放的酪類(lèi)化合物、多酪化合物）、保健食品、藥物化妝品、藥物產(chǎn)品、巧喃類(lèi)、慷醒和5-徑甲 基慷醒。
[0036] 對(duì)隨后回收有意義的取出高價(jià)值二次產(chǎn)物的適合的方法包括過(guò)濾、吸附和/或離 子交換。然而，其他技術(shù)也可W使用至它們?cè)试S取出所關(guān)注的高價(jià)值二次產(chǎn)物及其隨后回 收的程度。
[0037] 在本專(zhuān)利文件的另一個(gè)方面中，公開(kāi)了將甘薦薦渣轉(zhuǎn)化成生物燃料的方法。該方 法包括下列步驟：由甘薦薦渣生產(chǎn)包含半纖維素水解產(chǎn)物的液體水解產(chǎn)物和生物量殘余 物；使用固定化的發(fā)酵微生物將分離的液體水解產(chǎn)物中的單糖類(lèi)發(fā)酵成生物燃料；和降低 生物量殘余物的含濕量W生產(chǎn)高能量密度生物燃料。
[0038] 該方法還可W包括額外的步驟，即在從生物量殘余物中分離出水解產(chǎn)物后使液體 水解產(chǎn)物W降低水解產(chǎn)物中包含的抑制性二次產(chǎn)物水平。作為調(diào)整步驟的組成部分，可W 從水解產(chǎn)物中取出具有高價(jià)值的二次產(chǎn)物，然后回收。
[0039] 正如下文更完整地描述的，本文所述的方法可W有效地用于將生物量纖維轉(zhuǎn)化成 生物燃料和另一種高價(jià)值產(chǎn)品。例如，在一種具體的實(shí)施方式中，將紙打漿副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成生 物燃料和另一種高價(jià)值產(chǎn)品。在另一個(gè)實(shí)例中，將甘薦薦渣轉(zhuǎn)化成生物燃料和另一種高價(jià) 值產(chǎn)品。本文公開(kāi)的方法的其他方面、目的、期望特征和優(yōu)點(diǎn)從如下的詳細(xì)描述和附圖中可W得到更好地理解，其中不同的實(shí)施方案作為實(shí)例示例。然而，特別理解附圖僅用于示例目 的，而不預(yù)期作為對(duì)請(qǐng)求保護(hù)的本發(fā)明的邊界的定義。
[0040] 附圖簡(jiǎn)述
[0041] 圖1示例由木材生產(chǎn)生物燃料和/或乙醇和紙漿的方法。
[0042] 圖2示例由生物量纖維源生產(chǎn)生物燃料和/或乙醇和高價(jià)值產(chǎn)品的方法的另一個(gè) 實(shí)施方案。
[0043] 圖3示例再循環(huán)藻酸巧固定化培養(yǎng)基的方法。
[0044] 圖4示例由木材生產(chǎn)生物燃料和/或乙醇和紙漿的另一種方法。 W45] 圖5示例由木質(zhì)纖維的生物量制造生物燃料例如醇包括例如乙醇和固體生物燃 料的方法。
[0046] 圖6示例作為半纖維素除去百分比的生物量殘余物的能量密度增加對(duì)指定含濕 量而言增加25%。
[0047]圖7示例作為半纖維素除去百分比的木材生物量殘余物的能量密度增加對(duì)指定 含濕量而言增加40%。 W48] 圖8示例作為水百分比的殘余物能量密度改變減少。
[0049] 圖9示例具有作為水百分比的75%半纖維素轉(zhuǎn)化率的軟木材殘余物的能量密度 改變減少。
[0050] 圖10示例在Ξ種不同水平半纖維素轉(zhuǎn)化率下（65%、75%和85% )含濕量?jī)?nèi)的可 得到的殘余物總能量改變。
[0051] 圖11示例根據(jù)本專(zhuān)利文件處理薦渣的能量平衡流程圖。
[0052] 圖12示例根據(jù)本專(zhuān)利文件的一個(gè)實(shí)施方案處理木材的能量平衡流程圖。
[0053] 圖13是示例在一系列發(fā)酵中使用固定化的發(fā)酵微生物用于再生的藻酸巧的乙醇 收率。
[0054] 詳細(xì)描述 陽(yáng)化5] 在如下優(yōu)選實(shí)施方案的描述中，參照構(gòu)成其組成部分的附圖，且其中通過(guò)示例顯 示了本發(fā)明可W實(shí)施的具體實(shí)施方案。應(yīng)理解可W使用其他實(shí)施方案且可W在不脫離本發(fā) 明范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改變。
[0056] 與可再生能源的一般性含義一致，本文所用的術(shù)語(yǔ)"生物量"指活的和近期死亡的 生物材料，包括碳水化合物、蛋白質(zhì)和/或脂質(zhì)，它們可W轉(zhuǎn)化成用于工業(yè)化生產(chǎn)的燃料。 作為非限制性實(shí)例，"生物量"指植物物質(zhì)，包括、但不限于傾草、甘薦薦渣、谷物賴(lài)桿、玉米 軸、紫花首猜、芒屬、白楊木和白楊、可生物降解的固體廢物例如死亡樹(shù)木和分支、庭院剪取 物、再循環(huán)的紙張、再循環(huán)的卡紙板和木片、上述舉出的植物物質(zhì)或動(dòng)物物質(zhì)和其他可生物 降解的廢物。
[0057] 在漿料和造紙工業(yè)中，木材典型地在打漿工藝中得到處理，其中半纖維素和木質(zhì) 素被除去，遺留用于造紙的高價(jià)值纖維素產(chǎn)品。在目前已知的方法中，半纖維素不用于紙 張加工，除外作為用于黑色液體的小能量貢獻(xiàn)者。本專(zhuān)利文件中提出的方法使用木材進(jìn)料 和/或木材廢物的半纖維素生產(chǎn)乙醇和其他生物燃料，包括其他醇類(lèi)，如下醇?？蒞將額外 的工藝步驟W許多不同方式插入現(xiàn)存的紙漿廠工藝中，W便將新設(shè)備中的重要投入降至最 低。優(yōu)選在伐木去樹(shù)皮和切碎后、但在化學(xué)或機(jī)械打漿前插入新工藝步驟。
[0058] 圖1示例用于由木材生產(chǎn)乙醇和紙漿的方法。方法100包括典型的化學(xué)紙打漿工 藝102和104的步驟。在木材調(diào)整步驟102中，接收木材，去樹(shù)皮，切碎，篩選，恰在一般在 化學(xué)木漿工廠中進(jìn)行。大部分紙漿廠和森林產(chǎn)品工廠具有一些形式的木材搬運(yùn)系統(tǒng)。完整 的木材批量可W包括用于寫(xiě)下樹(shù)木的伐木搬運(yùn)系統(tǒng)、去樹(shù)皮系統(tǒng)和木材切削系統(tǒng)。通常還 使用膽存和回收系統(tǒng)。為了期望增加的漿料質(zhì)量的打磨而言，切碎是重要的且由此大部分 位置都包括木片篩選系統(tǒng)。一些紙漿廠使用預(yù)切碎的由卡車(chē)輸送的木材進(jìn)料。運(yùn)些位置還 可W包括專(zhuān)用的卡車(chē)卸下系統(tǒng)。
[0059] 圖1中所示的木材調(diào)整步驟是大部分紙打漿工藝的木材調(diào)整步驟102的常見(jiàn)部 分。然而，盡管切碎和篩選是調(diào)整大部分紙打漿工藝的常見(jiàn)部分，但是它們不是用于本文公 開(kāi)方法的調(diào)整工藝的要求。
[0060] 此外，盡管圖1中所示的木材調(diào)整步驟設(shè)及的是木材，但是可W使用其他類(lèi)型的 生物量，特別是通常用于紙打漿工業(yè)的其他生物量纖維源。如果使用非木材的生物量源，貝U 可能需要不同的調(diào)整步驟。
[0061] 本專(zhuān)利文件中所述的方法還可W使用比在紙打漿過(guò)程中典型地使用得多的樹(shù)木 源。例如，稱(chēng)作豬燃料或木材廢物的樹(shù)皮和其他樹(shù)部分典型地不應(yīng)用于造紙漿的工藝中，但 可W在本文所述的方法的一些實(shí)施方案中用于生物燃料和/或乙醇生產(chǎn)。
[0062] 一旦調(diào)整了木材或其他生物量且備用于紙打漿，則可W確定一些或全部碎屑進(jìn)行 額外的工藝步驟的途徑，所述額外的工藝步驟如圖1中所示插入總的造紙工藝。額外的工 藝步驟包括半纖維素除去106,其從生物量中分離半纖維素并且增溶戊糖類(lèi)和己糖類(lèi)。然后 可W從液體水解產(chǎn)物中的生物量殘余物中分離增溶的糖類(lèi)并且在步驟108中發(fā)酵成乙醇 或其他生物燃料產(chǎn)品。正如與圖2關(guān)聯(lián)的下文更詳細(xì)描述中解釋的，使用至少一種固定在 固定化培養(yǎng)基中的發(fā)酵微生物物種在步驟108中將分離的液體水解產(chǎn)物中的單糖類(lèi)發(fā)酵 成生物燃料。任意適合的固體/液體分離技術(shù)都可W用于進(jìn)行分離。來(lái)自步驟106的木質(zhì) 素和纖維素殘余物通過(guò)常規(guī)的紙打漿工藝104持續(xù)被制成高價(jià)值產(chǎn)品，例如紙張，正如圖1 中所示例的。然而，在其他實(shí)施方案中，可W將木質(zhì)素和纖維素殘余物制成高能量密度燃料 或紙漿廠原料。
[0063] 根據(jù)本專(zhuān)利文件的方法的另一個(gè)實(shí)施方案如圖2中所示例。圖2中示例的方法10 是將生物量纖維源12轉(zhuǎn)化成生物燃料和高價(jià)值產(chǎn)品的方法。例如，發(fā)酵的生物燃料可W包 含醇如乙醇或下醇。高價(jià)值產(chǎn)品可W是紙張、紙漿廠原料或高能量密度產(chǎn)品。生物量可W是 任意適合的木質(zhì)纖維的生物量。更具體地說(shuō)，生物量包含生物量纖維源，例如木材或甘薦， 其提供用于紙張產(chǎn)品的纖維素纖維的適合的來(lái)源。因此，圖2中示例的方法10比圖1的方 法100在其所示的原料及其輸出量方面更普遍。因?yàn)榉椒?0更普遍，所W可W將其插入或 附加入各種現(xiàn)存的商業(yè)化生物量分離工廠，包括，例如甘薦加工廠和紙漿廠，例如圖1中示 例的紙漿廠工藝。
[0064] 方法10包括下列步驟：在預(yù)處理步驟16中由生物量纖維源生產(chǎn)包含半纖維素水 解產(chǎn)物和生物量殘余物的液體水解產(chǎn)物；在步驟18中從生物量殘余物中分離液體水解產(chǎn) 物；在步驟108中使用至少一種在固定化培養(yǎng)基中固定化的發(fā)酵微生物物種將分離的液體 水解產(chǎn)物中的單糖類(lèi)發(fā)酵成生物燃料；和在步驟20中由生物量殘余物生成高價(jià)值產(chǎn)品。圖 1的半纖維素除去步驟106包含圖2中的預(yù)處理步驟16和固體/液體分離步驟18,正如圖 2中運(yùn)兩步周?chē)摼€框所反映的。 陽(yáng)0化]在另一個(gè)步驟14中，生物量纖維源的大小可W被減小，正如在紙打漿工業(yè)中應(yīng)用 方面已經(jīng)解釋的（參見(jiàn)圖1)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可W從本文描述中理解的，如果W已經(jīng) 適合于方法10中的處理的大小接收生物量纖維源，則無(wú)需進(jìn)一步分篩。
[0066] 一旦生物量是適合的大小，則通常需要進(jìn)行一些形式的加工W破壞纖維素、半纖 維素和木質(zhì)素的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而形成生物量結(jié)構(gòu)，由此多糖類(lèi)可W被還原成單糖類(lèi)。 該方法通常稱(chēng)作如圖2的步驟16中所示的"預(yù)處理"。設(shè)計(jì)預(yù)處理步驟16是為了減少生物 量對(duì)其中包含的至少半纖維素的酶或化學(xué)糖化的阻力。然而，在一些實(shí)施方案中，預(yù)處理還 可W減少生物量中半纖維素和纖維素對(duì)酶或化學(xué)糖化的阻力。此外，在一些實(shí)施方案中，預(yù) 處理可W進(jìn)一步進(jìn)行并且還負(fù)責(zé)半纖維素和/或單糖成分的糖化?？蒞在預(yù)處理16中使 用許多方法包括例如在壓力反應(yīng)器中由木材或其他生物量生產(chǎn)液體半纖維素水解產(chǎn)物。表 1舉出了用于在壓力反應(yīng)器中分離和水解半纖維素所必需的適合的溫度范圍、停留時(shí)間和 含濕量。
[0067]
W側(cè)表1. *溫度指示飽和蒸汽環(huán)境中的密封容器內(nèi)的壓力
[0069] 試劑可W用于增強(qiáng)預(yù)處理的有效性。不同的生物量源可能對(duì)添加的不同試劑有更 好的響應(yīng)。試劑可W包括、但不限于：硝酸、憐酸、鹽酸、硫酸、二氧化硫和亞硫酸鋼。還可W 加入減少生物量對(duì)半纖維素除去阻力的其他試劑。
[0070] 除進(jìn)行壓力反應(yīng)器中的預(yù)處理步驟16外，預(yù)處理步驟16還可W使用大量其他方 法進(jìn)行，包括酸預(yù)水解、蒸煮、堿法、旋轉(zhuǎn)螺旋鉆、蒸汽爆炸和球磨。壓力反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)在于 它不僅釋放或提取半纖維素，而且壓力反應(yīng)器還有利于分解半纖維素和同時(shí)增溶戊糖類(lèi)和 己糖類(lèi)，形成半纖維素水解產(chǎn)物。運(yùn)消除了對(duì)添加大量酶的需求。
[0071] 一旦半纖維素從生物量中釋放且單糖類(lèi)增溶，則可W開(kāi)始發(fā)酵。盡管發(fā)酵可W在 生物量殘余物內(nèi)進(jìn)行，但是優(yōu)選通過(guò)固體/液體分離和/或從生物量殘余物中洗涂在步驟 18中分離糖類(lèi)，然后在步驟108中在原位外發(fā)酵。包含半纖維素水解產(chǎn)物的液體水解產(chǎn)物 的優(yōu)選發(fā)酵方法描述在美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)順序號(hào)US61/233, 821和美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)順 序號(hào)US12/856, 566中，將運(yùn)兩篇文獻(xiàn)的內(nèi)容引入本文參考。一旦糖類(lèi)被發(fā)酵成液體生物 燃料，則可W通過(guò)常規(guī)的蒸饋和脫水工藝將它們改進(jìn)成純的無(wú)水燃料。
[0072] 從生物量殘余物中回收糖類(lèi)優(yōu)選通過(guò)固-液分離進(jìn)行。例如，如圖2中所示，固體 /液體分離步驟18可W用于從生物量殘余物中回收糖類(lèi)。可W使用許多方法進(jìn)行固/液分 離，包括、但不限于離屯、或壓制。優(yōu)選可W使用水壓機(jī)進(jìn)行壓制。然而，可W使用許多類(lèi)型 的機(jī)械或機(jī)器壓制機(jī)。例如，可W使用機(jī)械壓制，例如常規(guī)的螺旋壓棒機(jī)、液壓機(jī)械的壓制 機(jī)、空氣輪胎壓制機(jī)或任意其他類(lèi)型的可W施加必需壓力W從纖維素/木質(zhì)素殘余物中除 去半纖維素的壓制機(jī)。壓制機(jī)可w具有一定范圍的壓出半纖維素水解產(chǎn)物的可能輸出功率 和構(gòu)造。優(yōu)選壓制機(jī)可W產(chǎn)生至少約l〇.5kg/cm2-約21.化g/cm2。在其他實(shí)施方案中，期 望壓制機(jī)是否可W產(chǎn)生至少約l，410kg/cm2。
[0073] 壓制具有額外的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樯锪繗堄辔铮ù藭r(shí)包含纖維素和木質(zhì)素）作為煤的 替代物可能更有價(jià)值，條件是其密度可W最大化且其含濕量降至最低，由此增加其能量密 度。就紙漿廠原料而言，對(duì)水份或密度沒(méi)有要求，但將纖維損害降至最低是重要的。在變量 中基于其纖維長(zhǎng)度、而不是含濕量測(cè)定漿料質(zhì)量。然而，如果制成高能量密度燃料替代物而 不是紙漿，則減小含濕量是重要的因素。
[0074] 因此，最終在于使用生物量殘余物的終產(chǎn)物可W確定用于固/液分離的壓制機(jī)的 大小和類(lèi)型。例如，如果生物量殘余物最終用于生成制造紙張產(chǎn)品、卡紙板或纖維板的纖維 素和/或木質(zhì)素纖維，則較低壓力例如10. 5kg/cm2-約21.Ikg/cm2可W有利地將對(duì)纖維素 纖維的損害降至最低限度。在將生物量殘余物轉(zhuǎn)換成高能量密度燃料的過(guò)程中，較高的壓 力可W用于將含濕量降至最低，與纖維質(zhì)量無(wú)關(guān)。作為結(jié)果，期望使用約l，410kg/cm2乃至 更高的壓力。然而，在其他實(shí)施方案中，可W使用10. 5kg/cm2-約21.化g/cm2范圍內(nèi)的壓 力，因?yàn)樯蛇\(yùn)些類(lèi)