Способ гидролиза смешанной биомассы

Способ гидролиза смешанной биомассы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Данное изобретение в основном относится к способам гидролиза биомассы. Более конкретно, оно относится к способам гидролиза исходной смешанной модифицированной биомассы, которые предоставляют различные преимущества, такие как максимизирование выхода сахаров и минимизирование образования продуктов разложения, например, производных от разложения сахаров.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ

[0002] Имело место увеличение интереса в отношении преобразования целлюлозной биомассы в топлива или другие химические продукты. Имеются многочисленные процессы конверсии биомассы, включающие кислотный гидролиз, ферментативный гидролиз и газификацию. Одним из процессов конверсии биомассы, становящимся все более распространенным, является гидротермическая обработка, которая обычно включает первую стадию контактирования биомассы с горячей водой под давлением, с кислотным катализатором или без него. Эта стадия, как правило, делает возможным экстрагирование и гидролиз гемицеллюлозных сахаров и, при других определенных условиях, гидролиз целлюлозы до сахаров. В зависимости от времени и температуры обработки и загрузки катализатора (если он используется), гемицеллюлозные сахара экстрагируют либо частично, либо полностью. Последующие стадии могут включать дополнительную обработку оставшейся несконвертированной биомассы (например, целлюлозы), а также преобразование экстрагированных сахаров от первой стадии в этанол или другие полезные химические продукты.

[0003] На первой стадии этого процесса, гемицеллюлозу обычно преобразуют в мономерные и олигомерные сахара, такие как ксилоза, ксило-олигосахариды, рамноза, арабиноза, галактоза и манноза. Отношение олигомеров к мономерам варьируется в зависимости от жесткости условий реакции (например, от времени, давления и изменения температуры во времени, и количества катализатора, в случае его применения). Реакция также образует побочные продукты и/или продукты разложения, такие как уксусная кислота, фурфурол, гидроксиметилфурфурол (ГМФ) и органические кислоты, такие как муравьиная кислота и левулиновая кислота.

[0004] В целлюлозно-бумажной промышленности, способы обработки биомассы предназначены, чтобы извлекать гемицеллюлозу и большую часть лигнина из лигноцеллюлозной биомассы посредством добавления химических продуктов (например, при применении процесса сульфатной варки (крафт-процесса) или процесса сульфитной варки), оставляя большую часть целлюлозы. Обычно не предпринимались меры, чтобы максимизировать выход экстрагированных сахаров (например, ксилозы и/или ксило-олигосахаридов), поскольку основной целью этих технологий является производство целлюлозы для изготовления бумаги или бумажных продуктов. Кроме того, многие процессы используют химические продукты, чтобы содействовать экстрагированию или извлечению целлюлозы, однако эти процессы являются более дорогими, чем те, которые не используют химические продукты. Даже в случаях, когда может являться желательным максимизирование выхода при экстрагировании гемицеллюлозных сахаров, такие способы оптимизированы лишь для одной исходной биомассы.

[0005] Для того, чтобы поддерживать большие объемы выработки сахаров, производных от биомассы, и последующего производства этанола, может являться необходимым смешивание разных биомасс для обработки. Использование разных биомасс для обработки представляет собой сложную проблему для конверсии в сахара, особенно для экстрагирования гемицеллюлоз. Разные биомассы гидролизуются при разных скоростях, и скорость гидролиза может зависеть от множества факторов. Если смеси биомассы гидролизуют без принятия во внимание значительной вариабельности в скоростях гидролиза компонентов биомасс в смеси, выходы сахаров будут ниже, чем потенциально возможные выходы, и выработка продуктов разложения, как правило, будет увеличена.

[0006] Соответственно, в настоящее время имеет место потребность в способах для максимизирования выхода сахаров из смесей биомассы. Способы по данному изобретению направлены на эти, а также на другие, важные задачи.

[0007] Следует принимать во внимание, что это описание уровня техники, предшествующего данному изобретению, было создано авторами изобретения, чтобы помочь читателю, и не должно приниматься в качестве указания на то, что любая из указанных проблем сама по себе понятна в данной области техники. Наряду с тем, что описанные принципы могут, в некоторых аспектах и вариантах осуществления, способствовать решению проблем, имеющих место в других системах, следует принимать во внимание, что объем защищаемой новизны определен прилагаемой формулой изобретения, а не способностью любого описанного отличительного признака к решению любой конкретной проблемы, указанной в данном документе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] В одном из вариантов осуществления данное изобретение относится к способу гидролиза, который содержит, состоит из или состоит по существу из:

(1) предоставления по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс, содержащих:

(a) от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.% первой исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени X, когда подвергается воздействию условий первичной обработки; и

(b) от более чем 0 масс.% до менее чем 100 масс.% второй исходной модифицированной биомассы, проявляющей максимальный выход гидролиза при времени Y, когда подвергается воздействию условий первичной обработки;

где:

вторая исходная модифицированная биомасса отличается от первой исходной модифицированной биомассы;

время X меньше или равно времени Y;

и время X и время Y различаются на величину, которая меньше чем или равна примерно 100% от времени X;

и

(2) подвергания смеси первой исходной модифицированной биомассы и второй исходной модифицированной биомассы воздействию условий первичной обработки, чтобы достигнуть максимального выхода гидролиза при времени Z, при этом время Z меньше, чем время Y;

где:

данный способ гидролиза выполняют при pH по меньшей мере 1,3; и

все величины в массовых процентах представлены в расчете на сухой материал и по отношению к общей массе по меньшей мере двух исходных модифицированных биомасс.

[0009] В другом варианте осуществления вторая исходная модифицированная биомасса отличается от первой исходной модифицированной биомассы посредством различия, выбранного из группы, состоящей из содержания компонентов состава, типа биомассы, вида биомассы, структуры гемицеллюлозы, географического места сбора, сезона сбора и любой их комбинации.

[0010] В другом варианте осуществления первую исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством первой обработки, и вторую исходную модифицированную биомассу приготавливают посредством второй обработки. Первая и вторая обработки могут быть независимым образом выбраны из группы, состоящей из измельчения, парового взрыва, ферментативной обработки, кислотной обработки, щелочной обработки, гидротермической обработки, биологической обработки, каталитической обработки, некаталитической обработки, и любой их комбинации. Первая обработка может быть такой же, что и вторая обработка, или отличной от нее.

[0011] В еще одном варианте осуществления выход продукта разложения от первого разложения при времени Z, достигнутый при подвергании смеси воздействию условий первичной обработки, ниже, чем по меньшей мере один из (i) выхода продукта разложения от второго разложения первой исходной модифицированной биомассы при времени X, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки, и (ii) выхода продукта разложения от третьего разложения второй исходной модифицированной биомассы при времени Y, когда она подвергается воздействию условий первичной обработки.

[0012] Наряду с тем, что аспекты данного изобретения могут быть описаны и заявлены в конкретном классе патентоспособных объектов изобретения, таком как системный класс патентоспособных объектов изобретения, это представлено только лишь для удобства, и специалисту в данной области техники будет понятно, что каждый аспект данного изобретения может быть описан и заявлен в любом классе патентоспособных объектов изобретения. Если определенно не указано иное, никоим образом не предполагается, что любой способ или аспект, представленный в данном документе, истолковывается таким образом, что требуется выполнение его стадий в определенном порядке. Соответственно, там, где пункт формулы изобретения на способ не устанавливает конкретно в формуле изобретения или в описании, что стадии ограничены определенным порядком, это никоим образом не означает, что порядок подразумевается, в любом отношении. Это справедливо для любой возможной недвусмысленной основы для интерпретации, включая логические ситуации в отношении расположения стадий или технологического потока, просто являющегося производным от структурного расположения или чередования, или числа и вида вариантов осуществления, представленных в данном описании. Следует понимать, что как предшествующее общее описание, так и приведенное далее подробное описание представлены лишь в качестве примера и с целью пояснения и не являются ограничивающими.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Сопроводительные чертежи, которые включены, чтобы дополнительно обеспечить понимание данного изобретения, объединены с этим описанием и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и наряду с описанием служат для разъяснения принципов изобретения. В данных чертежах:

[0014] ФИГ. 1 показывает смоделированные результаты эксперимента по гидролизу биомассы в Примере 1.

[0015] ФИГ. 2 показывает смоделированные результаты другого эксперимента по гидролизу биомассы в Примере 1.

[0016] ФИГ. 3 показывает распределение частиц по размерам, применяемое для моделирования в Примерах 1-3.

[0017] ФИГ. 4 показывает смоделированные результаты эксперимента по гидролизу биомассы в Примере 2.

[0018] ФИГ. 5 показывает смоделированные результаты второго эксперимента по гидролизу биомассы в Примере 2.

[0019] ФИГ. 6 показывает график моделированной концентрации общей ксилозы от экспериментов по гидролизу биомассы Примеров 1 и 2.

[0020] ФИГ. 7 показывает экспериментальные результаты экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 4.

[0021] ФИГ. 8 показывает распределение частиц по размерам «крупной биомассы американской липы (BW)» Примеров 4, 5 и 7.

[0022] ФИГ. 9 показывает распределение частиц по размерам «крупной биомассы красного дуба (RO)» Примеров 4, 6 и 7.

[0023] ФИГ. 10 показывает сравнение экспериментальных и усредненных данных для экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 4.

[0024] ФИГ. 11 показывает выход общей ксилозы как функцию от времени для биомассы, которая была модифицирована до различных размеров.

[0025] ФИГ. 12 показывает экспериментальные результаты экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 6.

[0026] ФИГ. 13 показывает сравнение экспериментальных и усредненных данных для экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 6.

[0027] ФИГ. 14 показывает концентрацию фурфурола как функцию от времени для экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 7.

[0028] ФИГ. 15 показывает концентрацию фурфурола как функцию от времени для других экспериментов по гидролизу биомассы в Примере 7.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Данное изобретение может быть понято легче посредством ссылки на представленные ниже подробное описание, примеры, чертежи и формулу изобретения и их предшествующее и последующее описание. Однако следует понимать, что данное изобретение не ограничивается конкретными композициями, изделиями, устройствами, системами и/или описанными способами, если не указано иное, и как таковые, естественно, они могут варьироваться. Также следует понимать, что терминология, используемая в данном документе, предназначена лишь для описания конкретных аспектов, и не предназначена быть ограничивающей.

[0030] Последующее описание изобретения также предоставлено в качестве возможности представления идеи изобретения в его главном, известном в настоящее время аспекте. В связи с этим, средним специалистам в данной области техники будет понятно и будет принято ими во внимание, что изменения и модификации могут быть сделаны для различных аспектов изобретения, описанных в данном документе, наряду с тем, что сохраняются выгодные результаты данного изобретения. Также будет очевидно, что некоторые из преимуществ данного изобретения могут быть получены посредством выбора некоторых из отличительных признаков данного изобретения без использования других признаков. Соответственно, средним специалистам в данной области техники будет понятно, что многие модификации и адаптации данного изобретения возможны и могут даже быть желательными в определенных обстоятельствах и являются, соответственно, также частью данного изобретения. Таким образом, приведенное ниже описание предоставлено как иллюстрирующее принципы данного изобретения, а не для его ограничения.

[0031] Любая комбинация элементов, описанных в данном документе, во всех их возможных вариантах охвачена данным изобретением, если только не указано иное в данном документе или иное не опровергается явным образом посредством контекста.

[0032] Кроме того, следует понимать, что если определенно не указано иное, никоим образом не предполагается, что любой способ, представленный в данном документе, истолковывается таким образом, что требуется выполнение его стадий в определенном порядке. Соответственно, там, где пункт формулы изобретения на способ фактически не перечисляет порядок следования стадий способа, или в формуле изобретения или описании не установлено конкретно иным образом, что стадии должны быть ограничены определенным порядком, это никоим образом не означает, что порядок подразумевается, в любом отношении. Это справедливо для любой возможной недвусмысленной основы для интерпретации, включая логические ситуации в отношении расположения стадий или технологического потока, просто являющегося производным от структурного расположения или чередования, и числа и вида аспектов, представленных в данном описании.

[0033] Все публикации, указанные в данном документе, включены в данный документ посредством ссылки, чтобы раскрыть и описать способы и/или материалы, в связи с которыми противопоставлены данные публикации.

[0034] Следует понимать, что терминология, используемая в данном документе, предназначена лишь для описания конкретных аспектов, и не предназначена быть ограничивающей. Как использовано в описании и в формуле изобретения, термин «содержащий» может включать варианты «состоящий из» и «состоящий по существу из». Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в данном описании, имеют такое же значение, которое является общепринятым для специалистов в области, к которой относится данное изобретение. В этом описании и в последующей формуле изобретения будут сделаны ссылки на ряд терминов, которые должны быть определены в данном документе.

[0035] Как использовано в данном описании и в прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа подразумевают включение формы множественного числа, если только из контекста ясно не следует иное.

[0036] Как использовано в данном документе, термины «необязательный» или «необязательно» означают, что указанное далее событие, компонент или обстоятельство может иметь место или может не иметь место, и что описание включает случаи, в которых указанное событие или обстоятельство имеет место, и случаи, в которых оно не имеет место.

[0037] Как использовано в данном документе, термин или выражение «эффективный», «эффективное количество» или «условия, эффективные для» относятся к такому количеству или условию, которые способны к выполнению функции или реализации способности, для которых представлено эффективное количество. Как будет указано ниже, требующееся точное количество или конкретное условие может варьироваться от одного аспекта к другому, в зависимости от различных переменных, таких как используемые материалы и имеющие место условия обработки. Соответственно, не всегда возможно точно определить точное «эффективное количество» или «условие, эффективное для».

[0038] Ссылки в описании и заключительной формуле изобретения на части по массе, для отдельного элемента или компонента в композиции или пункте, означают массовое соотношение между элементами или компонентами и любыми другими элементами или компонентами в композиции или пункте, в котором указаны части по массе. Соответственно, в композиции, содержащей 2 части по массе компонента X и 5 частей по массе компонента Y, X и Y присутствуют при массовом соотношении 2:5 и присутствуют при таком соотношении независимо от того, содержатся ли в композиции дополнительные компоненты.

[0039] Массовый процент компонента, если специально не указано иное, относится к общей массе состава или композиции, в которую включены данные компоненты. Например, если указано, что конкретный элемент или компонент в композиции или пункте формулы изобретения находится в количестве 8 масс.%, следует понимать, что это процентное содержание относится к общему составу композиции в 100%.

[0040] Наряду с тем, что данное изобретение способно к осуществлению в различных формах, приведенное ниже описание нескольких вариантов осуществления представлено при условии, что данное описание должно рассматриваться как пояснение данного изобретения примерами, и оно не предназначено для ограничения данного изобретения конкретными проиллюстрированными вариантами осуществления. Заголовки предоставлены лишь для удобства и не должны интерпретироваться как ограничивающие данное изобретение каким-либо образом. Варианты осуществления, проиллюстрированные в любом разделе, могут быть объединены с вариантами осуществления, проиллюстрированными в любом другом разделе.

[0041] Как использовано в данном документе, термин «биомасса» означает возобновляемый источник энергии, в основном содержащий углеродный биологический материал, производный от живых или живых незадолго до этого организмов. Подходящие исходные материалы включают лигноцеллюлозный исходный материал, целлюлозный исходный материал, гемицеллюлозный исходный материал, исходные материалы, содержащие крахмал, и т.д. Лигноцеллюлозный исходный материал может быть любой лигноцеллюлозной биомассой, такой как растения (например, ряска, волокна однолетних растений и т.д.), древесина (мягкая древесина, например, от пихты, сосны, ели и т.д.; тропических деревьев, например, бальзы, хлорофоры высокой, тикового дерева и т.д.; или твердая древесина, например, от вяза, дуба, осины, сосны, тополя, ивы, эвкалипта и т.д.), кустарники, трава (например, мискантус, просо прутьевидное, рожь, двукисточник тростниковидный, арундо тростниковый или сорго), специальные сельскохозяйственные культуры, используемые в качестве источника энергии, городские отходы (например, коммунально-бытовые твердые отходы) и/или побочные продукты сельскохозяйственной продукции (например, зерно, сахарный тростник, сахарная свекла, просо африканское, виноград, рис, солома). Биомасса может быть из натурального источника (например, леса, лесистой местности или фермерского хозяйства) и/или побочным продуктом от производственного источника (например, отходами, корой и/или опилками от целлюлозно-бумажного предприятия или лесопильного завода, жмыхом от сахарного тростника, кукурузной соломой, остатками от производства пальмового масла, ветками, листьями, корнями и/или пенькой). Подходящие исходные материалы могут также включать составляющие компоненты любого из вышеуказанных исходных материалов, включая, без ограничения, лигнин, C6-сахариды (включая целлюлозу, целлобиозу, C6-олигосахариды и C6-моносахариды), C5-сахариды (включая гемицеллюлозу, C5-олигосахариды и C5-моносахариды) и их смеси.

[0042] Как использовано в данном документе, «сухая биомасса» (или эквивалентным образом «абсолютно сухая биомасса») относится к биомассе без какой-либо воды (т.е. с содержанием влаги приблизительно 0%). На сухую биомассу обычно указывают в контексте массового отношения воды к сухой биомассе.

[0043] Как использовано в данном документе, термин «модифицированная биомасса» относится к биомассе, которая была подвергнута обработке перед последующим применением (например, гидролизом). В некоторых вариантах осуществления модифицированная биомасса подвергнута обработке, например, и без каких-либо ограничений, механической обработке, химической обработке, биологической обработке, термической обработке или любой их комбинации. В некоторых вариантах осуществления обработка включает, однако без ограничения, измельчение, паровой взрыв, обработку жидкой горячей водой, горячей водой с отрегулированной величиной pH, проточной жидкой горячей водой, разбавленной кислотой, сильной кислотой, проточной кислотой, обработку волокон аммиачным взрывом с замораживанием, перколяцию рециркулируемым аммиаком, щелочное набухание, ферментативную обработку, кислотную обработку, щелочную обработку, гидротермические обработки, или любую их комбинацию. Обработка может включать одну обработку, или обработка может включать более чем одну обработку, например, две, три, четыре, пять, шесть или семь обработок, которые могут быть одинаковыми или отличаться одна от другой. Обработки дополнительно описаны в другом месте в данном документе.

[0044] Как использовано в данном документе, термин «различные исходные биомассы» относится к исходным биомассам, которые могут различаться на основании, например, по меньшей мере, одного параметра из содержания компонентов состава, типа биомассы, вида биомассы, размера биомассы, структуры гемицеллюлозы, географического места сбора и сезона сбора. В одном из вариантов осуществления одна исходная биомасса отличается от другой исходной биомассы посредством того, что они относятся к разным типам биомассы. В другом варианте осуществления одна исходная биомасса отличается от другой исходной биомассы посредством того, что они относятся к разным видам биомассы. В еще одном варианте осуществления две исходные биомассы могут считаться различными, если два исходных материала являются одним и тем же видом биомассы, однако были собраны в разных географических местах (например, удаленных одно от другого по меньшей мере на 30 миль (50 км)). В одном из вариантов осуществления две исходные биомассы могут считаться различными, если два исходных материала собраны в разных географических местах и имеют разную структуру гемицеллюлозы.

[0045] Как использовано в данном документе, термин «содержание компонентов состава» биомассы означает содержание целлюлозы, лигнина, гемицеллюлозы, сахаров, золы, экстрактивных веществ и протеина, если он присутствует, в данной биомассе.

[0046] Как использовано в данном документе, «тип биомассы» означает тип биомассы, т.е. является ли биомасса мягкой древесиной, твердой древесиной, волокнистой массой однолетних растений, недревесной биомассой или городскими отходами (например, коммунально-бытовыми твердыми отходами).

[0047] Как использовано в данном документе, «вид биомассы» означает вид биомассы. В определенных вариантах осуществления две биомассы могут считаться разными видами биомассы, если по меньшей мере одна из биомасс генетически модифицирована. Если обе биомассы генетически модифицированы, то генетические модификации будут, как правило, различными, для того, чтобы считать данные два вида биомассы разными.

[0048] Как использовано в данном документе, «структура гемицеллюлозы» означает структуру гемицеллюлозного(ых) полисахарида(ов), содержащегося(ихся) в данной биомассе. Структура может быть определена, например, на основе содержания моносахаридов, присутствующих в гемицеллюлозе, и/или с учетом типов, протяженности и мест расположения связей, присутствующих в гемицеллюлозе, (например, разветвленности, линейности, типов и мест расположения сахарных связей, таких как β(1,4), α(1,4), β(1,3), α(1,3) и т.д.).

[0049] Как использовано в данном документе, «географическое место сбора» означает место, где биомасса была собрана (например, срублена, извлечена из земли, срезана с растущих растений или деревьев и т.д.).

[0050] Как использовано в данном документе, «сезон сбора» означает время года, когда биомасса собрана (например, срублена, извлечена из земли, срезана с растущих растений или деревьев и т.д.). Сезоны сбора включают весну, лето, осень и зиму, или первый квартал, второй квартал, третий квартал или четвертый квартал года, или тот же самый сезон сбора, однако отделенный периодом по меньшей мере один год.

[0051] Как использовано в данном документе, термин «древесная биомасса» относится к типу биомассы, который включает твердые древесины, мягкие древесины и/или тропические древесины. Древесная биомасса обычно включает, например, бревна, щепу от целых деревьев, щепу от кряжей, крошку от измельчения, щепу от коры, древесные сельскохозяйственные культуры (например, гибридный тополь, гибридную иву и т.д.) и материалы производных от твердых древесин и мягких древесин, включая опилки, отходы лесопильного завода, строительные отходы, отходы целлюлозного завода, городские отходы и т.д. В одном из вариантов осуществления и без ограничений, древесная биомасса может поступать от производственных остатков, остатков лесозаготовок, древесных отходов от потребителя или городских и сельскохозяйственных древесных отходов или любой их комбинации.

[0052] Как использовано в данном документе, термин «недревесная биомасса» относится к типу биомассы, который не является твердой древесиной, мягкой древесиной и/или тропической древесиной. Недревесная биомасса обычно включает, например, многолетние лигноцеллюлозные сельскохозяйственные культуры (например, просо прутьевидное), остатки сельскохозяйственного производства (например, кукурузную солому, жмых от сахарного тростника и т.д.), полисахариды (например, зерно, крахмал, и т.д.), масла (например, соевых бобов). В некоторых вариантах осуществления и без ограничений, недревесная биомасса включает сельскохозяйственные культуры, остатки культур, остатки от переработки (например, остатки, полученные от переработки недревесной биомассы, включая остатки от переработки фруктов, остатки от переработки продуктов питания, кукурузную солому, жмых от сахарного тростника и т.д.), отходы животноводства или любую их комбинацию.

[0053] Как использовано в данном документе, термин «городские отходы» являются типом биомассы, которая обычно является смесью компонентов, или является производной от смеси компонентов. Обычно, городские отходы являются мусором (т.е. отбросами или отходами) или же его компонентом. Городские отходы могут быть твердыми, жидкими или их комбинацией. Городские отходы обычно включают отходы от жилых (домовые отходы), торговых, ведомственных, сельскохозяйственных и/или промышленных источников, включая, например и без ограничения, отходы, поддающиеся биологическому разложению, отходы, не поддающиеся биологическому разложению, отходы целлюлозно-бумажного предприятия, отходы лесопильного завода, строительные отходы, картонные отходы, утилизированную макулатуру, ткани, кожу, пищевые отходы и остатки, дворовые отходы, широкий ассортимент пластиков, включая пластики, полученные из биологического сырья, упаковки и ковровые настилы. Примеры промышленных отходов и остатков включают, однако не ограничиваясь ими, отходы и остатки строительной промышленности, текстильной промышленности, пищевой промышленности, нефтехимической промышленности, ковровой промышленности, промышленности по производству пластиков, бумажной промышленности, фармацевтической промышленности, гостиничной индустрии и т.п. Примеры сельскохозяйственных отходов включают, однако не ограничиваясь ими, отходы сельскохозяйственных культур, пищевые отходы и отходы животноводства. Городские отходы обычно являются разорванным или измельченным мусором после сбора, что содействует сортировке и/или обращению. Разорванные или измельченные городские отходы могут быть в основном разделены на их составляющие компоненты, если это желательно, включающие металлы, пластики и целлюлозные материалы. Как использовано в данном документе, «городские отходы» являются цельным мусором или мусором, который был разорван или измельчен, включающим его отсортированные и несортированные варианты. В предпочтительном варианте осуществления городские отходы являются целлюлозным компонентом разорванного мусора. Наряду с тем, что городские отходы могут включать некоторые компоненты других типов биомассы, как определено в данном документе (например, мягкую древесину или твердую древесину), биомасса типа городских отходов, как использовано в данном документе, включает лишь городские отходы, которые являются мусором или являются производными от мусора (например, которые являются смесью разнородных материалов, таких как металлы, пластик, банановая кожура, кости цыплят и т.д., или являются производными от них). В этом отношении, определенные типы «чистых» строительных отходов, такие как древесные опилки или забракованные доски 2×4s, не рассматриваются как являющиеся «мусором», как использовано в данном документе, поскольку эти строительные отходы, которые могут содержать лишь твердый древесный материал, не были производными от «мусора», как использовано в данном документе, (т.е. разнородной смеси материалов, таких как кости цыплят, банановая кожура, бумага санитарно-гигиенического назначения и т.д.).

[0054] Как использовано в данном документе, «олигосахарид» относится к линейным или разветвленным углеводным молекулам с одними и теми же или разными моносахаридными звеньями, соединенными гликозидными связями. Олигосахариды, как определено в данном документе, состоят из примерно 2 до примерно 30 моносахаридных звеньев. Полисахариды, как определено в данном документе, состоят из по меньшей мере примерно 31 моносахаридного звена.

[0055] Как использовано в данном документе, «моносахарид» относится к любому классу сахаров, которые не могут быть гидролизованы, чтобы произвести более простой сахар. Моносахариды обычно являются C5 (например, ксилоза) и C6 (например, глюкоза) сахарами, но могут также включать моносахариды, имеющие другое число атомов углерода, такие как C2, C3, C4, C7, C8 и т.д. Моносахариды могут быть либо в форме с открытой цепью, либо в циклической форме.

[0056] Как использовано в данном документе, «гемицеллюлоза» относится к группе полисахаридов клеточных оболочек, которые имеют β-(1→4)-связанную структуру с экваториальной конфигурацией. Гемицеллюлозы включают ксилоглюканы, ксиланы, маннаны и глюкоманнаны и β-(1→3,1→4)-глюканы. Основными компонентами гемицеллюлозы обычно являются ксилан (например, полимеры ксилозы) и глюкоманнан.

[0057] Как использовано в данном документе, «непрерывный» означает процесс, который является непрерываемым в отношении его длительности, или прерываемым, временно останавливаемым или приостановленным лишь кратковременно по отношению к продолжительности процесса. Обработка биомассы является «непрерывной», когда биомассу подают в устройство без прерывания или без значительного прерывания, или обработка указанной биомассы не выполняется в виде периодического процесса.

[0058] Как использовано в данном документе, «периодический» означает процесс, который выполняют в виде одной или нескольких стадий. Например, периодический процесс, который использует реактор периодического действия (например, порционный резервуар или порционный варочный котел), может быть выполнен на стадии, на которой различные компоненты загружают в резервуар порционным образом и затем по существу не добавляют материал и не удаляют его из резервуара на протяжении цикла (например, нагревания или промывки).

[0059] Как использовано в данном документе, «общая ксилоза» или «эквивалент ксилозы» означает массу ксилана и/или ксило-олигосахаридов (XOS), как контекст будет это обусловливать, выраженную как их эквивалентная масса в отношении ксилозы. Другими словами, «общая ксилоза» или «эквивалент ксилозы» представляет собой массу ксилозы, которая будет получена из гидролиза ксилана и/или ксило-олигосахаридов (XOS), которая учитывает добавленную массу от добавления воды при гидролизе.

[0060] Выход сахаров может быть определен следующим образом:

выход=((масса сахарного мономера+масса сахарного олигомера)/эквивалентная масса общего сахара в биомассе)×100

(1)

И, в качестве более конкретного примера для ксилозы (основного компонента гемицеллюлозы):

выход ксилозы=((масса мономера ксилозы (C5)+масса олигомеров ксилозы (C5))/масса общего ксилана в биомассе × 1,13)×100

(2)

[0061] Как использовано в данном документе, выход видов, представляющих интерес, вычисляют при применении видов, присутствующих в объемной жидкости, и выход не охватывает любые виды, присутствующие (т.е. «захваченные») внутри пор биомассы. Например, по отношению к уравнению (2) выше, масса мономера ксилозы и масса олигомера ксилозы включают лишь те виды, которые присутствуют в объемной жидкости, однако не включают любой мономер ксилозы или олигомер ксилозы, присутствующий (т.е. «захваченный») внутри пор биомассы.

[0062] Конверсию ксилана вычисляют посредством применения обычных методов, известных в данной области техники. Например, конверсию ксилана обычно вычисляют посредством вычитания количества ксилана, остающегося после гидролиза, из начального количества ксилана перед гидролизом, и деления результата на начальное количество ксилана перед гидролизом.

[0063] Как использовано в данном документе, термин «по существу не содержит» относится к композиции, содержащей менее чем примерно 1% по массе, предпочтительно менее чем примерно 0,5% по массе и более предпочтительно менее чем примерно 0,1% по массе, в расчете на общую массу композиции, определенного материала.

[0064] Как использовано в данном документе, «биологическая обработка» относится к обработке, включающей подвергание биомассы воздействию окружающей среды, содержащей живые организмы или вирусы, способные к модифицированию биомассы. Например, и без ограничений, биологическая обработка может содержать компостирование и анаэробную обработку. В одном из вариантов осуществления биологическая обработка содержит подвергание воздействию грибков или любых других дереворазрушающих организмов. В другом варианте осуществления дереворазрушающие организмы могут включать один из или несколько видов из термитов, муравьев-древоточцев, садовых муравьев лазий светло-бурый, лазий желтый и др., жучков, бактерий, или любую их комбинацию.

[0065] Сверхкритическая текучая среда является текучей средой при температуре выше ее критической температуры и при давлении выше ее критического давления. Сверхкритическая текучая среда существует при «критической точке» или выше нее, точке наиболее высоких значений температуры и давления, при которых жидкая и паровая (газовая) фазы могут находиться в равновесии одна с другой. Выше критического давления и критической температуры различие между жидкой и газовой фазами перестает существовать. Сверхкритическая текучая среда обладает свойствами проникновения газа одновременно со свойствами жидкости в качестве растворителя. Соответственно, экстрагирование сверхкритической текучей средой обладает преимуществами высокой проникающей способности и хорошей растворяющей способности.

[0066] Опубликованные критические температуры и давления включают: для чистой воды, критическая температура примерно 374,2°С и критическое давление примерно 221 бар; для диоксида углерода, критическая температура примерно 31°С и критическое давление примерно 72,9 атмосферы (примерно 1072 фунта на кв. дюйм изб. давл.).