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課題・解決手段

バイオマスを加工するための技術が本明細書において開示される。ASTM6866-18によって決定される場合、100%の生物起源炭素含有量を有するセルロース系エタノールを調製する方法は、粉砕トウモロコシ穂軸電子ビーム照射で処理する工程、および照射を受けた粉砕トウモロコシ穂軸を糖化して糖を生産する工程を包含する。該方法は、微生物を用いて糖を発酵させる工程も包含する。加えて、約25%の芳香族炭化水素、約2.5%のアルケン、約41%のアルカン、および約8.5%の酸素化化合物(wt./wt.)を含む、セルロース系バイオマス由来ジェット燃料が開示される。

概要

背景

背景
バイオマス、特に、バイオマス廃棄物は大量に利用することができる。バイオマスからエタノール等の材料および燃料を得ることは有用なことであると考えられる。

現在、化石燃料の適した代替を提供するために、多種多様供給原料からバイオ燃料生産することが関心対象である。生物圏には化石燃料から生じる炭素排出による過度の負担が現在かかっていることから、バイオ燃料の生産が望ましい。燃料の燃焼は、現在、大気中に年間40億メートルトン二酸化炭素を放出すること、および20億メートルトンの二酸化炭素を世界の海洋注入することに寄与している。燃料源としてバイオマス(効率良くCO2を隔離するもの(sequestrator))を使用することにより、エネルギー産業および輸送産業は、化石燃料の採掘および精製による更なる炭素排出の放出を減らすことができる。

概要

バイオマスを加工するための技術が本明細書において開示される。ASTM6866-18によって決定される場合、100%の生物起源炭素含有量を有するセルロース系エタノールを調製する方法は、粉砕トウモロコシ穂軸電子ビーム照射で処理する工程、および照射を受けた粉砕トウモロコシ穂軸を糖化して糖を生産する工程を包含する。該方法は、微生物を用いて糖を発酵させる工程も包含する。加えて、約25%の芳香族炭化水素、約2.5%のアルケン、約41%のアルカン、および約8.5%の酸素化化合物(wt./wt.)を含む、セルロース系バイオマス由来ジェット燃料が開示される。

目的

一局面において、本明細書において記載されるプロセスは、バイオマスから輸送燃料、例えば、航空燃料を産生する改良方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

以下の工程を含む、燃料生産するための方法:セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスを加工して、1種または複数種糖質単位または糖質誘導体単位を含有する供給原料を得る工程;ならびに1つまたは複数のプロセスを介して、該供給原料を燃料に触媒的に変換する工程。

請求項2

糖質単位が、単糖または二糖を含む、請求項1記載の方法。

請求項3

化学的生物学的プロセスおよび/または触媒的プロセスを用いて、糖単位中間体アルコールに加工される、請求項1または2記載の方法。

請求項4

1つまたは複数の触媒的プロセスを用いて、中間体アルコールが燃料に加工される、請求項3記載の方法。

請求項5

触媒的変換が、低分子量の炭化水素(C1-C4)よりも多い量の高分子量の炭化水素(C5-C18)を含む炭化水素混合物を生産する、前記請求項のいずれか一項記載の方法。

請求項6

低分子量の炭化水素(C1-C4)の量が、約5重量%未満である、請求項5記載の方法。

請求項7

触媒的変換が、不飽和炭化水素よりも多い量の飽和炭化水素を含む炭化水素混合物を生産する、前記請求項のいずれか一項記載の方法。

請求項8

不飽和炭化水素の量が、約30重量%未満である、請求項7記載の方法。

請求項9

触媒的変換が、芳香族炭化水素よりも多い量の非芳香族炭化水素を含む炭化水素混合物を生産する、前記請求項のいずれか一項記載の方法。

請求項10

芳香族炭化水素の量が、約25重量%未満である、請求項9記載の方法。

請求項11

触媒的変換が、奇数炭化水素よりも多い量の偶数炭化水素を含む炭化水素混合物を生産する、前記請求項のいずれか一項記載の方法。

請求項12

触媒的変換が、脱水素化触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項13

触媒的変換が、脱水触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項14

触媒的変換が、オリゴマー形成触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項15

触媒的変換が、アルケンメタセシスを促進する触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項16

触媒的変換が、異性化触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項17

触媒的変換が、脱酸素化触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項18

触媒的変換が、改質触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項19

触媒的変換が、水相脱水水素化触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項20

触媒的変換が、アルドール縮合を促進する触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項21

触媒的変換が、C-H活性化触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項22

触媒的変換が、GTL(gas-to-liquid)触媒を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項23

触媒的変換が、脱水素化触媒、脱水触媒、オリゴマー形成触媒、アルケンメタセシスを促進する触媒、異性化触媒、脱酸素化触媒、改質触媒、水相脱水/水素化触媒、アルドール縮合を促進する触媒、C-H活性化触媒、およびGTL触媒のうちの1つまたは複数を含む触媒系によって達成される、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。

請求項24

触媒的変換が、1つまたは複数の触媒反応器中で達成される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。

請求項25

触媒的変換が、互いに連結された2つまたはそれ以上の触媒反応器中で達成される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。

請求項26

該2つまたはそれ以上の触媒反応器に、同じ触媒が収容されている、請求項25記載の方法。

請求項27

該2つまたはそれ以上の触媒反応器に、異なる触媒が収容されている、請求項25記載の方法。

請求項28

中間体アルコールが、エタノールを含む、請求項3記載の方法。

請求項29

エタノールが、炭化水素を含む燃料に変換される、請求項28記載の方法。

請求項30

変換が、2工程またはそれ以上の工程で行われる、請求項29記載の方法。

請求項31

変換が、1工程で行われる、請求項30記載の方法。

請求項32

触媒が、アルミナベースの触媒および/またはゼオライトベースの触媒を含む、請求項31記載の方法。

請求項33

触媒が、単一金属触媒、二元金属触媒、または三元金属触媒である、請求項31記載の方法。

請求項34

触媒が、Pt、Pd、Sn、Re、Rh、Bi、Ba、Ti、Ni、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される金属を含む、請求項33記載の方法。

請求項35

各金属が、触媒の約0.1%〜約1% (w/w)、約1%〜約5% (w/w)、約5%〜約10% (w/w)、約10%〜約20% (w/w)、約20%〜約30% (w/w)、約30%〜約40% (w/w)、約40%〜約50% (w/w)、約50%〜約60% (w/w)、約60%〜約70% (w/w)、約70%〜約80% (w/w)、約80%〜約90% (w/w)に、または90% (w/w)を超えて存在してもよい、請求項33記載の方法。

請求項36

触媒が、酸性触媒または酸処理触媒である、請求項31〜35のいずれか一項記載の方法。

請求項37

酸が、H3BO3、H3PO4、HCl、H2SO4、クエン酸シュウ酸、または酢酸からなる群より選択される、請求項36記載の方法。

請求項38

酸が、触媒の約0.1%〜約1%、約1%〜約5%、約5%〜約10%、約10%〜約20%、約20%〜約30%、約30%〜約40%、約40%〜約50%、約50%〜約60%、約60%〜約70%、約70%〜約80%、約80%〜約90%に、または90 (w/w)を超えて存在している、請求項36記載の方法。

請求項39

初期湿潤含浸法(incipient wetness impregnation method)を含む、請求項31記載の方法。

請求項40

初期湿潤含浸法が、金属塩溶液触媒担体含浸させる工程を含む、請求項39記載の方法。

請求項41

以下の工程をさらに含む、請求項40記載の方法:(a)金属塩を含浸させた触媒担体を室温で乾燥する工程;(b) 工程(a)の生成物真空乾燥炉中110℃で乾燥する工程;および(c) 工程(b)の生成物を500℃で焼成する工程。

請求項42

触媒的変換が、約300〜400℃の温度で起こる、請求項31記載の方法。

請求項43

触媒的変換が、約20〜50 atmの圧力で起こる、請求項31記載の方法。

請求項44

触媒的変換が、約1.5〜6 h-1でのN2のガスフローを伴う、請求項31記載の方法。

請求項45

触媒的変換が、約2〜4 h-1の液空間速度LHSV)を伴う、請求項31記載の方法。

請求項46

燃料が、約6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、または22の平均炭素数の炭化水素を含む、請求項31記載の方法。

請求項47

燃料が、約0.1%〜約1% (w/w)、約1%〜約5% (w/w)、約5%〜約10% (w/w)、約10%〜約20% (w/w)、約20%〜約30% (w/w)、約30%〜約40% (w/w)、約40%〜約50% (w/w)、約50%〜約60% (w/w)、約60%〜約70% (w/w)、約70%〜約80% (w/w)、約80%〜約90% (w/w)の、または90% (w/w)を超える芳香族化合物を含む、請求項31記載の方法。

請求項48

燃料が、約0.1%〜約1% (w/w)、約1%〜約5% (w/w)、約5%〜約10% (w/w)、約10%〜約20% (w/w)、約20%〜約30% (w/w)、約30%〜約40% (w/w)、約40%〜約50% (w/w)、約50%〜約60% (w/w)、約60%〜約70% (w/w)、約70%〜約80% (w/w)、約80%〜約90% (w/w)の、または90% (w/w)を超えるアルケンを含む、請求項31記載の方法。

請求項49

燃料が、約0.1%〜約1% (w/w)、約1%〜約5% (w/w)、約5%〜約10% (w/w)、約10%〜約20% (w/w)、約20%〜約30% (w/w)、約30%〜約40% (w/w)、約40%〜約50% (w/w)、約50%〜約60% (w/w)、約60%〜約70% (w/w)、約70%〜約80% (w/w)、約80%〜約90% (w/w)の、または90% (w/w)を超えるアルカンを含む、請求項31記載の方法。

請求項50

燃料が、約0.01% (w/w)未満、約0.1% (w/w)未満、約1% (w/w)未満、約5% (w/w)未満、約10% (w/w)未満、約20% (w/w)未満、または約30% (w/w)未満の酸素化物を含む、請求項31記載の方法。

請求項51

燃料が、約10% (w/w)を超える、約20% (w/w)を超える、約30% (w/w)を超える、約40% (w/w)を超える、約50% (w/w)を超える、約60% (w/w)を超える、約70% (w/w)を超える、約80% (w/w)を超える、または約90% (w/w)を超える、標準の温度および圧力で液体の炭化水素を含む、請求項31記載の方法。

請求項52

燃料が、約0.01% (w/w)未満、約0.1% (w/w)未満、約1% (w/w)未満、約5% (w/w)未満、約10% (w/w)未満、約20 % (w/w)未満、または約30% (w/w)未満の、標準の温度および圧力で気体の炭化水素を含む、請求項31記載の方法。

請求項53

最大量非炭化水素副産物が、水である、請求項31記載の方法。

請求項54

ASTMD2699によって決定される場合、約87を超えるリサーチオクタン価を有する混和されていないセルロース系バイオマス由来ガソリン

請求項55

セルロース系バイオマスから得られるエタノールの触媒的加工に由来する、請求項54記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項56

触媒的加工が、アルミナベースの触媒および/またはゼオライトベースの触媒で構成される1種または複数種の触媒を使用する、請求項55記載の混和されていないセルロース性バイオマス由来のガソリン。

請求項57

触媒的加工が、単一金属触媒、二元金属触媒、または三元金属触媒で構成される1種または複数種の触媒を使用する、55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項58

該1種または複数種の触媒が、Pt、Pd、Sn、Re、Rh、Bi、Ba、Ti、Ni、およびそれらの任意の組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの金属を含む、57記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項59

リサーチ・オクタン価が約90を超える、請求項54または55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項60

リサーチ・オクタン価が約92を超える、請求項54または55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項61

リサーチ・オクタン価が約96を超える、請求項54または55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項62

ASTMD2700によって決定される場合、約85を超えるモーター・オクタン価を有する、請求項54または55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項63

モーター・オクタン価が約90を超える、請求項62記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項64

ASTMD5191によって決定される場合、約4 psiを超える乾燥蒸気相当値(a dry vapor pressure equivalent)を有する、請求項54または55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項65

乾燥蒸気圧相当値が、約5 psiを超える、請求項64記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項66

約120,0000 Btu/ガロンを超える総燃焼熱を有する、請求項54または55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項67

総燃焼熱が、約122,000 Btu/ガロンを超える、請求項66記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項68

総燃焼熱が、約124,000 Btu/ガロンを超える、請求項66記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項69

総燃焼熱が、約126,000 Btu/ガロンを超える、請求項66記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項70

ASTMD4814-X1.4によって決定される場合、約85を超えるアンチノック指数を有する、請求項54または55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項71

アンチノック指数が、約90を超える、請求項70記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項72

ASTMD4052によって決定される場合、約40°APIを超える60°FでのAPI比重を有する、請求項54または55記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項73

60°FでのAPI比重が、約50°APIを超える、請求項72記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項74

60°FでのAPI比重が、約60°APIを超える、請求項72記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項75

約25% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項54〜74のいずれか一項記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項76

芳香族含有量が、約30% (wt./wt.)を超える、請求項75記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項77

芳香族含有量が、約40% (wt./wt.)を超える、請求項75記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項78

芳香族含有量が、約50% (wt./wt.)を超える、請求項75記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項79

約35℃〜200℃の沸点範囲を有する、請求項54〜74のいずれか一項記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項80

約0.5% (wt./wt.)未満の酸素化物レベルを有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項81

約0.4% (wt./wt.)未満の酸素化物レベルを有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項82

約0.25% (wt./wt.)未満の酸素化物レベルを有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項83

約0.5% (wt./wt.)未満のナフタレン含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項84

約0.4% (wt./wt.)未満のナフタレン含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項85

約0.25% (wt./wt.)未満のナフタレン含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項86

約75% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項87

約76% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項88

約77% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項89

約78% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項90

約79% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項91

約80% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項92

約85% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項93

混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンの留分の約10%未満が、約160℃の温度で沸騰する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項94

混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンの留分の約9%未満が、約160℃の温度で沸騰する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項95

混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンの留分の約8%未満が、約160℃の温度で沸騰する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項96

混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンの留分の約7%未満が、約160℃の温度で沸騰する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項97

混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンの留分の約6%未満が、約160℃の温度で沸騰する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項98

混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンの留分の約5%未満が、約160℃の温度で沸騰する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項99

混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンの留分の約4%未満が、約160℃の温度で沸騰する、請求項79記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項100

請求項79〜99のいずれか一項記載の混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリン。

請求項101

デンプン由来エタノール、糖由来エタノールまたは通常のガソリンからの燃料産生プロセスと比較して、gCO2 eq/MJにおいて少なくとも約25%小さい地球温暖化係数(GWP)を有する、燃料を生産する方法であって、以下の工程を含む方法:収穫されたセルロース系バイオマスを受け入れる工程;施設中で、該セルロース系バイオマスを、その難分解性を低減させるのに十分な電子ビームで処理する工程;難分解性が低減したバイオマス糖化して、糖および糖化されなかったバイオマスを生産する工程;糖を発酵させて燃料を生産する工程;糖化されなかったバイオマスから熱および電力を施設中で産生させる工程、および残りの未加工の糖化されなかったバイオマスを動物飼料として使用する工程。

請求項102

デンプン由来エタノールが、トウモロコシから得られる、請求項101記載の方法。

請求項103

糖由来エタノールが、サトウキビから得られる、請求項101記載の方法。

請求項104

セルロース系バイオマスを施設に輸送する工程をさらに含む、請求項101記載の方法。

請求項105

混和する場所および使用場所に燃料を輸送する工程をさらに含む、請求項101記載の方法。

請求項106

車両において燃料を燃焼する工程をさらに含む、請求項101記載の方法。

請求項107

収穫されたセルロース系バイオマスが、トウモロコシ茎葉を含む、請求項101記載の方法。

請求項108

収穫されたセルロース系バイオマスが、トウモロコシ穂軸を含む、請求項101記載の方法。

請求項109

燃料がエタノールである、請求項101記載の方法。

請求項110

GWPが、thinkstep社製のGabi tsを使用して算出される、請求項101記載の方法。

請求項111

トウモロコシエタノールとのGWP比較が、thinkstep社製の燃料データセットであるUSLCIに基づく、請求項101記載の方法。

請求項112

トウモロコシエタノールとのGWP比較が、thinkstep社製の燃料データセットに基づく、請求項101記載の方法。

請求項113

サトウキビエタノールとのGWP比較が、燃料データセットecoinvent v3.3に基づく、請求項101記載の方法。

請求項114

ASTMD2699によって決定される場合、約87を超えるリサーチ・オクタン価を有する混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンを生産する方法であって、以下の工程を含む方法:(a) セルロース系バイオマスを加工してエタノールを生産する工程;および(b) 該生産されたエタノールを、混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンに触媒的に変換する工程。

請求項115

ASTMD2699によって決定される場合、60を超えるオクタン価を有する混和されていないガソリンを調製する方法であって、以下の工程を含む方法:(a)リグノセルロース系バイオマスを電子ビームで処理し、かつ照射を受けたバイオマスを糖化して糖を生産する工程; (b)微生物を用いて糖を発酵させて、1種または複数種のアルコールを生産する工程;および(c)反応器中で、1種または複数種のアルコールを、約35℃〜約200℃の範囲で沸騰する留分を有する炭化水素混合物に触媒的に変換し、それにより、ASTM D2699によって決定される場合、60を超えるオクタン価を有する混和されていないガソリンを生産する工程。

請求項116

リグノセルロース系バイオマスが、トウモロコシ穂軸である、115記載の方法。

請求項117

リグノセルロース系バイオマスを電子のビームで処理する工程が、約5〜100 Mradの線量での照射を含む、115記載の方法。

請求項118

リグノセルロース系バイオマスを電子のビームで処理する工程が、約10〜75 Mradの線量での照射を含む、115記載の方法。

請求項119

リグノセルロース系バイオマスを電子のビームで処理する工程が、約15〜50 Mradの線量での照射を含む、115記載の方法。

請求項120

照射を受けたバイオマスを糖化する工程が、工程(a)からの処理されたリグノセルロース系バイオマスを、トリコデルマリーセイ(trichoderma reesei)株によって産生される酵素と、水溶液中で混ぜ合わせる工程をさらに含む、115記載の方法。

請求項121

酵素が、エンドグルカナーゼセロビオヒドロラーゼ、またはセロビアーゼを含む、120記載の方法。

請求項122

微生物が、細菌、酵母真菌、植物、原生動物、または真菌様原生生物の少なくとも1つである、115記載の方法。

請求項123

微生物が、サッカロミセスセレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)である、115記載の方法。

請求項124

微生物が、C.アセトブチリカム(C. acetobutylicum)である、115記載の方法。

請求項125

微生物を用いて糖を発酵させる工程が、以下の工程をさらに含む、115記載の方法:(a) 酸または塩基を添加して、pHレベルを制御する工程;および(b)発酵温度を約20℃〜50℃に維持する工程。

請求項126

工程(b)のアルコールが、メタノール、エタノール、n-プロパノール、iso-プロパノールn-ブタノール、iso-ブタノール、sec-ブタノール、および長鎖アルコール、R C5-C20、アルデヒドケトンアセトン、またはそれらの任意の組み合わせを含む、115記載の方法。

請求項127

反応器中でアルコールを触媒的に変換する工程が、アルミナ遷移金属酸化物シリコアルミノフォスフェートゼオライト触媒、または酸性触媒から選択される触媒を使用する工程をさらに含む、115記載の方法。

請求項128

触媒が、ゼオライトHZSM-5を含む、127記載の方法。

請求項129

反応器中でアルコールを触媒的に変換する工程が、以下の工程をさらに含む、128記載の方法:約450℃で、約500 psiの不活性ガス下で、および約2時間、ゼオライトHZSM-5を予め活性化する工程;反応器の内部温度を約350℃に設定する工程;工程(b)のアルコールを約100℃に予め加熱する工程;および工程(b)の加熱されたアルコールをポンプで反応器に注入する工程。

請求項130

不活性ガスが窒素である、129記載の方法。

請求項131

触媒が、0.5%Pt/0.5%H3BO3-Al2O3である、127記載の方法。

請求項132

反応器中でアルコールを触媒的に変換する工程が、以下の工程をさらに含む、131記載の方法:約450℃で、インサイチューで、約725 psiの水素ガス下で、および約10時間、0.5%Pt/0.5%H3BO3-Al2O3触媒を還元する工程;不活性ガスで反応器をパージする工程;反応器の内部温度を約350℃に設定する工程;工程(b)のアルコールを約100℃に予め加熱する工程;ならびに工程(b)の加熱されたアルコールをポンプで反応器に注入する工程。

請求項133

不活性ガスが窒素である、132記載の方法。

請求項134

反応器が単段反応器である、115記載の方法。

請求項135

反応器中で1種または複数種のアルコールを炭化水素混合物に触媒的に変換する工程が、該反応器に水素を添加することなく行われる、115記載の方法。

請求項136

工程(c)で生産される混和されていないガソリンが、約87を超えるリサーチ・オクタン価を有する、請求項115〜135のいずれか一項記載の方法。

請求項137

工程(c)で生産される混和されていないガソリンが、約90を超えるリサーチ・オクタン価を有する、請求項115〜135のいずれか一項記載の方法。

請求項138

工程(c)で生産される混和されていないガソリンが、約92を超えるリサーチ・オクタン価を有する、請求項115〜135のいずれか一項記載の方法。

請求項139

工程(c)で生産される混和されていないガソリンが、約96を超えるリサーチ・オクタン価を有する、請求項115〜135のいずれか一項記載の方法。

請求項140

工程(c)で生産される混和されていないガソリンが、ASTMD2700によって決定される場合、約85を超えるモーター・オクタン価を有する、請求項115〜135のいずれか一項記載の方法。

請求項141

工程(c)で生産される混和されていないガソリンが、ASTMD2700によって決定される場合、約90を超えるモーター・オクタン価を有する、請求項115〜135のいずれか一項記載の方法。

請求項142

工程(c)で生産される混和されていないガソリンが、ASTM6866-18によって決定される場合、50重量%を超える生物起源含有量を有する、請求項115〜135のいずれか一項記載の方法。

請求項143

工程(c)で生産される混和されていないガソリンが、ASTM6866-18によって決定される場合、60重量%、70重量%、80重量%または90重量%を超える生物起源含有量を有する、請求項115〜135のいずれか一項記載の方法。

請求項144

ASTMD2699によって決定される場合、約60を超えるリサーチ・オクタン価、およびASTM 6866-18によって決定される場合、約50%を超える生物起源炭素含有量を有する、混和されていないガソリン。

請求項145

リサーチ・オクタン価が、約70を超える、請求項144記載の混和されていないガソリン。

請求項146

リサーチ・オクタン価が、約80を超える、請求項144記載の混和されていないガソリン。

請求項147

リサーチ・オクタン価が、約87を超える、請求項144記載の混和されていないガソリン。

請求項148

リサーチ・オクタン価が、約90を超える、請求項144記載の混和されていないガソリン。

請求項149

リサーチ・オクタン価が、約92を超える、請求項144記載の混和されていないガソリン。

請求項150

リサーチ・オクタン価が、約96を超える、請求項144記載の混和されていないガソリン。

請求項151

ASTMD2700によって決定される場合、約85を超えるモーター・オクタン価を有する、請求項144〜150のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項152

モーター・オクタン価が、約90を超える、請求項151記載の混和されていないガソリン。

請求項153

ASTMD5191によって決定される場合、約5 psiを超える乾燥蒸気圧相当値を有する、請求項144〜152のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項154

乾燥蒸気圧相当値が、約6 psiを超える、請求項153記載の混和されていないガソリン。

請求項155

約120,0000 Btu/ガロンを超える総燃焼熱を有する、請求項144〜154のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項156

約122,000 Btu/ガロンを超える総燃焼熱を有する、請求項143〜154のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項157

総燃焼熱が、約124,000 Btu/ガロンを超える、請求項155記載の混和されていないガソリン。

請求項158

総燃焼熱が、約126,000 Btu/ガロンを超える、請求項155記載の混和されていないガソリン。

請求項159

ASTMD4814-X1.4によって決定される場合、約85を超えるアンチノック指数を有する、請求項144〜158のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項160

アンチノック指数が、約90を超える、請求項159記載の混和されていないガソリン。

請求項161

ASTMD4052によって決定される場合、約40°APIを超える60°FでのAPI比重を有する、請求項144〜159のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項162

60°FでのAPI比重が、約50°APIを超える、請求項161記載の混和されていないガソリン。

請求項163

60°FでのAPI比重が、約60°APIを超える、請求項161記載の混和されていないガソリン。

請求項164

約25% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項144〜163のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項165

芳香族含有量が、約30% (wt./wt.)を超える、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項166

芳香族含有量が、約40% (wt./wt.)を超える、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項167

芳香族含有量が、約50% (wt./wt.)を超える、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項168

約75% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項169

約76% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項170

約77% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項171

約78% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項172

約79% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項173

約80% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項174

約85% (wt./wt.)を超える芳香族含有量を有する、請求項164記載の混和されていないガソリン。

請求項175

約35℃〜200℃の沸点範囲を有する、請求項144〜174のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項176

約0.5% (wt./wt.)未満の酸素化物レベルを有する、請求項144〜175のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項177

約0.4% (wt./wt.)未満の酸素化物レベルを有する、請求項176記載の混和されていないガソリン。

請求項178

約0.25% (wt./wt.)未満の酸素化物レベルを有する、請求項176記載の混和されていないガソリン。

請求項179

約0.5% (wt./wt.)未満のナフタレン含有量を有する、請求項144〜178のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項180

約0.4% (wt./wt.)未満のナフタレン含有量を有する、請求項179記載の混和されていないガソリン。

請求項181

約0.25% (wt./wt.)未満のナフタレン含有量を有する、請求項179記載の混和されていないガソリン。

請求項182

ASTMD7039によって決定される場合、約3.2 mg/kg未満硫黄含有量を有する、請求項144〜181のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項183

ASTMD3606によって決定される場合、約1.0 vol.%未満のベンゼンを有する、請求項144〜181のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項184

約0.80 vol.%未満のベンゼンを有する、請求項183記載の混和されていないガソリン。

請求項185

約0.60 vol.%未満のベンゼンを有する、請求項183記載の混和されていないガソリン。

請求項186

約0.50 vol.%未満のベンゼンを有する、請求項183記載の混和されていないガソリン。

請求項187

約0.40 vol.%未満のベンゼンを有する、請求項183記載の混和されていないガソリン。

請求項188

約0.20 vol.%未満のベンゼンを有する、請求項183記載の混和されていないガソリン。

請求項189

ASTMD1296によって決定される場合、特徴のない臭いを有する、請求項144〜188のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項190

ASTMD1064によって決定される場合、約750重量ppm未満水分含有量を有する、請求項144〜189のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項191

約400重量ppm未満の水分含有量を有する、請求項190記載の混和されていないガソリン。

請求項192

約250重量ppm未満の水分含有量を有する、請求項190記載の混和されていないガソリン。

請求項193

ASTMD130によって決定される場合、約1の銅板腐食を有する、請求項144〜192のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項194

1に満たない銅板腐食を有する、請求項144〜193のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項195

約1の銀板腐食を有する、請求項144〜194のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項196

1に満たない銀板腐食を有する、請求項144〜194のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項197

ASTMD6866-18によって決定される場合、約60%を超える生物起源炭素含有量を有する、請求項144〜196のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項198

ASTMD6866-18によって決定される場合、約70%を超える生物起源炭素含有量を有する、請求項144〜196のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項199

ASTMD6866-18によって決定される場合、約80%を超える生物起源炭素含有量を有する、請求項144〜196のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項200

ASTMD6866-18によって決定される場合、約90%を超える生物起源炭素含有量を有する、請求項144〜196のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項201

ASTMD6866-18によって決定される場合、約100%の生物起源炭素含有量を有する、請求項144〜196のいずれか一項記載の混和されていないガソリン。

請求項202

容量で、約80%のセルロース系エタノールおよび約20%の高オクタン価ガソリン(HOG)を含む燃料。

請求項203

HOGが、35℃〜200℃の沸点範囲を有する、202記載の燃料。

請求項204

約100%の生物起源炭素含有量を有する、202記載の燃料。

請求項205

セルロース系エタノールが、ASTMD6866-18によって決定される場合、約100%の生物起源炭素含有量を有する、204記載の燃料。

請求項206

HOGが、ASTMD6866-18によって決定される場合、約100%の生物起源炭素含有量を有する、204記載の燃料。

請求項207

HOGが、ASTMD4052によって決定される場合、約53°APIの60°FでのAPI比重を有する、203記載の燃料。

請求項208

HOGが、ASTMD2699によって決定される場合、約97のリサーチ・オクタン価を有する、203記載の燃料。

請求項209

HOGが、ASTMD2700によって決定される場合、約85のモーター・オクタン価を有する、203記載の燃料。

請求項210

HOGが、ASTMD5191によって決定される場合、約10 psiの乾燥蒸気圧を有する、203記載の燃料。

請求項211

HOGが、約128,0000 Btu/ガロンの総燃焼熱を有する、203記載の燃料。

請求項212

HOGが、ASTMD4814-X1.4によって決定される場合、約91のアンチノック指数を有する、203記載の燃料。

請求項213

約.01%未満のモーター洗浄剤をさらに含む、202記載の燃料。

請求項214

約.002%のモーター洗浄剤をさらに含む、213記載の燃料。

請求項215

ASTM6866-18によって決定される場合、100%の生物起源炭素含有量を有するセルロース系エタノールを調製する方法であって、以下の工程を含む方法:(a)粉砕トウモロコシ穂軸を電子ビーム照射で処理する工程、および照射を受けた粉砕トウモロコシ穂軸を糖化して糖を生産する工程;(b)微生物を用いて糖を発酵させる工程。

請求項216

セルロース系エタノールをジェット燃料に触媒的に変換する工程を含む、セルロース系バイオマス由来のジェット燃料を調製する方法。

請求項217

触媒的変換において使用される触媒が、0.5%Pt-0.25%Re/γ-Al2O3である、請求項216記載の方法。

請求項218

約25%の芳香族炭化水素、約2.5%のアルケン、約41%のアルカン、および約8.5%の酸素化化合物(wt./wt.)を含む、セルロース系バイオマス由来のジェット燃料。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、「バイオマス加工方法」を発明の名称とする2017年10月27日に出願された米国特許仮出願第62/578,132号、および「バイオマスの加工方法」を発明の名称とする2018年3月9日に出願された米国特許仮出願第62/641,216号、および「バイオマスの加工方法」を発明の名称とする2018年3月21日に出願された米国特許仮出願第62/646,204号、および「バイオマスの加工方法」を発明の名称とする2018年4月11日に出願された米国特許仮出願第62/656,318号、および「バイオマスの加工方法」を発明の名称とする2018年4月20日に出願された米国特許仮出願第62/660,611号、および2018年5月11日に出願された米国特許仮出願第62/670,411号の優先権を主張するものであり、これら出願のそれぞれの内容は参照により(by refence)本明細書に組み入れられる。

0002

技術分野
本発明は、バイオ燃料等の有用な産物へのバイオマスの加工に関する。

背景技術

0003

背景
バイオマス、特に、バイオマス廃棄物は大量に利用することができる。バイオマスからエタノール等の材料および燃料を得ることは有用なことであると考えられる。

0004

現在、化石燃料の適した代替を提供するために、多種多様供給原料からバイオ燃料を生産することが関心対象である。生物圏には化石燃料から生じる炭素排出による過度の負担が現在かかっていることから、バイオ燃料の生産が望ましい。燃料の燃焼は、現在、大気中に年間40億メートルトン二酸化炭素を放出すること、および20億メートルトンの二酸化炭素を世界の海洋注入することに寄与している。燃料源としてバイオマス(効率良くCO2を隔離するもの(sequestrator))を使用することにより、エネルギー産業および輸送産業は、化石燃料の採掘および精製による更なる炭素排出の放出を減らすことができる。

0005

概要
一局面において、燃料を生産するための方法は、セルロース系および/またはリグノセルロース系バイオマスを加工して、1種または複数種糖質単位または糖質誘導体単位を含有する供給原料を得る工程;および直接(例えば、脱酸素化)または1つもしくは複数のプロセスを介して(例えば、触媒的、化学的または生物学的)、1種または複数種の糖質単位または糖質誘導体単位を含有する供給原料を燃料(例えば、バイオ燃料)に変換する工程を包含する。

0006

1つまたは複数の態様において、糖質単位は単糖または二糖を包含する。

0007

1つまたは複数の態様において、化学的プロセスおよび/または触媒的プロセスを用いて、糖質単位は中間体アルコールに加工される。

0008

1つまたは複数の態様において、1つまたは複数の触媒的プロセスを用いて、中間体(例えば、アルコール、エステル、酸、炭化水素)は燃料(例えば、バイオ燃料)に加工される。

0009

本明細書において記載される方法の利点のひとつは、エネルギーを生み出す分子質量損失を最小限に抑えた、燃料へのバイオマスの効率的な変換である。例えば、高価値の中間体または構成要素は、流動反応器(flow reactor)およびトリクルベッド反応器等の簡単に利用できるハイスループットステム、および費用対効果が大きい再生利用可能な触媒を用いて生産される。

0010

他の局面において、本明細書において記載されるプロセスからの燃料の産生は、さらに結果として二酸化炭素排出量を低減するかもしれない。採掘や掘削が行われる通常の燃料とは異なり、バイオマスは大気中から二酸化炭素を隔離する。緑色植物および藻類光合成を利用して、二酸化炭素(CO2)を、それらが肥料および成長に使用する糖、セルロースおよび他の炭素含有炭水化物に変換する。特に、木は、それらの材部に大量の炭素閉じ込めることができ、成長するにつれて炭素を加え続ける。このようなバイオマスが燃料に変換される場合、原油石炭および天然ガス資源由来とする追加の炭素を導入する代わりに、該プロセスは、(いずれにしても通常の崩壊過程によってその炭素の一部を大気中に再び放出したかもしれない隔離された炭素を使用する。

0011

一局面において、本明細書において記載されるプロセスは、バイオマスから輸送燃料、例えば、航空燃料を産生する改良方法を提供する。したがって、環境に優しく、二酸化炭素排出量が低い航空燃料を、加工されたバイオマスおよび/またはバイオマス由来の産物の触媒的変換による本発明によって産生することができる。エタノールをガソリン混和することで、ガソリンの二酸化炭素排出量を低減することが確立されているが、同じ選択肢は航空燃料に関して利用できない。したがって、航空燃料では、現在利用可能な代替手段がないので、このプロセスの利点が理解されるであろう。

0012

一局面において、バイオマス由来の構成要素を触媒的に加工して、C1-C4等の低分子量の炭化水素よりも多い量のC5-C18等の高分子量の炭化水素を含有する炭化水素混合物を生産する工程を含む、燃料を産生する改良方法が、本明細書において提供される。一態様において、C1-C4の量は、約5重量%未満である。

0013

一局面において、バイオマス由来の構成要素を触媒的に加工して、アルケンおよびアレーン等の不飽和炭化水素よりも多い量のアルカンおよびシクロアルカン等の飽和炭化水素を含有する炭化水素混合物を生産する工程を含む、燃料を産生する改良方法が、本明細書において提供される。一態様において、不飽和炭化水素の量は、約30重量%未満である。

0014

一局面において、バイオマス由来の構成要素を触媒的に加工して、芳香族化合物よりも多い量の非芳香族化合物を含有する炭化水素混合物を生産する工程を含む、燃料を産生する改良方法が、本明細書において提供される。一態様において、芳香族化合物の量は、約25重量%未満である。

0015

一局面において、バイオマス由来の構成要素を触媒的に加工して、奇数炭化水素よりも多い量の偶数炭化水素を含有する炭化水素混合物を生産する工程を含む、燃料を産生する改良方法が、本明細書において提供される。

0016

一局面において、バイオマス由来の構成要素を触媒的に加工して、下記の特徴の1つまたは複数により特徴づけられる炭化水素混合物を生産する工程を含む、燃料を産生する改良方法が、本明細書において提供される:C1-C4等の低分子量の炭化水素よりも多い量のC5-C18等の高分子量の炭化水素、アルケンおよびアレーン等の不飽和炭化水素よりも多い量のアルカンおよびシクロアルカン等の飽和炭化水素、芳香族化合物よりも多い量の非芳香族化合物、および奇数炭化水素よりも多い量の偶数炭化水素。

0017

一局面において、1つの種類のバイオマスから産生されるエタノールが、別の種類のバイオマスから産生されるエタノールと比較して特有組成および特性を有し得るように、異なる種類のバイオマスからエタノールを産生する方法が、本明細書において提供される。一態様において、非リグノセルロース系バイオマスから産生されるエタノールと比較して特有の組成および特性を有する、リグノセルロース系バイオマスからエタノールを産生するプロセスが、本明細書において提供される。一態様において、難分解性が低減されたバイオマスから産生されるエタノールの組成が、難分解性が低減されていないバイオマス(non-recalcitrance-reduced biomass)とは異なる、難分解性が低減されたバイオマスからエタノールを産生するプロセスが、本明細書において提供される。また、本明細書において記載されるプロセスによって調製される特有の組成のエタノールも、本明細書において提供される。一態様において、エタノール組成は、エタノール、ならびに約0.02%のアセトン、約0.11〜約2.5%のメタノール、約0.18%のn-プロパノール、約0.12%の2-メチルプロパノール、約0.01%のn-ブタノール、約0.53%の2-メチルブタノールおよび約8.5%のイソプロピルアルコールで構成されている。一局面において、上述される特有の組成のエタノールを、これらもまた特有の組成および特性により特徴づけられる、炭化水素等の他の組成に変換する方法が、本明細書において提供される。したがって、一局面において、1つの種類のバイオマスから得られるエタノールを由来とする産物は、種類の異なるバイオマスから得られるエタノールを由来とする産物とは異なる組成および特性を有してもよい。例えば、リグノセルロース系エタノールを由来とする産物は、非リグノセルロース系エタノールを由来とする産物とは異なる組成および特性を有してもよい。一態様において、未処理のエタノールは、炭化水素のような付加価値のある産物を生産するために使用される。未処理のエタノールは、蒸留されていないか、または部分的に蒸留されたエタノールの形態である。例えば、糖、デンプンまたはセルロース系材料を由来とするグルコース等のバイオマス由来の材料の発酵により産生されるエタノールを、発酵培養液から濾過するか、または部分蒸留に供するかもしくは蒸留しないで、未処理のエタノールを生産してもよい。このように生産される未処理のエタノールは、炭化水素等の付加価値のある産物を生産するための構成要素として使用することができる。いくつかの態様において、未処理のエタノールは、約1重量%〜約2重量%の水、約2重量%〜約3重量%の水、約3重量%〜約4重量%の水、約4重量%〜約5重量%の水、約5重量%〜約6重量%の水、約6重量%〜約7重量%の水、約7重量%〜約8重量%の水、約8重量%〜約9重量%の水、約9重量%〜約10重量%の水、約10重量%〜約20重量%の水、約20重量%〜約30重量%の水、約30重量%〜約40重量%の水、約40重量%〜約50重量%の水、約50重量%〜約60重量%の水、約60重量%〜約70重量%の水、約70重量%〜約80重量%の水、約80重量%〜約90重量%の水を含有するか、または本明細書において上記で述べた任意の数値で囲まれた範囲内で水を含有する。

0018

一局面において、失活抵抗性触媒の開発か、または失活した触媒から触媒を再生する方法の提供により、触媒失活を低減する方法が、本明細書において提供される。

0019

一局面において、改質、混和または水素化等の追加の工程を要することなく、バイオマス由来のエタノールを炭化水素燃料に1工程で触媒的に変換する方法が、本明細書において提供される。

0020

一局面において、改質、混和または水素化等の追加の工程を要することなく、1工程でバイオマス由来のエタノールを炭化水素燃料に効率的に変換するための触媒的組成物が、本明細書において提供される。また、このような触媒的組成物を調製する方法も、本明細書において提供される。例えば、約0.1〜20%のRuを含有するRu/HZSM-5触媒、約0.1〜20%のPdを含有するPD/HZSM-5触媒、約0.1〜20%のPtを含有するPt/HZSM-5触媒、約0.1〜20%のPtを含有するPt/H3PO4-Al2O3触媒、および約0.1〜20%のPtを含有する0.5%Pt/5%H3BO3-Al2O3等の単一金属触媒組成物が、本明細書において開示される。また、約0.1〜20% Pt (w/w) および約0.1〜20% Sn (w/w) を含有するPt-Sn/Al2O3触媒、約0.1〜20% Pt (w/w) および約0.1〜20% Bi (w/w) を含有するPt-Bi/Al2O3触媒、ならびに約0.1〜20% Pt (w/w) および約0.1〜20% Ba (w/w) を含有するPt-Ba/Al2O3触媒等の二元金属触媒組成物も開示される。加えて、約0.1〜20% Pt (w/w)、約0.1〜20% Snおよび約0.1〜20% Re (w/w) を含有するPt-Sn-Re/Al2O3触媒、約0.1〜20% Pt (w/w)、約0.1〜20% Snおよび約0.1〜20% Bi (w/w) を含有するPt-Sn-Bi/Al2O3触媒 、ならびに約0.1〜20% Pt (w/w)、約0.1〜20% Snおよび約0.1〜20% Ba (w/w) を含有するPt-Sn-Ba/Al2O3触媒等の三元金属触媒組成物が、本明細書において開示される。

0021

一局面において、炭化水素混合物が、標準の温度および圧力で気体の炭化水素より多い量の液体の炭化水素を含有する、バイオマス由来のエタノールを炭化水素燃料に1工程で触媒的に変換する方法が、本明細書において提供される。例えば、一態様において、本明細書において記載されるプロセスにより生産される炭化水素混合物は、標準の温度および圧力で、約10% (w/w)を超える、約20% (w/w)を超える、約30% (w/w)を超える、約40% (w/w)を超える、約50% (w/w)を超える、約60% (w/w)を超える、約70% (w/w)を超える、約80% (w/w)を超える、または約90% (w/w)を超える液体の炭化水素を含有する。

0022

一局面において、最大量非炭化水素副産物が水である、バイオマス由来のエタノールを炭化水素燃料に1工程で触媒的に変換する方法が、本明細書において提供される。

0023

本発明の発明者らは、高分子炭化水素の高収率を提供する触媒的組成物を開発した。低分子量の炭化水素の高収率を提供することが知られていた金属を他の低活性金属と混合することにより、本発明の発明者らは、高分子炭化水素の高収率を予想外に提供した触媒組成物を開発した。

0024

開示される方法は、いくつかの利点を提供する。例えば、それらは、改質、混和または水素化することなく単一工程での、BTEX、ガソリン、灯油およびジェット燃料等の燃料へのエタノール等のアルコールの直接変換を可能にする。一態様において、それらは、キャリアガスとして窒素等の不活性ガスを用いることによってより安全なプロセスを提供する。炭化水素燃料産物への効率的な変換は、それらが標準の温度および圧力で気体の炭化水素より多い量の液体の炭化水素を生産したことから、本明細書において記載されるプロセスによって達成された。さらに、最大量の炭化水素副産物が水であることから、本明細書において開示されるプロセスは環境に優しい。

0025

一局面において、ASTMD2699によって決定される場合、約87を超えるリサーチオクタン価を有する混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンが、本明細書において提供される。混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンは、本明細書において記載されるプロセスにより、さらなる混合または混和なしで生産される液体である。また、いくつかの態様において、混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンは、本明細書において記載されるプロセスにより生産される液体であって、900F〜41OOFのガソリン蒸留範囲内でさらに蒸留された液体を含む。一態様において、混和されていないセルロース系バイオマス由来のガソリンは、触媒的変換を伴うプロセスによって産生される。

0026

別の局面において、デンプン由来エタノール、糖由来エタノール、または通常のガソリン混合物からの燃料産生と比較して、gCO2 eq/MJにおいて少なくとも約25%小さい地球温暖化係数(GWP)を有する、燃料を生産する方法であって、以下の工程を含む方法が、本明細書において提供される:収穫されたセルロース系バイオマスを受け入れる工程;施設中で、該セルロース系バイオマスを、その難分解性を低減させるのに十分な電子ビームで処理する工程;難分解性が低減したバイオマスを糖化して、糖および糖化されなかったバイオマスを生産する工程;糖を発酵させて燃料を生産する工程;車両において燃料を燃焼する工程;糖化されなかったバイオマスの一部から熱および電力を施設中で産生させる工程、および残りの未加工の糖化されなかったバイオマスを動物飼料として使用する工程。

0027

一局面において、混和されていないセルロース系ガソリンを調製する方法であって、以下の工程を含む方法が、本明細書において提供される:リグノセルロース系バイオマスを電子ビームで処理し、かつ照射を受けたバイオマスを糖化して糖を生産する工程;微生物を用いて糖を発酵させて、1種または複数種のアルコールを生産する工程;および反応器中で、1種または複数種のアルコールを、約35℃〜約200℃の範囲で沸騰する留分を有する炭化水素混合物に触媒的に変換し、それにより、ASTMD2699によって決定される場合、60を超えるオクタン価を有する混和されていないセルロース系ガソリンを生産する工程。

0028

一局面において、ASTMD6866-18を用いて測定される50パーセントを超える生物起源炭素を有する、ガソリン、ディーゼル燃料またはジェット燃料等の炭化水素燃料が、本明細書において提供される。いくつかの態様において、混和された燃料または混和されていない燃料等の炭化水素燃料は、81パーセントを超える生物起源炭素、例えば、82、83、84、85、86、87またはそれ以上を超える等、例えば、90、91、92、95、97、98またはそれ以上を超える等、例えば、99パーセントを超える等の、生物起源炭素である。炭化水素燃料は、例えば、アルコールをゼオライトに通すことにより作ることができる。一局面において、炭化水素燃料は、2-サイクル、4-サイクル、スパークプラグイグニッショングロープラグイグニッション、ロータリーエンジン高圧点火エンジン、ならびに自動車エンジンプロペラ飛行機エンジンジェットエンジン芝刈り機のエンジン、リーフブロワー(leaf blower)のエンジン等、または本願明細書において記載される混和されていないセルロース系ガソリンで動作するように構成され得る任意の他のエンジン等の異なる種類のエンジンにより直接使用され得る。

0029

一局面において、容量で、約80%のセルロース系エタノールおよび約20%のセルロース由来の高オクタン価ガソリン(HOG)で作られているE80/HOG燃料組成物が、本明細書において提供される。E80/HOGは、約100%の生物起源炭素含有量を有する。ある特定の態様によれば、商用車に使用される前に容量で約.01%未満のモーター洗浄剤沈着制御添加剤等)が、E80/HO燃料組成物に添加される。いくつかの態様において、モーター洗浄剤の割合は、0.01容量%よりはるかに低い、例えば、約0.002%等である。

0030

一局面において、E80/HOG燃料に使用されるセルロース系エタノールを調製するための方法が、本明細書において提供される。調製の方法は、粉砕トウモロコシ穂軸電子ビーム照射で最初に処理する工程、および照射を受けた粉砕トウモロコシ穂軸を糖化して糖を生産する工程を包含する。次いで、エタノールを産生する能力がある活性ドライイーストを用いて、糖を発酵させる。

0031

本明細書において記載される方法によって生産されるセルロース系エタノールの0.5%Pt-0.25%Re/γ-Al2O3触媒等の触媒上での触媒的変換により、セルロース系バイオマス由来のジェット燃料を生産する方法が、本明細書において提供される。一態様において、ジェット燃料は、約25%の芳香族炭化水素、約2.5%のアルケン、約41%のアルカン、および約8.5%の酸素化化合物(wt./wt.)で構成されている。

0032

別の局面において、エタノールと、長鎖アルコール分岐鎖アルコール、エステル、アルデヒドおよびケトンとの混和物から、炭化水素を産生する方法が、本明細書において提供される。エタノールに加えて、高級アルコール分岐アルコール、エステルおよびケトンがエタノールに混和される場合、例えば、約5% (w/w)、10% (w/w)、15% (w/w)、20% (w/w)、30% (w/w)、40% (w/w)または50% (w/w) を超える長鎖アルコール、分岐鎖アルコール、エステル、アルデヒドおよびケトン使用して、より高収率を得ることができることが見いだされた。

図面の簡単な説明

0033

本発明は図面を参照して記載されており、図面は説明の目的のために提示されるものであって、本発明の限定を意図するものではなく、かつ該図面において:
図1は、1つまたは複数の態様に従う、バイオ燃料を含む、産物および副産物へのバイオマスの変換を説明する模式ブロック図である。
図2は、糖を、1つまたは複数のプロセスを介して燃料または他の付加価値のある産物にさらに変換できる、ブタノール、エタノール、酪酸酪酸エチルに変換するための反応スキームである。
図3Aは、脱水および水素化を介した、燃料混和物および他の付加価値のある産物への、加工されたバイオマスを由来とするアルコールの変換を説明する模式ブロック図である。
図3Bは、改質触媒の存在下での改質プロセスを介した、燃料混和物および他の付加価値のある産物への、バイオマスを由来とする酸素化物の変換を説明する模式ブロック図である。
図4は、脱水素化および脱酸素化を介した、燃料混和物および他の付加価値のある産物への、加工されたバイオマスを由来とするアルコールの変換を説明する模式ブロック図である。
図5は、ポリオール水相改質/脱水および脱水素化を介した、バイオ燃料へのバイオマスの変換を説明する模式ブロック図である。
図6は、短いポリオールへの長いポリオールの触媒的変換をさらに含む、ポリオールの水相改質/脱水および脱水素化を介した、バイオ燃料へのバイオマスの変換を説明する模式ブロック図である。
図7は、芳香族化合物への加工されたバイオマスの変換の反応スキームである。
図8Aは、バイオマス由来の構成要素の触媒的変換が行われる、反応器(例えば、トリクルベッド反応器)の縦断面図の模式図を提供する。この図は、2種の触媒、触媒1および触媒2が別々の層にある例を示す。
図8Bは、バイオマス由来の構成要素の触媒的変換が行われる、別の反応器(例えば、トリクルベッド反応器)の縦断面図の模式図を提供する。この図は、2種の触媒、触媒1および触媒2が一緒に混和されている例を示す。
図8Cは、第一の反応器からの産物および/または未反応の構成物がさらなる触媒的変換のための第二の反応器中へ向かうようにバイオマス由来の構成要素の触媒的変換が行われる、2つの反応器(例えば、トリクルベッド反応器)の縦断面図の模式図を提供する。第一の反応器は触媒1で作られた触媒床を有し、かつ第二の反応器は触媒2で作られた触媒床を有する。
図9Aは、バイオマス由来の構成要素の触媒的変換の間に産生、および/またはさらに加工され得る、炭化水素混合物における種々の炭素含有量の炭化水素の分布グラフによる説明を提供する。
図9Bは、触媒的加工に供して、低分子炭化水素(典型的には気体)を高分子量の炭化水素(典型的には液体)に変換した炭化水素混合物における種々の炭素含有量の炭化水素の分布のグラフによる説明を提供する。図は、炭化水素混合物の触媒的加工の結果として、炭化水素混合物がより高い比率で高分子量の炭化水素を含有する例を示す。
図10は、本願において記載されるプロセスによって産生されたリグノセルロース系バイオマスから生産されたエタノールを、水素炎イオン化型検出器(FID)ガスクロマトグラフィーを用いて分析することにより得られたクロマトグラムである。
図11は、種々の燃料、燃料成分、および他の付加価値のある産物へのバイオマスの変換を説明する模式ブロック図を提供する。
図12Aは、本願において記載されるプロセスによって産生されたリグノセルロース系バイオマスから生産されたエタノールを分析することにより得られた、水素炎イオン化型検出器(FID)ガスクロマトグラムである。
図12Bは、同じクロマトグラムの拡大版を示す。
図13Aは、サトウキビ茎(cane)から生産されたエタノールを分析することにより得られた、水素炎イオン化型検出器(FID)ガスクロマトグラムである。
図13Bは、同じクロマトグラムの拡大版を示す。
図14Aは、トウモロコシから生産されたエタノールを分析することにより得られた、水素炎イオン化型検出器(FID)ガスクロマトグラムである。
図14Bは、同じクロマトグラムの拡大版を示す。
図15Aは、ブドウから生産されたエタノールを分析することにより得られた、水素炎イオン化型検出器(FID)ガスクロマトグラムである。
図15Bは、同じクロマトグラムの拡大版を示す。
図16Aは、コムギから生産されたエタノールを分析することにより得られた、水素炎イオン化型検出器(FID)ガスクロマトグラムである。
図16Bは、同じクロマトグラムの拡大版を示す。
図17Aは、フレッシュ、未使用のPtベースの触媒の元素プロファイルを示す。
図17Bは、それを触媒的変換に使用した後の同じ触媒の元素プロファイルを示す。
図18Aは、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、HZSM-5触媒の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、HZSM-5で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーピーク面積により決定された、約94.02%の芳香族化合物、0.44%のアルケン、3.38%のアルカンおよび0.03%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.76の炭化水素を生産した。
図18A-2は、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、HZSM-5触媒の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、HZSM-5で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約94.02%の芳香族化合物、0.44%のアルケン、3.38%のアルカンおよび0.03%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.76の炭化水素を生産した。
図18Bは、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Ru/HZSM-5触媒の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。得られた炭化水素は、平均炭素数8.57を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約91.13%の芳香族化合物、0.47%のアルケン、5.87%のアルカンおよび0.03%の酸素化物で構成されていた。
図18B-2は、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Ru/HZSM-5触媒の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。得られた炭化水素は、平均炭素数8.57を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約91.13%の芳香族化合物、0.47%のアルケン、5.87%のアルカンおよび0.03%の酸素化物で構成されていた。
図18Cは、0.1875 mL/分の容量による線流速(LFR)で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数7.78を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約69.08%の芳香族化合物、4.73%のアルケン、22.94%のアルカンおよび0.97%の酸素化物で構成されていた。
図18C-2は、0.1875 mL/分の容量による線流速(LFR)で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数7.78を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約69.08%の芳香族化合物、4.73%のアルケン、22.94%のアルカンおよび0.97%の酸素化物で構成されていた。
図19Aは、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt-0.5% Sn/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt-0.5% Sn/Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約44.16%の芳香族化合物、0.51%のアルケン、32.32%のアルカンおよび0.3%の酸素化物で構成されている平均炭素数9.2の炭化水素を生産した。
図19A-2は、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt-0.5% Sn/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt-0.5% Sn/Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約44.16%の芳香族化合物、0.51%のアルケン、32.32%のアルカンおよび0.3%の酸素化物で構成されている平均炭素数9.2の炭化水素を生産した。
図19Bは、0.1875 mL/分の容量による線流速(LFR)で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数7.11を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約25.59%の芳香族化合物、10.97%のアルケン、53.03%のアルカンおよび0.86%の酸素化物で構成されていた。
図19B-2は、0.1875 mL/分の容量による線流速(LFR)で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数7.11を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約25.59%の芳香族化合物、10.97%のアルケン、53.03%のアルカンおよび0.86%の酸素化物で構成されていた。
図20は、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt-0.5% Bi/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt-0.5% Bi/Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約17.08%の芳香族化合物、11.09%のアルケン、53.62%のアルカンおよび6.66%の酸素化物で構成されている平均炭素数7.14の炭化水素を生産した。
図20Aは、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt-0.5% Bi/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt-0.5% Bi/Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約17.08%の芳香族化合物、11.09%のアルケン、53.62%のアルカンおよび6.66%の酸素化物で構成されている平均炭素数7.14の炭化水素を生産した。
図21Aは、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt-0.75% Ba/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt-0.75% Ba/Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約12.01%の芳香族化合物、4.97%のアルケン、61.88%のアルカンおよび15.70%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.22の炭化水素を生産した。
図21A-2は、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt-0.75% Ba/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt-0.75% Ba/Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約12.01%の芳香族化合物、4.97%のアルケン、61.88%のアルカンおよび15.70%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.22の炭化水素を生産した。
図21Bは、0.5% Pt-1.0% Ba/Al2O3触媒を用いて同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数7.72を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約7.87%の芳香族化合物、4.05%のアルケン、76.53%のアルカンおよび9.19%の酸素化物で構成されていた。
図21B-2は、0.5% Pt-1.0% Ba/Al2O3触媒を用いて同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数7.72を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約7.87%の芳香族化合物、4.05%のアルケン、76.53%のアルカンおよび9.19%の酸素化物で構成されていた。
図22Aは、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt-10% H3PO4-Al2O3の存在下、350℃の温度、300 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt-10% H3PO4-Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約31.09%の芳香族化合物、3.84%のアルケン、48.64%のアルカンおよび0.41%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.4の炭化水素を生産した。
図22A-2は、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt-10% H3PO4-Al2O3の存在下、350℃の温度、300 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt-10% H3PO4-Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約31.09%の芳香族化合物、3.84%のアルケン、48.64%のアルカンおよび0.41%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.4の炭化水素を生産した。
図22Bは、500 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数9.66を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約39.53%の芳香族化合物、1.6%のアルケン、45.10%のアルカンおよび0.30 %の酸素化物で構成されていた。
図22B-2は、500 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数9.66を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約39.53%の芳香族化合物、1.6%のアルケン、45.10%のアルカンおよび0.30 %の酸素化物で構成されていた。
図22Cは、700 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数8.80を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約30.43%の芳香族化合物、1.78%のアルケン、47.27%のアルカンおよび1.04 %の酸素化物で構成されていた。
図22C-2は、700 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。得られた炭化水素は、平均炭素数8.80を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約30.43%の芳香族化合物、1.78%のアルケン、47.27%のアルカンおよび1.04 %の酸素化物で構成されていた。
図23Aは、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt/5.0% H3BO3-Al2O3の存在下、325℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt/5.0% H3BO3-Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約4.67%の芳香族化合物、0.95%のアルケン、91.91%のアルカンおよび0.05%の酸素化物で構成されている平均炭素数7.2の炭化水素を生産した。
図23A-2は、本願において記載されるプロセスによって生産されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。バイオマス由来のエタノールは、0.5% Pt/5.0% H3BO3-Al2O3の存在下、325℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に変換された。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。例えば、0.5% Pt/5.0% H3BO3-Al2O3で触媒された反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約4.67%の芳香族化合物、0.95%のアルケン、91.91%のアルカンおよび0.05%の酸素化物で構成されている平均炭素数7.2の炭化水素を生産した。
図23Bは、350℃の温度で、300 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。350℃の温度で、300 psigの圧力で反応を実施した場合、得られた炭化水素は、平均炭素数7.7を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約19.24%の芳香族化合物、1.32%のアルケン、73.01%のアルカンおよび0.31%の酸素化物で構成されていた。
図23B-2は、350℃の温度で、300 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。350℃の温度で、300 psigの圧力で反応を実施した場合、得られた炭化水素は、平均炭素数7.7を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約19.24%の芳香族化合物、1.32%のアルケン、73.01%のアルカンおよび0.31%の酸素化物で構成されていた。
図23Cは、350℃の温度で、500 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。350℃の温度で、500 psigの圧力で反応を実施した場合、得られた炭化水素は、平均炭素数8.77を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約19.35%の芳香族化合物、0.24%のアルケン、64.81%のアルカンおよび4.93%の酸素化物で構成されていた。
図23C-2は、350℃の温度で、500 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。350℃の温度で、500 psigの圧力で反応を実施した場合、得られた炭化水素は、平均炭素数8.77を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約19.35%の芳香族化合物、0.24%のアルケン、64.81%のアルカンおよび4.93%の酸素化物で構成されていた。
図23Dは、350℃の温度で、700 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。350℃の温度で、700 psigの圧力で反応を実施した場合、得られた炭化水素は、平均炭素数8.17を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約10.42%の芳香族化合物、1.37%のアルケン、81.65%のアルカンおよび0.88%の酸素化物で構成されていた。
図23D-2は、350℃の温度で、700 psigの圧力で同じ反応を実施した場合の産物分布のグラフによる説明を提供する。350℃の温度で、700 psigの圧力で反応を実施した場合、得られた炭化水素は、平均炭素数8.17を有し、かつトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約10.42%の芳香族化合物、1.37%のアルケン、81.65%のアルカンおよび0.88%の酸素化物で構成されていた。
図24は、標準ガソリン試料における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。標準ガソリン試料は、7.47の平均炭素数、ならびトータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約45.54%の芳香族化合物、4.00%のアルケン、43.53%のアルカンおよび4.20%の酸素化物を有する炭化水素で構成されることが分かった。
図25は、0.5% Pt-0.5% Sn-0.5% Bi/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に触媒的に変換される場合の、バイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。該反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約30.51%の芳香族化合物、5.29%のアルケン、39.35%のアルカンおよび3.43%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.25の炭化水素を生産した。
図25Aは、0.5% Pt-0.5% Sn-0.5% Bi/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に触媒的に変換される場合の、バイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。該反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約30.51%の芳香族化合物、5.29%のアルケン、39.35%のアルカンおよび3.43%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.25の炭化水素を生産した。
図26は、0.5% Pt-0.5% Sn-0.5% Re/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に触媒的に変換される場合の、バイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。該反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約31.47%の芳香族化合物、14.34%のアルケン、31.87%のアルカンおよび1.53%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.19の炭化水素を生産した。
図26Aは、0.5% Pt-0.5% Sn-0.5% Re/Al2O3の存在下、350℃の温度、500 psigの圧力および0.125 mL/分の容量による線流速(LFR)で、炭化水素に触媒的に変換される場合の、バイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された炭化水素混合物における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。グラフには、エタノールの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。該反応は、トータルイオンクロマトグラフィーのピーク面積により決定された、約31.47%の芳香族化合物、14.34%のアルケン、31.87%のアルカンおよび1.53%の酸素化物で構成されている平均炭素数8.19の炭化水素を生産した。
図27は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された高オクタン価の炭化水素蒸留物または高オクタン価ガソリン(HOG)における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図28は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された低オクタン価の炭化水素蒸留物または低オクタン価ガソリン(LOG)における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図29は、市販の高オクタン価でエタノールを含まない予混合燃料であるTrufuel(登録商標)を含む試料C1における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図30は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された約50% (v/v)の高オクタン価ガソリン(HOG)と、約50% (v/v)のTrufuel(登録商標)との混合物である、試料C2における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図31は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された約85% (v/v)の高オクタン価ガソリン(HOG)と、約15% (v/v)のTrufuel(登録商標)との混合物である、試料C3における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図32は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された約70% (v/v)の高オクタン価ガソリン(HOG)と、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された約30% (v/v)の低オクタン価ガソリン(LOG)との混合物である、試料C4における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図33は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された約65% (v/v)の高オクタン価ガソリン(HOG)と、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された約25% (v/v)の低オクタン価ガソリン(LOG)と、セルロース系バイオマスを由来とする約10%の無水エタノールとの混合物である、試料C5における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図34は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された約90% (v/v)の高オクタン価ガソリン(HOG)と、セルロース系バイオマスを由来とする約10%の無水エタノールとの混合物である、試料C6における、種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図35は、上述される試料C1〜C6の高オクタン価ガソリンの混和物の試料を分析した結果を提供する。60°FでのAPI比重はASTMD4052に従って測定され、乾燥蒸気相当値(Dry Vapor Pressure Equivalent)(DVPE)EPAはASTM D5191-13に従って測定され、総燃焼熱はASTM D4809に従って測定され、リサーチ・オクタン価(RON)はASTM D2699に従って測定され、モーター・オクタン価(MON)はASTM D2700に従って測定され、アンチノック指数またはオクタン価((RON + MON)/2)はD4814-X1.4に従って測定される。
図36は、高オクタン価ガソリンの混和物の試料を分析した結果を提供する。試料B1はTrufuel(登録商標)であり;試料B2は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された5% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)と95% (v/v) のTrufuel(登録商標)との混合物であり;試料B3は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された10% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)と90% (v/v) のTrufuel(登録商標)との混合物であり;試料B4は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された20% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)と80% (v/v) のTrufuel(登録商標)との混合物であり;試料B5は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された20% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)と75% (v/v) のTrufuel(登録商標)とセルロース系バイオマスを由来とする5%の無水エタノールとの混合物である。乾燥蒸気圧相当値(DVPE)EPAはASTM D5191に従って測定され、総燃焼熱はASTM D4809に従って測定され、リサーチ・オクタン価(RON)はASTM D2699に従って測定され、モーター・オクタン価(MON)はASTM D2700に従って測定され、アンチノック指数またはオクタン価((RON + MON)/2)はD4814-X1.4に従って測定される。
図37は、低オクタン価ガソリンの混和物の試料を分析した結果を提供する。試料1は市販の高オクタン価でエタノールを含まない予混合燃料であるTrufuel(登録商標)であり;,試料2は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された5% (v/v) の低オクタン価ガソリン(LOG)と95% (v/v) のTrufuel(登録商標)との混合物であり;試料3は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された10% (v/v) の低オクタン価ガソリン(LOG)と90% (v/v) のTrufuel(登録商標)との混合物であり;試料4は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された20% (v/v) の低オクタン価ガソリン(LOG)と80% (v/v) のTrufuel(登録商標)との混合物であり;試料5は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された20% (v/v) の低オクタン価ガソリン(LOG)と75% (v/v) のTrufuel(登録商標)とセルロース系バイオマスを由来とする5%の無水エタノールとの混合物である。リサーチ・オクタン価(RON)はASTM D2699に従って測定され、モーター・オクタン価(MON)はASTM D2700に従って測定され、アンチノック指数またはオクタン価((RON + MON)/2)はD4814-X1.4に従って測定される。
図38は、USのトウモロコシ穀粒エタノール、ブラジルのサトウキビエタノールおよびUSの通常のガソリンとともに、本明細書において記載されるプロセスによりセルロース系バイオマスから産生されるエタノールを含有する燃料混和物の地球温暖化係数(GWP)を評価するライフ・サイクル・アセスメント(LCA)を提供する。100%エタノール(E100)(法律義務付けられている変性の目的のための2.5%ガソリンを伴う98.5%エタノール)、10%エタノール(E10)、85%エタノール(E85)、および通常のガソリンの燃料混和物を比較した。
図39は、図38に示されるLCA分析の基礎となる、ゆりかごから場まで(cradle-to-grave)のセルロース系バイオマスからエタノールを産生するプロセスの図を提供する。
図40は、試料D1〜D6の組成(容量%)を記載する。試料D1は100%Trufuel(登録商標)であり;試料D2は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された90% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)(留分2b)と10% (v/v) のエタノールとの混合物であり;試料D3は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された100% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)(留分1bおよび2b)であり;試料D4は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された100% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)(留分2b)であり;試料D5は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された100% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)(全ての留分)であり;試料D6は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された50% (v/v) の低オクタン価ガソリン(LOG)(留分1aおよび2a)と50% (v/v) のエタノールとの混合物である。留分1は、30℃より低い沸点範囲を有する、HOGまたはLOGの一部であり(「低沸点範囲の留分」)、留分2は、35〜200℃の沸点範囲を有する、HOGまたはLOGの一部であり(「中沸点範囲の留分」)、留分3は、200℃より高い沸点範囲を有する、HOGまたはLOGの一部である(「高沸点範囲の留分」)。字句「a」および「b」は、HOGからの留分をLOGからの留分を区別する。例えば、留分1aはLOGからの低沸点範囲の留分を表し、一方、留分1bはHOGからの低沸点範囲の留分を表す。
図41は、図40に記載される1つまたは複数の試料のうちの留分の容量パーセントおよび重量パーセントを示す。図41は、試料D3が約13.06% (v/v) の留分1bおよび約86.93% (v/v) の留分2bを伴うHOGであることを示す。また、それは約11.89 wt.% の留分1および約88.10 wt.% の留分2も有する。試料D5は約14.30% (v/v) の留分1、約93.29% (v/v) の留分2、および約2.40% (v/v) の留分3を伴うHOGである。また、それは約11.97 wt.% の留分1、約85.22 wt.% の留分2、および約2.70 wt.% の留分3も有する。最後に、試料D6は約12.56% (v/v) の留分1、約74.89% (v/v) の留分2、および約4.68% (v/v) の留分3を伴うLOGである。加えて、それは約18.61 wt.% の留分1、約75.71 wt.% の留分2、および約5.67 wt.% の留分3を有する。
図42は、市販の高オクタン価でエタノールを含まない予混合燃料であるTrufuel(登録商標)を含有する、試料D1における種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図43は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された高オクタン価ガソリン(HOG)から蒸留された約90% (v/v) の留分2bと、約10% (v/v) のバイオマス由来のエタノールとの混合物である、試料D2における種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図44は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された高オクタン価ガソリン(HOG)の100% (v/v) の留分1bおよび2bを含有する、試料D3における種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図45は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された高オクタン価ガソリン(HOG)の100% (v/v) の留分2bを含有する、試料D4における種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図46は、さらなる蒸留無しで、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された100% (v/v) の高オクタン価ガソリン(HOG)を含有する、試料D5における種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図47は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された低オクタン価ガソリン(LOG)から蒸留された約50% (v/v) の留分1aおよび2aと、約50% (v/v) のバイオマス由来のエタノールとの混合物である、試料D6における種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。
図48は、上述される試料D1〜D6の高オクタン価ガソリンの混和物の試料を分析した結果を提供する。60°FでのAPI比重はASTM D4052に従って測定され、乾燥蒸気圧相当値(DVPE)EPAはASTM D5191-13に従って測定され、総燃焼熱はASTM D4809に従って測定され、リサーチ・オクタン価(RON)はASTM D2699に従って測定され、モーター・オクタン価(MON)はASTM D2700に従って測定され、硫黄含有量はASTM D7039に従って測定され、ベンゼン含有量はASTM D3606に従って測定され、臭いはASTM D1296に従って測定され、水分含有量はASTM E1064に従って測定され、銅板への腐食はASTM D130に従って測定され、銀板への腐食はASTM D4814-A1に従って測定され、アンチノック指数またはオクタン価((RON + MON)/2)はD4814-X1.4に従って測定される。
図49は、試料E1〜E8の組成(容量%)を記載する。試料E1は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された100% 高オクタン価ガソリン(HOG)であり;試料E2は本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生された100%低オクタン価ガソリン(LOG)であり;試料E3は本明細書において記載されるプロセスにより産生された100%セルロース系エタノールであり;試料E4は本明細書において記載されるプロセスに由来する、95% HOGと5%のセルロース系エタノールとの混合物であり;試料E5は本明細書において記載されるプロセスに由来する、95% LOGと5%のセルロース系エタノールとの混合物であり;試料E6は市販のガソリンであるTrufuel(登録商標)であり;試料E7は50% HOGと50% Trufuel(登録商標)との混合物であり;試料E8は本明細書において記載されるプロセスに由来する50% セルロース系エタノールと50% Trufuel(登録商標)との混合物である。
図50は、ASTM D6866-18によって決定された、試料E1〜E8に関する%生物起源炭素含有量を記載する。試料E1〜E5は、全て、約100%生物起源炭素含有量(全炭素の留分として)を有する。具体的には、試料E1は約103.17 pMCを有し;試料E2は約101.98 pMCを有し;試料E3は約102.72 pMCを有し;試料E4は約102.45 pMCを有し;試料E5は約102.40 pMCを有する。試料E6、100%Trufuel(登録商標)は約0%生物起源炭素含有量(全炭素の留分として)、および約100%の化石炭素含有量を有する。具体的には、試料E6は0.44 pMC未満を有する。試料E7は約62%生物起源炭素含有量(全炭素の留分として)、および約38%の化石炭素含有量を有する。具体的には、試料E7は約62.59 pMCを有する。最後に、試料E8は約44% 生物起源炭素含有量(全炭素の留分として)、および約56%の化石炭素含有量を有する。具体的には、試料E8は約44.40 pMCを有する。
図51は、本明細書において記載されるバイオマス由来のエタノールの触媒的加工により産生されたジェット燃料における種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。全既知成分に基づいて、ジェット燃料は、約25%の芳香族炭化水素、約2.5%のアルケン、約41%のアルカン、および約8.5%の酸素化化合物(wt./wt)で構成されていた。
図52は、アセトン、ブタノールおよびエタノールの組成物(ABE)の触媒的変換により産生された炭化水素混合物における種々の炭素含有量の芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物の産物分布のグラフによる説明を提供する。グラフには、ABEの触媒的変換により形成されたC2-C18炭化水素(横軸)を含有する、芳香族化合物、アルケン、アルカンおよび酸素化物のパーセント量(縦軸)が示される。得られた炭化水素は、約82.5%の芳香族化合物、2.9 %のアルケン、12.48%のアルカンおよび酸素化された種を含む7%の他の化合物で構成されていた。

0034

詳細な説明
バイオマス(例えば、植物バイオマス動物バイオマス、および都市廃棄物バイオマス)または石炭等の炭素含有材料は、低いレベルの難分解性に加工して(必要ならば)、本明細書において例として挙げたもの等の中間体または産物に変換することができる。これらの中間体化合物は、燃料を包含する有用な産物にさらに加工できる。生産され得る他の産物および副産物は、例えば、ヒト用食品動物用飼料医薬品、化学薬品プラスチック栄養補助食品を包含する。

0035

一局面において、バイオマス(例えば、1種または複数種の低分子量の糖であるものもしくはそれらを含むもの等の植物バイオマス、動物バイオマス、および都市廃棄物バイオマス)は、燃料等の有用な産物を、例えば、内燃エンジン用、ジェットエンジン用の燃料、または燃料電池用および暖房用の油用の供給原料を生産するために加工され得る。供給原料である材料として、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、デンプンを含む材料、または低分子量の糖であるかもしくは低分子糖を含む材料等の種々のバイオマス材料を使用できる、システムおよびプロセスが本明細書において記載される。このような材料は、多くの場合すぐに入手できるが、例えば、発酵による加工が困難な場合があり得るか、または遅い速度で最適ではない収率を与え得る。供給原料である材料は、最初に、多くの場合、未加工の供給原料である材料のサイズを小さくすることにより、加工のために物理的に調製される。物理的に調製された供給原料は、放射線照射超音波処理熱分解酸化および蒸気爆発の1つまたは複数を用いて、前処理または加工され得る。供給原料である材料は、燃料に有用な構成要素である中間体に微生物により変換され得る糖に、例えば、単糖、二糖または他の低分子量の糖に、さらに加工され得る。種々の前処理装置および方法が、これらの科学技術の2つ、3つ、または4つを組み合わせて用いられ得る。

0036

場合によっては、1種または複数種の糖質単位または糖質誘導体単位を含む供給原料は、本明細書において記載されるプロセスの任意の1つまたは複数によって処理され得る。本明細書において用いられる糖質単位は、単糖、二糖およびオリゴ糖の糖を包含する、糖を意味する。単糖の例としては、グルコース(デキストロース)、フルクトースガラクトース、およびリボース等が挙げられる。二糖の例としては、スクロースおよびセロビオース等が挙げられる。本明細書において用いられる糖質誘導体単位は、糖単位化学修飾または微生物を用いる発酵を含み得るバイオプロセス処理により得られる化合物である。

0037

航空燃料
いくつかの態様において、本発明により産生される最終産物は、航空機用ガソリンまたは「アブガス(avgas)」である。本発明により生産されるアブガスは、火花点火内燃エンジンを乗せている飛行機での使用を包含する、種々の適した飛行機で使用され得る。アブガスは、炭化水素の化学混和物、ならびに酸化防止剤および金属不活性化剤等の添加剤、ならびに燃料染料から成り得る。n-ヘプタンおよびイソオクタン等の炭化水素に加えて、アブガスは、オレフィンナフタレンキシレンメシチレンおよび他の芳香族化合物等の不飽和炭化水素でも構成され得、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。

0038

芳香族化合物の量は、アブガスによって変動し得る。いくつかの態様において、アブガスは、90%またはそれ以下の芳香族化合物、容量で80%またはそれ以下の芳香族化合物、容量で70%またはそれ以下の芳香族化合物、容量で60%またはそれ以下の芳香族化合物、容量で50%またはそれ以下の芳香族化合物、容量で40%またはそれ以下の芳香族化合物、容量で30%またはそれ以下の芳香族化合物、容量で20%またはそれ以下の芳香族化合物、または容量で10%またはそれ以下の芳香族化合物を有し得る。アブガスにおける芳香族化合物含有量の好ましい範囲は、容量で25%またはそれ以下であり得る、いくつかの態様において、アブガスは、蒸留要件により単環芳香族化合物に限定される。いくつかの態様において、トルエンはアブガスにおける唯一の芳香族化合物である。

0039

いくつかの態様において、アブガスは、約100%純度のイソオクタン、約95%純度のイソオクタン、約90%純度のイソオクタン、約85%純度のイソオクタン、約80%純度のイソオクタン、約75%純度のイソオクタン、約70%純度のイソオクタン、約65%純度のイソオクタン、約60%純度のイソオクタン、約55%純度のイソオクタン、約50%純度のイソオクタン、約40%純度のイソオクタン、約35%、約30%純度のイソオクタン、約25%純度のイソオクタン、約20%純度のイソオクタン、約15%純度のイソオクタン、約10%純度のイソオクタン、約5%純度のイソオクタンを含有する。より高いイソオクタン含有量(およびより低い対応するn-ヘプタン含有量)は、多くの場合、高オクタン価と相関があり、したがって好ましい。

0040

いくつかの態様において、アブガスは、約95%純度のn-ヘプタン、約90%純度のn-ヘプタン、約85%純度のn-ヘプタン、約80%純度のn-ヘプタン、約75%純度のn-ヘプタン、約70%純度のn-ヘプタン、約65%純度のn-ヘプタン、約60%純度のn-ヘプタン、約55%純度のn-ヘプタン、約50%純度のn-ヘプタン、約40%純度のn-ヘプタン、約35%、約30%純度のn-ヘプタン、約25%純度のn-ヘプタン、約20%純度のn-ヘプタン、約15%純度のn-ヘプタン、約10%純度のn-ヘプタン、および約5%純度のn-ヘプタンを含有する。

0041

いくつかの態様において、アブガスは、アブガスのアンチノック能力を潜在的に改善することができるテトラエチル鉛を含み得る。例えば、本発明により生産されるアブガスは、無鉛アブガス、低鉛アブガスおよび高い鉛含有量を持つアブガスを包含する、鉛含有量を変化させることにより特徴づけることができる。

0042

本発明により生産されるアブガスは、異なるモーター・オクタン価(MON)を包含する種々の等級のものであり得る。一態様において、アブガスは、100オクタンの燃料(または巡航速度のために通常用いられるリーン設定)および130のリッチ設定(離陸および他の全出力状態のために用いられ得る)である、100/130のMONを有していてもよい。80/87、91/96、91/115、115/145、108/135、82UL、85UL、91/96UL、および100LL等の種々の等級のアブガスも、本発明によって生産され得、ここで、ULは無鉛アブガスのことをいい、LLは低鉛アブガスのことをいう。

0043

いくつかの態様において、アブガスは、約30 mm、約28 mm、約26 mm、約25 mm、約24 mm、約22 mm、約20 mm、約19 mm、約18mm、約16 mm、および約15 mmの最低発煙点を有することができる。

0044

本発明により生産されるアブガスは、ある範囲の密度、粘度、凝固点揮発度および引火点を有することができる。https://www.cgabusinessdesk.com/document/aviation_tech_review.pdf.で入手可能なAviation Fuel: Technology Review (2007)を参照されたい。

0045

バイオジェット燃料
本発明により生産される産物のひとつは、ジェット燃料である。本明細書に記載されるプロセスにより生産されるジェット燃料は、ピストンエンジン圧縮点火エンジンまたはガスタービンエンジン(ジェットエンジン、ターボプロップエンジン航空転用ガスタービンターボシャフトエンジンおよびスケールジェットエンジン等)で動く任意の飛行機または自動車に使用することができる。

0046

本発明により生産されるジェット燃料は、直鎖状または分岐状の、1置換または2置換のC7-C16アルカン等の多数の異なる炭化水素の混合物であり得、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。それは、オレフィン、置換もしくは非置換のシクロアルカン(シクロペンタンシクロヘキサン等)、芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、ナフタレン等)、1置換芳香族化合物メチルベンゼン等)、2置換芳香族化合物(キシレン等)、および多置換芳香族化合物トリメチルベンゼン等)も含有していてもよく、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。https://www.atsdr.cdc.gov/ToxProfiles/tp76-c3.pdfを参照されたい。ジェット燃料は、硫黄化合物、アンチノック添加剤(テトラエチル鉛等)、酸化防止剤、金属不活性化剤、燃料システムアイシング阻害剤腐食防止剤、および静電気を消散させる添加剤(static dissipator additive)等の非炭化水素化合物をさらに含有していてもよい。いくつかの態様は、エステルおよびエーテル等の可燃性酸素を含有する成分も含んでいてもよい。

0047

いくつかの態様において、ジェット燃料は、約100〜95%の飽和炭化水素、約94〜90%の飽和炭化水素、約89〜85%の飽和炭化水素、約84〜80%の飽和炭化水素、約79〜75%の飽和炭化水素、約74〜70%の飽和炭化水素、約69〜65%の飽和炭化水素、約64〜60%の飽和炭化水素、約59〜55%の飽和炭化水素、約54〜50%の飽和炭化水素、約49〜45%の飽和炭化水素、約44〜40%の飽和炭化水素、約39〜35%の飽和炭化水素、約34〜30%の飽和炭化水素、約29〜25%の飽和炭化水素、約24〜20%の飽和炭化水素、約19〜15%の飽和炭化水素、約14〜10%の飽和炭化水素、約9〜5%の飽和炭化水素、および約4〜0%の飽和炭化水素を有することができる。

0048

いくつかの態様において、ジェット燃料は、約100〜95%の芳香族炭化水素、約94〜90%の芳香族炭化水素、約89〜85%の芳香族炭化水素、約84〜80%の芳香族炭化水素、約79〜75%の芳香族炭化水素、約74〜70%の芳香族炭化水素、約69〜65%の芳香族炭化水素、約64〜60%の芳香族炭化水素、約59〜55%の芳香族炭化水素、約54〜50%の芳香族炭化水素、約49〜45%の芳香族炭化水素、約44〜40%の芳香族炭化水素、約39〜35%の芳香族炭化水素、約34〜30%の芳香族炭化水素、約29〜25%の芳香族炭化水素、約24〜20%の芳香族炭化水素、約19〜15%の芳香族炭化水素、約14〜10%の芳香族炭化水素、約9〜5%の芳香族炭化水素、および約4〜0%の芳香族炭化水素を有することができる。

0049

いくつかの態様において、ジェット燃料は、約100〜95%のオレフィン炭化水素、約94〜90%のオレフィン炭化水素、約89〜85%のオレフィン炭化水素、約84〜80%のオレフィン炭化水素、約79〜75%のオレフィン炭化水素、約74〜70%のオレフィン炭化水素、約69〜65%のオレフィン炭化水素、約64〜60%のオレフィン炭化水素、約59〜55%のオレフィン炭化水素、約54〜50%のオレフィン炭化水素、約49〜45%のオレフィン炭化水素、約44〜40%のオレフィン炭化水素、約39〜35%のオレフィン炭化水素、約34〜30の%オレフィン炭化水素、約29〜25%のオレフィン炭化水素、約24〜20%のオレフィン炭化水素、約19〜15%のオレフィン炭化水素、約14〜10%のオレフィン炭化水素、約9〜5%のオレフィン炭化水素、および約4〜0%のオレフィン炭化水素を有することができる。

0050

一態様において、ジェット燃料は、70〜85%の飽和炭化水素、25%未満の芳香族炭化水素および5%未満のオレフィン炭化水素で構成されていてもよい。いくつかの態様において、ジェット燃料は、15〜25の範囲内でオクタン価を有することができる。

0051

本発明により生産されるジェット燃料は、民間航空機および航空機の両方において使用することができる。例えば、民間航空機はJet A、Jet A-1およびJet-Bのタイプのジェット燃料を使用し得る。Jet A-1は、ほとんどのタービンエンジンに適した灯油等級の燃料であり、かつ38℃の引火点および−47℃の凝固点を有する。Jet A-1は、容量で18〜25%の芳香族化合物および最大5%までのオレフィンを有することができる。Jet Aは、Jet A-1と同じ引火点および芳香族化合物組成を有するが、より高い凝固点である−40℃を有する高純度の灯油ベースの燃料である。Jet Bは、ナフサおよび灯油の留分を対象として含む蒸留物であり、低引火点(−23℃〜−1℃)を有する。Jet A-1、Jet A、およびJet Bは、それらが容量で3%より少ないかまたは3%のナフタレンから成る場合、25 mmまたは18 mmの最低発煙点を有することが必要とされる。

0052

本発明により生産されるジェット燃料は、JP-1、JP-2、JP-3、JP-4、JP-5、JP-6、JP-7、JP-8、JP-9、JP-10およびJPTS等の軍用等級のジェット燃料でもあり得る。例えば、JP-8は、軍用燃料の添加化剤(静電気消散剤(static dissipater)、腐食防止剤、潤滑改善剤、燃料システムアイシング阻害剤、酸化防止剤および金属不活性化剤等)の添加を伴うJet A-1の軍用同等品である。JP-8は、−47℃の凝固点および38℃の引火点を有する。JP-8は、それが容量で3%またはそれ以下のナフタレンから成る場合、25 mmまたは19 mmの最低発煙点を有することが必要とされる。JP-8は、質量で少なくとも13.4%の水素含有量を有することが必要とされる。JP-8は、液体容量で0.1〜25%の芳香族化合物を有することができる。JP-4は、−46℃の凝固点および−23〜−1℃の引火点を有する。JP-4は、容量で10%の芳香族化合物を有することができる。JP-5は、−46℃の凝固点および60℃の引火点を有する、灯油ベースの燃料である。JP-5は、容量で19%の芳香族化合物を有することができる。JP-7は、炭化水素を主成分とする混合物であり、−30℃の凝固点および60℃の引火点を有する。JP-7は、容量で3%の芳香族化合物を有することができる。JPTSまたはジェット推進式の熱的に安定した燃料(Jet Propellant Thermally Stable fuel)は、−53℃の凝固点および43℃の引火点を有する。

0053

ディーゼル
いくつかの態様において、本願において記載されるプロセスにより生産される燃料は、ディーゼルである。ディーゼル燃料は、C8-C22炭化水素、芳香族炭化水素およびいくつかのオレフィン炭化水素等の炭化水素の混合物で作ることができ、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。加えて、硝酸アルキル(例えば、硝酸2-エチルヘキシル)およびジ-tert-ブチルペルオキシド等の添加剤を、セタン価を上げるために使用してもよい。セタン価は、ディーゼルの燃焼速度の指標である。

0054

いくつかの態様において、ディーゼル燃料は、約100〜95%の飽和炭化水素、約94〜90%の飽和炭化水素、約89〜85%の飽和炭化水素、約84〜80%の飽和炭化水素、約79〜75%の飽和炭化水素、約74〜70%の飽和炭化水素、約69〜65%の飽和炭化水素、約64〜60%の飽和炭化水素、約59〜55%の飽和炭化水素、約54〜50%の飽和炭化水素、約49〜45%の飽和炭化水素、約44〜40%の飽和炭化水素、約39〜35%の飽和炭化水素、約34〜30%の飽和炭化水素、約29〜25%の飽和炭化水素、約24〜20%の飽和炭化水素、約19〜15%の飽和炭化水素、約14〜10%の飽和炭化水素、約9〜5%の飽和炭化水素、約4〜0%の飽和炭化水素を有することができる。

0055

いくつかの態様において、ディーゼル燃料は、約100〜95%の芳香族炭化水素、約94〜90%の芳香族炭化水素、約89〜85%の芳香族炭化水素、約84〜80%の芳香族炭化水素、約79〜75%の芳香族炭化水素、約74〜70%の芳香族炭化水素、約69〜65%の芳香族炭化水素、約64〜60%の芳香族炭化水素、約59〜55%の芳香族炭化水素、約54〜50%の芳香族炭化水素、約49〜45%の芳香族炭化水素、約44〜40%の芳香族炭化水素、約39〜35%の芳香族炭化水素、約34〜30%の芳香族炭化水素、約29〜25%の芳香族炭化水素、約24〜20%の芳香族炭化水素、約19〜15%の芳香族炭化水素、約14〜10%の芳香族炭化水素、約9〜5%の芳香族炭化水素、および約4〜0%の芳香族炭化水素を有することができる。

0056

いくつかの態様において、ディーゼルは、約50〜45%のオレフィン炭化水素、約44〜40%のオレフィン炭化水素、約39〜35%のオレフィン炭化水素、約34〜30%のオレフィン炭化水素、約29〜25%のオレフィン炭化水素、約24〜20%のオレフィン炭化水素、約19〜15%のオレフィン炭化水素、約14〜10%のオレフィン炭化水素、約9〜5%のオレフィン炭化水素、および約4〜0%のオレフィン炭化水素を有することができる。

0057

一態様において、ディーゼルは、約75%の飽和炭化水素、および約25%芳香族炭化水素で構成されていてもよい。好ましい態様において、ディーゼルは、10%またはそれ以下の芳香族化合物を有することができる。

0058

本発明により産生されるディーゼル燃料の沸点は、150〜380℃の範囲内であり得る。

0059

いくつかの態様において、ディーゼルは長鎖アルキルエステルで構成されるバイオディーゼルであり得る。例えば、バイオディーゼルは、天然に存在する脂肪酸とバイオマスの発酵により産生されるアルコールとを反応させて、脂肪酸エステルを生産することにより産生することができる。例えば、脂肪酸メチルエステルFAME)は、メタノールとの脂肪酸のエステル交換により生産することができる。本発明により生産されるバイオディーゼルは、通常の炭化水素ベースのディーゼルとの種々のバイオディーゼル混和物において使用され得、多くの場合、それらのB因子によって特徴づけられる。例えば、100%バイオディーゼルはB100と称され、20%バイオディーゼルと80%ペトロディーゼル(petrodiesel)の混和物はB20と標示され、5%バイオディーゼルと95%ペトロディーゼルの混和物はB5と標示され、2%バイオディーゼルと98%ペトロディーゼルの混和物はB2として標示される。

0060

本発明により生産されるディーゼルは、密度および粘度の増加により付番される任意の標準ディーゼル燃料の等級番号 - 1-D、2-D、4-D - のものであり得る。例えば、1-Dおよび2-Dの等級のディーゼル燃料は、ディーゼル自動車および鉄道車両を動かすために使用される。4-Dは、多くの場合、船舶を動かすために使用される。

0061

いくつかの態様において、本発明により生産されるディーゼルは、約100〜95、約94〜90、約89〜80、約84〜80、約79〜75、約74〜70、約69〜65、約64〜60、約59〜55、約54〜50、約49〜45、約44〜40、約39〜35、約34〜30、約29〜25、約24〜20、約19〜15、約14〜10、および約9〜5のセタン価(CN)を有してもよい。本発明により生産されるディーゼル燃料は、その密度、潤滑性寒冷での流動特性および硫黄含有量に関しても最適化することができる。

0062

灯油
本発明において記載されるプロセスにより、灯油も生産され得る。本発明により生産される灯油は、1分子当たり約6〜16個の炭素原子を含有する直鎖状および分岐鎖状アルカン、ならびに芳香族化合物およびオレフィンからなり得、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。

0063

いくつかの態様において、灯油は、約100〜95%の飽和炭化水素、約94〜90%の飽和炭化水素、約89〜85%の飽和炭化水素、約84〜80%の飽和炭化水素、約79〜75%の飽和炭化水素、約74〜70%の飽和炭化水素、約69〜65% の飽和炭化水素、約64〜60%の飽和炭化水素、約59〜55%の飽和炭化水素、約54〜50%の飽和炭化水素、約49〜45%の飽和炭化水素、約44〜40%の飽和炭化水素、約39〜35%の飽和炭化水素、約34〜30%の飽和炭化水素、約29〜25%の飽和炭化水素、約24〜20%の飽和炭化水素、約19〜15%の飽和炭化水素、約14〜10%の飽和炭化水素、約9〜5%の飽和炭化水素、および約4〜0%の飽和炭化水素を有することができる。

0064

いくつかの態様において、灯油は、約100〜95%の芳香族炭化水素、約94〜90%の芳香族炭化水素、約89〜85%の芳香族炭化水素、約84〜80%の芳香族炭化水素、約79〜75%の芳香族炭化水素、約74〜70%の芳香族炭化水素、約69〜65%の芳香族炭化水素、約64〜60%の芳香族炭化水素、約59〜55%の芳香族炭化水素、約54〜50%の芳香族炭化水素、約49〜45% の芳香族炭化水素、約44〜40%の芳香族炭化水素、約39〜35%の芳香族炭化水素、約34〜30%の芳香族炭化水素、約29〜25%の芳香族炭化水素、約24〜20%の芳香族炭化水素、約19〜15%の芳香族炭化水素、約14〜10%の芳香族炭化水素、約9〜5%の芳香族炭化水素、および約4〜0%の芳香族炭化水素を有することができる。

0065

いくつかの態様において、灯油は、約100〜95%のオレフィン炭化水素、約94〜90%のオレフィン炭化水素、約89〜85%のオレフィン炭化水素、約84〜80%のオレフィン炭化水素、約79〜75%のオレフィン炭化水素、約74〜70% のオレフィン炭化水素、約69〜65%のオレフィン炭化水素、約64〜60%のオレフィン炭化水素、約59〜55% のオレフィン炭化水素、約54〜50%のオレフィン炭化水素、約49〜45%のオレフィン炭化水素、約44〜40%のオレフィン炭化水素、約39〜35%のオレフィン炭化水素、約34〜30%のオレフィン炭化水素、約29〜25%のオレフィン炭化水素、約24〜20%のオレフィン炭化水素、約19〜15%のオレフィン炭化水素、約14〜10%のオレフィン炭化水素、約9〜5%のオレフィン炭化水素、および約4〜0%のオレフィン炭化水素を有することができる。

0066

一態様において、灯油は、約70%の飽和炭化水素、25%未満の芳香族炭化水素および5%未満のオレフィン炭化水素で構成されていてもよい。

0067

本明細書において記載される方法により生産される灯油は、より少ない沈積物または毒素を伴って燃焼する洗浄剤である灯油である1-K等級のもの、または屋内灯油暖房機およびストーブに使用することができる2-K等級のものであり得る。灯油は、150℃〜300℃の沸点、0.78〜0.81 g/cm3の密度および37〜65℃の引火点、17〜25 mmの間の発煙点、15〜25のアンチノック指数(AKI)のオクタン価を有し得る。

0068

ガソリン
本明細書において記載されるプロセスは、ガソリンの生産にも用いることができる。ガソリンは、1分子当たり4〜12個の炭素原子をもつ分岐状および直鎖状炭化水素プロパンイソブタン、n-ブタンn-ペンタンn-ヘキサンメチル-アルカン、ジメチル-アルカン等)、置換および非置換の芳香族化合物(キシレン、トルエン、ナフタレン等)ならびオレフィン(ブタン、ペンタン等)からなり得、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。http://bcn.boulder.co.us/basin/waterworks/gasolinecomp.pdfを参照されたい。添加剤としては、アルコールおよびエーテル等の酸素化物、酸化防止剤(ブチル化ヒドロキシトルエン等)、アンチノック剤(テトラエチル鉛、イソオクタン、トルエン等)、掃鉛剤ニトロメタンピクリン酸塩界面活性剤および染料等を挙げられ得る。添加剤として使用されるアルコール酸化物としては、メタノール、エタノール、イソプロパノールおよびn-ブタノール等が挙げられる。

0069

本発明は、直留ガソリン(典型的にはいくらかのナフタレンおよびオレフィンを含有する)、改質ガソリン(典型的には、接触改質装置において生産され、高い芳香族含有量および少量のオレフィンを伴う高オクタン価を有する)、接触分解ガソリン接触分解器から生産され、中程度のオクタン価、高いオレフィン(アルケン)含有量、および中程度の芳香族レベルをもつ、接触分解ナフサとも呼ばれる)、重-、中-および高-水素化分解生成物(hydrocrackate)(中から低のオクタン価および中程度の芳香族レベルを伴って水素添加分解装置から生産される)、アルキレート(供給原料としてイソブタンおよびアルケンを使用してアルキル化装置において生産され、芳香族化合物およびアルケンを含有せず、かつ高MONを有する)、イソレート(isomerate)(低オクタンの直留ガソリンをイソオクタン様のイソパラフィン異性化することにより得られ、中RON(リサーチ・オクタン価)およびMONを有するが、芳香族化合物およびアルケンを有しない)、ブタンおよびそれらの混和物等の、異なる種類のガソリンを生産し得る。

0070

いくつかの態様において、ガソリンは、約100〜95%の飽和炭化水素、約94〜90%の飽和炭化水素、約89〜85%の飽和炭化水素、約84〜80%の飽和炭化水素、約79〜75%の飽和炭化水素、約74〜70%の飽和炭化水素、約69〜65%の飽和炭化水素、約64〜60%の飽和炭化水素、約59〜55%の飽和炭化水素、約54〜50%の飽和炭化水素、約49〜45%の飽和炭化水素、約44〜40%の飽和炭化水素、約39〜35%の飽和炭化水素、約34〜30%の飽和炭化水素、約29〜25%の飽和炭化水素、約24〜20%の飽和炭化水素、約19〜15%の飽和炭化水素、約14〜10% の飽和炭化水素、約9〜5%の飽和炭化水素、および約4〜0%の飽和炭化水素を有することができる。

0071

いくつかの態様において、ガソリンは、約100〜95%の芳香族炭化水素、約94〜90%の芳香族炭化水素、約89〜85%の芳香族炭化水素、約84〜80%の芳香族炭化水素、約79〜75%の芳香族炭化水素、約74〜70%の芳香族炭化水素、約69〜65% の芳香族炭化水素、約64〜60%の芳香族炭化水素、約59〜55%の芳香族炭化水素、約54〜50%の芳香族炭化水素、約49〜45%の芳香族炭化水素、約44〜40%の芳香族炭化水素、約39〜35%の芳香族炭化水素、約34〜30% の芳香族炭化水素、約29〜25%の芳香族炭化水素、約24〜20%の芳香族炭化水素、約19〜15%の芳香族炭化水素、約14〜10% の芳香族炭化水素、約9〜5%の芳香族炭化水素、および約4〜0%の芳香族炭化水素を有することができる。

0072

いくつかの態様において、ガソリンは、約100〜95%のオレフィン炭化水素、約94〜90%のオレフィン炭化水素、約89〜85%のオレフィン炭化水素、約84〜80%のオレフィン炭化水素、約79〜75%のオレフィン炭化水素、約74〜70%のオレフィン炭化水素、約69〜65%のオレフィン炭化水素、約64〜60%のオレフィン炭化水素、約59〜55%のオレフィン炭化水素、約54〜50%のオレフィン炭化水素、約49〜45%のオレフィン炭化水素、約44〜40%のオレフィン炭化水素、約39〜35%のオレフィン炭化水素、約34〜30%のオレフィン炭化水素、約29〜25%のオレフィン炭化水素、約24〜20%のオレフィン炭化水素、約19〜15%のオレフィン炭化水素、約14〜10%のオレフィン炭化水素、約9〜5%のオレフィン炭化水素、および約4〜0%のオレフィン炭化水素を有することができる。

0073

いくつかの態様において、ガソリンは、約100%純度のイソオクタン、約95%純度のイソオクタン、約90%純度のイソオクタン、約85%純度のイソオクタン、約80%純度のイソオクタン、約75%純度のイソオクタン、約70%純度のイソオクタン、約65%純度のイソオクタン、約60%純度のイソオクタン、約55%純度のイソオクタン、約50%純度のイソオクタン、約40%純度のイソオクタン、約35%、約30%純度のイソオクタン、約25%純度のイソオクタン、約20%純度のイソオクタン、約15%純度のイソオクタン、約10%純度のイソオクタン、および約5% 純度のイソオクタンを含有する。

0074

いくつかの態様において、ガソリンは、約95%純度のn-ヘプタン、約90%純度のn-ヘプタン、約85%純度のn-ヘプタン、約80%純度のn-ヘプタン、約75%純度のn-ヘプタン、約70%純度のn-ヘプタン、約65%純度のn-ヘプタン、約60%純度のn-ヘプタン、約55%純度のn-ヘプタン、約50%純度のn-ヘプタン、約40%純度のn-ヘプタン、約35%、約30%純度のn-ヘプタン、約25%純度のn-ヘプタン、約20%純度のn-ヘプタン、約15%純度のn-ヘプタン、約10%純度のn-ヘプタン、および約5%純度のn-ヘプタンを含有する。

0075

一態様において、ガソリンは、約15%のC4-C8直鎖状アルカン約25〜40%のC4-C10分岐状アルカン、約10%のシクロアルカン、25%未満芳香族化合物(1.0%未満のベンゼン)および約10%のオレフィンで作られる。いくつかの態様において、ガソリンは、12〜16mmの発煙点、および0.71〜0.77 kg/Lの密度を有し得る。

0076

本明細書において記載される発明により生産されるガソリンは、広範囲のAKIを有し得る。AKIは、リサーチ・オクタン価(RON)とモーター・オクタン価(MON)との平均である。例えば、ガソリンは約85、約86、約87、約88、約89、約90、約91、約92、約93、約94、約 95、約96、約97、約98、約99、約100、約101、約102、約103、約104および約105のAKIを有し得る。

0077

LPG
本明細書において記載されるプロセスにより生産される燃料のひとつは、液化石油ガスまたは液体石油ガス(LPGまたはLPガス)である。LPGは、プロパン、ブタン、または炭化水素の他の引火性混合物からなり得、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。加えて、JPGは、プロピレンおよびブチレン等のオレフィンを低濃度で含有してもよく、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。他の添加剤としては、エタンジオールテトラヒドロチオフェンチオファン)またはアミルメルカプタン等の臭気物質等を挙げることができる。LPGは、暖房機器調理器具、および車両等を包含する、種々のシステムにおいて燃料として使用することができる。それはエアゾール噴射剤および冷媒としても使用することができる。具体的には、車両燃料として使用される場合、それは、多くの場合オートガスと称される。

0078

暖房用の油
暖房用の油も、本明細書において記載されるプロセスにより生産することができる。暖房用の油は、C14-C22範囲内の炭化水素からなり得、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。本明細書において生産される暖房用の油は、屋内の炉またはボイラーに燃料を供給するのに使用することができる。本発明により生産される暖房用の油は、清浄(clean)である、非爆発性である、高性能である、ならびに煙およびの排出がごく少量である等のいくつかの利点を有することができる。1〜6まで等級付けされたもの等を包含する、異なる等級の暖房用の油を生産できる。これは、等級2のディーゼル等のディーゼル等も包含する。

0079

RP-1(ロケット燃料
ロケット推進剤-1(Rocket Propellent-1)または精製石油-1(Refined Petroleum-1)とも呼ばれるRP-1は、ロケット燃料として使用され、本明細書に記載される方法により生産することができる。RP-1は、熱的破壊への抵抗性を増加させるバイオマスを由来とする望ましい炭化水素を選択することにより生産され得る。例えば、高分岐状および環状のアルカンが直鎖状アルカンよりも好ましい。アルケンおよび芳香族化合物は、非常に低レベルで保持されている。一態様において、RP-1は、-73℃の凝固点、0.81〜1.02 g/mlの密度および43℃の引火点を有し得る。

0080

BTX
BTXも、本発明により生産され得る。BTXは、ベンゼン、トルエンおよび3つのキシレン異性体の混合物で構成され得、これらの1種または複数種はバイオマスを由来とする。いくつかの態様において、エチルベンゼンが含まれ、その場合、混合物はBTEXと称される。BTXは、本明細書において記載されるプロセスから芳香族化合物を回収することにより生産することができる。

0081

燃料を調製するための加工方法
図1には、上述される任意のもの等のバイオ燃料の製造のためのプロセスが示されている。バイオ燃料は、糖、および供給原料(セルロース系またはリグノセルロース系材料)からの発酵産物から調製することができる。最初の工程(101)において、該方法は、任意でセルロース系および/またはリグノセルロース系供給材料を物理的に処理する工程を含む。この処理の前および/または後に、供給原料は、その難分解性を低減またはさらに低減するために、別の物理的処理(103)で、例えば、放射線照射、超音波処理、蒸気爆発、酸化、熱分解またはそれらの組み合わせで処理され得る。例えば、グルコース、キシロースおよびそれらの組み合わせを包含する、糖溶液が供給原料を糖化することにより形成される(104)。例えば、糖化は、1種または複数種の酵素、例えば、セルラーゼおよびキシラーゼ(102)、および/または1種または複数種の酸を任意の順番で添加することにより効率的に遂行することができる。糖(または糖質単位)は、工程108においてバイオ燃料の1種または複数種の成分にさらに加工され得る。例えば、糖質は、触媒的な水素化により多価アルコールに変換されるか、または水素化分解により短鎖酸素化物に変換され、バイオ燃料において使用される1種または複数種の成分を提供し得る。

0082

あるいは、糖溶液はバイオプロセス処理(105)されて、例えば、糖を一次産物に、例えば、アルコール、カルボン酸、ケトン、水素およびそれらの組み合わせに発酵させる生物を利用することにより、中間体構成要素を生産することができる。任意で、発酵は、複数種の生物を含み得、かつ複数の発酵工程、例えば、1種または複数種の産物を同時にまたは連続して生産する工程を含む。任意で、発酵は、1種の糖に対して選択的であり得る。任意で、バイオプロセス処理は、例えば、カラム抽出溶媒抽出による、および/または蒸留による、中間体構成要素の単離(106)を包含し得る。

0083

バイオプロセス処理工程の中間体構成要素は、触媒的に加工され(107)、バイオ燃料において使用される1種または複数種の成分を提供し得る。例えば、アルコールは、脱水によりアルケンに変換され、次いで高級オレフィンオリゴマー形成され得る。その後、高級オレフィンは、オリゴマー形成および/または水素化されて、高分子量のアルカンを作り得る。別の例において、カルボン酸は、アルコールに水素化され、エステル化、および/またはエステル化と次いで水素化されて、バイオ燃料の炭化水素成分を提供することができる。触媒的加工または化学加工は、回分反応器において、または連続反応器において行われ得る。任意で、加工は、例えば、カラム抽出、溶媒抽出による、および/または蒸留による、産物の単離を含み得る。

0084

他の局面において、プロセスは出発のアルコールを部分的にだけ燃料に変換するように設計され得る。例えば、中間体構成要素はエタノールであり得、例えば、アルコールの、例えばエタノールの流速または触媒床の上の反応温度を制御することにより、触媒的変換システムはエタノールの一部分だけを変換するように設計され得る。別の局面において、プロセスは、触媒的に促進されるプロセスを介してバイオマスおよびバイオマス由来の産物を燃料に変換するように設計され得る。得られる産物は、追加の混和が必要とならない、炭化水素燃料とアルコールとの混合物であり得る。ある特定の態様において、最終エタノール含有量は、多くの規制機関により求められるような10〜15%であり得る。エタノール燃料混合物は、混合物中の容量でのエタノール燃料のパーセンテージを記載する「E」番号を有し、例えば、E85は85%無水エタノールおよび15%ガソリンである。例えば、E10、ガソホールと呼ばれることもある10%無水エタノールおよび90%ガソリンの燃料混合物は、大多数の自動車の内燃エンジンにおいて使用することができる。E20〜E25の混和物は、1970年代後半からブラジルで使用されている。E85は、フレックス燃料車(flexible-fuel vehicle)のために米国および欧州で一般的に使用される。

0085

バイオマスの種類
概して、全てが1種または複数種の糖質単位からなる炭水化物であるか、またはそれを含むか、あるいは1種または複数種の糖質単位を含む、任意のバイオマス材料は、本明細書において記載される方法のいずれかにより加工され得る。バイオマスは、難分解性バイオマスまたは難分解性が低減されたバイオマスであり得る。例えば、バイオマス材料は、セルロース系もしくはリグノセルロース系材料、あるいはトウモロコシの穀粒、コメの粒子もしくは他の食物等のデンプンを含む材料、あるいはスクロースもしくはセロビオース等の1種もしくは複数種の低分子量の糖であるか、またはそれを含む材料であり得る。

0086

例えば、このような材料としては、紙、紙製品、木材、木材関連材料パーティクルボード、草、もみ殻バガス、綿、ジュートアサ、アマ、タケサイザルアバカワラ、トウモロコシ穂軸、もみ殻、ココナツの毛、藻、海藻、綿、合成セルロース、またはそれらのいずれかの混合物等が挙げられる。適した材料としては、上記概要のセクションで列挙したもの等が挙げられる。

0087

繊維の供給源としては、紙および紙製品(例えば、ポリコート紙およびクラフト紙)等が包含されるセルロース系繊維供給源、ならびに木材および木材関連材料、例えばパーティクルボード等が包含されるリグノセルロース系繊維供給源等が挙げられる。他の適した繊維の供給源としては、天然繊維供給源、例えば、草、もみ殻、バガス、綿、ジュート、アサ、アマ、タケ、サイザル、アバカ、ワラ、トウモロコシ穂軸、もみ殻、ココナツの毛;α-セルロース含有量が高い繊維供給源、例えば、綿;および合成繊維源、例えば、押出糸(延伸糸または非延伸糸)等が挙げられる。天然または合成繊維源は、未使用のスクラップ布材料、例えば端切れから得ることができ、またはそれらは使用済廃棄物、例えば、ぼろ切れであり得る。紙製品を繊維の供給源として使用する場合、それらは未使用の材料、例えば、スクラップ未使用材料であり得るか、またはそれらは使用済み廃棄物であり得る。未使用の材料とは別に、使用済み廃棄物、産業廃棄物(例えば、くず)および加工廃棄物(例えば、紙加工からの廃液)も繊維供給源として用いることができる。繊維の供給源は、また、ヒト廃棄物(例えば、下水)、動物廃棄物または植物廃棄物からも得ることできるか、またはそれを由来とし得る。さらなる繊維の供給源は、米国特許第6,448,307号、同第6,258,876号、同第6,207,729号、同第5,973,035号および同第5,952,105号に記載されている。

0088

バイオマスの例としては、植物バイオマス(下記で定義される)、微生物バイオマス(下記で定義される)、動物バイオマス(例えば、任意の動物副産物、動物廃棄物等)および都市廃棄物バイオマス等の、それらバイオマス材料のありとあらゆる組み合わせを包含する再生可能有機物等が挙げられる。

0089

植物バイオマスおよびリグノセルロース系バイオマスとしては、植物を由来とする有機物(木材または非木材)等、特に持続可能な基準で入手できる物が挙げられる。例としては、農作物もしくは食用作物(例えば、サトウキビ、サトウダイコンまたはトウモロコシ穀粒)またはそれらからの抽出物(例えば、サトウキビからの砂糖およびトウモロコシからのトウモロコシデンプン)、トウモロコシ茎葉麦わら稲わらサトウキビバガス等の農作物廃棄物および残渣からのバイオマス等が挙げられる。植物バイオマスとしては、樹木木質エネルギー作物、例えば軟木間伐材樹皮廃棄物、おがくず等の木材廃棄物および残渣、製紙産業およびパルプ産業の廃棄物ストリーム木材繊維等がさらに挙げられるが、それらに限定されない。加えて、例えばスイッチグラス等の飼料用作物が、別の植物バイオマス供給源として大規模に生産される可能性がある。都市部に関して、植物バイオマス供給原料としては、庭の廃棄物(例えば、刈り取った草、葉、刈り取った樹木、および低木林)ならびに野菜加工廃棄物が挙げられる。

0090

リグノセルロース系供給原料は、それに限定されない非木質植物バイオマス等の植物バイオマス、それに限定されない草等の栽培作物、例えば、それらに限定されないが、スイッチグラス、コードグラス(cord grass)、ドクムギススキ、クサヨシ、もしくはそれらの組み合わせ等のC4型の草、あるいはバガスもしくはビートパルプ等の糖加工残渣農業残渣、例えば、ダイズトーバー(stover)、コーンストーバー稲ワラ、もみ殻、オオムギワラ、トウモロコシ穂軸、コムギワラ、キャノーラワラ、稲ワラ、オートムギワラ、オートムギ殻、トウモロコシ繊維、リサイクルされた木質パルプ繊維、おがくず、硬材、例えば、ポプラ木材およびおがくず、軟木、またはそれらの組み合わせであり得る。さらに、リグノセルロース系供給原料は、それらに限定されない新聞印刷用紙ボール紙、おがくず等のセルロース系廃棄物材料等を包含してもよい。リグノセルロース系供給材料は1種類の繊維を包含してもよく、あるいは、リグノセルロース系供給原料は、異なるリグノセルロース系供給原料から生じる繊維の混合物を包含してもよい。さらに、リグノセルロース系供給原料は、新鮮なリリグノセルロース系供給原料、部分的に乾燥されたリグノセルロース系供給原料、完全に乾燥されたリグノセルロース系供給原料、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。

0091

微生物バイオマスとしては、天然に存在するか、または遺伝子組み換え単細胞生物および/または多細胞生物、例えば、海洋、、複数の水域、例えば海水もしくは淡水、またはからの生物を由来とするバイオマス、ならびに炭水化物の源(例えば、セルロース)を含有するバイオマス等が挙げられる。微生物バイオマスとしては、例えば、原生生物(例えば、動物(例えば、鞭毛虫アメーバ繊毛虫および胞子虫等の原生動物)および植物(例えば、アルベオラータ、クロララクオンクリプト藻類、ミドリムシ類、灰色植物、ハプト藻、赤色藻類、ストラメノパイルおよび緑色植物亜界等の藻類))、海藻、プランクトン(例えば、マクロプランクトン、メソプランクトン、ミクロプランクトン、ナノプランクトン、ピコプランクトンおよびフェムトプランクトン)、植物プランクトン、細菌(例えば、グラム陽性細菌グラム陰性細菌および極限環境生物)、酵母および/またはそれらの混合物等を挙げることができるが、それらに限定されない。いくつかの事例において、微生物バイオマスは、天然供給源、例えば、海洋、湖、複数の水域、例えば海水もしくは淡水から得るか、または陸から得ることができる。あるいは、またはさらに、微生物バイオマスは、培養系、例えば大規模な乾式および湿式培養系から得ることができる。

0092

動物バイオマスとしては、動物由来廃棄物材料もしくは排泄物またはヒト廃棄物材料もしくは排泄物等(例えば、肥料および下水)の任意の有機性廃棄物材料等が挙げられる。

0093

デンプンを含む材料としては、デンプン自体、例えば、トウモロコシデンプン、コムギデンプン、ジャガイモデンプンもしくはコメデンプン、デンプンの誘導体、または食用食品生産物もしくは作物等のデンプンを含む材料が挙げられる。例えば、デンプンを含む材料は、アラチャソババナナ、オオムギ、キャッサバクズ、オカ、サゴヤシモロコシ、一般的な家庭用ジャガイモサツマイモタロイモヤムイモ、またはソラマメレンズマメもしくはエンドウマメ等の1種または複数種のマメ類であり得る。任意の2種またはそれ以上のデンプンを含む材料の混和物も、デンプンを含む材料である。特定の態様において、デンプンを含む材料は、トウモロコシを由来とする。種々のトウモロコシデンプンおよび誘導体は「Corn Starch」,Corn Refiners Association(11th Edition, 2006)に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み入れられる。

0094

低分子量の糖を含むバイオマス材料は、例えば、少なくとも約0.5重量パーセントの低分子糖を含むことができ、例えば、少なくとも約2、3、4、5、6、7、8、9、10、12.5、25、35、50、60、70、80、90または少なくとも約95重量パーセントの低分子量の糖を含むことができる。いくつかの事例において、バイオマスは、実質的に低分子量の糖から成り、例えば、96、97、98、99 または実質的に100重量パーセント等の95重量パーセントを超える低分子量の糖から成る。

0095

低分子量の糖を含むバイオマス材料は、サトウキビおよびサトウダイコンあるいはそれらの抽出物等の農産物または食品生産物、例えば、サトウキビからの絞り、またはサトウダイコンからの絞り汁であり得る。低分子量の糖を含むバイオマス材料は、精製していないまたは結晶化した砂糖(スクロース)等の実質的に純粋な抽出物であり得る。低分子量の糖は、糖誘導体を包含する。例えば、低分子量の糖は、オリゴマー(例えば4量体、5量体、6量体、7量体、8量体、9量体、または10量体であるかそれを超える)、3量体、2量体、または単量体であり得る。炭水化物が複数の繰り返し単位で形成される場合、各繰り返し単位は、同一でも異なっていてもよい。低分子量の糖の具体的な例としては、それらの誘導体とともに、セロビオース、ラクトース、スクロース、グルコースおよびキシロース等が挙げられる。いくつかの事例において、糖誘導体は、より速やかに溶液に溶解されるか、または微生物により利用されてエタノールまたはブタノール等の有用な材料を提供する。

0096

いくつかの態様において、供給原料は、例えば、遺伝子組み換えまたは他の種類の改変により、野生型品種に関して改変された植物から得られ、本明細書において記載されるような有用な中間体および産物を生産するために加工することができる。このような改変は、例えば、本明細書において参照される任意の特許または特許出願において記載される方法のいずれかによるものであってもよい。別の例として、植物は、植物における望ましい形質を得るために選別および育種の反復工程を介して改変されてもよい。さらに、植物は、野生型の品種に関して遺伝物質を除去、改変、抑制および/または追加しておくことができる。例えば、遺伝子組み換え植物は、遺伝子組み換えが親品種から特異遺伝子を導入または改変することを含む組み換えDNA方法によるか、または例えば、異なる種の植物および/または細菌から特異遺伝子または遺伝子が植物に導入される遺伝形質変換育種を用いることにより、産生され得る。内因性遺伝子から、または外来遺伝子により新しい対立遺伝子人工的に作り出される、遺伝的変異を作り出す別の手段は、突然変異育種を介する。

0097

植物改変の利点としては、例えば、昆虫真菌病、およびその他の害虫病気を引き起こす作用物質に対する抵抗性の増強;除草剤への耐性の増加;耐乾燥性の増加;温度範囲の拡大;痩せ土地への耐性の増強;安定性および保存可能期間の増強;より高い収量:より大きい果実サイズ;より強い耐破損性の増強;作物が成熟する時間の削減;より均一な発時間;より高度なまたはより改良されたデンプン産生ステロイドステロールホルモン、脂肪酸、グリセロールポリヒドロキシアルカノエートアミノ酸ビタミンおよび/またはタンパク質の産生の増強等の養分産生の増強;リグニン含有量の改善;セルロース、ヘミセルロースおよび/またはリグニン分解の増強;定性的検出を可能にする表現型マーカー(例えば、種皮色)の封入;およびフィチン酸塩含有量の改善等が挙げられる。これらの改変された植物を由来とする任意の供給原料である材料は、これらの多くの利点から恩恵を受けることができる。例えば、リグノセルロース系材料等の供給原料である材料は、向上した保存可能期間を有し、より加工しやすく、より良い地対エネルギーの変換効率(land-to-energy conversion ratio)を有し、かつ/またはリグノセルロース系材料の加工において使用されるあらゆる微生物に対する向上した栄養価を有することができる。加えて、このような植物を由来とする任意の供給原料である材料は、費用が掛からず、かつ/またはより豊富であり得る。場合によっては、改変された植物は、より多くの種類の気候および/または土壌型において、例えば、耕作限界土壌または枯渇した土壌において成長することができる。

0098

いくつかの態様において、供給原料である材料は、病気に対する増強された抵抗性を有する改変された植物から得ることができる。例えば、菌類病原体フィトフトラインフェスタンス(Phytophthora infestans)の侵入による症状が低減されたジャガイモが、米国特許第7,122,719号において考察されている。このような抵抗性の潜在的利点は、供給原料である材料の収量、品質および保存可能期間が改善され得るという点である。

0099

いくつかの態様において、供給原料である材料は、例えば、米国特許第6,023,013号において例示される8種の内毒素産生に関する遺伝子をコードすることにより、寄生者への増加された抵抗性を有する改変された植物から得ることができる。このような抵抗性の潜在的利点は、供給原料である材料の収量、品質および保存可能期間が改善され得るという点である。

0100

供給原料である材料は、除草剤への増加された抵抗性を有する改変された植物から得ることもできる。例えば、米国特許第7,566,817号において記載されるアルファルファ植物J-101は、グリホスファート(glyphosphate)除草剤への増加された抵抗性を有する。さらなる例として、米国特許第6,107,549号において記載される改変された植物は、ピリジン系の除草剤への増加された抵抗性を有する。さらには、米国特許第7,498,429号において記載される改変された植物は、イミダゾリノンへの増加された抵抗性を有する。このような抵抗性の潜在的利点は、供給原料である材料の収量および品質が改善され得るという点である。

0101

いくつかの態様において、供給原料である材料は、増加されたストレス抵抗性(例えば、水分欠乏、寒さ、熱さ、塩分、有害生物、病気、または栄養素ストレス)を有する改変された植物から得ることができる。例えば、このような植物は、米国特許第7,674,952号において記載されている。このような抵抗性の潜在的利点は、供給原料である材料の収量および品質が改善され得るという点である。さらに、このような植物は、悪条件において、例えば、耕作限界もしくは枯渇した土壌または苛酷な気候において成長し得る。

0102

いくつかの態様において、供給原料である材料は、より大きい果実等の改善された特徴をもつ改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第7,335,812号において記載されている。このような抵抗性の潜在的利点は、供給原料である材料の収量および品質が改善され得るという点である。

0103

いくつかの態様において、供給原料である材料は、低減されたさやの破損等の改善された特徴をもつ改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第7,659,448号において記載されている。このような抵抗性の潜在的利点は、供給原料である材料の収量および品質が改善され得るという点である。

0104

いくつかの態様において、供給原料である材料は、向上したo加工デンプン含有量を有する改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第6,538,178号において記載されている。このような改変の潜在的利点は、供給原料の品質が改善され得るという点である。

0105

いくつかの態様において、供給原料である材料は、改質された油、脂肪酸またはグリコールの産生をもつ改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第7,405,344号において記載されている。脂肪酸および油は、微生物エネルギー産生代謝のための優れた基質であり、例えば、燃料産生のための供給原料の下流の加工への利点を提供し得る。脂肪酸および油の変動も、供給原料の下流の加工の間に種々の成分の粘度および溶解性を変更する際に利点であり得る。使用済みの供給原料は、動物飼料としての使用のためのより良い栄養配合物を有し得るか、または燃焼用直接燃料として有用なより高いカロリー含有量を有し得る。

0106

いくつかの態様において、供給原料である材料は、改変されたステロイド、ステロールおよびホルモンの含有量をもつ改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第6,822,142号において記載されている。潜在的利点は、供給原料の加工において使用される微生物にとってより良い栄養配合物を提供し得るという点である。加工した後、使用済みの供給原料は、動物飼料としての使用のためのより良い栄養配合物を有し得る。

0107

いくつかの態様において、供給原料である材料は、ポリヒドロキシアルカノアート産生能をもつ改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第6,175,061号において記載されている。ポリヒドロキシアルカノアートは、種々の微生物にとっての有用なエネルギーおよび炭素の貯蔵物であり、下流の供給原料の加工において使用される微生物に有益であり得る。また、ポリヒドロキシアルカノアートは生物分解性であることから、貯蔵された供給原料の熟成期間の後、植物材料における難分解性を低減する可能性による利点を授けるかもしれない。さらなる下流で、使用済みの供給原料は、動物飼料としての使用のためのより良い栄養配合物を有し得るか、または燃焼用の直接燃料として有用なより高いカロリー含有量を有し得る。

0108

いくつかの態様において、供給原料である材料は、アミノ酸産生が増強された改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第7,615,621号において記載されている。潜在的利点は、供給原料の加工において使用される微生物にとってより良い栄養配合物を提供し得るという点である。加工した後、使用済みの供給原料は、動物飼料としての使用のためのより良い栄養配合物を有し得る。

0109

いくつかの態様において、供給原料である材料は、ビタミンの合成が高められた改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第6,841,717号において記載されている。潜在的利点は、供給原料の加工において使用される微生物にとってより良い栄養配合物を提供し得るという点である。加工した後、使用済みの供給原料は、動物飼料としての使用のためのより良い栄養配合物を有し得る。

0110

いくつかの態様において、供給原料である材料は、収穫後の植物におけるリグニンおよびセルロースを分解する、改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第7,049,485号において記載されている。供給原料である材料は、改変されたリグニン含有量をもつ改変された植物からも得ることができる。このような植物は、米国特許第7,799,906号において記載されている。このような植物の潜在的利点は、同じ植物の野生型と比較して低減された難分解性である。

0111

いくつかの態様において、供給原料である材料は、容易な定性的検出のための改変された表現型をもつ改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第7,402,731号において記載されている。潜在的利点は、バイオ燃料、構成原料および動物飼料等の異なる製品流のための作物および種子を経営管理する容易さである。

0112

いくつかの態様において、供給原料である材料は、フィチン酸塩の量が低減された改変された植物から得ることができる。このような植物は、米国特許第7,714,187号において記載されている。潜在的利点は、供給原料の加工において使用される微生物にとってより良い栄養配合物を提供し得るという点である。加工した後、使用済みの供給原料は、動物飼料としての使用のためのより良い栄養配合物を有し得る。

0113

いくつかの態様において、供給原料は、上述された種類の供給原料である材料のいずれかと任意の他の材料との組み合わせであり得る。いくつかの態様において、上述されたバイオマスは、互いに、または他のバイオマス非生物的材料と組み合わせて、本明細書において記載されるプロセスのための供給原料である材料を提供できる。

0114

バイオマスの物理的処理
供給原料が物理的処理で処理されるものである場合には、製造施設は物理的処理システムを含むように改造されるであろう。あるいは、製造施設はこのシステムを含まなくてもよく、材料は、必要に応じて遠隔地で物理的に処理されてもよい。物理的処理プロセスは、機械的処理化学処理、放射線照射、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆発等の本明細書において記載されるこれらのいずれかの1つまたは複数を含むことができる。処理方法は、これらの科学技術の2つ、3つ、4つ、または全てを組み合わせて用いられ得る(任意の順番で)。複数の処理方法が用いられる場合、これらの方法は、同時にまたは異なる時間に適用することができる。バイオマス供給原料分子構造を変化させる他のプロセスも、単独でまたは本明細書において開示されるプロセスと組み合わせて使用してもよい。以下に記載される処理プロセスの1つまたは複数が、上記で考察された難分解性を低減するシステムに含まれ得る。あるいは、または加えて、難分解性を低減するための他のプロセスが含まれ得る。

0115

機械的処理
場合によっては、バイオマス供給原料を機械的に処理することが方法に含まれ得る。機械的処理としては、例えば、切断、粉砕、圧搾摩砕、剪断および細断等が挙げられる。粉砕としては、例えば、ボールミル粉砕ハンマーミル粉砕、ローター/ステーター乾式粉砕もしくは湿式粉砕、または他の種類の粉砕等が挙げられ得る。他の機械的処理としては、例えば、石臼摩砕、粗砕、機械的な切り裂きまたは引き裂きピン摩砕またはエアーアトリッションミル粉砕等が挙げられる。機械的処理は、セルロース系またはリグノセルロース系材料を「開放(open up)」し、「力を加え(stress)」、切断し、および粉々にすることで、材料のセルロースの鎖の切断および/または結晶性の低減への感受性をより高くするために有利である可能性がある。開放された材料は、放射線照射時に酸化への感受性がより高い可能性がある。

0116

場合によっては、機械的処理には、受け入れた材料の初期調製、例えば、切断、摩砕、剪断、微粉砕または細断等の材料のサイズ縮小等も挙げられ得る。例えば、場合によっては、剪断または破砕によって、疎性供給原料(例えば、再生紙、デンプンを含む材料、またはスイッチグラス)が調製される。

0117

あるいは、または加えて、供給原料である材料は、他の物理的処理方法、例えば、化学処理、放射線照射、超音波処理、酸化、熱分解または蒸気爆発の1つまたは複数によって物理的に処理され、次いで機械的に処理され得る。他の処理、例えば、放射線照射または熱分解の1つまたは複数によって処理された材料はより脆くなる傾向があり、従って、機械的処理によって材料の分子構造をさらに変化させることがより容易になり得るため、この一連の処理は有利になることがある。

0118

いくつかの態様において、供給原料である材料は、繊維性材料の形態であり、機械的処理には、繊維性材料の繊維を曝露させるための剪断が含まれる。剪断は、例えば、ロータリーナイフカッターを用いて行うことができる。供給原料を機械的に処理する他の方法としては、例えば、粉砕または摩砕等が挙げられる。粉砕は、例えば、ハンマーミル、ボールミルコロイドミルコニカルミルまたはコーンミルディスクミルエッジミル、ウイレーミルまたはグリストミルを用いて行われてもよい。摩砕は、例えば、ストーングラインダーピングラインダー、コーヒーグラインダー、またはバールグラインダーを用いて行われてもよい。摩砕は、ピンミルと同様に、例えば、往復ピン(reciprocating pin)または他の部品によって行われてもよい。他の機械的処理方法としては、機械的な切り裂きまたは引き裂き、繊維に圧力を加える他の方法、および空気摩擦粉砕等が挙げられる。適した機械的処理は、供給原料の分子構造を変える任意の他の技術をさらに含む。

0119

所望に応じて、機械的に処理された材料を、例えば、1.59mm(1/16インチ、0.0625インチ)またはそれより小さい平均開口径を有するスクリーンに通すことができる。いくつかの態様において、剪断または他の機械的処理、およびふるい分けが同時に行われる。例えば、ロータリーナイフカッターを、供給原料の剪断およびふるい分けを同時に行うために使用することができる。供給原料は、固定ブレード回転ブレードとの間で剪断され、スクリーンを通り、集積貯蔵容器(bin)に取り込まれる、剪断された材料を提供する。集積貯蔵容器は、公称大気圧より低い圧力、例えば、公称大気圧より少なくとも10パーセント低い圧力、例えば、公称大気圧より少なくとも25パーセント低い圧力、公称大気圧より少なくとも50パーセント低い圧力、または公称大気圧より少なくとも75パーセント低い圧力を有し得る。いくつかの態様において、真空源を利用して、集積貯蔵容器を公称大気圧より低い圧力に維持する。

0120

セルロース系またはリグノセルロース系材料は、乾燥状態(例えば、その表面上に自由水をほとんど有さない、もしくは全く有さない)、水和状態(例えば、最大で10重量パーセントまでの吸着水を有する)、または例えば、約10重量パーセント〜約75重量パーセントの水を有する湿潤状態で機械的に処理することができる。繊維源は、水、エタノール、またはイソプロパノール等の液体下に部分的にまたは完全に浸された状態で機械的に処理することさえできる。セルロース系またはリグノセルロース系材料は、また、気体(空気以外の気体の流れもしくは雰囲気等)の下で、例えば、酸素もしくは窒素、または蒸気の下で機械的に処理することもできる。

0121

所望に応じて、リグニンを含むどのような供給原料である材料からでもリグニンを除去することができる。また、セルロースを含む材料の破壊を助けるために、機械的処理または放射線照射の前または間に、該材料を、熱、化学物質(例えば、鉱酸塩基、もしくは強力な酸化剤、例えば、次亜塩素酸ナトリウム)および/または酵素で処理することもできる。例えば、酸の存在下で摩砕を行うことができる。

0122

機械的処理システムは、特定の特徴、例えば、特定の最大サイズ、特定の長さ対幅、または特定の表面積比等をもつストリームを生じるような構成であり得る。機械的処理は、材料を開放し、プロセスおよび/または溶液中の試薬等の試薬に、より接触しやすくすることによって、反応速度を速めることができるか、または必要とされる加工時間を短くすることができる。機械的処理を用いると、供給原料の嵩密度も制御することができる。例えば、いくつかの態様において、機械的処理の後に、材料は、0.25g/cm3未満、例えば、0.20g/cm3、0.15g/cm3、0.10g/cm3、0.05g/cm3、またはそれ以下、例えば、0.025g/cm3の嵩密度を有する。嵩密度は、ASTMD1895Bを用いて決定される。簡単に述べると、該方法は、既知容量メスシリンダーに試料を満たし、試料の重量を得る工程を含む。嵩密度は、グラムでの試料の重量を、立方センチメートルでのメスシリンダーの既知容量で割ることによって計算される。

0123

供給原料が繊維材料である場合、機械的に処理された材料の繊維は複数回剪断されても、比較的大きな(例えば、20:1を超える)平均長対直径比有することができる。加えて、本明細書において記載される繊維材料の繊維は、比較的狭い、長さおよび/または長さ対直径比の分布を有してもよい。本明細書において使用される平均繊維幅(例えば、直径)とは、およそ5,000本の繊維を無作為に選択することによって光学的に決定されたものである。平均繊維長さは、補正された長さ加重長さ(length-weighted length)である。BET(Brunauer, Emmet and Teller)表面積多点表面積であり、多孔度は、水銀ポロシメトリーによって決定されたものである。

0124

供給原料が繊維材料である場合、機械的に処理された材料の繊維の平均長さ対直径比は、例えば、8/1を超えてもよく、例えば、10/1を超えてもよく、15/1を超えてもよく、20/1を超えてもよく、25/1を超えてもよく、または50/1を超えてもよい。機械的に処理された材料の平均繊維長さは、例えば、約0.5mm〜2.5mm、例えば、約0.75mm〜1.0mmであり得、繊維材料の平均幅(例えば、直径)は、例えば、約5μm〜50μm、例えば、約10μm〜30μmであり得る。

0125

いくつかの態様において、供給原料が繊維材料である場合、機械的に処理された材料の繊維長さの標準偏差は、機械的に処理された材料の平均繊維長さの60パーセント未満であり、例えば、平均長さの50パーセント未満、平均長さの40パーセント未満、平均長さの25パーセント未満、平均長さの10パーセント未満、平均長さの5パーセント未満、または平均長さの1パーセント未満である。

0126

いくつかの態様において、機械的に処理された材料のBET表面積は、0.1 m2/gを超える、例えば、0.25 m2/gを超える、0.5 m2/gを超える、1.0m2/gを超える、1.5 m2/gを超える、1.75 m2/gを超える、5.0 m2/gを超える、10m2/gを超える、25 m2/gを超える、35 m2/gを超える、50m2/gを超える、60m2/gを超える、75 m2/gを超える、100 m2/gを超える、150 m2/gを超える、200m2/gを超える、または250m2/gを超える。

0127

機械的に処理された材料の多孔度は、例えば、20パーセントを超えてもよく、25パーセントを超えてもよく、35パーセントを超えてもよく、50パーセントを超えてもよく、60パーセントを超えてもよく、70パーセントを超えてもよく、80パーセントを超えてもよく、85パーセントを超えてもよく、90パーセントを超えてもよく、92パーセントを超えてもよく、94パーセントを超えてもよく、95パーセントを超えてもよく、97.5パーセントを超えてもよく、99パーセントを超えてもよく、または99.5パーセントを超えてもよい。

0128

いくつかの状況において、低嵩密度材料を調製し、(例えば、別の場所への輸送を簡単かつ低コストにするために)材料を高密度化し、次いで、材料を低嵩密度の状態に戻すことが望ましい場合がある。高密度化された材料は、本明細書において記載される方法のいずれかによって加工することができる。または、本明細書において記載される方法のいずれかによって加工されたいずれの材料も、例えば、WO 2008/073186に開示されるように後で高密度化することができる。

0129

放射線処理
供給原料を加工するために、ならびにさらなる加工工程および/またはシーケンス(sequence)へのインプット(input)として機能する構造的に改変された材料を提供するために、1回または複数回の放射線照射加工シーケンスを使用することができる。放射線照射は、例えば、供給原料の分子量および/または結晶化度を小さくすることができる。いくつかの態様において、材料に放射線照射するために、原子軌道から電子を放出する材料に蓄積されるエネルギーが用いられる。放射線は、1)α粒子もしくはプロトン等の重い荷電粒子、2) 電子、例えば、β崩壊もしくは電子ビーム加速器において生じる電子、または3)電磁放射線、例えば、γ線X線、もしくは紫外線によって供給されてもよい。1つのアプローチにおいて、放射性物質によって生じる放射線を用いて、供給原料に放射線照射することができる。いくつかの態様において、(1)〜(3)の任意の組み合わせを任意の順番で、または同時に利用することができる。別のアプローチにおいて、(例えば、電子線エミッターを用いて生じた)電磁放射線を用いて、供給原料に放射線照射することができる。適用される線量は、望ましい効果および特定の供給原料によって決まる。例えば、高線量の放射線は、供給原料成分内の化学結合を切ることができる。いくつかの事例において、鎖の切断が望ましい場合、および/またはポリマー鎖官能基化が望ましい場合、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、または窒素イオン等の電子より重い粒子を利用することができる。開環性の鎖切断が望ましい場合、開環性の鎖切断を亢進するために、正に荷電した粒子を、それらのルイス酸特性のために利用することができる。例えば、最大酸化が望ましい場合、酸素イオンを利用することができ、最大ニトロ化が望ましい場合、窒素イオンを利用することができる。

0130

1つの方法において、第一の数平均分子量(MN1)を有するセルロースであるか、またはこれを含む第一の材料に、例えば、電離放射線(例えば、γ線、X線、100nm〜280nm紫外線(UV)、電子または他の荷電粒子のビームの形態で)での処理によって放射線照射して、第一の数平均分子量より小さい第二の数平均分子量(MN2)を有するセルロースを含む第二の材料を提供する。第二の材料(または第一の材料および第二の材料)は、第二の材料および/もしくは第一の材料またはその構成糖もしくはリグニンを利用して、水素、アルコール(例えば、エタノールまたはn-、sec-、もしくはt-ブタノール等のブタノール)、有機酸、炭化水素、またはこれらのいずれかの混合物であるか、あるいはこれを含む有用な中間体を生産することができる微生物と(酵素処理と共に、または酵素処理なしで)組み合わせることができる。

0131

第二の材料は、第一の材料と比較して低減された分子量、いくつかの事例においては、加えて低減された結晶化度も有するセルロースを有するので、第二の材料は、微生物および/または酵素を含有する溶液中での分散性膨張性、および/または溶解性が概してより高い。これらの特性は、第一の材料と比較して、化学的攻撃酵素的攻撃、および/または生物学的攻撃に対する第二の材料の感受性をより高くする。これは、望ましい産物、例えば、エタノールの生産速度および/または生産レベルを大幅に改善することができる。放射線は、材料または材料をバイオプロセス処理するのに必要な任意の培地滅菌することもできる。いくつかの態様において、第二の数平均分子量(MN2)は、第一の数平均分子量(MN1)よりも約10パーセントを超えて小さく、例えば、15、20、25、30、35、40、50パーセント、60パーセント、さらには約75パーセントを超えて小さい。

0132

いくつかの事例において、第二の材料は、第一の材料のセルロースの結晶化度(C1)より低い結晶化度(C2)を有するセルロースを有する。例えば、(C2)は、(C1)より約10パーセントを超えて低く、例えば、15パーセント、20パーセント、25パーセント、30パーセント、35パーセント、40パーセント、または約50パーセントを超えて低い可能性がある。

0133

いくつかの態様において、開始結晶化度指数(放射線照射前)は、約40〜約87.5パーセント、例えば、約50〜約75パーセント、または約60〜約70パーセントであり、放射線照射後の結晶化度指数は、約10〜約50パーセント、例えば、約15〜約45パーセント、または約20〜約40パーセントである。しかしながら、いくつかの態様において、例えば、大規模な放射線照射後には、5パーセントより低い結晶化度指数を有する可能性がある。いくつかの態様において、放射線照射後の材料は実質的に無定形である。

0134

いくつかの態様において、開始数平均分子量(放射線照射前)は、約200,000〜約3,200,000、例えば、約250,000〜約1,000,000、または約250,000〜約700,000であり、放射線照射後の数平均分子量は、約50,000〜約200,000、例えば、約60,000〜約150,000、または約70,000〜約125,000である。しかしながら、いくつかの態様において、例えば、大規模な放射線照射後には、約10,000未満、または約5,000未満の数平均分子量を有する可能性がある。

0135

いくつかの態様において、第二の材料は、第一の材料の酸化レベル(O1)より高い酸化レベル(O2)を有し得る。材料のより高い酸化レベルは、それの分散、膨張、および/または溶解の助けとなり得、さらには、化学的攻撃、酵素的攻撃、または生物学的攻撃に対する材料の感受性が増強され得る。いくつかの態様において、第一の材料と比較して第二の材料の酸化レベルを高めるために、酸化環境下で、例えば、空気または酸素の層の下で放射線照射が行われ、第一の材料より酸化された第二の材料が生産される。例えば、第二の材料では、より多くのヒドロキシル基アルデヒド基ケトン基エステル基、またはカルボン酸基を有することができ、これらは材料の親水性を増加させることができる。

0136

電離放射線
セルロース系またはリグノセルロース系材料は、乾燥状態(例えば、その表面上に自由水をほとんど有さない、もしくは全く有さない)、水和状態(例えば、最大で10重量パーセントまでの吸着水を有する)、または例えば、約10重量パーセント〜約75重量パーセントの水を有する湿潤状態で電離放射線で処理することができる。放射線の各形態は、放射線のエネルギーにより決まる特定の相互作用を介して炭素含有材料をイオン化する。重い荷電粒子は、主に、クーロン散乱を介して物質をイオン化する;さらに、これらの相互作用は、物質をさらにイオン化し得るエネルギー電子を発生させる。α粒子はヘリウム原子の核と同一であり、種々の放射性核種(radioactive nuclei)の、例えば、ビスマスポロニウムアスタチンラドンフランシウムラジウム、例えば、アクチニウムトリウムウランネプツニウムキュリウムカリホルニウムアメリシウムおよびプルトニウム等のいくつかのアクチニド等の同位体α崩壊によって発生する。

0137

粒子が利用される場合、それらは中性無電荷)でも、正に荷電されていても、または負に荷電されていてもよい。荷電されている場合、荷電粒子は単一の正電荷もしくは負電荷、または多重電荷、例えば、1、2、3、もしくは4、またはそれより多い電荷を帯びていてもよい。鎖の切断が望ましい場合、正に荷電した粒子は、それらの酸性性質が一因で望ましい場合がある。粒子が利用される場合、粒子は、静止している電子の質量、またはそれより多い質量、例えば、静止している電子の質量の500倍、1000倍、1500倍、2000倍、10,000倍、または100,000倍の質量を有し得る。例えば、粒子は、約1原子単位〜約150原子単位、例えば、約1原子単位〜約50原子単位、または約1〜約25、例えば、1、2、3、4、5、10、12もしくは15amuの質量を有し得る。

0138

粒子を加速するのに用いられる加速器は、静電気学的DC、電気力学的DC、RF線形、磁気誘導線形(magnetic induction linear)、または連続波でもよい。例えば、サイクロトロン型加速器は、IBA, BelgiumからRHODATRON(登録商標)システム(メートル波共鳴する単一の同軸空洞の連続したダイアメーターを通してビームを再循環する原理に基づく電子加速器)等を入手できるのに対して、DC型加速器はRDI、現在、IBA Industrialから、DYNAMITRON(登録商標)(IBA Industrial により開発された電子ビーム粒子加速器)等を入手できる。イオンおよびイオン加速器は、Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206, Chu, William T., 「Overview of Light-Ion Beam Therapy」, Columbus-Ohio, ICRU-IAEA Meeting, 18-20 March 2006, Iwata, Y. et al., 「Alternating-Phase-Focused IH-DTLfor Heavy-Ion Medical Accelerators」, Proceedings of EPAC 2006, Edinburgh, Scotland, and Leaner, CM. et al., 「Status of the SuperconductingECRIon Source Venus」, Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austriaにおいて考察されている。

0139

γ線は、種々の材料への侵入深さが著しいという利点を有する。γ線源としては、コバルトカルシウムテクニシウム(technicium)、クロムガリウムインジウムヨウ素、鉄、クリプトンサマリウムセレンナトリウムタリウム、およびキセノンの同位体等の放射性核種が挙げられる。

0140

X線源としては、タングステンもしくはモリブデンまたは合金等の金属標的を用いた電子ビーム衝突、またはLynceanによって商業生産されている小型光源等の小型光源が挙げられる。

0141

紫外線源としては、重水素ランプまたはカドミウムランプが挙げられる。

0142

赤外線源としては、サファイア亜鉛、またはセレン化物ウィンドウセラミックランプ(window ceramic lamp)が挙げられる。

0143

マイクロ波源としては、クライストロン、Slevin型RF源、または水素ガス酸素ガスもしくは窒素ガスを用いた原子ビーム源が含まれる。

0144

いくつかの態様において、電子のビームが放射線源として用いられる。電子のビームには、線量率が高い(例えば、1、5、または10Mrad/秒)、高処理、封じ込めが少ない、閉じ込め装置が小さいという利点がある。電子はまた、鎖の切断を引き起こすのにより効率的でもあり得る。加えて、4〜10MeVのエネルギーを有する電子は、5〜30mmまたはそれ以上、例えば、40mmの侵入深さを有し得る。

0145

電子ビームは、例えば、静電発電機カスケード形高電圧発生装置変圧発電機(transformer generator)、低エネルギー加速器と走査システム、低エネルギー加速器とリニアカソード(linear cathode)、直線加速器、およびパルス加速器によって発生させることができる。電離放射線源としての電子は、例えば、積み重なりが比較的薄い材料、例えば、0.5インチ未満、例えば、0.4インチ未満、0.3インチ未満、0.2インチ未満、または0.1インチ未満の材料に有用であり得る。いくつかの態様において、電子ビームの各電子のエネルギーは、約0.3MeV〜約2.0MeV(100万電子ボルト)、例えば、約0.5MeV〜約1.5MeV、または約0.7MeV〜約1.25MeVである。

0146

電子ビーム照射装置は、Ion Beam Applications, Louvain-la-Neuve, BelgiumまたはTitan Corporation, San Diego, CAから商業的に入手することができる。典型的な電子エネルギーは、1MeV、2MeV、4.5MeV、7.5MeV、または10MeVであり得る。典型的な電子ビーム照射装置の出力は、1kW、5kW、10kW、20kW、50kW、100kW、250kW、または500kWであり得る。供給原料の解重合のレベルは、使用される電子エネルギーおよび適用される線量によって決まるのに対して、曝露時間は出力および線量によって決まる。典型的な線量は、1kGy、5kGy、10kGy、20kGy、50kGy、100kGy、または200kGyの値をとってもよい。

0147

イオン粒子
炭水化物、または炭水化物を含む材料、例えば、セルロース系材料、リグノセルロース系材料、デンプンを含む材料、もしくはこれらのいずれかと本明細書において記載される他の材料の混合物を含む材料等の材料に放射線照射するために、電子より重い粒子を利用することができる。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。いくつかの態様において、電子より重い粒子は(電子より軽い粒子と比較して)多い量の鎖の切断を誘導することができる。いくつかの事例において、正に荷電した粒子が、その酸性度により、負に荷電した粒子より多い量の鎖の切断を誘導することができる。

0148

より重い粒子の線は、例えば、直線加速器またはサイクロトロンを用いて発生させることができる。いくつかの態様において、粒子線の各粒子のエネルギーは、約1.0MeV/原子単位〜約6,000MeV/原子単位、例えば、約3MeV/原子単位〜約4,800MeV/原子単位、または約10MeV/原子単位〜約1,000MeV/原子単位である。

0149

ある特定の態様において、炭素含有材料、例えば、バイオマス材料に放射線照射するために用いられるイオンビームは、複数の種類のイオンを含むことができる。例えば、イオンビームは、2種またはそれ以上(例えば、3種、4種、またはそれ以上)の異なる種類のイオンの混合物を含むことができる。例示的な混合物としては、炭素イオンとプロトン、炭素イオンと酸素イオン、窒素イオンとプロトン、および鉄イオンとプロトンが挙げられ得る。さらに一般的には、放射線照射イオンビームを形成するために、上記で考察されたイオンのいずれか(または任意の他のイオン)の混合物を使用することができる。特に、単一イオンビームに、比較的軽いイオンおよび比較的重いイオンの混合物を使用することができる。

0150

いくつかの態様において、材料に放射線照射するためのイオンビームには、正に荷電したイオンが含まれる。正に荷電したイオンとしては、例えば、正に荷電した水素イオン(例えば、プロトン)、希ガスイオン(例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン)、炭素イオン、窒素イオン、酸素イオン、ケイ素原子、リンイオン、ならびにナトリウムイオンカルシウムイオンおよび/または鉄イオン等の金属イオン等を挙げることができる。どの理論にも拘束されるものではないが、このような正に荷電したイオンは、材料に曝露されるとルイス酸部分として化学挙動して、酸化環境においてカチオン性開環性の鎖切断反応を開始および持続すると考えられている。

0151

ある特定の態様において、材料に放射線照射するためのイオンビームには、負に荷電したイオンが含まれ得る。負に荷電したイオンは、例えば、負に荷電した水素イオン(例えば、水素化物イオン)、ならびに比較的電子陰性のある種々の核の負に荷電したイオン(例えば、酸素イオン、窒素イオン、炭素イオン、ケイ素イオン、およびリンイオン)を含むことができる。どの理論にも拘束されるものではないが、このような負に荷電したイオンは、材料に曝露されるとルイス塩基部分として化学挙動して、還元環境においてアニオン性開環性の鎖切断反応を引き起こすと考えられている。

0152

いくつかの態様において、材料に放射線照射するためのビームは中性原子を含むことができる。例えば、バイオマス材料の放射線照射に用いられるビームには、水素原子、ヘリウム原子、炭素原子、窒素原子酸素原子、ネオン原子、ケイ素原子、リン原子アルゴン原子、および鉄原子のいずれか1つまたは複数を含めることができる。一般的に、前記の種類の原子のいずれか2つまたはそれ以上(例えば、3つもしくはそれ以上、4つもしくはそれ以上、またはそれより多く)の混合物がビームに存在することができる。

0153

ある特定の態様において、材料に放射線照射するのに用いられるイオンビームには、単一電荷イオン、例えば、H+、H-、He+、Ne+、Ar+、C+、C-、O+、O-、N+、N-、Si+、Si-、P+、P-、Na+、Ca+、およびFe+の1つまたは複数が含まれる。いくつかの態様において、イオンビームは、多電荷イオン、例えば、C2+、C3+、C4+、N3+、N5+、N5-、N3-、O2+、O2-、O22-、Si2+、Si4+、Si2-、およびSi4-を含むことができる。一般的に、イオンビームはまた、複数の正電荷または負電荷を帯びるさらに複雑な多核イオンを含むこともできる。ある特定の態様において、多核イオンの構造によって、正電荷または負電荷は、イオンの構造の実質的に全体にわたって有効に分布することができる。いくつかの態様において、正電荷または負電荷は、イオンの構造の複数の部分にわたって、ある程度局在してもよい。

0154

電磁放射線
電磁放射線の照射が行われる態様において、電磁放射線は、例えば、102eVを超えるエネルギー/光子電子ボルトで)、例えば、103eV、104eV、105eV、106eVを超える、または107eVを超えるエネルギー/光子(電子ボルトで)を有することができる。いくつかの態様において、電磁放射線は、104〜107eV、例えば、105〜106eVのエネルギー/光子を有する。電磁放射線は、例えば、1016Hzを超える周波数、1017Hz、1018、1019、1020を超える、または1021hzを超える周波数を有することができる。いくつかの態様において、電磁放射線は、1018〜1022Hz、例えば、1019〜1021Hzの周波数を有する。

0155

いくつかの態様において、少なくとも0.25Mrad、例えば、少なくとも1.0Mrad、少なくとも2.5Mrad、少なくとも5.0Mrad、または少なくとも10.0Mradの線量を材料が受けるまで、放射線照射(任意の放射線源または放射線源の組み合わせによる)が行われる。いくつかの態様において、1.0Mrad〜6.0Mrad、例えば、1.5Mrad〜4.0Mradの線量を材料が受けるまで、放射線照射が行われる。いくつかの態様において、5.0〜1500.0キロラド/時間、例えば、10.0〜750.0キロラド/時間、または50.0〜350.0キロラド/時間の線量率で、放射線照射が行われる。

0156

いくつかの態様において、2種またはそれ以上の放射線源、例えば、2種またはそれ以上の電離放射線が用いられる。例えば、試料は、電子のビームの次に、γ線および約100nm〜約280nmの波長を有するUV光によって任意の順番で処理することができる。いくつかの態様において、試料は、3種の電離放射線源、例えば、電子線、γ線、およびエネルギーの高いUV光によって処理される。

0157

多種多様な異なる供給源に由来する材料を加工して、供給材料から有用な物質を抽出するために、ならびに(有機材料が用いられた時に)さらなる加工工程および/またはシーケンスへのインプットとして機能する部分的に分解された有機材料を得るために、1回または複数回の超音波処理加工シーケンスを使用することができる。超音波処理によって、本明細書において記載されるいずれかの材料の1種または複数種等の材料、例えば、セルロース系材料もしくはリグノセルロース系材料またはデンプンを含む材料等の1種もしくは複数種の炭水化物供給源の分子量および/または結晶化度を小さくすることができる。

0158

一方法において、第一の数平均分子量(MN1)を有するセルロースを含む第一の材料を、水等の媒体に分散させ、超音波処理して、および/または他の方法で気泡を作って、第一の数平均分子量より小さい第二の数平均分子量(MN2)を有するセルロースを含む第二の材料を提供する。第二の材料(またはある特定の態様においては、第一の材料および第二の材料)は、第二の材料および/または第一の材料を利用して、水素、アルコール、有機酸、炭化水素、またはこれらのいずれかの混合物である、あるいはこれを含む有用な中間体を生産することができる、微生物と(酵素処理と共に、または酵素処理を伴わずに)組み合わせることができる。

0159

第二の材料は、第一の材料と比較して低減された分子量、場合によっては、低減された結晶化度も有するセルロースを有することから、第二の材料は、微生物を含有する溶液中での、例えば、106微生物/mLを超える濃度での分散性、膨張性、および/または溶解性が概してより高い。これらの特性により、第二の材料は、第一の材料と比較して、化学的攻撃、酵素的攻撃、および/または微生物攻撃に対する感受性がより高い。このために、所望の産物、例えば、エタノールまたは他のアルコールの生産速度および/または生産レベルを大幅に改善することができる。超音波処理によって材料を滅菌することもできるが、微生物を生かすことになっている間は使用すべきでない。

0160

いくつかの態様において、第二の数平均分子量(MN2)は、第一の数平均分子量(MN1)より約10パーセントを超えて小さく、例えば、15、20、25、30、35、40、50パーセント、60パーセント、または約75パーセントを超えて小さい。いくつかの事例において、第二の材料は、第一の材料のセルロースの結晶化度(C1)より低い結晶化度(C2)を有するセルロースを有する。例えば、(C2)は、(C1)より、約10パーセントを超えて小さく、例えば、15、20、25、30、35、40、または約50パーセントを超えて低くてもよい。

0161

いくつかの態様において、開始結晶化度指数(超音波処理前)は、約40〜約87.5パーセント、例えば、約50〜約75パーセントまたは約60〜約70パーセントであり、超音波処理後の結晶化度指数は、約10〜約50パーセント、例えば、約15〜約45パーセントまたは約20〜約40パーセントである。しかしながら、ある特定の態様において、例えば、大規模な超音波処理後には、5パーセントより低い結晶化度指数となる可能性がある。いくつかの態様において、超音波処理後の材料は実質的に無定形である。

0162

いくつかの態様において、開始数平均分子量(超音波処理前)は、約200,000〜約3,200,000、例えば、約250,000〜約1,000,000または約250,000〜約700,000であり、超音波処理後の数平均分子量は、約50,000〜約200,000、例えば、約60,000〜約150,000または約70,000〜約125,000である。しかしながら、いくつかの態様において、例えば、大規模な超音波処理後には、約10,000未満、または約5,000未満の数平均分子量を有する可能性がある。

0163

いくつかの態様において、第二の材料は、第一の材料の酸化レベル(O1)より高い酸化レベル(O2)を有し得る。材料のより高い酸化レベルは、分散、膨張および/または溶解の助けとなり得、さらには、化学的攻撃、酵素的攻撃、または微生物攻撃に対する材料の感受性が増加され得る。いくつかの態様において、第一の材料と比較して第二の材料の酸化レベルを高めるために、酸化媒体中で超音波処理が行われ、第一の材料より酸化された第二の材料が生産される。例えば、第二の材料では、より多くのヒドロキシル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、またはカルボン酸基を有することができ、これらは材料の親水性を増加させることができる。

0164

いくつかの態様において、超音波処理媒体は水性媒体である。所望に応じて、媒体は、過酸化物(例えば、過酸化水素)等の酸化剤、分散剤、および/または緩衝液を含み得る。分散剤の例としては、イオン性分散剤、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、および非イオン性分散剤、例えば、ポリ(エチレングリコール)等が挙げられる。他の態様において、超音波処理媒体は非水性である。例えば、超音波処理は、炭化水素、例えば、トルエンもしくはヘプタン、エーテル、例えば、ジエチルエーテルもしくはテトラヒドロフランの中で、またはアルゴン、キセノンもしくは窒素等の液化ガスの中で行うことができる。

0165

熱分解
多種多様な異なる供給源に由来する炭素含有材料を加工して、材料から有用な物質を抽出するために、ならびにさらなる加工工程および/またはシーケンスへのインプットとして機能する部分的に分解された材料を得るために、1回または複数回の熱分解加工シーケンスを用いることができる。

0166

一例において、第一の数平均分子量(MN1)を有するセルロースを含む第一の材料を、例えば、(酸素の存在下または非存在下で)チューブ炉の中で加熱することによって第一の材料を熱分解し、第一の数平均分子量より小さい第二の数平均分子量(MN2)を有するセルロースを含む第二の材料を提供する。第二の材料(またはある特定の態様においては、第一の材料および第二の材料)は、第二の材料および/または第一の材料を利用して、水素、アルコール(例えば、エタノール、またはn-、sec、もしくはt-ブタノール等のブタノール)、有機酸、炭化水素、またはこれらのいずれかの混合物であるか、あるいはこれを含む有用な中間体を生産することができる、微生物と(酸もしくは酵素での加水分解と共に、または酸もしくは酵素での加水分解を伴わずに)組み合わせることができる。

0167

第二の材料は、第一の材料と比較して低減された分子量、場合によっては、低減された結晶化度も有するセルロースを有することから、第二の材料は、微生物を含有する溶液中での、例えば、106微生物/mLを超える濃度での分散性、膨張性、および/または溶解性が概してより高い。これらの特性により、第二の材料は、第一の材料と比較して、化学的攻撃、酵素的攻撃、および/または微生物攻撃に対する感受性が高い。このために、所望の産物、例えば、エタノールまたは他のアルコールの生産速度および/または生産レベルを大幅に改善することができる。熱分解によって第一の材料および第二の材料を滅菌することもできる。いくつかの態様において、第二の数平均分子量(MN2)は、第一の数平均分子量(MN1)より、約10パーセントを超えて小さく、例えば、15、20、25、30、35、40、50パーセント、60パーセント、または約75パーセントを超えて小さい。

0168

いくつかの事例において、第二の材料は、第一の材料のセルロースの結晶化度(C1)より低い結晶化度(C2)を有するセルロースを有する。例えば、(C2)は、(C1)より約10パーセントを超えて低く、例えば、15、20、25、30、35、40、または約50パーセントを超えて低くてもよい。

0169

いくつかの態様において、開始結晶化度(熱分解前)は、約40〜約87.5パーセント、例えば、約50〜約75パーセントまたは約60〜約70パーセントであり、熱分解後の結晶化度指数は、約10〜約50パーセント、例えば、約15〜約45パーセントまたは約20〜約40パーセントである。しかしながら、ある特定の態様において、例えば、大規模な熱分解後には、5パーセントより低い結晶化度指数を有する可能性がある。いくつかの態様において、熱分解後の材料は実質的に無定形である。

0170

いくつかの態様において、開始数平均分子量(熱分解前)は、約200,000〜約3,200,000、例えば、約250,000〜約1,000,000または約250,000〜約700,000であり、熱分解後の数平均分子量は、約50,000〜約200,000、例えば、約60,000〜約150,000または約70,000〜約125,000である。しかしながら、いくつかの態様において、例えば、大規模な熱分解後には、約10,000未満、または約5,000未満の数平均分子量を有する可能性がある。

0171

いくつかの態様において、第二の材料は、第一の材料の酸化レベル(O1)より高い酸化レベル(O2)を有し得る。材料のより高い酸化レベルは、分散、膨張および/または溶解の助けとなり得、さらには、化学的攻撃、酵素的攻撃、または微生物攻撃に対する材料の感受性が増加され得る。いくつかの態様において、第一の材料と比較して第二の材料の酸化レベルを高めるために、酸化環境において熱分解が行われ、第一の材料より酸化された第二の材料が生産される。例えば、第二の材料では、より多くのヒドロキシル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、またはカルボン酸基を有することができ、これらは材料の親水性を増加させることができる。

0172

いくつかの態様において、材料の熱分解は連続する。他の態様において、材料は、所定の時間、熱分解され、次いで、再度熱分解される前に、第二の所定の時間冷却される。

0173

酸化
多種多様な異なる供給源に由来する炭素含有材料を加工して、材料から有用な物質を抽出するために、ならびにさらなる加工工程および/またはシーケンスへのインプットとして機能する部分的に分解されたおよび/または変化した材料を得るために、1回または複数回の酸化加工シーケンスを使用することができる。

0174

一方法において、第一の数平均分子量(MN1)を有し、かつ第一の酸素含有量(O2)を有するセルロースを含む第一の材料を、例えば、空気または酸素に富む空気の流れの中で第一の材料を加熱することによって酸化して、第二の数平均分子量(MN2)を有し、かつ第一の酸素含有量(O2)より高い第二の酸素含有量(O2)を有するセルロースを含む第二の材料を提供する。このような材料は固体および/または液体とも組み合わせることができる。液体および/または固体は、微生物、例えば、細菌、および/または酵素を含むことができる。例えば、細菌および/または酵素は、セルロース系またはリグノセルロース系材料に作用して、エタノール等の燃料、またはタンパク質等の副産物を生産することができる。燃料および副産物は、2006年6月15日に出願された「FIBROUS MATERIALSAND COMPOSITES」米国特許出願第11/453,951号に記載されている。前述の各出願の全内容は参照により本明細書に組み入れられる。

0175

いくつかの態様において、第二の数平均分子量は、第一の数平均分子量の97パーセント以下で第一の数平均分子量よりも小さく、例えば、第一の数平均分子量の95パーセント以下、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、30、20、12.5、10.0、7.5、5.0、4.0、3.0、2.5、2.0、または1.0パーセント以下で第一の数平均分子量よりも小さい。分子量の減少量は用途によって決まる。例えば、複合物を提供するいくつかの好ましい態様では、第二の数平均分子量は第一の数平均分子量と実質的に同じである。他の用途において、例えば、エタノールもしくは別の燃料または副産物を作製する用途では、分子量の減少量はさらに多いことが一般的に好ましい。

0176

材料を用いて燃料または副産物を作製するいくつかの態様において、開始数平均分子量(酸化前)は、約200,000〜約3,200,000、例えば、約250,000〜約1,000,000、または約250,000〜約700,000であり、酸化後の数平均分子量は、約50,000〜約200,000、例えば、約60,000〜約150,000、または約70,000〜約125,000である。しかしながら、いくつかの態様において、例えば、大規模な酸化後には、約10,000未満、または約5,000未満の数平均分子量を有する可能性がある。

0177

いくつかの態様において、第二の酸素含有量は、第一の酸素含有量より少なくとも約5パーセント高く、例えば、7.5パーセント高く、10.0パーセント高く、12.5パーセント高く、15.0パーセント高く、または17.5パーセント高い。いくつかの好ましい態様において、第二の酸素含有量は、第一の材料の第一の酸素含有量より少なくとも約20.0パーセント高い。酸素含有量は、試料を、1300℃以上で操作されている炉の中で熱分解することで元素分析することにより測定される。適した元素分析器は、VTF-900高温熱分解炉を備えたLECO CHNS-932分析器である。一般的に、材料の酸化は酸化環境で行われる。例えば、酸化は、酸化環境、例えば、空気または空気に富むアルゴンの中で熱分解することによって行われてもよく、または助けられてもよい。酸化を助けるために、酸化の前または間に、酸化剤、酸、または塩基等の種々の化学薬品を材料に添加することができる。例えば、酸化前に過酸化物(例えば、過酸化ベンゾイル)を添加することができる。石炭またはセルロース系もしくはリグノセルロース系材料等の炭素含有材料における難分解性を減らす酸化方法の中には、フェントン化学またはフェントン型化学を用いるものもある。このような方法は、例えば、2008年12月19日に出願された米国特許仮出願第611139,473号に開示されており、これの全開示は参照により本明細書に組み入れられる。

0178

例示的な酸化剤としては、過酸化水素および過酸化ベンゾイル等の過酸化物、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、オゾン等の活性化型酸素、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩過塩素酸ナトリウム等の過塩素酸塩、および次亜塩素酸ナトリウム(家庭用漂白剤)等の次亜塩素酸塩等が挙げられる。いくつかの状況においては、pHは、接触中、約5.5または約5.5未満で、例えば、1〜5、2〜5、2.5〜5、または約3〜5で維持される。条件はまた、2〜12時間、例えば、4〜10時間、または5〜8時間の接触期間を含んでもよい。いくつかの事例において、条件は、300℃を超えない、例えば、250℃、200℃、150℃、100℃、または50℃を超えないことを含む。特別な望ましい事例において、温度は実質的に周囲温度のままであり、例えば、20〜25℃または約20〜25℃である。

0179

いくつかの望ましい態様において、例えば、第一のセルロース系もしくはリグノセルロース系材料および1種もしくは複数種の化合物に、空気を通して電子等の粒子のビームを照射することによりインサイチューでオゾンを発生させることによって、1種または複数種の酸化剤が気体として、第一のセルロース系もしくはリグノセルロース系材料および1種もしくは複数種の化合物に適用される。特に望ましい態様において、第一のセルロース系またはリグノセルロース系材料は、最初に、そこに分散および/または溶解されている1種または複数種の化合物を含む水または水性媒体の中に分散され、浸漬時間の後に水は除去され(例えば、疎性水および自由水が濾過によって除去され)、次いで、例えば、第一のセルロース系もしくはリグノセルロース系材料および1種もしくは複数種の化合物に、空気を通して電子等の粒子のビームを照射することにより(例えば、それぞれ3MeV〜10MeVの電位差によって加速される)、インサイチューでオゾンを発生させることによって、1種または複数種の酸化剤が気体として組み合わせに適用される。浸漬によって、酸化に対して内部を開放することができる。

0180

いくつかの態様において、混合物は、1種もしくは複数種の化合物および1種もしくは複数種の酸化剤を含み、1種もしくは複数種の化合物の1種もしくは複数種の酸化剤に対するモル比は、約1:1000〜約1:25、例えば、約1:500〜約1:25または約1:100〜約1:25である。

0181

いくつかの望ましい態様において、混合物は、2,5-ジメトキシヒドロキノンDMHQ)等の1種もしくは複数種のヒドロキノン、および/または2,5-ジメトキシ-1,4-ベンゾキノン(DMBQ)等の1種もしくは複数種のベンゾキノンをさらに含み、これらは電子移動反応を助けることができる。

0182

いくつかの望ましい態様において、1種または複数種の酸化剤は、インサイチューで電気化学的に生じる。例えば、接触容器または反応容器の中で、過酸化水素および/またはオゾンを電気化学的に発生させることができる。

0183

可溶化するための、難分解性を減らすための、または官能基化するための他のプロセス
この段落のプロセスのいずれも、この本明細書において記載されるプロセスのいずれかを伴わずに単独で、またはこの本明細書において記載されるプロセスのいずれか:水蒸気爆砕酸処理(例えば、硫酸塩酸等の鉱酸、およびトリフルオロ酢酸等の有機酸を用いた濃酸処理および希酸処理を含む)、塩基処理(例えば、石灰または水酸化ナトリウムを用いた処理)、UV処理スクリュー押出し処理(例えば、2008年11月18日に出願された米国特許出願第61/073,530号を参照されたい)、溶媒処理(例えば、イオン性液体を用いた処理)、ならびに凍結摩砕もしくは凍結粉砕(例えば、米国特許出願第61/081,709号を参照されたい)、と組み合わせて(任意の順番で)用いることがきる。バイオマスの加工についてのさらなる詳細は、2016年5月31に発行された米国特許第9,342,294号に見つけることができ、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。

0184

放射線照射、超音波処理および酸化装置の組み合わせ
いくつかの態様において、2種またはそれ以上の別々の放射線照射、超音波処理、熱分解、および/または酸化装置を単一の複合機械併合することは有益であり得る。このような複合機械に関して、複合プロセスは、前処理の処理量の増加および潜在的な経費削減という恩恵をともなって、密接に並列で、または同時に行われ得る。

0185

例えば、電子ビーム照射および超音波処理プロセスが考慮される。連続的に行われた場合、それぞれ別々のプロセスは、セルロース系材料の平均分子量を下げるのに1桁違いもしくはそれ以上、および数桁違いに有効である。

0186

放射線照射および超音波処理プロセスの両方が、電子ビーム/超音波処理複合装置を用いて適用される。例えば、電子ビーム/超音波処理複合装置は、過酸化水素または過酸化カルバミド等の水性酸化媒体に分散させた、セルロース系材料の懸濁液の浅い貯蔵所(深さ〜3〜5cm)を含み得る。複合装置は、電子ビームエミッタおよび超音波処理ホーンの両方に動力を供給するエネルギー源を有する。電子ビームエミッタは、電子ビーム照準装置を通過する電子ビームを発生させ、セルロース系材料を含有する懸濁液に衝突する。電子ビームエミッタの両側に、超音波エネルギーを懸濁液に送達する超音波処理ホーンがある。超音波処理ホーンは、懸濁液と接触する脱着式の末端部(end-piece)で終わっている。バイオマスの加工のさらなる詳細は、2016年5月31日に発行された米国特許第9,342,294号に見つけることができ、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。

0187

電子ビームおよび超音波のこのような同時のプロセスのさらなる恩恵は、2つのプロセスが相補的な結果を有することである。電子ビーム照射単独では、不十分な線量が、全体的な脱重合プロセスの効率を低下させるセルロース系材料中の一部のポリマー架橋結合をもたらすかもしれない。低線量の電子ビーム照射および/または超音波照射は、電子ビーム照射および超音波を別々に用いて達成されるのと同様の脱重合度を達成するためにも用いられ得る。

0188

電子ビーム装置は、超音波エネルギー装置の代替品として用いることができ、同様の機能を実行する、高周波、ローター・ステーター(rotor-stator)装置の1つまたは複数を組み合わせることもできる。

0189

装置のさらなる組み合わせも可能である。例えば、例えば60Coペレットから放出されるγ線を生じる電離放射線装置を電子ビーム源および/または超音波源と組み合わせることができる。この場合、遮蔽要件はより厳しいかもしれない。

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