JP2011101608A - Biomass treating system and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイオマス処理システム及び方法に関する。 The present invention relates to a biomass processing system and method.
近年、石油等の化石資源の代替資源としてカーボンニュートラル資源であるバイオマスが注目されている。このようなバイオマスの利用の1つとして、木質系バイオマスに含まれるセルロースを糖化・加水分解することでグルコースを生成し、さらに、このグルコースをアルコール発酵させることでバイオエタノールを生成する技術が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。
In recent years, biomass, which is a carbon neutral resource, has attracted attention as an alternative resource for fossil resources such as oil. As one of the utilization of such biomass, there is known a technique for producing glucose by saccharifying and hydrolyzing cellulose contained in woody biomass, and further producing bioethanol by subjecting this glucose to alcohol fermentation. (For example, refer to
従来では、下記特許文献1にも記載されているように、木質系バイオマスに硫酸を加えて加水分解処理を行うことによりグルコースを生成することが一般的であるが、後工程においてグルコースと酸の分離や、酸の回収及び中和を行う必要があり、製造コストが高いという課題があった。
Conventionally, as described in
これに対して、近年では、硫酸の代替触媒である固体酸触媒と木質系バイオマスとを混合して加水分解処理を行うことでグルコースを生成し(このグルコースは固体酸触媒やバイオマス残渣の表面に付着している)、このグルコースを含む加水分解処理物を固液分離することで固体酸触媒やバイオマス残渣などの固体物とグルコースとを分離し(実際にはグルコースは水に溶かした糖溶液として分離する)、さらに、上記の固液分離によって得られる固体物を固体酸触媒とバイオマス残渣とに分離し、これにより回収された固体酸触媒を上記の加水分解処理に再利用する技術が開発されている。このように硫酸の代わりに固体酸触媒を用いることで、グルコースと酸の分離や、酸の回収及び中和などのプロセスを簡略化することができ、製造コストの削減を図ることが可能となる。 On the other hand, in recent years, a solid acid catalyst, which is an alternative catalyst for sulfuric acid, and woody biomass are mixed and subjected to hydrolysis treatment to produce glucose (this glucose is deposited on the surface of the solid acid catalyst or biomass residue). The solids such as solid acid catalyst and biomass residue are separated from glucose by solid-liquid separation of this hydrolyzed product containing glucose (which actually adheres as a sugar solution in which water is dissolved in water) In addition, a technology for separating the solid material obtained by the above-mentioned solid-liquid separation into a solid acid catalyst and a biomass residue and reusing the recovered solid acid catalyst for the above hydrolysis treatment has been developed. ing. In this way, by using a solid acid catalyst instead of sulfuric acid, processes such as separation of glucose and acid, acid recovery and neutralization can be simplified, and manufacturing costs can be reduced. .
上記のように固体酸触媒を利用する場合、固液分離後の固体物から固体酸触媒を分離・回収する必要がある。ここで、木質系バイオマスには主にセルロース、ヘミセルロース及びリグニンが含まれており、セルロース及びヘミセルロースは酸により分解可能であるが、リグニンの大部分は酸に溶解しないため、リグニンと固体酸触媒との分離が必要となり、その分離工程が複雑化するという新たな課題が発生する。 When the solid acid catalyst is used as described above, it is necessary to separate and recover the solid acid catalyst from the solid after solid-liquid separation. Here, the woody biomass mainly contains cellulose, hemicellulose, and lignin. Although cellulose and hemicellulose can be decomposed by acid, most of lignin does not dissolve in acid, so lignin and solid acid catalyst Therefore, a new problem arises that the separation process becomes complicated.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、固液分離後の固体物から固体酸触媒を分離する工程を省略或いは簡略化でき、固体酸触媒の再利用を容易とすることが可能なバイオマス処理システム及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the process of separating the solid acid catalyst from the solid after solid-liquid separation can be omitted or simplified, and the reuse of the solid acid catalyst can be facilitated. It is an object to provide a biomass processing system and method.
上記課題を解決するために、本発明に係るバイオマス処理システムは、木質系バイオマスの前処理として前記木質系バイオマスに含まれるリグニンの除去処理を行う前処理装置と、前記前処理後の木質系バイオマスと固体酸触媒との混合物を加水分解処理することでグルコースを含む加水分解処理物を生成する分解装置と、前記加水分解処理物を固液分離することで前記グルコースを含む糖溶液と前記固体酸触媒を含む固体物とに分離し、前記固体物を回収して前記分解装置に供給する固液分離装置とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係るバイオマス処理システムにおいて、前記前処理装置は、前記木質系バイオマスの前処理として前記リグニンの除去処理の他、前記分解装置における前記グルコースの生成反応を促進させるような前処理を行うことを特徴とする。
また、本発明に係るバイオマス処理システムは、前記固液分離装置から得られる前記糖溶液を発酵させることでバイオエタノールを生成する発酵装置をさらに備えることを特徴とする。
一方、本発明に係るバイオマス処理方法は、木質系バイオマスの前処理として前記木質系バイオマスに含まれるリグニンの除去処理を行い、前記前処理後の木質系バイオマスと固体酸触媒との混合物を加水分解処理することでグルコースを含む加水分解処理物を生成し、前記加水分解処理物を固液分離することで前記グルコースを含む糖溶液と前記固体酸触媒を含む固体物とに分離し、前記固体物を回収して前記加水分解処理に再利用することを特徴とする。
また、本発明に係るバイオマス処理方法は、前記木質系バイオマスの前処理として前記リグニンの除去処理の他、前記グルコースの生成反応を促進させるような前処理を行うことを特徴とする。
また、本発明に係るバイオマス処理方法は、前記加水分解処理物の固液分離によって得られる前記糖溶液を発酵させることでバイオエタノールを生成することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a biomass processing system according to the present invention includes a pretreatment device that performs a removal process of lignin contained in the woody biomass as a pretreatment of the woody biomass, and the woody biomass after the pretreatment. And a solid acid catalyst to produce a hydrolyzed product containing glucose by hydrolyzing the mixture, a sugar solution containing glucose and the solid acid by solid-liquid separation of the hydrolyzed product A solid-liquid separation device that separates the solid material into a solid material containing a catalyst, collects the solid material, and supplies the solid material to the decomposition device.
Moreover, in the biomass processing system according to the present invention, the pretreatment device performs pretreatment for promoting the glucose formation reaction in the decomposition device in addition to the lignin removal treatment as the woody biomass pretreatment. It is characterized by performing.
In addition, the biomass processing system according to the present invention further includes a fermentation apparatus that generates bioethanol by fermenting the sugar solution obtained from the solid-liquid separator.
On the other hand, the biomass treatment method according to the present invention performs a treatment for removing lignin contained in the woody biomass as a pretreatment of the woody biomass, and hydrolyzes the mixture of the woody biomass after the pretreatment and the solid acid catalyst. A hydrolyzed product containing glucose is produced by the treatment, and the hydrolyzed product is separated into a solid solution containing the glucose solution containing the glucose and a solid product containing the solid acid catalyst by solid-liquid separation. Is recovered and reused in the hydrolysis treatment.
In addition, the biomass treatment method according to the present invention is characterized in that, in addition to the lignin removal treatment, pretreatment for promoting the glucose production reaction is performed as the woody biomass pretreatment.
The biomass processing method according to the present invention is characterized in that bioethanol is produced by fermenting the sugar solution obtained by solid-liquid separation of the hydrolyzed product.
本発明では、予め木質系バイオマスの前処理として前記木質系バイオマスに含まれるリグニンの除去処理を行うため、木質系バイオマスに含まれるセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの内、酸に溶けやすいセルロース及びヘミセルロースが後工程に送られることになり、前処理後の木質系バイオマスと固体酸触媒との混合物を加水分解処理し、その加水分解処理物を固液分離することで前記グルコースを含む糖溶液と前記固体酸触媒を含む固体物とに分離すると、その固体物は主に固体酸触媒によって占められることになる。
つまり、本発明によると、固液分離後の固体物を固体酸触媒とバイオマス残渣(リグニン)とに分離する工程を省略して固液分離後に得られる固体物(固体酸触媒)をそのまま回収して加水分解処理に再利用することができる。
また、仮に固液分離後の固体物中にバイオマス残渣(リグニン)がある程度残っていたとしても、その割合は小さいため、固液分離後の固体物を固体酸触媒とバイオマス残渣(リグニン)とに分離する工程を簡略化することができる。
このように、本発明によると、固体酸触媒を用いて木質系バイオマスからグルコースを生成する場合において、固液分離後の固体物から固体酸触媒を分離する工程を省略或いは簡略化でき、固体酸触媒の再利用を容易とすることが可能となる。
In the present invention, since the lignin contained in the woody biomass is removed as a pretreatment of the woody biomass in advance, among cellulose, hemicellulose and lignin contained in the woody biomass, cellulose and hemicellulose which are easily soluble in acid are later. The sugar solution containing glucose and the solid acid by hydrolyzing the mixture of the woody biomass after the pretreatment and the solid acid catalyst, and subjecting the hydrolyzed product to solid-liquid separation. When separated into a solid material containing a catalyst, the solid material is mainly occupied by a solid acid catalyst.
That is, according to the present invention, the step of separating the solid matter after solid-liquid separation into a solid acid catalyst and biomass residue (lignin) is omitted, and the solid matter (solid acid catalyst) obtained after solid-liquid separation is recovered as it is. Can be reused for hydrolysis treatment.
Moreover, even if some biomass residue (lignin) remains in the solid material after solid-liquid separation, the ratio is small, so the solid material after solid-liquid separation is converted into a solid acid catalyst and biomass residue (lignin). The separation process can be simplified.
Thus, according to the present invention, in the case of producing glucose from woody biomass using a solid acid catalyst, the step of separating the solid acid catalyst from the solid after solid-liquid separation can be omitted or simplified. It becomes possible to facilitate the reuse of the catalyst.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るバイオマス処理システムAのシステム構成を示すブロック図である。この図1に示すように、本実施形態に係るバイオマス処理システムAは、バイオマスの一種である木材チップや廃建材など、主成分としてセルロース、ヘミセルロース及びリグニンを含む木質系バイオマスを原料としてバイオエタノールを生成する化学プラントシステムであり、前処理装置1、分解装置2、固液分離装置3及びバイオリアクター(発酵装置)4から構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of a biomass processing system A according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the biomass processing system A according to the present embodiment uses, as raw materials, woody biomass containing cellulose, hemicellulose, and lignin as main components, such as wood chips and waste building materials, which are types of biomass. A chemical plant system to be generated, which includes a
なお、木質系バイオマスに含まれるセルロースとは、周知のように化学式(C6H10O5)nで表される多糖類であり、炭素原子6個を含むグルコース(単糖類)のみが重合した高分子化合物である。また、ヘミセルロースとは、上記グルコースだけではなく、キシロースやガラクトースなどの単糖類が重合したセルロースを除く多糖類の高分子化合物である。また、リグニンとは、三次元木目構造を有し、上記セルロース及びヘミセルロースを取り囲むことで木質を形成する高分子化合物である。 As is well known, cellulose contained in woody biomass is a polysaccharide represented by the chemical formula (C 6 H 10 O 5 ) n , and only glucose (monosaccharide) containing 6 carbon atoms is polymerized. It is a polymer compound. The hemicellulose is a polysaccharide polymer compound excluding cellulose obtained by polymerizing not only glucose but also monosaccharides such as xylose and galactose. Lignin is a polymer compound that has a three-dimensional grain structure and forms wood by surrounding the cellulose and hemicellulose.
前処理装置1は、原料として供給される木質系バイオマスの前処理として木質系バイオマスに含まれるリグニンの除去処理を行う他、木質系バイオマスに含まれるセルロース繊維の切断または非結晶化、ヘミセルロースの分解など、後述する分解装置2におけるグルコースの生成反応(セルロースの糖化反応)を促進させるような前処理を行う。
The
例えば、上記の前処理装置1にて行われるリグニンの除去処理として、以下の2つのいずれかを採用することができる。
(1)アルカリ処理
木質系バイオマスにNaOHやアンモニアなどを用いてアルカリ処理を行うことで、木質系バイオマスに含まれるリグニンを可溶化及び分離する。
(2)漂白処理
木質系バイオマスに塩素、二酸化炭素あるいは次亜塩素酸ナトリウムなどを用いて漂白処理を行うことで、木質系バイオマスに含まれるリグニンを分解する。
For example, either of the following two can be adopted as the lignin removal process performed in the
(1) Alkali treatment The lignin contained in the woody biomass is solubilized and separated by subjecting the woody biomass to an alkali treatment using NaOH or ammonia.
(2) Bleaching The lignin contained in the woody biomass is decomposed by bleaching the woody biomass using chlorine, carbon dioxide or sodium hypochlorite.
前処理装置1は、以上のような前処理を行った後、その前処理後の木質系バイオマス(以下、前処理済バイオマスと称す)を分解装置2に供給する。なお、このように前処理装置1から分解装置2に供給される前処理済バイオマスには、前処理前の木質系バイオマスに含まれるセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの内、酸に溶けやすいセルロース及びヘミセルロースが主に含まれることになる。
The
分解装置2は、前処理装置1から供給される前処理済バイオマスと、固液分離装置3から供給される固体酸触媒とを混合し、その混合物を加水分解処理する。この加水分解処理によって前処理済バイオマスに含まれるセルロースの糖化反応が起こり、セルロースは六単糖の一種であるグルコースに分解される。ここで、固体酸触媒とは、硫酸に匹敵する触媒性能を有する固体酸であり、従来から様々な種類の固体酸触媒が開発されている。本出願人は、植物、砂糖などの安価な原料から、従来の固体酸触媒のセルロース糖化性能を上回る、カーボンをベースとした固体酸触媒の開発に成功しており、このようなカーボン系固体酸触媒を用いることにより、セルロースから高効率でグルコースを生成することができる。
The
なお、前処理済バイオマスと固体酸触媒とは両方とも固体であるため、セルロースの糖化反応を促進させるためには、前処理済バイオマスと固体酸触媒とを充分に攪拌・混合して両者を接触させる必要がある。よって、分解装置2としては、特願2008−28358で提示する撹拌装置、ニーダー、ブレンダー、流動床反応装置といった固体同士を混練させる装置を用いることが望ましい。また、加水分解処理を行うために、外部から熱及び水を供給する機構を分解装置2は備えている。
分解装置2は、上記のようにグルコースを含む加水分解処理物(グルコースは固体酸触媒の表面に付着している)を生成して固液分離装置3に供給する。
In addition, since both the pretreated biomass and the solid acid catalyst are solid, in order to promote the saccharification reaction of cellulose, the pretreated biomass and the solid acid catalyst are sufficiently stirred and mixed to contact each other. It is necessary to let Therefore, as the
As described above, the
固液分離装置3は、上記の分解装置2から供給される加水分解処理物を固液分離することでグルコースを含む糖溶液と固体酸触媒を含む固体物とに分離し、固体物を回収して上記の分解装置2に供給する(再利用する)一方、グルコースを含む糖溶液をバイオリアクター4に供給する。このような固液分離装置3としてはタンク・デカンタ装置を用いることができる。このタンク・デカンタ装置のタンクには水が貯められており、分解装置2によって生成される加水分解処理物はその水中に供給され、固体酸触媒の表面に付着しているグルコースが水に溶解する。固体物である固体酸触媒はタンク下部に堆積するため、バルブの開閉によりこれら固体物を分解装置2に供給する。
The solid-liquid separation device 3 separates the hydrolyzed product supplied from the
また、固液分離の手法としては、加水分解処理物に水を噴霧して洗浄し、グルコースが水に溶解して得られる糖溶液を回収してバイオリアクター4に供給する一方、残りの固体物はコンベアやフィーダーなどの搬送装置で分解装置2に供給する手法を採用しても良い。
Further, as a method of solid-liquid separation, water is sprayed and washed on the hydrolyzed product, and a sugar solution obtained by dissolving glucose in water is collected and supplied to the
バイオリアクター4は、上記の固液分離装置3から供給される糖溶液に、酵母等のエタノール発酵微生物と、窒素、リン等の栄養源とを添加し、適切な温度、pH等の条件下で微生物を培養して糖溶液をアルコール発酵させることでバイオエタノールを生成する。エタノール発酵微生物としては、サッカロミセス属酵母などの公知の各種微生物を用いることができる。
The
上述した本実施形態に係るバイオマス処理システムAでは、前処理装置1によって予め木質系バイオマスの前処理として木質系バイオマスに含まれるリグニンの除去処理を行うため、木質系バイオマスに含まれるセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの内、酸に溶けやすいセルロース及びヘミセルロースが後工程に送られる。そして、分解装置2によって、前処理後の木質系バイオマス(前処理済バイオマス)と固体酸触媒との混合物を加水分解処理してグルコースを含む加水分解処理物を生成し、さらに、固液分離装置3によって、加水分解処理物を固液分離してグルコースを含む糖溶液と固体酸触媒を含む固体物とに分離すると、その固体物は主に固体酸触媒によって占められることになる(バイオマス残渣(リグニン)はほとんどない)。
In the biomass processing system A according to the present embodiment described above, since the lignin contained in the woody biomass is removed by the
つまり、本実施形態によると、従来のような固液分離後の固体物を固体酸触媒とバイオマス残渣(リグニン)とに分離する工程を省略することができ、固液分離後に得られる固体物(固体酸触媒)をそのまま回収して加水分解処理に再利用することが可能となる。
また、仮に固液分離後の固体物中にバイオマス残渣(リグニン)がある程度残っていたとしても、その割合は小さいため、固液分離後の固体物を固体酸触媒とバイオマス残渣(リグニン)とに分離する工程を簡略化することができる。
このように、本実施形態によると、固体酸触媒を用いて木質系バイオマスからグルコースを生成する場合において、固液分離後の固体物から固体酸触媒を分離する工程を省略或いは簡略化でき、固体酸触媒の再利用を容易とすることが可能となる。
That is, according to this embodiment, the process of separating the solid after solid-liquid separation into a solid acid catalyst and biomass residue (lignin) as in the prior art can be omitted, and the solid obtained after solid-liquid separation ( The solid acid catalyst) can be recovered as it is and reused in the hydrolysis treatment.
Moreover, even if some biomass residue (lignin) remains in the solid material after solid-liquid separation, the ratio is small, so the solid material after solid-liquid separation is converted into a solid acid catalyst and biomass residue (lignin). The separation process can be simplified.
Thus, according to this embodiment, when producing glucose from woody biomass using a solid acid catalyst, the step of separating the solid acid catalyst from the solid after solid-liquid separation can be omitted or simplified, It becomes possible to facilitate the reuse of the acid catalyst.
(実施例)
上記の前処理装置1におけるリグニンの除去処理として、アルカリ処理、炭酸水処理を行った実験結果を図2に示す。図2(a)は、アルカリ処理(1%NaOHaq.)による木質含有成分の減少率を示している。図2(b)は、アルカリ処理(5%NaOHaq.)による木質含有成分の減少率を示している。図2(c)は、炭酸水処理による木質含有成分の減少率を示している。なお、図2において、各処理時間は20分である。
図2の実験結果から、アルカリ処理(5%NaOHaq.)(温度220°C、処理時間20分)の条件においてリグニンの除去ならびにセルロース成分の低分子化が最も効率良く行えることがわかった。
(Example)
FIG. 2 shows the experimental results of alkali treatment and carbonated water treatment as the lignin removal treatment in the
From the experimental results shown in FIG. 2, it was found that lignin removal and cellulose component molecular weight reduction can be most efficiently performed under the conditions of alkali treatment (5% NaOHaq.) (
続いて、上記の各方法により前処理を行った試料について、カーボン系固体酸触媒を用いて加水分解処理を行った実験結果を図3に示す。なお、図3において、加水分解処理の条件は、反応温度:373K、触媒量:3g、カラマツ:1g、水量:3.4ml、撹拌速度:370rpmである。
図3の実験結果から、前処理を行わない試料(図3中の「粉砕のみ」)と比較して、前処理を行った試料(特に図3中の「アルカリ処理(5%NaOHaq.)」)では、約1.7倍もの大幅な触媒活性の向上を確認することができた。
Then, the experimental result which performed the hydrolysis process using the carbon-type solid acid catalyst about the sample which performed pre-processing by said each method is shown in FIG. In FIG. 3, the conditions for the hydrolysis treatment are: reaction temperature: 373 K, catalyst amount: 3 g, larch: 1 g, water amount: 3.4 ml, stirring speed: 370 rpm.
From the experimental results shown in FIG. 3, compared to the sample not subjected to the pretreatment (“pulverization only” in FIG. 3), the sample subjected to the pretreatment (particularly “alkaline treatment (5% NaOHaq.)” In FIG. ), A significant improvement in catalytic activity by about 1.7 times was confirmed.
A…バイオマス処理システム、1…前処理装置、2…分解装置、3…固液分離装置、4…バイオリアクター(発酵装置) A ... Biomass processing system, 1 ... Pretreatment device, 2 ... Decomposition device, 3 ... Solid-liquid separation device, 4 ... Bioreactor (fermentation device)
Claims (6)
前記前処理後の木質系バイオマスと固体酸触媒との混合物を加水分解処理することでグルコースを含む加水分解処理物を生成する分解装置と、
前記加水分解処理物を固液分離することで前記グルコースを含む糖溶液と前記固体酸触媒を含む固体物とに分離し、前記固体物を回収して前記分解装置に供給する固液分離装置と、
を備えることを特徴とするバイオマス処理システム。 A pretreatment device for removing lignin contained in the woody biomass as a pretreatment of the woody biomass;
A decomposing apparatus that generates a hydrolyzed product containing glucose by hydrolyzing a mixture of the woody biomass after the pretreatment and the solid acid catalyst;
A solid-liquid separation device that separates the hydrolyzed product into a liquid solution containing glucose and a solid material containing the solid acid catalyst by solid-liquid separation, collects the solid material, and supplies the solid product to the decomposition device; ,
A biomass processing system comprising:
前記前処理後の木質系バイオマスと固体酸触媒との混合物を加水分解処理することでグルコースを含む加水分解処理物を生成し、
前記加水分解処理物を固液分離することで前記グルコースを含む糖溶液と前記固体酸触媒を含む固体物とに分離し、前記固体物を回収して前記加水分解処理に再利用する、
ことを特徴とするバイオマス処理方法。 As a pretreatment of the woody biomass, the lignin contained in the woody biomass is removed,
Producing a hydrolyzed product containing glucose by hydrolyzing the mixture of the woody biomass after the pretreatment and the solid acid catalyst,
The hydrolyzed product is separated into a solid solution containing the glucose solution and the solid product containing the solid acid catalyst by solid-liquid separation, and the solid product is recovered and reused for the hydrolysis treatment.
The biomass processing method characterized by the above-mentioned.
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012174961A1 (en) * | 2011-06-23 | 2012-12-27 | Chen Peihao | Method for pre-treating cellulosic plant material |
| JP2014034570A (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Equos Research Co Ltd | Saccharification method, and saccharification reaction device |
| JPWO2014097799A1 (en) * | 2012-12-18 | 2017-01-12 | 昭和電工株式会社 | Method for hydrolysis of plant biomass |
| JPWO2014097801A1 (en) * | 2012-12-18 | 2017-01-12 | 昭和電工株式会社 | Method for hydrolysis of plant biomass |
| US9822420B2 (en) | 2013-03-18 | 2017-11-21 | Industrial Technology Research Institute | Method of separating carbohydrate |
| WO2020075893A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | 주식회사 슈가엔 | Continuous pretreatment apparatus for biomass fractionation |
| US10920372B2 (en) | 2017-11-08 | 2021-02-16 | Earthrecycle Co., Ltd. | Method for separating cellulose |
-
2009
- 2009-11-10 JP JP2009257078A patent/JP2011101608A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012174961A1 (en) * | 2011-06-23 | 2012-12-27 | Chen Peihao | Method for pre-treating cellulosic plant material |
| JP2014034570A (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Equos Research Co Ltd | Saccharification method, and saccharification reaction device |
| JPWO2014097799A1 (en) * | 2012-12-18 | 2017-01-12 | 昭和電工株式会社 | Method for hydrolysis of plant biomass |
| JPWO2014097801A1 (en) * | 2012-12-18 | 2017-01-12 | 昭和電工株式会社 | Method for hydrolysis of plant biomass |
| US9822420B2 (en) | 2013-03-18 | 2017-11-21 | Industrial Technology Research Institute | Method of separating carbohydrate |
| US10920372B2 (en) | 2017-11-08 | 2021-02-16 | Earthrecycle Co., Ltd. | Method for separating cellulose |
| WO2020075893A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | 주식회사 슈가엔 | Continuous pretreatment apparatus for biomass fractionation |
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