バイオマスの処理
バイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、および都市ごみバイオマス）を処理することにより、エネルギー、燃料、食品、または物質等の有用な中間生成物および製品が生成される。例えば、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質等の原料物質を用いて、例えば発酵により、中間生成物または製品を生成するためのシステムが説明される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年２月１７日に出願された、米国仮特許出願整理番号第６１／３０５，２８１号の優先権を主張するものである。この仮出願の全開示は、参照することにより、本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
セルロース系およびリグノセルロース系物質は、多数の用途において、大量に生成、処理、および使用される。係る物質は、多くの場合において、一度使用されると、廃棄物として廃棄される。すなわち、単なる廃棄物、例えば、汚水、バガス、大鋸屑、およびストーバとみなされるのである。
【０００３】
様々なセルロース系およびリグノセルロース系物質、その使用、および用途は、米国特許第７，０７４，９１８号、米国特許第６，４４８，３０７号、米国特許第６，２５８，８７６号、米国特許第６，２０７，７２９号、米国特許第５，９７３，０３５号、および米国特許第５，９５２，１０５号と、２００６年３月２３日に出願された「ＦＩＢＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ」を発明の名称とする国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１０６４８号および「ＦＩＢＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ」を発明の名称とする米国特許出願公開第２００７／００４５４５６号を含む様々な特許出願に説明されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、全般に、炭水化物を含有する物質（例えば、バイオマス物質またはバイオマス由来物質）、係る物質を処理することによりそれらの構造を変化させるための方法、および構造を変化させられた物質から精製された製品に関する。多様な微生物により利用されると、有用な中間生成物または製品、例えばエネルギー、エタノール等の燃料、食品、または物質等が、係る方法の多くにより生成され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する方法は、機械的処理以外の構造改変処理、例えば、放射線照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこれらの組み合わせ等により、バイオマス物質を処理することにより、係る物質の構造を改変し、次いで、構造が改変された物質を機械的に処理することを含む。いくつかの実装において、１つまたは複数のこれらのステップは反復される。例えば、構造改変処理間に機械的処理が実行される状態で、物質に対して構造改変処理、例えば放射線照射、が２回以上実行され得る。いくつかの実装において、バイオマス物質に対して、構造改変の前に、先ず機械的処理、例えば寸法減少、が実行され得る。第１機械的処理、および後続の機械的処理は、同じである（例えば照射後、剪断後にさらに剪断が実施される）か、または異なり（例えば、照射後に、剪断が実施され、続いて研磨が実施される）得る。
【０００６】
いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、構造改変処理が物質の内部結晶構造を脆弱化または部分的に崩壊（例えば微小破壊）させ、後続の機械的処理が、脆弱化された結晶構造を破砕または他の方法でさらに崩壊させると考えられる。この一連の処理を実施することにより、原料の扱いにくさは低減され、その結果、処理済みの原料を製品、例えば燃料へと変換することがより容易となる。省略可能な第１機械的処理ステップは、例えば、原料物質の寸法を減少すること、または開放（ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｐ）することにより、原料物質を構造改変のために準備するために用いられ得る。
【０００７】
本明細書に説明するプロセスを用いて製品を生成するための総エネルギー必要量は、多くの場合、構造改変処理の前に構造改変処理または第１機械的処理のみが実施される同様のプロセスの総エネルギー必要量よりも小さいことが見出されている。例えば、１つまたは複数の機械的処理が構造改変処理に続いて実施される場合、同一の正味効果またはよりよい正味効果を有する構造改変処理が、より低いエネルギーレベルで実施され得る。照射の場合は、いくつかの実施形態において、例えば６０Ｍｒａｄ未満の比較的低い線量、例えば、約１Ｍｒａｄから約６０Ｍｒａｄ、または約５Ｍｒａｄから約５０Ｍｒａｄ、が原料に与えられ得る。このように、本明細書に説明するプロセスは、中間生成物または製品が、処理が困難であり且つ処理にあたりエネルギーを集中的に使用する原料を用いて、比較的低コストで製造されることを可能にする。
【０００８】
一方、広範囲の照射が用いられ得る。例えば、照射線量は、約０．１Ｍｒａｄから約５００Ｍｒａｄ、約０．５Ｍｒａｄから約２００Ｍｒａｄ、約１Ｍｒａｄから約１００Ｍｒａｄ、または約５Ｍｒａｄから約６０Ｍｒａｄであり得る。
【０００９】
１つの態様において、本発明は、照射（例えば、電子ビーム照射）、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される構造改変処理が施された、構造改変されたバイオマス原料を、機械的処理することを含む方法を特徴とする。
【００１０】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の以下のプロセスを含み得る。機械的処理は、切削、粉砕、圧縮、研磨、剪断、および、細切からなる群から選択されるプロセスを含み得る。粉砕は、例えば、ハンマー粉砕機、ボール粉砕機、コロイド粉砕機、コニカルもしくはコーン粉砕機、ディスク粉砕機、エッジ粉砕機、ウィレー粉砕機、またはグリスト粉砕機を利用することを含み得る。いくつかの実施形態において、構造改変することは、単独で、または本明細書に説明される他の構造改変処理のうちの１つまたは複数と組み合わせて、電子ビームを照射することを含む。機械的処理は、米国特許出願整理番号第１２／５０２，６２９号に開示されるように、周囲温度で、またはより低い温度で、実施され得る。なお、米国特許出願整理番号第１２／５０２，６２９号の全開示は、参照することにより本明細書に援用される。この方法は、構造改変ステップおよび機械的処理ステップを、１回または複数回反復することをさらに含み得る。例えば、この方法は、機械的処理の後、追加的な構造改変処理を実施することを含み得る。
【００１１】
いくつかの例において、バイオマス原料はセルロース系物質またはリグノセルロース系物質を含む。原料は、例えば、紙、紙製品、木材、木材関連物質、パーティクルボード、草、籾殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル、マニラ麻、藁、トウモロコシ穂軸、ココナッツヘア、藻類、海草、微生物物質、セルロースアセテート、再生セルロース、その他等の改変セルロース、またはこれらのうちのいずれかの組み合わせを含み得る。
【００１２】
いくつかの方法は、構造改変および機械的処理された原料と、微生物とを混合することをさらに含む。なお、微生物は、原料を利用して、中間生成物または製品、例えば、エネルギー、例えばアルコール等の燃料、食品、または物質を生成する。微生物は、例えば、バクテリアおよび／または酵素であり得る。この方法は、構造改変および機械的処理された原料を糖化することを含み、いくつかの場合においては、糖化された製品を発行することを含み得る。
【００１３】
構造改変および機械的処理された原料は、例えば糖化により、製品へと容易に変換され得るという特徴を有する。例えば、いくつかの場合において、構造改変および機械的処理された原料は、少なくとも８０％の多孔率を有する。
【００１４】
バイオマス原料を、本明細書で用いられる「構造改変」することは、原料の化学結合の配列、結晶構造、または構造を含む原料の分子構造を任意の方法で変化させることを含む。この変化は、例えば、物質の結晶度の回折測定により反映され得ない結晶構造内の微小破壊等により、結晶構造の完全性を変化させることであり得る。物質の構造的完全性における係る変化は、異なるレベルの構造改変処理における製品の歩留まりを測定することにより、間接的に測定可能である。加えて、または代替的に、分子構造における変化は、物質の超分子構造を変化させること、物質を酸化すること、平均分子量を変化させること、平均結晶度を変化させること、表面積を変化させること、重合度を変化させること、多孔率を変化させること、分岐度を変化させること、他の物質上で研磨すること、結晶ドメイン寸法を変化させること、または全ドメイン寸法を変化させることを含み得る。本明細書において「構造改変処理」および機械的処理と称されるものの両方が、バイオマス原料を構造改変する機能を有することに注意するべきである。機械的処理は機械的手段により構造改変を行い、その一方で、構造改変手段は他の種類のエネルギー（例えば、照射、超音波エネルギー、または熱）または化学的手段を用いて構造改変を行う。
【００１５】
別段の定義がない限り、本明細書において用いられる専門および科学用語の全部は、本発明が属する当該技術分野の当業者により一般に理解されるのと同一の意味を有する。本明細書に説明するのと同様または等価である方法および物質が、本発明の実施または試験において用いられ得るが、好適な方法および物質は以下で説明される。本明細書において言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の参照は、参照されることによりその全体が本明細書に援用される。矛盾が生じる場合は、本明細書が、定義を含んで、管理することとなる。加えて、これらの物質、方法、および例は、単に例示的であり、限定を意図するものではない。
【００１６】
本発明に関する他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および請求項から、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】バイオマスを製品および副産物へと変換することを示すブロック図である。
【図２】発酵プロセスにおける、バイオマスの処理および処理されたバイオマスの使用を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書に説明する方法を用いると、バイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、および都市ごみバイオマス）を処理することにより、本明細書で説明される等の有用な中間生成物および製品を生成することが可能である。入手が容易ではあるが発酵等のプロセスにより処理することが困難である、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質を原料物質として使用し得るシステムおよび方法が以下に説明される。
本明細書に開示される方法は、バイオマス物質に対して、構造改変処理、例えば、照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される処理を行い、次いで、構造改変された物質を機械的に処理することを含む。いくつかの実装において、１つまたは複数のこれらのステップが反復される。例えば、以下でさらに説明されるように、物質は、機械的処理が照射ステップ間に実施される状態で、２回以上照射され得る。いくつかの実装において、バイオマス物質に対して、構造改変の前に、先ず機械的処理が実行され得る。
バイオマス処理のためのシステム
【００１９】
図１は、バイオマス、特に相当量のセルロース系およびリグノセルロース系成分を有するバイオマスを、有用な中間生成物および製品に変換するためのプロセス１０を示す。プロセス１０は、原料に対して第１機械的処理（１２）、例えば、原料１１０の寸法を減少すること、を行うことを含む。機械的処理された原料は、次いで、その内部構造を変化させるための構造改変処理（１４）が、例えば、物質の結晶構造における結合を弱めるか、または微小破壊することにより、行われる。次に、構造改変された物質に対して、さらなる機械的処理（１６）が行われる。この機械的処理は、第１機械的処理と同じであるか、または異なり得る。例えば、第１処理が寸法減少（例えば、切削）ステップであり、次いで剪断ステップが実施されてもよい。一方、次いで実行される処理は、研磨または粉砕ステップであってもよい。
【００２０】
いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、構造改変処理が物質の内部結晶構造を、例えば物質の結晶構造を微小破壊することにより、崩壊させると考えられる。構造改変された物質の内部構造は、次いで、後続の機械的処理により、さらに崩壊、例えば、破断、破裂、または破壊、される。
【００２１】
次いで、さらなる処理を実行する前に、さらなる構造変化（例えば、扱いにくさの低減）が望まれる場合、物質に対して、さらなる構造改変処理および機械的処理が行われ得る。
【００２２】
次いで、処理された物質は、第１処理ステップ１８、例えば、糖化および／または発酵、により処理されて、中間生成物および製品（例えば、エネルギー、燃料、食品、および物質）を生成し得る。いくつかの場合においては、第１処理ステップの出力は、直接的に有用であるが、他の場合においては、後処理ステップ（２０）により提供される、さらなる処理を必要とする。例えば、アルコールの場合は、後処理は蒸留、および、いくつかの場合においては変性、を含み得る。
【００２３】
図２は、 上述のステップを、バイオマスを処理し、次いで、処理されたバイオマスを発酵プロセスにおいて利用することにより、アルコールを生成するために利用する、システム１００を示す。システム１００は、バイオマス原料に対して第１機械的処理が実行される（上述のステップ１２）モジュール１０２と、機械的処理された原料が例えば照射により構造改変される（上述のステップ１４）モジュール１０４と、構造改変された原料に対してさらなる機械的処理が実行される（上述のステップ１６）モジュール１０６と、を備える。上述のように、モジュール１０６は、モジュール１０２と同じ種類であるか、または異なった種類であり得る。いくつかの実装においては、構造改変された原料は、別のモジュール１０６においてさらに機械的処理されるよりも、むしろ、さらなる機械的処理のためにモジュール１０２へと戻され得る。
【００２４】
所望の原料特性を獲得するに必要な回数だけ反復され得るこれらの処理の後、処理された原料は、発酵システム１０８へと送達される。混合が発酵の間に実施されてもよい。その場合、混合は、酵素および他の微生物等の、剪断により損傷を受けやすい成分に対する損傷を最小限にするために、比較的穏やか（低剪断）であることが望ましい。いくつかの実施形態において、米国特許出願整理番号第６１／２１８，８３２号および米国特許出願整理番号第６１／１７９，９９５号に説明されるように、ジェット混合が用いられる。なお、米国特許出願整理番号第６１／２１８，８３２号および米国特許出願整理番号第６１／１７９，９９５号は参照することにより本明細書に援用される。
【００２５】
図２を参照すると、発酵は、未精製のエタノール混合物を生成し、この未精製エタノール混合物は保持タンク１１０へと流れ込む。水または他の溶媒、および他の非エタノール成分は、ストリップ塔１１２を用いて未精製エタノール混合物から除去され、次いで、エタノールは、蒸留ユニット１１４、例えば精留塔を用いて蒸留される。蒸留は、真空蒸留によるものであり得る。最終的に、エタノールはモレキュラーシーブ１１６を用いて乾燥され、および／または必要に応じて変性され、次に、所望の搬送方法に出力される。
【００２６】
いくつかの場合において、本明細書に説明するシステムまたはその構成部品は、システムが１つの場所から他の場所へと輸送（例えば、鉄道、トラック、または船舶により）され得るよう、運搬可能であってもよい。本明細書に説明する方法のステップは、１つまたは複数の場所で実行されてもよく、または、いくつかの場合においては、１つまたは複数のステップが運搬中に実行されてもよい。係る可搬性処理は米国特許出願整理番号第１２／３７４，５４９号および国際公開第２００８／０１１５９８号に説明され、米国特許出願整理番号第１２／３７４，５４９号および国際公開第２００８／０１１５９８号の全開示は、引用することにより本明細書に援用される。
【００２７】
本明細書に説明する方法のステップのうちのいずれかは、周囲温度で実行され得る。所望により、冷却および／または加熱が特定のステップの間に用いられ得る。例えば、原料は、脆性を増すために機械的処理の間に冷却され得る。いくつかの実施形態においては、冷却は、第１機械的処理および／または後続の機械的処理の、前に、間に、または後に用いられる。冷却は、１２／５０２，６２９に説明されるように実行され得る。なお、１２／５０２，６２９の全開示は引用することにより本明細書に援用される。さらに、発酵システム１０８における温度は、糖化および／または発酵を高めるために、制御され得る。
【００２８】
本明細書に説明する方法の各ステップ並びに用いられる物質について、ここでさらに詳細に説明するであろう。
機械的処理
【００２９】
原料の機械的処理は、例えば、切削、粉砕、研磨、圧縮、剪断、または細切を含み得る。
【００３０】
第１機械的処理ステップは、いくつかの実装において、原料の寸法を減少させることを含む。いくつかの場合において、束ねられていない原料（例えば、リサイクル紙またはスイッチグラス）は、最初に、剪断および／または細断により準備される。この第１準備ステップにおいて、篩いおよび／または磁石が、例えば、岩石または爪等の、大きすぎるまたは望ましくない物体を供給ストリームから除去するために用いられ得る。
【００３１】
最初におよび／または処理中において後に実施され得る、この寸法減少に加えて、機械的処理も、バイオマス物質を「開放（ｏｐｎｉｎｇ ｕｐ）」、「加圧」、破断、破砕することにより、構造改変処理中において結晶構造の分子鎖切断および／または崩壊を生じ安くすることに対して、有利である。開放された物質も、照射時においてより酸化しやすくなり得る。
【００３２】
上述のように、照射後、または他の構造改変処理後において、後続の機械的処理は、構造改変処理により脆弱化または微小破壊された物質の構造内における結合を破断し得る。この物質の分子構造のさらなる破断は、物質の取り扱いにくさを軽減し、例えばばてクリアまたは酵素等の微生物による変換を受けやすくする傾向を有する。
剪断／篩い
【００３３】
いくつかの実施形態において、原料は、構造改変の前または後に、例えば回転ナイフカッターを用いて、剪断される。原料は、篩いにかけられてもよい。いくつかの実施形態においては、原料の剪断および原料の篩いがけが並行的に行われ得る。
【００３４】
所望により、原料は、第１機械的処理（例えば剪断）の前に、例えばシュレッダーまたは他のカッターを用いて、切断され得る。
いくつかの場合においては、細断または剪断は、「シュレッダー・シェアラ・トレイン（ｓｈｒｅｄｄｅｒ−ｓｈｅａｒｅｒ ｔｒａｉｎ）」を用いて遂行される。複数のシュレッダー・シェアラ・トレインは直列に配列され得、例えば、２つのシュレッダー・シェアラ・トレインが、第１のシェアラからの出力が第２のシュレッダーに対する入力として供給されるよう、直列に配列され得る。シュレッダー・シェアラ・トレインを通る複数の経路は、粒子寸法を減少させ、総表面積を増加させる。
他の機械的処理
【００３５】
原料を機械的処理する他の方法は、例えば、粉砕または研磨を含む。粉砕は、例えば、ハンマー粉砕機、ボール粉砕機、コロイド粉砕機、コニカルもしくはコーン粉砕機、ディスク粉砕機、エッジ粉砕機、ウィレー粉砕機、またはグリスト粉砕機を用いて行われ得る。研磨は、例えばカット／インパクト型の研磨機を用いて、実行され得る。研磨機の特定例は、石材研磨機、ピン研磨機、コーヒー研磨機、およびバー研磨機を含む。研磨または粉砕は、例えば、ピン粉砕機の場合におけるように、ピンまたは他の要素を往復させることにより、提供され得る。他の機械的処理方法は、機械的な引裂または断裂と、繊維に対して圧力を印加する他の方法と、気流式粉砕とを含む。好適な機械的処理は、以前の処理ステップにより開始された物質の内部構造の崩壊を継続する他の任意の技術をさらに含む。
【００３６】
好適なカット／インパクト型研磨機は、Ａ１０ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＧｒｉｎｄｅｒおよびＭ１０ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｇｒｉｎｄｅｒの商標名でＩＫＡ Ｗｏｒｋｓから市販される研磨機を含む。係る研磨機は、粉砕チャンバ内で高速回転（例えば、３０ｍ／ｓを越える、または５０ｍ／ｓを越える）する金属ビーターおよびブレードを備える。粉砕チャンバは、作動中において、周囲温度であってもよく、または、例えば水またはドライアイスにより冷却されてもよい。
処理状態
【００３７】
原料は、乾燥状態、水和状態（例えば、水分含量が１０重量パーセント未満）、または湿潤状態（例えば、水分含量が約１０重量％から約７５重量％）で、機械的処理され得る。いくつかの場合においては、原料は、例えば酸素、窒素、蒸気等のガス（例えば、空気以外のガスのストリームまたは雰囲気）の下で機械的処理され得る。
【００３８】
一般的に、原料は、実質的に乾燥状態、例えば、水分含量が１０重量％である状態、好適には水分含量が５重量％未満である状態で、機械的処理されることが好適である。なぜなら、乾燥した繊維は脆性がより高く、構造的に崩壊しやすい傾向を有するためである。好適な実施形態においては、実質的に乾燥した、構造改変された原料は、カット／インパクト型研磨機を用いて、研磨される。
【００３９】
しかし、いくつかの実施形態においては、原料は液体内に分散され、湿式粉砕され得る。この液体は、好適には、処理された原料がさらに処理、例えば酸化される、液体媒体である。湿式粉砕は一般に高い剪断力を有するプロセスであるため、湿式粉砕は、剪断の前か、または酵素または栄養素等の熱に影響されやすい成分が液体媒体に加えられる前に、行われることが一般に好適である。いくつかの実施形態においては、湿式粉砕装置は、回転子／固定子装置を備える。湿式粉砕は、米国ノースカロライナ州ウィルミントンのＩＫＡ Ｗｏｒｋｓ（ｗｗｗ．ｉｋａｕｓａ．ｃｏｍ）から市販されるコロイドおよびコーン粉砕機を含む。
【００４０】
所望により、ニグニンが、ニグニンを含む任意の原料から除去され得る。また、原料の分解を助けるため、いくつかの実施形態においては、１２／５０２，６２９に説明されるように、原料は、照射および／または機械的処理の前に、間に、または後に、冷却され得る。加えて、または代替的に、原料は、熱、化学製品（例えば、鉱酸、塩、または次亜塩素酸ナトリウム等の強力な酸化剤）、および／または酵素を用いて、処理され得る。しかし、多数の実施形態においては、機械的処理と構造改変処理の組み合わせにより、取り扱いにくさが低減されるため、係る追加的な処理は不必要である。
処理済み原料の特徴
【００４１】
機械的処理システムは、例えば特定のバルク密度、最大寸法、繊維の長さ対幅比、または表面積率等の特徴を有する供給ストリームを生成するよう、構成され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態においては、機械的処理されたバイオマス物質のＢＥＴ表面積は、０．１ｍ２／ｇを越え、例えば、０．５ｍ２／ｇより、１．０ｍ２／ｇより、１．５ｍ２／ｇより、１．７５ｍ２／ｇより、５．０ｍ２／ｇより、１０ｍ２／ｇより、２５ｍ２／ｇより、３５ｍ２／ｇより、５０ｍ２／ｇより、６０ｍ２／ｇより、７５ｍ２／ｇより、１００ｍ２／ｇより、１５０ｍ２／ｇより、２００ｍ２／ｇより、またはさらには２５０ｍ２／ｇより大きい値である。
【００４３】
機械的処理された原料の多孔率は、構造改変の前または後において、例えば、２０％より、２５％より、３５％より、５０％より、６０％より、７０％より、例えば８０％より、８５％より、９０％より、９２％より、９４％より、９５％より、９７．５％より、９９％より、またはさらには９９．５％より大きい。
【００４４】
物質の多孔率およびＢＥＴ表面積は、各機械的処理後、および構造改変後、一般に増加する。
【００４５】
バイオマス物質が繊維質である場合、いくつかの実装においては、バイオマス物質が複数回機械的処理された後でさえも、機械的処理されたバイオマス物質の繊維は、比較的大きい長さ対直径比（例えば２０対１を越える）を有する。加えて、繊維は比較的狭い長さおよび／または長さ対直径比分布を有し得る。
【００４６】
本明細書において用いられる平均繊維幅（すなわち直径）は、約５０００本の繊維をランダムに選択することにより光学的に判定される平均繊維幅である。平均繊維長さは、修正された長さ加重長さである。ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔ、およびＴｅｌｌｅｒ）表面積は多点表面積であり、多孔率は水銀ポロシメトリーにより判定された多孔率である。
【００４７】
バイオマス物質が繊維質である場合、機械的処理された物質の繊維の平均長さ対直径比は、例えば、８／１より、１０／１より、１５／１より、２０／１より、２５／１より、または５０／１より、大きくなり得る。繊維の平均長さは、例えば約０．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲、例えば約０．７５ｍｍから１．０ｍｍの範囲であり、繊維の平均幅（すなわち直径）は、例えば約５μｍから５０μｍの範囲、例えば約１０μｍから３０μｍの範囲である。
【００４８】
バイオマス物質が繊維質であるいくつかの実施形態において、機械的処理された物質の繊維の長さの標準偏差は、繊維の平均長さの６０未満であり、例えば、平均長さの５０％未満、平均長さの４０％未満、平均長さの２５％未満、平均長さの１０％未満、平均長さの５％未満、または平均長さの１％未満でさえある。
高密度化
【００４９】
高密度化された物質は、本明細書に説明する方法のうちのいずれかにより処理され得る。低いバルク密度を有する機械的処理された原料は、高いバルク密度を有する製品へと高密度化され得る。例えば、
０．０５ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有する原料物質は、比較的ガス不浸透性の構造、例えばポリエチレン性のバッグまたはポリエチレンとナイロンとが交替するレイヤを有するバッグ内に物質を密閉し、次いで当該構造から封入されたガス、例えば空気を排出することにより高密度化され得る。当該構造から空気を排出した後、物質は、例えば０．３ｇ／ｃｍ３を越えるバルク密度、例えば、０．５ｇ／ｃｍ３、０．６ｇ／ｃｍ３、０．７ｇ／ｃｍ３以上、例えば０．８５ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有し得る。高密度化の後、製品は、本明細書に説明する方法のうちのいずれかにより処理され得る。これは、物質を他の位置、例えば、物質が例えば、物質を糖化または発酵するために、溶液に加えられ得る、遠隔の製造プラントに運搬することが望ましい場合に有利である。
本明細書に説明する任意の物質は、例えば運搬または貯蔵のために、高密度化され、次いで、本明細書に説明する１つまたは複数の方法により、さらに処理するために「開放（ｏｐｅｎｅｄ ｕｐ）」され得る。高密度化については、例えば、米国特許出願整理番号第１２／４２９，０４５号において説明され、米国特許出願整理番号第１２／４２９，０４５号の全開示は参照することにより本明細書に援用される。
構造改変処理
【００５０】
原料に対して１つまたは複数の構造改変処理が行われ、その結果、例えば、原料の平均分子量を低減すること、原料の結晶構造を変化させること（例えば、回折方法により測定される結晶度を変化させ得るかまたは変化させ得ない構造内の微小破壊により）、および／または原料の表面積および／または多孔率を増加することにより、その構造が改変される。いくつかの実施形態において、構造改変は、原料の分子量を低下させ、および／または原料の酸化レベルを増加させる。
【００５１】
原料の構造を改変するプロセスは、照射、超音波処理、酸化、熱分解、化学処理（例えば、酸化処理まはた塩基処理）、蒸気爆砕のうちの１つまたは複数を含む。いくつかの好適な実装において、構造は、照射を含む方法により改変される。照射が用いられる場合、プロセスは、超音波処理、酸化、熱分解、化学処理、および蒸気爆砕のうちの１つまたは複数をさらに含み得る。
照射処理
【００５２】
混合物を照射することは、混合物に対して加速された電子、例えば、２ＭｅＶ、４ＭｅＶ、６ＭｅＶ、またはさらには約８ＭｅＶよりも高いエネルギー、例えば約２．０から８．０ＭｅＶもしくは約４．０から６．０ＭｅＶのエネルギーを有する電子を照射することを含む。いくつかの実施形態において、電子は、例えば光速の７５％を超える速度、例えば光速の８５、９０、９５、または９９％に加速される。
【００５３】
いくつかの事例において、照射は、毎秒約０．２５Ｍｒａｄを超える線量率、例えば、毎秒約０．５、０．７５、１．０、１．５、２．０Ｍｒａｄ、または毎秒約２．５Ｍｒａｄさえをも超える線量率で行われる。いくつかの実施形態において、照射は、毎時５．０から１５００．０キロラドの範囲、例えば毎時１０．０から７５０．０キロラドまたは毎時５０．０から３５０．０キロラドの範囲の線量率で行われる。
【００５４】
いくつかの実施形態において、物質が少なくとも０．１Ｍｒａｄ、少なくとも０．２５Ｍｒａｄ、例えば少なくとも１．０Ｍｒａｄ、少なくとも２．５Ｍｒａｄ、少なくとも５．０Ｍｒａｄ、少なくとも１０．０Ｍｒａｄ、少なくとも６０Ｍｒａｄ、または少なくとも１００Ｍｒａｄの線量を受けるまで、照射（任意の照射源または照射源の組み合わせを用いて）が行われる。いくつかの実施形態において、物質が、約０．１Ｍｒａｄから約５００Ｍｒａｄの範囲、約０．５Ｍｒａｄから約２００Ｍｒａｄの範囲、約１Ｍｒａｄから約１００Ｍｒａｄの範囲、または約５Ｍｒａｄから約６０Ｍｒａｄの範囲の線量を受けるまで、照射が行われる。いくつかの実施形態において、比較的低い照射線量、例えば約６０Ｍｒａｄ未満、が適用される。
【００５５】
照射は、乾燥状態、湿潤状態、または水等の液体に分散された状態にある任意の試料に適用され得る。例えば、照射は、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質に対して行われ得る。ただし、これらの物質においては、セルロース系および／またリグノセルロース系物質の約２５重量％未満が、水等の液体で湿潤された表面を有するものである。いくつかの実施形態において、照射は、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質に対して行われ得る。ただし、これらの物質においては、セルロース系および／またリグノセルロース系物質のうち、水等の液体で湿潤されたものは実質的にゼロとなっている。
【００５６】
いくつかの実施形態において、本明細書に説明する任意の処理は、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質が、例えば熱および／または減圧を用いて、必要に応じて乾燥状態に保たれるか、または乾燥された後に、行われ得る。例えば、いくつかの実施形態において、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質は、摂氏２５度および５０％の相対湿度で測定して、約５重量％未満の保有水を有する。
【００５７】
照射は、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質が、空気、酸素濃厚空気、または酸素そのものに晒されるか、または窒素、アルゴン、またはヘリウム等の不活性ガスにより包囲される間に、適用され得る。最大量の酸素が望まれる場合、空気または酸素等の酸化環境が利用され、照射源からの距離は、オゾンおよび／または窒素酸化物等の反応ガスの形成が最大化されるよう最適化される。
【００５８】
照射は、約２．５気圧を超える圧力下で、例えば、５気圧、１０気圧、１５気圧、２０気圧下、または約５０気圧さえも超える圧力下で、適用され得る。
【００５９】
照射は、ガンマ線、Ｘ線等の電離照射、約１００ｎｍから約２８０ｎｍの範囲の波長を有する短波長紫外線照射等の高エネルギー紫外線照射、電子ビーム、低速中性子、またはアルファ粒子等の粒子ビームを利用して行われ得る。いくつかの実施形態において、順にまたは並行的に適用され得るガンマ線および電子ビーム等の照射は、２つ以上の照射源を備える。
【００６０】
いくつかの実施形態において、原子軌道から電子を放出する物質に堆積されるエネルギーは、物質を照射するために用いられる。照射は、１）アルファ粒子または陽子等の重荷電粒子、２）例えばベータ崩壊または電子ビーム加速器において生成された電子、または３）例えばガンマ線、Ｘ線、または紫外線等の電磁放射により、提供される。１つの手法において、放射性物質により生成される放射は、原料を照射するために用いられ得る。いくつかの実施形態においては、（１）から（３）のうちの任意の順序における任意の組み合わせ、または（１）から（３）の並行的な任意の組み合わせが利用され得る。
【００６１】
分子鎖切断が望まれる場合の、および／またはポリマー鎖機能化が望まれる場合の事例において、例えば、陽子、ヘリウム核、アルゴンイオン、シリコンイオン、ネオンイオン、炭素イオン、リンイオン、酸素イオン、または窒素イオン等の、電子よりも重い粒子が利用され得る。開環分子鎖切断が望まれる場合、正荷電粒子が、開環分子鎖切断を強化するためのルイス酸特性のために利用され得る。
【００６２】
いくつかの実施形態において、照射されたバイオマスは、照射前におけるバイオマスの数量平均分子量（ＴＭＮ１）よりも約１０％を超えるパーセンテージ（例えば１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０パーセント、６０パーセント、または約７５パーセントさえも）だけ低い数量平均分子量（ＭＮ２）を有する。
【００６３】
いくつかの実施形態においては、最初の数量平均分子量（照射前）は、約２００，０００から約３，２００，０００の範囲、例えば約２５０，０００から約１，０００，０００の範囲または約２５０，０００から約７００，０００の範囲であり、照射後の数量平均分子量は、約５０，０００から約２００，０００の範囲、例えば約６０，０００から約１５０，０００の範囲または約７０，０００から約１２５，０００の範囲、である。しかし、いくつかの実施形態においては、例えば、大規模な照射の後、数量平均分子量は、約１０，０００未満になり得、または約５，０００未満にさえなり得る。
【００６４】
いくつかの事例において、照射されたバイオマスは、照射前のバイオマスのセルロースの結晶度（ＴＣ１）よりも低い結晶度（ＴＣ２）を有するセルロースを有する。例えば、（ＴＣ２）は、（ＴＣ１）よりも約１０パーセントを超えるパーセント（例えば、１５、２０、２５、３０、３５、４０、または約５０パーセントさえも）だけ低くなり得る。
【００６５】
いくつかの実施形態においては、最初の結晶化度（照射前）は、約４０から約８７．５パーセントの範囲、例えば約５０から約７５パーセントの範囲または約６０から約７０パーセントの範囲であり、照射後の結晶化度は、約１０から約５０パーセントの範囲、例えば約１５から約４５パーセントの範囲または約２０から約４０パーセントの範囲、である。しかし、いくつかの実施形態においては、例えば、大規模な照射の後、結晶化度は、５パーセント未満になり得る。いくつかの実施形態において、照射後の物質は実質的に非晶質となる。
【００６６】
いくつかの実施形態において、照射されたバイオマスは、照射前のバイオマスの酸化レベル（ＴＯ１）を超える酸化レベル（ＴＯ２）を有する。物質の酸化レベルが高いと、物質の分散性、膨潤性、および／または可溶性が支援され、その結果、化学的、酵素的、または生物的攻撃に対する感受性が高められ得る。照射されたバイオマス物質は、より多くのヒドロキシ基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、またはカルボン酸基も有し得、これらは親水性を増加する。
電離照射
【００６７】
照射の各形態は、放射エネルギーにより判定される特定の相互作用により、バイオマスを電離する。重荷電粒子は、クーロン散乱により物質を電離し、さらに、これらの相互作用により、物質をさらに電離し得る高エネルギー電子が生成される。アルファ粒子はヘリウム原子の原子核と同一であり、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、いくつかのアクチニド、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等の様々な放射性の原子核のアルファ崩壊により生成される。
【００６８】
粒子が利用されるとき、粒子は、中性（帯電しない）であるか、正電荷を帯びるか、または負電荷を帯び得る。帯電時、帯電した粒子は、単一の正電荷もしくは負電荷、または複数の電荷、例えば２つ、３つ、もしくはさらには４つ以上の電荷を有し得る。分子鎖切断が望まれる事例において、正電荷を帯びた粒子が、１つには係る粒子は酸性であるために、望ましい。粒子が利用されるとき、これらの粒子は、電子の静止質量以上の質量、例えば、電子の静止質量の５００倍、１０００倍、１５００倍、または２０００倍以上、例えば、１０，０００もしくはさらには１００，０００倍、を有し得る。例えば、粒子は、約１原子単位から約１５０原子単位の範囲、例えば、約１原子単位から約５０原子単位の範囲または約１原子単位から約２５原子単位、例えば１原子単位、２原子単位、３原子単位、４原子単位、５原子単位、１０原子単位、１２原子単位、または１５原子単位、の質量を有し得る。粒子を加速するために用いられる加速器は、静電直流（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ＤＣ）、電気力学的直流（ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃ ＤＣ）、ＲＦ線形（ＲＦ ｌｉｎｅａｒ）、磁気誘導線形（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅａｒ）、または連続波（連続波）であり得る。例えば、Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ ｓｙｓｔｅｍ等のサイクロトロン型加速器はベルギー国のＩＢＡ社から市販され、一方、Ｄｙｎａｍｉｔｒｏｎ（登録商標）等の直流型加速器は、現在のＩＢＡ ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌであるＲＤＩから市販される。典型的なイオンおよびイオン加速器については、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． ら，“Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ−Ｐｈａｓｅ−Ｆｏｃｕｓｅｄ ＩＨ−ＤＴＬ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ−Ｉｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＰＡＣ ２００６， Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ， Ｓｃｏｔｌａｎｄ， ａｎｄ Ｌｅｉｔｎｅｒ， Ｃ．Ｍ．ら， “Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＥＣＲ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｖｅｎｕｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＰＡＣ ２０００， Ｖｉｅｎｎａ， Ａｕｓｔｒｉａにおいて論じられている。
【００６９】
電子は、クーロン散乱と、電子の速度の変化により生成される制動放射とにより相互作用する。電子は、ベータ崩壊する、ヨウ素、セシウム、テクネチウム、およびイリジウムの同位体等の、放射性原子核により生成され得る。代替的に、電子銃は、熱電子放出により、電子源として用いられ得る。
【００７０】
電磁放射は、光電吸収、コンプトン散乱、および対生成という３つのプロセスにより相互作用する。主要な互作用は、入射放射のエネルギーと物質の原子番号とにより決定される。セルロース系物質において吸収された放射に寄与する相互作用の合計は、質量吸収係数により表現される（国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２２７１９号における「Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ」を参照）。
【００７１】
電磁放射は、波長に応じて、ガンマ線、Ｘ線、紫外線、赤外線、マイクロ波、または電波として下位区分され得る。
【００７２】
ガンマ放射は、試料における様々な物質への進入深さが大きいという利点を有する。
ガンマ線源は、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等の放射性原子核を含む。
【００７３】
Ｘ線源は、タングステンまたはモリブデンまたは合金等の金属ターゲットとの電子ビーム衝突、または、Ｌｙｎｃｅａｎにより商業的に製造される等の小型光源を含む。
【００７４】
紫外線放射源は、重水素またはカドミウム・ランプを含む。
【００７５】
赤外線放射源は、サファイア、亜鉛、またはセレン化物窓セラミックランプを含む。
【００７６】
マイクロ波源は、クライストロン、Ｓｌｅｖｉｎ型ＲＦ源、または水素、酸素、もしくは窒素ガスを使用する原子ビーム源を含む。
電子ビーム
【００７７】
いくつかの実施形態において、電子ビームが照射源として用いられる。電子ビームは、線量率が高い（例えば、毎秒１Ｍｒａｄ、毎秒５Ｍｒａｄ、または毎秒１０Ｍｒａｄさえにもなる）、スループットが高い、汚染が少ない、閉じ込め用機材が小さいという利点を有する。電子は、分子鎖切断を生じさせることに関してもより効率的であり得る。加えて、４〜１０ＭｅＶのエネルギーを有する電子は、５ｍｍから３０ｍｍ以上の進入深さ、例えば４０ｍｍの進入深さを有する。
【００７８】
電子ビームは、例えば静電高電圧発生装置、カスケード型高電圧発生装置、トランス高電圧発生装置（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、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、線形加速器、およびパルス加速器により生成され得る。電離照射源としての電子は、物質の積み重ねが比較的薄い、例えば０．５インチ未満（例えば０．４インチ、０．３インチ、または０．１インチ未満）であるために、有用であり得る。いく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から約２．０ＭｅＶ（百万電子ボルト）の範囲、例えば約０．５ＭｅＶから約１．５ＭｅＶの範囲または約０．７ＭｅＶから約１．２５ＭｅＶの範囲である。
【００７９】
いくつかの実施形態において、バイオマス物質を処理するために用いられる電子は、０．０５ｃ以上（例えば、０．１０ｃ以上、０．２ｃ以上、０．３ｃ以上、０．４ｃ以上、０．５ｃ以上、０．６ｃ以上、０．７ｃ以上、０．８ｃ以上、０．９ｃ以上、０．９９ｃ以上、０．９９９９ｃ以上）の平均エネルギーを有する。ただしｃは光の真空速度に対応する。
【００８０】
電子ビーム照射装置は、ベルギー国ルーヴァン・ラ・ヌーヴのＩｏｎ Ｂｅａｍ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ社または米国カリフォルニア州サンディエゴのＴｉｔａｎ社から商業的に入手可能であり得る。
典型的な電子のエネルギーは１ＭｅＶ、２ＭｅＶ、４．５ＭｅＶ、７．５ＭｅＶ、または１０ＭｅＶであり得る。典型的な電子ビーム照射装置出力は、１ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、５０ｋＷ、１００ｋＷ、２５０ｋＷ、５００ｋＷ、１０００ｋＷ、またさらには１５００ｋＷ以上であり得る。露光時間は出力および線量に依存する一方で、原料スラリーの解重合の有効性は使用された電子エネルギーおよび適用される線量に依存する。典型的な線量は、１ｋＧｙ、５ｋＧｙ、１０ｋＧｙ、２０ｋＧｙ、５０ｋＧｙ、１００ｋＧｙ、２００ｋＧｙ、５００ｋＧｙ、１０００ｋＧｙ、１５００ｋＧｙ、または２０００ｋＧｙの値を取り得る。
【００８１】
電子ビーム照射装置出力仕様を考慮する際のトレードオフは、操作コスト、資本コスト、償却費、および装置占有面積を含む。電子ビーム照射の照射線量レベルを考慮する際のトレードオフは、エネルギーコストと、環境、安全、および健康（ＥＳＨ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ｓａｆｅｔｙ， ａｎｄ ｈｅａｌｔｈ）上の懸念とである。電子エネルギーを考慮する際のトレードオフはエネルギーコストを含む。なお、ここでは、低電子エネルギーは、特定の原料スラリーの解重合を促進する上で有利である（例えば、Ｂｏｕｃｈａｒｄら，Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ （２００６） １３： ６０１−６１０参照）。
【００８２】
より効果的な解重合プロセスを提供するために、電子ビーム照射の二重経路を提供することは有利であり得る。例えば、原料運搬装置は、原料（乾燥形態またはスラリー形態）を、下方におよび最初の運搬方向に対する逆方向に、導き得る。二重経路システムは、より濃密な原料スラリーの処理を可能にし、原料スラリーの濃度からより緊密な解重合を提供し得る。
【００８３】
電子ビーム照射装置は、固定ビームまたは走査ビームのいずれかを生成し得る。走査ビームは、大きい走査スウィープ長さおよび高い走査スピードに関して有利である。なぜなら、これは、大きい、固定ビーム幅を効果的に置き換えるためである。さらに、０．５ｍ、１ｍ、または２ｍ以上の利用可能スウィープ幅が利用可能である。
イオン粒子ビーム
【００８４】
電子よりも重い粒子は、炭水化物または炭水化物含有物質、例えばリグノセルロース系物質、澱粉質、またはこれらのうちのいずれかの組み合わせ、および本明細書に説明する他の物質を照射するために利用され得る。例えば、陽子、ヘリウム核、アルゴンイオン、シリコンイオン、ネオンイオン、炭素イオン、リンイオン、酸素イオン、または窒素イオンが利用され得る。いくつかの実施形態において、電子よりも重い粒子は、より多量の分子鎖切断を誘発し得る。いくつかの事例において、正電荷を帯びた粒子は、その酸性のために、負電荷を帯びた粒子よりも、より大量の分子鎖切断を誘発し得る。
【００８５】
より重い粒子ビームは、例えば線形加速器またはサイクロトロンを用いて、生成し得る。いくつかの実施形態において、ビームの各粒子のエネルギーは、約１．０ＭｅＶ／原子単位から約６，０００ＭｅＶ／原子単位の範囲、例えば約３ＭｅＶ／原子単位から約４，８００ＭｅＶ／原子単位の範囲または約１０ＭｅＶ／原子単位から約１，０００ＭｅＶ／原子単位の範囲である。
【００８６】
イオンビーム処理については、米国特許出願整理番号第１２／４１７，６９９号において論じられ、米国特許出願整理番号第１２／４１７，６９９号の全開示は参照することにより本明細書に援用される。
電離照射
【００８７】
電磁放射を用いて照射が行われる実施形態においては、電磁放射は、１０２ｅＶを超える（例えば、１０３ｅＶ、１０４ｅＶ、１０５ｅＶ、１０６ｅＶ、または１０７ｅＶさえも超える）陽子当たりのエネルギー（電子ボルトにおける）を有し得る。いくつかの実施形態において、電磁放射は、１０４ｅＶから１０７ｅＶの範囲（例えば１０５ｅＶから１０６ｅＶの範囲）の陽子当たりのエネルギーを有する。電磁放射は、例えば１０１６ｈｚを超える、１０１７ｈｚを超える、１０１８ｈｚ、１０１９ｈｚ、１０２０ｈｚ、または１０２１ｈｚさえも超える周波数を有し得る。いくつかの実施形態において、電磁放射は、１０１８ｈｚから１０２２ｈｚの範囲（例えば１０１９ｈｚから１０２１ｈｚの範囲）の周波数を有する。
照射処理の組み合わせ
【００８８】
いくつかの実施形態においては、２つ以上の照射源、例えば２つ以上の電離照射等、が用いられる。例えば、試料は、電子ビーム、次いでガンマ線放射および約１００ｎｍから約２８０ｎｍの範囲の波長を有する紫外線光により、任意の順序で処理され得る。いくつかの実施形態において、試料は、３つの電離照射源、例えば、電子ビーム、ガンマ線放射、および高エネルギー紫外線光等、を用いて処理され得る。
バイオマスのケンチングおよび制御された官能基化
【００８９】
１つまたは複数の電離照射、例えば、フォトニック放射（例えばＸ線まはたガンマ線）、電子ビーム放射、または正電荷または負電荷を帯びた電子よりも重い粒子（例えば、陽子または炭素イオン）による処理の後、本明細書に説明する炭水化物含有物質と無機物との任意の混合物は電離される。すなわち、これらの混合物は電子スピン共鳴分光計を用いて検出されるレベルのイオン基を有する。イオン基検出の現時点における限界は、室温において約１０１４スピンである。電離の後、任意の電離されたバイオマスは、ケンチングされることにより、電離されたバイオマスにおけるイオン基レベルは、イオン基が電子スピン共鳴分光計を用いてもはや検出不可能となるよう、低下され得る。例えば、イオン基は、バイオマスに十分な圧力を印加することにより、および／または電離されたバイオマスと接触しイオン基と反応（ケンチング）する流体（例えばガスまたは液体）を利用することにより、ケンチングされ得る。イオン基のケンチングを少なくとも支援するためにガスまたは流体を使用することは、カルボン酸基、エノール基、アルデヒド基、ニトロ基、ニトリル基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルキル基、クロロアルキル基、またはクロロフルオロアルキル基等の所望する量および種類の官能基により、電離されたバイオマスを官能基化することをオペレータが制御することを可能にする。いくつかの事例において、係るケンチングは、電離されたバイオマス物質の安定性を改善し得る。例えば、ケンチングは、酸化に対するバイオマスの耐性を改善し得る。ケンチングによる官能基化は、本明細書に説明するバイオマスの可溶性も改善し、その熱安定性も改善し（熱安定性の改善は合成物の製造において重要であり得る）、様々な微生物による物質活用も改善し得る。例えば、ケンチングによりバイオマス物質に与えられた官能基は、微生物が付着することにより、例えば、様々な微生物によるセルロース加水分解を高めるための受容体部位として機能し得る。
【００９０】
電離されたバイオマスが大気中に残る場合、係るバイオマスは、カルボン酸基が大気酸素との反応により生成される程度にまで、酸化されるであろう。いくつかの物質を有するいくつかの事例において、酸化は、炭水化物含有バイオマスの分子量におけるさらなる分解を支援し得、カルボン酸基等の酸化基は、いくつかの事例において可溶性および微生物活用に対して有用であるため、係る酸化は望ましい。しかし、イオン基は照射後しばらくの間（例えば、１日、５日、３０日、３ヶ月、６ヶ月、またさらには１年以上）「生きる」ため、物質の特性は長時間にわたって変化し続け得る。このことは、いくつかの事例においては望ましくない場合もある。
【００９１】
照射された試料におけるイオン基の電子スピン共鳴分光法による検出および係る試料におけるイオン基の寿命については、Ｂａｒｔｏｌｏｔｔａら， Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ， ４６ （２００１）， ４６１−４７１、およびＢａｒｔｏｌｏｔｔａら， Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ， Ｖｏｌ． ８４， Ｎｏｓ． １−４， ｐｐ． ２９３−２９６ （１９９９）において論じられている。
超音波処理、熱分解、酸化
【００９２】
１つまたは複数の超音波処理、熱分解、および／または酸化処理シーケンスが、機械的処理された原料を構造改変するために用いられ得る。これらの処理のうちのいずれかは、単独で、または互いとの組み合わせで、および／または照射とともに、用いられ得る。これらの処理は、米国特許出願整理番号第１２／４２９，０４５号において詳細に説明され、米国特許出願整理番号第１２／４２９，０４５号の全開示は参照することにより本明細書に援用される。
他の処理
【００９３】
蒸気爆砕は、本明細書に説明した処理のうちのいずれも用いず単独で、または本明細書に説明した処理のうちのいずれかとの組み合わせで、用いられ得る。
【００９４】
本明細書に説明した任意の処理技術は、通常の、地表における大気圧を超える圧力または係る大気圧より低い圧力で、用いられ得る。例えば、放射、超音波処理、酸化、熱分解、蒸気爆砕、またはこれらの処理のうちのいずれかの組み合わせを利用することにより、炭水化物を含有する物質を提供する任意の処理は、高圧下で行われ得、それにより反応速度が高くなる。例えば、任意の処理または処理の組み合わせは、２５ＭＰａを超える圧力（５０ＭＰａを、７５ＭＰａを、１００ＭＰａを、１５０ＭＰａを、２００ＭＰａを、２５０ＭＰａを、３５０ＭＰａを、５００ＭＰａを、７５０ＭＰａを、もしくは１，０００ＭＰａを超える圧力、またさらには１，５００ＭＰａを超える圧力）で行われ得る。
第１処理
糖化
【００９５】
処理された原料を容易に発酵され得る形態に変換するために、いくつかの実装においては、最初に原料中のセルロースは、糖化と称される処理において、例えば糖化剤
（例えば、酵素）により、低分子量の炭水化物（例えば、糖質）へと加水分解される。いくつかの実装において、糖化剤は酸（例えば、鉱酸）を含む。酸が用いられる場合、微生物に対して毒性である副産物が生成され得る。その場合、処理は、係る副産物を除去することをさらに含む。除去は、活性炭素（例えば、活性炭）を用いて、または他の好適な技術を用いて、行われ得る。
【００９６】
セルロースを含有する物質は、例えば物質と酵素とを溶液内、例えば水溶液内、で混合することにより、酵素を用いて処理される。
【００９７】
酵素と、バイオマス（例えばバイオマスのセルロース部分および／またはニグニン部分）を分解するバイオマス破壊生物とは、様々なセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナーゼ、または様々な分子バイオマス破壊代謝産物を、含有するかまたは生成する。これらの酵素は、結晶セルロースまたはバイオマスのニグニン部分を相乗効果的に劣化させる機能を有する酵素複合体であり得る。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）を含む。セルロース基質は、最初、ランダムな位置においてエンドグルカナーゼにより加水分解され、それによりオリゴマー中間生成物が生成される。次いで、これらの中間生成物が、セロビオヒドロラーゼ等のグルカナーゼを外部分割（ｅｘｏ−ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）することにより、セルロースポリマーの端部からセロビオースを生成するための基質となる。セロビオースは、グルコースの、水溶性の１、４−結合の二量体である。最終的に、セロビアーゼがセロビオースを開裂して、それによりグルコースが生成される。
発酵
【００９８】
微生物は、処理されたバイオマス物質を糖化することにより生成された低分子量糖質を発酵させることにより、いくつかの有用な中間生成物および製品を生成し得る。例えば、発酵または他のバイオプロセスは、アルコール、有機酸、炭化水素、水素、蛋白質、またはこれらの物質のうちのいずれかの組み合わせを生成し得る。
【００９９】
酵母およびザイモモナスバクテリアは、例えば、糖化または変換のために用いられ得る。他の微生物は以下の「物質」のセクションにおいて論じられる。酵母に対する最適なｐＨは約ｐＨ４からｐＨ５の範囲であるのに対し、ザイモモナスに対する最適なｐＨは約ｐＨ５からｐＨ６の範囲である。典型的な発酵時間は摂氏２６度から摂氏４０度の温度範囲において約２４時間から９６時間の範囲であるのに対し、好熱性微生物はより高い温度を好む。
【０１００】
現在国際公開第ＷＯ２００８／０１１５９８号として公開されるようになった米国仮特許出願第６０／８３２，７３５号に説明される可動性の発酵槽が利用可能である。同様に、糖化装置も可動性であり得る。さらに、糖化および／または発酵は、移動中において、部分的に、または完全に、行われ得る。
後処理
蒸留
【０１０１】
発酵後、結果として生成された液体を例えば「ビールカラム」を用いて蒸留することにより、エタノールまたは他のアルコールが大部分の水および残渣固体から分離され得る。ビールカラムから排出される蒸気は例えば３５重量％のエタノールであり、精留カラムへと供給される。精留カラムから出るほぼ共沸性（９２．５％）のエタノールおよび水は、気相のモレキュラーシーブを用いて、純粋（９９．５％）エタノールへと精製され得る。ビールカラム底部は、三重効用蒸発器の第１効用へと送られ得る。精留カラム環流凝縮器は、この第１効用に対して熱を提供し得る。第１効用の後、固定は遠心分離機を用いて分離され、回転乾燥器内で乾燥され得る。遠心分離機流出物の１部分（２５％）は発酵へとリサイクルされ、その他は第２のおよび第３の蒸発器効用へと送られる。蒸発器凝縮水の大部分は、相当にクリーンな凝縮水として処理に戻される一方で、わずかな部分は低沸点化合物の蓄積を防ぐために、廃水処理へと分岐され得る。
中間生成物および製品
【０１０２】
例えば係る第１処理および／または後処理を用いて、処理されたバイオマスは１つまたは複数の製品（例えば、エネルギー、燃料、食品、および物質）へと変換され得る。製品の特定例は、水素、アルコール（例えば、エタノール、ｎ−プロパノール、またはｎ−ブタノール等の１価アルコールまたは２価アルコール）、糖質、バイオディーゼル、有機酸（例えば、酢酸および／または乳酸）、炭化水素、副産物（例えば、セルロース分解性タンパク質（酵素）または単細胞蛋白質等の蛋白質）、およびこれらのうちのいずれかの組み合わせを含むが、これに限定されない。
他の例は、酢酸または酪酸等のカルボン酸、カルボン酸の塩、カルボン酸とカルボン酸の塩との混合物、カルボン酸のエステル（例えば、メチル、エチル、およびｎ‐プロピルのエステル）、ケトン、アルデヒド、アルファ、ベータ不飽和酸（例えばアクリル酸およびエチレン等のオレフィン）を含む。他のアルコールおよびアルコール誘導体は、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、こられのアルコールのメチルまたはエチルエステルを含む。他の製品は、メチルアクリレート、メタクリル酸メチル、乳酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、これらの酸のうちのいずれかの塩、酸およびそれぞれの塩のいずれかの混合物を含む。
【０１０３】
食品および医療製品を含む他の中間生成物および製品は、米国仮特許出願整理番号第１２／４１７，９００号に説明され、米国仮特許出願整理番号第１２／４１７，９００号の全開示は参照することにより本明細書に援用される。
物質
バイオマス物質
【０１０４】
バイオマスは、例えばセルロース系物質またはリグノセルロース系物質であり得る。係る物質は、紙、紙製品（例えばポリコート紙およびクラフト紙）、木材、木材関連物質（例えばパーティクルボード）、草、籾殻、バガス、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル、マニラ麻、藁、トウモロコシ穂軸、ココナッツヘア、およびαセルロース成分を豊富に含む物質（例えば綿）を含む。原料は、非再生品の繊維スクラップ物質（例えば、ボロ切れ等の残余物、使用済み廃棄物）から得られ得る。紙製品が使用される場合、それらは、非再生品物質（例えばスクラップ非再生品物質）であるか、または使用済み廃棄物であり得る。非再生品原料は別として、使用済み廃棄物、工業廃棄物（例えば、廃物）および処理廃棄物（例えば、紙処理から出た流出物）も、繊維源として用いられ得る。バイオマス原料は、人間（例えば、下水）、動物もしくは植物廃棄物からも取得または抽出可能である。追加的なセルロース系およびリグノセルロース系物質は、米国特許第６，４４８，３０７号、米国特許第６，２５８，８７６号、米国特許第６，２０７，７２９号、米国特許第５，９７３，０３５号、および米国特許第５，９５２，１０５号に説明されている。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、バイオマス物質は、１つまたは複数のβ−１、４−結合を有し且つ約３，０００から５０，０００の範囲の数量平均分子量を有する物質であるかまたは係る物質を含む炭水化物を含む。係る炭水化物は、β（１，４）−グリコシド係合の濃縮から得られた（β−グルコース１）から得られたセルロース（Ｉ）であるかまたはこれを含む。この結合は、澱粉および他の炭水化物に存在するα（１，４）−グリコシド結合とは対照的である。
【化１】
【化２】
【０１０６】
澱粉質は、澱粉そのもの（コーンスターチ、小麦澱粉、ジャガイモ澱粉、または米澱粉）、澱粉の派生物、または澱粉を含む物質（例えば、食用食糧製品まはた農作物）を含む。例えば、澱粉質は、アラカチャ、そば粉、バナナ、オオムギ、キャッサバ、葛、アンデスカタバミ、サゴヤシ澱粉、ソルガム、通常の家庭用ジャガイモ、サツマイモ、タロイモ、ヤムイモ、または１つまたは複数の豆（例えば、ソラマメ、レンティル、またはエンドウ豆）であり得る。２つ以上の澱粉質の混合物も、澱粉質である。
【０１０７】
いくつかの場合において、バイオマスは微生物物質である。微生物源は、炭水化物（例えば、セルロース）の起源、例えば、原生生物、例えば、動物原生生物（例えば、鞭毛虫、アメーバ、繊毛虫、胞子虫等の原虫）および植物原生生物（例えば、アルベオラータ、クロララクニオン藻、クリプト植物、ユーグレナ藻、灰色藻灰色藻、ハプト藻、紅藻、ストラメノパイル、および緑色植物亜界等の藻類）を含むからまたはこれを提供し得る、任意の自然発生のまたは遺伝子組み換えの微生物または生物を含むがこれらに限定されない。他の例は、海草、プランクトン（例えば、大型浮遊生物、中層プランクトン、小形プランクトン、微小プランクトン、ピコプランクトン、フェムプトプランクトン（ｆｅｍｐｔｏｐｌａｎｋｔｏｎ）、植物性プランクトン、バクテリア（例えば、グラム陽性バクテリア、グラム陰性バクテリア、および極限微生物）、酵母および／またはこれらの組み合わせを含む。いくつかの事例において、微生物バイオマスは、自然の起源（例えば海、湖、水塊（例えば、塩水、真水）または地上）から得られ得る。代替的に、または加えて、微生物バイオマスは培養システム（例えば、大規模乾燥または湿潤培養システム）から得られ得る。
糖化剤
【０１０８】
セルラーゼはバイオマスを劣化させ得、菌類またはバクテリアから得られ得る。好適な酵素は、バチルス属、緑膿菌、ツチクビレハリアリ、フサリウム、ｔｈｉｅｌａｖｉａ属、アクレモニウム属、クリソスポリウム属、トリコデルマ属、ツチクビレハリアリ、ヒトヨタケ属、ｔｈｉｅｌａｖｉａ属、フサリウム、Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ、アクレモニウム属、Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ、Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ、青カビ、またはアスペルギルス（欧州特許第４５８１６２号参照）、特に、Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ（Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍとして再分類される。米国特許第４，４３５，３０７号参照）、ｏｐｒｉｎｕｓ ｃｉｎｅｒｅｕｓ、Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ、Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ、Ｍｅｒｉｐｉｌｕｓ ｇｉｇａｎｔｅｕｓ、Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｓｐ、 Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｉｃｉｎｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｂｒａｃｈｙｐｅｎｉｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｄｉｃｈｒｏｍｏｓｐｏｒｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｏｂｃｌａｖａｔｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｐｉｎｋｅｒｔｏｎｉａｅ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｒｏｓｅｏｇｒｉｓｅｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｉｎｃｏｌｏｒａｔｕｍ、およびＡｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｆｕｒａｔｕｍからなる群より選択される株により生成されたものに由来するセルラーゼを含み、好適には、Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ ＤＳＭ １８００、Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ ＤＳＭ ２６７２、Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ ＣＢＳ １１７．６５、Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ ｓｐ． ＲＹＭ−２０２、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｓｐ． ＣＢＳ ４７８．９４、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｓｐ． ＣＢＳ ２６５．９５、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｉｃｉｎｕｍ ＣＢＳ １６９．６５、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ＡＨＵ ９５１９、Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ ｓｐ． ＣＢＳ ５３５．７１、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｂｒａｃｈｙｐｅｎｉｕｍ ＣＢＳ ８６６．７３、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｄｉｃｈｒｏｍｏｓｐｏｒｕｍ ＣＢＳ ６８３．７３、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｏｂｃｌａｖａｔｕｍ ＣＢＳ ３１１．７４、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｐｉｎｋｅｒｔｏｎｉａｅ ＣＢＳ １５７．７０、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｒｏｓｅｏｇｒｉｓｅｕｍ ＣＢＳ １３４．５６、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｉｎｃｏｌｏｒａｔｕｍ ＣＢＳ １４６．６２、およびＡｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｆｕｒａｔｕｍ ＣＢＳ ２９９．７０Ｈの属に由来するセルラーゼを含む。セルロース分解酵素は、クリソスポリウム属、好適にはクリソスポリウム属ｌｕｃｋｎｏｗｅｎｓｅ株から得られ得る。加えて、トリコデルマ属（特に、トリコデルマ属ｖｉｒｉｄｅ、 Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ、およびトリコデルマ属ｋｏｎｉｎｇｉｉ）、好アルカリ性バチルス（例えば米国特許第３，８４４，８９０号および欧州特許第４５８１６２号参照）、およびストレプトミセス（例えば欧州特許第４５８１６２号）が用いられてもよい。
発酵剤
【０１０９】
発酵に用いられる微生物（単数または複数）は天然微生物および／または改変された微生物であり得る。例えば、微生物はバクテリア（例えば、セルロース分解バクテリア）、菌類（例えば、酵母、植物または原生生物、例えば藻類、原虫、または菌類状の原生生物、例えば、粘菌）であり得る。有機体が適合可能である場合、有機体の混合物も用いられ得る。
【０１１０】
好適な発酵微生物は炭水化物、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、オリゴ糖、または多糖類を、発酵製品に変換する能力を有する。発酵微生物は、Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓ ｓｐｐ．属、例えば、Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ（パン酵母）、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｄｉｓｔａｔｉｃｕｓ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｕｖａｒｕｍと、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ属、例えばＫｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ ｍａｒｘｉａｎｕｓ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ ｆｒａｇｉｌｉｓとＣａｎｄｉｄａ属、例えばＣａｎｄｉｄａ ｐｓｅｕｄｏｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ、およびＣａｎｄｉｄａ ｂｒａｓｓｉｃａｅ、Ｐｉｃｈｉａ ｓｔｉｐｉｔｉｓ （ａ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｏｆ Ｃａｎｄｉｄａ ｓｈｅｈａｔａｅ、と、Ｃｌａｖｉｓｐｏｒａ属、例えばＣｌａｖｉｓｐｏｒａ ｌｕｓｉｔａｎｉａｅおよびＣｌａｖｉｓｐｏｒａ ｏｐｕｎｔｉａｅと、Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ属、例えばＰａｃｈｙｓｏｌｅｎ ｔａｎｎｏｐｈｉｌｕｓ， ｔｈｅ ｇｅｎｕｓ Ｂｒｅｔａｎｎｏｍｙｃｅｓ、例えば、Ｂｒｅｔａｎｎｏｍｙｃｅｓ ｃｌａｕｓｅｎｉｉ （Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ， Ｇ． Ｐ．， １９９６， Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｉｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｎ Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ：Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ， Ｗｙｍａｎ， Ｃ．Ｅ．， ｅｄ．， Ｔａｙｌｏｒ ＆ Ｆｒａｎｃｉｓ， Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ， ＤＣ， １７９−２１２）の株を含む。
【０１１１】
市販のイーストは、例えば、Ｒｅｄ Ｓｔａｒ（登録商標）／Ｌｅｓａｆｆｒｅ Ｅｔｈａｎｏｌ Ｒｅｄ（米国のＲｅｄ Ｓｔａｒ／Ｌｅｓａｆｆｒｅから入手可能）、ＦＡＬＩ（登録商標）（米国のＢｕｒｎｓ Ｐｈｉｌｉｐ Ｆｏｏｄ社の１部門であるＦｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ’ｓ Ｙｅａｓｔから入射可能）、ＳＵＰＥＲＳＴＡＲＴ（登録商標）(現在はＬａｌｅｍａｎｄであるＡｌｌｔｅｃｈ社から入手可能)、ＧＥＲＴ ＳＴＲＡＮＤ（登録商標）（スウェーデン国の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）を含む。
【０１１２】
バクテリア、例えばザイモモナスおよびクロストリジウム‐テルモセルムも発酵に用いられ得る（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ， １９９６， ｓｕｐｒａ）。
他の実施形態
【０１１３】
本発明に係る多数の実施形態が説明されてきた。しかしながら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更例が可能であるこが理解されるであろう。
【０１１４】
例えば、本明細書で論じられた処理ステップの処理パラメータは、例えば、米国仮特許出願第６１／１５１，７２４号に開示されるように、原料のニグニン成分に基づいて調節され得る。なお、米国仮特許出願第６１／１５１，７２４号の全開示は参照することにより、本明細書に援用される。
【０１１５】
したがって、他の実施形態も以下の請求項の範囲内である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年２月１７日に出願された、米国仮特許出願整理番号第６１／３０５，２８１号の優先権を主張するものである。この仮出願の全開示は、参照することにより、本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
セルロース系およびリグノセルロース系物質は、多数の用途において、大量に生成、処理、および使用される。係る物質は、多くの場合において、一度使用されると、廃棄物として廃棄される。すなわち、単なる廃棄物、例えば、汚水、バガス、大鋸屑、およびストーバとみなされるのである。
【０００３】
様々なセルロース系およびリグノセルロース系物質、その使用、および用途は、米国特許第７，０７４，９１８号、米国特許第６，４４８，３０７号、米国特許第６，２５８，８７６号、米国特許第６，２０７，７２９号、米国特許第５，９７３，０３５号、および米国特許第５，９５２，１０５号と、２００６年３月２３日に出願された「ＦＩＢＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ」を発明の名称とする国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１０６４８号および「ＦＩＢＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ」を発明の名称とする米国特許出願公開第２００７／００４５４５６号を含む様々な特許出願に説明されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、全般に、炭水化物を含有する物質（例えば、バイオマス物質またはバイオマス由来物質）、係る物質を処理することによりそれらの構造を変化させるための方法、および構造を変化させられた物質から精製された製品に関する。多様な微生物により利用されると、有用な中間生成物または製品、例えばエネルギー、エタノール等の燃料、食品、または物質等が、係る方法の多くにより生成され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する方法は、機械的処理以外の構造改変処理、例えば、放射線照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこれらの組み合わせ等により、バイオマス物質を処理することにより、係る物質の構造を改変し、次いで、構造が改変された物質を機械的に処理することを含む。いくつかの実装において、１つまたは複数のこれらのステップは反復される。例えば、構造改変処理間に機械的処理が実行される状態で、物質に対して構造改変処理、例えば放射線照射、が２回以上実行され得る。いくつかの実装において、バイオマス物質に対して、構造改変の前に、先ず機械的処理、例えば寸法減少、が実行され得る。第１機械的処理、および後続の機械的処理は、同じである（例えば照射後、剪断後にさらに剪断が実施される）か、または異なり（例えば、照射後に、剪断が実施され、続いて研磨が実施される）得る。
【０００６】
いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、構造改変処理が物質の内部結晶構造を脆弱化または部分的に崩壊（例えば微小破壊）させ、後続の機械的処理が、脆弱化された結晶構造を破砕または他の方法でさらに崩壊させると考えられる。この一連の処理を実施することにより、原料の扱いにくさは低減され、その結果、処理済みの原料を製品、例えば燃料へと変換することがより容易となる。省略可能な第１機械的処理ステップは、例えば、原料物質の寸法を減少すること、または開放（ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｐ）することにより、原料物質を構造改変のために準備するために用いられ得る。
【０００７】
本明細書に説明するプロセスを用いて製品を生成するための総エネルギー必要量は、多くの場合、構造改変処理の前に構造改変処理または第１機械的処理のみが実施される同様のプロセスの総エネルギー必要量よりも小さいことが見出されている。例えば、１つまたは複数の機械的処理が構造改変処理に続いて実施される場合、同一の正味効果またはよりよい正味効果を有する構造改変処理が、より低いエネルギーレベルで実施され得る。照射の場合は、いくつかの実施形態において、例えば６０Ｍｒａｄ未満の比較的低い線量、例えば、約１Ｍｒａｄから約６０Ｍｒａｄ、または約５Ｍｒａｄから約５０Ｍｒａｄ、が原料に与えられ得る。このように、本明細書に説明するプロセスは、中間生成物または製品が、処理が困難であり且つ処理にあたりエネルギーを集中的に使用する原料を用いて、比較的低コストで製造されることを可能にする。
【０００８】
一方、広範囲の照射が用いられ得る。例えば、照射線量は、約０．１Ｍｒａｄから約５００Ｍｒａｄ、約０．５Ｍｒａｄから約２００Ｍｒａｄ、約１Ｍｒａｄから約１００Ｍｒａｄ、または約５Ｍｒａｄから約６０Ｍｒａｄであり得る。
【０００９】
１つの態様において、本発明は、照射（例えば、電子ビーム照射）、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される構造改変処理が施された、構造改変されたバイオマス原料を、機械的処理することを含む方法を特徴とする。
【００１０】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の以下のプロセスを含み得る。機械的処理は、切削、粉砕、圧縮、研磨、剪断、および、細切からなる群から選択されるプロセスを含み得る。粉砕は、例えば、ハンマー粉砕機、ボール粉砕機、コロイド粉砕機、コニカルもしくはコーン粉砕機、ディスク粉砕機、エッジ粉砕機、ウィレー粉砕機、またはグリスト粉砕機を利用することを含み得る。いくつかの実施形態において、構造改変することは、単独で、または本明細書に説明される他の構造改変処理のうちの１つまたは複数と組み合わせて、電子ビームを照射することを含む。機械的処理は、米国特許出願整理番号第１２／５０２，６２９号に開示されるように、周囲温度で、またはより低い温度で、実施され得る。なお、米国特許出願整理番号第１２／５０２，６２９号の全開示は、参照することにより本明細書に援用される。この方法は、構造改変ステップおよび機械的処理ステップを、１回または複数回反復することをさらに含み得る。例えば、この方法は、機械的処理の後、追加的な構造改変処理を実施することを含み得る。
【００１１】
いくつかの例において、バイオマス原料はセルロース系物質またはリグノセルロース系物質を含む。原料は、例えば、紙、紙製品、木材、木材関連物質、パーティクルボード、草、籾殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル、マニラ麻、藁、トウモロコシ穂軸、ココナッツヘア、藻類、海草、微生物物質、セルロースアセテート、再生セルロース、その他等の改変セルロース、またはこれらのうちのいずれかの組み合わせを含み得る。
【００１２】
いくつかの方法は、構造改変および機械的処理された原料と、微生物とを混合することをさらに含む。なお、微生物は、原料を利用して、中間生成物または製品、例えば、エネルギー、例えばアルコール等の燃料、食品、または物質を生成する。微生物は、例えば、バクテリアおよび／または酵素であり得る。この方法は、構造改変および機械的処理された原料を糖化することを含み、いくつかの場合においては、糖化された製品を発行することを含み得る。
【００１３】
構造改変および機械的処理された原料は、例えば糖化により、製品へと容易に変換され得るという特徴を有する。例えば、いくつかの場合において、構造改変および機械的処理された原料は、少なくとも８０％の多孔率を有する。
【００１４】
バイオマス原料を、本明細書で用いられる「構造改変」することは、原料の化学結合の配列、結晶構造、または構造を含む原料の分子構造を任意の方法で変化させることを含む。この変化は、例えば、物質の結晶度の回折測定により反映され得ない結晶構造内の微小破壊等により、結晶構造の完全性を変化させることであり得る。物質の構造的完全性における係る変化は、異なるレベルの構造改変処理における製品の歩留まりを測定することにより、間接的に測定可能である。加えて、または代替的に、分子構造における変化は、物質の超分子構造を変化させること、物質を酸化すること、平均分子量を変化させること、平均結晶度を変化させること、表面積を変化させること、重合度を変化させること、多孔率を変化させること、分岐度を変化させること、他の物質上で研磨すること、結晶ドメイン寸法を変化させること、または全ドメイン寸法を変化させることを含み得る。本明細書において「構造改変処理」および機械的処理と称されるものの両方が、バイオマス原料を構造改変する機能を有することに注意するべきである。機械的処理は機械的手段により構造改変を行い、その一方で、構造改変手段は他の種類のエネルギー（例えば、照射、超音波エネルギー、または熱）または化学的手段を用いて構造改変を行う。
【００１５】
別段の定義がない限り、本明細書において用いられる専門および科学用語の全部は、本発明が属する当該技術分野の当業者により一般に理解されるのと同一の意味を有する。本明細書に説明するのと同様または等価である方法および物質が、本発明の実施または試験において用いられ得るが、好適な方法および物質は以下で説明される。本明細書において言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の参照は、参照されることによりその全体が本明細書に援用される。矛盾が生じる場合は、本明細書が、定義を含んで、管理することとなる。加えて、これらの物質、方法、および例は、単に例示的であり、限定を意図するものではない。
【００１６】
本発明に関する他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および請求項から、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】バイオマスを製品および副産物へと変換することを示すブロック図である。
【図２】発酵プロセスにおける、バイオマスの処理および処理されたバイオマスの使用を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書に説明する方法を用いると、バイオマス（例えば、植物バイオマス、動物バイオマス、および都市ごみバイオマス）を処理することにより、本明細書で説明される等の有用な中間生成物および製品を生成することが可能である。入手が容易ではあるが発酵等のプロセスにより処理することが困難である、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質を原料物質として使用し得るシステムおよび方法が以下に説明される。
本明細書に開示される方法は、バイオマス物質に対して、構造改変処理、例えば、照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される処理を行い、次いで、構造改変された物質を機械的に処理することを含む。いくつかの実装において、１つまたは複数のこれらのステップが反復される。例えば、以下でさらに説明されるように、物質は、機械的処理が照射ステップ間に実施される状態で、２回以上照射され得る。いくつかの実装において、バイオマス物質に対して、構造改変の前に、先ず機械的処理が実行され得る。
バイオマス処理のためのシステム
【００１９】
図１は、バイオマス、特に相当量のセルロース系およびリグノセルロース系成分を有するバイオマスを、有用な中間生成物および製品に変換するためのプロセス１０を示す。プロセス１０は、原料に対して第１機械的処理（１２）、例えば、原料１１０の寸法を減少すること、を行うことを含む。機械的処理された原料は、次いで、その内部構造を変化させるための構造改変処理（１４）が、例えば、物質の結晶構造における結合を弱めるか、または微小破壊することにより、行われる。次に、構造改変された物質に対して、さらなる機械的処理（１６）が行われる。この機械的処理は、第１機械的処理と同じであるか、または異なり得る。例えば、第１処理が寸法減少（例えば、切削）ステップであり、次いで剪断ステップが実施されてもよい。一方、次いで実行される処理は、研磨または粉砕ステップであってもよい。
【００２０】
いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、構造改変処理が物質の内部結晶構造を、例えば物質の結晶構造を微小破壊することにより、崩壊させると考えられる。構造改変された物質の内部構造は、次いで、後続の機械的処理により、さらに崩壊、例えば、破断、破裂、または破壊、される。
【００２１】
次いで、さらなる処理を実行する前に、さらなる構造変化（例えば、扱いにくさの低減）が望まれる場合、物質に対して、さらなる構造改変処理および機械的処理が行われ得る。
【００２２】
次いで、処理された物質は、第１処理ステップ１８、例えば、糖化および／または発酵、により処理されて、中間生成物および製品（例えば、エネルギー、燃料、食品、および物質）を生成し得る。いくつかの場合においては、第１処理ステップの出力は、直接的に有用であるが、他の場合においては、後処理ステップ（２０）により提供される、さらなる処理を必要とする。例えば、アルコールの場合は、後処理は蒸留、および、いくつかの場合においては変性、を含み得る。
【００２３】
図２は、 上述のステップを、バイオマスを処理し、次いで、処理されたバイオマスを発酵プロセスにおいて利用することにより、アルコールを生成するために利用する、システム１００を示す。システム１００は、バイオマス原料に対して第１機械的処理が実行される（上述のステップ１２）モジュール１０２と、機械的処理された原料が例えば照射により構造改変される（上述のステップ１４）モジュール１０４と、構造改変された原料に対してさらなる機械的処理が実行される（上述のステップ１６）モジュール１０６と、を備える。上述のように、モジュール１０６は、モジュール１０２と同じ種類であるか、または異なった種類であり得る。いくつかの実装においては、構造改変された原料は、別のモジュール１０６においてさらに機械的処理されるよりも、むしろ、さらなる機械的処理のためにモジュール１０２へと戻され得る。
【００２４】
所望の原料特性を獲得するに必要な回数だけ反復され得るこれらの処理の後、処理された原料は、発酵システム１０８へと送達される。混合が発酵の間に実施されてもよい。その場合、混合は、酵素および他の微生物等の、剪断により損傷を受けやすい成分に対する損傷を最小限にするために、比較的穏やか（低剪断）であることが望ましい。いくつかの実施形態において、米国特許出願整理番号第６１／２１８，８３２号および米国特許出願整理番号第６１／１７９，９９５号に説明されるように、ジェット混合が用いられる。なお、米国特許出願整理番号第６１／２１８，８３２号および米国特許出願整理番号第６１／１７９，９９５号は参照することにより本明細書に援用される。
【００２５】
図２を参照すると、発酵は、未精製のエタノール混合物を生成し、この未精製エタノール混合物は保持タンク１１０へと流れ込む。水または他の溶媒、および他の非エタノール成分は、ストリップ塔１１２を用いて未精製エタノール混合物から除去され、次いで、エタノールは、蒸留ユニット１１４、例えば精留塔を用いて蒸留される。蒸留は、真空蒸留によるものであり得る。最終的に、エタノールはモレキュラーシーブ１１６を用いて乾燥され、および／または必要に応じて変性され、次に、所望の搬送方法に出力される。
【００２６】
いくつかの場合において、本明細書に説明するシステムまたはその構成部品は、システムが１つの場所から他の場所へと輸送（例えば、鉄道、トラック、または船舶により）され得るよう、運搬可能であってもよい。本明細書に説明する方法のステップは、１つまたは複数の場所で実行されてもよく、または、いくつかの場合においては、１つまたは複数のステップが運搬中に実行されてもよい。係る可搬性処理は米国特許出願整理番号第１２／３７４，５４９号および国際公開第２００８／０１１５９８号に説明され、米国特許出願整理番号第１２／３７４，５４９号および国際公開第２００８／０１１５９８号の全開示は、引用することにより本明細書に援用される。
【００２７】
本明細書に説明する方法のステップのうちのいずれかは、周囲温度で実行され得る。所望により、冷却および／または加熱が特定のステップの間に用いられ得る。例えば、原料は、脆性を増すために機械的処理の間に冷却され得る。いくつかの実施形態においては、冷却は、第１機械的処理および／または後続の機械的処理の、前に、間に、または後に用いられる。冷却は、１２／５０２，６２９に説明されるように実行され得る。なお、１２／５０２，６２９の全開示は引用することにより本明細書に援用される。さらに、発酵システム１０８における温度は、糖化および／または発酵を高めるために、制御され得る。
【００２８】
本明細書に説明する方法の各ステップ並びに用いられる物質について、ここでさらに詳細に説明するであろう。
機械的処理
【００２９】
原料の機械的処理は、例えば、切削、粉砕、研磨、圧縮、剪断、または細切を含み得る。
【００３０】
第１機械的処理ステップは、いくつかの実装において、原料の寸法を減少させることを含む。いくつかの場合において、束ねられていない原料（例えば、リサイクル紙またはスイッチグラス）は、最初に、剪断および／または細断により準備される。この第１準備ステップにおいて、篩いおよび／または磁石が、例えば、岩石または爪等の、大きすぎるまたは望ましくない物体を供給ストリームから除去するために用いられ得る。
【００３１】
最初におよび／または処理中において後に実施され得る、この寸法減少に加えて、機械的処理も、バイオマス物質を「開放（ｏｐｎｉｎｇ ｕｐ）」、「加圧」、破断、破砕することにより、構造改変処理中において結晶構造の分子鎖切断および／または崩壊を生じ安くすることに対して、有利である。開放された物質も、照射時においてより酸化しやすくなり得る。
【００３２】
上述のように、照射後、または他の構造改変処理後において、後続の機械的処理は、構造改変処理により脆弱化または微小破壊された物質の構造内における結合を破断し得る。この物質の分子構造のさらなる破断は、物質の取り扱いにくさを軽減し、例えばばてクリアまたは酵素等の微生物による変換を受けやすくする傾向を有する。
剪断／篩い
【００３３】
いくつかの実施形態において、原料は、構造改変の前または後に、例えば回転ナイフカッターを用いて、剪断される。原料は、篩いにかけられてもよい。いくつかの実施形態においては、原料の剪断および原料の篩いがけが並行的に行われ得る。
【００３４】
所望により、原料は、第１機械的処理（例えば剪断）の前に、例えばシュレッダーまたは他のカッターを用いて、切断され得る。
いくつかの場合においては、細断または剪断は、「シュレッダー・シェアラ・トレイン（ｓｈｒｅｄｄｅｒ−ｓｈｅａｒｅｒ ｔｒａｉｎ）」を用いて遂行される。複数のシュレッダー・シェアラ・トレインは直列に配列され得、例えば、２つのシュレッダー・シェアラ・トレインが、第１のシェアラからの出力が第２のシュレッダーに対する入力として供給されるよう、直列に配列され得る。シュレッダー・シェアラ・トレインを通る複数の経路は、粒子寸法を減少させ、総表面積を増加させる。
他の機械的処理
【００３５】
原料を機械的処理する他の方法は、例えば、粉砕または研磨を含む。粉砕は、例えば、ハンマー粉砕機、ボール粉砕機、コロイド粉砕機、コニカルもしくはコーン粉砕機、ディスク粉砕機、エッジ粉砕機、ウィレー粉砕機、またはグリスト粉砕機を用いて行われ得る。研磨は、例えばカット／インパクト型の研磨機を用いて、実行され得る。研磨機の特定例は、石材研磨機、ピン研磨機、コーヒー研磨機、およびバー研磨機を含む。研磨または粉砕は、例えば、ピン粉砕機の場合におけるように、ピンまたは他の要素を往復させることにより、提供され得る。他の機械的処理方法は、機械的な引裂または断裂と、繊維に対して圧力を印加する他の方法と、気流式粉砕とを含む。好適な機械的処理は、以前の処理ステップにより開始された物質の内部構造の崩壊を継続する他の任意の技術をさらに含む。
【００３６】
好適なカット／インパクト型研磨機は、Ａ１０ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＧｒｉｎｄｅｒおよびＭ１０ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｇｒｉｎｄｅｒの商標名でＩＫＡ Ｗｏｒｋｓから市販される研磨機を含む。係る研磨機は、粉砕チャンバ内で高速回転（例えば、３０ｍ／ｓを越える、または５０ｍ／ｓを越える）する金属ビーターおよびブレードを備える。粉砕チャンバは、作動中において、周囲温度であってもよく、または、例えば水またはドライアイスにより冷却されてもよい。
処理状態
【００３７】
原料は、乾燥状態、水和状態（例えば、水分含量が１０重量パーセント未満）、または湿潤状態（例えば、水分含量が約１０重量％から約７５重量％）で、機械的処理され得る。いくつかの場合においては、原料は、例えば酸素、窒素、蒸気等のガス（例えば、空気以外のガスのストリームまたは雰囲気）の下で機械的処理され得る。
【００３８】
一般的に、原料は、実質的に乾燥状態、例えば、水分含量が１０重量％である状態、好適には水分含量が５重量％未満である状態で、機械的処理されることが好適である。なぜなら、乾燥した繊維は脆性がより高く、構造的に崩壊しやすい傾向を有するためである。好適な実施形態においては、実質的に乾燥した、構造改変された原料は、カット／インパクト型研磨機を用いて、研磨される。
【００３９】
しかし、いくつかの実施形態においては、原料は液体内に分散され、湿式粉砕され得る。この液体は、好適には、処理された原料がさらに処理、例えば酸化される、液体媒体である。湿式粉砕は一般に高い剪断力を有するプロセスであるため、湿式粉砕は、剪断の前か、または酵素または栄養素等の熱に影響されやすい成分が液体媒体に加えられる前に、行われることが一般に好適である。いくつかの実施形態においては、湿式粉砕装置は、回転子／固定子装置を備える。湿式粉砕は、米国ノースカロライナ州ウィルミントンのＩＫＡ Ｗｏｒｋｓ（ｗｗｗ．ｉｋａｕｓａ．ｃｏｍ）から市販されるコロイドおよびコーン粉砕機を含む。
【００４０】
所望により、ニグニンが、ニグニンを含む任意の原料から除去され得る。また、原料の分解を助けるため、いくつかの実施形態においては、１２／５０２，６２９に説明されるように、原料は、照射および／または機械的処理の前に、間に、または後に、冷却され得る。加えて、または代替的に、原料は、熱、化学製品（例えば、鉱酸、塩、または次亜塩素酸ナトリウム等の強力な酸化剤）、および／または酵素を用いて、処理され得る。しかし、多数の実施形態においては、機械的処理と構造改変処理の組み合わせにより、取り扱いにくさが低減されるため、係る追加的な処理は不必要である。
処理済み原料の特徴
【００４１】
機械的処理システムは、例えば特定のバルク密度、最大寸法、繊維の長さ対幅比、または表面積率等の特徴を有する供給ストリームを生成するよう、構成され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態においては、機械的処理されたバイオマス物質のＢＥＴ表面積は、０．１ｍ２／ｇを越え、例えば、０．５ｍ２／ｇより、１．０ｍ２／ｇより、１．５ｍ２／ｇより、１．７５ｍ２／ｇより、５．０ｍ２／ｇより、１０ｍ２／ｇより、２５ｍ２／ｇより、３５ｍ２／ｇより、５０ｍ２／ｇより、６０ｍ２／ｇより、７５ｍ２／ｇより、１００ｍ２／ｇより、１５０ｍ２／ｇより、２００ｍ２／ｇより、またはさらには２５０ｍ２／ｇより大きい値である。
【００４３】
機械的処理された原料の多孔率は、構造改変の前または後において、例えば、２０％より、２５％より、３５％より、５０％より、６０％より、７０％より、例えば８０％より、８５％より、９０％より、９２％より、９４％より、９５％より、９７．５％より、９９％より、またはさらには９９．５％より大きい。
【００４４】
物質の多孔率およびＢＥＴ表面積は、各機械的処理後、および構造改変後、一般に増加する。
【００４５】
バイオマス物質が繊維質である場合、いくつかの実装においては、バイオマス物質が複数回機械的処理された後でさえも、機械的処理されたバイオマス物質の繊維は、比較的大きい長さ対直径比（例えば２０対１を越える）を有する。加えて、繊維は比較的狭い長さおよび／または長さ対直径比分布を有し得る。
【００４６】
本明細書において用いられる平均繊維幅（すなわち直径）は、約５０００本の繊維をランダムに選択することにより光学的に判定される平均繊維幅である。平均繊維長さは、修正された長さ加重長さである。ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔ、およびＴｅｌｌｅｒ）表面積は多点表面積であり、多孔率は水銀ポロシメトリーにより判定された多孔率である。
【００４７】
バイオマス物質が繊維質である場合、機械的処理された物質の繊維の平均長さ対直径比は、例えば、８／１より、１０／１より、１５／１より、２０／１より、２５／１より、または５０／１より、大きくなり得る。繊維の平均長さは、例えば約０．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲、例えば約０．７５ｍｍから１．０ｍｍの範囲であり、繊維の平均幅（すなわち直径）は、例えば約５μｍから５０μｍの範囲、例えば約１０μｍから３０μｍの範囲である。
【００４８】
バイオマス物質が繊維質であるいくつかの実施形態において、機械的処理された物質の繊維の長さの標準偏差は、繊維の平均長さの６０未満であり、例えば、平均長さの５０％未満、平均長さの４０％未満、平均長さの２５％未満、平均長さの１０％未満、平均長さの５％未満、または平均長さの１％未満でさえある。
高密度化
【００４９】
高密度化された物質は、本明細書に説明する方法のうちのいずれかにより処理され得る。低いバルク密度を有する機械的処理された原料は、高いバルク密度を有する製品へと高密度化され得る。例えば、
０．０５ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有する原料物質は、比較的ガス不浸透性の構造、例えばポリエチレン性のバッグまたはポリエチレンとナイロンとが交替するレイヤを有するバッグ内に物質を密閉し、次いで当該構造から封入されたガス、例えば空気を排出することにより高密度化され得る。当該構造から空気を排出した後、物質は、例えば０．３ｇ／ｃｍ３を越えるバルク密度、例えば、０．５ｇ／ｃｍ３、０．６ｇ／ｃｍ３、０．７ｇ／ｃｍ３以上、例えば０．８５ｇ／ｃｍ３のバルク密度を有し得る。高密度化の後、製品は、本明細書に説明する方法のうちのいずれかにより処理され得る。これは、物質を他の位置、例えば、物質が例えば、物質を糖化または発酵するために、溶液に加えられ得る、遠隔の製造プラントに運搬することが望ましい場合に有利である。
本明細書に説明する任意の物質は、例えば運搬または貯蔵のために、高密度化され、次いで、本明細書に説明する１つまたは複数の方法により、さらに処理するために「開放（ｏｐｅｎｅｄ ｕｐ）」され得る。高密度化については、例えば、米国特許出願整理番号第１２／４２９，０４５号において説明され、米国特許出願整理番号第１２／４２９，０４５号の全開示は参照することにより本明細書に援用される。
構造改変処理
【００５０】
原料に対して１つまたは複数の構造改変処理が行われ、その結果、例えば、原料の平均分子量を低減すること、原料の結晶構造を変化させること（例えば、回折方法により測定される結晶度を変化させ得るかまたは変化させ得ない構造内の微小破壊により）、および／または原料の表面積および／または多孔率を増加することにより、その構造が改変される。いくつかの実施形態において、構造改変は、原料の分子量を低下させ、および／または原料の酸化レベルを増加させる。
【００５１】
原料の構造を改変するプロセスは、照射、超音波処理、酸化、熱分解、化学処理（例えば、酸化処理まはた塩基処理）、蒸気爆砕のうちの１つまたは複数を含む。いくつかの好適な実装において、構造は、照射を含む方法により改変される。照射が用いられる場合、プロセスは、超音波処理、酸化、熱分解、化学処理、および蒸気爆砕のうちの１つまたは複数をさらに含み得る。
照射処理
【００５２】
混合物を照射することは、混合物に対して加速された電子、例えば、２ＭｅＶ、４ＭｅＶ、６ＭｅＶ、またはさらには約８ＭｅＶよりも高いエネルギー、例えば約２．０から８．０ＭｅＶもしくは約４．０から６．０ＭｅＶのエネルギーを有する電子を照射することを含む。いくつかの実施形態において、電子は、例えば光速の７５％を超える速度、例えば光速の８５、９０、９５、または９９％に加速される。
【００５３】
いくつかの事例において、照射は、毎秒約０．２５Ｍｒａｄを超える線量率、例えば、毎秒約０．５、０．７５、１．０、１．５、２．０Ｍｒａｄ、または毎秒約２．５Ｍｒａｄさえをも超える線量率で行われる。いくつかの実施形態において、照射は、毎時５．０から１５００．０キロラドの範囲、例えば毎時１０．０から７５０．０キロラドまたは毎時５０．０から３５０．０キロラドの範囲の線量率で行われる。
【００５４】
いくつかの実施形態において、物質が少なくとも０．１Ｍｒａｄ、少なくとも０．２５Ｍｒａｄ、例えば少なくとも１．０Ｍｒａｄ、少なくとも２．５Ｍｒａｄ、少なくとも５．０Ｍｒａｄ、少なくとも１０．０Ｍｒａｄ、少なくとも６０Ｍｒａｄ、または少なくとも１００Ｍｒａｄの線量を受けるまで、照射（任意の照射源または照射源の組み合わせを用いて）が行われる。いくつかの実施形態において、物質が、約０．１Ｍｒａｄから約５００Ｍｒａｄの範囲、約０．５Ｍｒａｄから約２００Ｍｒａｄの範囲、約１Ｍｒａｄから約１００Ｍｒａｄの範囲、または約５Ｍｒａｄから約６０Ｍｒａｄの範囲の線量を受けるまで、照射が行われる。いくつかの実施形態において、比較的低い照射線量、例えば約６０Ｍｒａｄ未満、が適用される。
【００５５】
照射は、乾燥状態、湿潤状態、または水等の液体に分散された状態にある任意の試料に適用され得る。例えば、照射は、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質に対して行われ得る。ただし、これらの物質においては、セルロース系および／またリグノセルロース系物質の約２５重量％未満が、水等の液体で湿潤された表面を有するものである。いくつかの実施形態において、照射は、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質に対して行われ得る。ただし、これらの物質においては、セルロース系および／またリグノセルロース系物質のうち、水等の液体で湿潤されたものは実質的にゼロとなっている。
【００５６】
いくつかの実施形態において、本明細書に説明する任意の処理は、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質が、例えば熱および／または減圧を用いて、必要に応じて乾燥状態に保たれるか、または乾燥された後に、行われ得る。例えば、いくつかの実施形態において、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質は、摂氏２５度および５０％の相対湿度で測定して、約５重量％未満の保有水を有する。
【００５７】
照射は、セルロース系および／またはリグノセルロース系物質が、空気、酸素濃厚空気、または酸素そのものに晒されるか、または窒素、アルゴン、またはヘリウム等の不活性ガスにより包囲される間に、適用され得る。最大量の酸素が望まれる場合、空気または酸素等の酸化環境が利用され、照射源からの距離は、オゾンおよび／または窒素酸化物等の反応ガスの形成が最大化されるよう最適化される。
【００５８】
照射は、約２．５気圧を超える圧力下で、例えば、５気圧、１０気圧、１５気圧、２０気圧下、または約５０気圧さえも超える圧力下で、適用され得る。
【００５９】
照射は、ガンマ線、Ｘ線等の電離照射、約１００ｎｍから約２８０ｎｍの範囲の波長を有する短波長紫外線照射等の高エネルギー紫外線照射、電子ビーム、低速中性子、またはアルファ粒子等の粒子ビームを利用して行われ得る。いくつかの実施形態において、順にまたは並行的に適用され得るガンマ線および電子ビーム等の照射は、２つ以上の照射源を備える。
【００６０】
いくつかの実施形態において、原子軌道から電子を放出する物質に堆積されるエネルギーは、物質を照射するために用いられる。照射は、１）アルファ粒子または陽子等の重荷電粒子、２）例えばベータ崩壊または電子ビーム加速器において生成された電子、または３）例えばガンマ線、Ｘ線、または紫外線等の電磁放射により、提供される。１つの手法において、放射性物質により生成される放射は、原料を照射するために用いられ得る。いくつかの実施形態においては、（１）から（３）のうちの任意の順序における任意の組み合わせ、または（１）から（３）の並行的な任意の組み合わせが利用され得る。
【００６１】
分子鎖切断が望まれる場合の、および／またはポリマー鎖機能化が望まれる場合の事例において、例えば、陽子、ヘリウム核、アルゴンイオン、シリコンイオン、ネオンイオン、炭素イオン、リンイオン、酸素イオン、または窒素イオン等の、電子よりも重い粒子が利用され得る。開環分子鎖切断が望まれる場合、正荷電粒子が、開環分子鎖切断を強化するためのルイス酸特性のために利用され得る。
【００６２】
いくつかの実施形態において、照射されたバイオマスは、照射前におけるバイオマスの数量平均分子量（ＴＭＮ１）よりも約１０％を超えるパーセンテージ（例えば１５、２０、２５、３０、３５、４０、５０パーセント、６０パーセント、または約７５パーセントさえも）だけ低い数量平均分子量（ＭＮ２）を有する。
【００６３】
いくつかの実施形態においては、最初の数量平均分子量（照射前）は、約２００，０００から約３，２００，０００の範囲、例えば約２５０，０００から約１，０００，０００の範囲または約２５０，０００から約７００，０００の範囲であり、照射後の数量平均分子量は、約５０，０００から約２００，０００の範囲、例えば約６０，０００から約１５０，０００の範囲または約７０，０００から約１２５，０００の範囲、である。しかし、いくつかの実施形態においては、例えば、大規模な照射の後、数量平均分子量は、約１０，０００未満になり得、または約５，０００未満にさえなり得る。
【００６４】
いくつかの事例において、照射されたバイオマスは、照射前のバイオマスのセルロースの結晶度（ＴＣ１）よりも低い結晶度（ＴＣ２）を有するセルロースを有する。例えば、（ＴＣ２）は、（ＴＣ１）よりも約１０パーセントを超えるパーセント（例えば、１５、２０、２５、３０、３５、４０、または約５０パーセントさえも）だけ低くなり得る。
【００６５】
いくつかの実施形態においては、最初の結晶化度（照射前）は、約４０から約８７．５パーセントの範囲、例えば約５０から約７５パーセントの範囲または約６０から約７０パーセントの範囲であり、照射後の結晶化度は、約１０から約５０パーセントの範囲、例えば約１５から約４５パーセントの範囲または約２０から約４０パーセントの範囲、である。しかし、いくつかの実施形態においては、例えば、大規模な照射の後、結晶化度は、５パーセント未満になり得る。いくつかの実施形態において、照射後の物質は実質的に非晶質となる。
【００６６】
いくつかの実施形態において、照射されたバイオマスは、照射前のバイオマスの酸化レベル（ＴＯ１）を超える酸化レベル（ＴＯ２）を有する。物質の酸化レベルが高いと、物質の分散性、膨潤性、および／または可溶性が支援され、その結果、化学的、酵素的、または生物的攻撃に対する感受性が高められ得る。照射されたバイオマス物質は、より多くのヒドロキシ基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、またはカルボン酸基も有し得、これらは親水性を増加する。
電離照射
【００６７】
照射の各形態は、放射エネルギーにより判定される特定の相互作用により、バイオマスを電離する。重荷電粒子は、クーロン散乱により物質を電離し、さらに、これらの相互作用により、物質をさらに電離し得る高エネルギー電子が生成される。アルファ粒子はヘリウム原子の原子核と同一であり、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、いくつかのアクチニド、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等の様々な放射性の原子核のアルファ崩壊により生成される。
【００６８】
粒子が利用されるとき、粒子は、中性（帯電しない）であるか、正電荷を帯びるか、または負電荷を帯び得る。帯電時、帯電した粒子は、単一の正電荷もしくは負電荷、または複数の電荷、例えば２つ、３つ、もしくはさらには４つ以上の電荷を有し得る。分子鎖切断が望まれる事例において、正電荷を帯びた粒子が、１つには係る粒子は酸性であるために、望ましい。粒子が利用されるとき、これらの粒子は、電子の静止質量以上の質量、例えば、電子の静止質量の５００倍、１０００倍、１５００倍、または２０００倍以上、例えば、１０，０００もしくはさらには１００，０００倍、を有し得る。例えば、粒子は、約１原子単位から約１５０原子単位の範囲、例えば、約１原子単位から約５０原子単位の範囲または約１原子単位から約２５原子単位、例えば１原子単位、２原子単位、３原子単位、４原子単位、５原子単位、１０原子単位、１２原子単位、または１５原子単位、の質量を有し得る。粒子を加速するために用いられる加速器は、静電直流（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ＤＣ）、電気力学的直流（ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃ ＤＣ）、ＲＦ線形（ＲＦ ｌｉｎｅａｒ）、磁気誘導線形（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅａｒ）、または連続波（連続波）であり得る。例えば、Ｒｈｏｄｏｔｒｏｎ ｓｙｓｔｅｍ等のサイクロトロン型加速器はベルギー国のＩＢＡ社から市販され、一方、Ｄｙｎａｍｉｔｒｏｎ（登録商標）等の直流型加速器は、現在のＩＢＡ ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌであるＲＤＩから市販される。典型的なイオンおよびイオン加速器については、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． ら，“Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ−Ｐｈａｓｅ−Ｆｏｃｕｓｅｄ ＩＨ−ＤＴＬ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ−Ｉｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＰＡＣ ２００６， Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ， Ｓｃｏｔｌａｎｄ， ａｎｄ Ｌｅｉｔｎｅｒ， Ｃ．Ｍ．ら， “Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＥＣＲ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｖｅｎｕｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＰＡＣ ２０００， Ｖｉｅｎｎａ， Ａｕｓｔｒｉａにおいて論じられている。
【００６９】
電子は、クーロン散乱と、電子の速度の変化により生成される制動放射とにより相互作用する。電子は、ベータ崩壊する、ヨウ素、セシウム、テクネチウム、およびイリジウムの同位体等の、放射性原子核により生成され得る。代替的に、電子銃は、熱電子放出により、電子源として用いられ得る。
【００７０】
電磁放射は、光電吸収、コンプトン散乱、および対生成という３つのプロセスにより相互作用する。主要な互作用は、入射放射のエネルギーと物質の原子番号とにより決定される。セルロース系物質において吸収された放射に寄与する相互作用の合計は、質量吸収係数により表現される（国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２２７１９号における「Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ」を参照）。
【００７１】
電磁放射は、波長に応じて、ガンマ線、Ｘ線、紫外線、赤外線、マイクロ波、または電波として下位区分され得る。
【００７２】
ガンマ放射は、試料における様々な物質への進入深さが大きいという利点を有する。
ガンマ線源は、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等の放射性原子核を含む。
【００７３】
Ｘ線源は、タングステンまたはモリブデンまたは合金等の金属ターゲットとの電子ビーム衝突、または、Ｌｙｎｃｅａｎにより商業的に製造される等の小型光源を含む。
【００７４】
紫外線放射源は、重水素またはカドミウム・ランプを含む。
【００７５】
赤外線放射源は、サファイア、亜鉛、またはセレン化物窓セラミックランプを含む。
【００７６】
マイクロ波源は、クライストロン、Ｓｌｅｖｉｎ型ＲＦ源、または水素、酸素、もしくは窒素ガスを使用する原子ビーム源を含む。
電子ビーム
【００７７】
いくつかの実施形態において、電子ビームが照射源として用いられる。電子ビームは、線量率が高い（例えば、毎秒１Ｍｒａｄ、毎秒５Ｍｒａｄ、または毎秒１０Ｍｒａｄさえにもなる）、スループットが高い、汚染が少ない、閉じ込め用機材が小さいという利点を有する。電子は、分子鎖切断を生じさせることに関してもより効率的であり得る。加えて、４〜１０ＭｅＶのエネルギーを有する電子は、５ｍｍから３０ｍｍ以上の進入深さ、例えば４０ｍｍの進入深さを有する。
【００７８】
電子ビームは、例えば静電高電圧発生装置、カスケード型高電圧発生装置、トランス高電圧発生装置（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、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、線形加速器、およびパルス加速器により生成され得る。電離照射源としての電子は、物質の積み重ねが比較的薄い、例えば０．５インチ未満（例えば０．４インチ、０．３インチ、または０．１インチ未満）であるために、有用であり得る。いく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から約２．０ＭｅＶ（百万電子ボルト）の範囲、例えば約０．５ＭｅＶから約１．５ＭｅＶの範囲または約０．７ＭｅＶから約１．２５ＭｅＶの範囲である。
【００７９】
いくつかの実施形態において、バイオマス物質を処理するために用いられる電子は、０．０５ｃ以上（例えば、０．１０ｃ以上、０．２ｃ以上、０．３ｃ以上、０．４ｃ以上、０．５ｃ以上、０．６ｃ以上、０．７ｃ以上、０．８ｃ以上、０．９ｃ以上、０．９９ｃ以上、０．９９９９ｃ以上）の平均エネルギーを有する。ただしｃは光の真空速度に対応する。
【００８０】
電子ビーム照射装置は、ベルギー国ルーヴァン・ラ・ヌーヴのＩｏｎ Ｂｅａｍ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ社または米国カリフォルニア州サンディエゴのＴｉｔａｎ社から商業的に入手可能であり得る。
典型的な電子のエネルギーは１ＭｅＶ、２ＭｅＶ、４．５ＭｅＶ、７．５ＭｅＶ、または１０ＭｅＶであり得る。典型的な電子ビーム照射装置出力は、１ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、５０ｋＷ、１００ｋＷ、２５０ｋＷ、５００ｋＷ、１０００ｋＷ、またさらには１５００ｋＷ以上であり得る。露光時間は出力および線量に依存する一方で、原料スラリーの解重合の有効性は使用された電子エネルギーおよび適用される線量に依存する。典型的な線量は、１ｋＧｙ、５ｋＧｙ、１０ｋＧｙ、２０ｋＧｙ、５０ｋＧｙ、１００ｋＧｙ、２００ｋＧｙ、５００ｋＧｙ、１０００ｋＧｙ、１５００ｋＧｙ、または２０００ｋＧｙの値を取り得る。
【００８１】
電子ビーム照射装置出力仕様を考慮する際のトレードオフは、操作コスト、資本コスト、償却費、および装置占有面積を含む。電子ビーム照射の照射線量レベルを考慮する際のトレードオフは、エネルギーコストと、環境、安全、および健康（ＥＳＨ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ｓａｆｅｔｙ， ａｎｄ ｈｅａｌｔｈ）上の懸念とである。電子エネルギーを考慮する際のトレードオフはエネルギーコストを含む。なお、ここでは、低電子エネルギーは、特定の原料スラリーの解重合を促進する上で有利である（例えば、Ｂｏｕｃｈａｒｄら，Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ （２００６） １３： ６０１−６１０参照）。
【００８２】
より効果的な解重合プロセスを提供するために、電子ビーム照射の二重経路を提供することは有利であり得る。例えば、原料運搬装置は、原料（乾燥形態またはスラリー形態）を、下方におよび最初の運搬方向に対する逆方向に、導き得る。二重経路システムは、より濃密な原料スラリーの処理を可能にし、原料スラリーの濃度からより緊密な解重合を提供し得る。
【００８３】
電子ビーム照射装置は、固定ビームまたは走査ビームのいずれかを生成し得る。走査ビームは、大きい走査スウィープ長さおよび高い走査スピードに関して有利である。なぜなら、これは、大きい、固定ビーム幅を効果的に置き換えるためである。さらに、０．５ｍ、１ｍ、または２ｍ以上の利用可能スウィープ幅が利用可能である。
イオン粒子ビーム
【００８４】
電子よりも重い粒子は、炭水化物または炭水化物含有物質、例えばリグノセルロース系物質、澱粉質、またはこれらのうちのいずれかの組み合わせ、および本明細書に説明する他の物質を照射するために利用され得る。例えば、陽子、ヘリウム核、アルゴンイオン、シリコンイオン、ネオンイオン、炭素イオン、リンイオン、酸素イオン、または窒素イオンが利用され得る。いくつかの実施形態において、電子よりも重い粒子は、より多量の分子鎖切断を誘発し得る。いくつかの事例において、正電荷を帯びた粒子は、その酸性のために、負電荷を帯びた粒子よりも、より大量の分子鎖切断を誘発し得る。
【００８５】
より重い粒子ビームは、例えば線形加速器またはサイクロトロンを用いて、生成し得る。いくつかの実施形態において、ビームの各粒子のエネルギーは、約１．０ＭｅＶ／原子単位から約６，０００ＭｅＶ／原子単位の範囲、例えば約３ＭｅＶ／原子単位から約４，８００ＭｅＶ／原子単位の範囲または約１０ＭｅＶ／原子単位から約１，０００ＭｅＶ／原子単位の範囲である。
【００８６】
イオンビーム処理については、米国特許出願整理番号第１２／４１７，６９９号において論じられ、米国特許出願整理番号第１２／４１７，６９９号の全開示は参照することにより本明細書に援用される。
電離照射
【００８７】
電磁放射を用いて照射が行われる実施形態においては、電磁放射は、１０２ｅＶを超える（例えば、１０３ｅＶ、１０４ｅＶ、１０５ｅＶ、１０６ｅＶ、または１０７ｅＶさえも超える）陽子当たりのエネルギー（電子ボルトにおける）を有し得る。いくつかの実施形態において、電磁放射は、１０４ｅＶから１０７ｅＶの範囲（例えば１０５ｅＶから１０６ｅＶの範囲）の陽子当たりのエネルギーを有する。電磁放射は、例えば１０１６ｈｚを超える、１０１７ｈｚを超える、１０１８ｈｚ、１０１９ｈｚ、１０２０ｈｚ、または１０２１ｈｚさえも超える周波数を有し得る。いくつかの実施形態において、電磁放射は、１０１８ｈｚから１０２２ｈｚの範囲（例えば１０１９ｈｚから１０２１ｈｚの範囲）の周波数を有する。
照射処理の組み合わせ
【００８８】
いくつかの実施形態においては、２つ以上の照射源、例えば２つ以上の電離照射等、が用いられる。例えば、試料は、電子ビーム、次いでガンマ線放射および約１００ｎｍから約２８０ｎｍの範囲の波長を有する紫外線光により、任意の順序で処理され得る。いくつかの実施形態において、試料は、３つの電離照射源、例えば、電子ビーム、ガンマ線放射、および高エネルギー紫外線光等、を用いて処理され得る。
バイオマスのケンチングおよび制御された官能基化
【００８９】
１つまたは複数の電離照射、例えば、フォトニック放射（例えばＸ線まはたガンマ線）、電子ビーム放射、または正電荷または負電荷を帯びた電子よりも重い粒子（例えば、陽子または炭素イオン）による処理の後、本明細書に説明する炭水化物含有物質と無機物との任意の混合物は電離される。すなわち、これらの混合物は電子スピン共鳴分光計を用いて検出されるレベルのイオン基を有する。イオン基検出の現時点における限界は、室温において約１０１４スピンである。電離の後、任意の電離されたバイオマスは、ケンチングされることにより、電離されたバイオマスにおけるイオン基レベルは、イオン基が電子スピン共鳴分光計を用いてもはや検出不可能となるよう、低下され得る。例えば、イオン基は、バイオマスに十分な圧力を印加することにより、および／または電離されたバイオマスと接触しイオン基と反応（ケンチング）する流体（例えばガスまたは液体）を利用することにより、ケンチングされ得る。イオン基のケンチングを少なくとも支援するためにガスまたは流体を使用することは、カルボン酸基、エノール基、アルデヒド基、ニトロ基、ニトリル基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルキル基、クロロアルキル基、またはクロロフルオロアルキル基等の所望する量および種類の官能基により、電離されたバイオマスを官能基化することをオペレータが制御することを可能にする。いくつかの事例において、係るケンチングは、電離されたバイオマス物質の安定性を改善し得る。例えば、ケンチングは、酸化に対するバイオマスの耐性を改善し得る。ケンチングによる官能基化は、本明細書に説明するバイオマスの可溶性も改善し、その熱安定性も改善し（熱安定性の改善は合成物の製造において重要であり得る）、様々な微生物による物質活用も改善し得る。例えば、ケンチングによりバイオマス物質に与えられた官能基は、微生物が付着することにより、例えば、様々な微生物によるセルロース加水分解を高めるための受容体部位として機能し得る。
【００９０】
電離されたバイオマスが大気中に残る場合、係るバイオマスは、カルボン酸基が大気酸素との反応により生成される程度にまで、酸化されるであろう。いくつかの物質を有するいくつかの事例において、酸化は、炭水化物含有バイオマスの分子量におけるさらなる分解を支援し得、カルボン酸基等の酸化基は、いくつかの事例において可溶性および微生物活用に対して有用であるため、係る酸化は望ましい。しかし、イオン基は照射後しばらくの間（例えば、１日、５日、３０日、３ヶ月、６ヶ月、またさらには１年以上）「生きる」ため、物質の特性は長時間にわたって変化し続け得る。このことは、いくつかの事例においては望ましくない場合もある。
【００９１】
照射された試料におけるイオン基の電子スピン共鳴分光法による検出および係る試料におけるイオン基の寿命については、Ｂａｒｔｏｌｏｔｔａら， Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ， ４６ （２００１）， ４６１−４７１、およびＢａｒｔｏｌｏｔｔａら， Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ， Ｖｏｌ． ８４， Ｎｏｓ． １−４， ｐｐ． ２９３−２９６ （１９９９）において論じられている。
超音波処理、熱分解、酸化
【００９２】
１つまたは複数の超音波処理、熱分解、および／または酸化処理シーケンスが、機械的処理された原料を構造改変するために用いられ得る。これらの処理のうちのいずれかは、単独で、または互いとの組み合わせで、および／または照射とともに、用いられ得る。これらの処理は、米国特許出願整理番号第１２／４２９，０４５号において詳細に説明され、米国特許出願整理番号第１２／４２９，０４５号の全開示は参照することにより本明細書に援用される。
他の処理
【００９３】
蒸気爆砕は、本明細書に説明した処理のうちのいずれも用いず単独で、または本明細書に説明した処理のうちのいずれかとの組み合わせで、用いられ得る。
【００９４】
本明細書に説明した任意の処理技術は、通常の、地表における大気圧を超える圧力または係る大気圧より低い圧力で、用いられ得る。例えば、放射、超音波処理、酸化、熱分解、蒸気爆砕、またはこれらの処理のうちのいずれかの組み合わせを利用することにより、炭水化物を含有する物質を提供する任意の処理は、高圧下で行われ得、それにより反応速度が高くなる。例えば、任意の処理または処理の組み合わせは、２５ＭＰａを超える圧力（５０ＭＰａを、７５ＭＰａを、１００ＭＰａを、１５０ＭＰａを、２００ＭＰａを、２５０ＭＰａを、３５０ＭＰａを、５００ＭＰａを、７５０ＭＰａを、もしくは１，０００ＭＰａを超える圧力、またさらには１，５００ＭＰａを超える圧力）で行われ得る。
第１処理
糖化
【００９５】
処理された原料を容易に発酵され得る形態に変換するために、いくつかの実装においては、最初に原料中のセルロースは、糖化と称される処理において、例えば糖化剤
（例えば、酵素）により、低分子量の炭水化物（例えば、糖質）へと加水分解される。いくつかの実装において、糖化剤は酸（例えば、鉱酸）を含む。酸が用いられる場合、微生物に対して毒性である副産物が生成され得る。その場合、処理は、係る副産物を除去することをさらに含む。除去は、活性炭素（例えば、活性炭）を用いて、または他の好適な技術を用いて、行われ得る。
【００９６】
セルロースを含有する物質は、例えば物質と酵素とを溶液内、例えば水溶液内、で混合することにより、酵素を用いて処理される。
【００９７】
酵素と、バイオマス（例えばバイオマスのセルロース部分および／またはニグニン部分）を分解するバイオマス破壊生物とは、様々なセルロース分解酵素（セルラーゼ）、リグニナーゼ、または様々な分子バイオマス破壊代謝産物を、含有するかまたは生成する。これらの酵素は、結晶セルロースまたはバイオマスのニグニン部分を相乗効果的に劣化させる機能を有する酵素複合体であり得る。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）を含む。セルロース基質は、最初、ランダムな位置においてエンドグルカナーゼにより加水分解され、それによりオリゴマー中間生成物が生成される。次いで、これらの中間生成物が、セロビオヒドロラーゼ等のグルカナーゼを外部分割（ｅｘｏ−ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）することにより、セルロースポリマーの端部からセロビオースを生成するための基質となる。セロビオースは、グルコースの、水溶性の１、４−結合の二量体である。最終的に、セロビアーゼがセロビオースを開裂して、それによりグルコースが生成される。
発酵
【００９８】
微生物は、処理されたバイオマス物質を糖化することにより生成された低分子量糖質を発酵させることにより、いくつかの有用な中間生成物および製品を生成し得る。例えば、発酵または他のバイオプロセスは、アルコール、有機酸、炭化水素、水素、蛋白質、またはこれらの物質のうちのいずれかの組み合わせを生成し得る。
【００９９】
酵母およびザイモモナスバクテリアは、例えば、糖化または変換のために用いられ得る。他の微生物は以下の「物質」のセクションにおいて論じられる。酵母に対する最適なｐＨは約ｐＨ４からｐＨ５の範囲であるのに対し、ザイモモナスに対する最適なｐＨは約ｐＨ５からｐＨ６の範囲である。典型的な発酵時間は摂氏２６度から摂氏４０度の温度範囲において約２４時間から９６時間の範囲であるのに対し、好熱性微生物はより高い温度を好む。
【０１００】
現在国際公開第ＷＯ２００８／０１１５９８号として公開されるようになった米国仮特許出願第６０／８３２，７３５号に説明される可動性の発酵槽が利用可能である。同様に、糖化装置も可動性であり得る。さらに、糖化および／または発酵は、移動中において、部分的に、または完全に、行われ得る。
後処理
蒸留
【０１０１】
発酵後、結果として生成された液体を例えば「ビールカラム」を用いて蒸留することにより、エタノールまたは他のアルコールが大部分の水および残渣固体から分離され得る。ビールカラムから排出される蒸気は例えば３５重量％のエタノールであり、精留カラムへと供給される。精留カラムから出るほぼ共沸性（９２．５％）のエタノールおよび水は、気相のモレキュラーシーブを用いて、純粋（９９．５％）エタノールへと精製され得る。ビールカラム底部は、三重効用蒸発器の第１効用へと送られ得る。精留カラム環流凝縮器は、この第１効用に対して熱を提供し得る。第１効用の後、固定は遠心分離機を用いて分離され、回転乾燥器内で乾燥され得る。遠心分離機流出物の１部分（２５％）は発酵へとリサイクルされ、その他は第２のおよび第３の蒸発器効用へと送られる。蒸発器凝縮水の大部分は、相当にクリーンな凝縮水として処理に戻される一方で、わずかな部分は低沸点化合物の蓄積を防ぐために、廃水処理へと分岐され得る。
中間生成物および製品
【０１０２】
例えば係る第１処理および／または後処理を用いて、処理されたバイオマスは１つまたは複数の製品（例えば、エネルギー、燃料、食品、および物質）へと変換され得る。製品の特定例は、水素、アルコール（例えば、エタノール、ｎ−プロパノール、またはｎ−ブタノール等の１価アルコールまたは２価アルコール）、糖質、バイオディーゼル、有機酸（例えば、酢酸および／または乳酸）、炭化水素、副産物（例えば、セルロース分解性タンパク質（酵素）または単細胞蛋白質等の蛋白質）、およびこれらのうちのいずれかの組み合わせを含むが、これに限定されない。
他の例は、酢酸または酪酸等のカルボン酸、カルボン酸の塩、カルボン酸とカルボン酸の塩との混合物、カルボン酸のエステル（例えば、メチル、エチル、およびｎ‐プロピルのエステル）、ケトン、アルデヒド、アルファ、ベータ不飽和酸（例えばアクリル酸およびエチレン等のオレフィン）を含む。他のアルコールおよびアルコール誘導体は、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、こられのアルコールのメチルまたはエチルエステルを含む。他の製品は、メチルアクリレート、メタクリル酸メチル、乳酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、これらの酸のうちのいずれかの塩、酸およびそれぞれの塩のいずれかの混合物を含む。
【０１０３】
食品および医療製品を含む他の中間生成物および製品は、米国仮特許出願整理番号第１２／４１７，９００号に説明され、米国仮特許出願整理番号第１２／４１７，９００号の全開示は参照することにより本明細書に援用される。
物質
バイオマス物質
【０１０４】
バイオマスは、例えばセルロース系物質またはリグノセルロース系物質であり得る。係る物質は、紙、紙製品（例えばポリコート紙およびクラフト紙）、木材、木材関連物質（例えばパーティクルボード）、草、籾殻、バガス、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル、マニラ麻、藁、トウモロコシ穂軸、ココナッツヘア、およびαセルロース成分を豊富に含む物質（例えば綿）を含む。原料は、非再生品の繊維スクラップ物質（例えば、ボロ切れ等の残余物、使用済み廃棄物）から得られ得る。紙製品が使用される場合、それらは、非再生品物質（例えばスクラップ非再生品物質）であるか、または使用済み廃棄物であり得る。非再生品原料は別として、使用済み廃棄物、工業廃棄物（例えば、廃物）および処理廃棄物（例えば、紙処理から出た流出物）も、繊維源として用いられ得る。バイオマス原料は、人間（例えば、下水）、動物もしくは植物廃棄物からも取得または抽出可能である。追加的なセルロース系およびリグノセルロース系物質は、米国特許第６，４４８，３０７号、米国特許第６，２５８，８７６号、米国特許第６，２０７，７２９号、米国特許第５，９７３，０３５号、および米国特許第５，９５２，１０５号に説明されている。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、バイオマス物質は、１つまたは複数のβ−１、４−結合を有し且つ約３，０００から５０，０００の範囲の数量平均分子量を有する物質であるかまたは係る物質を含む炭水化物を含む。係る炭水化物は、β（１，４）−グリコシド係合の濃縮から得られた（β−グルコース１）から得られたセルロース（Ｉ）であるかまたはこれを含む。この結合は、澱粉および他の炭水化物に存在するα（１，４）−グリコシド結合とは対照的である。
【化１】
【化２】
【０１０６】
澱粉質は、澱粉そのもの（コーンスターチ、小麦澱粉、ジャガイモ澱粉、または米澱粉）、澱粉の派生物、または澱粉を含む物質（例えば、食用食糧製品まはた農作物）を含む。例えば、澱粉質は、アラカチャ、そば粉、バナナ、オオムギ、キャッサバ、葛、アンデスカタバミ、サゴヤシ澱粉、ソルガム、通常の家庭用ジャガイモ、サツマイモ、タロイモ、ヤムイモ、または１つまたは複数の豆（例えば、ソラマメ、レンティル、またはエンドウ豆）であり得る。２つ以上の澱粉質の混合物も、澱粉質である。
【０１０７】
いくつかの場合において、バイオマスは微生物物質である。微生物源は、炭水化物（例えば、セルロース）の起源、例えば、原生生物、例えば、動物原生生物（例えば、鞭毛虫、アメーバ、繊毛虫、胞子虫等の原虫）および植物原生生物（例えば、アルベオラータ、クロララクニオン藻、クリプト植物、ユーグレナ藻、灰色藻灰色藻、ハプト藻、紅藻、ストラメノパイル、および緑色植物亜界等の藻類）を含むからまたはこれを提供し得る、任意の自然発生のまたは遺伝子組み換えの微生物または生物を含むがこれらに限定されない。他の例は、海草、プランクトン（例えば、大型浮遊生物、中層プランクトン、小形プランクトン、微小プランクトン、ピコプランクトン、フェムプトプランクトン（ｆｅｍｐｔｏｐｌａｎｋｔｏｎ）、植物性プランクトン、バクテリア（例えば、グラム陽性バクテリア、グラム陰性バクテリア、および極限微生物）、酵母および／またはこれらの組み合わせを含む。いくつかの事例において、微生物バイオマスは、自然の起源（例えば海、湖、水塊（例えば、塩水、真水）または地上）から得られ得る。代替的に、または加えて、微生物バイオマスは培養システム（例えば、大規模乾燥または湿潤培養システム）から得られ得る。
糖化剤
【０１０８】
セルラーゼはバイオマスを劣化させ得、菌類またはバクテリアから得られ得る。好適な酵素は、バチルス属、緑膿菌、ツチクビレハリアリ、フサリウム、ｔｈｉｅｌａｖｉａ属、アクレモニウム属、クリソスポリウム属、トリコデルマ属、ツチクビレハリアリ、ヒトヨタケ属、ｔｈｉｅｌａｖｉａ属、フサリウム、Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ、アクレモニウム属、Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ、Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ、青カビ、またはアスペルギルス（欧州特許第４５８１６２号参照）、特に、Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ（Ｓｃｙｔａｌｉｄｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍとして再分類される。米国特許第４，４３５，３０７号参照）、ｏｐｒｉｎｕｓ ｃｉｎｅｒｅｕｓ、Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ、Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ、Ｍｅｒｉｐｉｌｕｓ ｇｉｇａｎｔｅｕｓ、Ｔｈｉｅｌａｖｉａ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉｓ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｓｐ、 Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｉｃｉｎｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｂｒａｃｈｙｐｅｎｉｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｄｉｃｈｒｏｍｏｓｐｏｒｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｏｂｃｌａｖａｔｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｐｉｎｋｅｒｔｏｎｉａｅ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｒｏｓｅｏｇｒｉｓｅｕｍ、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｉｎｃｏｌｏｒａｔｕｍ、およびＡｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｆｕｒａｔｕｍからなる群より選択される株により生成されたものに由来するセルラーゼを含み、好適には、Ｈｕｍｉｃｏｌａ ｉｎｓｏｌｅｎｓ ＤＳＭ １８００、Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ ＤＳＭ ２６７２、Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ ＣＢＳ １１７．６５、Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ ｓｐ． ＲＹＭ−２０２、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｓｐ． ＣＢＳ ４７８．９４、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｓｐ． ＣＢＳ ２６５．９５、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｉｃｉｎｕｍ ＣＢＳ １６９．６５、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ＡＨＵ ９５１９、Ｃｅｐｈａｌｏｓｐｏｒｉｕｍ ｓｐ． ＣＢＳ ５３５．７１、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｂｒａｃｈｙｐｅｎｉｕｍ ＣＢＳ ８６６．７３、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｄｉｃｈｒｏｍｏｓｐｏｒｕｍ ＣＢＳ ６８３．７３、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｏｂｃｌａｖａｔｕｍ ＣＢＳ ３１１．７４、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｐｉｎｋｅｒｔｏｎｉａｅ ＣＢＳ １５７．７０、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｒｏｓｅｏｇｒｉｓｅｕｍ ＣＢＳ １３４．５６、Ａｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｉｎｃｏｌｏｒａｔｕｍ ＣＢＳ １４６．６２、およびＡｃｒｅｍｏｎｉｕｍ ｆｕｒａｔｕｍ ＣＢＳ ２９９．７０Ｈの属に由来するセルラーゼを含む。セルロース分解酵素は、クリソスポリウム属、好適にはクリソスポリウム属ｌｕｃｋｎｏｗｅｎｓｅ株から得られ得る。加えて、トリコデルマ属（特に、トリコデルマ属ｖｉｒｉｄｅ、 Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ、およびトリコデルマ属ｋｏｎｉｎｇｉｉ）、好アルカリ性バチルス（例えば米国特許第３，８４４，８９０号および欧州特許第４５８１６２号参照）、およびストレプトミセス（例えば欧州特許第４５８１６２号）が用いられてもよい。
発酵剤
【０１０９】
発酵に用いられる微生物（単数または複数）は天然微生物および／または改変された微生物であり得る。例えば、微生物はバクテリア（例えば、セルロース分解バクテリア）、菌類（例えば、酵母、植物または原生生物、例えば藻類、原虫、または菌類状の原生生物、例えば、粘菌）であり得る。有機体が適合可能である場合、有機体の混合物も用いられ得る。
【０１１０】
好適な発酵微生物は炭水化物、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、オリゴ糖、または多糖類を、発酵製品に変換する能力を有する。発酵微生物は、Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓ ｓｐｐ．属、例えば、Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ（パン酵母）、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｄｉｓｔａｔｉｃｕｓ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｕｖａｒｕｍと、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ属、例えばＫｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ ｍａｒｘｉａｎｕｓ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ ｆｒａｇｉｌｉｓとＣａｎｄｉｄａ属、例えばＣａｎｄｉｄａ ｐｓｅｕｄｏｔｒｏｐｉｃａｌｉｓ、およびＣａｎｄｉｄａ ｂｒａｓｓｉｃａｅ、Ｐｉｃｈｉａ ｓｔｉｐｉｔｉｓ （ａ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｏｆ Ｃａｎｄｉｄａ ｓｈｅｈａｔａｅ、と、Ｃｌａｖｉｓｐｏｒａ属、例えばＣｌａｖｉｓｐｏｒａ ｌｕｓｉｔａｎｉａｅおよびＣｌａｖｉｓｐｏｒａ ｏｐｕｎｔｉａｅと、Ｐａｃｈｙｓｏｌｅｎ属、例えばＰａｃｈｙｓｏｌｅｎ ｔａｎｎｏｐｈｉｌｕｓ， ｔｈｅ ｇｅｎｕｓ Ｂｒｅｔａｎｎｏｍｙｃｅｓ、例えば、Ｂｒｅｔａｎｎｏｍｙｃｅｓ ｃｌａｕｓｅｎｉｉ （Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ， Ｇ． Ｐ．， １９９６， Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｂｉｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｉｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｎ Ｂｉｏｅｔｈａｎｏｌ：Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ， Ｗｙｍａｎ， Ｃ．Ｅ．， ｅｄ．， Ｔａｙｌｏｒ ＆ Ｆｒａｎｃｉｓ， Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ， ＤＣ， １７９−２１２）の株を含む。
【０１１１】
市販のイーストは、例えば、Ｒｅｄ Ｓｔａｒ（登録商標）／Ｌｅｓａｆｆｒｅ Ｅｔｈａｎｏｌ Ｒｅｄ（米国のＲｅｄ Ｓｔａｒ／Ｌｅｓａｆｆｒｅから入手可能）、ＦＡＬＩ（登録商標）（米国のＢｕｒｎｓ Ｐｈｉｌｉｐ Ｆｏｏｄ社の１部門であるＦｌｅｉｓｃｈｍａｎｎ’ｓ Ｙｅａｓｔから入射可能）、ＳＵＰＥＲＳＴＡＲＴ（登録商標）(現在はＬａｌｅｍａｎｄであるＡｌｌｔｅｃｈ社から入手可能)、ＧＥＲＴ ＳＴＲＡＮＤ（登録商標）（スウェーデン国の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）を含む。
【０１１２】
バクテリア、例えばザイモモナスおよびクロストリジウム‐テルモセルムも発酵に用いられ得る（Ｐｈｉｌｉｐｐｉｄｉｓ， １９９６， ｓｕｐｒａ）。
他の実施形態
【０１１３】
本発明に係る多数の実施形態が説明されてきた。しかしながら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更例が可能であるこが理解されるであろう。
【０１１４】
例えば、本明細書で論じられた処理ステップの処理パラメータは、例えば、米国仮特許出願第６１／１５１，７２４号に開示されるように、原料のニグニン成分に基づいて調節され得る。なお、米国仮特許出願第６１／１５１，７２４号の全開示は参照することにより、本明細書に援用される。
【０１１５】
したがって、他の実施形態も以下の請求項の範囲内である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこられの組み合わせからなる群から選択される処理を施された、構造改変されたバイオマス原料を機械的処理すること、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法。前記機械的処理は、切削、粉砕、研磨、圧縮、剪断、および、細切からなる群から選択されるプロセスを含む、
【請求項３】
前記機械的処理は研磨を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記機械的処理は粉砕を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記粉砕はハンマー粉砕を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記構造改変の前に、前記原料に対して第１機械的処理が行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１機械的処理は寸法減少を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１機械的処理は周囲温度で行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記原料は、前記第１機械的処理の前に、前記第１機械的処理の間に、または前記第１機械的処理の後に、冷却される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
構造改変は、例えば電子ビーム放射を用いて、照射することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
機械的処理は周囲温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記原料は、機械的処理の前に、機械的処理の間に、または機械的処理の後に、冷却される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
機械的処理は周囲温度を超える温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
照射することは、約１Ｍｒａｄから約６０Ｍｒａｄの範囲の線量を前記処理された物質に対して供給することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
追加的構造改変処理を機械的処理後に行うことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記バイオマス原料はセルロース系物質またはリグノセルロース系物質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記バイオマス原料は、紙、紙製品、木材、木材関連物質、草、籾殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル、マニラ麻、藁、トウモロコシ穂軸、ココナッツヘア、藻類、海草、微生物物質、合成セルロース、およびこれらの組み合わせ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】
前記構造改変および機械的処理が行われた原料と、微生物とを混合することをさらに含み、前記微生物は前記原料を利用して、製品を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記製品は、水素、アルコール、有機酸および／または炭化水素を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記製品は、エタノールまたはブタノールを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記微生物は、バクテリアおよび／または酵素を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記構造改変および機械的処理が行われた原料を利用して、バイオディーゼルを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記構造改変および機械的処理が行われた原料を糖化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記糖化の製品を発酵することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記構造改変および機械的処理が行われた原料は、少なくとも８０％の多孔率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記バイオマス原料はスイッチグラスを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１】
照射、超音波処理、熱分解、酸化、蒸気爆砕、化学処理、およびこられの組み合わせからなる群から選択される処理を施された、構造改変されたバイオマス原料を機械的処理すること、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法。前記機械的処理は、切削、粉砕、研磨、圧縮、剪断、および、細切からなる群から選択されるプロセスを含む、
【請求項３】
前記機械的処理は研磨を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記機械的処理は粉砕を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記粉砕はハンマー粉砕を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記構造改変の前に、前記原料に対して第１機械的処理が行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１機械的処理は寸法減少を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１機械的処理は周囲温度で行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記原料は、前記第１機械的処理の前に、前記第１機械的処理の間に、または前記第１機械的処理の後に、冷却される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
構造改変は、例えば電子ビーム放射を用いて、照射することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
機械的処理は周囲温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記原料は、機械的処理の前に、機械的処理の間に、または機械的処理の後に、冷却される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
機械的処理は周囲温度を超える温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
照射することは、約１Ｍｒａｄから約６０Ｍｒａｄの範囲の線量を前記処理された物質に対して供給することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
追加的構造改変処理を機械的処理後に行うことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記バイオマス原料はセルロース系物質またはリグノセルロース系物質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記バイオマス原料は、紙、紙製品、木材、木材関連物質、草、籾殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル、マニラ麻、藁、トウモロコシ穂軸、ココナッツヘア、藻類、海草、微生物物質、合成セルロース、およびこれらの組み合わせ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】
前記構造改変および機械的処理が行われた原料と、微生物とを混合することをさらに含み、前記微生物は前記原料を利用して、製品を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記製品は、水素、アルコール、有機酸および／または炭化水素を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記製品は、エタノールまたはブタノールを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記微生物は、バクテリアおよび／または酵素を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記構造改変および機械的処理が行われた原料を利用して、バイオディーゼルを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記構造改変および機械的処理が行われた原料を糖化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記糖化の製品を発酵することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記構造改変および機械的処理が行われた原料は、少なくとも８０％の多孔率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記バイオマス原料はスイッチグラスを含む、請求項１６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１３−５１９３９１（Ｐ２０１３−５１９３９１Ａ）
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５３９４５（Ｐ２０１２−５５３９４５）
【出願日】平成２３年２月１１日（２０１１．２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２４４７０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０３０３３
【国際公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（５１２１７５１９９）ザイレコ，インコーポレイテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１１日（２０１１．２．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２４４７０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０３０３３
【国際公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（５１２１７５１９９）ザイレコ，インコーポレイテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
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