Productos de biomasa densificada y pretratada y procedimientos de fabricación y uso de los mismos.

Un producto que comprende:

al menos un particulado de biomasa densificada que no contiene aglutinante añadido,

en el que dicho particulado de biomasa densificada tiene una superficie externa lisa y no escamosa y consiste en una pluralidad de fibras de biomasa vegetal pretratadas con amoniaco, en el que al menos alguna de dichas fibras contienen del 1% al 2% de amoniaco tras el pretratamiento, y en el que dichas fibras de biomasa comprenden lignina y/o hemicelulosa superficial que proporcionan un grado de pegajosidad en las mismas.

Productos de biomasa densificada y pretratada y procedimientos de fabricación y uso de los mismos.

Antecedentes 5

Los biocombustibles primarios producidos hoy en día están basados en maíz y otros granos, biodiesel transesterificado a partir de cultivos de semillas oleaginosas, tales como soja y grasas animales. La producción de etanol a partir de granos es actualmente el pilar de la industria del etanol. Sin embargo, cada vez más hay una demanda de biocombustibles basados en productos celulósicos. Los inventores reconocen la necesidad de proveer 10 económicamente productos de biomasa densificada y pretratada para su uso en una diversidad de aplicaciones.

El documento US 2008/256851 desvela gránulos de biomasa densificada fabricados a partir de fibras de paja sin ningún aglutinante añadido.

Resumen

En una realización, se proporciona un producto, como se especifica en la reivindicación 1, que comprende al menos un particulado de biomasa densificada que no tiene ningún aglutinante añadido y consiste en una pluralidad de fibras de biomasa vegetal pretratada con amoniaco, en el que dicho particulado de biomasa densificada tiene una 20 superficie externa sustancialmente lisa y no escamosa, y en el que al menos algunas de dichas fibras contienen del 1% al 2% de amoniaco tras el pretratamiento, y en el que dichas fibras de biomasa comprenden lignina y/o hemicelulosa superficial que proporcionan un grado de pegajosidad en las mismas.

El al menos un particulado de biomasa densificada que no tienen ningún aglutinante añadido tiene un aumento de la 25 resistencia a la deformación, un aumento de la dureza, un aumento de la resistencia a la degradación, una mejor vida útil, o una combinación de los mismos, en comparación con un particulado de biomasa densificada que contiene aglutinante. En una realización, el producto novedoso es más capaz de resistir la tensión y probablemente es menos frágil en comparación con un particulado de biomasa densificada que contiene aglutinante.

El producto novedoso descrito en el presente documento es más duro, tal como al menos un 21% más duro, con al menos 20% menos de variabilidad de la dureza que un particulado de biomasa densificada que contiene aglutinante.

Los productos novedosos descritos en el presente documento pueden tener cualquier forma y tamaño adecuados, incluyendo, por ejemplo, sustancialmente rectangular o sustancialmente cilíndrica. 35

Cada una de la pluralidad de fibras de biomasa vegetal pretratada con amoniaco puede recubrirse completamente con lignina. Al menos algunas de la pluralidad de fibras de biomasa pretratada con amoniaco también pueden estar recubiertas con hemicelulosa. En una realización, la mayor parte de la pluralidad de fibras de biomasa vegetal pretratada con amoniaco también puede estar recubierta con hemicelulosa. En una realización, sustancialmente 40 toda la pluralidad de fibras de biomasa vegetal pretratada con amoniaco también está recubierta con hemicelulosa, de tal forma que las hemicelulosas y la lignina parecen llegar a la superficie en un "paquete" en lugar de cómo componentes separados.

Puede usarse cualquier biomasa vegetal adecuada para producir los productos novedosos descritos en el presente 45 documento, incluyendo rastrojo de maíz, pasto varilla, pino y/o pasto de pradera.

El producto novedoso descrito en el presente documento tiene una mejor vida útil, una mejor resistencia a la degradación, mejor fluidez, y mayor densidad aparente en comparación con el particulado de biomasa densificada que contiene aglutinante. 50

En una realización, se proporciona un producto envasado, como se especifica en la reivindicación 6, que comprende un recipiente; y una cantidad de particulados de biomasa densificada que no tienen aglutinante añadido y situada dentro del recipiente. El recipiente puede ser un recipiente rígido o una bolsa flexible.

En una realización, se proporciona un proceso integrado, como se especifica en la reivindicación 7, que comprende someter una cantidad de fibras de biomasa a un pretratamiento con amoniaco para hacer que al menos una porción de lignina y/o hemicelulosa contenida dentro de cada fibra se desplace a una superficie externa de cada fibra para producir una cantidad de fibras de biomasa vegetal pegajosas pretratadas, en el que al menos algunas de dichas fibras contienen del 1% al 2% de amoniaco tras el pretratamiento, y densificar la cantidad de fibras de biomasa 60 pegajosas pretratadas para producir uno o más particulados de biomasa densificada, en el que dichas fibras de biomasa se densifican sin usar aglutinante añadido. El pretratamiento con amoniaco hace que al menos una porción de hemicelulosa contenida dentro de cada fibra se mueva a la superficie externa de cada fibra. El tratamiento con

** (Ver fórmula) **

La biomasa vegetal incluye adicionalmente, pero sin limitación, cultivos energéticos leñosos, desechos y residuos de la madera, tales como árboles, incluyendo árboles frutales, tales como árboles frutales, (por ejemplo, manzanos, naranjos, etc.) , rastrojos de bosques de coníferas, desechos de corcho, aserrín, corrientes de desechos de la industria del papel y celulosa, fibra de madera, y similares. Además los cultivos gramináceos, tales como diversos hierbas de pradera, incluyendo pasto de pradera, pasto varilla, tallo azul gigante, tallo azul pequeño, Bouteloua 5 curtipendula, y similares, tienen el potencial de producirse a gran escala como fuentes de biomasa vegetal adicionales. Para las zonas urbanas, la materia prima de biomasa vegetal potencial incluye desechos de jardín (por ejemplo, recortes de césped, hojas, recortes de árboles, maleza, etc.) y tratamiento de residuos vegetales. La biomasa vegetal se conoce por ser la forma más frecuente de carbohidratos disponibles en la naturaleza y el rastrojo de maíz es actualmente la mayor fuente de biomasa vegetal fácilmente disponible en Estados Unidos. 10

La expresión "etapa de pretratamiento" como se usa en el presente documento, se refiere a cualquier etapa destinada a modificar la biomasa nativa para que pueda convertirse más eficiente y económicamente en compuestos reactivos químicos intermedios, tales como azúcares, ácidos orgánicos, etc., que después pueden procesarse para dar una diversidad de productos de valor añadido, tal como etanol. Los procedimientos de pretratamiento pueden 15 utilizar ácidos de concentraciones variables (incluyendo ácidos sulfúricos, ácidos clorhídricos, ácidos orgánicos, etc.) y/u otros componentes, tales como amoniaco, amonio, cal, y similares. Los procedimientos de pretratamiento, pueden utilizar adicionalmente o como alternativa, tratamientos hidrotérmicos, incluyendo agua, calor, vapor o vapor a presión. El pretratamiento puede ocurrir o desplegarse en diversos tipos de recipientes, reactores, tuberías, flujo a través de celdas y similares. Muchos procedimientos de pretratamiento causarán la hidrólisis de la hemicelulosa en 20 pentosa azúcares.

La expresión "densidad aparente" como se usa en el presente documento, se refiere a la masa o peso seco de una cantidad de partículas o particulados (gránulos y otros sólidos "divididos") divididos por el volumen total que ocupan (masa/volumen) . Por lo tanto, la densidad aparente no es una propiedad intrínseca de las partículas, ya que puede 25 modificarse cuando las partículas se someten a movimiento a partir de una fuente externa. La medición del volumen es una combinación del volumen de partículas (que incluye el volumen de poro interno de una partícula) y el volumen en vacío intra-partícula. Densidad aparente = densidad intrínseca (de cada partícula) x (1 - fracción en vacío) . Por lo tanto, para una densidad de partícula intrínseca dada, la densidad aparente depende únicamente de la fracción en vacío, que es variable. 30

La expresión "contenido de humedad" como se usa en el presente documento, se refiere a la humedad porcentual de la biomasa. El contenido de humedad se calcula en gramos de agua por gramo de biomasa húmeda (la materia seca de biomasa más el agua) por el 100%.

La expresión pretratamiento por "explosión de fibras por amoniaco" o "expansión de fibras por amoniaco" (en lo sucesivo en el presente documento "AFEX") como se usa en el presente documento, se refiere a un proceso para el pretratamiento de la biomasa con amoniaco para solubilizar la lignina volver a depositarla de entre las paredes celulares vegetales a la superficie de la biomasa. Un pretratamiento AFEX interrumpe la matriz lignocelulósica, modificando así la estructura de la lignina, hidrolizando parcialmente la hemicelulosa, y aumentando la accesibilidad 40 de la celulosa y la hemicelulosa restante a la degradación enzimática... [Seguir leyendo]

1. Un producto que comprende:

al menos un particulado de biomasa densificada que no contiene aglutinante añadido, en el que dicho 5 particulado de biomasa densificada tiene una superficie externa lisa y no escamosa y consiste en una pluralidad de fibras de biomasa vegetal pretratadas con amoniaco, en el que al menos alguna de dichas fibras contienen del 1% al 2% de amoniaco tras el pretratamiento, y en el que dichas fibras de biomasa comprenden lignina y/o hemicelulosa superficial que proporcionan un grado de pegajosidad en las mismas.

2. El producto de la reivindicación 1, en el que dichas fibras de biomasa se producen sin curado.

3. El producto de la reivindicación 1, en el que las fibras de biomasa son fibras de rastrojo de maíz, fibras de pasto varilla, fibras de pasto de pradera, o combinaciones de las mismas, y/o dicho particulado tiene una forma rectangular o una forma cilíndrica. 15

4. El producto de la reivindicación 1, en el que el pretratamiento es un pretratamiento de expansión de fibras por amoniaco (AFEX) gaseoso.

5. El producto de la reivindicación 4, que comprende una pluralidad de particulados de biomasa 20 densificada.

6. Un producto envasado que comprende:

un recipiente; y 25

una cantidad de particulados de biomasa densificada de una cualquiera de las reivindicaciones 15.

7. Un proceso que comprende:

someter una cantidad de fibras de biomasa vegetal a un pretratamiento con amoniaco para hacer que al menos una 30 porción de la lignina y/o hemicelulosa contenida en cada fibra se desplace a una superficie externa de cada fibra para producir una cantidad de fibras de biomasa vegetal pegajosas pretratadas, en el que al menos algunas de dichas fibras contienen del 1% al 2% de amoniaco tras el pretratamiento, y en el que dichas fibras de biomasa comprenden lignina y/o hemicelulosa superficial que proporcionan un grado de pegajosidad en las mismas; y densificar la cantidad de fibras de biomasa vegetal pegajosas pretratadas para producir uno o más particulados de 35 biomasa densificada, en el que dichas fibras de biomasa se densifican sin usar un aglutinante añadido.

8. El proceso de la reivindicación 7, en el que el pretratamiento es un pretratamiento AFEX gaseoso.

9. El proceso de la reivindicación 7, en el que dicha biomasa vegetal comprende desechos de cultivos 40 agrícolas, cultivo energético leñoso, desechos de madera o un cultivo gramináceo.