(57)【要約】【課題】リグノセルロース原料からリグニン、燃料アルコール、及びバイオガスを同時に製造する方法を提供する。【解決手段】本方法は、(1)リグノセルロース原料を前処理して、リグニン、リグニン由来の化合物、及びセルロースパルプ流を含む可溶化液体成分流を得る工程、(2)セルロースパルプ流から液体流を分離する工程、(3)液体流を処理して、少なくともリグニン、リグニン由来の化合物、及び半固体廃棄材料を分離し回収する工程、(b)セルロースパルプ流を処理して、セルロースパルプを糖化し発酵させて、ビールを得、次に、燃料用アルコールとアルコール蒸留廃液廃棄材料に分離される工程、(4)液体流からの半固体廃棄材料とアルコール蒸留廃液廃棄材料を嫌気的に消化させて、バイオガスを得る工程を含む。嫌気性消化速度は、セルロースパルプから得られる単糖類の一部を制御可能に供給することによって操作することができる。セルロースパルプ流が嫌気的に消化されてもよい。【選択図】図３
2010528593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース原料からリグニン、セルロース材料、燃料アルコール及びバイオガスを同時に製造する方法であって、
リグノセルロース原料を前処理して、少なくとも、リグニンとリグニン由来の化合物を含む可溶化液体成分流と、セルロースパルプを含む脱リグニンアモルファス固体生成流とを得る工程、
可溶化液体成分流と、アモルファス固体生成流とを分離する工程、
可溶化液体成分流を更に処理して、そこから少なくともリグニン、リグニン由来の化合物、及び半固体廃棄材料を分離し回収する工程、
アモルファス固体生成流を更に処理して、セルロースパルプをグルコースを含む液体流に加水分解し、液体グルコース流を発酵させて、ビールを得、ビールを蒸留して、そこから燃料用アルコールと、アルコール蒸留廃液を含む廃棄材料を回収する工程、 及び
可溶化液体成分流からの半固体廃棄材料とアモルファス固体生成流からの廃棄材料を嫌気的に消化して、そこからバイオガスを得る工程であって、嫌気性消化が、
第一に、廃棄材料を液化し、それによって、単糖を含む第一液体流を得る段階、
第二に、第一液体流を酸性化し、それによって、有機酸を含む第二液体流を得る段階、
第三に、第二液体流を酢化し、それによって、酢酸を含む第三液体流を得る段階; 及び
第四に、酢酸を少なくともメタンと二酸化炭素を含むバイオガス混合物に微生物的に変換する段階、を含む工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
リグノセルロース原料を前処理する工程が、リグノセルロース原料を水性有機溶媒で物理化学的に消化し、それによって、成分部分をそこから可溶化液体成分流に抽出する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
有機溶媒が、短鎖アルコール、有機酸及びケトンを含有する群より選ばれる少なくとも一つの溶媒を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
有機溶媒が、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、及び芳香族アルコールを含有する群より選ばれる少なくとも一つの短鎖アルコールを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
有機溶媒が、少なくともアセトンを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
有機溶媒が、無機酸及び有機酸からなる群より選ばれる触媒と与えられる、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも二種類のリグニンが、可溶化液体成分流から分離され回収される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも三種類のリグニンが、可溶化液体成分流から分離され回収される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一種類のリグニンが、アモルファス固体生成流から分離され回収される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
セルロースパルプから加水分解される液体グルコース流の一部が、嫌気性消化の第一段階と嫌気性消化の第二段階の少なくとも一つに制御可能に供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
嫌気性消化の間に得られる第一液体流の一部が、前記可溶化液体成分流の処理の間に可溶化液体成分流に制御可能に供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
嫌気性消化の間に得られる第二液体流の一部が、前記可溶化液体成分流の処理の間に可溶化液体成分流に制御可能に供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
セルロースパルプを含む脱リグニンアモルファス固体生成流が、嫌気的に消化される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
嫌気性消化の第一段階によって、エンテロバクター種からなる群より選ばれる少なくとも一つの菌株を含む微生物の植菌材料が与えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
嫌気性消化の第二段階によって、バシラス種、ラクトバシラス種及びストレプトコッカス種からなる群より選ばれる少なくとも一つの菌株を含む微生物の植菌材料が与えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
嫌気性消化の第三段階によって、アセトバクター種、グルコノバクター種、及びクロストリジウム種からなる群より選ばれる少なくとも一つの菌株を含む微生物の植菌材料が与えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
嫌気性消化の第四段階によって、メタノバクテリア種、メタノコッカス種、及びメタノパイラス種からなる群より選ばれる少なくとも一つの菌株を含む微生物の植菌材料が与えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
バッチプロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
連続スループットプロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
リグノセルロース原料からリグニンとバイオガスを同時に製造する方法であって、
リグノセルロース原料を前処理して、少なくとも、リグニンとリグニン由来の化合物を含む可溶化液体成分流と、セルロースパルプを含む脱リグニンアモルファス固体生成流とを得る工程、
可溶化液体成分流とアモルファス固体生成流とを分離する工程、
可溶化液体成分流を更に処理して、そこから少なくともリグニン、リグニン由来の化合物、及び半固体廃棄材料を分離し回収する工程、及び
可溶化液体成分流とアモルファス固体生成流から半固体廃棄材料を嫌気的に消化して、そこから生物ガスを得る工程であって、嫌気性消化が、
第一に、廃棄材料を液化し、それによって、単糖を含む第一液体流を得る段階、
第二に、第一液体流を酸性化し、それによって、有機酸を含む第二液体流を得る段階、
第三に、第二液体流を酢化して、それによって、酢酸を含む第三液体流を得る段階、及び
第四に、酢酸を少なくともメタンと二酸化炭素を含むバイオガス混合物に微生物的に変換する段階、を含む工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
リグノセルロース原料からリグニン、燃料アルコール、及びバイオガスを同時に製造するシステムであって、
リグノセルロース原料と有機溶媒をその中で制御可能に受容し、混合し、処理するように構成され、更に、少なくとも、脱リグニンアモルファス固体を含む第一生成流と可溶化され懸濁した有機物質を含む使用済み有機溶媒を含む第二生成流、を制御可能に与えるように構成される装置であって、前記使用済み有機溶媒がその中にリグニンとリグニン由来の化合物を含有する、前記装置、
前記アモルファス固体流をその中に制御可能に受容し加水分解するように、また、そこから加水分解産物の流を制御可能に流出するように構成される装置、
前記加水分解産物流を少なくとも第一加水分解産物流と第二加水分解産物流に制御可能に分離するように構成される装置、
前記第一加水分解産物流を燃料アルコール製造システムに制御可能に分配するように構成される装置、及び
前記第二加水分解産物流を嫌気性消化システムに制御可能に分配するように構成される装置、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
必要により、脱リグニンアモルファス固体を含む前記第一生成流を嫌気性消化システムに制御可能に分配するように構成されていてもよい、請求項21に記載のシステム。
【請求項２３】
前記使用済み有機溶媒流をその中に制御可能に受容し脱リグニンするように、リグニンを前記脱リグニン使用済み溶媒流から制御可能に分離するように、また、前記脱リグニン使用済み溶媒流をそこから制御可能に流出するように構成される装置、及び
脱リグニン使用済み溶媒流を、嫌気性消化システムに操作可能に分配可能な第一脱リグニン使用済み溶媒流と、第二脱リグニン使用済み溶媒流に制御可能に分離するように構成される装置、
を更に備える、請求項21に記載のシステム。
【請求項２４】
選択された有機化合物をそこから前記第二脱リグニン使用済み溶媒流に制御可能に分離し流出するように構成される装置を更に備える、請求項21に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第二脱リグニン使用済み溶媒流を燃料アルコール製造システムに制御可能に分配するように構成される装置を更に備える、請求項21に記載のシステム。
【請求項２６】
バッチプロセスである、請求項21に記載のシステム。
【請求項２７】
連続スループットプロセスである、請求項21に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維性バイオマスから可燃性燃料を製造するためのシステム及び方法に関する。より詳しくは、本発明は、リグノセルロース原料からバイオガス、燃料アルコール、有機酸及び薬品の操作可能な同時製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
嫌気性消化システムの工業用や商業上の利点には、熱と電力のコジェネレーションに有効なバイオガスの製造に加えて、産業廃水のエネルギーとコスト効率の高い企業内廃水処理の設備が含まれる。しかしながら、不利な点には、プロセス段階の生物学的種類による長い消化時間と、微生物酵素系についての有機廃棄物流のある種の成分の悪影響によって引き起こされる生物学的プロセスのいっそうの遅延或いは阻止が含まれる。有機廃棄物と材料を処理するために構成される嫌気性システムの消化速度は、完全な消化に必要な酵素がないためにしばしばかなり低下する。この酵素の欠除は、以下によるものと考えられ得る: (1)これらの酵素を生産する細菌の不充分な増殖; (2)原料に対する適切で馴化した細菌の接近不足; (3)細菌細胞と密接に接触した副産物を蓄積することによる酵素生産のフィードバック阻害; 及び(4)酵素活性の阻止が発酵液中高濃度の副産物中間体によるものであり得る。低消化速度は、また、新鮮な原料スラリーが活性酵素産生細菌の凝集した集団を含有する沈降したスラリーを置き換わることによるものであり得る。嫌気性消化システムは、一般に、有機廃棄物のバイオガスへの都市の工業用変換に使われ、続いて、熱及び/又は電力発生に用いるのに捕捉される。有機廃棄物のバイオガスへの嫌気性変換は、一般に、(a)複合有機分子が可溶性モノマー、例えば、単糖類、アミノ酸、脂肪酸に加水分解される第一段階(即ち、加水分解)、続いて(b)第一段階の間に得られる単純なモノマーが揮発性脂肪酸に変換される第二段階(即ち、酸生成)、次に(c)揮発性脂肪酸が酢酸、CO2、及び水素に変換される第三段階(即ち、酢酸生成)、最後に(d)酢酸がメタン、CO2、及び水に変換される第四段階(メタン生成)を含む四段階プロセスに沿って起こる。このような嫌気性変換によって得られるバイオガスは、第一にメタン、第二にCO2、及び微量の窒素ガス、水素、酸素及び硫化水素を含む。
【０００３】
四段階の嫌気性消化は、微生物的に仲介され、嫌気性消化の各段階は、典型的には、異なる種類の天然に存在する相乗的嫌気性細菌を必要とする。大規模な嫌気性消化システムは、四段階を個別容器に、例えば、連続処理システムで分離するとともに選ばれた適切な微生物培養物の植菌材料で各容器を補足して、各段階の変換効率を最適化するように構成されてもよい。或はまた、四つのグループの嫌気性細菌を含む植菌材料を与えることによって、一つの容器内、例えば、バッチシステムで嫌気性消化段階のすべてを維持することも可能である。例示的な加水分解細菌は、エンテロバクター種(Enterobacter sp.)であり、例示的な酸生成細菌としては、バシラス種(Bacillus sp.)、ラクトバシラス種(Lactobacillus sp.)、ストレプトコッカス種(Streptococcus sp.)が挙げられ、例示的な酢酸生成細菌としては、アセトバクター種(Acetobacter sp.)、グルコノバクター種(Gluconobacter sp.)、ある種のクロストリジウム種(Clostridium sp.)が挙げられ、例示的なメタン生成細菌は、メタノバクテリア(Methanobacteria)、メタノコッカス(Methanococci)、メタノパイラス(Methanopyri)属に由来する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
有機廃棄物の中で最も一般的な主なポリマー成分は、セルロースであり、セルロースの微生物加水分解が、嫌気性消化の第一段階中の最も重要な律速段階であり、続いて残りの段階の処理速度と効率に影響することが知られている(Adney et al., 1991, Appl. Biochem. Biotechnol. 30:165-183; Yingnan et al., 2004, Bioresour. Technol. 94: 197-201)。有機廃棄物流に一般に存在するセルロース材料は、典型的には、有意量のリグニンを含有する。リグニン由来の高分子材料は、嫌気性消化システムにおいて特に厄介なものであり、しばしば嫌気性酵素システム阻止の直接原因である。パルプ化プロセスからのリグニン由来の廃棄物流(当業者が「黒液」又は「使用済み液」と呼ぶ)は、嫌気性の代謝に対してリグニンの阻害作用があることから嫌気性の消化に従わないことが知られている(Peng et al., J. Chem. Tech. Biotechnol. 1993, 58: 89-93)。更にまた、メタン生成細菌が、特に、リグニンによって悪影響を受けることがわかってきた(Yin et al., 2000, Biotechnol. Lett. 22: 1531-1535)。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的実施態様は、リグノセルロース原料を(a)可溶化された成分と、リグニンとリグニン由来のポリマーを含む液体流と、(b)セルロースパルプを含む脱リグニンアモルファス固体生成流に分離するように構成される方法及びシステムに関する。液体成分流は、少なくともリグニン、リグニン由来のポリマー、ヘミセルロース、オリゴ糖類、多糖類、単糖類及び使用済み溶媒を含有する。液体成分流は、少なくとも二種類の別々のリグニンを回収し、再循環するための使用済み溶媒を回収し再充填し、更に少なくともフルフラール、シュガーシロップ、有機酸及び半固体廃棄材料を分離するように処理される。セルロースパルプは、燃料アルコール、バイオガス、発酵産物、ファインケミカル、セルロース粉末、セルロース誘導体、及び上質紙製品の製造に有効である。液体成分流の処理中に得られる少なくとも半固体廃棄材料は、嫌気的に消化されて、バイオガスを製造する。嫌気性消化は、四工程/成分プロセスであり、ここで、第一工程は、半固体廃棄材料の液化であり、第二工程は、液化した廃棄材料の酸性化であり、第三工程は、酸性化した液化廃棄材料の酢化であり、第四工程は、酢酸のバイオガス(即ち、メタンと二酸化炭素)と、水と鉱物残留物への変換である。
【０００６】
本発明の一例示的実施態様は、リグノセルロース原料から燃料アルコールとバイオガスを同時に製造することに関する。リグノセルロース原料は、セルロースパルプを含む大部分が脱リグニンしたアモルファス固体生成流と、可溶化成分を含む液体流に分離される。セルロースパルプは、単糖の糖流に加水分解され、次に、ビールに発酵される。ビールを蒸留して、燃料用アルコールと、アルコール蒸留廃液(stillage)とを得る。
一態様によれば、アルコール蒸留廃液は、嫌気的に消化されて、バイオガスを得る。
他の態様によれば、セルロースパルプの加水分解の間に得られる単糖の糖流の一部は、嫌気性プロセスに制御可能に供給されて、バイオガス製造速度に影響する。
態様によれば、更に、液化廃棄材料の選択された部分が液体成分流の処理工程に制御可能に供給されて、リグノセルロース原料から回収される糖、フルフラール及び有機酸の量を増加させる。
【０００７】
本発明の他の例示的実施態様は、リグノセルロース原料のためのリグニンバイオリファイナリーであって、産出製品が、分離された種類のリグニン、リグノセルロース原料から抽出される他の有機成分、及びバイオガスである、前記リグニンバイオリファイナリーに関する。リグノセルロース原料を前処理して、セルロースパルプを含む脱リグニンアモルファス固体生成流と、可溶化成分を含む液体流を得た後、セルロースパルプは、嫌気的に消化される。液体成分流は、少なくとも二種類の別個のリグニンを回収し、再循環するための使用済み溶媒を回収し再充填し、更に、少なくともフルフラール、シュガーシロップ、有機酸及び半固体廃棄材料を分離するように処理される。
本発明は、以下の図面と共に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図1は、相互作用的で協同している発酵と嫌気性消化モジュールによるリグノセルロース原料を処理するためのモジュラ連続向流システムを示す本発明の例示的実施態様の模式的な流れ図である。
【図２】図2は、適切な4-段階嫌気性消化モジュールの例示的な構成を示す図1からのシステムの模式的な流れ図である。
【図３】図3は、リグノセルロース原料を(a)三種類のリグニン化合物を分離し回収することができる液体抽出物流と、(b)嫌気性消化によって処理されて、四種類のリグニン化合物、バイオガス、無機化固形物及び水を得、更に必要により、精製と回収のために液体抽出物流に戻されてもよい単糖類と有機酸を得てもよい、固形物流へ処理するように構成されるモジュラリグニンバイオリファイナリーシステムを示す本発明の他の例示的実施態様を示す模式的な流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の例示的実施態様は、リグノセルロース原料を複数の生成流れに分離するように構成される方法、システム及び装置に関する。得られる少なくとも一つの流れは、少なくともリグニン及びリグニン由来のポリマー、ヘミセルロース、多糖類、オリゴ糖類、フルフラール及びフェノール化合物を含む可溶化抽出物を含む液体流である。得られる少なくとも一つの他の流れは、セルロースパルプを含む固形物流である。適切なリグノセルロース原料は、被子植物繊維性バイオマス、裸子植物繊維性バイオマス、農作物繊維性バイオマス、古紙材料、木材材料等、及びこれらの混合物によって例示される。
【００１０】
リグノセルロース原料をリグニン、サッカリド、オリゴ糖類及び多糖類を含む液体流と、セルロースパルプを含む固形物流に分離するのに適切な方法及び処理システムは、バイオ精製、熱化学及び/又は化学及び/又は酵素のパルプ化プロセス及びシステムによって例示される。適切な例示的パルプ化システムは、図1に示され、リグノセルロース原料10を適切な高温で灌流し蒸解することによって前処理することに基づき、水性有機溶媒中で繊維性原料を物理的に分裂させ粉砕し、それによって、固体アモルファスパルプ材料と使用済み溶媒を得る。適切な水性有機溶媒は、反応触媒として供給される無機酸、或いは有機酸と共に水に希釈されるエタノールによって例示される。例示的な無機酸は、硫酸である。このように得られるアモルファスパルプ材料は、主に、残留リグニンが少ない精製されたセルロースを多く含む繊維を含み、セルロース結晶化度が著しく低下している。使用済み溶媒は、一般に黒液と呼ばれ、典型的には、可溶化されたリグニンとリグニン由来のポリマー、フルフラール、キシロース、酢酸、親油性抽出物、他の単糖類、オリゴ糖類及び使用済みエタノールを含む。固体アモルファスセルロースパルプ材料は、セルロースパルプ流れ40と黒液液体成分流20に分離される。
【００１１】
液体成分流20は、最初に流れを大気圧にフラッシングし、次に、黒液を水で急速に希釈し、それによって、リグニンとリグニン由来のポリマーを溶液から沈殿させることにより、順次少なくとも二つ異なった種類のリグニンとリグニン由来のポリマー22(即ち、中間分子量のリグニンと低分子量のリグニン)を分離し除去するように処理される。次に、更に精製及び/又は処理するためにリグニンが除去される。次に、脱リグニン液体流から、例えば、蒸留することにより、使用済み溶媒24を回収して、リグノセルロース原料前処理工程10に再循環するのに有効にする。次に、溶媒回収と蒸留24後に残存しているアルコール蒸留廃液25がそこからリグノセルロース原料から抽出される他の可溶化成分、例えば、フルフラール30、キシロース28によって例示される単糖類、酢酸26によって例示される有機酸、新規な第三種類のリグニンとリグニン由来のポリマー31(即ち、非常に低分子量のリグニン)を分離するように更に処理されてもよい。これらの一連の後に残されるすべてが第一半固体廃棄材料32である。液体成分流20の処理から得られる半固体廃棄材料32は、移送ライン34を通って嫌気性消化モジュール60の段階1容器62へ移される(図1及び図2)。
【００１２】
セルロースパルプ流40は、酵素加水分解によって、エタノール又は他の任意の発酵産物、例えば、ブタノール又はプロパノールに変換され、単糖流42を得てもよく、次に、発酵させて、エタノールと発酵微生物バイオマス44を含むビールを得る。ビールを蒸留する48か或いは分離して、燃料用アルコール80とアルコール蒸留廃液52を得る。アルコール蒸留廃液52を、そこから新規な種類のリグニンとリグニン由来のポリマー54(高分子量リグニン)を回収するように処理してもよく、第二固体廃棄材料56が残る。セルロースパルプ流れ40の処理から得られる固体廃棄材料56は、移送ライン58を通って嫌気性消化モジュール60の段階1の容器62に移される(図1及び図2)。しかしながら、そのように所望される場合には、リグノセルロース原料処理10によって得られるセルロースパルプ流40を、移送ライン41を通って嫌気性消化モジュール60の段階1容器62へ直接移すことは選択できる(図1及び図2)。或はまた、セルロースパルプ材料をセルロース粉末、ミクロクリスタリンセルロース、及びCMC-セルスロースやDEAE-セルロースによって例示されるセルロース誘導体を得るように更に処理するために回収することは本発明の範囲内である。
【００１３】
リグノセルロース原料前処理システムと処理システムと協同し連通するように構成される本発明の例示的な4-段階嫌気性消化モジュール60を図2に示す。第一段階は、以下からの廃棄物生成の一つ以上から半固体/固体廃棄材料を受容するように構成されるスラッジタンク62を含む: (a)移送ライン34を通って処理する液体成分流20、(b)移送ライン41を通るリグノセルロース原料前処理10、即ち、セルロースパルプ流40、(c)燃料用アルコール又は他の発酵産物80を得るセルロース発酵ビール48の蒸留からのアルコール蒸留廃液の廃棄物56。第一段階スラッジタンク62は、必要により、以下を受容してもよい: (d)移送ライン46を通る、セルロースパルプの酵素加水分解の間に得られる単糖流42の一部。スラッジタンク62は、可溶性モノマー、例えば、単糖類、アミノ酸及び脂肪酸に廃棄材料を含む複合分子を加水分解することができる酵素を産生する通性嫌気性細菌集団を維持する嫌気性条件で維持される。そのように所望される場合には加水分解プロセスを促進させて液体流を得るスラッジタンク62内で半固体/固体廃棄物と混在させ混合するために植菌材料組成物を与えることも本発明の範囲内である。適切な加水分解する植菌材料組成物によって、少なくとも一つのエンテロバクター種が与えられる。
【００１４】
スラッジタンク62内で得られる液体流は、第二段階酸性化容器64に移され、ここで、嫌気性条件と酸産生菌、例えば、バシラス種、ラクトバシラス種、ストレプトコッカス種の集団が維持される。セルロースパルプの酵素加水分解の間に得られる単糖流42の一部が、移送ライン46を通って酸性化容器64に分配されることは選択できる。酸性化容器64に受容される液体流に含有される単糖類、アミノ酸及び脂肪酸は、酸産生菌によって揮発性の酸に変換される。そのように所望される場合には酸性化タンク320内で可溶化された揮発性脂肪酸の生成を容易にさせ促進させるように構成される酸性化植菌材料組成物を与えることは本発明の範囲内である。適切な酸性化植菌材料は、バシラス属種、ラクトバシラス種及びストレプトコッカス種の少なくとも一つを含み、必要により、前記細菌種の二つ以上の混合物を含んでいてもよい。
【００１５】
可溶化された揮発性脂肪酸を含む液体流は、酸性化容器64から第三段階の酢酸生成容器66へ移され、ここで、嫌気性条件と酢酸生成菌、例えば、アセトバクター種、グルコノバクター種、クロストリジウム種の集団が維持される。揮発性の脂肪酸は、酢酸生成菌によって酢酸、二酸化炭素、及び水素に変換される。そのように所望される場合には液体流において酢酸生成容器64に分配される揮発性脂肪酸から酢酸の生成を容易にさせ促進させるように構成される植菌材料組成物を与えることは本発明の範囲内である。適切な酢化植菌材料組成物によって、アセトバクター種、グルコノバクター種、及びクロストリジウム種の少なくとも一つが与えられ、必要により、前記細菌種の二つ以上の混合物を含んでいてもよい。
【００１６】
次に、酢酸、二酸化炭素、及び水素が、酢酸生成容器66からバイオガス容器68に移され、ここで、酢酸が、メタン生成細菌、例えばメタノバクテリア種、メタノコッカス種、メタノパイラス種によってメタン、二酸化炭素及び水に変換される。バイオガス容器68内で得られるバイオガスの組成は、モジュールAに分配されるリグノセルロース原料の化学組成によって幾分異なるが、典型的には、第一にメタン、第二にCO2、及び痕跡量の窒素ガス、水素、酸素及び硫化水素を含む。そのように所望される場合には酢酸の生物ガスへの変換を容易にさせ促進させるように構成されるメタン生成植菌材料組成物を与えることは本発明の範囲内である。適切なメタン生成植菌材料組成物によって、メタノバクテリア種、メタノコッカス種、及びメタのパイラス種からの細菌の少なくとも一つが与えられる。
【００１７】
更に処理しリグノセルロース原料から個々の化合物の回収増加のためにスラッジタンク62内で生成される可溶性モノマーの液化した流れの一部を液体成分処理流(図3)における脱リグニンアルコール蒸留廃液25に供給することも選択できる。同様に、液体成分処理流の酢酸回収成分26に酢化容器66に生成される酢酸の一部を供給することも選択できる。嫌気性消化方式の液体流から、或いはその他の三段階の嫌気性消化モジュールのいずれかから新規な種類のリグニンとリグニン由来のポリマー69を分離することも更に選択できる。
【００１８】
本発明の嫌気性消化モジュールによって処理されたリグノセルロース原料から製造されるバイオガスは、ガス燃焼タービンによって例示される発電システムに直接送ることができる。バイオガスの燃焼は、バイオガスに含有されるメタンの分子の結合に保存されるエネルギーをタービンを回転させる機械的エネルギーに変換する。バイオガス燃焼によって得られる機械的エネルギー、例えば、エンジン又はマイクロタービンにおける機械的エネルギーは、電子又は電気の流れを生じるタービンを回転させることができる。更に、これらのエンジンからの廃熱は、設備の基盤のために及び/又は本発明の他のモジュールにおいて所望される使用のための蒸気及び/又は熱水のために加熱することができる。
【００１９】
しかしながら、半固体/固体廃棄材料の嫌気性消化による問題は、プロセスにおける第一段階、即ち、半固体/固体廃棄材料を含む複合有機分子の可溶性モノマー、例えば、単糖類、アミノ酸、脂肪酸を含有する液体流への加水分解が、典型的には、長く変化し得ることであり、続いての工程、即ち、酸性化、酢化、及びバイオガス製造は、第一工程と比較して比較的急速に進行する。その結果、嫌気性第一段階におけるこのような長く変化し得る加水分解によって、発電及び/又は蒸気及び/又は熱水の設備の要求に相対して不充分な量のバイオガス製造になることがあり得る。従って、図1及び図2に示されるように、本発明の他の実施態様は、セルロースパルプ42を糖化する間に得られる単糖流の一部を嫌気性消化モジュール60の酸性化タンク64に制御可能に与えて、スラッジタンク62に分配される半固体/固体材料から加水分解される可溶性単糖類の供給を補足することである。単糖流42の一部をスラッジタンク62に供給することも選択できる。
【００２０】
当業者は、リグノセルロース原料前処理及び処理システム、例えば、セルロースエタノール製造と連通し協同する、本明細書に開示される4-段階嫌気性消化モジュールを構成する方法及びシステムによって、このようなリグノセルロース処理システムのオペレータに下記の一つ以上のためにシステムに組み込むことができる新規な方法及びシステムが与えられることを理解するであろう: (a)これらの原料から有益な抽出成分、例えば、リグニン、フルフラール及び糖流の回収を改善すること、(b)これらのプロセスから半固体/固体廃棄材料の流出を最小限にする/除去すること、(c)本明細書に開示される本発明の嫌気性消化システムへの糖流、また、そこからの糖流の経路を操作することによってシステムによる原料の処理量を増加させること、及び(d)主としてリグニンバイオリファイナリーの効率を最適化するのに関心がある場合には、リグノセルロース原料の前処理の間に得られるセルロースパルプ流れが本明細書に開示される嫌気性消化システムの第一段階スラッジタンクに直接分配されてもよいこと。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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