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】
本申请为国际申请号为PCT/US2007/022719，国际申请日为2007年10月26日，专利技术名称为“生物质加工”的PCT申请于2009年6月19日进入中国国家阶段后申请号为200780047397.8的中国国家阶段专利申请的分案申请。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.60/859,911、2006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。背景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、锯末和秸秆。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)”。概述总的来说，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。一方面，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10Mrad，施加的超声的总能量在5MJ/m3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℃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10Mrad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γ-射线、电子束、或具有从大约100nm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10Mrad到大约150Mrad之间，例如剂量率为大约0.5到大约10Mrad/天，或1Mrad/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γ-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，第二种纤维素具有比第一结晶度低的第二结晶度。例如，第二结晶度可以比第一结晶度低大约10％以上。在某些实施方案中，第一种纤维素可以具有第一氧化水平，第二种纤维素具有高于第一氧化水平的第二氧化水平。例如，生物质原料可以通过剪切生物质纤维源以提供纤维材料来制备。例如，剪切可以使用滚刀切割机来进行。纤维材料的纤维可以具有例如大于5/1的平均长本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，包括利用酶和/或微生物将经处理的生物质原料转化成产品，所述产品选自由醇类、有机酸、糖、烃以及它们的混合物组成的组，其中所述经处理的生物质原料已经通过利用电子束以至少1.0Mrad/s的剂量率辐照生物质原料一段充分时间从而将约10Mrad至150Mrad的辐射投送到所述生物质原料而制备，以使得经辐照的生物质原料比电子束处理之前的所述生物质原料对化学、酶和/或生物攻击更敏感，所述生物质原料在电子束辐照之前已经通过研磨、粉碎、或剪切物理处理。
【技术特征摘要】
2006.10.26 US 60/854,519;2006.10.27 US 60/863,290;1.一种方法，包括利用酶和/或微生物将经处理的生物质原料转化成产品，所述产品选自由醇类、有机酸、糖、烃以及它们的混合物组成的组，其中所述经处理的生物质原料已经通过利用电子束以至少1.0Mrad/s的剂量率辐照生物质原料一段充分时间从而将约10Mrad至150Mrad的辐射投送到所述生物质原料而制备，以使得经辐照的生物质原料比电子束处理之前的所述生物质原料对化学、酶和/或生物攻击更敏感，所述生物质原料在电子束辐照之前已经通过研磨、粉碎、或剪切物理处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质原料具有小于约0.5g/cm3的堆密度。3.根据权利要求1所述的方法，其中在物理处理之前的初始原料具有大于约0.7g/cm3的堆密度。4.根据权利要求1所述的方法，其中物理处理所述生物质原料包括通过石磨、机械扯断或撕裂、销钉研磨、或空气摩擦粉碎来降低初始原料的尺寸。5.根据权利要求1所述的方法，其中物理处理所述生物质原料包括剪切所述生物质原料。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述生物质原料具有内部纤维，并且其中所述生物质原料已经被剪切到其内部纤维基本上得以暴露的程度。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质原料包括纤维素或木质纤维素材料。8.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述生物质原料在选定条件下进行以使得生物质的分子量降低。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质具有大于0.25m2/g的BET表面积。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质具有至少5的长径比。11.根据权利要求1所述的方法，其中转化所述经处理的生物质原料包括发酵所述经处理的生物质原料。12.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述生物质原料在选定条件下执行，以使得降低所述生物质的平均分子量和平均结晶度中的一个或两者、或者增大所述生物质的表面积和孔隙度中的一个或两者。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质包括材料，所述材料选自由纸、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、藻类或它们的混合物组成的组。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质原料具有大于70％的孔隙度。15.根据权利要求1所述的方法，...
【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
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