(57)【要約】  水性媒体中で増殖した生物または水性媒体中の廃棄物などのバイオマス中に含有されている脂質を処理して脂肪酸エステルをバイオ燃料などの燃料の成分として生成するための方法、容器、および装置が提供されている。本明細書に記載されている方法は、藻類などの脂質含有バイオマスから細胞脂質をバイオ燃料に効率的に転換することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞物質を含む組成物を反応器中で反応させることであって、前記反応器中の温度および圧力は、前記細胞物質が分解可能であり、かつ、前記細胞物質の成分が水相および油相を形成するように高められることと、前記油相をアルコールと反応させることによって脂肪酸エステルを生成することとを含む、脂肪酸エステルを生成する方法。
【請求項２】
前記細胞物質が、動物、植物、真菌、微小藻類、巨大藻類、細菌、珪藻、または原生動物由来の脂質含有バイオマスである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記細胞物質が、前記細胞物質の全重量に対して少なくとも１０重量％の無傷細胞を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して少なくとも１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、または５０重量％の水を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して１０重量％〜９０重量％の間の前記細胞物質を含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記反応器中の温度および圧力を高めることにより、臨界近くまたは超臨界の反応条件が作られる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記温度が、１８０℃〜４５０℃の間まで高められる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記圧力が、０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａの間まで高められる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記油相が、脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリド、またはトリグリセリドの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記油相を臨界近くまたは超臨界の反応条件でアルコールと反応させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記アルコールが、１〜２０個の炭素原子を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記アルコールが、メタノールまたはエタノールである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記脂肪酸エステルが、脂肪酸メチルエステルである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応が、共溶媒の存在下で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記共溶媒が、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、１〜２０個の炭素原子を含有するアルカンおよびアルケン、ハロゲン化アルキル、芳香族炭化水素、シリコーン、エーテル、アミン、アルキルオキシド、およびエステルからなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応が、触媒の存在下で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記触媒が、無機または有機の酸または塩基、金属またはその酸化物、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、ハフニウム、ニッケル、珪素およびジルコニウムのケイ酸塩、炭酸塩または他の塩からなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記生成された脂肪酸エステルを精製することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
細胞物質を含む組成物を反応器中で反応させることであって、前記反応器中の温度および圧力は、前記細胞物質が分解可能であり、かつ、前記細胞物質の成分が水相および油相を形成するように高められることと、前記水相を前記油相から分離することと、前記油相をアルコールと反応させることによって脂肪酸エステルを生成することとを含む、脂肪酸エステルを生成する方法。
【請求項２０】
前記細胞物質が、動物、植物、真菌、微小藻類、巨大藻類、細菌、珪藻、または原生動物由来の脂質含有バイオマスである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記細胞物質が、前記細胞物質の全重量に対して少なくとも１０重量％の無傷細胞を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して少なくとも１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、または５０重量％の水を含有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して１０重量％〜９０重量％の間の前記細胞物質を含有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記反応器中の温度および圧力を高めることにより、臨界近くまたは超臨界の反応条件が作られる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記温度が、１８０℃〜４５０℃の間まで高められる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記圧力が、０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａの間まで高められる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記油相が、脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリド、またはトリグリセリドの少なくとも１つを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記油相を臨界近くまたは超臨界の反応条件でアルコールと反応させる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記アルコールが、１〜２０個の炭素原子を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記アルコールが、メタノールまたはエタノールである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記脂肪酸エステルが、脂肪酸メチルエステルである、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記反応が、共溶媒の存在下で行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
溶媒が、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、１〜２０個の炭素原子を含有するアルカンおよびアルケン、ハロゲン化アルキル、芳香族炭化水素、シリコーン、エーテル、アミン、アルキルオキシド、およびエステルからなる群から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記反応が、触媒の存在下で行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項３５】
前記触媒が、無機または有機の酸または塩基、金属またはその酸化物、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、ハフニウム、ニッケル、珪素およびジルコニウムのケイ酸塩、炭酸塩または他の塩からなる群から選択される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記生成された脂肪酸エステルを精製することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３７】
前記分離が、沈降、重力分離、遠心分離、ろ過、および抽出からなる群から選択される方法によって遂行される、請求項１９に記載の方法。
【請求項３８】
細胞物質を含む組成物を反応器中で水溶液と反応させることであって、前記反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解可能であり、かつ、前記細胞物質の成分が水相および油相を形成するように高められることと、前記油相をアルコールと反応させることによって脂肪酸エステルを生成することとを含む、脂肪酸エステルを生成する方法。
【請求項３９】
前記細胞物質が、動物、植物、真菌、微小藻類、巨大藻類、細菌、珪藻、または原生動物由来の脂質含有バイオマスである、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記細胞物質が、前記細胞物質の全重量に対して少なくとも１０重量％の無傷細胞を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して少なくとも１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、または５０重量％の水を含有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して１０重量％〜９０重量％の間の前記細胞物質を含有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記反応器中の温度および圧力を高めることにより、臨界近くまたは超臨界の反応条件が作られる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記温度が、１８０℃〜４５０℃の間まで高められる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記圧力が、０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａの間まで高められる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記油相が、脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリド、またはトリグリセリドの少なくとも１つを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
前記油相を臨界近くまたは超臨界の反応条件でアルコールと反応させる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４８】
前記アルコールが、１〜２０個の炭素原子を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
前記アルコールが、メタノールまたはエタノールである、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記脂肪酸エステルが、脂肪酸メチルエステルである、請求項３８に記載の方法。
【請求項５１】
前記反応が、共溶媒の存在下で行われる、請求項３８に記載の方法。
【請求項５２】
前記共溶媒が、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、１〜２０個の炭素原子を含有するアルカンおよびアルケン、ハロゲン化アルキル、芳香族炭化水素、シリコーン、エーテル、アミン、アルキルオキシド、およびエステルからなる群から選択される、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記反応が、触媒の存在下で行われる、請求項３８に記載の方法。
【請求項５４】
前記触媒が、無機または有機の酸または塩基、金属またはその酸化物、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、ハフニウム、ニッケル、珪素およびジルコニウムを含むアルカリ元素などの元素のケイ酸塩、炭酸塩または他の塩からなる群から選択される、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記生成された脂肪酸エステルを精製することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項５６】
前記水溶液が水である、請求項３８に記載の方法。
【請求項５７】
前記水溶液が、全反応組成物の５％〜９０％の間である、請求項３８に記載の方法。
【請求項５８】
細胞物質を含む組成物をアルコールの存在下で反応器中で反応させることであって、反応器中の温度および圧力は前記細胞物質が分解可能であるように高められ、前記アルコールが前記細胞物質の油性成分と反応することによって脂肪酸エステルを生成することを含む、脂肪酸エステルを生成する方法。
【請求項５９】
前記細胞物質が、動物、植物、真菌、微小藻類、巨大藻類、細菌、珪藻、または原生動物由来の脂質含有バイオマスである、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記細胞物質が、前記細胞物質の全重量に対して少なくとも１０重量％の無傷細胞を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して少なくとも１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、または５０重量％の水を含有する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６２】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して１０重量％〜９０重量％の間の前記細胞物質を含有する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６３】
前記反応器中の温度および圧力を高めることにより、臨界近くまたは超臨界の反応条件が作られる、請求項５８に記載の方法。
【請求項６４】
前記温度が、１８０℃〜４５０℃の間まで高められる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記圧力が、０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａの間まで高められる、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記油相が、脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリド、またはトリグリセリドの少なくとも１つを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６７】
前記油相を臨界近くまたは超臨界の反応条件でアルコールと反応させる、請求項５８に記載の方法。
【請求項６８】
前記アルコールが、１〜２０個の炭素原子を有する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６９】
前記アルコールが、メタノールまたはエタノールである、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記脂肪酸エステルが、脂肪酸メチルエステルである、請求項５８に記載の方法。
【請求項７１】
前記反応が、共溶媒の存在下で行われる、請求項５８に記載の方法。
【請求項７２】
前記共溶媒が、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、１〜２０個の炭素原子を含有するアルカンおよびアルケン、ハロゲン化アルキル、芳香族炭化水素、シリコーン、エーテル、アミン、アルキルオキシド、およびエステルからなる群から選択される、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記反応が、触媒の存在下で行われる、請求項５８に記載の方法。
【請求項７４】
前記触媒が、無機または有機の酸または塩基、金属またはその酸化物、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、ハフニウム、ニッケル、珪素およびジルコニウムなどの元素のケイ酸塩、炭酸塩または他の塩からなる群から選択される、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記生成された脂肪酸エステルを精製することをさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項７６】
細胞物質を含む組成物をアルコールの存在下で反応器中で反応させることであって、前記反応器は多孔質構造体を含有する容器を備え、前記反応器中の温度および圧力は前記細胞物質が分解可能であるように高められ、かつ、前記アルコールが前記細胞物質の油性成分と反応することによって脂肪酸エステルを生成することを含む、脂肪酸エステルを生成する方法。
【請求項７７】
前記細胞物質が、動物、植物、真菌、微小藻類、巨大藻類、細菌、珪藻、または原生動物由来の脂質含有バイオマスである、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記細胞物質が、前記細胞物質の全重量に対して少なくとも１０重量％の無傷細胞を含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７９】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して少なくとも１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、または５０重量％の水を含有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項８０】
前記組成物が、前記組成物の全重量に対して１０重量％〜９０重量％の間の前記細胞物質を含有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項８１】
前記反応器中の温度および圧力を高めることにより、臨界近くまたは超臨界の反応条件が作られる、請求項７６に記載の方法。
【請求項８２】
前記温度が、１８０℃〜４５０℃の間まで高められる、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記圧力が、０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａの間まで高められる、請求項８１に記載の方法。
【請求項８４】
前記油相が、脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリド、またはトリグリセリドの少なくとも１つを含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項８５】
前記油相を臨界近くまたは超臨界の反応条件でアルコールと反応させる、請求項７６に記載の方法。
【請求項８６】
前記アルコールが、１〜２０個の炭素原子を有する、請求項７６に記載の方法。
【請求項８７】
前記アルコールが、メタノールまたはエタノールである、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記脂肪酸エステルが、脂肪酸メチルエステルである、請求項７６に記載の方法。
【請求項８９】
前記反応が、共溶媒の存在下で行われる、請求項７６に記載の方法。
【請求項９０】
前記共溶媒が、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、１〜２０個の炭素原子を含有するアルカンおよびアルケン、ハロゲン化アルキル、芳香族炭化水素、シリコーン、エーテル、アミン、アルキルオキシド、およびエステルからなる群から選択される、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記反応が、触媒の存在下で行われる、請求項７６に記載の方法。
【請求項９２】
前記触媒が、無機または有機の酸または塩基、金属またはその酸化物、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、ハフニウム、ニッケル、珪素およびジルコニウムを含むアルカリ元素などの元素のケイ酸塩、炭酸塩または他の塩からなる群から選択される、請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記生成された脂肪酸エステルを精製することをさらに含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項９４】
前記多孔性構造体が網状発泡体である、請求項７６に記載の方法。
【請求項９５】
請求項１、１９、３８、５８、または７６に記載の方法を行うための容器。
【請求項９６】
前記容器がバッチ処理容器である、請求項９５に記載の容器。
【請求項９７】
前記容器が連続フロー処理容器である、請求項９５に記載の容器。
【請求項９８】
（ａ）細胞物質を含む組成物を含有している反応器と、
（ｂ）前記反応器中の温度および圧力を高めるための手段と、
（ｃ）脂肪酸エステルを収集するための出口と
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み入れる２０００年９月１４日出願の米国特許仮出願第６０／８４４９０７号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物由来の出発原料を利用する石油ベース燃料に対する代替品を見出すことを指向する相当な研究努力が払われてきた。エタノール、ブタノール、および熱分解によって形成されるバイオマス由来の炭化水素などのガソリン代用品を開発する研究とともに、ディーゼル燃料の代用品の探求も同様に活発に行われてきた。
【０００３】
長さが炭素８〜２４個の脂肪酸のアルキルエステルが、石油ベースのディーセルエンジン燃料の望ましい代用品として広く提案されてきた。まとめて一般にバイオディーゼルとして知られているこれらの脂肪酸エステルのブレンドは、反応物質として天然由来の脂質および短鎖アルコールが関与するエステル交換反応によって通常生成される。
【０００４】
これらの燃料エステルの生成に現在使用されているいくつかの方法があり、それらの詳細が広く公開されている。簡潔には、最も一般的な技法は、均一系または不均一系のアルカリ、酸、または鉱物触媒を必要とする。反応は、通常、脂質の純度にかなり敏感であり、水、遊離脂肪酸、または細胞の残骸を過剰な含有量有する脂質含有供給原料は、低い反応速度、触媒の失活、または低い製品収率の故に出発原料としては不適当であると考えられているほどである。
【０００５】
バイオディーゼルの供給原料として有望な可能性のある１つの脂質源は、微小藻類、巨大藻類、真菌類、および細菌類からなる群である。これらの生物は急速に増殖し、水性媒体中で簡単に培養することができて、所与の容積に対して高い比率のバイオマス脂質生産量を達成することができる。これらは、細胞重量の５０％を超える脂質様構成成分をもたらすことができる。さらなる利点は、これらの種が脂肪種子や食料の生産には不適とみなされている土地で増殖することの可能性にある。
【０００６】
しかし、この脂質へのアプローチ、それに続く燃料生産は、実行する上では、特に実際の脂質の単離および細胞に結合されている脂質の燃料への転化に関して、難題であることが立証されてきた。
【０００７】
通常、細胞物質は希薄な培地から、ろ過、凝集、または遠心分離によって濃縮される。大部分の事例では、脂質が首尾よく抽出できるようにするために、単離されたバイオマスを乾燥する必要がある。抽出は通常は溶媒を用いて達成される。溶媒除去後、単離された油または脂肪は、ディーゼルエンジン燃料として適当なアルキルエステルを生成するためにエステル交換を施すことができる。
【０００８】
エネルギーの保存のためには、燃料生成シーケンスの間の過剰な濃縮、乾燥、または細胞物質の溶媒抽出の必要性を取り除くことが好都合であると考えられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様では、脂肪酸エステルを生成する方法は、細胞物質を含む組成物を反応器中で反応させることを含む。反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解可能であり、かつ、細胞物質の成分が水相および油相を形成するように高められる。多くの実施形態では、温度および圧力の条件による反応条件は臨界近くまたは超臨界の反応条件である。次いで、アルコールを第１反応の油相と反応させることによって脂肪酸エステルを生成する。
【００１０】
本発明の別の態様では、脂肪酸エステルを生成する方法は、細胞物質を含む組成物を反応器中で反応させることを含む。反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解可能であり、かつ、細胞物質の成分が１つの水相および１つの油相を形成するように高められる。次いで水相を油相から分離することができ、次いで油相をアルコールと反応させることができ、それによって脂肪酸エステルを生成する。
【００１１】
水相の油相からの分離は、当技術分野において周知のものを含む様々な方法で実施することができる。分離方法の例は、これらだけには限定されないが、沈降、重力分離、遠心分離、ろ過および抽出を含む。
【００１２】
本発明の１つの態様では、脂肪酸エステルを生成する方法は、細胞物質を含む組成物を反応器中で水溶液の存在下で反応させることを含む。反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解可能であり、かつ、細胞物質の成分が水相および油相を形成するように高められる。次いでアルコールを第１反応の油相と反応させることによって脂肪酸エステルを生成する。
【００１３】
水溶液は、細胞物質を含む組成物と反応させることができる水であればよい。水溶液は、水溶液を細胞物質を含む組成物と反応させるときの全反応組成物の５％〜９０％の間であればよい。
【００１４】
本発明の１つの態様では、脂肪酸エステルを生成する方法は、細胞物質を含む組成物を反応器中でアルコールの存在下で反応させることを含む。反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解され得るように高められる。細胞物質の分解が起こると、細胞物質は高められた温度および圧力の条件下で反応して水相および油相を形成することができる。細胞物質が水相および油相を形成するのと同時にまたはその後に、アルコールは細胞物質の油性成分と反応することによって脂肪酸エステルを生成することができる。
【００１５】
別の態様では、本明細書で記載する通りの１工程法を含む方法が開示されており、そこでは反応器は多孔性の構造体を含んでいる。この多孔性構造体は、網状の発泡体であり得る。
【００１６】
細胞物質は、任意の脂質含有バイオマス、例えば、動物、植物、真菌、および微小藻類、巨大藻類、細菌、珪藻、および原生動物などの微生物由来のバイオマスであり得る。動物由来の細胞物質の例は、これらだけには限定されないが、鶏、仔羊、羊、牛、ラット、マウス、鯨、および魚などの動物由来の脂肪含有組織を含む。植物由来の細胞物質の例は、これらだけには限定されないが、樹木、草、農作物、穀類作物残渣、および穀類などの植物由来のバイオマスを含む。一部の実施形態では、細胞物質は、無傷細胞を含む。他の実施形態では、細胞物質は乾燥されている。任意選択により、細胞物質は、細胞物質の濃度に対して少なくとも５重量％、１０重量％、３０重量％、５０重量％、７０重量％の無傷細胞を含む。
【００１７】
一部の実施形態では、組成物を含む組成物は、少なくとも１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、または５０重量％の水を含有することができる。一部の実施形態では、細胞物質を含む組成物は、組成物の全重量に対して１〜５０重量％、５〜４０重量％、１０〜９０重量％の水を含有することができる。一部の実施形態では、該組成物は、組成物の全重量に対して１０〜９０重量％の細胞物質を含有する。
【００１８】
組成物の細胞物質を分解するための反応器中の高められた温度および圧力は、超臨界条件に近いかまたは超臨界条件とすることができる。例えば、温度は１８０℃〜４５０℃の間まで高めることができ、圧力は０．５ＭＰａ〜４０ＭＰａの間まで高めることができる。一実施形態では、温度は約３２０℃〜３７０℃の間まで高められる。さらなる一実施形態では、温度は３５０℃まで高められる。一実施形態では、圧量は２０ＭＰａまで高められる。
【００１９】
ある方法の一実施形態では、油相は、脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリド、およびトリグリセリドの少なくとも１つを含む。油相は、臨界近くまたは超臨界の反応条件でアルコールと反応させることができる。
【００２０】
油相と反応させるアルコールは、１〜２０個の炭素原子を有することができる。一部の実施形態では、アルコールは、メタノールまたはエタノールである。
【００２１】
本発明の方法で生成される脂肪酸エステルは、脂肪酸のメチルエステルであり得る。
【００２２】
一実施形態では、本発明の任意の反応は共溶媒の存在下で行われる。共溶媒の例は、これらだけには限定されないが、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、１〜２０個の炭素原子を含有するアルカンおよびアルケン、ハロゲン化アルキル、芳香族炭化水素、シリコーン、エーテル、アミン、アルキルオキシド、およびエステルを含む。
【００２３】
本発明の方法の実施形態の反応は、触媒の存在下で行うことができる。触媒の例は、これらだけには限定されないが、無機または有機の酸または塩基、金属またはその酸化物、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、ハフニウム、ニッケル、珪素およびジルコニウムを含むアルカリ元素などの元素のケイ酸塩、炭酸塩または他の塩を含む。
【００２４】
一実施形態では、本発明の方法によって生成された脂肪酸エステルは、バイオディーゼルなどの様々な製品における使用のために精製することができる。
【００２５】
任意の本発明の方法を行うことができる容器が本明細書において提供される。多くの実施形態では、この容器は、高められた温度および圧力に耐える能力がある。この容器は、反応が「バッチ」処理として、または「連続フロー」処理として知られている方式で起こり得るように多様な形状であり得る。
【００２６】
本発明は、細胞物質を含む組成物を含有する反応器、反応器中の温度および圧力を高めるための手段、および脂肪酸エステルを収集するための出口を含む装置（system）をも提供する。
【００２７】
反応器は、本明細書に記載されている本発明のいずれかの方法の少なくとも一部分を行う能力があるいかなる反応器、容器、または器具であってもよい。反応器は、本発明の容器であってもよい。
【００２８】
参照による組み入れ
本明細書において言及されているすべての刊行物および特許出願は、参照により、あたかもそれぞれの個々の刊行物または特許出願が具体的かつ個別に示されて参照により組み入れられたものと同程度に、本明細書に組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明の新規な特徴は、付随の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の原理が利用されている例示的な実施形態を説明している以下の詳細な記載および添付図面を参照することによって、本発明の特徴および利点のより良い理解が得られるであろう。
【００３０】
【図１】高められた温度および圧力の条件下での脂質を含有する細胞物質の脂肪酸エステルへの転化方法（分離工程を含む）を示す図である。
【図２】個々の容器中におけるアルコールの存在下での脂質を含有する細胞物質の脂肪酸エステルへの転化を示す図である。
【図３】脂質を含有する細胞質を燃料に転化させる方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書では本発明の好ましい実施形態を示し説明したが、かかる実施形態は例として提供されたに過ぎないことは当業者には明白であろう。今では当業者は、数多くの変形、変更および置き換えを本発明から逸脱することなく思いつくであろう。本明細書において記載された本発明の実施形態に対する様々な代替案が本発明の実施において使用し得ることを理解するべきである。以下の特許請求の範囲により本発明の範囲が規定され、これらの特許請求の範囲に含まれる方法および構造体ならびにそれらの等価物は本発明の範囲に包含されるものとする。
【００３２】
本発明は、藻類、珪藻類、原生動物、細菌類、真菌類、および細胞起源の廃棄物などの細胞バイオマスを有用な製品に転換する方法に関する。本発明は、バイオマスを燃料添加物またはバイオディーゼルなどの燃料製品に転換する方法を含むこともできる。
【００３３】
本方法において使用される材料は、廃棄物、例えば葉および刈り草、もみ殻、バガス、海藻、製粉廃棄物、綿廃棄物、動物廃棄物などを含むことができる。これらの廃棄物の処分は、現在では高価であり、環境問題を創り出す。
【００３４】
本明細書で言及する超臨界条件は、次のものを言う。超臨界条件下にある流体は、液体または気体の通常の状態とは異なる挙動を示す。超臨界条件にある流体は、液体の密度に近い密度、気体の粘度に近い粘度、および気体と液体の中間の熱伝導度および拡散係数を有する液体ではない溶媒である。超臨界流体の低い粘度および高い拡散は、その中における物質移動に好ましく、その高い熱伝導度は高い熱伝達を可能にする。かかる特別な条件の故に、超臨界条件における反応性は通常の気体または液体の状態における反応性よりも高く、したがってエステル化および／またはエステル交換が促進される。超臨界流体の最も重要な性質は、その溶媒和性がその圧力および温度の複雑な関数であり、その密度には無関係なことである。
【００３５】
本明細書で言う臨界近くの条件とは、超臨界条件の近傍にある条件のことを言うものである。
【００３６】
本発明は、本明細書で開示されている本発明の１つ以上の実施形態において生成される脂肪酸エステルからバイオディーゼルなどの燃料を生成させる方法を意図している。ディーゼルエンジン用のバイオ燃料における使用のための脂肪酸エステルの例は、これらだけには限定されないが、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸エチルエステル、脂肪酸イソプロピルエステル、脂肪酸イソブチルエステルなどを含む。
【００３７】
本明細書で記載される燃料生成方法および容器は、水性媒体中で増殖させた生物または水性媒体中の廃棄物の経済的で環境に優しい取り扱い手段を提供する。この再生可能なエネルギー源は、プロセスの負荷（load）として使用し得る。エネルギーは、運転開始後の処理プラントのスチーム負荷を満たすのに十分な量で発生させることができ、追加的な補助燃料の必要性はまったくない。生成されたエネルギーは、さらにまたは交互に商業的に販売するおよび／または発電に使用することができる。あるいは、バイオ燃料の一部または全部を販売することができ、したがって運営上の柔軟性を提供する。
【００３８】
本明細書に記載されている装置および方法は、水性媒体中で増殖させた生物などのバイオマスに含有されている脂質または水性媒体中の廃棄物を処理する有益な手段を提供するだけではなく、得られた産物、すなわちエネルギーが化石燃料への依存性を低減するのに役立つ代替動力源として使用されることをも可能にする。化石燃料、特に外国産の石油への依存を低減することは現在の不安定な政治的および経済的状況においては特に重要なことである。さらに、エネルギー需要は将来顕著に増加すると予想されるので、再生可能なエネルギー源の使用はますます重要になるであろう。
【００３９】
本明細書で記載されている方法は、細胞物質を含む組成物または細胞物質もしくは細胞物質の油性／脂肪のスラリーを含有する水溶液を含む組成物を利用することができる２工程または１工程の方法によってアルキルエステルを形成することができる。
【００４０】
本発明の方法は、水およびアルコールまたはアルコール単独を高められたエネルギーの状態で利用して、細胞の分解、加水分解、および同時にまたは後続のアルキルエステルの形成を実行することができる。この方法は、共溶媒および／または触媒を含むこともできる。
【００４１】
藻類などの脂質含有細胞物質の水性スラリーに臨界近くまたは超臨界の条件などの高められた温度および圧力を施すと、脂質様細胞成分の加水分解が急速に起こり、得られた遊離脂肪酸または油相は反応混合物の水性部分または水相と区別され得る。
【００４２】
得られる油相は、水性部分から分離することができ、次いで同じ反応器もしくは容器または異なる反応器中でエステル交換される。分離は、２つの反応の間で実行してもしなくてもよい。脂質様細胞成分の加水分解後のエステル交換のために反応器にアルコールを加えることができる。
【００４３】
本発明の一態様では、脂肪酸エステルを生成する方法は、細胞物質を含む組成物を反応器中で反応させることを含む。反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解可能であり、かつ、細胞物質の成分が水相および油相を形成するように高められる。多くの実施形態では、高められた温度および圧力による反応条件は臨界近くまたは超臨界の反応条件である。次いで、アルコールを第１反応の油相と反応させることによって脂肪酸エステルを生成する。
【００４４】
一実施形態では、脂肪酸およびそれらのアルキルエステルを生成するために脂質成分を細胞物質から単離する必要性のない本発明の方法が本明細書で開示されている。特定の高められた熱的活性条件下では、細胞に結合している脂質が迅速かつ完全に反応して遊離脂肪酸またはそのアルキルエステルのいずれかを形成する。さらに、続いて遊離脂肪酸を多くの周知方法によってエステル化し、ディーゼルエンジン燃料として適当なアルキルエステルを形成することができる。
【００４５】
細胞物質は、例えば、動物、植物、真菌、および微生物、例えば微小藻類、巨大藻類、細菌、珪藻、および原生動物由来のバイオマスなどの任意の脂質含有バイオマスであってもよい。動物由来の細胞物質の例は、これらだけには限定されないが、鶏、仔羊、羊、牛、ラット、マウス、鯨、および魚などの動物由来の脂肪含有組織を含む。植物由来の細胞物質の例は、これらだけには限定されないが、樹木、草、農産物、穀類作物残渣、および穀類などの植物由来のバイオマスを含む。一部の実施形態では、細胞物質は無傷細胞を含む。
【００４６】
一部の実施形態では、無傷細胞は水性媒体中で増殖される。他の実施形態では、細胞物質は乾燥されている。細胞物質を含む組成物は、少なくとも１重量％、５重量％、１０重量％、２０重量％、または５０重量％の水を含有することができる。一実施形態では、細胞物質を含む組成物は、１０重量％〜７０重量％の間の水を含有することができる。
【００４７】
典型的な用途では、微小藻類または細菌ペーストなどの細胞の水性スラリーに、触媒活性化剤または外部のエネルギー補完（超音波、マイクロウエーブなど）を伴ってまたは伴わずに充分相当に高められた温度および圧力を施して、前記細胞の構造的要素を分解し、炭水化物、油性エステル、およびタンパク質を加水分解する。これは、望ましい成分を高収率でもたらす穏やかな反応である。
【００４８】
反応中の圧力は、０．５〜５０ＭＰａ、好ましい一実施形態では６〜２５ＭＰａにわたり得る。反応中の温度は、８０℃〜４５０℃、好ましい一実施形態では、２５０℃〜３６０℃にわたり得る。これらの条件は臨界に近いまたは超臨界と表現される範囲内にある。
【００４９】
１つの方法の一実施形態では、油相は脂肪酸、モノグリセリド、ジグリセリド、およびトリグリセリドの少なくとも１つを含む。この油相は、臨界近くまたは超臨界の反応条件で、アルコールと反応させることができる。
【００５０】
油相と反応させるアルコールは、１〜２０個の炭素原子を有することができる。一部の実施形態では、アルコールはメタノールまたはエタノールである。
【００５１】
選択されたアルコールは、油相１部に対してアルコール１部〜油相１部に対してアルコール８０部までの範囲で変動するアルコールと脂肪酸とのモル比で油相と混合することができる。アルコールは、本明細書に記載されたものなどの圧力および温度の条件下で反応器または容器に添加することができる。反応は、実質的に完了するまで進行させる。その時間は、１分間〜６０分間、好ましい実施形態では４分間〜１８分間の範囲であり得る。脂肪酸エステルを生成するための反応が終了した後、反応物を反応器から取り除いて、脂肪酸エステルを得るための知られている単離および精製の技法に合致する方法で過剰のアルコール、共溶媒、および／または水から分離することができる。
【００５２】
本発明の方法によって生成される脂肪酸エステルは、脂肪酸メチルエステルであり得る。本明細書に記載されている方法によって生成された脂肪酸エステルは、ディーゼルエンジン用燃料などの燃料、潤滑油用のベースオイル、燃料油などのための添加物において、それ自体で、あるいは用途に由来する要件による他の成分との混合物で使用することができる。
【００５３】
当業者には周知であり得る通り、有機酸または脂肪酸および油のそれらのエステルへの転化のための複数の技法が存在し、上記の細胞物質の加水分解から得られる油相をそのアルキルエステルに転化するために多くの派生的なエステル化方法を用いることができるであろう。かかる古典的な技法は、これらだけには限定されないが、脂肪酸とアルコールおよびアルケンとの均一系および不均一系触媒ならびに脱水剤の様々な群の影響下での反応を含む。マイクロウエーブまたは超音波エネルギーなどの外部エネルギー源を用いて反応を補完すること、触媒によって反応の活性化エネルギーを低くすること、または追加の溶媒を導入することによって溶媒系の臨界点を下げることのいずれかによってより低い温度および圧力を使用することができる。
【００５４】
超臨界エステル交換反応は、油または脂肪または脂肪酸またはアルコールのいずれかを超臨界条件下で含む。これらの成分の混合物は、臨界近くまたは超臨界の条件にあり得る。本明細書に記載されている本発明の実施形態では、追加の溶媒が反応混合物と共に反応容器内に含まれていてもよく、臨界近くまたは超臨界の条件にあり得る。追加の溶媒または共溶媒は、反応が超臨界反応条件に入るために必要な温度および圧力をしばしば低くすることができる。追加の溶媒の例は、これらだけには限定されないが、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、１〜２０個の炭素原子を含有するアルカンおよびアルケン、ハロゲン化アルキル、芳香族炭化水素、シリコーン、エーテル、アミン、アルキルオキシド、およびエステルを含む。
【００５５】
一実施形態では、本発明の反応はいずれも、共溶媒の存在下で行うことができる。本発明の一部の方法では、反応条件の温度および圧力パラメーターの厳しさは、反応容器への共溶媒の添加によって軽減され得る。共溶媒の例として働く様々な気体および液体は、これらだけには限定されないが、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、１〜２０個の炭素原子を含有するアルカンおよびアルケン、ハロゲン化アルキル、芳香族炭化水素、シリコーン、エーテル、アミン、アルキルオキシド、およびエステルを含む。
【００５６】
共溶媒を使用することができる方法では、水性反応混合物からの共溶媒および脂肪酸の簡単な分離、およびそれに続く共溶媒の回収を可能にする物質を選択することが望ましいものとなり得る。
【００５７】
本発明の方法の実施形態の反応は、触媒の存在下で行うことができる。本発明においてニッケル含有固体触媒が使用される場合は、油または脂肪および／またはアルコールおよび／または溶媒が超臨界条件にある条件下で反応を行うことが好ましいものとなり得る。触媒の例は、これらだけには限定されないが、無機または有機の酸または塩基、金属またはその酸化物、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、ハフニウム、ニッケル、珪素およびジルコニウムを含むアルカリ元素などの元素のケイ酸塩、炭酸塩またはその他の塩を含む。
【００５８】
一実施形態では、本発明の方法によって生成された脂肪酸エステルは、バイオディーゼルなどの様々な製品中でのその使用のために精製することができる。精製方法の例は、これらだけには限定されないが、結晶化、蒸留、クロマトグラフィー、分配、および吸着の各方法が含まれる。
【００５９】
本発明の別の態様では、脂肪酸エステルを生成する方法は、無傷細胞を含む組成物を反応器中で反応させることを含む。反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解可能であり、かつ、細胞物質の成分が水相および油相を形成するように高められる。次いで水相を油相から分離することができ、次いで油相をアルコールと反応させることによって脂肪酸エステルを生成することができる。
【００６０】
水相の油相からの分離は、当技術分野において周知のものを含む様々な方法によって実施することができる。水相は、単純な炭水化物、アミノ酸、タンパク質、および他の細胞分解生成物を含有することができる。油相は、脂肪酸およびモノグリセリド、ジグリセリド、およびトリグリセリドなどの化合物を含むことができる。分離方法の例は、これらだけには限定されないが、沈降、重力分離、遠心分離、ろ過、膜分離、および抽出を含む。抽出は、ヘキサン、ジクロロメタン、酢酸エチルなどの溶媒によって行うことができる。当技術分野において知られている通り、超臨界抽出も水相を油相から分離するために使用することができる。
【００６１】
本発明の方法の一実施形態では、エステル交換反応を、第１工程の水性反応生成物の除去、所望のアルコールの装置への導入、および同じ密封容器内での高められた圧力および温度条件の継続によって、加水分解反応と直列にすることができる。
【００６２】
本発明の方法の実施形態が変更可能であり、本発明のすべての方法に適用し得ることは本明細書に特有である。例えば、分離方法を含むある方法の細胞物質は、分離方法を含まなくてもよい方法と同じように、藻類の無傷細胞などの無傷細胞を含むことができる。
【００６３】
本発明の１つの態様では、脂肪酸エステルを生成する１つの方法は、細胞物質を含む組成物を水溶液の存在下で反応器中で反応させることを含む。反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解可能であり、かつ、細胞物質の成分は水相および油相を形成するように高められる。次いで、アルコールを第１反応の油相と反応させることによって脂肪酸エステルを生成する。
【００６４】
一実施形態では、水溶液は、細胞物質を含む組成物と反応させることができる水である。別の実施形態では、水溶液は、水溶液を細胞物質を含む組成物と反応させるときの全反応組成物の５％〜９０％の間である。
【００６５】
本発明の一部の実施形態の例を図１に示す。図１の圧力容器は、高められた温度および圧力に耐えることができる反応器を表す。脂質含有細胞物質は、温度および圧力を高める前か後に圧力容器内または反応器内に投入される。水または水溶液も、図１に示す通り反応器に投入することができる。さらに、反応の所要エネルギーを少なくするために二酸化炭素などの共溶媒を反応器に投入することもできる。圧力容器内の細胞物質は、本方法の使用者によって決定された通りに一定の時間熱および圧力の下で反応する。所定の時間後、細胞物質は水相および油相を形成することができ、この例では、水相は分離装置内の水性層によって表されている。脂質層によって表されている油相は、密度の差によって水相の上に自然に分離する。次いで、水性層を脂質層から分離することができる。この例の分離工程は、本明細書で記載した通りに２工程反応の第２工程を実施する前に行う必要はない。図１の例では、超臨界エステル交換反応は、脂質層とアルコールとが反応することで行われ、両者が最初の圧力容器または異なる圧力容器に添加された際に行われる。この例では、超臨界エステル交換反応の後、アルコールを蒸発除去することができる。このアルコールは、将来の方法の反応のためにリサイクルすることができる。図１では、アルコールの蒸発後に出発細胞物質由来の残留生成物は、脂肪酸エステルおよびいくつかのその他の脂質成分である。図１に表したこれらの脂肪酸エステルは、燃料成分となり得る。
【００６６】
有機化合物を臨界近くまたは超臨界の水溶液と共に反応させることにより、有機化合物を短時間で（分から時間の程度で）劇的に転換させることができる。還元的方法は嫌気性または嫌気性に近い条件で実施することができる。還元的方法は、本質的には強い酸化剤のいずれをも含まない嫌気性または嫌気性に近い条件で実施される。任意選択により、生成物の分布を調節するために強い還元剤または他の共反応物質を添加してもよい。この方法は幅広い範囲の有機化合物およびセルロース、キチン、デンプン、脂質、タンパク質、リグニン、および無傷細胞などのバイオマス源について良好な働きをすることができる。細胞物質と水溶液との反応は、水相および油相を生じることができる。油相にエステル交換反応を施して、燃焼可能な燃料の生成を可能にする脂肪酸エステルを作ることができる。
【００６７】
脂質含有細胞物質の脂肪酸エステルすなわち脂肪酸アルキルエステルへの転化のために使用することができる別の方法は、細胞物質および所望のアルコールの密封容器または密封反応器への導入を含む。
【００６８】
本発明の方法の実施形態が変更可能であり、本発明のすべての方法に適用し得ることは本明細書に特有である。例えば、本明細書に記載されている１工程法の細胞物質は、藻類などの無傷細胞を本明細書に記載されている２工程法と同じ方式で含むことができる。
【００６９】
本発明の１つの態様では、脂肪酸エステルを生成する方法は、細胞物質を含む組成物をアルコールの存在下の反応器中で反応させることを含む。反応器中の温度および圧力は、細胞物質が分解され得るように高められる。細胞物質の分解が起これば、細胞物質は高められた温度および圧力の条件下で反応して水相および油相を形成することができる。細胞物質が水相および油相を形成するのと同時にまたはその後で、アルコールが細胞物質の油性成分と反応することができ、それによって脂肪酸エステルを生成する。この方法は、本明細書では１工程法とも呼ばれる。
【００７０】
予想に反して、細胞または細胞物質の分解および細胞成分の加水分解は、反応工程においてアルコールを組み入れることによる油性成分の形成と同時に実施することができる。例えば、ウェットな細胞の塊を、高められた温度および圧力による高められたエネルギー状態に所与の時間維持する間に、所望のアルコールと反応させて脂肪酸エステルおよび水性の加水分解された細胞成分の混合物を得ることができる。この脂肪酸エステルは燃料添加物またはバイオディーゼルなどの燃料として使用することができる。
【００７１】
本発明の１工程法の一実施形態を図２に図解する。細胞物質およびアルコールは、高められた温度および圧力条件を維持する能力がある容器または反応器に加えることができる。一部の実施形態では、反応条件は超臨界条件である。高められた温度および圧力の条件下では、細胞物質の脂質成分は超臨界エステル交換反応でアルコールと反応することができる。かかる反応の生成物は脂肪酸エステルである。超臨界条件は、細胞物質を水性および油性の相に分解することもできる。したがって、発酵法によるエタノールの生成のために有用であり得る水性物質および燃料生成のために有用であり得る炭化水素などの油性成分も図２で図解した１工程反応法の生成物であり得る。
【００７２】
この反応は先に細胞の加水分解について記載した条件で、先に記載した通り１つ以上の共溶媒の添加ありでまたはなしで実施することができる。反応生成物は脂肪酸の混合物、脂肪酸アルキルエステル、細胞の加水分解化合物およびアルコール分解化合物ならびに他の細胞分解生成物からなり得る。脂肪酸アルキルエステルは反応生成物中で支配的であり、かつ、化学プロセスの当業者には周知の、これらだけには限定されないが、抽出、分配、蒸留、結晶化、クロマトグラフィー、および膜処理を含む技法によって容易に単離し、精製することができる。
【００７３】
１工程反応法の一実施形態を図３に示す。脂質含有細胞物質およびアルコールを圧力容器または反応器の内部に投入する。容器内部に加えられる温度および圧力を高めることにより、超臨界反応条件が作られる。所望であれば、図３に示す通り、共溶媒も容器中に投入することができる。超臨界反応条件においてある時間後に生成物を得る。生成物と共に残っている過剰のアルコールは、図３に示す通り蒸発させてリサイクルすることができる。アルコールが除去された後で、脂肪酸エステルと同様に副生成物および炭化水素成分および他の脂質のようなクリーンアップ燃料も得ることができる。脂肪酸エステルは、バイオディーゼルなどのバイオ燃料を作るために使用することができる。
【００７４】
別の実施形態では、本明細書で記載した通りの１工程法を含む方法が開示されており、そこでは反応器は多孔質の構造体を含んでいる。多孔質構造体は、臨界近くまたは超臨界の条件で操作するときに反応が起こるためのより大きい表面積を反応器または容器の内部に作ることができる。これは反応器または容器の設計についての厳しい要件を軽減することができる。多孔質構造体は網状になった発泡体であればよい。網状になった発泡体はニッケル物質で作られているかまたは被覆されていればよい。
【００７５】
本発明の方法のさらなる利点は、加水分解物水溶液の容易な入手可能性であり、該水溶液は、後に続く発酵手順のために価値があるかまたは動物飼料中でもしくは肥料として使用することができる。後に続く抽出または蒸留を伴う水溶液の発酵は、エタノール、ブタノール、またはアセトンなどのさらなる価値ある燃料製品をもたらすような方法で簡単に実施することができる。
【００７６】
本明細書では本発明の方法のいずれをも行うことができる容器が提供される。多くの実施形態では、容器は高められた温度および圧力に耐える能力がある。一実施形態では、容器は容器内部の超臨界条件下で完全性を維持する能力がある。
【００７７】
本発明の方法が中で起こり得る容器は、ステンレス鋼合金、ニッケル合金、チタン合金、セラミック、ガラス等の材料、または高められた温度および圧力で反応物質の影響に対して抵抗性であることが知られている他の材料で作製することができる。
【００７８】
容器は、反応が「バッチ」処理として知られている方法でまたは「連続フロー」処理として起こり得るいくつもの形状のものであり得る。したがって、密封容器はタンクおよび球、円筒、様々な長さの管、中空ファイバーなどの形態からなることができる。かかる反応装置の設計および製作は、化学プロセスの当業者には周知である。
【００７９】
本発明による反応は、連続、バッチまたは半バッチ様式で実施することができる。
【００８０】
本発明は、細胞物質を含む組成物を含有している反応器、反応器中の温度および圧力を高めるための手段、および脂肪酸エステルを収集するための出口を含む装置も提供する。
【００８１】
反応器は、いかなる反応器、容器、または本明細書に記載されている本発明のいずれかの方法の少なくとも一部分を行うことができる器具でもあり得る。反応器は本発明の容器でもあり得る。
【００８２】
反応器中の温度および圧力を高めるための手段は、反応器から離れていることができ、反応器に連結されていることができ、あるいは反応器の部分であることができる。多くの異なる温度および圧力を高める方法が当業者に知られており、本発明の装置と共に使用することができる。多くの実施形態では、温度および圧力を高める手段は、臨界近くまたは超臨界の反応条件を反応器内に作る能力がある。
【００８３】
一実施形態では、本発明の装置は、容器または反応器、分離器、および生成物を含む。容器は、好ましくは本発明の容器である。本発明の方法が容器中で行われた後、生成物（例えば、水相および油相）を分離器中で分離することができる。分離された油相は、次いで別の容器中に投入することができる。第２の容器は最初の反応を行った同じ容器であることも可能である。第２の容器からの出口は、脂肪酸エステル、脂肪酸、および炭化水素などの生成物を収集することを可能にする。
【００８４】
脂肪酸エステルを収集するための出口は、バルブ、管、または脂肪酸エステルを得ることができる開口部であり得る。出口は直接または間接に精製の方法または装置、例えば本明細書に記載した精製方法、または当技術分野で広く知られているものなどに通じていてよい。出口は直接燃料添加物またはバイオディーゼルなどの燃料に転化することができる脂肪酸エステルを収集する装置を備えることができる。
【００８５】
本発明の方法、容器、および装置は、さらなる変更をすることなく炭化水素を抽出および濃縮することを追求している者の利益となることができることも認識するべきである。ある種の微生物は、様々な炭化水素を生成することが知られており、それらも本明細書で開示されている方法によって直ちに得ることができる。
【実施例１】
【００８６】
クロレラ属（Chlorella sp.）微小藻類の生培養物を１０００Ｇの力で５分間遠心分離した。得られた細胞物質のプラグを等容積の工業用メタノールと混合し、次いでステンレス鋼製の円筒形圧力容器に移した。容器をねじ込みプラグで密封し、次いで３５０℃の溶融錫浴に１２分間入れた。水浴中で数分間冷却後、容器を開けて内部の茶色の溶液を室温で蒸発乾固させた。残渣をヘキサンと水の間で分配させ、ヘキサン層をガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣＭＳ）で分析した。分析は、圧倒的にＣ１２〜Ｃ２０脂肪酸メチルエステルの存在を、１０％未満の脂肪酸およびモノグリセリドの混合物と共に示した。未反応のトリグリセリドは検出されなかった。
【実施例２】
【００８７】
下水処理ラグーン由来の微小藻類および細菌類混合種の２０ｗ／ｖ％スラリーを、内径６ｍｍの３１６ステンレス鋼管を通してポンプ輸送し、該ステンレス鋼管はとり囲んでいる鋳造アルミニウム円筒によって３４０℃に維持されており、該アルミニウム円筒を電気抵抗カートリッジによって加熱した。装置の圧力２０ＭＰａは、調節可能な背圧放出弁によって維持された。ポンプ給送速度は、加熱した配管内に１６分間滞留可能になるように調節した。装置からの排出物は茶色の懸濁液からなり、４時間放置するとより密度の低いほぼ全体的に脂肪酸と共に少量の疎水性の分解化合物からなる層と主にアミノ酸、炭水化物、鉱物、およびヘテロ環状塩基からなる水性層に分離した。
【実施例３】
【００８８】
水８ｍｌ中に０．５８グラム（乾燥重量）の細胞を含有する専有の微小藻類のスラリーを、工業用ヘキサン３．５ｍｌと共にステンレス鋼製圧力容器に加えた。容器を密封して３５０℃で２０分間加熱し、次いで冷却して開封した。ヘキサン層を等容積の工業用メタノールと合わせ、次いで密封して圧力容器中で３５０℃でさらに２０分間再加熱した。得られた反応混合物をそれ以上の重量減が認められなくなるまで８０℃で乾燥した。残渣は重量０．２４グラムであり、ＣＧＭＳクロマトグラフィー分析をするとほとんど純粋なＣ１０〜Ｃ２２脂肪酸メチルエステルの混合物からなることが示された。藻類から得られたメチルエステルの収率は４９％超であった。
【実施例４】
【００８９】
専有の微小藻類０．３９グラムを含有する水性スラリー７ｍｌを、工業用ヘキサン３ｍｌと合わせて３４０℃、２０ＭＰａの条件下のステンレス鋼製圧力容器中で反応させた。容器から取り出し、ヘキサン層を分離および蒸発させて、主に脂肪酸からなる残渣を元の細胞塊の３９．９％に等しい量で得た。
【００９０】
同じ乾燥藻類物質の同一量を、３：２ｖ／ｖのクロロホルム−メタノール混合物で周知の「Ｆｏｌｓｃｈ」の方法によって抽出し、元の細胞塊の２０．６％に等しい量の脂質様成分を得た。
【図１】
2010503703.tif 000002
【図２】
2010503703.tif 000003
【図３】
2010503703.tif 000004
【国際調査報告】
2010503703.tif 000005
2010503703.tif 000006