(57)【要約】藻類等のバイオマスから低窒素濃度の有機液体を合成するシステム及び方法を提供するのであり、該有機液体は燃料や他の化学薬品への精製に適しているものとされる。室温の水とは混ざらない溶媒と一緒にバイオマスは亜臨界水熱処理に曝されて細胞構造を崩壊させてバイオマスを気相、バイオオイル相、水相及び固相に変換する。水相が窒素の大部分を含む。結果として得られる多相混合物は４つの相に分離することができ、これには水相が含まれ、有機液体は溶媒中に溶解されたバイオオイルからなる。精製された有機液体は、溶媒として水熱処理へと再循環されることができる。亜臨界水熱処理は一般的には低めの温度で行われることができ、この後により高い温度での第２の水熱処理を施すことができる。
2016516850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスの水性懸濁液と第１の有機溶媒とを一緒に、約１５０°Ｃから約３５０°Ｃの間の第１の処理温度及び約５００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉの間の圧力を伴う第１の亜臨界水熱条件下で処理して、有機相と水相とを含む第１の多相混合物を生成するステップを備える第１の水熱処理ステップであって、前記第１の有機溶媒は室温の水とは混ざらない、ステップと、
前記有機相を前記水相から分離するステップ
とを備える、方法。
【請求項２】
前記第１の有機溶媒は炭化水素を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バイオマスの前記水性懸濁液は重量にして前記バイオマスの約５％から約３０％を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記バイオマスは藻類を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記亜臨界処理ステップで用いられる前記第１の有機溶媒に対しての水の体積比が約１：１から約１０：１の間とされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記バイオマスは約１０未満のＣ：Ｎを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記分離ステップの後の前記有機相は約４０を上回るＣ：Ｎを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記分離ステップで生じた水相から炭素を回収するステップをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記分離ステップで生じた水相をダイジェスタに供給してバイオガスを生成するステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記バイオガスについて水蒸気メタン改質を行ってそのメタン留分を水素と二酸化炭素とに変換するステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バイオガスについて水蒸気ガス化を行ってそのメタン留分を合成ガスに変換するステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記合成ガスを処理して液体炭化水素を生成するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記水相から炭素を回収するステップは二酸化炭素を生成することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記二酸化炭素は藻類を培養するのに用いられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記二酸化炭素は前記第１の水熱処理へと供給される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の水熱処理に触媒を追加することをさらに伴う、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の水熱処理の前に前記バイオマスの前記水性懸濁液を生成するステップをさらに備える、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記バイオマスの前記水性懸濁液を生成するステップは藻類を培養するステップと前記藻類を脱水するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記有機相を燃料に変換するステップをさらに備える、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の有機溶媒の少なくとも一部として前記燃料のいくらかを前記第１の水熱処理へと送り戻すステップをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の温度が約２００°Ｃを超えない、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記第１の多相混合物は固相をさらに含み、
前記分離ステップは前記有機相及び前記水相から前記固相を分離するステップをさらに備え、
前記方法は、
前記固相を、前記第１の処理温度を上回る第２の処理温度及び約２００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉの圧力を伴う第２の水熱条件下で処理して、有機相と水相とを含む第２の多相混合物を生成するステップを備える第２の水熱処理ステップと、
前記有機相を前記第２の多相混合物の前記水相から分離するステップ
とをさらに備える、方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の多相混合物を分離して回収した前記有機相を燃料に変換するステップをさらに備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の水熱処理は固体を第２の溶媒と一緒に処理するステップをさらに含む、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の多相混合物から分離された前記水相から炭素を回収するステップをさらに備える、請求項２２〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の水熱処理は第２の亜臨界水熱処理を含む、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の水熱処理は超臨界水熱処理を含む、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
いずれかの水相から回収された炭素は二酸化炭素として前記第２の水熱処理へと供給される、請求項２２〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
請求項４に記載のプロセスによって生じた前記有機相からなる生産品。
【請求項３０】
前記藻類は実質的に微細藻類からなる、請求項２９に記載の生産品。
【請求項３１】
請求項２２に記載のプロセスによって生じた前記有機相からなる生産品であって、前記バイオマスは藻類を含む、生産品。
【請求項３２】
前記第１の水熱処理は連続定常状態反応炉内で達成される、請求項１〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、一般的に再生可能エネルギーの分野に関し、特に藻類から燃料を生産するシステム及び方法に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、「藻類濃縮に関する脱水システム及び方法」と題された２０１２年6月２６日に出願された米国仮特許出願第６１／６６４，５３２号の利益を主張する「バイオマス濃縮に関する脱水システム及び方法」と題された３月１４日に出願された仮出願ではない米国特許出願第１３／８２８，１４３号に関連しており、両出願は本願にて参照により取り込まれる。
【背景技術】
【０００３】
バイオ燃料の生産のためのバイオマスとしては、藻類は優れた選択肢である。なぜならば、様々な特性があれども、藻類は極めて早く培養されることができ、また、水域及び耕作不適地等の他の用途には適していない場所にて培養されることができるからである。藻類バイオマスは水中で培養されるため、完全に乾燥させるにはかなりの量のエネルギーが要求される。水熱液化（ＨＴＬ、hydrothermal liquefaction）は、藻類由来バイオオイルを生産するための便利な熱化学経路である。なぜならば、ＨＴＬではバイオマスを完全に乾燥させることが要求されないからである。しかし、藻類のタンパク質含有量が高いため、ＨＴＬによって結果的に生成されるバイオオイルは窒素に富んでおり、多くの場合芳香族化合物にこれが組み込まれている。このようなバイオオイルは、石油系の油から輸送燃料を生産するのに典型的に用いられる接触脱酸素プロセスによる精製には不適である。なぜならば、この種の窒素は除去が困難であり、触媒毒となり得るからである。また、ＨＴＬによる藻類バイオ燃料の生産は炭素利用率においても至らない点があり、幾つかの貴重な炭素含有分子を水相から効率的に除去することができず、異なる経路にてこれらを処理しない限りこれらが失われてしまう。
【０００４】
特許文献１は、藻類をバイオオイルに転換する２段階のＨＴＬプロセスを開示する。特許文献１のプロセスでは、第１の水熱処理が亜臨界条件で行われる一方で第２の水熱処理は超臨界条件で行われる。
【０００５】
特許文献２は、バイオチャー（biochar）を形成するためのバイオマスの亜臨界水熱処理プロセスを開示する。バイオオイルはプロセスの副生成物であり、バイオオイルは望ましいものとはされずに単に浪費された炭素とみなされるため、バイオオイルは亜臨界水熱処理へと再循環されてバイオチャー収率を向上させる役割を果たす。特許文献２のプロセスは、バイオマスが藻類の場合にも用いられることができるが、特許文献２は藻類の使用については述べず、代わりに寄り多くの量のバイオチャーをもたらすバイオマスの例を列挙するのであり、これらには次のものが含まれる。即ち、「林業又は農業に関する廃棄物、丸太、板状木材、木質チップ、樹皮、トウモロコシ系生産品、麦わら、堅果の殻、［及び］サトウキビ」等である。藻類と異なり、一般的にこれらのソースはリグニンを多く含有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開公報第２０１２／０５５０７７号
【特許文献２】米国特許公開公報第２０１１／１７９７０３号
【発明の概要】
【０００７】
本願発明の例示的プロセスは第１の水熱液化処理を備え、それに分離ステップが続く。第１の水熱処理では、藻類等のバイオマスの水性懸濁液と第１の有機溶媒とを一緒に、約１５０°Ｃから約３５０°Ｃの間の第１の処理温度及び約５００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉの間の圧力を伴う第１の亜臨界水熱条件下で処理して、気相と有機液体相と水性液体相と固相とを含む第１の多相混合物を生成する。有機溶媒は、室温の水と混ざらないことによって特徴付けられており、例えば炭化水素で構成されることができる。様々な実施形態では、バイオマスの水性懸濁液は、重量にしてバイオマスの約５％から約５０％を含む。様々な実施形態では、亜臨界処理で用いられる第１の有機溶媒に対しての水の体積比が約１：１から約１０：１の間とされる。随意的には、触媒等の添加物を第１の水熱処理に追加することができる。
【０００８】
分離ステップは多相混合物の水相から有機相を分離する役割を果たすのであり、随意的には気相及び／又は固相を生成することができる。様々な実施形態において例示的プロセスは、分離ステップで生じた水相から炭素を回収するステップを備える。一部の実施形態では、気相が水相と共に処理される。回収された炭素は二酸化炭素として、例えば、藻類培養に再循環されることができ、あるいは液体炭化水素生産品に変換されることができ、あるいはメタンに変換されることができ、あるいは捕集されて濃縮されることができ、あるいは水熱処理に再循環されることができる。様々な実施形態では、水相をダイジェスタに供給してバイオガスを生成するのであり、これらの実施形態では、バイオガスについて水蒸気メタン改質を行ってそのメタン留分を水素と二酸化炭素とに変換することができ、又は、水蒸気ガス化を行ってそのメタン留分を合成ガス（syngas）に変換することができる。これらの後続の実施形態においては、随的には、合成ガスをさらに処理して液体炭化水素を生産することができる。
【０００９】
例示的プロセスは、第１の水熱処理の前及び第１の分離ステップの後に他のステップを含むこともできる。したがって、一部の実施形態においてプロセスは、第１の水熱処理の前にバイオマスの水性懸濁液を生成するステップをも備えることができ、該バイオマスの水性懸濁液を生成するステップは藻類を培養するステップと藻類を脱水するステップとを含むことができる。さらなる実施形態においてプロセスは、有機相を燃料に変換するステップをさらに備えることができ、これらの実施形態の一部においてプロセスは、第１の有機溶媒の少なくとも一部として燃料のいくらかを第１の水熱処理へと送り戻すステップをさらに備えることができる。
【００１０】
例示的プロセスについてのさらなる実施形態においては、第１の温度が約２００°Ｃを超えない。これらの実施形態の一部において、第１の多相混合物は固相をさらに含み、分離ステップは有機相及び水相から固相を分離することをさらに備える。これらの実施形態において方法は、固相を第２の水熱条件下で随意的には第２の溶媒と一緒に処理して有機相と水相を含む第２の多相混合物を生成するステップと、第２の多相混合物の水相から有機相を分離するステップとをさらに備えるのであり、該第２の水熱処理条件は第１の処理温度を上回る第２の処理温度と約２００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉの圧力とを伴う。随意的には、第２の水熱処理条件は、亜臨界的又は超臨界的である。これらの実施形態のさらなるものとしてプロセスは、第１及び第２の多相混合物を分離して回収された有機相を燃料に変換するステップをさらに備える。随意的に、プロセスは、既述の方法によって第２の多相混合物から分離された水相から炭素及び養分を回収するステップを追加的に備えることができる。
【００１１】
本願発明は、本願明細書にて開示されるプロセスによる生産品も提供する。特に、バイオマスが藻類又は微細藻類を含む場合においてこれらのプロセスによって生産された生産品は、精製に適した低窒素濃度の有機相を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明の例示的な実施形態による方法を表すフローチャートである。
【図２】本願発明の別の例示的な実施形態による方法を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本願発明は、バイオマスからの低窒素濃度の有機生産品を合成するシステム及び方法を提供し、該有機生産品は、輸送燃料等の炭化水素への精製に適している。方法では、バイオマスと溶媒とに対して亜臨界水熱処理を行うのであり、該処理はバイオマスを有機相及び水相を含む複数の相に分離する。プロセスの生産品たる有機相は、バイオ原油とも呼ばれるバイオオイルを含み、これはバイオマスの脂質から得られる。他方、水相は、バイオマス由来のタンパク質や炭水化物等のバイオ分子に関しての加水分解生成物とこれらの生成物の反応によって形成された水溶性分子とからなる水溶液を含む。固体は、不溶性タンパク及び炭水化物を含む。溶媒は無極性分子を抽出する役割を果たし、他方、水相は窒素を含む分子を溶解して、溶媒中に溶解されたバイオオイルを含む有機相を窒素に乏しいものとする。さらなる実施形態は２つの段階を用いるのであり、第１段階では第１の亜臨界水熱処理に続いて第１の分離ステップが行われ、その後に第２の水熱処理と第２の分離ステップとが続くのであり、第２の水熱処理の温度は第１のそれよりも高い。これらの２段階プロセスでは、第１の分離で回収された固相は第２の水熱処理で処理されるのであり、これは随意的には亜臨界的又は超臨界的であることができる。第１のステップが緩やかな条件下で行われれば、水相内の窒素含有分子は反応しないのであり有機相に取り込まれ得る比較的大きなポリマーが形成されない。むしろ、窒素含有分子は水相内に留まる。
【００１４】
図１は、本願発明の様々な例示的実施形態を示す役割を果たす。例示されているプロセス１００は、随意的なステップ１１０たるバイオマスの取得ステップで開始される。次に、ステップ１２０で、バイオマスと溶媒とは一緒に亜臨界水熱液化処理に曝されて、多相混合物が得られる。ステップ１３０で、相分離が行われて水相から有機相が分離されるのであって、随意的には固相及び気相が取り出される。随意的には、ステップ１４０で、有機相が精製される。随意的には、ステップ１６０で、水相がさらに処理される。これらのステップ各々について以下詳述する。プロセス１００の様々なステップは、随意的には、バッチ処理の態様又は連続運転の態様で行われることができる
【００１５】
ステップ１１０は、バイオマスの取得ステップを備える。このステップは、例えば、藻類やスイッチグラス（switchgrass）等のバイオマスを培養等することによって、又は、トウモロコシの茎等の農業系廃棄物若しくは林業系・製紙系廃棄物等の廃棄物を回収することによって行うことができる。バイオマスの生産によって炭素が吸収され、そしてプロセス１００によって有用な生産品へと変換される。培養、廃棄物回収、又は類似のステップを行わずにして本願発明の幾つかのプロセスを行うことができるという意味でステップ１１０は随意的であり、それらの実施形態ではプロセスは受け取られたバイオマスを基にして開始される。様々な実施形態において、バイオマスは約１０未満のＣ：Ｎ比を有し、又は、１０から２０の範囲内のＣ：Ｎ比を有し、又は、２０を上回るＣ：Ｎ比を有するのであり、他方、バイオマスから得られた有機相は約４０を上回るＣ：Ｎ比を有することができる。
【００１６】
様々な実施形態では、バイオマスを取得するステップ１１０は、藻類を培養するステップとそれに続いて藻類を収穫して脱水するステップとを備えることができる。本願発明の１つの利点は、バイオマスを過度に脱水する必要がないということである。なぜならば、亜臨界水熱処理１２０は水を必要とするからである。バイオマスが藻類を含む場合、脱水ステップは水中に配された藻類に関しての水性懸濁液又はスラリーをもたらす。藻類の脱水は、遠心分離、濾過、及び、蒸発等の手法によって行われることができる。上述の「藻類濃縮に関する脱水システム及び方法」は、藻類脱水に関してのさらなるシステム及びプロセスを提供する。
【００１７】
水性懸濁液内での藻類濃度についての適切な範囲は次の範囲を含む：重量にして藻類の約５％から約３０％の間の範囲、重量にして藻類の約１０％から約５０％の間の範囲、及び、重量にして藻類の約２５％から約３０％の間の範囲。これらの範囲内のバイオマスについての水性懸濁液を作るためには、他の形態のバイオマスについても脱水又は加水を行う必要が生じ得る。適切な藻類の例には次のものが含まれる：微細藻類、大型藻類、藍藻類、従属栄養性藻類、混合栄養藻類、シアノバクテリア等。微細藻類は特に低窒素な藻類の種類たり得る。より高いバイオオイル収率のためには、低タンパク質濃度及び／又は高脂質濃度によって特徴付けられるバイオマスが望ましい。藻類は、約６％から約５０％以上のタンパク質濃度によって一般的に特徴付けられる。より低いタンパク質濃度を有する他のバイオマスをも用いることができる。同様に、藻類内の脂質濃度は一般的には約５％から約４５％となり得るのであり、従属栄養的に又は混合栄養的に培養された藻類に関してはそれ以上となり得るのであり、他のタイプのバイオマスに関しては通常はより低い濃度となる。
【００１８】
ステップ１２０では、バイオマスの水性懸濁液が溶媒１２５と一緒に加圧容器内で亜臨界水熱液化処理を受けて、少なくとも有機相及び水相からなる多相混合物がもたらされる。より具体的には、溶媒１２５は室温の水と混ざらないことによって特徴付けられる有機溶媒１２５を含む。適切な有機溶媒１２５の例にはヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン等の長鎖炭化水素並びに幾つかの中鎖炭化水素及び短鎖炭化水素が含まれる。他の適切な有機溶媒１２５には、ガソリン・ディーゼル・ケロシン等の炭化水素混合物や、芳香族溶剤及び脂肪族溶剤や、テトラリン等の水素供与性溶剤等が含まれる。適切な有機溶媒１２５は、無極性又は極性であることができ、後者の例としては長鎖アルコールが挙げられる。本願明細書にて用いられる水熱条件下では、二酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の濃密ガスは、本願明細書にて説明するプロセスに関して有機溶媒１２５についての適切な代替物質たり得るという点に留意すべきである。亜臨界水熱処理ステップ１２０で用いられる有機溶媒１２５に対しての水の体積比の適切な比は、約１：１から約１０：１の間であり、特定の例を挙げれば２：１が挙げられる。
【００１９】
ステップ１２０の亜臨界水熱処理は、水の臨界点より下の温度・圧力条件下（一般的には亜臨界条件という。）で行われる。これらの条件下では、細胞溶解、生体分子の加水分解、加水分解時に解放された分子間の反応、及び、究極的には重合反応によるバイオオイルの生成等の複数のプロセスが進行する。一般的には、バイオマス内の脂質及び短鎖有機ポリマーがバイオオイルになり、他方でタンパク質及び炭水化物の加水分解生成物は水溶性であり水相内へと溶解される。タンパク質及び炭水化物は後述される固相を形成する場合もある。有機溶媒１２５は脂質と短鎖有機ポリマーの抽出効率を向上させてより高いバイオオイル収率をもたらすものと考えられている。また、有機溶媒１２５はバイオオイルを溶解する役割を果たすのであり、ステップ１２０で得られた有機相は、有機溶媒１２５内に溶解したバイオオイルである。
【００２０】
ステップ１２０の亜臨界水熱処理は、水の臨界点（約３７４°Ｃ、３２０６psia）より下の任意の温度及び圧力の組合せを有することができるが、一部の実施形態において条件は、約１５０°Ｃから約３５０°Ｃの間の処理温度と約５００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉの間の圧力とで構成されることができる。以下において詳述するさらなる実施形態においては、処理温度は約２００°Ｃを超えない。亜臨界水熱処理ステップ１２０がバッチモードで行われる場合、処理は例えばオートクレーブ内で行われることができる。連続的運転のためには、高圧連続反応炉を用いることができる。
【００２１】
プロセス１００の様々な実施形態においては、追加的コンポーネントを追加することができ、例えば、触媒をステップ１２０のバイオマス／溶媒コンビネーションに追加することができる。例えば、K2CO3等の炭酸塩化合物は、生体分子の加水分解を促進するものとして知られている。例えば、Zhang, Y.、「Biofuels from Agricultural Wastes and Byproducts」（２０１０）、第１０章を参照することができ、本願明細書において、これは参照により取り込まれる。
【００２２】
亜臨界水熱処理ステップ１２０によって結果的にもたらされる多相混合物に対して、次に分離ステップ１３０が行われるのであり、水相から有機相が分離される。随意的には、多相混合物から固相及び気相をも分離することができる。分離ステップ１３０で用いられることのできる分離用技術の例には次のものが含まれる：分離タンク、デカンタ、遠心分離機、及び濾過系。亜臨界水熱処理ステップ１２０がバッチモードで行われる実施形態では、分離ステップ１３０もバッチモードで行われることができ、また、該ステップも亜臨界水熱処理ステップ１２０に用いられたのと同じ容器内で行われることができる。一部の実施形態では、気相の一部又は全部が、亜臨界水熱処理ステップ１２０で用いられる反応炉によって放出される。これらの気体は、一酸化炭素及びメタン等の炭素質ガス又は他の軽量炭化水素を含むことができる。したがって、一部の実施形態では、亜臨界水熱処理ステップ１２０の最中に分離ステップ１３０が開始されることができるということが分かる。亜臨界水熱処理ステップ１２０中に放出された気体は、随意的には、後に有機相から水相を分離する際に放出された気体と混合されることができる。
【００２３】
分離ステップ１３０で回収された有機相は、次にステップ１４０で随意的に精製されて生産品１５０が生産される。ステップ１４０での精製は、石油から生産されたオイルを精製するのに一般的に用いられる接触水素化／脱酸素化プロセスによって行うことができる。したがって、ステップ１４０の精製による生産品１５０は、ディーゼルやガソリン等の低窒素輸送燃料であることができる。このような精製によって他の炭化水素生産品１５０も生産されることができる。一部の実施形態では、精製ステップ１４０の生産品１５０の一部を、亜臨界水熱処理ステップ１２０の溶媒１２５として用いられる。例示的な生産品１５０にはドデカン、ナフサのような生産品、ガソリン留分、ディーゼルのような生産品、及び、ケロシンのような生産品が含まれる。
【００２４】
上述したように、分離ステップ１３０で生じた水相は、有機相に取り込まれなかった可溶性炭素含有分子を含むことができる。ステップ１６０では、水相をさらに処理してそのような炭素を回収することができる。様々な実施形態においてステップ１６０は、以下のステップを伴うことができる：水蒸気改質、水蒸気ガス化、水素化処理、直接水素処理、好気性消化及び嫌気性消化、並びに、沈殿等による水性化学処理。これらのプロセスは、示されているようなステップ１１０におけるバイオマス培養において用いることのできる二酸化炭素若しくは液体炭化水素を生成することができ、又は、亜臨界水熱処理ステップ１２０に直接差し戻されることのできる若しくは後述する後続の水熱処理へと送られることのできる液体若しくは固体の炭素含有化合物を生成することができる。ステップ１６０で生じた任意の酸化炭素ガスの一部又は全部は、亜臨界水熱処理ステップ１２０へ随意的に投入されることができる。
【００２５】
炭素回収に加えて、窒素やリンや他のヘテロ原子等の他の養分は、提示された回収手法の幾つかを用いて、ステップ１６０で回収された上でステップ１１０のバイオマスを培養するために戻されることができる。幾つかの場面では、ステップ１６０は、分離ステップ１３０の炭素含有固体及び／又は気体を回収するステップを備えることができ、これらの実施形態の一部では、回収された固体及び／又は気体は回収された水相と同じプロセスへと投入される。一部の実施形態においてステップ１６０の別の生産品としては、メタン又はバイオガスがあり、これはステップ１２０等のステップにおいて加熱用の燃料として用いられることができる。ステップ１６０においては水素も別の生産品としてもたらされることができ、水素は例えば、発電のために用いたり、第１又は第２の水熱ステップ１２０、２１０（後述の図２を参照。）へと共同投入して還元環境を維持したり、又は、結果として得られた有機相を様々な燃料へと水素処理若しくは水素化処理するために用いたりすることができる。
【００２６】
例示的実施形態では、水相は消化等によってバイオガスを生成するためにまず利用することができる。消化で得られたバイオガスを蒸気メタン改質によって処理してバイオガスのメタン留分を水素及び二酸化炭素に変換することができるのであり、又は、バイオガスを蒸気ガス化によって処理してバイオガスのメタン留分を合成ガスに変換することができるのでありこれは水素と主に一酸化炭素のガス状混合物であり場合によっては二酸化炭素を幾らか伴う。随意的には、蒸気ガス化によって、水相から直接的に合成ガスを生産することができる。合成ガスは、Fischer-Tropschプロセスを用いての液体炭化水素の生産に用いることができる。圧力スイング吸収法（pressure swing absorption）等によってどちらのガス状混合物からも水素を回収することができ、残る酸化炭素は、亜臨界水熱処理ステップ１２０へと戻されるか、又は、酸化炭素が二酸化炭素である場合にはステップ１１０での培養のために用いることができるのであり、水素ガスは、バイオオイルの水素処理のために用いられるか、又は、水熱反応へと共同投入されることができる。他の実施形態では、熱源及び動力源等として合成ガスを直接燃焼等したりすることができる。分離ステップ１３０で回収された固体も随意的には、単体で若しくはバイオガスと一緒に若しくは水相と一緒に、水蒸気ガス化を受けて合成ガスの生成が行われることができる。
【００２７】
先述したように、一部の実施形態においては、亜臨界水熱処理ステップ１２０の温度は２００°Ｃを超えない。これら実施形態の一部においては、亜臨界水熱処理ステップ１２０は比較的低い温度で行われるそのような第１の水熱ステップであり、これらの実施形態では、第２の水熱処理ステップ及び分離ステップが追加されて第１の亜臨界水熱処理ステップ１２０で作られた固体から炭素を回収する。
【００２８】
図２は、２つの水熱処理ステップを用いる本願発明の様々な追加的な例示的実施形態を示す役割を果たす。図示されているプロセス２００は上述したバイオマスを取得する随意的なステップ１１０で始まる。プロセス２００は上述した亜臨界水熱処理ステップ１２０へと続くのであるが、その温度は２００°Ｃを超えないように制限されている。そして、亜臨界水熱処理ステップ１２０によって生じた多相混合物に対しては上述した分離ステップ１３０が施されるのであり、該ステップでは有機相が水相から分離される。これらの実施形態では、上記に加えて固相及び随意的な気相も分離される。
【００２９】
ステップ２１０では、固相に対して第２の水熱条件での処理が施され、これは異なる実施形態において亜臨界的又は超臨界的であることができる。第２の水熱条件は、第１の処理温度を上回る第２の処理温度と、約２００ｐｓｉから約３０００ｐｓｉの圧力とを備える条件であり、有機相と水相とからなる第２の多相混合物を生成する。これらの実施形態の一部では、第２の有機溶媒２２０がステップ２１０の水熱プロセスに追加される。第２の有機溶媒２２０は、室温の水と混ざらないという性質によっても特徴付けられるのであり、ステップ１２０で用いられる有機溶媒１２５と同一であることができ、又は、異なる有機溶媒であることができる。ステップ１２０の場合と同様に、第２の水熱ステップ２１０には触媒を追加することもできる。第２の水熱条件が超臨界的である実施形態においては、温度は次の範囲とされることができる：約３８０°Ｃから約６００°Ｃ、又は、約３９０°Ｃから約５００°Ｃ、又は、約３９５°Ｃから約４５０°Ｃ。
【００３０】
次に、ステップ２３０では、分離ステップ１３０で説明されたように、第２の多相混合物の有機相が水相から分離される。そして、上述したように、ステップ１４０で第２の多相混合物の有機相が精製される。様々な実施形態では、第２の多相混合物からの有機相は第１の多相混合物からの有機相と混合されて、その組合せがステップ１４０で精製される。同様に、第２の多相混合物からの水相は随意的に水性処理ステップ１６０で処理されるのであり、一部の実施形態ではステップ１３０で第２の多相混合物から分離された水相と一緒に処理される。
【００３１】
図１及び図２は、１以上の水熱容器と１以上の分離ユニットとを備えるバイオマス変換システムに関しての例示的実施形態を表す役割を果たす図である。ここで、該容器はプロセス１００、２００について指定されている条件との関係で適切でありかつ水熱条件下で反応物と反応しない材料で作られている。また、該分離ユニットは結果としてもたらされる多相混合物の諸相を分離することができるものである。一部の実施形態では、ステップ１２０及び２１０は、プラグフロータイプ又は連続攪拌タンク反応炉（ＣＳＴＲ、Continuous Stirred Tank Reactor）タイプの連続定常状態反応炉内で達成されることができる。本願発明に関しての様々な追加的システムには、藻類の培養のための光バイオ反応炉や収穫機材・脱水機材等のバイオマス生産に必要なサブシステムが含まれる。本願発明に関しての他のシステムは、ガス化装置や蒸解装置（digester）等の分離ステップ１３０、２３０で回収された水相をさらに処理するために必要とされる機材を含む。
【００３２】
本願発明は、本願明細書にて説明したプロセスによって合成された生産品という形式での組成物をも提供する。本願明細書にて説明した亜臨界水熱処理によって生産された有機相は、それ自体バイオオイルと用いられた有機溶媒との混合物であり、例え同じ藻類が両プロセスに投入された場合であってもこれらの生産品は特許文献１等の他のプロセスによって生産されたバイオオイルとは区別可能なものであることに留意されたい。
【００３３】
本願明細書にて既述のように、本願発明は本願明細書の特定の実施形態との関係で説明されているが、これらに限定されるものではないことを当業者は理解する。上述した発明の様々な特徴及び観点を個別的又は連帯的に用いることができる。また、本願明細書の範疇を逸脱せずに、本願明細書にて説明した任意の幾つかの環境及び用途を超える場面のおいても本願発明を活用することができる。したがって、本願明細書及び図面は限定的なものとしてではなく、例示的なものとして解されるべきである。本願明細書にて用いられる「備える」、「含む」、及び「有する」との用語は、非閉鎖的な用語として解釈されることが特に意図されている。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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