MX2013008370A - Sistemas y metodos para la hidrolisis de biomasa. - Google Patents

Abstract

Se describen sistemas y métodos para tratar biomasa lignocelulósica que será suministrada a un sistema de fermentación para la producción de un producto de fermentación. Los sistemas y métodos comprenden pre-tratar la biomasa en biomasa pre-tratada y separar la biomasa pre-tratada en un componente líquido que comprende azúcares y un componente de sólidos que comprende celulosa y lignina. Los sistemas y métodos también comprenden tratar el componente de sólidos de la biomasa pre-tratada en un componente tratado. La biomasa comprende material lignocelulósico. El tratamiento del componente de sólidos comprende la aplicación de una formulación enzimática y agua de reemplazo para formar una lechada. La formulación enzimática comprende una enzima celulasa. El agua de reemplazo incluye una composición residual delgada clarificada y/o una composición efluente digestora de membrana anaeróbica.

Description

SISTEMAS Y METODOS PARA LA HIDROLISIS DE BIOMASA REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama el beneficio de prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. Serie No. 61/433,864 presentada el 18 de enero, 2011 y titulada "SISTEMAS Y METODOS PARA HIDRÓLISIS D E BIOMASA" cuya descripción se incorpora aquí para referencia. Esta solicitud incorpora por referencia las siguientes solicitudes: Patente de E.U.A. Serie No. 12/716,984 titulada "SISTEMA PARA P RE-TRATAMIENTO DE BIOMASA PARA LA PRODUCCION DE ETANOL", y Patente de E.U.A. Serie No. 61/345,486 titulada "SISTEMA PARA HIDRÓLISIS DE BIOMASA PARA FACILITAR LA PRODUCCION DE ETANOL" presentada el 17 de mayo, 2010.

CAMPO La descripción en cuestión se refiere al tratamiento de biomasa en la producción de etanol. La descripción en cuestión también se refiere al tratamiento de biomasa pre-tratada antes de que se suministre la biomasa pre-tratada a un sistema de fermentación con el fin de facilitar la producción eficiente de etanol.

ANTECEDENTES El etanol puede producirse a partir de materas primas basadas en grano (por ejemplo maíz, sorgo/milo, cebada, trigo, frijoles de soya, etc.), a partir de azúcar (por ejemplo, caña de azúcar, remolachas de azúcar, etc.), y a partir de biomasa (por ejemplo, materias primas celulósicas tales como mijos, mazorcas de maíz y forraje, madera u otro material de plantas).

La biomasa comprende material de planta que puede ser adecuado para uso directo como una fuente de combustible/energía o como una materia prima para procesar en otro bio-producto (por ejemplo, un biocombustible tal como etanol celulósico) producido en una bio-refinería (tal como una planta de etanol). La biomasa puede comprender, por ejemplo, mazorcas de maíz y forraje ( por ejemplo, tallos y hojas) que están disponibles durante o después de la recolección de los centros de maíz, fibra del centro de maíz, mijos, residuo de granja o agrícola, astillas de madera u otro desperdicio de madera, y otro material de planta. Con el fin de utilizarse o procesarse, la biomasa se cosechará y recolectará del campo y se transportará a la ubicación en donde se va a utilizar o procesar.

En una bio-refinería configurada para producir etanol a partir de biomasa, tal como materias primas celulósicas como se indicó anteriormente, se produce etanol a partir de material lignocelulósico (por ejemplo, celulosa y/o hemi-celulosa). La biomasa se prepara para que los azúcares en el material lignocelulósico (tales como glucosa de la celulosa y xilosa de la hemi-celulosa) puedan accederse y fermentarse en un producto de fermentación que comprende etanol (entre otras cosas). El producto de fermentación entonces se envía al sistema de destilación, en donde se recupera el etanol por destilación y deshidratación . Otros bio-productos tales como lignina y ácidos orgánicos también pueden recuperarse como co-productos. La determinación de cómo preparar más eficientemente y tratar la biomasa para la producción en etanol dependerá (entre otras cosas) de la forma y tipo o composición de la biomasa.

Uno de los pasos muy costos en la preparación del material lignocelulósico para la fermentación es la hidrólisis del material celulósico, que requiere el uso de enzimas con el fin de degradar la celulosa a azúcares. Típicamente, se requieren grandes dosis de enzimas para hidrólisis ya que se cree que la lignina puede unirse a algunas de las enzimas las hacen inactivas. Ya que las enzimas son una porción significativa del costo general de hidrólisis, existe una ineficiencia en técnicas convencionales que no ha sido atendida.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Un aspecto se refiere a un método para tratar biomasa lignocelulósica se será suministrada a un sistema de fermentación para la producción de un producto de fermentación. El método comprende pre-tratar la biomasa en la biomasa pre-tratada y separar la biomasa pre-tratada en un componente líquido que comprende azúcares y un componente de sólidos que comprende celulosa y lignina. El método también comprende tratar el componente de sólidos de la biomasa pre-tratada en un componente tratado. La biomasa comprende material lignocelulósico. El tratamiento del componente de sólidos comprende la aplicación de una formulación de enzima y un agente para formar una lechada. La formulación enzimática comprende una enzima celulasa. En algunas modalidades, el agente puede incluir residuo delgado clarificado o efluente de un digestor de membrana anaeróbica.

De acuerdo con una modalidad, el tratar el componente de sólidos libera azúcar. De acuerdo con otra modalidad, pre-tratar la biomasa comprende remojo, en donde el remojo comprende mezclar la biomasa y aplicar ácido sulfúrico a la biomasa.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Con el fin de que los aspectos descritos puedan evaluarse más claramente, algunas modalidades se describirán ahora, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en donde: La Figura 1A es una vista en perspectiva de una bio-ref inería que comprende una instalación de producción de etanol, de acuerdo con algunas modalidades.

La Figura 1B es otra vista en perspectiva de una bio-refinería que comprende una instalación de producción de etanol, de acuerdo con algunas modalidades.

La Figura 2 es un sistema para la preparación de biomasa suministrada a una bio-refinería, de acuerdo con algunas modalidades.

Las Figuras 3A y 3B son modalidades alternas de un diagrama esquemático de la instalación de producción de etanol celulósico, de acuerdo con algunas modalidades.

La Figura 4A es un diagrama de flujo de proceso que ilustra el proceso de pretratamiento, de acuerdo con algunas modalidades.

La Figura 4B es una vista en perspectiva esquemática del proceso de pre-tratamiento, de acuerdo con algunas modalidades.

La Figura 5 es un diagrama de flujo de proceso que ilustra el proceso para la hidrólisis de los sólidos de biomasa C6, de acuerdo con algunas modalidades.

Las Figuras 6A a 6D son diagramas de las condiciones operativas para la hidrólisis de la biomasa de acuerdo a una modalidad ilustrativa.

La Figura 7 es una gráfica ilustrativa para el porcentaje de etanol teórico generado a partir de biomasa bajo varios tratamientos de procesos, de acuerdo con algunas modalidades.

La Figura 8 es una gráfica de los resultados de hidrólisis de biomasa con y sin un agente aditivo residual delgado clarificado, de acuerdo a una modalidad ilustrativa.

La Figura 9 es una gráfica de los resultados de la hidrólisis de biomasa con un agente aditivo residual delgado clarificado, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.

La Figura 10 es una gráfica de la glucosa residual después de la fermentación de la biomasa sometida a hidrólisis con niveles variables de un agente aditivo residual delgado clarificado, de acuerdo a una modalidad ilustrativa.

La Figura 11 es una gráfica de los resultados de hidrólisis de biomasa con un agente aditivo de efluente de biorreactor de membrana anaeróbica, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.

La Figura 12 es una gráfica de la glucosa residual después de fermentación de biomasa sometida a hidrólisis con niveles variables de un agente aditivo de efluente de biorreactor de membrana anaeróbica, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.

La Figura 13 es un cuadro de los resultados de hidrólisis de biomasa con concentraciones variables de agente aditivo de efluente de biorreactor de membrana anaeróbica y agente aditivo residual delgado clarificado, de acuerdo con una modalidad ilustrativa.

Los Cuadros 1A y 1B enlistan la composición de biomasa que comprende material de planta lignocelulosica de la planta de maíz de acuerdo a modalidades ilustrativas y representativas.

Los Cuadros 2A y 2B enlistan la composición del componente líquido de biomasa pre-tratada de acuerdo con modalidades ilustrativas y representativas.

Los Cuadros 3A y 3B enlistan la composición del componente de sólidos de biomasa pre-tratada de acuerdo con modalidades ilustrativas y representativas.

DESCRIPCION DE LAS MODALIDADES Se describirán ahora con detalle los varios aspectos con referencia a varias modalidades de la misma como se ilustra en los dibujos anexos. En la siguiente descripción, se definen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar un entendimiento completo de las modalidades de uno o más aspectos. Será evidente, sin embargo, para algunos expertos en la técnica, que las modalidades pueden practicarse sin algunos o todos estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito pasos y/o estructuras de proceso bien conocidos con detalle con el fin de no obscurecer innecesariamente los varios aspectos. Las características y ventajas de las modalidades pueden entenderse mejor con referencia a los dibujos y discusiones a continuación.

Los aspectos se refieren a sistemas y métodos para la hidrólisis de enzima de la porción sólida de hidrolizado lignocelulósico utilizando la adición de un agente con el fin de reducir requisitos de carga de enzima y aumentar la eficiencia. Varios aspectos aquí descritos facilitan el tratamiento de biomasa en la producción de etanol. Los aspectos también proporcionan eficiencias de mejora de la hidrólisis de celulosa. Los sistemas y métodos de los aspectos aquí descritos proporcionan medios de costo efectivo para aumentar la eficiencia de la conversión de materiales celulósicos en azúcares fermentables.

Haciendo referencia a la Figura 1A, se muestra una bio- refinería ilustrativa 100 que comprende una instalación de producción de etanol configurada para producir etanol a partir de biomasa. La bio-refinería 100 ilustrativa comprende un área en donde se suministra biomasa y se prepara para suministrarse a la instalación de producción de etanol. La instalación de producción de etanol celulósico comprende un aparato para preparación 102, pre-tratamiento 104 y tratamiento de la biomasa en biomasa tratada adecuada para la fermentación en producto de fermentación en un sistema de fermentación 106. La instalación de producción de etanol celulósico comprende un sistema de destilación 108 en el cual se destila el producto de fermentación y deshidrata en etanol. Como se mostró en la Figura 1A, un sistema de tratamiento de desperdicio 110 (mostrado como comprendiendo un digestor anaeróbico y un generador) puede ser incluido en la bio-refinería 100. De acuerdo con otras modalidades alternativas, el sistema de tratamiento de desperdicio puede comprender otro equipo configurado para tratar, procesar, y recuperar componentes del proceso de producción de etanol celulósico, tal como una caldera de combustible sólido/residual, digestor anaeróbico u otros reactores bioquímicos o químicos.

Como se muestra en la Figura 1B, de acuerdo con una modalidad ilustrativa, una bio-refinería 112 puede comprender una instalación de producción de etanol celulósico 114 (que produce etanol a partir de material lignocelulósico y componentes de la planta de maíz) co-localizados con una instalación de producción de etanol basado en maíz 116 (que produce etanol a partir de almidón contenido en el componente de endospermo del centro de maíz). Como se indica en la Figura 1B, al co-localizar las dos instalaciones de producción de etanol, pueden compartirse ciertos sistemas de planta, por ejemplo, sistemas para deshidratación, almacenamiento, desnaturalización y transportación de etanol, sistemas de generación de energía/combustible a energía, sistemas de manejo y control de planta, y otros sistemas. La fibra de maíz (un componente de núcleo de maíz), que puede hacerse disponible cuando se prepara el núcleo de maíz para molienda (por ejemplo, por fraccionamiento) en la instalación de producción de etanol basado en maíz, puede suministrarse a la instalación de producción de etanol como una matera prima. Fuentes de combustible y energía tal como metano o lignina a partir de la instalación de producción de etanol celulósico pueden utilizarse para suministrar energía a cualquier o ambas instalaciones co-localizadas. De acuerdo con otras modalidades alternativas, una bio-refinería (por ejemplo, una instalación de producción de etanol celulósico) puede co-localizarse con otros tipos de plantas e instalaciones, por ejemplo una planta de energía eléctrica, una instalación de tratamiento de desperdicio, un molino de madera, una planta de papel, o una instalación que procesa productos agrícolas.

Haciendo referencia a la Figura 2, se muestra un sistema 200 para la preparación de biomasa suministrada a la bio-refinería. El sistema de preparación de biomasa puede comprender un aparato para recepción/descarga de la biomasa, limpieza (por ejemplo remoción de material extraño), trituración (por ejemplo, molienda, reducción o densificación), y transporte y transportación para procesamiento en la planta. De acuerdo con una modalidad ilustrativa, la biomasa en la forma de mazorcas de maíz y rastrojo puede suministrarse a la bio-refinería y almacenarse 202 (por ejemplo, en fardos, pilas o recipientes, etc.) y manejarse para usarse en la instalación. De acuerdo con una modalidad ilustrativa, la biomasa puede comprender de al menos aproximadamente 20 a 30 porciento de mazorcas de maíz (en peso) con rastrojo de maíz y otro material. De acuerdo con otras modalidades ilustrativas, el sistema de preparación 204 de la bio-refinería puede configurarse para preparar cualquiera de una gran variedad de tipos de biomasa (por ejemplo, material de planta) para tratamiento y procesamiento en etanol y otros bio-productos en la planta.

Haciendo referencia a las Figuras 3A y 3B, se muestran modalidades alternas de un diagrama esquemático de la instalación de producción de etanol celulósico 300a y 300b. De acuerdo con algunas modalidades, se prepara y se limpia la biomasa que comprende material de planta a partir de la planta de maíz en un sistema de preparación. Después de la preparación, la biomasa se mezcla con agua en una lechada y es pre-tratada en un sistema de pre-tratamiento 302. En el sistema de pre-tratamiento 302, la biomasa es dividida (por ejemplo, por hidrólisis) para facilitar la separación 304 en un componente líquido (por ejemplo, una corriente que comprende azúcares C5, conocidos como licor de pentosa) y un componente de sólidos (por ejemplo, una corriente que comprende celulosa de la cual se pueden hacer disponibles los azúcares C6). El componente líquido que contiene azúcar C5 (corriente C5 o licor de pentosa) puede tratarse en un sistema de tratamiento de limpieza de pentosa 306. En una forma similar, el componente de sólidos pre-tratado que contiene azúcar C6 puede tratarse en un sistema de tratamiento de sólidos utilizando hidrólisis de enzima 308 para generar azúcares. De acuerdo con u na modalidad, puede realizarse la hidrólisis (tal como hidrólisis de enzima) para acceder a los azúcares C6 en la celulosa; el tratamiento también puede realizarse en una esfuerzo por remover lignina y otros componentes no fermentables en la corriente C6 (o para remover componentes tales como ácido residual o ácidos que pueden ser inhibidores para una fermentación eficiente). La eficiencia de hidrólisis de enzima puede aumentar a través de la adición de un agente. Tales agentes pueden incluir efluente de digestor de membrana anaeróbica, residuo delgado clarificado, pasta húmeda, residuo entero, otra fuente de proteína viable, o combinaciones de los mismos. Se describirán a continuación detalles del tratamiento de los sólidos C6.

De acuerdo con las modalidades de la Figura 3A, el licor de pentosa tratado entonces puede fermentarse en un sistema de fermentación de pentosa 310, y el producto de fermentación puede suministrarse a un sistema de destilación de pentosa 314 para recuperación de etanol. En una forma similar, los sólidos tratados, que no incluyen cantidades substanciales de azúcares C6, pueden suministrarse a un sistema de fermentación de hexosa 312, y el producto de fermentación puede suministrarse a un sistema de destilación de hexosa 316 para la recuperación de etanol. El residuo de la destilación entonces puede tratarse en un sistema de separación de lignina 322 para generar un componente líquido y una pasta húmeda sólida. La pasta húmeda entonces puede suministrarse a un Biorreactor de Membrana Anaeróbica (AnMBR) 324 para tratamiento adicional. En algunas modalidades, el efluente del biorreactor de membrana anaeróbica 324 puede reciclarse al tanque de hidrólisis de enzima 308 como un agente aditivo.

En la modalidad alterna de la Figura 3B, el licor de pentosa tratado resultante y los sólidos tratados pueden combinarse después del tratamiento (por ejemplo, como una lechada) para la co-fermentación en un sistema de fermentación 318. El producto de fermentación del sistema de fermentación 318 se suministra a un sistema de destilación combinado 320 en donde el etanol es recuperado. De acuerdo con cualquier modalidad, puede utilizarse un organismo de fermentación adecuado (etanológeno) en el sistema de fermentación. De acuerdo con algunos aspectos, la selección de un etanológeno puede basarse en varias consideraciones, tales como los tipos predominantes de azúcares presentes en la lechada. La deshidratación y/o desnaturalización del etanol producido a partir de la corriente C5 y la corriente C6 puede realizarse ya sea separadamente o en combinación. Como con las modalidades previamente descritas, el residuo de la destilación puede tratarse en un sistema de separación de lignina 322 para generar un componente líquido y una pasta húmeda sólida. La pasta húmeda puede suministrarse a un Biorreactor de Membrana Anaeróbica (AnMBR) 324 para tratamiento adicional. En algunas modalidades, el efluente del biorreactor de membrana anaeróbica 324 puede reciclarse al tanque de hidrólisis de enzima 308 como un agente aditivo.

Durante el tratamiento de la corriente C5 y/o C6, los componentes pueden procesarse para recuperar subproductos, tales como ácidos orgánicos y lignina. Los componentes removidos durante el tratamiento y producción de etanol a partir de la biomasa de cualquiera o ambas de la corriente C5 y la corriente C6 (o en destilación) pueden tratarse o procesarse en bio-productos o en combustible (tal como lignina para una caldera de combustible sólido o metano producido por el tratamiento de materia residual/removida tal como ácidos y lignina en un digestor a naeróbico) o recuperarse para uso o reutilización.

De acuerdo con una modalidad, la biomasa comprende material de planta de la planta de maíz, tal como mazorcas de maíz, cáscaras de planta de maíz y hojas de planta de maíz y tallos de maíz (por ejemplo, por lo menos la mitad superior o tres cuartos de porción del tallo). De acuerdo con algunos aspectos, la composición del material de planta (por ejemplo, celulosa, hemicelulosa y lignina) será aproximadamente como se indica en los Cuadros 1A y 1B (por ejemplo, después de al menos la preparación inicial de la biomasa, incluyendo la remoción de cualquier material extraño). De acuerdo con una modalidad, el material de planta comprende mazorcas de maíz, cáscaras/hojas y tallos... Por ejemplo, el material de planta puede comprender (en peso) hasta 100 porciento de mazorcas, hasta 100 porciento de cáscaras/hojas, aproximadamente 50 porciento de mazorcas y aproximadamente 50 porciento de cáscaras/hojas, aproximadamente 30 porciento de mazorcas y aproximadamente 50 porciento de cáscaras/hojas y aproximadamente 20 porciento de tallos, o cualquiera de una gran variedad de otras combinaciones de mazorcas, cáscaras/hojas y tallos de la planta de maíz, Ver Cuadro 1A. De acuerdo con una modalidad alternativa, el material de planta lignocelulósica puede comprender fibra del núcleo de maíz (por ejemplo, en alguna combinación con otro material de planta). El Cuadro 1B proporciona varios rangos que se cree que son representativos de la composición de biomasa que comprende el material lignocelulósico de la planta de maíz. De acuerdo con modalidades ilustrativas, el material de planta lignocelulósico de la biomasa (de la planta de maíz) puede comprender (en peso) celulosa de aproximadamente 30 a 55 porciento, hemicelulosa de aproximadamente 20 a 50 porciento, y lignina de aproximadamente 10 a 25 porciento. De acuerdo a otra modalidad ilustrativa, el material de planta lignocelulósica de la biomasa (por ejemplo, mazorcas, cáscaras/hojas y porciones de tallo de la planta de maíz) puede comprender (en peso) celulosa de aproximadamente 35 a 45 porciento, hemicelulosa de aproximadamente 24 a 42 porciento, y lignina de aproximadamente 12 a 20 porciento. De acuerdo con una modalidad particular, el pre-tratamiento de la biomasa puede generar un componente líquido que comprende (en peso) xilosa a no más de aproximadamente 1.0 porciento y un componente de sólidos que comprende (en peso) celulosa (de la cual puede hacerse disponible la glucosa) a no más de aproximadamente 45 porciento.

Las Figuras 4A y 4B muestran aparatos 400, 450 que pueden utilizarse para la preparación, pre-tratamiento y separación de biomasa lignocelulósica de acuerdo con una modalidad ilustrativa. Como se muestra, la biomasa se prepara en un molino 402 (por ejemplo, un molino u otro aparato o molino adecuado). El pre-tratamiento de la biomasa preparada se realiza en un recipiente de reacción 404 (o juego d e recipientes de reacción 454) suministrado con biomasa preparada y ácido/agua en una concentración predeterminada (o pH) y otras condiciones operativas. La biomasa pre-tratada puede separarse en un separador 406. Como se muestra en la Figura 4B, la biomasa pre-tratada puede separarse en un centrífuga 456 en un componente líquido (corriente C5 que comprende principalmente líquidos con algunos sólidos) y un componente de sólidos (corriente C6 que comprende líquidos y sólidos tales como lignina y celulosa de los cuales puede hacerse disponible glucosa por tratamiento adicional).

De acuerdo con una modalidad, el pre-tratamiento de biomasa puede realizarse como se describe en la Patente de E.U.A. Serie No. 12/716,984 titulada "SISTEMA PARA PRE-TRATAMIENTO DE BIOMASA PARA LA PRODUCCION DE ETANOL", que se incorpora para referencia en su totalidad.

De acuerdo con una modalidad, en el sistema de pre-tratamiento puede aplicarse un ácido a la biomasa preparada para facilitar la división de la biomasa para la separación en el componente líquido (licor de pentosa) (corriente C5 de la cual puede recuperarse azúcares C5 fermentables) y el componente de sólidos (corriente C6 de la cual pueden accederse a los azúcares C6 fermentables). De acuerdo con algunas modalidades, el ácido puede aplicarse a la biomasa en un recipiente de reacción bajo condiciones operativas determinadas (por ejemplo, concentración de ácido, pH, temperatura, tiempo, presión, carga de sólidos, velocidad de flujo, suministro de agua o vapor de proceso, etc.) y la biomasa puede agitarse/mezclarse en el recipiente de reacción para facilitar la división de la biomasa. De acuerdo con modalidades ilustrativas, un ácido tal como ácido sulfúrico, ácido hidroclórico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido acético, etc. (o una formulación/mezcla de ácidos) puede aplicarse a la biomasa. De acuerdo con una modalidad particular, puede aplicarse el ácido sulfúrico a la biomasa en el pre-tratamiento. De acuerdo con una modalidad particular, la biomasa preparada puede pre-tratarse con aproximadamente 0.8 a 1.5 porciento de ácido (tal como ácido sulfúrico) y aproximadamente 12 a 25 porciento de sólidos de biomasa a una temperatura de aproximadamente 100 a 180 grados Celsius durante aproximadamente 5 a 180 minutos. El pre-tratamiento también puede comprender un paso de explosión de vapor, en donde la biomasa se calienta a y se mantiene a (por ejemplo, tiempo de espera) a aproximadamente 150 a 165 grados Celsius bajo presión (por ejemplo, 7.03 kg/cm2) a un pH de aproximadamente 1.4 a 1.6 durante 1 a 15 minutos, y la presión se libera para ayudar además en la división de celulosa. Después del pre-tratamiento la biomasa pre-tratada se separa en un componente de sólidos (C6) y un componente de licor de pentosa líquido (C5), como se muestra en las Figuras 4A y 4B.

El componente de licor de pentosa líquido (corriente C5) comprende agua, azúcares disueltos (tales como xilosa, arabinosa y glucosa) para hacerse disponible para fermentación en etanol, ácidos y otros componentes solubles recuperados de la hemicelulosa. (El Cuadro 2B proporciona rangos típicos y esperados que se cree que son representativos de la composición de biomasa que comprende material lignocelulósico de la planta de maíz). De acuerdo con una modalidad ilustrativa, el componente líquido puede comprender de aproximadamente 5 a 7 porciento de sólidos (por ejemplo, sólidos suspendidos/residuales tales como hemicelulosa parcialmente hidrolizada, celulosa y lignina). De acuerdo con una modalidad particular, el componente líquido puede comprender al menos de 2 a 4 porciento de xilosa (en p eso). De acuerdo con o tras modalidades ilustrativas, el componente líquido puede comprender no más de 1 a 2 porciento de xilosa (en peso). Los Cuadros 2A y 2B enlistan la composición del componente líquido de biomasa pre-tratada (a partir de la biomasa preparada como se indica en los Cuadros 1A y 1B) de acuerdo con modalidades ilustrativas y representativas.

El componente de sólidos (corriente C6) comprende agua, ácidos, y sólidos tales como celulosa de la cual el azúcar, tal como glucosa, puede hacerse disponible para la fermentación en etanol, y lignina. (El Cuadro 3B proporciona rangos que pueden ser representativos de la composición de biomasa que comprende material lignocelulósico a partir de la planta de maíz). De acuerdo con una modalidad ilustrativa, el componente de sólidos puede comprender de aproximadamente 10 a 40 porciento de sólidos (en peso) (después de separación). De acuerdo con una modalidad particular, el componente de sólidos puede comprender de aproximadamente 20 a 30 porciento de sólidos (en peso). De acuerdo con otra modalidad, los sólidos en el componente de sólidos pueden comprender no más de 30 porciento de celulosa y el componente de sólidos también puede comprender otros azúcares disueltos (por ejemplo, glucosa y xilosa). Los Cuadros 3A y 3B enlistan la composición del componente de sólidos de biomasa pre-tratada (de la biomasa preparada como se indica en ios Cuadros 1A y 1B) de acuerdo con modalidades ilustrativas y representativas.

Haciendo referencia a la Figura 5, después de la separación del componente líquido C5 de los sólidos C6, los sólidos además pueden tratarse en un sistema de hidrólisis enzimática 500. De acuerdo con una modalidad, después del pre-tratamiento, el componente de sólidos (C6) se suministra a un recipiente 502 para hidrólisis enzimática (o sacarificación) junto con enzimas, agentes, y agua. Las enzimas pueden facilitar la división de celulosa pre-tratada en azúcar (por ejemplo glucosa) para generar un producto de hidrólisis enzimática. El producto de hidrólisis enzimática rico en azúcar entonces puede fermentarse en etanol, o utilizarse para cualquier otro proceso corriente abajo.

En algunas modalidades, los sólidos C6 pueden someterse a un proceso de hidrólisis y fermentación secuencial (SHF), en donde los sólidos se someten a una hidrólisis d e enzima (con una conversión de glucano de al menos 80%) seguido por una fermentación. Mientras se requiere un proceso de dos pasos, con el aspecto SHF puede realizarse la hidrólisis de enzima a un pH y temperatura óptimos para la conversión de celulosa a azúcares. Típicamente, para SHF, los sólidos son tratados a aproximadamente 50 grados Celsius, pH 5.5 y 15% de lechada de sólidos en total con celulasa.

Alternativamente, los sólidos C6 pueden someterse a un proceso de sacarificación y fermentación simultánea (SSF) en donde la hidrólisis de enzima y fermentación se realizan aproximadamente al mismo tiempo. La sacarificación y fermentación simultáneas pueden realizarse a temperaturas adecuadas para la producción de etanol por levadura (por ejemplo, aproximadamente 37°C) que puede ser menor que lo óptimo para la enzima celulasa. Como tal, puede reducirse la eficiencia de enzima. Tanto para unión de SSF y SHF de las enzimas de celulasa a lignina puede ser un asunto particular ya que, dependiendo de la materia prima utilizada, la lignina puede dispersarse sobre los sólidos después de pre-tratamiento de ácido diluido, como se discutió anteriormente. Esto puede ser particularmente problemático cuando se utiliza biomasa de rastrojo de maíz como una materia prima.

De acuerdo con una modalidad ilustrativa, una formulación enzimática que comprende una enzima capaz de hidrolizar celulosa se suministra al componente de sólidos (C6) para facilitar la hidrólisis de enzima, por ejemplo la sacarificación por acción de enzima de la celulosa polimérica (por ejemplo, glucano polimérico) en azúcares monoméricas accesibles (por ejemplo, glucosa monomérica). Un ejemplo de tal enzima de celulosa es Cellic (CTec (por ejemplo, NS22074) de Novozymes North America, Inc. de Franklinton, Carolina del Norte. La cantidad o carga (dosis) de formulación enzimática puede variar como una condición de operación. De acuerdo con una modalidad ilustrativa, pueden agregarse de aproximadamente 2 a 12 miligramos de proteina de enzima por gramo de celulosa. De acuerdo con una modalidad particular, pueden agregarse de aproximadamente 3 a 9 miligramos de proteína de enzima por gramo de celulosa. De acuerdo con algunos aspectos, se utiliza la adición de agentes para reforzar las eficiencias de enzima para la hidrólisis enzimática de materiales que contienen celulosa. Dado que las enzimas son responsables de una gran porción del costo asociado con la hidrólisis de materiales de celulosa, reducir la carga de enzima requerida, o ganar eficiencia de conversión de celulosa, puede ser benéfico en el mercado.

Como tal, las modalidades aquí descritas están dirigidas a la adición de agentes al recipiente de reacción 502 con el fin de mejorar la eficiencia y generación de hidrólisis enzimática de celulosa pre-tratada. Los sólidos pre-tratados incluyen lignina y otros materiales que pueden unir proteínas. Cuando se agregan enzimas al recipiente de reacción 502 alguna porción de estas enzimas se unen mediante lignina y/u otras partículas. Esto puede hacer a las enzimas unidas menos eficientes, o incluso inactivas. Como tal, la eficiencia de enzima de la hidrólisis completa disminuye. Con el fin de superar esta reducción en eficiencia, tradicionalmente se agregó un mayor nivel de enzimas.

Cuando se proporciona la adición de otra fuente de proteína, a manera de un agente, estas proteínas pueden competir con sitios de unión sobre el material de lignina. Esto da como resultado menos unión de las enzimas y un aumento correlacionado en eficiencia de hidrólisis. Posibles fuentes de subproductos ricos en proteína en una planta de etanol incluyen residuo delgado, efluente de biorreactor de membrana anaeróbica (AnMBR), pasta húmeda, residuo entero y otros subproductos. Ejemplos particulares de aditivos de agente para la mejora de eficiencia de hidrólisis se discutirán con mayor detalle a continuación.

De acuerdo con una primera modalidad, el agente puede comprender una composición residual delgada a partir de una instalación de producto de etanol convencional (por ejemplo, basado en maíz). De acuerdo con una modalidad particular, el agente puede comprender un residuo delgado clarificado de una instalación de producción de etanol convencional (por ejemplo basado en maíz). El residuo delgado clarificado puede producirse de residuo delgado por remoción substancialmente de todos los sólidos y aceite contenido en el residuo delgado. El residuo delgado clarificado comprende esencialmente agua y componentes solubles del residuo delgado. De acuerdo con una modalidad, el agente comprende como un componente activo al menos una parte de los componentes solubles comprendidos en el residuo delgado.

De acuerdo con una segunda modalidad, el agente puede comprender una composición efluente del biorreactor de membrana anaeróbica de una instalación de producción de etanol celulósico (por ejemplo basado en biomasa). La pasta de lignina que resulta después de la destilación en la planta de etanol basado en biomasa se digiere en un tipo de biorreactor de membrana anaeróbica. La digestión de los materiales de pasta húmeda por microorganismos anaeróbicos mantiene substancialmente el valor de nutriente del material. La membrana separa el efluente relativamente limpio de los sólidos y microorganismos. El efluente del digestor puede tener altos niveles de substancias poliméricas extracelulares (EPS) que incluyen proteína, lípidos, y ácidos nucleicos.

Los componentes de proteína activa que están presentes en el residuo delgado y el efluente de biorreactor de membrana anaeróbica también pueden estar presentes en otros productos de fermentación o co-productos e intermediarios tales como cerveza, residuo entero, pasta húmeda, jarabe, granos de destilador de versiones anteriores y secos (con o sin solubles), cualquiera de los cuales puede utilizarse como un componente del agente, de acuerdo con una modalidad. De acuerdo con una modalidad alternativa, el agente puede comprender licor de maceración de germen de maíz, que puede producirse al remojar germen de maíz (producido por ejemplo en un sistema de fraccionamiento de núcleos de maíz) en agua o líquido basado en agua. Otros agentes (por ejemplo, hidróxido de potasio o hidróxido de sodio para ajuste de pH) también pueden suministrarse al recipiente de tratamiento.

La cantidad de residuo delgado, residuo delgado clarificado, y/o efluente de biorreactor de membrana anaeróbica aplicado al tratamiento del componente de sólidos (C6) puede variar de aproximadamente 1 a 90 porciento de todo el líquido presente, de acuerdo con una modalidad ilustrativa. De acuerdo con una modalidad, la cantidad de residuo delgado, residuo clarificado, o un efluente de biorreactor de membrana anaeróbica puede variar de aproximadamente 20 a 70 porciento de todo el líquido presente.

Las Figuras 6A a 6D muestran condiciones operativas para parámetros en cuestión para el tratamiento del componente de sólidos de biomasa pre-tratada para hidrolizar la celulosa en azúcar de acuerdo con una modalidad ilustrativa. Se muestran condiciones operativas en la forma de rangos anidados que comprenden un rango operativo aceptable (el rango exterior/amplio mostrado), un rango operativo ilustrativo (el rango medio mostrado), y un rango operativo ilustrativo específico (el rango interior/estrecho mostrado) para cada condición o parámetro en cuestión.

De acuerdo con una modalidad ilustrativa, la temperatura durante el tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 30 a 60 grados Celsius. De acuerdo con una modalidad, la temperatura durante el tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 45 a 55 grados Celsius. De acuerdo con una modalidad particular, la temperatura durante el tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 49 a 51 grados Celsius.

De acuerdo con una modalidad ilustrativa, el tiempo de tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 48 a 144 horas. De acuerdo con una modalidad, el tiempo de tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 60 a 120 horas, y de acuerdo con una modalidad particular, el tiempo de tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 72 a 96 horas.

De acuerdo con una modalidad ilustrativa, el contenido de sólidos del componente de sólidos (C6) suministrado al sistema de tratamiento puede ser de aproximadamente 5 a 25 porciento en peso. De acuerdo con una modalidad, el contenido de sólidos del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 10 a 20 porciento en peso. De acuerdo con una modalidad particular, el contenido de sólidos del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 12 a 17 porciento en peso.

De acuerdo con una modalidad ilustrativa, el pH durante el tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 4.8 a 6.2. De acuerdo con una modalidad, el pH durante el tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 5.2 a 5.8. De acuerdo con una modalidad particular, el pH durante el tratamiento del componente de sólidos (C6) puede ser de aproximadamente 5.4 a 5.6.

Como se ilustra en la gráfica de la Figura 7, un rendimiento de glucosa que puede lograrse durante la hidrólisis de enzima de biomasa (por ejemplo mazorcas, cáscaras, hojas y/o tallos de maíz) utilizando enzimas de celulosa disponibles sin la adición de residuo delgado, residuo delgado clarificado, o efluente de biorreactor de membrana anaeróbica puede estar en el rango de aproximadamente 35 a 40 porciento de rendimiento de glucosa teórico (por ejemplo, calculado) 702 para sacarificación y fermentación simultáneas (SSF) 704 y entre aproximadamente 55 a 70 porciento de rendimiento de glucosa teórica para hidrólisis y fermentación secuenciales (SHF) 704. Los rendimientos de glucosa exactos pueden variar dependiendo de procedimientos de pre-tratamiento. Por ejemplo, como se ilustra en la gráfica, la inclusión de pre-tratamiento de explosión de vapor, como se describió anteriormente, puede aumentar los rendimientos de conversión de glucosa para biomasa procesada de SHF. De acuerdo con modalidades, un aumento de hasta 45 a 110 porciento en rendimiento de glucosa durante la hidrólisis de enzima puede lograrse a través de la adición de un agente de unión de lignina, tal como residuo delgado clarificado y/o efluente de biorreactor membrana anaeróbica (AnMBR).

Ejemplos Se condujo una serie de ejemplos limitados, de acuerdo con una modalidad ilustrativa del sistema en un esfuerzo por evaluar el efecto de utilizar varios agentes en el tratamiento del componente de sólidos (C6). Se condujeron experimentos y pruebas para evaluar los rendimientos de glucosa para hidrólisis C6 con la adición de varios agentes. Se hicieron los siguientes ejemplos para proporcionar claridad a algunas modalidades de sistemas y medios de operación y no pretenden limitar el alcance de los aspectos descritos.

El sistema utilizado para los ejemplos comprende un recipiente de reacción controlado por temperatura y un tubo de presión. La biomasa que comprende aproximadamente 35 porciento de mazorca, 45 porciento de cascaras y hojas, y 20 porciento de tallos fue pre-tratada al remojar con aproximadamente 1 a 1.3 porciento de ácido (por ejemplo, ácido sulfúrico) a 140 grados Celsius con 14.3 porciento de sólidos durante 50 minutos y por explosión de vapor a un pH 1.5, aproximadamente a 154 grados Celsius y el tiempo de espera de 4 minutos. La lechada de biomasa pre-tratada se suministró a los recipientes de reacción junto con agua de reemplazo y enzimas para alcanzar 12 a 15 porciento de sólidos y se estudió para conversión de celulosa a glucosa. También se midieron los rendimientos de fermentación para el producto de hidrólisis resultante.

Ejemplo 1 En el primer ejemplo, la biomasa pre-tratada se suministró a dos recipientes de reacción con agua de reemplazo. El agua de reemplazo en un recipiente consistió de agua, y el agua de reemplazo en otro recipiente consistió de 40 porciento de agua y 60 porciento de residuo delgado clarificado. El residuo delgado clarificado se generó al centrifugar residuo delgado (7 porciento de sólidos) a 5000 rpm durante 20 minutos. Después de la centrifugación, están presentes tres capas: una pella sólida, una capa media líquida, y una capa superior de emulsión de aceite. La capa líquida media contiene 4 porciento de sólidos y se considera residuo delgado clarificado. Esta capa se removió y se utilizó para los siguientes ejemplos.

El pH de la lechada se ajustó a 5.5 con hidróxido de potasio y aproximadamente 7.2 mg de formulación de enzima conteniendo celulasa (por ejemplo Cellic CTec2, disponible de Novozymes North America, Inc. de Franklinton, Carolina del Norte) por gramo de celulosa se agregaron a cada recipiente. Se condujo hidrólisis de enzima a 50 grados Celsius. Se midió la cantidad de glucosa en cada recipiente a 0, 24, 48, 72, y 96 horas mediante cromatografía líquida de alta presión (HPLC).

Se observó que a 96 horas el rendimiento de glucosa de la biomasa con agua únicamente fue de aproximadamente 52.6 porciento de teórico, y el rendimiento de glucosa de la biomasa con agua y residuo delgado clarificado fue aproximadamente 76.1 porciento. El uso de residuo delgado clarificado en hidrólisis de enzima de biomasa resultó en un aumento de rendimiento de aproximadamente 45 porciento. Los resultados se muestran en la Figura 8.

Ejemplo 2 En el segundo ejemplo, se condujo un estudio de respuesta de dosis para determinar el nivel óptimo de residuo delgado clarificado (CTS) en sacarificación a dos dosificaciones de enzima: 5.6 y 8.4 mg de formulación enzimática que contiene celulasa por gramo de glucano. Se utilizó una enzima Ctec2. El residuo delgado clarificado se utilizó a 0 (control) 10, 20, 30, 40, 50, y 60 porciento del agua de reemplazo e n la lechada de sólidos total de 15%. La sacarificación se ejecutó durante 96 horas a 50°C, pH inicial de 5.5 seguido por una fermentación de 48 horas a 72 horas a 32°C, pH inicial de 5.5. Los resultados de la glucosa total (% p/v) 902 se gráfico contra la concentración del residuo delgado clarificado (CTS) 904 utilizado en el agua de reemplazo, como se muestra en la gráfica ilustrativa de la Figura 9.

Los resultados de nuevo indican que el uso de residuo delgado clarificado mejora significativamente el rendimiento de glucosa en el proceso de sacarificación. Además, los resultados de este estudio SHF mostraron únicamente ligeras diferencias en la producción de glucosa a partir de la adición de CTS entre 20 y 60% del agua total como se observó para ambas dosis de enzima probadas.

Ejemplo 3 En el tercer experimento ilustrativo, siguiendo la hidrólisis enzimática de 96 horas, los reactores se enfriaron a 32 grados Celsius y el pH se ajusto de regreso a 5.5. Se agregó urea a 0.06 g/l (como una fuente de nitrógeno) y se agregó lactósido 247 a 5 ppm. Se inoculó levadura a 0.5 g (seco)/L. Las fermentaciones se llevaron a cabo hasta durante 72 horas. Se recolectaron mediciones de niveles de glucosa residuales después de 24 horas.

La glucosa residual después de 24 horas de fermentación 1002 entonces se gráfico contra el porcentaje de CTS en agua de reemplazo, como se muestra en la Figura 10 ilustrativa. De manera interesante, la fermentación en reactores que tuvo CTS en el reemplazo de 20%-60% del agua se completó en 24 horas (es decir, se consumió substancialmente todo el almidón residual). Mientras que sin agregar CTS, tomó 72 horas para que la fermentación se completara incluso con el bajo contenido de azúcar presente en el reactor (no ¡lustrado).

El etanol producido en 24 horas fue sobre 70% de teórico a partir de glucano o sobre 80% de máximo teórico a partir de glucano a 5.6 gramos de EP/g glucano y 8.4 mg de EP/g glucano, respectivamente. Estos rendimientos de etanol se obtuvieron cuando se utilizó CTS a 20-60% del agua en el reemplazo. Sin CTS agregado durante la sacarificación, el etanol final producido después de 72 horas de fermentación fue 56% y 60% del máximo teórico a partir de glucano a las dos dosificaciones enzimáticas probadas, respectivamente. De esa forma, parece que la adición del agente aglutinante de lignina no sólo aumenta la conversión de enzima de celulosa a glucosa, sino también aumenta la eficiencia de fermentación.

Ejemplo 4 En el cuarto experimento ilustrativo, se condujo un estudio para identificar la dosis óptima del efluente AnMBR en hidrólisis enzimática. Para este experimento ilustrativo, se probaron 5.8 mg de enzima por gramo de dosis de glucano. De nuevo, se utilizó la enzima Ctec2. Se utilizó efluente AnMBR a 0 (control), 15, 30, 45, y 60% del agua de reemplazo en el 15% en la lechada de 15% de sólidos total. La sacarificación se ejecutó durante 115 horas a 50 grados Celsius, pH inicial de 5.5 seguido por 47 horas de fermentación a 32 grados Celsius, pH inicial de 5.5.

El porcentaje de rendimiento teórico de glucosa 1102 después de las 115 horas de sacarificación dependiendo del porcentaje de reemplazo de efluente AnMBR 1104 para este experimento, se ilustra en la Figura 11. Los resultados mostraron que el efluente AnMBR cuando se agregó a 30% del agua de reemplazo total produjo el contenido máximo de glucosa. Esto sugiere que el efluente AnMBR puede utilizarse como un agente de mejora de eficiencia viable en la sacarificación de sólidos C6 lignocelulósicos.

Una ventaja de utilizar el efluente AnMBR como un agente que mejora la eficiencia es que el uso de la corriente de efluente AnMBR mantiene el equilibrio del agua de proceso. Mientras el residuo delgado es una opción viable, como se observó anteriormente, el uso de efluente AnMBR no requiere transferencia de agua desde la planta de etanol de grano de maíz a la planta celulósica. Además de simplificar el equilibrio del agua, el uso de efluente AnMBR sobre residuo delgado o casi otros agentes, evita el potencial para contaminación cruzada entre la planta de celulosa y la planta de etanol de grano de maíz.

Ejemplo 5 En el quinto experimento ilustrativo, siguiendo la hidrólisis enzimática de 115 horas, se enfriaron los reactores a 32 grados Celsius y el pH se ajustó de regreso a 5.5. Se agregó urea a 0.06 g/L (como una fuente de nitrógeno) y se agregó lactósido 247 a 5 ppm. Se inoculó levadura a 0.5 g (seca)/L. Las fermentaciones se llevaron a cabo durante 47 horas. La medición para glucosa residual se recolectó de las muestras a las 24 y 47 horas.

La glucosa residual 1202 después de 24 y 47 horas de fermentación entonces se gráfico contra el porcentaje de efluente de AnMBR 1204 en el agua de reemplazo, como se muestra en la Figura 12 ilustrativa. De manera interesante, la fermentación en reactores que tuvieron efluente de AnMBR en el reemplazo de 15%-60% del agua se completó en 47 horas (es decir, se consumió substancialmente todo el almidón residual). Mientras con nada de efluente AnMBR agregado, después de 47 horas aún hubo azúcar residual en el tanque de fermentación. De nuevo, parece que la adición del agente aglutinante de lignina no aumenta únicamente la conversión de enzima de celulosa a glucosa, sino que también aumenta la eficiencia de fermentación.

Ejemplo 6 En el sexto experimento ilustrativo, se realizó un experimento para determinar si la combinación de residuo delgado clarificado (CTS) con efluente de biorreactor de membrana anaeróbica (AnMBR) proporciona mejoras de eficiencia adicionales a la hidrólisis de sólidos C6. Aquí se condujo un experimento factorial completo de 3 (niveles de CTS) x 4 (niveles efluente de AnMBR) para evaluar el efecto de interacción, si hay alguno, entre los dos aditivos. Los niveles de CTS (residuo delgado clarificado) fueron 0, 10, y 25% del agua total en el reemplazo y los niveles de efluente AnMBR fueron 0, 10, 20, y 30% del agua total en el reemplazo. La enzima Ctec2 de Novozymes se utilizó en una dosis de 6 mg de proteína por gramo de glucano. Una sacarificación de 15% de de sólidos totales se ejecutó durante 120 horas. Los resultados del experimento se ilustran en la Figura 13 ilustrativa.

Los resultados indican que existe un efecto de interacción observado entre CTS y efluente de AnMBR cuando se utilizó en combinación para ayudar a la sacarificación de sólidos C6 lignocelulósicos. Parece que la producción máxima de glucosa (conversión de 80.2% de glucano a glucosa) se observó cuando se utilizaron CTS y efluente de AnMBR a 10% cada uno del agua de reemplazo total, en esta modalidad. Sin embargo, utilizando el efluente AnMBR a 30% de agua de reemplazo total ayuda con el equilibrio de agua en la instalación de producción además de dar buena conversión de glucano a glucosa de aproximadamente 79%. De esa forma, dependiendo de los requisitos de carga de agua, puede ser benéfico modificar la composición del agua de reemplazo para optimizar operaciones de planta mientras se mejora simultáneamente la eficiencia de la hidrólisis de los sólidos C6.

Las modalidades como se describieron y presentaron en la solicitud (incluyendo las Figuras y Ejemplos) pretenden ser ilustrativas y explicativas de los aspectos descritos. Modificaciones y variaciones de las modalidades descritas, por ejemplo del aparato y procesos empleados (o que se van a emplear) así como las composiciones y tratamientos utilizados (o que se van a utilizar), son posibles; todas esas modificaciones y variaciones pretenden estar dentro del alcance de uno o más aspectos.

La palabra "ilustrativo" se utiliza para significar que sirve como un ejemplo, caso, o ilustración. Cualquier modalidad o diseño descrito como "ilustrativo" no necesariamente se va a interpretar como preferido o ventajoso sobre otras modalidades o diseños, ni pretende excluir estructuras y técnicas ilustrativas equivalentes conocidas por aquellos expertos en la técnica. Más bien, el uso de la palabra ilustrativo pretende presentar conceptos en una forma concreta, y el tema descrito no está limitado por tales ejemplos.

El término "o" pretende significar un "o" inclusivo en lugar de un "o" exclusivo. Al grado que los términos "comprende", "tiene", "contiene", y otras palabras similares se utilizan en la descripción detallada o las reivindicaciones, para evitar duda, tales términos pretenden ser inclusivos en una forma similar al término "que comprende" como una palabra de transición abierta sin excluir ninguno de los elementos adicionales u otros.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. - Un método para tratar biomasa lignocelulósica que se va a suministrar a un sistema de fermentación para la producción de un producto de fermentación que comprende: pre-tratar la biomasa en biomasa pre-tratada; separar la biomasa pre-tratada en un componente líquido que comprende azúcares y un componente de sólidos que comprende celulosa y lignina; tratar el componente de sólidos de la biomasa pre-tratada en un componente tratado; en donde la biomasa comprende material lignocelulósico; en donde el tratar el componente de sólidos comprende la aplicación de una formulación enzimática y un agua de reemplazo para formar una lechada; y en donde la formulación enzimática comprende una enzima celulasa.

2. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tratamiento del componente de sólidos comprende azúcar de liberación.

3. - El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde los azúcares comprenden glucosa.

4. - El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el aguan de reemplazo comprende una composición efluente biorreactor de membrana anaeróbica.

5. - El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la composición efluente de biorreactor de membrana anaeróbica comprende al menos 1 porciento del agua de reemplazo.

6. - El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde un rendimiento de glucosa es al menos 90 porciento de glucosa teóricamente disponible.

7. - El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la composición efluente de biorreactor de membrana anaeróbica comprende aproximadamente de 30 porciento a 70 porciento del agua de reemplazo.

8. - El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde un rendimiento de glucosa es al menos 60 porciento de glucosa teóricamente disponible.

9. - El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el agua de reemplazo comprende una composición residual delgada.

10. - El método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la composición residual delgada comprende al menos una parte de componentes solubles comprendidos en el residuo delgado con componentes insolubles substancialmente removidos.

11.- El método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la composición residual delgada comprende al menos 1 porciento del agua de reemplazo.

12.- El método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde un rendimiento de glucosa es al menos 60 peciento de glucosa teóricamente disponible.

13. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la lechada tiene un contenido de sólidos de aproximadamente 5 a 25 porciento.

14. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la lechada tiene un pH de aproximadamente 4.8 a 6.2.

15. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tratamiento del componente de sólidos además comprende mantener la lechada a una temperatura de aproximadamente 30 a 60 grados Celsius.

16.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tratamiento del componente de sólidos además comprende tratar el componente de sólidos durante aproximadamente 48 a 144 horas.

17. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el pre-tratamiento de la biomasa además comprende remojo, y en donde el remojo comprende mezclar la biomasa con agua para alcanzar al menos 10 porciento de contenido de sólidos y aplicar ácido sulfúrico a la biomasa en una concentración de aproximadamente 0.8 a 1.3 porciento en peso, y mantener la biomasa a una temperatura de aproximadamente 130 a 180 grados Celsius durante aproximadamente 5 a 12 minutos.

18. - El método de acuerdo con la reivindicación 17, en donde : el pre-tratamiento de la biomasa además comprende explosión de vapor, y en donde la explosión de vapor comprende (a) mantener la biomasa remojada a una temperatura de aproximadamente 150 a 165 grados Celsius y una presión de aproximadamente 74.01 a 56.69 kilogramos por 0.45 centímetros cuadrados y (b) liberar la presión.

19. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material lignocelulósico comprende mazorcas de maíz, cáscaras de planta de maíz, hojas de planta de maíz y tallos de maíz, en donde las mazorcas de maíz comprenden de aproximadamente 25 a 50 porciento del material lignocelulósico, las cáscaras de planta de maíz y las hojas de planta de maíz comprenden de aproximadamente 30 a 60 porciento del material lignocelulósico, y los tallos de maíz comprenden de aproximadamente 10 a 30 porciento del material lignocelulósico.

20. - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el producto de fermentación comprende etanol.