UA116625C2

UA116625C2 - Спосіб одержання цукрів та спосіб одержання метаболічного продукту з лігноцелюлозної біомаси

Info

Publication number: UA116625C2
Application number: UAA201408105A
Authority: UA
Inventors: Маршалл Медофф; Томас Мастерман; Майкл Фінн
Original assignee: Ксілеко, Інк.
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2018-04-25
Also published as: KR102039757B1; SG11201402954PA; JP2017192388A; EA031867B1; AU2016273867A1; PL2794903T3; MX350529B; AP2014007716A0; AU2016203945A1; KR20140111654A; EA028048B1; EP2794896A1; MX349427B; NZ625176A; PH12014501147A1; US20140004570A1; US8900841B2; JP6501822B2; AU2012358378A1; CN104011219A

Abstract

Винахід стосується способу одержання цукрів, який включає оцукрювання лігноцелюлозної біомаси зі зменшеною стійкістю однією або декількома целюлазами та кислотою на підкладці в присутності ксилозаізомерази при температурі від 30 до 65 ºС з одержанням суміші, що містить цукри, де кислота на підкладці є сильною кислотою; способу одержання метаболічного продукту, який додатково включає інокуляцію суміші, що містить цукри, що включають глюкозу, ксилозу та фруктозу з мікроорганізмом, що метаболізує глюкозу, але не ксилозу.

Description

ІО0О0О1) За цією заявкою заявляється пріоритет за попередніми заявками на патенти США Мо 61/579552 і 61/579559, кожна з яких подана 22 грудня 2011р. Повний вміст вищезгаданих заявок включений у цей документ шляхом посилання.

Область техніки

І0002| Цей винахід відноситься до ефективностей, застосовних при переробці матеріалів біомаси. Наприклад, цей винахід відноситься до способів, за допомогою яких уникають негативного ефекту зворотного зв'язку ферментативних реакцій.

Рівень техніки 0003) Оскільки потреба у нафті зростає, то також існує зацікавленість у поновлюваній сировині для виготовлення біопалива і біохімічних речовин. Застосування лігноцелюлозної біомаси як сировини для таких способів одержання вивчали з 1970-х. Лігноцелюлозна біомаса привертає увагу, оскільки вона надлишкова, поновлювана, виробляється на місці і не конкурує з застосуваннями у харчовій промисловості. 0004 На даний момент є доступними багато видів потенціальної лігноцелюлозної сировини, включаючи, зокрема, сільськогосподарські залишки, деревну біомасу, міські відходи, олійні культури/жмихи і водорості. На даний час ці матеріали або використовували як тваринну сировину, матеріали біогумусу, спалені у когенераційній установці, або захороняли. 0005) Лігноцелюлозна біомаса не піддається розпаду, оскільки рослинні клітинні стінки мають тверду і компактну структуру. Структура містить кристалічні целюлозні волокна, вбудовані в геміцелюлозну матрицю, оточену лігніном. У цю компактну матрицю доступ ферментів і інших хімічних, біохімічних і біологічних способів ускладнений. Матеріали целюлозної біомаси (наприклад, матеріал біомаси, з якого був видалений практично весь лігнін) можуть бути доступніші для ферментів і інших способів перетворення, але, тим не менш, целюлозні матеріали природного походження часто характеризуються низьким виходом (відносно теоретичного виходу) при контакті з гідролазами. Лігноцелюлозна біомаса є навіть стійкішою до ферментативної атаки. Більше того, кожен тип лігноцелюлозної біомаси характеризується своєю власною конкретною композицією з целюлози, геміцелюлози і лігніну.

ЇО006| Не дивлячись на те, що було перепробувано багато способів для витягання структурних вуглеводів з лігноцелюлозної біомаси, вони є або дуже дорогими, з дуже низьким

Зо виходом, залишають небажані хімічні сполуки у готовому продукті, або просто руйнують цукри.

ІЇ0007| Моносахариди з поновлюваних джерел біомаси можуть стати основою хімічної і паливної промисловостей шляхом заміни, доповнення або заміщення нафти і іншої викопної сировини. Проте, необхідно розробляти методики, які зроблять ці моносахариди доступними у великих кількостях і з прийнятною чистотою і цінами.

Короткий опис винаходу

Ї0008| У цьому винаході представлені способи збільшення ефективності оцукрювання біомаси. Зокрема, ефективності можуть бути досягнуті шляхом запобігання інгібіруванню за принципом негативного зворотного зв'язку ферментативних реакцій. 0009) У цьому винаході представлений спосіб одержання продукту, причому він включає: оцукрювання заздалегідь обробленої лігноцелюлозної біомаси, і додавання агента ізомеризації до оцукреної біомаси. Згідно деяким варіантам реалізації оцукрена біомаса містить цукор першого продукту і цукор другого продукту, і агент ізомеризації використовували для перетворення цукру другого продукту на цукор третього продукту. В деяких випадках спосіб також може включати приведення у контакт оцукреної біомаси з мікроорганізмом для перетворення цукру першого продукту і цукру третього продукту на один або більше продукт (- ів). 0010) Також у цьому винаході представлений спосіб одержання продукту з мікроорганізмом із цукру першого продукту і цукру другого продукту, причому мікроорганізм може перетворювати цукор першого продукту на продукт, але не може метаболізувати цукор другого продукту, і цей спосіб включає: забезпечення целюлозної або лігноцелюлозної біомаси; оцукрювання біомаси для одержання оцукреної біомаси, причому оцукрена біомаса містить цукор першого продукту і цукор другого продукту; забезпечення мікроорганізму, який здатний перетворювати цукор першого продукту на продукт, але де мікроорганізм не може метаболізувати цукор другого продукту; об'єднання мікроорганізму і оцукреної біомаси, тим самим отримуючи комбінацію мікроорганізм-біомаса; збереження комбінації мікроорганізм-біомаса за умов, при яких мікроорганізм може перетворювати цукор першого продукту на продукт із одержанням комбінації, яка включає продукт і цукор другого продукту; перетворення цукру другого продукту на цукор третього продукту, причому мікроорганізм може перетворювати цукор третього продукту на продукт; і збереження мікроорганізму за умов, при яких мікроорганізм може 60 перетворювати цукор третього продукту на продукт; тим самим отримуючи продукт з мікроорганізмом з цукру першого продукту і цукру другого продукту. 0011) В іншому аспекті цього винаходу представлений спосіб збільшення кількості продукту, отриманого мікроорганізмом з оцукреної біомаси, причому він включає: забезпечення целюлозної або лігноцелюлозної біомаси; оцукрювання біомаси із одержанням оцукреної біомаси, причому оцукрена біомаса містить цукор першого продукту і цукор другого продукту; забезпечення мікроорганізму, який може перетворювати цукор першого продукту на продукт, але причому мікроорганізм не може метаболізувати цукор другого продукту; об'єднання мікроорганізму і оцукреної біомаси із одержанням комбінації мікроорганізм-біомаса; збереження комбінації мікроорганізм-біомаса за умов, при яких мікроорганізм може перетворювати цукор першого продукту на продукт із одержанням комбінації, яка містить продукт і цукор другого продукту; перетворення цукру другого продукту на цукор третього продукту, причому мікроорганізм може перетворювати цукор третього продукту на продукт; і збереження мікроорганізму за умов, при яких мікроорганізм може перетворювати цукор третього продукту на продукт; тим самим збільшуючи кількість продукту, отриманого мікроорганізмом з оцукреної біомаси. 0012) У будь-якому з представлених у цьому винаході способів лігноцелюлозна біомаса може бути оброблена для зниження її стійкості до оцукрювання. Спосіб обробки вибраний з групи, що складається з: бомбардування електронами, обробки ультразвуком, окислення, піролізу, обробки парою, хімічної обробки, механічної обробки або подрібнення заморожуванням. Способом обробки може бути бомбардування електронами. 0013) У будь-якому із способів перетворення цукру другого продукту на цукор третього продукту може бути виконане перед збереженням комбінації мікроорганізм-біомаса за умов, при яких мікроорганізм може перетворювати цукор першого продукту на продукт. Перетворення цукру другого продукту на цукор третього продукту може бути виконане одразу ж після оцукрювання біомаси, або воно може бути виконане протягом етапу оцукрювання біомаси. 0014) У представлених у цьому описі способах лігноцелюлозна біомаса може бути вибрана з групи, що складається з: дерева, пресованої деревини, деревних відходів, тирси, осичняку, деревної стружки, трави, прутовидного проса, міскантуса, спартини витонченої, двукисточника тростниковидного, зернових залишків, рисового лушпиння, вівсяного лушпиння, пшеничного лушпиння, ячмінного лушпиння, відходів сільського господарства, силосу, соломи каноли, пшеничної соломи, ячмінної соломи, вівсяної соломи, рисової соломи, джуту, коноплі, льону, бамбука, сизалю, абаки, стрижнів кукурудзяного качана, кукурудзяної соломи, соєвої соломи, кукурудзяних волокон, люцерни, сіна, кокосового ворсу, залишків обробки цукру, вичавки, бурякової стружки, вичавки агави, водоростей, морських водоростей, добрив, стічних вод, субпродуктів, сільськогосподарських або промислових відходів, аракчі, гречки, банана, ячменю, маніоки, кудзу, оки, саго, сорго, томату, солодкого томату, таро, бататів, бобів, звичайних бобів, чечевиці, гороху або сумішей будь-яких з цього. Лігноцелюлозна біомаса може бути механічно оброблена для зниження своєї об'ємної щільності та/або збільшення своєї площі поверхні.

Наприклад, вона може бути подрібнена, наприклад, сухим помолом або вологим помолом.

Біомаса може бути оцукреною однією або багатьма целюлозами. 0015) У представлених у цьому описі способах агент ізомеризації може містити кислоту, наприклад, полістиролсульфонову кислоту. 0016) У представлених у цьому описі способах комбінація мікроорганізм-біомаса може бути збережена при значенні рН від близько 10 до близько 14, або при значенні рН від близько 11 до близько 13. Вона може бути збережена при температурі від близько 10 "С до близько 30 "С, або при температурі близько 20 "С. Також вона може бути збережена при температурі від близько 60 "С до близько 65 "С. Вона може бути збережена при значенні рН від близько 6,0 до близько 7,5, або при значенні рН близько 7.

ІЇ0017| У способах за винаходом цукром другого продукту може бути глюкоза, а цукром третього продукту може бути фруктоза. Агент ізомеризації може містити фермент.

Альтернативно, цукром другого продукту може бути ксилоза, а цукром третього продукту може бути ксилулоза. Ферментом може бути ксилозаіїзомераза. (0018) Мікроорганізмом можуть бути дріжджі. Продуктом може бути спирт. Мікроорганізмом може бути Сіовігідішт 5рр., а продуктом може бути етанол, бутанол, масляна кислота, оцтова кислота або ацетон. Мікроорганізмом може бути Іасіорасіїйш5 5рр., а продуктом може бути молочна кислота.

І0019| Слід розуміти, що цей винахід не обмежений варіантами реалізації, розкритими у короткому описі, і мається на увазі, що у ньому охоплені модифікації, які знаходяться у межах суті і обсягу цього винаходу, як визначено у формулі винаходу. бо Короткий опис фігур

І0020| Вищезгадане буде очевидним з наступного конкретнішого опису типових варіантів реалізації цього винаходу, як проілюстровано у супроводжуючих фігурах, в яких однакові номери позиції відносяться до однакових частин у всіх різних зображеннях. Фігури не обов'язково представлені у масштабі, замість цього акцент робили на ілюстрацію варіантів реалізації цього винаходу.

І0021) Фіг. 1 є діаграмою, на якій показаний ферментативний гідроліз целюлози до глюкози.

Целюлозний субстрат (А) за допомогою ендоцелюлази (ї) перетворювали на целюлозу (В), яку за допомогою екзоцелюлази (ії) перетворювали на целобіозу (С), яку перетворювали на глюкозу (ФО) за допомогою целобіази (бета-глюкозидаза) (її). 00221 Фіг. 2 є блок-схемою, на якій показана дія целюлази на целюлозу і похідну целюлозу.

Целюлозу (200) руйнували до целобіози (210) за допомогою ендоглюканази а екзоглюканази/целобіогідролази (205) (А), яку потім руйнували за допомогою бета-глюкозидази (215) до глюкози (220) (В). Ендоглюканази і екзоглюканази/целобіогідролази прямо інгібували целобіозою (210) (02) і глюкозою (Е), а бета-глюкозидазу інгібували глюкозою (С).

І0023| Фіг. З є блок-схемою, на якій показане перетворення біомаси (300) на продукт (340).

Сировину (300) об'єднували (А) з целюлазою (305) і рідиною з утворенням суміші (310), яку потім залишали оцукрюватися (В) з одержанням цукрів (320). Як розкрито у цьому винаході, добавку (325) об'єднували (С) із сумішшю цукрів (320) з одержанням суміші цукрів і добавки (330). Отримані цукри потім використовували (0) при послідовній переробці з одержанням одного або більше продуктів (340), таких як спирт, молочна кислота або одного або декількох цукрів самих по собі.

Детальний опис (0024) У цьому винаході представлені способи збільшення ефективності одержання цукрів (та/або продуктів, одержаних з цукрів) з оцукреної біомаси. Способи є особливо прийнятними у тих випадках, коли один або більше цукрів або продуктів викликають негативний ефект зворотного зв'язку, обмежуючи кількість цукрів або продуктів, які можуть бути отримані.

І0025| Як правило, способи починали з оцукрювання біомаси. Оцукрюванням зазвичай отримували суміш цукрів. Суміш включає цукри, які можуть бути перетворені на застосовний продукт. Проте, суміш цукрів може включати цукри, які не можуть бути метаболізовані

Зо мікроорганізмом. Оскільки ці неприйнятні до застосування цукри зростають у концентрації, вони є метаболічним "тупіком". Більше того, деякі цукри можуть утворювати основу інгібування за принципом зворотного зв'язку і обмежують пропускну здатність метаболічних шляхів, які утворюють бажані цукри або інші бажані продукти. 0026) У цьому винаході розкриті способи попередження такого інгібування за принципом зворотного зв'язку і збільшення кількості цукрів і інших застосовних продуктів у результаті оцукрювання біомаси.

ІЇ0027| Отримана протягом етапу оцукрювання глюкоза може інгібувати додаткове одержання глюкози. Таким чином, в одному варіанті реалізації цей винахід охоплює ефективне видалення глюкози шляхом її перетворення на фруктозу (яка не інгібує оцукрювання), тим самим дозволяючи одержання додаткової глюкози. Глюкоза може бути перетворена на фруктозу шляхом дії ферментів (таких як ксилозаізомераза), сильних кислот або хімічних сполук (таких як полістиролсульфонова кислота). Аналогічним чином, ксилоза, яка не може бути метаболізована багатьма мікроорганізмами, може бути перетворена за допомогою ксилозаіїзомерази у ксилулозу, яка може бути метаболізована багатьма мікроорганізмами. Крім того, ксилулоза часто не інгібує своє власне одержання на відміну від глюкози. (0028) Наприклад, біомаса може бути оцукреною з одержанням суміші цукрів, включаючи глюкозу і ксилозу. Багато штамів дріжджів можуть метаболізувати глюкозу, наприклад, у спирт, але не у ксилозу. Таким чином, якщо бажаним кінцевим продуктом є спирт, тоді посилене оцукрювання і посилене одержання глюкози з подальшою ферментацією даватиме більше спирту, але також даватиме більше ксилози. Не дивлячись на те, що ксилоза не є шкідливою, вона може бути метаболічним "тупіком". Якщо ксилоза перетворена на ксилулозу, вона може бути ферментована на спирт, а ефективність виробництва може бути збільшена. 0029) Як показано на Фіг. 1, наприклад, протягом етапу оцукрювання целюлозний субстрат (А) спочатку гідролізували ендоглюканазою (і) при довільних положеннях із одержанням олігомерних проміжних сполук (наприклад, целюлози) (В). Ці проміжні сполуки потім є субстратами для екзо-расщепления глюканаз (ії), таких як целобіогідролаза, з одержанням целобіози з кінців целюлозного полімеру. Целобіоза є розчинним у воді 1,4-зчепленим димером глюкози. Кінцева целобіаза (ії) розщеплює целобіозу (С) із одержанням глюкози (0). Таким чином, ендоглюканази є особливо ефективними при атаці кристалічних частин целюлози і 60 збільшенні ефективності екзоцеллюлаз із одержанням целобіози, якій потім необхідна специфічність целобіози з одержанням глюкози. Таким чином, є очевидним, що залежно від природи і структури целюлозного субстрата може бути необхідна зміна кількості і типа трьох різних ферментів. 0030) Як показано на Фіг. 2, гідроліз целюлози (200) у целобіозу (210) є багатостадійним процесом, який включає початкове руйнування на поверхні розділу твердої і рідкої фаз шляхом синергетичної дії ендоглюканаз (ЕС) і екзоглюканаз/целобіогідролаз (СВН) (205) (А). Початковий розпад супроводжується додатковим розпадом рідкої фази шляхом гідролізу розчинних проміжних продуктів, таких як олігосахариди і целобіоза, які каталітично розщеплюються за допомогою бета-глюкозидази (ВО; 215) (В) до глюкози (220). Проте, целобіоза (210) прямо інгібує (0) і СВН, і ЕС (205), а глюкоза (220) прямо інгібує (С, Е) не лише ВО (215), але також і

СВН і ЕС (205). Цей винахід, як описано, знижує або усуває це інгібування.

І0О31| На Фіг. З представлений спосіб одержання продукту (340) з сировини (300). Сировина може бути заздалегідь перероблена, наприклад, зменшенням розміру і стійкості сировини. Це може включати, наприклад, необов'язкову механічну обробку сировини і, перед та/або після цієї обробки, необов'язкову обробку сировини іншою обробкою, наприклад, бомбардуванням частками, для додаткового зниження її стійкості. Вхідну перероблену сировину (300) потім об'єднували (А) з целюлазою (305) і рідиною з утворенням суміші (310), яку потім залишали оцукрюватися (В) із одержанням цукрів (320). Як розкрито у цьому описі, добавку (325) об'єднували (С) з сумішшю цукрів (320) з одержанням суміші цукрів і добавки (330). Добавка (325) підсилює ефективність целюлази протягом етапу оцукрювання, наприклад, зниженням інгібування целюлази за допомогою целобіози та/(або глюкози. Це збільшує ефективність результатів оцукрювання при підвищених рівнях цукрів, які потім використовували (0) при послідовній переробці з одержанням одного або більше продуктів (340), таких як спирт, молочна кислота або одного або декількох цукрів самих по собі.

ІЇ0032| Під час оцукрювання сировину обробляли одним або більше целюлітичними ферментами, як правило, шляхом об'єднання сировини і ферменту (305) у рідкому середовищі, наприклад, у водному розчині. У деяких випадках сировину кип'ятили, замочували або варили у гарячій воді перед оцукрюванням, як описано у публікації заявки на патент США Мо 2012/0100577 АТ, поданій 18 жовтня 2011 і опублікованій 26 квітня 2012, повний вміст якої

Зо включений у цей документ шляхом посилання.

І0033| Добавка може бути додана при початку оцукрювання (В), наприклад, з біомасою і целюлазою. Альтернативно, добавка може бути додана після того, як прошла деяка частина або все оцукрювання (В). Також вона може бути додана на початку одержання продукту.

І0034| Добавка може бути хімічною речовиною або ферментом. Приклади прийнятних добавок включають кислоти і основи. Основи можуть каталізувати перетворення Лобрі-де-

Брюйна-Альбедра-ван-Екенстейна, як описано детальніше нижче. Кислоти можуть каталізувати гідроліз целобіози. Боронові кислоти можуть бути використані для утворення комплексу з цис- діолами глюкози. Ксилозаіїзомераза (що інакше називається глюкозоїзомераза) може бути використана для ізомеризації глюкози у фруктозу.

І0035| Добавки можуть бути фізично підтримуваними. Застосовні підкладки містять, але не обмежуючись ними, катіонні полімерні підтримки, аніонні полімерні підкладки, нейтральні полімерні підкладки, підкладки з оксиду металу, підкладки з карбонату металу, підкладки з галіда металу та/або їх суміші. Підкладка може бути додана до змішаних цукрів або бути нерухомою, змішані цукри утворені для проходження через або над підтримуваною добавкою.

І0036| Суміш, що містить добавку (330), може бути повернена на стадію біомаси і целюлази (310) для вивільнення більшої кількості цукрів перед додатковою переробкою. Вона може включати повернення умов до стану, який бажано викликає оцукрювання целюлози замість умов, які сприяють дії добавки. Наприклад, значення рН може бути оптимізоване для оцукрювання у кислій області (менше ніж або рівне значенню рН 7, менше ніж або рівне значенню рН 6, менш ніж або рівне значенню рН 5) і більше ніж або рівне значенню рН 2 (більше ніж або рівне значенню рн 3, більше ніж або дорівнює значенню рнН 4). Температура може бути оптимізована для дії целюлаз, наприклад, до більше ніж або рівною 30 "С (більше ніж або рівною 40 "С, більше ніж або рівною 50 "С, більше ніж або рівною 60 "С) і менше ніж або рівною 90 "С (менше ніж або рівною 80 "С, менше ніж або рівною 70 "С, менше ніж або рівною 60 С). Для збільшеного одержання цукрів необов'язково можуть бути додана додаткова біомаса, целюлаза і добавка.

ІЇ0037| Цукровий розчин або суспензію, отримані оцукрюванням, можуть піддавати послідовній переробці з одержанням бажаного продукту. Наприклад, можуть бути виділені один або більше цукрів, талабо розчин може бути ферментований. При використанні ферментації бо може бути дистильований продукт ферментації. Наприклад, цукру можуть гідровані, а цукрові спирти виділені. 0038) Не зв'язуючись з конкретною теорією, ми вважали, що це перетворення ефективно видаляє глюкозу з суміші цукрів. Як показано на Фіг. 2, цим видаленням будуть видалені стадії інгібування С і Е. Це підсилює повне оцукрювання целюлози у біомасі.

І0039| У багатьох випадках оптимальна температура для застосування глюкозоіїзомерази знаходиться в діапазоні від 60 до 80 "С. У описаних у цьому документі способах температури, які нижче оптимальною, можуть бути бажаними через вартість і тому, що оптимальна температура для інших компонентів процесу може бути іншою. Наприклад, як правило, целюлазні активності є оптимальними від 30 "С до 65 "С. Таким чином, бажаним може бути температурний діапазон від близько 60 "С до близько 65 "С, особливо, якщо глюкозоізомераза і целюлаза об'єднані і використовуються одночасно. Якщо вони не використовуються разом, тоді для кожного ферменту можуть бути вибрані оптимальні температури.

І0040)| Оптимальний діапазон рН для глюкозоізомеразної активності рівний від 7 до 9. Які у разі вибору температурного діапазону, на практиці цього винаходу переважним може бути нижче значення рН, оскільки в деяких випадках іншим компонентам процесу може бути необхідне нижче значення рН. Наприклад, целюлази є активними в діапазоні рН від близько З до 7. Таким чином, бажане значення рН для об'єднаних ферментів, як правило, близько або нижче 7. Якщо глюкозоізомеразу і целюлазу не використали разом, тоді для кожного ферменту може бути вибраний оптимальний діапазон рн.

І0041| Глюкозоїзомераза може бути додана в будь-якій кількості. Наприклад, концентрація може бути нижче ніж близько 500 од./г целюлози (нижче ніж або рівне 100 од./г целюлози, нижче ніж або рівне 50 од./г целюлози, нижче ніж або рівне 10 од./г целюлози, нижче ніж або рівне 5 од./г целюлози). Концентрація може складати щонайменше від близько 0,1 од./г целюлози до близько 500 од./г целюлози, щонайменше від близько 0,5 од./г целюлози до близько 250 од./г целюлоза, щонайменше від близько 1 од./г целюлози до близько 100 од./г целюлози, щонайменше від близько 2 од./г целюлози до близько 50 од./г целюлози. 0042) В деяких випадках додавання глюкозоізомерази збільшує кількість одержаних цукрів щонайменше на 5 95 (наприклад, щонайменше на 10 95, щонайменше на 15 95, щонайменше на 20 96, щонайменше на 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 Ор).

Зо 00431 Інша добавка, яка може бути використана у цьому винаході, є, наприклад, хімічною речовиною, яка підсилює активність агента оцукрювання. Хімічною речовиною може бути, наприклад, така хімічна речовина, яка полегшує перетворення Лобрі-де-:Брюйна-ван-Альбедра- ван-Екенстейна (що також називається перетворенням Лобрі-де-Брюйна-ван-Екенстейна). При цій реакції утворюється енол з альдози, який потім може утворювати кетозу. Наприклад, у діапазоні рН від 11 до 13 і при температурі 20 "С луга каталізуватиме перетворення О-глюкози на О-фруктозу і О-манозу. Типово, реакція є такою, що каталізується основою, але також вона може каталізуватися кислотою, або проходить за нейтральних умов. Як і зі застосуванням глюкозоізомерази, при цій реакції ефективно видаляється глюкоза. (0044) Як інший приклад, кислота може бути використана для каталізу гідролізу целобіози. Із застосуванням хімічних засобів для розщеплювання целобіози до глюкози, а не ферментативних або мікробних засобів, інгібування цих реакцій глюкозою не відбувається.

І0045| В іншому прикладі хімічна речовина може бути такою речовиною, яка реагує з глюкозою, наприклад, бороновою кислотою, яка бажано зв'язується з цис-діолами.

І0046| Хімічна речовина може бути на підкладці, наприклад, на полістиролсульфонатах (наприклад, Атбегіузі "М) або полістироламінах. Змішані цукри можуть проходити через хімічну речовину на підкладці або перетікати через неї. Наприклад, хімічна речовина може бути бороновою кислотою на підкладці полістиролу. Глюкоза може бути вловлена як борат полістирольною підкладкою, а потім вивільнена на подальшій стадії, наприклад, додаванням основи.

Ксилозаізомераза

І0047| Ксилозаіїзомераза (Е5 5.3.1.5у є ферментом, який каталізує хімічну реакцію туди і назад між ЮО-ксилозою і О-ксилулозою. Також систематично вона відома як глюкозоізомераза і

О-ксилозаальдоз-кетозізомераза, і належить сімейству ізомераз, особливо таким внутрішньомолекулярним оксидоредуктазам, які є взаємоперетворюючими альдози і кетози.

Інші загальноприйняті назви включають ЮО-ксилозаіїзомеразу, О-ксилозакетоіїзомеразу і 0- ксилозакетол-ізомеразу. Фермент бере участь у взаємоперетвореннях пентози і глюкуроната і у метаболізмі фруктози і манози. Його використовували у промисловому відношенні для перетворення глюкози на фруктозу при виготовленні кукурудзяного сиропу з високим вмістом фруктози. Інколи він називається "глюкозоіїзомераза". "Ксилозаізомераза" і "люкозоїзомераза" у бо цьому документі використовують взаємозамінно. п о мійго, глюкозоіїзомераза каталізує взаємоперетворення глюкози і фруктози. Іп мімо, вона каталізує взаємоперетворення ксилози і ксилулози. (0048) Декілька типів ферментів розглядали як ксилозаіїзомерази. Перший вид отримували з

Рзепдотопах ПпПуагорпйа. Цей фермент має в 160 разів нижчу спорідненість із глюкозою, ніж ксилоза, але проте є застосовним для збільшення кількості фруктози у присутності глюкози.

Другий вид ферменту виявлений в ЕбсПегіспіа іпіегтедіа. Цей фермент є фосфоглюкозоізомеразою (ЕС 5.3.1.9) і може ізомеризувати лише нефосфорильований цукор у присутності арсената. Глюкозоіїзомераза (ЕС 5.3.16) може бути виділена з Васійй5 тедаїегішт АЇ і є МАО зв'язаною і характерною для глюкози. Інша глюкозоіїзомераза з подібною активністю виділена З Рагасоіорасіегійт аегодепоїдезв. Глюкозоїзомеразам, отриманим гетероферментативною кислотною бактерією, потрібна ксилоза як індуктор, і вони є відносно нестійкими при високій температурі. Ксилозаізомераза (ЕС 5.3.1.535 є самою використовуваною для комерційних застосувань, оскільки вона не вимагає дорогих додаткових факторів, таких як

МАО або АТР, і вона є відносно теплостійкою.

І0049| Як правило, глюкозоїзомерази отримували міжклітинним шляхом, але відомі повідомлення про позаклітинне виділення глюкозоїзомераз. Використовуваний фермент може бути виділений з багатьох бактерій, включаючи без обмеження: Асііпотусе5 оїїмосіпегеий5,

Асіїпотусе5 рпаєоспготодепез, Асііпоріапе5 тів5ошгіепвіб5, Аегобасієї аєгодепев, Аегобасівг сіоасає, Аегорасієї Іемапісит, Апйгобрасієї 5рр., Васіїйш5 в5ієагоїйепторнйи5, Васі тедабасієлйит, Васіїїи5 соадшапв, Вітідобасієгішт 5рр., Вгемірасієетцт іпсейит, Вгемірасієгійт репіозоатіпоасідісит, СНаїпіа 5рр., Согупебасієгцт в5рр., Сопобрасієгішт пеїмоЇшт, ЕзсНегісніа їтешпай, ЕзсПегісніа іпіептедіа, ЕвсНегісніа соїї, Ніамобрасієгцт агбогезсепв5, НРіамобасієгит демогап5, Іасіобасійй5 Бргеміб5, Іасіобасійш5 Брисппегі, Іасіобрасійи5 Тептепії, І асіобасів5 таппіїороєизв, І асіобасійи5 дауопії, І асторбасійи5 ріапіагит, І асюбасійиз5 Іусорегзісі, І асіюбасіив репіобзиб5, Іеисоповіос тебепіегоіїдеб5, Містобіврога сго5єеа, МістоеПорозрогіа /Памеа,

Містотопозрога соегціа, Мусобасієгшт 5рр., Мосагдіа авіегоіїде5, Мосагдіа согаЦШа, Мосагаїа даб5зопміПеї, Рагасоіобасієгішт аегодепоіїде5, Рзепдопосагаіа 5рр., Рзепдотопа5 Пуагорнпіїа,

Загсіпа в5рр., еїарнуіососсив ріріа, е(іарпуіососсив Памомігепб5, еїарпуіососсив5 еспіпайив, зіеріососсив аспготодепез, Бігеріососси5 рпаеосптотодепеб5, Зперіососсив / тасііає,

Зо зЗіеріососсив гозеоспготодепев5, Бінеріососсив оЇїмасєив, БйМеріососсив /саЇйогпісов5, зігеріососсив меписеив, Зігеріососсив мігдіпіаі, бігеріотусев оїЇїмоспготодепев, Зігеріососсив мепелавїіїєе, Зігеріососсив уейтогепвіх, біМеріососсив агізеоїй5, бпМеріососси5 діаийсезсепв, зігеріососсив БіКіпіепзіз, Зінеріососсив гибідіпових, зМеріососсив аспіпаїв, емеріососсив сіппатопепвів, Бігеріососси5 ІГадіає, Зіперіососсив аірив, Бігеріососсив5 діізеив, ЗГеріососсив пімепо, Зперіососсив таїепві5, Зінеріососсив тигіпи5, Зпмеріососсив пімепе, Зеріососсив5 ріаїепві5, Бігеріозрогапдійт аірит, бігеріозрогапдійт оцЇдаге, ГПпептороїузрога 5рр., ТПпегтив 5рр., Хапіпотопаз 5рр. і Хутопопаз торбіїїв.

ІЇ0050| Глюкозоїзомераза може бути використана у вільному виді в розчині або бути закріпленою на підкладці. Цілісні клітини або безклітинні ферменти можуть бути нерухомими.

Опорною структурою може бути будь-який нерозчинний матеріал. Опорні структури можуть бути катіонними, аніонними або нейтральними матеріалами, наприклад, діетиламіноетилцелюлоза, оксиди металів, хлориди металів, карбонати металів і полістироли. Знерухомлення може бути виконане за допомогою будь-якого відповідного засобу. Наприклад, знерухомлення може бути виконане приведенням у контакт підкладки і цілісної клітини або ферменту в розчиннику, такому як вода, а потім видаленням розчинника. Розчинник може бути видалений будь-якими прийнятними засобами, наприклад, фільтрацією або випаровуванням або сушкою розпилюванням. Як інший приклад, ефективною може бути сушка розпилюванням цілісних кліток або ферменту з підкладкою.

ІЇ0О51| Глюкозоїзомераза також може бути присутньою в живій клітині, яка виробляє фермент протягом процесу. Наприклад, продукуючі глюкозоіїзомеразу бактерії можуть бути спільно культивовані в процесі з етанолферментуючими бактеріями. Альтернативно, продукуючі глюкозізомеразу бактерії спочатку можуть бути приведені в контакт з субстратом, а потім інокуляцією з етанол-продукуючим субстратом.

І0052| Глюкозоїзомераза також може бути присутньою у межах або бути виділеною з клітини, а також здатна до додаткового застосовного перетворення цукрів. Наприклад, ферментуючі різновиди глюкози можуть бути генетично модифіковані, щоб містити і експресувати ген для одержання глюкозоізомерази.

Ї. Обробка матеріалу біомаси

А. Бомбардування частками 60 І0053| Одна або декілька обробок бомбардуванням частками високих енергій можуть бути використані для переробки первинної сировини з великої різноманітності різних джерел для виділення застосовних речовин з сировини, і для забезпечення органічного матеріалу, що частково розклався, який виконує функцію подачі на додаткові стадії переробки та/або послідовності. Бомбардування частками може знижувати молекулярну масу і кристалічний стан сировини. Згідно деяким варіантам реалізації енергія, що міститься у матеріалі, який вивільняє електрон з його атомної орбіталі може бути використана для обробки матеріалів.

Бомбардування може бути забезпечене важкими зарядженими частками (такими як альфа- частки або протони), електронами (отриманими, наприклад, при бета-розпаді або у прискорювачах пучка електронів) або електромагнітним випромінюванням (наприклад, гамма- промені, рентгенівські промені або ультрафіолетові промені). Альтернативно, випромінювання, вироблене радіоактивними речовинами, може бути використане для обробки сировини. Може бути використана будь-яка комбінація у будь-якому порядку або одночасно з цими обробками. В іншому підході електромагнітне випромінювання (наприклад, отримане із застосуванням випромінювачів пучка електронів) може бути використане для обробки сировини.

ІЇ0054| Кожна форма енергії іонізує біомасу за рахунок конкретних взаємодій. Важкі заряджені частки у першу чергу іонізують матерію кулонівським розсіюванням; більше того, ці взаємодії виробляють електрони високої енергії, які можуть додатково іонізувати матерію.

Альфа-частки тотожні ядрам атома гелію і утворюються при альфа-розпаді різних радіоактивних ядер, таких як ізотопи вісмуту, полонію, астату, радону, францію, радію, деяких актиноїдів, таких як актиній, торій, уран, нептуній, кюрій, каліфорній, америцій і плутоній.

Ї0055| При використанні часток вони можуть бути нейтральними (незарядженими), позитивно зарядженими або негативно зарядженими. Якщо вони заряджені, то заряджені частки можуть нести один позитивний або негативний заряд або декілька зарядів, наприклад, один, два, три або навіть чотири або більше зарядів. У випадках, якщо потрібний розрив ланцюга, бажаними можуть бути позитивно заряджені частки, частково завдяки їх кислотній природі. При використанні часток вони можуть мати масу, рівну масі електрона у стані спокою або більше, наприклад, у 500, 1000, 1500 або 2000 або більше разів маси електрона в стані спокою.

Наприклад, частки можуть мати масу від близько 1 атомної одиниці до близько 150 атомних одиниць, наприклад, від близько 1 атомної одиниці до близько 150 атомних одиниць, від

Ко) близько 1 атомної одиниці до близько 50 атомних одиниць, або від близько 1 до близько 25, наприклад, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 або 15 атомних одиниць. Прискорювачі, що застосовуються для прискорення часток, можуть бути електростатичними з постійним струмом, електродинамічними з постійним струмом, радіочастотними лінійними, магнітоіїндукційними лінійними або з незгасаючими хвилями. Наприклад, прискорювачі циклотронного типа є доступними від ІВА (оп

Веат Ассеїегайгв5, І оимаїп-Іа-Меиме, Бельгія), такі як система КПподоїгоп'м, оскільки прискорювачі постійного струму доступні від КОЇ, зараз ІВА Іпаизвігіа!, такі як Оупатійгоп "М, Іони і прискорювачі іонів обговорювали в Іпігодисіогу Мисіеаг Рпузіс5, Кеппеїй 5. Ктапе, дойп У/йеу в

Боп5, Іпс. (1988), Ківіо Ргеїес, РІЛІКА В 6 (1997) 4, 177-206; Спи, МПіат Т., "Омегуієм ої Гідні-оп

Веат ТПпегару", Колумбус-Огайо, ІСВО-ІАЕА Мееїїпо, 18-20 Маг. 2006; мага, У. еї аї., "АПетаїйіпд-РНназе-Росизедй ІН-ОТІ ог Неаму-Іоп Медіса|! АссеІегайог5", Ргосеєдіпаз ої ЕРАС 2006,

Едінбург, Шотландія; і І ейпег, С. М. єї аї!., "«Тай5 ої Те Зирегсопацйсіїпа ЕСВ Іоп бБошгсе Мепив",

Ргосеєдіпд5 ої ЕРАС 2000, Відень, Австрія. 0056) Використані дози залежать від бажаного ефекту і конкретної сировини. Наприклад, високі дози можуть розривати хімічні зв'язки у компонентах сировини, а низькі дози можуть підсилювати хімічне зв'язування (наприклад, перехресне зшивання) у компонентах сировини.

Ї0057| В деяких випадках, якщо розрив ланцюга є бажаним та/або бажаною є функціоналізація полімерного ланцюга, можуть бути використані частки, які важче електронів, такі як протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони кисню або іони азоту. Якщо бажаним є розрив ланцюга з розкриттям циклу, то для посилення цього можуть бути використані позитивно заряджені частки завдяки їх властивостям кислот Льюїса. Наприклад, якщо бажаними є функціональні групи, що містять кисень, може бути виконана обробка у присутності кисню або навіть обробка іонами кисню. Наприклад, якщо бажаними є функціональні групи, що містять азот, може бути виконана обробка у присутності азоту або навіть обробка іонами азоту.

В. Інші форми енергії

І0058| Електрони взаємодіють за допомогою кулонівського розсіювання і гальмівним випромінюванням, що утворюється шляхом змін швидкості електронів. Електрони можуть бути утворені з радіоактивних ядер, які піддавали бета-розпаду, наприклад, ізотопи йоду, цезію, технецію і іридію. Альтернативно, за допомогою термоіонної емісії як джерела електронів може 60 бути використана електронна гармата.

Ї0059| Електромагнітне випромінювання взаємодіє за допомогою трьох способів: фотоелектричне поглинання, комптонівське розсіювання і утворення пар. Переважну взаємодію визначали енергією падаючого випромінювання і атомним числом матеріалу. Підсумовування взаємодій, сприяючих поглиненому випромінюванню у целюлозному матеріалі, може бути виражене масовим коефіцієнтом поглинання. 0060) Електромагнітне випромінювання підкласифікували як гамма-промені, рентгенівські промені, ультрафіолетові промені, інфрачервоні промені, мікрохвильове випромінювання або радіохвилі, залежно від довжини хвилі. 0061) Наприклад, гамма-випромінювання може бути використане для обробки матеріалів.

Гамма-випромінювання має перевагою істотну глибину проникнення у різний матеріал зразка.

Джерела гамма-променів включають радіоактивні ядра, такі як ізотопи кобальту, кальцію, технецію, хрому, галію, індію, йоду, заліза, криптону, самарію, селену, натрію, талію і ксенону.

І0062| Джерела рентгенівських променів включають зіткнення пучка електронів з металевими мішенями, такими як вольфрам або молібден або сплави, або компактні джерела світла, наприклад, такі, які комерційно отримані від І упсеап.

І0063| Джерела для ультрафіолетового випромінювання включають дейтерій або кадмієві лампи. (0064) Джерела для інфрачервоного випромінювання включають керамічні лампи з вікнами з сапфіру або селеніда цинку.

І0065| Джерела мікрохвильового випромінювання включають клістрон, запропоновані

Слевіним джерела СВЧ або джерела пучків атомів, в яких використовують газоподібний водень, кисень або азоту. 0066) У розкритих у цьому документі способах можуть бути використані різні інші пристрої, включаючи джерела польової іонізації, електростатичні роздільники іонів, генератори польової іонізації, джерела термоіонної емісії, джерела іонів надвисокочастотного розряду, рециркулюючі або статистичні прискорювачі, динамічні лінійні прискорювачі, прискорювачі Ван-де-Граафа і складчасті тандемні прискорювачі. Такі пристрої розкриті, наприклад, у патенті США Мо 7931784

В2, повне розкриття якого включене у цей документ шляхом посилання.

С. Бомбардування електронами

Зо 1. Пучок електронів

ІЇ0067| Сировина може бути оброблена за допомогою бомбардування електронами для модифікації його структури, і, таким чином, зниження його стійкості. Така обробка може, наприклад, знижувати середню молекулярну масу сировини, змінювати кристалічну структуру сировини та/або збільшувати площу поверхні та/або пористість сировини. 0068) Як правило, бажаним є бомбардування пучком електронів, оскільки воно забезпечує дуже високу пропускну здатність, і тому що застосування пристрою з пучком електронів відносно низької напруги/високої потужності усуває потребу у дорогому захисті з бетонного склепіння, оскільки такі пристрої є "самозахисними" і забезпечують безпечний, ефективний процес. Оскільки "самозахисні" пристрої дійсно включають захист (наприклад, захист і металевої пластини), їм не потрібна споруда з бетонного склепіння, що значно знижує капітальні витрати і часто дозволяє використання існуючого виробничого устаткування без дорогої модифікації. Прискорювачі пучка електронів доступні, наприклад, від ІВА (оп Веат

Арріїсайопв5, І оимаіїп-Іа-Мецйме, Бельгія), Тйап Согрогайоп (Сан-Дієго, Каліфорнія, США) і МНМ

Согрогайоп (Мірроп Нідп Монаде, Японія).

І0069| Бомбардування електронами виконували із застосуванням електроннопроменевого пристрою з номінальною енергією менше ніж 10 МеВ, наприклад, менше ніж 7 МеВ, менше ніж 5

Мев або менше ніж 2 МеВ, наприклад, від близько 0,5 до 1,5 МеВ, від близько 0,8 до 1,8 МеВ, від близько 0,7 до 1 МеВ або від близько 1 до З МеВ. Згідно деяким варіантам реалізації номінальна енергія становить від близько 500 до 800 кев.

І0070| Пучок електронів може мати відносно високою потужністю повного пучка (об'єднана потужність пучка всіх прискорюючих голівок, або, при використанні декількох прискорювачів, усіх прискорювачів і всіх голівок), наприклад, щонайменше 25 кВт, наприклад, щонайменше 30, 40, 50, 60, 65, 70, 80, 100, 125 або 150 кВт. У деяких випадках потужність доходить навіть до 500 кВт, 750 кВт або навіть 1000 кВт або більше. У деяких випадках пучок електронів має потужність пучка 1200 кВт або більше. 0071) Ця висока потужність повного пучка зазвичай досягається із застосуванням декількох прискорюючих голівок. Наприклад, електроннопроменевий пристрій може включати дві, чотири або більше прискорюючих голівок. Застосування декількох голівок, кожна з яких має відносно низьку потужність пучка, запобігає надмірному підвищенню температури в матеріалі, і тим бо самим запобігає згорянню матеріалу і також збільшує однорідність дози за допомогою товщини шару матеріалу. 00721 Згідно деяким варіантам реалізації, бажаним є охолоджування матеріалу протягом етапу бомбардування електронами. Наприклад, матеріал може бути охолоджений при транспортуванні, наприклад, за допомогою шнекової машини або іншого засобу транспортування. 0073) Для зниження енергії, необхідної для процесу зниження стійкості, бажаною є обробка матеріалу настільки швидко, наскільки можливо. У загальному випадку є бажнаним, якщо обробку проводили при інтенсивності дози більше ніж близько 0,25 Мрад на секунду, наприклад, більше ніж близько 0,5, 0,75, 1, 1,5, 2, 5, 7, 10, 12, 15 або навіть більше ніж близько 20 Мрад на секунду, наприклад, від близько 0,25 до 2 Мрад на секунду. Як правило, вище дозам необхідні вищі лінійні швидкості, щоб уникнути термічної деструкції матеріалу. Згідно одному варіанту реалізації прискорювач встановлювали на 3 МеВ, струм пучка 50 мАмп і лінійна швидкість становить 24 фут/хвилина, для товщини зразка близько 20 мм (наприклад, подрібнений матеріал стрижня кукурудзяного качана з об'ємною щільністю 0,5 г/см3).

І0074| Згідно деяким варіантам реалізації бомбардування електронами проводили, поки матеріал отримував загальну дозу щонайменше 0,5 Мрад, наприклад, щонайменше 5, 10, 20, 30 або щонайменше 40 Мрад. Згідно деяким варіантам реалізації обробку проводили, поки матеріал отримував дозу від близько 0,5 Мрад до близько 150 Мрад, від близько 1 Мрад до близько 100 Мрад, від близько 2 Мрад до близько 75 Мрад, від 10 Мрад до близько 50 Мрад, наприклад, від близько 5 Мрад до близько 50 Мрад, від близько 20 Мрад до близько 40 Мрад, від близько 10 Мрад до близько 35 Мрад або від близько 25 Мрад до близько 30 Мрад. Згідно деяким варіантам реалізації бажаною є загальна доза від 25 до 35 Мрад, що використовується оптимально протягом декількох секунд, наприклад, близько 5 Мрад/проходження з кожним проходженням, що застосовується протягом близько однієї секунди. Застосування дози більше ніж від 7до 8 Мрад/проходження у деяких випадках може викликати термічний розпад сировинного матеріалу. 0075) Із застосуванням багатосекційних голівок, як обговорювалося вище, матеріал може бути оброблений багатократним проходженням, наприклад, двома проходженнями при від 10 до 20 Мрад/проходження, наприклад, від 12 до 18 Мрад/проходження, з проміжками в декілька секунд для охолоджування, або трьома проходженнями від 7 до 12 Мрад/проходження, наприклад, від У до 11 Мрад/проходження. Як обговорювалося вище, обробка матеріалу декількома відносно низькими дозами, а не однією високою дозою, направлена на запобігання перегріванню матеріалу, а також збільшує однорідність дози за допомогою товщини матеріалу.

Згідно деяким варіантам реалізації матеріал перемішували або іншим чином змішували протягом або після кожної проходження, а потім знову вирівнювали у рівномірний шар перед наступним проходженням для додаткового посилення однорідності обробки.

І0076| Згідно деяким варіантам реалізації електрони прискорювалися, наприклад, до швидкості більше ніж 75 відсотків швидкості світла, наприклад, більш ніж 85, 90, 95 або 99 відсотків швидкості світла.

І0077| Згідно деяким варіантам реалізації будь-яка описана у цьому документі переробка відбувається з лігноцелюлозним матеріалом, який залишається сухим, яким і був придбаний, або який сушили, наприклад, із застосуванням нагрівання і зниженого тиску. Наприклад, згідно деяким варіантам реалізації целюлозний та/або лігноцелюлозний матеріал містить менше ніж близько п'яти відсотків по масі утримуваної води, виміряної при 25 "С і при п'ятдесяти відсотках відносної вологості.

І0078| Бомбардування електронами може бути використане, оскільки целюлозний і лігноцелюлозний матеріал піддавали дії повітря, збагаченого киснем повітря або навіть самого кисню, або покривали інертним газом, таким як азот, аргон або гелій. При необхідності максимального окислення застосовували окислювальне середовище, таке як повітря або кисень, і оптимізували відстань від джерела пучка для максимізації утворення активного газу, наприклад, озону і оксидів азоту. 00791 Згідно деяким варіантам реалізації застосовують два або більше джерел електронів, наприклад, два або більше іонізуючих джерела. Наприклад, зразки можуть бути оброблені у будь-якому порядку пучком електронів, а потім гамма-випромінюванням і УФ світлом з довжинами хвиль від близько 100 нм до близько 280 нм. Згідно деяким варіантам реалізації зразки обробляли трьома джерелами іонізуючого випромінювання, наприклад, пучок електронів, гамма-випромінювання і УФ світло високої енергії. Біомасу переміщали через зону обробки, де її можуть бомбардувати електронами. Як правило, бажано, коли основа матеріалу біомаси при обробці має відносно рівномірну товщину, як описано раніше. бо І0080| Може бути ефективним повторення обробки для грунтовнішого зниження стійкості біомаси та/або додаткової модифікації біомаси. Зокрема, параметри процесу можуть бути встановлені після першого (наприклад, другого, третього, четвертого або більше) проходження залежно від стійкості матеріалу. Згідно деяким варіантам реалізації може бути використаний такий конвеєр, який включає кругову систему, в якій біомаса переміщалася багато раз через різні описані вище способи. Згідно іншим варіантам реалізації, використовували багато пристроїв для обробки (наприклад, електроннопроменеві генератори) для обробки біомаси багато (наприклад, 2, 3, 4 або більше) разів. Згідно іншим варіантам реалізації, один електроннопроменевий генератор може бути джерелом багатьох пучків (наприклад, 2, 3, 4 або більше пучки), які можуть бути використані для обробки біомаси.

І0081| Ефективність при зміні молекулярної/надмолекулярної структури та/або зниженні стійкості матеріалу біомаси залежить від використаної енергії електрона і використаної дози, тоді як час дії залежить від потужності і дози. (00821 Згідно деяким варіантам реалізації, обробку (будь-яким джерелом електронів або комбінацією джерел) проводили, поки матеріал отримував дозу щонайменше близько 0,05

Мрад, наприклад, щонайменше близько 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 2,5, 5,0, 7,5, 10,0, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 125, 150, 175 або 200 Мрад. Згідно деяким варіантам реалізації обробку проводили, поки матеріал отримував дозу 0,1-100 Мрад, 1-200, 5-200, 10-200, 5-150, 5- 100, 5-50, 5-40, 10-50, 10-75, 15-50, 20-35 Мрад. 00831 Згідно деяким варіантам реалізації обробку проводили при інтенсивності дози від 5,0 до 1500,0 кілорад/год., наприклад, від 10,0 до 750,0 кілорад/год. або від 50,0 до 350,0 кілорад/год. Згідно іншим варіантам реалізації обробку проводили при інтенсивності дози від 10 до 10000 кілорад/год., від 100 до 1000 кілорад/год. або від 500 до 1000 кілорад/год. 2. Джерела електронів (0084) Електрони взаємодіють через кулонівське розсіювання і гальмівне випромінювання, отримані змінами швидкості електронів. Електрони можуть бути отримані за допомогою радіоактивних ядер, які піддаються бета-розпаду, таких як ізотопи йоду, цезію, технецію і іридію.

Альтернативно, як джерело електронів може бути використана електронна гармата шляхом термоіонної емісії і прискорена за допомогою прискорюючого потенціалу. Електронна гармата утворює електрони, прискорює їх за допомогою сильного потенціалу (наприклад, більше ніж

Ко) близько 500 тисяч, більше ніж близько 1 мільйон, більше ніж близько 2 мільйонів, більше ніж близько 5 мільйонів, більше ніж близько 6 мільйонів, більше ніж близько 7 мільйонів, більше ніж близько 8 мільйонів, більше ніж близько 9 мільйонів або навіть більше ніж 10 мільйонів вольт), а потім сканує їх магнітним шляхом у площині х-у, в якій електрони спочатку прискорювалися у 27- напрямку вниз по трубці і витягувалися через фольгове вікно. Сканування електронного пучка застосовне для збільшення поверхні опромінення при опроміненні матеріалів, наприклад, біомаси, яку переміщали через скануючий пучок. Сканування пучка електронів також розподіляє теплове навантаження гомогенно на вікно і допомагає знижувати розлом фольгового вікна через локальний нагрів пучком електронів. Розлом фольгового вікна є причиною істотного часу простою через подальше необхідне відновлення і перезапуск електронної гармати.

ІЇ0085| У розкритих у цьому документі способах можуть бути використані різні інші опромінювачі, включаючи джерела польової іонізації, електростатичні роздільники іонів, генератори польової іонізації, джерела термоіонної емісії, джерела іонів надвисокочастотного розряду, рециркулюючі або статистичні прискорювачі, динамічні лінійні прискорювачі, прискорювачі Ван-де-Граафа і складчасті тандемні прискорювачі. Такі пристрої розкриті, наприклад, у патенті США Мо 7931784 Медоїї, повне розкриття якого включене в цей документ шляхом посилання.

І0086| Пучок електронів може бути використаний як джерело випромінювання. Пучок електронів має перевагу високодозованих доз (наприклад, 1, 5 або навіть 10 Мрад на секунду), високою пропускною здатністю, слабкішим утриманням і меншим обмеженням устаткування.

Пучки електронів також можуть мати високий електричний ККД (наприклад, 80 95) з урахуванням низькоенергетичного застосування відносно інших способів опромінення, які можуть переводити у нижчу вартість операції і знижувати викиди парникових газів, які відповідають меншій кількості використаної енергії. Пучки електронів можуть бути утворені, наприклад, електростатичними генераторами, каскадними генераторами, трансформаторними генераторами, прискорювачами на низькій енергії із скануючою системою, прискорювачами на низькій енергії з лінійним катодом, лінійними прискорювачами і імпульсними прискорювачами.

І0087| Електрони також можуть бути ефективнішими при викликанні змін у молекулярній структурі матеріалів біомаси, наприклад, механізмом розщеплювання ланцюга. Крім того, електрони з енергіями 0,5-10 МеВ можуть проникати у матеріали з низькою щільністю, такі як бо матеріали біомаси, описані в цьому документі, наприклад, матеріали з об'ємною щільністю менш ніж 0,5 г/см3 і товщиною 0,3-10 см. Як джерело іонізуючого випромінювання електрони можуть бути використані, наприклад, для відносно тонких пачок, шарів або основ матеріалів, наприклад, менше ніж близько 0,5 дюйма, наприклад, менше ніж близько 0,4 дюйма, 0,3 дюйма, 0,25 дюйма або менше ніж близько 0,1 дюйм. Згідно деяким варіантам реалізації енергія кожного електрона електронного пучка складає від близько 0,3 МеВ до близько 2,0 МеВ (мегаелектронвольт), наприклад, від близько 0,5 МеВ до близько 1,5 МеВ або від близько 0,7

МеВ до близько 1,25 МеВ. Способи опромінення матеріалів обговорювали у публікації заявки на патент США Мео2012/0100577 АТ, поданій 18 жовтня 2011, повне розкриття якої включене у цей документ шляхом посилання. 0088) Пристрої для електронно-променевого опромінення можуть бути комерційно придбані в оп Веат Арріїсайоп5 (І оимаїп-Іа-Меиме, Бельгія), Тйап Согрогайоп (Сан-Дієго, Каліфорнія,

США) ї МНМ Согрогайоп (Мірроп Нідчпй МоМаде, Японія). Типові енергії електронів можуть складати 0,5 МеВ, 1 МеВ, 2 МеВ, 4.5 МеВ, 7.5 МеВ або 10 МеВ. Типова потужність пристрою для електропроменевого опромінення може складати 1 кВт, 5 кВт, 10 кВт, 20 кВт, 50 кВт, 60 кВт, 70 кВт, 80 кВт, 90 кВт, 100 кВт, 125 кВт, 150 кВт, 175 кВт, 200 кВт, 250 кВт, 300 кВт, 350 кВт, 400 кВт, 450 кВт, 500 кВт, 600 кВт, 700 кВт, 800 кВт, 900 кВт або навіть 1000 кВт. (0089) Компроміси при розгляді вимог потужності пристрою для опромінення електронним пучком включають вартість експлуатації, капітальні витрати, зниження вартості і контур пристрою. Компроміси при розгляді рівнів доз опромінення електронним пучком стосуватимуться витрат енергії і довкілля, безпеки і здоров'я (Європейське суспільство гематології). Як правило, генератори зберігали у камері для зберігання, наприклад, зі свинцю або бетону, спеціально для утворення рентгенівських променів, які утворені у процесі.

Компроміси при розгляді енергій електронів включають витрати енергії. 0090) Пристрій для опромінення електронним пучком може давати або фіксований пучок, або скануючий пучок. Скануючий пучок може бути переважним з великою довжиною розгортки скану і високими швидкостями сканування, оскільки він ефективно замінюватиме великий, широкий фіксований пучок. Крім того, доступною є ширина сектора 0,5 м, 1 м, 2 м або більше.

Скануючий пучок є бажаним у більшості варіантів реалізації, описаних у цій заявці, внаслідок більшої ширини скана і зниженій можливості локального нагріву і неефективності вікон.

Зо 3. Електронні гармати - вікна 0091 При обробці електронною гарматою біомасу опромінювали, коли вона проходила під вікном, яке, як правило, є металевою фольгою (наприклад, з титану, титанового сплаву, алюмінію та/або кремнію). Вікно непроникне для газів, хоча електрони можуть проходить з низьким опором при непроникності для газів. Товщина фольгових вікон бажано складає від близько 10 до 100 мікрон (наприклад, вікно може бути 10 мікрон завтовшки, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26,27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, Аб, 47, 48, 49, 50, 55,60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 або 100 мікрон завтовшки). Тонкі вікна розсіюють менше енергії, оскільки пучок електронів проходит крізь них (наприклад, резистивний нагрів менший, оскільки потужність - І2К), що є перевагою по відношенню до опромінення цільового матеріалу (наприклад, біомаси) як можна більшою кількістю енергії.

Тонке вікно є також менш механічно міцним і ймовірніше може не виправдати очікувань, що викликає підвищені витрати і більший простій устаткування. 0092) Фольгове вікно може бути охолоджене проходженням повітря або інертного газу над вікном. При використанні корпусу, як правило, є бажаним, коли вікно вмонтоване в корпус і охолоджувати вікно із зовнішнього боку замкнутої системи транспортування для уникнення піднімання будь-яких твердих часток опромінюваного матеріалу.

І0093| Система може містити більше одного вікна, наприклад, первинне вікно і вторинне вікно. Два вікна можуть утворювати корпус, щоб включати продуваючі гази та/або гази, що охолоджують. Друге вікно може служити як "протекторне" вікно для захисту первинного вікна.

Електронно-променева установка містить вакуум між джерелом електронів і первинним вікном, і розлом первинного вікна, ймовірно, служитиме причиною того, що матеріал біомаси всмоктуватиметься в електроннопроменеву установку, що призводить до пошкодження, витрат на ремонт і часу знаходження. 0094) Вікно може бути полімером, керамікою, вкритою керамікою, композитом або вкритим композитом. Вторинне вікно може бути, наприклад, з безперервного листа/рулона полімеру або покритого полімеру, який може просуватися безперервно або з інтервалами із забезпеченням чистої або нової ділянки, щоб слугувати як вторинне вікно. 0095) Первинне вікно і вторинне вікно може бути зроблене з того ж самого матеріалу або з різних матеріалів. Наприклад, первинне фольгове вікно може бути зроблене з титану, скандію, 60 ванадію, хрому, нікелю, цирконію, ніобію, молібдену, рутенію, родію, паладію, гафнію, танталу,

вольфраму, ренію, платини, іридію або сплавів або сумішей будь-яких із цього. Вторинне однобічне фольгове вікно може бути зроблено з титану, скандію, ванадію, хрому, нікелю, цирконію, ніобію, молібдену, рутенію, родію, паладію, гафнію, танталу, вольфраму, ренію, платини, іридію, берилія, алюмінію, кремнію або сплавів або сумішей будь-яких з цього.

Первинні і вторинні вікна можуть бути з однакового матеріалу, суміші матеріалів або сплаву, або різних матеріалів, сумішей матеріалів або сплавів. Одне або обидва вікна можуть бути складеними з одного або декількох матеріалів, сумішей матеріалів або сплавів.

І0096| Одне або більше вікон можуть мати опорною структуру впоперек його поверхні.

Використаний у цьому документі термін "однобічне вікно" означає вікно без опорної структури впоперек його поверхні. Використаний у цьому документі термін "двостороннє вікно" означає вікно з опорною структурою впоперек його поверхні, причому опорна структура ефективно розділить поверхню вікна на дві частини. Таке двостороннє вікно представлене у патенті США

Мо 5877582 Міхпітига. Також можуть бути використані додаткові опорні структури.

І0097| Первинне фольгове вікно і вторинне фольгове вікно може бути зроблені з елементу з малим атомним номером. Альтернативно, первинне фольгове вікно може бути зроблене з елементу з великим атомним номером, вторинне фольгове вікно може бути зроблене з елементу з малим атомним номером. 0098) Описані у цьому документі варіанти реалізації не виключають включення додаткових вікон, які можуть мати захисну функцією або можуть бути включені для модифікації дії опромінення. 00991) Вікна можуть бути увігнутими, плоскими або опуклими. Як правило, є бажаним, якщо б вікно було злегка опуклим у напрямі проти руху охолоджуючої рідини. Цей вигин покращує механічну міцність вікна і підвищує допустимі рівні температури, а також дозволяє кращий шлях течії для охолоджуючої рідини. На стороні скануючого рупора вигин прагне встати у напрямку до вакууму (наприклад, від охолоджуючої рідини) через вакуум (наприклад, від близько 10-5 до 10-10 торр, від близько 10-6 до 10-9 торр, від близько 10-7 до 10-8 торр).

ІО100| Охолоджування вікна та/або увігнута форма вікна стає особливо важливою для високих струмів пучка, наприклад, щонайменше близько 100 мА струмів електронної гармати (наприклад, щонайменше близько 110 мА, щонайменше близько 120 мА, щонайменше близько

Ко) 130 мА, щонайменше близько 140 мА, щонайменше близько 150 мА, щонайменше близько 200 мА, щонайменше близько 500 мА, щонайменше близько 1000 мА), тому що резистивне нагрівання приблизно пов'язане з квадратом струму, як обговорювалося вище. Вікна можуть бути будь-якої форми, але, як правило, вони приблизно прямокутні з високим коефіцієнтом співвідношення ширини до довжини (де напрям ширини збігається з шириною транспортної системи, перпендикулярної напряму транспортування, а довжина збігається з напрямом транспортування). Відстань від вікна до переміщуваного матеріалу може бути менше ніж близько 10 см (наприклад, менше ніж близько 5 см) і більше ніж близько 0,1 см (наприклад, більше ніж близько 1 см, більше ніж близько 2 см, більше ніж близько З см, більше ніж близько 4 см). Також є можливим використання декількох вікон (наприклад, 3, 4, 5, 6 або більше) з різними і змінними формами і скомпонованними різними способами. Наприклад, первинне і вторинне фольгове вікно може включати одне, два або більше вікон у тій самій площині або вони розташовані шарами, і можуть включати одну або декілька опорних структур. Наприклад, опорні структури можуть бути у вигляді балки або сітки у тій самій площині, і бути у контакті з вікнами.

ІО1011| Згідно деяким варіантам реалізації вікном, яке вбудоване в замкнуту транспортну систему, є вторинне фольгове вікно двох фольгових вікон системи витяжки для сканування пучка електронів. Згідно іншим варіантам реалізації, корпус для транспортування матеріалу біомаси відсутній, наприклад, біомасу переміщали на повітрі під пристроєм для опромінення.

І0102| Два фольгові вікна системи витяжки для сканування пучка електронів містить два вікна, первинне і вторинне вікно. Як правило, первинне вікно розплоджене ближче до джерела електронів, і воно увігнуте до верхньої частини скануючого рупора через вакуум на тій стороні вікна. Вторинне фольгове вікно прагне бути плоскішим, але воно також увігнуте в тому ж самому напрямі. Це викривлення допомагає забезпечувати структурну опору для вікна і робить його механічно міцнішим за плоске вікно. Альтернативно, вікно може бути плоским або зігнутим у будь-якому напрямі. Товщина фольги вікна типово щонайменше становить від близько 10 мікрон до близько 30 мікрон (наприклад, товщина близько 15-40 мікрон, близько 20-30 мікрон, близько 5-30 мікрон, близько 8-25 мікрон, близько 10-20 мікрон, близько 20-25 мікрон). Відстань між передньою поверхнею фольгою первинного вікна і задньою поверхнею фольги вторинного вікна бажано менше ніж 30 см, бажаніше менше ніж 20 см і найбажаніше менше ніж 10 см. Бічні стінки, у комбінації з первинними і вторинними вікнами, можуть визначати внутрішній простір. бо Електрони проходять через обидва вікна для зіштовхування і проникнення в матеріал

(наприклад, біомасу), розташований нижче. Перший впускний отвір може бути на одній бічній стінці, може бути розташований, щоб дозволяти охолоджуючій рідині (наприклад, рідині або газу) стикатися з фольгою первинного вікна. Охолоджуюча рідина може проходить уздовж вікна, а потім у зворотному напрямі назустріч видаленій (протилежній) стінці, і тече назад, зазвичай через центр внутрішньої поверхні, а потім з неї через вихідний отвір та/або випускний отвір.

Другий вхідний отвір може бути на бічній стінці і може бути розташований так, щоб дозволяти охолоджуючій рідині стикатися з фольгою вторинного вікна так само. Необов'язкова більша кількість вхідних отворів (наприклад, 2, 3, 4, 5, 6 або більше) може доставляти охолоджуючу рідину на поверхні первинного і вторинного вікна, а декілька випускних отворів (наприклад, 2, 3, 4, 5, 6 або більш) можуть дозволяти охолоджуючій рідині виходити з внутрішнього простору.

Згідно деяким варіантам реалізації, одна або декілька бічних стінок може бути навіть вічком, сіткою або гратами з багатьма отворами, через які охолоджуючий газ може протікати, при забезпеченні структурної опори вікнам.

ІО103) Такі системи вікна описані у попередній заявці на патент США Мо 61/711801, Медої еї аІ.,, яка подана 10 жовтня 2012, повний вміст якої включений у цей документ шляхом посилання.

Різні конфігурації для такої системи також будуть відомі фахівцям у даній області техніки. 4. Електронні гармати - відстань між вікнами 0104) Хоча велика відстань між вікнами може бути переважною, наприклад, за описаними вище причинами, велика відстань має деякі недоліки. Один недолік великої відстані між вікнами полягає у тому, що пучки електронів проходитимуть через більший об'єм охолоджуючих газів, що може викликати втрати енергії. Наприклад, пучок 1 МеВ викликає втрати близько 0,2 Мев/мМ енергії, пучок 5 МеВ викликає втрати близько 0,23 МеВ/т і пучок 10 МеВ викликає втрати близько 0,26 Мев/м. Таким чином, з пучком електронів 1 МеВ, що проходить через 1 см повітря, втрачається лише 0,2 95 його енергій, через 10 см повітря втрати складають 2 95 від його енергії, через 20 см вони складають 4 95 його енергій, тоді як через 50 см втрата енергії складає 10 Об.

Оскільки електрони також повинні проходити з вторинного фольгового вікна до біомаси через додаткове повітря, проміжок між вікнами слід обережно контролювати. Бажано, втрати енергії складають менше ніж близько 20 95 (наприклад, менше ніж 10 95, менше ніж 5 95 або навіть менше ніж 1 95). Таким чином, є бажаним зменшення відстані між вікнами для зниження втрат енергії. Оптимальна відстань (наприклад, середня відстань) між вікнами (наприклад, між стороною поверхні електронного фольгового вікна і лицьовою поверхнею вторинного фольгового вікна) на користь охолоджування, як описано вище, і на користь зниження втрат енергії складає від близько 2 до 20 см (наприклад, від близько З до 20 см, від близько 4 до 20 см, від близько 5 до 20 см, від близько 6 до 20 см, від близько 7 до 20 см, від близько 8 до 20 см, від близько З до 15 см, від близько 4 до 15 см, від близько 5 до 15 см, від близько 6 до 15 см, від близько 7 до 15 см, від близько 8 до 15 см, від близько З до 10 см, від близько 4 до 10 см, від близько 5 до 10 см, від близько 6 до 10 см, від близько 7 до 10 см, від близько 8 до 10 см).

ІО105| Фахівець у даній області техніки врівноважить переваги і недоліки відстані між вікнами для задоволення їх потреб.

ІЇО106| Згідно деяким варіантам реалізації, опорні структури для вікон можуть використовуватися впоперек вікон, хоча ці типи структур є менш бажаними через втрати енергії, які можуть виникати з пучком електронів, оскільки вони ударяють ці види структур.

ІО107| Велика відстань між вікнами може бути переважною, оскільки вона визначає більший об'єм між вікнами і допускає швидке протікання охолоджуючих газів у великому об'ємі для дуже ефективного охолоджування. Вхідні і випускні отвори складають від 1 мм до 120 мм у діаметрі (наприклад, близько 2 мм, близько 5 мм, близько 10 мм, близько 20 мм, близько 50 мм або навіть близько 100 мм). Потік охолоджуючого газу може складати від близько 500 до 2500 куб. фут на хвилину (наприклад, від близько 600 до 2500 куб. фут на хвилину, від від близько 700 до 2500 куб. фут на хвилину, від близько 800 до 2500 куб. фут на хвилину, від близько 1000 до 2500 куб. фут на хвилину, від близько 600 до 2000 куб. фут на хвилину, близько 700-2000 куб. фут на хвилину, від близько 800 до 2000 куб. фут на хвилину, від близько 1000 до 2000 куб. фут на хвилину, від близько 600 до 1500 куб. фут на хвилину, від близько 700 до 1500 куб. фут на хвилину, від близько 800 до 1500 куб. фут на хвилину, від приблизно 1000 до 1500 куб. фут на хвилину). Згідно деяким варіантам реалізації близько 50 95 газу змінюється приблизно за 60 секунд або менше (наприклад, приблизно за 50 сек або менше, приблизно за 30 сек або менше, приблизно за 10 сек або менше, приблизно за 1 сек або менше). 5. Електронні гармати - охолоджуючі і продуваючі гази

ІО108)| Охолоджуючий газ у двох фольгових вікнах системи витягу може бути продуваючим бо газом або сумішшю, наприклад, повітря або продуваючого газу. Згідно одному варіанту реалізації газ є інертним газом, таким як азот, аргон, гелій та/(або діоксид вуглецю. Бажаним є застосування газу, а не рідини, оскільки втрати енергії пучка електронів при цьому мінімізовані.

Також можуть бути використані суміші чистих газів, або заздалегідь змішані, або послідовно змішані, перед зіштовхуванням з вікнами або у просторі між вікнами. Охолоджуючий газ може бути охолоджений, наприклад, застосуванням теплообмінної установки (наприклад, холодильника) і з проведенням випаровування з конденсованого газу (наприклад, рідкого азоту, рідкого гелію).

ІО109| При застосуванні корпусу транспортер в оболонці також може продуватися інертним газом для підтримання атмосфери при зниженому рівні кисню. При збереженні низьких рівнів кисню уникають утворення озону, який, у деяких випадках, є небажаним унаслідок його реакційної здатності і токсичної природи. Наприклад, вміст кисню може бути менше ніж близько 20 95 (наприклад, менше ніж близько 10 95, менше ніж близько 1 95, менше ніж близько 0,1 Об, менше ніж близько 0,01 95 або навіть менше ніж близько 0,001 95 кисню). Продування може бути проведене інертним газом, включаючи без обмеження азот, аргон, гелій або діоксид вуглецю.

Він може поставлятися, наприклад, від випаровування з рідкого джерела (наприклад, рідкого азоту або гелію), утвореного або відокремленого від повітря іп 5йи, або поставлятися з резервуарів. Інертний газ може рециркулювати, а будь-який залишковий кисень може бути видалений із застосуванням каталізатора, такого, як шар мідного каталізатора. Альтернативно, комбінації продування, рециркулювання і видалення кисню можуть бути зроблені для збереження низьких рівнів кисню. (0110) Корпус також може продуватися реакційноспроможним газом, який може взаємодіяти з біомасою. Це може бути зроблено протягом або після процесу опромінення.

Реакційноспроможний газ може бути без обмеження оксидом азоту, аміаком, киснем, озоном, вуглеводнями, ароматичними сполуками, амідами, пероксидами, азидами, галогенідами, оксигалогенідами, фосфідами, фосфінами, арсинами, сульфідами, тіолами, боранами і гідридами. Реакційноспроможний газ може бути активований у корпусі, наприклад, опроміненням (наприклад, пучком електронів, УФ-опроміненням, мікрохвильовим опроміненням, нагріванням, ІЧ-опроміненням), таким чином, що він взаємодіє з біомасою. Біомаса сама по собі може бути активована, наприклад, опроміненням. Бажано, біомаса активована пучком

Зо електронів з утворенням радикалів, які потім взаємодіють з активним або неактивним реакційноспроможним газом, наприклад, радикальним зчепленням або гасінням.

ІО111| Продуваючі гази, що поставляються у корпус транспортера, також можуть бути охолоджені, наприклад, нижче близько 25 "С, нижче близько 0 "С, нижче близько -40 "С, нижче близько -80 "С, нижче близько -120 "С. Наприклад, газ може бути випаровений із стислого газу, такого як рідкий азот, або перегнаний з твердого діоксиду вуглецю. Як альтернативний приклад, газ може бути охолоджений у холодильнику, або частина, або весь транспортер може бути охолоджений. 6. Електронні гармати -- засіб для зупинки пучків 0112) Згідно деяким варіантам реалізації системи і способи включають засіб для зупинки (наприклад, перекривач). Наприклад, засіб для зупинки пучків може бути використаний для швидкої зупинки або зменшення опромінення матеріалу без виключення електроннопроменевого пристрою. Альтернативно, засіб для зупинки пучків може бути використаний при включенні пучка електронів, наприклад, засіб для зупинки пучків може зупиняти пучок електронів, поки не буде досягнутий бажаний рівень струму пучка. Засіб для зупинки пучків може бути розташований між первинним фольговим вікном і вторинним фольговим вікном. Наприклад, засіб для зупинки пучків може бути встановлений таким чином, що є рухомим, і таким чином він може переміщатися в або з траєкторії пучка. Може бути використане навіть часткове покриття пучка, наприклад, для контролю дози опромінення. Засіб для зупинки пучків може бути встановлений на дно для транспортування біомаси, на стінку, на пристрій для опромінення (наприклад, на скануючий рупор) або на будь-яку структурну опору.

Бажано, засіб для зупинки пучків закріплений по відношенню до скануючого рупора таким чином, що пучок ефективно може контролюватися засобом для зупинки пучків. Засіб для зупинки пучків може включати стрижень, каркас, колеса, жолобки або інші засоби, що передбачають хід його руху в або з пучка. Засіб для зупинки пучків може бути зроблений з будь- якого матеріалу, який зупинятиме щонайменше 5 95 електронів, наприклад, щонайменше 10 95, 20 96, З0 Зо, 40 90, 50 Зо, 60 о, 70 90, щонайменше 80 96, 85 95, 90 9, 91 96, 92 95, 93 У, 94 905, 95 Фо, 96 о, 97 95, 98 о, 99 95 або навіть близько 100 95 електронів.

ІЇО113| Засіб для зупинки пучків може бути зроблений з металу, включаючи, але не обмежуючись цим, неіржавіючу сталь, свинець, залізо, молібден, срібло, золото, титан, 60 алюміній, олово або їх сплави, або багатошарові матеріали (шаруваті матеріали), зроблені з таких металів (наприклад, керамічні з металевим покриттям, полімерні з металевим покриттям, композитні з металевим покриттям, багатошарові матеріали з металу). 01141 Засіб для зупинки пучків може бути охолоджений, наприклад, охолоджуючою рідиною, такою як водний розчин, або газом. Засіб для зупинки пучків може бути частково або повністю порожнім, наприклад, з порожнинами. Внутрішній простір засобу для зупинки пучків може застосовуватися для охолоджуючих рідин і газів. Засіб для зупинки пучків може бути будь-якої форми, включаючи плоскі, зігнуті, круглі, овальні, квадратні, прямокутні, конічні і клиноподібні форми. 0115) Засіб для зупинки пучків може включати перфоровані отвори, щоб дозволяти деяким електронам проходити наскрізь, тим самим контролюючи (наприклад, знижуючи) рівні випромінювання упоперек всієї області вікна або у конкретних ділянках вікна. Засіб для зупинки пучків може бути зроблений у формі грат, наприклад, з волокон або дроту. Можуть бути використані декілька засобів для зупинки пучків, разом або окремо, для контролю випромінювання. Засіб для зупинки пучків може бути дистанційно керованим, наприклад, за допомогою радіосигналу або з'єднаний дротами з двигуном для пересування пучка в або з заданого положення. р. Обробка матеріалу біомаси -- обробка ультразвуком, піроліз, окислення, обробка парою

ІЇО116| За необхідності, один або більше способів обробки ультразвуком, піролізу, окислювальних способів або способів дії парою можуть бути використані додатково до або замість інших обробок для додаткового зниження стійкості матеріалу біомаси. Ці способи можуть бути використані перед, протягом і після іншої обробки або обробок. Ці способи детально описані у патенті США Мо7932065 Меадоїйї, повне розкриття якого включене у цей документ шляхом посилання.

ІІ. Матеріали біомаси

І0117| Використаний у цьому описі термін "матеріали біомаси" включає лігноцелюлозні, целюлозні, крохмальні і мікробні матеріали. 0118) Лігноцелюлозні матеріали включають, але не обмежуючись ними, дерево, пресовану деревину, деревні відходи (наприклад, тирса, осичняк, деревні стружки), трави, (наприклад, прутовидне просо, міскантус, спартина витончена, двокисточник тростниковидний), зернові

Зо залишки, (наприклад, рисове лушпиння, вівсяне лушпиння, пшеничне лушпиння, ячмінне лушпиння), відходи сільського господарства (наприклад, силос, солому каноли, пшеничну солому, ячмінну солому, вівсяну солому, рисову солому, джут, коноплі, льон, бамбук, сізаль, абаку, стрижні кукурудзяного качана, кукурудзяну солому, соєву солому, кукурудзяні волокна, люцерну, сіно, кокосовий ворс), залишки обробки цукру (наприклад, вичавку, бурякову стружку, вичавку агави), водорості, морські водорості, добрива, стічні води і суміші будь-яких із цього. 0119) В деяких випадках лігноцелюлозний матеріал включає стрижні кукурудзяних качанів.

Раздрібнені або подрібнені молотковою дробаркою стрижні кукурудзяного качана можуть бути розподілені у шарі відносно однорідної товщини для опромінення, а після опромінення вони легко диспергуються у середовищі для додаткової переробки. Для полегшення прибирання і збору у деяких випадках використовували цілу кукурудзяну рослину, включаючи стебло кукурудзи, кукурудзяні зерна і в деяких випадках навіть кореневу систему рослини. 0120) Переважно, для одержання етанолу не було потрібно жодних додаткових живильних речовин (за винятком джерела азоту, наприклад, сечовини або аміаку) протягом етапу ферментації стрижнів кукурудзяного качана або целюлозних або лігноцелюлозних матеріалів, що містять значну кількість стрижнів кукурудзяного качана. Для інших продуктів може бути необхідне додавання слідів металу, вітамінів або буферності, але ці коректування добре відомі у межах відомого рівня техніки. (0121) Стрижні кукурудзяних качанів, до і після розтирання, також легко транспортувати і диспергувати, і вони мають меншу схильність до утворення вибухових сумішей у повітрі, ніж інші целюлозні або лігноцелюлозні матеріали, такі як сіно і трави.

І0122| Целюлозні матеріали включають, наприклад, папір, паперову продукцію, відходи паперу, паперову масу, пігментний папір, крейдований папір, папір з покриттям, папір з наповнювачем, журнали, друкарську продукцію (наприклад, книги, каталоги, довідники, етикетки, календарі, листівки, брошури, публікації, газетний папір), папір для принтера, папір з декількома покриттями, пачку карток, картон, папку, матеріали з високим вмістом «-целюлози, такі як бавовна, і суміші будь-яких із цього. Наприклад, паперова продукція, як описано у заявці на патент США Мо 13/396365 ("Мадаліпе Реєеазіоск5" Меадоїї еї аїЇ., подана 14 лютого 2012), повний вміст якої включений у цей документ шляхом посилання.

І0123| Целюлозні матеріали також можуть включати лігноцелюлозні матеріали, які були 60 делігніфіковані.

(0124) Крохмалисті матеріали включають сам крохмаль, наприклад, кукурудзяний крохмаль, пшеничний крохмаль, томатний крохмаль або рисовий крохмаль, похідні крохмалю або матеріал, який містять крохмаль, такий як придатний до застосування як харчовий продукт або зернові. Наприклад, крохмалистим матеріалом може бути аракча, гречка, банан, ячмінь, маніока, кудза, ока, саго, сорго, звичайні домашні томати, солодкий томат, таро, батат і один або більше видів бобів, такі як звичайні боби, сочевиця або горох. Суміші двох або більше крохмалистих матеріалів також є крохмалистими матеріалами. Також можуть бути використані суміші крохмалистих, целюлозних та/або лігноцелюлозних матеріалів. Наприклад, біомасою може бути ціла рослина, частина рослини або різні частини рослини, наприклад, пшениця, бавовник, кукурудза, рисова рослина або дерево. Крохмалисті матеріали можуть бути оброблені будь-якими описаними у цій заявці способами. (0125) Мікробні матеріали включають без обмеження будь-який природний або генетично модифікований мікроорганізм або організм, який містить або здатний забезпечувати джерело вуглеводів (наприклад, целюлоза), наприклад, протист, наприклад, тваринний протист (наприклад, протозоа, такі як жгутикові, амебні, інфузорії і споровики) і рослинний протист (наприклад, водорость, така як альвеолярні, хлорарахнофітові, криптомонадові, евгленіди, глаукофіти, гаптофіти, червоні водорості, страмінопіли і мігідаеріапіає). Інші приклади включають морські водорості, планктон (наприклад, макропланктон, мезопланктон, мікропланктон, нанопланктон, пікопланктон і фемтопланктон), фітопланктон, бактерії (наприклад, грампозитивні бактерії, грамнегативні бактерії і екстремофіли), дріжджі та/або суміші цього. В деяких випадках мікробна біомаса може бути отримана з природних джерел, наприклад, океану, озер, водойм, наприклад, з солоною водою або з прісною водою, або на суші. Альтернативно або додатково, мікробна біомаса може бути отримана з культурних систем, наприклад, крупномасштабних сухих і вологих культур і ферментативних систем. 0126) Матеріал біомаси також може включати субпродукти і подібні джерела матеріалу.

ІЇО127| Згідно з іншими варіантами реалізації, матеріали біомаси, такі як целюлозні, крохмальні і лігноцелюлозні сировинні матеріали, можуть бути отримані з трансгенних мікроорганізмів і рослин, які можуть бути модифіковані по відношенню до різноманітності дикого типа. Такі модифікації можуть бути зроблені, наприклад, шляхом ітеративних стадій вибору і

Зо відтворення з одержанням необхідних ознак у рослині. Більш того, у рослин генетичний матеріал може бути видалений, модифікований, пригнічений та/або доданий по відношенню до різноманітності дикого типа. Наприклад, генетично модифіковані рослини можуть бути отримані способами рекомбінантної ДНК, причому генетичні модифікації включають введення або модифікацію специфічних генів з батьківських різновидів, або, наприклад, із застосуванням трансгенного виведення, причому специфічний ген або гени вводили в рослину з різних зразків рослин та/або бактерій. Іншим способом утворення генетичної зміни є спосіб за допомогою мутаційної селекції, при якому нові алелі були штучно утворені з ендогенних генів. Штучні гени можуть бути утворені різними способами, включаючи обробку рослини або насіння, наприклад, хімічними мутагенами (наприклад, із застосуванням алкілуючих агентів, епоксидів, алкалоїдів, пероксидів, формальдегіду), опроміненням (наприклад, рентгенівськими променями, гамма- променями, нейтронами, бета-частками, альфа-частками, протонами, дейтронами, УФф- опроміненням) і температурним ураженням або іншими зовнішніми діями, і подальшими методиками вибору. Інші способи забезпечення модифікованих генів проводили шляхом допускаючої помилки ПЦЕР і перестановкою ДНК, а потім введенням бажаної модифікованої ДНК у бажану рослину або насіння. Способи введення бажаної генетичної зміни у насіння або рослину включають, наприклад, застосування бактерійного носія, біолістики, осідання фосфату кальцію, електропорації, сплайсингу генів, сайленсинга генів, ліпофекції, мікроін'єкції і вірусних носіїв. Додаткові генетично модифіковані матеріали були описані у заявці на патент США Мо 13/396369, поданій 14 лютого 2012, повний вміст якої включений у цей документ шляхом посилання.

ІО128| Будь-яким з описаних в цьому документі способів можуть бути застосовані на практиці з сумішами будь-яких матеріалів біомаси, які описані у цьому документі.

І. Одержання матеріалу біомаси -- механічні обробки

І0129| Біомаса може бути у сухій формі, наприклад, з менше ніж близько 35 95 вмістом вологи (наприклад, менше ніж близько 20 95, менше ніж близько 15 95, менше ніж близько 10 95 менше ніж близько 5 95, менше ніж близько 4 95, менше ніж близько З 95, менше ніж близько 2 95 або навіть менше ніж близько 1 95). Біомаса також може бути доставлена у вологому стані, наприклад, у вигляді вологої твердої речовини, суспензії або суспензії з щонайменше приблизним вмістом твердих часток 10 мас. 95 (наприклад, щонайменше близько 20 мас. 9, 60 щонайменше близько 30 мас. 95, щонайменше близько 40 мас. 95, щонайменше близько 50 мас. 95, щонайменше близько 60 мас. 95, щонайменше близько 70 мас. Об).

ІО1301 У розкритому у цьому документі способі можуть бути використані матеріали з низькою об'ємною щільністю, наприклад, целюлозна або лігпоцеллюлозна сировина, яку фізично обробляли для об'ємної щільності менше ніж близько 0,75 г/см3, наприклад, менше ніж близько 0,7, 0,65, 0,60, 0,50, 0,35, 0,25, 0,20, 0,15, 0,10, 0,05 або менше, наприклад, менше ніж близько 0,025 г/см3. Об'ємну щільність визначали з визначенням АЗТМ 018958. Загалом, такий спосіб включає заповнення мірного циліндра відомого об'єму зразком і одержання маси зразка.

Об'ємну щільність розраховували шляхом ділення маси зразка у грамах на відомий об'єм циліндра у кубічних сантиметрах. За необхідності, щільність матеріалів з низькою об'ємною щільністю може бути підвищена, наприклад, способами, описаними в патенті США Мо 7971809

Меадоїї, повний вміст якого включений у цей документ шляхом посилання.

ІО131) У деяких випадках способи попередньої переробки включають просіювання матеріалу біомаси. Просіювання може бути проведене через вічко або перфоровану пластину з бажаним розміром отвору, наприклад, менше ніж близько 6,35 мм (1/4 дюйми, 0,25 дюйма), (наприклад, менше ніж близько 3,18 мм (1/8 дюйма, 0,125 дюйма), менше ніж близько 1,59 мм (1/16 дюйма, 0,0625 дюйма), менше ніж близько 0,79 мм (1/32 дюйми, 0,03125 дюйма), наприклад, менше ніж близько 0,51 мм (1/50 дюйма, 0,02000 дюйма), менше ніж близько 0,40 мм (1/64 дюйми, 0,015625 дюйма), менше ніж близько 0,23 мм (0,009 дюйма), менше ніж близько 0,20 мм (1/128 дюйма, 0,0078125 дюйма), менше ніж близько 0,18 мм (0,007 дюйма), менше ніж близько 0,13 мм (0,005 дюйма) або навіть менше ніж близько 0,10 мм (1/256 дюйма, 0,00390625 дюйма)).

Згідно однієї конфігурації бажана біомаса падає крізь отвори або сито, і, таким чином, біомаса, яка більше отворів або сита, не опромінювалася. Ці матеріали більшого розміру можуть бути повторно перероблені, наприклад, подрібненням, або вони можуть бути легко видалені з переробки. Згідно іншої конфігурації матеріал, який має більше отворів, опромінювали, а матеріал, який менше, видаляли просіюванням або рециркулювали. При такому вигляді конфігурації сам по собі транспортер (наприклад, його частина) може бути перфорований або виготовлений з вічками. Наприклад, згідно одному конкретному варіанту реалізації матеріал біомаси може бути вологим, а отвори або вічка дозволяють воді витікати з біомаси перед опроміненням.

Зо І0132| Просіювання матеріалу також може бути здійснене ручним способом, наприклад, за допомогою оператора або механічно (наприклад, автомат, обладнаний сенсором кольору, віддзеркалення або іншим сенсором), за допомогою чого видаляють непотрібний матеріал.

Просіюванням також може бути магнітне просіювання, де магніт розташований поряд з переміщуваним матеріалом, і магнітний матеріал видаляли магнітним шляхом.

І0133| Необов'язкові способи попередньої переробки можуть включати нагрів матеріалу.

Наприклад, частина транспортера може бути направлена крізь нагріту зону. Нагріта зона може бути утворена, наприклад, ІЧ-опроміненням, мікрохвилями, спалюванням (наприклад, газу, вугілля, нафти, біомаси), резистивним нагрівом та/або індукційною котушкою. Нагрів можна використовувати зі щонайменше однієї сторони або більше ніж з одного боку, він може бути безперервним або періодичним і може бути лише для частини матеріалу або для всього матеріалу. Наприклад, частина, що транспортується, може бути нагріта із застосуванням теплової сорочки. Нагрівання, наприклад, може бути проведене з метою сушки матеріалу. У разі сушіння матеріалу це також може бути полегшено, з або без нагріву, рухом газу (наприклад, повітря, кисню, азоту, Не, СО2, аргону) над та/або через біомасу, яку транспортували.

І0134| Необов'язково, процес переробки може включати охолоджування матеріалу.

Охолоджуючий матеріал описаний у патенті США Мо 7900857 Медоїї, повний вміст якого включений у цей документ шляхом посилання. Наприклад, охолоджування може відбуватися за допомогою доставки охолоджуючої рідині, наприклад, води (наприклад, гліцерином) або азоту (наприклад, рідкого азоту) на дно транспортного лотка. Альтернативно, охолоджуючий газ,

БО наприклад, охолоджений азот, може бути продутий над матеріалами біомаси або під системою транспортування.

ІЇО135| Інший спосіб необов'язкового процесу попередньої переробки може включати додавання матеріалу до біомаси. Додатковий матеріал може бути доданий, наприклад, наливанням, окропленням та/або виливанням матеріалу на переносиму біомасу. Матеріали, які можуть бути додані, включають, наприклад, метали, кераміку і іони, як описано в публікації заявки на патент США Мо 2010/0105119 А1 (поданій 26 жовтня 2009) і в публікації заявки на патент США Мо 2010/0159569 А1 (поданій 16 грудня 2009), повний вміст яких включений у цей документ шляхом посилання. Необов'язкові матеріали, які можуть бути додані, включають кислоти і основи. Іншими матеріалами, які можуть бути додані, є оксиданти (наприклад, бо пероксиди, хлорати), полімери, полімеризуємі мономери (наприклад, такі, що містять ненасичені зв'язки), воду, каталізатори, ферменти та/або організми. Матеріали можуть бути додані, наприклад, у чистій формі, у вигляді розчину у розчиннику (наприклад, воді або органічному розчиннику) та/або у вигляді розчину. В деяких випадках розчинник є летким і може випаровуватися, наприклад, нагріванням та/або продуванням газу, як описано раніше. Доданий матеріал може утворювати однорідне покриття біомаси або бути гомогенною сумішшю різних компонентів (наприклад, біомаси і додаткового матеріалу). Доданий матеріал може модулювати подальшу стадію опромінення збільшенням ефективності опромінення, гальмуванням опромінення або зміною ефекту опромінення (наприклад, від пучків електронів до рентгенівських променів або тепла). Спосіб не може впливати на опромінення, але може бути застосовним для додаткової послідовної переробки. Доданий матеріал може сприяти транспорту матеріалу, наприклад, зниженням запиленості.

ІЇО136| Біомаса може бути доставлена у транспортер за допомогою стрічкового транспортера, пневматичного транспортера, шнекового транспортера, бункера, трубки, вручну або комбінацією перерахованого. Біомаса може, наприклад, бути опущеною, вилитою та/або поміщеною у транспортер за будь-яким з цих способів. Згідно деяким варіантам реалізації матеріал доставляли в транспортер із застосуванням закритої системи розподілу матеріалів, щоб допомагати зберігати атмосферу з низьким вмістом кисню та/або для боротьби з пилом і дрібними частками. Підняті суспендовані у повітрі дрібні частки біомаси і пил є небажаними, оскільки вони можуть утворювати загрозу вибуху або пошкодження фольги вікон електронної гармати (при використанні такого пристрою для обробки матеріалу).

І0137| Матеріал може бути вирівняний з утворенням однорідної товщини від близько 0,0312 до 5 дюймів (наприклад, від близько 0,0625 до 2,000 дюйма, від близько 0,125 до 1 дюйма, від близько 0,125 до 0,5 дюйма, від близько 0,3 до 0,9 дюйма, від близько 0,2 до 0,5 дюйма, від близько 0,25 до 1,0 дюйма, від близько 0,25 до 0,5 дюйма, 0.100 -ж7- 0,025 дюйма, 0,150 ж/- 0,025 дюйма, 0,200 ч/- 0,025 дюйма, 0,250 -/- 0,025 дюйма, 0,300 ж/- 0,025 дюйма, 0,350 ж/- 0,025 дюйма, 0,400 ж/- 0,025 дюйма, 0,450 я/- 0,025 дюйма, 0,500 ж/- 0,025 дюйма, 0,550 -/- 0,025 дюйма, 0,600 ж/- 0,025 дюйма, 0,700 я/- 0,025 дюйма, 0,750 я/- 0,025 дюйма, 0,800 я/- 0,025 дюйма, 0,850 -7- 0,025 дюйма, 0,900 -ж7- 0,025 дюйма, 0,900 -ж/- 0,025 дюйма.

ІО138) Як правило, є бажаним переносити матеріал так швидко, наскільки можливо через

Зо пучок електронів для максимізації пропускної здатності. Наприклад, матеріал може переноситися при швидкостях щонайменше 1 фут/хв., наприклад, щонайменше 2 фут/хв., щонайменше З фут/хв., щонайменше 4 фут/хв., щонайменше 5 фут/ хв., щонайменше 10 фут/хв., щонайменше 15 фут/хв., 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 фут/ хв. Швидкість транспортування пов'язана із струмом пучка, наприклад, для біомаси, завтовшки 72 дюйма і 100 мА, транспортер може рухатися приблизно з 20 фут/хв. із забезпеченням застосовного дозування опромінення, при 50 мА транспортер може рухатися приблизно з 10 фут/хв. із забезпеченням приблизно такого самого дозування опромінення.

ІО139| Після того, як матеріал біомаси був транспортований через зону опромінення, можуть бути проведені необов'язкові способи попередньої переробки. Необов'язковий процес попередньої переробки може, наприклад, бути процесом, описаним відносно процесу попереднього опромінення. Наприклад, біомаса може бути просіяна, бути нагріта, охолоджена талабо об'єднана з добавками. Виключно для післяопроміння, гасіння радикалів може відбуватися, наприклад, гасінням шляхом додавання рідин або газів (наприклад, кисню, оксиду азоту, аміаку, рідин) із застосуванням тиску, теплоти та/"або додавання акцепторів радикалів.

Наприклад, біомаса може бути виведена із замкнутого транспортера і її піддавали дії газу (наприклад, кисню), де її гасили з утворенням карбоксильованих груп. Згідно одному варіанту реалізації біомасу протягом етапу опромінення піддавали дії активного газу або рідини. Гасіння біомаси, яку опромінювали, описане у патенті США Мо 8083906 Медоїї, повний вміст якого включений у цей документ шляхом посилання. 0140) За необхідності, для додаткового зниження стійкості матеріалу біомаси додатково до опромінення можуть бути використані одна або декілька механічних обробок. Ці способи можуть бути використані до, протягом та/або після опромінення. 0141) В деяких випадках механічна обробка може включати початкове одержання сировини у стані постачання, наприклад, зменшеення розміру матеріалів, наприклад, подрібненням, наприклад, різанням, перемелюванням, розсіканням, тонким подрібненням або дробленням.

Наприклад, у деяких випадках нещільну сировину (наприклад, вторинний папір, крохмалисті матеріали або просо прутовидне) отримували різанням або шматуванням. Механічна обробка може знижувати об'ємну щільність матеріалу біомаси, збільшувати площу поверхні матеріалу біомаси та/або зменшувати один або більше розмірів матеріалу біомаси. бо І0142| Альтернативно або додатково до цього, матеріал сировини спочатку може бути фізично оброблений одним або декількома іншими фізичними способами обробки, наприклад, хімічною обробкою, опроміненням, обробкою ультразвуком, окисленням, піролізом або обробкою парою, а потім оброблений механічно. Ця послідовність може бути переважною, оскільки матеріали, що обробляються однією або більше з інших обробок, наприклад, опромінення або піроліз, зазвичай бувають крихкішими, і, таким чином, буде легко додатково змінювати структуру матеріалу механічною обробкою. Наприклад, матеріал сировини може бути транспортований через іонізуюче опромінення із застосуванням транспортера, як описано у цьому документі, а потім механічно оброблений. За допомогою хімічної обробки може бути видалена деяка кількість або весь лігнін (наприклад, перетворення на м'яку масу хімічним способом), і матеріал частково або повністю може бути гідролізований. Способи також можна використовувати із заздалегідь гідролізованим матеріалом. Способи також можуть бути використані з матеріалом, який не був заздалегідь гідролізований. Способи можуть бути використані із сумішами гідролізованих і негідролізованих матеріалів, наприклад, приблизно з 50 95 або більше негідролізованого матеріалу, приблизно з 60 95 або більше негідролізованого матеріалу, приблизно з 70 95 або більше негідролізованого матеріалу, приблизно з 80 95 або більше негідролізованого матеріалу або навіть приблизно з 90 95 або більше негідролізованого матеріалу. 0143) Додатково до зменшення розміру, що може бути виконане спочатку та/або пізніше при переробці, механічна обробка також може бути переважною для "відкриття", "напруження", розлому або руйнування матеріалів біомаси, що робить целюлозу матеріалів чутливішого до розпаду ланцюга і руйнуванню кристалічної структури протягом етапу фізичної обробки.

ЇО144| Способи механічної обробки матеріалу біомаси включають, наприклад, перемелювання або дроблення. Перемелювання може бути виконане із застосуванням, наприклад, молоткового млина, кульового млина, колоїдного млина, конічного або конусного млина, дискового млина, бігуна, млина Уайлі, борошномельного млина або іншого млина.

Дроблення може бути виконане із застосуванням, наприклад, дробарки ріжучого/ударного типа.

Деякі типові дробарки включають жорнові дробарки, штифтові дробарки, кофемолки і гратознімачі. Дроблення або перемелювання можуть бути забезпечене, наприклад, штифтом з гойдальним рухом або іншим елементом, як у випадку зі штифтовими млинами. Інші способи

Зо механічної обробки включають механічне розпушувння або розрив, інші способи, які застосовують тиск до волокон, і перемелювання із стиранням у повітрі. Приянтні механічні обробки додатково включають будь-яку іншу методику, яка продовжує руйнування внутрішньої структури матеріалу, розпочате на попередніх стадіях переробки.

І0145| Механічні системи підготовки подачі можуть бути конфігуровані для одержання потоків з конкретними характеристиками, такими як, наприклад, конкретні максимальні розміри, конкретні співвідношення довжини до ширини або конкретні співвідношення площ поверхні.

Фізична підготовка може збільшувати швидкість реакцій, покращувати рух матеріалу по транспортеру, покращувати профіль опромінення матеріалу, покращувати однорідність опромінення матеріалу або знижувати час переробки, потрібний відкриттям матеріалів і роблячи їх доступнішими для способів і реагентів, таких як реагенти у розчині.

І0146| Об'ємна щільність сировини може контролюватися (наприклад, підвищуватись). У деяких ситуаціях може бути бажаним одержання матеріалу з низькою об'ємною щільністю, наприклад, ущільненням матеріалу (наприклад, ущільнення може зробити його зручнішим і менш дорожчим для перенесення на іншу сторону), а потім повернення матеріалу у стан нижчої об'ємної щільності (наприклад, після перенесення). Матеріал може бути ущільнений, наприклад, від менше ніж близько 0,2 г/куб.см до більше ніж близько 0,9 г/куб.см (наприклад, від менше ніж близько 0,3 до більше ніж близько 0,5 г/куб.см, від менше ніж близько 0,3 до більше ніж близько 0,9 г/куб.см, від менше ніж близько 0,5 до більше ніж близько 0,9 г/куб.см, від менше ніж близько 0,3 до більш ніж близько 0,8 г/куб.см, від менше ніж близько 0,2 до більше ніж близько 0,5 г/куб.см). Наприклад, матеріал може бути ущільнений способами і устаткуванням, які розкриті у патенті США Мо 7932065 Меадоїї і в публікації міжнародної заявки УМО 2008/073186 (яка була подана 26 жовтня 2007, була опублікована англійською мовою і вказаною країною є США), повний вміст яких включений у цей документ шляхом посилання. Ущільнені матеріали можуть бути перероблені будь-яким з описаних у цьому документі способів, або будь-який матеріал, перероблений будь-яким з описаних у цьому документі способів, далі може бути ущільнений. 01471 Згідно з деякими варіантами реалізації матеріал, що переробляється, знаходиться у виголяді волокнистого матеріалу, який містить волокна, які отримані розрізанням джерела волокон. Наприклад, розрізання може бути виконане дисковими ножицями. (0148) Наприклад, розрізання джерела волокон, наприклад, яке є стійким або із зниженим 60 рівнем стійкості, може бути виконано, наприклад, дисковими ножицями з одержанням першого волокнистого матеріалу. Перший волокнистий матеріал пропускють через перше сито, наприклад, з середнім розміром отвору 1,59 мм або меншее (1/16 дюйма, 0,0625 дюйма), з одержанням другого волокнистого матеріалу. За необхідності, джерело волокна може бути відрізане перед розрізанням, наприклад, за допомогою шредера. Наприклад, при застосуванні паперу як джерела волокна, папір можна спочатку розрізати на смужки шириною, наприклад, від 1/4 до 1/2 дюйма із застосуванням шредера, наприклад, шредера з гвинтом протилежного обертання, такого як той, що виробляється компанією Мипзоп (Ліса, М.У.). Як альтернатива розрізанню на смужки, папір можна подрібнити шляхом розрізання до необхідного розміру в гільйотинній різальній машині. Наприклад, гільйотинну різальну машину можна застосовувати для розрізання паперу на листи, наприклад, шириною 10 дюймів і завдовжки 12 дюймів.

І0149| Згідно деяким варіантам реалізації розрізання джерела волокна і проходження першого волокнистого матеріалу, що утворився, через перше сито здійснюють одночасно.

Розрізання і проходження можна також здійснити у періодичному процесі.

ІО150| Наприклад, дискові ножиці можуть бути використані для одночасного розрізання джерела волокна і просіювання першого волокнистого матеріалу. Дискові ножиці містять завантажувальний бункер, який можна завантажити подрібненим джерелом волокна, отриманим у результаті його подрібнення. Подрібнене джерело волокна.

ІО151)| У деяких варіантах реалізації сировину фізично обробляли перед оцукрюванням та/або ферментацією. Способи фізичної обробки можуть включати один або більше з будь-яких способів, описаних у цій заявці, такі як механічна обробка, хімічна обробка, опромінення, обробка ультразвуком, окислення, піроліз або обробка парою. Способи обробки можуть бути використані у комбінаціях з двох, трьох, чотирьох або навіть усіх з вказаних технологій (у будь- якому порядку). При застосуванні більше одного способу обробки, способи можуть бути використані одночасно або у різний час. Також можуть бути використані інші способи, які змінюють молекулярну структуру сировини біомаси, окремо або у комбінації із способами, описаними у цій заявці. 0152) Можуть бути використані механічні обробки, характеристики механічно оброблених матеріалів біомаси описані детальніше у публікації заявки на патент США Мо 2012/0100577 А1, поданій 18 жовтня 2011, повний вміст якої включений у цей документ шляхом посилання.

Зо ІМ. Застосування обробленого матеріалу біомаси 0153) Із застосуванням описаних у цьому документі способів первинні матеріали біомаси (наприклад, біомаса рослин, біомаса тварин, папір і біомаса міських відходів) можуть бути використані як сировина з одержанням застосовних проміжних сполук і продуктів, таких як органічні кислоти, солі органічних кислот, ангідриди, складні ефіри органічних кислот, і палив, наприклад, палив для двигунів внутрішнього згоряння або сировини для паливних елементів. У цьому документі описані системи і способи, при яких як сировина можуть бути використані целюлозні та/або лігноцелюлозні матеріали, які є легко доступними, але часто можуть бути складними для виробництва, наприклад, потоки міських відходів і потоки відходів, наприклад, потоки, які включають газетний папір, крафт-папір, гофрований папір або їх суміші.

І0154| Для перетворення сировини на форму, яка може бути легко перероблена, целюлоза, що містить глюкан або ксилан, у сировині може бути гідролізована в низькомолекулярні вуглеводи, такі як цукри, оцукрювальним агентом, наприклад, ферментом або кислотою, процес називається оцукрюванням. Потім низькомолекулярні вуглеводи можуть бути використані, наприклад, в існуючій виробничій установці, такій як установка для одноклітинного білка, виробнича установка для ферментів або паливна установка, наприклад, виробниче устаткування для етанолу.

ЇО155| Сировина може бути гідролізована із застосуванням ферменту, наприклад, об'єднанням матеріалів і ферменту у розчиннику, наприклад, у водному розчині. (0156) Альтернативно, організмами можуть постачатися ферменти, що розбивають біомасу, таку як целюлоза та/або лігнінові частини біомаси, містять або виробляють різні целюлітичні ферменти (целюлази), лігнінази або різні низькомолекулярні метаболіти для розпаду біомаси.

Ці ферменти можуть бути комплексом ферментів, який діє синергічно для розпаду кристалічної целюлози або частин лігніну біомаси. Приклади целюлітичних ферментів включають: ендоглюканази, целобіогідролази і целобіаза (бета-глюкозидази).

ІО157| Протягом етапу ооцукрювання целюлозний субстрат спочатку може бути гідролізований ендоглюканазами при довільних місцях розташування із застосуванням олігомерних проміжних сполук. Ці проміжні сполуки потім є субстратами для екзо-расщепления глюканаз, таких як целобіогідролаза, із одержанням целобіози з кінців полімеру целюлози.

Целобіоза є розчинним у воді 1,4-зчепленим димером глюкози. Зрештою, целобіаза розщеплює бо целобіозу з одержанням глюкози. Ефективність (наприклад, час гідролізу та/або завершеність гідролізу) цього процесу залежить від стійкості целюлозного матеріалу.

М. Промпкні сполуки і продукти

ІО158) Із застосуванням описаних у цьому документі способів матеріал біомаси може бути перетворений на один або більше продуктів, таких як енергія, палива, харчові продукти і матеріали. Конкретні приклади продуктів включають, але не обмежуються ними, водень, цукри (наприклад, глюкоза, кксилоза, арабіноза, маноза, галактоза, фруктоза, дисахариди, олігосахариди і полісахариди), спирти (наприклад, одноатомні спирти або двоатомні спирти, такі як етанол, н-пропанол, ізобутанол, втор-бутанол, трет-бутанол або н-бутанол), гідратовані або водні спирти (наприклад, такі, що містять більше ніж 10 95, 20 У», 30 95 або навіть більше ніж 40 95 води), біодизельне паливо, органічні кислоти, вуглеводні (наприклад, метан, етан, пропан, ізобутен, пентан, н-гексан, біодизельне паливо, біобензин і їх суміші), супутні продукти (наприклад, білки, такі як целюлотичні білки (ферменти) або одноклітинні білки) і суміші будь- яких із цього у будь-якій комбінації або відносній концентрації, і необов'язково у комбінації з будь-якими добавками (наприклад, паливними присадками). Інші приклади включають карбонові кислоти, солі карбонової кислоти, суміш карбонових кислот і солей карбонових кислот і складні ефіри карбонових кислот (наприклад, метилові, етилові і н-пропілові складні ефіри), кетон (наприклад, ацетон), альдегіди (наприклад, ацетальдегід), альфа- і бета-ненасичені кислоти (наприклад, акрилова кислота) і олефіни (наприклад, етилен). Інші спирти і похідні спиртів включають пропанол, пропіленгліколь, 1,4-бутандіол, 1,3-пропандіол, цукрові спирти і поліоли (наприклад, гліколь, гліцерин, еритрит, треїтол, арабіт, ксиліт, рібіт, маніт, сорбіт, галактит, ідит, інозит, волеміт, ізомальт, мальтит, лактит, мальтотриїт, мальтотетраїт і полігліцит, а також інші поліоли), і метилові або етилові складні ефіри будь-яких із вказаних спиртів. Інші продукти включають метилакрилат, метилметакрилат, молочну кислоту, лимонну кислоту, мурашину кислоту, оцтову кислоту, пропіонову кислоту, масляну кислоту, бурштинову кислоту, валеріанову кислоту, капронову кислоту, З-гідроксипропіонову кислоту, пальмітинову кислоту, стеаринову кислоту, щавлеву кислоту, малонову кислоту, глутарову кислоту, олеїнову кислоту, лінолеву кислоту, гліколеву кислоту, гамма-гідроксимасляну кислоту і їх суміші, сіль будь-якої з вказаних кислот, суміші будь-яких з кислот і їх відповідних солей.

І0О159| Будь-яка комбінація вищезгаданих продуктів один з одним та/або вищезгаданих

Зо продуктів з іншими продуктами, причому інші продукти можуть бути отримані за допомогою способів, описаних у цьому документі або іншим чином, можуть бути упаковані разом і продаватися у виді продуктів. Продукти можуть бути об'єднані, наприклад, змішуванням, перемішуванням або спільним розчиненням, або можуть бути просто упаковані або продаватися разом. 01601 Будь-які з продуктів або комбінації продуктів, описаних у цьому документі, можуть бути дезинфіковані або стерилізовані перед продажем продуктів, наприклад, після очищення або виділення або навіть після упаковки, для нейтралізації одного або декількох теоретично небажаних забрудників, які можуть бути присутніми у продукті(ах). Така санітарія може бути проведена бомбардуванням електронами, наприклад, при дозуванні менше ніж близько 20

Мрад, наприклад, від близько 0,1 до 15 Мрад, від близько 0,5 до 7 Мрад або від близько 1 до З

Мрад.

ІО161| За допомогою способів, описаних у цьому документі, можуть бути отримані різні потоки побічних продуктів, що застосовуються для утворення пари і електрики, які застосовуються в інших частинах установки (спільне утворення) або продаються на відкритому ринку. Наприклад, пара, утворена зі згоряння потоків побічних продуктів, може бути використана при процесі дистиляції. Як інший приклад, електрика, утворена зі згоряння потоків побічних продуктів, може бути використана для потужних електроннопроменевих генераторів, що використовуються при попередній обробці. 0162) Побічні продукти, використані для утворення пари і електрики, отримані з великої кількості джерел за допомогою процесу. Наприклад, анаеробне розкладання стічних вод може давати біогаз, з високим вмістом метану і невеликою кількістю стічної біомаси (шлам). Як інший приклад, можуть бути використані тверді речовини після оцукрювання та/або після дистиляції (наприклад, лігнін, що не прореагував, целюлоза і геміцелюлоза, що залишилися після попередньої обробки і первинних способів), наприклад, спалювані як паливо. 01631 Багато одержаних продуктів, такі як етанол або н-бутанол, можуть бути використані як паливо для живлення автомобілів, вантажних автомобілів, тракторів, кораблів або поїздів, наприклад, як паливо для двигунів внутрішнього згоряння або як сировина для паливного елементу. Багато з одержаних продуктів також можуть бути використані для потужних літальних апаратів, таких як літаки, наприклад, з реактивними двигунами, або вертольоти. Крім того, бо описані у цьому документі продукти можуть бути використані для електрогенерації, наприклад, у традиційній паровироблюючій установці або в установці паливного елементу. (0164) Інші проміжні сполуки і продукти, у тому числі, харчові і фармацевтичні продукти, описані у публікації заявки на патент США Мо 2010/0124583 А1, опублікованій 20 травня 2010,

Меадоїї, повний вміст якої включений у цю заявку шляхом посилання.

МІ. Одержання ферментів за допомогою мікроорганізмів

ІЇО165| Як правило, міцеліальним грибам або бактеріям, що виробляють целюлазу, необхідне джерело вуглецю і індуктор для одержання целюлази. 0166) Лігноцелюлозні матеріали містять різні комбінації целюлози, геміцелюлози і лігніну.

Целюлоза є нерозгалуженим полімером глюкози, що утворює досить міцну нерозгалужену структуру без істотного скручування. Через таку структуру і розміщення гідроксильних груп, які можуть зв'язувати водень, целюлоза містить кристалічні і некристалічні фрагменти. Кристалічні фрагменти також можуть бути різних типів, відмічених як Кальфа) і (бета), наприклад, залежно від розміщення водневих зв'язків між нитками. Самі по собі довжини полімерів можуть змінюватися, надаючи більшу різноманітність формі целюлози. Геміцелюлоза є будь-якою з декількох гетерополімерів, таких як ксилан, глюкуроноксилан, арабіноксилани і ксилоглюкан.

Присутнім первинним цукровим мономером є ксилоза, хоча присутні і інші мономери, такі як маноза, галактоза, рамноза, арабіноза і глюкоза. Як правило, геміцелюлоза утворює розгалужені структури з нижчою молекулярною масою, ніж целюлоза. Таким чином, геміцелюлоза є аморфним матеріалом, який, як правило, є чутливим до ферментативного гідролізу. Зазвичай, лігнін є складним гетерополімером з високою молекулярною масою. Хоча всі лігніни показують зміну у своїй композиції, вони були описані як аморфний полімер з дендритним скелетом фенілпропенових одиниць. Кількості целюлози, геміцелюлози і лігніну У конкретному біоматеріалі залежить від джерела біоматеріалу. Наприклад, матеріал, отриманий з дерева, може містити близько 38-49 95 целюлози, 7-26 95 геміцелюлози і 23-34 95 лігніну залежно від типа. Трави, як правило, містять 33-38 96 целюлози, 24-32 95 геміцелюлози і 17- 22 95 лігніну. Безумовно, лігноцелюлозна біомаса містить великий клас субстратів.

ІО167| Різноманітність матеріалів біомаси додатково може бути збільшена попередньою обробкою, наприклад, зміною кристалічного стану і молекулярної маси полімерів.

ІЇО168| Утворюючий целюлазу організм при контакті з біомасою прагнутиме утворювати

Зо ферменти, що вивільняють молекули, бажані для зростання організму, наприклад, глюкозу. Це виконували за допомогою ефекту дії ферментів, як описано вище. Оскільки в конкретному біоматеріалі існує різноманіття субстратів, це є різноманітністю целюлаз, наприклад, обговорювані вище ендоглюканаза, екзоглюканаза і целобіаза. Вибираючи конкретний лігноцелюлозний матеріал як індуктор, відносні концентрації та/«або активності цих ферментів можуть бути модульовані. Таким чином, отриманий у результаті комплекс ферменту працюватиме ефективно з лігноцеллюлозним матеріалом, що використовується як індуктор, або подібним матеріалом. Наприклад, біоматеріал з вищою частиною кристалічної целюлози може викликати більш ефективну або вищу кількість ендоглюканази, ніж біоматеріал з невеликою кількістю кристалічної целюлози.

І0169| Фахівець у даній області техніки може оптимізувати одержання ферментів за допомогою мікроорганізмів шляхом додавання дріжджового екстракту, кукурудзяного екстракту, пептонів, амінокислот, амонійних солей, фосфатних солей, калієвих солей, магнієвих солей, кальцієвих солей, залізистих солей, марганцевих солей, цинкових солей, кобальтових солей або інших добавок та/"або живильних речовин та/або джерел вуглецю. Різні компоненти можуть бути додані і видалені протягом етапу переробки для оптимізації бажаного утворення продуктів, що застосовуються. (0170) Як правило, температура, рН і інші умови, оптимальні для зростання мікроорганізмів і одержання ферментів, відомі з області техніки.

МІ. Оцукрювання

І0171| Як правило, оброблені матеріали біомаси можуть бути оцукрені шляхом об'єднання матеріалу і целюлазного ферменту у рідкому середовищі, наприклад, у водному розчині. У деяких випадках матеріал кип'ятили, замочували або варили у гарячій воді перед оцукрюванням, як описано у публікації заявки на патент США Мо 2012/0100577 АТ Меодой і

Махіептап, опублікованій 26 квітня 2012, повний вміст якої включений у цей документ шляхом посилання.

І0172| Процес оцукрювання може бути частковий або повністю виконаний у резервуарі (наприклад, у резервуарі з об'ємом щонайменше 4000, 40000 або 500000 л) на виробничій установці, талабо може бути частково або повністю виконаний при транспортуванні, наприклад, в автодрезині, автоцистерні або в супертанкері або в трюмі. Час, необхідний для повного бо оцукрювання, залежатиме від умов процесу і використаних матеріалу біомаси і ферменту. Якщо оцукрювання виконували на виробничій установці за контрольованих умов, целюлоза може у значній мірі бути повністю покритою цукром, наприклад, глюкозою приблизно за 12-96 годин.

Якщо оцукрювання виконували частково або повністю при транспортуванні, оцукрювання може займати більше часу.

ІО173| Як правило, є бажаним, щоб вміст резервуару змішувався протягом етапу оцукрювання, наприклад, із застосуванням струменевого перемішування, як описано у міжнародній заявці Ме РСТ/О52010/035331, поданій 18 травня 2010, яка була опублікована англійською мовою як МО 2010/135380 і вказаною країною є США, повний вміст якої включений у цей документ шляхом посилання.

І0174| Додавання поверхнево-активних речовин може збільшити швидкість оцукрювання.

Приклади поверхнево-активних речовин включають неїонні поверхнево-активні речовини - такі як поліетиленгліколеві поверхнево-активні речовини Тмуееп( 20 або Тмееп( 80, іонні поверхнево- активні речовини або амфотерні поверхнево-активні речовини.

І0175| В цілому бажано, щоб концентрація цукрового розчину, отриманого у результаті оцукрювання, була порівняно високою, наприклад, більше ніж 40 95, або більше ніж 50, 60, 70, 80, 90, або навіть більше ніж 9595 по масі. Вода може бути видалена, наприклад, випаровуванням для збільшення концентрації цукрового розчину. Це дозволяє зменшити об'єм при транспортуванні і також інгібує зростання мікроорганізмів у розчині.

І0176| Альтернативно, можуть бути використані цукрові розчини нижчих концентрацій, у цьому випадку може бути бажаним додати протимікробну добавку, наприклад, антибіотик широкого спектру дії при низькій концентрації, наприклад, від 50 до 150 ррт. Інші прийнятні антибіотики включають амфотерицин В, ампіцилін, хлорамфенікол, ципрофлоксацин, гентаміцин, гігроміцин В, канаміцин, неоміцин, пеніцилін, пуроміцин, стрептоміцин. Антибіотики інгібуватимуть зростання мікроорганізмів при транспортуванні і зберіганні, і вони можуть бути використані при прийнятних концентраціях, наприклад, від 15 до 1000 ррт по масі, наприклад, від 25 до 500 ррт або від 50 до 150 ррт. За необхідності, можна додати антибіотик, якщо навіть концентрація цукру порівняно висока. Альтернативно, можуть бути використані інші добавки з протимікробним препаратом із захисними властивостями. Бажано, протимікробна(ї) добавка(и) є харчовими.

Зо І0177| Розчин з відносно високою концентрацією може бути отриманий шляхом обмеження кількості води, доданої до матеріалу біомаси з ферментом. Концентрація може регулюватися, наприклад, контролем того, в якій мірі виникає оцукрювання. Наприклад, концентрація може бути збільшена шляхом додавання у розчин більшої кількості матеріалу біомаси. Для збереження цукру, утвореного в розчині, може бути додана поверхнево-активна речовина, наприклад, одна з обговорених вище. Розчинність також може бути збільшена шляхом підвищення температури розчину. Наприклад, температуру розчину можна підтримувати при 40-50 "С, 60-80 "С або навіть вище.

МІ. Оцукрюючі агенти

І0178| Прийнятні целюлотичні ферменти включають целюлази з видів роду Васійо5,

Соргіпи5, Мусеїорпійтога, Сернаіозрогпцйт, есуїаїйдійт, РепісіШит, Авзрегайш5, Рзепдотопав,

Нитісоїа, Ризагішт, Тпіеіаміа, Асгетопішт, Спгузозрогішт і Тгісподепта, особливо отримані за допомогою штаму, вибраного з видів Азрегодійй5 (див., наприклад, публікацію Європейського патенту Мо 0458162), Нитісоїа іпзоїеп5 (перекласифікований 5суїаїйдійт ІПпегторпіїшт, див., наприклад, патент США Мо 4435307), Соргіпи5 сіпегеи5, ЕРизагішт охузрогит, Мусеїїорпївога

Шепторпйа, Мегіріїз дідапієеи5, ТПієїаміа еггевігіз, Асгетопішт 5р. (включаючи, але не обмежуючись ними, А. регвісіпит, А. асгетопіцшт, А. ргаспурепішт, А. аіспготозрогит, А. оБсіамаїйшт, А. ріпКепопіає, А. гозеодгізеит, А. іпсоЇогайшт і А. їигайит). Бажані штами включають Ниптісоїа іпбоїеп5 О5М 1800, Ризагшт охузрогит ОМ 2672, МусеїЇПорпївпога

Іепторніа СВ5 117.65, Серпаіозрогішт зр. ВУМ-202, Астетопійт 5р. СВ5 478.94, Астетопійт 5р. СВ5 265.95, Асгтетопішт регзісіпит СВО 169.65, Астетопішт астетопішт АНИО 9519,

Серпаіозрогцт 5р. СВ5 535.71, Астетопішт Ббгаспурепішт СВО 866.73, Астетопійт діснтотозрогит СВ5 683.73, Астетопіит обсіамаїшт СВ5 311.74, Астетопішт ріпкепопіае СВ5 157.70, Астетопішт гозеодгізент СВ5 134.56, Астетопішт іпсоіогаїшт СВ5 146.62 і Астетопійт

Тїшгаїшт СВО 299.70Н. Целюлозні ферменти також можуть бути отримані з СНгузозрогійт, бажано штаму СНгузозрогішт ІшсКпоу"еп5зє. Додаткові штами, які можуть бути використані, включають, але не обмежуються ними, Тгісподента (зокрема, Т. мігіде, Т. геезеї і Т. Копіпаії), алкалофільні Васіїїш5 (див., наприклад, патент США Мо 3844890 і публікацію Європейського патенту Мо 0458162) і Зіеріотусе5 (див., наприклад, публікацію Європейського патенту Мо 0458162). бо ІЇО179| Багато мікроорганізмів, які можуть бути використані для оцукрювання матеріалу біомаси і одержання цукрів, також можуть бути використані для ферментації і перетворення цих цукрів на застосовні продукти.

ІЇХ. Цукри

ІО180) В описаних у цьому документі процесах, наприклад, після оцукрювання, можуть бути виділені цукри (наприклад, глюкоза і ксилоза). Наприклад, цукри можуть бути виділені осадженням, кристалізацією, хроматографією (наприклад, хроматографія з псевдорухомим шаром, хроматографія високого тиску), центрифугуванням, екстракцією, будь-яким іншим відомим з області техніки способом виділення, і їх комбінаціями.

Х. Гідрування і інші хімічні перетворення 0181 Описані у цьому документі способи можуть включати гідрування. Наприклад, глюкоза і ксилоза можуть бути гідрувані до сорбіту і ксиліту, відповідно. Гідрування може бути виконане із застосуванням каталізатора (наприклад, Ригамма-АІ2О3, Ки/С, скелетний нікелевий каталізатор гідрування або інші відомі з області техніки каталізатори) у комбінації з Н2 при високому тиску (наприклад, від 10 до 12000 фунтів на квадратний дюйм). Можуть бути використані інші типи хімічних перетворень продуктів з описаних у цьому документі способів, наприклад, одержання таких вироблених з органічних цукрів продуктів (наприклад, фурфураль і вироблених з фурфураля продуктів). Хімічні перетворення вироблених з цукру продуктів описані у попередній заявці на патент США Мо 61/667481, поданій З липня 2012, повний опис якої включений у цей документ шляхом посилання.

ХІ. Ферментація

ІО1821 Дріжджі і бактерії 2утотопавх, наприклад, можуть бути використані для ферментації або перетворення цукру(ів) на спирт(и). Інші мікроорганізми описані нижче. Оптимальне значення рН для ферментацій складає від близько 4 до 7. Наприклад, оптимальне значення рн для дріжджів складає близько від 4 до 5, тоді як оптимальне значення рН для 7утотопа5 складає близько від 5 до 6. Типовий час ферментації складає від приблизно 24 до 168 годин (наприклад, від 24 до 96 годин) при температурах у діапазоні від 20 "С до 40 "С (наприклад, від 26 "С до 40 "С), проте, термофільні мікроорганізми віддають перевагу вищим температурам.

ІО183| Згідно деяким варіантам реалізації, наприклад, при використанні анаеробних організмів, щонайменше частину ферментації проводили за відсутності кисню, наприклад, в

Зо оболонці інертного разу, такого як М2, Аг, Не, СО2, або їх суміші. Крім того, суміші може бути необхідне постійне продування інертним газом, що проходить через резервуар протягом етапу часткової або повної ферментації. У деяких випадках анаеробна умова може бути досягнута або зберігатися за допомогою одержання діоксиду вуглецю на протязі етапу ферментації і без необхідності додаткового інертного газу.

І0184| Згідно деяким варіантам реалізації весь або частина процесу ферментації може бути перервана перед повним перетворенням низькомолекулярного цукру на продукт (наприклад, етанол). Проміжні продукти ферментації включають цукор і вуглеводи у високих концентраціях.

Цукри і вуглеводи можуть бути виділені будь-якими способами, відомими з області техніки. Ці проміжні продукти ферментації можуть бути використані при одержанні харчових продуктів для споживання людьми або тваринами. Додатково або альтернативно, проміжні продукти ферментації можуть бути подрібнені до тонкодисперсних часток у лабораторному млині з неіржавіючої сталі з одержанням борошноподібної речовини.

І0185)| Струменеве перемішування може бути використане протягом етапу ферментації, і у деяких випадках оцукрювання і ферментацію виконують в одному резервуарі.

І0186|Ї Живильні речовини для мікроорганізмів можуть бути додані протягом етапу оцукрювання та/або ферментації, наприклад, упаковки живильних речовин на основі харчових продуктів, описані у публікації заявки на патент США Мо 2012/0052536, поданій 15 липня 2011, повний вміст якої включений у цей документ шляхом посилання.

ІО187| "Ферментація" передбачає способи і продукти, які розкриті у попередній заявці на патент США Мо 61/579559, поданій 22 грудня 2012, і попередній заявці на патент США Мо 61/579576, поданій 22 грудня 2012, повний вміст яких включений у цей документ шляхом посилання.

ІЇ0188| Можуть бути використані пересувні ферментери, як описано у міжнародній заявці

РСТ/О52007/074028 (яка подана 20 липня 2007, опублікована англійською мовою як УМО 2008/011598 і вказаною країною є США), повний вміст якої включений у цей документ шляхом посилання. Подібним чином, устаткування для оцукрювання може бути пересувним. Крім того, оцукрювання та/або ферментація можуть бути виконані частково або повністю протягом етапу переміщення.

ХІІ. Агенти ферментації бо І0189| Мікроорганізм(и), використані при ферментації, можуть бути мікроорганізмами природного походження та/або розробленими мікроорганізмами. Наприклад, мікроорганізмом може бути бактерія (включаючи, але не обмежуючись ними, наприклад, целюлотична бактерія), гриб, (включаючи, але не обмежуючись ними, наприклад, дріжджі), рослина, протист, наприклад, протозоа або грибоподібний протист (включаючи, але не обмежуючись ними, наприклад, слизисту цвіль), або водорость. Якщо організми сумісні, можуть бути використані суміші організмів. (0190) Прийнятні ферментуючі мікроорганізми мають здатність перетворювати вуглеводи, такі як глюкоза, фруктоза, ксилоза, арабіноза, маноза, галактоза, олігосахариди або полісахариди, на продукти ферментації. Ферментуючі мікроорганізми включають штами роду зЗасспаготусез в5рр. (включаючи, але не обмежуючись ними, 5. сегемізіає (пекарські дріжджі), З. аїсіайсив, 5. имагит), роду Кісумеготусевз, (включаючи, але не обмежуючись ними, К. тагхіапив,

К. їадіїв), роду Сападіда (включаючи, але не обмежуючись ними, С. рзепцйдоїгорісаїї5 і с.

Бгазвзісає), Ріспіа 5іїрйі5 (родинний Сапаїда 5Ппепагає), роду СіІамізрога (включаючи, але не обмежуючись ними, С. Іш5йапіае і С. орипійае), роду Распузоїеп (включаючи, але не обмежуючись ними, Р. їаппоріпйи5), роду Вгеїаппотусе5 (включаючи, але не обмежуючись ними, наприклад, В. сіаизепії (РПйШіррідіб5, с. Р., 1996, Сеїйшовзе Біосопмегзіоп їесппоЇоду, в

Напаброок оп Віоеїпапої!: Ргодисіоп апа Ші2асоп, УУутап, С.Е., ейд., Тауїог 85 Егапсі5, Вашингтон,

ОС, 179-212)). Інші прийнятні мікроорганізми включають, наприклад, 7утотопа5 поБіїв,

Сіозігідішт 5рр. (включаючи, але не обмежуючись ними, С. ІпегтосейПйшт (РПїїїрріаі5, 1996, зирга), С.засспагоршуасейопісит, С. в5засспагоршуйсит, С. Рипісецт, С. бБеїйегпескКії і с. асеюршуїїсит), МопіїїеНа роїйпів, МопіїеНа тедаспіїїепвів, І асіобасіїїш5 5рр. Матом/а Іроїуїїса,

Ацгеобравзідішт 5р., Тиспо5рогопоіїде5 5р., ТПіідопорзіє мапабійв, Тіспоб5рогоп о 5р.,

МопіїеМПаасеюаршіапе овзр., Турпиша магіаріїйв, Сапаїда тадпоїїає, Ов5Шадіпотусеїев зр.,

Рзейдогута ізиКибраєпвзіз, види дріжджів роду 2удозасспаготусев5, Юерагуотусев, Напзепша апа Ріспіа і пігментовані гриби роду Тогшіа.

ІО191| Наприклад, Сіовзігідішт в5рр. може бути використаний для одержання етанола, бутанола, масляної кислоти, оцтової кислоти і ацетону. Іасіорасійш5 5рр. може бути використаний для одержання молочної кислоти. 0192) Багато таких штамів мікроорганізмів є загальнодоступними, або комерційно, або у сховищах, таких як АТСС (Атегісап Туре Сийиге СоПесіоп, Мапазза5, Вірджинія, США), МКК (Адгісийига! Кезеагспй Земісе Сийиге СоПесіоп, Реогіа, Ілінойс, США) або Ю5М2 (Оешвхспе зЗаттіцпуд моп Мікгоогдапізтеп па 2еїйКкКийигеп ЗМВН, Брауншвейг, Німеччина), для назви деяких. 0193) Комерційно доступні дріжджі включають, наприклад, Кей 5іагв/І езайте ЕШапої! Кей (доступний від Кей Зіаг// езайте, США), ЕАСІФ (доступний від ЕРіеізсптапп'5 Уеабві, відділення

Вигп5 РПйр Роса Іпс., США), БОРЕКЗТАКТО (доступний від АїІШесі, зараз І аїетапа), СЕКТ

ЗТКАМОФ (доступний від сегі зігапа АВ, Швеція) і РЕКМОЇ Ф (доступний від ОМ 5ресіаціев).

І0194| Багато мікроорганізмів, які можуть бути використані для оцукрювання матеріалу біомаси і одержання цукрів, також можуть бути використані для ферментації і перетворення цих цукрів на застосовні продукти.

ХІІ. Дистиляція 0195) Після ферментації одержані рідини можуть бути дистильованими із застосуванням, наприклад, "бражної колони", для відділення етанола і інших спиртів від більшої частини води і твердих залишків. Пара, що виходить з бражної колони, може бути з, наприклад, 35 95 по масі етанола, і може подаватися в ректифікаційну колону. Суміш майже азеотропного (92,5 905) етанола і води з колони ректифікації може бути очищена до чистого (99,5 95) етанола із застосуванням парофазних молекулярних сит. Осади бражної колони можуть бути направлені у перший корпус трикорпусного випарника. Зворотний холодильник колони ректифікації може забезпечити тепло для цього першого корпусу. Після першого корпусу тверді речовини можуть бути відокремлені із застосуванням центрифуги і висушені в барабанній сушарці. Частина (25 95) потоку продукту з центрифуги може бути повернена назад для ферментації, а залишок відправлений до другого і третього корпусу випарника. Велика частина конденсату випарника може бути повернена до процесу у вигляді фактично чистого конденсату з невеликою частиною, що відокремилася для обробки стічних вод, для запобігання накопиченню низькокиплячих сполук.

Приклади (0196) Приклад 1. Ефект екзогенної фруктози на оцукрювання

І0197| В даному прикладі досліджували, чи буде екзогенна фруктоза інгібувати оцукрювання ферментів. 60 0198) Готували три колби Ерленмейєра по 225 мл, кожну з 10 г обробленої біомаси стрижня кукурудзяного качана (номер сита від 15 до 40, і опромінювали до 35 Мрад пучком електронів), 100 мл води і 2,5 мл Юиєї АссеІегазе"м (Юапієсо). У першу, другу і третю колбу додавали, відповідно: 0 г, 5 г ї 10 г фруктози. Колби покривали алюмінієвою фольгою і встановлювали у шейкер термостата при 50 "С і 200 об/хв. на чотири дні. Кількість ксилози і глюкози спостерігали за допомогою ВЕРХ. Результати оцукрювання представлені у таблиці нижче.

І0199)

Таблиця 1

Оцукрювання при різних рівнях екзогенної фруктози.

ІО2О0І На відміну від глюкози (відомий інгібітор целобіази), 5 95 або 10 95 доданої фруктози не інгібує оцукрювання стрижня кукурудзяного качана. 0201) Приклад 2. Ефект ксилозаіїзомерази на оцукрювання (02021) Глюкоза є відомим інгібітором целобіази. У даному прикладі досліджували, чи зможе перетворення глюкози на ізомер фруктози за допомогою ксилозаіїзомерази збільшувати оцукрювання.

І020О3| Готували чотири колби Ерленмейєра по 225 мл, кожну з 10 г обробленої біомаси стрижня кукурудзяного качана і 100 мл води. Біомасу обробляли, як описано в прикладі 1. У першу, другу і третю колбу додавали 2,5 мл Юцеї АссеЇІегазе"мМ (Юапібхсо). У другу, третю і четверту колбу додавали, відповідно: 1 г, 0,1 г ії 0,1 г глюкозоїзомерази (Зу/"еєїгуте "М, Апагісп).

Колби покривали алюмінієвою фольгою і встановлювали у шейкер термостата при 50 "С і 200 об/хв. на чотири дні. Кількість ксилози і глюкози спостерігали за допомогою ВЕРХ. Результати оцукрювання представлені у таблиці нижче. (02041

Таблиця 2

Ефективність целюлази з доданою ксилозаізомеразою. бигс! 77777777 | 77711116 ІНевизначено, | 69 |Невизначеноб8/

І0205| Спостерігали, що додавання глюкозоїзомерази підсилило ефективність ферменту целюлази, у колбі 2 було отримано на 25 95 більше цукрів, ніж у колбі 1. (0206) Приклад 3. Застосування сильної кислоти для розщеплювання целобіози

І0207| В даному прикладі досліджували застосування сильної кислоти для розщеплювання целобіози до глюкози для збільшення виходу оцукрювання. Сильною кислотою, що

Зо використовувалась, була АтрБрегіубі-157М, полістиролсульфонова кислота. Вона є макропористою полімерною смолою сильнокислотної сульфонової кислоти, заснованої на зшитих сополімерах стирол-дивінілбензолу. В опублікованих вивченнях відмічено, що

Атрбрепуві-15 може розщеплювати димер целобіози до глюкози. (0208) Готували три колби Ерленмейєра по 225 мл, кожну з 10 г обробленої біомаси стрижня кукурудзяного качана, 100 мл води і 2,5 мл Юцеї АссеїІегазе "м. Біомасу обробляли, як описано в прикладі 1. У другу колбу додавали 1 г глюкозоїзомерази (Змееїгуте "м, Аїдгісп); а в третю додавали 1 г глюкозоізомерази і 0,1 г полістиренсульфонової кислоти (Атбегіузі-157м, ОВОМУ).

І0209| Колби покривали алюмінієвою фольгою і встановлювали у шейкер термостата при 50 "С і 200 об/хв. на чотири дні. Кількість ксилози і глюкози спостерігали за допомогою ВЕРХ.

Результати оцукрювання представлені у таблиці нижче.

ІО210І

Таблиця З

Ефект кислоти на оцукрювання. глюкози (г/л) (г/л) покращувана СІ (0211) Результати показали покращення оцукрювання при додаванні глюкозоїзомерази. В експерименті також показане покращення оцукрювання при додаванні полістиролсульфонової кислоти. (0212) Приклад 4. Видалення целобіази 0213) У цьому прикладі досліджують оцукрювання, якщо целобіаза була видалена, тоді як ендо- і екзоцелюлази були збережені. (0214) Хроматофокусування використовували для розділення ферментів. ЮОиеї АссеїІегазе тм (ОЮапізсо) вводили у колонку Мопо Р із застосуванням системи АКТА. Ендо- і екзоцелюлази зв'язувалися з колонкою, тоді як целобіаза проходила через неї і була видалена. Екзо- і ендоцелюлази потім елюювали з колонки шляхом зрушення значення рН до 4,0. Отримані фракції об'єднували і одразу використовували у реакції оцукрювання. (02151

Таблиця 4

Накопичення целобіази і цукрів у відсутності целобіази.

Мр ми и ов ю риєї

Оиех,ї///////// | 0398. | 16999, 14830 | 07256. | .::::ИуГу7.:(К/"

Стержень кукурудзяного качана (без 0,673 0,550 ферментів)

Кручений /фильтрованний 17,695 15,053 0,770 1,052 риєї (0216) Очікуваний результат полягав у тому, що без целобіази буде накопичення целобіози.

Хоча вихід був низьким, у таблиці нижче показано, що виявлена кількість целобіози була дійсно утворена.

І0217| За винятком описаних у цьому документі прикладів або, якщо не визначене інше, всі області числових значень, кількості, значення і процентний вміст, наприклад, для кількості матеріалів, елементного вмісту, часу і температур реакції, співвідношення кількостей і інше, в наступній частині опису і прикладеної формули винаходу можуть читатися як з додаванням слова "близько", навіть якщо термін "Слизько" явним чином не присутній разом із значенням, кількістю або діапазоном. Відповідно, якщо не відмічене інше, викладені у наступному описі і прикладеній формулі винаходу числові параметри є наближеними величинами, які можуть варіювати залежно від бажаних властивостей, які необхідно отримати у цьому винаході.

Щонайменше, і не як спроба обмежити застосування теорії еквівалентів до обсягу формули винаходу, кожен числовий параметр щонайменше слід тлумачити у світлі числа повідомлених

Зо значущих розрядів і застосуванням звичайних методик округлення. 0218) Не дивлячись на те, що області числових значень і параметри, викладені в широкому обсязі цього винаходу, є приблизними, числові значення, викладені у конкретних прикладах, повідомлені максимально точно. Проте, будь-яке числове значення за визначенням містить погрішність, що неминуче виникає в результаті стандартного відхилення, яке зустрічається в його основних відповідних досліджуваних вимірах. Більше того, якщо в цьому документі описані області числових значень, ці області включають кінцеві точки викладеної області (тобто, можуть бути використані кінцеві точки). При використанні у цьому документі процентного вмісту по масі, повідомлені числові значення були відносно загальної маси.

І0219| Також слід розуміти, що будь-яка описана у цьому винаході область числових значень передбачає включення всіх піддіапазонів, що підпадають під неї. Наприклад, мається на увазі, що діапазон "від 1 до 10" включає всі піддіапазони між (і включаючи) описаним мінімальним значенням 1 і описаним максимальним значенням 10, тобто з мінімальним значенням, рівним або більше 1, і максимальним значенням, рівним або менше 10. Мається на увазі, що використані у цьому винаході терміни "один" або форми однини включають "щонайменше один" або "один або декілька", якщо не відмічене інше. 022091 Будь-який патент, публікація або інший матеріал розкриття, повністю або частково, який, як вказано, включений у цей документ шляхом посилання, включений у нього лише до такої міри, при якій матеріал, що міститься, не протирічить існуючим визначенням, твердженням або іншому матеріалу розкриття, викладеному у цьому описі. У зв'язку з цим, і в необхідних випадках, викладене у цьому документі конкретне розкриття замінює будь-який матеріал, що протирічить, включений шляхом посилання. Будь-який матеріал або його частина, які, як вказано, включені шляхом посилання, але які протирічать існуючим визначенням, твердженням або іншому викладеному в цьому документі розкритому матеріалу, будуть включені лише до такої міри, щоб не виникало протиріччя між цим включеним матеріалом і існуючим матеріалом розкриття.

І02211|Ї Тоді як цей винахід був представлений особливим чином і описаний із посиланнями на його бажані варіанти реалізації, фахівцям у даній області техніки буде зрозуміло, що різні зміни у формі і подробицях можуть бути зроблені без відхилення від обсягу цього винаходу, що охоплюється прикладеною формулою винаходу.

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб одержання цукрів, який включає оцукрювання лігноцелюлозної біомаси зі зменшеною стійкістю однією або декількома целюлазами та кислотою на підкладці в присутності ксилозоїзомерази при температурі від 30 до 65 "С з одержанням суміші, що містить цукри, де кислота на підкладці є сильною кислотою.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що цукри включають глюкозу, фруктозу та ксилозу.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що ксилозоіїізомеразу одержують із Рзенйотопав РПуагорнійа, ЕзвзсНепсніа сої Васійи5 тедаїенит, РагасоІобасіеєгит аегодепоїбдез або їх комбінацій.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температура знаходиться в діапазоні від 60 до 65 об.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що значення рН становить 7 або нижче.

6. Спосіб за п. 1 або 5, який відрізняється тим, що зазначене оцукрювання для одержання суміші відбувається в умовах при значенні рН в діапазоні від З до 7.

7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що оцукрювання для одержання суміші відбувається в умовах при значенні рН в діапазоні від 7 до 9.

8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що концентрація ксилозоїзомерази знаходиться в діапазоні від 0,1 до 500 од./г целюлози.

9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що біомаса зі зменшеною стійкістю була попередньо оброблена способом обробки, вибраним із групи, що складається з бомбардування електронами, обробки ультразвуком, окислення, піролізу, обробки парою, хімічної обробки, механічної обробки та подрібнення заморожуванням.

10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що лігноцелюлозна біомаса вибрана з групи, що складається з дерева, пресованої деревини, деревних відходів, тирси, осичняку, деревної стружки, трави, прутовидного проса, міскантуса, спартини витонченої, двокитичника тростиновидного, зернових залишків, рисового лушпиння, вівсяного лушпиння, пшеничного лушпиння, ячмінного лушпиння, відходів сільського господарства, силосу, соломи каноли, пшеничної соломи, ячмінної соломи, вівсяної соломи, рисової соломи, джуту, конопель, льону, бамбука, сизалю, абаки, стрижнів кукурудзяного качана, кукурудзяної соломи, соєвої соломи, кукурудзяних волокон, люцерни, сіна, кокосового ворсу, залишків обробки цукру, вичавків, бурякової стружки, вичавків агави, водоростей, морської водорості, добрива, стічних вод, субпродуктів, сільськогосподарських або промислових відходів, аракчі, гречки, банана, ячменю, маніоки, кудзу, оки, саго, сорго, томата, солодкого томата, таро, бататів, бобів, звичайних бобів, сочевиці, гороху і будь-яких їх сумішей.

11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кислота на підкладці являє собою полістиролсульфонову кислоту.

12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що кислота на підкладці є макропористою полімерною смолою сульфонової кислоти, яка заснована на зшитих співполімерах стирол- дивінілбензолу.

13. Спосіб одержання метаболічного продукту, який включає оцукрювання лігноцелюлозної біомаси зі зменшеною стійкістю однією або декількома целюлазами та кислотою на підкладці в присутності ксилозоїзомерази при температурі від ЗО до 65 "С з одержанням суміші, що містить цукри, що включають глюкозу, ксилозу та фруктозу, де зазначена кислота на підкладці є сильною кислотою, та інокуляцію глюкози, ксилози та фруктози з мікроорганізмом, що метаболізує глюкозу, але не ксилозу, з утворенням метаболічного продукту.

14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що метаболічний продукт являє собою етанол, бутанол, масляну кислоту, оцтову кислоту, ацетон або їх комбінацію.

15. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що кислота на підкладці являє собою полістиролсульфонову кислоту.

16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що кислота на підкладці є макропористою полімерною смолою сульфонової кислоти, яка заснована на зшитих співполімерах стирол- дивінілбензолу. ТЕН ве Що Ви ту зу ї ої: еще и КИ, т" Ж ке і оз І й си Кей Ку РУШ: 1 З КО и си У ї З ЕЕ ях ві Ж па 1. ї стик і ОА немае КН і ТЕ аг ще т ї Її Ся хх ї ІЗ ОО ж Кун ІЗ В Е Ей паці: 2 КО З СХ м Я х т ку й зе І: і 7 а дк Без дж во, х НЕ | шише шиє М е ї ау у їй ї хе хе ї Кі в те ї Ж ія ї в і ОК Х Чу бе сх, х ок я Хе шко ду С в шк ше ши ШЕ, і ОН оно ох Шен мо її : я Її Ся ї і В в вн -к Ж га НЕ Е ша я ан Не Ж х Коза КЗ з к в їй І. Е. 1 З пе ! ен от НК ВН Ки хочу МО В Є З КО у МЕ я на. Бані що Я ем Фіг : СЯ ща ! ЖЕ ; в | | Е Ав ПТ ЯКЕ о фнннннмннаннофм З ЖИ сно Елвев их ЕТ наван ше ж

Ї. уонннннннн Ї нні зю сла зю й, 3 б, зо То зо я | й ; і сій нини сх ХХ Я днк х сени нини ння Їде Кк шк пла

ФІГ. З