[发明专利]通过用电子束照射来处理木质纤维素材料的方法

说明书

相关申请案

本申请要求2010年10月20日提交的美国临时申请第61/394,851号的优先权。该临时申请的全部公开内容据此以引用的方式并入本文中。

背景

纤维素和木质纤维素材料在许多应用中大量地生产、加工和使用。通常，此类材料只使用一次，然后作为废物丢弃，或简单地被视为废弃材料，例如污水、甘蔗渣、锯末和秸秆。

发明概要

一般来说，本发明涉及使用生物质，例如纤维素和木质纤维素材料，更具体地，通常难以加工的木质纤维素材料，例如作物残体和草制造燃料和其他产品的方法。本文所公开的方法可以容易地在商业规模上以经济可行的方式，在一些情况下使用否则将作为废物丢弃的材料作为原料来实施。

本文所公开的方法的特征是对材料加工的四个方面的增强：(1)机械处理原料，(2)通过照射降低原料的不顺应性，(3)通过糖化将经照射的原料转化为糖，和(4)发酵该糖从而将该糖转化为其他产品，例如固体、液体或气体燃料，例如，可燃性燃料，或本文所描述的任何其他产品，例如，醇，如乙醇、异丁醇或正丁醇，糖醇如赤藓糖醇，有机酸，例如，氨基酸、柠檬酸、乳酸或谷氨酸，或它们的混合物。将两种或更多种本文所描述的增强以任何组合方式组合在一些情况下可进一步增强加工。

在一些实施方式中，本文所公开的方法包括处理纤维素或木质纤维素材料以改变该材料的结构，所述处理通过用相对低的电压、高的功率的电子束辐射照射所述材料来进行。

在一方面，本发明的特征是一种方法，其包括用在小于3MeV，例如，小于2MeV、小于1MeV，或0.8MeV或更小的电压及至少25kW，例如，至少30kW、40kW、50kW、60kW、65kW、70kW、80kW、100kW、125kW，或150kW的功率操作的电子束照射纤维素或木质纤维素材料，以及将经照射的纤维素或木质纤维素材料与酶和/或微生物合并在一起，所述酶和/或微生物利用经照射的纤维素或木质纤维素材料产生固体、液体或气体燃料或其他产品，例如，醇，如乙醇、异丁醇或正丁醇，糖醇，例如赤藓糖醇，或有机酸。

一些实施方式包括一个或多个以下特征。该方法可进一步包括在将经照射的纤维素或木质纤维素材料与酶和/或微生物合并在一起之前，将经照射的纤维素或木质纤维素材料浸泡在温度为至少40℃，例如，60-70℃、70-80℃或90-95℃的水中。照射可以以至少0.5毫拉德/秒的剂量率执行。纤维素或木质纤维素材料可以例如包括玉米芯，或玉米芯、玉米粒和玉米秆的混合物。在一些情况下，该材料包括整个玉米植株。

在另一方面，本发明的特征是一种方法，其包括用电子束照射纤维素或木质纤维素材料，将经照射的纤维素或木质纤维素材料浸泡在温度为至少40℃的水中，以及将经照射的纤维素或木质纤维素材料与酶和/或微生物合并在一起，所述酶和/或微生物利用经照射的纤维素或木质纤维素材料产生燃料或其他产品，例如，醇，如乙醇、异丁醇或正丁醇，糖醇，如赤藓糖醇，或有机酸。

一些实施方式包括一个或多个以下特征。在一些情况下，以小于3MeV，例如，小于2MeV或小于1MeV的电压，及至少25kW，例如，至少30kW、40kW、50kW、60kW、65kW、70kW、80kW、100kW、125kW，或150kW的功率操作电子束。照射可以以至少0.5毫拉德/秒的剂量率执行。纤维素或木质纤维素材料可以例如包括玉米芯，或玉米芯、玉米粒和玉米秆的混合物。在一些情况下，该材料包括整个玉米植株。

在另一方面，本发明的特征是一种方法，其包括用电子束以至少0.5毫拉德/秒的剂量率照射纤维素或木质纤维素材料，以小于1.0MeV的电压操作所述电子束，并且还包括将经照射的纤维素或木质纤维素材料与酶和/或微生物合并在一起，所述酶和/或微生物利用经照射的纤维素或木质纤维素材料产生燃料或其他产品，例如，醇，如乙醇、异丁醇或正丁醇，糖醇，如赤藓糖醇，或有机酸。

一些实施方式包括一个或多个以下特征。所述方法可进一步包括在将经照射的纤维素或木质纤维素材料与酶和/或微生物合并在一起之前，将经照射的纤维素或木质纤维素材料浸泡在温度为至少40℃，例如，60-70℃、70-80℃或90-95℃的水中。在一些情况下，以至少25kW，例如，至少30kW、40kW、50kW、60kW、65kW、70kW、80kW、100kW、125kW，或150kW的功率操作电子束。纤维素或木质纤维素材料可以例如包括玉米芯，或玉米芯、玉米粒和玉米秆的混合物。在一些情况下，该材料包括整个玉米植株。