KR20170030572A - 바이오매스의 가공처리 - Google Patents

바이오매스의 가공처리 Download PDF

Info

Publication number
KR20170030572A
KR20170030572A KR1020177003326A KR20177003326A KR20170030572A KR 20170030572 A KR20170030572 A KR 20170030572A KR 1020177003326 A KR1020177003326 A KR 1020177003326A KR 20177003326 A KR20177003326 A KR 20177003326A KR 20170030572 A KR20170030572 A KR 20170030572A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
slurry
solids
less
biomass
centrifuge
Prior art date
Application number
KR1020177003326A
Other languages
English (en)
Inventor
마샬 메도프
토마스 크레이그 마스터맨
솔로몬 아이. 로디티
Original Assignee
질레코 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 질레코 인코포레이티드 filed Critical 질레코 인코포레이티드
Publication of KR20170030572A publication Critical patent/KR20170030572A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B20/00—Purification of sugar juices
    • C13B20/16—Purification of sugar juices by physical means, e.g. osmosis or filtration
    • C13B20/165—Purification of sugar juices by physical means, e.g. osmosis or filtration using membranes, e.g. osmosis, ultrafiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • C13K1/04—Purifying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/142—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/58—Multistep processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/62—Carboxylic acid esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B20/00—Purification of sugar juices
    • C13B20/16—Purification of sugar juices by physical means, e.g. osmosis or filtration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K13/00—Sugars not otherwise provided for in this class
    • C13K13/002—Xylose
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2688—Biological processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/12—Feed-and-bleed systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/02—Elements in series
    • B01D2317/025—Permeate series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

바이오매스 공급원료(예컨대, 식물 바이오매스, 동물 바이오매스 및 도시 폐기물 바이오매스)를 가공처리하여 유용한 생성물, 예컨대, 연료를 생성한다. 예를 들어, 바이오가공처리된 바이오매스 물질 슬러리의 액체로부터 고체를 분리하는데 유용할 수 있는 시스템이 기재된다. 예를 들어, 다수의 원심분리기, 예컨대, 다수의 탠덤 원심분리기를 포함하는 여과 시스템이 기재된다.

Description

바이오매스의 가공처리{PROCESSING BIOMASS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 가출원 제62/026,742호(출원일: 2014년 7월 21일) 및 미국 가출원 제62/027,489호(출원일: 2014년 7월 22일)의 유익을 주장하며, 이들 가출원의 각각의 내용은 본 명세서에 참고로 편입된다.
두서너 가지 예를 들면, 농산물 잔류물, 목재 바이오매스, 도시 폐기물, 오일시드/케이크 및 해초류를 비롯하여 많은 잠재적인 리그노셀룰로스 공급원료가 오늘날 입수 가능하다. 현재, 이들 물질은, 종종 충분히 활용되고 있지 않고, 예를 들어, 동물 사료, 바이오퇴비 물질로서 이용되거나, 열병합 발전 시설에서 연소되거나 또는 심지어 매립된다.
리그노셀룰로스 바이오매스는 리그닌으로 둘러싸인 헤미셀룰로스 매트릭스에 매립된 결정질 셀룰로스 원섬유(fibril)를 포함한다. 이것은 효소 및 기타 화학적, 생화학적 및/또는 생물학적 공정에 의해 접근하기 어려운 컴팩트한 매트릭스를 생성한다. 셀룰로스 바이오매스 물질(예컨대, 리그닌이 제거된 바이오매스 물질)은 효소 및 기타 전환 공정에 더욱 접근 가능하지만, 그렇긴 해도, 천연-유래 셀룰로스 물질은 종종 가수분해 효소와 접촉할 경우 (이론적 수율에 비해서) 낮은 수율을 가진다. 리그노셀룰로스 바이오매스는 효소 공격에 훨씬 더 난분해성(recalcitrant)이다. 또한, 각 유형의 리그노셀룰로스 바이오매스는 셀룰로스, 헤미셀룰로스 및 리그닌의 그 자체의 특정 조성을 지닌다.
일반적으로, 물질, 예컨대, 바이오매스 물질을 여과하는 것이 본 명세서에 개시되어 있다. 본 명세서에는 바이오매스 물질을 저분자량 당으로 전환시킴으로써 바이오매스 물질, 예컨대, 셀룰로스, 리그노셀룰로스 및/또는 전분 공급원료를 당화 또는 액화시키는 방법이 개시되어 있다. 예를 들어, 공급원료를, 예컨대, 효소, 예를 들어, 1종 이상의 셀룰라제 및/또는 아밀라제를 이용해서 당화시키는 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 또한 예컨대 바이오가공처리, 예를 들어, 발효, 또는 기타 가공처리, 예를 들어, 증류에 의해서 공급원료를 생성물로 전환시키는 것에 관한 것이다. 이 방법은 당화 전에, 동안에 또는 후에 고형물을 제거하기 위하여 여과, 예컨대, 하나 이상의 원심분리기(예컨대, 디캔터 원심분리기(decanter centrifuge)) 및/또는 멤브레인 필터(예컨대, 진동식 전단 증강 공정(Vibratory Shear Enhanced Process))를 이용하는 것을 포함한다. 이어서, 고형물은, 예를 들어, 에너지 열병합발전을 위하여 이용될 수 있거나, 발효 첨가제(예컨대, 영양분)로서 이용될 수 있거나, 또는 다른 공급 물질(예컨대, 화학적 제조)로서 이용될 수 있다.
일반적으로, 본 발명은, 바이오매스를 당화시키는 단계, 제1 슬러리를 생성하는 단계, 제1 원심분리기를 이용해서 제1 슬러리로부터 고형물의 제1 부분을 제거하는 단계 및 제2 슬러리를 생성하는 단계를 포함하는 여과 방법을 특징으로 한다. 이어서 고형물의 제2 부분은 제2 원심분리기를 이용해서 제2 슬러리로부터 제거되어 제3 슬러리를 생성할 수 있다. 고형물의 제3 부분은 또한 제3 슬러리로부터 제거되어 제4 슬러리를 생성할 수 있다. 임의로, 제1 원심분리기는 제1 G-포스(G-Force, 즉, 중력가속도)에서 작동되고, 제2 원심분리기는 제2 G-포스에서 작동된다. 몇몇 경우에, 제2 G-포스는 제1 G-포스보다 더 높다. 예를 들어, 제1 G-포스는 약 500 g 내지 약 3000 g(예컨대, 약 1000 내지 약 2500 g, 또는 약 1000 내지 약 2000 g)일 수 있고, 제2 G-포스는 약 2000 g 내지 약 5000 g(예컨대, 약 2000 g 내지 약 3000 g, 약 2500 g 내지 약 3500 g)일 수 있다. 임의로 제1 슬러리는 약 1 중량% 내지 40중량%의 고형물(예컨대, 약 1 중량% 내지 약 30 중량%, 약 1 중량% 내지 약 20 중량%, 약 2 중량% 내지 약 10중량%의 고형물, 또는 약 3 중량% 내지 9중량%의 고형물)을 함유한다. 임의로 제2 슬러리는 약 1 중량% 내지 약 10중량%의 고형물(예컨대, 약 2 중량% 내지 약 6 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 4중량%의 고형물)을 함유한다. 몇몇 구현예에서, 제2 슬러리는 제1 슬러리에 비해서 1/2 미만(예컨대, 약 1/3 미만, 또는 약 1/4 미만)의 고형물을 함유한다. 임의로, 제3 슬러리는 약 3중량% 미만의 고형물(예컨대, 약 미만 내지 2중량%의 고형물, 약 0.1 내지 약 1중량%의 고형물)을 함유한다. 몇몇 구현예에서, 제3 슬러리는 제2 슬러리에 비해서 1/2 미만(예컨대, 약 1/3 미만, 또는 약 1/4 미만)의 고형물을 함유한다.
몇몇 구현예에서, 제1 슬러리의 중간값 입자 크기(median particle size)는 제2 슬러리의 중간값 입자 크기보다 크고/크거나 제2 슬러리의 중간값 입자 크기는 제3 슬러리의 중간값 입자 크기보다 크다. 다른 구현예에서, 제2 슬러리의 중간값 입자 크기는 제1 슬러리의 중간값 입자 크기보다 크고/크거나 제3 슬러리의 중간값 입자 크기는 (예컨대, 고형물의 응집물의 후단 여과로 인해) 제2 슬러리의 중간값 입자 크기보다 크다. 임의로, 제1 슬러리는 100㎛ 초과(예컨대, 50㎛ 초과, 10㎛ 초과, 약 5㎛ 초과)의 평균 입자 크기를 가진 입자 분포를 함유한다. 임의로, 제2 슬러리는 약 100㎛ 미만(예컨대, 약 50㎛ 미만, 약 10㎛, 약 5㎛ 미만)인 중간값 입자 크기를 가진 입자 크기 분포를 함유한다. 임의로, 제3 슬러리는 약 10㎛ 미만(예컨대, 약 5㎛ 미만, 약 1㎛ 미만)의 평균 입자 크기를 가진 입자 크기 분포를 함유한다.
몇몇 구현예에서, 제1 및/또는 제2 원심분리기를 이용하기 전에, 슬러리 내의 단백질이 변성되거나 석출되어 실질적으로 제거(예컨대, 여과 제거)된다. 다른 구현예에서, 제1 및/또는 제2 원심분리기를 이용하기 전에, 슬러리 내의 단백질이 제거되지 않고 용액 중에 예를 들어 용해된 물질로서 또는 현탁액으로서 남아 있다.
임의로, 당화된 물질은 제1 원심분리기를 이용해서 제1 고형물을 제거하기 전에 발효된다.
몇몇 구현예에서, 제1 고형물을 세척하고 그 세척 유체를 제1, 제2 및/또는 제3 슬러리로 되돌린다. 다른 구현예에서, 제2 고형물을 세척하고 그 세척유체를 제1, 제2 및/또는 제3 슬러리로 되돌린다.
본 발명은 또한 제1 및 제2 원심분리기를 통해서 당화된 바이오매스 물질을 가공처리하기 위한 방법 및 장비에 관한 것으로, 슬러리는 적어도 10 gal/분(예컨대, 약 10 내지 약 200 gal/분, 약 25 및 약 100 gal/분)의 평균 속도에서 가공처리된다. 예를 들어, 가공처리는 약 0 내지 약 3 중량%(예컨대, 약 0 내지 2 중량%, 약 0.1 내지 약 1 중량%)의 고형물을 가진 슬러리를 생성한다. 임의로, 제2 원심분리기는 제1 원심분리기보다 더 높은 G-포스에서 작동된다.
다른 양상에 있어서, 본 발명은 당을 생성하기 위한 바이오매스의 당화에 이은 발효 등과 같은 방법을 특징으로 한다. 이들 방법은 각종 올리고머의 존재 및 고형물의 높은 장입량으로 인해 점성인 액체를 생성할 수 있다. 슬러리 자체 내의 물질, 예컨대, 당, 발효 생성물 또는 고형물을 추가로 가공처리하기 위하여, 고형물로부터 액체를 분리하는 것이 종종 유리하다. 예를 들어, 가공처리가 증류 단계를 포함할 경우, 여기에서의 방법은 리-보일러 파울링(fouling)/오염(contamination)을 피하기 위하여 액체의 증류 전에 고형물을 저감 또는 제거시키는데 유용할 수 있다. 예를 들어 멤브레인 또는 필터 프레스를 포함하는 방법은, (예컨대, 물로) 희석하는 것을 필요로 할 수 있지만, 이들 방법은 첨가된 희석제의 제거와 연관된 하류 비용을 초래할 수 있고 그리고 분리 표면의 파울링을 일으킬 수 있다. 디스크 원심분리 등과 같은 기타 방법은, 대형 용적으로 용이하게 크기 조절 가능하지 않다. 본 명세서에 기재된 방법들 중 몇몇은 막힘 없이 그리고/또는 상당한 희석 없이 이들 고도로 장입된 점성 공급-스트림의 연속 또는 반연속 여과를 허용한다. 따라서, 이 방법은 높은 가공처리량을 허용한다. 이 방법은 더욱 효율적일 수 있고 더 낮은 에너지 사용을 지닐 수 있다. 또한, 시스템은 필터 조제 등과 같은 외부 오염물을 도입하지 않는 폐쇄 시스템이다.
본 발명의 기타 특징 및 이점들은 이하의 상세한 설명으로부터 그리고 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.
이상의 내용은 첨부 도면에 예시된 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시형태의 이하의 더욱 구체적인 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 반드시 일정 척도로 되어 있지 않으며, 대신에 본 발명의 실시형태를 예시함에 있어서 강조되어 있다.
도 1은 당 용액 및 이로부터 유래된 생성물을 제조하는 방법을 도시한 흐름도.
도 2는 슬러리를 여과하기 위한 탠덤 원심분리기의 구현예를 도시한 흐름도.
도 3은 디캔터 원심분리기 및 그의 슬러리에 대한 작동의 횡절단 측면도를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 이용될 수 있는 장비 및 물질의 흐름의 실시형태를 개략적으로 도시한 도면.
도 5A는 슬러리의 가로 흐름 여과(cross flow filtration)의 도면. 도 5B는 진동식 전단 증강 공정의 도면.
도 6은 VSEP 여과 시스템의 실시형태를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 발효된 물질의 입자 크기 분포의 그래프.
도 8은 발효되고 원심분리된 물질의 입자 크기 분포의 그래프.
도 9는 발효되고, 원심분리되고, 가열되고, 그리고 순차적으로 원심분리된 물질의 입자 크기 분포를 도시한 도면.
본 명세서에 기재된 장비, 방법 및 시스템을 이용해서, 예를 들어, 바이오매스(예컨대, 식물 바이오매스, 동물 바이오매스, 종이 및 도시 폐기물 바이오매스)로부터 유래될 수 있는 셀룰로스 및 리그노셀룰로스 공급원료 물질이 당 및 기타 산물(예컨대, 발효 산물) 등과 같은 유용한 생성물 및 중간생성물로 전환될 수 있다. 잔류 바이오매스 및/또는 가공처리 잔류물를 포함하는 현탁된, 즉, 부유 고형물을 제거하거나 감소시키기 위하여 순차적으로 적용되는 원심분리기 및/또는 진동식 고전단 멤브레인 필터(예컨대, 진동식 전단 증강 공정(VSEP))를 포함하는, 슬러리를 여과하는 장비, 방법 및 시스템이 포함된다.
도 1을 참조하면, 당 용액 및 이로부터 유래된 생성물을 제조하는 방법은, 예를 들어, 임의로 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 공급원료를 기계적으로 처리하는 단계(110)를 포함한다. 이 처리 전 및/또는 후에, 공급원료는 그의 난분해성을 저감시키거나 또는 더욱 저감시키기 위하여 다른 물리적 처리, 예를 들어 조사(irradiation)로 처리(112)될 수 있다. 당 용액은, 예를 들어, 1종 이상의 효소의 첨가(111)에 의해 공급원료를 당화(114)시킴으로써 형성된다. 생성물은, 예를 들어, 1종 이상의 당의 알코올로의 발효(116)에 의해 당 용액으로부터 유래될 수 있다. 추가의 가공처리(124)는, 예를 들어, 여과 및 증류에 의해 용액을 정제시키는 단계를 포함할 수 있다. 필요한 경우, 리그닌 함량을 측정하는 단계(118) 및 이 측정에 기초하여 공정 파라미터를 설정 또는 조절하는 단계(120)는, 예를 들어, 미국 특허 제8,415,122호(발행일: 2013년 4월 9일)(이의 전체 내용은 참고로 본 명세서에 편입됨)에 기재된 바와 같이, 이 방법의 각종 단계에서 수행될 수 있다.
여과 단계는 원심분리 및/또는 멤브레인 여과(예컨대, VSEP), 예를 들어, 2개 이상의 원심분리기(각각은 임의로 상이한 조건 하에 작동함), 원심분리기 및 이어서 VSEP를 이용한 순차적 원심분리, 또는 2 이상의 VSEP 단계에 의해서 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 슬러리 중 고형물을 저감시키기 위하여 유용한 2개의 여과 단계용의 공정을 도시한다. 제1 슬러리(210)는 제1 고형물(230) 및 제2 슬러리(240)를 생성하는 제1 원심분리 단계(220)에 의해 여과될 수 있다. 제2 슬러리는 이어서, 제2 고형물(260) 및 제3 슬러리(270)를 생성하는 제2 원심분리 단계(250)에 의해 여과될 수 있다. 임의로, 제1 및/또는 제2 단계는 VSEP 등과 같은 멤브레인 필터를 이용해서 수행될 수 있다.
제1 슬러리는, 임의의 현탁액, 예를 들어, 유체(예컨대, 수용액) 중 바이오매스 입상체의 현탁액일 수 있다. 적어도 부분적으로, 입상체는, 예를 들어, 기계적 처리, 예컨대, 물질을 저미기, 연마, 전단 및/또는 분쇄하는 본 명세서에 기재된 바와 같은 기계적 처리에 의해 생성된다.
슬러리의 입상체는 광범위한 특성을 지닐 수 있다. 예를 들어, 입상체는 광범위한 형태, 예를 들어, 회전타원체, 타원체, 섬유, 플레이크, 평면, 매끄러운 입자, 거친 입자, 각진 입자, 원통형 입자, 원섬유, 셀룰러(cellular)(예컨대, 임의의 형상 및 크기의 셀), 집합체(예컨대, 크기 및/또는 형상에 있어서 다른 입자의 덩어리), 응집체(예컨대, 크기 및/또는 형상에 있어서 동일한 입자의 덩어리)를 가질 수 있다. 입상체는 또한 상이한 밀도를 지닐 수 있으며, 예를 들어, 약 0.01 g/cc 내지 5 g/cc 초과(예컨대, 약 0.1 내지 약 2 g/cc, 약 0.2 내지 약 1 g/cc)의 밀도를 지닐 수 있다. 입상체는 예를 들어 약 5% 내지 약 90%(예컨대, 약 5% 내지 약 50%, 약 10% 내지 약 40%) 범위에서 상이한 또는 유사한 다공도를 지닐 수 있다.
바이오매스는 복잡한 공급원료이므로, 고형물 및 이로부터 적어도 부분적으로 유래된 유체의 조성 및 특성은 크게 다를 수 있다. 예를 들어, 리그노셀룰로스 물질은 셀룰로스, 헤미셀룰로스 및 리그닌의 상이한 조합을 포함한다. 셀룰로스는 글루코스의 선형 중합체이다. 헤미셀룰로스는 자일란, 글루쿠로노자일란, 아라비노자일란 및 자일로글루칸 등과 같은 수종의 헤테로중합체의 어느 하나이다. 헤미셀룰로스에 존재하는(예컨대, 최대 농도로 존재하는) 주된 당 단당류는 자일로스이지만, 만노스, 갈락토스, 람노스, 아라비노스 및 글루코스 등과 같은 기타 단량체가 존재한다. 모든 리그닌은 그들의 조성의 변화를 보이지만, 이들은 페닐 프로펜 단위의 비정질 수지상 네트워크 폴리머로서 기술되어 왔다. 특정 바이오매스 물질 중 셀룰로스, 헤미셀룰로스 및 리그닌의 양은 바이오매스 물질의 공급원에 좌우된다. 예를 들어, 목재-유래 바이오매스는 종류에 따라서 약 38 내지 49%의 셀룰로스, 7 내지 26%의 헤미셀룰로스 및 23 내지 34%의 리그닌일 수 있다. 목초는 전형적으로 33 내지 38%의 셀룰로스, 24 내지 32%의 헤미셀룰로스 및 17 내지 22%의 리그닌이다. 명확하게 리그노셀룰로스 바이오매스는 커다란 부류의 기질을 구성한다.
예를 들어, 조사에 의한 바이오매스의 처리는, 처리 수준에 따라, 사슬 절단 및/또는 가교결합 둘 다에 의해 중합체 성분의 분자량을 변화시킬 수 있다. 일반적으로, 약 10 M㎭ 이상에서 처리는 셀룰로스 물질의 분자량을 저감시킬 수 있고, 또한 난분해성을 저감시킬 수 있으며, 예컨대, 물질을 더욱 쉽게 당화될 수 있게 한다. 또한 조사는 바이오매스 중의 리그닌 성분의 분자량을 저감 또는 증가시키는 것이 가능하다.
도 2를 참조하면, 바이오가공처리는 당화를 포함할 수 있다. 당화는 수중에 바이오매스를 현탁시키는 것과, 가열(예컨대, 약 80 내지 약 200℃, 약 100 내지 약 190℃, 약 120 내지 약 160℃) 및/또는 산(예컨대, 황산 등과 같은 무기산)을 이용한 처리를 포함할 수 있다. 산 또는 염기를 이용한 pH의 기타 조절은 액체의 이온성 강도에 부가해서 더욱 이용될 수 있다. 임의로, 또는 부가적으로, 당화는 효소에 의한 처리에 의해 수반될 수 있다. 예를 들어, 효소, 및 예컨대, 위에서 기재된 바와 같은 바이오매스의 셀룰로스, 헤미셀룰로스 및/또는 리그닌 부분을 파괴시키는 바이오매스-파괴 유기체는 각종 셀룰로스 분해효소(셀룰라제), 리그닌분해효소, 자일란분해효소, 헤미셀룰라제 또는 각종 소분자 바이오매스-파괴 대사산물을 포함하거나 만든다. 셀룰로스 기질은 올리고머성 중간생성물을 생산하는 랜덤한 개소에서 엔도글루카나제에 의해 초기에 가수분해된다. 이들 중간생성물은 이어서 셀룰로스 중합체의 말단으로부터 셀로비오스를 생산하기 위한 셀로비오하이드롤라제 등과 같은 엑소-스플리팅(exo-splitting) 글루카나제용의 기질이다. 셀로비오스는 글루코스의 수용성 1,4-결합된 이량체이다. 최종적으로 셀로비아제는 셀로비오스를 쪼개어 글루코스를 수득한다. 헤미셀룰로스의 경우에, 자일란분해효소(예컨대, 헤미셀룰라제)는 이 바이오중합체에 작용하여 자일로스를 가능한 생성물들 중 하나로서 유리시킨다. 따라서, 당화 후 용액은 셀룰로스 및 헤미셀룰로스 중 고농도의 글루코스 및 자일로스와 협잡물(concomitant) 감소를 지닐 것이다. 예를 들어 당화된 바이오매스의 슬러리가 액체에 용해된 적어도 2종의 단당류(예컨대, 글루코스 및 자일로스)를 포함한다면, 단당류 농도는 저감된 난분해성 세룰로스 또는 리그노셀룰로스 물질에서 입수 가능한 총 탄수화물의 적어도 50 중량%, 예컨대, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량%, 90 중량%, 또는 심지어 100　중량%를 포함할 수 있다. 임의로, 글루코스 농도는 당화된 물질에 존재하는 적어도 10중량%, 예컨대, 적어도 20 중량%, 30 중량%, 40 중량%, 50 중량%, 60 중량%, 70 중량%, 80 중량%, 90 중량% 또는 실질적으로 100 중량%의 단당류를 포함할 수 있다. 슬러리 중의 남아있는 물질은 용해된 그리고 용해되지 않은 다당류뿐만 아니라 용해되거나 용해되지 않은 리그닌 및 리그닌 유도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 당화된 물질에서 입수 가능한 탄수화물의 총량이 당화된 바이오매스의 슬러리 중에 40 중량%이면, 이 물질의 적어도 50%는 단당류(예컨대, 당화된 바이오매스 슬러리 중에 20 중량%의 단당류와 동등함)일 수 있고, 그리고 적어도 10 중량%가 글루코스(예컨대, 적어도 2 중량%)일 수 있다.
바이오가공처리는 또한 발효, 예를 들어, 당화 후의 발효를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이오가공처리는 알코올 및 산(예컨대, 에탄올, 뷰탄올, 아세트산 및/또는 뷰티르산)을 생산하도록 효모 또는 박테리아 등과 같은 유기체의 첨가에 의한 당의 발효를 포함할 수 있다. 발효는 예컨대, 단지 글루코스 또는 단지 자일로스를 발효시키는 선택적 발효, 또는 2종 이상의 당을 동시에 혹은 순차적으로 비선택적 발효일 수 있다. 발효는, 예를 들어, 발효적 유기체 및 발효 부산물로부터의 세포 지스러기를 첨가함으로써 슬러리의 조성을 추가로 변화시킨다.
따라서, 바이오매스의 당화 및 발효로부터 유래된 바이오매스 슬러리는 각종 물질, 예를 들어, 현탁된 또는 용해된 화합물 및/또는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용액은 당, 효소(예컨대, 효소의 일부, 활성 효소, 변성 효소), 아미노산, 영양소, 생세포, 사멸세포, 세포 지스러지(예컨대, 용해 세포, 효모 추출물), 산, 염기, 염(예컨대, 할라이드, 설페이트 및 포스페이트, 알칼리, 알칼리 토류, 전이금속염), 부분 가수분해 생성물(예컨대, 셀룰로스 및 헤미셀룰로스 단편), 리그닌, 리그닌 잔류물, 무기 고형물(예컨대, 규산질 물질, 점토, 카본 블랙, 금속), 당화된 및/또는 발효된 바이오매스의 잔류물, 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다, 또한, 당/발효된 용액은 착색된 불순물(예컨대, 착색체), 예컨대, 방향족, 예컨대, 방향족 발색단에 의해 착색될 수 있다. 예를 들어, 리그노셀룰로스 바이오매스의 가공처리 동안 생산되거나 방출된 일부 금속 이온, 폴리페놀, 및 리그닌-유래 생성물은 고도로 착색될 수 있다. 여과 방법은 일반적으로 이들 착색체를 제거하지 못하지만, 이러한 방법을 이용해서, 탈색제를 통한 여과 등과 같이, 착색체를 제거하도록 기타 방법이 구현될 수 있다.
제1 슬러리(210)는 약 1중량% 내지 약 50 중량%의 총 부유 고형물(total suspended solids: TSS)(예컨대, 약 1 중량% 내지 약 40 중량%, 약 1 중량% 내지 약 30 중량%, 약 1 중량% 내지 약 20 중량%, 약 2 중량% 내지 약 10　중량% 고형물, 약 3 중량% 내지 9중량%의 고형물)을 함유할 수 있다. 제1 여과 단계(220)는 TSS를 약 10 중량% 내지 약 90 중량%까지(예컨대, 약 20 중량% 내지 약 80　중량%, 약 30 중량% 내지 약 70 중량%, 또는 약 40 중량% 내지 약 60　중량%까지) 저감시킬 수 있다. 제1 슬러리보다 적은 TSS, 예를 들어, 약 1 중량% 내지 약 10중량%의 고형물(예컨대, 약 2 중량% 내지 약 6 중량%, 약 2 중량% 내지 약 4중량%의 고형물)을 함유하는 제2 슬러리(240)는 제2 시간 여과된다. 제2 여과 단계(250)는 TSS를 예를 들어 약 10 중량% 내지 약 100 중량%까지(예컨대, 약 10 중량% 내지 약 90 중량%까지, 약 20 중량% 내지 약 80 중량%, 약 30 중량% 내지 약 70 중량%, 또는 약 40 중량% 내지 약 60 중량%까지) 더욱 저감시킨다. 제1 고형물(230)과 제2 고형물(260)은, 임의로 바이오매스 미분(예컨대, 옥수수 속대 가공처리로부터의 더깽이(bee wings))의 첨가를 포함할 수 있는 건조 단계와 함께, 추가의 가공처리, 예컨대, 열병합발전에서 사용될 수 있다.
고형물의 양을 저감시키는 것에 부가해서, 각 여과 단계는 슬러리로부터 상이한 분획의 입자 크기를 제거할 수 있다. 예를 들어 제1 여과 단계는, 예컨대, 100㎛ 초과(예컨대, 약 50㎛ 초과, 약 40㎛ 초과, 약 30㎛ 초과, 약 20㎛ 초과)의 조질의 입자의 대부분을 제거할 수 있다. 따라서, 제1 원심분리 단계 후의 중간값 입자 크기는 약 100㎛ 미만(약 50㎛ 미만, 약 10㎛ 미만 또는 심지어 약 5㎛ 미만)일 수 있다. 제2 원심분리기는 보다 작은, 예컨대, 100㎛ 내지 1㎛의 입자를 제거할 수 있다. 따라서, 제2 원심분리기를 이용한 후의 중간값 입자 크기는 약 50　㎛ 내지 1㎛(예컨대, 10 내지 1㎛, 약 5㎛ 내지 1㎛)일 수 있다. 각 여과 단계 사이에 입자 크기를 증가시키는 공정, 입자 크기 분포를 조정하는 공정 및/또는 고형물을 증가시키는 공정과 같은 몇몇 공정이 포함될 수 있음이 이해된다. 예를 들어, 이 공정은 단백질의 변성 또는 침전제의 첨가를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법에서 이용되는 원심분리기는, 예컨대, 디캔터 원심분리기일 수 있다. 디캔터 원심분리기는, 예를 들어, US 센트리퓨지사(US Centrifuge)(인디애나주의 인디애나폴리스에 소재), 샤플즈 이큅먼트 세일즈사(Sharples Equipment Sales, Inc.)(뉴욕주의 뉴욕주에 소재), 및 알파라발사(Alphalaval Inc.)(버지니아주의 리치먼드시에 소재)에 의해 제공될 수 있다. 원심분리기는 또한 변경되어 적합화될 수도 있다. 디캔터 원심분리기의 횡절단 측면도가 도 3에 도시되어 있다. 디캔터 원심분리기는 연속 공정에서 1 또는 2개의 액상으로부터 고형물을 분리시킨다. 이것은 중력(g)보다 훨씬 클 수 있는 원심력을 이용해서 수행된다. 원심력은 중심선(예컨대, 축)을 따라서 회전함으로써 발생되고 점선(A)과 곡선 화살표(예컨대, 임의의 회전 방향을 나타냄)으로서 표시된다. 슬러리, 예컨대, 당화된 바이오매스 물질은, 입구(310)를 통해서 원심분리의 내부로 공급된다. 슬러리의 흐름 방향은 대시 화살표로 표시된다. 슬러리는 원심력이 적용되는 입구(340)를 통해서 내부 보울(inner bowl)(312)에 진입한다. 원심력으로 인해, 더 치밀한 고체 입자(314)는 회전 보울 벽에 대항해서 바깥쪽으로 가압되는 한편, 덜 치밀한 액상은 원심 내부층을 형성한다. 댐 플레이트(dam plate)(316)는 슬러리 조성물에 따라서 그리고 필요에 따라서, 또한 폰드(pond)(318)라고도 알려진 액체의 깊이를 변화시키는데 이용된다. 고체 입자에 의해 형성된 침강물은 플라이트(flite)(322)를 구비한 스크루 컨베이어(320)에 의해 연속해서 제거된다. 스크루 컨베이어는 원심분리 회전축을 따라 대칭적으로 장착된다. 스크루 컨베이어는 보울과는 상이한 속도로 회전한다. 그 결과, 고형물은 폰드 밖으로 그리고 원추형 물가 구역(324) 위로 진한 화살표로 표시된 방향으로 점차로 밀린다. 원심력은 고형물(326)을 압착시켜 여분의 물을 방출시킨다. 압착된 고형물(예컨대, 건조된 또는 탈수된 고형물)은 이어서 출구(328)를 통해서 보울로부터 배출된다. 정화된 액체 흐름은 백색 화살표로 표시된다. 정화된 액체상은 보울의 대향 단부에 위치된 댐 플레이트(316)를 넘쳐흐른다. 원심분리 케이싱 내의 배플은 분리된 상을 정확한 유로로 지향시켜 교차 오염의 어떠한 위험도 방지한다. 고형물(예컨대, 탈수된 또는 건조된 고형물)은 출구(330)를 통해서 디캔터 원심분리기의 일단부에서 수집되는 한편 정화된 액체는 다른 쪽 출구(332)를 통해서 수집된다.
도 4는 이용될 수 있는 방법 및 물질의 흐름의 실시형태를 개략적으로 도시한다. 슬러리 공급 시스템(410)은 슬러리의 제어된 흐름을 제1 원심분리기(420)의 입구로 전달한다. 제1 원심분리기는 약 3000 g 미만(예컨대, 약 500 g 내지 약 3000 g, 약 1000 내지 약 2500g, 약 1000 g 내지 약 2000 g)에서 작동될 수 있다. 최적 작동 하에, 원심분리기는 일정한 속도에서 작동된다. 제1 원심분리기는 적어도 두 출력, 즉, 고형물용의 출력과, 제1 서지 탱크(430)와 유체 연결되는 액체용의 출구를 구비한다. 고형물은 원심분리로부터 출력된 고형물을 예를 들어 호퍼 또는 반송 시스템, 예컨대, 스크루 컨베이어 또는 벨트 컨베이어로 전달될 수 있다. 제1 서지 탱크(430)는 최적화된 가공처리를 허용하는 제어 시스템들을 구비한다. 예를 들어, 서지 탱크는, 슬러리 공급 시스템(410) 및 제1 펌프(440)뿐만 아니라, 제2 펌프(460) 및 제2 서지 탱크(450) 등과 같은 상류 장비와, 예컨대, 기계적, 유체적 및/또는 전자적으로 연통하는 수준 모니터들을 구비할 수 있다. 이들 제어 시스템은 서지 탱크(430) 내의 유체 수준을 대략 일정하게 유지하도록 제1 원심분리기 내로 그리고 이로부터 흐름의 균형을 이룰 수 있다. 제1 펌프(440)는 제1 서지 탱크로부터 유체를 유인하여 이를 제2 원심분리기(452)에 공급한다. 제2 원심분리기(452)는 제1 원심분리기보다 더 높은 g 포스에서 작동하도록 구성되며, 즉, 이는 고속 디캔터 원심분리기이다. 예를 들어, 제2 원심분리기는 적어도 약 2000 g 이상(예컨대, 약 2000 내지 약 5000g, 약 2000 내지 약 3000 g)에서 작동하도록 구성된다. 제2 원심분리기는, 예컨대, 고속 디캔터 원심분리기 내로의 물질의 흐름을 제어하기 위하여, 제1 서지 탱크와 유사한 제어 요소들을 포함하는 제2 서지 탱크(450)와 유체 연결된다. 제2 원심분리기는 또한 고형물용의 출력을 포함한다. 제1 원심분리기와 마찬가지 방식으로, 고형물은 호퍼에 수집되고/되거나 추가의 가공처리를 위하여 반송될 수 있다. 예를 들어, 고형물은 2개의 원심분리기로부터 배합되고, 임의로 수분량 퍼센트를 저감시키기 위하여 건조제와 배합되거나 건조될 수 있다.
몇몇 바람직한 실시형태에 있어서, 여과는 약 1 gal/분 내지 200 gal/분(예컨대, 약 10 내지 150 gal/분, 약 25 내지 100 gal/분, 약 25 내지 약 75 gal/분)에서 연속해서 수행된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 1개 초과의 원심 분리기가 총 출력을 증가시키기 위하여 병렬로 이용된다. 예를 들어, 원심분리기들의 어레이는 해당 원심분리기들이 예컨대 4, 8, 10, 12, 20개 또는 그 이상의 원심분리기를 이용하는 어레이 구성을 위하여 500 gal/분 초과, 1000 gal/분 초과, 심지어 5000 gal/분 초과를 위하여 설계될 정도로 많은 물질을 처리할 수 있다. 병렬 원심분리기들의 어레이는, 제1 또는 제2 원심분리 단계에서 병렬 원심분리기의 수가 요건을 통해서 물질 흐름에 좌우되지만 제1 및/또는 제2 원심분리 단계를 교체할 수 있다.
몇몇 임의적 실시형태에 있어서, 제1 및 제2 원심분리기 중 한쪽 또는 양쪽은 슬러리로부터 분리된 고형물을 정화시키기 위한 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 원심분리기는 예컨대 원추형 물가 구역 상에 원심분리기에서 고형물을 분사하는 스프레이 바(spray bar) 또는 출구를 포함할 수 있다. 이 스프레이로부터의 액체는 액체 출구로 이동된다. 이 정화는 고형물로부터 추가의 생성물을 추출하는데 도움을 줄 수 있다.
부가적으로 또한 대안적으로, 멤브레인 여과는 슬러리 중 TSS를 저감시키기 위하여 이용될 수 있다. 특히, VSEP가 이용될 수 있다. 도 5A에 도시된 바와 같이, 통상의 가로 흐름 멤브레인(500)은 이들 시스템의 멤브레인이 파울링될 수 있으므로 유용하지 않다. 슬러리 입상체(512) 및 슬러리에 용해되거나 현탁된 기타 가공 물질(예컨대, 리그닌 및 리그닌 분해 생성물(514), 중합체(516))을 운반하는 고속 흐름(510)은 멤브레인(520) 표면 상에 파울링 경계/겔 층(518)을 신속하게 작성할 수 있다. 파울링으로 인해, 기공은 막혀서(522), 당화 공정으로부터 생성된 당(524)과 같은 소분자 또는 기타 소분자의 여과를 방해할 수 있다(예컨대, 당은 알코올 및 카복실산 등을 생성한다). 고형물의 비축을 취급하는 불능성은 낮은-고형물 공급 스트림으로 멤브레인의 사용을 일반적으로 제한한다. 도 5B에 도시된 바와 같이, VSEP 시스템(501)에서, 멤브레인의 진동(521)에 의해 생성된 추가의 전단은 경계층(519) 내의 고형물 및 오염물을 멤브레인 표면으로부터 들어올려서 멤브레인 적층체를 통해서 흐르는 벌크 물질을 재혼합시킨다. 이 고전단 가공처리는 막 기공(523)을 전형적으로 통상의 가로-흐름 시스템의 처리량보다 훨씬 높은 최대 처리량(예컨대, 3 내지 10배의 처리량)에 노출시킨다. 또한, VSEP를 위하여, 전단 및 분리 작용이 높은 유량/높은 압력 유체를 필요로 하지 않으므로 슬러리의 흐름은 완만한 가로 흐름(511)이다.
도 6은 이용될 수 있는 멤브레인 여과 유닛 시스템(VSEP)을 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 유닛은, 예를 들어, 약 1 내지 약 10%의 고형물을 함유하는 슬러리를 가공처리하기 위하여 제1 원심분리 후에 이용된다. 공급 탱크(610)에는 공급 슬러리(605)(예컨대, 약 1% 내지 약 10%의 고형물)를 주입한다. 공급 탱크는, 원심분리 가공 물질로부터, 예를 들어, 흐름 제어 밸브(614)가 끼워맞춤되고 입구(616)를 통해서 탱크에 유체 연결된 튜브 또는 파이프(612)를 통해서 채워질 수 있다. 탱크가 목적으로 하는 수준(예컨대, 내부 용적의 적어도 90%, 내부 용적의 적어도 50%)으로 주입되는 경우, 슬러리(610)의 흐름은 제어 밸브에 의해 차단되거나 저감될 수 있다. 펌프(618)는 이미 온 상태가 아니면 이어서 활성화될 수 있다. 펌프는 유체를 제1 공급 탱크로부터 제1 멤브레인 여과 유닛(620)을 통해서 그리고 입구(617)를 통해서 공급 탱크로 도로 구동시킨다. 펌프(618)는 액체를 멤브레인 필터 유닛 내의 멤브레인을 가로질러 강제로 향하게 하는 압력(예컨대, 입구 압력)을 제공한다. 발진 멤브레인은 고형물 및 기타 현탁되고 용해된 물질이 멤브레인의 파울링을 방지하게 한다. 투과물(640)은 튜브(662)를 통해 흘러서 저장 탱크에서 수집될 수 있거나 직접 다른 공정으로 이송될 수 있다. 펌프는 출구(619)를 통해서 공급 탱크로, 그리고 튜브(664)를 통해서 멤브레인 필터 유닛(620)의 입구(622)로 유체 연결된다. VSEP 필터 유닛은 도 6에 단지 개략적으로 도시되어 있으며, 해당 도면에서 대각선(328)은 농축물 측과 투과물 측을 분리하는 멤브레인 필터를 나타낸다. 멤브레인은 특정 입자 크기 컷오프, 예를 들어 1㎛를 채택할 수 있다(628).
VSEP는 매우 높은 고형물 수준, 예를 들어 바이오매스의 가공처리(예컨대, 당화)로부터 본 명세서에서 논의된 고형물 수준을 취급할 수 있다. VSEP는 멤브레인을 이용하므로, 이 방법은 미세여과, 한외여과, 나노 여과 및 심지어 역삼투를 위하여 이용될 수 있다. 보다 많은 양 및/또는 보다 큰 크기의 입상체가 존재할 경우에는 보다 큰 멤브레인, 예컨대, 미세여과 멤브레인이 이용될 것이다. 유사한 멤브레인(예컨대, 한외여과 및 나노-여과)이 모든 입상체를 제거하기 위하여 사용될 수 있다.
VSEP 시스템은 작은 풋프린트를 가질 수 있고, 비교적 작은 용적의 물질을 개별적으로 처리할 수 있다. 그러나, 시스템은 필요한 만큼 많은 물질을 가공처리할 수 있도록 병렬로 설치될 수 있다. 예를 들어, 미세여과 멤브레인을 이용함에 있어서, VSEP 시스템은 처리량 약 50 내지 200 gpm을 지닐 수 있지만, 2, 3, 4, 5, 6, 10개 또는 그 이상의 유닛이 더 높은 처리량을 위하여 배합될 수 있다. 임의로, 슬러리는 여과 공정 전에 또는 동안에 처리될 수 있다. 예를 들어, 가열은 단백질을 변성시킬 수 있고, 이를 고형물과 함께 제거되도록 할 수 있다. 응집제(flocculation agent)가 또한 용액으로부터 물질을 석출시키는 것을 돕기 위하여 첨가될 수 있다. 이들 처리는 여과 단계들 사이에 일어날 수 있고, 예를 들어, 제1 원심분리 단계 후에 변성/응집 단계가 수행될 수 있다.
몇몇 경우에, 2개 초과의 원심분리기가 연속하여 이용된다, 예를 들어, 3, 4개 또는 심지어 그 이상의 원심분리기. 이들 경우에, 각 원심분리기는 상이한 G 포스에서 이용될 수 있으므로, 물질이 가공처리됨에 따라서 더욱 증가하는 G-포스가 적용되고, 더욱 물질이 제거되고/되거나 더 작은 입자가 제거된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 원심분리된 물질에는 한외여과, 전기투석 및 또는 모사 이동상 크로마토그래피(simulated moving bed chromatography) 등과 같은 추가의 가공처리가 실시된다.
실험
당화
ASME 디쉬 헤드(상부 및 하부)가 끼워맞춤되고 직경 32 인치, 높이 64 인치를 가진 원통형 탱크는 당화에 이용되었다. 탱크에는 또한 수중익선-혼합 블레이드 16인치 폭이 장착되었다. 탱크 주위의 하프 파이프 재킷을 통해 온수를 흐르게 함으로써 가열이 제공되었다.
탱크에는 200kg의 물, 80kg의 바이오매스 및 18kg의 듀엣(DUET)(상표명) 셀룰라제 효소를 주입하였다. 바이오매스는 햄머 밀링되었고 40 내지 10 메쉬의 크기로 선별된 옥수숫대였다. 바이오매스는 또한 35 M㎭의 총 선량까지 전자빔으로 조사되었다. 혼합물의 pH는 Ca(OH)2를 이용해서 4.8에서 당화를 통해 자동적으로 조절되고 유지되었다. 이 조합은, 당화가 완결되었다고 간주된 후에 약 24시간 동안 53℃로 가열되었고 180 rpm(460V에서 1.8 Amp)에서 교반되었다.
이 물질의 일부는 20-메쉬 스크린을 통해 선별되었고 이 용액은 4℃에서 8 gal의 카보이에서 저장되었다.
바이오매스는 에탄올 및 자일로스 스트림을 생성하였다
약 400 mL의 당화된 물질을 1L 뉴 브룬스윅 바이오플로우(New Brunswick BioFlow) 115 바이오리액터 내로 디캔팅하였다. 이 물질을 접종 전에 통기시키고 30℃로 가열하였다. 교반은 50 rpm에서 설정되었다. pH는 5.2에서 측정되었고, 이것은 조정되지 않았으므로 발효를 위하여 허용 가능하다. 통기는 불연속적이었고, 바이오리액터의 내용물은 5㎎의 써모색(THERMOSACC)(등록상표) 드라이 효모(라렐만드사(Lallemand, Inc.))로 접종하였다. 발효는 약 24시간 동안 가공 처리되도록 하였다.
발효 후 글루코스 농도는 검출 한계 미만이었고, 에탄올 농도는 약 25 g/L였으며, 그리고 자일로스 농도는 30 g/L였다.
원심 분리 실험
옥수숫대는 보다 큰 규모(300gal)이지만 위에서와 마찬가지로 당화되고 발효되었다. 또한 옥수숫대는 100 내지 160C에서 가열함으로써 (효소 가수분해 전에) 전처리되었다. 이하의 표 1에서의 고형물 퍼센트 및 입자 크기 데이터는 3가지 공정 스트림 샘플로부터 얻었다: A. 발효 후, B. 디캔터 원심분리기의 이용 후, 및 C. 디캔터-원심분리된 물질을 취한 후, 약 90℃로 가열하고, 디스크 원심분리기를 이용해서 물질을 더욱 가공처리하였다. 원심분리로부터의 공정 스트림 샘플은 원심분리로부터 정화된 액체였다. 제2 고속 디캔터 원심분리기는 디스크 원심분리기로서 유사한 입자 크기 분포 및 총 부유 고형물(TSS)의 감소를 부여할 수 있는 것이 예상된다.
디캔터 원심분리기(US 원심분리기)는 2000g의 원심분리력에서 작동되었고, 25 내지 100 gal/분에서 물질을 처리하였다.
디스크 원심분리기는 567723-06/-08 보울(bowl)이 장착된 클라라 80 로 플로 원심분리기(Clara 80 Low Flow centrifuge)(알파라발사(Alfalaval))였다. 이 원심분리기는 약 0.5 내지 1 gal/분 처리하는 약 7000 내지 8000 rpm에서 가동되었다.
각 샘플은 다음과 같이 준비되었다. 50.0 mL의 샘플을 칭량하고 나서 코닝 필터(Corning filters)(파트 431117)를 이용해서 여과시켜 필터 케이크를 생성하였다. 이 케이크를 DI수로 3회 세척하고 나서 70℃에서 그리고 29 인치 Hg 진공 하에서 진공 오븐(피셔 아이소템프 모델(Fisher Isotemp Model) 281A) 내에서 하룻밤(대략 18시간) 건조시켰다. 건조 후, 건조된 케이크를 칭량하였다. 총 부유 고형물(TSS)은 중량 및 용적에 의해 산출되었고, 표 1에 기록되어 있다.
TSS 이외에도, 샘플은 메틀러 톨레도 집속 빔 반사율 측정 모델 파티클 트레이스 E25(Mettler Toledo Focused Beam Reflectance measurement Model Particle Trace E25)를 사용해서 입자 크기 분석을 위하여 취해졌다. 중간값 입자 크기는 표 1에 기록되어 있다. 입자 크기 분포는 샘플 A에 대해서 도 7에, 샘플 B에 대해서는 도 8에 그리고 샘플 C에 대해서는 도 9에 도시되어 있다.
샘플 고형물 % 중량/중량 % 고형물 중량/용적 중간값 입자 크기(㎛)
A 6.1 6.4 6.12
B 3.0 3.2 4.8
C 0.21 0.22 6.53
표로부터 알 수 있는 바와 같이, 일단 디캔터 원심분리기를 이용한 원심분리에 의해 고형물 수준이 약 50% 저감되었다. 제2 원심분리 단계는 고형물 수준을 더욱, 예컨대, 약 3%에서 약 0.2%까지 저감시킬 수 있다.
방사선 처리
리그노셀룰로스 또는 셀룰로스 물질 등과 같은 공급원료는 방사선으로 처리되어 그의 구조를 변경하여 그의 난분해성을 저감시킬 수 있다. 이러한 처리는, 예를 들어, 공급원료의 평균 분자량을 감소시키고/시키거나, 공급원료의 결정성 구조를 변화시키고/시키거나, 공급원료의 표면적 및/또는 다공도(porosity)를 증가시킬 수 있다. 방사선은, 예를 들어, 전자 빔, 이온 빔, 100㎚ 내지 28㎚ 자외(UV) 광, 감마 혹은 X-선 방사선에 의한 것일 수 있다. 방사선 처리 및 처리용 시스템은 미국 특허 제8,142,620호 및 미국 특허 출원 제12/417,731호(이들의 전체 개시 내용은 참고로 본 명세서에 편입됨)에서 논의되어 있다.
방사선의 각 형태는, 방사선의 에너지에 의해 결정되는 바와 같이, 특정 상호작용을 통해서 바이오매스를 이온화시킨다. 무거운 하전된 입자는 주로 쿨롱 산란을 통해서 물질을 이온화시키고; 또한 이들 상호작용은 더욱 물질을 이온화시킬 수 있는 에너지성 전자를 생산한다. 알파 입자는 헬륨 원자의 핵과 동일하며, 이것은 각종 방사성 핵, 예컨대, 비스무트, 폴로늄, 아스타틴, 라돈, 프란슘, 라듐, 수개의 악티늄족 원소, 예컨대, 악티늄, 토륨, 우라늄, 넵투늄, 퀴륨, 칼리포르늄, 아메리슘 및 플루토늄의 동위 원소의 알파 붕괴에 의해 생산된다. 전자는 전자의 속도의 변화에 의해 생산된 제동복사 방사선 및 쿨롱 산란을 통해서 상호작용한다.
입자들이 이용될 경우, 이들은 중성(미하전), 양하전 혹은 음하전되어 있을 수 있다. 하전된 경우, 하전된 입자는 단일의 양하전 혹은 음하전 또는 다수의 전하, 예컨대, 1, 2, 3 혹은 심지어 4개 이상의 전하를 지닐 수 있다. 탄수화물 함유 물질의 분자 구조를 변화시키기 위하여 사슬 절단이 요망될 경우에, 양하전 입자가 그들의 산성 특성으로 인해 부분적으로 바람직할 수 있다. 입자들이 이용될 경우, 해당 입자들은 정지 전자(resting electron)의 질량 혹은 그 이상, 예컨대, 정지 전자의 500, 1000, 1500 또는 2000배 이상의 질량을 지닐 수 있다. 예를 들어, 입자들은 약 1 원자 단위 내지 약 150 원자 단위, 예컨대, 약 1 원자 단위 내지 약 50 원자 단위 또는 약 1 내지 약 25, 예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 혹은 15 원자 단위의 질량을 지닐 수 있다.
감마 방사선은 샘플 내 각종 물질 속으로의 상당한 침투 깊이의 이점을 지닌다.
조사가 전자기 방사선으로 수행되는 실시형태에 있어서, 전자기 방사선은, 예컨대, 102 eV 이상, 예컨대, 103, 104, 105, 106 이상 또는 심지어 107 eV 이상의 에너지/광자(전자 볼트(electron volt))를 지닐 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 전자기 방사선은 104 내지 107, 예컨대, 105 내지 106 eV의 에너지/광자를 지닌다. 전자기 방사선은, 예컨대, 1016㎐ 이상, 1017㎐ 이상, 1018, 1019, 1020㎐ 이상 또는 심지어 1021㎐ 이상의 주파수를 지닐 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 전자기 방사선은 1018 내지 1022㎐, 예컨대, 1019 내지 1021㎐의 주파수를 지닌다.
전자 충격(electron bombardment)은 10 MeV 미만, 예컨대, 7 MeV 미만, 5 MeV 미만, 또는 2 MeV 미만, 예컨대, 약 0.5 내지 1.5 MeV, 약 0.8 내지 1.8 MeV 또는 약 0.7 내지 1 MeV의 공칭 에너지를 지니는 전자 빔 장치를 이용해서 수행될 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 공칭 에너지는 약 500 내지 800 keV이다.
전자 빔은 비교적 높은 총 빔 파워(모든 가속 헤드의 합해진 빔 파워, 또는 다수의 가속기가 사용될 경우, 모든 가속기 및 모든 헤드의 합해진 빔 파워), 예컨대, 적어도 25㎾, 예컨대, 적어도 30, 40, 50, 60, 65, 70, 80, 100, 125 또는 150㎾를 지닐 수 있다. 몇몇 경우에, 이 파워는 심지어 500㎾, 750㎾, 또는 더욱 1000㎾ 이상으로 높다. 몇몇 경우에, 전자 빔은 1200㎾ 이상, 예컨대, 1400, 1600, 1800 또는 심지어 300㎾의 빔 파워를 지닌다.
이 높은 총 빔 파워는 통상 다수의 가속 헤드를 이용해서 달성된다. 예를 들어, 전자 빔 장치는 2개, 4개 또는 그 이상의 가속 헤드를 포함할 수 있다. 다수의 헤드(각 헤드는 비교적 낮은 빔 파워를 지님)의 이용은 물질 내 과도한 온도 상승을 방지함으로써, 물질이 타버리는 것을 방지하고 또한 물질의 층의 두께를 통한 선량의 균일성을 증가시킨다.
일반적으로 바이오매스 물질의 베드는 비교적 균일한 두께를 지니는 것이 바람직하다. 몇몇 실시형태에 있어서, 두께는 약 1 인치 미만(예컨대, 약 0.75 인치 미만, 약 0.5 인치 미만, 약 0.25 인치 미만, 약 0.1 인치 미만, 약 0.1 내지 1 인치, 약 0.2 내지 0.3 인치)이다.
물질은 가능한 한 신속하게 처리하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 처리는 약 0.25 M㎭/초 이상, 예컨대, 약 0.5, 0.75, 1, 1.5, 2, 5, 7, 10, 12, 15 이상, 또는 심지어 약 20 M㎭/초 이상, 예컨대, 약 0.25 내지 2 M㎭/초의 선량률에서 수행되는 것이 바람직하다. 보다 높은 선량률은 표적 (예컨대 목적으로 하는) 선량을 위하여 보다 높은 처리량을 허용한다. 보다 높은 선량률은 일반적으로, 물질의 열분해를 피하기 위하여, 보다 높은 선 속도를 필요로 한다. 하나의 구현예에서, 가속기는 3 MeV, 50㎃ 빔 전류에 대해서 설정되고, 선 속도는, 약 20㎜의 샘플 두께(예컨대, 0.5 g/㎤의 벌크 밀도(bulk density)를 지니는 분쇄된 옥수수 속대 물질)에 대해서, 24 피트/분이다.
몇몇 실시형태에 있어서, 전자 충격은, 물질이 적어도 0.1 M㎭, 0.25 M㎭, 1 M㎭, 5 M㎭, 예컨대, 적어도 10, 20, 30 또는 적어도 40 M㎭의 총 선량을 입수할 때까지 수행된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 이 처리는 물질이 약 10 M㎭ 내지 약 50 M㎭, 예컨대, 약 20 M㎭ 내지 약 40 M㎭ 또는 약 25 M㎭ 내지 약 30 M㎭의 선량을 입수할 때까지 수행된다. 몇몇 구현예에 있어서, 이상적으로는, 각 통과가 약 1초 동안 적용되는 상태에서, 두 번 패스에 걸쳐서, 예컨대, 5 M㎭/통과에서 인가되는, 25 내지 35 M㎭의 총 선량이 바람직하다. 냉각 방법, 시스템 및 장비는, 예를 들어, 냉각 스크류 컨베이어 및/또는 냉각된 진동 컨베이어를 사용해서, 조사 전, 동안, 후 및 조사들 사이에서 이용될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이 다수의 헤드를 이용해서, 물질이, 다수 회 통과, 예컨대, 수초의 냉각을 개재해서, 10 내지 20 M㎭/통과, 예컨대, 12 내지 18 M㎭/통과에서 2회 통과, 또는 7 내지 12 M㎭/통과, 예컨대, 5 내지 20 M㎭/통과, 10 내지 40 M㎭/통과, 9 내지 11 M㎭/통과의 3회 통과로 처리될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 1회의 높은 선량보다 오히려 수회의 비교적 낮은 선량으로 물질을 처리하는 것은 물질의 과열을 방지하고 또한 물질의 두께를 통한 선량 균일성을 증가시키는 경향이 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 물질은 각 통과 동안 혹은 후에 교반되거나 그렇지 않으면 혼합되고, 이어서 다음 통과 전에 재차 균일한 층으로 평활화되어, 처리 균일성을 더욱 증강시킨다.
몇몇 실시형태에 있어서, 전자는, 예를 들어, 광 속도의 75 퍼센트 이상, 예컨대, 광 속도의 85, 90, 95 또는 99 퍼센트 이상의 속도로 가속된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 본 명세서에 기재된 임의의 가공처리는 획득한 그대로의 건조 상태이거나 또는 예컨대, 열 및/또는 감압을 이용해서 건조된 리그노셀룰로스 물질에 대해서 행해진다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에 있어서, 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 물질은 25℃ 및 50% 상대 습도에서 측정된, 약 25중량% 미만(예컨대, 약 20중량% 미만, 약 15중량% 미만, 약 14중량% 미만, 약 13중량% 미만, 약 12중량% 미만, 약 10중량%, 약 9중량% 미만, 약 8중량% 미만, 약 7중량% 미만, 약 6중량% 미만, 약 5중량% 미만, 약 4중량% 미만, 약 3중량% 미만, 약 2중량% 미만, 약 1중량% 미만 또는 약 0.5중량% 미만)의 수분 보유량을 지닌다.
몇몇 실시형태에 있어서, 2개 이상의 이온화 공급원, 예컨대, 2개 이상의 전자 공급원이 이용될 수 있다. 예를 들어, 샘플은, 전자 빔에 의해, 이어서 감마 방사선 및 약 100㎚ 내지 약 280㎚의 파장을 지니는 UV 광에 의해, 임의의 순서로 처리될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 샘플은, 전자 빔, 감마 방사선, 및 에너지성 UV 광 등과 같은 3개의 이온화 방사선 공급원으로 처리될 수 있다. 바이오매스는, 전자로 충격이 가해질 수 있는 처리 구역을 통해 반송된다.
바이오매스의 난분해성을 더욱 철저히 저감시키고/시키거나 바이오매스를 더욱 개질시키기 위하여 처리를 반복하는 것이 유리할 수 있다. 특히 공정 파라미터는 물질의 난분해성에 따라서 제1(예컨대, 제2, 제3, 제4회 이상) 통과 후에 조정될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 순환 시스템을 포함하는 컨베이어가 이용될 수 있으며, 여기서 바이오매스는 위에서 기술된 각종 공정을 통해서 다수회 반송된다. 몇몇 다른 실시형태에 있어서, 다수의 처리 장치(예컨대, 전자 빔 발생기)를 이용해서, 바이오매스를 다수회(예컨대, 2, 3, 4회 이상) 처리한다. 또 다른 실시형태에 있어서, 단일의 전자 빔 발생기는, 바이오매스의 처리에 이용될 수 있는 다수의 빔(예컨대, 2, 3, 4개 이상의 빔)의 공급원일 수 있다.
탄수화물-함유 바이오매스의 분자/초분자 구조의 변화 및/또는 난분해성의 저감 효율은 이용된 전자 에너지 및 인가된 선량에 좌우되는 한편, 노출 시간은 전력과 선량에 좌우된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 선량률 및 총 선량은 바이오매스 물질을 파괴하지(예컨대, 숯이 되거나 혹은 타버리지) 않도록 조절된다. 예를 들어, 탄수화물은, 바이오매스로부터 그대로, 예컨대 단량체성 당으로서 방출될 수 있도록 가공처리에서 손상되지 않아야 한다.
몇몇 실시형태에 있어서, 상기 처리(임의의 전자 공급원 또는 공급원들의 조합을 이용)는, 물질이 적어도 약 0.05 M㎭, 예컨대, 적어도 약 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 2.5, 5.0, 7.5, 10.0, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175 또는 200 M㎭의 선량을 입수할 때까지 수행된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 상기 처리는, 물질이 0.1 내지 100 M㎭, 1 내지 200, 5 내지 200, 10 내지 200, 5 내지 150, 50 내지 150 M㎭, 5 내지 100, 5 내지 50, 5 내지 40, 10 내지 50, 10 내지 75, 15 내지 50, 20 내지 35 M㎭의 선량을 입수할 때까지 수행된다.
몇몇 실시형태에 있어서, 예컨대, 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 물질의 분자량을 증가시키기 위하여, (임의의 방사선 공급원 또는 본 명세서에 기재된 공급원들의 조합에 의해) 비교적 낮은 선량의 방사선이 이용된다. 그 예로는, 적어도 약 0.05 M㎭, 예컨대, 적어도 약 0.1 M㎭ 또는 적어도 약 0.25, 0.5, 0.75. 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0 또는 적어도 약 5.0 M㎭의 선량이다. 몇몇 실시형태에 있어서, 조사는, 물질이 0.1 M㎭ 내지 2.0 M㎭, 예컨대, 0.5 M㎭ 내지 4.0 M㎭, 및 1.0 M㎭ 내지 3.0 M㎭의 선량을 입수할 때까지 수행된다.
또한, 방사선의 물질 속으로의 목적으로 하는 침투도를 달성하기 위하여, 다수의 방향으로부터 동시에 혹은 순차로 조사하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 물질, 예컨대, 목재의 밀도와 수분 함량, 그리고 이용된 방사선 공급원의 유형(예컨대, 감마 또는 전자 빔)에 따라서, 물질 속으로의 방사선의 최대 침투는 단지 약 0.75 인치일 수 있다. 이러한 경우에, 더 두꺼운 선택(1.5 인치까지)은 먼저 한쪽으로부터 물질을 조사하고 나서, 물질을 뒤집어서 다른 쪽으로부터 조사함으로써 조사될 수 있다. 다수의 방향으로부터의 조사는, 감마 방사선보다 빠르게 조사하지만 전형적으로 그다지 큰 침투 깊이는 얻어지지 않는 전자 빔 방사선에 특히 유용할 수 있다.
방사선 불투과성 물질(radiation opaque material)
본 발명은 방사선 불투과성 물질을 이용해서 구축되는 돔형 저장소 및/또는 벙커 내에서 물질(예컨대, 리그노셀룰로스 또는 셀룰로스 공급원료)을 가공처리하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 방사선 불투과성 물질은 많은 물질을 침투할 수 있는 높은 에너지(단파장)를 지니는 X-선으로부터 구성부품들을 차단할 수 있도록 선택된다. 방사선 차단 인클로저를 설계함에 있어서의 하나의 중요한 인자는 이용된 물질의 감쇠 길이이며, 이는 특정 물질에 대한 요구되는 두께, 물질들의 배합물 또는 층상 구조를 결정할 것이다. 감쇠 길이는 방사선이 입사 방사선의 것보다 대략 1/e(e = 오일러 계수(Euler's number))배로 감소되는 침투 거리이다. 사실상 모든 물질은 충분히 두껍다면 방사선 불투과성이지만, 높은 Z값(원자 번호)를 지니는 원소의 높은 조성 비율(예컨대, 밀도)을 함유하는 물질은 보다 짧은 방사선 감쇠 길이를 지니므로, 이러한 물질이 보다 얇게 사용된다면, 보다 가벼운 차단이 제공될 수 있다. 방사선 차단에 이용되는 높은 Z값 물질의 예는, 탄탈룸 및 납이다. 방사선 차단에서의 다른 중요한 파라미터는, 감마선 강도를 50%만큼 저감시키는 특정 물질의 두께인 반감 거리(halving distance)이다. 0.1 MeV의 에너지를 지니는 X-선 방사선의 일례로서, 그 반감 두께는 콘크리트에 대해서 약 15.1㎜이고, 납에 대해서 약 2.7㎜인 반면, 1 MeV의 X-선 에너지를 이용할 경우, 콘크리트에 대한 반감 두께는 약 44.45㎜이고, 납에 대해서는 약 7.9㎜이다. 방사선 불투과성 물질은 다른 쪽을 통과하는 방사선을 감소시킬 수 있는 한 두껍거나 얇은 물질일 수 있다. 따라서, 특정 인클로저가, 예컨대, 가벼운 중량을 위하여 혹은 크기 규제로 인해, 낮은 벽 두께를 지니는 것이 요망된다면, 선택된 물질은 그의 반감 길이가 인클로저의 목적으로 하는 벽 두께와 동일하거나 그 미만이 되도록 충분한 Z값 및/또는 감쇠 길이를 지녀야 한다.
몇몇 경우에, 방사선 불투과성 물질은, 예를 들어, 양호한 차폐를 제공하기 위하여 보다 높은 Z값 물질의 층을 지니는 층상 물질, 및 다른 특성(예컨대, 구조 무결성, 충격 저항 등)을 제공하기 위하여 보다 낮은 Z값 물질의 층일 수 있다. 몇몇 경우에, 층상 물질은, 예컨대, 층들이 높은-Z에서부터 연속적으로 보다 낮은 Z-요소까지의 구배를 제공하는 라미네이트를 비롯하여, "등급화(graded)-Z" 라미네이트일 수 있다. 본 명세서에서 앞서 기술된 바와 같이, 몇몇 경우에, 방사선 불투과성 물질은 인터로킹 블록(interlocking block)일 수 있고, 예를 들어, 납 및/또는 콘크리트 블록은 넬코 월드와이드사(NELCO Worldwide)(매사추세츠주의 버링턴시에 소재)에 의해 공급될 수 있으며, 재구성 가능한 돔형 저장소가 이용될 수 있다.
방사선 불투과성 물질은 해당 물질로 형성된 구조(예컨대, 벽, 도어, 천장, 인클로저, 이들의 시리즈 혹은 이들의 조합)를 통과하는 방사선을 입사 방사선에 비해서 대략 적어도 약 10%(예컨대, 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 96%, 적어도 약 97%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99%, 적어도 약 99.9%, 적어도 약 99.99%, 적어도 약 99.999%)만큼 저감시킬 수 있다. 따라서, 방사선 불투과성 물질로 이루어진 인클로저는 장비/시스템/구성부품의 노출을 동일량만큼 저감시킬 수 있다. 방사선 불투과성 물질은 스테인리스 강, 25 이상의 Z값을 지니는 금속(예컨대, 납, 철), 콘크리트, 분진, 모래 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 방사선 불투과성 물질은 적어도 약 1㎜(예컨대, 5㎜, 10㎜, 5㎝, 10㎝, 100cm, 1m, 및 심지어 적어도 약 10m)의 입사 방사선의 방향에 장벽을 포함할 수 있다.
방사선 공급원
공급원료(예컨대, 리그노셀룰로스 또는 셀룰로스 물질)를 처리하는데 이용되는 방사선의 유형은 이용된 방사선 공급원의 종류뿐만 아니라 방사선 장치 및 관련된 장비를 결정한다. 예를 들어 물질을 방사선으로 처리하기 위한 본 명세서에 기재된 방법, 시스템 및 장비는, 본 명세서에 기재된 바와 같은 공급원뿐만 아니라 기타 임의의 유용한 공급원을 이용할 수 있다.
감마선의 공급원은 코발트, 칼슘, 테크네튬, 크롬, 갈륨, 인듐, 요오드, 철, 크립톤, 사마륨, 셀렌, 나트륨, 탈륨 및 제논의 동위원소 등과 같은 방사성 핵을 포함한다.
X-선 공급원으로는 금속 표적, 예컨대, 텅스텐 혹은 몰리브덴 또는 합금과의 전자빔 충돌, 또는 소형 광원, 예컨대, 린시안사(Lyncean)에 의해 상업적으로 제조된 것들을 포함한다.
알파 입자는 헬륨 원자의 핵과 동일하며, 이것은 각종 방사성 핵, 예컨대, 비스무트, 폴로늄, 아스타틴, 라돈, 프란슘, 라듐, 수개의 악티늄족 원소, 예컨대, 악티늄, 토륨, 우라늄, 넵투늄, 퀴륨, 칼리포르늄, 아메리슘 및 플루토늄의 동위 원소의 알파 붕괴에 의해 생산된다.
자외선 방사선용의 공급원으로는 중수소 혹은 카드뮴 램프를 포함한다.
적외 방사선용의 공급원으로는 사파이어, 아연 또는 셀렌 창 세라믹 램프(window ceramic lamp)를 포함한다.
마이크로파용의 공급원으로는 클라이스트론, 슬레빈(Slevin)형 RF 공급원, 또는 수소, 산소 혹은 질소 기체를 이용하는 원자빔 공급원을 들 수 있다.
입자를 가속시키는데 이용되는 가속기는 정전 DC, 전기역학적 DC, RF 선형, 자기 유도 선형 혹은 연속 파일 수 있다. 예를 들어, 사이클로트론식 가속기는 로도트론(RHODOTRON)(상표명) 시스템 등과 같이 벨기에의 IBA사로부터 입수가능한 반면, DC식 가속기는 다이나트론(DYNAMITRON)(등록상표) 등과 같이 RDI사, 이제는 IBA 인더스트리얼사로부터 입수가능하다. 이온 및 이온 가속기는 문헌들[Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206, Chu, William T., "Overview of Light-Ion Beam Therapy", Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 March 2006, Iwata, Y. et al., "Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-Ion Medical Accelerators", Proceedings of EPAC 2006, Edinburgh, Scotland, 및 Leitner, C.M. et al., "Status of the Superconducting ECR Ion Source Venus", Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria]에 논의되어 있다.
전자는 요오드, 세슘, 테크네튬 및 이리듐의 동위 원소 등의 베타 붕괴를 겪는 방사성 핵에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로는, 전자총은 열이온 방사를 통해 전자 공급원으로서 이용되고, 가속 전위를 통해 가속될 수 있다. 전자총은 전자를 발생하고, 이것은 이어서 커다란 전위(예컨대, 약 50만 이상, 약 1백만 이상, 약 2백만 이상, 약 5백만 이상, 약 6백만 이상, 약 7백만 이상, 약 8백만 이상, 약 9백만 이상 또는 심지어 1천만 이상의 돔형 저장소)를 통해 가속되고 나서, 전자가 초기에 가속기 관 아래의 z 방향으로 가속되고 호일 창을 통해 추출되는 경우, x-y 평면에서 자기 주사된다. 전자 빔을 주사하는 것은, 주사된 빔을 통해서 반송되는, 물질, 예컨대, 바이오매스를 조사할 때 조사면을 증가시키는데 유용하다. 전자 빔을 주사하는 것은 또한 상기 창에 균일하게 열 부하를 분배시키고, 전자 빔에 의한 국지적인 가열로 인한 호일 창 파괴를 저감시키는데 도움을 준다. 창 호일 파괴는, 후속의 필요한 수선 및 전자총의 재개시로 인한 상당한 비가동 시간의 원인이다.
장 이온화 공급원, 정전 이온 분리기, 장 이온화 발생기, 열이온 발생 공급원, 마이크로파 방전 이온 공급원, 재순환 또는 정적 가속기, 동적 선형 가속기, 반데 그라프 가속기(van de Graaff accelerator) 및 폴디드 탄뎀 가속기(folded tandem accelerator)를 비롯하여 각종 기타 조사 장치가 본 명세서에 개시된 방법에서 이용될 수 있다. 이러한 장치는, 예를 들어, 미국 특허 제7,931,784호(Medoff)에 개시되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시 내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
전자 빔은 방사선 공급원으로서 이용될 수 있다. 전자 빔은 높은 선량률(예컨대, 1, 5 또는 심지어 10 M㎭/초), 높은 처리량, 적은 오염 및 적은 구속 장비라고 하는 이점을 지닌다. 전자 빔은 또한 높은 전기 효율(예컨대, 80%)을 지닐 수 있어, 다른 방사선 방법에 비해서 더 낮은 에너지 이용을 허용하고, 이는 보다 낮은 운용 비용 및 보다 적은 양의 이용된 에너지에 대응하는 보다 낮은 온실 가스 방출로 해석될 수 있다. 전자빔은, 예컨대, 정전 발전기, 캐스케이드 발전기, 변압기 발전기, 주사 시스템을 구비한 낮은 에너지 가속기, 선형 캐소드를 구비한 낮은 에너지 가속기, 선형 가속기, 및 펄스 가속기에 의해 발생될 수 있다.
전자는 또한, 예를 들어, 사슬 절단 기전에 의한, 탄수화물-함유 물질의 분자 구조의 변화 초래 시 더욱 효율적일 수 있다. 또한, 0.5 내지 10 MeV의 에너지를 가진 전자는 저밀도 물질, 예컨대, 본 명세서에 기재된 바이오매스 물질, 예컨대, 0.5 g/㎤ 미만의 벌크 밀도와 0.3 내지 10㎝의 깊이를 지니는 물질을 침투할 수 있다. 이온화 방사선 공급원으로서의 전자는, 예컨대, 약 0.5 인치 미만, 예컨대, 약 0.4 인치, 0.3 인치, 0.25 인치 미만, 또는 약 0.1 인치 미만의 비교적 얇은 더미, 물질의 층들 혹은 베드들에 대해서 유용할 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 전자 빔의 각 전자의 에너지는 약 0.3 MeV 내지 약 2.0 MeV(백만 전자 볼트(million electron volt)), 예컨대, 약 0.5 MeV 내지 약 1.5 MeV 또는 약 0.7 MeV 내지 약 1.25 MeV이다. 물질을 조사하는 방법은 미국 특허 출원 공개 제2012/0100577 A1호(출원일: 2011년 10월 18일)에 논의되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
전자 빔 조사 장치는 이온빔 애플리케이션즈사(Ion Beam Applications)(벨기에의 루베인-라-누브에 소재), NHV사(일본국) 또는 티탄 코포레이션(Titan Corporation)(캘리포니아주의 샌디에이고시에 소재)으로부터 상업적으로 구입할 수 있다. 전형적인 전자 에너지는 0.5 MeV, 1 MeV, 2 MeV, 4.5 MeV, 7.5 MeV 또는 10 MeV이다. 전형적인 전자 빔 조사 장치 전력은 1㎾, 5㎾, 10㎾, 20㎾, 50㎾, 60㎾, 70㎾, 80㎾, 90㎾, 100㎾, 125㎾, 150㎾, 175㎾, 200㎾, 250㎾, 300㎾, 350㎾, 400㎾, 450㎾, 500㎾, 600㎾, 700㎾, 800㎾, 900㎾ 또는 심지어 1000㎾일 수 있다.
전자빔 조사 장치 전력 사양을 고려할 때의 트레이드오프(tradeoff)는 운용 비용, 자본금, 감가 상각 및 장치가 차지하는 공간을 포함한다. 전자빔 조사의 노출 선량 수준을 고려할 때의 트레이드오프는 에너지 비용과, 환경, 안전성 및 건강(ESH: environment, safety, and health) 관련사항일 것이다. 전형적으로, 발생기는, 특별히 이 공정에서 발생되는 X-선으로부터의 생산을 위하여, 예컨대, 납 혹은 콘크리트의 돔형 저장소에 수용된다. 전자 에너지를 고려할 때의 트레이드오프는 에너지 비용을 포함한다.
전자빔 조사 장치는 고정 빔 혹은 주사 빔을 생산할 수 있다. 주사 빔은, 이것이 보다 커다란 고정 빔 폭으로 효과적으로 대체됨에 따라, 커다란 주사 스위프 길이(scan sweep length) 및 높은 주사 속도를 지니므로 유리할 수 있다. 또한, 0.5m, 1m, 2m 또는 그 이상의 유용한 스위프 폭이 이용가능하다. 주사 빔은 보다 큰 주사 폭, 국지적 가열의 가능성 감소 및 창의 고장 때문에 본 명세서에 기재된 대부분의 실시형태에서 바람직하다.
전자총-창
공급원료(예컨대, 리그노셀룰로스 또는 셀룰로스 물질)를 처리하기 위하여 이용될 수 있는 전자 가속기용의 추출 시스템은 2개의 창 호일을 포함할 수 있다. 이 2 창 호일 추출 시스템 내의 냉각 기체는 퍼지 기체(purge gas) 또는 혼합물, 예를 들어, 공기 혹은 순수한 기체일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 기체는 불활성 기체, 예컨대, 질소, 아르곤, 헬륨 및 또는 이산화탄소이다. 전자 빔에 대한 에너지 손실이 최소화되므로 액체보다 오히려 기체를 이용하는 것이 바람직하다. 순수한 기체의 혼합물은, 또한 창에 충돌하기 전에 라인 내에서 혹은 창들 사이의 공간에서 미리 혼합되거나 혼합된 상태로 이용될 수 있다. 냉각 기체는 예를 들어 열 교환 시스템(예컨대, 냉각장치)을 이용함으로써, 및/또는 응축 기체(예컨대, 액체 질소, 액체 헬륨)로부터의 증발을 이용함으로써 냉각될 수 있다. 창 호일은 PCT/US2013/64332(출원일: 2013년 10월 10일, 그 전체 개시내용이 참고로 본 명세서에 편입됨)에 기재되어 있다.
방사선 처리 동안 가열 및 처리량
수개의 프로세스가 전자 빔으로부터의 전자가 비탄력적인 충돌에서 물질과 상호작용할 경우 바이오매스에서 일어날 수 있다. 그 프로세스의 예는, 물질의 이온화, 물질 내 중합체의 사슬 절단, 물질 내 중합체의 가교결합, 물질의 산화, X-선의 발생("제동복사"(Bremsstrahlung)) 및 분자의 진동 여기(예컨대, 포논 발생)이다. 특정 기전에 구속되는 일 없이, 난분해성의 저감은 이들 비탄성 충돌 효과, 예를 들어, 이온화, 중합체의 사슬 절단, 산화 및 포논 발생의 여러 가지로 인한 것일 수 있다. 그 효과의 몇몇(예컨대, 특히 X-선 발생)은, 차단 및 공학적 장벽, 예를 들어, 콘크리트(또는 기타 방사선 불투과성 물질) 돔형 저장소 내에서의 조사 공정의 에워싸기를 필요로 한다. 조사의 다른 효과인 진동 여기는, 샘플을 가열하는 것에 상당한다. 조사에 의한 샘플의 가열은 난분해성을 저감시키는 것을 도울 수 있지만, 과도한 가열은 이하에 설명되는 바와 같이 물질을 파괴시킬 수 있다.
이온화 방사선의 흡착으로부터의 단열적 온도 상승(ΔT)은 방정식: ΔT = D/Cp에 의해 부여되며: 식 중, D는 평균 선량(k㏉)이고, Cp는 열 용량(J/g ℃)이며, ΔT는 온도 변화(℃)이다. 전형적인 건조 바이오매스 물질은 2에 근접한 열 용량을 지닐 것이다. 젖은 바이오매스는 물의 열 용량이 매우 높으므로(4.19 J/g ℃) 물의 양에 따라서 더 높은 열 용량을 지닐 것이다. 금속은 훨씬 낮은 열 용량을 지니며, 예를 들어, 304 스테인리스 강은 0.5 J/g ℃의 열 용량을 지닌다. 방사선의 각종 선량에 대해서 바이오매스 및 스테인리스 강에서의 방사선의 즉각적인 흡착으로 인한 계산된 온도 변화는 표 2에 표시되어 있다. 몇몇 경우에, 표에 표시된 바와 같이, 온도는 물질이 분해되는(예컨대, 기화, 탄화 및/또는 대전되는) 그러한 높은 온도이다.
Figure pct00001
고온은 바이오매스 내의 바이오중합체를 파괴시키고/시키거나 개질시킬 수 있으므로, 중합체(예컨대, 셀룰로스)가 추가의 가공처리에 적합하지 않게 된다. 고온에 노출된 바이오매스는 검고 점착성으로 될 수 있고 분해를 나타내는 악취를 방출할 수 있다. 점착성은 또한 물질을 반송하기 어렵게 만들 수 있다. 악취는 불쾌할 수 있고, 또한 안전성 쟁점이 될 수 있다. 사실상, 바이오매스를 약 200℃ 이하(예컨대, 약 190℃ 이하, 약 180℃ 이하, 약 170℃ 이하, 약 160℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 140℃ 이하, 약 130℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 110℃ 이하, 약 60℃ 내지 180℃, 약 60℃ 내지 160℃, 약 60℃ 내지 150℃, 약 60℃ 내지 140℃, 약 60℃ 내지 130℃, 약 60℃ 내지 120℃, 약 80℃ 내지 180℃, 약 100℃ 내지 180℃, 약 120℃ 내지 180℃, 약 140℃ 내지 180℃, 약 160℃ 내지 180℃, 약 100℃ 내지 140℃, 약 80℃ 내지 120℃)로 유지하는 것은 본 명세서에 기재된 공정(혹은 방법)들에서 유익한 것으로 판명되었다.
약 10 M㎭ 이상의 조사는 본 명세서에 기재된 공정들에서 바람직한 것으로(예컨대, 난분해성의 저감) 판명되었다. 높은 처리량은 또한 조사 선량이 바이오매스를 가공처리함에 있어서 병목으로 되지 않으므로 바람직하다. 처리는 선량률 방정식: M = FP/D·시간에 의해 지배되며, 식 중, M은 조사된 물질의 질량(㎏)이고, F는 흡착된 전력 분율(단위 없음)이며, P는 방사된 전력(㎾ = 전압(MeV) × 전류(㎃))이고, 시간은 처리 시간(초)이며, D는 흡착된 선량(k㏉)이다. 흡착된 전력의 일부가 고착되고, 방출된 전력은 일정하며, 설정된 선량이 바람직한 예시적인 공정에서, 처리량(예컨대, M, 처리된 바이오매스)은 조사 시간을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 그러나, 물질을 냉각시키는 일 없이 조사를 증가시키는 것은, 위에서 나타낸 계산에 의해 예시된 바와 같이 물질을 과도하게 가열할 수 있다. 바이오매스는 낮은 열전도율(약 0.1 Wm-1K-1 미만)을 지니므로, 예를 들어, 에너지를 전달하는 히트 싱크가 있는 한 신속하게 에너지를 방산시킬 수 있는 금속(약 10 Wm-1K-1 이상)과 달리, 열 방산이 느리다.
전자총-빔 스탑 (beam stop)
몇몇 실시형태에 있어서, 시스템 및 방법(예컨대, 리그노셀룰로스 또는 셀룰로스 공급원료를 조사하기 위하여 전자빔 조사를 이용함)은 빔 스탑(예컨대, 셔터)을 포함한다. 예를 들어, 빔 스탑은 전자 빔 장치를 파워 다운시키는 일 없이 물질의 조사를 신속하게 정지 혹은 저감시키는데 이용될 수 있다. 대안적으로 빔 스탑은 전자 빔을 파워 업시키는 동안 이용될 수 있고, 예컨대, 빔 스탑은 목적으로 하는 수준의 빔 전류가 달성될 때까지 전자 빔을 정지시킬 수 있다. 빔 스탑은 1차 호일 창과 2차 호일 창 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 빔 스탑은 이동가능하도록, 즉, 빔 경로 내로 그리고 빔 경로 밖으로 이동될 수 있도록 장착될 수 있다. 예를 들어, 조사 선량을 제어하기 위하여, 빔의 더욱 부분적인 커버리지가 이용될 수 있다. 빔 스탑은, 바닥에, 바이오매스용의 컨베이어에, 벽에, 방사선 장치에(예컨대, 주사 혼에서), 또는 임의의 구조적 지지부에 장착될 수 있다. 바람직하게는, 빔 스탑은, 빔이 빔 스탑에 의해 효과적으로 제어될 수 있도록, 주사 혼에 관하여 고정된다. 빔 스탑은, 빔 내로 그리고 빔으로부터 이동하는 그의 동작을 허용하는 힌지, 레일, 휠, 슬롯 또는 기타 수단을 편입할 수 있다. 빔 스탑은 전자의 적어도 5%, 예컨대, 전자의 적어도 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 적어도 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 심지어 약 100%를 정지시킬 물질이면 어떠한 것으로도 제조될 수 있다.
빔 스탑은, 스테인리스 강, 납, 철, 몰리브덴, 은, 금, 티타늄, 알루미늄, 주석을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 금속, 또는 이들의 합금, 또는 이러한 금속으로 만들어진 적층체(층상 물질)(예컨대, 금속-코팅된 세라믹, 금속-코팅된 중합체, 금속-코팅된 복합재, 다층 금속 물질)로 만들어질 수 있다.
빔 스탑은, 예를 들어, 수용액 혹은 기체 등과 같은 냉각 유체로 냉각될 수 있다. 빔 스탑은 부분적으로 혹은 완전히 중공일 수 있고, 예를 들어, 공동(cavity)을 지닐 수 있다. 빔 스탑의 내부 공간은, 냉각 유체 및 기체를 위하여 이용될 수 있다. 빔 스탑은 평판, 만곡, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 베벨형 및 쐐기 형상을 포함하는 임의의 형상일 수 있다.
빔 스탑은 일부 전자의 통과를 허용하여, 창의 전체 영역에 걸쳐서 또는 창의 특정 구역에 방사선의 수준을 제어(예컨대, 저감)시키도록 천공을 지닐 수 있다. 빔 스탑은, 예를 들어, 섬유 또는 와이어로 형성된 망일 수 있다. 다수의 빔 스탑이, 조사를 제어하기 위하여 함께 혹은 독립적으로 이용될 수 있다. 빔 스탑은, 예컨대, 빔을 위치 내로 혹은 해당 위치 밖으로 이동시키기 위하여 무선 신호에 의해 원격 제어될 수 있거나, 또는 모터에 고정 배선되어 있을 수 있다.
빔 덤프 (beam dump)
본 명세서에 개시된 실시형태들(예컨대, 리그노셀룰로스 또는 셀룰로스 공급원료를 조사하기 위하여 이온화 방사선을 이용하는 것들)은 또한 방사선 처리를 이용할 때 빔 덤프를 포함할 수 있다. 빔 덤프의 목적은 하전된 입자의 빔을 안전하게 흡수하기 위한 것이다. 빔 스탑과 마찬가지로, 빔 덤프는 하전된 입자의 빔을 차단하는데 이용될 수 있다. 그러나, 빔 덤프는 빔 스탑보다 훨씬 더 강건하고, 연장된 시간 기간 동안 전자 빔의 전체 전력을 차단하도록 의도된다. 이들은 종종 가속기가 파워 업됨에 따라서 빔을 차단하는데 이용된다.
빔 덤프는 또한 이러한 빔에 의해 발생된 열을 수용하도록 설계되고, 통상 구리, 알루미늄, 탄소, 베릴륨, 텅스텐 또는 수은 등과 같은 물질로 만들어진다. 빔 덤프는, 예를 들어, 해당 빔 덤프와 열 접촉될 수 있는 냉각 유체를 이용해서 냉각될 수 있다.
바이오매스 물질
리그노셀룰로스 물질(예컨대, 당화된 공급원료)은, 목재, 파티클 보드, 산림 폐기물(예컨대, 톱밥, 포플러 나무, 목재 칩), 목초(예컨대, 지팽이풀, 억새, 코드 그래스, 흰줄갈풀), 곡물 잔류물(예컨대, 왕겨, 귀리 껍질, 밀겨, 보리 겨), 농산물 폐기물(예컨대, 사일리지, 카놀라짚, 밀짚, 보리짚, 귀리짚, 볏짚, 황마, 대마, 아마, 대나무, 사이잘마, 마닐라삼, 옥수수 속대, 옥수수 겉대, 대두 여물, 옥수수 섬유, 알팔파, 건초, 코코넛 헤어), 당 가공처리 잔류물(예컨대, 버개스(bagasse), 사탕무우박, 용설란 버개스), 조류(algae), 해초, 거름, 오수, 및 이들의 임의의 혼합물을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다.
몇몇 경우에, 리그노셀룰로스 물질은 옥수수 속대를 포함한다. 분쇄 혹은 해머밀링된 옥수수 속대는 조사를 위하여 비교적 균일한 두께의 층으로 확산될 수 있고, 조사 후에는 추가의 가공처리를 위하여 매체에 분산되기 용이하다. 수확 및 수집을 용이하게 하기 위하여, 몇몇 경우에는, 옥수숫대(corn stalk), 옥수수 알, 또한 몇몇 경우에는 심지어 식물의 뿌리계를 포함하여 옥수수의 전체 식물이 이용된다.
유리하게는, (질소 공급원, 예컨대, 요소 또는 암모니아 이외의) 추가적인 영양물질도 충분한 양의 옥수수 속대를 함유하는 옥수수 속대 또는 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 물질의 발효 동안 요구되지 않는다.
옥수수 속대는, 분쇄 전후에, 또한 반송되고 분산되기 더욱 용이하며, 건초 및 목초 등과 같은 기타 셀룰로스 또는 리그노셀룰로스 물질보다 공기 중에서 폭발성 혼합물을 형성하는 경향이 더 적어진다.
셀룰로스 물질은, 예를 들어, 종이, 종이제품, 폐지, 제지용 펄프, 색소지, 적재지(loaded paper), 코팅지, 충전 종이(filled paper), 잡지, 인쇄물(예컨대, 서적, 카탈로그, 매뉴얼, 라벨, 캘린더, 그리팅 카드, 브로셔, 안내서, 신문 인쇄용지), 프린터 용지, 다중코팅지, 명함 용지, 카드보드, 보드지, 목면과 같은 높은 α-셀룰로스 함량을 지니는 물질, 및 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 종이 제품은 미국 특허 출원 제13/396,365호("Magazine Feedstocks", Medoff 등, 출원일: 2012년 2월 14일)에 기재된 바와 같으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
셀룰로스 물질은 또한 부분적으로 혹은 완전히 탈-리그닌화된 리그노셀룰로스 물질을 포함할 수 있다.
몇몇 경우에, 다른 바이오매스 물질, 예컨대, 전분 물질이 이용될 수 있다. 전분 물질은, 전분 자체, 예컨대, 옥수수 전분, 밀 전분, 감자 전분 또는 쌀 전분, 전분의 유도체, 또는 전분, 예컨대, 식용 식품 제품 혹은 작물 등을 포함하는 물질을 포함한다. 예를 들어, 전분 물질은 아라카차, 메밀, 바나나, 보리, 카사바, 칡, 안데스괭이밥, 사고, 수수, 보통 가정용 감자, 고구마, 타로, 얌, 또는 1종 이상의 콩, 예컨대, 잠두, 렌즈콩 혹은 완두일 수 있다. 2종 이상의 전분 물질의 배합물도 또한 전분 물질이다. 전분, 셀룰로스 및 또는 리그노셀룰로스 물질의 혼합물도 이용될 수 있다. 예를 들어, 바이오매스는 식물 전체, 식물의 일부 혹은 식물의 상이한 부분들, 예컨대, 밀 식물, 목면 식물, 벼 식물 혹은 나무일 수 있다. 전분 물질은 본 명세서에 기재된 방법들의 어느 것에 의해서도 처리될 수 있다.
공급원료로서 이용될 수 있는 미생물 물질은, 탄수화물의 공급원(예컨대, 셀룰로스), 예를 들어, 원생생물, 예컨대, 동물 원생생물(예컨대, 편모충류, 아메바류, 섬모류 및 포자충류 등의 원생동물) 및 식물 원생생물(예컨대, 알베오레이트(alveolate), 클로라라크니오식물(chlorarachniophyte), 크립토모나드(cryptomonad), 유글레나류(euglenid), 회조류(glaucophyte), 착편모조(haptophyte), 홍조류(red algae), 부등편모조류(stramenopiles) 및 녹색식물(viridaeplantae) 등의 조류)을 제공하는 것이 가능하거나 이들을 함유하는 천연 유래 혹은 유전자 변형된 미생물 혹은 유기체의 어느 것이라도 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 다른 예로는 해초, 플랑크톤(예컨대, 매크로플랑크톤, 메조플랑크톤, 마이크로플랑크톤, 나노플랑크톤, 피코플랑크톤 및 펨토플랑크톤), 식물플랑크톤, 박테리아, 즉, 세균(예컨대, 그람 양성균, 그람 음성균 및 극한성 생물), 효모 및/또는 이들의 혼합물을 포함한다. 몇몇 경우에, 미생물 바이오매스는 천연 공급원, 예컨대, 해양, 호수, 수역, 예컨대, 염수 혹은 담수로부터, 혹은 육지 상에서 얻어질 수 있다. 대안적으로 혹은 부가적으로, 미생물 바이오매스는 배양 시스템, 예컨대, 대규모 건식 및 습식 배양 및 발효 시스템으로부터 얻어질 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 셀룰로스, 전분 및 리그노셀룰로스 공급원료 물질 등과 같은 바이오매스 물질은, 야생형 변종에 관하여 변형된 형질전환 미생물 및 식물로부터 얻어질 수 있다. 이러한 변형은, 예를 들어, 식물에서 목적으로 하는 특질을 얻기 위하여 선택 및 번식의 반복 단계를 통해서 이루어질 수 있다. 또한, 식물은 야생형 변종에 관하여 제거, 변형, 침묵 및/또는 부가된 유전자 물질을 지닐 수 있다. 예를 들어, 유전자 변형된 식물은 재조합 DNA 방법에 의해 생산될 수 있되, 여기서, 유전자 변형은 부모 변종으로부터의 특정 유전자를 도입하거나 변형시키는 것 또는 예를 들어 상이한 종의 식물 및/또는 박테리아로부터 식물에 특정 유전자 혹은 유전자들이 도입되는 형질전환 번식을 이용하는 것을 포함한다. 유전자 변종을 작성하는 다른 방법은 새로운 대립유전자가 내생 유전자로부터 인공적으로 작성되는 돌연변이 번식을 통하는 것이다. 인공 유전자는, 예를 들어, 화학적 돌연변이 유발원(예컨대, 알킬화제, 에폭사이드, 알칼로이드, 퍼옥사이드, 폼알데하이드를 이용해서), 조사(예컨대, X-선, 감마선, 중성자, 베타 입자, 알파 입자, 양자, 중양자, UV 방사선) 및 온도 충격 혹은 기타 외부 응력 및 후속의 선택 수법으로 식물 혹은 종자를 처리하는 것을 포함하는 각종 방법에 의해서 작성될 수 있다. 변형된 유전자를 제공하는 기타 방법은, 오류가 발생하기 쉬운 PCR 및 DNA 셔블링에 이어서, 목적으로 하는 변형된 DNA를 목적으로 하는 식물 혹은 종자에 삽입에 의하는 것이다. 종자 혹은 식물에서의 바람직한 유전자 변이를 도입하는 방법으로는, 예를 들어, 보균동물(bacterial carrier), 바이오리스틱스(biolistics), 인산칼슘 침강, 전기 영동, 유전자 스플라이싱, 유전자 침묵, 리포펙틴, 마이크로주입 및 바이러스 전달체의 이용을 포함한다. 부가적인 유전자 변형 물질은, 미국 특허 출원 제13/396,369호(출원일: 2012년 2월 14일)에 기재되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
본 명세서에 기재된 방법들 중 어느 것이라도 본 명세서에 기재된 임의의 바이오매스 물질들의 혼합물로 실시될 수 있다.
기타 물질
기타 물질(예컨대, 천연 혹은 합성 물질), 예를 들어, 중합체는, 본 명세서에 기재된 방법들, 장비 및 시스템들을 활용해서 처리되고/되거나 제조될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌(예컨대, 선형 저밀도 에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌), 폴리스타이렌, 설폰화 폴리스타이렌, 폴리(염화비닐), 폴리에스터(예컨대, 나일론, 데이크론(DACRON)(상표명), 코델(KODEL)(상표명)), 폴리알킬렌 에스터, 폴리비닐 에스터, 폴리아마이드(예컨대, 케블라(KEVLAR)(상표명)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 셀룰로스 아세테이트, 아세탈, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리카보네이트(예컨대, 렉산(LEXAN)(상표명)), 아크릴[예컨대, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴나이트릴], 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리뷰타다이엔, 폴리아이소뷰틸렌, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리클로로프렌(예컨대 네오프렌), 폴리(시스-1,4-아이소프렌)[예컨대, 천연 고무], 폴리(트랜스-1,4-아이소프렌)[예컨대, 구타페르카], 페놀 폼알데하이드, 멜라민 폼알데하이드, 에폭사이드, 폴리에스터, 폴리아민, 폴리카복실산, 폴리아세트산, 폴리비닐 알코올, 폴리안하이드라이드, 폴리플루오로카본(예컨대, 테플론(TEFLON)(상표명)), 실리콘(예컨대, 실리콘 고무), 폴리실란, 폴리에터(예컨대, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드), 왁스 및 오일 및 이들의 혼합물을 포함한다. 또한, 플라스틱, 고무, 엘라스토머, 섬유, 왁스, 겔, 오일, 접착제, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 생분해성 중합체, 이들 중합체로 이루어진 수지, 기타 중합체, 기타 물질 및 이들의 조합을 포함한다. 중합체는 양이온 중합, 음이온 중합, 라디칼 중합, 복분해 중합, 개환 중합, 그라프트 중합, 부가 중합을 비롯한 임의의 유용한 방법에 의해 제조될 수 있다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 개시된 처리는, 예를 들어, 라디칼 개시된 그라프트 중합 및 가교 결합을 위하여 이용될 수 있다. 중합체의, 예를 들어, 유리, 금속, 바이오매스(예컨대, 섬유, 입자), 세라믹과의 복합재도 처리 및/또는 제조될 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법, 시스템 및 장비를 이용해서 처리될 수 있는 기타 물질은 세라믹 물질, 미네랄, 금속, 무기 화합물, 예를 들어, 규소 및 게르마늄 결정, 규소 질화물, 금속 산화물, 반도체, 절연체, 시멘트 및 또는 도체이다.
또한, 제조된 다수부분 혹은 정형화된 물질(예컨대, 성형, 압출, 용접, 리벳 고정, 층상 혹은 이들의 임의의 조합), 예를 들어, 케이블, 파이프, 보드, 인클로저, 집적 반도체 칩, 회로 기판, 와이어, 타이어, 창, 적층 물질, 기어, 벨트, 기계, 이들의 조합이 처리될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 방법에 의해 물질을 처리함으로써, 표면을 개질, 예를 들어, 표면을 다른 기능화에 더욱 민감하게 만들 수 있고, 조합(예컨대, 용접) 및/또는 처리는 물질을 가교결합시킬 수 있다.
예를 들어, 이러한 물질은 리그노셀룰로스 또는 셀룰로스 물질과 함께 혼합되고 되거나 바이오매스 공급원료와 함께 포함될 수 있다.
바이오매스 물질 준비 - 기계적 처리
바이오매스는, 예를 들어, 수분 함량이 약 35% 이하(예컨대, 약 20% 이하, 약 15% 이하, 약 10% 이하, 약 5% 이하, 약 4% 이하, 약 3% 이하, 약 2% 이하 혹은 심지어 약 1% 이하)인 건조 형태일 수 있다. 바이오매스는, 또한 습윤 상태로, 예를 들어, 적어도 약 10 중량%(예컨대, 적어도 약 20 중량%, 적어도 약 30 중량%, 적어도 약 40 중량%, 적어도 약 50 중량%, 적어도 약 60 중량%, 적어도 약 70 중량%)의 고형물을 지니는, 습윤 고형물, 슬러리 혹은 현탁액으로서 전달될 수 있다.
본 명세서에 개시된 공정은 낮은 벌크 밀도 물질, 예를 들어, 약 0.75 g/㎤ 미만, 예컨대, 약 0.7, 0.65, 0.60, 0.50, 0.35, 0.25, 0.20, 0.15, 0.10, 0.05 혹은 그 이하, 예컨대, 0.025 g/㎤ 미만의 벌크 밀도를 지니도록 물리적으로 전처리된 셀룰로스 혹은 리그노셀룰로스 공급원료를 이용할 수 있다. 벌크 밀도는 ASTM D1895B를 이용해서 결정된다. 간단히, 이 방법은 기지의 부피의 계량 실린더에 샘플을 채우는 단계 및 해당 샘플의 중량을 얻는 단계를 포함한다. 벌크 밀도는 샘플의 중량(g)을 실린더의 기지의 부피(㎤)로 나눔으로써 산출된다. 필요한 경우, 낮은 벌크 밀도 물질은, 예를 들어, 미국 특허 제7,971,809호(Medoff)에 기재된 방법에 의해 치밀화될 수 있고, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
몇몇 경우에, 전처리 가공처리로는 바이오매스 물질의 스크리닝(screening)을 포함한다. 스크리닝은 목적으로 하는 개구 크기, 예를 들어, 약 6.35㎜(1/4 인치, 0.25 인치) 이하(예컨대, 약 3.18㎜(1/8 인치, 0.125 인치) 이하, 약 1.59㎜(1/16 인치, 0.0625 인치) 이하, 약 0.79㎜(1/32 인치, 0.03125 인치) 이하, 예컨대, 약 0.51㎜(1/50 인치, 0.02000 인치) 이하, 약 0.40㎜(1/64 인치, 0.015625 인치) 이하, 약 0.23㎜(0.009 인치) 이하, 약 0.20㎜(1/128 인치, 0.0078125 인치) 이하, 약 0.18㎜(0.007 인치) 이하, 약 0.13㎜(0.005 인치) 이하, 또는 심지어 약 0.10㎜(1/256 인치, 0.00390625 인치) 이하)를 지니는 망 혹은 천공판을 통할 수 있다. 일 구성에 있어서, 목적으로 하는 바이오매스는 천공 혹은 스크린을 통과하므로, 천공 혹은 스크린보다 큰 바이오매스는 조사되지 못한다. 이들 보다 큰 물질은, 예를 들어, 분쇄에 의해 재가공처리될 수 있거나, 또는 이들은 간단히 가공처리로부터 제외될 수 있다. 다른 구성에 있어서, 천공보다 큰 물질은 조사되고, 보다 작은 물질은 스크리닝 과정에 의해 제거되거나 재활용된다. 이 종류의 구성에 있어서, 컨베이어 자체(예를 들어 컨베이어의 일부)는 천공되어 있을 수 있거나 또는 메시로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하나의 특정 실시형태에 있어서, 바이오매스 물질은 습식일 수 있고, 천공 혹은 망은 조사 전에 바이오매스로부터 물의 배출을 가능하게 할 수 있다.
물질의 스크리닝은 또한 수동 방법에 의해, 예를 들어, 원치 않는 물질을 제거하는 조작자 혹은 메카노이드(예컨대, 색, 반사율 혹은 기타 센서가 장착된 로봇)에 의해 행해질 수 있다. 스크리닝은 또한 자석이 반송된 물질 부근에 배치되어 자성 물질이 자기적으로 제거되는 자석 스크리닝에 의하는 것도 가능하다.
선택적 전처리 가공처리는 물질을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이오매스 혹은 다른 물질을 반송하고 있는 컨베이어의 일부가 가열된 구역을 통해 보내질 수 있다. 가열된 구역은, 예를 들어, IR 방사선, 마이크로파, 연소(예컨대, 기체, 석탄, 오일, 바이오매스), 저항성 가열 및/또는 유도 코일에 의해 작성될 수 있다. 열은 적어도 하나의 측면 혹은 하나보다 많은 측면으로부터 적용될 수 있고, 연속적이거나 주기적일 수 있으며, 단지 물질의 일부 혹은 물질 전부에 대해서일 수 있다. 예를 들어, 반송 트로프의 일부분은 가열 재킷의 사용에 의해 가열될 수 있다. 가열은, 예를 들어, 물질을 건조시키는 목적을 위한 것일 수 있다. 물질을 건조시킬 경우에, 이것은 또한 가열에 의해 혹은 가열 없이, 반송 중인 바이오매스 위로 및/또는 해당 바이오매스를 통해서 기체(예컨대, 공기, 산소, 질소, He, CO2, 아르곤)의 이동에 의해 실시될 수도 있다.
임의로, 전처리 가공처리는 물질을 냉각시키는 것을 포함할 수 있다. 물질의 냉각은 미국 특허 제7,900,857호(Medoff)에 기재되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다. 예를 들어, 냉각은 반송 트로프의 하부로 냉각용 유체, 예를 들어 물(예컨대, 글라이세롤과 함께), 또는 질소(예컨대, 액체 질소)를 공급함으로써 행해질 수 있다. 대안적으로, 냉각용 기체, 예를 들어, 냉각된 질소는 바이오매스 물질 위로 혹은 반송 시스템 아래로 취입될 수 있다.
다른 선택적인 전처리 가공처리 방법은 물질을 바이오매스 또는 다른 공급원료에 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 추가의 물질은, 예를 들어, 반송되는 바이오매스 상에 물질을 샤워, 뿌리기 및 또는 주입함으로써 첨가될 수 있다. 첨가될 수 있는 물질로는, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2010/0105119 A1호(출원일: 2009년 10월 26일) 및 미국 특허 출원 공개 제2010/0159569 A1호(출원일: 2009년 12월 16일)에 기재된 바와 같은 금속, 세라믹 및/또는 이온을 포함하며, 이들 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다. 첨가될 수 있는 선택적 물질은 산 및 염기를 포함한다. 첨가될 수 있는 기타 물질은 산화제(예컨대, 과산화물, 염소산염), 중합체, 중합성 단량체(예컨대, 불포화 결합을 함유함), 물, 촉매 효소 및/또는 유기체이다. 물질은, 예를 들어, 순수한 형태로, 용매(예컨대, 물 혹은 유기 용매) 중 용액으로서 및/또는 용액으로서 첨가될 수 있다. 몇몇 경우에, 용매는 휘발성이고, 예를 들어, 앞서 기재된 바와 같은 가열 및/또는 기체 송풍에 의해, 증발될 수 있다. 첨가된 물질은 바이오매스 상에 균일한 코팅을 형성할 수 있거나 또는 상이한 성분들(예컨대, 바이오매스 및 추가 물질)의 균질 혼합물일 수 있다. 첨가된 물질은 조사 효율을 증가시키거나, 조사를 댐핑시키거나 또는 조사 효과를 변화시킴으로써(예컨대, 전자빔으로부터 X-선으로 혹은 열) 후속의 조사 단계를 변경시킬 수 있다. 이 방법은 조사에 대해 영향을 미치지 않을 수 있지만 추가의 하류 가공처리에 대해서 유용할 수 있다. 첨가된 물질은 예를 들어 분진 수준을 낮춤으로써 물질을 반송하는 것을 도울 수 있다.
바이오매스는 벨트 컨베이어, 공압 컨베이어, 스크류 컨베이어, 호퍼, 파이프에 의해, 수동으로 혹은 이들의 조합에 의해 컨베이어(예컨대, 본 명세서에 기재된 돔형 저장소에서 사용될 수 있는 진동 컨베이어)로 전달될 수 있다. 바이오매스는, 예를 들어, 이들 방법 중 어느 하나에 의해 컨베이어 상에 낙하, 주입 및/또는 배치될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 물질은, 낮은 산소 분위기를 유지하고/하거나 분진 및 미립자를 제어하기 위하여 폐쇄된 물질 분포 시스템을 이용해서 컨베이어에 전달된다. 현가되거나 공기 현탁된 바이오매스 미립자 및 분진은, 이들이 폭발 위험을 형성하거나 전자총의 창 호일을 손상시키기 때문에(만약 이러한 장치가 물질을 처리하는데 이용된다면) 바람직하지 않다.
물질은 약 0.0312 내지 5 인치(예컨대, 약 0.0625 내지 2.000 인치, 약 0.125 내지 1 인치, 약 0.125 내지 0.5 인치, 약 0.3 내지 0.9 인치, 약 0.2 내지 0.5 인치, 약 0.25 내지 1.0 인치, 약 0.25 내지 0.5 인치, 0.100 +/- 0.025 인치, 0.150 +/- 0.025 인치, 0.200 +/- 0.025 인치, 0.250 +/- 0.025 인치, 0.300 +/- 0.025 인치, 0.350 +/- 0.025 인치, 0.400 +/- 0.025 인치, 0.450 +/- 0.025 인치, 0.500 +/- 0.025 인치, 0.550 +/- 0.025 인치, 0.600 +/- 0.025 인치, 0.700 +/- 0.025 인치, 0.750 +/- 0.025 인치, 0.800 +/- 0.025 인치, 0.850 +/- 0.025 인치, 0.900 +/- 0.025 인치, 0.900 +/- 0.025 인치)의 균일한 두께를 형성하도록 평탄하게 되어 있을 수 있다.
일반적으로, 전자 빔을 통해 가능한 한 빨리 물질을 반송하여 처리량을 최대화하는 것이 바람직하다. 예를 들어 물질은 적어도 1 ft/분, 예컨대, 적어도 2 ft/분, 적어도 3 ft/분, 적어도 4 ft/분, 적어도 5 ft/분, 적어도 10 ft/분, 적어도 15 ft/분, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 ft/분의 속도로 반송될 수 있다. 반송 속도는 빔 전류에 관련되되, 예를 들어, ¼ 인치 두께의 바이오매스 및 100㎃에 대해서, 컨베이어는 유용한 조사 선량을 제공하기 위하여 약 20 ft/분으로 이동할 수 있고, 50㎃에서 컨베이어는 대략 동일한 조사 선량을 제공하기 위하여 약 10 ft/분에서 이동할 수 있다.
바이오매스 물질이 방사선 구역을 통해 반송된 후에, 선택적 후처리 과정이 행해질 수 있다. 이 선택적 후처리 과정은, 예를 들어, 예비 조사 처리에 관하여 기재된 과정일 수 있다. 예를 들어, 바이오매스는 스크리닝, 가열, 냉각, 및/또는 첨가제와의 조합이 행해질 수 있다. 조사 후에 독특하게, 라디칼의 퀀칭, 예를 들어, 압력, 열 및/또는 라디칼 포촉제의 첨가를 이용해서 유체 혹은 기체(예컨대, 산소, 아산화질소, 암모니아, 액체)의 첨가에 의해 라디칼의 퀀칭이 일어날 수 있다. 예를 들어, 바이오매스는 내포된 컨베이어로부터 반송되고, 기체(예컨대, 산소)에 노출되어 퀀칭이 일어나, 카복실산기를 형성할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 바이오매스는 반응성 기체 혹은 유체에 대해서 조사 동안 노출된다. 조사된 바이오매스를 퀀칭하는 것은 미국 특허 제8,083,906호(Medoff)에 기재되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
필요한 경우, 탄수화물-함유 물질의 난분해성을 더욱 저감시키기 위하여 조사에 부가해서 하나 이상의 기계적 처리가 이용될 수 있다. 이들 과정은 조사 전, 동안 혹은 후에 적용될 수 있다.
몇몇 경우에, 기계적 처리는 입수된 대로의 공급원료의 초기 준비, 예컨대, 분쇄, 예컨대, 절삭, 연마, 전단, 분체화 혹은 저미기 등에 의한 물질의 크기 감소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 느슨한 공급원료(예컨대, 재생지, 전분 물질 혹은 지팽이풀)는 전단 혹은 세단(shredding)에 의해 준비된다. 기계적 처리는 탄수화물-함유 물질의 벌크 밀도를 감소, 탄수화물-함유 물질의 표면적을 증가 및/또는 탄수화물-함유 물질의 하나 이상의 치수를 감소시킬 수 있다.
대안적으로, 또는 부가적으로, 공급원료 물질은 다른 처리, 예를 들어, 화학적 처리로, 예컨대, 산(HCl, H2SO4, H3PO4), 염기(예컨대, KOH 및 NaOH), 화학적 산화제(예컨대, 과산화물, 염소산염, 오존), 조사, 증기 폭발, 열분해, 초음파처리, 산화, 화학적 처리로 처리될 수 있다. 이들 처리는 임의의 순서 그리고 임의의 수순 및 조합으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 공급원료 물질은 우선 하나 이상의 처리 방법, 예컨대, 산 가수분해(예컨대, HCl, H2SO4, H3PO4를 이용)를 포함하고 이와 조합한 화학적 처리, 방사선, 초음파처리, 산화, 열분해 혹은 증기 폭발에 의해 물리적으로 처리되고 나서, 기계적으로 처리될 수 있다. 이 수순은 다른 처리들, 예컨대, 조사 혹은 열분해 중 하나 이상에 의해 처리된 물질이 더 취성으로 되는 경향이 있으므로 기계적 처리에 의해 물질의 구조를 더욱 변화시키기 용이해질 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 다른 예로서, 공급원료 물질은 본 명세서에 기재된 바와 같은 컨베이어를 이용해서 이온화 방사선을 통해 반송되고 나서 기계적으로 처리될 수 있다. 화학적 처리는 리그닌의 일부 혹은 전부를 제거(예를 들어 화학적 펄핑(chemical pulping))할 수 있고, 또한 물질을 부분적으로 혹은 완전히 가수분해시킬 수 있다. 이 방법은 또한 사전 가수분해된 물질과 함께 이용될 수도 있다. 이 방법은 또한 사전 가수분해되지 않은 물질과 함께 이용될 수도 있다. 이 방법은 가수분해된 물질과 가수분해되지 않은 물질의 혼합물과 함께, 예를 들어, 약 50% 이상의 가수분해되지 않은 물질, 약 60% 이상의 가수분해되지 않은 물질, 약 70% 이상의 가수분해되지 않은 물질, 약 80% 이상의 가수분해되지 않은 물질 또는 심지어 90% 이상의 가수분해되지 않은 물질과 함께 이용될 수 있다.
가공처리 시 초기에 및/또는 나중에 수행될 수 있는 크기 저감에 부가해서, 기계적 처리는 또한 물리적 처리 동안 탄수화물-함유 물질을 "개방"(opening up), "응력 부여"(stressing), 파괴 또는 파쇄하여, 사슬 절단되고/되거나 결정 구조가 파괴되기 더욱 쉬운 물질의 셀룰로스를 만드는 데 유리할 수 있다.
탄수화물-함유 물질을 기계적으로 처리하는 방법으로는, 예를 들어, 밀링 혹은 분쇄를 포함한다. 밀링은, 예를 들어, 해머 밀, 볼 밀, 콜로이드 밀, 코니컬 혹은 콘 밀, 디스크 밀, 에지 밀, 윌리 밀(Wiley mill), 제분용 밀 혹은 기타 밀을 이용해서 수행될 수 있다. 분쇄는, 예를 들어, 커팅/충격식 그라인더를 이용해서 수행될 수 있다. 몇몇 예시적인 그라인더로는 스톤 그라인더, 핀 그라인더, 커피 그라인더 혹은 버 그라인더(burr grinder)를 포함한다. 분쇄 혹은 밀링은, 예를 들어, 핀 밀의 경우에서처럼, 예를 들어, 핀 혹은 기타 요소를 왕복이동시킴으로써 제공될 수 있다. 기타 기계적 처리 방법은 기계적 째기(mechanical ripping) 혹은 찢기(tearing), 섬유에 압력을 가하는 다른 방법, 그리고 공기 마찰 밀링을 포함한다. 적절한 기계적 처리는 이전의 가공처리 단계들에 의해 초기화된 물질의 내부 구조의 파괴를 계속하는 임의의 기타 수법을 더 포함한다.
기계적 공급물 준비 시스템은, 예를 들어, 특정 최대 크기, 특정 길이-대-폭 또는 특정 표면적비 등과 같은 특정 특징을 지니는 스트림을 생산하도록 구성될 수 있다. 물리적 준비는, 반응 속도의 증가, 컨베이어 상에서의 물질의 이동 개선, 물질의 조사 프로파일의 개선, 물질의 방사선 균일성 증가, 또는 물질들을 개방시켜 이들을 용액 중 시약 등과 같은 시약 및/또는 처리에 더욱 접근하기 쉽게 만듦으로써 요구되는 가공처리 시간의 감소를 가능하게 한다.
공급원료의 벌크 밀도는 제어(예컨대, 증가)될 수 있다. 몇몇 상황에서, 예컨대, 물질을 치밀화하고(예컨대, 치밀화는 이것을 더욱 용이하게 만들고 다른 장소로 수송하는데 비용이 덜 들 수 있음) 나서 물질을 보다 낮은 벌크 밀도 상태로 역전시킴으로써(예컨대 수송 후), 낮은 벌크 밀도 물질을 준비하는 것이 바람직할 수 있다. 물질은, 예를 들어, 약 0.2 g/㏄ 미만 내지 약 0.9 g/㏄ 초과(예컨대, 약 0.3 미만 내지 약 0.5 g/㏄ 초과, 약 0.3 미만 내지 약 0.9 g/㏄ 초과, 약 0.5 이하 내지 약 0.9 g/㏄ 초과, 약 0.3 미만 내지 약 0.8 g/㏄ 초과, 약 0.2 미만 내지 약 0.5 g/㏄ 초과)로 치밀화될 수 있다. 예를 들어, 물질은 미국 특허 제7,932,065호(Medoff) 및 국제 특허 공개 제WO2008/073186호(출원일: 2007년 10월 26일, 영어로 공개되었고, 미국을 지정함)에 개시된 방법 및 장비에 의해 치밀화될 수 있으며, 이들 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다. 치밀화된 물질은 본 명세서에 기재된 방법들 중 어느 하나에 의해 가공처리될 수 있거나, 또는 본 명세서에 기재된 방법들 중 어느 하나에 의해 가공처리된 임의의 물질은 이어서 치밀화될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 가공처리 대상 물질은 섬유 공급원을 전단함으로써 제공된 섬유를 포함하는 섬유 물질의 형태이다. 예를 들어, 전단은 회전식 나이프 커터에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 난분해성이거나 또는 그의 저감된 난분해성 수준을 지니는 섬유 공급원은, 예컨대, 회전식 나이프 커터에서 전단되어 제1섬유 물질을 제공할 수 있다. 이 제1섬유 물질은 예컨대 평균 개구 크기가 1.59㎜(1/16 인치, 0.0625 인치) 이하인 제1스크린을 통과하여, 제2섬유 물질을 제공한다. 필요한 경우, 섬유 공급원은 전단 전에, 예컨대, 세단기에 의해 절단될 수 있다. 예를 들어, 종이가 섬유 공급원으로서 이용될 경우, 종이는 우선 세단기, 예컨대, 문손사(Munson)(뉴욕 우티카시에 소재)에서 제조된 것과 같은 대향 회전 스크류 세단기를 이용해서, 예컨대, 1/4- 내지 1/2-인치 폭인 스트립으로 절단될 수 있다. 세단에 대한 대안으로서, 종이는 길로틴 커터(guillotine cutter)를 이용해서 소정의 크기로 절단함으로써 크기를 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 길로틴 커터는 종이를, 예컨대, 폭 10 인치 × 길이 12 인치인 시트로 절단하는 데 이용될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 섬유 공급원의 전단 및 얻어진 제1섬유 물질의 제1스크린을 통한 통과는 동시에 수행된다. 상기 전단 및 통과는 또한 회분식(batch-type) 프로세스로 수행될 수 있다.
예를 들어, 회전식 나이프 커터는 섬유 공급원을 동시에 전단하고 제1섬유 물질을 스크리닝하는 데 이용될 수 있다. 회전식 나이프 커터는 세단 섬유 공급원에 의해 준비된 세단된 섬유 공급원이 장전될 수 있는 호퍼를 포함한다.
몇몇 구현예에 있어서, 공급원료는 당화 및/또는 발효 전에 물리적으로 처리된다. 물리적 처리 공정은, 예컨대, 기계적 처리, 화학적 처리, 조사, 초음파 처리, 산화, 열분해 혹은 증기 폭발 등과 같은 본 명세서에 기재된 것들 중 한 가지 이상을 포함한다. 처리 방법은 이들 수법 중 둘, 셋, 넷 혹은 심지어 모두의 조합으로 (임의의 수순으로) 이용될 수 있다. 하나보다 많은 처리 방법이 이용될 경우, 그들 방법은 동시에 혹은 상이한 시기에 적용될 수 있다. 바이오매스 공급원료의 분자 구조를 변화시키는 기타 처리가 또한 단독으로, 또는 본 명세서에 개시된 공정들과 조합하여 이용될 수 있다.
이용될 수 있는 기계적 처리, 그리고 기계적으로 처리된 탄수화물-함유 물질의 특징은, 미국 특허 출원 공개 제2012/0100577 A1호(출원일: 2011년 10월 18일)에 더욱 상세히 기재되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
초음파처리, 열분해, 산화, 증기 폭발
필요한 경우, 하나 이상의 초음파처리, 열분해, 산화 또는 증기 폭발 공정이 탄수화물-함유 물질의 난분해성을 더욱 저감시키기 위하여 조사에 대신에 또는 이에 부가해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 이들 공정은 조사 전, 동안 혹은 후에 적용될 수 있다. 이들 공정은 미국 특허 제7,932,065호(Medoff)에 상세히 기재되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
중간생성물 및 생성물
본 명세서에 기재된 공정들을 이용해서, 바이오매스 물질을, 1종 이상의 생성물, 예컨대, 에너지, 연료, 식품 및 자재로 전환시킬 수 있다. 예를 들어, 생성물(예컨대, 중간생성물 및/또는 첨가제), 예컨대, 유기산, 유기산의 염, 무수물, 유기산의 에스터 및 연료, 예컨대, 내연기관용의 연료 또는 연료 전지용의 공급원료가 제조될 수 있다. 용이하게 입수가능지만 종종 가공처리하기 어려울 수 있는 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 물질, 예컨대, 도시 폐기물 스트림 및 폐지 스트림, 예컨대, 신문지, 크라프트지, 골판지 또는 이들의 혼합물을 공급원료로서 이용할 수 있는 시스템들 및 공정들이 본 명세서에 기재되어 있다.
생성물의 구체적인 예로는, 수소, 당(예컨대, 글루코스, 자일로스, 아라비노스, 만노스, 갈락토스, 프럭토스, 이당류, 올리고당 및 다당류), 알코올(예컨대, 1가 알코올 혹은 2가 알코올, 예컨대, 에탄올, n-프로판올, 아이소뷰탄올, sec-뷰탄올, tert-뷰탄올 또는 n-뷰탄올), 수화된 혹은 함수 알코올(예컨대, 10%, 20%, 30% 이상 혹은 심지어 40% 이상의 물을 함유함), 바이오디젤, 유기산, 탄화수소(예컨대, 메탄, 에탄, 프로판, 아이소뷰텐, 펜탄, n-헥산, 바이오디젤, 바이오-가솔린 및 이들의 혼합물), 공동-생성물(예컨대, 단백질, 예를 들어, 셀룰로스 분해 단백질(효소) 또는 단세포 단백질), 및 임의의 조합 혹은 상대적인 농도에서, 그리고 임의로 임의의 첨가제(예컨대, 연료 첨가제)와의 조합에서의 이들의 임의의 혼합물을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 기타 예로는, 카복실산, 카복실산의 염, 카복실산과 카복실산의 염과 카복실산의 에스터(예컨대, 메틸, 에틸 및 n-프로필 에스터)의 혼합물, 케톤(예컨대, 아세톤), 알데하이드(예컨대, 아세트알데하이드), 알파 및 베타 불포화 산(예컨대, 아크릴산) 및 올레핀(예컨대, 에틸렌)을 포함한다. 기타 알코올 및 알코올 유도체로는 프로판올, 프로필렌 글라이콜, 1,4-뷰탄다이올, 1,3-프로판다이올, 당 알코올(예컨대, 에리트리톨, 글라이콜, 글라이세롤, 솔비톨, 트레이톨, 아라비톨, 리비톨, 만니톨, 둘시톨, 푸시톨, 이디톨, 아이소말트, 말티톨, 락티톨, 자일리톨 및 기타 폴리올), 그리고 이들 알코올 중의 어느 1종의 메틸 혹은 에틸 에스터를 포함한다. 기타 생성물로는, 메틸 아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 락트산, 시트르산, 폼산, 아세트산, 프로피온산, 뷰티르산, 숙신산, 발레르산, 카프로산, 3-하이드록시프로피온산, 팔미트산, 스테아르산, 옥살산, 말론산, 글루타르산, 올레산, 리놀레산, 글라이콜산, 감마-하이드록시뷰티르산 및 이들의 혼합물, 이들 산의 어느 1종의 염, 이들 산의 어느 1종과 그들의 각각의 염의 혼합물을 포함한다.
상기 생성물들의 서로 간의 및/또는 상기 생성물의 다른 생성물과의 임의의 조합(여기서 다른 생성물은 본 명세서 혹은 다른 곳에 기재된 방법에 의해 제조될 수 있음)은, 함께 포장되어 생성물로서 판매될 수 있다. 이 생성물은 조합, 예컨대, 혼합, 배합 또는 공용해될 수 있거나, 또는 단순히 포장되어 함께 판매될 수 있다.
본 명세서에 기재된 생성물들 중 어느 하나 혹은 생성물들의 조합은 이들 생성물을 판매하기 전에, 예컨대, 정제 혹은 단리 혹은 심지어 포장 후에, 위생처리 혹은 멸균화하여, 생성물(들)에 존재할 수 있었던 하나 이상의 잠재적으로 바람직하지 않은 오염물을 중화시킬 수 있다. 이러한 위생처리는 전자 충격에 의해, 예를 들어, 약 20 M㎭ 이하, 예컨대, 약 0.1 내지 15 M㎭, 약 0.5 내지 7 M㎭, 또는 약 1 내지 3 M㎭의 선량에서 행해질 수 있다.
본 명세서에 기재된 공정은 공장(열병합 발전)의 다른 부분에서 이용되거나 오픈 마켓에서 판매되도록 증기 및 전기를 발생하는데 유용한 각종 부산물 스트림을 생산할 수 있다. 예를 들어, 부산물 스트림의 연소로부터 발생된 증기는 증류 과정에서 이용될 수 있다. 다른 예로서, 부산물 스트림의 연소로부터 발생된 전기는 전처리에서 이용되는 전자빔 발전기를 통전시키는데 이용될 수 있다.
증기 및 전기를 발생시키는데 이용되는 부산물은 이 공정 전체를 통해서 다수의 공급원으로부터 유래될 수 있다. 예를 들어, 폐수의 혐기성 소화는 매탄 중 높은 바이오가스 및 소량의 폐 바이오매스(슬러지)를 생산할 수 있다. 다른 예로서, 당화후 및/또는 증류후 고형물(예컨대, 전처리 및 1차 공정들로부터 남아 있는 비전환된 리그닌, 셀룰로스 및 헤미셀룰로스)이 사용, 예컨대 연료로서 연소될 수 있다.
식품 및 약제학적 생성물을 포함하는 기타 중간생성물 및 생성물은 미국 특허 출원 공개 제2010/0124583 A1호(공개일: 2010년 5월 20일, Medoff)에 기재되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
리그닌 유래 생성물
기재된 방법에 의한 리그노셀룰로스 가공처리로부터의 소비된 바이오매스(예컨대, 소비된 리그노셀룰로스 물질)는 높은 리그닌 함량을 지닐 것으로 예상되고, 또한 열병합 발전소에서의 연소를 통해 에너지를 생산하는데 유용한데 부가해서, 기타 가치 있는 생성물로서의 용도를 지닐 수 있다. 예를 들어, 리그닌은 플라스틱으로서 획득하여 이용될 수 있거나, 또는 기타 플라스틱으로 합성적으로 업그레이드될 수 있다. 몇몇 경우에, 리그닌은 또한 리그노설포네이트로 전환되어, 결착제, 분산제, 유화제 또는 격리제(sequestrant)로서 활용될 수 있다.
결착제로서 이용될 경우, 리그닌 또는 리그노설포네이트는, 예컨대, 연탄재에서, 세라믹에서, 카본 블랙 결착을 위하여, 비료 및 제초제 결착을 위하여, 분진 억제제로서, 합판 및 파티클 보드의 제조에서, 동물 사료 결착을 위하여, 유리섬유용의 결착제로서, 리놀륨 페이스트에서의 결착제로서 그리고 토양 안정제로서 활용될 수 있다.
분산제로서 이용될 경우, 리그닌 또는 리그노설포네이트는, 예를 들어, 콘크리트 믹스, 점토 및 세라믹, 염료 및 안료, 가죽 태닝 및 석고보드에서 이용될 수 있다.
유화제로서 이용될 경우, 리그닌 또는 리그노설포네이트는, 예컨대, 아스팔트, 안료 및 염료, 살충제 및 왁스 에멀전에서 이용될 수 있다.
격리제로서, 리그닌 또는 리그노설포네이트는, 예컨대, 미량영양물 시스템, 세정 화합물 및 수처리 시스템, 예컨대, 보일러 및 냉각 냉각시스템용으로 이용될 수 있다.
에너지 생산을 위하여, 리그닌은, 일반적으로 호모셀룰로스보다 많은 탄소를 함유하므로 홀로셀룰로스(셀룰로스 및 헤미셀룰로스)보다 높은 에너지 함량을 지닌다. 예를 들어, 건조 리그닌은, 홀로셀룰로스의 7,000 내지 8,000 BTU/파운드와 비교해서, 약 11,000 내지 12,500 BTU/파운드의 에너지 함량을 지닐 수 있다. 그와 같이, 리그닌은 치밀화되어 연소용의 연탄 및 펠릿으로 전환될 수 있다. 예를 들어, 리그닌은, 본 명세서에 기재된 임의의 방법에 의해 펠릿으로 전환될 수 있다. 보다 느린 연소 펠릿 혹은 연탄을 위하여, 리그닌은 약 0.5 M㎭ 내지 5 M㎭의 방사선을 인가하는 등에 의해 가교될 수 있다. 가교는 보다 느린 연소 형태 인자(burning form factor)를 형성할 수 있다. 펠릿 또는 연탄 등과 같은 이 형성 인자는, 예컨대, 400 내지 950℃에서 공기의 부재 하에 열분해에 의해 "합성 석탄" 혹은 차콜로 전환될 수 있다. 열분해 전에, 구조 무결성을 유지하기 위하여 리그닌을 가교시키는 것이 바람직할 수 있다.
당화
공급원료를 용이하게 가공처리될 수 있는 형태로 전환시키기 위하여, 공급원료 내 글루칸- 또는 자일란-함유 셀룰로스는, 당화제, 예컨대, 효소 혹은 산에 의해 저분자량 탄수화물, 예컨대, 당으로 가수분해될 수 있으며, 이 과정은 당화라 지칭된다. 저분자량 탄수화물은 이어서 예를 들어 기존의 제조 공장, 예컨대, 단세포 단백질 공장, 효소 제조 공장, 혹은 연료 공장, 예컨대, 에탄올 제조 시설에서 이용될 수 있다.
공급원료는, 효소를 이용해서, 예컨대, 용매 중, 예컨대, 수성 용액 중에서 효소와 물질을 조합함으로써 가수분해될 수 있다.
대안적으로, 효소는 바이오매스, 예컨대, 바이오매스의 셀룰로스 및/또는 리그닌 부분을 파괴시키거나, 각종 셀룰로스 분해 효소(셀룰라제), 리그닌분해효소 혹은 각종 소분자 바이오매스-분해 대사산물을 함유하거나 제조하는, 유기체에 의해 공급될 수 있다. 이들 효소는 바이오매스의 결정성 셀룰로스 또는 리그닌 부분을 분해시키기 위하여 상승작용적으로 작용하는 효소의 복합체일 수 있다. 셀룰로스 분해 효소의 예로는 엔도글루카나제, 셀로바이오하이드롤라제 및 셀로비아제(베타-글루코시다제)를 포함한다.
당화 동안, 셀룰로스 기질은 올리고머성 중간생성물을 생성하는 랜덤한 개소에서 엔도글루카나제에 의해 초기에 가수분해될 수 있다. 따라서, 이들 중간생성물은 셀룰로스 중합체의 말단으로부터 셀로바이오스를 생산하기 위하여 셀로바이오하이드롤라제 등과 같은 글루카나제를 외부-분열시키기 위한 기질이다. 셀로바이오스는 글루코스의 수용성 1,4-결합 이량체이다. 최종적으로, 셀로비아제는 셀로바이오스를 절단하여 글루코스를 수득한다. 이 과정의 효율(예컨대, 가수분해 시간 및 가수분해 완성도)은 셀룰로스 물질의 난분해성에 좌우된다.
따라서, 처리된 바이오매스 물질은 일반적으로 유체 매질, 예컨대, 수용액 중에서 물질과 셀룰라제 효소를 배합함으로써 당화될 수 있다. 몇몇 경우에, 물질은 미국 특허 출원 공개 제2012/0100577 A1호(Medoff 및 Masterman, 공개일; 2012년 4월 26일)에 기재된 바와 같이 당화 전에 온수에서 비등되거나, 적셔지거나 혹은 조리(cook)되며, 이 문헌의 전체 내용은 본 명세서에 편입된다.
당화 공정은 제조 공장 내의 탱크(예컨대, 적어도 4000, 40,000 혹은 500,000ℓ의 체적을 지니는 탱크)에서 부분적으로 혹은 완전히 수행될 수 있고/있거나, 수송 중에, 예컨대, 레일 카 내, 탱커 트럭 내, 또는 초대형 유조선이나 선박의 선창 내에서 부분적으로 혹은 완전히 수행될 수 있다. 완전한 당화를 위해 필요한 시간은 이용된 공급원료와 효소 그리고 처리 조건에 좌우될 것이다. 당화가 제어된 조건 하에 제조 공장에서 수행된다면, 셀룰로스는 약 12 내지 96시간에 당, 예컨대, 글루코스로 실질적으로 완전히 전환될 수 있다. 당화가 수송 중에 부분적으로 혹은 완전히 수행된다면, 당화는 더 오랜 시간이 걸릴 수 있다.
일반적으로, 탱크 내용물은 당화 동안, 예를 들어, 국제 출원 제PCT/US2010/035331호(출원일: 2010년 5월 18일, 제WO 2010/135380호로 영어로 공개되고 미국을 지정함)에 기재된 바와 같은 제트 혼합을 이용해서 혼합되는 것이 바람직하며, 이 문헌의 전체 개시내용은 본 명세서에 참고로 편입된다.
계면활성제의 첨가는 당화 속도를 증강시킬 수 있다. 계면활성제의 예로는, 비이온성 계면활성제, 예컨대, 트윈(Tween)(등록상표) 20 혹은 트윈(Tween)(등록상표) 80, 폴리에틸렌 글라이콜 계면활성제, 이온성 계면활성제 또는 양성 계면활성제를 포함한다.
일반적으로 당화로부터 얻어지는 당 용액의 농도는 비교적 높은 것, 예컨대, 40중량% 이상, 또는 50, 60, 70, 80, 90중량% 이상 혹은 심지어 95중량% 이상인 것이 바람직하다. 물은, 당 용액의 농도를 증가시키기 위하여, 예컨대, 증발에 의해 제거될 수 있다. 이것은 출하될 부피를 감소시키며, 또한 용액 중의 미생물 증식을 저해한다.
대안적으로, 보다 저농도의 당 용액이 이용될 수 있으며, 이 경우에, 항미생물 첨가제, 예컨대, 광범위 항생제를 저농도에서, 예컨대, 50 내지 150 ppm에서 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 기타 적절한 항생제로는, 암포테리신 B, 암피실린, 클로람페니콜, 시프로플록사신, 젠타마이신, 하이그로마이신 B, 카나마이신, 네오마이신, 페니실린, 푸로마이신, 스트렙토마이신을 포함한다. 항생제는 수송 및 보존 동안 미생물의 성장을 저해할 것이고, 적절한 농도, 예컨대, 중량 기준으로 15 내지 1000 ppm, 예컨대, 25 내지 500 ppm, 또는 50 내지 150 ppm에서 이용될 수 있다. 필요한 경우, 항생제는 당 농도가 비교적 높은 경우에도 포함될 수 있다. 대안적으로, 방부 특성의 항미생물을 지닌 기타 첨가제가 이용될 수도 있다. 바람직하게는 항미생물 첨가제(들)는 식품-등급이다.
비교적 고농도 용액이 효소와 함께 탄수화물-함유 물질에 첨가되는 물의 양을 제한함으로써 얻어질 수 있다. 이 농도는 예컨대 얼마나 많은 당화가 일어나는지를 조절함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 농도는 용액에 더 많은 탄수화물-함유 물질을 첨가함으로써 증가될 수 있다. 용액 중에서 생산되고 있는 당을 유지하기 위하여, 예컨대, 상기 논의된 것들 중 하나인 계면활성제가 첨가될 수 있다. 용해도는 또한 용액의 온도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 예를 들어, 용액은 40 내지 50℃, 60 내지 80℃, 또는 그 이상의 온도에서 유지될 수 있다.
당화제
적절한 셀룰로스 분해 효소는 바실루스(Bacillus), 코프리누스(Coprinus), 마이셀리오프토라(Myceliophthora), 세팔로스포륨(Cephalosporium), 사이탈리듐(Scytalidium), 페니실륨(Penicillium), 아스페르길루스(Aspergillus), 슈도모나스(Pseudomonas), 후미콜라(Humicola), 푸사륨(Fusarium), 티엘라비아(Thielavia), 아크레모늄(Acremonium), 크리소스포륨(Chrysosporium) 및 트리코더마(Trichoderma) 속으로부터의 셀룰라제를 포함하며, 특히 아스페르길루스(Aspergillus)(예컨대, EP 공개 제0 458 162호), 후미콜라 인솔렌스(Humicola insolens)(사이탈리듐 써모필룸(Scytalidium thermophilum)으로서 재분류됨, 예컨대, 미국 특허 제4,435,307호 참조), 코프리너스 시네레우스(Coprinus cinereus), 푸사륨 옥시스포룸(Fusarium oxysporum), 마이셀리오프토라 써모필라(Myceliophthora thermophila), 메리필루스 기간테우스(Meripilus giganteus), 티엘라비아 테레스트리스(Thielavia terrestris), 아크레모늄 종(Acremonium sp.)(아크레모늄 페르시시넘(A. persicinum), 아크레모늄 아크레모늄(A. acremonium), 아크레모늄 브라키페늄(A. brachypenium), 아크레모늄 디클로모스포룸(A. dichromosporum), 아크레모늄 오브클라바툼(A. obclavatum), 아크레모늄 핀커토니애(A. pinkertoniae), 아크레모늄 로세오그리세움(A. roseogriseum), 아크레모늄 인콜로라툼(A. incoloratum) 및 아크레모늄 푸라툼(A. furatum)을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아님) 종으로부터 선택된 균주에 의해 생산된 것들을 포함한다. 바람직한 균주로는, 후미콜라 인솔렌스(Humicola insolens) DSM 1800, 푸사륨 옥시스포룸(Fusarium oxysporum) DSM 2672, 마이셀리오프토라 써모필라(Myceliophthora thermophila) CBS 117.65, 세팔로스포륨종(Cephalosporium sp .) RYM-202, 아크레모늄종(Acremonium sp .) CBS 478.94, 아크레모늄종(Acremonium sp.) CBS 265.95, 아크레모늄 페르시시넘(Acremonium persicinum) CBS 169.65, 아크레모늄 아크레모늄(Acremonium acremonium) AHU 9519, 세팔로스포륨종(Cephalosporium sp .) CBS 535.71, 아크레모늄 브라키페늄(Acremonium brachypenium) CBS 866.73, 아크레모늄 디클로모스포룸(Acremonium dichromosporum) CBS 683.73, 아크레모늄 오브클라바툼(Acremonium obclavatum) CBS 311.74, 아크레모늄 핀커토니애(Acremonium pinkertoniae) CBS 157.70, 아크레모늄 로세오그리세움(Acremonium roseogriseum) CBS 134.56, 아크레모늄 인콜로라툼(Acremonium incoloratum) CBS 146.62, 및 아크레모늄 푸라툼(Acremonium furatum) CBS 299.70H를 포함한다. 셀룰로스 분해 효소는 또한 크리소스포륨(Chrysosporium), 바람직하게는, 크리소스포륨 룩노웬스(Chrysosporium lucknowense)로부터 얻어질 수 있다. 이용될 수 있는 부가적인 균주로는 트리코더마(Trichoderma)(특히 트리코더마 비리데(T. viride), 트리코더마 리제이(T. reesei) 및 트리코더마 코닌기(T. koningii)), 호알칼리성 바실러스(alkalophilic Bacillus))(예를 들어, 미국 특허 제3,844,890호 및 EP 공보 제0 458 162호 참조) 및 스트렙토마이세스(Streptomyces)(예컨대, EP 공보 제0 458 162호 참조)를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
효소에 부가해서 혹은 효소와 조합하여, 산, 염기 및 기타 화학물질(예컨대, 산화제)이 리그노셀룰로스 및 셀룰로스 물질을 당화시키는데 이용될 수 있다. 이들은 임의의 조합 혹은 수순(예컨대, 효소의 첨가 전, 후 및/또는 동안)으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 강한 무기산(예컨대 HCl, H2SO4, H3PO4) 및 강염기(예컨대, NaOH, KOH)가 이용될 수 있다.
당
본 명세서에 기재된 공정들에 있어서, 예를 들어, 당화 후에, 당(예컨대, 글루코스 및 자일로스)이 단리될 수 있다. 예를 들어 당은 석출, 결정화, 크로마토그래피(예컨대, 모사 이동상 크로마토그래피, 고압 크로마토그래피), 원심분리, 추출, 당업계에 공지된 기타 임의의 단리 방법, 그리고 이들의 조합에 의해 단리될 수 있다.
수소화 및 기타 화학적 변형
본 명세서에 기재된 공정들은 수소화를 포함할 수 있다. 예를 들어 글루코스 및 자일로스는 각각 솔비톨 및 자일리톨로 수소화될 수 있다. 수소화는 고압(예컨대, 10 내지 12000 psi, 100 내지 10000psi) 하에서 H2와 조합하여 촉매(예컨대, Pt/감마-Al2O3, Ru/C, 라니 니켈(Raney Nickel), 또는 당업계에 공지된 기타 촉매)의 사용에 의해 달성될 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법으로부터 생성물의 화학적 변형의 기타 유형, 예를 들어, (예컨대, 푸르푸랄 및 푸르푸랄-유래 생성물)과 같은 유기 당 유래 생성물이 이용될 수 있다. 당 유래 생성물의 화학적 변형은 미국 특허 출원 제13/934,704호(출원일: 2013년 7월 3일)에 기재되어 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 그의 전문이 본 명세서에 편입된다.
발효
예를 들어, 효모 및 지모모나스(Zymomonas) 박테리아는, 발효 또는 당(들)의 알코올(들)로의 전환을 위하여 이용될 수 있다. 다른 미생물이 이하에 논의되어 있다. 발효를 위한 최적 pH는 약 pH 4 내지 7이다. 예를 들어, 효모를 위한 최적 pH는 약 pH 4 내지 5인 반면, 지모모나스를 위한 최적 pH는 약 pH 5 내지 6이다. 전형적인 발효 시간은 약 24 내지 168시간(예컨대, 24 내지 96시간)이고 이때의 온도 범위는 20℃ 내지 40℃(예컨대, 26℃ 내지 40℃)이지만, 호열성 미생물은 보다 높은 온도를 선호한다.
몇몇 실시형태에 있어서, 예컨대, 혐기성 유기체가 사용될 경우, 발효의 적어도 일부는 산소의 부재, 예컨대, N2, Ar, He, CO2 또는 이들의 혼합물 등과 같은 불활성 기체의 블랭킷 하에 수행된다. 부가적으로, 상기 혼합물은 발효의 일부 혹은 전부 동안 탱크를 통해 흐르는 불활성 기체의 일정한 퍼지(purge)를 지닐 수 있다. 몇몇 경우에, 혐기성 조건은 발효 동안 이산화탄소 생산에 의해 달성되거나 유지될 수 있고, 부가적인 불활성 기체는 필요로 되지 않는다.
몇몇 실시형태에 있어서, 발효공정의 전부 혹은 일부는 저분자량 당이 생성물(예컨대, 에탄올)로 완전히 전환되기 전에 중단될 수 있다. 중간생성물인 발효 산물은 고농도의 당과 탄수화물을 포함한다. 당과 탄수화물은 당업계에 공지된 임의의 수단을 통해서 단리될 수 있다. 이들 중간생성물인 발효 산물은 인간 혹은 동물 소비를 위한 식품의 제조에 이용될 수 있다. 부가적으로 혹은 대안적으로, 중간생성물인 발효 산물은 밀가루-유사 물질을 생산하기 위하여 스테인레스강제 실험실 밀로 미립자 크기로 분쇄될 수 있다. 제트 혼합은 발효 동안 이용될 수 있고, 몇몇 경우에 당화와 발효는 동일 탱크에서 수행된다.
미생물에 대한 영양물질, 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2012/0052536호(출원일: 2011년 7월 15일)에 기재된 식품-기반 영양물질 패키지가 당화 및/또는 발효 동안 첨가될 수 있으며, 이 문헌의 전체 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
"발효"는 국제 출원 제PCT/US2012/71093호(공개일: 2013년 6월 27일), 제PCT/US2012/71907호(공개일: 2012년 6월 27일) 및 제PCT/US2012/71083호(공개일: 2012년 6월 27일)에 개시된 방법 및 생성물을 포함하며, 이들 문헌의 내용은 참고로 그들의 전문이 본 명세서에 포함된다.
국제 특허 출원 제PCT/US2007/074028호(출원일: 2007년 7월 20일, WO 2008/011598로서 공개되었고, 미국을 지정함) 및 미국 등록 특허 제8,318,453호에 기재된 바와 같은 이동식 발효기가 이용될 수 있고, 이들 문헌의 내용은 그들의 전문이 본 명세서에 포함된다. 마찬가지로, 당화 장비는 이동식일 수 있다. 또, 당화 및/또는 발효는 수송 동안 부분적으로 전체적으로 수행될 수 있다.
발효제
발효에 이용되는 미생물(들)은 천연-유래 미생물 및/또는 공학적으로 조작된 미생물일 수 있다. 예를 들어, 미생물은 박테리아(예컨대, 셀룰로스 분해 박테리아를 포함하지만, 이로써 제한되는 것은 아님), 균류(예컨대, 효모를 포함하지만, 이로써 제한되는 것은 아님), 식물, 원생생물, 예컨대, 원생동물문 혹은 균류-유사 원생생물(예컨대, 점균류를 포함하지만, 이로써 제한되는 것은 아님), 또는 조류일 수 있다. 유기체가 거부반응을 일으키지 않을 경우, 유기체의 혼합물이 이용될 수 있다.
적절한 발효 미생물은, 예컨대, 글루코스, 프럭토스, 자일로스, 아라비노스, 만노스, 갈락토스, 올리고당 혹은 다당류 등의 탄수화물을 발효 생성물로 전환시키는 능력을 지닌다. 발효 미생물로는, 사카로마이세스종(Saccharomyces spp.)의 속(genus)(사카로마이세스 세레비시아(S. cerevisiae)(빵 효모), 사카로마이세스 디스타티쿠스(S. distaticus), 사카로마이세스 우바룸(S. uvarum)을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아님), 클루이베로마이세스(Kluyveromyces)속(클루이베로마이세스 마르시아누스(K. marxianus), 클루이베로마이세스 프라길리스(K. fragilis) 을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아님), 칸디다(Candida)속(칸디다 슈도트로피칼리스(C. pseudotropicalis) 및 칸디다 브라시카에(C. brassicae)를 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아님), 피키아 스티피티스(Pichia stipitis)(칸디다 쉐하타에(Candida shehatae)와 관련됨), 클라비스포라(Clavispora)속(클라비스포라 루시타니에(C. lusitaniae) 및 클라비스포라 오푼티애(C. opuntiae)를 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아님), 파키솔렌(Pachysolen)속(파키솔렌 탄노필루스(P. tannophilus)을 포함하지만, 이로써 제한되는 것은 아님), 브레탄노마이세스(Bretannomyces)속(브레탄노마이세스 클라우세니이(B. clausenii)(Philippidis, G. P., 1996, Celluose bioconversion technology, Handbook on Bio에탄올: Production and Utilization, Wyman, C.E., ed., Taylor & Francis, Washington, DC, 179-212)를 포함하지만, 이로써 제한되는 것은 아님)의 균주들을 포함한다. 기타 적절한 미생물로는, 예를 들어, 지모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis), 클로스트리듐 종(클로스트리듐 써모셀륨(C. thermocellum)(Philippidis, 1996, 전술함), 클로스트리듐 사카로뷰틸아세토니쿰(C. saccharobutylacetonicum), 클로스트리듐 티로뷰티리쿰(C. tyrobutyricum), 클로스트리듐 사카로뷰틸리쿰(C. saccharobutylicum), 클로스트리듐 푸니세움(C. Puniceum), 클로스트리듐 베이전키이(C. beijernckii), 클로스트리듐 아세토뷰틸리쿰(C. acetobutylicum)을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아님), 모닐리엘라종(Moniliella spp .)(모닐리엘라 폴리니스(M. pollinis), 모닐리엘라 토멘토사(M. tomentosa), 모닐리엘라 마디다(M. madida), 모닐리엘라 니그레센스(M. nigrescens), 모닐리엘라 오에도세팔리(M. oedocephali), 모닐리엘라 메가실리엔시스(M. megachiliensis)), 야로위아 리포리타카(Yarrowia lipolytica), 유레오바시디움 종(Aureobasidium sp.), 트리코스포로노이데스 종(Trichosporonoides sp.), 트리고놉시스 바리아빌리스(Trigonopsis variabilis), 트리코스포론 종(Trichosporon sp.), 모닐리엘라아세토아부탄스 종(Moniliellaacetoabutans sp .), 티풀라 바리아빌리스(Typhula variabilis), 칸디다 마그놀리애(Candida magnoliae), 우스틸라기노마이세테스 종(Ustilaginomycetes sp.), 슈도지마 츠쿠바엔시스(Pseudozyma tsukubaensis)의 균주, 지고사카로마이세스(Zygosaccharomyces), 데바리오마이세스(Debaryomyces), 한세눌라(Hansenula) 및 피키아(Pichia) 속의 효모 종, 및 데마티이드속 토룰라(Torula)의 진균(토룰라 코랄리나(T. corallina))을 포함한다.
이러한 많은 미생물 균주는, 두서너 가지 예를 들면, ATCC(American Type Culture Collection, 미국 버지니아주의 머내서스시에 소재), NRRL(Agricultural Research Service Culture Collection, 미국 일리노이주의 피오리아시에 소재) 또는 DSMZ(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, 독일의 브라운슈바이크에 소재) 등과 같은 기탁소를 통해서 혹은 상업적으로 공개적으로 입수가능하다.
상업적으로 입수 가능한 효모로는, 예를 들어, 레드 스타(RED STAR)(등록상표)/라사프레 에탄올 레드(Lesaffre 에탄올 Red)(미국 레드 스타/레사프레사(Red Star/Lesaffre)로부터 입수가능), 팔리(FALI)(등록상표)(미국 번즈 필립스 푸드사(Burns Philip Food Inc.)의 분사인 플레이쉬만즈 이스트사(Fleischmann's 효모)로부터 입수가능), 수퍼스타트(SUPERSTART)(등록상표)(알테크(Alltech), 지금은 레일만드(Lalemand)로부터 입수가능), 거트 스트란드(GERT STRAND)(등록상표)(스웨덴의 거트 스트란트 아베(Gert Strand AB)로부터 입수가능) 및 페르몰(FERMOL)(등록상표)(DSM 스페셜티즈사(DSM Specialties)로부터 입수가능)을 포함한다.
증류
발효 후, 얻어지는 유체는, 예를 들어, "비어탑"(beer column)을 이용해서 증류되어 대부분의 물과 잔류 고체로부터 에탄올과 기타 알코올을 분리할 수 있다. 증류는 (예컨대, 당 등과 같은 용액 중 생성물의 분해를 저감시키기 위하여) 진공 하에 수행될 수 있다. 비어탑을 나온 증기는 적어도 35중량%(예컨대, 적어도 40중량%, 적어도 50중량% 또는 적어도 90중량%)의 에탄올일 수 있고 정류탑으로 공급될 수 있다. 정류탑으로부터 거의 공비(azeotropic)(예컨대, 정류탑으로부터 적어도 약 92.5%의 에탄올과 물의 혼합물은 기상 분자체(vapor-phase molecular sieve)를 이용해서 순수한(예컨대, 99.5중량% 또는 심지어 약 100중량%) 에탄올로 정제될 수 있다. 비어탑 바닥부분은 3-작용 증발기의 제1작용부에 보내질 수 있다. 정류탑 환류 응축기는 이 제1작용부를 위해 열을 제공할 수 있다. 제1작용 후, 고체는 원심분리기를 이용해서 분리되고 회전 건조기에서 건조될 수 있다. 원심분리기 유출물의 일부(25%)는 발효로 재순환될 수 있고, 나머지는 제2 및 제3 증발기 작용부로 보내질 수 있다. 대부분의 증발기 응축물은 적은 부분이 폐수 처리로 분리되어 낮은 비등 화합물의 구축을 방지하면서 상당히 깨끗한 응축물로서 상기 처리로 되돌아갈 수 있다.
탄화수소-함유 물질
본 명세서에 기재된 방법들 및 시스템들을 이용하는 다른 실시형태에 있어서, 탄화수소-함유 물질이 가공처리될 수 있다. 본 명세서에 기재된 어떠한 공정이라도 본 명세서에 기재된 임의의 탄화수소-함유 물질을 처리하는데 이용될 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "탄화수소-함유 물질"은, 탄화수소 성분과 고형물을 둘 모두 포함하는 오일 샌드, 오일 셰일, 타르 샌드, 탄진(coal dust), 석탄 슬러리, 역청, 각종 유형의 석탄 및 기타 천연-유래 및 합성 물질을 포함하는 것을 의미한다. 고형물은 암석, 모래, 점토, 돌맹이, 토사(silt), 드릴링 슬러리(drilling 슬러리) 또는 기타 고형 유기물 및/또는 무기물을 포함할 수 있다. 이 용어는 또한 드릴링 폐기물 및 부산물, 정유 폐기물 및 부산물, 또는 기타 탄화수소성분을 함유하는 폐기 생성물, 예컨대, 아스팔트 싱글링(asphalt shingling) 및 커버링, 아스팔트 포장 등과 같은 폐기물을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법들 및 시스템들을 이용하는 또 다른 실시형태에 있어서, 목재 및 목제 함유 제품이 가공처리될 수 있다. 예를 들어, 목재 제품, 예컨대, 보드, 시트, 라미네이트, 빔, 파티클 보드, 복합재, 러프 컷 목재(rough cut wood), 연질 목재 및 경질 목재가 가공처리될 수 있다. 또한, 절단된 나무, 관목, 목재 칩, 톱밥, 뿌리, 껍질, 그루터기, 부패된 목재, 및 바이오매스 물질을 함유하는 기타 목재가 가공처리될 수 있다.
반송 시스템들
각종 반송 시스템은, 예를 들어, 논의된 바와 같은 바이오매스 물질을, 돔형 저장소에 그리고 돔형 저장소 내의 전자 빔 하에 반송하는데 이용될 수 있다. 예시적인 컨베이어는 벨트 컨베이어, 공압 컨베이어, 스크류 컨베이어, 카트, 트레인 혹은 레일 상의 카트, 엘리베이터, 프론트 로더(front loader), 백호(backhoe), 크레인, 각종 스크레이퍼 및 셔블(shovel), 트럭 및 스로잉 장치(throwing device)가 이용될 수 있다. 예를 들어, 진동 컨베이어가 본 명세서에 기재된 각종 공정에서 이용될 수 수 있다. 진동 컨베이어는 제PCT/US2013/64289호(출원일: 2013년 10월 10일, 그 전체 개시내용이 참고로 본 명세서에 편입됨)에 기재되어 있다.
임의로, 하나 이상의 다른 반송 시스템이 내포될 수 있다. 인클로저를 이용할 경우, 내포된 컨베이어는 또한 대기를 감소된 산소 수준에서 유지하기 위하여 불활성 기체로 퍼지될 수 있다. 산소 수준을 낮게 유지함으로써, 몇몇 경우에 그의 반응성 및 독성 속성으로 인해 바람직하지 않은 오존의 형성을 회피하게 된다. 예를 들어, 산소는 약 20% 미만(예컨대, 약 10% 미만, 약 1% 미만, 약 0.1% 미만, 약 0.01% 미만 또는 약 0.001% 미만의 산소)일 수 있다. 퍼지는 질소, 아르곤, 헬륨 또는 이산화탄소를 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 불활성 기체를 이용해서 수행될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 액체 공급원(예컨대, 액체 질소 또는 헬륨)의 증발물(boil off)로부터 공급되거나, 공기로부터 인시츄로 생성 또는 분리되거나, 또는 탱크로부터 공급될 수 있다. 불활성 기체는 재순환될 수 있고, 어떠한 잔류 산소라도 구리 촉매 베드 등과 같은 촉매를 이용해서 제거될 수 있다. 대안적으로, 퍼지, 재순환 및 산소 제거의 조합이 산소 수준을 낮게 유지하기 위하여 수행될 수 있다.
내포된 컨베이어는 바이오매스와 반응할 수 있는 반응성 기체로 퍼지될 수 있다. 이것은 조사 공정 전에, 동안 또는 후에 수행될 수 있다. 반응성 기체는, 아산화질소, 암모니아, 산소, 오존, 탄화수소, 방향족 화합물, 아마이드, 과산화물, 아자이드, 할라이드, 옥시할라이드, 포스파이드, 포스핀, 아르신, 설파이드, 티올, 보레인 및/또는 수소화물일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 반응성 기체는, 예컨대, 조사(예컨대, 전자 빔, UV 조사, 마이크로파 조사, 가열, IR 방사선)에 의해 컨베이어 인클로저 내에서 활성화될 수 있으므로, 바이오매스와 반응한다. 바이오매스 자체는, 예를 들어, 조사에 의해 활성화될 수 있다. 바람직하게는, 바이오매스는 전자 빔에 의해 활성화되어, 라디칼을 생성하고, 이 라디칼은 이어서, 예컨대, 라디칼 커플링 혹은 퀀칭에 의해 활성화된 혹은 비활성화 반응성 기체와 반응한다.
내포된 컨베이어에 공급된 퍼지 기체는 또한 예를 들어 약 25℃ 이하, 약 0℃, 약 -40℃ 이하, 약 -80℃ 이하, 약 -120℃ 이하로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 이 가스는 액체 질소 등과 같은 압축 기체로부터 증발될 수 있거나, 고체 이산화탄소로부터 승화될 수 있다. 대안적인 예로서, 상기 기체는 냉각 장치 또는 그 일부에 의해 냉각될 수 있거나, 또는 전체 컨베이어가 냉각될 수 있다.
기타 실시형태
본 명세서에서 논의된 임의의 물질, 가공처리 또는 가공처리된 물질은 복합재, 충전제, 결착제, 플라스틱 첨가제, 흡착제 및 제어된 방출제 등과 같은 생성물 및/또는 중간생성물을 제조하는데 이용될 수 있다. 이 방법은, 예를 들어, 압력 및 열을 물질에 가함으로써 치밀화를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복합재는 섬유 물질을 수지 혹은 중합체와 배합함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 방사선 가교형 수지, 예컨대, 열가소성 수지는 섬유 물질과 배합되어 섬유질 물질/가교형 수지 조합물을 제공할 수 있다. 이러한 물질은, 예를 들어, 건축 물질, 보호 시트, 컨테이너 및 기타 구조재(예컨대, 성형 및/또는 압출 제품)로서 유용할 수 있다. 흡착제는, 예를 들어, 펠릿, 칩, 섬유 및/또는 시트의 형태일 수 있다. 흡착제는, 예를 들어, 애완동물용 침구, 패킹 물질로서, 또는 오염 제어 시스템에서 이용될 수 있다. 제어된 방출 매트릭스는 또한 예를 들어 펠릿, 칩, 섬유 및/또는 시트의 형태일 수 있다. 제어된 방출 매트릭스는, 예를 들어, 약물, 살생물제, 방향제(fragrance)를 방출하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 복합재, 흡수제 및 제어된 방출제, 그리고 그들의 용도는 국제 특허 출원 제PCT/US2006/010648호(출원일: 2006년 3월 23일) 및 미국 특허 제8,074,910호(출원일: 2011년 11월 22일)에 기재되어 있으며, 이들의 전체 개시 내용은 참고로 본 명세서에 편입된다.
몇몇 경우에, 바이오매스 물질은, 1종 이상의 당(예컨대, 자일로스)을 선택적으로 방출하기 위하여, 예컨대, 가속된 전자를 이용해서 난분해성을 저감시키기 위하여 제1 수준에서 처리된다. 바이오매스는 이어서 1종 이상의 다른 당(예컨대, 글루코스)을 방출하기 위하여 제2 수준에서 처리될 수 있다. 임의로 바이오매스는 처리들 사이에서 건조될 수 있다. 처리는 당을 방출하기 위하여 화학적 및 생화학적 처리를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이오매스 물질은 약 20 M㎭ 미만(예컨대, 약 15 M㎭ 미만, 약 10 M㎭ 미만, 약 5 M㎭ 미만, 약 2 M㎭ 미만)의 수준에서 처리되고 나서, 10% 미만(예컨대, 약 9%, 약 8% 미만, 약 7% 미만, 약 6% 미만, 약 5% 미만, 약 4% 미만, 약 3%, 약 2% 미만, 약 1% 미만, 약 0.75% 미만, 약 0.50% 미만, 약 0.25% 미만)의 황산을 함유하는 황산 용액으로 처리되어, 자일로스를 방출할 수 있다. 예를 들어 용액으로 방출되는 자일로스는, 고형물로부터 분리되고, 임의로 이 고형물은 용매/용액으로(예컨대, 물 및/또는 산성수로) 세척된다. 임의로, 이 고형물은 예를 들어, 공기 중 및/또는 진공 하에 선택적으로 (예컨대, 약 150℃ 이하, 약 120℃ 이하로) 가열하여 수분 함량을 약 25중량% 이하(약 20중량% 이하, 약 15중량% 이하, 약 10중량% 이하, 약 5중량% 이하)로 건조시킬 수 있다. 이어서 이 고형물은 약 30 M㎭ 미만(예컨대, 약 25 M㎭ 미만, 약 20 M㎭ 미만, 약 15 M㎭ 미만, 약 10 M㎭ 미만, 약 5 M㎭ 미만, 약 1 M㎭ 미만 또는 전혀 없이)의 수준으로 처리되고 나서, 효소(예컨대, 셀룰라제)로 처리되어 글루코스를 방출할 수 있다. 글루코스(예컨대, 용액 중 글루코스)는 나머지 고형물로부터 분리될 수 있다. 이 고형물은 이어서, 더욱 가공처리되어, 예를 들면, 에너지 또는 다른 생성물(예컨대, 리그닌 유래 생성물)을 제조하는데 이용될 수 있다.
착향료 (flavor), 방향제 및 착색제
본 명세서에 기재된 생성물 및/또는 중간생성물, 예컨대, 본 명세서에 기재된 공정, 시스템 및/또는 장비에 의해 생산된 것들 중 어느 것이라도, 착향료, 방향제, 착색제 및/또는 이들의 혼합물과 조합될 수 있다. 예를 들어, (선택적으로 착향료, 방향제 및/또는 착색제와 함께) 당, 유기 산, 연료, 폴리올, 예컨대, 당 알코올, 바이오매스, 섬유 및 복합체의 임의의 1종 이상이 다른 생성물을 제조하기 위하여 배합(예컨대, 조제, 혼합 또는 반응)되거나 이용될 수 있다. 예를 들어, 1종 이상의 이러한 생성물은 비누, 세제, 캔디, 드링크(예컨대, 콜라, 와인, 맥주, 술, 예컨대, 진 혹은 보드카, 스포츠 음료, 커피, 차), 약제, 접착제, 시트(예컨대, 직포, 부직포, 필터, 조직) 및/또는 복합재(예컨대, 보드)를 제조하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 1종 이상의 이러한 생성물은 허브, 꽃, 꽃잎, 향신료, 비타민, 포푸리 또는 초와 조합될 수 있다. 예를 들어, 조제된, 혼합된 또는 반응된 배합물은 그레이프프루트, 오렌지, 사과, 라즈베리, 바나나, 상추, 셀러리, 신나몬, 초콜릿, 바닐라, 페퍼민트, 민트, 양파, 마늘, 후추, 샤프란(saffron), 생강, 우유, 와인, 맥주, 차, 살코기, 어류, 조개, 올리브유, 코코넛 지방, 돼지고기 지방, 버터 지방, 비프 비욘(beef bouillon), 레귐(legume), 감자, 마말레이드, 햄, 커피 및 치즈의 착향료/방향제를 지닐 수 있다.
착향료, 방향제 및 착색제는 임의의 양, 예를 들어, 약 0.001중량% 내지 약 30중량%, 예컨대, 약 0.01중량% 내지 약 20중량%, 약 0.05중량% 내지 약 10중량% 또는 약 0.1중량% 내지 약 5중량%로 첨가될 수 있다. 이들은, 임의의 수단에 의해 그리고 임의의 순서 혹은 수순으로 (예컨대, 본 명세서에 기재된 많은 생성물 또는 중간 생성물 중 임의의 1종과) 조제, 혼합 및/또는 반응(예컨대, 교반, 혼합, 유화, 겔화, 주입, 가열, 초음파 처리 및/또는 현탁)될 수 있다. 충전제, 결착제, 유화제, 산화방지제, 예를 들어, 단백질 겔, 전분 및 실리카가 또한 이용될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 착향료, 방향제 및 착색제는, 조사에 의해 형성된 반응성 부위가 착향료, 방향제 및 착색제의 반응성 적합 부위와 반응할 수 있도록 바이오매스가 조사된 직후에 바이오매스에 첨가될 수 있다.
착향료, 방향제 및 착색제는 천연 및/또는 합성 물질일 수 있다. 이들 물질은 화합물, 이들의 조성물 혹은 혼합물(예컨대, 수 종의 화합물의 배합된 혹은 천연 조성물) 중 하나 이상일 수 있다. 임의로 착향료, 방향제, 산화방지제 및 착색제는, 예를 들어, 발효 공정(예컨대, 본 명세서에 기재된 바와 같은 당화된 물질의 발효)으로부터 생물학적으로 유도될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로 이들 착향료, 방향제 및 착색제는 전체 유기체(예컨대, 식물, 진균, 동물, 박테리아 혹은 효모) 또는 유기체의 일부로부터 수확될 수 있다. 유기체는 출발 물질을 파괴하기 위하여 본 명세서에 기재된 방법, 시스템 및 장비, 온수 추출, 초임계 유체 추출, 화학적 추출(예컨대, 용매 또는 산 및 염기를 포함하는 반응성 추출), 기계적 추출(예컨대, 프레싱, 분쇄, 여과)을 이용하는 수법, 효소를 이용하는 수법, 박테리아를 이용하는 수법, 이들 수법의 조합을 비롯한 임의의 수법에 의해 색, 착향료, 방향제 및/또는 산화방지제를 제공하기 위하여 수집 및/또는 추출될 수 있다. 화합물은 화학 반응, 예를 들어, 당(예컨대, 본 명세서에 기재된 바와 같이 제조됨)과 아미노산의 조합(마이야르(Maillard) 반응)에 의해 유도될 수 있다. 착향료, 방향제, 산화방지제 및/또는 착색제는 본 명세서에 기재된 방법, 장비 또는 시스템에 의해 생성된 중간생성물 및/또는 생성물, 예를 들어, 에스터 및 리그닌 유래 생성물일 수 있다.
착향료, 방향제 또는 착색제의 몇몇 예는 폴리페놀이다. 폴리페놀은 많은 과일, 채소, 곡물 및 꽃의 적색, 자색 및 청색 착색제를 담당하는 안료이다. 폴리페놀은 또한 산화방지 특성을 지닐 수 있고, 종종 쓴 맛을 지닌다. 산화방지제 특성은 이들을 중요한 방부제로 만든다. 폴리페놀의 하나의 부류는 플라보노이드, 예컨대, 안토사이아니딘, 플라바논올, 플라반-3-올, 플라바논 및 플라바논올이다. 이용될 수 있는 기타 페놀성 화합물은 페놀산 및 그들의 에스터, 예컨대, 클로로겐산 및 중합체성 탄닌을 포함한다.
착색제 중에서, 무기 화합물, 미네랄 또는 유기 화합물, 예를 들어, 이산화티타늄, 산화아연, 산화알루미늄, 카드뮴 옐로(예컨대, CdS), 카드뮴 오렌지(예컨대, 일부 Se를 구비한 CdS), 알리자린 크림슨(예컨대, 합성 또는 비합성 로즈 매더(rose madder)), 군청색(예컨대, 합성 군청색, 천연 군청색, 합성 군청 자색), 코발트 블루, 코발트 옐로, 코발트 그린, 비리디언(viridian)(예컨대, 수화된 산화크롬(III)), 칼코파일라이트(chalcophylite), 코니칼사이트(conichalcite), 코누바이트(cornubite), 콘월라이트(cornwallite) 및 리로코나이트(liroconite)가 이용될 수 있다. 카본 블랙 및 자체-분산형 블랙 등과 같은 흑색 안료가 이용될 수도 있다.
이용될 수 있는 몇몇 착향료 및 방향제로는 ACALEA TBHQ, ACET C-6, 알릴 아밀 글라이콜레이트, 알파 터피네올, 암브레톨라이드(AMBRETTOLIDE), 암브리놀(AMBRINOL) 95, 안드레인(ANDRANE), 아퍼메이트(APHERMATE), 애플라이드(APPLELIDE), 박다놀(BACDANOL)(등록상표), 버가말(BERGAMAL), 베타 아이오논 에폭사이드, 베타 나프틸 아이소-뷰틸 에터, 바이사이클로노나락톤, 보나픽스(BORNAFIX)(등록상표), 칸톡살(CANTHOXAL), 카쉬메란(CASHMERAN)(등록상표), 카쉬메란(CASHMERAN)(등록상표) 바이올렛, 카시픽스(CASSIFFIX)(등록상표), 세드라픽스(CEDRAFIX), 세드람버(CEDRAMBER)(등록상표), 세드릴 아세테이트, 셀레스톨라이드(CELESTOLIDE), 신나말바(CINNAMALVA), 시트랄 다이메틸 아세테이트, 시트롤레이트(CITROLATE)(상표명), 시트로넬롤(CITRONELLOL) 700, 시트로넬롤(CITRONELLOL) 950, 시트로넬롤 쿠루(CITRONELLOL COEUR), 시트로넬릴 아세테이트, 시트로넬릴 아세테이트 퓨어, 시트로넬릴 폼에이트, 클라리세트(CLARYCET), 클로날(CLONAL), 코니페란(CONIFERAN), 코니페란 퓨어(CONIFERAN PURE), 코텍스 알데하이드 50% 페오모사(CORTEX ALDEHYDE 50% PEOMOSA), 시클라뷰트(CYCLABUTE), 시클라세트(CYCLACET)(등록상표), 시클라프로프(CYCLAPROP)(등록상표), 사이클맥스(CYCLEMAX)(상표명), 사이클로헥실 에틸 아세테이트, 다마스콜(DAMASCOL), 델타 다마스콘(DELTA DAMASCONE), 다이하이드로 시클라세트(DIHYDRO CYCLACET), 다이하이드로 마이어세놀(DIHYDRO MYRCENOL), 다이하이드로 터피네올, 다이하이드로 터피네올 아세테이트, 다이메틸 사이클로르몰(DIMETHYL CYCLORMOL), 다이메틸 옥탄올 PQ, 다이메이어세톨(DIMYRCETOL), 디올라(DIOLA), 디펜텐(DIPENTENE), 둘시닐(DULCINYL)(등록상표) 리크리스탈라이즈드(RECRYSTALLIZED), 에틸-3-페닐 글라이시데이트, 플루라몬(FLEURAMONE), 플루라닐(FLEURANIL), 플로랄 수퍼(FLORAL SUPER), 플로랄오존(FLORALOZONE), 플로리프폴(FLORIFFOL), 프라이스톤(FRAISTONE), 프럭톤(FRUCTONE), 갈락솔라이드(GALAXOLIDE)(등록상표) 50, 갈락솔라이드(GALAXOLIDE)(등록상표) 50 BB, 갈락솔라이드(GALAXOLIDE)(등록상표) 50 IPM, 갈락솔라이드(GALAXOLIDE)(등록상표) 언다일루티드(UNDILUTED), 갈바스콘(GALBASCONE), 제랄드하이드(GERALDEHYDE), 제라니올(GERANIOL) 5020, 제라니올(GERANIOL) 600 타입, 제라니올(GERANIOL) 950, 제라니올(GERANIOL) 980 (퓨어), 제라니올 CFT 쿠루 (GERANIOL CFT COEUR), 제라니올 쿠루(GERANIOL COEUR), 제라닐 아세테이트 쿠루(GERANYL ACETATE COEUR), 제라닐 아세테이트, 퓨어(GERANYL ACETATE, PURE), 제라닐 폼에이트(GERANYL FORMATE), 그리살바(GRISALVA), 구아이일 아세테이트(GUAIYL ACETATE), 헬리오날(HELIONAL)(상표명), 허박(HERBAC), 허발라임(HERBALIME)(상표명), 헥사데칸올라이드(HEXADECANOLIDE), 헥살론(HEXALON), 헥세닐 살리실레이트(HEXENYL SALICYLATE) 시스 3-, 히아신스 바디(HYACINTH BODY), 히야신스 바디 제3호(HYACINTH BODY NO. 3), 하이드라트로픽 알데하이드(HYDRATROPIC ALDEHYDE).DMA, 하이드록시올, 인돌아롬(INDOLAROME), 인트레레빈 알데하이드(INTRELEVEN ALDEHYDE), 인트레레빈 알데하이드 스페셜(INTRELEVEN ALDEHYDE SPECIAL), 아이오논 알파(IONONE ALPHA), 아이오논 베타(IONONE BETA), 아이소 사이클로 사이트랄(ISO CYCLO CITRAL), 아이소 사이클로 제라니올(ISO CYCLO GERANIOL), 아이소 E 수퍼(ISO E SUPER)(등록상표), 아이소부틸 퀴놀린, 자스말(JASMAL), 제세말(JESSEMAL)(등록상표), 카리스말(KHARISMAL)(등록상표), 카리스말(KHARISMAL)(등록상표) 수퍼(SUPER), 쿠시닐(KHUSINIL), 코아본(KOAVONE)(등록상표), 코히눌(KOHINOOL)(등록상표), 라이프아롬(LIFFAROME)(상표명), 리목살(LIMOXAL), 린데놀(LINDENOL)(상표명), 리랄(LYRAL)(등록상표), 리라임 수퍼(LYRAME SUPER), 만다린(MANDARIN) ALD 10% TRI ETH, CITR, 마리티마(MARITIMA), MCK 치즈(MCK CHINESE), 메이지프(MEIJIFF)(상표명), 멜라플뢰르(MELAFLEUR), 멜로존(MELOZONE), 메틸 안트라닐레이트, 메틸 아이오논 알파 엑스트라(METHYL IONONE ALPHA EXTRA), 메틸 아이오논 감마 A(METHYL IONONE GAMMA A), 메틸 아이오논 감마 쿠루(METHYL IONONE GAMMA COEUR), 메틸 아이오논 감마 퓨어(METHYL IONONE GAMMA PURE), 메틸 라벤더 케톤, 몬타버디(MONTAVERDI)(등록상표), 무게시아(MUGUESIA), 무겟 알데하이드 50(MUGUET ALDEHYDE 50), 무스크 Z4(MUSK Z4), 마이락 알데하이드(MYRAC ALDEHYDE), 마이세닐 아세테이트(MYRCENYL ACETATE), 넥타레이트(NECTARATE)(상표명), 네롤 900(NEROL 900), 네릴 아세테이트(NERYL ACETATE), 오시멘(OCIMENE), 옥타세탈(OCTACETAL), 오렌지 플라워 에터(ORANGE FLOWER ETHER), 오리본(ORIVONE), 오리니프 25%(ORRINIFF 25%), 옥사스피란(OXASPIRANE), 오조플뢰르(OZOFLEUR), 팜플리플뢰르(PAMPLEFLEUR)(등록상표), 페오모사(PEOMOSA), 페녹산올(PHENOXANOL)(등록상표), 피코니아(PICONIA), 프레사이클몬 B(PRECYCLEMONE B), 프레닐 아세테이트(PRENYL ACETATE), 프리스만톨(PRISMANTOL), 레세다 바디(RESEDA BODY), 로살바(ROSALVA), 로사무스크(ROSAMUSK), 산지놀(SANJINOL), 산타리프(SANTALIFF)(상표명), 시버탈(SYVERTAL), 터피네올(TERPINEOL), 터핀올렌 20(TERPINOLENE 20), 터핀올렌 90 PQ(TERPINOLENE 90 PQ), 터핀올렌 렉트.(TERPINOLENE RECT.), 터핀일 아세테이트(TERPINYL ACETATE), 터핀일 아세테이트 잭스(TERPINYL ACETATE JAX), 테트라하이드로(TETRAHYDRO), 무구올(MUGUOL)(등록상표), 테트라하이드로 마이센올(TETRAHYDRO MYRCENOL), 테트라메란(TETRAMERAN), 팀버실크(TIMBERSILK)(상표명), 토바카롤(TOBACAROL), 트리모픽스(TRIMOFIX)(등록상표) O TT, 트리프랄(TRIPLAL)(등록상표), 트리삼버(TRISAMBER)(등록상표), 바노리스(VANORIS), 버독스(VERDOX)(상표명), 버독스스(VERDOX)(상표명) HC, 버테넥스(VERTENEX)(등록상표), 버테넥스(VERTENEX)(등록상표) HC, 버토픽스(VERTOFIX)(등록상표) 쿠루(COEUR), 버톨리프(VERTOLIFF), 버톨리프 아이소(VERTOLIFF ISO), 비올리프(VIOLIFF), 비발디(VIVALDIE), 제놀리드(ZENOLIDE), 앱솔루트 인디아 75 PCT 미글리올(ABS INDIA 75 PCT MIGLYOL), 앱솔루트 모로코 50 PCT DPG(ABS MOROCCO 50 PCT TEC), 앱솔루트 프렌치(ABSOLUTE FRENCH), 앱솔루트 인디아(ABSOLUTE INDIA), 앱솔루트 MD 50 PCT BB(ABSOLUTE MD 50 PCT BB), 앱솔루트 모로코(ABSOLUTE MOROCCO), 콘센트레이트 PG(농축물 PG), 팅크처 20 PCT(TINCTURE 20 PCT), 암버그리스(AMBERGRIS), 암브레트 앱솔루트(AMBRETTE ABSOLUTE), 암브레트 시드 오일(AMBRETTE SEED OIL), 아모이스 오일 70 PCT 투욘(ARMOISE OIL 70 PCT THUYONE), 바질 앱솔루트 그란드 버트(BASIL ABSOLUTE GRAND VERT), 바질 그란드 버트 앱솔루트 MD(BASIL GRAND VERT ABS MD), 바질 오일 그란드 버트(BASIL OIL GRAND VERT), 바질 오일 버베이나(BASIL OIL VERVEINA), 바질 오일 베트남(BASIL OIL VIETNAM), 베이 오일 터펜리스(BAY OIL TERPENELESS), 밀랍 앱솔루트 N G(BEESWAX ABS N G), 밀랍 앱솔루트(BEESWAX ABSOLUTE), 벤조인 레지노이드 시암(BENZOIN RESINOID SIAM), 벤조인 레지노이드 시암 50 PCT DPG(BENZOIN RESINOID SIAM 50 PCT DPG), 벤조인 레지노이드 시암 50 PCT PG(BENZOIN RESINOID SIAM 50 PCT PG), 벤조인 레지노이드 시암 70.5 PCT TEC(BENZOIN RESINOID SIAM 70.5 PCT TEC), 블랙커런트 버드 앱솔루트 65 PCT PG(BLACKCURRANTT BUD ABS 65 PCT PG), 블랙커런트 버드 앱솔루트 MD 37 PCT TEC(BLACKCURRANT BUD ABS MD 37 PCT TEC), 블랙커런트 버드 앱솔루트 미글리올(BLACKCURRANT BUD ABS MIGLYOL), 블랙커런트 버드 앱솔루트 버건디(BLACKCURRANT BUD ABSOLUTE BURGUNDY), 보이스 데 로즈 오일(BOIS DE ROSE OIL), 브란 앱솔루트(BRAN ABSOLUTE), 브란 레지노이드(BRAN RESINOID), 브룸 앱솔루트 이탤리(BROOM ABSOLUTE ITALY), 카다몬 과테말라 CO2 익스트랙트(CARDAMOM GUATEMALA CO2 EXTRACT), 카다몬 오일 과테말라(CARDAMOM OIL GUATEMALA), 카다몬 오일 인디아(CARDAMOM OIL INDIA), 캐롯 하트(CARROT HEART), 카시 앱솔루트 이집트(CASSIE ABSOLUTE EGYPT), 카시 앱솔루트 MD 50 PCT IPM(CASSIE ABSOLUTE MD 50 PCT IPM), 카스토레움 앱솔루트 90 PCT TEC(CASTOREUM ABS 90 PCT TEC), 카스토레움 앱솔루트 C 50 PCT 미글리올(CASTOREUM ABS C 50 PCT MIGLYOL), 카스토레움 앱솔루트(CASTOREUM ABSOLUTE), 카스토레움 레지노이드(CASTOREUM RESINOID), 카스토레움 레지노이드 50 PCT DPG(CASTOREUM RESINOID 50 PCT DPG), 세트롤 세드렌(CEDROL CEDRENE), 세드루스 아틀란티카 오일 레디스트(CEDRUS ATLANTICA OIL REDIST), 캐모마일 오일 로만(CHAMOMILE OIL ROMAN), 캐모마일 오일 와일드(CHAMOMILE OIL WILD), 캐모마일 오일 와일드 로우 리모넨(CHAMOMILE OIL WILD LOW LIMONENE), 시나몬 바크 오일 세일란(CINNAMON BARK OIL CEYLAN), 시스테 앱솔루트(CISTE ABSOLUTE), 시스테 앱솔루트 컬러리스(CISTE ABSOLUTE COLORLESS), 시트로넬라 오일 아시아 아이언 프리(CITRONELLA OIL ASIA IRON FREE), 시벳 앱솔루트 75 PCT PG(CIVET ABS 75 PCT PG), 시벳 앱솔루트(CIVET ABSOLUTE), 시벳 팅크처 10 PCT(CIVET TINCTURE 10 PCT), 클라리 세이지 앱솔루트 프렌치 데콜(CLARY SAGE ABS FRENCH DECOL), 클라리 사지 앱솔루트 프렌치(CLARY SAGE ABSOLUTE FRENCH), 클라리 세이지 시'레스 50 PCT PG(CLARY SAGE C'LESS 50 PCT PG), 클라리 세이지 오일 프렌치(CLARY SAGE OIL FRENCH), 코파이바 발삼(COPAIBA BALSAM), 코파이바 발삼 오일(COPAIBA BALSAM OIL), 코리안더 시드 오일(CORIANDER SEED OIL), 사이프레스 오일(CYPRESS OIL), 사이프레스 오일 오가닉(CYPRESS OIL ORGANIC), 다바나 오일(DAVANA OIL), 갈바놀(GALBANOL), 갈바넘 앱솔루트 컬러리스(GALBANUM ABSOLUTE COLORLESS), 갈바넘 오일(GALBANUM OIL), 갈바넘 레지노이드(GALBANUM RESINOID), 갈바넘 레지노이드 50 PCT DPG(GALBANUM RESINOID 50 PCT DPG), 갈바넘 레지노이드 허콜린 BHT(GALBANUM RESINOID HERCOLYN BHT), 갈바넘 레지노이드 TEC BHT(GALBANUM RESINOID TEC BHT), 젠티안 앱솔루트 MD 20 PCT BB(GENTIANE ABSOLUTE MD 20 PCT BB), 젠티안 콘크리트(GENTIANE CONCRETE), 제라늄 엡솔루트 이집트 MD(GERANIUM ABS EGYPT MD), 제라늄 엡솔루트 이집트(GERANIUM ABSOLUTE EGYPT), 제라늄 오일 차이나(GERANIUM OIL CHINA), 제라늄 오일 이집트(GERANIUM OIL EGYPT), 징거 오일 624(GINGER OIL 624), 징거 오일 렉티파이드 솔루블(GINGER OIL RECTIFIED SOLUBLE), 과이액목 하트(GUAIACWOOD HEART), 헤이 엡솔루트 MD 50 PCT BB(HAY ABS MD 50 PCT BB), 헤이 앱솔루트(HAY ABSOLUTE), 헤이 앱솔루트 MD 50 PCT TEC(HAY ABSOLUTE MD 50 PCT TEC), 힐링우드(HEALINGWOOD), 히솝 오일 오가닉(HYSSOP OIL ORGANIC), 이모르텔 앱솔루트 유고 MD 50 PCT TEC(IMMORTELLE ABS YUGO MD 50 PCT TEC), 임모텔레 앱솔루트 스페인(IMMORTELLE ABSOLUTE SPAIN), 임모텔레 앱솔루트 요고(IMMORTELLE ABSOLUTE YUGO), 자스민 앱솔루트 인디아 MD(JASMIN ABS INDIA MD), 자스민 앱솔루트 이집트(JASMIN ABSOLUTE EGYPT), 자스민 앱솔루트 인디아(JASMIN ABSOLUTE INDIA), 자스민 앱솔루트 모로코(JASMIN ABSOLUTE MOROCCO), 자스민 앱솔루트 삼박(JASMIN ABSOLUTE SAMBAC), 존퀼레 앱솔루트 MD 20 PCT BB(JONQUILLE ABS MD 20 PCT BB), 존퀼레 앱솔루트 프랑스(JONQUILLE ABSOLUTE France), 주니퍼 베리 오일 FLG(JUNIPER BERRY OIL FLG), 주니퍼 베리 오일 렉티파이드 솔루블(JUNIPER BERRY OIL RECTIFIED SOLUBLE), 라브다눔 레지노이드 50 PCT TEC(LABDANUM RESINOID 50 PCT TEC), 라브다눔 레지노이드 BB(LABDANUM RESINOID BB), 라브다눔 레지노이드 MD(LABDANUM RESINOID MD), 라브다눔 레지노이드 MD 50 PCT BB(LABDANUM RESINOID MD 50 PCT BB), 라반딘 앱솔루트 H(LAVANDIN ABSOLUTE H), 라반딘 앱솔루트 MD(LAVANDIN ABSOLUTE MD), 라반딘 오일 아브리알 오가닉(LAVANDIN OIL ABRIAL ORGANIC), 라반딘 오일 그로소 오가닉(LAVANDIN OIL GROSSO ORGANIC), 라반딘 오일 수퍼(LAVANDIN OIL SUPER), 라벤더 앱솔루트 H(LAVENDER ABSOLUTE H), 라벤더 앱솔루트 MD(LAVENDER ABSOLUTE MD), 라벤더 오일 쿠마린 프리(LAVENDER OIL COUMARIN FREE), 라벤더 오일 쿠마린 프리 오가닉(LAVENDER OIL COUMARIN FREE ORGANIC), 라벤더 오일 메일레테 오가닉(LAVENDER OIL MAILLETTE ORGANIC), 라벤더 오일 MT(LAVENDER OIL MT), 마이스 앱솔루트 BB(MACE ABSOLUTE BB), 목련꽃 오일 로우 메틸 유게놀(MAGNOLIA FLOWER OIL LOW METHYL EUGENOL), 목련꽃 오일(MAGNOLIA FLOWER OIL), 목련꽃 오일 MD(MAGNOLIA FLOWER OIL MD), 목련 잎 오일(MAGNOLIA LEAF OIL), 만다린 오일 MD(MANDARIN OIL MD), 만다린 오일 MD BHT(MANDARIN OIL MD BHT), 메이트 앱솔루트 BB(MATE ABSOLUTE BB), 모스 트리 앱솔루트 MD TEX IFRA 43(MOSS TREE ABSOLUTE MD TEX IFRA 43), 모스-오크 앱솔루트 MD TEC IFRA 43(MOSS-OAK ABS MD TEC IFRA 43), 모스-오크 앱솔루트 이프라 43(MOSS-OAK ABSOLUTE IFRA 43), 모스-트리 앱솔루트 MD IPM 이프라 43(MOSS-TREE ABSOLUTE MD IPM IFRA 43), 미르 레지노이드 BB(MYRRH RESINOID BB), 미르 레지노이드 MD(MYRRH RESINOID MD), 미르 레지노이드 TEC(MYRRH RESINOID TEC), 미르테 오일 아이언 프리(MYRTLE OIL IRON FREE), 미르테 오일 튀니지 렉티파이드(MYRTLE OIL TUNISIA RECTIFIED), 나르시스 앱솔루트 MD 20 PCT BB(NARCISSE ABS MD 20 PCT BB), 나르시스 앱솔루트 프렌치(NARCISSE ABSOLUTE FRENCH), 네롤리 오일 튀니지(NEROLI OIL TUNISIA), 누트메그 오일 터펜리스(NUTMEG OIL TERPENELESS), 오에일렛 앱솔루트(OEILLET ABSOLUTE), 올리바눔 레지노이드(OLIBANUM RESINOID), 올리바눔 레지노이드 BB(OLIBANUM RESINOID BB), 올리바눔 레지노이드 DPG(OLIBANUM RESINOID DPG), 올리바눔 레지노이드 엑스트라 50 PCT DPG(OLIBANUM RESINOID EXTRA 50 PCT DPG), 올리바눔 레지노이드 MD(OLIBANUM RESINOID MD), 올리바눔 레지노이드 MD 50 PCT DPG(OLIBANUM RESINOID MD 50 PCT DPG), 올리바눔 레지노이드 TEC(OLIBANUM RESINOID TEC), 오포포낙스 레지노이드 TEC(OPOPONAX RESINOID TEC), 오렌지 비거래드 오일 MD BHT(ORANGE BIGARADE OIL MD BHT), 오렌지 비거래드 오일 MD SCFC(ORANGE BIGARADE OIL MD SCFC), 오렌지 플라워 앱솔루트 튀니지(ORANGE FLOWER ABSOLUTE TUNISIA), 오렌지 플라워 워터 앱솔루트 튀니지(ORANGE FLOWER WATER ABSOLUTE TUNISIA), 오렌지 리프 앱솔루트(ORANGE LEAF ABSOLUTE), 오렌지 리프 앱솔루트 튀니지(ORANGE LEAF WATER ABSOLUTE TUNISIA), 오리스 앱솔루트 이탤리(ORRIS ABSOLUTE ITALY), 오리스 콘크리트 15 PCT 이론(ORRIS CONCRETE 15 PCT IRONE), 오리스 콘크리트 8 PCT 이론(ORRIS CONCRETE 8 PCT IRONE), 오리스 내추럴 15 PCT 이론 4095C(ORRIS NATURAL 15 PCT IRONE 4095C), 오리스 내추럴 8 PCT 이론 2942C(ORRIS NATURAL 8 PCT IRONE 2942C), 오리스 레지노이드(ORRIS RESINOID), 오스마투스 앱솔루트(OSMANTHUS ABSOLUTE), 오스만투스 앱솔루트 MD 50 PCT BB(OSMANTHUS ABSOLUTE MD 50 PCT BB), 파출리 하트 제3호(PATCHOULI HEART No3)(상표명), 파출리 오일 인도네시아(PATCHOULI OIL INDONESIA), 파출리 오일 인도네시아 아이언 프리(PATCHOULI OIL INDONESIA IRON FREE), 파출리 오일 인도네이사 MD(PATCHOULI OIL INDONESIA MD), 파출리 오일 레디스트(PATCHOULI OIL REDIST), 페니로얄 하트(PENNYROYAL HEART), 페퍼민트 앱솔루트 MD(PEPPERMINT ABSOLUTE MD), 페티트그레인 비거래드 오일 튀니지(PETITGRAIN BIGARADE OIL TUNISIA), 페티트그레인 시트론니어 오일(PETITGRAIN CITRONNIER OIL), 페티트그레인 오일 파라구아이 터펜리스(PETITGRAIN OIL PARAGUAY TERPENELESS), 페티트그레인 오일 터펜리스 스탭(PETITGRAIN OIL TERPENELESS STAB), 피멘토 베리 오일(PIMENTO BERRY OIL), 피멘토 리프 오일(PIMENTO LEAF OIL), 로디놀 EX 제라늄 차이나(RHODINOL EX GERANIUM CHINA), 로즈 앱솔루트 불가리안 로우 메틸 유게놀(ROSE ABS BULGARIAN LOW METHYL EUGENOL), 로즈 앱솔루트 모로코 로우 메틸 유게놀(ROSE ABS MOROCCO LOW METHYL EUGENOL), 로즈 앱솔루트 터키쉬 로우 메틸 유게놀(ROSE ABS TURKISH LOW METHYL EUGENOL), 로즈 앱솔루트(ROSE ABSOLUTE), 로즈 앱솔루트 불가리안(ROSE ABSOLUTE BULGARIAN), 로즈 앱솔루트 다마세나(ROSE ABSOLUTE DAMASCENA), 로즈 앱솔루트 MD(ROSE ABSOLUTE MD), 로즈 앱솔루트 모로코(ROSE ABSOLUTE MOROCCO), 로즈 앱솔루트 터키쉬(ROSE ABSOLUTE TURKISH), 로즈 오일 불가리안(ROSE OIL BULGARIAN), 로즈 오일 다마세나 로우 메틸 유게놀(ROSE OIL DAMASCENA LOW METHYL EUGENOL), 로즈 오일 터키쉬(ROSE OIL TURKISH), 로즈마리 오일 캄퍼 오가닉(ROSEMARY OIL CAMPHOR ORGANIC), 로즈마리 오일 튀니지(ROSEMARY OIL TUNISIA), 백단유 인디아(SANDALWOOD OIL INDIA), 백단유 인디아 렉티파이드(SANDALWOOD OIL INDIA RECTIFIED), 산탈롤(SANTALOL), 쉬너스 몰레 오일(SCHINUS MOLLE OIL), 세인트 존 브레드 팅크처 10 PCT(ST JOHN BREAD TINCTURE 10 PCT), 스티락스 레지노이드(STYRAX RESINOID), 스티락스 레지노이드(STYRAX RESINOID), 타게테 오일(TAGETE OIL), 티 트리 하트(TEA TREE HEART), 통카 빈 앱솔루트 50 PCT 솔벤츠(TONKA BEAN ABS 50 PCT SOLVENTS), 통카 빈 앱솔루트(TONKA BEAN ABSOLUTE), 튜브로즈 앱솔루트 인디아(TUBEROSE ABSOLUTE INDIA), 베티버 하트 엑스트라(VETIVER HEART EXTRA), 베티버 오일 하이티(VETIVER OIL HAITI), 베티버 오일 하이티 MD(VETIVER OIL HAITI MD), 베티버 오일 자바(VETIVER OIL JAVA), 베티버 오일 자바 MD(VETIVER OIL JAVA MD), 바이올렛 리프 앱솔루트 이집트(VIOLET LEAF ABSOLUTE EGYPT), 바이올렛 리프 앱솔루트 이집트 데콜(VIOLET LEAF ABSOLUTE EGYPT DECOL), 바이올렛 리프 앱솔루트 프렌치(VIOLET LEAF ABSOLUTE FRENCH), 바이올렛 리프 앱솔루트(VIOLET LEAF ABSOLUTE) MD 50 PCT BB, 웜우드 오일 터펜리스(WORMWOOD OIL TERPENELESS), 일랑 엑스트라 오일(YLANG EXTRA OIL), 일랑 III 오일(YLANG III OIL) 및 이들의 조합을 포함한다.
착색제는 SDC(Society of Dyers and Colourists)에 의한 컬러 인덱스 인터내셔널(Color Index International)에 열거된 것들일 수 있다. 착색제는 염료 및 안료를 포함하고, 착색 텍스타일, 도료, 잉크 및 잉크젯 잉크용으로 통상 이용되는 것들을 포함한다. 이용될 수 있는 몇몇 착색제로는 카로티노이드, 아릴라이드 옐로, 다이아릴라이드 옐로, β-나프톨, 나프톨, 벤즈아미다졸론, 디스아조 축합 안료, 피라졸론, 니켈 아조 옐로, 프탈로사이아닌, 퀴나크리돈, 페릴렌 및 페리논, 아이소인돌리논 및 아이소인돌린 안료, 트라이아릴카보늄 안료, 다이케토피롤로-피롤 안료, 티오인디고이드를 포함한다. 카르티노이드로는, 예를 들어, 알파-카로텐, 베타-카로텐, 감마-카로텐, 라이코펜, 루테인 및 아스타잔틴 안나토 추출물(astaxanthin Annatto extract), 탈수 사탕수수(사탕수수 분말), 칸타잔틴(Canthaxanthin), 카라멜, β-아포-8'-카로테날, 코치닐 추출물(Cochineal extract), 카민, 소듐 구리 클로로필린, 구어진 부분 탈지 조리된 목화씨 가루(Toasted partially defatted cooked cottonseed flour), 글루콘산제일철, 락트산철(Ferrous lactate), 포도색 추출물(Grape color extract), 포도과피 추출물(Grape skin extract)(에노시아니나(enocianina)), 당근 오일, 파프리카, 파프키라 올레오레진, 운모계 진주광택 안료, 리보플라빈, 사프란(Saffron), 이산화티타늄, 토마토 라이코펜 추출물; 토마토 라이코펜 농축물, 강황(Turmeric), 강황 올레오레진, FD&C 블루 제1호, FD&C 블루 제2호, FD&C 그린 제3호, 오렌지 B, 감귤 레드 제2호, FD&C 레드 제3호, FD&C 레드 제40호, FD&C 옐로 제5호, FD&C 옐로 제6호, 알루미나(건조 수산화알루미늄), 탄산칼슘, 칼륨 나트륨 구리 클로로필린(클로로필린-구리 착물), 다이하이드록시아세톤, 비스무트 옥시클로라이드, 페릭 암모늄페로사이아나이드, 페로사이안화철, 수산화크롬 그린, 산화크롬 그린, 구아닌, 파이로필라이트(Pyrophyllite), 탤크, 암모늄 분말, 금분(Bronze powder), 구리 분말, 산화아연, D&C 블루 제4호, D&C 그린 제5호, D&C 그린 제6호, D&C 그린 제8호, D&C 오렌지 제4호, D&C 오렌지 제5호, D&C 오렌지 제10호, D&C 오렌지 제11호, FD&C 레드 제4호, D&C 레드 제6호, D&C 레드 제7호, D&C 레드 제17호, D&C 레드 제21호, D&C 레드 제22호, D&C 레드 제27호, D&C 레드 제28호, D&C 레드 제30호, D&C 레드 제31호, D&C 레드 제33호, D&C 레드 제34호, D&C 레드 제36호, D&C 레드 제39호, D&C 바이올렛 제2호, D&C 옐로 제7호, Ext. D&C 옐로 제7호, D&C 옐로 제8호, D&C 옐로 제10호, D&C 옐로 제11호, D&C 블랙 제2호, D&C 블랙 제3(3)호, D&C 브라운 제1호, Ext. D&C, 크롬-코발트-알루미늄 산화물, 시트르산철 암모늄, 피로갈롤, 로그우드 추출물(Logwood extract), 1,4-비스[(2-하이드록시-에틸)아미노]-9,10-안트라센다이온 비스(2-프로페노익)에스터 공중합체, 1,4-비스[(2-메틸페닐)아미노]-9,10-안트라센다이온, 1,4-비스[4-(2-메타크릴옥시에틸)페닐아미노]안트라퀴논 공중합체, 카바졸 바이올렛, 클로로필린-구리 착물, 크롬-코발트-알루미늄 산화물, C.I. 배트 오렌지 1(C.I. Vat Orange 1), 2-[[2,5-다이에톡시-4-[(4-메틸페닐)티올]페닐]아조]-1,3,5-벤젠트라이올, 16,23-다이하이드로다이나프토[2,3-a:2',3'-i]나프트[2',3':6,7]인돌로[2,3-c]카바졸-5,10,15,17,22,24-헥손, N,N'-(9,10-다이하이드로-9,10-다이옥소-1,5-안트라센다이일)비스벤즈아마이드, 7,16-다이클로로-6,15-다이하이드로-5,9,14,18-안트라진테트론, 16,17-다이메톡시다이나프토(1,2,3-cd:3',2',1'-lm)페릴렌-5,10-다이온, 폴리(하이드록시에틸 메타크릴레이트)-염료 공중합체(3), 반응성 블랙 5, 반응성 블루 21, 반응성 오렌지 78, 반응성 옐로 15, 반응성 블루 제19호, 반응성 블루 제4호, C.I. 반응성 레드 11, C.I. 반응성 옐로 86, C.I. 반응성 블루 163, C.I. 반응성 레드 180, 4-[(2,4-다이메틸페닐)아조]-2,4-다이하이드로-5-메틸-2-페닐-3H-피라졸-3-온(솔벤트 옐로 18), 6-에톡시-2-(6-에톡시-3-옥소벤조[b]티엔-2(3H)-일리덴)벤조[b]티오펜-3(2H)-온, 프탈로사이아닌 그린, 비닐 알코올/메틸 메타크릴레이트-염료 반응 생성물, C.I. 반응성 레드 180, C.I. 반응성 블랙 5, C.I. 반응성 오렌지 78, C.I. 반응성 옐로 15, C.I. 반응성 블루 21, 다이소듐 1-아미노-4-[[4-[(2-브로모-1-옥소알릴)아미노]-2-설포나토페닐]아미노]-9,10-다이하이드로-9,10-다이옥소안트라센-2-설포네이트(반응성 블루 69), D&C 블루 제9호, [프탈로사이아니나토(2-)] 구리 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본 명세서의 실시예 이외 혹은 달리 명확하게 특정되지 않는 한, 본 명세서의 이하의 부분 및 첨부된 특허청구범위에서, 수치 범위, 양, 값 및 퍼센트, 예컨대, 재료, 원소 함량, 시간 및 반응 온도, 양들의 비 및 기타에 대한 것들의 모두는, 용어 "약"이 그 값, 양 혹은 범위에 명확하게 표시되어 있지 않을 수도 있더라도 마치 단어 "약"으로 시작되는 것처럼 읽혀질 수 있다. 따라서, 상반되게 표시되지 않는 한, 이하의 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기술된 수치 파라미터는 본 발명에 의해 얻고자 추구되는 목적으로 하는 특성에 따라서 변할 수 있는 근사치이다. 적어도 또한 특허청구범위의 범주에 대한 등가물의 원칙의 적용을 제한하는 시도로서가 아니라, 각 수치 파라미터는 보고된 유효숫자의 숫자를 감안하여 그리고 통상의 반올림 수법을 적용함으로써 적어도 해석될 필요가 있다.
본 발명의 광범위한 범위를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에서 기술하고 있는 수치는 가능한 한 정확하게 보고되어 있다. 그러나, 어떠한 수치도 반드시 각각의 테스트 측정에 기반하여 발견되는 표준 편차에 기인하는 오차를 고유하게 포함한다. 또한, 수치 범위가 본 명세서에 기술되어 있을 경우, 이들 범위는 인용된 범위의 종말점을 포함한다(예컨대, 종말점이 이용될 수 있다). 중량 퍼센트가 본 명세서에서 이용된 경우, 그 보고된 수치는 전체 중량에 대한 것이다.
또한, 본 명세서에서 인용된 어떠한 수치 범위도 그 안에 포괄되는 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된 것임이 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 인용된 최소값 1과 인용된 최대값 10 사이(이들을 포함함)의, 즉, 1과 동등 혹은 그보다 큰 최소값과 10과 동등 혹은 그보다 작은 최대값을 지니는 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "하나", "한가지" 혹은 "일" 등과 같은 단수 표현은 달리 표시되지 않는 한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하도록 의도된다.
전체적으로 혹은 부분적으로, 본 명세서에 참고로 편입된다고 말한 임의의 특허, 공보 혹은 기타 개시 자료는, 해당 편입된 자료가 본 발명에 기술된 기존의 정의, 진술 혹은 기타 개시 자료와 상충하지 않는 정도로만 본 명세서에 편입된다. 그와 같이 그리고 필요한 정도로, 본 명세서에 명백하게 기술된 바와 같은 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입된 어떠한 상충하는 자료도 대체한다. 본 명세서에 참고로 편입된다고 기재하였지만 본 발명에 기술된 기존의 정의, 진술 혹은 기타 개시 자료와 상충하는 임의의 자료 혹은 그의 일부는 그 편입된 자료와 기존의 개시 자료 간에 상충이 일어나지 않는 정도로만 편입될 것이다.
본 발명은 그의 바람직한 실시형태를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 당업자라면, 형태 및 상세의 각종 변화가 첨부된 특허청구범위에 의해 망라되는 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 그 안에서 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (24)

  1. 여과 방법으로서,
    제1 원심분리기를 이용해서 당화된 바이오매스의 제1 슬러리로부터 고형물의 제1 부분을 제거하여, 제2 슬러리를 생성하는 단계, 및
    제2 원심분리기를 이용해서 상기 제2 슬러리로부터 고형물의 제2 부분을 제거하여, 제3 슬러리를 생성하는 단계를 포함하는, 여과 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 원심분리기는 제1 G-포스(G-Force)에서 작동하고, 상기 제2 원심분리기는 상이한 제2 G-포스, 특히 더 높은 G-포스에서 작동하는, 여과 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 G-포스는 약 500 g 내지 약 3000 g, 또는 약 1000 내지 약 2000 g 또는 약 1500 내지 약 2000 g인, 여과 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 G-포스는 약 2000 g 내지 약 5000 g, 또는 약 2000 g 내지 약 3000 g, 또는 약 2500 내지 약 3500 g인, 여과 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 슬러리는 약 1 중량% 내지 40중량%의 고형물, 또는 약 1 중량% 내지 약 30 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 10중량%의 고형물, 또는 약 3　중량% 내지 9중량%의 고형물을 함유하는, 여과 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 슬러리는 약 1 중량% 내지 약 10중량%의 고형물, 또는 약 2 중량% 내지 약 6 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 4중량%의 고형물을 함유하는, 여과 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 슬러리는 상기 제1 슬러리에 비해서 상기 고형물의 1/2 미만, 또는 약 1/3 미만 또는 약 1/4 미만을 함유하는, 여과 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 슬러리는 약 3중량% 미만의 고형물, 또는 약 2중량% 미만 또는 약 0.1 내지 약 1중량%의 고형물을 함유하는, 여과 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 슬러리는 상기 제2 슬러리에 비해서 상기 고형물의 약 1/2 미만, 또는 약 1/3 미만 또는 약 1/4 미만을 함유하는, 여과 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 슬러리는 100㎛ 초과, 또는 약 50㎛ 초과, 또는 약 10㎛ 초과, 또는 약 5㎛ 초과의 중간값 입자 크기(median particle size)를 갖는, 여과 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 슬러리는 약 100㎛ 미만, 또는 약 50㎛ 미만, 또는 약 10㎛ 미만, 또는 약 5㎛ 미만의 중간값 입자 크기를 갖는, 여과 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 슬러리는 약 10㎛ 미만, 또는 약 5㎛ 미만, 또는 약 1㎛ 미만의 중간값 입자 크기를 갖는, 여과 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 슬러리의 중간값 입자 크기는 상기 제2 슬러리의 중간값 입자 크기보다 큰, 여과 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 슬러리의 중간값 입자 크기는 제3 슬러리의 중간값 입자 크기보다 큰, 여과 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 원심분리기 및/또는 상기 제2 원심분리기를 이용하기 전에, 단백질이 변성되거나 석출되어, 상기 제1 슬러리 및/또는 제2 슬러리로부터 실질적으로 제거(예컨대, 여과 제거)되는, 여과 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 원심분리기 및/또는 상기 제2 원심분리기를 이용하기 전에, 단백질이 제거되지 않고 상기 제1 슬러리 및/또는 제2 슬러리 중에 용해된 재료로서 용액 중에 남아 있는, 여과 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 원심분리기 및/또는 상기 제2 원심분리기를 이용하기 전에, 단백질이 변성되어 상기 제1 슬러리 및/또는 제2 슬러리 중에 현탁액으로서 슬러리 중에 남아 있는, 여과 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 당화된 바이오매스는 상기 제1 원심분리기를 이용해서 상기 제1 고형물을 제거하기 전에 발효되는, 여과 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고형물의 제1 부분을 세척하고, 당해 세척 유체를 상기 제1, 제2 및/또는 제3 슬러리로 되돌리는, 여과 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고형물의 제2 부분을 세척하고, 당해 세척 유체를 상기 제1 슬러리, 상기 제2 슬러리 및/또는 상기 제3 슬러리로 되돌리는, 여과 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 원심분리를 이용해서 상기 제3 슬러리로부터 고형물의 제3 부분을 제거하는 단계를 더 포함하는, 여과 방법.
  22. 슬러리를 가공처리하는 방법으로서,
    당화된 바이오매스 물질을 제1 원심분리기 및 제2 원심분리기를 통해서 가공처리하는 단계를 포함하되, 상기 슬러리는 적어도 10 gal/분, 또는 약 10 내지 약 200 gal/분, 또는 약 25 내지 약 100 gal/분의 평균 속도로 처리되는, 슬러리를 가공처리하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 가공처리는 약 3% 미만의 고형물, 또는 약 2% 미만의 고형물, 또는 약 0.1 내지 약 1% 고형물을 가진 슬러리를 생성하는, 슬러리를 가공처리하는 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 제1 원심분리기는 상기 제2 원심분리기보다 더 높은 G-포스에서 작동되는, 슬러리를 가공처리하는 방법.
KR1020177003326A 2014-07-21 2015-07-21 바이오매스의 가공처리 KR20170030572A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462026742P 2014-07-21 2014-07-21
US62/026,742 2014-07-21
US201462027489P 2014-07-22 2014-07-22
US62/027,489 2014-07-22
PCT/US2015/041320 WO2016014523A1 (en) 2014-07-21 2015-07-21 Processing biomass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170030572A true KR20170030572A (ko) 2017-03-17

Family

ID=55163628

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177003328A KR20170030574A (ko) 2014-07-21 2015-07-21 바이오매스의 가공처리
KR1020177003326A KR20170030572A (ko) 2014-07-21 2015-07-21 바이오매스의 가공처리

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177003328A KR20170030574A (ko) 2014-07-21 2015-07-21 바이오매스의 가공처리

Country Status (17)

Country Link
US (4) US20160201152A1 (ko)
EP (2) EP3171966A4 (ko)
JP (2) JP2017523035A (ko)
KR (2) KR20170030574A (ko)
CN (4) CN111229043A (ko)
AP (2) AP2016009638A0 (ko)
AU (3) AU2015292799B2 (ko)
BR (2) BR112017001206A2 (ko)
CA (2) CA2954896A1 (ko)
CU (2) CU20170006A7 (ko)
EA (2) EA201790035A1 (ko)
IL (2) IL250159A0 (ko)
MX (2) MX2017000871A (ko)
MY (1) MY179671A (ko)
PH (2) PH12016502458A1 (ko)
SG (3) SG11201610702SA (ko)
WO (2) WO2016014511A1 (ko)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10689196B2 (en) 2012-10-10 2020-06-23 Xyleco, Inc. Processing materials
CA2885977A1 (en) 2012-10-10 2014-04-17 Xyleco, Inc. Equipment protecting enclosures
US11326191B2 (en) 2016-11-14 2022-05-10 Lygos, Inc. Process for purification of malonic acid from fermentation broth
DE102017011263B3 (de) * 2017-12-06 2019-05-02 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung eines Mediums
WO2019118370A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Xotramorphic, Llc Compositions, methods, and systems for producing flocculent materials for special effects
WO2019177983A1 (en) * 2018-03-12 2019-09-19 White Dog Labs, Inc. An aqueous fermentation feedstock and a method for the production thereof
CN109499229B (zh) * 2018-12-18 2021-04-02 招金矿业股份有限公司蚕庄金矿 一种尾矿库抑尘喷淋剂及其使用方法
JP7308067B2 (ja) * 2019-04-17 2023-07-13 株式会社日立製作所 細胞培養精製装置及び細胞培養精製方法
KR102347499B1 (ko) * 2019-09-30 2022-01-06 주식회사 디에이치 유기성폐기물을 활용한 바이오 연료 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오 연료 생산 방법
KR102085804B1 (ko) * 2019-09-30 2020-05-26 주식회사 디에이치 바이오매스를 활용한 바이오 연료 생산 시스템 및 이를 이용한 바이오 연료 생산 방법
CN111019731A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 吉林省东辉生物质能源有限公司 一种结合多种农林剩余物的生物质成型燃料及其制备方法
CN111019732A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 吉林省东辉生物质能源有限公司 一种结合多种农林剩余物的生物质成型燃料及其制备方法
CN111606439A (zh) * 2020-06-05 2020-09-01 四川禾海环境技术有限公司 尾菜资源化处置方法及系统
AU2022253147A1 (en) * 2021-04-06 2023-10-26 LignoSol IP Limited Lignin-based compositions and related hydrocarbon separation methods
EP4320207A1 (en) * 2021-04-06 2024-02-14 Lignosol IP Limited Lignin-based compositions and related cleaning methods
CA3206058A1 (en) * 2021-04-06 2022-10-13 Desmond Alexander SOMERVILLE Lignin-based diluent and related methods
CN114195905B (zh) * 2021-12-09 2023-02-03 佛山市南海华昊华丰淀粉有限公司 一种马铃薯淀粉离心加工设备
TWI802273B (zh) * 2022-02-16 2023-05-11 列特博生技股份有限公司 萃取生物分子之裝置及方法
CN114750420A (zh) * 2022-03-24 2022-07-15 咸阳赛福防腐设备有限公司 一种换热器花板的加工工艺
DE102022208467A1 (de) 2022-06-24 2024-01-04 Bilfinger Life Science Gmbh Modulare Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von biotechnologischen Produkten

Family Cites Families (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ185460A (en) * 1976-11-01 1979-07-11 Cpc International Inc Use of bacterial alpha-amylase to separate wheat starch and vital wheat gluten
US5221357A (en) * 1979-03-23 1993-06-22 Univ California Method of treating biomass material
DE3743440A1 (de) * 1987-12-21 1989-06-29 Gauri Kailash Kumar Verfahren zum trennen der geloesten und ungeloesten bestandteile von milch
US7109005B2 (en) * 1990-01-15 2006-09-19 Danisco Sweeteners Oy Process for the simultaneous production of xylitol and ethanol
US5250182A (en) * 1992-07-13 1993-10-05 Zenon Environmental Inc. Membrane-based process for the recovery of lactic acid and glycerol from a "corn thin stillage" stream
US5662810A (en) * 1995-08-29 1997-09-02 Willgohs; Ralph H. Method and apparatus for efficiently dewatering corn stillage and other materials
US6096136A (en) * 1996-10-18 2000-08-01 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Method for producing white sugar
US6406548B1 (en) * 2000-07-18 2002-06-18 Tate & Lyle Industries, Limited Sugar cane membrane filtration process
JP3672258B2 (ja) * 2002-03-22 2005-07-20 株式会社大麦発酵研究所 大麦焼酎蒸留残液を培地に使用したナイシンを著量含有する発酵生産物の製造方法
US7601858B2 (en) * 2004-08-17 2009-10-13 Gs Cleantech Corporation Method of processing ethanol byproducts and related subsystems
US8445236B2 (en) * 2007-08-22 2013-05-21 Alliance For Sustainable Energy Llc Biomass pretreatment
JP2009184894A (ja) * 2008-02-08 2009-08-20 Juon:Kk セルロース系炭化物の製造方法
US8211679B2 (en) * 2008-02-25 2012-07-03 Coskata, Inc. Process for producing ethanol
US20090236285A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 Gas Technology Institute Ethanol separation by a mixed matrix membrane
US20090239288A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 Gas Technology Institute Integrated membrane separation - bioreactor for selective removal of organic products and by-products
EP2840150B1 (en) * 2008-12-09 2019-10-16 Toray Industries, Inc. Method for producing sugar liquid
US8636402B2 (en) * 2009-05-20 2014-01-28 Xyleco, Inc. Processing biomass
US8778433B2 (en) * 2009-05-26 2014-07-15 Fluid Quip, Inc. Methods for producing a high protein corn meal from a whole stillage byproduct
PL2467532T3 (pl) * 2009-08-24 2014-11-28 Abengoa Bioenergy New Tech Llc Sposób wytwarzania etanolu i współproduktów z biomasy celulozowej
US8580934B2 (en) * 2009-08-26 2013-11-12 University Of South Florida Silica-based material for detection and isolation of chitin and chitin-containing microorganisms
CN102656214B (zh) * 2009-12-16 2015-09-16 多姆斯乔工厂股份公司 一定品质的木素磺酸盐以及制备一定品质的木素磺酸盐的方法
CN101748158B (zh) * 2010-02-05 2012-06-13 南京工业大学 一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法
EP2547777B1 (en) * 2010-03-19 2018-06-13 Buckman Laboratories International, Inc Processes using antibiotic alternatives in bioethanol production
JP5728817B2 (ja) * 2010-03-30 2015-06-03 東レ株式会社 キシロース糖液の製造方法
JP5716325B2 (ja) * 2010-03-30 2015-05-13 東レ株式会社 糖液の製造方法及び製造装置
US8906235B2 (en) * 2010-04-28 2014-12-09 E I Du Pont De Nemours And Company Process for liquid/solid separation of lignocellulosic biomass hydrolysate fermentation broth
US8721794B2 (en) * 2010-04-28 2014-05-13 E I Du Pont De Nemours And Company Production of high solids syrup from lignocellulosic biomass hydrolysate fermentation broth
BRPI1100063A2 (pt) * 2010-05-07 2017-04-04 Abengoa Bioenergy New Tech Inc processos para a recuperação de valores de uma massa de fermentação, e para extração de lignina e inorgânicos, e, produtos de sólidos ricos em lignina
US20110312053A1 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Butamax(Tm) Advanced Biofuels Llc Supplementation of fatty acids for improving alcohol productivity
US8192627B2 (en) * 2010-08-06 2012-06-05 Icm, Inc. Bio-oil recovery methods
AU2010359039B2 (en) * 2010-08-13 2016-02-11 Hatch Ltd. Process and facility to treat contaminated process water
US8709770B2 (en) * 2010-08-31 2014-04-29 Iogen Energy Corporation Process for improving the hydrolysis of cellulose in high consistency systems using one or more unmixed and mixed hydrolysis reactors
NZ607405A (en) * 2010-08-31 2013-12-20 Oji Holdings Corp Method for enzymatic saccharification treatment of lignocellulose-containing biomass, and method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass
US20120149076A1 (en) * 2010-12-07 2012-06-14 Terrabon Mix-Alco, Inc. Integration of fermentaiton with membrane
WO2012077697A1 (ja) * 2010-12-09 2012-06-14 東レ株式会社 濃縮糖水溶液の製造方法
MY162571A (en) * 2011-02-18 2017-06-30 Toray Industries Method for producing sugar solution
KR20140033026A (ko) * 2011-03-29 2014-03-17 도레이 카부시키가이샤 당액의 제조 방법
US9371548B2 (en) * 2011-04-14 2016-06-21 Industrial Technology Research Institute Method for producing butyric acid, butanol and butyrate ester
US8413817B2 (en) * 2011-04-26 2013-04-09 Therapeutic Proteins International, LLC Non-blocking filtration system
CN102268490B (zh) * 2011-06-16 2013-03-13 北京化工大学 农林废弃物为原料联产木糖、木糖醇和阿拉伯糖清洁工艺
GB201110471D0 (en) * 2011-06-21 2011-08-03 Univ Manchester Metropolitan Method and apparatus for the production of an arabinoxylan-enriched preparation and other co-products
JP6007791B2 (ja) * 2011-07-29 2016-10-12 東レ株式会社 糖液の製造方法
WO2013077341A1 (ja) * 2011-11-21 2013-05-30 東レ株式会社 セルラーゼの製造方法およびその装置
US8685685B2 (en) * 2012-03-19 2014-04-01 Api Intellectual Property Holdings, Llc Processes for producing fermentable sugars and low-ash biomass for combustion or pellets
DK177818B1 (da) * 2012-04-11 2014-08-11 C F Nielsen As Fremgangsmåde til behandling af en biomasse med et indhold af lignocellulose
AU2013261286B2 (en) * 2012-05-18 2017-09-21 Toray Industries, Inc. Method for producing sugar solution
CA2877520A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 650438 Alberta Ltd. Method and system for separation of suspensions
WO2014065364A1 (ja) * 2012-10-25 2014-05-01 東レ株式会社 有機酸またはその塩の製造方法
US9695381B2 (en) * 2012-11-26 2017-07-04 Lee Tech, Llc Two stage high speed centrifuges in series used to recover oil and protein from a whole stillage in a dry mill process
JP6097553B2 (ja) * 2012-12-25 2017-03-15 川崎重工業株式会社 糖化液の雑菌除去方法及び発酵システム
NZ743055A (en) * 2013-03-08 2020-03-27 Xyleco Inc Equipment protecting enclosures

Also Published As

Publication number Publication date
US20190048428A1 (en) 2019-02-14
EP3171966A4 (en) 2018-03-14
BR112017001212A2 (pt) 2017-11-28
MX2017000870A (es) 2017-03-08
AP2016009637A0 (en) 2016-12-31
EP3171966A1 (en) 2017-05-31
EP3172343A4 (en) 2018-03-07
CN106536760A (zh) 2017-03-22
EP3172343A1 (en) 2017-05-31
SG10201809655WA (en) 2018-11-29
AP2016009638A0 (en) 2016-12-31
JP2017527267A (ja) 2017-09-21
EA201790037A1 (ru) 2017-08-31
AU2015292787A1 (en) 2017-01-05
AU2015292799B2 (en) 2019-06-13
JP2017523035A (ja) 2017-08-17
IL250155A0 (en) 2017-03-30
CU20170005A7 (es) 2017-03-03
CN106488796A (zh) 2017-03-08
US20180355446A1 (en) 2018-12-13
CA2954936A1 (en) 2016-01-28
MY179671A (en) 2020-11-11
CA2954896A1 (en) 2016-01-28
CU20170006A7 (es) 2017-03-03
MX2017000871A (es) 2017-03-08
US20160201151A1 (en) 2016-07-14
PH12016502458A1 (en) 2017-03-06
IL250159A0 (en) 2017-03-30
PH12016502457A1 (en) 2017-03-06
WO2016014511A1 (en) 2016-01-28
US20160201152A1 (en) 2016-07-14
KR20170030574A (ko) 2017-03-17
WO2016014523A1 (en) 2016-01-28
CN111249913A (zh) 2020-06-09
AU2015292799A1 (en) 2017-01-05
BR112017001206A2 (pt) 2017-11-21
CN111229043A (zh) 2020-06-05
AU2019204058A1 (en) 2019-07-04
SG11201610700YA (en) 2017-02-27
SG11201610702SA (en) 2017-02-27
EA201790035A1 (ru) 2017-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2019200695B2 (en) Array For Processing Materials
AU2017203623B2 (en) Processing Materials
AU2015292799B2 (en) Processing biomass
US20180187218A1 (en) Processing biomass
OA18209A (en) Processing biomass.
OA18210A (en) Processing biomass.
OA17215A (en) Processing materials.
OA17214A (en) Processing biomass.