Переработка биомассы

Переработка биомассы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки США № 60/859911, поданной 17 ноября 2006 года, предварительной заявки США № 60/875144, поданной 15 декабря 2006 года, и предварительной заявки США № 60/881891, поданной 23 января 2007 года, при этом содержание каждой из указанных заявок включено в данное описание в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к переработке биомассы и к полученным из нее продуктам.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Целлюлозные и лигноцеллюлозные материалы, например, в волокнистой форме получают, перерабатывают и используют в больших количествах в ряде применений. Часто такие материалы используют один раз и затем выбрасывают в виде отходов или просто считают отходами переработки, или ими являются, например, сточные воды, багасса, опилки и сухой корм для скота.

Различные целлюлозные и лигноцеллюлозные материалы, их использование и применения раскрыты в патентах США №№ 7074918, 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 и 5952105 и в различных заявках на патент, включающих «Волокнистые материалы и композиты», описанные в РСТ/US2006/010648, поданной 23 марта 2006 года, и «Волокнистые материалы и композиты», описанные в заявке на патент США № 2007/0045456.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение в общем относится к углеводсодержащим материалам (например, к материалам биомассы или к материалам, полученным из биомассы), способам получения и обработки таких материалов для изменения их структуры и к продуктам, полученным из структурно измененных материалов. Многие из способов, раскрытых в данном описании, могут предоставить, например, целлюлозные и/или лигноцеллюлозные материалы, имеющие пониженную молекулярную массу и/или кристалличность относительно природного материала. Многие из способов предоставляют материалы, которые могут быть более легко использованы множеством микроорганизмов для получения полезных продуктов, таких как водород, спирты (например, этанол или бутанол), органические кислоты (например, уксусная кислота), углеводороды, побочные продукты (например, белки), или смесей любого из указанных продуктов.

В соответствии с одним аспектом данное изобретение характеризуется способами изменения молекулярной структуры сырья биомассы, которые включают подготовку сырья биомассы уменьшением одного или более размеров отдельных кусков биомассы; предварительную обработку сырья биомассы с использованием двух или более различных методов предварительной обработки, каждый из которых изменяет молекулярную структуру, при этом различные методы предварительной обработки выбраны из облучения, ультразвуковой обработки, пиролиза и окисления; и переработку подготовленного и предварительно обработанного сырья биомассы с получением продукта.

В некоторых вариантах сырье биомассы подготавливают и затем предварительно обрабатывают. Сырье биомассы может быть также предварительно обработано и затем подготовлено.

Уменьшение одного или более размеров отдельных кусков биомассы может включать, например, использование сдвигового усилия, резки или размола.

В некоторых вариантах сырье биомассы подвергают двум или более методам предварительной обработки в одно и то же или почти в одно и то же время.

Два или более методов предварительной обработки могут включать, например, облучение и ультразвуковую обработку. Облучение может быть, например, в форме электронного пучка. В отдельных вариантах облучение электронным пучком осуществляют при уровне общей дозы 10 Мрад и ультразвуковую обработку осуществляют при уровне общей энергии более 5 МДж/м³. Облучение может предшествовать ультразвуковой обработке, или ультразвуковая обработка может предшествовать облучению, или облучение и ультразвуковая обработка могут быть осуществлены в одно и то же или почти в одно и то же время.

Изменение молекулярной структуры сырья биомассы может включать, например, изменение любой одной или более характеристик, выбранных из средней молекулярной массы, средней кристалличности, удельной поверхности, степени полимеризации, пористости, разветвления, прививки и размера домена биомассы. В некоторых вариантах изменение молекулярной структуры сырья биомассы включает уменьшение любой одной или обеих характеристик, выбранных из средней молекулярной массы и средней кристалличности биомассы, или увеличение любой одной или обеих характеристик, выбранных из удельной поверхности и пористости биомассы.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения продуктов, таких как воспламеняющиеся топлива, которые включают обеспечение материала, включающего углевод, полученного способом, включающим предварительную обработку сырья биомассы любыми двумя или более методами, выбранными из облучения, ультразвуковой обработки, пиролиза и окисления; и контактирование материала с микроорганизмом, имеющим способность превращать, по меньшей мере, часть, например, по меньшей мере, 1 масс.% материала в продукт, такой как воспламеняющееся топливо.

В некоторых вариантах два или более различных методов предварительной обработки включают облучение и ультразвуковую обработку, облучение и окисление, облучение и пиролиз, ультразвуковую обработку и окисление, ультразвуковую обработку и пиролиз или окисление и пиролиз.

Любой раскрытый в данном описании метод может дополнительно включать, например, предварительную обработку сырья биомассы паровым взрывом.

В некоторых вариантах способ не включает, например, гидролиз биомассы кислотой или основанием.

В некоторых вариантах не гидролизовано, по меньшей мере, примерно 70 масс.% биомассы, например, по меньшей мере, 95 масс.% массы. В отдельных вариантах биомасса по существу совсем не гидролизована.

В некоторых вариантах, по меньшей мере, один метод предварительной обработки применяют, например, для биомассы, в которой менее примерно 25 масс.% биомассы смочено жидкостью, такой как вода. В некоторых вариантах, по меньшей мере, один метод предварительной обработки применяют для биомассы, которая по существу совсем не смочена жидкостью, такой как вода.

Биомасса может иметь, например, менее примерно 5 масс.% удержанной воды, как измерено при 25ºС и относительной влажности пятьдесят процентов.

В некоторых вариантах, по меньшей мере, один метод предварительной обработки может быть применен для биомассы, в которой менее примерно 25 масс.% биомассы находится в набухшем состоянии, причем набухшее состояние характеризуется присутствием объема, который примерно на 2,5% выше объема в ненабухшем состоянии. В других вариантах биомассу смешивают с агентом, вызывающим набухание, или она включает такой агент.

В любом раскрытом в данном описании методе биомасса может быть смешана, например, с агентом, вызывающим набухание, или включает такой агент, и биомасса может получать дозу менее примерно 10 Mpaд.

В некоторых вариантах один из методов предварительной обработки является облучением или включает облучение.

В некоторых вариантах, по меньшей мере, один из методов предварительной обработки, например облучение, применяют для сырья биомассы в то время, когда сырье биомассы подвергается воздействию воздуха.

Может быть использовано давление. По меньшей мере один из методов предварительной обработки, например облучение, может быть использован, например, для биомассы под давлением более примерно 2,5 атм, например более 5 или 10 атм.

Способ может дополнительно включать окисление, пиролиз или паровой взрыв биомассы.

Примеры сырья биомассы включают бумагу, бумажные продукты, бумажные отходы, древесину, древесно-стружечные плиты, опилки, сельскохозяйственные отходы, сточные воды, силос, травы, рисовую шелуху, багассу, хлопок, джут, коноплю, растительное волокно из целлюлозы, бамбук, сизаль, абаку, солому, стержни кукурузных початков, кукурузную солому, просо прутьевидное, люцерну, сено, волосы кокосового ореха, хлопок, синтетическую целлюлозу, морские водоросли, водоросли или их смеси.

Биомасса может представлять собой природный или синтетический материал.

Примеры топлив включают одно или несколько топлив, выбранных из водорода, спиртов и углеводородов. Спирты могут включать, например, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол или их смеси.

Микроорганизм может представлять собой, например, бактерию или дрожжи.

Переработка может включать ферментацию материала в продукт, такой как воспламеняющееся топливо.

Облучение может быть осуществлено, например, с использованием ионизирующего излучения, такого как гамма-излучение, электронного пучка или ультрафиолетового С-излучения, имеющего длину волны от примерно 100 до примерно 280 нм.

Ионизирующее излучение может включать облучение электронным пучком.

Облучение может быть осуществлено, например, при уровне общей дозы от примерно 10 до примерно 150 Mpaд, например, при мощности дозы от примерно 0,5 до примерно 10 Mpaд/день или от 1 до примерно 10 Mpaд/c.

В некоторых вариантах облучение включает использование двух или более источников облучения, таких как гамма-излучение и пучок электронов.

Ультразвуковая обработка может быть осуществлена, например, при частоте от примерно 15 до примерно 25 кГц, например при частоте от 18 до 22 кГц.

В некоторых вариантах биомасса включает первую целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, и углеводный материал включает вторую целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы. Вторая среднечисленная молекулярная масса ниже первой среднечисленной молекулярной массы, например, более, чем примерно в один раз. В некоторых вариантах первая целлюлоза имеет первую кристалличность и вторая целлюлоза имеет вторую кристалличность, которая ниже первой кристалличности. Вторая кристалличность может быть ниже первой кристалличности более, чем на примерно 10%.

В некоторых вариантах первая целлюлоза может иметь первую степень окисления и вторая целлюлоза имеет вторую степень окисления, которая выше первой степени окисления.

Сырье биомассы может быть получено, например, сдвигом волокна источника биомассы с получением волокнистого материала. Сдвиг может быть осуществлен, например, дисковым ножом. Волокна волокнистого материала могут иметь, например, среднее отношение длины к диаметру более 5/1. Волокнистый материал может иметь, например, удельную поверхность по методу БЭТ более 0,25 м²/г.

В некоторых вариантах углевод может включать одну или более β-1,4-связей и иметь среднечисленную молекулярную массу от примерно 3000 до 50000.

Предварительно обработанный материал биомассы может дополнительно включать, например, буфер, такой как бикарбонат натрия или хлорид аммония, электролит, такой как хлорид калия или хлорид натрия, фактор роста, такой как биотин, и/или парное основание, такое как урацил, поверхностно-активное вещество, минерал или хелатирующий агент.

В некоторых вариантах сырье биомассы предварительно обрабатывают с использованием любых трех или более методов, выбранных из облучения, ультразвуковой обработки, пиролиза и окисления в любом порядке или примерно в одно и то же время.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения продукта, такого как воспламеняющееся топливо, которые включают обеспечение материала, включающего углевод, полученного предварительной обработкой сырья биомассы любым одним или более методами, выбранными из облучения, ультразвуковой обработки, окисления, пиролиза и парового взрыва, в котором менее примерно 25 масс.% биомассы находится в набухшем состоянии, причем набухшее состояние характеризуется присутствием объема, который примерно на 2,5% выше номинального объема в ненабухшем состоянии; и контактирование материала с микроорганизмом, имеющим способность превращать, по меньшей мере, часть, например, по меньшей мере, 1 масс.%, материала в продукт, такой как воспламеняющееся топливо.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения продукта, такого как воспламеняющееся топливо, которые включают обеспечение материала, включающего углевод, полученного предварительной обработкой сырья биомассы, выбранной из любой одной или более обработок, включающих облучение, ультразвуковую обработку, окисление, пиролиз и паровой взрыв, в котором менее примерно 25 масс.% биомассы гидролизуется после предварительной обработки; и контактирование материала с микроорганизмом, имеющим способность превращать, по меньшей мере, часть материала, например, по меньшей мере, примерно 1 масс.%, в продукт, такой как воспламеняющееся топливо.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения продукта, такого как воспламеняющееся топливо, которые включают обеспечение материала, включающего углевод, полученного предварительной обработкой сырья биомассы, выбранной из любой одной или более обработок, включающих облучение, ультразвуковую обработку, окисление, пиролиз и паровой взрыв, в котором менее примерно 25 масс.% биомассы находится в контакте с жидкостью, такой как вода; и контактирование материала с микроорганизмом, имеющим способность превращать, по меньшей мере, часть, например, по меньшей мере, примерно 1 масс.%, материала в продукт, такой как воспламеняющееся топливо.

В некоторых вариантах способы включают выбор двух или более различных методов предварительной обработки. Два или более различных методов предварительной обработки могут включать, например, облучение и ультразвуковую обработку, облучение и окисление, облучение и пиролиз, ультразвуковую обработку и окисление, ультразвуковую обработку и пиролиз или окисление и пиролиз. Предварительная обработка биомассы необязательно может включать паровой взрыв.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения продукта, такого как воспламеняющееся топливо, которые включают обеспечение материала, включающего углевод, полученного предварительной обработкой подвергнутого сдвигу сырья биомассы, выбранной из любой одной или более обработок, включающих облучение, ультразвуковую обработку, окисление, пиролиз и паровой взрыв; и контактирование материала с микроорганизмом, имеющим способность превращать, по меньшей мере, часть, например, по меньшей мере, примерно 1 масс.%, материала в продукт, такой как воспламеняющееся топливо.

Подвергнутая сдвигу биомасса может включать, например, дискретные волокна, имеющие отношение длины к диаметру (Д/Д, L/D) более примерно 5/1. Биомасса может иметь, например, внутренние волокна, и биомасса подвергается сдвигу до степени, при которой существенно подвергаются сдвигу ее внутренние волокна. Например, биомасса подвергается сдвигу до степени, при которой она имеет объемный вес менее примерно 0,35 г/см³.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется системами для обработки сырья биомассы, которые включают модуль подготовки сырья биомассы, предназначенный для уменьшения размера кусков биомассы; два или более из следующих модулей предварительной обработки: модуль облучения, размещенный для облучения биомассы; модуль ультразвуковой обработки, размещенный для воздействия ультразвуковой энергии на биомассу; модуль окисления, размещенный для окисления биомассы; модуль пиролиза, размещенный для нагрева биомассы; и подсистему для транспортировки биомассы, предназначенную для перемещения биомассы к модулям и между модулями в пределах системы для обработки. Два или более модулей предварительной обработки устанавливают последовательно и/или приспосабливают для обработки части биомассы примерно в одно и то же время. Любая система может дополнительно включать, например, реактор.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется системами, включающими реактор, содержащий предварительно обработанный материал биомассы, включающий углевод. Предварительно обработанный материал биомассы получают любым раскрытым в данном описании способом.

Реактор может также содержать, например, микроорганизм в контакте с материалом, причем микроорганизм имеет способность превращать, по меньшей мере, часть материала в продукт, такой как воспламеняющееся топливо. Реактор может иметь, например, общий объем более примерно 1000 л, например более 5000 л.

Любая система может включать, например, модуль облучения и модуль ультразвуковой обработки.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется углеводными материалами, полученными способом, включающим предварительную обработку подвергнутого сдвигу сырья биомассы, выбранную из любой одной или более обработок, включающих облучение, ультразвуковую обработку, окисление, пиролиз и паровой взрыв. Предварительная обработка может быть осуществлена, например, любыми двумя или более обработками, выбранными из облучения, ультразвуковой обработки, окисления, пиролиза и парового взрыва.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется углеводными материалами, полученными способом, включающим предварительную обработку сырья биомассы, выбранную из любых двух или более обработок, включающих облучение, ультразвуковую обработку, окисление, пиролиз и паровой взрыв.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется композициями, содержащими целлюлозный или лигноцеллюлозный материал, имеющий пик максимальной молекулярной массы менее примерно 25000 и кристалличность менее примерно 55%. Целлюлозный или лигноцеллюлозный материал может, например, иметь пористость более примерно 72%, удельную поверхность по методу БЭТ более примерно 0,75 м²/г или объемный вес менее примерно 0,5 г/см³. Композиция может дополнительно включать, например, фермент и/или микроб.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется композициями, содержащими целлюлозный или лигноцеллюлозный материал, включающий волокна. Целлюлозный или лигноцеллюлозный материал имеет пик максимальной молекулярной массы примерно 25000 и объемный вес менее примерно 0,5 г/см³.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения композиционных материалов, таких как композиционные материалы на основе волокна и полимерной матрицы, которые включают облучение волокнистого материала, включающего первый целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал, имеющий первую молекулярную массу, с получением второго целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала, имеющего вторую молекулярную массу, которая выше первой молекулярной массы; и объединение второго целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала с материалом, таким как смола.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения композиционных материалов, таких как композиционные материалы на основе волокна и полимерной матрицы, которые включают объединение материала, такого как смола, с волокнистым материалом, включающим целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал, имеющий первую молекулярную массу, с получением композиционного материала, включающего волокнистый материал и матрицу; и облучение композиционного материала для увеличения молекулярной массы первого целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала в матрице, такой как отверждающееся связующее.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения композиционных материалов, таких как композиционные материалы на основе волокна и полимерной матрицы, которые включают облучение волокнистого материала, включающего первый целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал, имеющий первую молекулярную массу, с получением второго целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала, имеющего вторую молекулярную массу, которая выше первой молекулярной массы; объединение второго целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала с материалом, таким как смола, с получением композиционного материала; и облучение композиционного материала.

В соответствии с другим аспектом изобретение характеризуется способами получения облученных древесных продуктов, которые включают обеспечение древесного продукта, включающего первый углеводсодержащий материал, имеющий первую молекулярную массу; и облучение древесного продукта с получением облученного древесного продукта, включающего второй углеводсодержащий материал, имеющий вторую молекулярную массу, которая выше первой молекулярной массы. Способы могут дополнительно включать, например, ультразвуковую обработку, проводимую, например, перед облучением, после облучения или одновременно с облучением.

Раскрыты способы, которые включают обеспечение первого материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу; облучение первого материала с получением второго материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы; и объединение второго материала с микроорганизмом. Микроорганизм использует, например, ферменты или иным образом превращает второй материал и в некоторых случаях первый материал с получением полезного продукта, такого как воспламеняющееся топливо. Воспламеняющееся топливо может включать, например, один или более продуктов, выбранных из водорода, спирта, органической кислоты, углеводорода или смесь указанных продуктов. Предпочтительный продукт является этанолом или бутанолом, например, н-, втор- или трет-бутанолом.

В некоторых вариантах первый материал включает целлюлозный или лигноцеллюлозный материал. Например, первый материал может представлять собой или может включать бумагу, бумажные продукты, древесину, древесиноподобные материалы, древесно-стружечные плиты, травы, рисовую шелуху, багассу, хлопок, джут, коноплю, растительное волокно из целлюлозы, бамбук, сизаль, абаку, солому, стержни кукурузных початков, водоросли, морские водоросли, волосы кокосового ореха, хлопок, синтетическую целлюлозу или смеси любого из указанных материалов.

В предпочтительных вариантах первый материал находится в форме волокнистого материала, который включает волокна, полученные сдвигом источника волокна. Только сдвиг может уменьшить кристалличность волокнистого материала и может работать синергически с любой методикой способа, которая может также уменьшать кристалличность и/или молекулярную массу. Сдвиг может быть осуществлен, например, дисковым ножом. В некоторых вариантах волокнистый материал имеет среднее отношение длины к диаметру более 5/1.

Первый и/или второй материал могут иметь, например, удельную поверхность по методу БЭТ более 0,25 м²/г и/или пористость более примерно 25%.

В некоторых вариантах облучение осуществляют ионизирующим излучением, таким как гамма-лучи или пучок электронов.

В предпочтительных вариантах микроорганизм является бактерией или грибом, таким как дрожжи.

В некоторых вариантах вторая среднечисленная молекулярная масса, по меньшей мере, примерно на 25% ниже первой среднечисленной молекулярной массы, например ниже на 50%.

Раскрыты способы, которые включают сдвиг источника волокна с получением первого волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу; и облучением первого волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы. Сдвиг может работать синергически с облучением для уменьшения кристалличности и/или молекулярной массы.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение второго материала с микроорганизмом.

Раскрыты способы, которые включают облучение источника волокна, например бумаги, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, с получением облученного источника волокна, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая меньше первой среднечисленной молекулярной массы; и сдвиг облученного источника волокна с получением волокнистого материала. В отношении предварительно облученного материала следует отметить, что облученный материал может быть хрупким и более восприимчивым к «раскрытию» во время сдвига.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение волокнистого материала с микроорганизмом.

Раскрыты способы, которые включают обеспечение первого лигноцеллюлозного материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу; и облучение первого лигноцеллюлозного материала с получением второго лигноцеллюлозного материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение второго лигноцеллюлозного материала с микроорганизмом или удаление лигнина из второго лигноцеллюлозного материала с получением делигнифицированного материала и последующее объединение делигнифицированного материала с микроорганизмом. Удаленный лигнин может быть использован, например, в качестве вещества, улучшающего технологические свойства пластиков, или он может быть сожжен с получением энергии.

Раскрыты способы, которые включают обеспечение первого волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу; уплотнение первого волокнистого материала с получением уплотненного первого волокнистого материала; и облучение уплотненного первого волокнистого материала с получением уплотненного второго материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы. Уплотнение может работать синергически с облучением для снижения молекулярной массы и может также повысить производительность на любой стадии обработки, раскрытой в данном описании.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение второго уплотненного волокнистого материала с микроорганизмом или фибрирование второго уплотненного волокнистого материала с получением второго волокнистого материала и последующее объединение второго волокнистого материала с микроорганизмом.

Для дополнительного способствования снижению молекулярной массы целлюлозы в любом представленном в данном описании способе может быть использован фермент, например фермент, разлагающий клетчатку, и/или агент, вызывающий набухание.

Раскрыты способы, которые включают ультразвуковую обработку первого материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, с получением второго материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы; и объединение второго материала с микроорганизмом. Микроорганизм использует, например, ферменты или иным образом превращает второй материал и в некоторых случаях первый материал с получением полезного продукта, например воспламеняющегося топлива. Воспламеняющееся топливо, например, может представлять собой или может включать водород, спирт, органическую кислоту, углеводород или смесь указанных продуктов. Предпочтительный продукт является этанолом или бутанолом, например н-, втор- или трет-бутанолом.

В некоторых вариантах первый материал включает целлюлозный или лигноцеллюлозный материал. Например, первый материал может представлять собой или может включать бумагу, бумажные продукты, древесину, древесиноподобные материалы, древесно-стружечные плиты, травы, рисовую шелуху, багассу, хлопок, джут, коноплю, растительное волокно из целлюлозы, бамбук, сизаль, абаку, солому, стержни кукурузных початков, водоросли, морские водоросли, волосы кокосового ореха, хлопок, синтетическую целлюлозу или смеси любого из указанных материалов.

В предпочтительных вариантах первый материал находится в форме волокнистого материала, который включает волокна, полученные сдвигом источника волокна. Сдвиг может работать, например, синергически с ультразвуковой обработкой для уменьшения молекулярной массы и/или кристалличности. Сдвиг может быть осуществлен, например, дисковым ножом. В некоторых вариантах волокнистый материал имеет среднее отношение длины к диаметру более 5/1.

Первый и/или второй материал могут иметь, например, удельную поверхность по методу БЭТ более 0,25 м²/г и/или пористость более примерно 25%.

В некоторых вариантах ультразвуковую обработку осуществляют звуком, имеющим частоту от примерно 16 до примерно 100 кГц и/или интенсивность от примерно 30 до примерно 600 Вт/см².

В предпочтительных вариантах микроорганизм является бактерией или грибом, таким как дрожжи.

В некоторых вариантах вторая среднечисленная молекулярная масса, по меньшей мере, примерно на 25% ниже первой среднечисленной молекулярной массы, например ниже на 50%.

Раскрыты способы, которые включают сдвиг источника волокна с получением первого волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу; и ультразвуковую обработку первого волокнистого материала с получением второго волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение второго материала с микроорганизмом.

Раскрыты способы, которые включают ультразвуковую обработку источника волокна, например бумаги, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, с получением обработанного ультразвуком источника волокна, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая меньше первой среднечисленной молекулярной массы; и сдвиг обработанного ультразвуком источника волокна с получением волокнистого материала. В отношении предварительно обработанного ультразвуком материала следует отметить, что обработанный ультразвуком материал может быть хрупким и более восприимчивым к «раскрытию» во время сдвига.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение волокнистого материала с микроорганизмом.

Раскрыты способы, которые включают ультразвуковую обработку первого лигноцеллюлозного материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, с получением второго волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение второго лигноцеллюлозного материала с микроорганизмом или удаление лигнина из второго лигноцеллюлозного материала с получением делигнифицированного материала и последующее объединение делигнифицированного материала с микроорганизмом.

Раскрыты способы, которые включают ультразвуковую обработку первого волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, с получением второго волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы; и уплотнение второго волокнистого материала с получением уплотненного волокнистого материала.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение уплотненного волокнистого материала с микроорганизмом или фибрирование уплотненного волокнистого материала с получением третьего волокнистого материала и последующее объединение третьего волокнистого материала с микроорганизмом.

Для дополнительного способствования снижению молекулярной массы целлюлозы в любом представленном в данном описании способе может быть использован фермент, например фермент, разлагающий клетчатку, или химическое вещество, например гипохлорит натрия, кислота, основание или агент, вызывающий набухание. Обработку ферментом и/или химическим веществом можно осуществлять перед ультразвуковой обработкой, во время или после нее.

Раскрыты способы, которые включают пиролиз первого материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, с получением второго материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы; и объединение второго материала с микроорганизмом. Микроорганизм использует, например, ферменты или иным образом превращает второй материал и в некоторых случаях первый материал с получением полезного продукта, например воспламеняющегося топлива. Воспламеняющееся топливо может включать, например, один или более продуктов, выбранных из водорода, спирта, органической кислоты, углеводорода или смеси указанных продуктов. Предпочтительный продукт является этанолом или бутанолом.

В некоторых вариантах первый материал включает целлюлозный или лигноцеллюлозный материал. Например, первый материал может представлять собой или может включать бумагу, бумажные продукты, древесину, древесиноподобные материалы, древесно-стружечные плиты, травы, рисовую шелуху, багассу, хлопок, джут, коноплю, растительное волокно из целлюлозы, бамбук, сизаль, абаку, солому, стержни кукурузных початков, водоросли, морские водоросли, волосы кокосового ореха, хлопок, синтетическую целлюлозу или смеси любого из указанных материалов.

В предпочтительных вариантах первый материал находится в форме волокнистого материала, который включает волокна, полученные сдвигом источника волокна. Относительно малое поперечное сечение может быть часто пиролизовано с большим контролем и эффективностью. Например, сдвиг может быть осуществлен дисковым ножом. В некоторых вариантах волокнистый материал имеет среднее отношение длины к диаметру более 5/1.

Первый или второй материал может иметь удельную поверхность по методу БЭТ более 0,25 м²/г и/или пористость более примерно 25%. Высокие удельные поверхности и/или пористости могут повысить скорости реакции, что делает способы более эффективными.

В предпочтительных вариантах микроорганизм является бактерией или грибом, таким как дрожжи.

В некоторых вариантах вторая среднечисленная молекулярная масса, по меньшей мере, примерно на 25% ниже первой среднечисленной молекулярной массы, например ниже на 50%.

Раскрыты способы, которые включают сдвиг источника волокна с получением первого волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу; и пиролиз первого волокнистого материала с получением второго волокнистого материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже первой среднечисленной молекулярной массы.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение второго материала с микроорганизмом.

Раскрыты способы, которые включают пиролиз источника волокна, например бумаги, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, с получением пиролизованного источника волокна, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая меньше первой среднечисленной молекулярной массы; и сдвиг пиролизованного источника волокна с получением волокнистого материала. В отношении предварительно пиролизованного материала следует отметить, что пиролизованный материал может быть хрупким и более восприимчивым к «раскрытию» во время сдвига. Сдвиг пиролизованного материала может потребовать меньших затрат энергии и может быть более эффективным.

Указанные способы могут дополнительно включать объединение волокнистого материала с микроорганизмом.

Раскрыты способы, которые включают пиролиз первого лигноцеллюлозного материала, включающего целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, с получением второго лигноцеллюлозного материала, включающего целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу, которая ниже