(57)【要約】      （修正有）【課題】バイオマス材料から有用な生成物を生成するために用いられる方法および設備の提供。【解決手段】セルロース系材料又はリグノセルロース系材料を糖化して、グルコース及びキシロースを含有する糖化バイオマス液を得る工程と、前記グルコースを選択的に発酵させて、未変換のキシロースと、及び前記グルコースの発酵に由来する発酵生成物を含む発酵ブロスを生成する工程と、並びに第１の電気透析システムを利用して、前記発酵ブロスから、塩、部分的イオン化酸又は完全イオン化酸を除去する工程と、及び第２の電気透析システムを利用して、除去された前記塩を中和する工程であって、前記第２の電気透析システムは、双極性膜の電気透析システムを備える、工程とを包含する方法。【選択図】図１Ａ
2019201642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース系材料またはリグノセルロース系材料を糖化して、グルコースおよびキシロースを含有する糖化バイオマス液を得る工程と、
前記グルコースを選択的に発酵させて、未変換のキシロースと、および前記グルコースの発酵に由来する発酵生成物を含む発酵ブロスを生成する工程と、ならびに
第１の電気透析システムを利用して、前記発酵ブロスから、塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸を除去する工程と、および第２の電気透析システムを利用して、除去された前記塩を中和する工程であって、前記第２の電気透析システムは、双極性膜の電気透析システムを備える、工程と
を包含する方法。
【請求項２】
前記電気透析システムが電気透析または極性転換型電気透析を利用する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セルロース系材料またはリグノセルロース系材料を糖化する工程の前処理として、
前記セルロース系材料またはリグノセルロース系材料の難分解性を低減させる工程を更に包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記セルロース系材料またはリグノセルロース系材料の難分解性を低減させる工程には、電離放射線を用いて前記セルロース系材料またはリグノセルロース系材料を処理する工程が含まれる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電離放射線が加速電子の形態である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記セルロース系またはリグノセルロース系バイオマスが１つ以上の酵素を利用して糖化される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記セルロース系またはリグノセルロース系バイオマスが１つ以上の酸を利用して糖化される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記酸が硫酸である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
電気透析前の前記発酵ブロスのイオン強度が、約５００〜約５０，０００μＳ／ｃｍであり、前記第１の電気透析システムの電気透析後の前記発酵ブロスのイオン強度が１〜１００μＳ／ｃｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気透析システムを利用して除去される前記塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸が、Ｐ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓ、Ｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、ＣｌおよびＦｅからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
クロマトグラフィー、濾過、遠心分離、沈澱、蒸留、錯体形成、およびその組合せからなる群から選択される方法により、糖化バイオマス液を精製することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
沈澱が、１つ以上の望ましくない構成成分を沈殿させるための１つ以上の溶媒または非溶媒の付加を包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記溶媒が、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、エチルエーテルおよびテトラヒドロフランからなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記溶媒がメタノールである請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記発酵生成物が、有機酸またはその塩を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記発酵生成物が、乳酸またはその塩を含有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記発酵生成物がアルコールである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記アルコールがエタノールである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
脱色剤を利用して前記糖化バイオマス液または前記発酵ブロスを脱色することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記脱色剤が、粉化炭素、粒状炭素、押出炭素、骨炭炭素、ビーズ活性炭、スチレン樹脂、アクリル樹脂、磁性樹脂、脱色粘土、ベントナイト、アタパルジャイト、モンモリロナイト、ホルマイトおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の電気透析システムを利用することが、膜を通り過ぎて前記発酵ブロスを流動させながら、イオン選択性膜を横断する約１０〜１５０Ｖの電圧を適用することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記電気透析システムを利用後の前記キシロースの純度が少なくとも約８０重量％である、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、以下の仮特許出願の優先権を主張するものである：２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，６８４号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７７３号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７３１号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７３５号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７４０号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７４４号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７４６号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７５０号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７５２号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７５４号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７７５号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７８０号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７６１号；２０１３年３月８日出願の米国特許出願第６１／７７４，７２３号；および２０１３年３月１５日出願の米国特許出願第６１／７９３，３３６号。これらの仮特許出願それぞれの開示全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
背景
例を挙げると農業残渣、木質バイオマス、自治体廃棄物、油料種子粕類および海藻など、多くの潜在的リグノセルロース系原料が、今日は入手可能である。現在、これらの材料の多くは、十分に活用されておらず、例えば動物飼料、バイオコンポスト材料として用いられるか、コジェネレーション施設で焼却されるか、または埋め立てられることさえある。
【０００３】
リグノセルロース系バイオマスは、ヘミセルロースマトリックスに包埋され、リグニンに包囲された結晶セルロース原繊維を含む。これが、酵素、ならびに他の化学的、生化学的および／または生物学的工程による接近が困難な緻密なマトリックスを生成する。セルロース系バイオマス材料（例えば、リグニンが除去されたバイオマス材料）は、酵素および他の変換工程により利用し易いが、それでも天然由来のセルロース材料は多くの場合、加水分解酵素と接触させると、低い収率となる（理論収率と比較）。リグノセルロース系バイオマスは、酵素の攻撃に対してより難分解性である。さらにリグノセルロース系バイオマスの各タイプは、それぞれに特有のセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンの組成を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
概要
一般的に、バイオマス材料から有用な生成物を生成するために用いられる方法および設備が、本明細書中で記載される。一般的に、多数の方法は、手におえないバイオマスを処理すること、例えば電子ビームで処理し、次いで、低減された難分解性材料を、糖、例えばグルコース、キシロース、アラビノースフルクトース、糖アルコール、例えばキシリトールおよびその他の生成物の混合物に生化学的におよび／または化学的に加工することを包含する。供給原料の加工中に生成される塩（例えば、イオン）は、電気透析、例えば一般または標準電気透析（ＥＤ）、極性転換型電気透析（ＥＤＲ）および／または双極性膜電気透析（ＥＤＢＭ）の工程を経て除去され得る。電気透析の方法は、糖溶液から大量の塩を除去するのに役立ち得るし、または電気透析は、混合物中の他の化合物から有機酸を分離するために用いられ得る。電気透析の前および／または後に、バイオマス液は、さらにまた、他の不純物および色を除去するために処理され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、本発明は、電気透析システムを利用して、糖および／または発酵液のような糖化バイオマス液から、塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸を除去および／または分離するための方法を特徴とする。したがって、当該方法は、加工された溶液（例えば、精製溶液、向上化工程流れ、精製工程流れ）を提供し得る。任意に、電気透析システムは、標準電気透析または極性転換型電気透析を利用する。さらにまた任意に、糖化バイオマス液は、糖化されている難分解性低減化セルロース系またはリグノセルロース系材料を含む。例えば糖化は、１つ以上の酵素および／または１つ以上の酸、例えば硫酸を利用することにより行われ得る。例えば糖化は、酵素を用いることにより、酸を用いて、酸を、次いで酵素を用いて、酵素を、次いで酸を用いて、あるいは酵素および酸を同時に用いて、実行され得る。任意に、セルロース系またはリグノセルロース系材料は、電離放射線で（例えば、約１０〜約５０Ｍｒａｄの放射線で）処理することにより低減されるその難分解性を有する。例えば電離放射線は、加速された電子の形態であり得る。
【０００６】
別の実施形態では、糖化生成物は発酵され、次いで、精製して、または精製せずに、電気透析が適用される。この実施形態では、発酵ブロスは、しばしば、特定生成物への糖の転化物からの生成物、ならびに発酵中に転化されないままの別の糖を含み得る。発酵ブロスは、電気透析に付されて、形成された塩を除去し得る。次いで、生成物は、双極性電気透析操作を用いて単離され得る。
【０００７】
いくつかの実行では、電気透析システムを利用する間、膜を通り過ぎて糖化バイオマス液および／または発酵生成物流を流動させながら、イオン選択性膜を横断する約１０〜６００Ｖの電圧が適用され得る。任意に、電圧は２５〜５００Ｖであり得る。付加的には、電圧は４０〜４５０Ｖであり得る。これらの電圧は、多重膜を横断し得る。
【０００８】
いくつかの実行において、糖化バイオマス液は、発酵ステップでさらに加工されて、発酵生成物、例えばアルコール、有機酸を生成し得る。任意に、糖化バイオマス液は、電気透析またはその他の単離手段（例えば蒸留）により、発酵生成物（例えば、アルコール、例えばエタノール、プロパノールまたはブタノール、あるいは有機酸、例えば酢酸、プロピオン酸、コハク酸、酒石酸、酪酸および乳酸）がそれから除去された液である。
【０００９】
いくつかの実行において、電気透析前の糖化液のイオン強度は、約５００〜約５０，０００μＳ／ｃｍ（マイクロジーメンス／ｃｍ）であり、この場合、電気透析システムを利用後の糖化バイオマス液（例えば、加工溶液、精製溶液、向上化工程流れまたは精製工程流れ）のイオン強度は、１〜１００μＳ／ｃｍである。任意に、電気透析中に除去された塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、Ｐ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、ＣｌおよびＦｅから選択される少なくとも１つの元素を含む。例えば、イオンは、リン酸イオン、硫酸イオン、塩化物イオン、ケイ酸イオン、アルミン酸イオン、Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｍｇ２＋、Ａｌ３＋、Ｚｎ２＋、Ｍｎ２＋、Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋、およびこれらのイオンの混合物であり得る。
【００１０】
代替的には、または付加的には、糖化バイオマス液は、糖化残渣（例えば、細胞、プロテイン様物質、リグニン由来材料および／または着色体）を含む。同様に、糖化バイオマスは、発酵残渣（例えば、細胞、プロテイン様物質、リグニン由来材料および／または着色体）を有した発酵生成物流を獲得するために発酵される。いくつかの実行において、当該方法は、電気透析システムを利用する前、最中および／または後に、糖化バイオマス液または発酵生成物流を精製することをさらに包含する。例えば、以下の方法のうちのいずれか１つから選択される方法による精製：クロマトグラフィー、濾過、遠心分離、沈澱、蒸留、錯形成およびその組合せ。沈澱が精製に利用される場合、１つ以上の溶媒または非溶媒（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、エチルエーテルおよびテトラヒドロフラン、ならびにこれらの混合物）が用いられて、１つ以上の望ましくない構成成分、例えば不純物を沈殿させ得る。いくつかの実行は、電気透析システムを利用する前、最中および／または後に、脱色剤で糖化バイオマス液または発酵生成物流を脱色することを包含する。例えば、粉化炭素、粒状炭素、押出炭素、骨炭炭素、ビーズ活性炭、スチレン樹脂、アクリル樹脂、磁性樹脂、脱色粘土、ベントナイト、アタパルジャイト、モンモリロナイト、ホルマイトおよびこれらの組合せのうちのいずれか１つを利用する脱色。例えば、糖化バイオマス液または発酵生成物流を混合すること、ならびに固体を濾し取るか、またはこれらの固体とともに糖化バイオマス液を流出させる（濾過する）。脱色後の溶液は、色が約１００色度未満であり得る（例えば、５０未満、例えば約４０未満、約３０未満、約２０未満、約１０未満、約５未満であり、約１未満でさえある）。
【００１１】
いくつかの実行において、糖化バイオマス液は、１つ以上の糖類、例えば単糖、オリゴ糖および／または多糖を含む。任意に、糖化バイオマス液は、キシロース、グルコース、アラビノース、フルクトースおよびこれらの混合物から選択される糖を含む。任意に糖はキシロースであり、電気透析システムを利用後の加工溶液（例えば、精製溶液、向上化工程流れ、精製工程流れ）の純度は、少なくとも約８０重量％キシロース（例えば、ＨＰＬＣにより分析的に決定されるような溶液中の総固体／溶解固体に対するキシロースの重量％）である。例えば、電気透析後、キシロース純度は、少なくとも８５重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、少なくとも９６重量％、少なくとも９７重量％であり、または少なくとも９８重量％でさえある。任意に、糖としてはアラビノースが挙げられ、電気透析を利用後の溶液の純度は、約０．５重量％アラビノース（例えば約１〜０重量％、約１〜０．１重量％、約０．８〜０．１重量％、約０．８〜０．２重量％、約０．５〜１．０重量％、約０．１〜０．５重量％）である。
【００１２】
存在する糖を有するこれらの糖化バイオマス液は、発酵して、付加的バイオマス液を生成し得る。発酵の例としては、別のものよりむしろある糖を選択的に転化する微生物を付加することを包含する。例えば、存在するグルコースおよびキシロースを有する糖化バイオマス液では、キシロースを基本的に未反応のままにしながら、グルコースをエタノールに選択的に転化し得る微生物が選択され得る。同様に、グルコースは、Ｄ−またはＬ−乳酸に選択的に転化され得る。
【００１３】
セルロース系およびリグノセルロース系バイオマス液由来の糖溶液からイオン（例えば、塩、完全または部分的解離酸）を除去することは有益であるが、それは、加工溶液（例えば、精製溶液、向上化工程流れ、精製工程流れ）の純度を増大し、糖のような種々の生成物流のさらなる転換を手助けし得るためである。これが、結局は、糖、糖アルコール（例えば、キシロース、アラビノース、キシリトールおよびソルビトール）のような高付加価値生成物へのこれらの工程流のさらなる転換を手助けし得る。例えば、塩の存在なしに糖およびその他の生成物を結晶化することはより容易であり得る。本発明のその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明から、ならびに特許請求の範囲から明らかになる。
【００１４】
本実施形態の実行は、場合により以下に要約された特色の１つ以上を含むことができる。幾つかの実行において、選択された特色は、いずれの順序で適用または活用することができ、他の実行においては、特別な選択された順番が適用または活用される。個々の特色を、いずれかの順番で連続的に１回を超えて適用または活用することができる。加えて、適用または活用される特色の全体的な順番、または順番の一部を、一回、繰り返し、または連続していずれかの順序で適用または活用することができる。幾つかの選択的実行において、特色は、当業者に決定される、異なる、または適宜同一の、設定された、または変動する、定量的または定性的パラメータを提供または利用することができる。例えばサイズ、個々の寸法（例えば、長さ、幅、高さ）、使用場所、使用の程度（例えば、難分解性などの程度）、使用期間、使用頻度、密度、濃度、強度および速度は、適宜、当業者に決定される通り、変動しても、または設定されていてもよい。
【００１５】
例えば特色としては、以下のことが挙げられる：電気透析システムを利用して、糖化バイオマス液から、塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸を除去する方法；電気透析を利用する方法；極性転換型電気透析；双極性膜電気透析を利用して液体を処理する方法（この場合、液体は、糖化された、難分解性を低減されたセルロース系またはリグノセルロース系材料を含む）；液体を処理すること（この場合、液体は、電離放射線で処理することにより低減されたその難分解性を有するセルロース系またはリグノセルロース系材料を含む）；液体を処理すること（この場合、液体は、加速電子線で処理することにより低減されたその難分解性を有するセルロース系またはリグノセルロース系材料を含む）；液体を処理すること（この場合、液体は、１つ以上の酵素を利用して糖化されたセルロース系またはリグノセルロース系材料を含む）；液体を処理すること（この場合、液体は、１つ以上の酸を利用して糖化されたセルロース系またはリグノセルロース系材料を含む）；液体を処理すること（この場合、液体は、硫酸を利用して糖化されたセルロース系またはリグノセルロース系材料を含む）；電気透析前の糖化バイオマス液のイオン強度が、約５００〜約５０，０００μＳ／ｃｍ、電気透析後の糖化バイオマス液のイオン強度が、１〜１００μＳ／ｃｍである；元素リンを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素カリウムを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素マグネシウムを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素ナトリウムを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素カルシウムを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素Ｓを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素酸素を含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素マンガンを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素アルミニウムを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素亜鉛を含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素ケイ素を含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素塩素を含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；元素Ｆｅを含む塩、部分的イオン化酸または完全イオン化酸は、電気透析システムを利用して除去される；クロマトグラフィーを利用して糖化バイオマス液を精製すること；濾過を利用してとかバイオマス液を精製すること；遠心分離を利用して糖化バイオマス液を精製すること；沈澱を利用して糖化バイオマス液を精製すること；蒸留を利用して糖化バイオマス液を精製すること；錯形成を利用して糖化バイオマス液を精製すること；１つ以上��溶媒または非溶媒の付加により糖化バイオマス液を精製して、１つ以上の望ましくない構成成分を沈殿させること；メタノールの付加により糖化バイオマス液を精製して、１つ以上の望ましくない構成成分を沈殿させること；エタノールの付加により糖化バイオマス液を精製して、１つ以上の望ましくない構成成分を沈殿させること；イソプロパノールの付加により糖化バイオマス液を精製して、１つ以上の望ましくない構成成分を沈殿させること；アセトンの付加により糖化バイオマス液を精製して、１つ以上の望ましくない構成成分を沈殿させること；エチルエーテルの付加により糖化バイオマス液を精製して、１つ以上の望ましくない構成成分を沈殿させること；テトラヒドロフランの付加により糖化バイオマス液を精製して、１つ以上の望ましくない構成成分を沈殿させること；１つ以上の発酵生成物を含む糖化バイオマス液を処理すること；発酵生成物を有した、そして発酵生成物がそれから蒸留された液体を含む糖化バイオマス液を処理すること；アルコール発酵生成物を有した、そしてアルコールがそれから蒸留された液体を含む糖化バイオマス液を処理すること；エタノール発酵生成物を有した、そしてエタノールがそれから蒸留された液体を含む糖化バイオマス液を処理すること；脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；粉化炭素を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；粒状炭素を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；押出炭素を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；骨炭炭素を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；ビーズ活性炭を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；スチレン樹脂を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；アクリル樹脂を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；磁性樹脂を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；脱色粘土を含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；ベントナイトを含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色することを包含する方法；アタパルジャイトを含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色することを包含する方法；モンモリロナイトを含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；ホルマイトを含む脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること；脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること、そして脱色後、溶液の色は約１００色度未満である；脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること、そして脱色後、溶液の色は１０未満である；脱色剤を利用して糖化バイオマス液を脱色すること、そして脱色後、溶液の色は約５未満である；電気透析システムを利用して糖化バイオマス液を処理し、そして膜を通り過ぎて糖化バイオマス液を流動させながら、電気透析システムのイオン選択性膜を横断する約１０〜６００Ｖの電圧を適用すること；１つ以上の糖類を含む糖化バイオマス液を処理すること；キシロースを含む糖化バイオマス液を処理すること；グルコースを含む糖化バイオマス液を処理すること；アラビノースを含む糖化バイオマス液を処理すること；フルクトースを含む糖化バイオマス液を処理すること；電気透析システムを利用して��化液を精製すること（ここで、前記液はキシロースを含み、電気透析システムを利用後のキシロースの純度は少なくとも約８０重量％である）；電気透析システムを利用して糖化液を精製すること（ここで、前記液はアラビノースを含み、電気透析システムを利用後のアラビノースの純度は少なくとも約０〜１重量％である）。
【００１６】
代替的には、糖化バイオマスは発酵され、次いで、電気透析ステップが適用され得る。初期電気透析ステップは、塩、特に無機塩を除去し、その後、第二電気透析ステップは双極性電気分解ステップを用いて、発酵システムから有益なイオン化可能有機生成物を単離する。上記のようなその後の精製ステップは、イオン化可能有機生成物をさらに精製するために用いられ得る。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明から、ならびに特許請求の範囲から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】電気透析工程を示す図である。
【図１Ｂ】例示的電気透析システムの略図である。
【図２】電気透析に付される前にバイオマスを精製（処理）するステップを示す流れ図である。
【図３】電気透析工程中の導電率対時間を示すプロットである。
【図４】有機酸を単離するために２つの電気透析ステップを用いる工程を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書に記載された方法およびシステムを用いて、例えばバイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、紙、および自治体廃棄物バイオマス）から供給され得る、そしてしばしば容易に利用可能であるが、しかし加工するのが難しいセルロース系およびリグノセルロース系材料は、糖、例えばキシロースおよびグルコースを含有する溶液に転化され得るが、これは、いくつかの場合、さらに加工されて、その他の有用な生成物（例えば、アルコール、例えばエタノールおよびブタノール、ならびに有機酸、例えば酢酸、プロピオン酸、コハク酸、酒石酸、酪酸および乳酸）を生成し得る。慣用的電気透析、極性転換型電気透析および／または双極性膜電気透析によりこれらのバイオマスから望ましくない構成成分、例えば塩（例えばイオン）および酸（例えば有機酸）を除去するための方法およびシステムが、本明細書中で考察される。
【００２０】
糖溶液およびそれに由来する生成物の製造工程が、本明細書中で記載される。これらの工程は、例えばセルロース系および／またはリグノセルロース系供給原料を任意に機械的に処理することを包含し得る。この処理の前および／または後に、供給原料は、別の処理、例えば照射、水蒸気爆発、熱分解、音波処理、化学的処理（例えば、酸または塩基を用いる）および／または酸化で処理されて、その難分解性を低減するかまたはさらに低減する。
【００２１】
糖が豊富な溶液は、１つ以上の酵素の付加により、処理され、照射された供給原料を糖化することにより生成され得る。多数のその他の生成物またはバイオマス液は、例えばアルコール、例えばエタノール、有機酸、例えば乳酸への発酵により、あるいは糖アルコール、例えばキシリトール、ソルビトール等への還元により、糖溶液から獲得され得る。当該溶液は、いくつかの望ましくないイオンも含み、その大部分は電気透析により除去され得る。電気透析の前または後に、糖化または発酵生成物はさらに精製され得る。
【００２２】
電気透析は、膜が小型種（例えば、イオン）に対して透過性であるが、しかし大型種（例えば、糖のような分子）に対しては透過性でない膜分離工程である。電気透析は、荷電粒子、例えばイオンにとって有用にする物質分離における主要駆動力として電位を利王することにより、圧力駆動型膜工程とは異なる。荷電粒子は可動性であり、分離媒質は電流を相対的に低い抵抗で移動させるため、電気透析は一般的に水溶液中で実行される。電気透析工程において、液体は、陽イオンおよび陰イオン選択性膜により取り囲まれる分離セル（例えば、区域、管または小室）を通して流動させられる。さらに、分離セルを通って工程液を流動させる間、工程液は、正および負荷電電極を用いて電位に付される。分離セルは、一般的に、陽イオンが陽イオン選択性膜を通して負分極化電極の方向に移動し、そして陰イオンが、陰イオン選択性膜を通して正荷電電極の方へ移動するよう、設計される。セルの整列は、イオンがセルの外側で濃縮され、そして流れ過ぎるが、一方でイオン枯渇流体は収集され得る、ということを保証する。工程流体は、例えば所望濃度のイオンを有する溶液が得られるまで、工程セルを通って反復的に循環され得る。多重分離セルは、直列で、または平行して用いられて、最適工程結果を達成し得る。
【００２３】
電気透析のサブセットは、材料を分離するために双極性膜を用いている。双極性膜は、陰イオン透過性膜および一緒に層化される陽イオン透過性膜からなる。陽イオン交換相が陽極に面するよう、この複合構造物が配向される場合、膜を横断して電位場を課することにより、水を陽子とヒドロキシルイオンに分割することが可能である。多重双極性膜は、他のイオン透過性膜と一緒に、天然塩からの酸および塩基の精製のために電気透析スタック中の単一対の電極の間に配置され得る。例えば、この戦略−−双極性膜電気透析は、発酵生成物混合物から乳酸または別の有機酸を単離するために用いられ得る。乳酸またはその他の有機酸は、慣用的電気透析を介して処理され、その後双極性膜で加工されるその塩形態に転化されて、精製乳酸（および／または有機酸）をその酸形態で精製し得る。
【００２４】
図１Ａは、供給流（例えば、糖および塩を含有）に関する電気透析の操作方法を示す図である。供給流１０および補給水２０（ブライン補給）は、システムに進入する。電位３０（ＤＣ電圧）は、供給および補給水に適用され、これは、イオン選択性膜により分離される。電位はイオンを、好ましくは補給水中に追いやる。鉱質除去生成物４０は、システムを出るが、この場合、供給工程流と比較して、イオンは低減されている。供給から除去されたイオンは、ブラインブローダウン５０としてシステムから出される。当該工程は反復され、例えば、鉱質除去生成物は電気透析システムに供給し戻されて、さらにイオンを除去し得る（例えば、それらをブラインブローダウンに移す）。以下でさらに記載されるように、イオンの所望の低減が達成されるまで、当該工程は反復され得る。
【００２５】
糖化リグノセルロース系材料を精製するために利用され得る電気透析システムにおける膜立体配置の考え得る一配列は、図１Ｂに示されている。このシステムは、交互陽イオン選択性膜２１０１および陰イオン選択性膜２１０２を利用する。空間（示されていない）が、すべての膜の間に配置されて、工程液が流動するために膜間に部屋があることを保証する。電極２１０３および２１０４は、工程流体と物理的接触せず、むしろ特定の導電性溶液（電解質）と物理的接触する。導電性溶液は、望ましくない反応が電極で起きないようにするという目的に役立つ。例えば、硫酸溶液は水を、陰極での水素および陽極での酸素に分割し、この両方が電極または他の構成成分に損害を及ぼすことなく除去され得る。したがって、電極は、電解質を介して工程流体と接触する。
【００２６】
したがって、上記のような配列は、一連の流動チャネル（２１０５および２１０６）を作り出し、これを通して、電位が流動溶液に適用されている間、工程流体（例えば、糖化リグノセルロース系材料から生成される糖溶液）は（例えば、ポンプの作用により）流動される。操作中、例えばすべての第二流動チャネル２１０５中の陽イオンは、陰極２１０３に向けて流動し、隣接の陽イオン選択性膜２１０１を介して次の流動チャネル２１０６に移動することができる。次に、陽イオンは流動チャネル２１０５中に追い込まれて、陰イオン選択性膜２１０２を通して移動することができない。逆に、流動チャネル２１０５中の陰イオンは、陰イオン選択性膜２１０２を通って陽極２１０４に向かって、交互流動チャネル２１０６中に移動することができるが、この場合、それらは取り込まれて、さらに移動することができないが、それは、陽イオン選択性膜２１０１に出くわすためである。この配列では、流動チャネル２１０５中の工程流体が最後には実質的にイオンなしになるよう、陽イオンおよび陰イオンはすべての第二流動チャネル２１０５の外側に移動し、一方、残りのチャネル２１０６中の工程流体は高濃度の陽イオンおよび陰イオンをともに含有する。結果は、流動チャネル２１０５および２１０６の排出口を別々に収集することにより、イオン枯渇糖溶液（流動チャネル２１０５から）および別個の富イオン糖溶液（流動チャネル２１０６から）が得られる、というものである。イオン交換膜および流動チャネルの数を増大すると、当該システムの効率が改善される。例えば、１０、２０、５０、１００またはそれ以上の膜が用いられ得る。
【００２７】
糖および生成物、例えばアルコールのほかに、糖化および発酵のような工程（本明細書中に記載）によるバイオマス由来の溶液は、種々の物質、例えば懸濁された、または溶解された化合物および／または材料を含み得る。例えば溶液は、酵素（例えば、酵素の一部、活性酵素、変性酵素）、アミノ酸、栄養素、生細胞、死細胞、細胞破砕屑（例えば、溶解細胞、酵母抽出物）、酸、塩基、塩（例えば、ハロゲン化物、硫酸塩およびリン酸塩、アルカリ、アルカリ土類、遷移金属塩）、部分的加水分解生成物（例えば、セルロースおよびヘミセルロース断片）、リグニン、リグニン残渣、無機固体（例えば、ケイ酸質材料、粘土、カーボンブラック、金属）、糖化および／または発酵化バイオマスの残余物、ならびにその組合せを含み得る。糖溶液は、精製工程を経るが、これは、電気透析に付される前の、擬似移動床クロマトグラフィー、回転ドラム濾過、濾過および脱色を包含し得る。任意に、これらの不純物は、バイオマス溶液が電気透析に付される前に、除去されるかまたは減じられ得る（例えば濃度の減少）。特に、電気透析膜を被覆し、塞ぎ、充填し、そうでなければ電気透析膜の機能を妨害する不純物（例えば、ポリマー、タンパク質、沈殿物）不純物を除去することは有益であり得る。概して、電気透析は、粒子および有機材料、例えば前記のように色をもたらし得る有機不純物からの膜汚れに左右される。したがって、電気透析は、好ましくは、これらの物質の除去後に実行される。汚れが生じた場合、膜は再生されて、分離を駆動し、希釈および濃縮小室を切り替える定電流の方向を逆にすることにより、逆の工程を進む。
【００２８】
この汚れを回避するために、それを電気透析に導入する前に、バイオマス液、例えば糖化供給原料または発酵液からの生成物液を精製するための考え得る工程は、図２に示されている。糖化供給原料は、溶媒を除去するために真空下で濃縮される２１０。発酵後供給原料の場合、エタノールを含めた溶媒は、真空下で除去されるか、または大量の溶液から蒸留除去されて、収集され、糖を含む溶液（例えば蒸留塔底液）をあとに残すが、この場合、糖の少なくとも約８０重量％はキシロースであり（例えば、８５重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、少なくとも９６重量％、少なくとも９７重量％、または少なくとも９８重量％）、そして糖の約０．５重量％はアラビノースである（例えば、約１〜０重量％、約１〜０．１重量％、約０．８〜０．１重量％、約０．８〜０．２重量％、約０．５〜１．０重量％、約０．１〜０．５重量％）。
【００２９】
いくつかの不純物（例えば、副生成物）は、次に、溶液から沈殿させられる２１５。これは、メタノールで希釈することにより実行され、これが、いくつかの不純物の沈澱を誘導する。沈殿物は、例えば遠心分離および／または濾過の使用により、除去され得る２２０。次いで、濾過溶液は、活性炭で脱色される。脱色剤は、濾過により除去される２３０。濃縮ステップ２３５は、真空下に溶液を置くことを包含し、これがメタノールを除去する。その結果生じる溶液は、次に、脱イオン水で希釈され、電気透析２４０に付されて、塩を除去する。
【００３０】
イオン化可能有機生成物（例えば、Ｄ−またはＬ−乳酸、コハク酸、酒石酸）を生成するための考え得る工程は、図４に示されているように、バイオマスを糖化することで出発し、その後、発酵し、次いで、それを電気透析の２つのステップに導入する。糖化供給原料を真空下で濃縮して（４１０）、溶媒を除去する。糖化後、バイオマスを発酵させる（４１５）が、この場合、微生物はある糖を所望の生成物に転化するが、一方、他の糖は転化されないままである。電気透析ステップ前に、固体が発酵生成物から除去される（４２０）。第一電気透析は、塩、特に無機塩を除去するために実行される（４２５）。次いで、キシロースのような非反応糖からイオン化可能有機生成物（この場合、Ｄ−またはＬ−乳酸）を単離するために、双極性膜電気透析（４３０）が実行される。擬似移動床クロマトグラフィーまたは類似の単離工程によるイオン化可能有機生成物のその後の精製（４３５）は、その意図された用途のための十分な純度を有する単離生成物をもたらし得る。
【００３１】
図４に関して、２つの電気透析ステップが、精製戦略として示されている。それから除去される固体を有した発酵生成物液混合物（５１０）に、塩基が付加され、必要な場合、有機酸をその塩形態に転化し（５２０）、電気透析加工処理が実行されて、塩（有機酸塩を含めて）から非イオン性糖を分離する。次いで、塩は、糖極性膜電気透析ユニット中で加工されるが、この場合、有機酸塩はその中和形態に転化され、塩から単離される。
【００３２】
例えば電気透析および／または本明細書中に記載されるようないくつかの他の精製方法が適用される前に、さらにまた糖溶液中に存在するのは、加工処理に利用される無傷または変性酵素、あるいはこれらの酵素に由来する化合物（例えば、タンパク質様物質、例えばタンパク質およびアミノ酸）であり得る。これらは、溶解化または沈殿化および懸濁化固体であり得るし、その後、濾過または遠心分離により除去され得る。いくつかの場合、酵素は機能性状態で存在し、例えば、酸、塩基を付加すること、加熱すること、変性剤を付加することにより変性され得る。酵素を変性することは、例えば本明細書中に記載される方法により、その除去を助長し得る。糖溶液は、例えば、約１０重量％までの酵素（例えば、９重量％まで、８重量％まで、５重量％まで、２重量％まで、１重量％まで、約０．１〜５重量％、約１重量％〜５重量％、約２重量％〜５重量％、約０．１〜１重量％、約０．０１〜１重量％、約０．００１重量％〜０．１重量％）を有し得る。この場合、酵素の重量％は、水溶液中のタンパク質様物質の重量％と理解される。
【００３３】
バイオマスの糖化のために利用されるいくつかのセルロース分解酵素は、酸性領域で、例えば約ｐＨ２〜６（例えば、約３〜６、約４〜６、約４〜５）で最良に働く。糖溶液は、これらの酸性ｐＨで電気透析に付され得るし、または任意に、ｐＨは、糖化後に上下に調整され得るし、および／または糖化はそれより高いかまたは低いｐＨで実行され得る。ｐＨの調整が、溶液中のイオンの濃度に加わる。しかしながら、電気透析は、広範囲から選択されるｐＨ値で良好に機能する。
【００３４】
固体不純物は、濾過または遠心分離により容易に除去され得る。溶解不純物のうちのいくつかは、溶媒、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、エチルエーテルおよびテトラヒドロフランで溶液を処理することにより沈殿させ、次いで、濾過または遠心分離により沈殿物を除去する。
【００３５】
本明細書中に記載される工程から得られる、そして電気透析に用いられる糖溶液は、約５０重量％まで、例えば約１〜５０重量％、２〜４０重量％、３〜２５重量％、５〜２５重量％、４０〜５０重量％、３０〜４０重量％、１０〜２０重量％、１〜５重量％、１０〜４０重量％、約５０重量％未満、約４０重量％未満、約３０重量％未満、約２０重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満、約０．０１重量％未満の濃度で存在する非糖懸濁または溶解固体を含み得る。これらの溶液は、高濁度、例えば少なくとも約５ネフェロメ濁度単位（ＮＴＵ）（例えば、少なくとも約１０ＮＴＵ、少なくとも約５０ＮＴＵ、少なくとも約１００ＮＴＵ、少なくとも約１００ＮＴＵ、少なくとも約２００ＮＴＵ、少なくとも約３００ＮＴＵ、少なくとも約４００ＮＴＵで、そして５００ＮＴＵより大きいこともある）を有し得る。いくつかのばあい、溶液が電気透析に付されるまでに、固体は、完全にまたは部分的に、除去される。例えば、固体は、濾過、遠心分離、沈澱、浮選およびこれらの組合せにより、除去され得る。いくつかの場合、固体は、沈澱されている、予め可溶性の材料、例えば変性されている酵素に由来する。固体を除去後、溶液の濁度は約５００ＮＴＵまで低減され得る（例えば、約１００ＮＴＵまで低減、約５０ＮＴＵまで低減、約５ＮＴＵまで低減）。
【００３６】
濁っていることのほかに、本明細書中に記載される工程から生成される糖溶液は、着色不純物（例えば着色体）、例えば芳香族発色団のために着色され得る。例えば、いくつかの金属イオンおよびポリフェノール、ならびにリグノセルロース系バイオマスの加工中に生成されるかまたは放出されるリグニン由来生成物は、高度に着色され得る。溶液は、本明細書中に記載される電気透析システムに直接用いられ得るし、あるいは用いられる前に部分的にまたは完全に脱色され得る。例えば、着色不純物は、溶液から濾し取られ、破壊され（例えば、化学分解による）および／または溶液から沈殿させられる。用いられ得るいくつかの考え得る色除去剤は、粉末化炭素、粒状炭素、押出炭素、骨炭炭素またはビーズ活性炭；スチレン系、アクリル系または磁性樹脂；脱色粘土、例えばベントナイト、アタパルジャイト、モンモリロナイト、ホルマイトおよびこれらの組合せである。これらの色除去剤で溶液を処理した後、溶液の色は、プラチナ−コバルト法（ＡＳＴＭ試験法Ｄ１２０９）により測定した場合、約２００未満（例えば、１００未満、５０未満、約４０未満、約３０未満、約２０未満、約１０未満、約５未満で、約１未満でさえある）である。
【００３７】
バイオマス由来糖溶液のイオン強度は、バイオマスの供給原料に、ならびに本明細書中に記載されるようなバイオマスの加工処理に大いに左右され得る。溶液は、直接的に、または選択的に用いられ得るし、あるいは本明細書中に記載される電気透析システムに用いられる前に部分的に脱イオン化され得る。
【００３８】
本明細書中に記載される工程においてイオンを除去するための、例えばイオン交換クロマトグラフィーを上回る電気透析の利点は、処理能力である。イオン交換カラムは、すぐに飽和状態になり、時間が掛かり、再生サイクルが高額であるが、一方、電気透析は、高導電性工程液を用いても、再生を必要とせずに連続的に運転し得る。例えば、本明細書中に記載される蒸留ステップ後に下降されるべき溶液は、約５００μＳ／ｃｍ超（例えば、約１０００μＳ／ｃｍ超、約２０００μＳ／ｃｍ超、約３０００μＳ／ｃｍ超、約４０００μＳ／ｃｍ超、約５０００μＳ／ｃｍ超、約６０００μＳ／ｃｍ超、約７０００μＳ／ｃｍ超、約８０００μＳ／ｃｍ超、約９０００μＳ／ｃｍ超、約１０，０００μＳ／ｃｍ超）の導電率を有し得るし、あるいは、例えばそれらは、約５００〜１００，０００μＳ／ｃｍ（例えば、約５００〜５０，０００μＳ／ｃｍ、約１０００〜２０，０００μＳ／ｃｍ、約１０００〜２０，０００μＳ／ｃｍ、約１０００〜１５，０００μＳ／ｃｍ、約５０００〜２０，０００μＳ／ｃｍ、約５０００〜１０，０００μＳ／ｃｍ）の導電率を有し、そして電気透析により有効に処理され得る。例えば、加工処理後の導電率は、少なくとも１０分の１に（例えば、少なくとも２０分の１に、少なくとも３０分の１に、少なくとも５０分の１に、少なくとも１００分の１に、少なくとも５００分の１に、少なくとも１０００分の１に）、低減され得る。電気透析後、導電率は、約１〜１００μＳ／ｃｍ（例えば、約１〜９０μＳ／ｃｍ、約１〜８０μＳ／ｃｍ、約１〜５０μＳ／ｃｍ、約１〜３０μＳ／ｃｍ、約１〜２０μＳ／ｃｍ、約２〜６０μＳ／ｃｍ、約２〜４０μＳ／ｃｍ、約２〜２０μＳ／ｃｍ、約５〜１００μＳ／ｃｍ、約５〜５０μＳ／ｃｍ、約５〜２５μＳ／ｃｍ、約９〜９０μＳ／ｃｍ、約９〜５０μＳ／ｃｍ、約９〜２５μＳ／ｃｍ、約９〜１２μＳ／ｃｍ、約１５〜６０μＳ／ｃｍ、約１５〜４０μＳ／ｃｍ、約１５〜３０μＳ／ｃｍ、約１５〜２０μＳ／ｃｍ、約２７〜１００μＳ／ｃｍ、約２７〜５０μＳ／ｃｍ、約２７〜３０μＳ／ｃｍ）であり得る。電気透析により、一旦、大量のイオンが除去されたら、陽イオン交換カラムが用いられ得る。この最終カラムは、しばしば、「仕上げ」カラムと呼ばれる。
【００３９】
電気透析および／または陽イオン交換は、例えばバイオマス液、例えば糖化バイオマス、発酵液から種々のイオンを除去するのに有効であり得る。特に、陽イオンとしては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、ランタニドおよびアクチニド、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、ランタン、セリウム、ウランが挙げられる。陽イオン性および陰イオン性硫化物および酸化物も存在することがあり、記載される方法により除去され得る。陰イオンとしては、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、硫酸塩、硫化物、リン酸塩、硝酸塩、炭酸塩、ホウ酸塩（例えば、ＢＯ３３−）、塩素酸塩、アルシン酸塩およびアルミン酸塩が挙げられ得る。特に、Ｎａ＋およびＣｌ−は、高濃度で多量に存在し、例えばこれらのイオンのおよそ少なくとも５０％が除去されるべきである（例えば、およそ少なくとも８０％、およそ少なくとも８５％、およそ少なくとも９０％、およそ少なくとも９５％、およそ少なくとも９８％、およそ少なくとも９９％）。例えば塩素は、存在するイオンの約１／３を含み、キシロース分解触媒として作用し得る。その他のイオンは、その後の工程、例えば水素添加に対する汚れであり得る。
【００４０】
電気透析および極性転換型電気透析は、酸を除去するためにも有用であり得る。例えば、無機酸、例えばＨＣＬ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、ＨＮＯ３が処理され得る。有機酸、例えば酢酸、蟻酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸等も処理され得る。酸は、部分的に、または完全に、脱イオン化され得る。双極性膜電気透析は、これらの有機酸の単離のために用いられ得る。
【００４１】
本明細書中に記載される設備およびシステムとともに、当該方法に利用され得る電気透析は、“Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  Ｃｅｌｌ  Ｕｎｉｔ  ＰＣＣｅｌｌ  ＥＤ  ６４  ０  ０２”，ｂｙ  ＰＣＣｅｌｌ（Ｇｅｒｍａｎｙ）  Ｖｅｒｉｏｎｓ  Ｊａｎ  ２００６  ｐａｇｅｓ  １−１２；（この記載内容は参照により本明細書中に組み入れられ、付録に添付されている）に記載されている。例えば、その文書の１０ページに記載されたＰＣＣｅｌｌ  ＤＥ  ６４は、本明細書中に記載される透過材料を脱イオン化するために利用され得る。
【００４２】
本明細書中に記載される設備およびシステムとともに、当該方法で利用され得る極性転換型電気透析についてのいくつかの記載は、“Ｈｉｇｈ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｗｉｔｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  Ｒｅｖｅｒｓａｌ”，  ｂｙ  ＧＥ  Ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  Ｗａｔｅｒ，  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｐａｐｅｒ  １０７１ＥＮ．ｄｏｃ，  Ｍａｒｃｈ  ２０１０，  ｐａｇｅｓ  １−５（この記載内容は参照により本明細書中に組み入れられ、付録に添付されている）。例えば、その文書のページ１の図に示されているような極性転換型電気透析（図１：ＥＤＲ流れ図）は、本明細書中に記載される糖化材料ならびに糖化材料由来の廃棄物流を加工するために利用され得るシステムを記載する。
【００４３】
電気透析および極性転換型電気透析は、“Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉｏｌｙｓｉｓ  （ＥＤ）  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  Ｒｅｖｅｒｓａｌ  （ＥＤＲ）”，  Ｕ．Ｓ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｉｏｒ，  Ｂｕｒｅａｕ  ｏｆ  Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ，  ｐａｇｅｓ  １−４；（この記載内容は参照により本明細書中に組み入れられ、付録に添付されている）に記載されている。例えば、当該文書のページ３に記載されたようなこのシステムのすべてまたは一部（例えば、原水ポンプ、破砕屑スクリーン、急速混合、緩徐混合フロキュレーター、水盤または浄化器、重力濾過器およびＥＤＲ膜）を用いる処理列は、糖化バイオマスおよび／または糖化バイオマス廃棄物流を加工処理するために利用され得る。
【００４４】
双極性膜電気透析設備は、例えば、Ａｍｅｒｉｄｉａ  Ｓｏｍｅｒｓｅｔ  ＮＪ（米国）から入手可能である。当該工程は、Ａｍｅｒｉｄｉａにより、Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ａｎｄ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｎｅｗｓ  Ｍａｒｃｈ  ２００６（この記載内容は参照により本明細書中に組み入れられ、付録に添付されている）で記載されている。
【００４５】
例えば既に先に議論された実施形態、または他の実施形態により、用いられ得る原料を処理するための工程の幾つかの更なる詳細および反復を、以下の開示に記載する。
【００４６】
原料を処理するシステム
精製システム、方法および設備（例えば、電気透析）は、上記のように、さらにまた本明細書中のどこかに記載されているように加工された材料に適用され得る。
【００４７】
例えば、糖およびその他の生成物への供給原料の転化のための工程は、例えばこの処理の前および／または後にサイズを減少させるために、例えば、前記のように、そしてここで繰り返し述べ、詳述するように、原料を場合により物理的に前処理すること、難分解性を低下させるために原料を場合により処理すること（例えば、照射による）、および原料を糖化して糖溶液を形成すること、を含むことができる。糖化は、以下に詳細に議論される通り、液体媒体、例えば水の中の原料の分散体を酵素と混合することにより実施することができる。糖化の間または糖化の後、混合物（例えば、糖化が配送途中で部分的または完全に実施される場合）また溶液を、例えばパイプライン、鉄道車両、トラックまたはバージにより、製造プラントに運搬することができる。プラントでは、溶液をバイオプロセシング、例えば発酵することができ、所望の生成物または中間体を生成し、その後、例えば蒸留、電気透析によりさらに加工することができる。個々の加工ステップ、用いられた材料、ならびに形成され得る製品および中間体の例を、以下に詳細に記載する。したがって、これらの方法のほかに、精製システム、方法および設備（例えば、擬似移動床クロマトグラフィー）は、例えば付加的加工ステップとして、適用され得る。
【００４８】
照射処理
原料は、照射により処理されて、難分解性を低下させるように構造を改良することができる。そのような処理は、例えば原料の平均分子量を低下させ、原料の結晶構造を変化させ、そして／または原料の表面積および／もしくは多孔性を増加させることができる。照射は、例えば電子ビーム、イオンビーム、１００ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外（ＵＶ）線、γ線またはＸ線照射であってもよい。照射処理および処理用システムは、米国特許第８，１４２，６２０号および米国特許出願第１２／４１７，７３１号で議論されており、それらの開示全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
【００４９】
照射の各形態は、照射エネルギーにより決定される特定の相互作用を介してバイオマスをイオン化する。重荷電粒子は、主にクーロン散乱を介して物体をイオン化し、さらにこれらの相互作用が、物体をさらにイオン化し得るエネルギー電子を生成する。α粒子は、ヘリウム原子の核と同一であり、様々な放射性核種、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、複数のアクチニド系列、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の同位体のα崩壊により生じる。電子は、電子の速度変化により生じたクローン散乱および制動放射を介して相互作用する。
【００５０】
粒子が用いられる場合、それらは、中性（非電荷）、正電荷または負電荷であってもよい。電荷を帯びている場合、荷電粒子は、単一の正もしくは負電荷、または多重電荷、例えば１、２、３、もしくは４つ以上の電荷を帯びることができる。炭水化物含有材料の分子構造を変化させるために分子鎖切断が望ましい場合には、酸性であることを一部の理由として、正の電荷を帯びた粒子が望ましい場合がある。粒子が用いられる場合、粒子は、静止電子の質量、またはそれを超える、例えば静止電子の質量の５００、１０００、１５００、または２０００倍またはそれを超える質量を有することができる。例えば該粒子は、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原子単位〜約２５原子単位、例えば１、２、３、４、５、１０、１２、または１５原子単位の質量を有することができる。
【００５１】
γ線は、試料中の様々な材料への顕著な浸透深さという利点を有する。
【００５２】
照射が電磁放射線で実施される実施形態において、電磁放射線は、例えば１０２ｅＶを超える、例えば１０３ｅｖを超える、１０４、１０５、１０６、または１０７ｅＶを超える光子あたりのエネルギー（電子ボルトで）を有することができる。幾つかの実施形態において、電磁放射線は、１０４〜１０７、例えば１０５〜１０６ｅＶの光子あたりのエネルギーを有することができる。電磁放射線は、例えば１０１６Ｈｚを超える、１０１７Ｈｚを超える、１０１８Ｈｚ、１０１９Ｈｚ、１０２０Ｈｚ、または１０２１Ｈｚを超える周波数を有することができる。幾つかの実施形態において、電磁放射線は、１０１８〜１０２２Ｈｚ、例えば１０１９〜１０２１Ｈｚの周波数を有する。
【００５３】
電子衝撃は、１０ＭｅＶ未満、例えば７ＭｅＶ未満、５ＭｅＶ未満、または２ＭｅＶ未満、例えば約０．５〜１．５ＭｅＶ、約０．８〜１．８ＭｅＶ、または約０．７〜１ＭｅＶの公称エネルギーを有する電子ビームデバイスを用いて実施されてもよい。幾つかの実行において、公称エネルギーは、約５００〜８００ｋｅＶである。
【００５４】
電子ビームは、比較的高い総ビーム出力（全ての加速ヘッドのビーム出力を合せたもの、または複数の加速器が用いられる場合には、全ての加速器および全てのヘッドのビーム出力を合せたもの）、例えば少なくとも２５ｋＷ、例えば少なくとも３０、４０、５０、６０、６５、７０、８０、１００、１２５、または１５０ｋＷを有していてもよい。幾つかの例において、該出力は、５００ｋＷ、７５０ｋＷ、または１０００ｋＷ以上にも上る。幾つかの例において、電子ビームは、１２００ｋＷ以上、例えば１４００、１６００、１８００、または３０００ｋＷのビーム出力を有する。
【００５５】
この高い総ビーム出力は、通常、複数の加速ヘッドを用いることにより実現される。例えば電子ビームデバイスは、２、４、またはそれを超える加速ヘッドを含んでいてもよい。それぞれが比較的低いビーム出力を有するヘッドを複数使用することで、材料の過剰な温度上昇が予防され、それにより材料の燃焼が予防され、材料の層の厚さを通る線量の均一性も上昇する。
【００５６】
バイオマス材料のベッドが比較的均一な厚さを有することが、一般には好ましい。幾つかの実施形態において、厚さは、約１インチ未満（例えば、約０．７５インチ未満、約０．５インチ未満、約０．２５インチ未満、約０．１インチ未満、約０．１〜１インチ、０．２約〜０．３インチ）である。
【００５７】
可能な限り急速に材料を処理することが、望ましい。一般には、処理が０．２５Ｍｒａｄ／秒を超える線量率、例えば約０．５、０．７５、１、１．５、２、５、７、１０、１２、１５、または約２０Ｍｒａｄ／秒を超える、例えば約０．２５〜２Ｍｒａｄ／秒の線量率で実施されることが好ましい。より高い線量率により、目的の（所望の）線量を得るためのより高い処理能力が可能になる。より高い線量率は、一般に、材料の熱分解を回避するためにより高いライン速度を必要とする。１つの実行において、加速器は、３ＭｅＶ、５０ｍＡビーム電流に設定され、ライン速度は、約２０ｍｍの試料厚さ（例えば、嵩密度０．５ｇ／ｃｍ３の破砕されたトウモロコシの穂軸材料）の場合２４フィート／分である。
【００５８】
幾つかの実施形態において、電子衝撃は、材料が少なくとも０．１Ｍｒａｄ、０．２５Ｍｒａｄ、１Ｍｒａｄ、５Ｍｒａｄ、例えば少なくとも１０、２０、３０または少なくとも４０Ｍｒａｄの総線量を受けるまでに、実施される。幾つかの実施形態において、処理は、材料が約１０Ｍｒａｄ〜約５０Ｍｒａｄ、例えば約２０Ｍｒａｄ〜約４０Ｍｒａｄ、または約２５Ｍｒａｄ〜約３０Ｍｒａｄの線量を受けるまでに実施される。幾つかの実行において、２５〜３５Ｍｒａｄの総線量が好ましく、それが理想的には数回のパスであてられ、例えば５Ｍｒａｄ／パスで、各パスが約１秒であてられる。冷却スクリューコンベヤおよび／または冷却された振動コンベヤを利用することにより、冷却の方法、システムおよび設備を、照射前、照射間、照射後および照射と照射の間に利用することができる。
【００５９】
先に議論された複数のヘッドを用いることにより、材料を複数のパスで、例えば１０〜２０Ｍｒａｄ／パス、例えば１２〜１８Ｍｒａｄ／パスを、数秒間冷却することで間を開けて２パス、または７〜１２Ｍｒａｄ／パス、例えば５〜２０Ｍｒａｄ／パス、１０〜４０Ｍｒａｄ／パス、９〜１１Ｍｒａｄ／パスで３パス処理することができる。本明細書に議論された通り、１回の高線量よりもむしろ複数回の比較的低い線量で材料を処理することで、材料の過熱を防ぐ傾向があり、材料の厚さを通る線量均一性が上昇する。幾つかの実行において、材料は、各パスの間または後に撹拌されるか、さもなければ混合され、その後、次のパスの前に再度、均一層に平滑化されることで、処理の均一性が高まる。
【００６０】
幾つかの実施形態において、電子は、例えば光速の７５％よりも大きな速度、例えば光速の８５、９０、９５、または９９％を超える速度で加速される。
【００６１】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載された任意の加工は、例えば熱および／または減圧を利用して、得られた乾燥を維持した、または乾燥されたリグノセルロース材料で行われる。例えば幾つかの実施形態において、セルロース材料および／またはリグノセルロース材料は、２５℃および５０％の相対湿度で測定して約２５重量％未満（例えば、約２０重量％未満、約１５重量％未満、約１４重量％未満、約１３重量％未満、約１２重量％未満、約１０重量％未満、約９重量％未満、約８重量％未満、約７重量％未満、約６重量％未満、約５重量％未満、約４重量％未満、約３重量％未満、約２重量％未満、約１重量％未満、または約０．５重量％未満）の保留水を有する。
【００６２】
幾つかの実施形態において、２つ以上のイオン源、例えば２つ以上の電子源を用いることができる。例えば試料は、任意の順序で電子ビームで、続いてγ線および約１００ｎｍ〜約２８０ｎｍの波長を有するＵＶ光で処理することができる。幾つかの実施形態において、試料は、３つの電離放射線源、例えば電子ビーム、γ線、およびエネルギー性の紫外光で処理される。バイオマスは、処理ゾーンを通って運搬され、そのゾーンで電子衝撃され得る。
【００６３】
処理を繰り返して、バイオマスの難分解性をより徹底して低下させることおよび／またはバイオマスをさらに改良することが、有利となり得る。特に工程のパラメータを、材料の難分解性に応じて、最初の（例えば、２番目、３番目、４番目またはそれより後の）パスの後に調整することができる。幾つかの実施形態において、バイオマスが先に記載された様々な工程を通して複数回運搬される循環システムを含むコンベヤを、用いることができる。幾つかの他の実施形態において、多重処理デバイス（例えば、電子ビーム発生機）を用いて、バイオマスを複数回（例えば２、３、４回またはそれを超える回数）処理する。さらに別の実施形態において、１つの電子ビーム発生機が、バイオマスの処理に用いられ得る多重ビーム（例えば、２、３、４またはそれを超えるビーム）の供給源であってもよい。
【００６４】
分子／超分子構造を変化させること、および／または炭水化物含有バイオマスの難分解性を低下させることにおける有効性は、用いられる電子エネルギーおよびあてられる線量に依存するが、暴露時間は、出力および線量に依存する。幾つかの実施形態において、線量率および総線量は、バイオマス材料を破壊しない（例えば、焦がさないまたは燃やさない）ように調整される。例えば炭水化物は、例えば単量体の糖として、バイオマスから無傷で放出され得るように、加工の際に損傷させてはならない。
【００６５】
幾つかの実施形態において、処理（任意の電子源または電子源の組み合わせでの）は、材料が少なくとも約０．０５Ｍｒａｄ、例えば少なくとも約０．１、０．２５、０．５、０．７５、１．０、２．５、５．０、７．５、１０．０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２５、１５０、１７５または２００Ｍｒａｄの線量を受けるまで実施される。幾つかの実施形態において、処理は、材料が０．１〜１００Ｍｒａｄ、１〜２００、５〜２００、１０〜２００、５〜１５０、５０〜１５０Ｍｒａｄ、５〜１００、５〜５０、５〜４０、１０〜５０、１０〜７５、１５〜５０、２０〜３５Ｍｒａｄの線量を受けるまで実施される。
【００６６】
幾つかの実施形態において、比較的低い線量の放射線が、例えばセルロースまたはリグノセルロース材料の分子量を増加させるために、用いられる（本明細書に記載された任意の放射線源または線源の組み合わせによる）。例えば、少なくとも約０．０５Ｍｒａｄ、例えば少なくとも約０．１Ｍｒａｄまたは少なくとも約０．２５、０．５、０．７５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０または少なくとも約５．０Ｍｒａｄの線量。幾つかの実施形態において、照射は、材料が０．１Ｍｒａｄ〜２．０Ｍｒａｄ、例えば０．５Ｍｒａｄ〜４．０Ｍｒａｄまたは１．０Ｍｒａｄ〜３．０Ｍｒａｄの線量受けるまで、実施される。
【００６７】
材料への放射線の所望の透過度を実現するために、複数の方向から同時に、または連続して照射されることも望ましくなり得る。例えば木材などの材料の密度および水分量、ならびに用いられる放射線源のタイプ（例えば、γ線または電子ビーム）に応じて、材料への放射線の最大透過は、わずか約０．７５インチであってもよい。そのような場合、最初に一方の側から材料を照射し、その後材料を回して他の側から照射することにより、より厚い区分（最大１．５インチ）を照射することができる。複数の方向からの照射は、γ線よりも急速に照射するが大きな浸透深さに達しない電子ビーム線では、特に有用となり得る。
【００６８】
放射線不透過性材料
照射ステップは、放射線不透過性材料を用いて構築される保管庫および／または燃料庫内で材料を加工することを含むことができる。幾つかの実行において、放射線不透過性材料は、多くの材料を透過し得る高エネルギーのＸ線の成分を遮蔽し得るように選択される。放射線遮蔽格納庫を設計する際の１つの重要な因子は、用いられる材料の減衰長であり、それは特定の材料、材料のブレンド、または層構造に必要となる厚さを決定する。減衰長は、放射線を入射放射線のおよそ１／ｅ（ｅ＝オイラー数）倍に減少させる透過距離である。事実上全ての材料が放射線不透過であるが、十分に厚ければ、高いＺ値（原子数）を有する元素の高組成率（例えば、密度）を含む材料は、より短い放射線減衰長を有し、つまりそのような材料がより薄く用いられれば、より軽い遮蔽が提供され得る。放射線遮蔽において用いられる高Ｚ値の材料の例が、タンタルおよび鉛である。放射線遮蔽における別の重要なパラメータが、半量距離であり、それは、γ線強度を５０％低下させる特定材料の厚さである。０．１ＭｅＶのエネルギーのＸ線照射の例として、半量厚さはコンクリートでは約１５．１ｍｍであり、鉛では約２．７ｍｍであるが、１ＭｅＶのＸ線エネルギーでは、コンクリートの半量厚さは、約４４．４５ｍｍであり、鉛では約７．９ｍｍである。放射線不透過性材料は、別の側に通過する放射線を減少させ得る限りは、厚い材料または薄い材料であってもよい。つまり、特定の格納庫が、例えば軽量にするため、またはサイズの制約のため、薄い壁厚を有することが望ましい場合、半量長さが格納庫の所望の壁厚以下になるように、選択された材料が、十分なＺ値および／または減衰長を有さなければならない。
【００６９】
幾つかの例において、放射線不透過性材料は、良好な遮蔽を提供するために、例えばより高Ｚ値の材料の層を有する層状材料、および他の特性（例えば、構造完全性、衝突抵抗性など）を提供するためにより低Ｚ値の材料の層を有する層状材料であってもよい。幾つかの例において、層材料は、高い原子番号の元素から連続的に低い原子番号の元素に続く勾配を作る積層体を含む、「原子番号の傾斜のある」積層体であってもよい。幾つかの例において、放射線不透過性材料は、インターロックしたブロックであってもよく、例えば鉛および／またはコンクリートのブロックは、ＮＥＬＣＯ  Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ（マサチューセッツ州バーリントン所在）により供給することができ、再構成可能な保管庫を用いることができる。
【００７０】
放射線不透過性材料は、入射放射線に比較して、少なくとも約１０％（例えば、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、少なくとも約９９．９％、少なくとも約９９．９９％、少なくとも約９９．９９９％）の材料で形成された構造（例えば、壁、ドア、天井、格納庫、これらの連続またはこれらの組み合わせ）を通過する放射線を減少させることができる。それゆえ放射線不透過性材料で作製された格納庫は、同じ量の設備／システム／構成部分の暴露を減少させることができる。放射線不透過性材料としては、ステンレス鋼、原子番号が約２５の金属（例えば、鉛、鉄）、コンクリート、泥土、砂およびそれらの組合せを挙げることができる。放射線不透過性材料は、少なくとも約１ｍｍ（例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、５ｃｍ、１０ｃｍ、１００ｃｍ、１ｍ、１０ｍ）の入射放射線の方向にバリアを含むことができる。
【００７１】
放射線源
放射線のタイプが、用いられる放射線源の種類に加え、放射線デバイスおよび関連の設備を決定する。例えば材料を放射線で処理するための、本明細書に記載された方法、システムおよび設備は、本明細書に記載された線源に加え、任意の他の有用な線源を用いることができる。
【００７２】
γ線源としては、コバルト、カルシウム、テクネチウム、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などの放射線核種が挙げられる。
【００７３】
Ｘ線源としては、タングステンまたはモリブデンまたは合金などの金属ターゲットを有する得電子ビーム衝突、Ｌｙｃｅａｎから営利目的で製造されるものなどのコンパクトな光源が挙げられる。
【００７４】
α粒子は、ヘリウム原子の核と同一であり、様々な放射性核種、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、複数のアクチニド系列、例えばアクチニウム、トリウム、ウラン、ネプツニウム、クリウム、カリホルニウム、アメリシウム、およびプルトニウムなどのα崩壊により生成される。
【００７５】
紫外線の供給源としては、ジューテリウムまたはカドミウムランプが挙げられる。
【００７６】
赤外線の供給源としては、サファイア、亜鉛、またはセレン化物の窓を含むセラミックランプが挙げられる。
【００７７】
マイクロ波の供給源としては、クリストロン、Ｓｌｅｖｉｎ型ＲＦ源、または水素、酸素、もしくは窒素ガスを用いた原子ビーム供給源が挙げられる。
【００７８】
粒子（例えば、電子またはイオン）を加速するのに用いられる加速器は、ＤＣ（例えば、静電式ＤＣ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ＤＣ）または電気力学的ＤＣ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ＤＣ））、ＲＦリニア、磁気誘導リニアまたは連続波であってもよい。例えば、フィールドイオン化源、静電気イオン分離器、フィールドイオン化発生装置、熱電子放出源、マイクロ波放電式イオン源、再循環または静電加速器、電気力学的直線型加速器、ファンデグラフ加速器、コッククロフトワトソン加速器（例えば、ＰＥＬＬＥＴＲＯＮ（登録商標）加速器）、ＬＩＮＡＣＳ、Ｄｙｎａｍｉｔｒｏｎｓ（例えば、  ＰＥＬＬＥＴＲＯＮ（登録商標）加速器）、（例えば、ＤＹＮＡＭＩＴＲＯＮ（登録商標）加速器）、サイクロトロン、シンクロトロン、ベータトロン、変圧器型加速器、マイクロトロン、プラズマ発生装置、カスケード加速器および折り返しタンデム型加速器をはじめとする様々な照射デバイスを、本明細書に開示された方法で用いることができる。例えばサイクロトロン型加速器は、ＲＨＯＤＯＴＲＯＮ（商標）システムなど、ベルギーのＩＢＡから入手でき、ＤＣ型加速器は、ＤＹＮＡＭＩＴＲＯＮ（登録商標）など、ＲＤＩ、現在のＩＢＡ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌから入手できる。他の適切な可塑性システムとしては、例えば日本の日新ハイボルテージから入手できる絶縁鉄心変圧器（ＩＣＴ）型システム；Ｌ３−ＰＳＤ（ＵＳＡ）、Ｌｉｎａｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（フランス）、Ｍｅｖｅｘ（カナダ）および三菱重工業（日本）から入手できるＳ−バンドＬＩＮＡＣ；Ｉｏｔｒｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（カナダ）から入手できるＬ−バンドＬＩＮＡＣ；ならびにＢｕｄｋｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（ロシア）から入手できるＩＬＵ型加速器が挙げられる。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−ＤＴＬ  ｆｗｏｒ  Ｈｅａｖｙ−Ｉｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２００６，  Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ，  Ｓｃｏｔｌａｎｄ、およびＬｅｉｔｎｅｒ，  Ｃ．Ｍ．  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｓｔａｔｕｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＥＣＲ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｖｅｎｕｓ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＰＡＣ  ２０００，  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａに議論されている。幾つかの粒子加速器およびその使用は、例えばＭｅｄｏｆｆへの米国特許第７，９３１，７８４号に開示されており、その開示全てが、参照により本明細書に組み入れられる。
【００７９】
電子は、β崩壊を受ける放射性核種、例えばヨウ素、セリウム、テクネチウムおよびイリジウムにより生成されてもよい。あるいは電子銃を、熱イオン放出を介して電子源として用い、加速電位を通して加速することができる。電子銃は電子を発生し、その電子をその後、大きな電位（例えば、約５０００００ボルトを超える、約１００００００ボルトを超える、約２００００００ボルトを超える、約５００００００ボルトを超える、約６００００００ボルトを超える、約７００００００ボルトを超える、約８００００００ボルトを超える、約９００００００ボルトを超える、または約１０００００００ボルトを超える）を通して加速し、その後、Ｘ−Ｙ平面内で磁気的に走査し、そこで最初、電子をＺ方向に加速管の下へ加速し、窓箔を通して抽出する。電子ビームを走査することは、操作ビームを通して運搬される材料、例えばバイオマスを照射する際に、照射表面を増加させるのに有用である。電子ビームを走査することは、熱負荷も窓上で均一に分布させ、電子ビームによる部分的加熱により窓箔の破裂の低減を支援する。窓箔の破裂は、その後必要となる電子銃を修復および再始動するためのかなりの中断時間の原因となる。
【００８０】
フィールドイオン化源、静電気イオン分離器、フィールドイオン化発生装置、熱電子放出源、マイクロ波放電式イオン源、再循環または静電加速器、力学的直線型加速器、ファンデグラフ加速器および折り返しタンデム型加速器をはじめとする様々な他の照射デバイスを、本明細書に開示された方法で用いてもよい。そのようなデバイスは、例えばＭｅｄｏｆｆの米国特許第７，９３１，７８４号に開示されており、その開示全てが、参照により本明細書に組み入れられる。
【００８１】
電子ビームを、放射線源として用いることができる。電子ビームは、高線量率（例えば、１、５、または１０Ｍｒａｄ／秒）、高処理能力、少ない閉じ込め、および少ない封じ込め設備の利点を有する。電子ビームは、高い電気効率（例えば、８０％）も有することができ、他の放射線方法に比較して低いエネルギー使用が可能で、言い換えれば用いられる少量のエネルギーに対応して低い運転コストおよび低い温室ガス放出に変えることができる。電子ビームは、例えば静電発電機、カスケードジェネレータ、トランスジェネレータ、走査システムを有する低エネルギー加速器、リニアカソードを有する低エネルギー加速器、リニア型加速器、およびパルス加速器により発生させることができる。
【００８２】
電子は、例えば分子鎖切断機構により、炭水化物含有材料の分子構造に変化を起こす際により効率的になり得る。加えて、０．５〜１０ＭｅＶのエネルギーを有する電子は、本明細書に記載されたバイオマス材料などの低密度材料、例えば嵩密度０．５ｇ／ｃｍ３未満および深さ０．３〜１０ｃｍを有する材料を透過することができる。電離放射源としての電子は、例えば材料の比較的薄い、例えば約０．５インチ未満、例えば約０．４インチ未満、０．３インチ、０．２５インチ、または約０．１インチ未満の堆積、層またはベッドの場合に有用となり得る。幾つかの実施形態において、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。材料を照射する方法は、２０１１年１０月１８日出願の米国特許出願公開第２０１２／０１００５７７  Ａ１号に開示されており、その開示全体が、参照により本明細書に組み入れられる。
【００８３】
電子ビーム照射デバイスは、商業的に入手してもよく、または構築されてもよい。例えばインダクター、キャパシター、ケーシング、電源、ケーブル、配線、電圧制御システム、電流制御要素、絶縁材料、マイクコントローラー、および冷却設備などの要素または構成部分を購入して、デバイスに組み立てることができる。場合により市販のデバイスを、改良および／または適合させてもよい。例えばデバイスおよび構成部分は、Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  （Ｌｏｕｖａｉｎ−ｌａ−Ｎｅｕｖｅ、ベルギー所在）、ＮＨＶコーポレーション（日本）、ｔｈｅ  Ｔｉｔａｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カリフォルニア州サンディエゴ所在）、Ｖｉｖｉｒａｄ  Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｒｐ（マサチューセッツ州ビレリカ所在）、および／またはＢｕｄｋｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（ロシア）をはじめとする本明細書に記載された市販の供給業者のいずれかから購入することができる。典型的な電子エネルギーは、０．５ＭｅＶ、１ＭｅＶ、２ＭｅＶ、４．５ＭｅＶ、７．５ＭｅＶ、または１０ＭｅＶであってもよい。典型的な電子ビーム照射デバイスの電力は、１ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、５０ｋＷ、６０ｋＷ、７０ｋＷ、８０ｋＷ、９０ｋＷ、１００ｋＷ、１２５ｋＷ、１５０ｋＷ、１７５ｋＷ、２００ｋＷ、２５０ｋＷ、３００ｋＷ、３５０ｋＷ、４００ｋＷ、４５０ｋＷ、５００ｋＷ、６００ｋＷ、７００ｋＷ、８００ｋＷ、９００ｋＷまたは１０００ｋＷであってもよい。用いられ得る加速器としては、ＮＨＶ照射装置の中エネルギーシリーズＥＰＳ−５００（例えば、５００ｋＶ加速電圧および６５、１００または１５０ｍＡビーム電流）、ＥＰＳ−８００（例えば、８００ｋＶ加速電圧および６５または１００ｍＡビーム電流）、またはＥＰＳ−１０００（例えば、１０００ｋＶ加速電圧および６５または１００ｍＡビーム電流）が挙げられる。同じくＮＨＶの高エネルギーシリーズの加速器、例えばＥＰＳ−１５００（例えば、１５００ｋＶ加速電圧および６５ｍＡビーム電流）、ＥＰＳ−２０００（例えば、２０００ｋＶ加速電圧および５０ｍＡビーム電流）、ＥＰＳ−３０００（例えば、３０００ｋＶ加速電圧および５０ｍＡビーム電流）およびＥＰＳ−５０００（例えば、５０００ｋＶ加速電圧および３０ｍＡビーム電流）を用いることができる。
【００８４】
電子ビーム照射デバイスの電力仕様を考慮する上でのトレードオフとしては、運転コスト、資本コスト、減価償却、およびデバイスの設置面積が挙げられる。電子ビーム照射の暴露線量レベルを考慮する上でのトレードオフは、エネルギーコスト、ならびに環境、安全、および健康（ＥＳＨ）の問題であろう。典型的には発生機は、特にこの工程で発生されるＸ線からの生成では、例えば鉛またはコンクリートの、保管庫に収容されている。電子エネルギーを考慮する上でのトレードオフとしては、エネルギーコストを包含する。
【００８５】
電子ビーム照射デバイスは、固定ビームまたは走査ビームのいずれかを生成することができる。走査ビームは、大きな固定ビーム幅を効果的に交換するため、長い走査・掃引および高い走査速度が有利となり得る。さらに０．５ｍ、１ｍ、２ｍまたはそれを超える、入手可能な掃引幅が、利用可能である。走査ビームは、より大きな走査幅であること、ならびに部分的加熱および窓が不能になる可能性が低いことから、本明細書に記載されたほとんどの実施形態において好ましい。
【００８６】
電子銃−窓
電子加速器の抽出システムは、２つの窓箔を含むことができる。２つの窓箔抽出システムの冷却ガスは、パージガスまたは混合物、例えば空気、または純粋な気体であってもよい。一実施形態において、ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムおよび／または二酸化炭素などの不活性ガスである。電子ビームへのエネルギー損失が最小限に抑えられることから、液体よりもむしろ気体を用いることが好ましい。窓上または窓の間の空間に衝突する前にラインで予備混合または混合されたパージガスの混合物を用いることもできる。例えば熱交換システム（例えば、冷凍装置）を使用すること、および／または凝縮ガス（例えば、液体窒素、液体ヘリウム）からのボイルオフを使用することにより、冷却ガスを冷却することができる。窓箔は、２０１３年１０月１０日出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１３／６４３３２号に記載されており、それらの開示全体が、参照により本明細書に組み入れられる。
【００８７】
放射線処理の間の加熱および処理能力
電子ビームからの電子が非弾性衝突のものと相互作用する場合、複数の工程が、バイオマス中で起こる可能性がある。例えば材料のイオン化、材料中のポリマーの分子鎖切断、材料中のポリマーの架橋、材料の酸化、Ｘ線（ブレムスシュトラールンク）の発生および分子の振動励起（例えば、光子発生）。特定の機構に束縛されるものではないが、難分解性の低下は、これらの非弾性衝突効果の幾つか、例えばイオン化、ポリマーの分子鎖切断、酸化および光子発生によるものである。その作用の幾つか（例えば、特にＸ線発生）は、遮蔽およびバリアの工作、例えばコンクリート（または他の放射線不透過性材料）の保管庫に照射工程を封入することを必要とする。照射の別の作用である振動励起は、試料を温めることに等しい。以下に説明される通り、照射による試料の加熱は、難分解性低下を支援し得るが、過剰な加熱は、材料を破壊する可能性がある。
【００８８】
電離放射線の吸着による断熱温度上昇（ΔＴ）は、式：ΔＴ＝Ｄ／Ｃｐ（式中、Ｄは、ｋＧｙでの平均線量であり、Ｃｐは、Ｊ／ｇ℃での熱容量であり；ΔＴは、℃での温度変化である）により示される。典型的な乾燥バイオマス材料は、２に近い熱容量を有する。水の熱容量は、非常に高い（４．１９Ｊ／ｇ℃）ため、湿性バイオマスは、水の量に存してより高い熱容量を有する。金属は、かなり低い熱容量を有し、例えばステンレス鋼は、０．５Ｊ／ｇ℃の熱容量を有する。放射線の様々な線量に関するバイオマスおよびステンレス鋼の一定した放射線吸着による温度変化を、以下に示す。
【表１】
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【００８９】
高温は、バイオマス中のバイオポリマーを破壊および／または変性して、ポリマー（例えば、セルロース）が、更なる加工に適さなくなる。高温に供されたバイオマスは、暗色および粘着性を帯びるようになり、臭気を発して、分解を示す可能性がある。粘着性により材料の運搬が困難になる可能性もある。臭気は、不快に感じる場合があり、安全性の問題を生じ得る。事実、バイオマスを約２００℃未満（例えば、約１９０℃未満、約１８０℃未満、約１７０℃未満、約１６０℃未満、約１５０℃未満、約１４０℃未満、約１３０℃未満、約１２０℃未満、約１１０℃未満、約６０℃〜約１８０℃、約６０℃〜約１６０℃、約６０℃〜約１５０℃、約６０℃〜約１４０℃、約６０℃〜約１３０℃、約６０℃〜約１２０℃、約８０℃〜約１８０℃、約１００℃〜約１８０℃、約１２０℃〜約１８０℃、約１４０℃〜約１８０℃、約１６０℃〜約１８０℃、約１００℃〜約１４０℃、約８０℃〜約１２０℃）に保持することが、本明細書に記載された工程において有益であることが見出されている。
【００９０】
約１０Ｍｒａｄを超える照射が本明細書に記載された工程に望ましいことが、見出されている（例えば、難分解性の低下）。高い処理能力もまた、照射がバイオマスを加工する上でのボトルネックにならないために望ましい。処理は、線量率の式：Ｍ＝ＦＰ／Ｄ・時間（式中、Ｍは、照射される材料の質量（ｋｇ）であり、Ｆは、吸着される電力の比率（単位なし）であり、Ｐは、発せられる電力（ｋＷ＝ＭｅＶでの電圧×ｍＡでの電流）であり、時間は、処理時間（秒）であり、Ｄは、吸着された線量（ｋＧｙ）である）により左右される。吸着される電力の比率が固定されている模範的工程において、発せられる電力は、一定であり、設定された放射線量が望ましく、処理能力（例えば、Ｍ、加工されるバイオマス）は、照射時間を増加させることにより増加し得る。しかし材料を冷却させずに放射時間を増加させると、先に示された計算により示される通り、材料を過度に加熱する可能性がある。バイオマスは、低い熱伝導率（約０．１Ｗｍ−１Ｋ−１未満）を有するため、例えばエネルギーが伝達されるヒートシンクが存在する限り、エネルギーを急速に放出し得る金属（約１０Ｗｍ−１Ｋ−１を超える）とは異なり、放熱が緩やかである
【００９１】
電子銃−ビームストップ
幾つかの実施形態において、該システムおよび方法は、ビームストップ（例えば、シャッター）を含む。例えばビームストップを用いて、電子ビームデバイスの出力を下げずに、材料の照射を急速に停止または減少させることができる。あるいはビームストップは、電子ビームの出力を上昇させながら用いることができ、ビームストップは、所望のレベルのビーム電流に達するまで、電子ビームを停止させることができる。ビームストップは、第一の窓箔と第二の窓箔の間に配置させることができる。例えばビームストップは、可動性であるように、即ちビームパスの内外へ移動できるように、搭載することができる。例えば照射線量を制御するために、ビームの部分的な被覆を用いることもできる。ビームストップは、床に、バイオマスのコンベヤに、壁に、放射線デバイスに（例えば、スキャンホーンの）、または任意の構造支持体に搭載することができる。好ましくは、ビームがビームストップにより効果的に制御され得るように、ビームストップがスキャンホーンに関して固定されている。ビームストップは、ヒンジ、レール、ホイール、スロット、または他の手段を組み込むことができ、ビーム内外へ移動する操作を可能にする。ビームストップは、電子の少なくとも５％、例えば電子の少なくとも１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、少なくとも８０％、８５％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、または約１００％を停止させる任意の材料で作製することができる。
【００９２】
ビームストップは、非限定的に、ステンレス鋼、鉛、鉄、モリブデン、銀、金、チタン、アルミニウム、スズ、またはこれらの合金、またはそのような金属で作製された（例えば、金属コートセラミック、金属コートポリマー、金属コート複合体、多層金属材料）積層体（層化材料）をはじめとする金属で作製することができる。
【００９３】
ビームストップは、例えば水溶液またはガスなどの冷却流動体で、冷却することができる。ビームストップは、例えば空洞を有し、部分的または完全に中空であってもよい。ビームストップの内部空間は、流体およびガスを冷却するのに用いることができる。ビームストップは、平面、曲線、円形、楕円形、正方形、長方形、面取りのある形状およびくさび形など、任意の形状であってもよい。
【００９４】
ビームストップは、幾つかの電子を通すような穿孔を有することができ、それにより窓の全エリアまたは窓の特定の領域を通る放射線レベルを制御（例えば、低下）することができる。ビームストップは、例えば繊維またはワイヤから形成された、メッシュであってもよい。複数のビームストップを一緒に、または独立に使用して、照射を制御することができる。ビームストップは、ビームを所定の場所の内外に移動させるために、例えばモーターへの無線信号またはハードウエアにより、遠隔制御することができる。
【００９５】
ビームダンプ
本明細書に開示された実施形態は、放射線処理を活用する際に、ビームダンプを含むこともできる。ビームダンプの目的は、荷電粒子のビームを安全に吸収することである。ビームダンプは、ビームストップと同様に、荷電粒子のビームを遮断するのに用いることができる。しかしビームダンプは、ビームストップよりもかなり強固で、長期間にわたりフルパワーの電子ビームを遮断することを目的とする。それらは多くの場合、加速器の出力を増加させながら、ビームを遮断するのに用いられる。
【００９６】
ビームダンプは、そのようなビームにより発生した熱に順応するようにも設計されており、通常、銅、アルミニウム、炭素、ベリリウム、タングステン、または水銀などの材料で作製されている。例えばビームダンプと熱接触し得る冷却流体を利用して、ビームダンプを冷却することができる。
【００９７】
バイオマス材料
リグノセルロース材料としては、例えば木材、パーティクルボード、林業廃棄物（例えば、おがくず、アスペン材、木材チップ）、牧草（例えば、スイッチグラス、ススキ、コードグラス、クサヨシ）、穀物残渣（例えば、籾殻、オーツ麦の殻、小麦殻、大麦殻）、農業廃棄物（例えば、サイレージ、菜種のわら、小麦わら、大麦わら、オーツ麦わら、米わら、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル、マニラ麻、トウモロコシの穂軸、トウモロコシの葉茎、大豆の葉茎、トウモロコシ繊維、アルファルファ、干し草、ココナッツの毛）、糖加工残渣（例えば、バガス、ビートパルプ、リュウゼンツランバガス）、藻類、海藻、肥やし、下水汚物、およびこれらのいずれかの混合物が挙げられる。
【００９８】
幾つかの例において、リグノセルロース材料としては、トウモロコシの穂軸が挙げられる。粉砕またはハンマーミルされたトウモロコシの穂軸は、照射のために比較的均一な厚さの層に広げることができ、照射の後、更なる加工のために媒体中に分散することが容易である。収穫および回収を容易にするために、幾つかの例において、トウモロコシの茎、トウモロコシの穀粒などとうもろこしの植物全体が用いられ、そして幾つかの例において、該植物の根系さえも用いられる。
【００９９】
有利には更なる栄養素（窒素供給源以外、例えば尿素またはアンモニア以外）が、トウモロコシの穂軸、または顕著な量のトウモロコシの穂軸を含むセルロースもしくはリグノセルロース材料の発酵の際に必要となる。
【０１００】
破砕の前後のトウモロコシの穂軸は、運搬および分散も容易であり、干し草および牧草などの他のセルロースまたはリグノセルロース材料よりも空気中で爆発性混合物を形成する傾向が小さい。
【０１０１】
セルロース材料としては、例えば紙、紙製品、紙廃棄物、紙パルプ、着色紙、積載紙（ｌｏａｄｅｄ  ｐａｐｅｒ）、塗工紙、充填紙、雑誌、印刷物（例えば、本、カタログ、使用説明書、ラベル、カレンダー、グリーティングカード、パンフレット、目論見書、新聞紙）、印刷用紙、ポリコート紙、カードストック、厚紙、ボール紙、高α−セルロース量を有する材料、例えば綿、およびこれらのいずれかの混合物が挙げられる。例えば開示全体が、参照により本明細書に組み入れられる、米国特許出願第１３／３９６，３６５号（Ｍｅｄｏｆｆらによる２０１２年２月１４日出願の“Ｍａｇａｚｉｎｅ  Ｆｅｅｄｓｔｏｃｋｓ”）に記載された紙製品である。
【０１０２】
セルロース材料は、部分的または完全に脱木質化されたリグノセルロース材料も含むことができる。
【０１０３】
幾つかの例において、他のバイオマス材料、例えばデンプン質材料を用いることができる。デンプン質材料としては、デンプンそのもの、例えばコーンスターチ、小麦デンプン、ジャガイモデンプンもしくは米デンプン、デンプン誘導体、または食用の食品もしくは作物などのデンプンを含む材料が挙げられる。例えばデンプン質材料は、アラカチャ、蕎麦、バナナ、大麦、キャッサバ、クズ、アンデスカタバミ、サゴ、モロコシ、通常の家庭用のジャガイモ、サツマイモ、タロイモ、ヤマノイモ、または１種以上の豆、例えば空豆、レンズ豆、エンドウ豆であってもよい。任意の１種以上のデンプン質材料のブレンドもまた、デンプン質材料である。デンプン質材料とセルロースまたはリグノセルロース材料との混合物を用いることもできる。例えばバイオマスは、植物全体、植物の一部または植物の異なる部分、例えば小麦の苗、綿の苗、トウモロコシの苗、米の苗または樹木であってもよい。デンプン質材料は、本明細書に記載された方法のいずれかにより処理することができる。
【０１０４】
原料として用いられ得る微生物材料としては、非限定的に、炭水化物（例えば、セルロース）、例えば原生生物、例えば動物の原生生物（例えば、鞭毛藻類、アメーバ、繊毛虫、および胞子虫などの原虫）および植物の原生生物（例えば、アルベオラータ、クロララクニオン藻、クリプトモナド、ユーグレナ藻、灰色藻、ハプト藻、紅藻、ストラメノパイル、および緑色植物亜界）の供給源を含む、または供給源を提供することが可能な任意の天然由来または遺伝子組換え微生物体または生物体を挙げることができる。他の例としては、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、グラム陽性菌、グラム陰性菌、および好極限性細菌）、酵母および／またはこれらの混合物が挙げられる。幾つかの例において、微生物バイオマスは、天然供給源、例えば海洋、湖、水体、例えば塩水もしくは淡水、または陸上から得ることができる。代わりまたは追加として、微生物バイオマスは、培養系、例えば大規模乾式および湿式培養、ならびに発酵系から得ることができる。
【０１０５】
別の実施形態において、バイオマス材料、例えばセルロース、デンプン質およびリグのセルロース原料は、野生型の変種に関して修飾されたトランスジェニックの微生物および植物から得ることができる。そのような修飾は、例えば選択および育種の反復ステップにより植物中の所望の素質を得てもよい。その上、植物は、野生型の変種に関して除去、修飾、発現抑制および／または付加されていてもよい。例えば遺伝子修飾植物は、組換えＤＮＡ法により生成することができ、その場合の遺伝子修飾は、親種からの特異的遺伝子を導入もしくは修飾すること、または例えば異なる種の植物および／または細菌から植物に特異的遺伝子（複数可）が導入されるトランスジェニック育種を利用すること、を含む。遺伝子変種を作出する別の方法は、新しい対立遺伝子を内在遺伝子から人工的に作出する突然変異育種による。その人工遺伝子は、例えば化学的突然変異原（例えば、アルキル化剤、エポキシド、アルカロイド、過酸化物、ホルムアルデヒドの使用による）、照射（例えば、Ｘ線、γ線、中性子、β粒子、α粒子、陽子、重陽子、ＵＶ線）および温度ショックまたは他の外部ストレス負荷により植物または種子を処理すること、それに続く選択技術をはじめとし、様々な方法により作出することができる。修飾遺伝子を提供する他の方法は、エラープローンＰＣＲおよびＤＮＡシャッフルの後、所望の修飾ＤＮＡを所望の植物または種子に挿入することによる。所望の遺伝子変異を主旨または植物に導入する方法としては、例えば細菌保有者、微粒子銃、リン酸カルシウム沈殿法、電気穿孔、遺伝子スプライシング、遺伝子サイレンシング、リポフェクション、ミクロインジェクション、およびウイルス保有者の使用が挙げられる。更なる遺伝子修飾材料は、２０１２年２月１４日出願の米国特許出願第１３／３９６，３６９号に記載されており、その開示全体は、参照により本明細書に組み入れられる。本明細書に記載された方法のいずれかは、本明細書に記載された任意のバイオマス材料の混合物で実践することができる
【０１０６】
バイオマス材料の調製−機械的処理
バイオマスは、例えば約３５％未満の水分量（例えば、約２０％未満、約１５％未満、約１０％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満または約１％未満）の、乾燥形態であってもよい。バイオマスは、湿潤状態、例えば固体が少なくとも約１０重量％（例えば、少なくとも約２０重量％、少なくとも約３０重量％、少なくとも約４０重量％、少なくとも約５０重量％、少なくとも約６０重量％、少なくとも約７０重量％）の湿性固体、スラリー、または懸濁物として送達することもできる。
【０１０７】
本明細書に開示された工程は、低嵩密度の材料、例えば約０．７５ｇ／ｃｍ３未満、例えば約０．７ｇ／ｃｍ３未満、０．６５、０．６０、０．５０、０．３５、０．２５、０．２０、０．１５、０．１０、０．０５ｇ／ｃｍ３またはそれ未満、例えば０．０２５ｇ／ｃｍ３未満の嵩密度を有するように物理的に前処理されたセルロースまたはリグノセルロース原料を活用することができる。嵩密度は、ＡＳＴＭ  Ｄ１８９５Ｂを利用して決定することができる。概要を述べると、該方法は、既知の容積のメスシリンダに試料を充填すること、および試料の重量を得ること、を含む。嵩密度は、試料のグラム重量をシリンダーの既知の容積の立方センチメートルで割ることにより計算される。所望なら、低密度材料を、例えば開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第７，９７１，８０９号（Ｍｅｄｏｆｆ）に記載された方法により、高密度化することができる。
【０１０８】
幾つかの例において、処理前加工は、バイオマス材料のふるい分けを含む。ふるい分けは、所望の開口サイズ、例えば約６．３５ｍｍ（１／４インチ、０．２５インチ）未満、（例えば、約３．１８ｍｍ（１／８インチ、０．１２５インチ）未満、約１．５９ｍｍ（１／１６インチ、０．０６２５インチ）未満、約０．７９ｍｍ（１／３２インチ、０．０３１２５インチ）未満、例えば約０．５１ｍｍ（１／５０インチ、０．０２０００インチ）未満、約０．４０ｍｍ（１／６４インチ、０．０１５６２５インチ）未満、約０．２３ｍｍ（０．００９インチ）未満、約０．２０ｍｍ（１／１２８インチ、０．００７８１２５インチ）未満、約０．１８ｍｍ（０．００７インチ未満）、約０．１３ｍｍ（０．００５インチ）未満、または約０．１０ｍｍ（１／２５６インチ、０．００３９０６２５インチ）未満）を有するメッシュまたは穿孔板を通して行うことができる。１つの構成において、所望のバイオマスは、その穿孔またはふるいを通り抜け、つまりその穿孔またはふるいよりも大きなバイオマスは、照射されない。これらの大きな材料は、例えば破砕により、再加工され、またはそれらは単に加工から取り除くことができる。別の構成において、穿孔よりも大きな材料は、照射され、より小さな材料は、ふるい分け工程により除去されるか、または再循環される。この種の構成において、コンベヤそのもの（例えば、コンベヤの一部）を、穿孔することができ、またはメッシュを含んで作製することができる。例えば１つの特定の実施形態において、バイオマス材料は、湿潤性であってもよく、穿孔またはメッシュによって照射の前に水をバイオマスから流出させてもよい。
【０１０９】
材料のふるい分けは、手動での方法、例えば望ましくない材料を除去するオペレータまたはメカノイド（例えば、色、反射性または他のセンサーを備えたロボット）により行うことができる。ふるい分けは、磁石が運搬される材料の付近に配設されていて磁気材料が磁石により除去される、磁気ふるいによって行うこともできる。
【０１１０】
任意の処理前加工が、材料の加熱を含むことができる。例えば当該材料または他の材料を運搬するコンベヤの一部を、加熱されたゾーンに送出することができる。加熱されたゾーンは、例えばＩＲ線、マイクロ波、燃焼（例えば、ガス、石炭、オイル、バイオマス）、抵抗加熱および／または誘導コイルにより作製することができる。熱は、少なくとも一方の側または１つ以上の側からあてること、連続的または周期的にてること、そして材料の一部だけまたは材料全てにあてることができる。例えば、コンベヤトラフの一部を、加熱ジャケットの使用により加熱することができる。加熱は、例えば材料の乾燥を目的とするものであってもよい。材料を乾燥する場合、加熱により、または加熱せずに、運搬されている時にガス（例えば、空気、酸素、窒素、Ｈｅ、ＣＯ２、アルゴン）をバイオマスの上部および／またはバイオマスの中に移動させることにより、乾燥を容易にすることもできる。
【０１１１】
場合により処理前加工は、材料を冷却することを含むことができる。材料の冷却は、開示が参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第７，９００，８５７号（Ｍｅｄｏｆｆ）に記載される。例えば冷却は、冷却流体、例えば水（例えば、グリセロールを含む）、または窒素（例えば、液体窒素）をコンベヤトラフの底に供給することによって行うことができる。あるいは冷却ガス、例えば凍結窒素を、バイオマスの上部、または運搬システムの下に吹き付けることができる。
【０１１２】
別の任意の処理前加工法は、材料をバイオマスまたは他の原料に添加することを含むことができる。更なる材料は、例えばバイオマスが運搬されている時に材料をバイオマスの上に浴びせること、振りかけること、および／または注入することにより、添加することができる。添加され得る材料としては、例えば開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、米国特許出願公開第２０１０／０１０５１１９  Ａ１（２００９年１０月２６日出願）および米国特許出願公開第２０１０／０１５９５６９  Ａ１（２００９年１２月１６日出願）に記載された金属、セラミックおよび／またはイオンが挙げられる。添加され得る任意の材料としては、酸および塩基が挙げられる。添加され得る他の材料は、酸化剤（例えば、過酸化物、塩素酸塩）、ポリマー、重合性モノマー（例えば、不飽和結合を含むもの）、水、触媒、酵素および／または生物体である。材料は、純粋な形態で、例えば溶媒（例えば、水または有機溶媒）中の溶液として、そして／または溶液として、添加することができる。幾つかの例において、溶媒は、揮発性であり、例えばこれまで記載された通りガスの加熱および／または吹き出しにより、蒸発するように作製することができる。添加される材料は、バイオマス上に均一なコーティングを形成することができ、または異なる成分（例えば、バイオマスおよび更なる材料）の均質混合物であってもよい。添加される材料は、照射の効率を上昇させること、照射を弱めること、または照射の作用を変化させること（例えば、電子ビームからＸ線または加熱へ）により、次の照射ステップを変調することができる。該方法は、照射への影響を有していなくてもよいが、さらに下流の加工に有用であってもよい。添加材料は、例えば粉塵のレベルを低下させることにより、材料の運搬を支援してもよい。
【０１１３】
バイオマスは、ベルトコンベヤ、空気式コンベヤ、スクリューコンベヤ、ホッパー、パイプ、手動で、またはこれらの組み合わせによりコンベヤ（例えば、本明細書に記載された保管庫内で用いられる振動コンベヤ）に送達することができる。バイオマスは、例えばこれらの方法のいずれかによりコンベヤ上に滴下、注入および／または配置させることができる。幾つかの実施形態において、材料は、封入された材料の分配システムを用いてコンベヤに送達されて、低酸素大気の維持ならびに／または粉塵および微粉の制御を支援する。舞い上がる、または空気に浮遊させたバイオマスの微粉および粉塵は、爆発災害を形成する、または電子銃の窓箔を損傷する可能性があるため（そのようなデバイスが、材料を処理するのに用いられる場合）、望ましくない。
【０１１４】
材料をならして、約０．０３１２〜５インチ（例えば、約０．０６２５〜２．０００インチ、約０．１２５〜１インチ、約０．１２５〜０．５インチ、約０．３〜０．９インチ、約０．２〜０．５インチ、約０．２５〜１．０インチ、約０．２５〜０．５インチ、０．１００＋／−０．０２５インチ、０．１５０＋／−０．０２５インチ、０．２００＋／−０．０２５インチ、０．２５０＋／−０．０２５インチ、０．３００＋／−０．０２５インチ、０．３５０＋／−０．０２５インチ、０．４００＋／−０．０２５インチ、０．４５０＋／−０．０２５インチ、０．５００＋／−０．０２５インチ、０．５５０＋／−０．０２５インチ、０．６００＋／−０．０２５インチ、０．７００＋／−０．０２５インチ、０．７５０＋／−０．０２５インチ、０．８００＋／−０．０２５インチ、０．８５０＋／−０．０２５インチ、０．９００＋／−０．０２５インチ、０．９００＋／−０．０２５インチの均一な厚さを形成することができる。
【０１１５】
一般に、電子ビームを通して可能な限り急速に材料を運搬して、処理能力を最大にすることが好ましい。例えば材料は、少なくとも１フィート／分、例えば少なくとも２フィート／分、少なくとも３フィート／分、少なくとも４フィート／分、少なくとも５フィート／分、少なくとも１０フィート／分、少なくとも１５フィート／分、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０フィート／分の速度で運搬することができる。運搬速度は、例えばバイオマスの厚さ１／４インチでのビーム電流に関し、１００ｍＡでのコンベヤは、約２０フィート／分で移動して有用な照射線量を提供することができ、５０ｍＡでのコンベヤは、約１０フィート／分で移動して、ほぼ同じ照射線量を提供することができる。
【０１１６】
バイオマス材料が、放射線ゾーンを通って運搬された後、任意の処理後加工を実施することができる。任意の処理後加工は、例えば照射前加工に関して記載された工程であってもよい。例えばバイオマスを、ふるい分けても、加熱しても、冷却しても、そして／または添加剤と混和してもよい。照射後に特有なこととして、ラジカルのクエンチング、例えば流体もしくは気体（例えば、酸素、亜酸化窒素、アンモニア、液体）の添加、圧力、熱の利用、および／またはラジカルスカベンジャーの添加によるラジカルのクエンチングを行うことができる。例えばバイオマスを、囲い込まれたコンベヤの外部で運搬して、ガス（例えば、酸素）に暴露し、そこでクエンチしてカルボキシル化された基を形成することができる。一実施形態において、バイオマスは、反応性ガスまたは流体への照射の間に暴露される。照射されたバイオマスのクエンチングは、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第８，０８３，９０６号（Ｍｅｄｏｆｆ）に記載される。
【０１１７】
所望なら、照射に加えて１つ以上の機械的処理を利用して、炭水化物含有材料の難分解性をさらに低下させることができる。これらの工程は、照射の前、照射の間および／または照射後に適用することができる。
【０１１８】
幾つかの例において、機械的処理としては、受け取り時の原料の初期調製、例えば破砕、例えば切断、粉砕、せん断、微粉砕または打ち切りなどによる材料のサイズ減少を挙げることができる。例えば幾つかの例において、まとまりのない原料（例えば、リサイクル紙、デンプン質材料、またはスイッチグラス）は、せん断または細断により調製される。機械的処理は、炭水化物含有材料の嵩密度を低下させ、炭水化物含有材料の表面積を増加させ、そして／または炭水化物含有材料の１つ以上の寸法を減少させることができる。
【０１１９】
代わりまたは追加として、原料を、別の処理、例えば酸（ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４）、塩基（例えば、ＫＯＨおよびＮａＯＨ）、化学的酸化剤（例えば、過酸化物、塩素酸塩、オゾン）、照射、水蒸気爆発、熱分解、音波処理、酸化、化学的処理などの化学的処理で処理することができる。処理は、どのような順序でも、どのような連続でも、そしてそれらを組み合わせていてもよい。例えば原料は最初、１つ以上の処理方法、例えば酸加水分解（例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４の使用）を含みそれらと組み合わせた化学的処理、放射線、音波処理、酸化、熱分解または水蒸気爆発により物理的に処理し、その後、機械的に処理することができる。この連続は、他の処理、例えば照射または熱分解の１つ以上により処理される材料がより脆性の傾向があり、それゆえ機械的処理により材料の構造をさらに変化させることが容易となり得るため、有利となろう。別の例として、原料は、本明細書に記載されたコンベヤを用いて電離放射線を通って運搬され、その後、機械的に処理することができる。化学的処理は、リグニンの一部または全てを除去することができ（例えば、化学パルプ化）、材料を部分的または完全に加水分解することができる。該方法は、予め加水分解された材料で使用することもできる。該方法は、予め加水分解されていない材料で用いることもできる。該方法は、加水分解材料と、非加水分解材料、例えば約５０％以上の非加水分解材料、約６０％以上の非加水分解材料、約７０％以上の非加水分解材料、約８０％以上の非加水分解材料、または約９０％以上の非加水分解材料との混合物で用いることができる。
【０１２０】
加工の最初および／または後に実行され得るサイズ減少に加えて、機械的処理は、炭水化物含有材料を「切り開く」、「応力を加える」、破壊する、または破断して、物理的処理の間に材料のセルロースに分子鎖切断および／または結晶構造の崩壊を受け易くさせるのにも有利となり得る。
【０１２１】
炭水化物含有材料を機械的に処理する方法としては、例えば、ミリングまたは粉砕が挙げられる。ミリングは、例えばハンマーミル、ボールミル、コロイドミル、コニカルもしくはコーンミル、ディスクミル、エッジミル、ウィリーミル、グリストミルまたは他のミルが挙げられる。粉砕は、例えば切断／衝撃型グラインダーを用いて実施されてもよい。幾つかの模範的グラインダーとしては、石材用グラインダー、ピングラインダー、コーヒーグラインダーおよびバーグラインダーが挙げられる。粉砕またはミリングは、例えば、ピンミルの場合のように、往復運動ピンまたは他の要素により、提供されてもよい。他の機械的処理方法としては、機械的切り裂きまたは引き裂き、繊維に圧力を加える他の方法、および空気摩耗ミリングが挙げられる。適切な機械的処理は、これまで加工処理ステップにより開始された材料の内部構造の崩壊を継続する任意の他の技法をさらに含む。
【０１２２】
機械的供給調製系は、例えば、特定最大サイズ、特定の長さ対幅、または特定の表面積比などの特定の性質を有する流れを生じるよう構成することができる。物理的調製は、反応速度を上昇させ、コンベヤ上の材料の動きを改善し、材料の照射プロファイルを改善し、材料の放射線均一性を改善し、または材料を切開して、それらを工程および／もしくは試薬、例えば溶液中の試薬に接近し易くすることによって必要とされる加工時間を減少させることができる。
【０１２３】
原料の嵩密度は、制御（例えば、増大）することができる。幾つかの状況では、例えば材料を高密度化し（例えば高密度化は、別の場所に運搬するのを容易にかつ低コストにし得る）、その後、材料をより低い嵩密度状態に戻す（例えば、運搬後）ことにより、低嵩密度材料を調製することが望ましい。該材料は、例えば、約０．２ｇ／ｃｃ未満から約０．９ｇ／ｃｃを超えるまで（例えば、約０．３未満〜約０．５を超えるまで、約０．３未満〜約０．９ｇ／ｃｃを超えるまで、約０．５未満〜約０．９を超えるまで、約０．３未満〜約０．８ｇ／ｃｃを超えるまで、約０．２未満〜約０．５ｇ／ｃｃを超えるまで）に高密度化することができる。例えば材料は、開示全体が、参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第７，９３２，０６５号（Ｍｅｄｏｆｆ）および国際公開ＷＯ  ２００８／０７３１８６号（２００７年１０月２６日出願；英語で公開；米国を指定）に開示された方法および設備により高密度化され得る。高密度化材料は、本明細書に記載された方法のいずれかにより加工することができ、または本明細書に記載された方法のいずれかにより加工された任意の材料は、次に、高密度化することができる。
【０１２４】
幾つかの実施形態において、加工される材料は、繊維源をせん断することにより提供される繊維を含む繊維性材料の形態である。例えば、剪断は、回転式ナイフカッターで実施することができる。
【０１２５】
例えば、難分解性であるか、または難分解性レベルが低減された繊維源は、例えば回転式ナイフカッターで剪断されて、最初の繊維性材料を提供し得る。最初の繊維性材料は、例えば１．５９ｍｍ以下（１／１６インチ、０．０６２５インチ）の平均開口サイズを有する、第一のふるいに通されて、第二の繊維性材料を提供する。所望なら、繊維源は、例えばシュレッダーで、剪断前に切断することができる。例えば、紙が繊維源として用いられる場合、紙は最初、シュレッダー、例えばＭｕｎｓｏｎ（ニューヨーク州ユーティカ所在）製造のものなどの卓上回転式スクリューシュレッダーを用いて、例えば、１／４〜１／２インチ幅の細片に切断することができる。細断に代わるものとして、ギロチンカッターを用いて、所の望サイズに切断することにより、紙はサイズを減少することができる。例えば、ギロチンカッターは、紙を、例えば幅１０インチ、長さ１２インチの、シートに切断するために用いることができる。
【０１２６】
幾つかの実施形態において、繊維源の剪断、およびその結果生じる第一の繊維性材料の第一のふるいへの通過は、同時に実施される。剪断および通過は、バッチ式工程でも実施することができる。
【０１２７】
例えば、回転式ナイフカッターを用いて、同時に、繊維源を剪断して第一の繊維性材料をふるい分けすることができる。回転式ナイフカッターは、繊維源を細断することにより調製される細断繊維源を積載され得るホッパーを含む。
【０１２８】
幾つかの実行において、原料は、糖化および／または発酵の前に物理的に処理される。物理的処理工程は、本明細書中に記載された工程、例えば機械的処理、化学的処理、照射、音波処理、酸化、熱分解または水蒸気爆発のいずれかのうちの１つ以上を含むことができる。処理方法は、これらの技法のうちの２、３、４、または全ての組み合わせ（任意の順序）で用いることができる。１つより多い処理方法が用いられる場合、該方法は、同時に、または異なる時点で適用することができる。バイオマス原料の分子構造を変化させる他の工程も、単独で、または本明細書に開示された工程と組み合わせて用いることができる。
【０１２９】
用いられ得る機械的処理、ならびに機械的処理される炭水化物含有材料の性質は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１１年１０月１８日出願の米国特許出願公開第２０１２／０１００５７７  Ａ１号にさらに詳細に記載される。
【０１３０】
音波処理、熱分解、酸化、水蒸気爆発
所望により、炭水化物含有材料の難分解性を低下させる、またはさらに低下させるために、照射の代わりまたは追加として、１つ以上の音波処理、熱分解、酸化または水蒸気爆発工程を用いることができる。例えばこれらの工程は、照射の前、照射の間および／または照射後に適用することができる。これらの工程は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、Ｍｅｄｏｆｆの米国特許第７，９３２，０６５号に詳細に記載される。
【０１３１】
中間体および生成物
本明細書中に記載される工程を用いて、バイオマス材料を、１種以上の製品、例えばエネルギー、燃料、食物および材料に変換することができる。例えば、有機酸、有機酸の塩、酸無水物、有機酸のエステルおよび燃料、例えば内燃機関のための燃料または燃料電池のための原料の中間体および生成物を、製造することができる。即座に入手可能であるが、多くの場合、加工するのが困難になり得るセルロースおよび／またはリグノセルロース材料、例えば自治体廃棄物流れおよび廃棄紙流れ、例えば新聞、クラフト紙、段ボール紙またはこれらの混合物を含む流れを原料として用い得るシステムおよび工程が、本明細書に記載される。
【０１３２】
生成物の具体的例としては、水素、糖（例えば、グルコース、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、二糖、オリゴ糖および多糖）、アルコール（例えば、一価アルコールまたは二価アルコール、例えばエタノール、ｎ−プロパノール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノールまたはｎ−ブタノール）、水和または水性アルコール（例えば、１０％を超える、２０％、３０％、または４０を超える水を含有）、バイオディーゼル、有機酸、炭化水素（例えば、メタン、エタン、プロパン、イソブテン、ペンタン、ｎ−ヘキサン、バイオディーゼル、バイオガソリンおよびそれらの混合物）、共生成物（例えば、セルロース分解タンパク質（酵素）または単細胞タンパク質などのタンパク質）、ならびに任意の組み合わせまたは相対濃度での、ならびに場合により任意の添加剤（例えば、燃料添加剤）と組み合わせたこれらのいずれかの混合物が挙げられるが、これらに限らない。他の例としては、カルボン酸、カルボン酸塩、カルボン酸とカルボン酸塩とカルボン酸エステルとの混合物（例えば、メチル、エチルおよびｎ−プロピルエステル）、ケトン（例えば、アセトン）、アルデヒド（例えば、アセトアルデヒド）、αおよびβ不飽和酸（例えば、アクリル酸）およびオレフィン（例えば、エチレン）が挙げられる。その他のアルコールおよびアルコール誘導体としては、プロパノール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−プロパンジオール、糖アルコール  （例えば、エリトリトール、グリコール、グリセロール、ソルビトール、トレイトール、アラビトール、リビトール、マンニトール、ダルシトール、フシトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、ラクチトール、キシリトールおよびポリオール）、ならびにこれらのアルコールのいずれかのメチルまたはエチルエステルが挙げられる。その他の生成物としては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、Ｄ−乳酸、Ｌ−乳酸、ピルビン酸、ポリ乳酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、酒石酸、酪酸、コハク酸、吉草酸、カプロン酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、オレイン酸、リノール酸、グリコール酸、γ−ヒドロキシ酪酸、およびそれらの混合物、これらの酸のいずれかの塩、これらの酸およびその各塩のいずれかの混合物が挙げられる。
【０１３３】
上記生成物と互いとの任意の組み合わせ、および／または上記生成物と本明細書中に記載される工程もしくは他の方法で製造され得る他の生成物との任意の組み合わせは、一緒に包装され、製品として販売され得る。該生成物は、混和され、例えば混合、ブレンド、もしくは共溶解されてもよく、または単に一緒に包装もしくは販売され得る。
【０１３４】
本明細書中に記載された生成物または生成物の組合せのいずれかは、製品販売の前に、例えば精製もしくは単離後、または包装後でも、生成物（複数可）中に存在し得る１つ以上の潜在的に望ましくない混入物を中和するために、衛生化または滅菌され得る。そのような衛生化は、電子衝撃で、例えば約２０Ｍｒａｄ未満、例えば約０．１〜１５Ｍｒａｄ、約０．５〜７Ｍｒａｄ、または約１〜３Ｍｒａｄの線量で実行することができる。
【０１３５】
本明細書中に記載された工程は、プラント（コジェネレーション）の他の部分で用いられる、または公開市場で販売される水蒸気と電気を生成するのに有用となる様々な副産物流れを生成することができる。例えば、燃焼副産物流れから生成された水蒸気は、蒸留工程に用いることができる。別の例として、燃焼副産物流れから生成された電気は、前処理に用いられる電子ビーム発生機を作動するために用いることができる。
【０１３６】
水蒸気および電気を生成するために用いられる副産物は、工程全体を通して複数の供給源から得られる。例えば廃水の嫌気性消化は、メタンが高濃度のバイオガスと、少量の廃棄物バイオマス（スラッジ）を生じ得る。別の例として、糖化後および／または蒸留後固体（例えば、前処理および一次工程後に残存する未変換のリグニン、セルロースおよびヘミセルロース）が用いること、例えば燃料として燃焼することができる。
【０１３７】
食品および医薬品をはじめとする他の中間体および生成物は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１０年５月２０日公開のＭｅｄｏｆｆへの米国特許出願公開第２０１０／０１２４５８３  Ａ１号に記載される。
【０１３８】
リグニン由来生成物
記載された方法によるリグノセルロース加工からの使用済みバイオマス（例えば、使用済みリグノセルロース材料）は、高いリグニン量を有することが期待され、コジェネレーションプラントでの燃焼を通したエネルギー生成に有用であることに加え、他の貴重な生成物としての用途を有し得る。例えばリグニンは、プラスチックとして入手されたまま使用することができ、または合成により他のプラスチックに格上げすることもできる。幾つかの例において、それは結合剤、分散剤、乳化剤もしくは金属イオン封鎖剤として用いられ得るリグのスルホナートに変換することができる。
【０１３９】
結合剤として用いられる場合、リグニンまたはリグノスルホナートは、例えば練炭中で、セラミック中で、カーボンブラックを結合させるために、肥料と除草剤を結合させるため、粉塵抑制剤として、合板およびパーティクルボードを作製する際、動物飼料を結合させるため、ファイバーガラスの結合剤として、リノリウムペースト中の結合剤として、そして土壌安定化剤として、用いることができる。
【０１４０】
分散剤として用いられる場合、リグニンまたはリグのスルホナートは、例えばコンクリートミックス、粘土およびセラミック、染料および顔料、革のなめしおよび石膏ボードで用いることができる。
【０１４１】
乳化剤として用いられる場合、リグニンまたはリグノスルホナートは、例えばアスファルト、顔料および染料、殺虫剤、ならびにワックスエマルジョン中で用いることができる。
【０１４２】
金属イオン封鎖剤として、リグニンまたはリグノスルホナートは、例えば微量栄養素系、洗浄化合物および水処理システム中で、例えばボイラおよび冷却システムに用いることができる。
【０１４３】
エネルギー生成の場合、リグニンは一般に、ホモセルロース（セルロールおよびヘミセルロース）よりも多くの炭素を含むため、ホロセルロースよりも高いエネルギー量を有する。例えば乾性リグニンは、ホロセルロースの７，０００、８，０００ＢＴＵ／ポンドに比較して、約１１，０００〜１２，５００ＢＴＵ／ポンドのエネルギー量を有することができる。そのためリグニンは、高密度化して燃焼用のブリケットおよびペレットに変換することができる。例えばリグニンは、本明細書に記載された任意の方法によりペレットに変換することができる。より緩やかに燃焼するペレットまたはブリケットの場合、約０．５Ｍｒａｄ〜５Ｍｒａｄの放射線量をあてるなどで、リグニンを架橋させることができる。架橋は、緩やかな燃焼のフォームファクターを作ることができる。ペレットまたはブリケットなどのフォームファクターは、例えば４００〜９５０℃で、空気の存在下で熱分解することにより「合成の炭」または木炭に変換することができる。熱分解の前に、リグニンを架橋して、構造完全性を維持することが望ましくなり得る。
【０１４４】
糖化
原料を即座に加工され得る形態に変換するために、原料中のグルカン−またはキシラン−含有セルロースを、糖化剤、例えば酵素または酸により、低分子量炭水化物、例えば糖に加水分解することができる（糖化と称される工程）。その後、低分子量炭水化物を、例えば既存の製造プラントにおいて、例えば単細胞タンパク質プラント、酵素製造プラント、または燃料プラント、例えばエタノール製造施設において、用いることができる。
【０１４５】
原料は、酵素を用いて、例えば溶媒中で、例えば水溶液中で、材料および酵素を混和することにより、加水分解することができる。
【０１４６】
あるいは、バイオマス、例えばバイオマスのセルロースおよび／またはリグニン部分を分解し、様々なセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナーゼまたは様々な小分子バイオマス分解代謝産物を含有または製造する生物体により供給することができる。これらの酵素は、結晶セルロースまたはバイオマスのリグニン部分を分解するために相乗的に作用する酵素の複合体であり得る。セルロース分解酵素の例としては、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼおよびセロビアーゼ（β−グルコシダーゼ）が挙げられる。
【０１４７】
糖化の間に、セルロース基質は最初、任意の位置でエンドグルカナーゼにより加水分解されて、オリゴマー中間体を生成し得る。これらの中間体は、その場合、セルロースポリマーの末端からセロビオースを生成するためのセロビオヒドロラーゼのような外分割グルカナーゼのための基質である。セロビオースは、グルコースの水溶性１，４−結合二量体である。最後に、セロビアーゼは、セロビオースを切断して、グルコースを生成する。この工程の効率（例えば、加水分解するための時間および／または加水分解の完全性）は、セルロース材料の難分解性に依存する。
【０１４８】
それゆえ処理されたバイオマス材料は、一般的に、該材料およびセルラーゼ酵素を流動媒体、例えば水溶液中で混和することにより、糖化することができる。幾つかの例において、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１２年４月２６日公開のＭｅｄｏｆｆおよびＭａｓｔｅｒｍａｎへの米国特許出願公開第２０１２／０１００５７７  Ａ１号に記載される通り、材料は、糖化の前に高温水中で沸騰、浸漬、または蒸解される。
【０１４９】
糖化工程は、製造プラントにおいてタンク（例えば、少なくとも４０００、４０，０００または５００，０００Ｌの容積を有するタンク）中で部分的もしくは完全に実施することができ、そして／または輸送中に、例えば鉄道車輛、タンカートラック、スーパータンカーもしくは船の船倉において、部分的もしくは完全に実施することができる。完全糖化に要する時間は、工程条件、ならびに用いられる炭水化物含有材料および酵素に依存する。糖化が、制御された条件下で製造プラントにおいて実施される場合、セルロースは、約１２〜９６時間で、実質的に完全に、糖、例えばグルコースに変換され得る。糖化が、輸送中に部分的または完全に実施される場合、糖化は、より長い時間を要し得る。
【０１５０】
例えば開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、ＷＯ  ２０１０／１３５３８０号として英語で公開され米国を指定した、２０１０年５月１８日出願の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３５３３１号に記載されたようなジェットミキシングを用いて、糖化中にタンク内容物が混合されるのが、一般的に好ましい。
【０１５１】
界面活性剤の添加により、糖化の速度を増強することができる。界面活性剤の例としては、非イオン性界面活性剤、例えばＴｗｅｅｎ（登録商標）２０またはＴｗｅｅｎ（登録商標）８０ポリエチレングリコール界面活性剤、イオン性界面活性剤、または両性イオン性界面活性剤が挙げられる。
【０１５２】
糖化により生じる糖溶液の濃度が相対的に高いこと、例えば４０重量％を超える、または５０重量％を超える、６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％または９５重量％を超えることが、一般的に好ましい。水は、例えば蒸発により除去されて、糖溶液の濃度を増大し得る。これは、出荷される容量を減少させ、溶液中での微生物増殖も阻害する。
【０１５３】
あるいは低濃度の糖溶液が用いられてもよく、この場合、抗菌性添加剤、例えば広域抗生物質を、低濃度で、例えば５０〜１５０ｐｐｍで添加することが望ましくなり得る。他の適切な抗生物質としては、アンフォテリシンＢ、アンピシリン、クロラムフェニコール、シプロフロキサシン、ゲンタマイシン、ヒグロマイシンＢ、カナマイシン、ネオマイシン、ペニシリン、プロマイシン、ストレプトマイシンが挙げられる。抗生物質は、運搬および貯蔵中の微生物の増殖を阻害し、適切な濃度で、例えば１５〜１０００重量ｐｐｍ、例えば２５〜５００ｐｐｍ、または５０〜１５０ｐｐｍで用いることができる。糖濃度が相対的に高い場合でも、所望なら、抗生物質を含ませることができる。あるいは、防腐特性を有する抗菌性の他の添加物が、用いられてもよい。好ましくは、抗菌性添加剤（複数可）は、食品等級である。
【０１５４】
酵素を有する炭水化物含有材料に添加される水の量を限定することにより、相対的に高濃度の溶液が得られる。例えば糖化が起こる程度を制御することにより、濃度を制御することができる。例えば、濃度は、溶液により多くの炭水化物含有材料を添加することにより、増大され得る。溶液中で生成されている糖を保持するために、界面活性剤、例えば先に議論された界面活性剤の１種を添加することができる。溶液の温度を上昇させることにより、溶解度も増大することができる。例えば、溶液は、４０〜５０℃、６０〜８０℃、またはそれを超える温度を保持することができる。
【０１５５】
糖化剤
適切なセルロース分解酵素としては、バシラス属、ヒトヨタケ属、ミセリオフィトラ属、セファロスポリウム属、シタリジウム属、ペニシリウム属、アスペルギルス属、シュードモナス属、フミコラ属、フザリウム属、チエラビア属、アクレモニウム属、クリソスポリウム属およびトリコデルマ属の菌株由来のセルラーゼが挙げられ、特にアスペルギルス種（例えば、欧州特許公開第０４５８１６２号参照）、フミコラ・インソレンス（シタリジウム・テルモフィルムとして再分類；例えば、米国特許第４，４３５，３０７号参照）、コプリヌス・シエレウス、フザリウム・オキシスポルム、ミセリオフィトラ・テルモフィラ、メリピルス・ギガンテウス、チエラビア・テレストリス、アクレモニウム種（例えば非限定的に、Ａ．ペルシシヌム、Ａ．アクレモニウム、Ａ．ブラキペニウム、Ａ．ジクロモスポルム、Ａ．オブクラバツム、Ａ．ピンケルトニエ、Ａ．ロゼオグリセウム、Ａ．インコロラツムおよびＡ．フラツムなど）の種から選択される菌株により産生されるものが挙げられる。好ましい菌株としては、フミコラ・インソレンス  ＤＳＭ１８００、フザリウム・オキシスポルム  ＤＳＭ２６７２、ミセリオフィトラ・テルモフィラ  ＣＢＳ１１７．６５、セファロスポリウム種  ＲＹＭ−２０２、アクレモニウム種  ＣＢＳ４７８．９４、アクレモニウム種  ＣＢＳ２６５．９５、アクレモニウム・ペルシシヌム  ＣＢＳ１６９．６５、アクレモニウム・アクレモニウム  ＡＨＵ９５１９、セファロスポリウム種  ＣＢＳ５３５．７１、アクレモニウム・ブラキペニウム  ＣＢＳ８６６．７３、アクレモニウム・ジクロモスポルム  ＣＢＳ６８３．７３、アクレモニウム・オブクラバツム  ＣＢＳ３１１．７４、アクレモニウム・ピンケルトニエ  ＣＢＳ１５７．７０、アクレモニウム・ロゼオグリセウム  ＣＢＳ１３４．５６、アクレモニウム・インコロラツム  ＣＢＳ１４６．６２、およびアクレモニウム・フラツム  ＣＢＳ２９９．７０Ｈが挙げられる。セルロース分解酵素は、クリソスポリウム属、好ましくはクリソスポリウム・ルクノウエンスの菌株から得ることもできる。用いられ得る更なる菌株としては、トリコデルマ属（特に、Ｔ．ビリデ、Ｔ．リーセイおよびＴ．コニンギー）、好アルカリ性バシラス属（例えば米国特許第３，８４４，８９０号および欧州特許公開第０４５８１６２号参照）、およびストレプトミセス属（例えば、欧州特許公開第０４５８１６２号参照）が挙げられるが、これらに限らない。
【０１５６】
酵素に加えて、またはそれと併せて、酸、塩基および他の化学物質（例えば、酸化剤）を、リグノセルロース材料およびセルロース材料を糖化するのに用いることができる。これらは、任意の組み合わせまたは順番（例えば、酵素の添加前、添加後および／または添加中）で用いることができる。例えば強い鉱酸（例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４）および強塩基（例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ）を用いることができる。
【０１５７】
糖
本明細書に記載された工程において、例えば糖化後に、糖（例えば、グルコースおよびキシロース）を単離することができる。例えば糖は、沈降、結晶化、クロマトグラフィー（例えば、本明細書中に記載されるような擬似移動床クロマトグラフィー、高圧クロマトグラフィー）、遠心分離、抽出、当該技術分野で公知の任意の他の単離方法、およびそれらの組み合わせにより単離することができる。
【０１５８】
水素添加および他の化学転換
本明細書に記載された工程は、水素添加を含み得る。例えば、グルコースおよびキシロースは、それぞれソルビトールおよびキシリトールに水素添加され得る。水素添加は、高圧（例えば、１０〜１２０００ｐｓｉ）下で、Ｈ２と併用で触媒（例えば、Ｐｔ／γ−Ａｌ２Ｏ３、Ｒｕ／Ｃ、ラネーニッケル、または当該技術分野で公知の他の触媒）の使用により遂行され得る。本明細書に記載された工程から得られた生成物の化学転換の他のタイプ、例えば有機糖由来生成物（例えば、フルフラルおよびフルフラル由来生成物）の生成を、利用することができる。糖由来生成物の化学転換は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１３年７月３日出願の米国特許出願第１３／９３４，７０４号に記載される。
【０１５９】
発酵
例えば酵母およびザイモモナス菌は、糖（複数可）からアルコール（複数可）への発酵または変換に用いることができる。他の微生物は、以下に議論される。発酵の至適ｐＨは、約ｐＨ４〜７である。例えば、酵母の至適ｐＨは、約ｐＨ４〜５であるが、ザイモモナス属の至適ｐＨは、約５〜６である。典型的な発酵時間は、約２４〜１６８時間（例えば２４〜９６時間）で、温度は２０℃〜４０℃（例えば、２６℃〜４０℃）の範囲内であるが、好熱性微生物では、より高温が好ましい。
【０１６０】
幾つかの実施形態において、例えば嫌気性生物が、用いられる場合、発酵の少なくとも一部は、酸素の非存在下、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ２またはそれらの混合物などの不活性ガスで覆われて、実行される。加えて混合物は、発酵の一部または全ての間、タンクを通して流れる不活性ガスの一定したパージを有し得る。幾つかの例において、嫌気性条件が、発酵中の二酸化炭素生成により達成または保持され、更なる不活性ガスは必要とならない。
【０１６１】
幾つかの実施形態において、発酵工程の全てまたは一部を、低分子量の糖が完全に生成物（例えば、エタノール）に変換される前に、遮断することができる。中間発酵生成物としては、高濃度の糖および炭水化物が挙げられる。糖および炭水化物は、当該技術分野で公知の任意手段により単離され得る。これらの中間発酵生成物は、ヒトまたは動物消費のための食物の調製に用いることができる。追加または代わりとして、中間発酵生成物は、ステンレス鋼の実験用ミルで微粒子径に粉砕されて、小麦粉様物質を生成することができる。ジェットミキシングを、発酵中に用いることができ、幾つかの例において、糖化および発酵は、同一タンク中で実施される。
【０１６２】
微生物のための栄養素は、糖化および／または発酵中に添加され、例えば食物ベースの栄養素パッケージは、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１１年７月１５日出願の米国特許出願公開第２０１２／００５２５３６号に記載される。
【０１６３】
「発酵」は、内容が全体として参照により本明細書に組み入れられる、２０１３年６月２７日公開のＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１０９３号、２０１２年６月２７日公開のＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１９０７号、および２０１２年６月２７日公開のＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７１０８３号に開示される。
【０１６４】
内容が全体として参照により本明細書に組み入れられる、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７４０２８号（２００７年７月２０日出願；ＷＯ２００８／０１１５９８として英語で公開され、米国を指定）に記載されているように、可動性発酵槽を利用することができる。同様に、糖化設備は、可動性であってもよい。さらに、糖化および／または発酵は、輸送中に、一部または完全に実施されてもよい。
【０１６５】
発酵剤
発酵に用いられる微生物（複数可）は、天然由来微生物および／または遺伝子操作された微生物であってもよい。例えば微生物は、細菌（例えば非限定的に、セルロース分解性細菌など）、真菌（例えば非限定的に、酵母など）、植物、原生生物、例えば原生動物または真菌様原生生物（例えば非限定的に、粘菌など）、または藻類であってもよい。生物体が適合性である場合、生物体の混合物を利用することができる。
【０１６６】
適切な発酵微生物は、炭水化物、例えばグルコース、フルクトース、キシロース、アラビノース、マンノース、ガラクトース、オリゴ糖または多糖を発酵生成物に変換する能力を有する。発酵微生物としては、サッカロミセス種（例えば非限定的に、Ｓ．セレビシエ（パン酵母）、Ｓ．ディスタチクス、Ｓ．ウバルムなど）、クルイベロミセス属（例えば非限定的に、Ｋ．マルキシアヌス、Ｋ．フラギリスなど）、カンジダ属（例えば非限定的に、Ｃ．シュードトロピカリスおよびＣ．ブラッシケ）、ピキア・スチピチス（カンジダ・シェハテの共通系統）、クラビスポラ属（例えば非限定的に、Ｃ．ルシタニエおよびＣ．オプンチエなど）、パチソレン属（例えば非限定的に、Ｐ．タンノフィルスなど）、ブレタンノミセス属（例えば非限定的に、Ｂ．クラウセニイ（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，  Ｇ．  Ｐ．，  １９９６，  Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｉｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｎ  Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ：  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，  Ｗｙｍａｎ，  Ｃ．Ｅ．，  ｅｄ．，  Ｔａｙｌｏｒ  ＆  Ｆｒａｎｃｉｓ，  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  ＤＣ，  １７９‐２１２）など）の菌株が挙げられる。その他の適切な微生物としては、例えば、ザイモモナス・モビリス、クロストリジウム種（例えば非限定的に、Ｃ．テルモセルム（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ，  １９９６，上記）、Ｃ．サッカロブチラセトニクム、Ｃ．チロブチリクム、Ｃ．サッカロブチリクム、Ｃ．プニセウム、Ｃ．ベイジェルンキイおよびＣ．アセトブチリクム）、モニリエラ種（例えば非限定的に、Ｍ．ポリニス、Ｍ．トメントサ、Ｍ．マディダ、Ｍ．ニグレッセンス、Ｍ．エドセファリ（Ｍ．ｏｅｄｏｃｅｐｈａｌｉ）、Ｍ．メガチリエンシス）、ヤロウィア・リポリチカ、アウレオバシジウム種、トリコスポロノイデス種、トリゴノプシス・バリアビリス、トリコスポロン種、モニリエラアセトアブタンス種、チフラ・バリアビリス、カンジダ・マグノリエ、ウスチラギノミセテス種、シュードザイマ・ツクバエンシス、ジゴサッカロミセス属の酵母種、デバリオマイセス属、ハンセヌラ属およびピチカ属、ならびにトルラ属の黒色真菌（例えば、Ｔ．コラリナ）などが挙げられる。
【０１６７】
更なる微生物としては、ラクトバチルスの群が挙げられる。例としては、ラクトバチルス・カゼイ、ラクトバチルス・ラムノサス、ラクトバチルス・デルブルエキイ、ラクトバチルス・プランタルム、ラクトバチルス・コリニフォルミス、例えばラクトバチルス・コリニフォルミス亜種トルケンス、ラクトバチルス・ペントサス、ラクトバチルス・ブレビスが挙げられる。他の微生物としては、ペディオコッカス・ペントサセウス（Ｐｅｄｉｏｃｏｃｕｓ  ｐｅｎｏｓａｃｅｕｓ）、リゾプス・オリゼが挙げられる。
【０１６８】
多くのそのような微生物菌株は、商業的に、または寄託機関、幾つか挙げるとＡＴＣＣ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ、  米国バージニア州マナサス所在）、ＮＲＲＬ（Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，  Ｐｅｏｒｉａ、米国イリノイ州ピオリア所在）またはＤＳＭＺ（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ  Ｓａｍｍｌｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ  ｕｎｄ  Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ  ＧｍｂＨ、ドイツ  ブラウンシュバイク所在）などを通して、公的に入手可能である。
【０１６９】
市販の酵母としては、例えばＲｅｄ  Ｓｔａｒ（登録商標）／Ｌｅｓａｆｆｒｅ  Ｅｔｈａｎｏｌ  Ｒｅｄ（米国のＲｅｄ  Ｓｔａｒ／ＬｅｓａｆｆｒｅＡから入手可能）、ＦＡＬＩ（登録商標）（米国のＢｕｒｎｓ  Ｐｈｉｌｉｐ  Ｆｏｏｄ  Ｉｎｃ．，のＦｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ’ｓ  Ｙｅａｓｔ，  ａ  ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能）、ＳＵＰＥＲＳＴＡＲＴ（登録商標）（Ａｌｌｔｅｃｈ、現在のＬａｌｅｍａｎｄから入手可能）、ＧＥＲＴ  ＳＴＲＡＮＤ（登録商標）（スウェーデンのＧｅｒｔ  Ｓｔｒａｎｄ  ＡＢから入手可能）およびＦＥＲＭＯＬ（登録商標）（ＤＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能）が挙げられる。
【０１７０】
蒸留
発酵後、得られた流体は、例えば「ビールカラム」を用いて蒸留されて、大部分の水および残留固体からエタノールおよび他のアルコールを分離し得る。ビールカラムを出る蒸気は、例えば３５重量％エタノールであり、精留塔に供給することができる。精留塔からのほぼ共沸混合性（９２．５％）のエタノールおよび水の混合物は、蒸気相分子ふるいを用いて、純（９９．５％）エタノールに精製することができる。ビールカラム底は、三重効用蒸発器の第一効用に送出することができる。精留塔還流冷却器は、この第一効用のために熱を提供することができる。第一効用後、固体は、遠心分離器を用いて分離して、回転式乾燥機で乾燥することができる。遠心分離流出液の一部（２５％）は、発酵に再循環され、残りは第二および第三蒸発器効用に送出することができる。蒸発器凝縮物のほとんどが、かなり透明な凝縮物として該工程に戻され、小部分が、廃水処理に分けられて、低沸点化合物の蓄積を防止することができる。
【０１７１】
炭化水素含有材料
本明細書に記載された方法およびシステムを使用する他の実施形態において、例えばバイオマスと混合された、炭化水素含有材料を加工することができる。本明細書に記載された工程のいずれかは、本明細書に記載された任意の炭化水素含有材料を処理するのに用いることができる。本明細書で用いられる「炭化水素含有材料」は、油砂、油頁岩、タールサンド、粉炭、石炭スラリー、ビチューメン、様々なタイプの石炭、ならびに炭化水素成分および固形分の両方を含む他の天然由来および合成材料を含むことを意味する。固形分としては、岩、砂、粘土、石、沈泥、掘削スラリー、または他の固体有機物および／もしくは無機物を挙げることができる。その用語は、掘削廃棄物および副産物などの廃棄生成物、精錬された廃棄物および副産物、または炭化水素成分を含む他の廃棄生成物、例えばアスファルトシングルおよび被覆、アスファルト舗装なども包含し得る。
【０１７２】
運搬システム
様々な運搬システムを用いて、バイオマス材料を、例えば上記で議論された通り保管庫へ、そして保管庫内の電子ビームの下に運搬することができる。模範的コンベヤは、ベルトコンベヤ、空気式コンベヤ、スクリューコンベヤ、カート、列車、線路上の列車またはカート、エレベータ、フロントローダ、バックホー、クレーン、様々なスクレーパおよびショベル、トラック、ならびに投入デバイスを用いることができる。例えば振動コンベヤは、本明細書に記載された様々な工程で用いることができる。振動コンベヤは、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１３年１０月１０日出願のＰＣＴ／ＵＳ２０１３／６４２８９号に記載される。
【０１７３】
振動コンベヤは、材料を広げて、コンベヤトラフの表面で均一な層を生成するのに、特に有用である。例えば最初の原料は、少なくとも４フィートの高さ（例えば、少なくとも約３フィート、少なくとも約２フィート、少なくとも約１フィート、少なくとも約６インチ、少なくとも約５インチ、少なくとも約４インチ、少なくとも約３インチ、少なくとも約２インチ、少なくとも約１インチ、少なくとも約１／２インチ）およびコンベヤの幅よりも小さい全長（例えば、約１０％未満、約２０％未満、約３０％未満、約４０％未満、約５０％未満、約６０％未満、約７０％未満、約８０％未満、約９０％未満、約９５％未満、約９９％未満）になり得る材料の堆積を形成することができる。振動コンベヤは、材料を、好ましくは先に議論された通り、コンベヤトラフの幅全体にかけ、均一な厚さを有するように、広げることができる。幾つかの例において、更なる展延方法が、有用になり得る。例えば散布スプレッダ、滴下スプレッダ（例えば、ＣＨＲＩＳＴＹ  ＳＰＲＥＡＤＥＲ（商標））またはそれらの組み合わせなどのスプレッダを用いて、広い面積に原料を滴下すること（例えば、配置すること、注入すること、ばらまくこと、および／または振りかけること）ができる。場合によりスプレッダは、振動コンベヤ上に広いシャワーまたはカーテンとしてバイオマスを送達することができる。さらに、第一のコンベヤ（例えば、第一のコンベヤは原料の照射において用いられる）から上流の第二のコンベヤが、第一のコンベヤ上にバイオマスを滴下することができ、そこで第二のコンベヤが、第一のコンベヤよりも小さい、運搬方向に対して横方向の幅を有し得る。特に第二のコンベヤが、振動コンベヤである場合、原料は、第二のコンベヤおよび第一のコンベヤの活動により広げられる。幾つかの選択的実施形態において、第二のコンベヤは、斜め方向に切断された端部から吐出されるようになっており（例えば、４：１比で斜めに切断）、材料が広いカーテンとして（例えば、第二のコンベヤの幅よりも広い）第一のコンベヤに滴下することができる。スプレッダ（例えば、散布スプレッダ、滴下スプレッダ、コンベヤ、またはクロスカット振動コンベヤ）によるバイオマスの最初の滴下エリアは、第一の振動コンベヤの幅全体に広がり得るか、またはこの幅の一部に広がり得る。材料は、コンベヤに滴下されると、コンベヤの振動により、さらに均一に広げられて、好ましくはコンベヤの幅全体が、バイオマスの均一層で覆われるようになる。幾つかの実施形態において、スプレッダの組み合わせを使用することができる。原料を広げる幾つかの方法は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２００２年７月２３日に出願され２００６年１２月２６日に公開された米国特許第７，１５３，５３３号に記載される。
【０１７４】
一般に、電子ビームを通って可能な限り急速に材料を運搬し、処理能力を最大にすることが好ましい。例えば材料は、少なくとも１フィート／分、例えば少なくとも２フィート／分、少なくとも３フィート／分、少なくとも４フィート／分、少なくとも５フィート／分、少なくとも１０フィート／分、少なくとも１５フィート／分、少なくとも２０フィート／分、少なくとも２５フィート／分、少なくとも３０フィート／分、少なくとも４０フィート／分、少なくとも５０フィート／分、少なくとも６０フィート／分、少なくとも７０フィート／分、少なくとも８０フィート／分、少なくとも９０フィート／分の速度で運搬することができる。運搬の速度は、ビーム電流および目的となる照射線量に関係し、例えば、５．５フィート幅のコンベヤに１／４インチ厚のバイオマスを１００ｍＡで広げる場合、コンベヤは、約２０フィート／分で移動して、有用な照射線量を提供することができ（例えば、１パスで約１０Ｍｒａｄ）、５０ｍＡでは、コンベヤは、約１０フィート／分で移動して、ほぼ同じ照射線量を提供することができる。
【０１７５】
材料を運搬し得る速度は、運搬される材料の形状および重量、ならびに所望の処理に依存する。材料、例えば粒子材料を流す場合、振動コンベヤでの運搬には特に実行し易い。運搬速度は、例えば少なくとも１００ポンド／時間（例えば、少なくとも５００ポンド／時間、少なくとも１０００ポンド／時間、少なくとも２０００ポンド／時間、少なくとも３０００ポンド／時間、少なくとも４０００ポンド／時間、少なくとも５０００ポンド／時間、少なくとも１００００ポンド／時間、少なくとも１５０００ポンド／時間、または少なくとも２５０００ポンド／時間）になり得る。幾つかの典型的な運搬速度は、約１０００〜１０，０００ポンド／時間（例えば、約１０００〜８，０００ポンド／時間、約２０００〜７，０００ポンド／時間、約２０００〜６，０００ポンド／時間、約２０００〜５，０００ポンド／時間、約２０００〜４，５００ポンド／時間、約１５００〜５，０００ポンド／時間、約３０００〜７，０００ポンド／時間、約３０００〜６，０００ポンド／時間、約４０００〜６，０００ポンド／時間および約４０００〜５，０００ポンド／時間）になり得る。典型的な運搬速度は、材料の密度に依存する。例えば密度約３５ポンド／フィート３および運搬速度約５０００ポンド／時間のバイオマスの場合、材料は、約１４３フィート３／時間の速度で運搬され、材料が１／４インチ厚で、５．５フィート幅のトラフに入れられる場合、材料は約１２５０フィート／時間（約２１フィート／分）の速度で運搬される。それゆえ材料を運搬する速度は、大きく変動し得る。好ましくは例えば１／４インチ厚のバイオマスは、約５〜１００フィート／分（例えば、約５〜１００フィート／分、約６〜１００フィート／分、約７〜１００フィート／分、約８〜１００フィート／分、約９〜１００フィート／分、約１０〜１００フィート／分、約１１〜１００フィート／分、約１２〜１００フィート／分、約１３〜１００フィート／分、約１４〜１００フィート／分、約１５〜１００フィート／分、約２０〜１００フィート／分、約３０〜１００フィート／分、約４０〜１００フィート／分、約２〜６０フィート／分、約３〜６０フィート／分、約５〜６０フィート／分、約６〜６０フィート／分、約７〜６０フィート／分、約８〜６０フィート／分、約９〜６０フィート／分、約１０〜６０フィート／分、約１５〜６０フィート／分、約２０〜６０フィート／分、約３０〜６０フィート／分、約４０〜６０フィート／分、約２〜５０フィート／分、約３〜５０フィート／分、約５〜５０フィート／分、約６〜５０フィート／分、約７〜５０フィート／分、約８〜５０フィート／分、約９〜５０フィート／分、約１０〜５０フィート／分、約１５〜５０フィート／分、約２０〜５０フィート／分、約３０〜５０フィート／分、約４０〜５０フィート／分）の速度で運搬される。例えば電子ビーム（例えば、シャワー、照射野）の下を通過する時に材料の一定した照射の維持を支援するために、材料が一定速度で運搬されることが好ましい。
【０１７６】
記載された振動コンベヤは、材料をふるい分けて選別するためのふるいを含むことができる。トラフの側面または底部の開口部を、例えばサイズまたは形状により、特定材料を選別、選択または除去するために用いることができる。幾つかのコンベヤは、支持構造への動的力を低減するために、釣合い重りを有する。幾つかの振動コンベヤは、螺旋エレベータとして構成され、表面のあたりで湾曲するように設計され、そして／または１つのコンベヤから他方のコンベヤに材料を滴下するように（例えば、段階的、カスケードまたは一連の段もしくは階段として）設計されている。材料を運搬することに加えて、コンベヤは、ふるい分け、分離、選別、分類、分配、サイズわけ、検閲、抜き取り、金属除去、凍結、ブレンド、混合、配列、加熱、蒸解、乾燥、脱水、浄化、洗浄、濾過、クエンチング、コーティング、除塵、および／または供給のために単独で、または他の設備もしくはシステムと連結させて、使用することができる。コンベヤは、カバー（例えば、防塵カバー）、側部吐出ゲート、底部吐出ゲート、特別なライナー（例えば、抗粘着性、ステンレス鋼、ゴム、特注のスチール、および／または溝付き）、分離したトラフ、クエンチプール、ふるい、穿孔プレート、検出器（例えば、金属検出器）、高温設計、食品等級の設計、ヒータ、乾燥機および／または冷却器を含むこともできる。加えてトラフは、様々な形状、例えば平坦な底部、Ｖ字形の底部、最上部のフランジ、湾曲した底部、いずれかの方向に隆起のある平板、管状、半円型、覆い付き、またはこれらのいずれかの組み合わせであってもよい。特に該コンベヤは、照射システムおよび／または設備と連結することができる。
【０１７７】
コンベヤ（例えば、振動コンベヤ）は、耐腐食性材料で作製することができる。コンベヤは、ステンレス鋼（例えば、３０４、３１６ステンレス鋼、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）合金およびＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）合金）を含む構造材料を使用することができる。例えばＨｙｎｅｓ（米国インディアナ州コーコモー所在）のＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）耐腐食性合金、例えばＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｂ−３（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）ＨＹＢＲＩＤ−ＢＣ１（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−４合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−２２（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−２２ＨＳ（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−２７６合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｃ−２０００（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｇ−３０（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｇ−３５（登録商標）合金、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｎ合金およびＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）ＵＬＴＩＭＥＴ（登録商標）合金。
【０１７８】
振動コンベヤは、非粘着性の剥離コーティング、例えばＴＵＦＦＬＯＮ（商標）（Ｄｕｐｏｎｔ、米国デラウエア所在）を含むことができる。振動コンベヤは、耐腐食性コーティングを含むこともできる。例えば、Ｍｅｔａｌ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｃｏｒｐ（米国テキサス州ヒューストン所在）から供給され得るコーティングなど、例えばフルオロポリマーＸＹＬＡＮ（登録商標）、二硫化モリブデン、エポキシフェノール、リン酸第一鉄金属コーティング、エポキシ用のポリウレタン高光沢トップコート、無機亜鉛、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＰＳ／ＲＹＴＯＮ（登録商標）、フッ素化エチレンプロピレン、ＰＶＤＦ／ＤＹＫＯＲ（登録商標）、ＥＣＴＦＥ／ＨＡＬＡＲ（登録商標）およびセラミックエポキシコーティング。コーティングは、プロセスガス（例えば、オゾン）、化学腐食、点食、焼き付き腐食および酸化への耐性を改善することができる。
【０１７９】
場合により、本明細書に記載された運搬システムに加えて、１つ以上の他の運搬システムが取り囲まれていてもよい。囲みを利用する場合、取り囲まれた運搬システムは、酸素レベルの低い大気中に保持されるように、不活性ガスでパージさせることもできる。酸素レベルを低く保つことで、幾つかの例において反応性および毒性により望ましくない、オゾンの形成が回避される。例えば酸素は、約２０％未満（例えば、約１０％未満、約１％未満、約０．１％未満、約０．０１％未満または約０．００１％未満の酸素）になり得る。パージは、非限定的に窒素、アルゴン、ヘリウムまたは二酸化炭素などの不活性ガスを用いて実施することができる。これは、液体供給源（例えば、液体窒素またはヘリウム）の蒸発により供給すること、そのものの位置で空気から発生もしくは分離すること、またはタンクから供給することができる。不活性ガスは、再循環することができ、任意の残留酸素を、銅触媒床などの触媒を用いて除去することができる。あるいはパージと、再循環と、酸素除去の組み合わせを、酸素レベルを低く保つために実施することができる。
【０１８０】
取り囲まれたコンベヤは、バイオマスと反応し得る反応性ガスでパージすることもできる。これは、照射工程の前、照射工程中または照射工程後に実施することができる。反応性ガスは、亜酸化窒素、アンモニア、酸素、オゾン、炭化水素、芳香族化合物、アミド、過酸化物、アジド、ハロゲン化物、オキシハロゲン化物、リン化物、ホスフィン、アルシン、スルフィド、チオール、ボラン、および／または水素化物であってもよいが、これらに限らない。反応性ガスは、例えば照射（例えば、電子ビーム、ＵＶ照射、マイクロ波照射、加熱、ＩＲ線）により、囲みの中で活性化させて、反応性ガスをバイオマスと反応させることができる。バイオマスそのものは、例えば照射により、活性化することができる。好ましくはバイオマスは、電子ビームにより活性化されてラジカルを生成し、その後、例えばラジカルカップリングまたはクエンチングにより、活性化または不活性化反応性ガスと反応させる。
【０１８１】
取り囲まれたコンベヤに供給されたパージガスは、例えば約２５℃未満、約０℃未満、約−４０℃未満、約−８０℃未満、約−１２０℃未満に冷却することもできる。例えばガスは、液体窒素などの圧縮ガスから蒸発させること、または固体二酸化炭素から昇華させることができる。別の例として、ガスは冷凍機により冷却することができ、またはコンベヤの一部もしくは全体を冷却することができる。
【０１８２】
他の実施形態
本明細書で議論された任意の材料、加工または加工された材料を用いて、複合体、充填剤、結合剤、可塑性添加剤、吸着剤および制御放出剤などの生成物および／または中間体を作製することができる。該方法は、例えば圧力および熱を材料に加えることによる、高密度化を含むことができる。例えば複合体は、繊維性材料を樹脂またはポリマーと混和することにより作製することができる。例えば放射線架橋性樹脂、例えば熱可塑性樹脂を繊維性材料と混和して、繊維性材料／架橋性樹脂の混和物を提供することができる。そのような材料は、例えば建築材料、保護シート、コンテナおよび他の構造材料（例えば、鋳造および／または押出生成物）として有用になり得る。吸収剤は、例えばペレット、チップ、繊維および／またはシートの形態であってもよい。吸着剤を、例えばペット用寝床材、梱包材として、または汚染制御システムにおいて用いることができる。制御放出性マトリックスは、例えばペレット、チップ、繊維および／またはシートの形態であってもよい。制御放出性マトリックスは、例えば薬物、殺生物剤、芳香剤を放出するために用いることができる。例えば複合体、吸収剤および制御放出剤、ならびにそれらの使用は、開示全体が参照により本明細書に組み入れられる、２００６年３月２３日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１０６４８号および２０１１年１１月２２日出願の米国特許第８，０７４，９１０号に記載される。
【０１８３】
幾つかの例において、バイオマス材料は、例えば加速された電子を用いて、第一のレベルで処理されて難分解性を低下させ、１種以上の糖（例えば、キシロース）を選択的に放出する。バイオマスは、その後、第二のレベルに処理されて、１種以上の他の糖（例えば、グルコース）を放出することができる。場合によりバイオマスは、処理間で乾燥させることができる。処理は、化学処理および生化学処理を施して、糖を放出することができる。例えばバイオマス材料は、約２０Ｍｒａｄ未満（例えば、約１５Ｍｒａｄ未満、約１０Ｍｒａｄ未満、約５Ｍｒａｄ未満、約２Ｍｒａｄ未満）のレベルに処理され、その後、１０％未満（例えば、約９％未満、約８％未満、約７％未満、約６％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満、約１％未満、約０．７５％未満、約０．５０％未満、約０．２５％未満）の硫酸を含む硫酸溶液で処理されて、キシロースを放出することができる。例えば溶液に放出されるキシロースを固体から分離し、場合により固体を溶媒／溶液（例えば、水および／または酸性化水）で洗浄することができる。場合により固体を、例えば空気中、および／または真空下で場合により加熱しながら（例えば、約１５０℃未満、約１２０℃未満）で水分量約２５重量％未満（約２０重量％未満、約１５重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％未満、）に乾燥させることができる。その後、固体を約３０Ｍｒａｄ未満（例えば、約２５Ｍｒａｄ未満、約２０Ｍｒａｄ未満、約１５Ｍｒａｄ未満、約１０Ｍｒａｄ未満、約５Ｍｒａｄ未満、約１Ｍｒａｄ未満または全くない）のレベルで処理し、その後、酵素（例えば、セルラーゼ）で処理して、グルコースを放出することができる。グルコース（例えば、溶液中グルコース）を、残留固体から分離することができる。その後、固体をさらに加工して、例えばエネルギーまたは他の生成物（例えば、リグニン由来生成物）を生成するのに用いることができる。
【０１８４】
香味剤、芳香剤および着色剤
例えば本明細書に記載された工程、システムおよび／または設備により生成される、本明細書に記載された生成物および／または中間体のいずれかを、香味剤、芳香剤、着色剤および／またはこれらの混合物と混和することができる。例えば、糖、有機酸、燃料、ポリオール、例えば糖アルコール、バイオマス、繊維および複合体（場合により香味剤、芳香剤および／または着色剤と共に）の任意の１種以上を、混和（例えば、製剤、混合または反応）することができ、または他の生成物を作製するのに用いることができる。例えば１種以上のそのような生成物を用いて、石鹸、洗剤、キャンディー、飲料（例えば、コーラ、ワイン、ビール、リキュール、例えばジンまたはウォッカ、スポーツ飲料、コーヒー、紅茶）、シロップ医薬品、接着剤、シート（例えば、織物、不織布、フィルター、ティッシュ）および／または複合体（例えば、板）を作製することができる。例えば１種以上のそのような生成物を、ハーブ、花、花びら、スパイス、ビタミン、ポプリ、または蝋燭と混和することができる。例えば製剤、混合または反応させた混和物は、グレープフルーツ、オレンジ、アップル、ラズベリー、バナナ、レタス、セロリ、シナモン、チョコレート、バニラ、ペパーミント、ミント、玉ねぎ、にんにく、胡椒、サフラン、生姜、ミルク、ワイン、ビール、紅茶、赤身の牛肉、魚、二枚貝、オリーブオイル、ココナッツ脂肪、豚脂、バター脂肪、ビーフブイヨン、マメ科植物、ジャガイモ、マーマレード、ハム、コーヒーおよびチーズの香味剤／芳香剤を有することができる。
【０１８５】
香味剤、芳香剤および着色剤は、任意の量、例えば約０．００１重量％〜約３０重量％、例えば約０．０１重量％〜約２０重量％、約０．０５重量％〜約１０重量％、または約０．１重量％〜約５重量％添加することができる。これらは、任意の手段および任意の順序または連続で（例えば、撹拌、混合、乳化、ゲル化、注入、加熱、音波処理、および／または懸濁）製剤、混合および／または反応させることができる（例えば、本明細書に記載される任意の１種以上の生成物または中間体と）。充填剤、結合剤、乳化剤、抗酸化剤、例えばタンパク質のゲル、デンプンおよびシリカを、用いることもできる。
【０１８６】
一実施形態において、照射により生成された反応部位が香味剤、芳香剤および着色剤の反応適合性部位と反応し得るようにバイオマスを照射した直後に、香味剤、芳香剤および着色剤をバイオマスに添加することができる。
【０１８７】
香味剤、芳香剤および着色剤は、天然および／または合成材料であってもよい。これらの材料は、化合物、組成物またはこれらの混合物のうちの１つ以上であってもよい（例えば、複数の化合物の製剤または天然組成物）。場合により香味剤、芳香剤、抗酸化剤および着色剤は、例えば発酵工程（例えば、本明細書に記載された糖化材料の発酵）から、生物学的に誘導することができる。代わりまたは追加として、これらの香味剤、芳香剤および着色剤は、生物体の全体（例えば、植物、真菌、動物、細菌または酵母）または生物体の一部から採取することができる。生物体は、回収および／または抽出されて、本明細書に記載された方法、システムおよび設備を用いること、高温抽出、超臨界流体抽出、化学的抽出（例えば、酸および塩基を含む溶媒または反応性抽出）、機械的抽出（例えば、圧迫、破砕、濾過）、酵素の使用、出発原料を破壊するような細菌の使用、ならびにこれらの方法の組み合わせなど任意の手段により、色、香味剤、芳香剤および／または抗酸化剤を提供することができる。該化合物は、化学反応、例えば糖（例えば、本明細書に記載された通り生成される）とアミノ酸との混和（メイラード反応）により誘導することができる。香味剤、芳香剤、酸化剤および／または着色剤は、本明細書に記載された方法、設備またはシステムにより生成される中間体および／または生成物、例えばエステルおよびリグニン由来生成物であってもよい。
【０１８８】
香味剤、芳香剤または着色剤の幾つかの例が、ポリフェノールである。ポリフェノールは、多くの果物、野菜、穀粒および花の赤色、紫色および青色着色剤を担う顔料である。ポリフェノールは、抗酸化性も有することができ、多くの場合、苦味を有する。抗酸化性は、これらを重要な防腐剤にする。ポリフェノールの分類に、フラボノイド、例えばアントシアニジン、フラバノノール、フラバン−３−オール、フラバノンおよびフラバノノールである。用いられ得る他のフェノール性化合物としては、フェノール酸およびそのエステル、例えばクロロゲン酸および高分子タンニンが挙げられる。
【０１８９】
着色剤のうち、無機化合物、無機質または有機化合物、例えば二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、カドミウムイエロー（例えば、ＣｄＳ）、カドミウムオレンジ（例えば、若干のＳｅを含むＣｄＳ）、アリザリンクリムゾン（例えば、合成または非合成ローズマダー）、ウルトラマリン（例えば、合成ウルトラマリン、天然ウルトラマリン、合成ウルトラマリンバイオレット）、コバルトブルー、コバルトイエロー、コバルトグリーン、ビリジアン（例えば、酸化クロム（ＩＩＩ）水和物）、黄銅鉱、コニカルコ石、コルヌビア石、コーンウォール石およびリロコナイトを用いることができる。カーボンブラックおよび自己分散型ブラックなどの黒色顔料を用いてもよい。
【０１９０】
用いられ得る幾つかの香味剤および芳香剤としては、アカレアＴＢＨＱ、アセットＣ−６、アリルアミルグリコラート、α−テルピネオール、アンブレットリド、アンブリノール９５、アンドラン、アフェルメート、アップルライド（ＡＰＰＬＥＬＩＤＥ）、ＢＡＣＤＡＮＯＬ（登録商標）、ベルガマル、β−イオノンエポキシド、β−ナフチルイソブチルエーテル、ビシクロノナラクトン、ＢＯＲＮＡＦＩＸ（登録商標）、カントキサール、ＣＡＳＨＭＥＲＡＮ（登録商標）、ＣＡＳＨＭＥＲＡＮ（登録商標）ＶＥＬＶＥＴ、ＣＡＳＳＩＦＦＩＸ（登録商標）、セドラフィックス、ＣＥＤＲＡＭＢＥＲ（登録商標）、セドリルアセタート、セレストリド、シンナマルバ、シトラルジメチルアセタート、ＣＩＴＲＯＬＡＴＥ（商標）、シトロネロール７００、シトロネロール９５０、シトロネロールクール、シトロネリルアセタート、シトロネリルアセタートピュア、シトロネリルアセタートピュア、シトロネリルホルマート、クラリセット、クロナール、コニフェラン、コニフェランピュア、コルテクスアルデヒド５０％ペオモサ、シクラブテ、ＣＹＣＬＡＣＥＴ（登録商標）、ＣＹＣＬＡＰＲＯＰ（登録商標）、ＣＹＣＬＥＭＡＸ（商標）、シクロヘキシルエチルアセタート、ダマスコル、δダマスコン、ジヒドロシクラセット、ジヒドロミルセノール、ジヒドロテルピネオール、ジヒドロテルピニルアセタート、ジメチルシクロルモール、ジメチルオクタノールＰＱ、ジミルセトール、ジオラ、ジペンテン、ＤＵＬＣＩＮＹＬ（登録商標）ＲＥＣＲＹＳＴＡＬＬＩＺＥＤ、エチル−３−フェニルグリシダート、フレーラモン、フレーラニル、フローラルスーパー、フロラロゾン、フロリフォール、フレイストン（ＦＲＡＩＳＴＯＮＥ）、フルクトン、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０  ＢＢ、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）５０  ＩＰＭ、ＧＡＬＡＸＯＬＩＤＥ（登録商標）ＵＮＤＩＬＵＴＥＤ、ＧＡＬＢＡＳＣＯＮＥ、ゲラルデヒド、ゲラニオール５０２０、ゲラニオール６００タイプ、ゲラニオノール９５０、ゲラニオール９８０（ピュア）、ゲラニオールＣＦＴクール、ゲラニオールクール、ゲラニルアセタートクール、ゲラニルアセタートピュア、ゲラニルホルマート、グリサルバ、グアイルアセタート、ＨＥＬＩＯＮＡＬ（商標）、ヘルバック、ＨＥＲＢＡＬＩＭＥ（商標）、ヘキサデカノリド、ヘキサロン、ヘキセニルサリチラートシス−３，ヒヤシンスボディ、ヒヤシンスボディＮｏ．３、ハイドラトロピックアルデヒドＤＭＡ、ヒドロキシオール、ハイポーレム、インドラローム、イントレレベンアルデヒド、イントレレベンアルデヒドスペシャル、イオノンアルファ、イオノンベータ、イソシクロシトラル、イソシクロゲラニオール、ＩＳＯ  Ｅ  ＳＵＰＥＲ（登録商標）、イソブチルキノリン、ジャスマル、ＪＥＳＳＥＭＡＬ（登録商標）、ＫＨＡＲＩＳＭＡＬ（登録商標）、ＫＨＡＲＩＳＭＡＬ（登録商標）ＳＵＰＥＲ、クフシニル、ＫＯＡＶＯＮＥ（登録商標）、ＫＯＨＩＮＯＯＬ（登録商標）、ＬＩＦＦＡＲＯＭＥ（商標）、リモキサール、ＬＩＮＤＥＮＯＬ（商標）、ＬＹＲＡＬ（登録商標）、リレイムスーパー、マンダリンアルド１０％トリエチ��、ＣＩＴＲ、マリティマ、ＭＣＫチャイニーズ、ＭＥＩＪＩＦＦ（商標）、メラフレール、メロゾン、メチルアントラニラート、メチルイオノンアルファエキストラ、メチルイオノンガンマＡ、メチルイオノンガンマクール、メチルイオノンガンマピュア、メチルラベンダーケトン、ＭＯＮＴＡＶＥＲＤＩ（登録商標）、ミュゲシア、ミュゲアルデヒド５０、ムスクＺ４、ミラックアルデヒド、ミルセニルアセタート、ＮＥＣＴＡＲＡＴＥ（商標）、ネロール９００、ネリルアセタート、オシメン、オクタセタール、オレンジフラワーエーテル、オリボン、ＯＲＲＩＮＩＦＦ２５％、オキサスピラン、オゾフレール、ＰＡＭＰＬＥＦＬＥＵＲ（登録商標）、ペオモサ、ＰＨＥＮＯＸＡＮＯＬ（登録商標）、ピコニア、プレシクレモンＢ、プレニルアセタート、プリスマントール、レセダボディ、ロザルバ、ロザムスク、サンジノール、ＳＡＮＴＡＬＩＦＦ（商標）、シベルタール、テルピネオール、テルピノレン２０、テルピノレン９０ＰＱ、テルピノレンレクト（ＴＥＲＰＹＮＯＬＥＮＥ  ＲＥＣＴ．）、テルピニルアセタート、テルピニルアセタートＪＡＸ、ＴＥＴＲＡＨＹＤＲＯ  ＭＵＧＵＯＬ（登録商標）、テトラヒドロミルセノール、テトラメラン、ＴＩＭＢＥＲＳＩＬＫ（商標）、トバカロール、ＴＲＩＭＯＦＩＸ（登録商標）Ｏ  ＴＴ、ＴＲＩＰＬＡＬ（登録商標）、ＴＲＩＳＡＭＢＥＲ（登録商標）、バノリス、ＶＥＲＤＯＸ（商標）、ＶＥＲＤＯＸ（商標）ＨＣ、ＶＥＲＴＥＮＥＸ（登録商標）、ＶＥＲＴＥＮＥＸ（登録商標）ＨＣ、ＶＥＲＴＯＦＩＸ（登録商標）ＣＯＥＵＲ、ベルトリフ、ベルトリフイソ、ビオリフ、ビバルディエ、ゼノリド、ＡＢＳ  インディア  ７５  ＰＣＴ  ミグリオール、ＡＢＳ  モロッコ  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ＡＢＳ  モロッコ  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、アブソルートフレンチ、アブソルートインディア、アブソルートＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、アブソルートモロッコ、コンセントレート  ＰＧ、ティンクチャー２０  ＰＣＴ、アンバーグリス、アンブレットアブソルート、アンブレットシードオイル、アルモワーズオイル７０  ＰＣＴ  ツヨン、バジルアブソルートグランベール、バジルグランベールＡＢＳ  ＭＤ、バジルオイルグランベール、バジルオイルバーベナ、バジルオイルベトナム、ベイオイルテルペンレス、ビーズワックスＡＢＳ  Ｎ  Ｇ、ビーズワックスアブソルート、ベンゾインレジノイドシアム、ベンゾインレジノイドシアム５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ベンゾインレジノイドシアム  ５０  ＰＣＴ  ＰＧ，ベンゾインレジノイドシアム  ７０．５  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ブラックカラントブッド  ＡＢＳ  ６５  ＰＣＴ  ＰＧ、ブラックカラントブッド  ＡＢＳ  ＭＤ  ３７  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ブラックカラントブッド  ＡＢＳ  ミグリオール、ブラックカラントブッドアブソルートバーガンディ、ボアドローズオイル、ブランアブソルート、ブランレジノイド、ブルームアブソルートイタリー、カルダモングアテマラＣＯ２エキストラクト、カルダモンオイルグアテマラ、カルダモノイルインディア、キャロットハート、キャシーアブソルートエジプト、キャシーアブソルート  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＩＰＭ、キャストレウム  ＡＢＳ  ９０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、キャストレウム  ＡＢＳ  Ｃ  ５０  ���ＣＴ  ミグリオール、キャストレウム  アブソルート、キャストレウムレジノイド、キャストレウムレジノイド  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、セドロールセドレン、セドラスアトランティカオイルレジスト、カモミールオイルロマン、カモミールオイルワイルド、カモミールオイルワイルドロウリモネン（ＣＨＡＭＯＭＩＬＥ  ＯＩＬ  ＷＩＬＤ  ＬＯＷ  ＬＩＭＯＮＥＮＥ）、シナモンバークオイルセイロン、シストアブソルート、シストアブソルートカラーレス、シトロネラオイルアジアアイロンフリー、シベット  ＡＢＳ  ７５  ＰＣＴ  ＰＧ、シベットアブソルート、シベットティンクチュア  １０  ＰＣＴ、クラリセージ  ＡＢＳ  フレンチ  デコル（ＤＥＣＯＬ）、クラリセージアブソルートフレンチ、クラリセージ  シーレス（Ｃ’ＬＥＳＳ）  ５０  ＰＣＴ  ＰＧ、クラリセージオイルフレンチ、コパイババルサム、コパイババルサムオイル、コリアンダーシードオイル、シプレスオイル、シプレスオイルオーガニック、ダバナオイル、ガルバノール、ガルバナムアブソルートカラーレス、ガルバナムオイル、ガルバナムレジノイド、ガルバナムレジノイド  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、ガルバナムレジノイドヘルコリンＢＨＴ、ガルバナムレジノイドＴＥＣ  ＢＨＴ、ゲンチアン（ＧＥＮＥＴＩＡＮＥ）アブソルート  ＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ゲンチアンコンクリート、ゲラニウム  ＡＢＳ  エジプト  ＭＤ、ゲラニウムアブソルートエジプト、ゲラニウムオイルチャイナ、ゲラニウムオイルエジプト、ジンジャーオイル６２４、ジンジャーオイル  精留可溶性（ＲＥＣＴＩＦＩＥＤ  ＳＯＬＵＢＬＥ）、グアヤクウッドハート、ヘイ  ＡＢＳ  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ヘイアブソルート、ヘイアブソルート  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ヒーリングウッド、ヒソップオイルオーガニック、イモーテル  ＡＢＳ  ユーゴ  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、イモーテルアブソルートスペイン、イモーテルアブソルートユーゴ、ジャスミンＡＢＳインディアＭＤ、ジャスミンアブソルートエジプト、ジャスミンアブソルートインディア、ジャスミン（ＡＳＭＩＮ）アブソルートモロッコ、ジャスミンアブソルートサンバック、ジョンキルＡＢＳ  ＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ジョンキルアブソルートフランス、ジュニパーベリーオイルＦＬＧ、ジュニパーベリーオイル  精留可溶性、ラブダニウムレジノイド  ５０  ＰＣＴ  ＴＥＣ、ラブダニウムレジノイド  ＢＢ、ラブダニウムレジノイド  ＭＤ、ラブダニウムレジノイド  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ラバンジンアブソルート  Ｈ、ラバンジンアブソルート  ＭＤ、ラバンジンオイル、アブリアルオーガニック、ラバンジンオイルグロッソオーガニック、ラバンジンオイルスーパー、ラベンダーアブソルート  Ｈ、ラベンダーアブソルート  ＭＤ、ラベンダーオイルクマリンフリー、ラベンダーオイルクマリンフリーオーガニック、ラベンダーオイルメイレットオーガニック、ラベンダーオイルＭＴ、メイスアブソルート  ＢＢ、モクレン花オイルローメチルオイゲノール、モクレン花オイル、モクレン花オイル  ＭＤ、モクレン葉オイル、マンダリンオイル  ＭＤ、マンダリンオイル  ＢＨＴ、マテアブソルート  ＢＢ、モスツリー（ＭＯＳＳ  ＴＲＥＥ）アブソルート  ＭＤ  ＴＥＸ  ＩＦＲＡ  ４３、モスオーク  ＡＢＳ  ＭＤ  ＴＥＣ  ＩＦＲＡ  ４３、モスオークアブソルート  ＩＦＲＡ  ４３、モスオークアブソルート  ＭＤ  ＩＰＭ  ＩＦＲＡ  ４３、ミルラレジノイド  ＢＢ、ミルラレジノイド  ＭＤ、ミルラレジノイドＴＥＣ、マートルオイルアイロンフリー、マートルオイルチュニジア精留、ナルシスＡＢＳ  ＭＤ  ２０  ＰＣＴ  ＢＢ、ナルシスアブソルートフレンチ、ネロリオイルチュニジア、ナツメグオイルテルペンレス、カーネーションアブソルート、オリバナムアブソルート、オリバナムレジノイド、オリバナムレジノイド  ＢＢ、オリバナムレジノイド  ＤＰＧ、オリバナムレジノイドエキストラ  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、オリバナムレジノイド  ＭＤ、オリバナムレジノイド  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＤＰＧ、オリバナムレジノイドＴＥＣ、オポポナックスレジノイド  ＴＥＣ、オレンジビガラーデオイル  ＭＤ  ＢＨＴ、オレンジビガラーデオイル  ＭＤ  ＳＣＦＣ、オレンジフラワーアブソルートチュニジア、オレンジフラワーウォーターアブソルートチュニジア、オレンジリーフアブソルート、オレンジリーフウォーターアブソルートチュニジア、オリスアブソルートイタリー、オリスコンクリート  １５  ＰＣＴ  イロン（ＩＲＯＮＥ）、オリスコンクリート  ８  ＰＣＴ  イロン、オリスナチュラル  １５  ＰＣＴ  イロン  ４０９５Ｃ、オリスナチュラル  ８  ＰＣＴ  イロン  ２９４２Ｃ、オリスレジノイド、オスマンサスアブソルート、オスマンサスアブソルート  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、パチョリハートＮｏ３、パチョリオイルインドネシア、パチョリオイルインドネシアアイロンフリー、パチョリオイルインドネシア  ＭＤ、パチョリオイルレジスト、ペニーロイヤルハート、ペパーミントアブソルート  ＭＤ、プチグレインビガラードオイルチュニジア、プチグレインシトロニエオイル、プチグレインオイルパラグアイテルペンレス、プチグレインオイルテルペンレスＳＴＡＢ、ピメントベリーオイル、ピメントリーフオイル、ロジノールＥＸゲラニウムチャイナ、ローズＡＢＳブルガリアンローメチルオイゲノール、ローズＡＢＳモロッコローメチルオイゲノール、ローズＡＢＳターキッシュローメチルオイゲノール、ローズアブソルート、ローズアブソルートブルガリアン、ローズアブソルートダマスケナ、ローズアブソル
ートＭＤ、ローズアブソルートモロッコ、ローズアブソルートターキッシュ、ローズオイルブルガリアン、ローズオイルダマスケナ低メチルオイゲノール、ローズオイルターキッシュ、ローズマリーオイルカンファーオーガニック、ローズマリーオイルチュニジア、ビャクダンオイルインディア、ビャクダンオイルインディア精留、サンタロール、シヌスモーレオイル、ＳＴジョンブレッドティンクチュア  １０  ＰＣＴ、スチラックスレジノイド、タジェットオイル、ティーツリーハート、トンカ豆  ＡＢＳ  ５０  ＰＣＴ  ソルベント、トンカ豆アブソルート、チュベローズアブソルートインディア、ベチバーハートエキストラ、ベチバーオイルハイチ、ベチバーオイルハイチ  ＭＤ、ベチバーイルジャワ、ベチバーオイルジャワＭＤ、バイオレットリーフアブソルートエジプト、バイオレットリーフアブソルートエジプトデコル、バイオレットリーフアブソルートフレンチ、バイオレットリーフアブソルート  ＭＤ  ５０  ＰＣＴ  ＢＢ、ニガヨモギオイルテルペンレス、イランエキストラオイル、イランＩＩＩオイルおよびこれらの組み合わせが挙げられる。
【０１９１】
着色剤は、英国染料染色学会によるカラーインデックスに列挙されたものであってもよい。着色剤は、染料および顔料を含み、織物、ペイント、インクおよびインクジェット用インクを着色するために一般に用いられるものを含む。用いられ得る幾つかの着色剤としては、カロテノイド、アリーリドイエロー、ジアリーリドイエロー、β−ナフトール、ナフトール、ベンゾイミダゾロン、ジスアゾ濃縮顔料、ピラゾロン、ニッケルアゾイエロー、フタロシアニン、キナクリドン、ペリレンおよびペリノン、イソインドリノンおよびイソインドリン顔料、トリアリールカルボニウム顔料、ジケトピロロピロール顔料、チオインジゴイドが挙げられる。カロテノイドとしては、例えば、α−カロテン、β−カロテン、γ−カロテン、リコペン、ルテインおよびアスタキサンチンアナットーエキス、脱水ビート（ビート粉末）、カンタキサンチン、カラメル、β−アポ−８’−カロテナール、コチニールエキス、カーミン、銅クロロフィリンナトリウム、焼成し部分的に脱脂し蒸解した綿実粉（ｔｏａｓｔｅｄ  ｐａｒｔｉａｌｌｙ  ｄｅｆａｔｔｅｄ  ｃｏｏｋｅｄ  ｃｏｔｔｏｎｓｅｅｄ  ｆｌｏｕｒ）、グルコン酸第一鉄、乳酸第一鉄、ブドウ色エキス、ブドウ果皮エキス（エノシアニナ）、ニンジンオイル、パプリカ、パプリカオレオレジン、雲母系パールエッセンス顔料、リボフラビン、サフラン、二酸化チタン、トマトリコペンエキス、トマトリコペン濃縮物、ターメリック、ターメリックオレオレジン、ＦＤ＆Ｃ青色１号、ＦＤ＆Ｃ青色２号、ＦＤ＆Ｃ緑色３号、オレンジＢ、シトラスレッド２号、ＦＤ＆Ｃ赤色３号、ＦＤ＆Ｃ赤色４０号、ＦＤ＆Ｃ黄色５号、ＦＤ＆Ｃ黄色６号、アルミナ（乾燥水酸化アルミニウム）、炭酸カルシウム、銅クロロフィリンカリウムナトリウム（クロロフィリン−銅錯体）、ジヒドロキシアセトン、オキシ塩化ビスマス、フェロシアン化第二鉄アンモニウム、フェロシアン化第二鉄、水酸化クロムグリーン、酸化クロムグリーン、グアニン、パイロフィライト、タルク、アルミニウム粉末、ブロンズ粉末、銅粉末、酸化亜鉛、Ｄ＆Ｃ青色４号、Ｄ＆Ｃ緑色５号、Ｄ＆Ｃ緑色６号、Ｄ＆Ｃ緑色８号、Ｄ＆Ｃ橙色４号、Ｄ＆Ｃ橙色５号、Ｄ＆Ｃ橙色１０号、Ｄ＆Ｃ橙色１１号、ＦＤ＆Ｃ赤色４号、Ｄ＆Ｃ赤色６号、Ｄ＆Ｃ赤色７号、Ｄ＆Ｃ赤色１７号、Ｄ＆Ｃ赤色２１号、Ｄ＆Ｃ赤色２２号、Ｄ＆Ｃ赤色２７号、Ｄ＆Ｃ赤色２８号、Ｄ＆Ｃ赤色３０号、Ｄ＆Ｃ赤色３１号、Ｄ＆Ｃ赤色３３号、Ｄ＆Ｃ赤色３４号、Ｄ＆Ｃ赤色３６号、Ｄ＆Ｃ赤色３９号、Ｄ＆Ｃ紫色２号、Ｄ＆Ｃ黄色７号、Ｄ＆Ｃ黄色７号エキス、Ｄ＆Ｃ黄色８号、Ｄ＆Ｃ黄色１０号、Ｄ＆Ｃ黄色１１号、Ｄ＆Ｃ黒色２号、Ｄ＆Ｃ黒色３（３）号、Ｄ＆Ｃ茶色１号、Ｄ＆Ｃクロム−コバルト−酸化アルミニウムエキス、クエン酸鉄アンモニウム、ピロガロール、ログウッドエキス、１，４−ビス［（２−ヒドロキシ−エチル）アミノ］−９，１０−アントラセンジオンビス（２−プロパノイック）エステルコポリマー、１，４−ビス［（２−メチルフェニル）アミノ］−９，１０−アントラセンジオン、１，４−ビス［４−（２−メタクリルオキシエチル）  フェニルアミノ］アントラキノンコポリマー、カルバゾールバイオレット、クロ��フィリン−銅錯体、クロム−コバルト−酸化アルミニウム、Ｃ．Ｉ．  バットオレンジ  １，２−［［２，５−ジエトキシ−４−［（４−メチルフェニル）チオール］フェニル］アゾ］−１，３，５−ベンゼントリオール、１６，２３−ジヒドロジナフト［２，３−ａ：２’，３’−ｉ］ナフト［２’，３’：６，７］インドロ［２，３−ｃ］カルバゾール−５，１０，１５，１７，２２，２４−ヘキソン、Ｎ，Ｎ’−（９，１０−ジヒドロ−９，１０−ジオキソ−１，５−アントラセンジイル）ビスベンズアミド、７，１６−ジヒドロ−６，１５−ジヒドロ−５，９，１４，１８−アントラジンテトロン、１６，１７−ジメトキシジナフト（１，２，３−ｃｄ：３’，２’，１’−ｌｍ）ペリレン−５，１０−ジオン、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリラート）−ダイコポリマー（３）、リアクティブブラック５、リアクティブブルー２１、リアクティブオレンジ７８、リアクティブイエロー１５、リアクティブブルー１９、リアクティブブルー４、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１１、Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー８６、Ｃ．Ｉ．リアクティブブルー１６３、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１８０、４−［（２，４−ジメチルフェニル）アゾ］−２，４−ジヒドロ−５−メチル−２−フェニル−３Ｈ−ピラゾ−３−オン（ソルベントイエロー１８）、６−エトキシ−２−（６−エトキシ−３−オキソベンゾ［ｂ］チエン−２（３Ｈ）−イリデン）ベンゾ［ｂ］チオフェン−３（２Ｈ）−オン、フタロシアニングリーン、ビニルアルコール／メタクリル酸メチル−ダイ反応生成物、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１８０、Ｃ．Ｉ．リアクティブブラック５、Ｃ．Ｉ．リアクティブオレンジ７８、Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー１５、Ｃ．Ｉ．リアクティブブルー２１、１−アミノ−４−［［４−［（２−ブロモ−１−オキソアリル）アミノ］−２−スルホナトフェニル］アミノ］−９，１０−ジヒドロ−９，１０−ジオキソアントラセン−２−スルホン酸二ナトリウム（リアクティブブルー６９）、Ｄ＆Ｃ青色９号、［フタロシアニナト（２−）］銅およびこれらの混合物が挙げられる。
【０１９２】
実施例
濃度は、適切な標準を用いて、水性希釈および濾過溶液中でＨＰＬＣにより決定した。
【０１９３】
糖化
直径３２インチ、高さ６４インチでＡＳＭＥ皿形鏡板（上部および底）を備えた円筒形タンクを、糖化に用いた。タンクは、幅１６インチの水中翼混合羽根も装備した。加熱は、タンク周囲のハーフパイプジャケットを通して熱水を流動させることにより提供した。
【０１９４】
タンクに、水２００Ｋｇ、バイオマス８０Ｋｇ、および１８ＫｇのＤｕｅｔ（商標）セルラーゼ酵素を投入した。バイオマスは、ハンマーミル処理し、１０〜４０メッシュのサイズにスクリーニングしたトウモロコシ穂軸であった。バイオマスに電子ビームを照射して、総線量３５Ｍｒａｄとした。Ｃａ（ＯＨ）２を用いて混合物のｐＨを調整し、糖化全体を通して４．８に自動的に保持した。この組合せを５３℃に加熱し、１８０ｒｐｍ（４６０Ｖで１．８Ａｍｐ）で約２４時間撹拌した後、糖化は完了したとみなされた。この材料の一部分を、２０メッシュのスクリーンを通してスクリーニングして、溶液を４℃で８ガロンの耐酸瓶中に保存した。
【０１９５】
バイオマス生成エタノールおよびキシロース流
約４００ｍＬの糖化材料を１Ｌ  Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ  ＢｉｏＦｌｏｗ  １１５バイオリアクター中にデカントした。材料を曝気し、３０℃に加熱した後、接種した。撹拌を、５０ｒｐｍに設定した。ｐＨは５．２に測定されたが、これは発酵に関して許容可能であり、したがって調整しなかった。曝気を中止し、バイオリアクターの内容物に５ｍｇのＴｈｅｒｍｏｓａｃｃドライイースト（Ｌａｌｌｅｍａｎｄ，Ｉｎｃ．，Ｍｅｍｐｈｉｓ  ＴＮ）を接種した。発酵を、約２４時間進行させた。
【０１９６】
発酵後、グルコース濃度は検出限界より低く、エタノール濃度は約２５ｇ／Ｌであり、そしてキシロース濃度は約３０ｇ／Ｌであった。
【０１９７】
脱塩電気透析を用いたエタノールおよびキシロース流の精製
４リットルの後発酵溶液を、真空下で約１  １／３リットルに濃縮した。次いで、濃縮エタノール無含有溶液を、メタノールでその元の容積に希釈し戻した。メタノールを付加すると、固体がすぐに形成され、沈澱した。沈澱物は、遠心分離または濾過により効果的に除去され得る、ということが判明した。
【０１９８】
固体無含有溶液を、次に、５％（重量／容量）活性炭で処理して、溶液を脱色した。炭素を濾過により除去し、次いで濾液を真空濃縮してメタノールを除去した。その後、溶液を脱イオン水でその元の容積に希釈した。
【０１９９】
次に、２リットルの脱色溶液を電気透析に付した。２０の膜のスタックを横断する電圧は、４０Ｖであった。導電率、温度およびｐＨを測定した。図３は、希釈流における導電率対時間のプロットである。実験を７１分間継続したが、この場合、導電率は７８３０μＳ／ｃｍから９μＳ／ｃｍに低減し、温度は２５℃から３３℃に増大し、測定ｐＨは４．８から４．０に下がった。
【０２００】
元素分析（ＩＣＰ）は、加工全体を通したイオン低減の改善を示した。元素分析は、二重反復実験または三重反復実験で実行した。
【表２】
2019201642.tif 000004
【表３】
2019201642.tif 000005
【表４】
2019201642.tif 000006
【０２０１】
発酵後加工処理全体を通して、キシロース濃度は約３０ｇ／Ｌで一定のままで、明らかな分解は認められなかった。
【０２０２】
ラクトバチルス・ラムノサスを用いたバイオマス生成Ｌ−乳酸およびキシロース流
上記と同様のステップを利用して製造される糖化バイオマスを糖供給源として用いて、Ｌ−乳酸／キシロース流を生成した。
【０２０３】
グルコースからＬ−乳酸への発酵生物ラクトバチルス・ラムノサスＮＲＲＬ  Ｂ−４４５を、２５０ｕＬ冷凍庫ストックから、２５ｍＬのＭＲＳ培地（ＢＤ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｎｏ．２８８１３０）中で増殖させた。振盪インキュベータ中で、３７℃および１５０〜２００ｒｐｍで一晩、培養をインキュベートした。
【０２０４】
撹拌パドル、加熱マントル、撹拌翼、ｐＨ監視プローブおよび温度監視熱電対を装備したバイオリアクター中で、乳酸を生成するための発酵を実行した。
【０２０５】
実験のための生成培地は、１１Ｌの糖化バイオマス、２２ｇの酵母エキス、１．６ｍＬの消泡剤ＡＦＥ−００１０を用いた。培地を７０℃に１時間加熱して、次に３７℃に冷却した。１２．５ＮのＮａＯＨ溶液を用いて、培地のｐＨを６．５に上げた。次いで培地に、１％（１１０ｍＬ）のラクトバチルス・ラムノサスを接種した。溶液を２００ｒｐｍで撹拌し、ｐＨを６．５より高く保持しながら、３７℃で発酵を進行させた。グルコースは、４８時間で完全に消費された。生成物は、ナトリウム塩としてのＬ−乳酸である。糖化中に生成されるキシロースは消費されなかった；それは、このステップ中は本質的に転化されない。
【０２０６】
ラクトバチルス・コリニフォルミスを用いたバイオマス生成Ｄ−乳酸およびキシロース流
上記と同様のステップを利用して製造される糖化バイオマスを糖供給源として用いて、Ｌ−乳酸／キシロース流を生成した。
【０２０７】
グルコースからＤ−乳酸への発酵生物ラクトバチルス・コリニフォルミス亜種トルクエンスＢ−４３９０を、２５０μＬの冷凍庫ストックから、２５ｍＬのＭＲＳ培地（ＢＤ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｎｏ．２８８１３０）中で増殖させた。撹拌せずに、３７℃で一晩、培養をインキュベートした。
【０２０８】
実験のための生成培地は、６４４ｍＬの糖化バイオマス、５ｇのトリプトンおよび１００μＬの消泡剤ＡＦＥ−００１０を用いた。培地を７０℃に１時間加熱して、次に３７℃に冷却した。１２．５ＮのＮａＯＨ溶液を用いてｐＨを６．５に上げ、その後、同一塩基溶液を用いて保持した。培地に、１％のＢ−４３９０を接種し、培地を２００ｒｐｍで撹拌し、ｐＨを約６．５に保持しながら、３７℃で発酵を進行させた。グルコースは、１４４時間で完全に消費された。生成物は、ナトリウム塩としてのＤ−乳酸である。糖化中に生成されるキシロースは消費されなかった；それは、このステップ中は本質的に転化されない。
【０２０９】
乳酸ナトリウム溶液の加工
Ｄ−乳酸およびＬ−乳酸の両方に由来する乳酸ナトリウムを、本明細書中に記載したように脱色した。発酵を繰り返し実行して、より多量の材料を提供し、脱色を助長した。
【０２１０】
上記のように発酵により調製された乳酸ナトリウムを含有する発酵培地３０リットルを、４２００ｒｐｍで６０分間、遠心分離した。０．２２μカートリッジフィルターを通して上清を濾過して、２６．５Ｌの濾液を生成した。２．７Ｌの高多孔性スチレン系高分子ビーズ型樹脂Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｄｉａｉｏｎ  ＳＰ−７００を含有するカラムを１．５ＢＶ／ｈの流量で通して、１９リットルの濾液を濾し出した。最初の１．５Ｌの溶離液を捨て、残りの培地および付加した１．５Ｌの水を溶離して、プールした。培地の残りの部分を同様に脱色して、７．５Ｌの淡色溶液を生じた。脱色化材料の２つのバッチをプールし、すぐに使用しない場合には、冷蔵保存した。
【０２１１】
脱色乳酸溶液の脱塩電気透析
上記のように調製した脱色培地を、脱塩膜を用いて電気透析に付した。
【０２１２】
電気透析装置のレザバーに脱色乳酸ナトリウム媒質を投入し、当該装置の濃縮レザバーに４Ｌの脱イオン水を投入した。４０Ｖの電圧および５Ａの最大電流を用いて、電気透析を５時間継続した。
【０２１３】
この手順は、約６６ｇ／Ｌ（３８ｇ／Ｌで出発）の典型的濃度を有する濃縮乳酸塩流および５μＳ／ｃｍ（３４μＳ／ｃｍで出発）の典型的導電率を有する濃縮キシロース流を生じた。
【０２１４】
相極性膜電気透析
上記のように生成される乳酸ナトリウムにおける当該流の液体を、双極性膜を用いて二次電気透析に付して、乳酸溶液および水酸化ナトリウム溶液を生じ得る。後に続き得る手順を、ここに記載する。
【０２１５】
脱塩電気透析により調製した乳酸ナトリウム（１．６Ｌ）溶液を、Ｄｉｌｕａｔｅレザバーに付加する。脱イオン水（１Ｌ）を、乳酸および水酸化ナトリウム流のための各レザバーに付加する。双極性膜スタックを備えた４−小室電気透析セルを用いて、電気透析を実行する。電圧を２３Ｖに設定し、最大電流を６．７Ａに設定する。５時間、あるいは希釈流の導電率がその出発値の＜５％になるまで、透析を実行し得る。
【０２１６】
この手順は、約６６ｇ／Ｌ（３８ｇ／Ｌで出発）の典型的濃度を有する濃縮乳酸塩流および５μＳ／ｃｍ（３４μＳ／ｃｍで出発）の典型的導電率を有するキシロース流を生じた。双極性膜透析後、乳酸塩流は、典型的には、９６％乳酸帯％キシロースである。双極性膜透析後、キシロース流は、典型的には、９３％キシロース対７％乳酸である。
【０２１７】
本明細書の実施例以外で、または他に明記されなければ、本明細書の以下の部分および添付の特許請求の範囲における材料、元素、量、反応時間および温度、量の比などの数値範囲、量、値およびパーセント値の全ては、用語「約」が値、量、または範囲と共に明確に表れ得ないとしても、言語「約」によって始まると読み取ることができる。したがって反することが示されない限り、以下の明細書および特許請求の範囲に示された数値パラメータは、実施形態により得ようとする所望の特性に応じて変動し得る近似値である。最低限でも、そして特許請求の範囲と同様の原則の適用を限定する試みではなく、各数値パラメータは少なくとも、報告された有効数字の数を考慮して、通常の端数処理法を利用することにより、解釈されなければならない。
【０２１８】
本発明の広範囲に示された数値範囲およびパラメータは近似であるが、具体的実施例に示された数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、いずれの数値も、基礎をなす各検査測定に見出された標準偏差から必然的に生じた誤差を本質的に含有する。さらに数値範囲が、本明細書に示されている場合、これらの範囲は、引用された範囲の終了点を含む（例えば、終了点が用いられてもよい）。重量パーセントが、本明細書に用いられている場合、報告された数値は、全重量に対するものである。
【０２１９】
同じく、本明細書に引用された任意の数値範囲はそこに包含される部分範囲の全てを含むことが理解されなければならない。例えば「１〜１０」の範囲は、引用された最小値１と引用された最大値１０の間の（そしてそれらを含み）部分範囲全てを含み、即ち１と等しいまたは１よりも大きな最小値と、１０と等しいまたは１０よりも小さい最大値を有するものとする。本明細書で用いられる用語「ｏｎｅ」、「ａ」、または「ａｎ」は、他に断りがなければ、「少なくとも１」、または「１以上」を含むものとする。
【０２２０】
本明細書で参照により組み入れられると述べられた任意の特許、特許公開、または他の開示材料の全体または一部は、組み入れられた材料が既存の定義、表明、また本開示に示された他の開示材料と矛盾しない程度にのみ、本明細書に組み入れられる。そのため必要な程度にまで、本明細書に明白に示された開示は、参照により本明細書に組み入れられた任意の矛盾材料にとって代わる。参照により本明細書に組み入れられると述べられていながら、本明細書に示された既存の定義、表面、または他の開示材料と矛盾する任意の材料またはその一部は、組み入れられた材料と既存の開示材料の間で矛盾が生じない程度のみ組み入れられる。
【０２２１】
本発明は、好ましい実施形態を参照して具体的に図示および記載されたが、添付の特許請求の範囲に包含される発明の範囲を逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更を施し得ることは、当業者に理解されよう。
付録
【０２２２】
【表５】
2019201642.tif 000007
【０２２３】
目次
１．    概説・・・・・・・・・・・・・・・・・２
２．    機能・・・・・・・・・・・・・・・・・３
３．    セルおよび部品・・・・・・・・・・・・５
４．    技術データ・・・・・・・・・・・・・・８
５．    適用例・・・・・・・・・・・・・・・１０
６．    保守および交換・・・・・・・・・・・１１
７．    適用区域・・・・・・・・・・・・・・１２
８．    一般的見解・・・・・・・・・・・・・１３
９．    保障・・・・・・・・・・・・・・・・１３
１０．  追加情報／連絡先・・・・・・・・・・１４
【０２２４】
１．概説
電気透析セルユニットＰＣＣｅｌｌ  ＥＤ  ６４を実験室電気透析工程に用いて、ある溶液（希釈液）からイオンを除去する。イオンを、別の溶液（濃縮液）中に収集する。電気透析ユニットＰＣＣｅｌｌ  ＥＤ  ６４‐２は、種々の用途のための異なる型の実験を実行させて、使用中のイオン交換膜の特質を検査する。それは、取り扱いやすい実験室セルと考えられる。
【０２２５】
２．機能
電気透析ユニットＰＣＣｅｌｌ  ＥＤ  ６４‐２は、陽極小室、陰極小室およびそれらの間の膜スタックからなる。この構成で、種々の実験、例えば脱塩を加工処理し得る。
【０２２６】
【表６】
2019201642.tif 000008
【０２２７】
標準ＥＤを実行するために、膜スタックは、ｎ個（典型的には５、１０、５０個、または１００個でさえ）のセル対からなり、これらは、ｎ＋１個の陽イオン交換膜、ｎ個の陰イオン交換膜および２ｎ個のスペーサーにより構成される。
【０２２８】
図示極性で（図１）、セルシステムのうちの一方はｄｉｌｕａｔｅで、他方はｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅである。極性が荷電されると、セルシステムの機能は従って変化する。
【０２２９】
ＥＤポンプユニット、例えばＰＣＣｅｌｌ  Ｂ−ＥＤ  １および外部溶媒タンク構造と組み合わせて、このＥＤセルにより、完全ＥＤシステムを組み立てる（図２）。
【０２３０】
【表７】
2019201642.tif 000009
【０２３１】
この状況では、ＥＤセルは完全システムの一部に過ぎず、他の部品と組み合わせた場合のみ適正に働く、ということに留意して頂きたい。
【０２３２】
３．セルおよび部品
ＰＣＣｅｌｌ  ＥＤ  ６４は、いくつかの部品からなる。それらを以下に記載する：
【０２３３】
【表８】
2019201642.tif 000010
【０２３４】
【表９】
2019201642.tif 000011
【０２３５】
【表１０】
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【０２３６】
【表１１】
2019201642.tif 000013
【０２３７】
【表１２】
2019201642.tif 000014
【０２３８】
【表１３】
2019201642.tif 000015
【０２３９】
５．適用例
ＰＣＣｅｌｌ  ＥＤ  ６４は、バッチ工程で駆動されるよう意図される。工程長および公称フロースルーは上記の通りである。
【０２４０】
図７は、バッチ脱塩の一例を示す（時間に対するｄｉｌｕａｔｅの導電率）。開始および停止時間での単一回脱塩の作用は、導電率急変を生じる。それは、電流、流動およびその他の因子によって決まる。プロットは、それが、多かれ少なかれ、電流に比例する、ということを示す。
【０２４１】
【表１４】
2019201642.tif 000016
【０２４２】
図６は、理論的電流効率（ｃｅ）での、および８５％ｃｅでの電流に依存する塩（ＮａＣｌとして算定）除去を示す。ＰＣＣｅｌｌ  ＥＤ  ２００を用いて、塩化ナトリウムに関しては９０〜９５％の範囲のｃｅを予期し得る。それは、電流密度、濃度およびその他の因子によって決まる。量は、セル対当たりで示される。２５セル対−ユニットはこの２５倍を作る。
【０２４３】
【表１５】
2019201642.tif 000017
【０２４４】
６．適用区域
塩水の脱塩
ワインの安定化
乳清脱塩
製薬用途
酸洗浴再生利用
【０２４５】
７．一般的見解／安全性
このセルユニットを用いて電気透析を実行することにより、腐蝕性である濃酸および濃塩基が生成され得る。十分な予防措置が取られなければならない。電極では、爆発性ガスおよびエアゾールが生じ得る。さらにまたこの場合、適切な防護が保証されなければならない。セルは、当該システムから排出される任意の液体を収集するのに十分な大きさのタンク中で実行されなければならない。
【０２４６】
８．追加情報／連絡先
追加情報に関しては、我々のウェブサイトｗｗｗ．ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ．ｉｎｆｏ．を見て頂きたい。任意の技術的質問の場合、以下に連絡ください：
【０２４７】
【表１６】
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2019201642.tif 000019
【０２４８】
ＧＥ  パワー＆ウォーター
ＧＥウォーター＆プロセステクノロジー
極性転換型電気透析による高水分回収
著者  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｐ．Ａｌｌｉｓｏｎ
１９９３年のＡＷＷＡ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅの会報からの再販。許可済。１９９３年メリーランド州ボルチモア。
注：ＧＥウォーター＆プロセスは２００５年にイオニクスを購入した。
緒論
多数の膜脱塩ユーザーにとって、最大水分回収を達成する必要性は、主要な優先事項である。ある者にとっては、源水は限定され、割り当てられ、そうでなければ調節される。多数の帯水層からの回収は再装填を上回り、地下水面の低下、地盤沈下および海辺区域における塩水侵入を生じている、と、目下、認識されている。近年のカリフォルニア干ばつ中に非常に明白であったように、地表供給も限定され得る。それらの給水を購入する使用者に関しては、コストは上昇しており、それらの総処理済み水コストの実質的部分を表し得る。
【０２４９】
給水の質および環境を保存するよう意図される規則がより厳しくなっているので、濃縮物処分もより経費を要し、且つ面倒になってきている。地表排水の許可は、困難で得ることができない。下水管および深井戸への排水は、実質的に経費を増大し得る。「ゼロ排液」は、すべての排液が再使用のために精製される場合を助長し、多大の経費を有し得る。
【０２５０】
極性転換型電気透析（ＥＤＲ）は、逆浸透（ＲＯ）におけると同様に、塩が、水の代わりに膜に通される脱塩工程である。当該工程は、基本的にＲＯとは異なり、水分回収に及ぼすそれ自体の別個の能力および制限を有する。ＥＤＲ工程の能力は、高い水分回収が資源節約および経費制御のために重要である脱塩用途における多数の自治体および工業的ユーザーを手助けしている。
【０２５１】
ＥＤＲ廃水源
ＥＤＲシステムへの給水源は、図１に示されるように３つの流れに分けられる。最大流は希釈液供給で、これは、一旦スタックを通過し、そして脱塩化生成物として流出する。第二流（補給濃縮液と呼ばれる）は、スタックを通して再循環されている濃縮液流に供給される。スタックからの出口で、廃液へのオーバーフローが存在する。補給濃縮液流量は、濃縮液が再循環される平均時間数を制御し、したがって、ＥＤＲシステムにおける回収を制御する主要手段である。第三流は電極区画洗浄水で、これは、大半のシステムにおいて、希釈液流の１％である。普通は、この水は、それがスタックを通過した後、廃水に向けられるが、しかし補給濃縮液の一部分として用いられて、水分回収をさらに改善し得る。
【０２５２】
【表１７】
2019201642.tif 000020
【０２５３】
少量の希釈流水流動は、それがスタックを通過すると、濃縮液流に移される。先ず、水は、イオンの通過を伴って膜を通して移動される。この「水分移動」は、希釈液流／除去される塩１０００ｐｐｍ（ｍｇ／Ｌ）の０．１５％〜０．４５％になる。内部スケール形成に対する最良の抵抗性を有する膜は、最高値に近い水分移動を有する傾向がある。内部漏出も、希釈液流と濃縮液流との間で起こり、これは、約０．２５％〜０．５０％／段階である。濃縮液流は、普通は、希釈液流より低い約１ｐｓｔの圧力で操作され、したがって、この漏出は希釈液流から濃縮液流の方向である。水分移動および交差漏出は、水分回収を低減しない。これらの流動は、プラント設計において補給濃縮液の一部として算定される。実際の制御化補給濃縮液流は、比例的に低減される。
ｗｗｗ．ｇｅ．ｃｏｍ／ｗａｔｅｒを訪れ、「Ｃｏｎｔａｃｔ  ＵＳ」をクリックすることによりお近くの店舗と連絡を取って下さい。
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【０２５４】
ＤＣ電力極性の周期的反転は、個々のスペーサー中に溶液を交互に生じさせる。負の極性で希釈液流を保有するスペーサーは正の極性で濃縮液を保有する。自動入口および出口分水弁は、希釈液および濃縮液流を各極性に関して正しいスペーサーに向ける。
【０２５５】
濃縮液が反転中に洗い出されている間、低品質生成物が生成される。これは、導電率制御自動弁により廃水に方向転換される。自動分水弁およびＤＣ極性反転の操作の時間を調節することにより、高導電性生成物がわずか３６秒間に生成される。この同調極性反転は、１５〜３０分毎に起こる。「同町反転」からの「規格外」生成物の高導電率は、２％〜４％廃棄物を表す。この廃棄物は高ＴＤＳ濃縮液であり、供給または補給濃縮物に再循環され得ない。
【０２５６】
いくつかの例
操作における最高水分回収ＥＤＲプラントは、バージニア州サフォーク市が操業する３．７６ｍｇｄ（１４．２３３ｍ３／日）施設である。プラントは、３段階を有し、９４％水分回収を達成する。表１は、廃液が生成される場所を示すために分解された３つのＥＤＲユニットのうちの１つに関する流動の要約を示す。当該ユニットは、連続的化学物質供給を有さない。１４．９ｇｐｍ（５６ｌｐｍ）の補給濃縮液流を用いて、濃縮液における炭酸カルシウムスケーリング能力を制御する。当該ユニットがこの制御化補給濃縮液流を必要としない場合、廃液は４３．１ｇｐｍに低減されて、最終的回収能力は９５．３％を示す。
【０２５７】
【表１８】
2019201642.tif 000021
【０２５８】
グランカナリア島にある５ｍｇｄのＥＤＲプラントは、８５％の水分回収率で、５，０００〜７，０００ｐｐｍ（ｍｇ／ｌ）給水で稼働する。表２は、ユニット流動の要約を示す。制御化補給濃縮液流は、総廃液の約１／２である。最終的水分回収能力は、総廃液の約１／２である。このプラントの流動を基礎にした最終的水分回収能力は、９１．８％に過ぎない。より高いＴＤＳは水移動を増大し、そして付加的段階は交差漏出を増大する。
【０２５９】
【表１９】
2019201642.tif 000022
【０２６０】
このプラントの水分回収は、２つの付加的物理的因子により、すぐに制限される。第一の因子は、「短絡」と呼ばれる現象である。図２は、漏出電流が膜を介して脇道に進み、濃縮液を多種多様な穴に通し落とす。濃度が十分に伝導性である場合、膜を通過して多様な穴に進む電流は、スペーサー材料を軟化するのに十分な熱を生じ、それを変形させ得る。この制限は、経費を増大する種々の手段により克服され得る。第二の制限は、膜電流効率特性により課せられる。図３は、２，０００ｐｐｍ（ｍｇ／ｌ）ＮａＣｌ溶液を３３４ｐｐｍ（ｍｇ／ｌ）に脱塩するＥＤＲユニットに関するＤＣ電力消費および膜電流効率対水回収を示す。膜効率は、希釈液および濃縮液流間の規定度の差に関連する。水分回収が増大されると、濃縮液規定度は増大し、電流効率は下がって、電力消費を上げる。
【０２６１】
【表２０】
2019201642.tif 000023
【０２６２】
給水の相対的に低いＴＤＳが希釈液および濃縮液流間の相対的に低い規定度差を生じるため、サフォーク市は９４％水分回収を達成し得る。グランカナリア島の計画は、非常に大きい規定度差を有し、電力消費は８６％水分回収を明確に上回って上昇する。水分回収能力を改善する良好な電流効率を有する陰イオン交換膜が、利用可能である。これらの膜は、多くの水に関してそれらの使用を望ましくないものにし得るより多くの内部スケール形成を受ける傾向がある。１９８５年にカナリア諸島計画が作られて以来、陽イオン交換膜は実質的に改良されてきた。この計画の長期試験は、これらの新規の膜が電流効率を実質的に改良し、電力消費を低減することを示している。それらは、目下、すべての新規計画の標準である。
【０２６３】
濃縮液スケール生成限界
ほとんどすべてのＥＤＲ計画の水分回収能力は、スケールとして濃縮液流から、限定溶解度を有する塩が沈澱する可能性により、限定される。ＥＤＲの極性逆転は、スケールを沈殿する傾向を有する濃縮液とスケールを溶解する傾向がある脱塩水とに、交互に、膜表面および水流路を曝露する。これにより、スケール生成を防止するために化学物質を付加することなく、特定限界まで超飽和濃縮液流を伴って工程は稼働する。化学物質が濃縮液に付加された場合、より高いレベルの超飽和が達成され得る。
【０２６４】
炭酸カルシウム
スケール防止剤を伴わないＣａＣＯ３に関する設計限界は、ランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）で＋１．８である。実際のスケール沈澱は、ほぼ＋２．２のＬＳＩで開始する。この限界は、ＣａＣＯ３スケール生成が高濃縮液ＬＳＩにならないよう任意の化学物質を付加することを必要とするＥＤＲユニットがほとんどないほど十分に高い。化学物質付加が用いられる場合、濃縮液への酸または二酸化炭素付加が用いられる。
【０２６５】
スケール防止剤は、濃縮液への酸またはＣＯ２付加の代替物として用いられ得る。高分子スケール防止剤を用いて、＋３．０の濃縮液ＬＳＩで数週間、５００，０００ｇｐｄのＥＤＲユニットを稼働した。別のＥＤＲユニットは、ヘキサメタリン酸ナトリウム・スケール防止剤を用いて、＋２．７のＬＳＩで５，０００時間、稼働した。このアプローチは、概して、以下の３つの理由のために採用されなかった。
１．スケール防止剤は正確な量で投与されなければならない。少なすぎるとスケールを生じ、多すぎると膜を詰まらせ得る。
２．スケール防止剤投与量は、監視するのが難しい。正確な投与量に関して濃縮液を試験するための容易な方法はない。酸またはＣＯ２を用いると、ｐＨは容易に監視される。
３．濃縮液ＬＳＩは、＋１．８に低減される必要があるに過ぎない。必要とされる酸またはＣＯ２投与量は、ほとんど常に、非常に少量である。酸またはＣＯ２を上回るスケール防止剤使用を選択する有意の経費利点は認められない。
【０２６６】
硫酸カルシウム
スケール防止剤負荷を伴わないＣａＳＯ４飽和に関する設計限界は、２．２５×Ｋｓｐのイオン生成物である。沈澱が開始する実限界は、ほぼ４×Ｋｓｐである。テキサスのデルシティは、スケール防止剤付加を伴わずに、３．５×Ｋｓｐで濃縮液ＣａＳＯ４イオン生成物を用いて、１９７５年以来、１５０，０００ｇｐｄ（５６８ｍ３／日）ＥＤＲシステムを稼働してきた。ｐＨ調節はＣａＳＯ４の溶解度を増大しないので、酸またはＣＯ２付加により限界は増大され得ない。水分回収を増大するための唯一の方法は、スケール防止剤を用いることである。
【０２６７】
１９８１年および１９８２年に、ヘキサメタリン酸ナトリウム・スケール防止剤付加を伴う高ＣａＳＯ４飽和での持続性稼働のＥＤＲ限界を、ニューメキシコ州ロズウェルでのＯＷＲＴ契約下で調べた。このプログラムにおける最終試験は、５，０００稼働時間を上回る間、平均１２．５×Ｋｓｐで、濃縮液ＣａＳＯ４イオン生成物を用いて５０，０００ｇｐｄのＥＤＲユニットを稼働することであった。試験中に４日間、スケール防止剤付加がなされない場合でさえ、膜が有したスケールは少量に過ぎない、ということを、試験の結論での膜の精査は示した。試験の結論での膜の分析は、良好な性能特性を示した。実際、約７年間のロズウェル試験後に、膜は別の計画に用いられた。
【０２６８】
目標ロズウェル試験以来、多数のＥＤＲユニットが、濃縮液中の高ＣａＳＯ４飽和で稼働している。１９８８年に、フロリダのサラソタ郡は、５０％水分回収で稼働しているＲＯプラントにより生成される水を補足するために、そのソレント施設に可動性３００，０００ｇｐｄ  ＥＤＲを設備した。ＥＤＲプラントの水分回収は７９％に過ぎないが、しかし濃縮液のＣaＳＯ４イオン生成物は５．７５×Ｋｓｐである。スケール生成は、４．３ｐｐｍ（ｍｇ／ｌ）のポリアクリレート・スケール防止剤を濃縮液に付加することにより防止される。
【０２６９】
サラソタ郡は、目下、１９９４年に可動を開始するよう計画された１２ｍｇｄ脱塩施設を構築中である。地下水のその撤退は、帯水層過剰撤退および品質劣化の問題のため、調節され、制限される。環境問題および表面放出を制御する調節のため、濃縮液は深井戸に注入されるべきものである。このプラントに関して８５％水分回収と言い換えられる高ＣａＳＯ４飽和レベルで稼働するその立証された能力のために彼らはＥＤＲを選択した。
【０２７０】
硫酸バリウム
ＢａＳＯ４スケールは、１，９８０年代にＥＤＲプラントにおいて遭遇され始め、より高い水分回収への増大傾向にある。それは約１０のプラントにおいて認められている。それは濃縮液再循環パイプの壁に、そして濃縮液ポンプ中に沈澱する。それは金属に強力に接着するが、しかしスケールが約．０２０インチ厚になると、ＰＶＣパイプを折り取る。次いで、剥片がＥＤＲスタックに進む。化学的洗浄液は、スケールを溶解できない。スタックは、除去のために分解されなければならない。ＢａＳＯ４スケールに出くわす最初のユーザーは、２７５，０００ｇｐｄ（１０４１ｍ３／日）ユニットを有する。それらの表面水供給の質が変わると、問題が断続的に生じる。このユーザーは、単に、スタックが剥片を捕獲する前にパイプにトレーナーを加え、１０年以上、この方法を操作している。
【０２７１】
ＥＤＲにおけるＢａＳＯ４沈澱に関する閾値点は、スケール防止剤を用いない場合、１００×Ｋｓｐのイオン生成物である、ということが目下判っている。
【０２７２】
スケール防止剤付加を伴う限界は、一般に不明である。１５０×ＫｓｐのＢａＳＯ４イオン生成物でいくつかの計画が実行されつつあり、そして２つの計画が、濃縮液への２〜５ｍｇ／ｌの高分子スケール防止剤投与量で、２２５×Ｋｓｐのイオン生成物に到達している。
【０２７３】
硫酸ストロンチウム
ＳｒＳＯ４スケールは、如何なるＥＤＲプラントにおいても検出されていない。多数のプラントからの濃縮液試料の分析物は、最高超飽和を有するプラントが４×Ｋｓｐのイオン生成物で稼働中である、ということを示している。推定限界は、スケール防止剤を伴わずに約８×Ｋｓｐのイオン生成物である。
【０２７４】
フッ化カルシウム
ＣａＦ２沈澱は、ＥＤＲプラントにおいては決して生じない。プラントは、イオン生成物５００×Ｋｓｐで稼働中であり、さらに高いレベルが、沈澱を伴わずに２つの工業的予備研究で観察されている。飽和レベルに関する推定限界はない。
【０２７５】
シリカ
ｐＨ９．５より低い水中のシリカは、本質的には非イオン性であり、ＥＤＲにより除去または濃縮されない。試験は、シリカレベルが、稼働中のＥＤＲプラントの供給原料、生成物およびブライン中で等しい、ということを示している。シリカはＥＤＲ回収を制限しないため、高シリカ水において高水回収が得られる。
【０２７６】
グランカナリア島での５ｍｇｄプラントは、この能力の完全な例である。給水シリカは５０から６０ｐｐｍ（ｍｇ／ｌ）まで変化し、さらに水分回収は８５％である。ＲＯは、この高ＴＤＳ水に関してより低い稼働経費を有するが、しかし回収はより低くなければならない。給水は１米ドル／１０００ガロン（／３．８ｍ３）の経費で購入さえる。ＲＯ経費利点は失われ、シリカスケール生成を防止するためにはより多量の廃液を要する。
【０２７７】
結論
任意の所定の源水に関してＥＤＲ脱塩で達成され得る最大水分回収は、種々の因子によって決まる。大半の用途において、水分回収は、濃縮液からスケールが沈澱する可能性により制限される。ＥＤＲは、濃縮液中のスケール生成塩の高い超飽和で稼働する能力を有し、シリカによる影響を受けない。これは、高い水分回収能力と言い換えられる。これらが、高い水分回収が優先する多くの用途においてＥＤＲがユーザーの要求を満たしている理由である。
【０２７８】
【表２１】
2019201642.tif 000024
電気透析（ＥＤ）および極性転換型電気透析（ＥＤＲ）
電気透析（ＥＤ）は、２つの荷電電極にそれらが引きつけられる結果として、イオン選択性半透膜を通ってイオンが移動する電気化学的工程である。ＥＤは、ほとんどの荷電溶解イオンを除去することができる。
【０２７９】
１．０  適用可能な夾雑物
ＥＤ／ＥＤＲは、バリウム、硝酸塩および亜硝酸塩、セレンおよびＴＤＳに関するＥＰＡ  ＢＡＴである。
【０２８０】
２．０  技術の説明
前処理
典型的操作は、以下の：スケール生成を防止し、濃縮液流中の濃縮液ＬＳＩを２．１より低い値に低減するためのスケール阻害剤の付加、生物学的増殖を防止するための０．５ｍｇ／Ｌの残留塩素濃度、ならびにＥＤ／ＥＤＲシステム前のカートリッジフィルター（１０〜２０μｍ）を要する。Ｈ２Ｓを除去するために、ＥＤ／ＥＤＲの前にエア・ストリッピングも用いられ得る。さらにまた、給水は、ＥＤ／ＥＤＲシステムの限界内でなければならない（２．２節参照）。
【０２８１】
技術的説明
電気透析は、ほとんどの溶解塩が正または負に荷電され、それらが反対電荷を有する電極に移動する、という原理によって左右される工程である。位にオンまたは陽イオンの通過を可能にする選択性膜が、分離を可能にする。ＥＤは、これらの膜を交互に用いて、濃縮液および生成物流を作成する。
【０２８２】
陰イオンは陰イオン選択性膜を通過できるが、しかし、その経路を遮断し、ブライン流中に陰イオンを閉じ込める陽イオン選択性膜により通過できない（図１）。同様に、陽イオンは、負電荷の下で陽イオン選択性膜を通って反対方向に移動し、陰イオン選択性膜により閉じ込められる。ＥＤユニットは、１２，０００ｍｇ／Ｌ  ＴＤＳまで、給水から５０％〜９４％の溶解固体を除去することができる。電圧入力および工程構成（スタックまたは段階の数）は、実行可能な除去パーセントを指図する。ＴＤＳ除去は、一般的に、経済的に制限される。ＥＤの経費は、給水ＴＤＳが増大すると、増大する。典型的稼働条件は、１，２００ｍｇ／Ｌ  ＴＤＳ、高硬度および高シリカである。
【０２８３】
【表２２】
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【０２８４】
典型的ＥＤシステムは、各々が陽イオン移動性膜、脱塩化フロースペーサー、陰イオン移動性膜および濃縮液フロースペーサーからなる多数のセル対を有する膜を包含する。電極のための区画は、スタックの逆端にある。電極は、絶え間なく洗い流されて、汚れまたはスケール生成を低減する。
【０２８５】
濃縮液を再循環させ、濃縮液を廃棄物に放出し、あるいはブローダウンすることは、一般的で、供給−放出方式と呼ばれる。生成物およびブライン流間の流量に明確な差異が認めされる、という事実のために、これは必要である。希釈液流は、ブライン流の流動の約１０倍である；流動におけるこの差は圧力不均衡を生じて、濃縮液再循環を要する。
【０２８６】
膜は、通常は、シート形態に作られた陽イオン−または陰イオン交換樹脂から製造される。ＥＤスペーサーはＨＤＰＥから製造され、そして電極は不活性金属からなる。膜選択は、原水特質の注意深い再検討に基づいている。
【０２８７】
極性転換型電気透析（ＥＤＲ）はＥＤと同様であるが、しかし電極の極性は定期的に逆転し、それにより膜表面の蓄積イオンを離す。この工程は、生成物流を廃棄物流に変換することにより、無機スケール生成および汚れの作用を最小限にする。この工程は、付加的配管工事および電気的制御を要するが、しかし膜寿命を増大する。ＥＤＲは、付加化学物質を必要とせず、同様に清浄化を容易にする。
【０２８８】
メインテナンス
ＥＤ膜は耐久性があり、広範囲のｐＨ条件（ｐＨ２〜１１）下で稼働し得るし、清浄化中に高温に耐える。それらは、ユニットから除去され、必要な場合はごしごし洗いされ得る。適正に稼働されるならば、膜は１２〜１５年の平均寿命を有する。固体は、電源を切ってスタックを通して水を循環させることにより、洗い落とされ得る。ＥＤスタックは、バラバラにされ、機械的に清浄にされて、規則的間隔で再組立てされなければならない。それらは、５％塩酸溶液を用いても清浄化され得る。
【０２８９】
廃棄物処分
濃縮液廃棄物流、電極清浄化流動、および前処理工程からの残留物は、典型的廃棄物流流動の一部であり、処分を要する。一般的処分方法としては、以下のものが挙げられる：表面水放出、蒸発池等。使用済み膜も、処分を要する。
【０２９０】
利点
・ＥＤおよびＥＤＲは、最小汚れまたはスケール生成、あるいは化学物質付加で稼働し得る。
・低圧要件。
・ＥＤおよびＥＤＲ施設は、ＲＯより静かである。
・長い膜寿命見込み。
・非イオン性封止剤、例えばシリカにより影響されない。１
・前処理のための低化学物質使用量。１
・ＲＯより高いＳＤＩ、ＴＯＣおよびシリカ濃度、ならびにより大きい濁度で給水を処理する能力。１
・給水注に０．５ｐｐｍまでの遊離塩素で稼働して、給水中の生物学的物質を制御し得る。８
【０２９１】
限界
・ＴＤＳは経済的に８，０００ｐｐｍまでであるが、しばしば、１，２００ｐｐｍの水で実行する。
・ｐＨ：２．０〜１１．０
・ＴＯＣ：１５ｍｇ／Ｌまで
・遊離塩素：０．５ｐｐｍ（１５〜２０ｐｐｍまでのスパイクを伴う）
・濁度：２ＮＴＵまで
・鉄（Ｆｅ＋２）：０．３ｐｐｍ
・Ｍｎ（＋２）：０．１ｐｐｍ
・Ｈ２Ｓ：１ｐｐｍまで
・ＳＤＩ：１５（５分ＳＤＩ）
【０２９２】
３．０  実例処理手順
慣用的ＥＤＲ処理手順は、典型的には、原水ポンプ、破砕屑スクリーン、スケール防止剤の付加を伴う急速混合、緩徐混合フロキュレーター、水盤または浄化器、重力濾過器、ＥＤＲ膜、塩素消毒、および清澄槽貯蔵を包含する。精密濾過（ＭＦ）は、フロキュレーション、沈降および濾過の代わりに用いられ得る。
【０２９３】
【表２３】
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【０２９４】
４．０  安全性および健康問題
・有害ガス、例えば塩素、水素、Ｈ２Ｓ等を生じる
・電気的危険
【０２９５】
５．０  参考文献
１．Buros, O.K.(2000). The ABCs of Desalting. Topsfield, International Desalination Association, Saline Water Conversion Corporation.
２．American Water Works Association, and American Society of Civil Engineers, Water Treatment Plant Design. Ed. Edward E. Bruth. Fourth ed. New York: McGraw-Hill Handbooks, 2005.
３．General Electric. (2008), “Electrodialysis Reversal(EDR),” Retrieved 9/15/08, from http://www.gewater.com/products/equipment/ed edr edi/der.jsp.
４．Reahl, E.R.(2008), “Half A Century of Desalination with Electrodialysis, “ from http://www.gewater.com./pdf/Technical Papers Cust/Americas/English/TP1038EN.pdf.
５．Perry, Robert H., Don W. Green, and James O. Maloney. Perry’s Chemical Engineers Handbook, Seventh ed. New York;McGraw-Hill, 1997.
６．Bureau of Reclamation (2003), Desalting Handbook for Planners. Department of the Interior, Denver.
７．Trussel Technologies, “Desalination Technologies”, Pasadena, 2008, Trussel Technologies, 6/11/2008.http://www.trusseltech.com/tech.desalination.asp.
８．Allison, R.P.(2001), “Surface and Wastewater Desalination by Electrodialysis Reversal” from http://www.gewater.com/pdf/Technical Papers Cust/Americas/English/TP1022EN.pdf
９．Kiernan, J.and A.J.M.v. Gottberg (1998), Selection of EDR Desalting Technology Rather than MF/RO for the City of San Diego Water Reclamation Project. North American Biennial at Conference and Exposition. GE Water & Process Technologies.
【０２９６】
連絡先情報
この概況報告書は、ＴＳＣのWater Treatment Engineering Teamが提出した。どんな質問または短評も、以下にご連絡ください。
連絡先：Ｂｏｂ  Ｊｕｒｅｎｋａ
Ｅメール:wtprimer@usbr.gov
電話：（３０３）４４５−２２５４
ウェブ：http://www.usbr.gov/pmts/water/publications/primer.html
改定日：０９／２０／１０
【０２９７】
再利用可能な酢酸および苛性ソーダへの酢酸ナトリウムの転化のためのＥｕｒｏｄｉａ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ双極性膜電気透析ユニット:５年超の運転成功（Ｍｅｍｂｒａｎｅ＆Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｎｅｗｓ−Ｍａｒｃｈ  ２００６に発表）
２００３年初期に、Ｅｕｒｏｄｉａ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅは、ドイツの専門化学プロデューサーの所在地で、新規の双極性膜電気透析（ＥＤＢＭ）ユニットを委託した。その目的は、ビタミンの生成からの酢酸ナトリウムの副生成物流を、当該工程で再使用され得る酢酸ならびに廃棄物水処理施設において用いられるべき水酸化ナトリウムに転化することである。その結果、廃棄物量（有機量）は有意に低減され、酸および塩基価は回収され得る。本論文は、最後の３年間のこのプラントの運転成功を記載する。
【０２９８】
ＥＤＢＭは、電気透析スタックにおいて、慣用的イオン交換膜を双極性膜と組み合わせて、酸および塩基への水性塩流の転化を可能にする。ＤＣ電流の作用下で、双極性膜は水分子をＨ＋およびＯＨ−イオンに有効に分離する。これらのイオンは、塩の陰イオンおよび陽イオンと組み合わされて、酸および塩基を生成する。陰イオン交換、陽イオン交換および双極性膜を用いる３区画構成で、３つのループがスタック中で循環している:酸、塩基および塩、例えば塩化ナトリウム。以下の模式図に示されているように、双極性および陽イオン交換膜を有する２−区画構成は、好ましくは、弱酸および強塩基の塩、例えば酢酸ナトリウムとともに用いられる。有機酸は弱く解離されるため、別個の酸ループを有することはできないか／実際的でなく、そして陰イオン交換膜は必要とされない。このようなスタックでは、２つの生成物流はＮａＯＨ（最大濃度８重量%）の水溶液、ならびに十分な導電率のためにいくつかの残りの有機塩と混合される有機酸である：塩供給濃度が高いほど、達成され得る点か率は高い。主に専門化学用途のために、１ダースより多いＥＤＢＭシステムが世界中で稼働中である。
【０２９９】
【表２４】
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【０３００】
ドイツのプラントで、酢酸ナトリウム流は、２２〜２３重量%の平均濃度で供給され、酸は、１８〜１９重量％（３．２〜３．５Ｍ）の濃度で生成される。ＮａＯＨは、水処理プラントでの再使用のために十分な、６〜６．５重量％の平均濃度で生成される。酸から塩基ループへの水の運搬も認められるため、転化率は９０％を上回る。ユニットは、１．１〜１．３ｍ３／時間の供給を加工処理し、４００ｋｇ／時間より多くの酢酸ナトリウムを転化する。
【０３０１】
供給原料は低レベルの多価陽イオン（Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｕ等）を含有するため、総濃度を１ｐｐｍより低い値に低減して、スタック中に水酸化物として沈殿するのを回避するには、前処理ステップが必要とされる:２つのイオン交換樹脂カラムが、連続稼働のために据えつけられた。次いで、塩は、２５５ｍ２の総セル面積（膜面積５１０ｍ２）を有する２つのＥＵＲ４０Ｂ−ｂｉｐ  ＥＤＢＭスタック（下図参照）中で転化される。ＥＤＢＭスタックは、自動バッチ方式で駆動し、塩／酸導電率は７０ｍＳ／ｃｍから１１．５ｍＡ／ｃｍに減少する:導電率がこのような最小値に到達したら、酸生成物をポンプで貯蔵タンクに運ぶ。全体的電流効率は、専有設計スペーサーのおかげで最適化される。
【０３０２】
【表２５】
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【０３０３】
ＣＧＭＰ原理に、そして顧客仕様明細書に従って、ＥＤＢＭユニットが設計され、構築された。委託は短時間内に完了し、それ以来、顧客の要求を満たしてきたし、必要とされる場合は、常に稼働中であった。自動運転は、ＰＬＣにより制御される。ユニットは独立型建造物中に据えつけられ、一方、全体的制御室は隣接する建物中にある。さらに、遠隔カメラモニタリングにより、オペレーターが建物内にいなければならないのは１日３０分未満に過ぎない。電気キャビネットおよび整流器は、ＥＤＢＭスタックと同じ建物内に配置される。希ＮａＯＨ溶液を電解質溶液として用い、送風装置により、電極で発生される少量の水素および酸素ガスは建物の外に安全に換気される。プラント稼働の遠隔モニタリングならびに稼働パラメーターの最適化を可能にするためのモデムを設置することができる。
【０３０４】
【表２６】
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【０３０５】
システムの性能は設計および保証パラメーターを絶えず上回っていた、ということに留意することは価値がある:特に、酸濃度および酸生成率、ならびに電力消費に関して。１２，０００時間という膜寿命が保証されていたが、膜は、今までのところ８，０００時間より多く作動しており、劣化の徴候は認められない。別の場所での同様の適用に関しては、双極性膜寿命は２５，０００時間を超えているが、一方、陽イオン交換膜の寿命は約１５，０００時間である。ＤＣ電流は３４０Ａ（８５ｍＡ／ｃｍ２と等価）で設定され、平均電圧は１８５Ｖ／半スタックまたは１．７Ｖ／セル未満のままである。セル・メインテナンスおよび電力消費は主な運転コストであり、経済的見積もりは、２年未満の顧客に関する資本回収を示している。
【０３０６】
ＥＤＢＭユニットの性能は、良好な設計および適切な前処理を伴って、ユーザーが非常に上首尾の且つトラブルなしの稼働をなし得る、ということを実証する。もちろん、この設備は、任意の化学的工程ステップと同量のケアを必要とし、プラント・オペレーターは技術に対する彼らの責務を示している。この経験から、双極性膜電気透析は、魅力的な金銭的見返りの可能性を伴って、化学加工処理に信頼して用いられ得る、ということは明らかである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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