UA117450C2

UA117450C2 - Спосіб переробки біомаси для застосування в мікробних паливних елементах

Info

Publication number: UA117450C2
Application number: UAA201408104A
Authority: UA
Inventors: Маршалл Медофф; Томас Крейг МАСТЕРМАН
Original assignee: Ксілеко, Інк.
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2018-08-10
Also published as: LT2794902T; DK2794902T3; EA201490894A1; EA031619B1; US20140004427A1; AU2018260949A1; AU2012359021B2; ES2687957T3; PH12014501149B1; PH12018500537A1; JP2019117798A; SI2794902T1; JP2015507822A; IL233254A0; PH12018500539A1; AP2014007712A0; AU2017201786B2; KR20140111664A; EP2794902B1; EP2794902A1

Abstract

Винахід стосується способу переробки біомаси для застосування в мікробних паливних елементах, що включає стадії, на яких оцукрюють під впливом ферментів целюлозний або лігноцелюлозний матеріал з утворенням цукрового розчину, що включає ксилозу та глюкозу, здійснюють доставку цукрового розчину до мікробного паливного елемента, що містить антинакипін або засіб, що запобігає біологічному обростанню, і використовують цукровий розчин в мікробному паливному елементі.

Description

оцеквено сезсвнн. понят ВО няття ниж нн нн

Прямий цУюювнИ МебремнйцУевня 00 Віслогчний . палвжнн немаю пелнентененент 00 педненнн елевенх

Споріднені заявки

Ця заявка заявляє пріоритет за попередньою заявкою на патент США Мо 61/579,568, поданою 22 грудня 2011 року, повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання.

Рівень техніки

Целюлозні та лігноцелюлозні матеріали (наприклад, матеріали біомаси) виробляють, переробляють та застосовують у великих кількостях у ряді сфер застосування. Часто такі матеріали застосовують один раз і потім викидають як відходи або просто розглядають як відходи, наприклад, органічні відходи, віджимки, тирсу та солому.

Типовий матеріал біомаси містить целюлозу, геміцелюлозу та лігнін, а також в меншій кількості містить білки, речовини, що екстрагуються, та мінерали. Складні вуглеводи, що містяться у фракціях целюлози і геміцелюлози, можуть бути перероблені у зброджувані цукри шляхом оцукрювання із застосуванням целюлолітичних ферментів, а потім цукри можна застосовувати в якості кінцевого продукту або проміжного продукту, або перетворювати за допомогою подальшої біопереробки, наприклад, ферментації в різні продукти, такі як спирти або органічні кислоти. Отриманий продукт залежить від застосовуваного мікроорганізму та умов, при яких відбувалася біопереробка.

Суть винаходу

Цей винахід належить до способів переробки (наприклад, оцукрення) матеріалів, що містять вуглеводи (наприклад, матеріали біомаси або матеріали, отримані з біомаси) для виробництва цукрових (наприклад, глюкози) розчинів, які можна застосовувати в паливних елементах, таких як прямі цукрові паливні елементи, непрямі цукрові паливні елементи і біологічні паливні елементи. Цей винахід також належить до застосування в паливних елементах цукрових розчинів, отриманих з матеріалів, що містять вуглеводи.

У деяких варіантах реалізації винаходу цукровий розчин отримують шляхом оцукрення лігноцелюлозного або целюлозного матеріалу, наприклад, шляхом взаємодії матеріалу з ферментом (наприклад, целюлазою). У інших варіантах реалізації винаходу неподатливість лігноцелюлозного або целюлозного матеріалу зменшують в порівнянні з тією, яка була у матеріалу у своєму природному стані до оцукрення. В деяких випадках зниження неподатливості сировини включає обробку сировини за допомогою обробки. Обробка може

Зо бути, наприклад, іонізуючим випромінюванням (наприклад, електронно-променеве випромінювання), обробкою ультразвуком, піролізом, окисленням, паровим вибухом, хімічною обробкою, різними методами механічної обробки і комбінаціями будь-яких з цих обробок.

Механічна обробка може включати будь-яку одну або більше обробок, розкритих в цьому документі, які застосовують окремо або у будь-якій необхідній комбінації, а також застосовують один раз або декілька разів. При обробці іонізуючим випромінюванням, наприклад, електронно- променевим випромінюванням, доза може бути щонайменше 10 Мрад і менше, ніж близько 200

Мрад (наприклад, від 50 Мрад до 150 Мрад).

У деяких варіантах реалізації винаходу спосіб може включати застосування добавок в паливному елементі. Наприклад, добавками можуть бути кислоти, основи, буфери (наприклад, фосфатні буфери), мінерали, колоїди, емульсії, емульгатори, мікрочастки, наночастки, катіони, аніони, іони металів (наприклад, Ее-» Ре», Мп, бу, КУ, Мах), вітаміни, ферменти, пептони, екстракти, поверхнево-активні речовини, поживні речовини, гази (наприклад, водень, азот, гелій, аргон, монооксид вуглецю, діоксид вуглецю), хімічні речовини, джерела азоту (наприклад, аміак, сечовина), пігменти, аромати, аніонні полімери, катіонні полімери, неїонні полімери, олігомери, ліпіди, жири, поверхнево-активні речовини, диспергатори, антипінні речовини, бактеріостатичні речовини, протимікробні речовини, мікроорганізми, модифікатори в'язкості, окислюючи речовини (наприклад, пероксиди, хлорати), відновники, антинакипін, інгібітори корозії, засоби, що запобігають біологічному обростанню, осаджуючи речовини, коагулянти, які додають у будь-якій комбінації та послідовності.

Типове джерело біомаси містить целюлозу, геміцелюлозу та лігнін, а також в меншій кількості містить білки, речовини, що екстрагуються, та мінерали. У деяких варіантах реалізації винаходу целюлозними або лігноцелюлозними матеріалами є папір, паперові вироби, паперові відходи, целюлоза для виробництва паперу, пігментний папір, важкий папір, крейдований папір для художнього друку, папір з наповнювачем, журнали, друкарська продукція, папір для друкувальних пристроїв, папір з полімерним покриттям, листівковий папір, будівельний картон, паперовий картон, бавовна, дерева, деревостружкові плити, деревні відходи, тирса, деревина осики, деревна тріска, злаки, просо, міскантус, спартіна, двукісточнік, відходи зернових, рисове лушпиння, вівсяне лушпиння, пшеничне лушпиння, ячмінне лушпиння, відходи сільськогосподарського виробництва, силос, солома каноли, пшенична солома, ячмінна солома, 60 вівсяна солома, рисова солома, джут, конопля, льносолома, бамбук, сізаль, абака, кукурудзяні качани, кукурудзяна солома, соєва солома, кукурудзяні волокна, люцерна, сіно, кокосове волокно, залишки переробки цукру, віджимки, бурякова пульпа, віджимки агави, водорості, морські водорості, гній, органічні відходи, попутні продукти переробки, сільськогосподарські або промислові відходи, аракача, гречка, банан, ячмінь, маніок, пуерарія, кислиця бульбоносна, саго, сорго, картопля, солодка картопля, колоказія їстівна, ямс, боби, садові боби, сочевиця, горох або суміші будь-чого з цього.

Целюлозний або лігпоцелюлозний матеріал можна піддати механічній обробці для зменшення об'ємної щільності целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу і/або збільшення його площі поверхні. У деяких варіантах реалізації винаходу спосіб включає механічну обробку сировини до і/або після зменшення її неподатливості. Механічна обробка включає, наприклад, різання, перемелювання, наприклад, молоткове дроблення, пресування, дроблення, розсічення та подрібнення. Наприклад, подрібнення матеріалу біомаси може являти собою ефективний спосіб обробки, що застосовується до матеріалу біомаси. Механічна обробка може зменшувати об'ємну щільність сировини і/або збільшувати площу поверхні сировини. У деяких варіантах реалізації винаходу після механічної обробки об'ємна щільність матеріалу стає менше, ніж 0,75 г/сму, 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 0,025 г/см3. Об'ємну щільність визначають із застосуванням

АТМ 018958.

У одному аспекті винахід передбачає застосування цукрового розчину, отриманого з целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу, як описано вище, в паливному елементі, наприклад, прямому цукровому паливному елементі, непрямому цукровому паливному елементі і/або біологічному паливному елементі. При необхідності паливом може бути цукор або спирт, отримані при оцукренні целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу.

Інші ознаки та переваги цього винаходу стануть очевидними із подальшого детального опису та з формули винаходу.

Опис креслень

Фіг. 1 являє собою блок-схему, що ілюструє ферментативний гідроліз целюлози в глюкозу.

Фі. 2 являє собою блок-схему, що ілюструє перетворення сировини біомаси для застосування в паливному елементі.

Зо Фіг. З являє собою блок-схему, що ілюструє різні процеси із застосуванням оцукреної сировини в паливних елементах.

Фі. 4 являє собою схематичне зображення прикладу прямого глюкозного паливного елементу.

Фі. 5 являє собою схематичне зображення прикладу непрямого цукрового паливного елементу.

Фіг. 6 являє собою схематичне зображення напівелементу біологічного паливного елементу.

Детальний опис

Посилаючись на Фіг. 1, наприклад, під час оцукрення целюлозний або лігноцелюлозний субстрат спочатку гідролізують ендоглюканазою при довільних положеннях з отриманням олігомерних проміжних сполук. Ці проміжні сполуки в свою чергу являють собою субстрати для екзо-розщеплення глюканаз, таких як целобіогідролаза з отриманням целобіози з кінців целюлозного полімеру. Целобіоза являє собою розчинний у воді 1,4-зчеплений димер глюкози.

Кінцева целобіаза розщеплює целобіозу з отриманням глюкози. Глюкозу або інші цукри, отримані при оцукренні, можна застосовувати в паливному елементі, що буде детально описано в цьому документі.

Посилаючись на фіг. 2, процес виробництва цукрових розчинів для включення в систему генерування електричної енергії на базі паливних елементів може включати, наприклад, при необхідності механічну обробку целюлозної і/або лігноцелюлозної сировини (етап 110). До і/або після такої обробки сировину при необхідності можна піддати іншій механічній обробці, наприклад опроміненню для зменшення або додаткового зменшення її неподатливості (етап 112). Цукровий розчин утворюється шляхом оцукрення сировини (етап 114) за допомогою, наприклад, додавання одного або більше ферментів (етап 111). При необхідності спосіб може також включати транспортування цукрового розчину (чи сировини, ферменту та води у разі, якщо оцукрення виконується в дорозі), наприклад, із застосуванням трубопроводів, вагонів, вантажівок або баржі до промислового підприємства (етап 116). Наприклад, способи транспортування і переробки біомаси, які описані в патенті США Мо 8,318,453, поданому 21 січня 2009 року, можна застосовувати в цьому винаході; повний опис якого включений в цей документ у вигляді посилання. При необхідності етапи виміру кількості лігніну (етап 118) та встановлення або регулювання технологічних параметрів на основі цих вимірів (етап 120) бо можна виконати на різних етапах процесу, наприклад, як описано в заявці на патент США Мо

12/104,519, поданій 11 лютого 2011 року, повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання. Потім цукровий розчин вводять в паливний елемент або в систему генерування електричної енергії на базі паливних елементів (122). При необхідності продукти, отримані в цьому процесі, можна додатково переробити і/або модифікувати, наприклад, у разі, якщо цукри при цьому процесі піддалися зброджуванню в продукти, продукти можна очистити, наприклад, шляхом дистиляції (124). Продукти, отримані при цих процесах також можна застосовувати в системі генерування електричної енергії на базі паливних елементів.

Фіг. З являє собою блок-схему, що ілюструє процеси застосування оцукреної сировини в паливних елементах. Цукровий розчин з оцукреної сировини можна застосовувати в прямому цукровому паливному елементі, непрямому цукровому паливному елементі або біологічному паливному елементі. Глюкоза та ксилоза часто є найбільш поширеними цукрами, що отримуються з біомаси, та цукрові розчини, отримані з біомаси, можуть включати суміш ксилози та глюкози в різних співвідношеннях. Наприклад, може бути присутньою тільки глюкоза або може бути присутньою тільки ксилоза, особливо в тих випадках, коли цукри виділяли і/або очищували. При необхідності можна застосовувати інші співвідношення, наприклад, у вигляді відсоткового вмісту від загальної кількості глюкози та ксилози кількість глюкози може бути між 10096190 95,90 901 80 95, 80 У ї 70 90, 70 90 ї 60 бо, 60 Фо ї 50 о, 50 95 і 40 Фо, 40 Уві 30 9, ЗО 9о і 2095, 20905 і 1095, 10 95 ії 0 96. Незважаючи на те, що глюкоза та ксилоза часто є найбільш поширеними цукрами, отриманими з біомаси, часто забезпечуючи більше 10 мас. 95 цукру у біомасі (наприклад, більше, ніж 20 мас. 95, більше, ніж 30 мас. 95, більше, ніж 40 мас. 95, більше, ніж 50 мас. 95, більше, ніж 60 мас.9о або навіть більше, ніж 70 мас.95) та їх можна застосовувати в цих різних паливних елементах, можна також застосовувати і інші цукри та полісахариди. Наприклад, можна застосовувати арабінозу, манозу, галактозу та рамнозу, целюлозу, крохмаль, ксилан, глюкуроноксилан, арабіноксилан, глюкоманан та ксилоглюкан.

Можна застосовувати суміші будь-яких з цих цукрів. Окрім цього, цукри, які описані в цьому документі, можна ізомеризувати (наприклад, у фруктозу), а потім застосувати в паливному елементі. Ці різні паливні елементи і їх застосування описані нижче детальніше.

Прямі цукрові паливні елементи, наприклад, глюкозні паливні елементи, як правило, містять прикатодний електрод, прианодний електрод та розділовий пристрій (наприклад, аніонообмінну

Зо мембрану (АЕМ) або дифузійний шар). Паливний елемент може бути кислотним або лужним. У прикладі, проілюстрованому на Фіг. 4, АЕМ затиснута між прианодним електродом та прикатодним електродом полями потоку, які забезпечуються між кожним з електродів та АЕМ. В деяких випадках елемент має двоциліндрову конструкцію, в якій один електрод (наприклад, анод) має форму внутрішнього циліндру, а інший (наприклад, катод) має форму зовнішнього циліндру.

Активним компонентом анода може бути, наприклад, РамМмі або Ра-Рі а активним компонентом катода може бути, наприклад, комбінований каталізатор кобальт-порфіринового комплексу (СОТРР) та шпінель (МиСо20), або інший відповідний каталізатор.

У цьому варіанті реалізації прямого цукрового паливного елементу, проілюстрованого на

Фіг. 4, паливний розчин, що містить глюкозу і, як правило, гідроксид калію (КОН), подають в проточну частину анода, наприклад, із застосуванням перистальтичного насосу (не показаний), тоді як кисень подають в катодне поле потоку. Глюкоза окислюється на аноді, і відновлений продукт витікає через вихідний канал анода. Електрони течуть від анода і через завантажувальний пристрій. Кисень відновлюється на катоді, і відпрацьований газ виходить з катодного поля потоку.

Прямі цукрові паливні елементи можуть окислювати або можуть частково окислювати цукрове паливо до двоокису вуглецю і води під час вироблення електроенергії. Наприклад, може статися реакція повного окислення глюкози, як показано тут.

Анодна реакція: СеНігОв-240ОН: - 18Н20-4-6002--186-

Катодна реакція: 605--412Н2О--24е- -» 24ОН:-

Підсумкова реакція: СеНі2О6-6О»2 -2 6СО2-6НгО АН « -2830 кДж/моль

Оскільки повне окислення глюкози протікає через безліч проміжних сполук (наприклад, глюконова кислота, глюкарова кислота, гамма-глюконолактон, гамма-глюкаролактон, 2- кетоглюконова кислота, арабіноза, тригідроксиглутарова кислота, винна кислота, гідроксималонова кислота та щавлева кислота), будь-яку з цих проміжних сполук можна також застосовувати в паливних елементах. Будь-яку з цих проміжних сполук у разі, якщо їх отримують за допомогою якого-небудь з процесів, описаного в цьому документі (наприклад, оцукрення, ферментації), можна застосовувати для генерації електроенергії в паливному елементі. При необхідності будь-які продукти з цукру, які не застосовуються для вироблення 60 електроенергії в прямому цукровому паливному елементі, можна додатково переробити, як проілюстровано на Фіг. 2, наприклад, їх можна ферментувати в спирт та спирт, виділений шляхом дистиляції. В деяких випадках паливний елемент може застосовувати один цукор, наприклад, глюкозу, і не застосовували інші цукри, наприклад, ксилозу, а другий цукор може бути застосований в подальших процесах. У деяких інших випадках процес, наприклад ферментація, застосовує тільки один цукор (наприклад, глюкозу), з видаленням інших цукрів, які можна потім застосувати в паливному елементі. У багатьох випадках відбувається тільки часткове окислення глюкози в прямому цукровому паливному елементі. Наприклад, окислення глюкози до глюконової кислоти відбувається швидко, забезпечуючи 2 електрони та вивільнення по більшій мірі близько 200 кДж/моль енергії (наприклад, близько 7 95 доступної енергії). З точки зору корисної енергії паливні елементи перетворюють щонайменше 1 9о палива на електричну енергію (наприклад, щонайменше 5 95, щонайменше 7 956, щонайменше 10 95, щонайменше 1495, щонайменше 2095, щонайменше 2595, щонайменше 3095, щонайменше 40 95, щонайменше 50 95, щонайменше 60 956, щонайменше 70 95, щонайменше 80 9565, щонайменше 90 95). В деяких випадках від близько 195 до 9095 палива перетворюється на електричну енергію (наприклад, від близько 1 95 до 70 905, від близько 1 95 до 50 95, від близько 1 95 до 20 95, від близько 1 95 і 10 95, від близько 5 95 до 90 95, від близько 5 95 до 70 95, від близько 5 95 до 50 95, від близько 5 95 до 25 95, від близько 5 95 до 10 95, від близько 10 95 до 90 95, від близько 10 95 до 70 95, від близько 10 95 до 50 95, від близько 10 95 до 30 95, від близько 10 95 до 20 95, від близько 20 95 до 70 9).

Окрім цукрів та продуктів, таких як спирти, розчини, отримані з біомаси за допомогою способів, описаних в цьому документі, можуть містити різні тверді речовини або розчинені сполуки і/або матеріали. Наприклад, розчини можуть містити ферменти (наприклад, частини ферментів, активні ферменти, денатуровані ферменти), амінокислоти, поживні речовини, живі клітини, мертві клітини, продукти розпаду клітин (наприклад, лізовані клітини, дріжджовий екстракт), кислоти, основи, солі (наприклад, галогеніди, сульфати та фосфати, луги, лужні землі, солі перехідних металів), проміжні продукти гідролізу (наприклад, фрагменти целюлози та геміцелюлози), лігнін, залишки лігніну, неорганічні тверді речовини (наприклад, крем'янисті матеріали, глини, сажа, метали), залишки оцукреної біомаси та їх комбінації.

Ферменти, які можуть бути присутніми, можуть являти собою інтактні або денатуровані

Зо ферменти, які застосовують в переробці або отримують з цих ферментів (наприклад, білків і амінокислот). Вони можуть бути розчиненими і/або осадженими та завислими твердими частками. Наприклад, цукрові розчини можуть містити до близько 10 мас.95 ферментів (наприклад, до 9 мас. 95, до 8 мас. 95, до 5 мас. 905, до 2 мас. 95, до 1 мас. 95, від близько 0,1 до 5 мас. 95, від близько 1 мас. 95 до 5 мас. 95, від близько 2 мас. 95 до 5 мас. 95, від близько 0,1 мас. 95 до 1 мас. 95, від близько 0,01 мас. 95 до 1 мас. 95, від близько 0,001 мас. 95 до 0,1 мас. Об).

Під час оцукрення біомаси оптимальне значення рН часто може знаходиться в кислій області і, отже, застосовувані розчини, у разі застосування безпосередньо в системі генерування електричної енергії на базі паливних елементів, можуть мати рН від близько 2 до 5 (наприклад, від близько 4 до 5). рН також можна скорегувати на підвищення або на пониження після оцукрення і або провести оцукрення при більш високому або нижчому рН. У деяких варіантах реалізації винаходу розчин, застосовуваний в паливному елементі, може, таким чином, мати значення рН, вибрані з широкого діапазону. Наприклад, рН можна вибрати з діапазону від близько 2 до близько 10 (наприклад, від близько 2 до 5, від близько З до 5, від близько З до 6, від близько 4 до 6, від близько 5 до 10, від близько 6 до 10, від близько 8 до 10).

Цукрові розчини, отримані при застосуванні процесів, описаних в цьому документі, і застосовувані в паливних елементах, можуть містити завислі нецукри або розчинені тверді речовини, присутні в концентраціях до близько 50 мас. 956, наприклад, від близько 1 до 50 мас. 95, від 2 до 40 мас. 95, від З до 25 мас. 95, від 5 до 25 мас. 95, від 40 до 50 мас. 95, від 30 до 40 мас. 95, від 10 до 20 мас. 95, від 1 до 5 мас. 95, від 10 до 40 мас. 95, менше, ніж близько 50 мас. 95, менше, ніж близько 40 мас. 95, менше, ніж близько 30 мас. 95, менше, ніж близько 20 мас. Ую6, менше, ніж близько 10 мас. 956, менше, ніж близько 5 мас. 96, менше, ніж близько 1 мас. 9о, менше, ніж близько 0,5 мас. 96, менше, ніж близько 0,01 мас. 95. У цих розчинів може бути висока каламутність, наприклад, щонайменше близько 5 нефелометричних одиниць каламутності (МТ) (наприклад, щонайменше близько 10 МТ, щонайменше близько 50 МТИ, щонайменше близько 100 МТ, щонайменше близько 100 МТ, щонайменше близько 200 МТИи, щонайменше близько 300 МТО, щонайменше близько 400 МТ та навіть більше, ніж близько 500 МТІШ). В деяких випадках тверді речовини повністю або частково видаляють перш, ніж застосовувати в паливних елементах. Наприклад, тверді речовини можна видалити шляхом бо фільтрації, центрифугування, осадження, флотації та їх комбінацій. В деяких випадках тверді частки витягають з раніше розчиненого матеріалу, який був осаджений, наприклад, ферменту, який був денатурований. Після видалення твердих речовин каламутність розчинів може бути зменшена на до близько 500 МТИШ (наприклад, зменшена на до близько 100 МТ, зменшена на до близько 50 МТ, зменшена на до близько 5 МТ).

Окрім того, що цукрові розчини, отримані за допомогою процесів, описаних в цьому документі, можуть бути каламутними, вони також можуть бути забарвлені завдяки забарвленим добавкам. Наприклад, деякі іони металів і поліфеноли, та продукти, отримані з лігніну, отримані або вивільнені під час переробки лігноцелюлозної біомаси, можуть бути істотно забарвлені.

Розчини можна застосовувати безпосередньо в системах генерування електричної енергії на базі паливних елементів, описаних в цьому документі, або можна частково або повністю знебарвити перед застосуванням. Наприклад, забарвлені добавки можна відфільтрувати від розчину, зруйнувати (наприклад, шляхом хімічного розкладання) і/або осадити з розчину.

Іонна сила цукрових розчинів, отриманих з біомаси, може бути високою завдяки джерелу біомаси, а також переробці біомаси, як описано в цьому документі. Розчини можна застосовувати безпосередньо або повністю, селективно або частково деіонізованими перш, ніж застосовувати в системах паливних елементів, описаних в цьому документі.

У деяких варіантах реалізації винаходу паливний елемент може містити біомасу (наприклад, лігноцелюлозну біомасу, целюлозну біомасу, крохмаль), а також оцукрюючий фермент.

Наприклад, цукор можна застосовувати в системі генерування електричної енергії на базі паливних елементів під час його утворення під впливом оцукрюючого ферменту на матеріал біомаси.

У інших варіантах реалізації винаходу цукрові розчини, застосовувані в паливних елементах, описані в цьому документі, можуть містити добавку. Такі добавки можуть змінювати властивості розчинів, такі як рнН, в'язкість, хімічний потенціал, поверхневе натягнення, термічні властивості, колір, запах, прозорість, іонна сила, електропровідність, стерильність і/або поживна цінність. Наприклад, домішками можуть бути кислоти, луги, буфери (наприклад, фосфатні буфери), мінерали, колоїди, емульсії, емульгатори, мікрочастки, наночастки, катіони, аніони, іони металів (наприклад, Бе, Без, Мпех, бу, КУ, Ма"), вітаміни, ферменти, пептони, екстракти, поверхнево-активні речовини, поживні речовини, гази (наприклад, водень, азот, гелій, аргон, монооксид вуглецю, діоксид вуглецю), хімічні речовини, джерела азоту (наприклад, аміак, сечовина), пігменти, аромати, аніонні полімери, катіонні полімери, неїонні полімери, олігомери, ліпіди, жири, поверхнево-активні речовини, диспергатори, антипінні речовини, бактеріостатичні засоби, протимікробні речовини, мікроорганізми, модифікатори в'язкості, окислюючи речовини (наприклад, пероксиди, хлорати), відновники, антинакипін, інгібітори корозії, засоби, що запобігають біологічному обростанню, осаджуючі речовини, коагулянти, додані у будь-якій комбінації та послідовності. Добавки можна додавати в діапазоні від декількох частин на мільйон до декількох відсотків. Наприклад, від 1 до 1000 ррт, від 5 до 500 ррт, від 5 до 100 ррт, від 50 до 100 ррт, від 100 до 1000 ррт. Від 1 до 10 мас. 95, від 2 до 10 мас. 95, від 5 до 10 мас. 95, від 2 до 5 мас. 95. В деяких варіантах реалізації винаходу, в яких містяться катіони, аніони, аніони металу, кількість складає від 1 до 1000 ррт. У деяких варіантах реалізації винаходу, в яких додають кислоти, основи або буфери, кінцеве значення рН після додавання добавок можна вибрати таким, щоб рН було від 2 до 10 (наприклад, від близько 4 до 8, від близько 5 до 7, від близько 6 до 8, від близько 4 до 5, від близько 7 до 8, від близько 8 до 10 і від 2 до 4). Добавки також можна дозувати і додати в кількості від близько 1

МКМ до 5 М (наприклад, від близько 1 мМ до 1 М, від близько 5 мМ до 100 мМ, від близько 100

ММ до 1 М, від близько 10 мМ до 100 мМ).

Фі. 5 являє собою схематичне зображення прикладу непрямого цукрового паливного елементу. Як правило, непрямий цукровий паливний елемент застосовує біологічний процес для перетворення первинного палива на вторинне паливо, а вторинне паливо генерує струм із застосуванням паливного елементу. Первинне паливо (1) вступає в контакт з біокомпонентом (2), при цьому утворюючи вторинне паливо (3) і відходи (4). Вторинне паливо вводять в паливний елемент, і воно вступає в контакт з анодом (5), окислюючись і створюючи відновлений продукт (8), вивільняючи електрон, який прямує у зовнішній ланцюг і забезпечує протон. Протон проходить в паливний елемент через іоноселективну мембрану (б) до катода (7). Кисень подається на катод, де він знижується за допомогою електронів, що поступають із зовнішнього ланцюга, і вступає у з'єднання з протоном, продукуючи воду. У іншій можливій схемі біокомпонент знаходиться усередині паливного елементу, так що вироблення продукту і електрики відбуваються усередині паливного елементу. В деяких випадках іоноселективна мембрана також не потрібна. У інших випадках окисником можуть бути окисники, відмінні від 60 дикисню (наприклад, пероксид водню, органічні пероксиди і неорганічні пероксиди).

Первинне паливо, застосовуване в непрямому паливному елементі, може являти собою цукри (наприклад, глюкозу та ксилозу), а також полісахариди, які можуть бути отримані шляхом оцукрення біомаси, як обговорювалося раніше. Вторинне паливо може бути продуктом ферментації первинного палива. Наприклад, вторинне паливо може бути спиртом або іншим продуктом ферментації (наприклад, етанол, метанол, бутанол, поліоли, оцтова кислота, молочна кислота та Не). Як правило, первинні та вторинні палива можна обрати з проміжних сполук та продуктів, що обговорюються нижче. Біокомпонент може бути мікробним матеріалом, включаючи, без обмеження ними, будь-який природний або генетично модифікований мікроорганізм або організм, наприклад, найпростіші організми, наприклад, найпростіші тваринні організми (наприклад, одноклітинні тваринні організми, такі як джгутикові, амебоїди, інфузорії та споровики) і найпростіші рослинні організми (наприклад, водорості, такі альвеоляти, хлорарахніофити, криптомонади, евгленіди, глаукофіти, гаптофіти, червоні водорості, страменопіли і зелені рослини). Інші приклади включають морські водорості, планктон (наприклад, макропланктон, мезопланктон, мікропланктон, нанопланктон, пікопланктон та фемтопланктон), фітопланктон, бактерії (наприклад, грампозитивні бактерії, грамнегативні бактерії та екстремофіли), клітини людини, клітини ссавців, дріжджі і/або їх суміші. Може бути декілька біокомпонентів, наприклад, може бути декілька бактерій, що спеціалізуються на утворенні різних продуктів, які застосовують для отримання струму з різних або одних і тих самих компонентів палива. Наприклад, способи ферментації та організми, що ферментують, описані в цьому документі, можна застосовувати для виробництва вторинного продукту.

Деякими видами мікроорганізмів, які можна застосовувати для виробництва вторинного палива в непрямому цукровому паливному елементі є: Сіовзігдішт засспагоршуїасейопісит,

Сіозійдіит засспагорегошуїасеїопісцт, Сіовігідішт засспагобшіуїйсит, Сіовійадіит рипісеит,

Сіовігідіит бБеї|етекії, Сіовігдішт асейобшіуїйсит, Сіовігідіпт ацгапіршіугісит, Сіовігаійит

Ієївіпент, Сіовігаішт Бршугісит, вид Сеорасієг, штами роду Засспготусе5 5рр., наприклад,

Засспготусев сегемівіає (хлібопекарські дріжджі), Засспаготусев аівіайсив5, Засспаготусев имагит, штами роду Кісумеготусез, наприклад, види Кіпсумеготусе5 тагхіапи5, Кінумеготусев5 їадіїє, штами роду Сапаїда, наприклад, Сапаїда рзейдоїгорісаїйє та Сапаїда Бгазвзісає, Ріснпіа зіїріїї (член сімейства Сапаіда зпенаїає), штами роду Сіамізрога, наприклад, видів Сіамізрога

Зо Інзйапіає та Сіамігрога орипіає, штами роду РасНнузоїєп, наприклад, виду РаспузоїЇеп їаппорнпійи5 та штами роду Вгеїаппотусез, наприклад, вид Вгеїаппотусез сіаийзепії (РПїірріаїв, с. Р., 1996, СейЙшовзе Біосопмегвзіоп їесппоіоду, іп НапарооК оп Віоєїнапо!: Ргодисіюп апа

МШі2аноп, МУутап, С.Е., єд., Тауіог б. Егапсів, Мазпіпдіоп, ОС, 179-212). Комерційно доступні дріжджі, які можна застосовувати для утворення вторинного палива, включають, наприклад,

Вей їаг/езанйте ЕШапо! Вей (виробництва компанії Ней (ап езанйте, США), ЕАЦІе (виробництва компанії Рієїзсйтапп'я Меабзі, підрозділ Вигте Рийр Боой Іпс., США),

ЗИРЕВ5ТАНВНТ"? (виробництва компанії АІШеси, тепер І аїПетапа), СЕВТ ЗТВАМОЗ? (виробництва компанії Сегі 5ігапа АВ, Швеція) та РЕЕМО!Ї? (виробництва компанії ОБМ 5ресіацев).

Біологічні паливні елементи являють собою пристрої, здатні безпосередньо перетворювати хімічне паливо на електричну енергію за допомогою електрохімічних реакцій за участю каскаду біохімічних реакцій. Як правило, вони містять ферменти або активні частини ферментів для каталізу. Ферменти можуть знаходитися усередині живого організму (наприклад, мікробний паливний елемент) або можуть знаходитися поза живою клітиною (наприклад, ферментний паливний елемент). Фіг. б ілюструє схематичне зображення типового напівелементу для біологічного паливного елементу. Паливо, що подається, вступає в контакт з біологічним компонентом, який окислює паливо та створює відходи, які видаляють. Електрони, що вивільняються з палива, передаються від біологічного компонента на медіатор, який або дифундує на електрод або пов'язаний з електродом, на якому медіатор окислюється до свого первинного стану, вивільняючи електрон у зовнішній ланцюг. Окислюючий бік паливного елементу не показаний. Деякими окисниками можуть бути, наприклад, Ог, що подається по повітрю, або пероксиди (наприклад, пероксид водню, органічні пероксиди, неорганічні пероксиди). Деяким біологічним паливним елементам не потрібний медіатор; у таких клітинах електрон переміщається безпосередньо від біологічного компонента на електрод. У деяких біологічних паливних елементах анодна реакція з киснем каталізується біологічним компонентом. Деякі біологічні паливні елементи були описані, наприклад, Дереком Лавлі (Оегек

Гоміеу) в публікації "Те тісторе еєїЇесійс: сопмегвіоп ої огдапіс тайег юю еїесігісйу", Сштепі

Оріпіоп5 іп Віоїесппоіоду, 2008, Моїште 19, радез 1-8 або в патенті США Мо 8,283,076, поданому 18 травня 2007 року; повний опис яких включений в цей документ у вигляді посилання.

Паливом, застосовуваним у біологічному паливному елементі, можуть бути продукти 60 оцукрення продуктів з біомаси, як описано вище. Особливо в тих випадках, коли застосовуються організми (наприклад, мікробні паливні елементи), в палива можна додати інші поживні речовини та компоненти середовища, наприклад, іони (наприклад, натрію, калію, заліза, магнію, марганцю, цинку, міді), фосфати, сульфати, аміак, сечовину, амінокислоти, білки, вітаміни, буфери, органічні кислоти, неорганічні кислоти, органічні основи, неорганічні основи, багаті поживними речовинами екстракти (наприклад, дріжджові екстракти, м'ясні екстракти та овочеві екстракти). Окрім цього можна контролювати температуру та рН. Наприклад, можна застосовувати температуру від 10 до 70 "С (наприклад, від близько 10 до 60 "С, від близько 10 до 50 "С, від близько 10 до 40 "С, від близько 20 до 70 "С, від близько 20 до 60 "С, від близько 20 до 50 "С, від близько 20 до 40 "С, від близько 30 до 70 "С, від близько 30 до 60 "С, від близько 30 до 50 "С, від близько 30 до 40 "С). Значення рН може бути від близько З до 10 (наприклад, від близько З до 9, від близько З до 8, від близько З до 7, від близько Здо 6, від близько З до 5, від близько 4 до 9, від близько 4 до 8, від близько 4 до 7, від близько 5 до 9, від близько 5 до 8, від близько 5 до 7).

Прикладами організмів, які можна застосовувати у біологічних паливних елементах, є види геобактерій Ргоївив мцідагіз, Оезиїрпоміргіо аезиірпигісапв, Е. соїї, Асііпорасійи5 зиссіподепев,

ОРезиїрпомібгіо миЇдагів, Зпежмапеїа риїгеїгасіеєп5 та Вподоїегах Гепігедисепв.

Прикладами ферментів, які можна застосовувати у біологічних паливних елементах, є глюкозоксидаза, алкогольдегідрогеназа, альдегіддегідрогеназа, форміатдегідрогеназа, оксидоредуктаза, діафораза, аромо-оксидоредуктаза, лаказа, мікропероксидаза, глюкозодегідрогеназа, гідрогеназа, пероксидаза, відновлені ферменти з цього переліку та їх комбінації.

Механічна обробка

Сировину біомаси (наприклад, целюлозний і/або лігноцелюлозний матеріал) можна механічно обробити до або після інших видів обробок. Способи механічної обробки матеріалу, що містить вуглеводи, 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 Уайплі, борошномельного млина або інших млинів. Дроблення може бути виконане із застосуванням, наприклад, дробарки різального/ударного типу. Деякі типові дробарки включають жорнові дробарки, штифтові дробарки, кавомолки та гратознімачі. Дроблення або перемелювання можна забезпечити, наприклад, штифтом із коливальним рухом або іншим елементом, як у випадку із штифтовими млинами. Інші способи механічної обробки включають механічне розпушування або розрив, інші способи, які застосовують тиск до волокон та перемелювання із стиранням у повітрі. Відповідні механічні обробки додатково включають будь-яку іншу методику, яка продовжує руйнування внутрішньої структури матеріалу, почате на попередніх стадіях переробки.

Механічні системи підготовки подавання можна конфігурувати для отримання 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, покращувати профіль опромінення матеріалу, покращувати однорідність опромінення матеріалу або знижувати час переробки, потрібний для відкриття матеріалів і роблячи їх більш доступними для процесів і/або реагентів, таких як реагенти в розчині.

Об'ємну щільність сировини можна контролювати (наприклад, підвищувати). У деяких ситуаціях може бути потрібним отримання матеріалу з низькою об'ємною щільністю, наприклад, шляхом ущільнення матеріалу (наприклад, ущільнення може зробити його зручнішим та менш дорожчим для транспортування на інший майданчик), а потім повернення матеріалу в стан більш низької об'ємної щільності (наприклад, після транспортування). Матеріал можна ущільнити, наприклад, від менше, ніж близько 0,2 г/см? до більше, ніж близько 0,9 г/см

БО (наприклад, від менше, ніж близько 0,3 до більше, ніж близько 0,5 г/см3, від менше, ніж близько 0,3 до більше, ніж близько 0,9 г/см3, від менше, ніж близько 0,5 до більше, ніж близько 0,9 г/см3у, від менше, ніж близько 0,3 до більше, ніж близько 0,8 г/см3, від менше, ніж близько 0,2 до більше, ніж близько 0,5 г/сму). Наприклад, матеріал можна ущільнити за допомогою способів і обладнання, які описані в патенті США Мо 7,932,065 під авторством Медоффа та в публікації міжнародної заявки Мо МО 2008/073186 (яка була подана 26 жовтня 2007 року, опублікована англійською мовою і призначена для США), повний опис яких включений в цей документ у вигляді посилання. Ущільнені матеріали можна переробити будь-яким з описаних в цьому документі способів або будь-який матеріал, перероблений будь-яким з описаних в цьому документі способів, згодом можна ущільнити. бо Згідно з деякими варіантами реалізації матеріал, що переробляється, перебуває у вигляді волокнистого матеріалу, який містить волокна, що отримані розрізанням джерела волокон.

Наприклад, розрізання може бути виконане дисковими ножицями.

Наприклад, подрібнення джерела волокон, наприклад, яке є неподатливим або має знижений рівень неподатливості, можна виконати, наприклад, із застосуванням дискових ножиць з отриманням першого волокнистого матеріалу. Перший волокнистий матеріал пропускають через перше сито, наприклад, із середнім розміром отвору 1,59 мм або менше (116 дюйми, 0,0625 дюйми), з отриманням другого волокнистого матеріалу. При необхідності джерело волокна можна порізати перед подрібненням, наприклад, за допомогою шредера.

Наприклад, при застосуванні паперу в якості джерела волокна, папір можна спочатку розрізати на смужки шириною, наприклад, від 1/4 до 1/2 дюйми із застосуванням шредера, наприклад, шредера з гвинтом протилежного обертання, такого як виготовляється компанією Мипвоп (Ютіка, штат Нью-Йорк). В якості альтернативи розрізанню на смужки, папір можна подрібнити за допомогою розрізання до необхідного розміру у гільйотинній різальній машині. Наприклад, гільйотинну різальну машину можна застосовувати для розрізання паперу на листи, наприклад, шириною 10 дюймів та завдовжки 12 дюймів.

Згідно з деякими варіантами реалізації розсічення джерела волокна та проходження першого волокнистого матеріалу, що утворився, через перше сито здійснюють одночасно.

Розрізання та проходження можна також здійснити в процесі пакетної обробки.

Наприклад, дискові ножиці можна застосовувати для одночасного подрібнення джерела волокна та просіювання першого волокнистого матеріалу. Дискові ножиці містять завантажувальний бункер, в який можна завантажити подрібнене джерело волокна, отримане в результаті його подрібнення.

У деяких варіантах реалізації сировину фізично обробляють перед оцукренням і/або ферментацією. Способи фізичної обробки можуть включати один або більше з будь-яких способів, описаних в цій заявці, таких як механічна обробка, хімічна обробка, опромінення, обробка ультразвуком, окислення, піроліз або обробка парою. Способи обробки можуть бути застосовані в комбінаціях з двох, трьох, чотирьох або навіть усіх з вказаних технологій (у будь- якому порядку). При застосуванні більше ніж одного способу обробки, способи можуть бути застосовані одночасно або в різний час. Також можуть бути застосовані інші способи, які

Зо змінюють молекулярну структуру сировини біомаси, окремо або в комбінації із способами, описаними в цій заявці.

Механічні обробки, які можуть бути застосовані, та характеристики механічно обробленої сировини описані більш детально в публікації заявки на патент США Мо 13/276,192, поданій 18 жовтня 2011 року, повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання.

Окрім цього зменшення розміру, яке можна виконати на початку і/або пізніше в процесі переробки, механічна обробка також може бути більш переважною для "відкриття", "впливу навантаженням", руйнування або дроблення сировинних матеріалів, роблячи целюлозу матеріалів сприйнятливішого до розриву ланцюга і/або руйнування кристалічної структури під час обробки шляхом структурної модифікації.

Біомаса може бути в сухому вигляді, наприклад, із вологовмістом менше, ніж близько 35 95 (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 Ус або навіть менше, ніж близько 1 95). Також біомаса може поступати у вологому стані, наприклад, у вигляді вологої твердої речовини, густої суспензії або суспензії з вмістом твердих речовин щонайменше близько 10 мас.95 (наприклад, щонайменше близько 20 мас. об, щонайменше близько 30 мас. 9565, щонайменше близько 40 мас. 9565, щонайменше близько 50 мас. 95, щонайменше близько 60 мас. 95, щонайменше близько 70 мас. Об).

Процеси, описані в цьому документі, можуть застосовувати матеріали з низькою об'ємною щільністю, наприклад, целюлозну або лігноцелюлозну сировину, яку піддали попередній

БО механічній обробці, щоб її об'ємна щільність стала менше, ніж близько 0,75 г/см, 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'ємна щільність визначається із застосуванням А5ТМ р1і8958. Коротко, спосіб включає заповнення мірного циліндра відомого об'єму зразком і отримання ваги зразка. Об'ємну щільність розраховують шляхом ділення маси зразка в грамах на відомий об'єм циліндра в сантиметрах кубічних. При необхідності щільність матеріалів з низькою об'ємною щільністю можна збільшити, наприклад, за допомогою способів, описаних в патенті США Мо 7,971,809 під авторством Медоффа, повний опис якого включений в цей документ у вигляді посилання.

В деяких випадках біомасу можна просіювати через сито або перфоровану пластину з 60 необхідним діаметром отвору, наприклад, менше, ніж близько 6,35 мм (1/4 дюйми, 0,25 дюйми),

(наприклад, менше, ніж близько 3,18 мм (1/8 дюйми, 0,125 дюйми), менше, ніж близько 1,59 мм (116 дюйми, 0,0625 дюйми), менше, ніж близько 0,79 мм (1/32 дюйми, 0,03125 дюйми), наприклад, менше, ніж близько 0,51 мм (1/50 дюйми, 0,02000 дюйми), менше, ніж близько 0,40 мм (1/64 дюйми, 0,015625 дюйми), менше, ніж близько 0,23 мм (0,009 дюйми), менше, ніж близько 0,20 мм (1/128 дюйми, 0,0078125 дюйми), менше, ніж близько 0,18 мм (0,007 дюйми), менше, ніж близько 0,13 мм (0,005 дюйми) або навіть менше, ніж близько 0,10 мм (1/256 дюйми, 0,00390625 дюйми)).

Просіювання матеріалу біомаси також можна виконати вручну, наприклад, із застосуванням оператора або механоїда (наприклад, робота, обладнаного датчиком розпізнавання кольору, датчиком з відбивачем або іншим датчиком), який видаляє небажані матеріали. Просіювання може також являти собою магнітне просіювання, в якому магніт розташований поряд з матеріалом, що транспортується, і магнітний матеріал видаляють за допомогою магніту.

При необхідності перед подальшою переробкою матеріал біомаси можна нагрівати, наприклад, із застосуванням інфрачервоного випромінювання, мікрохвиль, спалення (наприклад, газу, вугілля, нафти, біомаси), резистивного нагріву і/або індукційного нагріву.

Нагрів можна застосовувати, наприклад, з метою сушки матеріалу. У разі, якщо потрібна сушка матеріалу, її також можна полегшити, застосовуючи нагрів або без нього, за допомогою руху газу (наприклад, повітря, кисню, азоту, гелію, СО», аргону) над біомасою і/або крізь біомасу.

При необхідності біомасу можна охолодити до або після механічної обробки. Охолодження матеріалу описане в патенті США Мо 7,900,857 під авторством Медоффа, опис якого включений в цей документ у вигляді посилання.

Обробка радіоактивним випромінюванням

В деяких випадках сировину можна піддати дії випромінювання, щоб модифікувати її структуру і тим самим зменшити її неподатливість. Опромінення може, наприклад, зменшити середню молекулярну масу сировини, змінити кристалічну структуру сировини, змінити функціоналізацію сировини (наприклад, шляхом окислення) і/або збільшити площу поверхні і/або пористість сировини.

У способах, описаних в цьому документі, можна застосовувати різні інші опромінюючі пристрої, у тому числі польові іонізаційні джерела, електростатичні іонні сепаратори, польові

Зо іонізаційні генератори, джерела термоіонної емісії, надвисокочастотні розрядні іонні джерела, рециркуляційні або статичні прискорювачі, динамічні лінійні прискорювачі, прискорювачі Ван де

Граафа і складчасті тандемні прискорювачі. Такі пристрої описані, наприклад, в патенті США Мо 7,931,784 під авторством Медоффа, повний опис якого включений в цей документ у вигляді посилання.

Електронний пучок можна застосовувати в якості джерела випромінювання. Електронний пучок має такі переваги, як високі потужності дози випромінювання (наприклад, 1, 5 або навіть 10 Мрад в секунду), висока пропускна спроможність, менше стримування поширення і менш утримуюче обладнання. Електронні пучки також можуть мати високий електричний коефіцієнт корисної дії (наприклад, 80 95), що дозволяє застосовувати меншу кількість енергії в порівнянні з іншими радіаційними методами, що може обумовлювати нижчі експлуатаційні витрати та нижчі викиди парникових газів, які можна порівняти з меншою кількістю застосовуваної енергії.

Електронні пучки можна отримати, наприклад, із застосуванням генераторів, каскадних генераторів, трансформаторних генераторів, низькоенергетичних прискорювачів з системою сканування, низькоенергетичних прискорювачів з лінійним катодом, лінійних прискорювачів та імпульсних прискорювачів.

Електрони також можуть бути більш ефективними, викликаючи зміни в молекулярній структурі матеріалів, що містять вуглеводи, наприклад, за допомогою механізму розриву ланцюга. Окрім цього електрони, енергія яких складає 0,5-10 МеВ, можуть проникати в матеріали з низькою щільністю, такі як матеріали біомаси, описані в цьому документі, наприклад, матеріали, об'ємна щільність яких складає менше, ніж 0,5 г/см3, а глибина - 0.3-10 см. Електрони в якості джерела іонізуючого випромінювання можна застосовувати, наприклад, для відносно тонких відвалів, шарів або підкладок матеріалів, наприклад, менше, ніж близько 0,5 дюйми, наприклад, менше, ніж близько 0,4 дюйми, 0,3 дюйми, 0,25 дюйми або менше, ніж близько 0,1 дюйми. У деяких варіантах реалізації винаходу енергія кожного електрона електронного пучка складає від близько 0,3 МеВ до близько 2,0 МеВ (мільйонів електрон- вольт), наприклад, від близько 0,5 МеВ до близько 1,5 МеВ або від близько 0,7 МеВ до близько 125 МеВ. Способи опромінюючих матеріалів описані в публікації заявки на патент США 2012/01000577 А1, поданій 18 жовтня 2011 року, повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання. бо Пристрої опромінення електронним пучком можна комерційно придбати у таких виробників,

як Оп Веат Арріїсайоп5, Лувен-ля-Нев, Бельгія або Тйап Согрогайоп, Сан-Дієго, штат

Каліфорнія. Стандартні енергії електронів можуть складати 0,5 МеВ, 1 МеВ, 2 МеВ, 4,5 МеВ, 7,5

МеВ або 10 МеВ. Стандартна потужність пристрою опромінення електронним пучком 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.

При виборі оптимальних характеристик потужності пристроїв опромінення електронним пучком враховують експлуатаційні витрати, капітальні витрати, амортизацію та площу основи пристрою. При виборі оптимальних рівнів експозиційної дози випромінювання електронним пучком враховують енергетичні витрати, а також питання довкілля, надійності та захисту здоров'я (ЕН). Як правило, генератори розміщують у сховищах, наприклад, зі свинцю або бетону, особливо для рентгенівських променів, які генеруються процесі. Побічні ефекти при розгляданні енергії електронів включають витрати на електроенергію.

Пристрій опромінення електронним пучком може генерувати або нерухомий промінь, або скануючий промінь. Скануючий промінь може бути більш переважним, оскільки має велику довжину розгортки сканування та високі швидкості сканування, і може ефективно замінити велику ширину нерухомого променя. Крім того, доступна ширина розгортки, яка становить 0,5 м, 1м, 2 м і більше.

У деяких варіантах реалізації винаходу застосовують два або більше джерел випромінювання, такі як два або більше джерел іонізуючого випромінювання. Наприклад, зразки можна у будь-якому порядку обробити електронним пучком, а потім гамма-випромінюванням та

Уф випромінюванням, довжина хвилі якого складає від близько 100 нм до близько 280 нм. У деяких варіантах реалізації винаходу зразки обробляють трьома джерелами іонізуючого випромінювання, такими як пучок електронів, гамма-випромінювання та УФ випромінювання великої енергії. Біомасу транспортують через зону опромінення (354 на Фіг. 3), в якій її можна опромінити, наприклад електронами. Як правило, більш прийнятним є, щоб при опроміненні підкладка матеріалу біомаси мала відносно рівномірну товщину, як описано вище.

Ефективність зміни молекулярної/надмолекулярної структури і/або зменшення неподатливості біомаси, що містить вуглеводи, залежить від застосовуваної енергії електронів та вживаної дози, тоді як тривалість опромінення залежить від потужності та дози.

У деяких варіантах реалізації винаходу опромінення (із застосуванням будь-якого джерела випромінювання або комбінації джерел) виконують доти, поки матеріал не отримає 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. У деяких варіантах реалізації винаходу опромінення виконують доти, поки матеріал не отримає дозу в інтервалі від 0,1-100 Мрад, 1-200, 5-200, 10-200, 5-150, 50-150, 100-200, 100-150, 80-120, 5-100, 5-50, 5-40, 10-50, 10-75, 15-50, 20-35 Мрад.

У деяких варіантах реалізації винаходу опромінення виконують при потужності дози випромінювання від 5,0 до 1500,0 крад/година, наприклад, від 10,0 до 750,0 крад/година або від 50,0 до 350,0 крад/година. У інших варіантах реалізації винаходу опромінення виконують при потужності дози випромінювання від 10 до 10000 крад/година, від 100 до 1000 крад/година або від 500 до 1000 крад/година.

У деяких варіантах реалізації винаходу бажано охолодити матеріал під час опромінення.

Наприклад, матеріал можна охолодити під час його транспортування, наприклад, при застосуванні шнекового екструдера або іншого транспортуючого обладнання.

Випромінювання можна застосовувати тоді, коли целюлозний і/або лігпоцелюлозний матеріал піддають дії повітря, збагаченого киснем повітря або навіть самого кисню, або ж піддають інтенсивному бомбардуванню інертним газом, таким як азот, аргон або гелій. Якщо потрібно максимальне окислення, застосовують окислювальне середовище, таке як повітря або кисень, а відстані від джерела випромінювання оптимізують, щоб максимізувати утворення хімічно активного газу, наприклад, озону і/або оксидів азоту.

Ультразвук, піроліз, окислення, паровий вибух

При необхідності на додаток до опромінення або замість опромінення для зменшення неподатливості сировини можна застосовувати одну або більше обробок із застосуванням ультразвуку, піролізу, окислення або парового вибуху. Ці процеси детально описані в патенті

США Мо 12/429,045, повний опис якого включений в цей документ у вигляді посилання.

Оцукрення

Як правило, оброблені матеріали біомаси можуть бути оцукрені за допомогою об'єднання матеріалу і целюлазного ферменту в рідкому середовищі, наприклад, у водному розчині. В бо деяких випадках матеріал кип'ятять, замочують або варять в гарячій воді перед оцукренням, як описано в публікації заявки на патент США 2012/01000577 А1, опублікованій 18 жовтня 2011 року.

Процес оцукрення може бути частково або повністю виконаний в резервуарі (наприклад, в резервуарі з об'ємом щонайменше 4000, 40000 або 500000 л) на виробничій установці і/або може бути частково або повністю виконаний при транспортуванні, наприклад, в автодрезині, автоцистерні або в супертанкері, або в трюмі. Час, необхідний для повного оцукрення, залежатиме від умов процесу, а також від матеріалу, що містить вуглеводи, і ферментів, які застосовуються. Якщо оцукрення виконують на виробничій установці за контрольованих умов, целюлоза може значною мірою бути повністю перетворена на цукор, наприклад, глюкозу майже за 12-96 годин. Якщо оцукрення виконують частково або повністю під час транспортування, оцукрення може зайняти більше часу.

Як правило, є переважним, щоб вміст резервуару змішувався під час оцукрення, наприклад, із застосуванням струминного перемішування, як описано в міжнародній заявці Мо

РСТ/О52010/035331, поданій 18 травня 2010 року, яка була опублікована англійською мовою як

УМО 2010/135380 і призначалася для США, повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання.

Додавання поверхнево-активних речовин може збільшити швидкість оцукрення. Приклади поверхнево-активних речовин включають неїонні поверхнево-активні речовини, такі як поліетиленгліколеві поверхнево-активні речовини Тмеєп? 20 або Тмєеп? 80, іонні поверхнево- активні речовини або амфотерні поверхнево-активні речовини.

В цілому переважно, щоб концентрація цукрового розчину, отриманого в результаті оцукрення, була порівняно високою, наприклад, більше, ніж 40 95, або більше, ніж 50, 60, 70, 80, 90 або навіть більше, ніж 95 95 по масі. Воду можна видалити, наприклад, шляхом випарювання для збільшення концентрації цукрового розчину. Це дозволяє зменшити об'єм при транспортуванні і також інгібує зростання мікроорганізмів в розчині.

У альтернативному варіанті можна застосовувати цукрові розчини нижчих концентрацій, в цьому випадку може бути потрібним додати протимікробну добавку, наприклад, антибіотик широкого спектру дії при низькій концентрації, наприклад, від 50 до 150 ррт. Інші відповідні антибіотики включають амфотерицин В, ампіцилін, хлорамфенікол, ципрофлоксацин,

Зо гентаміцин, гігроміцин В, канаміцин, неоміцин, пеніцилін, пуроміцин, стрептоміцин. Антибіотики будуть інгібувати зростання мікроорганізмів при транспортуванні і зберіганні та їх можна застосовувати при відповідних концентраціях, наприклад, від 15 до 1000 ррт по масі, наприклад, від 25 до 500 ррт або від 50 до 150 ррт. При необхідності можна додати антибіотик, навіть якщо концентрація цукру порівняно висока. У альтернативному варіанті можна застосовувати інші добавки з протимікробним препаратом або із захисними властивостями.

Переважно протимікробна добавка (добавки) є харчовою.

Розчин з відносно високою концентрацією можна отримати шляхом обмеження кількості води, що додається до матеріалу, який містить вуглевод, та ферменту. Концентрацію можна регулювати, наприклад, за допомогою контролю того, наскільки сильним буде оцукрення.

Наприклад, концентрацію можна збільшити шляхом додавання в розчин більшої кількості матеріалу, який містить вуглевод. Для того, щоб зберегти в розчині утворений цукор, можна додати поверхнево-активну речовину, наприклад, одну з тих, що обговорювалися вище.

Розчинність також можна збільшити шляхом підвищення температури розчину. Наприклад, температуру розчину можна підтримувати при 40-50 20, 60-80 20 або навіть вище.

Цукри

У процесах, описаних в цьому документі, наприклад, після оцукрення, можна виділити цукри (наприклад, глюкозу та ксилозу). Наприклад, цукри можна виділити шляхом осадження, кристалізації, хроматографії (наприклад, хроматографії з шаром, що псевдорухається, хроматографії високого тиску), центрифугування, екстракції або будь-яким іншим засобом виділення, відомим в цій галузі техніки, і за допомогою їх комбінацій.

Ферментація

Дріжджі та бактерії 7утотопаз5, наприклад, можна застосовувати для ферментації або перетворення цукру (цукрів) на спирт (спирти). Інші мікроорганізми описані нижче. Оптимальне значення рН для ферментацій складає від близько 4 до 7 рН. Наприклад, оптимальне значення

РН для дріжджів складає від близько 4 до 5 рн, тоді як оптимальне значення рН для 7утотопав складає від близько 5 до 6 рН. Типовий час ферментації складає від близько 24 до 168 годин (наприклад, від 24 до 96 годин) при температурах в діапазоні від 20 "С до 40 "С (наприклад, від 26"С до 40С), проте термофільні мікроорганізми віддають перевагу більш високим температурам. бо У деяких варіантах реалізації, наприклад, при застосуванні анаеробних організмів щонайменше частину ферментації проводять за відсутності кисню, наприклад, в оболонці інертного газу, такого як М2г, Аг, Не, СО»: або їх суміші. Крім того, суміші може бути потрібне постійне продування інертним газом, який би проходив через резервуар впродовж частини періоду ферментації або впродовж усього періоду ферментації. В деяких випадках анаеробна умова може бути досягнута або зберігатися шляхом утворення діоксиду вуглецю під час ферментації та без необхідності додаткового інертного газу.

У деяких варіантах реалізації винаходу весь процес або частину процесу ферментації можна перервати до повного перетворення низькомолекулярного цукру на продукт (наприклад, етанол). Проміжні продукти ферментації включають цукор та вуглеводи у високих концентраціях. Цукри та вуглеводи можна виділити за допомогою будь-яких способів, відомих в цій галузі техніки. Ці проміжні продукти ферментації можна застосовувати при отриманні харчових продуктів для споживання людиною або твариною. Додатково або в якості альтернативного варіанту проміжні продукти ферментації можна подрібнити до тонкодисперсних часток в лабораторному млині з нержавіючої сталі з отриманням борошноподібної речовини.

Струминне перемішування можна застосовувати під час ферментації, а в деяких випадках оцукрення та ферментацію виконують в одному резервуарі.

Поживні речовини для мікроорганізмів можна додати під час оцукрення і/або ферментації, наприклад, упаковки поживних речовин на основі харчових продуктів, описані в публікації заявки на патент США 2012/0052536, поданій 15 липня 2011 року, повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання.

Можна застосовувати пересувні ферментери, як описано в міжнародній заявці Мо

РСТ/О52007/074028 (яка була подана 20 липня 2007 року, опублікована англійською мовою як

УМО 2008/011598 та призначена для США), зміст якої включений в цей документ у вигляді посилання в повному обсязі. Так само обладнання для оцукрення може бути пересувним. Крім того, оцукрення і/або ферментацію можна частково або повністю виконувати під час транспортування.

Дистиляція

Після ферментації отримані рідини можна дистилювати із застосуванням, наприклад, "бражної колони" для відділення етанолу та інших спиртів від більшої частини води та залишкових твердих речовин. Пара, що виходить з бражної колони, може являти собою, наприклад, 35 мас. 96 етанол та може бути подана в колону ректифікації. Суміш практично азеотропного (92,5 95) етанолу та води з колони ректифікації можна очистити до чистого (99,5 95) етанолу із застосуванням парофазних молекулярних сит. Кубові залишки бражної колони можна спрямувати на перший ступінь триступінчатого випарника. Протитечійний конденсатор колони ректифікації може забезпечити тепло для цього першого ступеня. Після першого ступеня тверді речовини можна відокремити із застосуванням центрифуги та висушити у барабанній сушарці. Частину (25 95) фугату можна повторно застосовувати для ферментації, а решту відправити на другий та третій ступені випарника. Велику частину конденсату випарника можна повернути в процес у вигляді відносно чистого конденсату, лише невелика частина якого йде на обробку відпрацьованої води для запобігання утворення скупчень низькокиплячих сполук.

Проміжні сполуки та продукти

Застосовуючи процеси, описані в цьому документі, матеріал біомаси можна перетворити на один або більше продуктів, таких як енергія, паливо, харчові продукти та матеріали. Конкретні приклади продуктів включають, без обмеження ними, водень, цукри (наприклад, глюкозу, ксилозу, арабінозу, манозу, галактозу, фруктозу, дисахариди, олігосахариди та 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

БО ті, що містять більше, ніж 10 95, 20 95, 30 95 або навіть більше, ніж 40 95 води), біодизельне паливо, органічні кислоти, вуглеводні (наприклад, метан, етан, пропан, изобутен, пентан, н- гексан, біодизельне паливо, біобензин та їх суміші), попутні продукти (наприклад, білки, такі як целюлолітичні білки (ферменти) або білки одноклітинних організмів) та суміші будь-яких з них у будь-якій комбінації або відносній концентрації і при необхідності у поєднанні з будь-якими добавками (наприклад, паливними присадками). Інші приклади включають карбонові кислоти, солі карбонової кислоти, суміш карбонових кислот і солей карбонових кислот, та складні ефіри карбонових кислот (наприклад, складні метилові ефіри, складні етилові ефіри і складні н- пропілові ефіри), кетони (наприклад, ацетон), альдегіди (наприклад, ацетальдегід), альфа та бета ненасичені кислоти (наприклад, акрилова кислота) та олефіни (наприклад, етилен). Інші 60 спирти та похідні спиртів включають пропанол, пропіленгліколь, 1,4-бутандіол, 1,3-пропандіол,

цукрові спирти (наприклад, еритрит, гліколь, гліцерин, сорбітол, треїтол, арабіт, рібіт, маніт, дульцит, фуцитол, ідітол, ізомальт, мальтіт, лактіт, ксиліт та інші поліоли), та метилові або етилові ефіри будь-якого з цих 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 та їх суміші, солі будь-якої з цих кислот, суміші будь- яких з цих кислот та їх відповідні солі. Багато з отриманих продуктів, наприклад, етанол або н- бутанол можна застосовувати в якості палива для живлення автомобілів, вантажівок, тракторів, судів або потягів, наприклад, в якості палива внутрішнього згорання або в якості сировини паливних елементів. Багато з отриманих продуктів також можна застосовувати для живлення повітряних літальних апаратів, таких як літаки, наприклад, з реактивними двигунами, або вертольоти. Крім того, продукти, описані в цьому документі, можна застосовувати для генерації електроенергії, наприклад, в звичайних парогенераторних установках або установках паливних елементів.

Інші проміжні сполуки та продукти, у тому числі харчові і фармацевтичні продукти описані в заявці на патент США Мо 12/417,900, поданій З квітня 2009 року, повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання.

Матеріали, що містять вуглеводи (матеріали біомаси)

Як застосовується в цьому документі, термін "матеріали біомаси" застосовується як синонім терміну "матеріали, що містять вуглеводи" і включає лігноцелюлозні, целюлозні, крохмалисті та мікробні матеріали. Будь-який з описаних в цьому документі способів можна застосувати на практиці за допомогою сумішей будь-яких матеріалів біомаси, описаних в цьому документі.

Лігноцелюлозні матеріали включають, без обмеження ними, дерево, деревостружкові плити, деревні відходи (наприклад, тирса, деревина осики, деревна тріска), злаки (наприклад, просо, міскантус, спартіна, двукісточнік), відходи зернових (наприклад, рисове лушпиння, вівсяне лушпиння, пшеничне лушпиння, ячмінне лушпиння), відходи сільськогосподарського виробництва (наприклад, силос, солома каноли, солома пшениці, солома ячменю, солома вівса,

Ко) рисова солома, джут, конопля, льносолома, бамбук, сізаль, абака, кукурудзяні качани, кукурудзяна солома, соєва солома, кукурудзяні волокна, люцерна, сіно, кокосове волокно), залишки переробки цукру (наприклад, віджимки, бурякова пульпа, віджимки агави), водорості, морські водорості, гній, органічні відходи та суміші будь-яких з них.

В деяких випадках лігноцелюлозним матеріалом можуть бути кукурудзяні качани. Подрібнені або дроблені молотками кукурудзяні качани можна розподілити в шарі відносно рівномірної товщини, щоб піддати опроміненню, а після опромінення легко розподілити в середовищі для подальшої переробки. Щоб полегшити урожай і збір, в деяких випадках застосовують рослину кукурудзи цілюом, включаючи стебло кукурудзи, кукурудзяні зерна і в деяких випадках навіть кореневу систему рослини.

Переважно не потрібно ніяких додаткових поживних речовин (за винятком джерела азоту, наприклад, сечовини або аміаку) впродовж етапу ферментації кукурудзяних качанів або целюлозних або лігноцелюлозних матеріалів, що містять значну кількість кукурудзяних качанів.

Кукурудзяні качани до і після подрібнення також простіше транспортувати і розподіляти, а також вони мають меншу схильність до утворення вибухових сумішей в повітрі, ніж інші целюлозні або лігноцелюлозні матеріали, такі як сіно та злаки.

Целюлозними матеріалами є, наприклад, папір, паперові вироби, паперові відходи, целюлоза для виробництва паперу, пігментний папір, важкий папір, крейдований папір для художнього друку, папір з наповнювачем, журнали, друкарська продукція (наприклад, книги, каталоги, довідники, етикетки, календарі, вітальні листівки, брошури, проспекти, газетний папір), папір для друкувальних пристроїв, папір з полімерним покриттям, листівковий папір, будівельний картон, паперовий картон, матеріали з високим вмістом а-целюлози, такі як бавовна, а також суміші будь-чого з них. Наприклад, такі паперові вироби, які описані в заявці на патент США Мо 13/396,365 ("Мадаіпе Рееазіоске5" під авторством Медоффіоа із співавторами, поданій 14 лютого 2012 року), повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання.

Целюлозні матеріали можуть також включати лігноцелюлозні матеріали, які були делігніфіковані.

Крохмалисті матеріали включають сам крохмаль, наприклад, кукурудзяний крохмаль, пшеничний крохмаль, картопляний крохмаль або рисовий крохмаль, похідні крохмалю або матеріал, який містить крохмаль, такий як продовольчий продукт харчування або 60 сільськогосподарська культура. Наприклад, крохмалистим матеріалом може бути аракача,

гречка, банан, ячмінь, маніок, пуерарія, кислиця бульбоносна, саго, сорго, звичайна домашня картопля, солодка картопля, колоказия їстівна, ямс і один або більше видів бобів, таких як садові боби, сочевиця або горох. Суміші будь-яких двох або більше крохмалистих матеріалів також являють собою крохмалисті матеріали. Також можна застосовувати суміші крохмалистих, целюлозних і або лігноцелюлозних матеріалів. Наприклад, біомаса може являти собою рослину цілком, частину рослини або різні частини рослини, наприклад, рослину пшениці, бавовник, рослину кукурудзи, рослину рису або дерево. Крохмалисті матеріали можна обробляти із застосуванням будь-якого способу, описаного в цьому документі.

Мікробні матеріали включають, без обмеження ними, будь-який природний або генетично модифікований мікроорганізм або організм, який містить або здатний забезпечити джерело вуглеводів (наприклад, целюлозу), наприклад, простіші організми, наприклад, простіші тваринні організми (наприклад, одноклітинні тваринні організми, такі як джгутикові, амебоїди, інфузорії та споровики) та простіші рослинні організми (наприклад, водорості, такі альвеоляти, хлорарахніофіти, криптомонади, евгленіди, глаукофіти, гаптофіти, червоні водорості, страменопіли та зелені рослини). Інші приклади включають морські водорості, планктон (наприклад, макропланктон, мезопланктон, мікропланктон, нанопланктон, пікопланктон та фемтопланктон), фітопланктон, бактерії (наприклад, грампозитивні бактерії, грамнегативні бактерії та екстремофіли), дріжджі і/або їх суміші. В деяких випадках мікробну біомасу можна отримати з природних джерел, наприклад, океану, озера, водойм, наприклад, в солоній воді або прісній воді, або на суші. У альтернативному варіанті або окрім цього мікробну біомасу можна отримати з культурних систем, наприклад, великомасштабних сухих і вологих культур, і системи ферментації.

У інших варіантах реалізації винаходу матеріали біомаси, такі як целюлозні, крохмалисті і лігноцелюлозні сировинні матеріали можна отримати з трансгенних мікроорганізмів та рослин, які були модифіковані по відношенню до різноманітності дикого типу. Такі модифікації можна отримати, наприклад, за допомогою ітеративних етапів селекції і схрещування для отримання необхідних ознак у рослини. Більш того генетичний матеріал у рослин може бути видалений, модифікований, пригнічений і/або доданий по відношенню до різноманітності дикого типу.

Наприклад, генетично модифіковані рослини можна отримати із застосуванням методів

Зо рекомбінантної ДНК, в якій генетичні модифікації включають введення або зміну певних генів з батьківських сортів або, наприклад, шляхом трансгенного схрещування, при якому певний ген або гени вводять в рослину з іншого виду рослин і/або бактерій. Інший спосіб створення генетичної мінливості здійснюється шляхом мутаційної селекції, при якій нові алелі являють собою алелі, штучно створені з ендогенних генів. Штучні гени можна створити за допомогою різних способів, включаючи обробку рослини або насіння, наприклад, хімічними мутагенами (наприклад, із застосуванням алкілуючих речовин, епоксидів, алкалоїдів, пероксидів, формальдегіду), опроміненням (наприклад, рентгенівськими променями, гамма-променями, нейтронами, бета-частками, альфа-частками, протонами, дейтронами, УФ випромінюванням) та методами температурного шоку або іншими методами впливу зовнішніх навантажень і методу подальшої селекції. Інші способи забезпечення модифікованих генів включають метод ПЛР (полімерна ланцюгова реакція) зниженої точності і перестановку в ДНК з подальшим введенням необхідної модифікованої ДНК в необхідну рослину або сім'я. Способи введення необхідної генетичної мінливості в сім'я або рослину включають, наприклад, застосовування бактерійного переносника, біолістики, осадження фосфату кальцію, електроіїмпульсного відкриття клітинних пор, сплайсингу генів, пригнічення експресії генів, ліпофекції, мікроін'єкцій та вірусних носіїв.

Додаткові генетично модифіковані матеріали були описані в заявці на патент США Мо 13/396,369, поданій 14 лютого 2012 року, повний опис якої включений в цей документ у вигляді посилання.

Оцукрюючі речовини

Бажані целюлолітичні ферменти включають целюлази з видів роду Васійи5, Соргіпив,

Мусеїїорпійога, СерпаІовзрогішт, Зсуїаійійит, РепісшШішт, Авзрегодій5, Рвейдотопав, Нитісоїа,

Еизагішт, ТНпіеіаміа, Асгетопішт, Спгузовзрогіцт та Тгісподетта, особливо ті, які отримують із застосуванням штаму, узятого з видів Азрегдійи5 (дивися, наприклад, заявку ЄПВ (ЕР) Мо 0 458 162), Нитісоїа іпвоїєпе (перекласифікований Зсуїаїїдіит НепторнНішт, дивися, наприклад, патент США Мо 4,435,307), Сорігіпив сіпегеив, Ризапйцт охузрогит, Мусеїїорпїнпога Іпепторнпіїа,

Мегіріїшв дідапіви5, ТНівіаміа іІетевігв, Астетопішт 5р. (включаючи, без обмеження ними, А. регвісіпит, А. астетопішт, А. бгаспурепійт, А. аіспготозрогит, А. обсіамашт, А. ріпкепопіає, А. гозеодгізеит, А. іпсоіогаїшт и А. їгаїйт). Переважні штами включають Нитісоїа іпзоїеп5 О5М 1800, Ризагішт охузрогит О5М 2672, Мусеїорпійога ІШепторніїа СВ5 117.65, Сернаіозрогішт зр. 60 ВУМ-202, Астетопішт р. СВ5 478.94, Астетопішт 5р. СВ5 265.95, Астетопіит регзісіпит СВ5

169.65, Асгетопішт астетопішт АНИ 9519, Серпаіозрогішт в5р. СВ5 535.71, Астетопійт

Бгаспурепішт СВ5 866.73, Астетопішт аіспготоврогит СВ5 683.73, Астетопішт оБбсіалхайт

Св 311.74, Астетопішт ріпКепопіае СВ5 157.70, Астетопішт гозеодіізеит СВ 134.56,

Асгетопішт іпсоїогтайшт СВ5 146.62 та Астетопішт їшгайшт СВ5 299.70Н. Целюлолітичні ферменти також можна отримати з СПпгузоврогішт, переважно із штаму СНгузозропт

ІмсКпомепзе. Додаткові штами, які можна застосовувати, включають, без обмеження ними,

Тісподетта (зокрема, Т. мігіде, Т. геезеї та Т. Копіпдії), алкалофільний штам Васійи5 (дивися, наприклад, патент США Мо 3,844,890 і заявку ЄПВ (ЕР) Мо 0 458 162) та 5іерютусез (дивися, наприклад, заявку ЄПВ (ЕР) Мо 0 458 162).

Агенти ферментації

Мікроорганізм (мікроорганізми), застосовувані при ферментації, можуть бути мікроорганізмами природного походження і/або розробленими мікроорганізмами. Ці збудники бродіння можна застосовувати, наприклад, для перетворення первинного палива на вторинне паливо, яке застосовуватиметься для генерації енергії в непрямому паливному елементі.

Збудники бродіння можна застосовувати для перетворення цукрів або проміжних сполук, які не застосовуються в паливних елементах, описаних в способах цього винаходу. Прикладами мікроорганізмів можуть бути бактерія (включаючи, без обмеження ними, наприклад, целюлолітичні бактерії), гриб (включаючи, без обмеження ними, наприклад, дріжджі), рослина, простіші організми, наприклад, одноклітинні тваринні організми або грибоподібні прості організми (включаючи, без обмеження ними, наприклад, слизові гриби), або водорості. Якщо організми сумісні, можна застосовувати суміші організмів.

Відповідні мікроорганізми, що ферментують, мають здатність перетворювати вуглеводи, такі як глюкоза, фруктоза, ксилоза, арабіноза, маноза, галактоза, олігосахариди або полісахариди на продукти ферментації. Мікроорганізми, що ферментують, включають штами роду

Засспготусез з5рр. (включаючи, без обмеження ними, 5. сегемізіає (хлібопекарські дріжджі), 5. дівіайсив, 5. имагит), роду Кінухеготусез (включаючи, без обмеження ними, К. тагхіапив, К. їадіїв), роду Сапаїда (включаючи, без обмеження ними, С. рзецйдоїгорісаїіє та б. Бгазвзісає),

Рісніа зііріїїз (споріднений Сапаїйда 5Непаїає), роду Сіамізрога (включаючи, без обмеження ними, б. І ивпапіає та С. орипііає), роду Распузоїєп (включаючи, без обмеження ними, Р. їаппорпйПи5), роду Вгеїаппотусез (включаючи, без обмеження ними, наприклад, В. сіаийизепії (РНіїрріаїів5, а. Р., 1996, СеїІшовзе Біосопмегвіоп їесппоЇоаду, іп НапароокК оп Віоеїнапо!: Ргодисіюп апа ШкНігайноп,

МУутап, С.Е., єд., Тауог в Егапсів, МазНпіпдіоп, ОС, 179-212)). Інші відповідні мікроорганізми включають, наприклад, 7утотопав торії, Сіовігідіит рр. (включаючи, без обмеження ними,

Сіозійаіит Шептосейшт (РНйіррідіх, 1996, раніше), Сіовійдішт засспагоршуїасеїопісит, / Сіовігідіит Теівіпент, Сіовілаішт засспагторшуїйсит, Сіовіпаішт Рипісеит, Сіовігідіит Беї|егпекії,

Сіовігідінт асейоршуйсит та Сіозігідішт айгапіршуїйсит), МопіїйєейНа роїїпів, Магтом/іа Іроїуїіса,

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

МопіїеМПаасеюаршіапе о 5р., Турипша маїгпарбіїв, Сападіда тадпоїйає, О5Шадіпотусеїев 5р.,Рзейдогута і5иКкираєпвів, види дріжджів роду 7удозасспаготусевз, Оебагуотусев, Напзепшиа та Ріспіа, та пігментовані гриби роду Тогиїа.

Багато з таких штамів мікроорганізмів є загальнодоступними, або комерційно доступними, або доступними в сховищах, таких як АТОС (Атегісап Туре Сийите СоПесіп, Манасас, штат

Вірджинія, США), МАВІ. (Аагісийига! Везвагсп бегмісе Сийиге СоПесійп, Пеорія, штат Іллінойс,

США) або О5МА2 (Оєшвснпе Заттішипд моп Міктоогдапізтеп ипа 2еїЇКкийигтеп СітЬН, Брауншвейг,

Німеччина), це лише деякі з них.

Комерційно доступні дріжджі включають, наприклад, Ней 5іаг//езайте ЕШапо! Неєа (виробництва Неа 5іаг/ езайте, США), ЕРА! (виробництва РіІеізсптапп'5 Уєаві, підрозділ Вигп5

Рпїйїр Роса Іпс., США), БОРЕВЗТАНТ"- (виробництва АЇПеси, зараз І агетапа), СЕНТ 5ТВАМОЄ (виробництва Сет бігапа АВ, Швеція) та РЕВМОЇ 9 (виробництва О5М 5ресіацев).

За винятком прикладів, описаних в цьому документі, або, якщо не визначене інше, усі області числових значень, кількості, значення та відсотковий вміст, наприклад, для кількості матеріалів, елементного змісту, часу та температур реакції, співвідношення кількостей і іншого, в наступній частині опису і доданій формулі винаходу можуть читатися, начебто перед ними стояло слово "близько", навіть якщо термін "близько" явним чином не є присутнім в значенні, кількості або діапазоні. Відповідно, якщо не відмічене інше, викладені в наступному описі і доданій формулі винаходу числові параметри є наближеними величинами, які можуть варіювати залежно від бажаних властивостей, які необхідно отримати в цьому винаході.

Щонайменше, і не в якості спроби обмежити застосування теорії еквівалентів до обсягу формули винаходу, кожен числовий параметр щонайменше слід тлумачити у світлі кількості бо повідомлених значущих розрядів і застосуванням звичайних методик округлення.

Попри те, що області числових значень і параметри, викладені в широкому обсязі цього винаходу, є приблизними, числові значення, викладені в 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 застосовані кінцеві точки). При застосуванні в цьому документі відсоткового вмісту по масі, повідомлені числові значення є відносними до загальної маси.

Також слід розуміти, що будь-яка описана в цьому документі область числових значень припускає включення усіх піддіапазонів, що підпадають під неї. Наприклад, мається на увазі, що діапазон "від 1 до 10" включає усі піддіапазони між (і включаючи) описаним мінімальним значенням 1 та описаним максимальним значенням 10, тобто з мінімальним значенням, рівним або більшим за 1, і максимальним значенням, рівним або меншим за 10. Мається на увазі, що застосовувані в цьому документі терміни "один" або форми однини включають "цонайменше один" або "один або більше", якщо не зазначене інше.

Будь-який патент, публікація або інший матеріал розкриття, повністю або частково, який, як вказано, включений в цей документ у вигляді посилання, включений в нього тільки до такої міри, при якій матеріал, що міститься, не суперечить існуючим визначенням, твердженням або іншому матеріалу розкриття, викладеному в цьому описі. У зв'язку з цим і в необхідних випадках, викладене в цьому документі конкретне розкриття замінює будь-який матеріал, що суперечить, включений у вигляді посилання. Будь-який матеріал або його частина, які, як вказано, включені у вигляді посилання, але які суперечать існуючим визначенням, твердженням або іншому викладеному в цьому документі розкритому матеріалу, будуть включені тільки до такої міри, щоб не виникало протиріччя між цим включеним матеріалом і існуючим матеріалом розкриття.

Тоді як цей винахід був наданий особливим чином і описаний з посиланнями на його переважні варіанти реалізації, фахівцям цієї галузі техніки буде зрозуміло, що різні зміни у формі і подробицях можуть бути зроблені без відхилення від обсягу цього винаходу, що охоплюється доданою формулою винаходу.

Коо)

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб переробки біомаси для застосування в мікробних паливних елементах, що включає стадії, на яких оцукрюють під впливом ферментів целюлозний або лігноцелюлозний матеріал з утворенням цукрового розчину, що включає ксилозу та глюкозу, здійснюють доставку цукрового розчину до мікробного паливного елемента, що містить антинакипін або засіб, що запобігає біологічному обростанню, і використовують цукровий розчин в мікробному паливному елементі.

2. Спосіб за п. 1, в якому перед оцукрюванням непіддатливість целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу зменшують у порівнянні з тією, яка була в нього в природному стані.

З. Спосіб за п. 2, в якому зменшення непіддатливості матеріалу вибирають із групи, яка складається із механічної обробки, хімічної обробки, ультразвуку, піролізу, опромінення, окислення, парового вибуху і їх комбінацій.

4. Спосіб за п. 2, в якому спосіб зменшення непіддатливості матеріалу включає опромінення матеріалу іонізуючим випромінюванням, і в якому іонізуюче випромінювання включає опромінення електронним пучком і/або в якому опромінення включає опромінення дозою щонайменше 10 Мрад.

5. Спосіб за п. 1, в якому целюлозну або лігноцелюлозну біомасу вибирають із групи, яка складається з паперу, паперових виробів, паперових відходів, целюлози для виробництва паперу, пігментного паперу, важкого паперу, крейдованого паперу для художнього друку, паперу з наповнювачем, журналів, друкарської продукції, паперу для друкувальних пристроїв, паперу з полімерним покриттям, листівкового паперу, будівельного картону, паперового картону, побічних продуктів переробки, бавовни, дерева, деревостружкових плит, деревних відходів, тирси, деревини осики, деревної тріски, злаків, проса, міскантусу, спартини, двокісточника, зернових залишків, рисового лушпиння, вівсяного лушпиння, пшеничного лушпиння, ячмінного лушпиння, відходів сільськогосподарського виробництва, силосу, соломи каноли, пшеничної соломи, ячмінної соломи, вівсяної соломи, рисової соломи, джуту, коноплі, льносоломи, бамбука, сизалю, абаки, кукурудзяних качанів, кукурудзяної соломи, соєвої соломи, кукурудзяних волокон, люцерни, сіна, кокосового волокна, залишків переробки цукру, 60 віджимків, бурякової пульпи, віджимків агави, водоростей, морських водоростей, гною,

органічних відходів, аракачі, гречки, банана, ячменю, маніоки, пуерарії, кислиці бульбоносної, саго, сорго, картоплі, солодкої картоплі, колоказії їстівної, ямсу, бобів, садових бобів, сочевиці, гороху і сумішей будь-чого з цього.

б. Спосіб за п. 1, який додатково включає механічну обробку целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу для зменшення об'ємної щільності матеріалу і/або збільшення його площі поверхні.

7. Спосіб за п. 1, який додатково включає застосування добавки в паливному елементі.

8. Спосіб за п. 1, де зазначений спосіб призначений для одержання електроенергії.

9. Спосіб за п. 8, де обробку лігноцелюлозного матеріалу вибирають із групи, що складається з ультразвуку, піролізу, опромінення, окислення, парового вибуху і їх комбінацій.

10. Спосіб за п. 8, в якому фермент, який застосовують для оцукрювання обробленого лігноцелюлозного матеріалу, являє собою целюлазу.

11. Спосіб за п. 8, який додатково включає ферментацію оцукреного обробленого лігноцелюлозного матеріалу для виробництва палива, і в якому паливо являє собою спирт.

12. Спосіб за п. 11, в якому обробка лігноцелюлозного матеріалу включає опромінення лігноцелюлозного матеріалу іонізуючим випромінюванням, і в якому іонізуюче випромінювання включає опромінення електронним пучком і/або в якому опромінення включає опромінення матеріалу дозою щонайменше 10 Мрад. її Ше: а ОВ Ох ї усю вх дю Ши и а ї Зк 8 су ї ше ше ша ї Ух Бек нЯ я з ї ї Н г Е м і Ендо У іх Ва Ще їв пня в он с КО 5 хи ща й ї ї Ах Ж од Ї ді З у ЕХ жа : Целойіоза ши сп а :

Е. пк : і Ендевенинази фЇенюноза іхристанізна) о з З х х к щ. ? йо

1. іблвюкознаазаї |! з . ви Я "ов ше. пе дев Шк ЗХ М; і я он о Геюкоза Целенноза м З Ж скюхюдкюкх дай Ж ХЩо зх хї рату кана Й х ях УМА ЗЕ р; З тн аж, х. ї н и х ІМЕН У ХХ 3 ке по ЗИ і 5 ; ше А осонюююнннн ДСК иХ, фесменту. і однолв о ві пншининини іп» несуижі З Ідненне та коди же НН Додаткою ее НК я по ЕСОВИМКВ проду, ТЕКА зв асунклоу. май ВИЙ осях м ЕВ од УА ЕВК в, ВИХ

КВ. КК Е КВ хека Є зе: ХВ як З ВИ ОДН Уста аке раку КОЛ бнпуватякеест РК М ово жикавуюю ПМК КН КОКО втома ву я сі ї : Ор еукопуюваде яке» : ет Є: пика р Е Е | дідпрчакуве даляневаладловане ДЖ су З ВТК Я З ЗМішкКоннВ. -к сюжх сефржтноя КЕ ско ЗВИКНЕ скодоВижим ТК Еко НН УБУВКНУНХ У ; ме Ше Ми ет : ша в. й ЗВИК СКМ в по пн ння НН "Прави цукровим "Мепбенейнуєровнй 0 ВЕланнний : : ПАВКЕННМ ДЕН: ОРВК ВАМ 000 МЕДИК КВН: ОКА Е В и п Б В . З М М М М М М М М М М М з я п. с о ОКУ Ех ЕЕ Со З СКК щ і ва . ОО хх ОО знениф Ж 5 ЗВО З Я ! 77 ; З г о ХЕ - й ! : (кі М ; ЗО В ЩІ : У : ї о» в ОК В :

ІН . : Е З З : Е ЗХ. ї З З є Е: ще на а ї Повну о. -- ОО З нує ов о о. що 0 Відобаонанвй тя Мне ЗЕ ск нев : : З зн п СУ СВ ОВК шій : шо ще 5 . п З З Зв : о З ще о. . о. КО ЗМОВ он о ОО с -- ще к.з днож А Катя

ФГ. Я