Un procedimiento para digerir una biomasa que comprende lignina junto con celulosa y hemicelulosa.

Un procedimiento para digerir una biomasa que comprende lignina,

junto con celulosa y/o hemicelulosa,

que comprende las etapas de:

(a) hacer contactar la biomasa con un primer disolvente para disolver la celulosa y/o la hemicelulosa,

(b) hacer contactar la celulosa y/o la hemicelulosa disueltas con un precipitante para formar un precipitado que comprende celulosa y/o hemicelulosa y lignina residual, en la que el precipitante se selecciona de entre el grupo constituido por alcanos, éteres y ésteres y

(c) hacer contactar el precipitado con un segundo disolvente para eliminar la lignina residual del precipitado.

Un procedimiento para digerir una biomasa que comprende lignina junto con celulosa y hemicelulosa.

La presente invención se refiere a un procedimiento para digerir una biomasa que comprende lignina, junto con celulosa y/o hemicelulosa. Según este procedimiento, la biomasa con contenido de lignocelulosa se fracciona para separar la lignina de los hidratos de carbono que, posteriormente, se pueden fermentar de manera eficaz para dar productos útiles, tales como metano (biogás), hidrógeno, etanol, acetona, butanol y/o ¡sopropanol. El procedimiento permite usar lignocelulosa, como nueva clase de sustratos rentables para procedimientos de fermentación eficaces. 1 La Invención se refiere además a un aparato para llevar a cabo un procedimiento de este tipo.

Introducción

Anteriormente, se han usado procedimientos de reducción a pasta de papel para separar la celulosa de la lignina y 15 otros componentes de materiales con contenido de lignocelulosa. Por ejemplo, se han usado varios tipos de sustancias químicas inorgánicas en agua para modificar la lignina para hacer que sea hidrosoluble. Dichos procedimientos presentan un problema por cuanto se refiere a recuperar o destruir las sustancias químicas Inorgánicas.

Se han propuesto otros procedimientos usando disolventes orgánicos para disolver la lignina del material con contenido de lignocelulosa. Dichos procedimientos han resultado caros debido a los elevados costes de la recuperación del disolvente necesario.

Otros procedimientos incluían una combinación de ácidos y alcoholes con agua. No obstante, la presencia de 25 exceso de agua puede ser perjudicial para el procedimiento debido a los costosos sistemas de recuperación.

Además, las elevadas temperaturas de muchos procedimientos conocidos desencadenan una reacción de hemicelulosa a furfural que inhibe las enzimas y los microorganismos de la posterior fermentación que exige una desintoxicación laboriosa y cara.

En resumen, muchos procedimientos conocidos en el estado de la técnica son costos y muestran dificultades, por cuanto se refiere a la recuperación del disolvente, que podrían acarrear laboriosas etapas de procedimiento, tales como separar distintos disolventes mediante centrifugación o desintoxicación.

Breve descripción de la invención

Por consiguiente, el problema subyacente de la presente invención era proporcionar un procedimiento para digerir una biomasa que comprende lignina, junto con celulosa y/o hemicelulosa (biomasa con contenido de lignocelulosa), que fuera económico y que se pudiera llevar a cabo sin la necesidad de equipos caros.

Este problema se soluciona por medio de un procedimiento según la presente invención. En resumen, un procedimiento de este tipo para digerir biomasa que comprende lignina, junto con celulosa y/o hemicelulosa, puede comprender las siguientes etapas. En primer lugar, se hace contactar la biomasa con un primer disolvente para disolver la celulosa y la hemicelulosa. En segundo lugar, se precipitan la celulosa y/o la hemicelulosa haciéndolas 45 contactar con un precipitante para dar un sólido compacto, en la que el precipitante se selecciona de entre el grupo constituido por aléanos, éteres y ásteres o una mezcla de éstos. El precipitado formado de este modo puede contener bajas cantidades de lignina residual además de celulosa y/o hemicelulosa. De manera ventajosa, el precipitado formado tiene un contenido relativamente bajo del primer disolvente y, en particular, del precipitante, lo que reduce el volumen del disolvente necesario en las siguientes etapas. En tercer lugar, se hace contactar el 5 precipitado con un segundo disolvente para disolver la lignina del precipitado. Esta etapa también se puede llevar a cabo en el momento de precipitar la celulosa y/o la hemicelulosa. En cuarto lugar, el precipitado con contenido de celulosa y hemicelulosa amorfas se puede lavar con un tercer disolvente biocompatible para eliminar los restos del primer disolvente, del precipitante y/o del segundo disolvente. En quinto lugar, opcionalmente, se puede llevar a cabo una fermentación aeróbica o anaeróbica de la celulosa, de la hemicelulosa y/o de la lignina, por ejemplo, 55 fermentación biogás, fermentación alcohólica, o fermentación AB. Dicha fermentación incluye la fragmentación de la celulosa y la hemicelulosa en oligómeros de azúcares de menor tamaño.

Este procedimiento tiene la ventaja de ser comparativamente económico. Además, se puede llevar a cabo sin difíciles etapas de separación o recuperación de disolventes, tales como las que requieren centrifugación y/o

separación de fases. Además, en el procedimiento de la invención, no es necesario llevar a cabo una etapa de

desintoxicación.

El procedimiento de la invención se puede llevara cabo como procedimiento continuo para obtener azúcares de una 5 biomasa con contenido de lignocelulosa, pero también puede ser un procedimiento por lotes o por lotes alimentados (véanse las figuras 1 y 2). El procedimiento de la invención se puede combinar con una fermentación aeróbica o anaeróbica, en particular, para preparar disolventes, biogás, biocombustibles y/u otras sustancias químicas.

Además, la invención esta relacionada con un aparato para llevara cabo el procedimiento de la invención.

Descripción detallada de la invención

El presente procedimiento para digerir una biomasa que comprende lignina, junto con celulosa y/o hemicelulosa, comprende las siguientes etapas:

En primer lugar, la biomasa se pone en contacto con un primer disolvente para disolver la celulosa y/o la hemicelulosa. Esto se realiza, preferentemente, a una temperatura inferior a 12 °C y a una presión inferior a 3 kPa durante menos de 4 horas.

En segundo lugar, la celulosa y/o hemicelulosa disueltas se precipitan poniéndolas en contacto con un precipitante para formar un precipitado que comprende celulosa y/o hemicelulosa y lignina residual, preferentemente, a una temperatura inferior a 12 °C y a una presión inferior a 3 kPa durante menos de 3 min. El precipitante que se usa en esta etapa se selecciona de entre el grupo constituido por aléanos, éteres y ésteres, que se describen detalladamente más adelante.

En tercer lugar, se hace contactar el precipitado con un segundo disolvente para eliminar la lignina residual del precipitado disolviéndola, preferentemente, el precipitado a una temperatura inferior a 12 °C y a una presión inferior a 3 kPa durante menos de 6 min. Esta etapa también se puede llevar a cabo junto con la segunda etapa de precipitación de la celulosa y/o hemicelulosa, es decir, simultáneamente a la misma.

El uso de un alcano, un éter y/o un éster, como precipitante, da lugar a un precipitado con bajas cantidades de precipitante, es decir, con un volumen bajo. Esto permite el uso de menores cantidades de disolventes en las etapas posteriores del procedimiento de la invención. Por lo tanto, los costes del procedimientos son menores que los de procedimientos que usan precipitantes conocidos.

En este documento, el término digestión o digerir una biomasa se usa, en particular, en relación con hacer la biomasa, es decir, al menos uno de sus componentes, accesible para una fermentación aeróbica o anaeróbica de la celulosa, de la hemicelulosa y/o de la lignina.

En una forma de realización preferente de la invención, el procedimiento comprende, además, la etapa de hacer contactar o mezclar el precipitado con contenido de celulosa y/o hemicelulosa amorfas con un tercer disolvente para eliminar el primer disolvente residual, el precipitante residual y/o el segundo disolvente residual del precipitado. Esta etapa elimina las sustancias residuales (concretamente, el primer disolvente, el precipitante y/o el segundo disolvente) que pudiera seguir habiendo en el precipitado y que pudieran interferir negativamente con una posible 45 etapa posterior de fermentación. Por lo tanto, esta etapa hace que los productos de digestión sean biocompatibles. Preferentemente, esta etapa se lleva a cabo a una temperatura inferior a 12 °C y a una presión inferior a 3 kPa durante menos de 6 min.

Opcionalmente, en otra forma de realización preferente de la invención, el procedimiento comprende, 5 adicionalmente, la etapa de hacer contactar o mezclar el precipitado con un cuarto disolvente, que puede ser agua o una disolución tampón, tal como una disolución de citrato, una disolución de fosfato, una disolución HEPES, una disolución Tris, una disolución MOPS o una disolución similar para disolver y/o suspender la celulosa y/o la hemicelulosa. Preferentemente, esta etapa se lleva a cabo a una temperatura inferior a 1 °C durante menos de 6 min. Posteriormente, se puede llevar a cabo una fermentación aeróbica... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para digerir una biomasa que comprende lignina, junto con celulosa y/o hemicelulosa,

que comprende las etapas de:

(a) hacer contactar la biomasa con un primer disolvente para disolver la celulosa y/o la hemicelulosa,

(b) hacer contactar la celulosa y/o la hemicelulosa disueltas con un precipitante para formar un precipitado que comprende celulosa y/o hemicelulosa y lignina residual, en la que el precipitante se selecciona de entre el grupo constituido por aléanos, éteres y ásteres y

(c) hacer contactar el precipitado con un segundo disolvente para eliminar la lignina residual del precipitado.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (b) se lleva a cabo a la vez que la etapa

(c).

3. El procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, que comprende además la etapa de

(d) hacer contactar el precipitado con un tercer disolvente para eliminar el primer disolvente residual, el precipitante residual y/o el segundo disolvente residual del precipitado.

4. El procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además las etapas de 25

(e) hacer contactar el precipitado con un cuarto disolvente para disolver y/o resuspender la celulosa y/o la hemicelulosa, en la que el cuarto disolvente se selecciona de entre un grupo constituido por agua y disoluciones tampón y

(f) llevar a cabo una fermentación aeróbica o anaeróblca de la celulosa, de la hemicelulosa y/o de la lignina.

5. El procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4, en el que el primer disolvente se selecciona de entre el grupo constituido por

- ácidos Inorgánicos;

- hldróxldos Inorgánicos;

- ácidos orgánicos;

- disoluciones Iónicas;

- disoluciones de al menos un complejo de metales de transición;

- agua y

- una mezcla de cualquiera de los compuestos que se han mencionado anteriormente.

6. El procedimiento según las reivindicaciones 1 a 5, en el que los aléanos son aléanos con 8 o menos 5 átomos de C.

7. El procedimiento según las reivindicaciones 1 a 6, en el que los éteres son éteres con 8 o menos átomos de C.

8. El procedimiento según las reivindicaciones 1 a 7, en el que los ásteres son ásteres con 8 o menos

átomos de C.

9. El procedimiento según las reivindicaciones 1 a 8, en el que el segundo disolvente se elige de entre el

grupo constituido por

- cetonas con 7 o menos átomos de C;

- alcoholes;

- aldehidos;

- agua y

- una mezcla de cualquiera de los compuestos que se han mencionado anteriormente.

1. El procedimiento según las reivindicaciones 1 a 9, en el que el tercer disolvente se elige de entre el grupo constituido por

- agua y

- disolución de hemicelulosa, en particular disolución de hemicelulosa saturada.

11. El procedimiento según las reivindicaciones 1 a 1, en el que la relación entre el primer disolvente y la 2 biomasa es al menos 5:1 (masa/masa) y/o en el que la relación volumétrica entre el primer disolvente y el

precipitante es de 1:1 a 1:3 (volumen/volumen).

12. Uso de un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 11 para digerir una biomasa que comprende lignina junto con celulosa y/o hemicelulosa.

13. Un aparato para llevara cabo un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 11, que comprende

- un primer recipiente (21) para digerir una biomasa que comprende lignina, junto con celulosa y/o hemicelulosa, con

- un primer medio de introducción (24) para introducir un primer disolvente, para disolver la celulosa y/o la hemicelulosa, en el primer recipiente (21) para hacer contactar la biomasa con el primer disolvente;

- un segundo medio de introducción (27) para introducir un precipitante, para formar un precipitado que comprende 35 celulosa y/o hemicelulosa y lignina residual, en el primer recipiente (21) para hacer contactar la celulosa y/o

hemicelulosa disueltas con el precipitante y

- un tercer medio de introducción (21) para introducir un segundo disolvente, para eliminar la lignina residual del precipitado, en el primer recipiente (21) para hacer contactar el precipitado con el segundo disolvente,

en el que el primero (24), el segundo (27) y el tercer medio de introducción (21) están dispuestos a fin de permitir una introducción coordinada en tiempo del primer disolvente, el precipitante y el segundo disolvente en el primer recipiente (21) y

en el que un medio de realimentación (225) para reciclar el precipitante está orientado en el primer recipiente (21) de manera que el precipitante se puede realimentar al primer recipiente (21).

14. El aparato según la reivindicación 13, que comprende además

un cuarto medio de introducción (214) para introducir un tercer disolvente, para eliminar el primer disolvente residual, el precipitante residual y/o el segundo disolvente residual del precipitado, en el primer recipiente (21) para hacer contactar el precipitado con el tercer disolvente.

15. Uso de un aparato según las reivindicaciones 13 ó 14 para llevar a cabo un procedimiento según las 55 reivindicaciones 1 a 11.