生物质加工制造技术

本发明专利技术涉及生物质加工。更具体而言，本发明专利技术涉及对生物质(例如植物生物质、动物生物质和城市垃圾生物质)进行加工以生产有用的产物，例如燃料。例如，描述了可以使用原料材料例如纤维素和/或木质纤维素材料，通过例如发酵来生产乙醇和/或丁醇的系统。

【技术实现步骤摘要】
生物质加工 本申请为国际申请日2007年10月26日、国际申请号PCT/US2007/022719于2009 年6月19日进入中国国家阶段、申请号200780047397. 8、专利技术名称生物质加工的分案申 请。 与相关申请的交叉引用 本申请要求2006年10月26日提交的美国临时申请系列号No. 60/854,519、 2006年10月27日提交的美国临时申请系列号No. 60/863, 290、2006年11月17日提交 的美国临时申请系列号No. 60/859, 91U2006年12月15日提交的美国临时申请系列号 No. 60/875, 144和2007年1月23日提交的美国临时申请系列号No. 60/881，891的优先权， 每个临时申请的内容在此以其全文引为参考。
本专利技术涉及生物质加工，以及由此制造的产品。
技术介绍
纤维素和木质纤维素材料、例如以纤维形式，在众多应用领域中大量生产、加工和 使用。通常，这些材料只使用一次，然后作为废物丢弃，或简单地被当作废弃材料，例如污 水、甘蔗渣、锯末和秸杆。 各种纤维素和木质纤维素材料、它们的用途以及应用已经描述在美国专利 Nos. 7, 074, 918、6, 448, 307、6, 258, 876、6, 207, 729、5, 973, 035 和 5, 952, 105 中；在各种 专利申请中，包括2006年3月23日提交的PCT/US2006/010648 纤维材料和复合材料 (FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES)，以及美国专利申请公布 No. 2007/0045456 纤维 材料和复合材料（FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES) 。
技术实现思路
总的来说，本专利技术涉及含有碳水化合物材料（例如生物质材料或生物质衍生的材 料），制造和加工这些材料以改变它们的结构的方法，以及从改变结构的材料制造的产品。 例如，本文描述的许多方法可以提供与天然材料相比具有较低分子量和/或结晶度的纤维 素和/或木质纤维素材料。许多方法提供的材料可以更容易被各种微生物利用，以生产有 用的产品，例如氢气、醇类（例如乙醇或丁醇）、有机酸（例如乙酸）、烃、副产物（例如蛋 白）或任何这些物质的混合物。 -方面，本专利技术的特点是改变生物质原料的分子结构的方法，其包括通过减小个 件生物质的一个或多个维度来制备生物质原料；使用两种或多种不同的预处理方法，每一 种都能改变分子结构，对生物质原料进行预处理，其中不同的预处理方法选自辐射、超声、 热解和氧化；以及加工制备好的和预处理过的生物质原料，生产产品。 在某些实施方案中，制备生物质原料，然后预处理。生物质原料也可以预处理过， 然后再制备。 减小个件生物质的一个或多个维度可以包括例如剪切、切割或碾磨。 在某些实施方案中，两种或多种预处理方法被同时或几乎同时施加到生物质原料 上。 例如，两种或多种预处理方法可以包括辐射和超声。例如，辐射可以是电子束的形 式。在具体实施方案中，施加的电子束辐射的总剂量为大约lOMrad，施加的超声的总能量在 5MJ/m 3以上。辐射可以在超声前进行，或超声可以在辐射前进行，或辐射和超声可以在同时 或几乎同时进行。 例如，生物质原料的分子结构变化可以包括生物质的平均分子量、平均结晶度、表 面积、聚合度、孔隙度、分支、接枝和结构域大小中任何一个或多个的变化。在某些实施方案 中，生物质原料的分子结构变化包括生物质的平均分子量和平均结晶度中的一个或两个减 小，或生物质的表面积和孔隙度中的一个或两个增加。 另一方面，本专利技术的特点是制造产品、例如可燃烧的燃料的方法，其包括提供含有 碳水化合物的材料，所述材料通过包括使用辐射、超声、热解和氧化中的任何两种或多种方 法预处理生物质原料的工艺产生；以及将该材料与微生物相接触，所述微生物具有将材料 的至少一部分、例如至少大约1重量％转化成产品例如可燃烧的燃料的能力。 在某些实施方案中，两种或多种不同的预处理方法包括辐射和超声、辐射和氧化、 辐射和热解、超声和氧化、超声和热解、或氧化和热解。 例如，本文描述的任何方法还可以包括用汽爆预处理生物质原料。 例如，在某些实施方案中，加工不包括用酸或碱水解生物质。 在某些实施方案中，至少大约70重量％的生物质是未水解的，例如至少大约95重 量％的生物质还没有被水解。在具体实施方案中，生物质基本上没有被水解。 例如，在某些实施方案中，至少一种预处理方法在其中少于大约25重量％的生物 质被液体例如水润湿的生物质上进行。具体来说，在某些实施方案中，至少一种预处理方法 在生物质基本上没有被液体例如水润湿的生物质上进行。 在25°C和50%相对湿度下测量时，生物质可以留有例如大约5重量％以下的水。 在某些实施方案中，至少一种预处理方法可以在少于大约25重量％的生物质处 于溶胀状态的生物质上进行，溶胀状态的特征为体积比未溶胀状态高出大约2. 5%以上。在 其它实施方案中，生物质与溶胀剂混合或包含溶胀剂。 例如，在本文描述的任何方法中，生物质可以与溶胀剂混合或/和包含溶胀剂，并 且生物质可以接受大约IOMrad以下剂量的辐射。 在某些实施方案中，一种预处理方法是辐射或包含辐射。 在某些实施方案中，至少一种预处理方法例如在生物质原料上进行辐射，同时生 物质原料暴露于空气。 可以利用压力。例如,至少一种预处理方法例如辐射,可以在大于大约2. 5个大气 压、例如大于大约5或10个大气压的压力下在生物质上进行。 处理还可以包括对生物质进行氧化、热解或汽爆。 生物质原料的例子包括纸、纸制品、废纸、木材、刨花板、锯末、农业废物、废水、青 贮饲料、草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、柳 枝黍、苜蓿、干草、稻壳、椰须、棉花、合成纤维素、海草、藻类或它们的混合物。 生物质可以是或可以包含天然或合成材料。 燃料的例子包括氢气、醇类和烃中的一种或多种。例如，醇类可以是乙醇、正丙 醇、异丙醇、正丁醇或它们的混合物。 微生物可以是例如细菌或酵母。 转化可以包括将材料发酵成产品，例如可燃的燃料。 辐照可以例如利用电离辐射来进行，例如Y-射线、电子束、或具有从大约IOOnm 到大约280nm波长的紫外C辐照。 电离辐射可以包括电子束辐射。 例如，施加辐射的总剂量在大约IOMrad到大约150Mrad之间，例如剂量率为大约 〇· 5 到大约 IOMrad/天，或 IMrad/s 到大约 10Mrad/s。 在某些实施方案中，辐照包括施加两种或多种辐射源，例如Y-射线和电子束。 例如，可以以大约15kHz到大约25kHz之间的频率进行超声，例如大约18kHz到 22kHz之间。 在某些实施方案中，生物质包括具有第一数均分子量的第一种纤维素，碳水化合 物材料包含具有低于第一数均分子量的第二数均分子量的第二种纤维素。例如，第二数均 分子量比第一数均分子量低大约一倍以上。在某些实施方案中，第一种纤维素具有第一结 晶度，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括利用酶和/或微生物将处理过的生物质原料转化成选自以下的产品的方法：醇、有机酸、糖、烃及其混合物，其中所述处理过的生物质原料的制备是通过用电子束以至少1.0Mrad/s的剂量速率辐照生物质原料足以向所述生物质原料递送约10Mrad至约150Mrad的辐射的时间，以使得辐照过的生物质原料与电子束处理前的生物质原料相比对化学、酶法和/或生物学攻击更敏感，所述生物质原料在电子束辐射前已经通过碾磨、粉碎或剪切进行过物理处理。

【技术特征摘要】
2006.10.26 US 60/854,519;2006.10.27 US 60/863,290;1. 包括利用酶和/或微生物将处理过的生物质原料转化成选自以下的产品的方法： 醇、有机酸、糖、烃及其混合物，其中所述处理过的生物质原料的制备是通过用电子束以 至少1. OMrad/s的剂量速率福照生物质原料足以向所述生物质原料递送约lOMrad至约 150Mrad的辐射的时间，以使得辐照过的生物质原料与电子束处理前的生物质原料相比对 化学、酶法和/或生物学攻击更敏感，所述生物质原料在电子束辐射前已经通过碾磨、粉碎 或剪切进行过物理处理。2. 权利要求1的方法，其中生物质原料具有小于约0. 5g/cm3的堆密度。3. 权利要求1的方法，其中起始原料在物理处理前具有大于约0. 7g/cm3的堆密度。4. 权利要求1至3任一项的方法，其中物理处理生物质原料包括通过石磨、机械扯断或 撕裂、销钉碾磨或空气摩擦粉碎来减小起始原料的尺寸。5. 权利要求1至3任一项的方法，其中物理处理生物质原料包括对生物质原料进行剪 切。6. 权利要求5的方法，其中生物质原料具有内部纤维，并且其中生物质原料已经被剪 切到其内部纤维基本上暴露的程度。7. 权利要求1至5任一项的方法，其中生物质原料含有纤维素材料或木质纤维素材料。8. 权利要求1至7任一项的方法，其中对生物质原料的处理在被选择用于减小生物质 分子量的条件下进行。9. 权利要求1的方法，其中生物质具有大于0. 25m2/g的Brunauer-Emmet-Teller(BET) 表面积。10. 权利要求1至9任一项的方法，其中生物质具有至少5的长度直径比。11. 权利要求1至10任一项的方法，其中转化处理过的生物质原料包括发酵所述处理 过的生物质原料。12. 权利要求1的方法，其中对生物质原料的处理在被选择用于降低生物质的平均分 子量和平均结晶度之一或二者或增加生物质的表面积和孔隙度之一或二者的条件下进行。13. 权利要求1至5任一项的方法，其中生物质包括选自以下的材料：纸、纸制品、废 纸、木材、刨花板、锯末、农业废物、废水、青贮饲料、草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚 麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、柳枝黍、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。14. 权利要求13的方法，其中生物质原料选自草、稻壳、甘蔗渣、黄麻、大麻、亚麻、竹、 剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。15. 权利要求13的方法，其中生物质原料包括纸。16. 权利要求1的方法，其中生物质原料具有大于70%的孔隙度。17. 权利要求1到16任一项的方法，还包括对处理过的生物质原料进行酶法水解。18. 权利要求1到17任一项的方法，其中辐照在约IMrad/s至约10Mrad/s的剂量速率 下进行。19. 权利要求1到18任一项的方法，其中辐照包括向生物质原料施加20Mrad至50Mrad 之间的总剂量。20. 权利要求1到19任一项的方法，其中辐照包括用一个以上的电子束向生物质原料 施加辐射。21. 权利要求1到20任一项的方法，其中电子束递送能量为0. 3MeV到约2. OMeV的电 子。22. 权利要求1到21任一项的方法，其中电子束递送能量为0. 7MeV到约1. 25MeV的电 子。23. 权利要求1到10任一项的方法，其中转化包括使辐照过的材料与水性介质中的纤 维素酶接触。24. -种方法，其包括：用电子束以至少1. OMrad/s的剂量速率辐照生物质原料足以向 所述生物质原料递送约lOMrad至约150Mrad的福射的时间，以使得福照过的生物质原料与 电子束处理前的生物质原料相比对化学、酶法和/或生物学攻击更敏感，所述生物质原料 在电子束辐射前已经通过碾磨、粉碎或剪切进行过物理处理；以及利用酶和/或微生物将 辐照过的生物质原料转化成选自醇、有机酸、糖、烃及其混合物的产品。25. 权利要求24的方法，其中辐照在约IMrad/s至约10Mrad/s的剂量速率下进行。26. 权利要求24或25的方法，其中辐照包括用一个以上的电子束向生物质原料施加辐 射。27. 权利要求24到26任一项的方法，其中电子束递送能量为0. 3MeV到约2. OMeV的电 子。28. 权利要求24到27任一项的方法，其中电子束递送能量为0. 7MeV到约1. 25MeV的 电子。29. 权利要求24到28任一项的方法，其中转化包括使辐照过的材料与水性介质中的纤 维素酶接触。30. -种方法，其包括： 利用一种或多种纤维素水解酶使处理过的生物质原料糖化，将所述处理过的生物质原 料转化成选自醇、有机酸、糖、烃及其混合物的产品， 其中所述处理过的生物质原料的制备是通过用电子束以至少1. OMrad/s的剂量速率 福照生物质原料足以向所述生物质原料递送lOMrad至150Mrad的总剂量的时间，以使得福 照过的生物质原料与电子束处理前的生物质原料相比对化学、酶法和/或生物学攻击更敏 感，所述生物质原料在电子束辐射前已经通过碾磨、粉碎或剪切进行过物理处理。31. 权利要求30的方法，其中生物质原料选自草、稻壳、甘蔗渣、黄麻、大麻、亚麻、竹、 剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。32. 权利要求30的方法，其中生物质原料包括纸。33. 权利要求30至32任一项的方法，其中辐照在IMrad/s至10Mrad/s的剂量速率下 进行。34. 权利要求30至33任一项的方法，其中辐照包括向生物质原料施加20Mrad到 50Mrad之间的总剂量。35. 权利要求30至34任一项的方法，其中电子束递送能量为0. 3MeV到约2. OMeV的电 子。36. 权利要求30至35任一项的方法，其中物理处理包括使生物质原料经受以下一种或 多种处理：石磨、机械扯断或撕裂、销钉碾磨、粉碎或空气摩擦粉碎。37. 权利要求30至36任一项的方法，其中生物质原料具有小于约0. 5g/cm3的堆密度。38. 权利要求30至37任一项的方法，其中起始原料在物理处理前具有大于约0. 7g/cm3 的堆密度。39. 权利要求30至38任一项的方法，其中生物质原料具有大于0. 25m2/g的BET表面 积。40. 权利要求30至39任一项的方法，其中生物质原料具有至少5的长度直径比。41. 权利要求30至40任一项的方法，其中转化处理过的生物质原料还包括发酵所述处 理过的生物质原料。42. 权利要求30至41任一项的方法，其中辐照包括用一个以上的电子束装置向生物质 原料施加辐射。43. 制造复合材料的方法，所述方法包括： 对包含第一纤维素材料和/或木质纤维素材料的纤维材料进行辐照，以提高于所述纤 维素材料和/或木质纤维素材料的分子量； 将所述纤维素材料和/或木质纤维素材料与树脂混合， 其中所述混合在辐射后发生，以及 其中所述纤维材料接受〇. 2Mrad至lOMrad的γ -福射总剂量、或者0. IMrad至5Mrad 的电子束福射总剂量。44. 权利要求43的方法，其中树脂选自热塑性树脂、热固性树脂、弹性体、粘合剂及其 混合物。45. 权利要求43或44的方法，其中纤维材料具有至少5:1的长度直径比（UD)。46. 权利要求43至45任一项的方法，其还包括向复合材料添加选自金属、金属合金、陶 瓷、木质素、浙青、玻璃及其混合物的添加剂。47. 权利要求43至46任一项的方法，其中γ -辐射总剂量为IMrad至lOMrad。48. 权利要求43至47任一项的方法，其还包括将纤维材料与树脂的混合材料形成成型 复合材料。49. 权利要求43至48任一项的方法，其还包括向复合材料添加颗粒尺寸小于lOOOnm 的填充剂。50. 权利要求49的方法，其中填充剂的颗粒尺寸小于500nm。51. 权利要求49的方法，其中填充剂的颗粒尺寸小于100nm。52. -种方法，其包括： 使用一个以上的电子束装置用一系列的辐射剂量对木质纤维素材料的层进行辐照，以 向所述木质纤维素材料递送至少20Mrad的辐射总剂量； 使用热交换系统冷却辐照过的木质纤维素材料；以及 用酶或微生物水解经冷却的辐照过的材料以产生糖。53. 权利要求52的方法，其中木质纤维素材料选自草、稻壳、甘蔗渣、黄麻、大麻、亚麻、 竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。54. 权利要求52的方法，其中木质纤维素材料包含玉米芯。55. 权利要求52的方法，其中木质纤维素材料包含玉米秸。56. 权利要求52的方法，其中辐照在约IMrad/s至约10Mrad/s的剂量速率下进行。57. 权利要求52的方法，其中辐照包括向材料施加约20Mrad至约50Mrad之间的总剂 量。58. 权利要求52的方法，其中电子束装置中的至少一个递送能量为0. 3MeV到约 2. OMeV的电子。59. 权利要求52的方法，其中电子束装置中的至少一个递送能量为0.7MeV到约 1. 25MeV的电子。60. 权利要求52的方法，其中水解包括使辐照过的材料与水性介质中的纤维素酶接 触。61. 权利要求52的方法，所述方法还包括在辐照前细碎木质纤维素材料。62. 权利要求61的方法，其中细碎木质纤维素材料包括使材料经受以下一种或多种处 理：石磨、机械扯断或撕裂、销钉碾磨、粉碎或空气摩擦粉碎。63. 权利要求62的方法，其中细碎包括粉碎材料。64. 权利要求52的方法，其还包括发酵糖以产生可燃的燃料。65. 权利要求64的方法，其中可燃的燃料包括醇。66. 权利要求52的方法，其还包括穿过并在电子束装置之间移动木质纤维素材料。67. -种方法，其包括： 使用一个以上的电子束装置用一系列的辐射剂量对木质纤维素材料的层进行辐照，以 向所述木质纤维素材料递送至少lOMrad的辐射总剂量； 使用热交换系统冷却辐照过的木质纤维素材料；以及 用酶或微生物水解经冷却的辐照过的材料以产生糖。68. 权利要求67的方法，其中木质纤维素材料选自草、稻壳、甘蔗渣、黄麻、大麻、亚麻、 竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。69. 权利要求67的方法，其中木质纤维素材料包含玉米芯。70. 权利要求67的方法，其中木质纤维素材料包含玉米秸。71. 权利要求67的方法，其中辐照在约IMrad/s至约10Mrad/s的剂量速率下进行。72. 权利要求67的方法，其中辐照包括向材料施加约20Mrad至约50Mrad之间的总剂 量。73. 权利要求67的方法，其中电子束装置中的至少一个递送能量为0. 3MeV到约 2. OMeV的电子。74. 权利要求67的方法，其中所述电子束装置中的至少一个递送能量为0. 7MeV到约 1. 25MeV的电子。75. 权利要求67的方法，其中水解包括使辐照过的材料与水性介质中的纤维素酶接 触。76. 权利要求67的方法，所述方法还包括在辐照前细碎木质纤维素材料。77. 权利要求76的方法，其中细碎木质纤维素材料包括使材料经受以下一种或多种处 理：石磨、机械扯断或撕裂、销钉碾磨、粉碎或空气摩擦粉碎。78. 权利要求77的方法，其中细碎包括粉碎材料。79. 权利要求67的方法，其还包括发酵糖以产生可燃的燃料。80. 权利要求79的方法，其中可燃的燃料包括醇。81. 权利要求67的方法，其还包括穿过并在电子束装置之间移动木质纤维素材料。82. 权利要求52-81任一项的方法，其还包括用化学物质处理木质纤维素材料。83. 权利要求82的方法，其中化学物质是碱、矿物酸、或碱和矿物酸。84. 权利要求83的方法，其中用选自以下的碱处理材料：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化 理和氢氧化铵。85. 权利要求84的方法，其中用氢氧化钾处理材料。86. 权利要求83的方法，其中用选自以下的矿物酸处理材料：硫酸、盐酸和磷酸。87. 权利要求83的方法，其中用硫酸处理材料。88. -种方法，其包括： 细碎木质纤维素材料，所述木质纤维素材料选自草、稻壳、甘蔗渣、黄麻、大麻、亚麻、 竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物； 用约20Mrad至约50Mrad之间的辐射总剂量辐照所述木质纤维素材料； 用酶或微生物水解辐照过的材料以产生糖；以及 发酵糖以产生燃料。89. 权利要求88的方法，其中木质纤维素材料包含玉米芯。90. 权利要求88的方法，其中木质纤维素材料包含玉米秸。91. 权利要求88的方法，其中辐照在约IMrad/s至约10Mrad/s的剂量速率下进行。92. 权利要求88的方法，其中辐照用电子束进行。93. 权利要求88的方法，其中辐照包括用一个以上的电子束装置向木质纤维素材料施 加辐射。94. 权利要求93的方法，其还包括穿过并在电子束装置之间移动木质纤维素材料。95. 权利要求92的方法，其中电子束装置递送能量为0. 3MeV到约2. OMeV的电子。96. 权利要求92的方法，其中电子束装置递送能量为0. 7MeV到约1. 25MeV的电子。97. 权利要求88的方法，其中水解包括使辐照过的材料与水性介质中的纤维素酶接 触。98. 权利要求88的方法，其中细碎木质纤维素材料包括使材料经受以下一种或多种处 理：石磨、机械扯断或撕裂、销钉碾磨、粉碎或空气摩擦粉碎。99. 权利要求98的方法，其中细碎包括粉碎材料。100. 权利要求88的方法，其中燃料包括醇。101. -种方法，其包括： 细碎木质纤维素材料，所述木质纤维素材料选自草、稻壳、甘蔗渣、黄麻、大麻、亚麻、 竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物； 用lOMrad至150Mrad之间的福射总剂量福照所述木质纤维素材料； 用酶或微生物转化辐照过的材料以产生糖；以及 发酵糖以产生燃料。102. 权利要求101的方法，其中辐照用电子束进行。103. 权利要求101或102的方法，其中辐照在IMrad/s至10Mrad/s的剂量速率下进 行。104. 权利要求101至103任一项的方法，其中木质纤维素材料包含玉米芯或玉米秸。105. 权利要求101至104任一项的方法，其中辐照包括用一个以上的电子束装置向木 质纤维素材料施加辐射。106. 权利要求105的方法，其还包括穿过并在电子束装置之间移动木质纤维素材料。107. 权利要求103的方法，其中电子束装置递送能量为0. 3MeV到2. OMeV的电子。108. 权利要求107的方法，其中电子束装置递送能量为0. 7MeV到1. 25MeV的电子。109. 权利要求101至108任一项的方法，其中转化包括使辐照过的材料与水性介质中 的纤维素酶接触。110. 权利要求101至109任一项的方法，其中细碎木质纤维素材料包括使材料经受以 下一种或多种处理： 石磨、机械扯断或撕裂、销钉碾磨、粉碎或空气摩擦粉碎。111. 权利要求110的方法，其中细碎包括粉碎材料。112. 权利要求101至111任一项的方法，其中燃料选自醇、有机酸、烃及其混合物。113. 权利要求112的方法，其中燃料包括醇。114. 权利要求113的方法，其中醇是乙醇或丁醇。115. 权利要求101的方法，其中用20Mrad至50Mrad之间的辐射总剂量辐照所述木质 纤维素材料。116. 权利要求88-115任一项的方法，其还包括用化学物质处理木质纤维素材料。117. 权利要求116的方法，其中化学物质是碱、矿物酸、或碱和矿物酸。118. 权利要求117的方法，其中用选自以下的碱处理材料：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧 化理和氢氧化铵。119. 权利要求118的方法，其中用氢氧化钾处理材料。120. 权利要求117的方法，其中用选自以下的矿物酸处理材料：硫酸、盐酸和磷酸。121. 权利要求117的方法，其中用硫酸处理材料。122. 权利要求88-121任一项的方法，其中燃料选自醇、有机酸、烃及其混合物。123. 制造糖的方法，所述方法包括： 使预处理过的生物质原料与一种或多种纤维素水解酶接触，其中所述原料已经通过电 子束福射以lOMrad至150Mrad之间的剂量福照进行过预处理；以及 其中生物质原料包括纤维素材料和/或木质纤维素材料。124. 权利要求123的方法，其中辐射的剂量速率从约IMrad/s至10Mrad/s。125. 权利要求123的方法，其中预处理在被选择用于降低生物质的平均分子量和平均 结晶度之一或二者或增加生物质的表面积和孔隙度之一或二者的条件下进行。126. 权利要求123的方法，其中生物质选自：纸、纸制品、废纸、木材、刨花板、锯末、农 业废物、废水、青贮饲料、草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉 米芯、玉米秸、柳枝黍、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。127. 权利要求126的方法，其中生物质选自：木材、刨花板、锯末、农业废物、废水、青贮 饲料、草、稻壳、甘鹿渔、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米結、柳枝 黍、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。128. 权利要求123的方法，其中糖选自葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖及其混 合物。129. 权利要求128的方法，其中糖包括木糖。130. 权利要求123的方法，其中木质纤维素材料包含玉米芯。131. 权利要求123的方法，其中木质纤维素材料包含玉米秸。132. 权利要求131的方法，其中辐照包括用一个以上的电子束装置向木质纤维素材料 施加辐射。133. 权利要求132的方法，其还包括穿过并在电子束装置之间移动木质纤维素材料。134. 权利要求123的方法，其中电子束装置递送能量为0. 3MeV到约2. OMeV的电子。135. 权利要求123的方法，其中电子束装置递送能量为0. 7MeV到约1. 25MeV的电子。136. 权利要求123的方法，其中接触包括使辐照过的材料与水性介质中的纤维素酶接 触。137. 权利要求123-136任一项的方法，其还包括用化学物质处理木质纤维素材料。138. 权利要求137的方法，其中化学物质是碱、矿物酸、或碱和矿物酸。139. 权利要求138的方法，其中用选自以下的碱处理材料：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧 化理和氢氧化铵。140. 权利要求139的方法，其中用氢氧化钾处理材料。141. 权利要求138的方法，其中用选自以下的矿物酸处理材料：硫酸、盐酸和磷酸。142. 权利要求138的方法，其中用硫酸处理材料。143. -种方法，其包括： 将生物质材料糖化产生的糖转化为丁醇。144. 权利要求143的方法，其中利用微生物进行转化。145. 权利要求144的方法，其中微生物包括厌氧细菌。146. 权利要求143的方法，其中转化包括进行发酵。147. 权利要求143的方法，其中糖化包括使生物质材料与一种或多种微生物和/或酶 接触。148. 权利要求143的方法，其还包括在糖化前降低生物质材料的顽抗性。149. 权利要求148的方法，其中降低顽抗性包括进行辐照。150. 权利要求149的方法，其中辐照包括将生物质材料暴露于电子束。151. 权利要求143的方法，其中生物质材料包括纤维素材料或木质纤维素材料。152. 权利要求151的方法，其中生物质材料包括木质纤维素材料。153. 权利要求152的方法，其中木质纤维素材料选自：木材、刨花板、锯末、农业废物、 废水、青贮饲料、草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉 米秸、柳枝黍、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。154. 权利要求143的方法，其中糖选自葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖及其混 合物。155. 权利要求150的方法，其中辐照在约IMrad/s至约10Mrad/s的剂量速率下进行。156. 权利要求150的方法，其中辐照包括向材料施加约20Mrad至约50Mrad之间的总 剂量。157. 权利要求150的方法，其中电子束装置递送能量为0. 3MeV到约2. OMeV的电子。158. 权利要求151的方法，其还包括细碎纤维素材料和/或木质纤维素材料。159. 权利要求143的方法，其中丁醇选自正丁醇、仲丁醇、叔丁醇及其混合物。160. 权利要求143-159任一项的方法，其还包括用化学物质处理木质纤维素材料。161. 权利要求160的方法，其中化学物质是碱、矿物酸、或碱和矿物酸。162. 权利要求161的方法，其中用选自以下的碱处理材料：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧 化理和氢氧化铵。163. 权利要求162的方法，其中用氢氧化钾处理材料。164. 权利要求161的方法，其中用选自以下的矿物酸处理材料：硫酸、盐酸和磷酸。165. 权利要求161的方法，其中用硫酸处理材料。166. 制造丁醇的方法，所述方法包括： 使预处理过的生物质原料与一种或多种微生物和/或酶接触以糖化预处理过的生物 质材料，以及 将糖化产物转化为丁醇， 其中所述原料已经通过辐照所述原料进行过预处理；以及其中生物质原料包括纤维素 材料和/或木质纤维素材料。167. 权利要求166的方法，其中利用厌氧细菌进行转化。168. 权利要求166的方法，其中辐照包括用电子束辐射进行处理至lOMrad至150Mrad 之间的总剂量。169. 权利要求166或167的方法，其中接触包括利用一种或多种纤维素水解酶。170. 权利要求166-169任一项的方法，其中纤维素材料或木质纤维素材料选自草、稻 壳、甘蔗渣、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉米秸、苜蓿、干草、椰须、海草、 藻类及其混合物。171. 权利要求166-170任一项的方法，其中辐照在IMrad/s至10Mrad/s的剂量速率下 进行。172. 权利要求166-171任一项的方法，其中辐照包括向材料施加20Mrad至50Mrad之 间的总剂量。173. 权利要求169的方法，其中电子束递送能量为0. 3MeV到2. OMeV的电子。174. 权利要求166-173任一项的方法，所述方法还包括细碎纤维素材料和/或木质纤 维素材料。175. 权利要求174的方法，其中细碎木质纤维素材料包括使材料经受以下一种或多种 处理：石磨、机械扯断或撕裂、销钉碾磨、粉碎或空气摩擦粉碎。176. 权利要求166-175任一项的方法，其中纤维素材料或木质纤维素材料包括纸。177. -种方法，其包括： 将生物质材料糖化产生的糖转化为烃。178. 权利要求177的方法，其中利用微生物进行转化。179. 权利要求178的方法，其中微生物包括厌氧细菌。180. 权利要求177的方法，其中转化包括进行发酵。181. 权利要求177的方法，其中糖化包括使生物质材料与一种或多种微生物和/或酶 接触。182. 权利要求177的方法，其还包括在糖化前降低生物质材料的顽抗性。183. 权利要求182的方法，其中降低顽抗性包括进行辐照。184. 权利要求183的方法，其中辐照包括将生物质材料暴露于电子束。185. 权利要求177的方法，其中生物质材料包括纤维素材料或木质纤维素材料。186. 权利要求185的方法，其中生物质材料包括木质纤维素材料。187. 权利要求186的方法，其中木质纤维素材料选自：木材、刨花板、锯末、农业废物、 废水、青贮饲料、草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉米芯、玉 米秸、柳枝黍、苜蓿、干草、椰须、海草、藻类及其混合物。188. 权利要求177的方法，其中糖选自葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖及其混 合物。189. 权利要求184的方法，其中辐照在约IMrad/s至约10Mrad/s的剂量速率下进行。190. 权利要求184的方法，其中辐照包括向材料施加约20Mrad至约50Mrad之间的总 剂量。191. 权利要求184的方法，其中电子束装置递送能量为0. 3MeV到约2. OMeV的电子。192. 权利要求185的方法，其还包括细碎纤维素材料和/或木质纤维素材料。193. 权利要求177的方法，其中烃选自甲烷、乙烷、丙烷、戊烷、正己烷及其组合。194. 权利要求177的方法，其中转化包括进行气化。195. 权利要求177-194任一项的方法，其还包括用化学物质处理木质纤维素材料。196. 权利要求195的方法，其中化学物质是碱、矿物酸、或碱和矿物酸。197. 权利要求196的方法，其中用选自以下的碱处理材料：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧 化理和氢氧化铵。198. 权利要求197的方法，其中用氢氧化钾处理材料。199. 权利要求196的方法，其中用选自以下的矿物酸处理材料：硫酸、盐酸和磷酸。200. 权利要求196的方法，其中用硫酸处理材料。201. -种方法，其包括： 将生物质材料糖化产生的低分子量糖转化为糠醛。202. 权利要求201的方法，其还包括在糖化前通过选自以下的方法降低生物质材料的 顽抗性：超声、辐射、氧化、热解、汽爆及其组合。203. 权利要求202的方法，其中降低顽抗性包括进行辐照。204. 权利要求203的方法，其中辐照包括将生物质材料暴露于电子束。205. 权利要求204的方法，其中辐照包括向材料施加约IMrad/s至约10Mrad/s的剂量 速率。206. 权利要求204的方法，其中辐照包括向材料施加约20Mrad至约50Mrad之间的总 剂量。207. 权利要求201的方法，其中生物质包括纤维素材料或木质纤维素材料中的至少一 种。208. 权利要求207的方法，其中木质纤维素材料选自：纸、纸制品、废纸、木材、刨花板、 锯末、农业废物、废水、青贮饲料、草、稻壳、甘蔗渣、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、麦杆、 玉米芯、玉米秸、柳枝黍、苜蓿、干草、椰须、棉花、海草、藻类及其混合物。209. 权利要求201的方法，其中糖选自葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖及其混 合物。210. 权利要求201的方法，其中糖是木糖。211. 权利要求201的方法，其中糖化包括使生物质与酶或微生物接触。212. 权利要求211的方法，其中酶包括纤维素酶。213. 权利要求203的方法，其还包括用热和/或化学物质处理糖。214. 权利要求213的方法，其中化学物质选自酸、碱和强氧化剂。215. 权利要求213的方法，其中化学物质是酸。216. -种方法，其包括： 将生物质材料糖化产生的葡萄糖转化为燃料；以及 将生物质材料糖化产生的木糖转化为联产物， 其中生物质在糖化前已经通过选自以下的方法进行过处理以降低生物质的顽抗性：超 声、辐射、氧化、热解、汽爆及其组合，以及其中糖化包括用酶或生物体处理生物质。217. 权利要求216的方法，其中联产物是糠醛。218. 权利要求216的方法，其中燃料选自醇、有机酸、糖、烃及其混合物。219. 权利要求201-218任一项的方法，其还包括用化学物质处理木质纤维素材料。220. 权利要求219的方法，其中化学物质是碱、矿物酸、或碱和矿物酸。221. 权利要求220的方法，其中用选自以下的碱处理材料：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧 化理和氢氧化铵。222. 利要求221的方法，其中用氢氧化钾处理材料。223. 权利要求220的方法，其中用选自以下的矿物酸处理材料：硫酸、盐酸和磷酸。224. 权利要求220的方法，其中用硫酸处理材料。225. 制造包括醇的可燃的燃料的方法，所述方法包括： 转化预处理过的生物质原料，所述转化包括使所述原料与一种或多种纤维素水解酶接 触并利用微生物来产生可燃的燃料，所述微生物是真菌或细菌，其中所述转化包括用真菌 或细菌进行发酵， 其中所述原料已经通过电子束福射以lOMrad至150Mrad之间的剂量福照进行过预处 理；以及 其中生物质原料包括纤维素材料和/或木质纤维素材料。226. 权利要求225的方法，其中生物质原料已经被剪切到其堆密度小于0. 35g/cm3的 程度。227. 权利要求225的方法，其还包括通过剪切制备所述生物质原料。228. 权利要求225的方法，其中材料处于纤维材料的形式，所述纤维材料已经通过石 磨、机械扯断或撕裂、销钉碾磨或空气摩擦粉碎制备。229. 权利要求225的方法，其中材料已经被剪切过以提供第一纤维材料，所述第一纤 维材料已经被通过平均孔径为1. 59mm以下的第一筛网以提供第二纤维材料，以及所述第 二纤维材料具有大于0. 25m2/g的BET表面积。230. 权利要求229的方法，其中所述第二纤维材料具有大于lm2/g的BET表面积。231. 权利要求227的方法，其中剪切过的生物质包含长度直径比（L/D)大于5/1的离 散纤维。232. 权利要求225的方法，其中辐射的剂量速率为0. 5Mrad/天至lOMrad/天或IMrad/ s 至 10Mrad/s。233. 权利要求225的方法，其中预处理在被选择用于降低生物质的平均分子量和平均 结晶度之一或二者或增加生物质的表面积和孔隙度之一或二者的条件下进行。234. 权利要求225的方法，其中生物质选自：纸、纸制品、废纸、木材、刨花板、锯末、农 业废物、废水、青贮饲料、草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉 米芯、玉米秸、柳枝黍、苜蓿、干草、稻壳、椰须、棉花、海草、藻类及其混合物。235. 权利要求225的方法，其中燃料包括乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或其混合物。236. 权利要求225的方法，其中生物质原料具有内部纤维，并且其中生物质原料已经 被剪切到其内部纤维基本上暴露的程度。237. 权利要求229或230的方法，其中所述第二纤维材料具有大于25%、50%或70% 的孔隙度。238. 权利要求225的方法，其中纤维素水解酶选自内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶和 纤维二糖酶。239. 权利要求225的方法，其中所述真菌是酵母且pH从4到5、或者所述细菌是发酵 单胞菌属（Zymomonas)且pH从5到6,以及发酵时间从24到96小时，温度从26°C到40°C。240. 权利要求225的方法，其中首先用酶处理含有纤维素的预处理过的原料，然后将 其与微生物混合，或者其中将所述原料、一种或多种酶以及微生物同时混合。241. 权利要求225-240任一项的方法，其还包括用化学物质处理木质纤维素材料。242. 权利要求241的方法，其中化学物质是碱、矿物酸、或碱和矿物酸。243. 权利要求242的方法，其中用选自以下的碱处理材料：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧 化理和氢氧化铵。244. 利要求243的方法，其中用氢氧化钾处理材料。245. 权利要求242的方法，其中用选自以下的矿物酸处理材料：硫酸、盐酸和磷酸。246. 权利要求242的方法，其中用硫酸处理材料。247. 制造可燃的燃料的方法，所述可燃的燃料是氢气，所述方法包括： 转化预处理过的生物质原料，所述转化包括使所述原料与一种或多种纤维素水解酶接 触并利用微生物来产生可燃的燃料，所述微生物是真菌或细菌或酵母，其中所述转化包括 用真菌或细菌或酵母进行发酵， 其中所述原料已经通过电子束福射以lOMrad至150Mrad之间的剂量福照进行过预处 理；以及 其中生物质原料包括纤维素材料和/或木质纤维素材料。248. 权利要求247的方法，其中生物质原料已经被剪切到其堆密度小于0. 35g/cm3的 程度。249. 权利要求247的方法，其还包括通过剪切制备所述生物质原料。250. 权利要求247的方法，其中材料处于纤维材料的形式，所述纤维材料已经通过石 磨、机械扯断或撕裂、销钉碾磨或空气摩擦粉碎制备。251. 权利要求247的方法，其中材料已经被剪切过以提供第一纤维材料，所述第一纤 维材料已经被通过平均孔径为1. 59mm以下的第一筛网以提供第二纤维材料，以及所述第 二纤维材料具有大于0. 25m2/g的BET表面积。252. 权利要求251的方法，其中所述第二纤维材料具有大于lm2/g的BET表面积。253. 权利要求249的方法，其中剪切过的生物质包含长度直径比（L/D)大于5/1的离 散纤维。254. 权利要求247的方法，其中辐射的剂量速率为0. 5Mrad/天至lOMrad/天或IMrad/ s 至 10Mrad/s。255. 权利要求247的方法，其中预处理在被选择用于降低生物质的平均分子量和平均 结晶度之一或二者或增加生物质的表面积和孔隙度之一或二者的条件下进行。256. 权利要求247的方法，其中生物质选自：纸、纸制品、废纸、木材、刨花板、锯末、农 业废物、废水、青贮饲料、草、稻壳、甘蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹、剑麻、蕉麻、禾杆、玉 米芯、玉米秸、柳枝黍、苜蓿、干草、稻壳、椰须、棉花、海草、藻类及其混合物。257. 权利要求247的方法，其中生物质原料具有内部纤维，并且其中生物质原料已经 被剪切到其内部纤维基本上暴露的程度。258. 权利要求251或252的方法，其中所述第二纤维材料具有大于25%、50%或70% 的孔隙度。259. 权利要求247的方法，其中纤维素水解酶选自内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶和 纤维二糖酶。260. 权利要求247的方法，其中首先用酶处理含有纤维素的预处理过的原料，然后将 其与微生物混合，或者其中将所述原料、一种或多种酶以及微生物同时混合。261. 权利要求247-260任一项的方法，其还包括用化学物质处理木质纤维素材料。262. 权利要求261的方法，其中化学物质是碱、矿物酸、或碱和矿物酸。263. 权利要求262的方法，其中用选自以下的碱处理材料：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧 化理和氢氧化铵。264. 利要求263的方法，其中用氢氧化钾处理材料。265. 权利要求262的方法，其中用选自以下的矿物酸处理材料：硫酸、盐酸和磷酸。266. 权利要求262的方法，其中用硫酸处理材料。267. 制造可燃的燃料的方法，所述可燃的燃料是烃，所述方法包括： 转化预处理过的生物质原料，所述转化包括使所述原料与一种或多种纤维素水解酶接 触并利用微生物来产生可燃的燃料，所述微生物是真菌或细菌或酵母，其中所述转化包括 用真菌或细菌或酵母进行发酵， 其中所述原料已经通过电子束福射以lOMrad至150Mrad之间的剂量福照进行过预处 理；以及 其中生物质原料包括纤维素材料和/或木质纤维素材料。268. 权利要求267的方法，其中生物质原料已经被剪切到其堆密度小于0. 35g...

【专利技术属性】
技术研发人员：马歇尔·麦道夫，
申请(专利权)人：希乐克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US