[发明专利]生物量加工

说明书

本申请是申请日为2009年11月13日、申请号为200980145586.8、发明名称为“生物 量加工”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及加工生物量和由其制备的产物。

背景

例如以纤维形式的纤维素和木质纤维素材料在许多应用中以大量产生、加工且使 用。通常此类材料使用一次，并且随后作为废物抛弃，或仅视为废物材料，例如污水、甘蔗 渣、锯屑和秸秆。

各种纤维素和木质纤维素材料、其用途和应用已在美国专利号7,074,918、6,448, 307、6,258,876、6,207,729、5,973,035和5,952,105中；以及在各种专利应用中描述，包括 于2006年3月23日提交的“FIBROUSMATERIALSANDCOMPOSITES”，PCT/US2006/010648，和 “FIBROUSMATERIALSANDCOMPOSITES”，美国专利申请号2007/0045456。

概述

一般地，本发明涉及含碳水化合物的材料(例如，生物量材料或生物素衍生的材 料)、制备和加工此类材料的方法(例如，改变其结构)、以及由材料制备的产物。例如，本文 描述的方法中的许多可以提供相对于天然材料，具有较低不顺应水平、较低分子量和/或结 晶度的纤维素和/或木质纤维素材料。本文公开的方法中的许多提供了例如与酸、碱或酶更 快速反应的材料，和/或可以由各种微生物更容易地利用以产生有用产物的材料，所述有用 产物例如氢、醇(例如，乙醇或丁醇)、有机酸(例如，乙酸)、烃、共同产物(例如，蛋白质)或这 些中的任何的混合物。

在一个方面，本发明的特征在于这样的方法，其包括减少生物量的单个小片的一 个或多个维度；使用改变生物量的分子结构的处理方法处理生物量，例如粉碎的生物量；和 任选地，对生物量实施初级加工加工过程以形成产物。粉碎和处理步骤中的至少一个包括 用螺杆挤压加工加工过程处理生物量原料。处理方法可以包括或进一步包括例如照射、超 声处理、热解和氧化。螺杆挤压加工加工过程可以例如用于减少原料的维度、使原料变成 浆，或螺杆挤压机可以用作在其中原料经历化学反应的反应器皿，例如沿着其长度传送原 料。螺杆挤压步骤可以包括使生物量与生物量的分开部分和/或一种或多种其他材料共挤 压，所述其他材料可以是有机、无机或两者的混合物。一种或多种其他材料可以是例如固体 或液体，并且在某些情况下可以包括气态材料。

初级加工加工过程可以是例如发酵。初级加工加工过程优选在螺杆挤压加工加工 过程后和在任何必需解毒步骤后执行，例如以去除产生的任何呋喃化合物。例如，在挤压 后，材料可以加入发酵器皿中，所述发酵器皿具有例如50,000L、100,000L、500,000L或更多 的体积。

在某些实现中，处理方法可以包括组合使用的照射和超声处理。辐射可以是电离 辐射，例如以电子束或γ射线的形式。在某些实施方案中，照射包括应用2种或更多种辐射 源，例如γ射线或x射线(例如，轫致辐射(bremssthrahlungradiation)和电子束，例如其 中每个电子已加速至1、2、3、5或甚至10MeV的加速电子束。在某些实施方案中，在使生物量 原料暴露于空气或富含氧或其他氧化气体的空气例如臭氧时，对生物量原料执行至少一种 处理方法例如照射。在具体实施方案中，电子束辐射以约10MRad的总剂量应用，并且超声处 理以超过5MJ/m³的总能量应用。辐射可以具有例如约100nm–约280nm的波长。辐射可以例如 以约10Mrad-约150Mrad的总剂量应用，例如以约0.5-约10Mrad/day、或1Mrad/s-约10Mrad/ s的剂量率。超声处理可以以约15kHz-约25kHz、例如约18kHz-22kHz的频率执行。

照射可以在超声处理前，超声处理可以在照射前，或照射和超声处理可以同时或 大约同时执行。在某些情况下，照射可以在螺杆挤压加工加工过程期间执行。

生物量原料的分子结构中的改变可以包括生物量的不顺应水平、平均分子量、平 均结晶度、表面积、聚合度、多孔性、支化度、移植程度、域大小和生物量的分子构成中的任 何一种或多种中的改变。在某些实施方案中，生物量原料的分子结构中的改变包括生物量 的平均分子量和平均结晶度中的任何一种或两种中的降低，或生物量的表面积和多孔性中 的任何一种或两种中的增加。