MX2013014560A - Procesamiento de biomasa. - Google Patents

Procesamiento de biomasa.

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MX2013014560A
MX2013014560A MX2013014560A MX2013014560A MX2013014560A MX 2013014560 A MX2013014560 A MX 2013014560A MX 2013014560 A MX2013014560 A MX 2013014560A MX 2013014560 A MX2013014560 A MX 2013014560A MX 2013014560 A MX2013014560 A MX 2013014560A
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MX2013014560A
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Marshall Medoff
Seul-A Bae
Randy Valdez
Thomas Craig Masterman
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Xyleco Inc
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Abstract

Materias primas de biomasa (por ejemplo, biomasa de plantas, biomasa animal y biomasa de residuos municipales) se procesan para producir productos útiles, tales como combustibles. Por ejemplo, se describen sistemas que pueden convertir los materiales de materia prima a una solución de azúcar, la cual puede después fermentarse para producir un producto tal como biocombustible.

Description

PROCESAMIENTO DE BIOMASA SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama prioridad de la Solicitud Provisional Estadounidense No. 61/495,217 presentada el 9 de junio de 2011. La divulgación completa de esta solicitud provisional se incorpora en este documento mediante referencia .
ANTECEDENTES Los materiales celulósicos y lignocelulósicos se producen, procesan y usan en grandes cantidades en un número de aplicaciones. Frecuentemente, dichos materiales se usan una vez, y después se desechan como basura, o simplemente se consideran como materiales residuales, ej . , aguas residuales, bagazo, aserrín y paja.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En este documento se describen procesos para la sacarificación o licuar un material de biomasa, por ejemplo, celulosa, lignocelulosa y/o materias primas de almidón, mediante la conversión de material de biomasa en azúcares de bajo peso molecular, por ejemplo, sacarificación de la materia prima utilizando una enzima, por ejemplo, uno o más de celulasa y/o amilasa. La invención también se refiere a la conversión de una materia prima a un producto, por ejemplo, por el procesamiento biológico, tal como la fermentación. Los procesos incluyen la molienda en húmedo de una materia prima. Los inventores han encontrado que la molienda en húmedo de la materia prima tiende a reducir el tiempo requerido para la sacarificación, y aumentar la concentración de azúcar que se puede obtener en un tiempo dado de sacarificación. Solo o trabajando de forma sinérgica con cualquier tratamiento descrito aquí la molienda húmeda puede reducir la recalcitrancia de un material de biomasa.
Los procesos descritos en este documento pueden utilizar materiales de baja densidad aparente, por ejemplo, materias primas celulósicas o lignocelulósicas que han tenido físicamente un tratamiento previo para tener una densidad aparente de menos de aproximadamente 0.75 g/cm3, por ejemplo, menos de aproximadamente 0.7, 0.65, 0.60, 0.50, 0.35, 0.25, 0.20, 0.15, 0.10, 0.05. ó menos, por ejemplo, menos de 0.025 g/cm3.
Tales materiales pueden ser difíciles de dispersar en líquidos, por ejemplo, con agua o un sistema disolvente para la sacarificación, fermentación, u otro procesamiento. Debido a su baja densidad aparente, los materiales tienden a flotar en la superficie del líquido en lugar de ser humedecidos y dispersados en el líquido. En algunos casos, los materiales pueden ser hidrófobos, altamente cristalinos, o de otro modo difíciles de mojar. Al mismo tiempo, es deseable procesar la materia prima en un nivel relativamente alto de dispersión de sólidos, con el fin de obtener una alta concentración final de azúcar en el material sacarificado, o una alta concentración del producto deseado después de la transformación (por ejemplo, de etanol u otro alcohol después de la fermentación) . En algunos casos, al usar los métodos descritos en la presente descripción, el nivel de sólidos de la dispersión durante el procesamiento puede ser, por ejemplo, al menos 10, 15, 20, 22.5, 25, 27.5, 30, 35, 40, 45, o incluso al menos 50 por ciento en peso de sólidos disueltos. Por ejemplo, el nivel de sólidos puede ser de aproximadamente 10 a 50%, por ejemplo, aproximadamente 10-40%, 10-30%, o 10-20%.
En un aspecto, la invención se caracteriza por la reducción del tamaño de partícula de un material lignocelulósico a menos de 3000 um, por ejemplo, menos de 2000 um, menos de 1000 um o incluso inferior a 500 um, por ejemplo, menos de 250 im o menos de 100 um. El rango de tamaño de partícula puede estar entre 100-3000 um, por ejemplo, 200-2000 m, 200-1000 um, - 500-1000 um.
En un aspecto, la invención se caracteriza por la reducción de recalcitrancia de un material lignocelulósico y molienda en húmedo del material lignocelulósico. En algunos casos, la recalcitrancia se reduce antes de la molienda en húmedo. El material puede ser densificado antes de la reducción de la recalcitrancia o después de la reducción de la recalcitrancia y antes de mojar el material molido .
En otro aspecto, la invención presenta un método que comprende la molienda en húmedo de un material lignocelulósico, por ejemplo, un material lignocelulósico con una recalcitrancia reducida.
Cualquiera de estos aspectos de la invención puede incluir, en algunas implementaciones , cualquiera de las siguientes características.
La recalcitrancia del material de biomasa, por ejemplo, un material lignocelulósico, se puede reducir, por ejemplo, mediante la irradiación del material lignocelulósico, por ejemplo, mediante la exposición del material a un haz de electrones. En algunos casos, la irradiación comprende la administración de una dosis de al menos 5 Mrad al material lignocelulósico, por ejemplo, al menos 10, 20, 30, 50, 100, 150 o incluso 200 Mrad. Por ejemplo, las dosis pueden estar en el intervalo de 5-200 Mrad, por ejemplo, 5 a 100 Mrad, 5-50 Mrad, 5-10 Mrad, 10- 100 Mrad, o 10-50 Mrad.
El material lignocelulósico puede ser, por ejemplo, seleccionado de un material del grupo que consiste en madera, tableros de partículas, serrín, residuos agrícolas, aguas residuales, ensilado, hierba, cáscara de arroz, bagazo de caña, algodón, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá, paja, paja de trigo, mazorcas de maíz, rastrojo de maíz, pasto varilla, alfalfa, heno, pelo de coco, algas marinas, algas, y sus mezclas.
La biomasa también puede ser combinaciones de almidón, materiales lignocelulósicos y/o celulósicos. Por ejemplo, una biomasa puede ser toda una planta o parte (s) de una planta, por ejemplo, una planta de trigo, planta de algodón, una planta de maíz, planta de arroz o un árbol.
En algunas implementaciones , la molienda en húmedo se lleva a cabo utilizando una cabezal de rotor/estator. El rotor y el estator pueden incluir anillos de anidación de los dientes. En algunos casos, el estator comprende dos o más anillos concéntricos de dientes, y el' rotor comprende un anillo de dientes configurados para ajustarse entre los anillos adyacentes de los dientes del estator. El espacio libre entre el rotor y el estator es generalmente pequeño, para generar alto cizallamiento, y puede ser, por ejemplo de aproximadamente 0.25 a 6.4 mm (0.01 a 0.25 pulgadas) . La separación entre los dientes en cada anillo de dientes también es generalmente pequeña, por ejemplo, de aproximadamente 2.5-7.6 mm (0.1a 0.3 pulgadas).
La molienda en húmedo se puede realizar usando una pluralidad de cabezales de rotor/estato , por ejemplo, cuando el proceso se realiza en un tanque o recipiente grande .
La molienda en húmedo se lleva a cabo generalmente a una velocidad de cizallamiento relativamente alta. La velocidad de cizallamiento puede ser, por ejemplo, al menos 20,000 seg"1, (por ejemplo, al menos 25,000 seg"1, al menos 30,000 seg"1, al menos 40, 000 seg"1, o al menos 50,000 seg"1). La velocidad de cizallamiento puede ser, por ejemplo desde alrededor de 30,000 seg"1 a alrededor de 50,000 seg"1 (por ejemplo, desde alrededor de 25, 000 seg" 1 a alrededor de 50, 000 seg"1, desde alrededor de 30, 000 seg" 1 a alrededor de 50, 000 seg"1, desde alrededor de 35, 000 seg" 1 a alrededor de 50, 000 seg"1, desde alrededor de 40, 000 seg" 1 a alrededor de 50, 000 seg"1, desde alrededor de 20, 000 seg" 1 a alrededor de 45, 000 seg"1 , desde alrededor de 20, 000 seg" 1 a alrededor de 40, 000 seg"1 , desde alrededor de 20, 000 seg" 1 a alrededor de 30, 000 seg"1 , desde alrededor de 30, 000 seg" -1 a alrededor de 40, 000 seg"1) En algunas implementaciones , la molienda húmeda se realiza en línea. Un mezclador de chorro se puede aplicar durante la molienda húmeda. El mezclador de chorro también puede ser utilizado durante el procesamiento posterior, por ejemplo, durante la fermentación. El método puede incluir además la adición de una enzima para el material de biomasa, por ejemplo, un material lignocelulósico, antes, durante o después de la molienda en húmedo, y/o la adición de un microorganismo al material de biomasa o un azúcar derivado del material de biomasa. En algunos casos, se añade el microorganismo después de que la molienda en húmedo se ha completado, por ejemplo, para evitar daños en l microorganismo de la molienda en húmedo. En algunas implementaciones , el microorganismo convierte la materia prima de biomasa o de azúcar a un producto seleccionado de entre el grupo que consiste en alcoholes, ácidos orgánicos, azúcares, hidrocarburos, y mezclas de los mismos.
Los métodos descritos en este documento generalmente proporcionan un procesamiento relativamente rápido y eficaz de un nivel de contenido relativamente alto de sólidos de la materia prima. Al aumentar el nivel de sólidos inicial de la materia prima en la mezcla, el proceso puede proceder más rápidamente, más eficientemente y más rentablemente, y generalmente se puede alcanzar una concentración alta resultante en el producto final. En algunos casos, los sólidos pueden ser removidos durante la sacarificación, por ejemplo, por una centrífuga, y más materia prima se puede añadir. Los sólidos eliminados se pueden usar como un producto, por ejemplo, como combustible para la cogeneración de electricidad y/o como un alimento para animales.
Los procesos de sacarificación descritos en este documento permiten que el material de biomasa, por ejemplo, una materia prima celulósica o lignocelulósica, se convierta en una forma conveniente y concentrada que se puede transportar y utilizar fácilmente en otra instalación de fabricación, por ejemplo, una instalación configurada para fermentar soluciones de azúcar a alcoholes, para la fabricación de un producto, por ejemplo, un combustible tal como etanol, butanol o un hidrocarburo. Tales concentrados pueden utilizar menos agua, lo cual puede resultar en un ahorro sustancial de costos de fabricación y transporte.
Algunos procesos descritos en este documento incluyen la sacarificación de la materia prima, y el transporte de la materia prima desde una ubicación remota, por ejemplo, cuando se produce o se almacena la materia prima, a la instalación de fabricación. En algunos casos, puede tener lugar la sacarificación parcial o totalmente durante el transporte.
En algunos casos, los sistemas descritos en este documento, o componentes del mismo, pueden ser portátiles, de modo que el sistema puede ser transportado (por ejemplo, por ferrocarril, camión o buque marino) de un lugar a otro. Tal procesamiento móvil se describe en la Solicitud Estadounidense con número de serie 12/374,549, presentada el 21 de Enero de 2009 y en la Solicitud Internacional de Patente No. WO 2008/011598, cuyas descripciones completas se incorporan en este documento por referencia.
Ejemplos de productos que pueden ser producidos mediante el empleo de los métodos descritos en este documento incluyen hidrocarburos, proteínas, alcoholes (por ejemplo, alcoholes monohídricos o alcoholes dihídricos), tales como etanol, isobutanol, n-propanol o n-butanol, ácidos carboxílieos , tales como ácido acético ácido, ácido láctico, ácido cítrico, ácido propiónico, ácido succínico, ácido 3 -hidroxipropionico o ácido butírico, sales de un ácido carboxí lico, una mezcla de ácidos carboxí lieos y sales de ácidos carboxílicos y ésteres de ácidos carboxílicos (por ejemplo, metilo, etilo y ésteres de n-propilo) , cetonas, aldehidos, ácidos alfa-insaturados , ácidos beta-insaturados , tales como ácido acrílico, olefinas, tales como etileno, buteno, y mezclas de cualquiera de éstos. Los ejemplos específicos incluyen etanol, propanol, propilenglicol , butanol, 1 , 4-butanodiol , 1 , 3-propanodiol , metilo o etilo de cualquiera de estos alcoholes, acrilato de metilo, metacrilato de metilo, los productos también incluyen azúcares, por ejemplo, glucosa, xilosa y xilitol. Estos y otros productos sé describen en la solicitud estadounidense con número de serie 12/417,900 presentada el 3 de abril 2009, cuya divulgación completa se incorpora aquí como referencia.
En un aspecto, la invención presenta un sistema de molienda en húmedo que comprende un molino húmedo dispuesto en un fluido que tiene un material de biomasa dispersado en el mismo. El sistema puede, por ejemplo, ser usado para procesar material lignocelulósico que ha sido irradiado opcionalmente (por ejemplo, con un haz de electrones) .¦ El sistema puede incluir un mezclador de chorro dispuesto en el fluido. Los sistemas de molienda en húmedo pueden incluir un cabezal de rotor/estator, por ejemplo, el rotor y el estator incluyendo anillos de anidación de los dientes. Además, el estator puede tener dos o más anillos concéntricos de dientes. Otros aspectos de la invención incluyen un tanque con uno o más cabezales de chorro, y uno o más molinos en húmedo dispuestos en el tanque .
La densidad aparente se determina utilizando ASTM D1895B. Brevemente, el método consiste en llenar un cilindro de medición de volumen conocido con una muestra y obtener un' peso de la muestra. La densidad aparente se calcula dividiendo el peso de la muestra en gramos entre el volumen conocido del cilindro en centímetros cúbicos.
Todas las publicaciones, solicitudes de patentes, patentes, y otras referencias mencionadas en este documento o adjuntas al presente se incorporan por referencia en su totalidad a todo su contenido.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama que ilustra la hidrólisis enzimática de celulosa a glucosa.
La Figura 2A es un diagrama de flujo que ilustra la conversión de una materia prima a azúcares y otros productos. La Figura 2B es una ilustración diagramática de un sistema de sacarificación de acuerdo con una modalidad. La Figura 2C es una ilustración diagramática de un sistema de sacarificación de acuerdo con otra modalidad.
La Figura 3 es un diagrama esquemático de una instalación de fabricación de etanol que ha sido retroalimentada para usar las soluciones y suspensiones aquí divulgadas .
La Figura 4A es una vista en planta del rotor y estator ensamblados de un cabezal de molino en húmedo de acuerdo con una modalidad. La Figura 4B es una vista en sección alargada de la Figura 4 que muestra el espacio libre entre el rotor y el estator.
La Figura 5 es una vista en perspectiva del rotor y el estator juntos.
La Figura 6 es una perspectiva en despiece del rotor y el estator.
La Figura 7 es una vista en planta inferior tomada a lo largo de la línea de vista 7-7 de la Figura 6.
La Figura 8 es una vista en planta superior del estator tomada a lo largo de la línea 8-8 de la Figura 6.
La Figura 9 es una vista alargada del área del rotor indicada en la Figura 7.
La Figura 10 es una vista alargada del área del estator indicada en la Figura 8.
La Figura 11A es una vista en planta superior del rotor y estator ensamblados y de un cabezal de molino en húmedo de acuerdo con una segunda modalidad. La Figura 11B es una vista en sección alargada de la Figura 11 que muestra el espacio libre entre el rotor y el estator.
La Figura 12 es una vista en perspectiva del rotor y el estator juntos.
La Figura 13 es una perspectiva en despiece del rotor y el estator.
La Figura 14 es una vista en planta inferior del rotor tomada a lo largo de la línea de vista 14-14 de la Figura 13.
La Figura 15 es una vista en planta superior del estator tomada a lo largo de la línea de vista 15-15 de la Figura 13.
La Figura 16 es una vista alargada del área del rotor indicada en la Figura 14.
La Figura 17 es una vista alargada del área del estator indicada en la Figura 15.
Las Figuras 18A y 18B son diagramas que ilustran el flujo de chorro que sale de la boquilla de un mezclador de chorro .
La Figura 19A es una vista en perspectiva diagramática de un agitador de flujo de chorro de acuerdo con una modalidad. La Figura 19B es una vista en perspectiva alargada del impulsor y el tubo de chorro del agitador de flujo de chorro de la Figura 19. La Figura 19C es una vista en perspectiva alargada de un impulsor alterno .
La Figura 20 es una vista en sección transversal de un sistema para molienda en húmedo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA Utilizando los métodos descritos en este documento, la biomasa (por ejemplo, la biomasa vegetal, biomasa animal, papel, biomasa y residuos municipales) se puede procesar para producir productos intermedios y productos, tales como ácidos orgánicos, sales de ácidos orgánicos, anhídridos, ésteres de ácidos orgánicos y combustibles útiles, por ejemplo, combustibles para motores de combustión interna o materias primas para las células de combustible. Sistemas y procesos se describen en este documento que se pueden utilizar como materia prima celulósica y/o materiales lignocelulósicos que están fácilmente disponibles, pero a menudo pueden ser difíciles de procesar, por ejemplo, corrientes de desechos municipales y arroyos de papel de desecho, tales como corrientes que incluyen papel periódico, papel kraft, papel corrugado o mezclas de éstos .Generalmente, si es necesario, los materiales pueden ser tratados físicamente para el procesamiento y/o después del procesamiento, a menudo por la reducción de tamaño.
Muchos de los procesos descritos en este documento pueden reducir efectivamente el nivel de recalcitrancia de la materia prima, por lo que es más fácil de procesar, tal como por bioprocesamiento (por ejemplo, con cualquier microorganismo descrito en este documento, tales como homoacetógenos o heteroacetogenos, y/o cualquier enzima descrita en este documento) , el tratamiento térmico (por ejemplo, la gasificación o pirólisis) o métodos químicos (por ejemplo, hidrólisis ácida u oxidación) . La materia prima de biomasa puede ser tratada o procesada usando uno o más de cualquiera de los métodos descritos en este documento, tales como el tratamiento mecánico, tratamiento químico, radiación, tratamiento con ultrasonidos, la oxidación, pirólisis o explosión de vapor. Los diversos sistemas y métodos de tratamiento se pueden utilizar en combinaciones de dos, tres, o incluso cuatro o más de estas tecnologías u otros descritos en este documento y en otros lugares. En algunos casos la molienda en húmedo por sí sola puede reducir la recalcitrancia o actuar de manera sinérgica o con otros procesos de tratamiento descritos en este documento.
Los procesos descritos en este documento pueden utilizar materiales de baja densidad aparente, por ejemplo, materias primas celulósicas o lignocelulósicas que han tenido físicamente un tratamiento previo para tener una densidad aparente de menos de aproximadamente 0,75 g/cm3, por ejemplo, menos de aproximadamente 0.7, 0.65, 0.60, 0.50, 0.35, 0.25, 0.20, 0.15, 0.10, 0.05. ó menos, por ejemplo, menos de 0.025 g/cm3. La densidad aparente se determina utilizando ASTM D1895B. Brevemente, el método consiste en llenar un cilindro de medición de volumen conocido con una muestra y la obtención de un peso de la muestra. La densidad aparente se calcula dividiendo el peso de la muestra en gramos entre el volumen conocido del cilindro en centímetros cúbicos. Si se desea, materiales de baja densidad aparente se pueden densificar, por ejemplo, por los métodos descritos en la Patente Estadounidense 7,971,809, cuya divulgación completa se incorpora aquí como referencia .
Sacarificación Para convertir la materia prima tratada a una forma que pueda ser fácilmente fermentada, la celulosa que contiene glucano o xilano en la materia prima primero es hidrolizada a carbohidratos de bajo peso molecular, tal como azúcares, por un agente sacarificante, e . , una enzima o ácido, un proceso referido como sacarificación. Los carbohidratos de bajo peso molecular se pueden usar después, por ejemplo, en una planta de fabricación existente, tal como una planta de proteína unicelular, una planta de fabricación de enzimas, o una planta de combustible, por ejemplo, una instalación de fabricación de etanol .
La materia prima se combina con el agente sacarificante en un medio líquido, por ejemplo, un disolvente tal como una solución acuosa, y la mezcla se muele en húmedo. Los métodos para la molienda en húmedo del material en el medio líquido se discuten en detalle a continuación .
En algunas implementaciones , durante y/o después de la molienda en húmedo el agente sacarificante, el material y el medio líquido se mezclan usando un mezclador de chorro. En algunos casos la mezcla de chorro continúa a lo largo de la sacarificación.
En algunas implementaciones , se añaden al material y/o el agente sacarificante incrementalmente en lugar de todos a la vez. Por ejemplo, una parte del material puede ser añadida al medio líquido, dispersada en el mismo, y mezclada con el agente de sacarificación hasta que el material es al menos parcialmente sacarificado, momento en el que una segunda porción del material se dispersa en el medio y se añade a la mezcla. Este proceso puede continuar hasta que se obtenga una concentración de azúcar deseada. La materia prima se puede hidrolizar usando una enzima, tal como una celulasa o una amilasa o mezclas de estas enzimas. Por ejemplo, el material de biomasa se puede combinar con la enzima en un disolvente, por ejemplo, en una solución acuosa. Las enzimas y organismos destructores de la biomasa que descomponen la biomasa, tales como la celulosa y/o las porciones de lignina de la biomasa, contienen o .fabrican diversas enzimas celulolíticas (celulasas) , ligninasas o varios metabolitos destructores de la molécula pequeña de. la biomasa. Estas enzimas pueden ser un complejo de enzimas que actúan sinérgicamente para degradar la celulosa cristalina o las porciones de lignina de la biomasa. Ejemplos de enzimas celulolíticas incluyen: endoglucanasas, celobiohidrolasas y celobiasas ( ß-glucosidasas ) . Haciendo referencia a la figura 1, un sustrato celulósico se hidroliza inicialmente por endoglucanasas en lugares al azar por la producción de productos oligoméricos intermedios. La celobiosa es un dímero 1,4-ligado soluble en agua de la glucosa. Finalmente la celobiasa escinde la celobiosa para producir glucosa. Las celulasas adecuadas se discutirán en el presente documento en una sección posterior.
El tiempo requerido para la sacarificación completa dependerá de las condiciones del proceso y la materia prima y la enzima utilizada. Si la sacarificación se lleva a cabo en una planta de fabricación en condiciones controladas, la celulosa puede ser sustancialmente completamente convertida en glucosa en aproximadamente 12-96 horas, por ejemplo, menos de 48 horas, menos de 36 horas, menos de 24 horas, menos de 18 horas, menos de 12 horas o incluso menos de 8 horas si la sacarificación se realiza total o parcialmente en tránsito, la sacarificación puede tomar más tiempo.
En algunos casos, la sacarificación se lleva a cabo a un pH de aproximadamente 4 a 7, por ejemplo, aproximadamente 4.5 a 6 , o e aproximadamente 5 a 6.
Generalmente se prefiere que la concentración final de glucosa en la solución de azúcar sea relativamente alta, por ejemplo, mayor que 10 % en peso, o mayor que 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 o incluso mayor de un 95% en peso. Esto reduce el volumen a ser enviado, y también inhibe el crecimiento microbiano en la solución. Después de la sacarificación, el volumen de agua se puede reducir, por ejemplo, por evaporación o destilación.
Una solución de concentración relativamente alta se puede conseguir mediante la limitación de la cantidad de medio, por ejemplo, agua, añadido a la materia prima con la enzima. La concentración puede ser controlada, por ejemplo, mediante el control de la cantidad de sacarificación que se lleva a cabo. Por ejemplo, la concentración se puede aumentar mediante la adición de más materia prima a la solución. En algunos casos, los sólidos se eliminan durante la sacarificación, por ejemplo, por centrifugación, lo que permite que más materia prima que se añada. La solubilidad de la materia prima en el medio se puede aumentar, por ejemplo, mediante el aumento de la temperatura de la solución, y/o mediante la adición de un agente tensioactivo como se discutirá a continuación. Por ejemplo, la solución se puede mantener a una temperatura de 40-50°C, 50-60°C, 60-80°o incluso superior.
Fermentación Los microorganismos pueden producir un número de intermediarios y productos útiles al fermentar un azúcar de bajo peso molecular producida por la sacarificación de los materiales de la biomasa tratados. Por ejemplo, la fermentación u otros procesos biológicos pueden producir alcoholes (por ejemplo, n-butanol, isobutanol, etanol o eritritol) , ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido acético, butírico, cítrico o láctico), hidrocarburos, hidrógeno, proteínas o mezclas de cualquiera de estos materiales.
La levadura y la bacteria de Zymomonas, por ejemplo, se puede usar para la fermentación o la conversión. Otros microorganismos se discuten en la sección de Materiales más adelante. El pH óptimo para la levadura es desde alrededor de pH 4 a 5, mientras que el pH óptimo para Zymomonas es de alrededor de pH 5 a 6. Los tiempos típicos de fermentación son de alrededor de 24 a 96 horas con temperaturas en el rango de 26°C a 40°C, sin embargo, los microorganismos termofílicos prefieren temperaturas más altas.
En algunas modalidades, por ejemplo, cuando se utilizan organismos anaerobios, al menos una porción de la fermentación se lleva a cabo en ausencia de oxígeno, por ejemplo, bajo un manto de un gas inerte, tal como N2, Ar, He, C02 o mezclas de los mismos. Además, la mezcla puede tener una purga constante de un gas inerte que fluye a través del tanque durante parte de o la totalidad de la fermentación. En algunos casos, las condiciones anaeróbicas se pueden alcanzar o mantener por la producción de dióxido de carbono durante la fermentación y no se necesita ningún gas inerte adicional.
En algunas modalidades, la totalidad o una parte del proceso de fermentación se puede interrumpir antes de que el azúcar de bajo peso molecular esté completamente convertida en un producto (por ejemplo, etanol) . Los productos de fermentación intermedios incluyen altas concentraciones de azúcar y carbohidratos . Los azúcares e hidratos de carbono se pueden aislar como se discute a continuación. Estos productos de fermentación intermedia se pueden utilizar en la preparación de alimentos para el consumo humano o animal. Adicional o alternativamente, los productos de fermentación se pueden moler a un tamaño de partícula fino en un molino de laboratorio de acero inoxidable para producir una sustancia de harina similar.
Las fermentaciones incluyen los métodos y productos que se describen en la solicitud provisional estadounidense con número de serie 61/579,559, presentada el 22 de diciembre de 2011 y la Solicitud Provisional estadounidense con número de serie 61/579,576, presentada el 22 de diciembre de 2011 cuya descripción se incorpora aquí por referencia.
Los termentadores móviles se pueden usar, como se describe en la Solicitud Provisional de Patente Estadounidense No. Serie 60/832,735, ahora la Solicitud Internacional Publicada No. WO 2008/011598. De manera similar, el equipo de sacarificación puede ser móvil. Además, la sacarificación y/o la fermentación, se 'pueden llevar a cabo en parte o totalmente durante el tránsito.
Celdas de Combustible Mientras que los métodos aquí descritos producen una solución o suspensión de azúcar, esta solución o suspensión puede ser usada subsecuentemente en una celda de combustible, por ejemplo, las celdas de combustible que utilizan azúcares derivados de materiales celulósicos o lignocelulósicos se divulgan en la Solicitud Provisional de Patente Estadounidense No. 61/579,568, presentada el 22 de Diciembre de 2011, cuya total divulgación se incorpora aquí mediante referencia.
Conversión Termoquímica La conversión termoquímica se puede llevar a cabo en la biomasa tratada para producir uno o más intermediarios y/o productos deseados . Un proceso de conversión termoguímica incluye el cambio de las estructuras moleculares de material con contenido de carbono a temperaturas elevadas. Ejemplos específicos incluyen gasificación, pirólisis, reformación, oxidación parcial y mezclas de los mismos (en cualquier orden) .
La gasificación convierte los materiales con contenido de carbono en un gas de síntesis (syngas) , que puede incluir metanol, monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno. Muchos microorganismos, tales como acetógenos u homoacetógenos , son capaces de usar un gas de síntesis de la conversión termoquímica de la biomasa, para producir un producto que incluya un alcohol, un ácido carboxílico, una sal de un ácido carboxílico, un éster de ácido carboxílico o una mezcla de cualquiera de estos. La gasificación de la biomasa (ej . , materiales celulósicos o lignocelulósicos ) se puede lograr mediante una variedad de técnicas. Por ejemplo, la gasificación puede lograrse usando reformación de vapor escalonada con un reactor de cama fluidizada en el que el material carbonáceo es pirolizado primero en la ausencia de oxígeno, y después los vapores de la pirólisis son reformados en gas de síntesis con vapor, proporcionando hidrógeno y oxígeno añadidos. En dicha técnica, el calor del proceso viene de la quema del carbono. Otra técnica usa un reactor de transportador helicoidal en el que la humedad y el oxígeno son introducidos en la etapa de pirólisis, y el calor del proceso se genera de la quema de parte del gas producido en la última etapa. Otra técnica usa reformación de flujo arrastrado en la que se introducen vapor externo y aire en un reactor de gasificación de una sola etapa. En la gasificación de oxidación parcial, se usa oxígeno puro sin vapor .
SISTEMAS PARA EL TRATAMIENTO DE UNA MATERIA PRIMA Haciendo referencia a la figura 2A, un proceso para la conversión de una materia prima a azúcares y otros productos, por ejemplo, etanol, puede incluir, por ejemplo, opcionalmente el pre-tratamiento físicamente de la materia prima, por ejemplo, para reducir su tamaño (paso 110), antes y/o después de este tratamiento, tratar opcionalmente la materia prima para reducir su recalcitrancia (paso 112), y la sacarificación de la materia prima para formar una solución de azúcar (paso 114) . La sacarificación se puede realizar mediante la mezcla de una dispersión de la materia prima en un medio líquido, por ejemplo, agua con una enzima (paso 111), como se discutirá en detalle a continuación. Durante o después de la sacarificación, la mezcla (si la sacarificación se va a realizar parcial o totalmente en la ruta) o la solución puede ser transportad, por ejemplo, por tubería, vagón de ferrocarril, camión o barcaza, a una planta de fabricación (paso 116) . En la planta, la solución puede ser bio-procesada para producir un producto deseado, por ejemplo, etanol (paso 118) , que luego se procesa adiciónalmente, por ejemplo, por destilación (paso 120). Los pasos individuales de este proceso se describirán en detalle a continuación. Si se desea, los pasos para medir el contenido de lignina (paso 122) y la configuración o el ajuste de los parámetros del proceso (paso 124) se pueden realizar en diferentes etapas del proceso, por ejemplo justo antes de la etapa de proceso que se utiliza para cambiar la estructura de la materia prima, como se muestra. Si se incluyen estos pasos, los parámetros de proceso se ajustan para compensar la variabilidad en el contenido de lignina de la materia prima, como se describe en la solicitud de Patente con Número de Serie 12/704,519 presentada el 11 de febrero 2010, cuya divulgación completa se incorpora a la presente por referencia.
Los pasos de mezclado (111) y de sacarificación (114) se pueden realizar usando, por ejemplo, cualquiera de los sistemas mostrados en las figuras 2B y 2C. Estos sistemas incluyen un tanque (136), que contiene inicialmente un medio líquido y más tarde (138) contiene una mezcla de medio líquido, como materia prima y agente de sacarificación. El medio líquido se suministra al tanque a través de un sistema de tubería con válvula (no se muestra) . Los sistemas también incluyen una tolva (130) , en comunicación con una unidad de dispersión (134) . En la modalidad mostrada en la figura 2C, la tolva (130) recibe materia prima que ha sido tratada para reducir su tamaño y, opcionalmente, para reducir su recalcitrancia (pasos 110 y 112 anteriores) por un módulo de pretratamiento de materia prima (132). En ambas modalidades, la tolva puede recibir otros ingredientes secos, tales como levadura y nutrientes, por ejemplo, desde un suministro (30) . Opcionalmente, un dispositivo de vibración (36) puede estar asociado con la tolva, para facilitar el suministro de material desde la tolva. El sistema también puede incluir opcionalmente una unidad de dispersión (134), por ejemplo, si la materia prima es difícil de mojar inicialmente con el líquido. El medio líquido se introduce en la unidad de dispersión (134) desde el tanque, y se devuelve al depósito por la unidad de dispersión a través de un tubo de salida (137). La abertura del tubo de salida (137) puede estar por encima del nivel de líquido, como se muestra, o puede en algunos casos estar sumergida en el líquido en el tanque. En algunos casos, dependiendo del tipo de unidad de molienda y unidad de dispersión utilizada, el sistema puede incluir una bomba (139), por ejemplo, una bomba de desplazamiento positivo, configurada para hacer circular el medio líquido, y/o un viscosímetro (141) para controlar la viscosidad de la dispersión y activar la bomba cuando la viscosidad medida alcanza un valor predeterminado.
En la modalidad mostrada en la figura 2B, la materia prima se suministra a la superficie del medio líquido en el tanque, por ejemplo, a través de un dispositivo de suministro (32) que tiene un conducto de suministro (34) (por ejemplo, manguera o tubo) . El dispositivo de suministro (32) también puede estar asociado con un dispositivo de vibración (36) , para facilitar el flujo de material en el dispositivo. El dispositivo de suministro (32) puede ser, por ejemplo, un ventilador configurado para soplar el material fibroso y/o partículas de una fuente a una ubicación remota de la fuente a través de una manguera, por ejemplo, un soplador de aislamiento tales como el soplador FORCE 3 disponible de Tntec, Frederick, Colorado. Alternativamente, el material puede ser administrado a la superficie del líquido usando otras técnicas, tales como la alimentación de gravedad o un transportador de tornillo.
En algunas implementaciones , el depósito está provisto de una cubierta permeable al aire flexible, u otro dispositivo configurado para permitir la ventilación del aire del tanque durante el suministro de la materia prima, mientras que previene que la materia prima vaya hacia fuera del tanque y/o los contaminantes entren en el tanque.
Cuando las partículas son generalmente esféricas, por ejemplo, como es el caso con mazorcas de maíz molidas en molino de martillo, o de otra manera de una morfología que les permite ser fácilmente alimentadas, la materia prima se puede alimentar gravimétricamente . Por ejemplo, la materia prima se puede suministrar desde una tolva por encima del tanque.
A medida que el material de materia prima se suministra a través del conducto de suministro (34) sobre la superficie del líquido en el tanque, el líquido se descarga a través del tubo de salida (137) de la unidad de dispersión (134) sobre el material. El líquido descargado humedece el material de materia prima, provocando su hundimiento en el líquido, donde se puede dispersar por la unidad de dispersión (134) (si se proporciona una), opcionalmente en combinación con la acción de mezclado de un mezclador de chorro (144) , que se discute a continuación.
Una vez que la materia prima se haya administrado al tanque, es molida en húmedo, utilizando la unidad de molienda en húmedo (160), que incluye generalmente un cabezal de rotor/estator de alto corte. Ejemplos de unidades de molienda adecuadas se describen en detalle a continuación. La unidad de molienda en húmedo se puede montar en cualquier ubicación deseada en el tanque. Puede ser montada en un lateral, como se muestra, o en la parte superior e inferior. En algunas implementaciones , la unidad de molienda en húmedo puede ser externa al tanque y el contenido del tanque puede ser bombeado a través de la unidad de molienda en húmedo y devuelto, al tanque. En algunos casos, la unidad de molienda en húmedo está montada adyacente a la unidad de mezcla de chorro (144) , como se describe a continuación. En algunos casos, se proporcionan múltiples cabezales de molienda en húmedo. Por ejemplo, en un tanque grande, múltiples cabezales de molienda en húmedo se pueden montar en posiciones separadas dentro del tanque. La molienda en húmedo se puede realizar en línea o como un proceso por lotes.
La molienda en húmedo se lleva a cabo generalmente a una velocidad alta de cizallamiento, por ejemplo de aproximadamente 20,000 seg"1 a 60,000 seg"1, o de aproximadamente 30,000 seg"1 a 50,000 seg"1.
La unidad de molienda en húmedo puede ser ejecutada por cualquier periodo de tiempo deseado. La unidad de molienda en húmedo se puede ejecutar de una manera pulsada (por ejemplo, la potencia para el motor de accionamiento de la molienda en húmedo es pulsado) , por ejemplo la velocidad de cizallamiento se puede variar de forma periódica o no periódica, o, como otro ejemplo, la unidad de molienda en húmedo se puede apagar y prender en varias ocasiones. Generalmente, la molienda en húmedo se interrumpe cuando, ya sea que la eficiencia de la sacarificación deje de ser mejorada por la molienda en húmedo (esto puede ser determinado por experimentación para un conjunto dado de parámetros de proceso) , o el corte generado por la unidad de molienda en húmedo provoque que la temperatura del contenido del tanque exceda un valor máximo predeterminado. El valor máximo predeterminado puede ser ajustado, por ejemplo, con base en la temperatura a' la que el agente de sacarificación se desnaturaliza en un corto período de tiempo.
El cizallamiento puede hacer que el tamaño medio de partícula del material de biomasa sea reducido. Por ejemplo el tamaño se puede reducir desde aproximadamente más de 1 mm (por ejemplo, más de 5 mm o más de 10 mm) a menos de 1 mm (por ejemplo, menos de 0.5 mm, a menos de 0.1 mm o incluso menos de 0.01 mm) .
En algunas implementaciones , la unidad de molienda en húmedo se puede utilizar para calentar, o calentar parcialmente, el contenido del tanque a una temperatura de procesamiento deseada. Por ejemplo, en una implementación el contenido del tanque se calienta por otro medio a aproximadamente 40°C, y después, la unidad de molienda en húmedo se utiliza durante un tiempo suficiente para elevar la temperatura a aproximadamente 50°C, una temperatura que es ventajosa para la sacarificación. En algunos casos, la molienda en húmedo se realiza durante menos de 8 horas, por ejemplo, durante 1 a 4 horas o de 1 a 2 horas. La molienda en húmedo se puede realizar por un tiempo aún más corto, por ejemplo, 30 minutos o menos. Una vez que se alcanza esta temperatura deseada, el dispositivo de molienda en húmedo se apaga con el fin de prevenir un aumento adicional de la temperatura. En algunos casos, el contenido del tanque se puede enfriar durante o después de la molienda en húmedo para evitar el sobrecalentamiento. Con el fin de evitar la desnaturalización de las enzimas utilizadas en la sacarificación, se prefiere generalmente que el contenido del tanque se mantenga en o por debajo de 50°C, o por lo menos que la temperatura superior a 50°C, sea de duración suficientemente corta para no desnaturalizar las enzimas.
Antes, durante, o después de la molienda en húmedo, un agente de sacarificación se suministra al tanque desde una tolva (140) , que incluye un dispositivo de medición (142) . Durante la sacarificación, el contenido del tanque se mezcla, por ejemplo, por uno o más mezcladores de chorro. En algunos casos, los mezcladores de chorro se operan durante la molienda en húmedo. Un mezclador de chorro (144) está representado esquemáticamente en las figuras 2B y 2C; ejemplos de mezcladores de chorro adecuados se describen en detalle a continuación, y también se describen en las solicitudes Estadounidenses con números de serie 12/782,694 presentada el 18 de mayo de 2010; 13/293,985 presentada el 10 de noviembre de 2011, y 13/293,977 presentada noviembre 10, 2011, cuyas divulgaciones completas se incorporan por referencia en el presente documento. El mezclador de chorro produce un chorro utilizando un motor (146) que acciona una bomba y/o un rotor (no mostrado) . La torsión ejercida por el motor (146) se correlaciona con el nivel de sólidos de la mezcla en el tanque, que a su vez refleja el grado en que la mezcla ha sacarificado. La torsión se mide por un monitor de torsión (148), que envía una señal a un motor (150) que acciona el transportador (130) y también al dispositivo de medición (142) de la tolva (140). Por lo tanto, el suministro de la materia prima tratada y la enzima se pueden interrumpirse y reanudarse como una función de la sacarificación de los contenidos del tanque. Los datos medidos por el monitor de torsión también se pueden utilizar para ajusfar el mezclador de chorro, por ejemplo, a una RPM menor para un mezclador que utiliza un rotor, o a una velocidad de chorro inferior para un mezclador activado por- bomba motor. En lugar de, o además de, el monitor de torsión, el sistema puede incluir un monitor de amperes (no mostrado) que mide la intensidad de corriente a carga plena del motor. En algunos casos, el mezclador de chorro puede incluir una unidad de frecuencia variable (VFD por sus siglas en inglés) para permitir que la velocidad del motor sea ajustada.
El sistema también puede incluir un monitor de calor (no mostrado) que controla la temperatura del medio líquido y ajusta la velocidad de alimentación de la materia prima y/o las condiciones de mezcla en respuesta a aumentos en la temperatura. Tal curva de retroalimentación de temperatura se puede utilizar para evitar que el medio líquido alcance una temperatura que desnaturalizará la enzima. El monitor de calor también se puede utilizar para determinar cuándo se apaga la unidad de molienda en húmedo para evitar el sobrecalentamiento del contenido del tanque.
Cuando se utilizan una o más bombas en los sistemas descritos en el presente documento, se prefiere generalmente que se utilicen bombas de desplazamiento positivo (PD por sus siglas en inglés) , por ejemplo, bombas PD de cavidad progresiva o de tipo tornillo.
En algunos casos, la planta de fabricación puede ser, por ejemplo, una planta de etanol existente a base de grano o de azúcar o una que ha sido modernizada mediante la eliminación o puesta fuera de servicio del equipo hacia arriba del sistema de bio-procesamiento (que en una planta típica de etanol generalmente incluye equipo de recepción de granos, un molino de martillo, una mezcladora de suspensión, equipo de cocción y equipo de licuefacción) . Por lo tanto, la materia prima recibida por la planta es alimentada directamente en el equipo de fermentación. Una planta modernizada se muestra esquemáticamente en la figura 3. El uso de una planta de etanol existente a base de cereales o a base de azúcar de esta manera se describe en la solicitud estadounidense con número de serie 12/704,521, presentada el 11 de febrero de 2010, cuya divulgación completa se incorpora aquí por referencia.
En algunas modalidades, en lugar de transportar la materia prima sacarificada (solución de azúcar) a una planta de fabricación separada, o incluso a un tanque separado, la solución de azúcar se inocula y se fermenta en el mismo tanque u otro recipiente utilizado para la sacarificación. La fermentación se puede realizar en el mismo recipiente, o se puede iniciar de esta manera y luego completarse durante el transporte como se mencionó anteriormente. La sacarificación y la fermentación en un solo tanque se describen en la solicitud de patente estadounidense con número de serie 12/949,044, noviembre 18, 2011, cuya divulgación completa se incorpora aquí por referencia .
Generalmente, el nivel de oxígeno en el recipiente de fermentación debe ser controlado, por ejemplo, mediante la supervisión del nivel de oxígeno y la ventilación del tanque, la aireación (por ejemplo, mediante la mezcla o. el burbujeo en oxígeno o mezclas de gases que contienen oxígeno) o deaireación (por ejemplo, por mezclado en o burbujeo en gases inertes tales como nitrógeno, dióxido de carbono, helio y/o argón) , de la mezcla según sea necesario. En algunos casos, por ejemplo cuando las condiciones anaeróbicas son deseables como se discutió previamente, la velocidad de mezcla es crítica. Por ejemplo, a veces durante el proceso, puede no ser deseable ninguna mezcla de modo que los gases producidos durante la fermentación (por ejemplo, C02, H2 y/o metano) pueden desplazar de manera más eficaz el oxígeno del recipiente de fermentación. También es deseable vigilar el nivel de etanol en el recipiente, de modo que cuando el nivel de etanol comience a caer, el proceso de fermentación se pueda detener, por ejemplo, por calentamiento o por la adición de bisulfito de sodio. Otros métodos para detener la fermentación incluyen la adición de un peróxido (por ejemplo, ácido peroxiacético o peróxido de hidrógeno), la adición de ácido succínico o una sal del mismo, enfriar el contenido del recipiente, o reducir la velocidad de rociado de oxígeno. Pueden usarse combinaciones de cualquiera de dos o más de estos métodos. Si la fermentación se lleva a cabo o se completa durante el transporte, el recipiente de transporte (por ejemplo, el tanque de un carro de ferrocarril o camión cisterna) se puede equipar con una unidad de control que incluye un monitor de oxígeno y monitor de etanol, y un sistema de administración para administrar bisulfito de sodio (u otro aditivo de terminación de fermentación) al depósito y/o un sistema para ajustar los parámetros en el tanque para detener la fermentación.
Si se desea, la mezcla de chorro se puede utilizar durante la fermentación, y si la fermentación se lleva a cabo en el mismo recipiente que la sacarificación, el mismo equipo de mezcla de chorro puede ser utilizado. Sin embargo, en algunas modalidades la mezcla de chorro no es necesaria. Por ejemplo, si la fermentación se lleva a cabo durante el transporte, el movimiento del carro de ferrocarril o camión cisterna puede proporcionar una agitación adecuada.
DISPERSIÓN, MOLIENDA EN HUMEDO Y MEZCLADO Se divulgan sistemas en este documento que incluyen uno o más tanques, uno o más agitadores, por ejemplo, uno o más agitadores de cabezal de chorro, y uno o más molinos en húmedo. En algunos casos, todos los cabezales de molinos y agitadores están dentro- de los tanques .
Dispersión La unidad de dispersión opcional (134) puede incluir cualquier tipo de equipo de dispersión que humedezca el material de alimentación con el medio líquido. Muchas unidades dispersantes incluyen una cámara y un rotor en la cámara posicionados de tal manera que el material de alimentación y el medio líquido son atraídos hacia el rotor axialmente, y forzados radialmente hacia el exterior a la periferia del rotor y por lo tanto a través de la salida de la unidad, a manera de una bomba centrífuga. Dependiendo de la construcción de la unidad de dispersión, puede ser necesaria una bomba de reserva (bomba (139), comentada anteriormente) para extraer el fluido a través de la unidad de dispersión a altas viscosidades. Algunas unidades dispersantes se construyen para generar una presión muy alta de fluido estático dentro de la unidad, cuando se usan tales unidades no se requiere generalmente una bomba de reserva .
Ejemplo de sistemas dispersantes adecuados se describen en la solicitud estadounidense con número de serie 12 / 949 , 004 , presentada el 18 de noviembre del 2010 , cuya divulgación completa se incorpora aquí como referencia .
Molienda en Húmedo Dos ejemplos de cabezales de molienda en húmedo para uso en la unidad de molienda en húmedo ( 160 ) se muestran en las figuras 4 -10 y las figuras 11 - 17 . Cada cabezal incluye un rotor y un estator, y está montado sobre un eje (no mostrado) como es bien conocido en la técnica de mezclador de rotor/estator. En ambos casos, cuando el rotor y el estator se ensamblan, los huecos entre los dientes del rotor están fuera de alineación con los espacios entre los dientes del estator. Esto crea una brecha de cizallamiento a través de la cual fluye líquido bajo alto esfuerzo cortante durante la rotación del rotor.
Dispositivos de molienda en húmedo están disponibles comercialmente, por ejemplo, de Quadro Engineering, (Waterloo, Ontario) , IKA Works Inc. , (Wilmington, Delaware) , Admix Inc. (Manchester, NH) y Silverson, (Dartmouth Massachusetts) .
En la implementación mostrada en las figuras 4-10 , el estator incluye dos* anillos concéntricos de dientes (véase la fig. 6 ) . Bajo un conjunto dado de condiciones, esta configuración del estator producirá generalmente cizalladura más alta de la configuración del estator de un solo anillo mostrado en las figuras 11 a 17. Por otro lado, el rotor del cabezal mostrado en las figuras 11-17 incluye una porción de tipo impulsor, como se muestra a continuación, que proporciona una acción de bombeo que puede ser deseable en ciertos casos.
Haciendo referencia a las figuras 4-10, el cabezal (162) incluye un rotor y un estator (164) (166) . El rotor y el estator incluyen cada uno un cubo central (158) y (159), respectivamente, que definen aberturas dimensionadas para recibir un eje (no mostrado) . El eje está conectado a un motor para la rotación del rotor dentro del estator, con la abertura en el rotor estando enchavetada con el eje y el eje de rotación libremente dentro de la abertura en el estator como es bien conocido en la técnica.
Los brazos (161) y (163), respectivamente, se extienden desde los concentradores para soportar los anillos dentados del rotor y el estator. Como se muestra en las figuras 6 y 8, el estator (166) incluye dos anillos dentados - un anillo dentado exterior (170) y un anillo interior dentado (171) . El rotor (164) incluye un solo anillo dentado (169), que se ajusta entre los anillos del estator en una relación anidada. La superficie superior (165) del rotor (164) incluye tres salientes (167) que crean turbulencia alrededor del cabezal .
Como se muestra en la figura 4B, un espacio libre está dispuesto entre la superficie exterior (168) de los dientes (169) del rotor (el diámetro exterior del rotor) y la superficie interior adyacente (172) del anillo exterior de l^os dientes (170) del estator. espacio libre es preferiblemente pequeño, para generar alto cizallamiento, y puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 0.25 a 0.64 mm, por ejemplo, desde aproximadamente 0.76 a 2.5 mm. La distancia entre los anillos interior y exterior del estator es igual a este espacio libre más el espesor radial de los dientes del rotor, comentado a continuación.
Los diámetros exteriores del rotor y el estator (ODl y OD2, figuras 7 y 8) dependerán de la capacidad del depósito en el que se utiliza el cabezal de fresado, y el número de cabezales de fresado se colocan en el tanque. El diámetro exterior del estator, OD2 , puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 76.2 a 1270, por ejemplo, de aproximadamente 127 a 635 mm, con cabezales más grandes siendo utilizados en tanques más grandes. Como un ejemplo, un estator de 101.6 mm se puede usar en un tanque de 1135.6 litros.
Como se muestra en la figura 5, cada diente (170) en el anillo exterior del estator incluye un chaflán (174) entre su superficie superior (176) y la pared lateral exterior (178) .
La separación circunferencial entre los dientes adyacentes es generalmente la misma para el rotor (SI, figura 9) y ambos anillos del estator (S2 y S3 , figura 10). Al igual que la separación a, esta separación también afectará a la cantidad de cizallamiento generada por el cabezal durante la rotación del estator, con un espaciado más grande resultando en cizallamiento reducido. En algunas implementaciones , las separaciones SI, S2 y S3 son de aproximadamente 2.5 a 12.05 mm.
El tamaño de los dientes puede variar en cierta medida con base en el diámetro de cabezal deseado, con los cabezales más grandes teniendo dientes en algunos casos algo más grandes para una mayor durabilidad. Sin embargo, en general, el tamaño de los dientes y el espaciamiento de diente se mantendrán relativamente constantes a medida que aumenta diámetro del cabezal, con el número de dientes cada vez mayores según el aumento de diámetro del cabezal. Haciendo referencia a las figuras 9 y 10, en algunas implementaciones las dimensiones de los dientes puede ser, por ejemplo, de la siguiente manera: Ti : 0.10 mm T2 : 0.35 mm T3 : 0.10 mm ?4: 0.30 mm. ?5: 0.10 mm ?6 : 0.30 mm en donde Ti es el espesor radial de los dientes del rotor, T2 es el espesor de circunferencia de los dientes del rotor, T3 es el espesor radial de los dientes exteriores del estator, T4 es el espesor de circunferencia de los dientes exteriores del estator, ?' T5 y T6 son, respectivamente, los espesores de circunferencia y radial de los dientes interiores del estator.
Como se señaló anteriormente, una modalidad alternativa se muestra en las figuras 11 a 17, en donde que el estator tiene solamente una sola fila de dientes. Esta modalidad también difiere de la mostrada en las figuras 4-10 en otros aspectos.
En primer lugar, los brazos (1161) del rotor están curvados en dos planos, como se muestra en las figuras 11 a 13, haciendo que el rotor actúe como un impulsor, además de su acción de cizallamiento en la disposición de rotor/estator. Esta funcionalidad del impulsor se ve reforzada por la presencia de tres dientes más grandes (1180) (ver las Figs . 13 y 14) en el anillo del rotor, que actúan como extensiones de los brazos del rotor.
En segundo lugar, las paredes laterales adyacentes (1182) de los dientes (1169) del rotor no están dispuestas en un ángulo R con respecto a los radios del anillo, como se ve mejor en las Figs . 14 y 16. Este ángulo , puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 0 a 30 grados. El ángulo de los dientes ayuda a bombear material a través de la brecha.
Las dimensiones del rotor y el estator en esta modalidad son generalmente las mismas que las descritas anteriormente para la modalidad mostrada en las figuras 11- 17.
El rotor o estator se pueden hacer con una variedad de materiales. Por ejemplo, cerámica (por ejemplo, óxidos, carburos o nitruros), acero inoxidable, o superaleaciones (por ejemplo, Hastelloy, Inconel , Waspaloy, aleaciones Ren, aleaciones Haynes, aleaciones de TMS y aleaciones monocristalinas CMSX) . cabezal del rotor/estator es en algunos casos intercambiable con el cabezal de chorro de mezcla descrito a continuación, y en particular los que se muestran en las figuras 19-19B. Por ejemplo, en el caso de la conversión de un mezclador de chorro a un rotor/estator, la cubierta (208) (figura 19) y el elemento de mezcla (206) (figura 19A) se retiran y el cabezal de rotor/estator está montado en el eje (204) .
La figura 20 muestra una vista en sección transversal de un sistema de molienda en húmedo que incluye un tanque (252), dos motores (250), dos ejes (254), un cabezal de molienda en húmedo (256) y un cabezal de mezclador de chorro (258) . Como se muestra, uno de los ejes está conectado a uno de los motores en un extremo y un cabezal de molienda en húmedo, como se describió anteriormente. También como se muestra, el otro eje está conectado al otro motor en un extremo y un cabezal de molienda por chorro en el otro extremo.
Mezclado por Chorro Los mezcladores especialmente ventajosos para su uso durante la sacarificación y la fermentación se conocen como "mezcladores de chorro". En general, los mezcladores adecuados tienen en común que producen alta velocidad de corriente que circula, por ejemplo, el flujo en un patrón toroidal o elíptico. En general, los mezcladores preferidos exhiben una velocidad de flujo a granel alta. Los mezcladores preferidos proporcionan esta acción de mezcla con un consumo de energía relativamente bajo. También se prefiere generalmente que el mezclador produzca relativamente bajo cizallamiento y evite el calentamiento del medio líquido, ya que el cizallamiento y/o calor pueden afectar per udicialmente el agente de sacarificación (o microorganismo, por ejemplo, en el caso de la fermentación) . Como se discutirá en detalle más adelante, algunos mezcladores preferidos extraen la mezcla a través de una entrada en un elemento de mezcla, que puede incluir un rotor o impulsor, y luego expulsan la mezcla desde el elemento de mezcla a través de una boquilla de salida. Esta acción de circulación, y la alta velocidad del chorro que sale de la boquilla, ayudan al material de que está flotando en la superficie del material líquido o que se ha depositado en el fondo del tanque, dependiendo de la orientación del elemento de mezcla de dispersión. Los elementos de mezcla se pueden colocar en diferentes orientaciones para dispersar tanto el material flotante como el que se decanta, y la orientación de los elementos de mezcla puede en algunos casos ser ajustable.
En algunos sistemas de mezcla preferidos, la velocidad V0 del chorro como se encuentra con el fluido ambiente es de aproximadamente 2 a 300 m/s, por ejemplo, aproximadamente 5 a 150 m/s o alrededor de 10 a 100 m/s. El consumo de energía del sistema de mezcla puede ser de aproximadamente 20 a 1000 KW, por ejemplo, 30 a 570 KW, de 50 a 500 KW, 150 ó 250 kw para un tanque de 100,000 L .
El mezclado por chorro implica la descarga de un chorro sumergido, o un número de chorros sumergidos, de líquido de alta velocidad en un medio fluido, en este caso la mezcla de materia prima de biomasa, medio líquido y el agente de sacarificación. El chorro de líquido penetra en el medio de fluido, con su energía que disipada por la turbulencia y un poco de calor inicial. Esta turbulencia se asocia con gradientes de velocidad (corte de fluido) . El fluido circundante se acelera y es arrastrado en el flujo de chorro, este flujo de arrastre secundario aumentando a medida que la distancia desde la boquilla de chorro aumenta. El impulso de la corriente secundaria se mantiene generalmente constante a medida que el chorro se expande, siempre y cuando el flujo no golpee una pared, suelo u otro obstáculo. Cuanto mayor continúe el flujo antes de que golpee cualquier obstáculo, más líquido es arrastrado en el flujo secundario, lo que aumenta el flujo aparente en el tanque o recipiente. Cuando se encuentra un obstáculo, el flujo secundario perderá impulso, más o menos dependiendo de la geometría del tanque, por ejemplo, el ángulo en el que el flujo incide sobre el obstáculo. Es generalmente deseable orientar los chorros y/o diseñar el tanque de modo que se reduzcan al mínimo las pérdidas hidráulicas a las paredes del tanque. Por ejemplo, puede ser deseable que el tanque tenga una parte inferior en forma de arco (por ejemplo, una placa superior en forma de cúpula) , y que los mezcladores de chorro estén orientados relativamente cerca de las paredes laterales. El fondo del tanque (placa de cabezal más baja) puede tener cualquier configuración deseada en forma de cúpula, o puede tener una geometría elíptica o cónica. mezclador a chorro difiere de la mayoría de los tipos de mezclas de líquido/líquido y líquido/sólido en que la fuerza impulsora es hidráulica en vez de mecánica. En lugar de cizallamiento de fluido y propulsión alrededor del recipiente de mezcla, como hace un agitador mecánico, un mezclador de chorro obliga al fluido a través de una o más boquillas dentro del tanque, creando chorros de alta velocidad que arrastran otro fluido. El resultado es corte (fluido contra de líquidos) y circulación, que mezclan el contenido del tanque de manera eficiente.
Haciendo referencia a la figura 18A, el gradiente de alta velocidad entre el flujo del núcleo de un chorro sumergido y el líquido que rodea causa remolinos. La figura 18B ilustra las características generales de un chorro sumergido, medida que el chorro se expande sumergido en el medio ambiente que lo rodea, el perfil de velocidad se aplana a medida que la distancia (x) desde la boquilla aumenta. También, la velocidad de gradiente dv/dr cambia con R (la distancia desde la línea central del chorro) a una distancia dada x, tal que se crean remolinos que definen la zona de mezcla (expansión cónica de la boquilla) .
En un estudio experimental de un chorro sumergido en el aire (cuyos resultados son aplicables a cualquier líquido, incluyendo agua), Albertson et al. ("Diffusión of Submerged Jets", Documento 2409, Amer. Soc . Of Civil Engineers Transactions, vol . 115:639-697, 1950, pág. 657) desarrollaron relaciones adimensionales para v[x]r=0/Vo (velocidad de línea central) , V[r]X/V[x]r=o (Perfil de velocidad en una x dada) , Qx/Qo (arrastre de flujo) , y Ex/E0 (Cambio de energía con x) ·. (1) Velocidad de línea central, v[x]r=o/V0 : v(r¦=> 0) x 62 v, > Perfil de velocidad en cualquier V[r]x/V[x]r=0: Flujo y energía en cualquier £, , D„ [10.22) E„ x en donde: V(r=0) = velocidad de línea central de chorro sumergido (m/s) Vo = velocidad de chorro tal como sale de la boquilla (m/s) x = distancia desde la boquilla (m) r: = distancia desde la línea central del chorro (m) D0 = diámetro de la boquilla (m) Qx = flujo de fluido a través de cualquier plano dado a una distancia x desde la boquilla (me/s) Qo = flujo de fluido que sale de la boquilla (m3/s) E - flujo de energía del fluido a través de cualquier plano dado a una distancia x desde la boquilla (m3/s) EQ = flujo de energía que sale de la boquilla (m3/s) ("Water Treatment Unit Process: Physical and Chemical, " David W. Hendricks, CRC Press 2006, pág. 411) .
El mezclado por chorro es particularmente costeable en aplicaciones de grandes volúmenes (3,785 litros) y baja viscosidad (menos de 1,000 cPs) . También es generalmente ventajoso en que en la mayoría de los casos, la bomba o el motor del mezclador de chorro no se sumerge, por ejemplo, cuando se usa una bomba generalmente está ubicado fuera del recipiente.
Una ventaja del mezclado por chorro es que la temperatura del fluido ambiental (otra que la directamente adyacente a la salida de la boquilla, en donde puede haber algo de calor localizado) aumenta sólo ligeramente, si es que aumenta. Por ejemplo, la temperatura puede aumentar en menos de 5°C, menos de 1°C, o en ningún alcance que se pueda medir.
Agitadores de Flujo de Chorro Un tipo de agitador de chorro de flujo se muestra en las figuras 19A-19B. Este tipo de mezclador está disponible comercialmente, por ejemplo, de IKA bajo el nombre comercial ROTOTRON™ . Haciendo referencia a la figura 19A, el mezclador (200) incluye un motor (202), que hace girar un eje de accionamiento (204) . Un elemento de mezcla (206) está montado en el. extremo del eje de accionamiento (204) . Como se muestra en la figura 19B, el elemento de mezcla (206) incluye una cubierta (208) y, dentro de la cubierta, un impulsor (210) . Como se indica por las flechas, cuando el impulsor se hace girar en su dirección "hacia adelante", el impulsor (210) se basa en el líquido a través del extremo superior abierto (212) de la cubierta y obliga · al líquido a través del extremo inferior abierto (214) . El líquido que sale extremo (214) está en forma de una corriente de alta velocidad o de chorro. Si la dirección de rotación del impulsor (210) se invierte, el líquido puede ser aspirado a través del extremo inferior (214) y se expulsa a través del extremo superior (212). Esto se puede utilizar, por ejemplo, para aspirar los sólidos que están flotando cerca de o en la superficie del líquido en un tanque o recipiente. (Se observa que "superior" e "inferior" se refieren a la orientación del mezclador en la figura 19A; el mezclador puede estar orientado en un tanque de modo que el extremo superior esté por debajo del extremo inferior) .
La cubierta (208) incluye zonas acampanadas (216) y (218) adyacentes a sus extremos. Estas áreas ensanchadas se cree que contribuyen al flujo generalmente toroidal que se observa con este tipo de mezclador. La geometría de la cubierta y el impulsor también concentran el flujo en la corriente de alta velocidad utilizando relativamente bajo consumo de energía.
Preferiblemente, la separación entre la cubierta (208) y el impulsor (210) es suficiente para evitar el fresado excesivo de material a medida que pasa a través de la cubierta. Por ejemplo, la separación puede ser al menos 10 veces el tamaño medio de partícula de los sólidos en la mezcla, preferiblemente al menos 100 veces.
En algunas implementaciones, el eje (204) está configurado para permitir el suministro de gas a través del eje. Por ejemplo, el eje (204) puede incluir un taladro (no mostrado) a través del cual se suministra el gas, y uno o más orificios a través del cual sale el gas en la mezcla. Los orificios pueden estar dentro de la cubierta (208) , para mejorar la mezcla, y/o en otros lugares a lo largo de la longitud del eje (204) .
El impulsor (210) puede tener cualquier geometría deseada que atraerá líquido a través de la cubierta a una velocidad alta. El impulsor es preferentemente un impulsor marino, como se muestra en la figura 19B, pero puede tener un diseño diferente, por ejemplo, un impulsor Rushton como se muestra en la figura 19C, o un impulsor Rushton modificado, por ejemplo, inclinada a fin de proporcionar algo de flujo axial.
Con el fin de generar el flujo de alta velocidad a través de la cubierta, el motor (202) es preferiblemente de alta velocidad, de alta torsión, por ejemplo, capaz de funcionar de 500 a 20,000 RPM, por ejemplo, 3,000 a 10,000 RPM. Sin embargo, cuanto mayor sea el mezclador (por ejemplo, más grande la cubierta y/o más grande el motor) menor es la velocidad de rotación. Por lo tanto, si se utiliza un mezclador grande, tal como de 5 hp, 10 hp, 20 hp, o 30 hp o mayor, el motor puede ser diseñado para funcionar a velocidades de rotación más bajas, por ejemplo, menos de 2000 RP , menos de 1500 RPM, o incluso 500 RPM o menos. Por ejemplo, un mezclador de tamaño adecuado para mezclar un tanque de 10,000-20,000 litros puede funcionar a velocidades de 900 a 1200 RPM. La torsión del motor es preferentemente auto-ajustable, para mantener una velocidad del impulsor relativamente constante a medida que las condiciones de mezcla cambian con el tiempo, por ejemplo, debido a la sacarificación de los sólidos.
Venta osamente, el mezclador puede ser orientado en cualquier ángulo deseado o ubicación en el tanque, para dirigir el flujo, de chorro en una dirección deseada. Por otra parte, como se discutió anteriormente, dependiendo de la dirección de rotación del impulsor del, mezclador se puede utilizar para extraer fluido desde cualquier extremo de la cubierta.
En algunas implementaciones , dos o más mezcladores de chorro se colocan en el recipiente, con uno o más estando configurado para fluido de chorro hacia arriba ("bombeo ascendente") y uno o más estando configurado para fluido de chorro descendente ("bombeo descendente") . En algunos casos, un mezclador de bombeo ascendente se coloca adyacente a un mezclador de bombeo descendente, para mejorar el flujo turbulento creado por los mezcladores. Si se desea, uno o más mezcladores pueden cambiarse entre flujo ascendente y flujo descendente durante el procesamiento. Puede ser ventajoso cambiar todos o la mayoría de los mezcladores a modo de bombeo durante la dispersión inicial de la materia prima en el medio líquido, en particular si la materia prima se descarga o sopla sobre la superficie del líquido, ya que el bombeo ascendente crea turbulencia significativa en la superficie. El bombeo ascendente también se puede utilizar durante la fermentación para ayudar a eliminar el C02 del líquido haciendo que el gas burbujee a la superficie, donde puede ser ventilado.
Otros mezcladores a chorro adecuados se describen en las solicitudes estadounidenses con Nos. de serie 12/782,694, presentada el 18 de mayo de 2011; 13/293,985 presentada el 10 de noviembre de 2011; 13/293,977 presentada el 10 de noviembre de 2011 y 12/782,694, presentada el 18 de mayo de 2010, cuyas divulgaciones completas se incorporan aquí como referencia.
MATERIALES Materiales de biomasa La biomasa puede ser, ej . , un material celulósico o lignocelulósico . Dichos materiales incluyen . papel y productos de papel (ej., papel policubierto y papel Kraft), madera, materiales relacionados con la madera, ej . , tablero de partículas, pastos, cáscaras de arroz, bagazo, yute, cáñamo, linaza, bambú, henequén, ábaca, paja, césped de pradera, alfalfa, heno, mazorcas de maíz, rastrojo de maíz, pelo de coco; y materiales altos en contenido de a-celulosa, e . , algodón. Las materias primas se pueden obtener de pedazos de materiales textiles vírgenes, ej . , restos, desperdicio del consumidor, trapos. Cuando se usan productos de papel, pueden ser materiales vírgenes, ej . , materiales de desecho vírgenes, o pueden ser desperdicio del consumidor. Junto a los materiales textiles vírgenes, desperdicio del consumidor, industrial (ej., despojos), y de procesamiento (ej. , efluente del procesamiento del papel), también se pueden usar como fuentes de fibra. La materia prima de la biomasa puede también ser obtenida de o derivada de desperdicios humanos (ej . , aguas residuales), animales o de las plantas . Materiales celulósicos y lignocelulósicos adicionales se han descrito en las Patentes Estadounidenses Nos. 6,448,307, 6,258,876, 6,207,729, 5,973,035 y 5,952,105.
En algunas modalidades, el material de biomasa incluye un carbohidrato que es o que incluye un material que tiene uno o más vínculos ß-1,4 y que tiene un peso molecular de número promedio entre alrededor de 3,000 y 50,000. Dicho carbohidrato es o que incluye celulosa (I), que se deriva de (ß-glucosa 1) a través de la condensación de enlaces ß ( 1 , 4 ) -glicosídicos . Este vínculo contrasta en sí mismo con el de los enlaces a (1, 4) -glicosídicos presentes en el almidón y otros carbohidratos .
I En algunas modalidades, el material de biomasa incluye materiales almidonados, por ejemplo, almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de papa o almidón de arroz, un derivado del almidón, o un material que incluya almidón, tal como un producto alimentario comestible o un cultivo. Por ejemplo, el material almidonado puede ser arracacha, trigo sarraceno, plátano, cebada, mandioca, kudzu, oca, sagú, sorgo, papas caseras regulares, papa dulce, taro, ñames, o uno o más frijoles, tales como habas, lentejas o chícharos. Las mezclas de cualesquiera dos o más materiales almidonados también son materiales almidonados. Por ejemplo, una biomasa puede ser una planta completa, una parte de una planta o diferentes partes de una planta, por ejemplo, una planta de trigo, planta.de algodón, una planta de maíz, planta de arroz o un árbol. Los materiales almidonados se pueden tratar por cualquiera de los métodos descritos en el presente documento.
En otras modalidades, los materiales de biomasa, tales como celulosa, almidón y materiales de materia prima lignocelulósica, se pueden obtener a partir de plantas que han sido modificadas con respecto a una variedad de tipo salvaje. Tales modificaciones pueden ser, por ejemplo, a través de los pasos iterativos de selección y mejora genética para obtener las características deseadas en una planta. Además, las plantas pueden tener material genético eliminado, modificado, silenciado y/o añadido con respecto a la variedad de tipo salvaje. Por ejemplo, las plantas modificadas genéticamente pueden ser producidas por métodos dé ADN recombinante, en los que las modificaciones genéticas incluyen la introducción o la modificación de genes específicos de las variedades parentales, o, por ejemplo, mediante el uso de la cría transgénica en la que un gen o genes específicos son introducidos a una planta de una especie diferente de la planta y/o bacterias. Otra forma de crear la variación genética es a través de la cría de mutación en la que los nuevos alelos son creados artificialmente a partir de genes endógenos. Los genes artificiales pueden ser creados por una variedad de maneras, incluyendo el tratamiento de la planta o las semillas con, por ejemplo, mutágenos químicos (por ejemplo, el uso de agentes alquilantes, epóxidos, alcaloides, peróxidos, formaldehído) , la irradiación (por ejemplo, rayos X, rayos gamma, neutrones, partículas beta, partículas alfa, protones, deuterones, radiación UV) y la temperatura estresante u otras técnicas externas posteriores impactantes o de otra índole. Otros métodos para proporcionar genes modificados son a través de PCR propensa a errores y aleatorizacion de ADN seguidos por la inserción del ADN modificado deseado en la planta o semilla deseada. Los métodos de introducción- de la variación genética deseada en la semilla o planta incluyen, por ejemplo, el uso de un portador bacteriano, biolístico, precipitación con fosfato de calcio, electroporación, empalme de genes, silenciamiento de genes, lipofección, microinyección y portadores virales . Los materiales modificados genéticamente, además, se han descrito en la solicitud estadounidense No. 13/396,369 presentada el 14 de febrero de 2012, cuya divulgación completa se incorpora al presente por referencia.
En algunos casos, la biomasa es un material microbiano. Las fuentes microbianas incluyen, pero no están limitadas a, cualquier microorganismo u organismo de ocurrencia natural o modificado genéticamente que contiene o es capaz de proporcionar una fuente de carbohidratos (ej . , celulosa), por ejemplo, protistas (ej . , protozoos tales como flagelos, amoeboides, ciliatos y esporozoos) y protistas de plantas (ej., algas tales como alveolatos, cloraracniofitos , criptomonados , euglenidos, glaucofitos, haptofitos, algas rojas, estramenopilos y viridae plantae) . Otros ejemplos incluyen algas marinas, plancton (ej., macroplancton, mesoplancton, microplancton, nanoplancton, picoplancton y femptoplancton) , fitoplancton, bacterias (ej., bacterias positivas gram, bacterias negativas gram, y extremofilos ) , levadura y/o mezclas de las mismas. - En algunos ejemplos, la biomasa microbiana se puede obtener de fuentes naturales, ej . , el océano, los lagos, cuerpos de agua, ej . , agua salada o agua dulce, o en la tierra. Alternativamente o además de, la biomasa microbiana se puede obtener de sistemas de cultivo, ej . , sistemas de cultivo húmedo y seco a gran escala.
Agentes Sacarificantes Las enzimas adecuadas incluyen celobiasas, celulasa y amilasas capaces de degradar la biomasa.
Las celobiasas adecuadas incluyen una celobiasa de Aspergillus niger vendida bajo la marca NOVOZYME 188™.
Las celulasas son capaces de degradar la biomasa, y pueden ser de origen de los hongos O bacteriano. Las enzimas adecuadas incluyen celulasas del género Bacillus, Pseudomonas, Humicola, Fusarium, Thielavia, Acremonium, Chrysosporium y Trichoderma, e incluyen especies de Humicola, Coprinus, Thielavia, Fusarium, Myceliophthora, Acremonium, Cephalosporium, Scytalidium, Pencillium o Aspergillus {ver, ej . , la Patente Europea 458162), especialmente aquellas producidas por una raza seleccionada de las especies Humicola insolens (reclasificada como Scytalidium thermophilum, ver, ej . , Patente Estadounidense No. 4,435,307), Coprinus cinereus, Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Meripilus giganteus, Thielavia terrestris, Acremonium sp, Acremonium persicinum, Acremonium acremonium, Acremonium brachypenium, Acremonium dichromosporum, Acremonium ohclavatum, Acremonium pinkertoniae, Acremonium roseogriseum, Acremonium incoloratum y Acremonium furatum; preferentemente de las especies de Humicola insolens DSM 1800, Fusarium oxysporum DSM 2672, Myceliophthora thermophila CBS 117.65, Cephalosporium sp. RYM-202, Acremonium sp . CBS 478.94, Acremonium sp. CBS 265.95, Acremonium persicinum CBS 169.65, Acremonium acremonium AHU 9519, Cephalosporium sp . CBS 535.71, Acremonium brachypenium CBS 866.73, Acremonium dichromosporum CBS 683.73, Acremonium obclavatum CBS 311.74, Acremonium pinkertoniae CBS 157.70, Acremonium roseogriseum CBS 134.56, Acremonium incoloratum CBS 146.62, y Acremonium furatum CBS 299.70H. Las enzimas celulóticas también pueden obtenerse de Chrysosporium, preferentemente una cepa de Chrysosoporium lucknowense. Adicionalmente, Trichoderma (particularmente Trichoderma viridae, Trichoderma reesei y Trichoderma koningii) , Bacillus alcalofílico (ver, por ejemplo, la Patente Estadounidense No. 3,844,890 y la Patente Europea 458162), y Streptomyces {ver, ej . , la Patente Europea 458162), también se pueden usar.
Los complejos enzimáticos se pueden utilizar, tales como los disponibles de Genencore bajo el nombre comercial Accellerase®, por ejemplo, complejo enzimático Accellerase® 1500. El complejo enzimático Accellerase® 1500 contiene múltiples actividades enzimáticas, principalmente exoglucanasa, endoglucanasa (2200-2800 CMC U/g) , hemi-celulasa, y beta-glucosidasa (525-775 pNPG U/g) , y tiene un pH de 4.6 a 5.0. La actividad endoglucanasa del complejo enzimático se expresa en unidades de actividad de carboximetilcelulosa (CMC U) , mientras que la actividad de beta-glucosidasa se reporta en unidades de actividad PNP-glucósidas (pNPG U) . En una modalidad, se utiliza una mezcla de complejo enzimático Accellerase® 1500 y celobiasa NOVOZYME™ 188.
En algunas implementaciones , el agente de sacarificación comprende un ácido, por ejemplo, un ácido mineral. Cuando se utiliza un ácido, pueden ser generados co-productos que son tóxicos para los microorganismos, en cuyo caso el proceso puede incluir además la eliminación de tales co-productos. La eliminación se puede realizar usando un carbón activado, por ejemplo, carbón activado, u otras técnicas adecuadas .
Agentes de Fermentación El (los) microorganismo (s) usado (s) en la fermentación puede (n) ser microorganismo (s ) natural (es) y/o microorganismo (s ) diseñado(s). Por ejemplo, el microorganismo puede ser una bacteria, ej . , una bacteria celulolítica, un hongo, e . , una levadura, una planta, o un protista, ej . , alga, un protozoo o un protista tipo hongo, ej . , un moho de cieno. Cuando los organismos son compatibles,, se pueden usar mezclas de organismos.
Los microorganismos de fermentación adecuados tienen la capacidad de convertir los carbohidratos, tales como glucosa, xilosa, arabinosa, mañosa, galactosa, oligosacáridos o polisacáridos en productos de fermentación.- Los microorganismos de fermentación incluyen razas del género Sacchromyces spp., ej . , Sacchromyces cerevisiae (levadura del repostero) , Saccharomyces distaticus, Saccharomyces urvarum; el género Kluyveromyces, ej . , especies de Kluyveromyces marxianus, Klyuveromyces fragilis; el género Candida, ej . , Candida pseudotropicalis y Candida brassicae, Pichia stipitis (un pariente de Candida shehatae) , el género Clavispora, ej . , especies Clavispora lusitaniae y Clavispora opuntiae, el género Pachysolen, ej . , especies Pachysolen tannophilus, el género Bretannomyces, ej . , especies Bretanno yces clausenii (Philippidis , G.P., 1996, Cellullose Bioconversion technology, en Handbook on Bioethanol: Production and Utilization, Wyman, CE., ed. Taylor & Francis, Washington, DC, 179-212). Otros microorganismos adecuados incluyen, por ejemplo, Zymo onas mobilis, Clostridium thermocellum (Philippidis, 1996, supra) , Clostridium saccharobutylacetonicum, Clostridium saccharobutylicum, Clostridium Puniceum, Clostridium beijernckii, Clostridium acetobutylicum, Monilíella pollinis, Yarrowa lipolytica, Aureobasidium sp., Trichosporonoides sp . , Trigonopsis varabilis, Trichosporon sp., Moniliellaacetoabutans, Typhula variabilis, Candida magnoliae, Ustilaginomycetes, Pseudozyma tsukubaensis, especies de levadura del género Zygossaccharomyces, Debaryomyces, Hansenula y Pichia, y hontos del género dematioide Torula.
Las levaduras comercialmente disponibles incluyen, por ejemplo, RedStar®/Lesaffre Etanol Rojo (disponible de RedStar/Lesaffre, EUA) , FALI® (disponible de Fleischmann' s Yeast, una división de Burns Philip Food, Inc., EUA), SUPERSTART® (disponible de Alltech, ahora Lalemand) , GERT STRA D® (disponible de Gert Strand AB, Suecia) y FERMOL® (disponible de DSM Specialties) .
ADITIVOS Antibióticos Si bien se prefiere generalmente tener una concentración alta de azúcar en la solución sacarificada, • concentraciones más bajas pueden ser utilizadas, en cuyo caso puede ser deseable añadir un aditivo antimicrobiano, por ejemplo, un antibiótico de amplio espectro, en una concentración baja, por ejemplo, 50 a 150 ppm. Otros antibióticos adecuados incluyen anfotericina B, ampicilina, cloramfenicol , ciprofloxacino, gentamicina, higromicina B, kanamicina, . Neomicina, penicilina, puromicina, estreptomicina. Los antibióticos inhiben el crecimiento de microorganismos durante el transporte y el almacenamiento, y se pueden utilizar las concentraciones apropiadas, por ejemplo, entre 15 y 1000 ppm en peso, por ejemplo, entre 25 y 500 ppm, o entre 50 y 150 ppm. Si se desea, un antibiótico puede incluirse incluso si la concentración de azúcar es relativamente alta.
Surfactantes La adición de surfactantes puede mejorar la tasa de sacarificación. Los ejemplos de surfactantes incluyen surfactantes no iónicos, como por ejemplo surfactantes Tween®20 o Tween®80 de polietilenglicol , surfactantes iónicos o surfactantes anfoteros. Otros surfactantes adecuados incluyen etoxilatos de octilfenol, tales como los surfactantes no iónicos TRITON™ serie X disponibles comercialmente de Dow Chemical. Un surfactante también puede ser añadido para mantener el azúcar que se está produciendo en la solución, en particular en soluciones de alta concentración.
Medio de Sacarificación En una modalidad, el medio tiene las siguientes concentraciones de componentes : TRATAMIENTO FÍSICO DE LA MATERIA PRIMA Preparación Física En algunos casos, los métodos pueden incluir una preparación física, por ejemplo, la reducción del tamaño de los materiales, tal como mediante corte, molienda, cizallamiento, pulverizando o cortar. Por ejemplo, en otros casos, el material se trata o procesa previamente primero utilizando uno o más de los métodos descritos en el presente documento, tales como la radiación, la sonicación; la oxidación, pirólisis o explosión de vapor, y luego tamaño reducido o aún más el tamaño reducido. El tratamiento de primera y luego la reducción de tamaño puede ser ventajoso. Las pantallas y/o los imanes se pueden utilizar para eliminar los objetos de gran tamaño o indeseables, tales como, por ejemplo, rocas o clavos de la corriente de alimentación. En algunos casos hay pre-procesamiento necesario, por ejemplo cuando el recalcitrancia inicial de la biomasa es baja, y la molienda en húmedo es suficientemente eficaz de reducir la recalcitrancia, por ejemplo, para preparar el material para su posterior procesamiento, por ejemplo, la sacarificación.
Los sistemas de preparación de alimentación pueden ser configurados para producir corrientes con características específicas, como, por ejemplo, los tamaños máximos específicos, longitud-a-espesor, o áreas superficiales de proporciones específicas. La preparación física puede aumentar la velocidad de las reacciones o reducir el tiempo de procesamiento requerido por la apertura de los materiales y hacerlas más accesibles a los procesos y/o reactivos, tales como reactivos en una solución. La densidad aparente de las materias primas puede ser controlada (por ejemplo, incrementada) . En algunas situaciones, puede ser deseable preparar un material de alta densidad aparente o superior, por ejemplo, densificar el material (por ejemplo, la densificación puede hacer que sea más fácil y menos costoso de transportar a otro sitio) y luego revertir el material a un estado de densidad menor. El material puede ser densificado, por ejemplo, de menos de 0.2 g/cc a más de 0.9 g/cc (por ejemplo, menos de 0.3 a más de 0.5 g/cc, menos de 0.3 a más de 0.9 g/cc, menos de 0.5 a más de 0.9 g/cc, menos de 0.3 a más de 0.8 g/cc, menos de 0.2 a más de 0.5 g/cc). Por ejemplo, el material puede ser densificado por los métodos y equipos descritos en US 7,932,065 y WO 2008/073186, cuyas descripciones completas se incorporan aquí como referencia. Los materiales densificados pueden ser procesados por cualquiera de los métodos descritos en el presente documento, o cualquier material procesado por cualquiera de los métodos descritos en el presente documento pueden ser posteriormente densificados. En algunos casos, el material puede ser densificado antes de la molienda en húmedo. La molienda en húmedo puede volver a abrir el material densificado.
Reducción de Tamaño En algunas modalidades, el material a procesar tiene forma de un material fibroso que incluye fibras proporcionadas por cizallamiento de una fuente de fibra. Por ejemplo, el cizallamiento se puede realizar con un cortador de cuchilla giratoria.
Por ejemplo, una fuente de fibra, por ejemplo, que es recalcitrante o que ha tenido su nivel de recalcitrancia reducida, puede ser cortado, por ejemplo, en un cortador de cuchilla giratoria, para proporcionar un primer material fibroso. El primer material fibroso se hace pasar a través de una primera pantalla, por ejemplo, que tiene un tamaño medio de apertura de 1.59 mm o menos, y proporciona un segundo material fibroso. Si se desea, la fuente de fibra se puede cortar antes de la cizalladura, por ejemplo, con una trituradora. Por ejemplo, cuando un documento se utiliza como la fuente de fibra, el papel se puede cortar primero en tiras que son, por ejemplo, 6.35 a 12.7 mm de espesor, utilizando una trituradora, por ejemplo, un tornillo de desmenuzado de contra-rotación, tales como los fabricados por Munson (Utica, NY) . Como alternativa a la trituración, el papel puede ser reducido de tamaño por el cizallamiento a un tamaño deseado usando un cortador de guillotina. Por ejemplo, el cortador de guillotina puede ser utilizado para cortar el papel en hojas que son, por ejemplo, de 254 mm de ancho por 304 mm de largo.
En algunas modalidades, la cizalla de la fuente de fibra y el paso del primer material fibroso resultante a través de una primera pantalla se realizan al mismo tiempo. El cizallamiento y el paso también se pueden realizar en un proceso de tipo discontinuo . Por ejemplo, un cortador de cuchilla giratoria se puede utilizar para cortar simultáneamente la fuente de fibra y la pantalla el primer material fibroso.
Un cortador de cuchilla rotativa incluye una tolva que se puede cargar con una fuente de fibra desmenuzada preparada por trituración de una fuente de fibra. La fuente de fibra desmenuzada en algunas implementaciones , la materia prima es tratada físicamente antes de la sacarificación y/o fermentación. Los procesos de tratamiento físicos pueden incluir uno o más de cualquiera de los descritos en este documento, tales como el tratamiento mecánico, tratamiento químico, irradiación, tratamiento con ultrasonido, oxidación, pirólisis o explosión de vapor. Los métodos de tratamiento se pueden utilizar en combinaciones de dos, tres, cuatro, o incluso la totalidad de estas tecnologías (en cualquier orden) . Cuando se utiliza más de un método de tratamiento, los métodos se pueden aplicar al mismo tiempo o en momentos diferentes. Otros procesos que cambian de una estructura molecular de una materia prima de biomasa también se pueden usar, solos o en combinación con los procesos descritos en este documento.
Tratamientos Mecánicos En algunos casos, los métodos pueden incluir el tratamiento mecánico de la materia prima de biomasa. Los tratamientos mecánicos de la materia prima incluyen, por ejemplo, esqueje, trituración, presión, molienda, esquilado y picado. La molienda puede incluir, por ejemplo, molino de bola, molino de martillo, molido de rotor/estator seco o húmedo, u otros tipos de molido. Otros tratamientos mecánicos incluyen, ej . , molido de piedra, agrietamiento, desgaste o ruptura mecánica, triturado pendular o molido por desgaste de aire.
El tratamiento mecánico puede ser ventajoso para "abrir", "tensar", romper y destruir los materiales celulósicos o lignocelulosicos, haciendo la celulosa de los materiales más susceptible a escisión catenaria y/o reducción de cristalinidad. Los materiales abiertos también pueden ser más susceptibles a oxidación cuando son irradiados .
En algunos casos, el tratamiento mecánico puede incluir una preparación inicial de la materia prima como se recibió, ej . , reducción de tamaño de los materiales, tal como esqueje, molido, esquilado, pulverización o picado. Por ejemplo, en algunos casos, la materia prima suelta (ej . , papel reciclado, materiales almidonados o césped de pradera) se prepara esquilando o triturando.
Alternativamente, o en adición, el material de materia prima puede ser físicamente tratado por uno o más de los otros métodos de tratamiento físico, ej . , tratamiento químico, radiación, sonicación, oxidación, pirólisis o explosión de vapor, y después mecánicamente tratados. Esta secuencia puede ser ventajosa debido a que los materiales tratados por uno o más de los otros tratamientos, ej . , irradiación o pirólisis, tienden a ser más frágiles y, por lo tanto, puede ser más fácil cambiar más la estructura molecular del material mediante tratamiento mecánico.
En algunas modalidades, el material de la materia prima está en la forma de un material fibroso, y el tratamiento mecánico incluye el esquilado para exponer las fibras del material fibroso. El esquilado se puede llevar a cabo, por ejemplo, usando un cortador de cuchillo giratorio. Otros métodos para el tratamiento mecánico de la materia prima incluyen, por ejemplo, molido o triturado. El molido se puede llevar a cabo usando, por ejemplo, un molino de martillo, un molino de bola, un molino coloidal, un molino cónico o de cono, un molino de disco, un molino de borde, un molino de Wiley o molino. El triturado se puede llevar a cabo usando, por ejemplo, un triturador de piedra, un triturador pendular, un triturador de café, un triturador de fresa. El triturado se puede proporcionar, por ejemplo, por un perno de émbolo u otro elemento, como en el caso de un molino de perno. Otros métodos de tratamiento mecánico incluyen el desgaste o ruptura mecánica, otros métodos que aplican presión al material y al molido por desgaste de aire. Los tratamientos mecánicos adecuados incluyen, además, cualquier otra técnica que cambia la estructura molecular de la materia prima.
Si se desea, el material mecánicamente tratado puede ser pasado a través de una pantalla, ej . , que tenga un tamaño de apertura promedio de 1.59 mm o menos (1/16 de pulgada, 0.0625 pulgadas) . En algunas modalidades, el esquilado u otro tratamiento mecánico, y la proyección, se llevan a cabo concurrentemente. Por ejemplo, se puede usar un cortador de cuchillo giratorio para esquilar concurrentemente y proyectar la materia prima. La materia prima es esquilada entre navajas estacionarias y navajas giratorias para proporcionar un material esquilado que pasa a través de una pantalla, y es capturado en un recipiente.
El material celulósico o lignocelulósico puede ser mecánicamente tratado en un estado seco (ej., que tiene muy poca o nada de agua libre en su superficie) , un estado hidratado (ej., que tiene hasta un diez por ciento por peso de agua absorbida), o en un estado húmedo, ej . , que tiene de entre alrededor de 10 por ciento a alrededor de 75 por ciento por peso de agua. La fuente de fibra puede ser mecánicamente tratada mientras que se sumerge parcial o totalmente en un líquido, tal como agua, etanol o isopropanol .
El material celulósico o lignocelulósico también puede ser mecánicamente tratado bajo un gas (tal como una corriente o atmósfera de gas diferente al aire) , ej . , oxígeno o nitrógeno, o vapor.
Si se desea, la lignina se puede remover de cualquiera de los materiales fibrosos que incluyen lignina.
También, para ayudar en la descomposición de los materiales que incluyen celulasa, el material se puede tratar antes de o durante el tratamiento mecánico o irradiación con un calor, un químico (e . , ácido mineral, base o un oxidante fuerte tal como hipocloruro de sodio) y/o una enzima. Por ejemplo, la trituración se puede llevar a cabo en la presencia de un ácido.
Los sistemas de tratamiento mecánico se pueden configurar para producir vapores con características morfológicas específicas tales como, por ejemplo, área de superficie, porosidad, densidad aparente, y, en el caso de materias primas fibrosas, características de fibras tales como proporción longitud-a-ancho.
En algunas modalidades, un área de superficie BET del material de biomasa mecánicamente tratado es mayor a O.lm2/, ej . , mayor a 0.25m2/g, mayor a 0.5m2/g, mayor a 1.0m2/g, mayor a 1.5m2/g, mayor a 1.75m2/g, mayor a 5.0m2/g, mayor a 10m/g, mayor a 25m2/g, mayor a 35m2/g, mayor a 50m2/g, mayor a 60m2/g, mayor a 75m2/g, mayor a 100m2/g, mayor a 150m2/g, mayor a 200m2/g, o hasta mayor a 250m2/g.
Una porosidad del material mecánicamente tratada, antes o después de su modificación estructural, puede ser, ej . , mayor a 20 por ciento, mayor a 25 por ciento, mayor a 35 por ciento, mayor a 50 por ciento, mayor a 60 por ciento, mayor a 70 por ciento, mayor a 80 por ciento, mayor a 85 por ciento, mayor a 90 por ciento, mayor a 92 por ciento, mayor a 94 por ciento, mayor a 95 por ciento, mayor a 97.5 por ciento, mayor a 99 por ciento, o hasta mayor a 99.5 por ciento .
En algunas modalidades, después del tratamiento mecánico, el material tiene una densidad aparente de menos de 0.25 g/cm3, ej . , 0.20 g/cm3, 0.15 g/cm3, 0.10 g/cm3, 0.05 g/cm3, o menos, ej . , 0.025 g/cm3. La densidad aparente se determina usando ASTM D1895B. Brevemente, el método involucra el llenado de un cilindro de medición de volumen conocido con una muestra, y la obtención de un peso de la muestra. La densidad aparente se calcula dividiendo el peso de la muestra en gramos entre el volumen conocido en centímetros cúbicos.
Si la materia prima es un material fibroso, las fibras del material mecánicamente tratado pueden tener una proporción de longitud-a-diámetro relativamente grande (ej . , mayor a 20-a-l), aún si han sido esquiladas más de una vez. Además, las fibras de los materiales fibrosos aquí descritos pueden tener una longitud y/o una distribución de proporción longitud-a-diámetro relativamente estrecha.
Como se usa aquí, anchos promedio de fibra (ej., diámetros) son aquellos determinados ópticamente al seleccionar aleatoriamente aproximadamente 5,000 fibras. Las longitudes promedio de fibra son longitudes largo- pesado corregidas . Las áreas de superficie de BET (Brunauer, Emmet y Teller) son áreas de superficie muíti-puntos, y las porosidades son agüellas determinadas por porosimetría de mercurio.
Si la segunda materia prima es un material fibroso (14) , la proporción promedio longitud-a-diámetro de las fibras del material mecánicamente tratado pueden ser, ej . , mayor a 8/1, ej . , mayor a 10/1, mayor a 15/1, mayor a 20/1, mayor a 25/1, o mayor a 50/1. Una longitud de fibra promedio del material mecánicamente tratado (14) puede ser, ej . , entre alrededor de 0.5 mm y 2.5 mm, ej . , entre alrededor de 0.75 mm y 1.0 mm, y un ancho promedio (ej . , diámetro) del segundo material fibroso (14) puede ser, ej . , entre alrededor de 5 um y 50 um, ej . , entre alrededor de 10 um y 30 µp?.
En algunas modalidades, si la materia prima es un material fibroso, la desviación estándar de la longitud de la fibra del material mecánicamente tratado puede ser menor a un 60 por ciento de una longitud de fibra promedio del material mecánicamente tratado, ej . , menor a un 50 por ciento de la longitud promedio, menor a un 40 por ciento de la longitud promedio, menor a un 25 por ciento de la longitud promedio, menor a un 10 por ciento de la longitud promedio, menor a un 5 por ciento de la longitud promedio, o hasta menor a un 1 por ciento de la longitud promedio.
Tratamiento para Solubilizar, Reducir Recalcitrancia o Funcionalizar Los materiales que han o no sido preparados físicamente pueden ser tratados para su uso en cualquier proceso de producción descrito en el presente documento. Uno o más de los procesos de producción descritos a continuación pueden ser incluidos en la unidad de operación de reducción de recalcitrancia discutidos anteriormente. Alternativamente, o además, otros procesos para la reducción de recalcitrancia pueden ser incluidos.
Los procesos de tratamiento utilizados por la unidad de operación terquedad reductor puede incluir uno o más de irradiación, sonicación, oxidación, pirólisis o explosión de vapor. Los métodos de tratamiento se pueden utilizar en combinaciones de dos, tres, cuatro, o incluso la totalidad de estas tecnologías (en cualquier orden) .
Tratamiento por Radiación Una o más secuencias de procesamiento por radiación se pueden usar para procesar la materia prima, y para proporcionar un material estructuralmente modificado que funciona como entrada para más pasos y/o secuencias de procesamientos. La irradiación puede, por ejemplo, reducir el peso molecular y/o cristalinidad de la materia prima. La radiación también puede esterilizar los materiales, o cualquier medio necesario para bioprocesar el material.
En algunas modalidades, la energía depositada en un material que libera un electrón de su órbita atómica, se usa para irradiar los materiales. La radiación puede ser proporcionada por (1) partículas de carga pesada, tales como partículas alfa o protones, (2), electrones, producidos, por ejemplo, en aceleradores de deterioro beta o de haz de electrones, o (3) radiación electromagnética, por ejemplo, rayos gama, rayos x o rayos ultravioleta. En un enfoque, la radiación producida por las sustancias radioactivas se puede usar para irradiar la materia prima. En algunas modalidades, cualquier combinación en cualquier orden o concurrentemente de (1) a (3) se puede usar. En otro enfoque, la radiación electromagnética (ej., producida usando emisores de haz de electrones) se puede usar para irradiar la materia prima. Las dosis aplicadas dependen del efecto deseado y la materia prima en particular.
En algunas instancias, cuando la escisión catenaria es deseable y/o la funcionalización de cadena de polímero es deseable, las partículas más pesadas que los electrones, tales como los protones, núcleo de helio, iones de argón, iones de silicio, iones de neón, iones de carbono, iones de fósforo, iones de oxígeno o iones de nitrógeno se pueden usar. Cuando se desea la escisión catenaria de apertura anular, las partículas con carga positiva se pueden usar para las propiedades de ácido de Lewis para escisión catenaria de apertura anular mejorada. Por ejemplo, cuando se desea la máxima oxidación, se pueden usar iones de oxígeno, y cuando se desea la máxima nitración, los iones de nitrógeno se pueden usar. El uso de partículas pesadas y partículas con carga positiva se describe en la Patente Estadounidense No. US 7,931,784, cuya total divulgación se incorpora aguí mediante referencia .
En un método, un primer material que es o que incluye celulosa que tiene un primer número de peso molecular promedio ( Ni) se irradia, ej . , mediante tratamiento con radiación ionizante (ej., en la forma de radiación gamma, radiación de rayos X, 100 nm a 280 nm de luz ultravioleta (UV) , un haz de electrones u otras partículas cargadas) para proporcionar un segundo material que incluye celulosa que tiene un segundo número de peso molecular promedio (MN2) menor al primer número de peso molecular promedio. El segundo material (o el primer y segundo material) se pueden combinar con un microorganismo (con o sin tratamiento de enzimas) que puede usar el segundo y/o el primer material o sus azúcares o lignina constituyentes para producir un intermediario o un producto, tal como los aquí descritos.
Debido a que el segundo material incluye celulosa que tiene un peso molecular reducido en relación con el primer material, y en algunas instancias, también una cristalinidad reducida, el segundo material es generalmente más dispersable, hinchable y/o soluble, ej . , en una solución que contiene un microorganismo y/o una enzima. Estas propiedades facilitan el procesamiento del segundo material y lo hacen más susceptible al ataque químico, enzimático y/o biológico en relación con el primer material, lo que puede mejorar en gran medida la tasa de producción y/o nivel de producción de un producto deseado, ej . , etanol . La radiación también puede esterilizar los materiales o cualquier medio necesario para bioprocesar el material .
En algunas modalidades, el segundo material puede tener un nivel de oxidación (02) que es mayor al nivel de oxidación (Oí) del primer material. Un nivel mayor de oxidación del material puede ayudar en su dispersabilidad, hinchabilidad y/o solubilidad, mejorando aún más la susceptibilidad del material al ataque químico, enzimático o biológico. En algunas modalidades, para incrementar el niel de la oxidación del segundo material en relación con el primer material, la irradiación se lleva a cabo bajo un entorno de oxidación, ej . , bajo una sábana de aire u oxígeno, produciendo un segundo material que está más oxidado que el primer material. Por ejemplo, el segundo material puede tener más grupos hidroxilo, grupos aldehido, grupos de cetona, grupos de éster o grupos de ácido carboxílico, lo que puede incrementar su hidrofilicidad.
Radiación por Ionización Cada forma de radiación ioniza la biomasa mediante interacciones particulares, según se determine por la energía de la radiación. Las partículas de carga pesada ionizan primariamente la materia vía dispersión de Coulomb; más aún, estas interacciones producen electrones energéticos que pueden ionizar aún más la materia. Las' partículas alfa son idénticas al núcleo de un átomo de helio y se producen por el deterioro alfa de varios núcleos radioactivos, tales como isótopos de bismuto, polonio, astatina, radón, francio, radio, diversos actínicos, tales como actinio, torio, uranio, neptunio, curio, californio, americio y plutonio.
Cuando se usan partículas, pueden ser neutrales (sin carga), de carga positiva o de carga negativa. Cuando tienen carga, las partículas cargadas pueden ostentar una sola carga positiva o negativa, o cargas múltiples, ej . , una, dos, tres o hasta cuatro o más cargas. En situaciones en donde se desea la escisión de cadena, las partículas con carga positiva pueden ser deseables, en parte, debido a su naturaleza ácida. Cuando se usan las partículas, las partículas pueden tener la masa de un electrón en reposo, o mayor, ej . , 500, 1000, 1500, 2000, 10,000 o hasta 100,000 veces la masa de un electrón en reposo. Por ejemplo, las partículas pueden tener una masa de desde alrededor de 1 unidad atómica a alrededor de 150 unidades atómicas, ej . , desde alrededor de 1 unidad atómica a alrededor de 50 unidades atómicas, o desde alrededor de 1 a alrededor de 25, ej . , 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 ó 15 urna. Los aceleradores usados para acelerar las partículas pueden ser DC electroestático, DC electrodinámico, RF lineal, inducción magnética lineal, o de onda continua. Por ejemplo, los aceleradores de tipo ciclotrón están disponibles en IBA, Bélgica, tal como el sistema Rhodotron®, mientras que los aceleradores tipo DC están disponibles en RDI , ahora IBA Industrial, tal como el Dynamitron® . Los iones y aceleradores de iones ejemplares se comentan en Jntroductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley S Sons, Inc. (1988), Kristo Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206, Chu, Wililam T., "Overview of Light-Ion Beam Therapy" , Columbus-Ohio , Asamblea ICRU-IAEA, 18-20 Marzo, 2006, Iwata, Y. et al., "Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-Ion Medical Accelerators" , Procedimientos de EPAC 2006, Edinburgo, Escocia, y Leitner, C.M., et al . , "Status of the Superconducting ECR Ion Source Venus" , Procedimientos de EPAC 2000, Viena, Austria.
En algunas modalidades, se usa un haz de electrones como la fuente de radiación. Un haz de electrones tiene las ventajas de tasas de dosis altas (ej., 1, 5, o hasta 10 Mrad por segundo) , alto rendimiento, menos contención, y menos equipo de confinamiento. Los electrones también pueden ser más eficientes al provocar la escisión de cadena. Además, los electrones que tienen energías de 4-10 eV pueden tener una profundidad de penetración de 5 a 30 mm o más, tal como 40 mm. En algunos casos, múltiples dispositivos de haz de electrones (por ejemplo, cabezales múltiples, a menudo referidos como "cuernos") se utilizan para la administración de múltiples dosis de radiación de haz de electrones para el material. Esta potencia total alta del haz se consigue normalmente mediante la utilización de múltiples cabezales de aceleración. Por ejemplo, el dispositivo de haz de electrones puede incluir dos, cuatro, o más cabezales de aceleración. Como un ejemplo, el dispositivo de haz de electrones puede incluir cuatro cabezales de aceleración, cada uno de los cuales tiene una potencia del haz de 300 kw, para una potencia total de haz de 1,200 JW. El uso de múltiples cabezales, cada uno de los cuales tiene una potencia de haz relativamente baja, evita elevación excesiva de temperatura en el material, evitando de ese modo la quema del material, y también aumenta la uniformidad de la dosis a través del espesor de la capa de material. La irradiación con múltiples cabezales se describe en la Solicitud estadounidense con número de serie 13/276,192 presentada el 18 de octubre de 2011, cuya divulgación completa se incorpora aquí por referencia.
Los haces de electrones se pueden generar, ej . , mediante generadores electroestáticos , generadores de cascada, generadores de transformador, aceleradores de baja energía con un sistema de escaneo, generadores de baja energía con un cátodo lineal, aceleradores lineales, y aceleradores de pulso. Los electrones como una fuente de radiación por ionización pueden ser útiles, ej . , para secciones relativamente delgadas de materiales, ej . , de menos de 1.27 cms . , ej . , menos de 1.01 cms . , 0.76 cms . , 0.50 cms., o menos de 0.25 cms. En algunas modalidades, la energía de cada electrón del haz de electrones es desde alrededor de 0.3 MeV a alrededor de 2.0 MeV (millones de electrón voltios), ej . , desde alrededor de 0.5 MeV a alrededor de 1.5 MeV, o desde alrededor de 0.7- MeV a alrededor de 1.25 MeV.
Los dispositivos de irradiación de haz de electrones se pueden procurar comercialmente de Ion Beam Applications, Louvain-la-Neuve, Bélgica o de Titán Corporation, San Diego, CA. Las energías de electrones típicas pueden ser de 1 MeV, 2 MeV, 4.5 MeV, 7.5 MeV, ó 10 MeV. La potencia del dispositivo de irradiación de haz de electrones típica puede ser de lkw, 5kW, lOkW, 20kW, 50kW, lOOkW, 250kW ó 500kW. El nivel de despolimerización de la materia prima depende de la energía de electrones usada y la dosis aplicada, mientras que el tiempo de exposición depende de la potencia y la dosis. Las dosis típicas pueden tomar valores de 1 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy ó 200 kGy. En algunas modalidades, las energías entre 0.25-10 MeV (por ejemplo, 0.5-0.8 MeV, 0.5-5 MeV, 0.8-4 MeV, 0.8-3 MeV, 0.8-2 MeV, o 0.8-1.5 MeV), se pueden usar.
Radiación Electromagnética En modalidades en donde la irradiación se lleva a cabo con radiación electromagnética, la radiación electromagnética puede tener, ej . , energía por fotón (en electrón voltios) de más de 102eV, ej . , mayor a 103, 104, 105, 106 o hasta mayor de 107eV. En algunas modalidades, la radiación electromagnética tiene energía por fotón de entre 104 .y 107, ej . , entre 105 y 10seV. La radiación electromagnética puede tener una frecuencia de, ej . , más de 1016 ??,· más de 1017 Hz, 1018, 1019, 1020 o hasta más de 1021Hz. En algunas modalidades, la radiación electromagnética tiene una frecuencia de entre 1018 y 1022 Hz, ej . , entre 1019 a 1021 Hz.
Dosis En algunas modalidades, la irradiación (con cualquier fuente de radiación o una combinación de fuentes) se lleva a cabo hasta que el material recibe una dosis de al menos 0.25 Mrad, ej . , al menos 1.0, 2.5, 5.0, 8.0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 o hasta al menos 100 Mrad. En algunas modalidades, la irradiación se lleva a cabo hasta que el material recibe una dosis de desde alrededor de 1.0 Mrad y 6.0 Mrad, por ejemplo, entre 1.5 Mrad y 4.0 Mrad, 2 Mrad y 10 Mrad, 5 Mrad y 20 Mrad, 10 Mrad y 30 Mrad, 10 Mrad y 40 Mrad, o 20 Mrad y 50 Mrad.
En algunas modalidades, la irradiación se lleva a cabo a una tasa de dosis de entre 5.0 y 1500.0 kiloradios/hora, por ejemplo, entre 10.0 y 750.0 kiloradios/hora, o entre 50.0 y 350.0 kiloradios/hora.
En algunas modalidades, dos o más fuentes de radiación se usan, tal como dos o más radiaciones por ionización. Por ejemplo, las muestras se pueden tratar, en cualquier orden con un haz de electrones, seguido por radiación gamma y rayos UV que tienen longitudes de onda de alrededor de 100 nm a alrededor de 280 nm. En algunas modalidades, las muestras se tratan con tres fuentes de radiación por ionización, tales como un haz de electrones, radiación gama, y luz energética UV.
Sonicación, Pirólisis y Oxidación Además del tratamiento por radiación, la materia prima se puede tratar con uno o más de sonicación, pirólisis y oxidación. Estos procesos de tratamiento se describen en la Solicitud de Patente Estadounidense con número de serie 12/417,840, presentada el 3 de abril de 2009, cuya divulgación se incorpora en este documento mediante referencia.
Otros Procesos para Solubilizar, Reducir Recaleitrancia o Funcíonalizar Cualquiera de los procesos de este párrafo se puede usar solo sin ninguno de los procesos aquí descritos, o en combinación con cualquiera de los procesos aquí descritos (en cualquier orden) : explosión de vapor, tratamiento químico (ej . , tratamiento ácido (incluyendo tratamiento concentrado y de ácido diluido con ácidos minerales, tales como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácidos orgánicos, tales como ácido trifluoroacético) y/o tratamiento de base (ej . , tratamiento con cal o hidróxido de sodio) ) , tratamientos con UV, tratamiento de extrusión de husillo (por ejemplo, tratamiento con líquidos iónicos) y molienda liofilizante . Algunos de estos procesos se describen, por ejemplo, en las solicitudes de Patente Estadounidenses con Nos. de Serie 12/417,723 presentada el 3 de abril de 2009; 13/099,151, presentada el 2 de mayo de 2011; y 12/502,629, presentada el 14 de julio de 2009, cuyas divulgaciones totales se incorporan en este documento mediante referencia.
PRODUCCIÓN DE COMBUSTIBLES, ÁCIDOS, ESTERES Y/U OTROS PRODUCTOS Después de que uno o más de los pasos de procesamiento comentados anteriormente se han llevado a cabo en la biomasa, los carbohidratos del complejo contenidos en las fracciones de celulosa y hemicelulosa se pueden procesar en azúcares fermentables usando un proceso de sacarificación, como se comenta anteriormente.
Después de que la solución de azúcar resultante ha sido transportada a una instalación de fabricación, los azúcares se pueden convertir en una variedad de productos, tales como alcoholes, por ejemplo, etanol, o ácidos orgánicos. El producto obtenido depende del microorganismo utilizado y las condiciones bajo las que se produce el bioprocesamiento . Estos pasos se pueden realizar, por ejemplo, utilizando el equipo existente de la planta de producción de etanol a base de maíz.
Los procesos de mezcla y equipos descritos en este documento también pueden ser utilizados durante el procesamiento biológico, si se desea. Ventajosamente, los sistemas de mezcla descritos en este documento no imparten alto cizallamiento al líquido, y no aumentan significativamente la temperatura global del líquido. Como resultado, los microorganismos utilizados en el procesamiento biológico se mantienen en una condición viable durante todo el proceso, ezclado puede mejorar la velocidad de reacción y mejorar la eficiencia del proceso.
Generalmente, la fermentación utiliza diversos microorganismos . La solución de azúcar producida por la sacarificación de materiales lignocelulósicos contendrá generalmente xilosa, así como glucosa. Puede ser conveniente eliminar la xilosa, por ejemplo, por cromatografía, ya que algunos microorganismos comúnmente utilizados (por ejemplo, las levaduras) no actúan en xilosa. La xilosa puede ser recolectada y utilizada en la fabricación de otros productos, por ejemplo, alimentos para animales y el edulcorante de xilitol. La xilosa se puede retirar antes o después de la administración de la solución de azúcar a la instalación de fabricación donde se realizará la fermentación.
El microorganismo puede ser un microorganismo natural o un microorganismo diseñado, por ejemplo, cualquiera de los microorganismos analizados en la sección de Materiales en el presente documento.
El pH óptimo para la levadura es de aproximadamente pH 4 a 5, mientras que el pH óptimo para las Zymomonas es de alrededor de pH 5 a 6. Los tiempos típicos de fermentación son de aproximadamente 24 a 96 horas con temperaturas en el rango de 26°C a 40°C, sin embargo los microorganismos termófilos prefieren temperaturas más altas.
Los grupos ácido carboxílico en general, reducen el pH de la solución de fermentación, que tiende a inhibir la fermentación con algunos microorganismos, tales como Pichia stipitis . Por consiguiente, en algunos casos es deseable añadir una base y/o un tampón, antes o durante la fermentación, para elevar el pH de la solución. Por ejemplo, hidróxido sódico o cal se pueden añadir al medio de fermentación para elevar el pH del medio en un rango que es óptimo para el microorganismo utilizado.
La fermentación se lleva a cabo generalmente en un medio de crecimiento acuoso, que puede contener una fuente de nitrógeno u otra fuente de nutrientes, por ejemplo, urea, junto con las vitaminas y oligoelementos y metales. En general, es preferible que el medio de crecimiento sea estéril, o al menos tenga una carga microbiana baja, por ejemplo, recuento de bacterias. La esterilización del medio de crecimiento se puede realizar de cualquier manera deseada. Sin embargo, en implementaciones preferidas, la esterilización se lleva a cabo irradiando el medio de crecimiento o los componentes individuales del medio de crecimiento antes de la mezcla. La dosis de radiación es generalmente tan baja como sea posible mientras que todavía obtenga los resultados adecuados, con el fin de minimizar el consumo de energía y el costo resultante. Por ejemplo, en muchos casos, el medio de crecimiento en sí o los componentes del medio de crecimiento se pueden tratar con una dosis de radiación de menos de 5 Mrad, tal como menos de 4, 3, 2 ó 1 Mrad. En casos específicos, el medio de crecimiento se trata con una dosis de entre aproximadamente 1 y 3 Mrad. En algunas modalidades, la totalidad o una parte del proceso de fermentación se pueden interrumpir antes de que el azúcar de bajo peso molecular se convierta completamente a etanol. Los productos de fermentación intermedios incluyen altas concentraciones de azúcar e hidratos de carbono. Estos productos de fermentación intermedios se pueden utilizar en la preparación de alimentos para el consumo humano o animal. Adicional o alternativamente, los productos de fermentación intermedios se pueden moler a un tamaño de partícula fino en un molino de laboratorio de acero inoxidable para producir una sustancia de harina similar.
Los termentadores móviles pueden ser utilizados, como se describe en la solicitud de patente estadounidense No. 12/374,549 presentada el 21 de enero de 2009, ahora la Solicitud Internacional Publicada No. WO 2008/011598. De manera similar el equipo de sacarificación puede ser móvil. Además, la sacarificación y/o fermentación pueden llevarse a cabo en parte o totalmente durante el tránsito.
PROCESAMIENTO POSTERIOR Después de la fermentación, los fluidos resultantes pueden ser destilados usando, por ejemplo, una "columna de alcohol" para separar el etanol y otros alcoholes de la mayoría del agua y sólidos residuales. El vapor que sale de la columna de alcohol puede ser, e . , 35% por peso de etanol y puede ser alimentada a una columna de rectificación. Una mezcla de etanol casi azeotrópico (92.5%) y agua de la columna de rectificación se puede purificar a etanol puro (99.5%) usando tamices moleculares de fase de vapor. Los fondos de la columna de alcohol se pueden enviar al primer efecto de un evaporador de tres efectos. Después del primer efecto, los sólidos se pueden separar usando una centrífuga y secados en una secadora giratoria. Una porción (25%) del efluente de la centrífuga puede ser reciclada para fermentación, y el resto enviado al segundo y tercer efecto del evaporador. La mayoría del condensado de vapor puede ser devuelto al proceso como condensado bastante limpio con una pequeña porción separada para el tratamiento del agua residual para evitar el crecimiento de compuestos con bajo punto de ebullición.
INTERMEDIARIOS Y PRODUCTOS Usando los procesos aquí descritos, la biomasa tratada se puede convertir a uno o más productos, tales como energía, combustibles, alimentos y materiales. Ejemplos específicos de productos incluyen, pero no están limitados a, hidrógeno, azúcares (por ejemplo, glucosa, xilosa, arabinosa, mañosa, galactosa, fructosa, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos) , alcoholes (por ejemplo, alcoholes monohídricos o alcoholes dihídricos, tales como etanol, n-propanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol o n-butanol), alcoholes hidratados o hídricos, por ejemplo, que contiene más de 10%, 20%, 30% o hasta más de 40% de agua, xilitol, biodiesel, bio-gasolina y sus mezclas) , co-productos (por ejemplo, proteínas, tales como proteínas celulolíticas (enzimas) o proteínas unicelulares), y mezclas de cualquiera de los mismos en cualquier combinación o concentración relativa, y opcionalmente en combinación con aditivos, por ejemplo, aditivos de combustible. Otros alcoholes y derivados de alcohol incluyen propanol, propilenglicol , 1 , 4-butanediol , 1 , 3 -propanediol , alcoholes de azúcar (por ejemplo, eritritol, glicol, glicerol, sorbitol, treitol, arabitol, ribitol, manitol, dulcitol, fucitol, iditol, isomalta, maltitol, lactitol, xilitol y otros polioles) , ésteres de metilo o etilo de cualquiera de estos alcoholes. Otros productos incluyen metil acrilato, metil metacrilato, ácido láctico, ácido cítrico, ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido succínico, ácido valérico, ácido caproico, ácido 3-hidroxipropiónico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oxálico, ácido malónico, ácido glutárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido glicólico, ácido Y-hidroxibutírico , y mezclas de los mismos, una sal de cualquiera de estos ácidos o una mezcla de cualquiera de los ácidos y sus sales respectivas, una sal de cualquiera de los ácidos y una mezcla de cualquiera de los ácidos y sus sales respectivas.
Otros intermediarios y productos, incluyendo productos alimenticios y farmacéuticos, se describen en la Solicitud de Patente Estadounidense No. 12/417,900, presentada el 3 de abril de 2009, cuya total divulgación se incorpora aquí mediante referencia.
OTRAS MODALIDADES Un número de modalidades se han descrito. Sin embargo, se entenderá que pueden hacerse diversas modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la divulgación.
En algunas implementaciones , los sistemas discutidos en el presente documento, o componentes de estos sistemas, pueden ser portátiles, por ejemplo, en la forma de los equipos de procesamiento móvil descrito la solicitud estadounidense con No. de Serie 12/374,549 presentada el 2 de junio de 2009 y la Solicitud Internacional No. WO 2008/011598, cuyas descripciones completas se incorporan aquí por referencia.
Mientras que se han referido tanques en este documento, el proceso puede llevarse a cabo en cualquier tipo de recipiente o contenedor, incluyendo lagunas, piscinas, estanques y similares. Si el contenedor en el que se realiza la mezcla es una estructura en el suelo tal como una laguna, puede ser alineado. El contenedor puede estar cubierto, por ejemplo, si se está al aire libre, o al descubierto .
En una modalidad alternativa, el sistema de dispersión (134) puede ser omitido en los sistemas mostrados en las figuras 2B y 2C, y una bomba se puede utilizar para extraer líquido desde el depósito y administrarlo a través del tubo de salida (137) para humedecer el material de materia prima, que luego se dispersa por la acción de mezclado del mezclador de chorro (144) . En tales implementaciones , la bomba sería preferiblemente una bomba de bajo cizallamiento, por ejemplo, una bomba de desplazamiento positivo, como las bombas de cavidad progresiva disponibles de SEEPEX y las bombas lobulares de Waukesha. También se prefiere que la bomba sea capaz de bombear fluidos de alta viscosidad, ya que la viscosidad del líquido aumentará a medida que se añada más materia prima.
Aunque se han descrito materias primas de biomasa en el presente documento, se pueden usar otras materias primas y mezclas de materias primas de biomasa con otras materias primas. Por ejemplo, algunas implementaciones pueden utilizar mezclas de materias primas de biomasa con materias primas que contienen hidrocarburos tales como las descritas en la Solicitud de Patente Estadounidense con No. de Serie 13/293,985 presentada el 10 de noviembre de 2011, cuya divulgación completa se incorpora por referencia en el presente documento.
Por consiguiente, otras modalidades están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (31)

REIVINDICACIONES
1. Un método que comprende: moler en húmedo un material lignocelulósico de recalcitrancia reducida.
2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la recalcitrancia . del material lignocelulósico ha sido reducido al irradiar el material lignocelulósico.
3. El método de la reivindicación 2, caracterizado porque la irradiación comprende la exposición del material a un haz de electrones .
4. El método de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque la irradiación comprende la adminis ración de una dosis de al menos 5 Mrad al material lignocelulósico .
5. El método de cualquiera de las reivindicaciones que anteceden, caracterizado porque el material lignocelulósico se selecciona del grupo que consiste de madera, tableros de partículas, serrín, residuos agrícolas, aguas residuales, ensilado, hierba, cáscara de arroz, bagazo de caña, algodón, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá, paja, paja de trigo, mazorcas de maíz, rastrojo de maíz, pasto varilla, alfalfa, heno, pelo de coco, algas marinas, algas, y sus mezclas.
6. El método de cualquiera de las reivindicaciones que anteceden comprendiendo, además, la densificación del material lignocelulósico de recalcitrancia reducida antes de la molienda en húmedo.
7. El método de cualquiera de las reivindicaciones que anteceden, caracterizado porque la molienda en húmedo se lleva a cabo usando un cabezal de rotor/estator.
8. El método de la reivindicación 7, caracterizado porque el rotor y el estator incluyen anillos de dientes anidados .
9. El método de la reivindicación 8, caracterizado porque el estator comprende dos o más anillos de dientes concéntricos.
10. El método de la reivindicación 9, caracterizado porque el rotor comprende un anillo de dientes configurado para ajustarse entre los anillos de dientes adyacentes del estator.
11. El método de la reivindicación 7, caracterizado porque el espacio libre entre el rotor y el estator es de alrededor de 0.25 a 6.4 mm.
12. El método de la reivindicación 8, caracterizado porque el espacio libre entre los dientes en cada anillo de dientes es de alrededor de 2.5 a 7.6 mm.
13. El método de la reivindicación 7, caracterizado porque la molienda en húmedo se lleva a cabo usando una pluralidad de cabezales de rotor/estator.
14. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la molienda en húmedo se lleva a cabo a una velocidad de cizallamiento de desde alrededor de 30,000 seg-1 a 50,000 seg"1.
15. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la molienda en húmedo se lleva a cabo en línea.
16. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque un mezclador de chorro se aplica durante la molienda en húmedo.
17. El método de la reivindicación 1 comprendiendo, además, la adición de una enzima al material lignocelulósico antes, durante o después de la molienda en húmedo .
18. El método de la reivindicación 17 comprendiendo, además, la adición de un microorganismo al material lignocelulósico o al azúcar derivado del material lignocelulósico.
19. El método de la reivindicación 18, caracterizado porque el microorganismo se añade después de que se ha completado la molienda en húmedo.
20. El método de la reivindicación 18, caracterizado porque el microorganismo convierte la materia prima lignocelulósica o azúcar a un producto seleccionado del grupo que consiste de alcoholes, ácidos orgánicos, azúcares, hidrocarburos, y sus mezclas.
21. El método de la reivindicación 20, en donde un mezclador de chorro se opera durante la conversión de la materia prima o el azúcar al producto.
22. Un sistema de molienda en húmedo que comprende un molino húmedo dispuesto en un fluido que tiene un material de biomasa dispersado en el mismo.
23. El sistema de la reivindicación 22, caracterizado porque la biomasa comprende un material lignocelulósico .
24. El sistema de la reivindicación 23, caracterizado porque la recalcitrancia del material lignocelulósico ha sido reducida al irradiar el material lignocelulósico .
25. El sistema de la reivindicación 24, caracterizado porque la irradiación comprende la exposición del material a un haz de electrones.
26. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, comprendiendo, además, un mezclador de chorro dispuesto en el fluido.
27. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26, caracterizado porque el molino húmedo comprende un cabezal de rotor/estator.
28. El sistema de la reivindicación 27, caracterizado porque el rotor y el estator incluyen anillos de dientes anidados.
29. El sistema de la reivindicación 28, caracterizado porque el estator comprende dos o más anillos de dientes concéntricos .
30. Un sistema que comprende un tanque, un cabezal de chorro y un molino húmedo.
31. El sistema de la reivindicación 30, caracterizado porque el cabezal de chorro y el molino húmedo están dispuestos dentro del tanque.
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