45%의 푸르푸랄, 12%의 아세트산, 6%의 포름산 및 17%의 물이 임의의 추가 작동 비용 및 임의의 당 손실 없이 제거됨을 의미한다.

플래시 단계의 다른 장점은 정제된 액체 스트림(11)에서의 당이 농축된다는 것이다.

플래시 공정에서, 분리에서 가압으로부터의 압력은 바람직하게, 물질이 플래시 탱크로 진행되고 휘발성 물질이 제거될 때까지 유지될 것이다. 제 1 액체 스트림의 정제는 다시 임의의 다른 공지된 기술 (예를 들어, 스팀 스트립핑) 및 아직 발명되지 않은 유사한 기술에 의해 수행될 수 있다. 제 1의 정제된 물질은 제 1의 정제된 물질 스트림(11)에서 발견될 수 있고, 이후에 제 2 고체 스트림(10)과 합쳐진다.

다른 정련(refinement)은 도 3에 도시되어 있는데, 이는 임의적인 세척 유출물인 제 3 액체 스트림(8)을 제 2 정제된 액체 스트림(12)으로 정제한 후에 이를 제 2 고체 스트림(10)과 합치는 것이다. 휘발성 물질의 특성으로 인하여, 통상적이거나 통상적이지 않은 방법을 이용한 스팀 스트립핑이 바람직한 방법인 것으로 여겨지지만, 임의의 다른 방법 또는 공지된 기술 및 아직 발명되지 않은 기술이 사용될 수 있다.

가능한 경우에, 이의 조성을 기초로 하여, 폭쇄 처리로부터 얻어진 스팀은 바람직하게 스팀 스트립핑을 수행하기 위해 사용된다.

유사하게, 도 3을 참조하여, 제 2 액체 스트림(9)을 정제하여 제 2 정제된 액체 스트림(13)에서 제 2 정제된 액체를 생성시키고, 이를 제 2 고체 스트림(10) 중의 물질과 합칠 수 있다. 또한, 공지된 속성을 고려하여, 스팀 스트립핑이 바람직한 해법인 것으로 여겨진다.

스팀 스트립핑이 일반적이기 때문에, 공정 스팀의 바람직한 구체예가 동일한 유닛에서 제 2 및 제 3 액체 스트림을 스트립핑할 것으로 여겨진다. 또한, 일반적으로 플래싱 후에 스팀 스트립핑이 또한 제 1 정제된 액체 스트림에 대해 바람직한 것으로 여겨진다. 이에 따라, 다른 구체예가 도 4에 도시되어 있는데, 여기서 액체 스트림은 동일한 유닛에서 정제되어, 스팀 스트립핑되어 정제된 스트림(14)을 생성시키고, 이후에 이는 제 2 고체 스트림(10)과 합쳐진다.

가능한 경우에, 이의 조성을 기초로 하여, 폭쇄 처리로부터 얻어진 스팀은 임의의 스팀 스트립핑을 수행하기 위해 사용될 수 있다.

예를 들어, 정제 단계가 폭쇄 처리에 의해 생성된 모든 스팀을 이용하여 수행되는, 제 1 액체 스트림(5)의 대기 플래시 단계 및 얻어진 액체의 후속 스팀 스트립핑 단계로 이루어진, 도 2에 도시된 바와 같은 공정에서, 제 1 액체 스트림(5)에 함유된 30%의 물, 80%의 아세트산, 85%이 푸르푸랄 및 65%의 포름산이 제거된다.

공급 원료 및 바이오매스의 타입에 따라 다른 정제가 요구되는 경우에, 정제된 스트림(14)은 활성탄, 활성 탄소, 분자체 또는 멤브레인과 같은, 다른 공정 도 5로 추가 정제되어 스트림(15)을 생성시킬 수 있다. 정제된 스트림이 많은 수함량을 가질 것으로 예상되기 때문에, 가수분해 반응물을 농축시키고 물을 제거하는 것이 바람직할 것으로 여겨지며, 이에 따라, 농축 단계는 바람직한 구체예, 도 6에 대해 도움을 줄 것으로 여겨진다. 물 농축 단계는 비등, 재결정화, 등과 같은 공지된 기술들 중 임의의 하나일 수 있다. 농축 단계 동안에, 휘발성 억제제가 일부 제거된다. 농축 단계 후에, 스트림(16)은 스트림(10) 중의 물질과 합쳐진다.

하기 데이타에 기술된 바와 같이, 이러한 공정의 다양한 단계는 가수분해 반응의 효율을 증가시킨다.

논의

사전처리의 우수성은 비교 실시예 1, 2, 3 및 4와 비교하여 실시예 5-6에서 나타낸 결과와 비교함으로써 알 수 있다.

사전처리에서 자일란 분획으로부터 발생된 억제제의 양은 연속 폭쇄 처리 공정에서 발생된 것 보다 현저히 적다.

물대(Arundo)를 이용하여, 원료 물질 중에 존재하는 자일란의 단 1.3%가 사전처리로 억제제 화합물로 분해되었지만(실시예 5), 폭쇄 처리 공정에서 19.3% (실시예 1) 및 63.8% (실시예 2)가 억제제 화합물로 분해되었다.

유사한 거동이 물대를 이용한 글루칸 분해의 경우에서 관찰되었다. 원료 물질 중에 존재하는 글루칸의 단 0.1%가 사전처리로 억제제 화합물로 분해되었지만(실시예 5), 폭쇄 처리 공정에서 1.9% (실시예 1) 및 4.5% (실시예 2)가 억제제 화합물로 분해되었다.

수수(sorghum)를 이용하여, 원료 물질 중에 존재하는 자일란의 단 0.97%가 사전처리로 억제제 화합물로 분해되었지만(실시예 6), 폭쇄 처리 공정에서 61.7% (실시예 3) 및 94.9% (실시예 4)가 억제제 화합물로 분해되었다.

유사한 거동은 물대를 이용한 글루칸 분해의 경우에서 관찰되었다. 원료 물질 중에 존재하는 글루칸의 단 0.1%는 사전처리로 억제제 화합물로 분해되었지만(실시예 6), 폭쇄 처리 공정에서 8.0% (실시예 3) 및 9.5% (실시예 4)가 억제제 화합물로 분해되었다.

발효 가능한 당의 가용화의 전체 수율(가용화된 자일란 및 글루칸의 총합)은 사전처리의 다른 장점이다.

91.2%의 발효 가능한 당의 측면에서 총 수율 (가용화된 자일란 및 글루칸의 총합)은 사전처리로의 효소 가수분해 후 수수에서 얻어졌는데(실시예 5), 이는 통상적인 폭쇄 처리에서 얻어진 값(실시예 1에서 65.9%, 및 실시예 2에서 69.0%) 보다 매우 높은 것이다.

91.3%의 발효 가능한 당의 측면에서 총 수율 (가용화된 자일란 및 글루칸의 총합)은 사전처리로의 효소 가수분해 후 물대에서 얻어졌는데(실시예 6), 이는 통상적인 폭쇄 처리에서 얻어진 값(실시예 3에서 56.0%, 및 실시예 4에서 50.6%) 보다 매우 높은 것이다.

실험 개요

물대 및 수수를 상이한 사전처리 공정으로 처리하였다. 통상적인 연속 폭쇄 처리은 침지 공정 및 후속 폭쇄 처리 공정으로 구성된 사전처리와 비교되었다.

사전처리에서, 침지 공정으로부터 발생된 액체 분획을 유일한 스트림으로서 재순환시켰다.

침지 공정에서, 헤미셀룰로즈 분획의 주요 부분의 가용화가 일어났다. 온화한 작업 조건으로 인하여 이러한 공정에서 낮은 억제제 양이 발생된다.

침지된 물질은 이후에 액체 분획(약 62%)을 제거하기 위해 가압 공정으로 처리된다.

고체 분획은 이후에 폭쇄 처리 처리로 처리되는데, 여기서 잔류하는 헤미셀룰로즈의 가용화 및 셀룰로즈 분획의 분해가 일어난다.

침지 공정에서 발생된 액체 분획은 정련 공정으로 처리된 후에 폭쇄 처리된 물질로 재순환된다.

사전처리는 사전처리 섹션을 떠난 스트림 중에 보다 적은 억제제를 초래하게 하고 그 결과 통상적인 폭쇄 처리 사전처리와 비교할 때 발효 가능한 당의 손실을 낮추며, 사전처리된 물질의 효소적 처리성을 증가시킨다.

통상적인 폭쇄 처리 및 사전처리로부터의 사전처리된 물질은 효소적 처리성을 평가하기 위하여 효소 가수분해로 처리된다.

공정의 물질 밸런스 및 글루칸 및 자일란에 대한 효소 가수분해 수율을 고려하여, 사전처리 공정에 들어가는 원료 물질의 조성물로부터 출하여 공정의 충 수율이 계산된다.

실시예 1

물대는 하기 조성물을 갖는다: 37.5% 글루칸, 19.3% 자일란, 5.8% 아세틸기, 22.6% 클라손(Klason) 리그닌, 6.3% 애시, 8.5% 추출물.

물대를 연속 폭쇄 처리 (Stake Tech 반응기)로 200℃에서 6분 동안 처리하였다. 이러한 사전처리는 70.6%의 자일란, 및 8.6%의 글루칸의 가용화를 초래한다. 자일란의 19.3 %는 억제제 화합물 (푸르푸랄 및 다른 분해 생성물)로 분해되었으며, 글루칸의 1.9 %는 억제제 화합물 (HMF 및 포름산)로 분해되었다.

조성물이 용매, 가용성 고체, 불용성 고체로 요약될 수 있는 소정의 양의 사전처리된 물질을 실험실 발효기에 첨가하였다. 7.5 %의 전체 고체 함량에 도달시키기 위하여, 용매(물, 완충제, 항박테리아 용액) 및 촉매 용액을 이러한 물질에 첨가하였다. 촉매 용액을 사전처리된 물대에 대해 60 FPU/g 글루칸 및 109 FXU/g 자일란의 활성을 갖도록 계산하였다.

효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성은 하기 표 1에 기술된 바와 같다.

표 1. 효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성

효수 가수분해 후에, 글루칸 및 자일란 가용화의 수율을 정량하기 위하여, 공정 액체 및 고체 분획을 분석하였다. 효소 가수분해 공정에서 글루칸 가용화 수율은 71%이었으며, 자일란 가용화 수율은 84%이었다. 공정의 전체적인 수율을, 공정의 물질 밸런스 및 글루칸 및 자일란에 대한 효소 가수분해 수율을 고려하여, 사전처리 공정에 들어가는 원료 물질의 조성으로부터 출발하여 계산하였다.

69.3%의 공정 가용화 수율은 글루칸에 대해 계산된 것이며, 59.3%의 공정 가용화 수율은 자일란에 대해 계산된 것이다. 원료 물질 중에 존재하는 글루칸 및 자일란의 총합으로 칭하여지는 65.9%의 전체적인 가용화 수율은 이러한 공정에서 계산된다. 물대에 대한 전체적인 수율은 하기 표 2와 같다.

표 2. 글루칸 및 자일란의 효소 가수분해 및 공정 수율

실시예 2

물대는 하기 조성을 갖는다: 37.5% 글루칸, 19.3% 자일란, 5.8% 아세틸기, 22.6% 클라손 리그닌 6.3% 애시, 8.5% 추출물.

물대를 연속 폭쇄 처리 (Stake Tech 반응기)로 215℃에서 6분 동안 처리하였다. 이러한 사전처리는 90.8%의 자일란 및 7.1%의 글루칸의 가용화를 초래한다. 자일란의 63.8%가 억제제 화합물 (푸르푸랄 및 다른 분해 생성물)로 분해되었으며, 글루칸의 4.5%가 억제제 화합물 (HMF 및 포름산)로 분해되었다.

조성물이 용매, 가용성 고체, 불용성 고체로 요약될 수 있는 소정의 양의 사전처리된 물질을 실험실 발효기에 첨가하였다. 7.5 %의 전체 고체 함량에 도달시키기 위하여, 용매(물, 완충제, 항박테리아 용액) 및 촉매 용액을 이러한 물질에 첨가하였다. 촉매 용액을 사전처리된 물대에 대해 60 FPU/g 글루칸 및 248 FXU/g 자일란의 활성을 갖도록 계산하였다.

효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성은 하기 표 3에 기술된 바와 같다.

표 3. 효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성

효수 가수분해 후에, 글루칸 및 자일란 가용화의 수율을 정량하기 위하여, 공정 액체 및 고체 분획을 분석하였다. 효소 가수분해 공정에서 글루칸 가용화 수율은 82%이었으며, 자일란 가용화 수율은 99%이었다.

공정의 전체적인 수율을, 공정의 물질 밸런스 및 글루칸 및 자일란에 대한 효소 가수분해 수율을 고려하여, 사전처리 공정에 들어가는 원료 물질의 조성으로부터 출발하여 계산하였다.

87.8%의 공정 가용화 수율은 글루칸에 대해 계산된 것이며, 35%의 공정 가용화 수율은 자일란에 대해 계산된 것이다. 원료 물질 중에 존재하는 글루칸 및 자일란의 총합으로 칭하여지는 69.0%의 전체적인 가용화 수율은 이러한 공정에서 계산된다.

물대에 대한 전체적인 수율은 하기 표 4와 같다.

표 4. 글루칸 및 자일란의 효소 가수분해 및 공정 수율

실시예 3

섬유 수수는 하기 조성을 갖는다: 35.8% 글루칸, 20.0% 자일란, 5.61% 아세틸기, 17.3% 클라손 리그닌, 6.4% 애시, 14.8% 추출물.

잘게 썬 수수를 연속 폭쇄 처리 (Stake Tech 반응기)로 200℃에서 6분 동안 처리하였다. 이러한 사전처리는 86.6%의 자일란, 및 25.5%의 글루칸의 가용화를 초래한다. 자일란의 61.7 %는 억제제 화합물 (푸르푸랄 및 다른 분해 생성물)로 분해되었으며, 글루칸의 8.0 %는 억제제 화합물 (HMF 및 포름산)로 분해되었다.

조성물이 용매, 가용성 고체, 불용성 고체로 요약될 수 있는 소정의 양의 사전처리된 물질을 실험실 발효기에 첨가하였다. 7.5 %의 전체 고체 함량에 도달시키기 위하여, 용매(물, 완충제, 항박테리아 용액) 및 촉매 용액을 이러한 물질에 첨가하였다. 촉매 용액을 사전처리된 수수에 대해 60 FPU/g 글루칸 및 109 FXU/g 자일란의 활성을 갖도록 계산하였다.

효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성은 하기 표 5에 기술된 바와 같다.

표 5. 효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성

효수 가수분해 후에, 글루칸 및 자일란 가용화의 수율을 정량하기 위하여, 공정 액체 및 고체 분획을 분석하였다. 효소 가수분해 공정에서 글루칸 가용화 수율은 77%이었으며, 자일란 가용화 수율은 85%이었다.

공정의 전체적인 수율을, 공정의 물질 밸런스 및 글루칸 및 자일란에 대한 효소 가수분해 수율을 고려하여, 사전처리 공정에 들어가는 원료 물질의 조성(표 1)으로부터 출발하여 계산하였다.

70.8%의 공정 가용화 수율은 글루칸에 대해 계산된 것이며, 32.1%의 공정 가용화 수율은 자일란에 대해 계산된 것이다. 원료 물질 중에 존재하는 글루칸 및 자일란의 총합으로 칭하여지는 56.0%의 전체적인 가용화 수율은 이러한 공정에서 계산된다.

수수에 대한 전체적인 수율은 하기 표 6과 같다.

표 6. 글루칸 및 자일란의 효소 가수분해 및 공정 수율

실시예 4

잘게 썬 수수를 연속 폭쇄 처리 (Stake Tech 반응기)로 207℃에서 6분 동안 처리하였다. 이러한 사전처리는 94.9%의 자일란, 및 23.4%의 글루칸의 가용화를 초래한다. 자일란의 86.3 %는 억제제 화합물 (푸르푸랄 및 다른 분해 생성물)로 분해되었으며, 글루칸의 9.5 %는 억제제 화합물 (HMF 및 포름산)로 분해되었다.

조성물이 용매, 가용성 고체, 불용성 고체로 요약될 수 있는 소정의 양의 사전처리된 물질을 실험실 발효기에 첨가하였다. 7.5 %의 전체 고체 함량에 도달시키기 위하여, 용매(물, 완충제, 항박테리아 용액) 및 촉매 용액을 이러한 물질에 첨가하였다. 촉매 용액을 사전처리된 수수에 대해 60 FPU/g 글루칸 및 248 FXU/g 자일란의 활성을 갖도록 계산하였다.

효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성은 하기 표 7에 기술된 바와 같다.

표 7. 효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성

효수 가수분해 후에, 글루칸 및 자일란 가용화의 수율을 정량하기 위하여, 공정 액체 및 고체 분획을 분석하였다. 효소 가수분해 공정에서 글루칸 가용화 수율은 79%이었으며, 자일란 가용화 수율은 99%이었다.

71.5%의 공정 가용화 수율은 글루칸에 대해 계산된 것이며, 13.4%의 공정 가용화 수율은 자일란에 대해 계산된 것이다. 원료 물질 중에 존재하는 글루칸 및 자일란의 총합으로 칭하여지는 50.60%의 전체적인 가용화 수율은 이러한 공정에서 계산된다.

수수에 대한 전체적인 수율은 하기 표 8과 같다.

표 8. 글루칸 및 자일란의 효소 가수분해 및 공정 수율

실시예 5

물대는 하기 조성을 갖는다: 37.5% 글루칸, 19.3% 자일란, 5.8% 아세틸기, 22.6% 클라손 리그닌, 6.3% 애시, 8.5% 추출물.

물대를 배치 침지 공정으로 160℃에서 100분 동안 처리하였으며, 여기서 원료 물질의 제 1 가용화를 일으켰다. 고체상 및 액체상이 본 공정에서 생성되었다. 고체상을 배치 폭쇄 처리 사전처리로 200℃에서 8분 동안 처리하였다. 침지 공정에서 생성된 액체상을 이후에 폭쇄 처리된 물질로 재순환시켰다.

이러한 사전처리는 81.2%의 자일란 및 3.7%의 글루칸의 가용화를 초래한다. 자일란의 1.3 %는 억제제 화합물 (푸르푸랄 및 다른 분해 생성물)로 분해되었으며, 글루칸의 0.1 %는 억제제 화합물 (HMF 및 포름산)로 분해되었다.

조성물이 용매, 가용성 고체, 불용성 고체로 요약될 수 있는 소정 양의 사전처리된 물질을 실험실 발효기에 첨가하였다. 7.5 %의 전체 고체 함량에 도달시키기 위하여, 용매(물, 완충제, 항박테리아 용액) 및 촉매 용액을 이러한 물질에 첨가하였다. 촉매 용액을 사전처리된 물대에 대해 34 FPU/g 글루칸 및 68 FXU/g 자일란의 활성을 갖도록 계산하였다.

효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성은 하기 표 9에 기술된 바와 같다.

표 9. 효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성

공정의 전체적인 수율을, 공정의 물질 밸런스 및 글루칸 및 자일란에 대한 효소 가수분해 수율을 고려하여, 사전처리 공정에 들어가는 원료 물질(표 1)의 조성으로부터 출발하여 계산하였다.

87.4%의 공정 가용화 수율은 글루칸에 대해 계산된 것이며, 97.5%의 공정 가용화 수율은 자일란에 대해 계산된 것이다. 원료 물질 중에 존재하는 글루칸 및 자일란의 총합으로 칭하여지는 91.2%의 전체적인 가용화 수율은 이러한 공정에서 계산된다.

물대에 대한 전체적인 수율은 하기 표 10과 같다.

표 10. 글루칸 및 자일란의 효소 가수분해 및 공정 수율

실시예 6

섬유 수수는 하기 조성을 갖는다: 35.8% 글루칸, 20.0% 자일란, 5.61% 아세틸기, 17.3% 클라손 리그닌, 6.4% 애시, 14.8% 추출물

섬유 수수를 배치 침지 공정으로 180℃에서 25분 동안 처리하였으며, 여기서 원료 물질의 제 1 가용화를 일으켰다. 고체상 및 액체상이 본 공정에서 생성되었다. 고체상을 배치 폭쇄 처리 사전처리로 200℃에서 8분 동안 처리하였다. 침지 공정에서 생성된 액체상을 이후에 폭쇄 처리된 물질로 재순환시켰다.

이러한 사전처리는 63.6%의 자일란 및 6.3%의 글루칸의 가용화를 초래한다. 자일란의 0.97 %는 억제제 화합물 (푸르푸랄 및 다른 분해 생성물)로 분해되었으며, 글루칸의 0.1 %는 억제제 화합물 (HMF 및 포름산)로 분해되었다.

조성물이 용매, 가용성 고체, 불용성 고체로 요약될 수 있는 소정 양의 사전처리된 물질을 실험실 발효기에 첨가하였다. 7.5 %의 전체 고체 함량에 도달시키기 위하여, 용매(물, 완충제, 항박테리아 용액) 및 촉매 용액을 이러한 물질에 첨가하였다. 촉매 용액을 사전처리된 수수에 대해 34 FPU/g 글루칸 및 59 FXU/g 자일란의 활성을 갖도록 계산하였다.

효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성은 하기 표 11에 기술된 바와 같다.

표 11. 효소 가수분해에 들어가는 스트림의 조성

87.8%의 공정 가용화 수율은 글루칸에 대해 계산된 것이며, 97.8%의 공정 가용화 수율은 자일란에 대해 계산된 것이다. 원료 물질 중에 존재하는 글루칸 및 자일란의 총합으로 칭하여지는 91.3%의 전체적인 가용화 수율은 이러한 공정에서 계산된다.

수수에 대한 전체적인 수율은 하기 표 12와 같다.

표 12. 글루칸 및 자일란의 효소 가수분해 및 공정 수율

표 13 및 표 14는 본 명세서에서의 장치를 이용하여 표에 기술된 조건 하에서 도 1에 도시된 바와 같은 공정의 여러 단계들을 통해 얻어진 공급물의 스트림 분석을 기술한 것이다.

하기 두 개의 시리즈 실험, 15 및 16을 밀짚 및 물대에 대해 각각 연속 공정으로 수행하였다. 푸르푸랄이 존재하지 않는 조성물이 일부 존재하며, 이는 폭쇄 처리 후에 증기 스트림에서 푸르푸랄을 유지되는 과량의 스트림에 의해 야기되는 것으로 여겨진다.

효소 가수분해 절차

최대 효소 로딩을 기준으로 제공된 사전처리의 효율을 측정하기 위하여 이러한 절차를 이용하였다.

이러한 절차는 최대 범위의 가능한 소화능력을 결정하기 위해 천연 또는 사전처리된 리그노셀룰로스계 바이오매스로부터의 셀룰로즈 및 헤미셀룰로즈를 글루코즈 및 자일로즈로의 효소적 당화를 기술한다(상업적으로 입수가능하거나 자체적으로 생성된 셀룰라제 제조물의 포화 수준 및 최대 1 주일의 가수분해 시간이 사용됨).

사전처리된 바이오매스 - 밀링, 물 또는 스팀, 강 또는 약 산 또는 염기로의 화학적 처리, 또는 효소 작용으로 더욱 처리가능한 물질의 셀룰로즈 함량을 제공하기 위한 다른 물리적 또는 화학적 방법으로 처리된 바이오매스.

셀룰라제 효소 - 모두 세 개의 상승적 셀룰로즈분해 활성, 엔도-1,4-β-D-글루카나제, 엑소-1,4-β-글루코시다제, 또는 β-D-글루코시다제 활성을 나타내는 효소 제조물, 이는 상이한 셀룰라제 제조물에서 상이한 범위로 존재한다.

사전처리된 물질를 사용하여 3-리터 발효기(Infors HT, Labfors 3)에서 효소 가수분해 (EH)하였다. EH를 상업적 효소 용액을 이용하여, 7.5% 고형물 농도로 수행하였다. 온도 및 pH를 45℃ 및 5.0으로 유지시키고, 교반기를 400 rpm으로 유지시켰다.

조성물이 용매, 가용성 용매, 불용성 용매로 요약될 수 있는 소정 양의 사전처리된 물질을 실험실 발효기에 첨가하였다. 7.5%의 총 고형물 함량에 도달시키기 위하여, 용매 (물, 완충제, 항박테리아 용액) 및 촉매 용액을 이러한 물질에 첨가하였다. 촉매 용액을 34의 FPU/g 셀룰로즈로 표시되는 활성을 갖도록 계산하였다.

촉매 조성물은 하기 표에 기술된 바와 같다:

완충 용액을 첨가하거나 염기 또는 산 용액을 통해 pH를 요망되는 값으로 유지시켰다.

액체 분획의 분취액을 상이한 시간에 취하고, 당 (글루코즈, 자일로즈 및 셀로비오즈) 함량에 대해 분석하였다. 반응의 마지막에 고체상을 회수하였다. 고체상의 분취액을 50℃에서 3배 부피의 물로 세 차례 세척하였다. 세척 동안에, 고체 상에 흡착된 모든 가용성 분획을 제거하였다. 세척된 고형물을 이후에 수분으로 처리하고 표준 방법(NREL)에 따라 72% H₂SO₄로 정량적 산 가수분해하여 이의 조성을 정량하였다.

시약

7.1 시약

소듐 아지드 (증류수 1 ml 중 20 mg)

공지된 활성(FPU/mL)의 셀룰라제 효소 복합물

공지된 활성(FXU/mL)의 자일라제 효소

분석적 측정

원료 물질을 수분 및 추출물 측정으로 처리하고 표준 방법(NREL/TP-510-42618, NREL/TP-510-42619, NREL/TP-510-42622)에 따라 72% H₂SO₄로 정량적 산 가수분해로 처리하였다. 가수분해 후 고체 잔류물을 여과로 회수하고, 클라손 리그닌으로서 여겨졌다. 가수분해물을 HPLC로 단당류 (셀룰로즈로부터의 글루코즈; 헤미셀룰로즈로부터의 자일로즈 및 아라비노즈) 및 아세트산(아세틸기로부터)에 대해 분석하였다. 크로마토그래피 측정을 하기 조건 하에서 이온교환수지 Biorad Aminex HPX-87A 컬럼이 장착된 Dionex P680A_LPG를 이용하여 수행하였다: 이동상, 0.05mol/L의 황산; 유속, 0.6ml/min; 및 컬럼 온도, 65 ℃.

샘플의 수분 함량을 105℃에서 일정한 중량으로 오븐-건조시킴으로써 측정하였다.

사전처리 후에, 고체 잔류물을 여과로 회수하고, 물로 세척하고, 공기-건조시키고, 수율 측정을 위해 계량하였다. 사전처리로부터의 고체 잔류물의 분취액을 스트림의 세척된 고체 분획 상에 적용된 원료 물질 분석을 위한 것과 동일한 방법을 이용하여 조성에 대해 평가하였다.

샘플의 불용성 고체 함량을 하기 표준 방법 (NREL/TP-510-42627)으로 측정하였다.

침지로부터의 엑채상 및 폭쇄 처리 물질을 수반하는 액체상의 분취액을 일정한 중량으로 오븐-건조시켜 비휘발성 고형물의 함량을 측정하였다 (NREL/TP-510-42621).

단당류, 푸르푸랄 히드록시메틸푸르푸랄 및 아세트산의 직접 HPLC 측정을 위하여 용액(Liquor)을 이용하였다. 용액의 분취액을 HPLC 분석 (NREL/TP-510-42623) 전에, 121℃에서 60분 동안 4% (w/w) H₂SO₄로의 정량적 산 가수분해로 처리하였다. 글루코, 아라비노, 자일로-올리고당 농도를, 용액 가수분해(NREL 방법) 후에, HPLC에 의한 분석으로서 글루코즈, 자일로즈 및 아라비노즈의 농도의 증가로부터 계산하였다.

NREL 분석 방법

바이오매스에서 구조 탄수화물 및 리그닌의 측정

실험실 분석 절차 (LAP) 발행일: 4/25/2008

기술 리포트 NREL/TP-510-42618 (2008년 4월 개정)

바이모매스에서 추출물의 측정

실험실 분석 절차 (LAP) 발행일: 7/17/2005

기술 리포트 NREL/TP-510-42619 2008년 1월

조성 분석을 위한 샘플의 제조

실험실 분석 절차 (LAP) 발행일: 9/28/2005

기술 리포트 NREL/TP-510-42620 2008년 1월

바이오매스에서의 총 고형물 및 액체 공정 샘플에서의 총 용해된 고형물의 측정

실험실 분석 절차 (LAP) 발행일: 3/31/2008

기술 리포트 NREL/TP-510-42621 (2008년 3월 개정)

바이오매스에서 애시의 측정

실험실 분석 절차 (LAP) 발행일: 7/17/2005

기술 리포트 NREL/TP-510-42622 2008년 1월

액체 분획 공정 샘플에서 당, 부산물 및 분해 생성물의 측정

실험실 분석 절차 (LAP) 발행일: 12/08/2006

기술 리포트 NREL/TP-510-42623 2008년 1월

사전처리된 바이오매스 물질에서 불용성 고형물의 측정

실험실 분석 절차 (LAP) 발행일: 03/21/2008

NREL/TP-510-42627 2008년 3월

Claims

A) 리그노셀룰로스계 바이오매스 공급 원료를 증기 또는 액체의 물 또는 이들의 혼합물 중에서, 100 내지 210℃의 온도로 1분 내지 24시간 동안 침지시켜 건조 함유물 및 제 1 액체를 함유한 침지된 바이오매스를 생성시키는 단계;
B) 침지된 바이오매스로부터 제 1 액체의 일부 또는 전부를 분리시켜 제 1 액체 스트림 및 제 1 고체 스트림을 형성시키는 단계로서, 제 1 고체 스트림이 침지된 바이오매스를 포함하는 단계;
C) 제 1 고체 스트림을 폭쇄 처리(steam exploding)시켜 고형물 및 제 2 액체를 포함하는 폭쇄 처리된 스트림을 형성시키는 단계를 포함하는, 리그노셀룰로스계 바이오매스를 처리하는 방법.
제 1항에 있어서, 폭쇄 처리된 스트림 중의 제 2 액체의 일부 또는 전부가 폭쇄 처리된 스트림으로부터 분리되어 제 2 액체 스트림을 형성시키는, 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 침지 단계 A)가 140 내지 210℃의 온도 범위에서 1분 내지 16시간 동안 수행되는 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 침지 단계 A) 이전에 리그노셀룰로스계 바이오매스를 물을 포함하는 액체 중에서 25 내지 100℃ 범위의 온도로 1분 내지 24시간 동안 침지시키는 저온 침지 단계가 선행되며, 상기 저온 침지 단계 이후에 저온 침지물로부터 액체의 일부 또는 전부를 분리시키기 위한 분리 단계가 수행되는 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 리그노셀룰로스계 바이오매스가 단계 A)에서 1분 내지 6시간, 1분 내지 4시간, 및 1분 내지 3시간으로 이루어진 군으로부터 선택된 범위 내의 시간 동안 침지되는 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 리그노셀룰로스계 바이오매스가 단계 A)에서 1분 내지 4시간 범위 내의 시간 동안 침지되는 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 리그노셀룰로스계 바이오매스가 단계 A)에서 1분 내지 3시간 범위 내의 시간 동안 침지되는 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 리그노셀룰로스계 바이오매스가 단계 A)에서 1분 내지 2.5시간 범위 내의 시간 동안 침지되는 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 리그노셀룰로스계 바이오매스가 단계 A)에서 1분 내지 2.0시간 범위 내의 시간 동안 침지되는 방법.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 액체 스트림 중의 액체의 일부 또는 전부를 폭쇄 처리된 스트림의 일부 또는 전부와 합하는 추가 단계를 포함하는 방법.
제 4항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 폭쇄 처리된 스트림이 적어도 제 3 액체로 세척되어 제 3 액체 스트림을 형성시키는 방법.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 액체 스트림을 폭쇄 처리된 스트림의 일부 또는 전부와 합하기 전에, 제 1 액체 스트림이 정제되어 제 1 정제된 액체 스트림을 형성시키는 방법.
제 11항 또는 제 12항에 있어서, 제 3 액체 스트림이 정제되고, 이후에 폭쇄 처리된 스트림의 일부 또는 전부와 합쳐지는 방법.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 침지된 바이오매스로부터 액체의 분리가 침지된 바이오매스를 가압(pressing)시킴으로써 수행되는 방법.
제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 액체 스트림의 정제가 플래싱(flashing)에 의해 수행되는 방법.
제 15항에 있어서, 플래싱이, 플래싱 전에 제 1 액체 스트림의 압력을 대기압으로 감소시키지 않으면서 수행되는 방법.
제 15항 또는 제 16항에 있어서, 플래싱이 침지된 바이오매스로부터 제 1 액체를 분리시키는 마지막에 제 1 액체 스트림의 압력에서 수행되는 방법.
제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 액체 스트림이 스팀 스트립핑(steam stripping)에 의해 정제되는 방법.
제 13항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 정제된 제 1 액체 스트림이, 제 2 액체 스트림을 정제하기 전에, 제 2 액체 스트림과 합쳐지는 방법.
제 13항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 제 3 액체 스트림이 스팀 스트립핑에 의해 정제되는 방법.
제 13항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 액체 스트림, 제 2 액체 스트림 및 제 3 액체 스트림이 함께 정제되는 방법.
제 21항에 있어서, 정제가 스팀 스트립핑인 방법.
제 18항, 제 20항 및 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 스팀 스트립핑 이후에 활성탄(activated charcoal)으로 처리되는 방법.
제 18항, 제 20항, 제 22항 및 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 정제된 스트림이 농축되어 물을 제거하는 방법.
제 18항, 제 20항, 제 22항, 제 23항 및 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 정제된 스트림이, 제 2 액체 스트림의 정제 전에, 제 2 액체 스트림과 합쳐지는 방법.
제 2항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 폭쇄 처리된 스트림의 일부 또는 전부와의 혼합 중 어느 혼합이, 폭쇄 처리된 스트림의 일부 또는 전부가 가수분해된 후에, 수행되는 방법.
리그노셀룰로스계 바이오매스의 조성물로서,
고체, 액체, 푸르푸랄, 조성물의 액체 및 고체 중의 아라비난 및 자일란, 및 아라비노즈 및 자일로즈의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머의 양을 기준으로 소정 양의 C5', 및 조성물의 액체 및 고체 중의 글루칸의 모노머, 다이머, 올리고머, 및 폴리머를 포함하는 글루칸 함유물을 기준으로 소정 양의 C6'을 포함하며,
C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 0.50 미만이며, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양이 0.0060 미만인, 조성물.
제 27항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.0050 미만인 조성물.
제 27항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.0040 미만인 조성물.
제 27항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.0030 미만인 조성물.
제 27항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.0020 미만인 조성물.
제 27항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.0010 미만인 조성물.
제 27항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.0009 미만인 조성물.
제 27항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 0.44 미만인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 11 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 14 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 16 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 19 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 21 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 24 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 26 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 29 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 31 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 36 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 41 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 3 내지 85 중량% 범위인 조성물.
리그노셀룰로스계 바이오매스의 조성물로서,
고체, 액체, 푸르푸랄, 조성물의 액체 및 고체 중의 아라비난 및 자일란, 및 아라비노즈 및 자일로즈의 모노머, 다이머, 올리고머 및 폴리머의 양을 기준으로 소정 양의 C5', 및 조성물의 액체 및 고체 중의 글루칸의 모노머, 다이머, 올리고머, 및 폴리머를 포함하는 글루칸 함유물을 기준으로 소정 양의 C6'을 포함하며,
C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 0.50 초과이며, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양이 0.09 미만인, 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.08 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.07 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.06 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.05 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.04 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.03 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.02 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.01 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.006 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.005 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.004 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.003 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.002 미만인 조성물.
제 47항에 있어서, 첨가된 C5' 및 C6'의 합한 양에 대한 푸르푸랄의 양의 비율이 0.001 미만인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 11 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 14 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 16 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 19 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 21 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 24 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 26 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 29 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 31 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 36 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 61항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 41 내지 99 중량% 범위인 조성물.
제 47항 내지 제 72항 중 어느 한 항에 있어서, C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 1.0 초과인 조성물.
제 47항 내지 제 72항 중 어느 한 항에 있어서, C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 2.0 초과인 조성물.
제 47항 내지 제 72항 중 어느 한 항에 있어서, C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 3.0 초과인 조성물.
제 47항 내지 제 72항 중 어느 한 항에 있어서, C6'의 양에 대한 C5'의 양의 비율이 4.0 초과인 조성물.
제 47항 내지 제 72항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물 중의 고형물의 양이 조성물의 3 내지 85 중량% 범위인 조성물.