加工生物质以用于燃料电池制造技术

加工生物质(例如，植物生物质、动物生物质以及城市废物生物质)以产生可在燃料电池(例如，直接葡萄糖燃料电池)中使用的碳水化合物溶液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】加工生物质(例如，植物生物质、动物生物质以及城市废物生物质)以产生可在燃料电池(例如，直接葡萄糖燃料电池)中使用的碳水化合物溶液。【专利说明】加工生物质以用于燃料电池 相关申请 本申请要求在2011年12月22日提交的美国临时申请序列号61/579, 568的优先 权，所述申请的完整公开内容以引用的方式并入本文。 背景 纤维素和木质纤维素材料（例如，生物质材料）在许多应用中大量地生产、加工和 使用。所述材料往往使用一次，然后就作为废物丢弃，或者直接就被视为废弃材料，例如污 物、甘蔗渣、锯末以及秸杆。 典型的生物质材料含有纤维素、半纤维素以及木质素外加较少量的蛋白质、可提 取物以及矿物质。可使用纤维素分解酶通过糖化将纤维素和半纤维素部分中含有的复合碳 水化合物加工为可发酵的糖，并且随后可使用所述糖作为最终产物或中间体，或者通过进 一步生物加工（例如，发酵）将其转化为多种产物，如醇或有机酸。所获得的产物取决于所 利用的微生物以及生物加工所发生的条件。 概述 本专利技术涉及加工（例如，糖化）含碳水化合物的材料（例如，生物质材料或生物质 衍生的材料）以产生可用于燃料电池（如直接糖燃料电池、间接糖燃料电池以及生物燃料 电池）的糖（例如，葡萄糖）溶液的方法。本专利技术还涉及将含碳水化合物的材料衍生的糖 溶液用于燃料电池。 在一些实施方式中，通过对木质纤维素或纤维素材料进行糖化，例如通过使所述 材料与酶（例如，纤维素酶）接触来产生糖溶液。在其它实施方式中，在糖化之前，使木质 纤维素或纤维素材料的不顺应性相对于处于其天然状态下的材料的不顺应性已有所减小。 在一些情况下，减小原料的不顺应性包括用处理对原料进行处理。所述处理可包括例如电 离辐射（例如电子束辐射）、超声处理、热解、氧化、蒸汽爆炸、化学处理、各种机械处理以及 任何这些处理的组合。物理处理可包括本文所公开的任何一种或多种处理，其单独应用或 以任何所需组合应用并且应用一次或多次。当用电离辐射（例如，电子束辐射）进行处理 时，剂量可为至少10毫拉德并且小于约200毫拉德（例如，50毫拉德至150毫拉德）。 在一些实施方式中，所述方法可包括在燃料电池中使用添加剂。例如，添加剂可为 以任何组合和顺序添加的酸、碱、缓冲液（例如，磷酸盐缓冲液）、矿物质、胶体、乳液、乳化 齐U、微粒、纳米粒子、阳离子、阴离子、金属离子（例如，？6 2+463+^112+、(：112+、1(+、似 +)、维生素、 酶、蛋白胨、提取物、表面活性剂、营养物、气体（例如，氢气、氮气、氦气、氩气、一氧化碳、二 氧化碳）、化学物质、氮源（例如，氨、尿素）、颜料、芳香剂、阴离子聚合物、阳离子聚合物、 非离子聚合物、低聚物、脂质、脂肪、表面活性剂、分散剂、消泡剂、抑菌剂、抗微生物剂、微生 物、粘度调节剂、氧化剂（例如，过氧化物、氯酸盐）、还原剂、阻垢剂、腐蚀抑制剂、防污垢 齐LI、沉淀剂、促凝剂。 典型的生物质资源含有纤维素、半纤维素以及木质素外加较少量的蛋白质、可提 取物以及矿物质。在一些实施方式中，纤维素或木质纤维素材料包括纸、纸制品、废纸、纸 浆、有色纸、装料纸、涂布纸、填充纸、杂志、印刷品、打印纸、多涂层纸、卡片材料、卡纸板、纸 板、下水、棉花、木材、刨花板、林业废弃物、锯末、杨木、木屑、草、柳枝稷、芒草、绳草、草芦、 谷物残渔、稻壳、燕麦壳、小麦壳、大麦壳、农业废弃物、青c饲料、油菜結、小麦結、大麦結、 燕麦秸、稻秸、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、玉米穗轴、玉米秸杆、大豆秸杆、玉米纤 维、苜蓿、干草、椰子毛、糖加工残渣、甘蔗渣、甜菜浆、龙舌兰渣、海藻、海草、粪肥、污物、秘 鲁胡萝卜、荞麦、香蕉、大麦、木薯、葛藤、圆齿酢酱草（oca)、西米、高粱、马铃薯、甘薯、芋头、 山药、豆类、蚕豆、扁豆、碗豆，以及任何这些的混合物。 可对纤维素或木质纤维素材料进行机械处理，以减小纤维素或木质纤维素材料的 堆积密度和/或增大其表面积。在一些实施方式中，所述方法包括在减小其不顺应性之前 和/或之后对原料进行机械处理。机械处理包括例如切割、碾磨（例如，锤磨）、冲压、研磨、 剪切以及斩切。例如，粉碎生物质材料可为应用于生物质材料的有效处理。机械处理可减 小原料的堆积密度和/或增大原料的表面积。在一些实施方案中，在机械处理之后，材料具 有小于 0· 75g/cm3,例如小于约 0· 7、0· 65、0· 60、0· 50、0· 35、0· 25、0· 20、0· 15、0· 10、0· 05 或 更小，例如小于〇.〇25g/cm3的堆积密度。使用ASTM D1895B确定堆积密度。 在一个方面，本专利技术的特征在于在燃料电池，例如直接糖燃料电池、间接糖燃料电 池和/或生物燃料电池中使用如上所述的源自纤维素或木质纤维素材料的糖溶液。任选 地，燃料可为源自纤维素或木质纤维素材料的糖化的糖或醇。 本专利技术的其它特征和优点将由以下详述和权利要求书而显而易见。 附图简述 图1为示出纤维素酶促水解成葡萄糖的图表。 图2为示出生物质原料的转化以用于在燃料电池中使用的流程图。 图3为示出在燃料电池中使用糖化的原料的各种方法的图表。 图4为直接葡萄糖燃料电池的实例的示意图。 图5为间接糖燃料电池的实例的示意图。 图6为生物燃料电池的半电池的示意图。 详述 参考图1，在糖化期间，通过内切葡聚糖酶在随机位置处初始水解纤维素或木质纤 维素底物以产生低聚中间体。这些中间体随后为外切葡聚糖酶如纤维二糖水解酶的底物， 以从纤维素聚合物的末端产生纤维二糖。纤维二糖是水溶性的1，4-连接的葡萄糖二聚体。 最后，纤维二糖酶裂解纤维二糖以得到葡萄糖。源自糖化的葡萄糖或其它糖可用于燃料电 池，如本文将详细描述的。 参考图2,用于制造并入到燃料电池系统中的糖溶液的方法可包括例如任选对纤 维素和/或木质纤维素原料进行机械处理（步骤110)。在此处理之前和/或之后，可任选 用另一种物理处理（例如，照射）处理原料，以减小或进一步减小其不顺应性（步骤112)。 通过经由例如添加一种或多种酶（步骤111)糖化原料（步骤114)来形成糖溶液。任选地， 所述方法还可包括例如通过管道、轨道车、卡车或驳船将糖溶液（或如果在途中进行糖化 的话，为原料、酶和水）运输到制造工厂中（步骤116)。例如，本文可使用如在2009年1月 21日提交的美国专利8, 318, 453中所描述的运输和加工生物质的方法；所述专利的完整公 开内容以引用的方式并入本文。如果需要，可在所述方法的各个阶段进行测量木质素含量 (步骤118)以及基于此测量设定或调节工艺参数（步骤120)的步骤，例如，如在2011年2 月11日提交的美国申请号12/704,519中所描述，所述申请的完整公开内容以引用的方式 并入本文。随后将糖溶液并入到燃料电池或燃料电池系统（122)中。任选地，可对所述方 法中产生的产物进行进一步加工和/或改性，例如，如果来自所述方法的糖被发酵为产物， 则可以例如通过蒸馏（124)纯化所述产物。在这些方法中产生的产物也可用于燃料电池系 统。 图3为示出在燃料电池中使用糖化的原料的方法的图表。来自糖化的原料的糖 溶液可用于直接糖燃料电池、间接糖燃料电池或生物燃料电池。葡萄糖和木本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，所述方法包括：在燃料电池中利用包含糖化的纤维素或木质纤维素材料的糖溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·梅多夫，T·C·马斯特曼，
申请(专利权)人：希乐克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US