organosolv fractionation of lignocellulosic biomass

DUURZAMET ECHNOL OGI E

ORGANOSOL VFRACTI ONATI ON OF L I GNOCEL L UL OSI CBI OMASS FORAN I NTEGRATED BI OREFI NERY

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heeconomi csofl i gnocel l ul os i cbi or ef i ner i eswoul ds ubs t ant i al l yi mpr ovewi t h val ueaddedappl i cat i onsf orl i gni n.Or ganos ol vf r act i onat i onpr oces s esf or l i gnocel l ul os i cbi omas scanbeawayt owar dst hi send.T woor ganos ol v f r act i onat i onpr oces s eswer ecompar edaspar toft heEUFP7BI OCOREpr oj ect :t he CI MVacet i caci d/f or mi caci dpr oces sandt heet hanolor ganos ol vpr oces s .I twas f oundt hatbot hpr oces s eshaveacl earpot ent i alwi t hi nt hef i el dofbi or ef i ni ng.The CI MVpr oces ss eemsmor es ui t abl et opr oduces ugar sf r om t hehemi cel l ul os e f r act i on,wher east heet hanolor ganos ol vpr oces syi el dsl i gni nwi t hahi gherpur i t y . P . J .deWi l d,W. J . J .Hui j gen,R.vanderL i nden,H.denUi l ,Ener gyRes ear chCent r e oft heNet her l ands( ECN,Bi omas s&Ener gyEf f i ci ency J .Snel der s ,KUL euven,L abar at or yofFoodChemi s t r yandBi ochemi s t r y B.Benj el l ounMl ayah,Compagni eI ndus t r i el l edel aMat i èr eVégét al e( CI MV)

I NT RODUCT I ON BI ORE F I NE RY Gl obal l y ,al i mi t edn u mberofbi or ef i n er i est h at u s el i gn oc el l u l os i cbi omas sasf eeds t oc kar e c u r r en t l yi noper at i onoru n derc on s t r u c t i on ( T abl e1) .Mos tl i gn oc el l u l os i cbi or ef i n er i es pr i mar i l yai m atu t i l i z at i onofs u s t ai n abl e c ar boh y dr at esf r om ( h emi ) c el l u l os e.Howev er , t h er ec u r r en t l yex i s tf ew c ommer c i alappl i c at i on sf orl i gn i not h ert h anc ombu s t i on .Val u eaddedappl i c at i on sf orl i gn i nwou l ds u bs t an t i al l yi mpr ov et h eec on omi c sofal i gn oc el l u l os i c bi or ef i n er y .Ar ec en tar t i c l ei nt h i sj ou r n algav e agen er ali n t r odu c t i ononl i gn i n[ 3] .I nan ear l i erpaperonor gan os ol vi nNP TP r oc es t ec h n ol ogi e,t h eappl i c at i on sofl i gn i nwer e di s c u s s edan di twass t at edt h ats u l ph u r f r ee l i gn i n sar epr ef er r ed,i npar t i c u l aror gan os ol v l i gn i n s[ 4] .Bec au s eofi t sr el at i v el yh i gh er h omogen ei t y ,pu r i t y ,an dr eac t i v i t y ,or gan os ol vl i gn i n sar epr omi s i n gan dpr obabl y' f i r s t c h oi c e'c an di dat esf ordi r ec tappl i c at i on sas wel lasf orf u r t h erpr oc es s i n g[ 1] .

ORGANOSOL VF RACT I ONAT I ON Or gan os ol vi sbas edont h et r eat men tof bi omas swi t han( aqu eou s )or gan i cs ol v en tat el ev at edt emper at u r es[ 58] .Common l yu s ed s ol v en t sar eet h an ol ,met h an ol ,ac et on ean d or gan i cac i dsl i k eac et i cac i dan df or mi cac i d orc ombi n at i on st h er eof .Or gan os ol v pr oc es s esdel i gn i f yl i gn oc el l u l os e,wi t ht h e or gan i cs ol v en tf u n c t i on i n gasl i gn i nex t r ac t an t ,wh i l et h eh emi c el l u l os ei sdepol y mer i z ed t h r ou ghac i dc at al y s edh y dr ol y s i s .I ngen er al , or gan os ol vpr oc es s esai mt of r ac t i on at et h e l i gn oc el l u l os i cbi omas sasmu c haspos s i bl e i n t oi t si n di v i du almaj orf r ac t i on si nc on t r as tt o ot h erpr et r eat men tt ec h n ol ogi ess u c hass t eam ex pl os i onan ddi l u t eac i dh y dr ol y s i s .T h es e t ec h n ol ogi esmer el ymak et h ec el l u l os ef r ac-

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t i ons u i t abl ef orf u r t h erpr oc es s i n gwi t h ou t r ec ov er yofapu r i f i edl i gn i nf r ac t i on .

ofc el l u l os ef orpaperors ec on dgen er at i on bi oet h an ol .T h el at t erar eac ompl exmi x t u r eof u n c on v er t edc ar boh y dr at es ,l i gn i n ,mi n er al s Or gan os ol vl i gn i nh asah i ghpu r i t y( l i mi t ed an dpr oc es sc h emi c al sormi c r obi alr es i du es . amou n t sofr es i du alc ar boh y dr at esan dmi n e- Har dl yan yappl i c at i on sf ors u c hc ompl exby r al s )du et oi t si s ol at i onpr oc es s .Con s equ en t l y , pr odu c t sh av ebeeni den t i f i edot h ert h an i t sappl i c at i ons pec t r u mi sbr oaderc ompar ed c ombu s t i onf orc ombi n edh eatan dpower t ot h emor ei mpu r el i gn i n c on t ai n i n gr es i du es ( CHP ) .Or gan os ol vl i gn i n sal s oh av ear el at i der i v edf r om c on v en t i on alpr et r eat men t swh i c h v el yl ow mol ec u l arwei gh twi t han ar r ow di s t r i ar et ar get edpr i mar i l yt owar dst h epr odu c t i on bu t i onan dav er yl ow s u l ph u rc on t en t .

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Ref er enc es DUURZAMET ECHNOL OGI E

1P . J .deW i l d,W . J . J .Hu i j gen&R . J . AGos s el i n k( 2014)L i gn i npy r ol y s i s f orpr of i t abl el i gn oc el l u l os i cbi or ef i n er i es ,Bi of u el s ,Bi opr odu c t s& Bi or ef i n i n g( bi oF P R ) ,8( 5) ,645657 2D.Bac ov s k y ,N.Ni k ol au s ,M.Ogn i s s an t o,M.Wör get t er( 2013) St at u sofAdv an c edBi of u el sDemon s t r at i onF ac i l i t i esi n2012,A R EP OR TT OI EABI OENER GYT ASK39.T 39P 1b 3F .VanHes s en( 2013)L i gn i n e‘ Ver get en ’gr on ds t ofofs pr i n gpl an k n aarbi oar omat en ? ,NP TP r oc es t ec h n ol ogi e20134,1617 4J . H.R ei t h ,H.denUi l ,R .v anderL i n den ,W . J . J .Hu i j gen&J .Wi l ds c h u t( 2011)As t ept owar dst h edev el opmen tofabi or ef i n er y ,NP T P r oc es t ec h n ol ogi e,20111,2628 5X . B.Zh ao,K. K.Ch en g,D. H.L i u ( 2009)Or gan os ol vpr et r eat men tof l i gn oc el l u l os i cbi omas sf oren z y mat i ch y dr ol y s i s .Appl .Mi c r obi ol . Bi ot ec h n ol .82( 5) ,815

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6B.Ben j el l ou n Ml ay ah ,M.Del mas ( 2011)P r oc es sf ort h es epar at i onof

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l i gn i n san ds u gar sf r om anex t r ac t i onl i qu or .P at en t W O2011/154293 7J .Sn el der s ,E.Dor n ez ,B.Ben j el l ou n Ml ay ah ,W. J . J .Hu i j gen ,P . J .de Wi l d,R . J . A.Gos s el i n k ,J .Ger r i t s ma&C. M.Cou r t i n( 2014)Bi or ef i n i n gofwh eats t r aw u s i n ganac et i can df or mi cac i dbas edor gan os ol vf r ac t i on at i onpr oc es s ,Bi or es ou r c eT ec h n ol ogy156,275282 8J .W i l ds c h u t ,A. T .Smi t ,J . H.R ei t h&W . J . J .Hu i j gen( 2013)E t h an ol bas edor gan os ol vf r ac t i on at i onofwh eats t r aw f ort h epr odu c t i onof l i gn i nan den z y mat i c al l ydi ges t i bl ec el l u l os e,Bi or es ou r c eT ec h n ol ogy

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10M.O’ Don oh u e( 2014) ,BI OCOR EF i n alP u bl i s h abl eSu mmar y R epor t .F P 7241566.Down l oadabl ef r om www. bi ocor eeur ope. or g Wi l dan dC.( 2014)Compar i s onCI MVan dECN or gan os ol v pr oc es s e s ,P os t erpr es en t at i onatCon f er en c eT omor r ow' sbi or ef i n er i es i nEu r ope,F ebr u ar y1112,2014,Br u s s el s ,Bel gi u m

man c epr odu c tpor t f ol i os .I ns u mmar y ,t h e BI OCOR Epr oj ec taddr es s edt h eef f i c i en t pr odu c t i onan du t i l i s at i onoff r ac t i on s pr odu c edf r om l i gn oc el l u l os i cbi omas sbyt h e CI MVac et i cac i d/f or mi cac i dpr oc es s[ 6, 7] . F orc ompar i s onpu r pos es ,t h eECN et h an ol /wat eror gan os ol vt ec h n ol ogy[ 8]was u s edasaben c h mar k .Mu l t i pr odu c tman u f act u r i n gv al u ec h ai n swer edev el opedi n BI OCOR Ean ds u s t ai n abi l i t yan dben ef i t sf or t h ewh ol eofs oc i et ywer edemon s t r at ed.

COMP ARI SON CI MVANDE CN

T h eCI MVac et i cac i d/f or mi cac i dan dt h e ECN et h an ol /wat eror gan os ol vpr oc es s es wer es t u di edi nt h eBI OCOR Epr oj ec tast wo APPL I CAT I ONSF ORORGANOSOL V epr es en t at i v eex ampl esofor gan os ol vf r ac t i os f u l l ydemon s t r at edt h eappl i c at i onofl i gn i nas r L I GNI N;T HEBI OCOREPROJ E CT n at i on .Fi al i qu i dc opol y olf orr i gi dP Uf oams[ 10] .I n g1pr es en t sas c h emat i cov er v i ew of bot hc as esP U’ sc on t ai n i n gu pt o30wt %of bot hpr oc es s esasex ec u t edonpi l ot /l abOr gan os ol vl i gn i n sc anbeu s edasa l i gn i nc ou l dbepr epar ed.I ngen er al ,P U' sar e s c al e.Bot hor gan os ol vpr oc es s eswer e f u n c t i on alh i gh qu al i t yaddi t i v ei ni n k s , gt h emos tv er s at i l epl as t i cmat er i al s t h or ou gh l yc ompar edbas edonex per i men t al v ar n i s h esan dpai n t s .Ot h erex ampl esar et h e amon k n ownan df or mt h ebas i sofman yc on s u mer an dAs penP l u smodel l i n gr es u l t s[ u s ei nbl en dswi t hpol y et h y l en eox i de,as 10] .Tabl e2 odu c t s ,i n s u l at i n gpan el s ,s h oes( s ol es ) , r adi c als c av en ger( an t i ox i dan t )an dasmat r i x pr pr es en t saqu al i t at i v ec ompar i s onoft h et wo t r es s es ,t oy s ,k i t c h ens pon ges. . .Depenmat er i ali nbi obas edc ompos i t es .Or gan os ol v mat or gan os ol vpr oc es s es .I ti sc l eart h att h e di n gont h en at u r eoft h ec ompon en t su s ed, l i gn i ni sal s oac an di dat ef orh i gh v al u e ov er al lper f or man c eofbot hor gan os ol vf r ac t i t h eP Uc ant ak et h ef or m ofr i gi dorf l ex i bl e appl i c at i on ss u c hasc ar bonf i br esan d on at i onpr oc es s esi sr ou gh l ys i mi l ardes pi t e f oam,ort h atofel as t omer t y pepl as t i c . ar omat i c( s pec i al t y )c h emi c al s .F ort h el at t er t h edi f f er en c ess u c hast h ei n c or por at i onof appl i c at i ont h el i gn i ns h ou l di ngen er albe pu l ppu r i f i c at i oni nt h eCI MVpr oc es swh i c h depol y mer i z edbyappr opr i at et ec h n ol ogy Al s oi nBI OCOR E,CHI MAR( Gr eec e)h as wasn oti n c l u dedi nt h eECN pr oc es s .Al s oi n s u c hasc h emoc at al y t i cdepol y mer i z at i on , s h ownt h ator gan os ol vl i gn i nc anbeu s edt o t h ec u r r en toper at i ont h eCI MVpr oc es si s par t i alox i dat i onorpy r ol y s i s .F i n al l y ,t h eh i gh - di r ec t l ys u bs t i t u t eu pt o50wt %ofph en oli n c on t i n u ou s ,wh i l et h eECN pr oc es si sbat c h qu al i t yor gan os ol vl i gn i ni sapr ef er abl e t h epr epar at i onofP Fr es i n sf ort h eman u f acwi s eatben c h s c al e. c an di dat ef orph en ol i cr es i n san dpol y t u r eofpl y woodpan el s[ 10] .I ngen er al ,r es i n s u r et h an e( P U)f oams .I nt h eEu r opean7t h Wh i l et h eCI MVor gan i cac i dpr oc es si smor e madef r om ph en olan df or mal deh y de( P F f r amewor kpr oj ec t' BI OCOR E'( Bi oc omodi t y s u i t abl et opr odu c es u gar sf r om t h eh emi c el l u r es i n s )ar et h emaj oradh es i v esu s edt obi n d r ef i n er y ,20102014[ l os ef r ac t i onan dy i el dsamor epu r ec el l u l os e wood,c r eat i n gpr odu c t ss u c hasmou l ded 9] )l i gn i nwasc on s i pr odu c t s ,l u mber ,t i mberpr odu c t san dpan el s pu der edasapot en t i als ou r c eofh i gh erl ev el l p( du et oaddi t i on aldel i gn i f i c at i ons t ep u c haspl y wood,par t i c l eboar d,medi u m r ev en u es( c ompar edt oc el l u l os e) .Or gan os ol v s u s i n gH2O2) ,t h eet h an olor gan os ol vpr oc es s den s i t yf i ber boar dset c . ,wh i c hi ns omec as es y l i gn i nwass u c c es s f u l l yappl i edbyBI OCOR E i el dsl i gn i nwi t hah i gh erpu r i t y .Bot h wi l lbes pec i f i c al l ydes i gn edt or es i s tou t door pr par t n erSYNP O( Cz ec hR epu bl i c )asas ol i d oc es s e sc l ear l ys h ow agoodpot en t i alf or u s ec on di t i on s .T h es et h r eeBI OCOR E c opol y olf ort h es ol v en t f r eepr odu c t i onof u s ei nl i gn oc el l u l os i cbi or ef i n er i es .� ampl ess h ow t h atpr odu c t st h atv al or i z e c as t oroi l bas edpol y u r et h an e( P U)el as t omer s ex l i gn i nar ev al u abl ef eat u r esofh i gh erper f or [ 10] .BI OCOR Epar t n erI W C( L at v i a)s u c c es dewi l d@ecn. nl

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