Proceso para la hidrólisis de la celulosa.

Un proceso para la hidrólisis de celulosa que comprende los pasos secuenciales:

a) mezclar celulosa con una viscosidad inferior a 900 ml/g con una solución acuosa para obtener un líquido,en donde las partículas que comprenden celulosa en dicho líquido tienen un diámetro de 200 nm como máximo, endonde la temperatura de la solución acuosa es inferior a 20ºC, y en donde el pH de la solución acuosa es superior a12,

b) someter el líquido a al menos uno de los pasos siguientes:

i) reducción del pH del líquido en al menos una unidad de pH,

ii) aumento de la temperatura al menos en 20ºC, y

c) hidrolizar la celulosa.

Proceso para la hidrólisis de la celulosa.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un proceso para mejorar la degradación de la celulosa.

Antecedentes La celulosa es un constituyente importante de las plantas y comprende unidades de glucosa anhidra. Cuando la celulosa se despolimeriza, puede obtenerse glucosa, la cual puede utilizarse para muchos propósitos diferentes con inclusión de la fabricación de etanol utilizando levadura.

La degradación de la celulosa es complicada debido a la capacidad de resistencia del material.

Cuando la celulosa se hidroliza con ácidos concentrados, se forman subproductos que pueden actuar como inhibidores para la levadura en un paso subsiguiente de la fabricación de etanol. Con objeto de conseguir una degradación total de la celulosa, se requiere una larga duración de la hidrólisis, y durante una hidrólisis prolongada la celulosa disuelta puede reaccionar ulteriormente y formar inhibidores de la levadura.

Otro enfoque consiste en degradar la celulosa con enzimas. Sin embargo, los procesos enzimáticos actuales son costosos, principalmente porque son lentos y porque las enzimas son relativamente caras.

Otro enfoque adicional es la hidrólisis con ácido diluido. Este enfoque adolece también de problemas de degradación lenta.

Existen varias medidas conocidas para disolver la celulosa para diversas aplicaciones que incluyen la fabricación de fibras celulósicas regeneradas. En tales procesos se utilizan a menudo productos químicos caros.

Zhao et al., en Biotechnology and Bioengineering, pp. 1320-1328, Vol. 99, No. 6, 2008 dan a conocer el tratamiento de haces de fibras de madera con NaOH y NaOH/urea. Se expone el tratamiento con NaOH fría. La pulpa tratada se neutraliza. Cualquier cantidad de celulosa que se disuelva en la solución de NaOH ya no se utiliza aparentemente. Se expone que el tratamiento con NaOH fría es ventajoso. El rendimiento se mejora con pretratamiento.

WO 2008/095098 da a conocer un proceso para la fabricación de azúcar a partir de biomasa, donde la biomasa se somete a pretratamiento con solución alcalina para mejorar la hidrólisis subsiguiente. La temperatura se incrementa y es 50-150ºC, preferiblemente 80-140ºC.

Jeihanipour et al, en Biorecource Technology, pp. 1007-1010, Vol. 100, 2009 dan a conocer el pretratamiento alcalino de línters de algodón seguido por hidrólisis enzimática. Se expone que las temperaturas bajas mejoran el proceso. El material celulósico que se utiliza no se disuelve o suspende en la solución alcalina, permaneciendo sólido. Un problema en esta tecnología es que algo del material celulósico se disuelve y se desecha, lo cual reduce el rendimiento.

EP 0 344 371 A1 da a conocer un método para la producción de monosacáridos por hidrólisis de materiales lignocelulósicos. No se produce disolución alguna de la celulosa, en la que se recupere la celulosa disuelta. La celulosa se lava, pero la celulosa que se disuelve no se recupera aparentemente.

US 4.089.745 da a conocer un proceso para conversión enzimática de celulosa de cáscara de maíz en glucosa. De nuevo, no se produce disolución alguna de la celulosa, en la que se recupere la celulosa disuelta. La celulosa se lava, pero la celulosa que se disuelve no se recupera aparentemente.

US 2008/0102502 A1 concierne a la recuperación de sal inorgánica durante el procesamiento de alimentaciones lignocelulósicas. Se menciona que puede utilizarse dióxido de carbono para ajustar el pH.

Existe necesidad de un proceso mejorado para la degradación de la celulosa.

Sumario Es un objeto de la presente invención obviar al menos algunas de las desventajas de la técnica anterior y proporcionar un proceso mejorado para el tratamiento de la celulosa.

En un primer aspecto, se proporciona un proceso para la hidrólisis de la celulosa que comprende los pasos secuenciales: (a) mezclar celulosa con una viscosidad inferior a 900 ml/g con una solución acuosa para obtener un líquido, en donde las partículas que comprenden celulosa en dicho líquido tienen un diámetro de 200 nm como máximo, en donde la temperatura de la solución acuosa es inferior a 35ºC, y en donde el pH de la solución acuosa es superior a 12, (b) someter el líquido a al menos uno de los pasos: (i) reducir el pH del líquido en al menos 1 unidad de pH, y (ii) aumentar la temperatura al menos en 20ºC, y (c) hidrolizar la celulosa.

En un segundo aspecto, se proporciona glucosa fabricada de acuerdo con el proceso.

En un tercer aspecto, se proporciona etanol fabricado de acuerdo con el proceso.

Aspectos y realizaciones adicionales se definen en las reivindicaciones adjuntas, que se incorporan específicamente en esta memoria por referencia.

Las ventajas incluyen que se proporciona la posibilidad de hidrolizar la celulosa más rápidamente y en mayor proporción después del tratamiento con un rendimiento mejorado.

Una ventaja es que el rendimiento se incrementa comparado con los métodos que desechan una solución de tratamiento alcalino. En el presente método, el material celulósico se trata con una solución alcalina, y la solución alcalina, que comprende inevitablemente celulosa, no se desecha.

Otra ventaja es que el líquido puede bombearse, dado que es una solución y/o un sistema coloidal con partículas no mayores que 200 nm.

Otra ventaja es que el desecho del material celulósico se reduce o incluso se elimina.

Otra ventaja adicional es que la celulosa hidrolizada es más fácil de fermentar por ejemplo a etanol, dado que se forman menos o nada de subproductos durante la hidrólisis.

Otra ventaja es que el proceso puede utilizarse tanto para la hidrólisis enzimática como para la hidrólisis ácida de la celulosa.

Comparado con los métodos conocidos, el presente proceso es fácil de realizar en un montaje en gran escala.

Definiciones Antes de exponer y describir la invención en detalle, debe entenderse que esta invención no se limita a los compuestos, configuraciones, pasos de método, sustratos, y materiales particulares expuestos en esta memoria, dado que tales compuestos, configuraciones, pasos de método, sustratos, y materiales pueden variar en cierto grado. Debe entenderse también que la terminología empleada en esta memoria se utiliza únicamente para el propósito de describir realizaciones particulares, y no debe considerarse limitante, dado que el alcance de la presente invención está limitado únicamente por las reivindicaciones adjuntas y equivalentes de las mismas.

Debe tenerse en cuenta que, como se utilizan en esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un/una", y "el/la" incluyen los plurales correspondientes, a no ser que el contexto dicte claramente otra cosa.

Si no se define nada más, debe entenderse que cualesquiera términos y la terminología científica utilizados en esta memoria tienen los significados entendidos comúnmente por los expertos en la técnica a la que se refiere esta invención.

A no ser que se indique claramente, todos los porcentajes se calculan en peso.

El término "aproximadamente", como se utiliza en conexión con un valor numérico a lo largo de la descripción y las reivindicaciones, denota un intervalo de exactitud habitual y aceptable para una persona experta en la técnica. Dicho intervalo es ± 10%.

La expresión "sistema coloidal" se utiliza en esta memoria para designar un sistema que comprende dos fases separadas, una fase dispersa y una fase continua. La fase dispersa comprende partículas con un diámetro medio comprendido entre 5 y 200 nm. En la presente invención, un sistema coloidal comprende partículas que contienen celulosa con un diámetro medio comprendido entre 5 y 200 nm en una fase acuosa continua, donde la fase acuosa puede comprender celulosa disuelta y otras sustancias disueltas.

El "diámetro" de una partícula irregular, como se utiliza en esta memoria, es la distancia más larga entre dos puntos en su superficie.

El término "fluido" se utiliza en esta memoria para designar una sustancia que se deforma (fluye) continuamente bajo un esfuerzo de cizalla aplicado. Dicho fluido comprende la totalidad de líquidos y gases.

"Hidrólisis" se utiliza en esta memoria para designar un proceso en el cual un compuesto químico se descompone por interacción con agua.

"Líquido" se utiliza en esta memoria para designar un fluido que puede formar libremente una superficie distinta en los límites de su material a granel. El término líquido abarca tanto soluciones como sistemas coloidales tales como una suspensión coloidal.

"Solución" se utiliza en esta... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la hidrólisis de celulosa que comprende los pasos secuenciales:

a) mezclar celulosa con una viscosidad inferior a 900 ml/g con una solución acuosa para obtener un líquido, en donde las partículas que comprenden celulosa en dicho líquido tienen un diámetro de 200 nm como máximo, en donde la temperatura de la solución acuosa es inferior a 20ºC, y en donde el pH de la solución acuosa es superior a 12,

b) someter el líquido a al menos uno de los pasos siguientes:

i) reducción del pH del líquido en al menos una unidad de pH,

ii) aumento de la temperatura al menos en 20ºC, y

c) hidrolizar la celulosa.

2. El proceso según la reivindicación 1, en el cual la viscosidad de la celulosa es inferior a 700 ml/g.

3. El proceso según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un paso antes del paso a) , en el cual la viscosidad de celulosa se reduce hasta por debajo de 900, preferiblemente por debajo de 700 ml/g.

4. El proceso según la reivindicación 3, en el cual la viscosidad se reduce por tratamiento con ácido.

5. El proceso según la reivindicación 3, en el cual la viscosidad se reduce por tratamiento con al menos uno seleccionado del grupo constituido por reactivo de Fenton y una solución alcalina.

6. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el cual la solución acuosa comprende NaOH.

7. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el cual el líquido se filtra entre el paso a) y el paso b) .

8. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el cual el líquido se centrifuga entre el paso a) y el paso b) .

9. El proceso según con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el cual el pH se reduce en el paso b) por adición de un ácido.

10. El proceso según la reivindicación 9, en el cual el ácido es ácido sulfúrico.

11. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el cual el pH se reduce en el paso b) por adición de al menos una entidad química seleccionada de CO2, y H2CO3.

12. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el cual la temperatura es inferior a 15ºC en el paso a) .

13. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el cual la celulosa que no se ha disuelto y/o suspendido en el paso a) a un tamaño de partícula inferior a 200 nm se recicla al paso a) .

14. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el cual el paso c) comprende hidrólisis enzimática de la celulosa.

15. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el cual el paso c) comprende hidrólisis ácida de la celulosa.