DE60320107T2

DE60320107T2 - Herstellung von fermentationsprodukten

Info

Publication number: DE60320107T2
Application number: DE60320107T
Authority: DE
Inventors: Jonathan Huddersfield HUGHES
Original assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Current assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: MX261009B; EP1527204B1; BRPI0313303B8; GB0218012D0; US8030040B2; ATE391189T1; US20050272134A1; CA2494644C; PL373127A1; CA2494644A1; BR0313303B1; NO327341B1; AU2003255306B2; IN2005CH00130A; EP1527204A1; NO20050969L; CN1675380A; AU2003255306A1; ZA200500271B; DK1527204T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Behandlung von pflanzenabgeleitetem Material zur Bereitstellung einer wässrigen zuckerhaltigen Lauge, die in einem Fermentationsprozess zur Herstellung eines Fermentationsprodukts eingesetzt werden. Typischerweise umfassen solche Fermentationsprodukte beispielsweise Ethanol, Glycerin, Aceton, n-Butanol, Butandiol, Isopropanol, Buttersäure, Methan, Citronensäure, Fumarsäure, Milchsäure, Propionsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Essigsäure, Acetaldehyd, 3-Hydroxypropionsäure, Glykonsäure, Weinsäure und Aminosäuren, wie L-Glutarsäure, L-Lysin, L-Asparaginsäure, L-Tryptophan, L-Arylglycine oder Salze von einer jeden dieser Säuren.
Die Behandlung einer Biomasse mit Säure zur Hydrolysierung von Polysacchariden zu Komponenten-Zuckern, die in einem Fermentationsprozess unter Bildung eines Fermentationsprodukts verwendet werden können, ist bekannt. Beispielsweise beschreibt die US-A-4,384,897 ein Verfahren zur Behandlung eines Biomassematerials, bei dem es einer zweistufigen Hydrolyse unterzogen wird, worin leichter hydrolysierbare Polysaccharide, wie Hemicellulose, und anschließend in einer zweiten Stufe das schwieriger depolymerisierbare Material, z. B. Cellulose, unter Verwendung einer strikteren Hydrolysebehandlung zersetzt werden. Die Produkte der ersten und zweiten Stufen umfassen Zuckerlösungen, organische Säuren und Aldehyde. Die gebildeten Monosaccharide werden einer Fermentationsstufe zur Bildung von Ethanol unterzogen, und das aus der Fermentation resultierende Bier kann einer Rektifikation zur Herstellung von Ethanol mit kommerzieller Reinheit unterzogen werden. Die US-A-4,384,897 legt zur Bereitstellung von Verbesserungen hinsichtlich eines effizienteren Feststoffwaschens die Verwendung von Gleichstrom- oder Gegenstromwaschen von Feststoffen dar und schlägt die Verwendung von Eisen(III)- und/oder Aluminiumionen als Flockungsmittel zur Trennung von fein dispergierten Feststoffen vor, die von der Neutralisation des Hydrolysatlaugenstroms herrühren.
Y. I. Kholkin et al., Applied Biochemistry and Biotechnology 82(2), 135–140 (1999) beschreiben die Reinigung von Kohlenhydrat-haltigen Substraten aus Pflanzenbiomassehydrolysaten und schlagen einen zusätzlichen Ausflockungsschritt unter Verwendung bestimmter kationischer Polyelektrolyte zur vollständigeren Reinigung der Substrate von Ligninhuminsubstanzen (LHS) durch Überführen eines Teils der gelösten und kolloidalen LHS in einen suspendierten Zustand und die Entfernung eines Großteils des suspendierten Materials vor.
Kyoung Heon Kim et al. (Applied Biochemistry and Biotechnology, Vol. 91–93, S. 253–267) untersuchten die kontinuierliche Gegenstromhydrolyse und Extraktion von Hemicellulose aus Holzrückständen, die mit Säure vorbehandelt waren, und beurteilten die Wirkung solch einer vorbehandelten Biomasse auf die Entwässerungsrate. Eine verwendete kontinuierliche Gegenstromschneckenausdrückvorrichtung stützt sich dabei auf das Durchsickern des Wassers mit der Schwerkraft durch die vorbehandelte Biomasse. Eine identifizierte Schwierigkeit bei diesem Verfahren liegt darin, dass die vorbehandelte Biomasse nur schlechte Wasserhaltungseigenschaften aufweist, und daher kann es innerhalb der Extraktionsvorrichtung zu einer Rinnenbildung oder einer Blockade kommen, was in geringen Zuckergewinnungsausbeuten oder einem niedrigen Durchsatz resultieren kann.
Es ist daher wünschenswert, die Ablaufrate bzw. die Entwässerungsrate des säurebehandelten pflanzenabgeleiteten Materials zu verbessern, um die in der Lauge gewonnenen löslichen Zucker zu maximieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Fermentationsprodukten zur Verfügung gestellt, welches die Schritte umfasst:

(i) Bilden einer angesäuerten Suspension aus teilchenförmigem pflanzenabgeleitetem Material, welches ein erstes Polysaccharid, das leichter hydrolysierbar ist, und ein zweites Polysaccharid, welches schwieriger hydrolysierbar ist, umfasst,
(ii) Unterziehen des ersten Polysaccharids einer Hydrolyse mittels einer Säure bei einer Temperatur von mindestens 50°C unter derartigen Bedingungen, dass das erste Polysaccharid hydrolysiert wird, wodurch eine Mischung einer gelösten Zucker enthaltenden wässrigen Lauge und eines das zweite Polysaccharid enthaltenden festen Rückstands gebildet wird,
(iii) Unterziehen der Mischung einem oder mehreren Trennungsschritten, in denen der feste Rückstand und die wässrige Zuckerlauge im Wesentlichen voneinander getrennt werden,
(iv) wahlweise Waschen des Rückstands, der im Wesentlichen frei von Säure und Zucker ist,
(v) Leiten des festen Cellulose-Rückstands in eine weitere Behandlungsstufe, in der der Rückstand der Wirkung einer verdünnten Säure bei einer Temperatur von mindestens 50°C unter derartigen Bedingungen ausgesetzt wird, dass das zweite Polysaccharid hydrolysiert wird, wodurch eine Mischung einer gelösten Zucker enthaltenden wässrigen Lauge und eines festen Rückstands gebildet wird,
(vi) Unterziehen der Mischung einem oder mehreren Trennungsschritten, worin der feste Rückstand und die wässrige Zuckerlauge im Wesentlichen voneinander getrennt werden,
(vii) wahlweise Waschen des Rückstands, so dass er im Wesentlichen frei von Sau re und Zucker ist,
(viii) Einstellen des pH-Werts der wässrigen Lauge der Stufen (iii), (iv), (vi) und (vii) auf einen pH-Wert von mindestens 4,
(ix) Zufuhr der wässrigen Lauge aus Schritt (viii) zu einer Fermentationsstufe, um ein Fermentationsprodukt zu bilden,
(x) Trennen des Fermentationsprodukts von der Brühe,

Es wurde herausgefunden, dass durch Verwendung des spezifischen Ausflockungsverfahrens in der Trennungsstufe überraschenderweise eine durchgehend hohe Ausbeute an Fermentationsprodukt erreicht werden kann. Es wird angenommen, dass geringe Mengen an C₅-Zucker, der aus der ersten Stufe stammt, in dem schwieriger zu hydrolysierenden Material, wie Cellulose, verbleibt. Folglich erscheint es wahrscheinlich, dass die strikteren Hydrolysebedingungen der Hydrolyse der zweiten Stufe in diesen Spurenmengen an Zuckern resultieren, die zu Furfural und möglicherweise anderen Aldehyden umgewandelt werden. Es wird angenommen, dass sogar Spurenmengen an Furfural und anderen Aldehyden die Mikroorganismen oder enzymatischen Biokatalysatoren, die in dem Fermentationsprozess eingesetzt werden, vergiften können, und es auf diese Weise zu geringeren Ausbeuten an Fermentationsprodukt kommt.
Die verbesserte Trennstufe der in dem Verfahren besitzt ebenfalls den Vorteil, dass die aus den ersten und zweiten Stufen stammende Zuckerlösung im Wesentlichen frei von fremden Feststoffmaterialien, wie Cellulosefasern, ist.
Das pflanzenabgeleitete Material ist typischerweise eine jede leicht verfügbare Quelle von Polysacchariden, insbesondere cellulosischen Materialien.
Typischerweise umfasst das cellulosische Material Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus krautartiger Biomasse, Nadelholz-Biomasse, Laubholz-Biomasse, Abwasserschlamm, Papierfabrikschlamm und der Biomassefraktion von festen Siedlungsabfällen. Die krautartige Biomasse kann beispielsweise Bagasse, Reisstroh, Reishüllen, Getreideüberbleibsel, Weizenstroh, Gras, Bäume und Abfall von Baumwollentkörnungsmaschinen sein.
Vorzugsweise ist das pflanzenabgeleitete Material cellulosisch und umfasst Hemicellulose als erstes Polysaccharid und Cellulose als zweites Polysaccharid. Im Allgemeinen enthält das pflanzenabgeleitete Material ebenfalls Lignin oder Materialien vom Lignin-Typ, die in dem festen Nebenprodukt verbleiben.
Die angesäuerte Suspension kann durch Kombinieren eines teilchenförmigen Materials, welches Cellulose, Hemicellulose und Lignin umfasst, mit einer verdünnten Säure gebildet werden. Alternativ kann die Suspension durch Behandlung einer cellulosischen Biomasse mit Schwefeldioxidgas, Wasserdampf und Wasser bei erhöhter Temperatur gebildet werden. Typischerweise kann das Verfahren durch Imprägnierung des Biomassematerials mit SO₂-Gas gefolgt von Wasserdampf bei 205 bis 215°C innerhalb von 5 Minuten und anschließender Zugabe von Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung durchgeführt werden (Stenberg et al., 1998).
Unter verdünnt wird verstanden, dass die Säure im Allgemeinen eine Konzentration von weniger als 10 Gew.-% aufweist. Gewöhnlich ist die Konzentration jedoch deutlich geringer, beispielsweise weniger als 5%. Die Säure kann eine starke Mineralsäure, wie Salzsäure, Schwefelsäure, schweflige Säure, Flusssäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure sein. Geeignete organische Säuren können Kohlensäure, Weinsäure, Citronensäure, Glucuronsäure, Gluconsäure, Ameisensäure, Trichloressigsäure oder ähnliche Mono- oder Polycarbonsäuren sein.
Vorzugsweise ist die Säure eine Mischung einer starken Mineralsäure und einer organischen Säure. Typischerweise liegt die Mineralsäure bei einer Konzentration von bis zu 2%, vorzugsweise in dem Bereich von 0,2% bis 1,0%, insbesondere um 0,7% vor. Die organische Säure kann bei einer höheren Konzentration vorliegen, beispielsweise bis zu 5%, insbesondere wenn die Säure eine relativ schwache Säure, wie Essigsäure, ist. Vorzugsweise liegt die organische Säure in einer Konzentration zwischen 1% und 3%, besonders bevorzugt um 2% vor.
Idealerweise zeigt die Säure einen pKa-Wert unterhalb von 4. Bevorzugte Ergebnisse werden erzielt durch Verwendung von entweder Salzsäure oder Schwefelsäure.
Die Hydrolyse des ersten Polysaccharids wird vorzugsweise bei einer Temperatur von zwischen 120 und 220°C innerhalb einer Zeitdauer von 1 bis 15 Minuten durchgeführt, obwohl niedrigere Temperaturen möglich sind, wenn die Behandlung länger ist. Die Hydrolyse des zweiten Polysaccharids kann bei einer Temperatur von zwischen 120 und 220°C innerhalb einer Zeitdauer von 1 bis 15 Minuten erzielt werden. Gewöhnlich wird der zweite Hydrolyseschritt bei einer höheren Temperatur und/oder innerhalb einer längeren Zeitdauer als der erste Hydrolyseschritt durchgeführt. Unter der Voraussetzung jedoch, dass das zweite Polysaccharid ebenfalls der ersten Behandlungsstufe unterzogen wird, bevor die Entfernung des aus dem ersten Polysaccharid resultierenden Hydrolysats erfolgt, kann es nicht immer notwendig sein, das verbleibende zweite Polysaccharid einer deutlich höheren Temperatur und/oder längeren Zeitdauer zu unterziehen, und es kann in der Tat möglich sein, eine vollständige Hydrolyse des zweiten Polysaccharids bei einer niedrigeren Temperatur und/oder innerhalb einer kürzeren Zeitdau er als in dem ersten Hydrolyseschritt zu erreichen.
In jeder der ersten und zweiten Hydrolysestufen wird das resultierende Hydrolysat anschließend von den festen Materialien abgetrennt, vorzugsweise durch Pressen des behandelten Materials zum Abtrennen des Rückstands als festes Produkt. Das feste Produkt, welches abgetrennt wurde, kann mindestens einem Waschzyklus zur Entfernung jeglicher restlicher Zuckerlösung aus dem Feststoff unterzogen werden. Der Waschzyklus umfasst das Waschen des festen Produkts mit einer geeigneten Waschflüssigkeit. Die Waschflüssigkeit kann Wasser sein. Normalerweise ist das Waschwasser rückgeführtes bzw. recyceltes Wasser, beispielsweise Wasser, das aus den Destillationssumpflaugen in der destillativen Gewinnung des Fermentationsprodukts, von dem suspendierte Feststoffe entfernt worden sind, abgetrennt wurde.
Da das Waschwasser andere Verunreinigungen, die für den Fermentationsprozess schädlich sein könnten, enthalten kann, ist es wünschenswert, die Menge an verwendetem Waschwasser zu minimieren.
Das flüssige Hydrolysat, welches Zucker und Säure enthält, kann anschließend zur weiteren Verarbeitung gesammelt werden. Wenn das erste Polysaccharid Hemicellulose darstellt, ist das resultierende Hydrolysat im Allgemeinen C₅-Zucker, und wenn das zweite Polysaccharid Cellulose darstellt, ist das Hydrolysat im Allgemeinen C₆-Zucker.
In jedem Fall ist es wichtig, den pH-Wert der sauren Zuckerlaugen auf einen pH-Wert von mindestens 4 einzustellen. Die pH-Einstellung kann durch Zugabe einer Base oder durch Verwendung eines Ionenaustauschharzes, welches zur Neutralisierung der Säure in der Lage ist, erfolgen. Vorzugsweise wird der pH-Wert der Zuckerlauge, die von dem Säuredigerierungsverfahren herrührt, auf einen pH-Wert von mindestens 10 eingestellt, um restliche Säure durch Zugabe eines Basenmaterials, wie Natriumcarbonat, zu entfernen, und dann anschließend wird der pH-Wert auf einen neutraleren oder leicht sauren pH-Wert eingestellt. Wünschenswerterweise kann der pH-Wert auf einen Wert zwischen 10 und 12, vorzugsweise auf ungefähr 11, durch Zugabe einer Base eingestellt werden, gefolgt vom Titrieren auf einen pH-Wert von 4 bis 5, vorzugsweise auf ungefähr 4,5.
Alternativ kann die Säure aus der Lauge durch Leiten des Hydrolysats durch ein Bett von Harzkügelchen zur Entfernung der Säure abgetrennt werden. Der wässrige Zuckerstrom, der wünschenswerterweise mindestens 98% des in dem Hydrolysat enthaltenen Zuckers aufweist, kann anschließend gewonnen werden.
Die C₅- und C₆-Zucker können in den Fermentationsbehälter als getrennte Ströme eingeführt werden, oder alternativ können sie kombiniert werden zu einem einzelnen Strom, der in das Fermentationsgefäß geleitet wird.
Nach der Trennung der Säure von dem Zuckerstrom wird die Säure vorzugs weise zur erneuten Verwendung beispielsweise mittels Verdampfung aufkonzentriert.
Der Fermentationsprozess der vorliegenden Erfindung schließt typischerweise ein Laufenlassen der Fermentation innerhalb von 3 bis 5 Tagen ein. Das Fermentationsprodukt wird von der Brühe durch Leiten der das Fermentationsprodukt enthaltenden Brühe in eine Destillationsstufe, worin die Fermentationsverbindung als ein Destillat gesammelt wird und der Rückstand "Destillationssumpf" entfernt wird, abgetrennt. In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird das Fermentationsprodukt von der Brühe durch Leiten der das Fermentationsprodukt umfassenden Brühe in eine Aufkonzentrierungsstufe abgetrennt, worin die Fermentationsverbindung in dem Konzentrat gesammelt wird und mittels mindestens einem, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ionenaustauscher, Lösungsmittelextraktion und Elektrodialyse, extrahiert wird.
Das Verfahren kann zur Herstellung einer Vielzahl von Fermentationsprodukten eingesetzt werden, allerdings ist das Fermentationsprodukt vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethanol, Glycerin, Aceton, n-Butanol, Butandiol, Isopropanol, Buttersäure, Methan, Citronensäure, Fumarsäure, Milchsäure, Propionsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Essigsäure, Acetaldehyd, 3-Hydroxypropionsäure, Glykonsäure und Weinsäure sowie Aminosäuren, wie L-Glutarsäure, L-Lysin, L-Asparaginsäure, L-Tryptophan, L-Arylglycinen oder Salzen von einer jeden dieser Säuren.
Die in dem Fermentationsprozess der vorliegenden Erfindung verwendeten Mikroorganismen können beispielsweise eine Hefe, wie Klyveromyces-Arten, Candida-Arten, Pichia-Arten, Brettanomydes-Arten, Saccharomyces-Arten, wie beispielsweise Saccharomyces cerevisiae und Saccharomyces uvarum, Hanseaula-Arten und Pachysolen-Arten darstellen. Alternativ können die Mikroorganismen eine Bakterienart, wie Leuconostoc, Enterobacter, Klebsiella, Erwinia, Serratia, Lactobacillus Lactococcus, Pediococcus, Clostridium, Acetobacter, Gluconobacter, Lactobacillus, Aspergillus, Propionibacterium, Rhizopus und Zymomonas mobilis, darstellen. Zusätzlich können ebenfalls genetisch modifizierte Stämme eingesetzt werden.
Da das feste Produkt im Allgemeinen Lignin und analoge Materialien umfasst, kann eine Abtrennung von der Lauge besonders schwierig sein. Es wurde unerwartet gefunden, dass die Bildung des Fermentationsprodukts durch Einsatz eines oder mehrerer Ausflockungsmittel(s) bei der Abtrennung des Hydrolysats von dem festen Produkt deutlich verbessert werden kann. Es wurde gefunden, dass das feste Produkt durch das Verfahren effizienter entwässert werden kann und dass ein höherer Feststoffkuchen erzielt werden kann. Da das feste Produkt effizienter entwässert werden kann, besteht eine geringere Notwendigkeit an Trennungsausstattungskapazitäten, und eine weniger kapitalintensive und günstiger zu handhabende Ausstattung, wie eine Filterpresse, kann verwendet werden. Da höhere Feststoffkuchen erzielt werden können, verbleibt weniger der sauren Zuckerlösung in dem Nebenproduktfeststoffrückstand. Folglich wird die Wassermenge, die zum Säure- und Zuckerfreiwaschen des Nebenprodukts erforderlich ist, vermindert, wodurch sowohl die Produktivität als auch die Effizienz des Verfahrens verbessert wird.
Geeigneterweise ist das Flockungsmittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus wasserlöslichen oder wasserquellbaren, natürlichen, seminatürlichen und synthetischen Polymeren sowie geladenen mikroteilchenförmigen Materialien. Vorzugsweise ist das Polymer synthetisch und kann durch Polymerisation mindestens eines kationischen, nichtionischen und/oder anionischen Monomers alleine oder mit anderen wasserlöslichen Monomeren gebildet werden. Unter wasserlöslich wird hierin verstanden, dass das Monomer eine Löslichkeit von mindestens 5 g/100 ml bei 25°C aufweist.
Bevorzugt sind die polymeren Flockungsmittel gebildet aus ethylenisch ungesättigten wasserlöslichen Monomeren, die unter Bildung hochmolekulargewichtiger Polymere leicht polymerisieren. Besonders bevorzugte Polymere umfassen Monomere, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Polyacrylsäure oder Polyacrylatsalzen, Polyacrylamid, Copolymeren von Acrylamid mit (Meth)acrylsäure oder Salzen davon, Copolymeren von Acrylamid mit Dialkylaminoalkyl(meth)acrylat oder Säureadditions- oder quaternären Ammoniumsalzen, Polymeren von Diallyldimethylammoniumchlorid, Polyaminen und Polyethyleniminen. Die Polymere können linear, verzweigt oder vernetzt sein.
Die Polymere können durch ein jegliches geeignetes herkömmliches Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Lösungspolymerisation, Gelpolymerisation, reverse Phasensuspensionspolymerisation und reverse Phasenemulsionspolymerisation. Geeignete Verfahren umfassen jene, die in der EP-A-150933 oder der EP-A-102759 beschrieben sind.
Geeignete Polymere können anionische, kationische oder nichtionische Polymere darstellen. Die bevorzugten Polymere sind nichtionische oder kationische Polymere mit ausreichend hohem Molekulargewicht, sodass sie eine innere Viskosität von mindestens 4 dl/g aufweisen. Solch eine innere Viskosität zeigt im Allgemeinen ein Polymer mit einem Molekulargewicht von mehreren Millionen an, beispielsweise im Allgemeinen oberhalb von 5.000.000 und gewöhnlich mindestens 7.000.000. Im Allgemeinen besitzt das Polymer bevorzugt eine innere Viskosität oberhalb von 6 dl/g, oftmals von mindestens 8 oder 9 dl/g. Die innere Viskosität kann bis 30 dl/g oder darüber liegen. In vielen Fällen zeigen geeignete kationische Polymere daher eine innere Viskosität in dem Bereich von 7 bis 25 dl/g, insbesondere von 10 bis 20 dl/g, insbesondere um 14 oder 15 dl/g.
Geeignete kationische Monomere umfassen quaternäre Ammonium- oder Säuresalze von Monomeren, die Amingruppen enthalten. Bevorzugt wird das kationische Polymer gebildet aus einem Monomer oder einer Monomermischung, umfassend mindestens ein kationisches Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acrylamid und Diallyldimethylammoniumchlorid. Die kationischen Monomere können homopolymerisiert oder mit anderen Monomeren, beispielsweise Acrylamid, copolymerisiert sein. Folglich können die kationischen Polymere ein jedes Polymer darstellen, welches eine kationische Ladung trägt, natürlich unter der Voraussetzung, dass sie ein ausreichend hohes Molekulargewicht besitzen, um eine innere Viskosität von mindestens 4 dl/g aufzuweisen. Die innere Viskosität wird unter Verwendung eines Niveaugefässviskosimeters in 1M NaCl, gepuffert auf einen pH-Wert von 7,5 bei 25°C gemessen.
Die kationischen Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung können als im Wesentlichen lineare Polymere oder als verzweigte oder strukturierte Polymere hergestellt werden. Strukturierte oder verzweigte Polymere werden gewöhnlich hergestellt durch Einschluss von polyethylenisch ungesättigten Monomeren, wie Methylen-bis-acrylamid in die Monomermischung, wie beispielsweise in der EP-B-202780 beschrieben ist. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Polymere im Wesentlichen linear sind und in der Form eines Perl- bzw. Kügelchenprodukts oder eines gepulverten Produkts hergestellt werden.
Geeigneterweise wird das polymere Flockungsmittel als eine wässrige Lösung oder wässrige Dispersion zugesetzt. Das Polymer kann in einer Menge zugesetzt werden, die zur Bewirkung der Ausflockung ausreichend ist. Typischerweise beträgt die zum Einleiten der Ausflockung ausreichende Menge an polymerem Flockungsmittel gewöhnlich mindestens 0,002 Gew.-% auf der Basis des Gewichts der suspendierten Feststoffe. Gewöhnlich kann eine bessere Ausflockung und folglich Abtrennung erzielt werden, wenn mindestens 0,01% verwendet werden. Die Dosis kann deutlich höher sein, beispielsweise bis 1%. Jedoch wird eine optimale Ausflockung und Abtrennung gewöhnlicherweise bei Verwendung von Dosen in dem Bereich von 0,015% bis 0,2%, insbesondere von 0,02% bis 0,1% erzielt. Nach der Ausflockung der suspendierten Feststoffe kann das feste Produkt von der wässrigen Hydrolysat-Lauge auf mechanische Weise, beispielsweise durch eine Filterpresse, Zentrifuge, Bandpresse, einen horizontalen Bandfilter oder Druckfilter, abgetrennt werden. Die Wirkung des Flockungsmittels verstärkt die Trennung der Feststoffe von der Lauge bei Vergleich mit der Abtrennung unter Verwendung von mechanischen Mitteln alleine in großem Ausmaß. Es wurde herausgefunden, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung höhere Feststoffkuchen bei geringerer wässriger Restlauge zur Verfügung stellt, was bedeutet, dass ein höherer Anteil an Zuckerlauge für die Umsetzung zu dem Fermentationsprodukt zur Verfügung steht. In ähnlicher Weise wurde herausgefunden, dass die wässrige Lauge viel höhere Anteile an fremden suspendierten cellulosischen Feststoffen enthält. Darüber hinaus wurde ebenfalls gefunden, dass weniger Waschwasser erforderlich ist.
Das feste Produkt, welches aus der Trennungsstufe resultiert, sollte so trocken wie möglich sein, um einen jeglichen Verlust an Zucker zu verhindern, welcher andernfalls in dem Fermentationsprozess verwendet werden würde. Zusätzlich kann das feste Nebenprodukt, welches hauptsächlich Lignin enthält, als ein fester Brennstoff eingesetzt werden, beispielsweise zur Verwendung in dem zur Erwärmung der Destillationssäule, die zum Abtrennen des Fermentationsprodukts von der Fermentationsbrühe verwendet wird, eingesetzten Erhitzers. Folglich ist es ebenso wichtig, dass bei Verwendung des festen Lignin enthaltenden Produkts als Treibstoff dieses so trocken wie möglich ist.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Flockungsmittel ein geladenes mikroteilchenförmiges Material. Besonders geeignete Beispiele für geladene mikroteilchenförmige Materialien umfassen quellbare Tone, anionische, kationische oder amphotere mikroteilchenförmige Silika-basierte Materialien und organische vernetzte polymere Mikroteilchen.
Das Kieselsäure- bzw. Silikatmaterial kann ein jedes der Materialien darstellen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Silika-basierten Teilchen, Silikamikrogelen, kolloidalem Silika, Silikasolen, Silikagelen, Polysilikaten, Aluminiumsilikaten, Polyaluminosilikaten, Borsilikaten, Polyborsilikaten, Zeoliten oder quellbarem Ton.
Das Kieselsäure- bzw. Silikatmaterial kann in der Form eines anionischen mikroteilchenförmigen Materials vorliegen. Alternativ kann das Kieselsäure- bzw. Silikatmaterial ein kationisches Silikamaterial darstellen. Wünschenswerterweise kann das Kieselsäure- bzw. Silikatmaterial ausgewählt sein aus Silikamaterialien und Polysilikaten.
Die Polysilikate der vorliegenden Erfindung können hergestellt werden durch Verminderung des pH-Werts einer wässrigen Lösung eines Alkalimetallsilikats. Beispielsweise können Polykieselsäuremikrogele, die ebenfalls als aktives Silikamaterial bekannt sind, hergestellt werden durch Verminderung des pH-Werts eines Alkalimetallsilikats auf zwischen 2 und 10 durch Verwendung von Mineralsäuren oder Säureaustauschharzen, Säuresalzen und Säuregasen. Es kann erwünscht sein, die frisch gebildete Polykieselsäure altern zu lassen, um die ausreichende Bildung einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur zu ermöglichen. Im Allgemeinen ist die Alterungszeit für die Polykieselsäure zum Gelieren unzureichend. Ein besonders bevorzugtes Kieselsäure- bzw. Silikatmaterial umfasst Polyaluminosili kate. Die Polyaluminosilikate können beispielsweise aluminierte Polykieselsäure darstellen, die durch zuerst Ausbilden von Polykieselsäuremikroteilchen und anschließende Nachbehandlung mit Aluminiumsalzen hergestellt wird. Alternativ können die Polyaluminosilikate polypartikuläre Polykieselsäuremikrogele mit Oberflächen von oberhalb 1000 m²/g darstellen, die durch Umsetzung von Alkalimetallsilikat mit Säure und wasserlöslichen Aluminiumsalzen gebildet werden. Typischerweise können die Polyaluminosilikate ein Molverhältnis von Aluminiumdioxid:Siliciumdioxid von zwischen 1:10 und 1:1500 aufweisen.
Polyaluminosilikate können gebildet werden durch Vermindern des pH-Werts der wässrigen Lösung des Alkalimetallsilikats auf zwischen 2 und 10 unter Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure, die 0,2 bis 2,0 Gew.-% eines wasserlöslichen Aluminiumsalzes, beispielsweise Aluminiumsulfat, enthält. Die wässrige Lösung kann zur ausreichenden Ausbildung des dreidimensionalen Mikrogels altern gelassen werden. Typischerweise wird das Polyaluminosilikat bis zu ungefähr zweieinhalb Stunden altern gelassen, bevor das wässrige Polysilikat auf 0,5 Gew.-% Silikamaterial bzw. Siliciumdioxid verdünnt wird.
Das Kieselsäurematerial kann ein kolloidales Borsilikat darstellen. Das kolloidale Borsilikat kann hergestellt werden durch Inkontaktbringen einer verdünnten wässrigen Lösung eines Alkalimetallsilikats mit einem Kationaustauschharz unter Ausbildung einer Kieselsäure und durch anschließende Bildung eines Rückstands durch Zusammenmischung einer verdünnten wässrigen Lösung eines Alkalimetallborats mit einem Alkalimetallhydroxid unter Bildung einer wässrigen Lösung, die 0,01 bis 30% B₂O₃ enthält, mit einem pH-Wert von 7 bis 10,5.
Die quellbaren Tone können beispielsweise typischerweise einen Ton vom Bentonit-Typ darstellen. Die bevorzugten Tone sind quellbar in Wasser und umfassen Tone, die natürlich wasserquellbar sind, oder Tone, die modifiziert sein können, beispielsweise durch Ionenaustausch, wodurch sie wasserquellbar werden. Geeignete wasserquellbare Tone umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, Tone, die oftmals als Hektorit, Smektite, Montmorillonite, Nontronite, Saponit, Sauconit, Hormite, Attapulgite und Sepiolite bezeichnet werden.
Am meisten bevorzugt ist der Ton ein Ton vom Bentonit-Typ. Bentonit kann als ein Alkalimetallbentonit vorliegen. Bentonite treten natürlich entweder als Alkalibentonite, wie Natriumbentonit, oder als Erdalkalimetallsalz, gewöhnlich das Calcium- oder Magnesiumsalz, auf. Im Allgemeinen werden die Erdalkalimetallbentonite durch Behandlung mit Natriumcarbonat oder Natriumbicarbonat aktiviert. Aktivierter quellbarer Bentonitton wird oftmals als Trockenpulver vertrieben. Alternativ kann Bentonit als fließfähige Aufschlämmung mit hohen Feststoffanteilen, beispielsweise mit mindestens 15 oder 20% Feststoffen, bereitgestellt werden.
Wenn das geladene mikroteilchenförmige Material organische vernetzte poly mere Mikroteilchen umfasst, können die Mikroteilchen als Mikroemulsionen mittels eines Verfahrens bereitgestellt werden, welches eine wässrige Lösung, umfassend ein kationisches oder anionisches Monomer und ein Vernetzungsmittel; ein Öl, umfassend einen gesättigten Kohlenwasserstoff; und eine wirksame Menge eines Tensids, die zur Bildung von Teilchen mit weniger als ungefähr 0,75 μm in ungequelltem anzahlmittlerem Teilchengrößedurchmesser ausreicht, einsetzt. Mikrokügelchen werden ebenso als Mikrogele durch von Ying Huang et al., Makromol. Chem. 186, 273–281 (1985) beschriebene Verfahren hergestellt oder können kommerziell als Mikrolatizes erhalten werden. Der Begriff "Mikroteilchen", wie er hierin verwendet wird, soll derartig verstanden werden, dass er sämtliche dieser Konfigurationen, d. h. Kügelchen per se, Mikrogele und Mikrolatizes, einschließt.
Das geladene mikroteilchenförmige Material kann in Mengen von mindestens 0,002% auf der Basis des Gewichts der suspendierten Feststoffe verwendet werden. Typischerweise liegen die Dosierungen allerdings gewöhnlich in einer Höhe von 0,8 oder 1,0% oder darüber. Wenn das geladene Mikroteilchenmaterial anorganisch ist, beträgt die Dosierung gewöhnlich mehr als 0,06%, vorzugsweise liegt sie im Bereich von 0,1 bis 0,6%. Wenn das geladene Mikroteilchen organisch ist, liegt die Dosierung typischerweise unterhalb von 0,3%, bevorzugt in dem Bereich von 0,02 bis 0,1%.
Es wurde unerwartet gefunden, dass die Hydrolysatlauge besonders schnell abgetrennt werden kann, wenn die Ausflockung durch Einsatz eines wasserlöslichen oder wasserquellbaren Polymers und eines geladenen mikroteilchenförmigen Materials bewirkt wird. In einem Aspekt wurde herausgefunden, dass eine besonders wirksame Ausflockung und Abtrennung der Feststoffe aus der Lauge auftritt, wenn die Ausflockung durch Einführen eines anionischen mikroteilchenförmigen Materials in die Mischung und anschließendes erneutes Ausflocken durch Zugabe eines kationischen oder im Wesentlichen nichtionischen Polymers erfolgt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass eine besonders schnelle und effiziente Trennung von Feststoffen erzielt wird mittels eines Verfahrens, in dem die Ausflockung durch Einleiten eines kationischen Polymers in die Mischung und anschließende erneute Ausflockung durch Zugabe eines anionischen mikroteilchenförmigen Materials bewirkt wird.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung.
Beispiel I
Es wurden 100 g auf weniger als 2 mm gemahlene Nadelholzschnitzel zu 400 g Wasser zugesetzt und auf 190°C erwärmt. Sobald die 190°C erreicht wurden, gab man Schwefelsäure zu einer Konzentration von 0,7% unter Stickstoffdruck zu, und die Mischung wurde 3 Minuten lang stehen gelassen. Die Temperatur wurde schnell auf 80°C vermindert, und die in der vorhydrolysierten Aufschlämmung (enthaltend 0,32% Schwefelsäure) vorliegenden Feststoffe wurden anschließend auf einer Filterpresse abgetrennt. Lösungen des Flockungsmittels oder der Flockungsmittel (bei 0,2 bis 0,5% Feststoffen) und/oder mikroteilchenförmige Suspensionen (bei 0,5 bis 15% Feststoffen) werden zu der Aufschlämmung unter notwendigem Rühren in einer Dosierung von 0,2 bis 3 kg pro Tonne an Feststoffen zugesetzt. Es wurde herausgefunden, dass die Flockungsmittel die Rate der freien Entwässerung durch die Schwerkraft durch ein poröses Band vor der Bildung eines Filterkuchens in der Keilzone und anschließender weiterer Entwässerung in einer Druckzone steigern.
Ein Verfahren zur Entfernung der in dem Feststoffanteil verbleibenden Zucker besteht in Waschen mit (zurückgeführtem bzw. recyceltem) Wasser.
Der gewonnene Feststoffanteil wird erneut als eine Aufschlämmung mit ungefähr 400 ml Wasser hergestellt und auf 215°C erwärmt. Bei 215°C wird Schwefelsäure zu einer Konzentration von 0,4% unter Stickstoff zugesetzt, und die Mischung wird 3 Minuten lang stehen gelassen. Die Temperatur wurde rasch auf 80°C vermindert, und die in der vorhydrolysierten Aufschlämmung (enthaltend 0,32% Schwefelsäure) vorliegenden unlöslichen Feststoffe wurden anschließend auf einer Filterpresse abgetrennt. Vor dem Pressen wurden Lösungen des Flockungsmittels oder der Flockungsmittel (bei 0,2 bis 0,5% Feststoffen) und/oder teilchenförmige Suspensionen (bei 0,5 bis 15% Feststoffen) zu der Aufschlämmung unter notwendigem Rühren in einer Dosierung von 0,2 bis 2 kg pro Tonne an Feststoffen zugegeben. Die Flockungsmittel erhöhten die Rate der freien Entwässerung mittels Schwerkraft durch ein poröses Band vor der Bildung eines Filterkuchens in der Keilzone und anschließender weiterer Entwässerung in einer Druckzone. Der ausgeflockte entwässerte Druckbandfilterkuchen, welcher hauptsächlich Lignin enthielt, wurde in einem Druckfilter unter Bildung eines Kuchens mit einer hohen Trockenfeststoffkonzentration (ungefähr 85% (w/w)), der für die Verwendung als Treibstoff geeignet ist, weiter entwässert.
Ein Verfahren zur Entfernung der in dem Feststoffanteil verbleibenden Zucker besteht im Waschen mit (recyceltem bzw. zurückgeführtem) Wasser.
Nach einem Ionenaustausch zur Entfernung von Essigsäure wurde der flüssige Anteil des Hydrolysats auf einen pH-Wert von 2 durch Zugabe von Schwefelsäure angesäuert. Anschließend wurde Kalk zum Erhöhen des pH-Werts auf 10 zugesetzt, und das Hydrolysat wurde auf 50°C erwärmt. Der pH-Wert der Flüssigkeit wurde anschließend auf den Fermentations-pH-Wert von 4,5 eingestellt, wobei man die Bildung von Gipskristallen zur Abtrennung mittels Filtration zuließ.
Nach der zweistufigen Hydrolyse mit verdünnter Säure können die verbleibenden festen Rückstände entweder dem Fermentationsprozess zugeführt werden oder als Treibstoff abgetrennt werden.
Beispiel II
Die Abtrennungseffizienz für Säure und Zucker aus dem Fermentationsprodukt der Erfindung wurde unter Verwendung der hierin beschriebenen Vorrichtung beurteilt, und die erhaltenen Ergebnisse werden nachstehend exemplarisch in den angehängten Zeichnungen verdeutlicht, worin:
1 einen schematischen Axialabschnitt einer Spritze darstellt,
2 die Spritze der 1 zeigt, welche eine zu testende Probe enthält,
3 die Zufuhr des Ausflockungsmittels in die Probe verdeutlicht,
4 ein Prüfgerüst in Teilschnittseitenansicht zeigt,
5 eine Teilschnittdraufsicht der Vorrichtung der 4 darstellt,
die 6 und 7 Aufrisse durch eine Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeit aus der Probe darstellen,
8 ein Diagramm darstellt, welches die kumulative Leitfähigkeit zeigt, die von der Entfernung der Säure in der abgetrennten Flüssigkeit herrührt und
9 ein Diagramm der kumulativen Menge an in der abgetrennten Flüssigkeit entferntem Zucker darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist ein Spritzengehäuse 10 mit offenem Ende und kreisförmigem Querschnitt zur Aufnahme von Spritzenkolben 12 und 14 in jeweils jedes offene Ende 16 und 18 geeignet.
Wie in der 2 gezeigt, wird eine Probe 20 des zu untersuchenden Hydrolysats, wahlweise zusammen mit einigen Kugelträgern/Kugellagern, in das Spritzengehäuse im Wesentlichen in dessen mittleren Teil eingeführt und durch die Kolben 12 und 14 gehalten. Die Spritze wird zusammen mit der Probe eine Zeit lang, beispielsweise innerhalb von 15 Minuten, bei einer Temperatur typischerweise bei ungefähr 90°C inkubiert. Nach der Inkubation wird ein Kolben aus der Spritze entfernt, und Polymerflockungsmittel 24 wird, wie in 3 gezeigt ist, in die Probe mit einer Pipette 22 eingeführt. Der entfernte Kolben wird wieder eingesetzt, und die Spritze wird geschüttelt, um zu versuchen sicherzustellen, dass das Polymer innerhalb der gesamten Probe verteilt ist. Die Spritze wird anschließend erneut innerhalb beispielsweise einer Zeit von 10 Minuten bei einer Temperatur von beispielsweise 90°C inkubiert.
Die Geschwindigkeit, in der die Flüssigkeit sich von den Feststoffen in der Probe trennt, kann unter Verwendung des in den 4 und 5 gezeigten Aufbaus nun gemessen werden. Diese (Apparatur) besteht aus einem vertikal angeordneten Rohr 30, welches zur Aufnahme der Spritze an dem oberen Ende ausgelegt ist. Das untere Ende des Rohrs 30 wird knapp oberhalb eines Filterpapiers 32 angebracht. Die Kontakte 34 werden neben dem Filterpapier vorgesehen, die dazu dienen, ein Signal an einen Zeitnehmer 36 zu vermitteln, so dass der Zeitnehmer gestartet wird, wenn die Flüssigkeit auf die Kontakte 34 aus dem Rohr trifft. Ein weiterer Kontakt 38, der mit dem Zeitnehmer verbunden ist, ist zur Ausschaltung des Zeitnehmers vorgesehen, wenn die Flüssigkeit aus dem Rohr den Kontakt 38 erreicht. Folglich misst der Aufbau die Zeit, die die Flüssigkeit benötigt, um durch das Filterpapier von dem Kontakt 34 zu dem Kontakt 38 zu gelangen. Diese ist als Kapillarsaugzeit (Capillary Suction Time, CST) bekannt und stellt ein Maß für die Geschwindigkeit der Abtrennung von Flüssigkeit von Feststoffen in der Testprobe dar.
Um die CST für eine Probe zu erhalten, wird ein Kolben entfernt, und die Spritze wird in das Rohr 30 eingesetzt, wobei der andere Kolben in das Spritzengehäuse hinein bewegt wird, um die Probe in Kontakt mit dem Filterpapier 32 zu bringen, wie es in 4 gezeigt ist. Aus der Probe abgetrennte Flüssigkeit breitet sich über das Filterpapier außerhalb der Kontaktfläche der Probe mit dem Filterpapier aus und startet den Zeitnehmer, wenn sie die Kontakte 34 erreicht, und stoppt den Zeitnehmer, wenn sie den Kontakt 38 erreicht.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung wurde die CST für 5 g-Portionen an Hydrolysat mit Flockungsmittelzugabe, wie sie in der folgenden Tabelle gezeigt ist, bestimmt:
Die Ziel-CST betrugt 98,8.

Polymerzugabe CST in Sekunden

Kontrolle + 100 μl H₂O 127,9

100 μl von 1% Polymer 1 91,8
Polymer 1 ist ein Acrylamidhomopolymer mit einer IV von ungefähr 15 dl/g.
Beispiel III
Gemäß dem unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschriebenen Verfahren wurde nach der zweiten Inkubation bei 80–90°C einer der Kolben aus der Spritze entfernt, und das offene Ende der Spritze wurde, wie es in den 6 und 7 gezeigt ist, in das offene obere Ende einer größeren Spritze 40 mit einem perforierten Boden 42 zum Tragen eines Siebs 44 eingesetzt. Ein Aufnahmezylinder 46 wird um das untere Ende der Spritze 40 angeordnet, und der Aufbau der Spritze 40 und des Zylinders 46 wird in dem Kolben 48 mit einem Anschluss 50 an ein Vakuum befestigt. Die Probe wird mit Wasser gewaschen, und das in dem Aufnahmezylinder gesammelte Filtrat 52 kann untersucht werden.
Der Aufbau unter Bezug auf die 6 und 7 wurde verwendet, um die Trennung von Säure und Zucker aus der Probe des Hydrolysats, welches gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, zu messen.
Eine 5 g-Probe des aus Getreideüberbleibseln abgeleiteten Hydrolysats wurde in das Spritzengehäuse 10 zusammen mit einigen Kugelträgern gegeben und mit dem Kolben während der Inkubation gehalten. Es wurden 200 ppm des Poly mers 1 zu der Probe mittels einer Pipette zugegeben, wie es in 2 gezeigt ist.
Nach der zweiten Inkubation wurde die Probe und das Flockungsmittel aus dem Spritzengehäuse 10 in die Spritze 40 überführt, die ein 58 μm-Sieb auf dem perforierten Boden 42 enthielt. Es wurden 10 ml Waschwasser in die Spritze 40 gegeben unter gleichzeitigem Anlegen eines Vakuums. Die Leitfähigkeit des Filtrats wurde für jeweils 1 ml gewonnener Flüssigkeit gemessen, und die Ergebnisse der kumulativen Leitfähigkeit sind in dem Diagramm der 8 gezeigt, das ebenso die von einer Kontrollprobe erhaltenen Ergebnisse zeigt. Wie ersichtlich ist, bedingte das Einführen des Flockungsmittels einen starken Anstieg in der kumulativen Leitfähigkeit bei Zugabe von Waschwasser, was darauf hindeutet, dass die Säure mit dem Waschwasser entfernt wird.
9 zeigt die kumulative Menge an Zucker, wie sie in dem Filtrat nach Zugabe von Waschwasser bestimmt wurde.
Beispiel IV

Gemäß demselben Verfahren wie in Beispiel II wurde die tatsächliche Menge an in dem Waschwasser gewonnenen Zucker mit zwei unterschiedlichen Polymeren bei zwei unterschiedlichen Polymerkonzentrationen evaluiert. Die Tests wurden zweimal bei der jeweiligen Konzentration durchgeführt, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Polymerkonzentration

	200 ppm		600 ppm

Kontrolle	190 mg 7,8 ml	181 mg 7,4 ml	249 mg 8,3 ml	237 mg 7,8 ml
Polymer 2	211 mg 7,4 m	200 mg 7,0 ml	257 mg 8,1 ml	244 mg 7,7 ml
Polymer 1	386 mg 7,2 ml	367 mg 6,8 ml	246 mg 8,9 ml	233 mg 8,5 ml

Polymer 2 ist ein Copolymer aus 8% Natriumacrylat und 92% Acrylamid, wobei die IV ungefähr 9 dl/g betrug. Die obigen Ergebnisse basieren auf der Gewinnung von ungefähr 95% des Waschwassers. Die Umrechnung der Zahlen auf der theoretischen Basis, dass sämtliche 10 ml des Waschwassers gewonnen werden, führt zu den Ergebnissen, die nachstehend gezeigt sind: Polymerkonzentration

200 ppm 600 ppm

Kontrolle 243 mg 231 mg 300 mg 285 mg

Polymer 2 285 mg 271 mg 317 mg 301 mg

Polymer 1 536 mg 509 mg 276 mg 262 mg

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Fermentationsprodukts, welches die Schritte umfasst: (i) Bilden einer angesäuerten Suspension aus teilchenförmigem pflanzenabgeleitetem Material, welches ein erstes Polysaccharid, das leichter hydrolysierbar ist, und ein zweites Polysaccharid, welches schwieriger hydrolysierbar ist, umfasst, (ii) Unterziehen des ersten Polysaccharids einer Hydrolyse mittels einer Säure bei einer Temperatur von mindestens 50°C unter derartigen Bedingungen, dass das erste Polysaccharid hydrolysiert wird, wodurch eine Mischung einer gelösten Zucker enthaltenden wässrigen Lauge und eines das zweite Polysaccharid enthaltenden festen Rückstands gebildet wird, (iii) Unterziehen der Mischung einem oder mehreren Trennungsschritten, in denen der feste Rückstand und die wässrige Zuckerlauge im Wesentlichen voneinander getrennt werden, (iv) wahlweise Waschen des Rückstands, der im Wesentlichen frei von Säure und Zucker ist, (v) Leiten des festen Cellulose-Rückstands in eine weitere Behandlungsstufe, in der der Rückstand der Wirkung einer verdünnten Säure bei einer Temperatur von mindestens 50°C unter derartigen Bedingungen ausgesetzt wird, dass das zweite Polysaccharid hydrolysiert wird, wodurch eine Mischung einer gelösten Zucker enthaltenden wässrigen Lauge und eines festen Rückstands gebildet wird, (vi) Unterziehen der Mischung einem oder mehreren Trennungsschritten, worin der feste Rückstand und die wässrige Zuckerlauge im Wesentlichen voneinander getrennt werden, (vii) wahlweise Waschen des Rückstands, so dass er im Wesentlichen frei von Säure und Zucker ist, (viii) Einstellen des pH-Werts der wässrigen Lauge der Stufen (iii), (iv), (vi) und (vii) auf einen pH-Wert von mindestens 4, (ix) Leiten der wässrigen Lauge aus Stufe (viii) in eine Fermentationsstufe, worin Mikroorganismen auf die gelösten Zucker in einer Fermentationsbrühe unter Bildung eines Fermentationsprodukts einwirken, (x) Trennen des Fermentationsprodukts von der Brühe, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennungsstufe in den Schritten (iii) und/oder (vi) von einer Ausflockung des Abfall-Nebenprodukts unterstützt wird, indem ein oder mehrere Flockungsmittel eingesetzt werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus wasserlöslichen Polymeren, wasserquellbaren Polymeren und geladenem mikroteilchenförmigem Material.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das pflanzenabgeleitete Material Materialien umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus krautartiger Biomasse, Nadelholz-Biomasse, Laubholz-Biomasse, Abwasserschlamm, Papierfabrikschlamm und der Biomassefraktion von festen Siedlungsabfällen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das pflanzenabgeleitete Material celluloseartig ist und Hemicellulose als erstes Polysaccharid und Cellulose als zweites Polysaccharid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Säure einen pKa-Wert von unterhalb 4 aufweist und eine Konzentration von bis zu 2 Gew.-% besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Säure ausgewählt ist aus Schwefelsäure und Salzsäure.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Hydrolyse des ersten Polysaccharids bei einer Temperatur von zwischen 120 und 220°C innerhalb einer Zeitdauer von 1 Minute bis 15 Minuten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Hydrolyse des zweiten Polysaccharids bei einer Temperatur von zwischen 120 und 220°C innerhalb einer Zeitdauer von 1 Minute bis 15 Minuten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Flockungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus wasserlöslichen oder wasserquellbaren natürlichen, halbnatürlichen oder synthetischen Polymeren.
Verfahren nach Anspruch 8, worin das Polymer aus einem wasserlöslichen Monomer oder Monomermischungen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, worin das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyacrylatsalzen, Polyacrylamid, Copolymeren von Acrylamid mit (Meth)acrylsäure oder Salzen davon, Copolymeren von Acrylamid mit Dialkylaminoalkyl(meth)acrylat oder Säureadditions- oder quaternären Ammoniumsalzen, Polymeren von Diallyldimethylammoniumchlorid, Polyaminen und Polyethyleniminen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin das Flockungsmittel ein geladenes mikroteilchenförmiges Material darstellt.
Verfahren nach Anspruch 11, worin das geladene mikroteilchenförmige Material ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus quellbaren Tonen, anionischen, kationischen oder amphoteren mikroteilchenförmigen Silika-basierten Materialien und organischen vernetzten polymeren Mikroteilchen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, worin die Ausflockung durch Einsatz eines wasserlöslichen oder wasserquellbaren Polymers und eines geladenen mikroteilchenförmigen Materials bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin die Ausflockung durch Zufuhr eines anionischen mikroteilchenförmigen Materials zu der Mischung und anschließendes erneutes Ausflocken durch Zugabe eines im Wesentlichen nichtionischen Polymers bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin die Ausflockung durch Zufuhr eines kationischen Polymers zu der Mischung und anschließendes erneutes Ausflocken durch Zugabe eines anionischen mikroteilchenförmigen Materials bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin die Ausflockung durch Zufuhr eines kationischen Polymers zu der Mischung und anschließendes erneutes Ausflocken durch Zugabe eines anionischen Polymers bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin die Ausflockung durch Zufuhr eines anionischen Polymers zu der Mischung und anschließendes erneutes Ausflocken durch Zugabe eines kationischen Polymers bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, worin das feste Nebenproduktmaterial Lignin umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin das Fermentationsprodukt ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ethanol, Glycerin, Aceton, n-Butanol, Butandiol, Isopropanol, Buttersäure, Methan, Citronensäure, Fumarsäure, Milchsäure, Propionsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Essigsäure, Acetaldehyd, 3-Hydroxypropionsäure, Glykonsäure und Weinsäure sowie Aminosäuren, wie L-Glutarsäure, L-Lysin, L-Asparaginsäure, L-Tryptophan, L-Arylglycinen oder Salzen einer jeden dieser Säuren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin das Fermentationsprodukt von der Brühe durch Leiten der das Fermentationsprodukt enthaltenden Brühe in eine Destillationsstufe, worin das Fermentationsprodukt als Destillat gesammelt wird und der Rückstand "noch Destillationssumpf" entfernt wird, abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, worin das Fermentationsprodukt von der Brühe durch Leiten der das Fermentationsprodukt enthaltenden Brühe in eine Aufkonzentrierungsstufe, in der die Fermentationsverbindung in dem Konzentrat gesammelt wird und mittels mindestens einem aus der Gruppe, bestehend aus Ionenaustausch, Lösungsmittelextraktion und Elektrodialyse extrahiert wird, abgetrennt wird.