Mejora de tratamiento previo de la biomasa.

Un método para la preparación de un producto de biomasa pretratada mejorado que comprende:

a) proporcionar la biomasa;

b) pretratar dicha biomasa al poner en contacto dicha biomasa en condiciones adecuadas a una temperatura de 4 ºC a 200 ºC con una solución acuosa que comprende amoníaco para formar una mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, en la que el amoníaco está presente en una concentración por lo menos suficiente para mantener el pH alcalino de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, pero en la que dicho amoníaco está presente en menos de 12 por ciento en peso con respecto al peso en seco de la biomasa, y además en la que el peso en seco de la biomasa se encuentra en una alta concentración de sólidos de por lo menos 15 por ciento en peso con respecto al peso de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso por medio de lo cual se forma un producto de sólidos de biomasa pretratada y un licor de tratamiento previo de biomasa que comprende uno o más compuestos inhibidores; y

c) retirar dicho licor de tratamiento previo de biomasa;

en el que el producto de sólidos de biomasa pretratada tiene una cantidad reducida de los compuestos inhibidores de ácido acético y acetamida y una reducción en el contenido de azúcar de no más que el 10%.

Mejora de tratamiento previo de la biomasa Campo de la invención

Se proporciona un método para producir un producto de biomasa pretratada mejorado para su uso en la sacarificación para producir un hidrolizado de alto contenido de azúcar. En forma especifica, el producto de biomasa pretratada derivada del uso del presente método tiene un menor número de inhibidores de sacarificación y/o fermentación.

Antecedentes

Las materias primas y residuos celulósicos y lignocelulósicos, tales como los residuos agrícolas, madera, residuos forestales, los lodos procedentes de la fabricación de papel y los residuos sólidos urbanos e industriales, proporcionan una gran materia prima potencialmente renovable para la producción de productos de valor, tales como los combustibles y otros productos químicos. Las materias primas y residuos celulósicos y lignocelulósicos, compuestos por polímeros de hidratos de carbono que comprenden celulosa, hemicelulosa, y lignina glucanos por lo general se tratan por medio de una variedad de medios químicos, mecánicos y enzimáticos para liberar principalmente hexosa y pentosa, que luego se puede fermentaren productos útiles.

En primer lugar, las materias primas de biomasa se tratan para hacer que los polímeros de hidratos de carbono de los materiales celulósicos y lignocelulósicos estén disponibles con mayor facilidad para las enzimas de sacarificación, que normalmente se denomina tratamiento previo. La biomasa pretratada se hidroliza en forma adicional en la presencia de enzimas de sacarificación para liberar oligosacáridos y/o monosacáridos en un hidrolizado. Las enzimas de sacarificación utilizadas para producir azúcares fermentables a partir de una biomasa pretratada incluyen en forma típica una o más gllcosidasas, tales como glicosidasas de celulosa de hidrolización, gllcosldasas de hemicelulosa de hidrolización, y gllcosidasas de almidón de hidrolización, así como peptidasas, lipasas, ligninasas y/o feruloil esterasas. Las enzimas de sacarificación y los métodos para el tratamiento de biomasa se revisan en Lynd, LR, et al. (MIcroblol. Mol. Blol. Rev. (22) 66:56 a 577).

Durante el tratamiento de la biomasa, se pueden liberar diferentes componentes de la celulosa, la hemicelulosa y la lignina que pueden incluir azúcares y/o subproductos, que incluyen compuestos tales como ácido acético, ácido fórmico, ácido levulínico, furaldehídos y compuestos fenólicos. Algunos de los subproductos son inhibidores en cuanto a que afectan las actividades de las enzimas de sacarificación y/o el crecimiento y el metabolismo de los microorganismos utilizados en la fermentación posterior. Estos inhibidores pueden reducir la eficiencia de los procesos de sacarificación y/o fermentación. Se han hecho algunos intentos para eliminar dichos inhibidores con pasos adicionales, tales como la recolección de azúcares, lo que de ese modo crea un prehidrolizado. Estas medidas no son satisfactorias dado que no son económicas y dan como resultado una producción reducida de azúcares.

Por lo tanto, existe una necesidad de un método de tratamiento previo que produce una biomasa pretratada que tiene una máxima retención de azúcares y una mínima presencia de inhibidores, sin formar una corriente de azúcar de tratamiento previo separada (prehidrolizado). Esto proporcionaría una biomasa de entrada más económica y efectiva para su uso en la sacarificación seguida por la fermentación para producir productos útiles.

Kurakake et al., en Applied Biochemistry and Biotechnology, vol. 9, núm. 3, páginas 251 a 259 (21), describen el tratamiento previo de una cáscara de maíz, bagazo de caña y pasto varilla con agua amoniacal.

Compendio de la invención

La presente invención proporciona un método para la preparación de un producto de biomasa pretratada mejorado de acuerdo con la reivindicación 1.

En otros aspectos, el método además comprende la adición de un componente acuoso adicional en una o más de las siguientes maneras:

i) antes del paso (b)

ii) como un componente adicional en el paso (b); o

iii) después del paso (b) como un paso de lavado.

Además, el producto de sólidos de biomasa pretratada se puede sacarificar para formar un hidrolizado de azúcares que después se pueden fermentar para producir un producto químico blanco.

La biomasa se refiere a cualquier material celulósico o lignocelulósico, por ejemplo, los cultivos bioenergéticos, residuos agrícolas, residuos sólidos urbanos, residuos sólidos industriales, desechos de jardín, madera, residuos forestales y las combinaciones de los mismos. La solución acuosa que comprende amoníaco se puede derivar a

partir de gas de amoníaco, hidróxido de amonio, urea, y las combinaciones de los mismos. La solución acuosa que comprende amoníaco puede comprender por lo menos una base adicional. Además, en el presente método, se puede aplicar vacío a la biomasa antes de poner en contacto la biomasa con una solución acuosa que comprende amoníaco. El amoníaco también se puede retirar antes del paso (c); el amoníaco se puede reciclar de nuevo al reactor de tratamiento previo. El amoníaco y la biomasa se hacen reaccionar en el presente método a una temperatura que está entre aproximadamente 4 °C y aproximadamente 2 °C. En el presente método se pueden utilizar un plastificante, un agente de ablandamiento o una combinación de los mismos. Además, la energía se puede aplicar a la biomasa antes de, durante, o después del paso (a) con el fin de reducir el tamaño, Incrementar el área de superficie expuesta, y/o aumentar la accesibilidad al amoníaco acuoso o a las enzimas de sacarificación.

Descripción detallada de la invención

Cuando se presenta una cantidad, concentración, u otro valor o parámetro como cualquiera de un intervalo, un intervalo preferido o una lista de valores superiores preferibles y valores inferiores preferibles, esto se debe comprender como la descripción en forma específica de todos los intervalos formados desde cualquier par de cualquier límite de intervalo superior o valor preferido y cualquier límite de intervalo inferior o valor preferido, sin importar si los intervalos se describen por separado. Cuando se recita un intervalo de valores numéricos en la presente memoria, a menos que se indique lo contrario, el intervalo pretende incluir los puntos finales de los mismos, y todos los números enteros y fracciones dentro del intervalo. No se pretende que el alcance de la invención se limite a los valores específicos citados cuando se define un intervalo.

La presente invención proporciona un método para el tratamiento previo de la biomasa que reduce la cantidad de Inhibidores en un producto de biomasa pretratada. Debido a la presencia reducida de inhibidores, los procesos de sacarificación y fermentación para la producción de productos valiosos a partir de dicha biomasa son más eficientes. El uso eficiente de la biomasa renovable, que Incluye la biomasa de residuos, para producir productos químicos valiosos puede disminuir la necesidad de petróleo.

Definiciones

En esta descripción, se utilizan una serle de términos. Se proporcionan las siguientes definiciones:

Los términos "azúcar fermentable" o "azúcares" se refieren a oligosacáridos y monosacáridos que se pueden utilizar como fuentes de carbono por un microorganismo en un proceso de fermentación.

El término "lignocelulósica" se refiere a una composición que comprende tanto lignina como celulosa. El material lignocelulósico también puede comprender hemicelulosa.

El término "celulósico" se refiere a una composición que comprende celulosa.

Por "peso en seco" de la biomasa se comprende el peso de la biomasa que tiene todo o esencialmente todo el agua retirada. El peso en seco se mide de acuerdo al estándar de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) E1756-1 (Método de Prueba Estándar para la Determinación de Sólidos Totales en la Biomasa) o el estándar de la Asociación Técnica de la Industria de la Pulpa y el Papel, Inc. (TAPPI) T- 412 om-2 (Humedad en la Pulpa, el Papel y el Cartón).

Los términos "plastificante" y "agente de ablandamiento" se refieren a materiales que provocan una reducción en las fuerzas intermoleculares cohesivas a lo largo de o entre las cadenas de polímero. Tales materiales pueden actuar, por ejemplo, para disminuir la cristalinidad, o para romper los enlaces entre la lignina y las fibras de carbohidrato no de lignina (por ejemplo, celulosa o hemicelulosa).

El término "sacarificación" se refiere a la producción de azúcares fermentables a partir de polisacáridos.

Los términos "tratar" y "pretratar" con respecto a la biomasa se relacionan... [Seguir leyendo]

1. Un método para la preparación de un producto de biomasa pretratada mejorado que comprende:

a) proporcionar la biomasa;

b) pretratar dicha biomasa al poner en contacto dicha biomasa en condiciones adecuadas a una temperatura de 4 °C a 2 °C con una solución acuosa que comprende amoníaco para formar una mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, en la que el amoníaco está presente en una concentración por lo menos suficiente para mantener el pH alcalino de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso, pero en la que dicho amoníaco está presente en menos de 12 por ciento en peso con respecto al peso en seco de la biomasa, y además en la que el peso en seco de la biomasa se encuentra en una alta concentración de sólidos de por lo menos 15 por ciento en peso con respecto al peso de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso por medio de lo cual se forma un producto de sólidos de biomasa pretratada y un licor de tratamiento previo de biomasa que comprende uno o más compuestos inhibidores; y

c) retirar dicho licor de tratamiento previo de biomasa;

en el que el producto de sólidos de biomasa pretratada tiene una cantidad reducida de los compuestos inhibidores de ácido acético y acetamida y una reducción en el contenido de azúcar de no más que el 1%.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende la adición de un componente acuoso adicional en una o más de las siguientes maneras:

i) antes del paso (b)

ii) como un componente adicional en el paso (b); o

iii) después del paso (b) como un paso de lavado.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el componente acuoso es vapor y se añade como un componente adicional en el paso (b) en el que el vapor se condensa en forma parcial durante el tratamiento previo para formar parte del licor de tratamiento previo de biomasa.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende el paso de sacarificación del producto de sólidos de biomasa pretratada para formar azúcares fermentables.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, que además comprende la fermentación de los azúcares de acuerdo con la reivindicación 5 para producir un producto químico blanco.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el pH de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso es mayor que 8.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se aplica vacío a la biomasa antes de poner en contacto la biomasa con una solución acuosa que comprende amoníaco.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho peso en seco de la biomasa se encuentra en una alta concentración de sólidos de por lo menos 15% a 8% con respecto al peso de la mezcla de biomasa y amoníaco acuoso.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho amoníaco está presente en menos de 1 por ciento en peso con respecto al peso en seco de la biomasa.

1. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la biomasa se deriva de múltiples materias primas.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el paso (b) se lleva a cabo durante un período de tiempo de hasta 25 horas.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el paso (b) se lleva a cabo durante un período de tiempo de hasta 8 horas.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 5 en el que dicho producto químico blanco se selecciona del grupo que consiste en metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, etilenglicol, propanodiol, butanodiol, glicerol, eritritol, xilitol, sorbitol, ácido acético, ácido láctico, ácido propiónico, ácido 3-hidroxipropiónico, ácido butírico, ácido glucónico, ácido itacónico, ácido cítrico, ácido succínico, ácido levulínico, ácido glutámico, ácido aspártico, metionina, lisina, glicina, arginina, treonina, fenilalanina, tirosina, metano, etileno, acetona, y enzimas industriales.