JP2017141451A - バイオマスの加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2008年12月19日に出願された米国特許仮出願第61/139,473号の優先権を主張する。この仮出願の全開示は、参照により本明細書に組み入れられる。
種々の炭水化物、例えば繊維状形態の、例えばセルロース材料およびリグノセルロース材料は、多数の用途において大量に生成され、加工され、使用される。そのような材料は1回使用され、そして廃棄物として廃棄されるか、または単に廃材、例えば、下水、バガス、おが屑、および飼葉とみなされることが多い。
本発明は概して、炭水化物含有材料(例えば、バイオマス材料またはバイオマス由来材料、例えば、デンプン質材料および/またはセルロース材料もしくはリグノセルロース材料)、そのような材料の製造方法、ならびにそれらの構造および/またはそれらの分解抵抗性(recalcitrance)レベルを変化させるそのような材料の加工方法、ならびに変化させた材料から製造された生成物に関する。例えば、本明細書に記載の方法の多くは、酸素リッチな官能基を有し、天然材料と比べて低い分子量および/または結晶化度を有するセルロース材料および/またはリグノセルロース材料を提供することができる。本方法の多く、例えば、フェントン酸化法は、(酵素的加水分解を伴って、または伴わずに)種々の微生物がより容易に利用することができる材料を提供して有用な生成物、例えば、水素、アルコール(例えば、エタノールまたはブタノール)、有機酸(例えば、酢酸)、炭化水素、副生物(例えば、タンパク質)またはそれらのいずれかの混合物を生成する。得られた生成物の多く、例えばエタノールまたはn-ブタノールは、燃料として、例えば内燃燃料として、または燃料電池供給原料として利用することができる。さらに、本明細書に記載の生成物は、例えば従来型の蒸気発生プラントまたは燃料電池プラント内での電力発生に利用することができる。
以下の工程を含む、セルロース材料またはリグノセルロース材料の分解抵抗性(recalcitrance)を低減させるための方法:
混合物中で、第1のレベルの分解抵抗性を有する第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を、1つ以上の天然に存在する非放射性の5、6、7、8、9、10または11族の元素を含む1種類以上の化合物と接触させて、第1のレベルの分解抵抗性よりも低い第2のレベルの分解抵抗性を有する第2のセルロース材料またはリグノセルロース材料を生成する工程。
[本発明1002]
1つ以上の元素が、1+、2+、3+、4+または5+の酸化状態である、本発明1001の方法。
[本発明1003]
1つ以上の元素が、Mn、Fe、Co、Ni、CuまたはZnを含む、本発明1001または1002の方法。
[本発明1004]
1つ以上の元素が、2+、3+または4+の酸化状態のFeである、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1005]
混合物が、前記元素のうちの少なくともいくつかの酸化状態を増加させることができる1種類以上の酸化剤をさらに含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1006]
酸化剤が、オゾンおよび/または過酸化水素を含む、前記本発明いずれかの方法。
[本発明1007]
接触の間、pHを約5.5以下、例えば、1から5の間、2から5の間、2.5から5の間または約3から5の間に維持する工程をさらに含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1008]
第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を水または水性媒体中に分散させ、続いて、まず1種類以上の前記化合物を添加し、次いで1種類以上の前記酸化剤を添加する工程をさらに含む、本発明1005〜1007のいずれかの方法。
[本発明1009]
第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を水または水性媒体中に分散させ、続いて、まず1種類以上の前記酸化剤を添加し、次いで1種類以上の前記化合物を添加する工程をさらに含む、本発明1005〜1007のいずれかの方法。
[本発明1010]
分散液中で計測される1種類以上の前記化合物中の元素の総最大濃度が、約10μMから約500mM、例えば約25μMから約250mMの間または約100μMから約100mMの間である、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1011]
1種類以上の前記酸化剤の総最大濃度が、約100μMから約1M、例えば約250μMから約500mMの間、または約500μmから250mMの間である、本発明1005〜1009のいずれかの方法。
[本発明1012]
例えば第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料および1種類以上の前記化合物に粒子線、例えば電子線またはプロトン線を空気を介して照射することによってオゾンをインサイチューで発生させることにより、1種類以上の前記酸化剤を、第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料および1種類以上の前記化合物にガスとして適用する、本発明1005〜1009のいずれかの方法。
[本発明1013]
混合物が1種類以上の前記化合物および1種類以上の前記酸化剤を含み、1種類以上の前記化合物中の元素と1種類以上の前記酸化剤とのモル比が、約1:1000から約1:25、例えば約1:500から約1:25または約1:100から約1:25である、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1014]
混合物が、1種類以上のヒドロキノン、例えば2,5-ジメトキシヒドロキノンおよび/または1種類以上のベンゾキノン、例えば2,5-ジメトキシ-1,4-ベンゾキノンをさらに含む、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1015]
1種類以上の前記酸化剤を、インサイチューで電気化学的または電磁的に発生させる、前記本発明のいずれかの方法。
[本発明1016]
(1)セルロース材料またはリグノセルロース材料と、(2)1つ以上の天然に存在する非放射性の5、6、7、8、9、10または11族の元素を含む1種類以上の化合物と、任意で、(3)前記元素のうちの少なくともいくつかの酸化状態を増加させることができる1種類以上の酸化剤とを含む、組成物。
[本発明1017]
以下の工程を含む、セルロース材料またはリグノセルロース材料の分解抵抗性を低減させる方法:
第1のレベルの分解抵抗性を有する第1のリグノセルロース材料を1種類以上のリグニナーゼおよび/または1種類以上のバイオマス破壊生物、例えばリグニン破壊生物と接触させて、第1のレベルの分解抵抗性よりも低い第2のレベルの分解抵抗性を有する第2のリグノセルロース材料を生成する工程、ならびに
第2のリグノセルロース材料を酵素および/または微生物と接触させる工程。
[本発明1018]
リグニナーゼが、マンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、ラッカーゼおよびそれらの混合物からなる群より選択される、本発明1017の方法。
[本発明1019]
バイオマス破壊生物が、白色腐朽、褐色腐朽、軟腐朽およびそれらの混合物からなる群より選択される、本発明1017の方法。
[本発明1020]
第2のセルロース材料またはリグノセルロース材料を酵素および/または微生物と接触させる工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1021]
分解抵抗性が低減した材料を糖化し、次いで該糖化された材料を発酵する工程をさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1022]
以下の工程を含む、セルロース材料またはリグノセルロース材料の分解抵抗性を低減させる方法:
混合物中で、第1のレベルの分解抵抗性を有する第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を、1つ以上の天然に存在する非放射性金属元素を含む1種類以上の化合物と接触させて、第1のレベルの分解抵抗性よりも低い第2のレベルの分解抵抗性を有する第2のセルロース材料またはリグノセルロース材料を生成する工程。
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかとなる。
本明細書に記載の方法を使用することにより、バイオマスをより低いレベルの分解抵抗性に加工し、有用な生成物、例えば燃料に変換させることができる。容易に入手可能であるが、例えば糖化および/または発酵による加工が困難であり得る、例えばセルロース材料および/またはリグノセルロース材料を、供給原材料として使用することができるシステムおよびプロセスが以下に記載される。一部の実施において、加工のために供給原材料を、ます、例えばサイズ低減により物理的に調製する。次いで、物理的に調製された供給原料を、酸化(例えば、フェントン型化学反応を使用)を使用して前処理し、一部の場合においては、放射線照射、音波処理、熱分解、および蒸気爆砕のうちの1つ以上によりさらに処理してもよい。あるいは、一部の場合において、供給原料を、まず、放射線照射、音波処理、熱分解、および蒸気爆砕のうちの1つ以上により処理し、次いで酸化、例えば、フェントン型化学反応を使用して処理する。
一般に、1つ以上の糖単位から全体が構成される炭水化物であるか、または1つ以上の糖単位を含む炭水化物を含む任意のバイオマス材料は、本明細書に記載の方法のいずれかにより加工することができる。例えば、バイオマスの材料はセルロース材料もしくはリグノセルロース材料、またはデンプン質材料、例えばトウモロコシの穀粒、米粒もしくは他の食品であってよい。
一部の場合において、加工方法は、供給原料の物理的調製、例えば供給原材料のサイズの低減、例えば、切断、粉砕、剪断または細断から開始する。一部の場合において、遊離の供給原料(例えば、再生紙、デンプン質材料またはスイッチグラス)を剪断または寸断により調製する。スクリーンおよび/または磁石を使用し、大きすぎる物体、または望ましくない物体、例えば岩または釘などを供給物流から除去することができる。
一部の態様において、加工すべき材料は、繊維源を剪断することにより提供された繊維を含む繊維状材料の形態である。例えば、剪断は回転ナイフカッターにより実施することができる。
物理的に調製された供給原料を、例えば、供給原料の平均分子量および結晶化度を低減させ、かつ/または供給原料の表面積および/もしくは多孔度を増加させることにより、主生成プロセス、例えば糖化および発酵において使用するために前処理することができる。前処理プロセスは、上記のフェントン型化学反応の利用を含み、放射線照射、音波処理、酸化、熱分解、および蒸気爆砕のうちの1つ以上をさらに含むことができる。
一部の態様において、フェントン反応において使用される1つ以上の元素は、1+、2+、3+、4+または5+の酸化状態である。特定の場合において、1つ以上の元素は、Mn、Fe、Co、Ni、CuまたはZn、好ましくはFeまたはCoを含む。例えば、FeまたはCoは、硫酸塩、例えば硫酸鉄(II)または硫酸鉄(III)の形態であってよい。特定の場合において、1つ以上の元素は、2+、3+または4+の酸化状態である。例えば、鉄は、鉄(II)、鉄(III)または鉄(IV)の形態であってよい。
上記のフェントン酸化の前、その間またはその後に、1つ以上の放射線照射加工シーケンスを使用して供給原料を前処理することができる。放射線照射は、供給原料の分子量および/または結晶化度を低減させることができる。一部の態様において、電子をその原子軌道から放出させる、材料中に堆積させたエネルギーを使用して、材料に放射線照射する。放射線は、(1)重荷電粒子、例えばアルファ粒子もしくはプロトン、(2)例えばベータ崩壊または電子線加速器において生成された電子、または(3)電磁放射線、例えば、ガンマ線、x線もしくは紫外線により提供することができる。あるアプローチにおいては、放射性物質により生成された放射線を使用して供給原料に放射線照射することができる。一部の態様において、(1)から(3)の任意の順序のまたは同時の任意の組合せを利用することができる。別のアプローチにおいては、(例えば、電子線エミッターを使用して生成された)電磁放射線を使用して供給原料を照射することができる。適用線量は、所望の効果および特定の供給原料に依存する。例えば、高い線量の放射線は供給原料成分中の化学結合を崩壊させることができ、低い線量の放射線は供給原料成分中の化学結合(例えば、架橋)を増加させることができる。鎖切断が所望され、かつ/またはポリマー鎖官能化が所望される一部の場合において、電子よりも重い粒子、例えば、プロトン、ヘリウム核、アルゴンイオン、ケイ素イオン、ネオンイオン 炭素イオン、リンイオン、酸素イオンまたは窒素イオンを利用することができる。開環鎖切断が所望される場合、正に荷電した粒子をそのルイス酸特性に対して開環鎖切断の向上のために利用することができる。例えば、最大酸化が所望される場合、酸素イオンを利用することができ、最大窒化が所望される場合、窒素イオンを利用することができる。
一部の態様において、(任意の放射線源または源の組合せによる)放射線照射は、材料が少なくとも0.25Mrad、例えば、少なくとも1.0Mrad、2.5Mrad、5.0Mrad、10.0Mrad、25Mrad、50Mradまたはさらに少なくとも100Mradの線量を受けるまで実施する。一部の態様において、放射線照射は、材料が1.0Mradから6.0Mradの間、例えば、1.5Mradから4.0Mradの間の線量を受けるまで実施する。
音波処理、熱分解、酸化加工、および/または蒸気爆砕のうちの1つ以上を使用して供給原料をさらに前処理することができる。そのような加工は、供給原料およびバイオマス、例えば、1種類以上の炭水化物源、例えば、セルロース材料もしくはリグノセルロース材料、またはデンプン質材料の分子量および/または結晶化度を低減させることができる。これらのプロセスは、米国特許出願第12/429,045号に詳細に記載されている。
前処理された供給原料の主加工は、例えば、前処理された材料を酵素および/または微生物と接触させることによるバイオプロセス、例えば供給原料の糖化および/または発酵を含むことができる。そのような接触により生成される生成物は、本明細書に記載の生成物のいずれか、例えば食品もしくは燃料、例えばエタノール、または米国仮出願第61/139,453号に記載の任意の他の生成物を含むことができる。
一般に、種々の微生物は、例えば、前処理されたバイオマス材料の発酵に作用することにより、多数の有用な生成物、例えば燃料を生成することができる。例えば、アルコール、有機酸、炭化水素、水素、タンパク質またはそれらの材料のいずれかの混合物を、発酵または他のバイオプロセスにより生成することができる。
このような主プロセスおよび/または後処理を使用することにより、処理されたバイオマスを1種類以上の生成物、例えばアルコール、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、例えば、n-、sec-もしくはt-ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、グリセリンまたはそれらのアルコールの混合物;有機酸、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、オレイン酸、リノール酸、グリコール酸、乳酸、γ-ヒドロキシ酪酸またはそれらの酸の混合物;食料;動物飼料;医薬;あるいは栄養食品に変換させることができる。生成され得る副生物は、リグニン残留物を含む。
20lb/ft3の嵩密度を有する未印刷ポリコート白色クラフトボードから製造された未使用半ガロンジュースカートンの1500ポンドのスキッドを、International Paperから入手した。各カートンを平らに折り畳み、次いで1時間当たり約15から20ポンドの速度で3 hp Flinch Baughシュレッダー内に供給した。シュレッダーは2枚の12インチ回転ブレード、2枚の固定ブレードおよび0.30インチの排出スクリーンを備えていた。回転ブレードと固定ブレードとの間隙は0.10インチに調整した。シュレッダーからの排出物は0.1インチから0.5インチの間の幅、0.25インチから1インチの間の長さおよび出発材料の厚さと同等な厚さ(約0.075インチ)を有する紙片様であった。
30lb/ft3の嵩密度を有する未使用漂白白色クラフトボードの1500ポンドスキッドを、International Paperから入手した。材料を平らに折り畳み、次いで1時間当たり約15から20ポンドの速度において3 hp Flinch Baughシュレッダー内に供給した。シュレッダーは2枚の12インチ回転ブレード、2枚の固定ブレードおよび0.30インチの排出スクリーンを備えていた。回転ブレードと固定ブレードとの間隙は0.10インチに調整した。シュレッダーからの排出物は、0.1インチから0.5インチの間の幅、0.25インチから1インチの間の長さおよび出発材料の厚さと同等な厚さ(約0.075インチ)を有する紙片様であった。紙片様材料をMunson回転ナイフカッター、Model SC30に供給した。排出スクリーンは1/8インチの孔を有した。回転ブレードと固定ブレードとの間隙は約0.020インチに設定した。回転ナイフカッターは紙片様破片を剪断し、繊維状材料を1時間当たり約1ポンドの速度において放出した。繊維状材料は1.1316m2/g +/- 0.0103m2/gのBET表面積、88.3285パーセントの多孔度および0.1497g/mLの(0.53psiaにおける)嵩密度を有した。繊維の平均長さは1.063mmであり、繊維の平均幅は0.0245mmであり、43:1の平均L/Dを与えた。繊維状材料の走査型電子顕微鏡写真を25倍の倍率において図10に示す。
30lb/ft3の嵩密度を有する未使用漂白白色クラフトボードの1500ポンドスキッドを、International Paperから入手した。材料を平らに折り畳み、次いで1時間当たり約15から20ポンドの速度において3 hp Flinch Baughシュレッダーに供給した。シュレッダーは、2枚の12インチ回転ブレード、2枚の固定ブレードおよび0.30インチの排出スクリーンを備えていた。回転ブレードと固定ブレードとの間隙は0.10インチに調整した。シュレッダーからの排出物は、紙片様であった(上記の通り)。紙片様材料をMunson回転ナイフカッター、Model SC30に供給した。排出スクリーンは1/16インチの孔を有した。回転ブレードと固定ブレードとの間隙は約0.020インチに設定した。回転ナイフカッターは紙片様破片を剪断し、繊維状材料を1時間当たり約1ポンドの速度において放出した。第1の剪断から得られた材料を上記と同一の機構に供給して戻し、再度剪断した。得られた繊維状材料は1.4408m2/g +/- 0.0156m2/gのBET表面積、90.8998パーセントの多孔度および0.1298 g/mLの(0.53psiaにおける)嵩密度を有した。繊維の平均長さは0.891mmであり、繊維の平均幅は0.026mmであり、34:1の平均L/Dを与えた。繊維状材料の走査型電子顕微鏡写真を25倍の倍率において図11に示す。
30lb/ft3の嵩密度を有する未使用漂白白色クラフトボードの1500ポンドスキッドを、International Paperから入手した。材料を平らに折り畳み、次いで1時間当たり約15から20ポンドの速度において3 hp Flinch Baughシュレッダーに供給した。シュレッダーは、2枚の12インチ回転ブレード、2枚の固定ブレードおよび0.30インチの排出スクリーンを備えていた。回転ブレードと固定ブレードとの間隙は0.10インチに調整した。シュレッダーからの排出物は、紙片様であった(上記の通り)。紙片様材料をMunson回転ナイフカッター、Model SC30に供給した。排出スクリーンは1/8インチの孔を有した。回転ブレードと固定ブレードとの間隙は約0.020インチに設定した。回転ナイフカッターは刃先を越える紙片様破片を剪断した。第1の剪断から得られた材料を同一の機構に供給して戻し、スクリーンを1/16インチのスクリーンにより置き換えた。この材料を剪断した。第2の剪断から得られた材料を同一の機構に供給して戻し、スクリーンを1/32インチのスクリーンにより置き換えた。この材料を剪断した。得られた繊維状材料は1.6897m2/g +/- 0.0155m2/gのBET表面積、87.7163パーセントの多孔度および0.1448g/mLの(0.53psiaにおける)嵩密度を有した。繊維の平均長さは0.824mmであり、繊維の平均幅は0.0262mmであり、32:1の平均L/Dを与えた。繊維状材料の走査型電子顕微鏡写真を25倍の倍率において図12に示す。
分析用のセルロース材料およびリグノセルロース材料を、実施例4に従って処理した。下表に提示する試料材料は、クラフト紙(P)、麦かん(WS)、アルファルファ(A)、およびスイッチグラス(SG)を含む。試料IDの番号「132」は、1/32インチスクリーンを介する剪断後の材料の粒子サイズを指す。ダッシュの後の数字は放射線の線量(MRad)を指し、「US」は超音波処理を指す。例えば、試料ID「P132-10」は、132メッシュの粒子サイズに剪断され、10MRadを放射線照射されたクラフト紙を指す。
**低線量の放射線は、一部の材料の分子量を増加させると考えられる
1線量率=1MRad/時間
2水中に分散させた材料を用いた、再循環条件下で1000Wホーンを使用する20kHz超音波による30分間の処理
*ピークは処理後に合体する
**低線量の放射線は一部の材料の分子量を増加させると考えられる
1線量率=1MRad/時間
2水中に分散させた材料を用いた、再循環条件下で1000Wホーンを使用する20kHz超音波による30分間の処理
水銀細孔サイズおよび細孔体積分析(表4)は、気密制御された圧力下で水銀(非湿潤性液体)を多孔構造に押し込むことに基づく。水銀はほとんどの物質を濡らさず、毛細管作用により自然に細孔に浸透することがないので、外部圧力を適用することにより試料のボイド中に押し込まなければならない。ボイドを満たすのに必要な圧力は、細孔のサイズに反比例する。大きいボイドを満たすのには少量の力または圧力しか必要とされない一方、極めて小さい細孔のボイドを満たすにはかなり大きい圧力が必要とされる。
静的光散乱による粒子サイジングの技術は、Mie理論(Fraunhofer理論も包含する)に基づく。Mie理論は、他の系の変数が既知であり、一定に保持されることを条件として、球状散乱粒子についてサイズの関数としての強度対角度関係を予測する。これらの変数は、入射光の波長および試料材料の相対屈折率である。Mie理論の適用は、詳細な粒子のサイズの情報を提供する。表6は、メジアン直径、平均直径、およびモード直径をパラメーターとして使用して粒子サイズをまとめる。
供給率:35%
ディスパーサー圧力:4バール
光学モデル:(2.610,1.000i)、1000
各試料の表面積は、Micromeritics(登録商標)ASAP 2420 Accelerated Surface Area and Porosimetry Systemを使用して分析した。試料は、まず40℃において16時間脱気することにより調製した。次に、ヘリウムを有する自由空間(中温空間と低温空間の両方)を計算し、次いで試料チューブを再度排気してヘリウムを除去する。データ収集はこの第2の排気後に始まり、どの程度多くのガスを試料上に与えるかを制御する標的圧力を規定することからなる。各標的圧力において、吸着したガスの量および実際の圧力を測定し、記録する。試料チューブ内圧を、圧力変換器により計測する。標的圧力が達成され、平衡となるまでガスをさらに与え続ける。吸着したガスの量を、試料上への複数回用量を合計することにより測定する。圧力および量はガス吸着等温線を規定し、これを使用してBET表面積を含む多数のパラメーターを計算する(表7)。
繊維長さ分布試験を、Techpap MorFi LB01システムを使用して提示された試料についてトリプリケートで実施した。平均長および幅を表8に報告する。
本発明の多数の態様を記載してきた。しかしながら、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく種々の改変をなすことができることが理解される。
例えば、一部の方法は、1種類以上のリグニナーゼおよび/またはバイオマス破壊酵素をフェントン化学反応に代えて、またはフェントン化学反応に加えて利用してセルロース材料またはリグノセルロース材料の分解抵抗性を低減させる。そのような方法において、第1のレベルの分解抵抗性を有する第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を提供し、1種類以上のリグニナーゼおよび/または1種類以上のバイオマス破壊生物、例えばリグニン破壊生物と合わせて第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料と接触させる。接触は、第1のレベルの分解抵抗性よりも低い第2のレベルの分解抵抗性を有する第2のリグノセルロース材料を生成するのに十分な時間、例えば、2から24時間の間、例えば、6から12時間および条件下、例えば、pH約6未満、例えばpH3から5.5の間で維持する。分解抵抗性を低減させた後、第2のセルロース材料またはリグノセルロース材料を1種類以上の酵素および/または微生物と接触させ、例えば本明細書に記載の任意の生成物、例えば食品もしくは燃料、例えばエタノールもしくはブタノール(例えば、n-ブタノール)または参照により本明細書に組み入れられる任意の出願に記載の任意の生成物を製造することができる。
一部の態様において、本明細書に開示の方法およびシステムを使用して炭化水素含有材料、例えば、タールまたはオイルサンド、オイルシェール、原油(例えば、重質原油および/または軽質原油)、ビチューメン、石炭、石油ガス(例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン)、液化天然および/または合成ガス、アスファルト、ならびに種々のタイプの炭化水素を含む他の天然材料を加工することができる。例えば、炭化水素含有材料用の加工施設は、原料の供給を受ける。原料は、例えばコンベヤベルトおよび/または貨車システムにより鉱床から直接送達することができ、ある態様においては、加工施設を鉱床に比較的近接させ、または鉱床頂上にさえ建設することができる。一部の態様において、原料は、鉄道貨物列車または別のモーター輸送システムを介して加工施設に輸送することができ、かつ/またはパイプラインを介して加工施設にポンプ輸送することができる。
Claims (22)
- 以下の工程を含む、セルロース材料またはリグノセルロース材料の分解抵抗性(recalcitrance)を低減させるための方法:
混合物中で、第1のレベルの分解抵抗性を有する第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を、1つ以上の天然に存在する非放射性の5、6、7、8、9、10または11族の元素を含む1種類以上の化合物と接触させて、第1のレベルの分解抵抗性よりも低い第2のレベルの分解抵抗性を有する第2のセルロース材料またはリグノセルロース材料を生成する工程。 - 1つ以上の元素が、1+、2+、3+、4+または5+の酸化状態である、請求項1記載の方法。
- 1つ以上の元素が、Mn、Fe、Co、Ni、CuまたはZnを含む、請求項1または2記載の方法。
- 1つ以上の元素が、2+、3+または4+の酸化状態のFeである、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 混合物が、前記元素のうちの少なくともいくつかの酸化状態を増加させることができる1種類以上の酸化剤をさらに含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 酸化剤が、オゾンおよび/または過酸化水素を含む、前記請求項いずれか一項記載の方法。
- 接触の間、pHを約5.5以下、例えば、1から5の間、2から5の間、2.5から5の間または約3から5の間に維持する工程をさらに含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を水または水性媒体中に分散させ、続いて、まず1種類以上の前記化合物を添加し、次いで1種類以上の前記酸化剤を添加する工程をさらに含む、請求項5〜7のいずれか一項記載の方法。
- 第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を水または水性媒体中に分散させ、続いて、まず1種類以上の前記酸化剤を添加し、次いで1種類以上の前記化合物を添加する工程をさらに含む、請求項5〜7のいずれか一項記載の方法。
- 分散液中で計測される1種類以上の前記化合物中の元素の総最大濃度が、約10μMから約500mM、例えば約25μMから約250mMの間または約100μMから約100mMの間である、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 1種類以上の前記酸化剤の総最大濃度が、約100μMから約1M、例えば約250μMから約500mMの間、または約500μmから250mMの間である、請求項5〜9のいずれか一項記載の方法。
- 例えば第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料および1種類以上の前記化合物に粒子線、例えば電子線またはプロトン線を空気を介して照射することによってオゾンをインサイチューで発生させることにより、1種類以上の前記酸化剤を、第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料および1種類以上の前記化合物にガスとして適用する、請求項5〜9のいずれか一項記載の方法。
- 混合物が1種類以上の前記化合物および1種類以上の前記酸化剤を含み、1種類以上の前記化合物中の元素と1種類以上の前記酸化剤とのモル比が、約1:1000から約1:25、例えば約1:500から約1:25または約1:100から約1:25である、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 混合物が、1種類以上のヒドロキノン、例えば2,5-ジメトキシヒドロキノンおよび/または1種類以上のベンゾキノン、例えば2,5-ジメトキシ-1,4-ベンゾキノンをさらに含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 1種類以上の前記酸化剤を、インサイチューで電気化学的または電磁的に発生させる、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- (1)セルロース材料またはリグノセルロース材料と、(2)1つ以上の天然に存在する非放射性の5、6、7、8、9、10または11族の元素を含む1種類以上の化合物と、任意で、(3)前記元素のうちの少なくともいくつかの酸化状態を増加させることができる1種類以上の酸化剤とを含む、組成物。
- 以下の工程を含む、セルロース材料またはリグノセルロース材料の分解抵抗性を低減させる方法:
第1のレベルの分解抵抗性を有する第1のリグノセルロース材料を1種類以上のリグニナーゼおよび/または1種類以上のバイオマス破壊生物、例えばリグニン破壊生物と接触させて、第1のレベルの分解抵抗性よりも低い第2のレベルの分解抵抗性を有する第2のリグノセルロース材料を生成する工程、ならびに
第2のリグノセルロース材料を酵素および/または微生物と接触させる工程。 - リグニナーゼが、マンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、ラッカーゼおよびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項17記載の方法。
- バイオマス破壊生物が、白色腐朽、褐色腐朽、軟腐朽およびそれらの混合物からなる群より選択される、請求項17記載の方法。
- 第2のセルロース材料またはリグノセルロース材料を酵素および/または微生物と接触させる工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
- 分解抵抗性が低減した材料を糖化し、次いで該糖化された材料を発酵する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
- 以下の工程を含む、セルロース材料またはリグノセルロース材料の分解抵抗性を低減させる方法:
混合物中で、第1のレベルの分解抵抗性を有する第1のセルロース材料またはリグノセルロース材料を、1つ以上の天然に存在する非放射性金属元素を含む1種類以上の化合物と接触させて、第1のレベルの分解抵抗性よりも低い第2のレベルの分解抵抗性を有する第2のセルロース材料またはリグノセルロース材料を生成する工程。
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