Способ обработки биомассы и органических отходов с целью образования желаемых биологических продуктов

012161 Введение В течение нескольких последних десятилетий все большее внимание уделяется возобновляемым источникам энергии. Сложная химическая структура биомассы и других органических материалов, главным образом, связи между лигнином, целлюлозой и гемицеллюлозой, ограничивают возможность использования сахаров, присутствующих в целлюлозе и гемицеллюлозе, соответственно. Все типы материалов, состоящие из лигноцеллюлозной биомассы или органических отходов, содержащих значительные количества лигнина, предпочтительно в количествах более 5% (мас./мас.), такие, например, как солома, древесина, волокна, кормовые добавки, бумажная масса, шламовые и бытовые отходы могут успешно обрабатываться способом согласно изобретению, согласно которому углеводные фракции (например, целлюлоза и гемицеллюлоза) становятся доступными для последующего гидролиза и ферментации. Область техники Изобретение относится к области техники, которая включает обработку лигноцеллюлозных органических отходов или биомассы, в результате которой сахара и аналогичные вещества, содержащиеся в обработанном субстрате, становятся более доступными для гидролиза, например, в результате добавления ферментов или непосредственной ферментации с образованием того или иного желаемого продукта. Главным образом, изобретение относится к способу, включающему комбинацию следующих технологических стадий: 1) термического гидролиза; 2) окисления в парах воды (влажного окисления) и 3) влажного взрыва (мгновенное взрывное испарение, в результате мгновенного понижения давления). Такая комбинация технологических стадий характеризуется низким значением энергопотребления. Сущность изобретения Предварительная обработка перед проведением процесса влажного окисления Обрабатываемый материал в случае необходимости измельчают на части размером менее 50 см,предпочтительно 0,5-25 см. Предварительную обработку и нагревание материала проводят при добавлении рециркулирующей технической воды в присутствии рециркулирующего пара и свежего пара. В зависимости от состава материала и желаемого конечного продукта значение рН и солевой баланс могут регулироваться с помощью кислот или оснований и/или других химических веществ. Кроме того, для повышения конечного выхода этанола лигноцеллюлозный материал, иногда, подвергают кислотной обработке, как это описано ниже, например, в примере 4. Предварительную обработку обычно проводят в течение 0,1-48 ч при комнатной температуре. Однако длительность предварительной обработки может быть уменьшена в результате повышения температуры. В таких случаях предпочтительная температура составляет 50-110 С. Содержание сухого вещества в лигноцеллюлозном материале может составлять 10-50% в зависимости от содержания соли, однако предпочтительное содержание составляет 15-50%, более предпочтительно 20-50%, например 25-50%, еще более предпочтительно 30-50%, например 35-50%, и наиболее предпочтительно 40-50%, например 45-50%. Тепловой гидролиз Материал, необязательно подвергнутый предварительной обработке, помещают в реактор, в котором его перемешивают и нагревают острым или наружным паром до 140-200 С, предпочтительно 150190 С, более предпочтительно 160-180 С и наиболее предпочтительно 170 С при давлении насыщенного пара. При достижении желаемой температуры и давления материал выдерживают в этих условиях в течение 5-30 мин, предпочтительно 10-25 мин, более предпочтительно 10-20 мин и наиболее предпочтительно 15-20 мин. Влажное окисление После завершения теплового (термического) гидролиза в лигноцеллюлозный материал добавляют соответствующий окислитель, предпочтительно кислород, пероксид водорода или воздух, в количестве,зависящем от содержания лигнина и обычно составляющем 2-20% от значения COD (химическая потребность в кислороде, далее в тексте - COD) для данного материала, предпочтительно 3-19%, более предпочтительно 5-17%, например 7-16%, более предпочтительно 8-15%, например 9-14%, более предпочтительно 10-13%, причем указанные значения определяются величиной давления в реакторе. В ходе процесса влажного окисления давление и температура повышаются до 15-35 бар, предпочтительно 20-35 бар, более предпочтительно 25-35 бар и наиболее предпочтительно 30-35 бар и 170210 С, предпочтительно 180-200 С, более предпочтительно 190-200 С, соответственно. После достижения желаемых значений давления и температуры в результате введения окислителя, материал выдерживают в полученных условиях в течение 1-30 мин, предпочтительно 5-25 мин, более предпочтительно 1020 мин и наиболее предпочтительно 15-20 мин. После завершения реакции влажного окисления давление лигноцеллюлозного материала может быть необязательно уменьшено на 5-10 бар с целью обеспечения заявленного интервала давлений, при которых происходит моментальная декомпрессия (т.е. влажный взрыв), например 5-35 бар. Влажный взрыв Окисленный материал переносят в расширительный бак, в котором давление снижается от 5-35 бар,предпочтительно 15-35 бар до примерно 1 бара, т.е. до атмосферного давления. В ходе такого влажного-1 012161 взрыва происходит дезинтеграция большинства клеточных структур. Отработанный пар со стадии влажного взрыва улавливают и используют на стадии предварительной обработки материала. Непосредственно после влажного взрыва предпочтительная температура окисленного материала составляет 95-110 С,что обеспечивает его стерильность. Дополнительная переработка После охлаждения до желаемой температуры, зависящей от природы конечного продукта, обработанный материал может быть дополнительно переработан в этанол, водород, молочную кислоту, метан,сукцинат, органические кислоты и другие целевые продукты. Описание фигур Фиг. 1 показывает зависимость между давлением и температурой при обработке соломы. Фиг. 2 показывает значения COD при окислении соломы. Фиг. 3 показывает зависимость общего выхода углеводов (%) в результате обработки соломы согласно изобретению от различных температур. Фиг. 4 показывает выход глюкозы при обработке соломы согласно изобретению. Фиг. 5 показывает выход ксилозы в результате обработки соломы согласно изобретению. Предшествующий уровень техники В литературе описаны различные виды обработки материала, обеспечивающие большую доступность сахаров и аналогичных веществ, содержащихся в обработанном субстрате. Наиболее известные виды таких обработок включают: а) гидролиз в присутствии сильных и слабых кислот, b) влажный взрыв(паровой взрыв - STEX), с) влажное окисление (WO), d) взрыв основных волокон (взрыв волокон в присутствии аммиака - AFEX), е) тепловой гидролиз (в присутствии горячей воды - LHW) и е) тепловой гидролиз с добавлением основания и окислителя. Гидролиз в присутствии сильных и слабых кислот Описанные виды гидролиза в присутствии сильных и слабых кислот характеризуются тем, что гемицеллюлоза подвергается гидролизу и одновременно растворяется, повышая доступность целлюлозы для кислотного и ферментативного гидролиза. В результате использования рассматриваемых методов,после разделения нерастворимых и растворимых фракций появляется возможность дополнительной переработки таких фракций, например, посредством ферментации. Гидролиз в присутствии сильных кислот среди ряда авторов был описан Lightner (US 6258175),причем в данном случае также предполагается возможность повторного использования применяемой кислоты после осаждения с этанолом. Основной целью рассматриваемого способа является растворение целлюлозы и гемицеллюлозы с целью последующего использования, например, в производстве этанола посредством ферментации. В патентах US 6022419, 5705369, 5503996, 5424417, 5125977 и FR 2580669 описывается гидролиз в присутствии слабой кислоты (одно- или многостадийный способ), который применяется для отделения целлюлозы и гемицеллюлозы от других компонентов биомассы. В ходе кислотного гидролиза происходит растворение гемицеллюлозы, и кроме того, растворяется небольшая часть лигнина. Описанные способы предусматривают разделение гемицеллюлозы (в растворенной форме) и целлюлозы (в виде твердой фракции). Существует ряд проблем, связанных с кислотным гидролизом биомассы. Во-первых, необходимо измельчать материал на очень мелкие частицы (размер которых составляет 1 мм), что требует больших энергозатрат. Кроме того, необходимо нейтрализовать обработанный материал, и эту операцию обычно проводят добавлением CaCO3 (известняка). Это означает, что потребление химических веществ происходит одновременно с накоплением значительного количества гидратированного сульфата кальция, образующегося в ходе нейтрализации. Кроме того, обработанный материал со стадии кислотного гидролиза оказывает ингибирующее действие на энзимный гидролиз и микробное брожение, по сравнению с действием материала, образующегося в ходе других обработок (см. ниже). Наконец, насосы, реакторы и другое оборудование подвергаются коррозии в результате процессов, катализируемых кислотами. Влажный взрыв Влажный взрыв (STEX) был описан еще в 1928 году, когда Mason разработал процесс производства твердого картона (US 1824221 и US 2759856). Процесс STEX включает тепловой (термический) гидролиз при высоком давлении, в результате которого падение давления сопровождается так называемым эффектом мгновенного испарения, при этом происходит взрыв каждого волокна за счет большого перепада давления; откуда и происходит термин влажный взрыв (или паровой взрыв). Рассматриваемый способ обработки позже был дополнительно разработан для производства, например, этанола (Morjanoff andGray 1987) и бумаги (WO 98/27269). Заявка на патент Великобритании 2145090 относится к трехстадийному процессу гидролиза, предназначенному для обработки лигноцеллюлозных органических материалов под воздействием высоких температур и давлений, с помощью которого фракции пентозы, гексозы и лигнина разделяются на трех различных стадиях. Кроме того, рассматриваемый способ предусматривает охлаждение мгновенным испарением с целью предотвращения диссоциации образующихся сахаров. Однако такие технологические стадии требуют высокой степени механического разделения труда и не предусматривают введения окислителей, использование которых, как было показано, является благоприятным для способов согласно изобретению.-2 012161 В результате осуществления процесса STEX происходит неполное растворение гемицеллюлозы(80%), и целлюлоза становится доступной для последующего гидролиза. Эффект STEX напоминает эффект кислотного гидролиза, однако процесс STEX значительно меньше изнашивает технологическое оборудование и характеризуется меньшей потребностью в использовании химических веществ и меньшим накоплением отходов. Однако процесс STEX сопровождается значительным образованием веществ,ингибирующих возможный последующий процесс ферментации (Palmqwist and Hahn-Hagerdal 2000) особенно в том случае, когда материал предварительно переводят в жидкое состояние под действием кислоты (SO2 или H2SO4 (Martin et al. 2002. Кроме того, в процессе STEX не происходит заметного разложения лигнина, вследствие чего последний способен оказывать влияние на возможный ферментативный гидролиз. Влажное окисление Способ влажного окисления (WO) был разработан для окисления фракций органических отходов(US 2690245) и позже был модифицирован с целью получения раствора гемицеллюлозы из лигноцеллюлозной биомассы и органических отходов (WO 00/14120). Влажное окисление включает тепловой гидролиз с добавлением избыточного количества кислорода, а также основного катализатора, в результате чего гемицеллюлоза частично растворяется, а часть имеющегося лигнина окисляется. В результате повышается доступность целлюлозы. В сравнении со STEX и кислотным гидролизом, в способе WO реализуется лишь парциальное растворение гемицеллюлозы (Bjerre et al., 1996). Обычно способ согласно указанной WO не требует проведения дополнительных стадий удаления ингибирующих веществ. Kinke et al.(2002) указывают, что концентрация таких ингибирующих веществ значительно меньше в процессе влажного окисления, по сравнению с процессом STEX и кислотным гидролизом. В WO 00/14120 описывается способ растворения гемицеллюлозы в материалах, содержащих лигноцеллюлозу (главные источники бобовых растений). Рассматриваемый способ включает нагревание биомассы в водной среде в присутствии окислителя, в данном случае - кислорода. Однако в отличие от способа изобретения, рассматриваемый способ не включает процесс мгновенного испарения. Ранее было показано, что процесс влажного окисления эффективен при концентрациях биомассы выше 100 г сухого веществ/л или при использовании материала с размером частиц более 10 мм. Оба этих ограничения ухудшают экономические показатели при крупномасштабном производстве. Оба описанных процесса не позволяют многократно использовать пар, что также оказывает отрицательное влияние на экономику процесса. Взрыв основных волокон Взрыв основных волокон (AFEX) представляет собой процесс, объединяющий паровой взрыв и добавление основного катализатора для обработки различных видов биомассы с целью улучшения качества кормового продукта или для последующей ферментации с образованием, например, этанола (US 5171592). В патенте US 5865898 описывается способ обработки биомасс, содержащих лигноцеллюлозу,включающий добавление оксида кальция или гидроксида кальция и окисляющего агента с последующим нагреванием до относительно высокой температуры (однако всегда ниже 100 С с целью предотвращения разложения биомассы, содержащей лигноцеллюлозу). В традиционном процессе AFEX биомассу сжижают в водном растворе аммиака при умеренных температурах (50 С), после чего происходит мгновенное уменьшение давления (взрыв). С помощью рассматриваемого процесса осуществляется модификация лигнина и целлюлозы, что увеличивает реакционную способность (доступность) целлюлозы при одновременном выделении гемицеллюлозы. В таком процессе образуется значительно меньшее количество ингибирующих веществ, чем в процессах, катализируемых кислотой, однако, как правило, необходимо дополнительное измельчение материала до размера частиц примерно 1,5 см, что требует дополнительного потребления энергии (Holtzapple et al., 1991). Кроме того, модифицируется только лигнин, что может создавать проблемы, связанные с возможным последующим ферментативным гидролизом и брожением. Термический гидролиз Термический гидролиз (LHW) представляет собой процесс (170-230 С), в котором растворение гемицеллюлозы происходит одновременно с частичным растворением лигнина и сопровождается улучшением доступности целлюлозы (для ферментативного гидролиза). Из отходов сахарного тростника, не подвергнутых предварительному измельчению и предварительно обработанных методом LHW, с выходом до 90% от теории, образуется этанол после ферментативного гидролиза и ферментации после добавления умеренных количеств фермента (Van Walsum et al., 1996). В патенте US 4461648 описывается способ, обеспечивающий повышение доступности материалов, содержащих целлюлозу и лигноцеллюлозу. Рассматриваемый способ включает добавление водяного пара при давлении, термообработку и влажный взрыв. В описании такого способа не содержится сведений об использовании окислителя. Недостатком рассматриваемого способа является недостаточная эффективность при обработке высоких концентраций биомассы. Процесс LHW был испытан лишь при концентрациях биомассы до 100 г/л, и неясно, насколько велика его эффективность при более высоких концентрациях, что является необходимой характеристикой для реализации экономически рентабельного процесса, например производства этанола. Термический гидролиз с добавлением основания и окислителя В патенте US 6419788 описывается способ, предназначенный для очистки целлюлозы от биомассы-3 012161 с целью производства бумаги, пластических материалов, этанола и других химических веществ. Рассматриваемый способ включает совместное использование термического гидролиза и влажного окисления, в котором измельченную биомассу (1) обрабатывают под давлением пара (180-240 С) в условиях добавления окислителя, а также щелочного катализатора в противоточный реактор. В ходе такой обработки происходит частичное растворение гемицеллюлозы, а также окисление лигнина, в результате чего целлюлоза выделяется в виде твердой фракции. Однако при этом требуется промывка твердой фракции в условиях нагревания и под давлением с целью вымывания остаточного лигнина и гемицеллюлозы. Кроме того, рассматриваемый процесс включает систему возврата тепла, которая обеспечивает оптимизацию экономических показателей процесса. Однако объединенный процесс термического гидролиза и влажного окисления требует энергоемкого измельчения биомассы, при этом неизвестно, какая часть лигнина действительно удаляется в рассматриваемом процессе. Преимущества изобретения по сравнению с известными способами Способ изобретения, предусматривающий одновременное использование термического гидролиза,влажного окисления и влажного взрыва, обладает рядом преимуществ над известными способами. Рассматриваемый способ может осуществляться с использованием концентраций сухого вещества до 50% без снижения эффективности и предусматривает эффективное вскрытие лигноцеллюлозных биомасс и отходов. Это означает, что последующая обработка становится экономически более благоприятной по сравнению с описанными ранее процессами влажного окисления. В результате реализации стадии влажного взрыва как части способа согласно изобретению, обеспечивается эффективное раскрытие клеточных структур материала. Это означает, что материал легко откачивается и непосредственно доступен для ферментативного гидролиза. При использовании способов согласно изобретению возможно достижение высоких выходов гексоз и пентоз при добавлении даже небольших количеств фермента по сравнению с другими способами обработки. При использовании пероксида водорода в качестве окислителя в способе согласно изобретению,большая часть лигнина окисляется в органические вещества, которые посредством ферментации могут быть дополнительно превращены в этанол, метан, водород, органические кислоты или другие продукты. В то же время, лишь небольшие количества ингибирующих веществ образуются в способах согласно изобретению по сравнению с такими другими методами обработки, как кислотный гидролиз или паровой взрыв. По этой причине технологическая вода после процесса брожения/обработки в значительной мере может использоваться повторно. Способы согласно изобретению предусматривают использование отработанного пара со стадии влажного взрыва, что снижает потребность в использовании таких внешних источников энергии, как электричество, природный газ или нефть. Кроме того, полезная внутренняя энергия может дополнительно вырабатываться за счет осуществления влажного окисления. В то же время, после обработки материал остается стерильным, что свидетельствует о том, что способ согласно изобретению в особенности пригоден для разрушения патогенов. По этой причине обработанный материал при необходимости может храниться в стерильных условиях в течение длительного времени. При совместном использовании рассматриваемого способа и добавления основания, процесс будет обеспечивать деструкцию прионов, возможно, присутствующих в материале. Кроме того, при использовании способа согласно изобретению могут быть положительно решены проблемы, связанные с использованием теплообменников и их очисткой, представляющей дорогостоящую операцию при использовании других методов. В результате комбинации влажного окисления и влажного взрыва, а также введения острого пара согласно изобретению появляется возможность обработки плохо измельченного или неизмельченного материала, т.е. материала с предпочтительным размером частиц или волокон более 1,5 см, предпочтительно 5-20 см. Таким образом, способы согласно изобретению могут применяться для обработки материала с размером частиц более 1,5 см, предпочтительно более 2 см, например более 3 см, предпочтительно более 4 см, например более 5 см, предпочтительно более 10 см, например более 15 см, предпочтительно более 20 см, например более 25 см, предпочтительно более 30 см, например более 35 см, предпочтительно более 40 см, например более 45 см, т.е. до 50 см. Способы согласно изобретению осуществляют в периодическом режиме, что позволяет независимо изменять такие технологические параметры, как давление, температура, продолжительность обработки и концентрация окислителей. Такой режим оказывает благоприятное влияние на возможность регулирования количества ингибирующих веществ, сжигание сахаров и т.п. Отходы способов согласно изобретению, обычно состоящие из низкомолекулярных органических кислот, образующихся в ходе влажного окисления (а также органических остатков после ферментации),могут успешно утилизироваться превращением в метан. Регенерация отработанного пара со стадии влажного взрыва и образование метана приводят к тому,что процесс в целом характеризуется минимальным потреблением внешней энергии, причем в некоторых случаях вырабатывается дополнительная энергия.-4 012161 Пример 1. Объединенный термический гидролиз, влажное окисление (пероксид водорода) и влажный взрыв соломы. Эксперименты проводили в присутствии 0, 2, 4, 6, 12 и 18% пероксида водорода, соответственно,при температуре 170 С. При проведении экспериментов за один день до обработки определяли вес биомассы и к ней добавляли воду. Смесь помещали в реактор и нагревали до желаемой температуры. Смесь выдерживали в реакторе в течение 10 мин после чего добавляли желаемое количество пероксида водорода и давление повышали до 20-24 бар. После завершения реакции (о чем свидетельствовало уменьшение температуры и давления) давление биомассы понижали до 15 бар с использованием расширительного резервуара. После охлаждения примерно до 50 С проводили анализ образца биомассы. Концентрация материала Концентрация лигноцеллюлозного материала составляла 200 г соломы/л воды и 350 г соломы/л воды, предпочтительно 250 г соломы/л воды или 20% суспензии. Температура Для обеспечения воспламенения используемого материала (соломы) обычно использовали температуру выше 155 С, предпочтительно 160-180 С. Дополнительная обработка После охлаждения обработанный материал дополнительно обрабатывали ферментами (целлюлозы) с целью превращения углеводов в моногидраты до сбраживания в этанол. Кроме того, среду, обработанную ферментами, тестировали на ингибирующую способность. Результаты Таблица 1. Давление воспламенения и температуры из данных примера 1-5 012161 Таблица 2. Общий выход углеводов (%) в результате обработки соломы согласно изобретению при различных температурах и различных концентрациях окислителя (пероксид водорода) Таблица 3. Общий выход углеводов в результате обработки соломы согласно изобретению (обработанной при 170 С), содержащей 25% сухого вещества, и при использовании пероксида водорода в качестве окислителя Таблица 4. Выход глюкозы в результате обработки согласно изобретению соломы при трех различных температурах и различных концентрациях окислителя-6 012161 Таблица 5. Выход глюкозы в результате обработки соломы согласно изобретению (обработанной при 170 С), содержащей 25% сухого вещества, и при использовании пероксида водорода в качестве окислителя Таблица 6. Выход ксилозы в результате обработки соломы согласно изобретению при трех различных температурах и различных концентрациях окислителя Таблица 7. Выход ксилозы в результате обработки соломы согласно изобретению (обработанной при 170 С), содержащей 25% сухого вещества, и при использовании пероксида водорода в качестве окислителя-7 012161 Процесс, включающий термический гидролиз, влажное окисление и влажный взрыв В температурном интервале 160-180 С не наблюдалось зависимости между температурой и TCOD(общая COD), OCOD (COD растворенных материалов) в обработанном материале. Поскольку неорганический материал, по-видимому, не разлагается в ходе обработки, его можно использовать в качестве основы для сравнения. Во всех партиях измеренное соотношение TCOD/г сухого вещества в обработанном материале составляло 1,3. В ходе влажного взрыва происходило испарение примерно 25% подаваемой воды. С целью окисления материала суммарное давление пара и кислорода в температурном интервале 160-180 С поддерживалось в интервале 13,5-14,0 бар. Давление пара до добавления пероксида водорода фиксировалось исключительно на основе температуры, поэтому следует иметь в виду, что добавляли, по меньшей мере, такое количество пероксида водорода, которое способно создавать общее давление при выделении кислорода, превышающее 13,5-14,0 бар. Общее значение COD на выходе из реактора составляло 60-95% от соответствующего количества на входе. В том случае, когда степень окисления в сравнении со входящей COD превышала 10%, наблюдаются стабильные значения TCOD порядка 60%, значения OCOD примерно 25% и UCOD около 35%. При степени окисления менее 10% наблюдалась другая зависимость. Потерянное количество COD частично было связано с окислением (небольшие количества) и частично с образованием уксусной кислоты,которая испарялась в ходе влажного взрыва. Наибольшая потеря была связана с испарением уксусной кислоты, поскольку рН имел значение около 2, а давление паров уксусной кислоты составляло 1 бар при 117 С. На промышленной установке уксусную кислоту следует собирать и использовать, например, в производстве биогаза. В том случае, когда процесс проводили без окислителя, TCOD составляла 95%, OCOD составляла 13%, a UCOD составляла 82% от соответствующих количеств на входе. 5% потеря в основном состояла из уксусной кислоты, которая испарялась в процессе однократного испарения. Выделение углеводов Обычно наибольший выход как глюкозы, так и ксилозы достигался при температуре примерно 170 С. Выходы при 160 и 180 С были ниже, чем при 170 С. Согласно нескольким измерениям выходы глюкозы и ксилозы составляли более 90% при содержании углеводов в соломе, равном 0,32 г глюкозы/г и 0,12 г ксилозы/г, соответственно. Окислитель Оптимальный выход достигался в интервале содержаний окисляющего агента 5-10% (степень окисления сравнима со значением COD). Однако можно обрабатывать водные суспензии, содержащие до 35% указанного материала. Совместный термический гидролиз, влажное окисление и влажный взрыв брикетированной соломы В следующих ниже примерах 2-6 определение выходов глюкозы, ксилозы и этанола из брикетов соломы основывалось на информации о том, что 1 г брикета соломы (сухое вещество) содержал 0,36 г глюкозы и 0,22 г ксилозы, соответственно (согласно указателю соломенных брикетов, полученных Е 2 в Коде, Denmark). Расчет выхода этанола был основан на теоретическом выходе в процессе ферментации глюкозы, составляющем 0,50 г этанола/г глюкозы, и теоретическом выходе в процессе ферментации ксилозы, составляющем 0,40 г этанола/г ксилозы. Более конкретные расчеты выходов глюкозы, ксилозы и этанола из брикетированной соломы, подвергнутой кислотной обработке или без нее, проводились с использованием приведенных ниже формул. Расчеты выходов глюкозы, ксилозы и этанола из брикетированной соломы без кислотной обработки- L этанола на тонну сухого вещества (TS) после влажного окисления;Y ф.гидр - общий выход в результате предварительной обработки и ферментативного гидролиза;-8 012161 Расчеты выходов глюкозы, ксилозы и этанола из брикетированной соломы,подвергнутой кислотной обработке- L этанола на тонну сухого вещества (TS) после влажного окисления;Y ф.гидр - общий выход в результате предварительной обработки и ферментативного гидролиза;Y кисл - 75% удаление ксилозы в ходе кислотной обработки;этанол - плотность этанола, равная 0,789 г/мл. Кроме того, для достижения максимальных выходов глюкозы, ксилозы и этанола ферментативный гидролиз в следующих ниже примерах проводили с помощью высоких загрузок фермента и в течение длительного времени с использованием простого встряхивающего устройства без устройства для контроля рН. Последующая оптимизация ферментативного гидролиза и окончательные выходы глюкозы,ксилозы и этанола могли быть достигнуты с использованием орбитальных, вращающихся или аналогичных встряхивающих устройств, обеспечивающих оптимальное перемешивание при одновременной регистрации рН с целью регулирования рН субстрата в соответствии с оптимальным значением рН фермента. Во всех следующих примерах выходы глюкозы и ксилозы, соответственно, измеряли после ферментативного гидролиза с использованием коммерчески доступных целлюлаз, Celluclast и Novozymes188. Последующие эксперименты проводили на оборудовании периодического действия, в котором повышение давления контролировалось предохранительными клапанами, установленными на максимальное давление 25 бар. Соответственно, в следующих примерах (за исключением примера 3) общая декомпрессия в ходе влажного взрыва составляла 20-25 бар, т.е. от примерно 25 до 0 бар. Пример 2. Влияние температуры. С целью оценки влияния температуры на выходы глюкозы, ксилозы и этанола были проведены эксперименты с брикетированной соломой с использованием 25 бар атмосферного воздуха в качестве окислителя. Температуру измеряли на днище реактора после добавления окисляющего агента. Таблица 8 Использование брикетированной соломы (по сравнению с соломой в примере 1) в качестве лигноцеллюлозного материала и повышение температуры на 10 С, от 170 до 180 С, обеспечивало значительно лучшие выходы глюкозы, ксилозы и этанола. Таким образом, состав лигноцеллюлозного материала, т.е. концентрация сухого материала, размер волокон, соотношение между количествами лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы, а также природа используемого окислителя оказывают влияние на оптимальную температуру процесса согласно изобретению. Пример 3. Влияние влажного взрыва (мгновенное испарение). С целью установления влияния влажного взрыва брикетированную солому подвергали термическому гидролизу, влажному окислению и влажному взрыву. Падение давления при влажном взрыве составляло 20 и 0 бар, соответственно, т.е. имел место перепад давления от 20 до 0 бар и от 0 до 0 бар, соответственно. Азот и атмосферный воздух использовали в качестве контрольного агента и окислителя, соответственно. Все загрузки осуществляли при 180 С, и в результате охлаждения реактора и последующего медленного сброса давления конечное давление составляло 0 бар. При использовании азота падение давления на стадии влажного взрыва при обработке брикетов соломы не оказывало никакого влияния на конечные выходы глюкозы, ксилозы или этанола. При использовании 25 бар атмосферного воздуха в качестве окислителя отмечалось небольшое, но достаточно заметное повышение выходов при введении стадии влажного взрыва. Можно ожидать, что рассматриваемый эффект усилится при использовании реактора с верхней границей давления 25 бар. Пример 4. Влияние окислителя и окислительной обработки. Этот эксперимент, цель которого состояла в установлении важности окислителя и влияния оптимального типа кислотной обработки (например, предварительный кислотный гидролиз) на выходы глюкозы, ксилозы и этанола из брикетированной соломы, проводили с использованием атмосферного воздуха и пероксида водорода в качестве окислителей и азота в качестве контрольного агента. При проведении кислотной обработки брикетированную солому, содержащую 10% сухого вещества, в течение 1 ч обрабатывали 0,7% раствором H2SO4 при 130 С. Таблица 10 Значительный положительный эффект на выходы глюкозы, ксилозы и этанола оказывает введение окислителя (воздуха, а также пероксида водорода) по сравнению с действием азота в качестве контрольного агента при использовании брикетированной соломы в качестве субстрата. Из приведенных значений выходов глюкозы видно преимущество использования пероксида водорода над воздухом. Из представленных экспериментальных данных также следует, что выход глюкозы значительно повышался после кислотной обработки брикетированной соломы с использованием 25 бар атмосферного воздуха в качестве окислителя. Пример 5. Различное влияние на солому или брикеты соломы. Прямое сравнение двух лигноцеллюлозных биомасс было предпринято для установления возможного влияния размеров частиц/волокон и концентрации сухого вещества на выходы глюкозы, ксилозы и этанола. При использовании соломы и брикетированной соломы в качестве лигноцеллюлозных материалов в способе согласно изобретению не наблюдалось значительных различий в выходах глюкозы, ксилозы и этанола, соответственно, что предполагает благоприятную возможность использования рассматриваемого процесса на биомассах с большей длиной волокон, чем, например, в брикетированной соломе. Пример 6. Влияние концентрации сухого вещества. С целью установления возможных различий в выходах ксилозы, глюкозы и этанола, полученных из брикетированной соломы с различными концентрациями сухого вещества, были проведены эксперименты с использованием пероксида водорода и воздуха в качестве окислителей. Содержание сухого вещества в брикетах соломы и брикетированной соломе, обработанной кислотой, измеряли после влажного окисления. Таблица 12 Как следует из таблицы 12, при увеличении концентрации сухого вещества наблюдается значительное уменьшение выходов глюкозы, ксилозы и этанола, независящее от присутствия окислителя. Однако понижение выходов (хотя и значительных) является достаточно умеренным и, вероятно, является следствием недостаточного перемешивания, а не результатом увеличения концентрации сухого вещества. Цитированная литература- 11012161 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки материала, состоящего из биомассы или органического отхода, содержащего лигноцеллюлозный материал, в котором рассматриваемый материал подвергают термическому гидролизу при температуре выше 140 С, затем подвергают окислению при давлении выше давления насыщенного пара в (1) и последующему влажному взрыву с целью перевода углеводов, содержащихся в материале, в более доступное состояние для последующей реакции ферментативного гидролиза и/или брожения. 2. Способ по п.1, в котором рассматриваемый способ осуществляют в периодическом режиме. 3. Способ по п.1 или 2, в котором материал содержит более 5% (мас./мас.) лигнина. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором материал имеет концентрацию сухого вещества более 5%. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором материал выбирают из группы, состоящей из соломы,древесины, волокон, кормовых добавок, бумажной массы, шлама и домашних отходов или аналогичных материалов, подходящих для получения этанола или других биологических продуктов. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором материал имеет размер частиц более 2 см, предпочтительно 5-20 см. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором лигноцеллюлозный материал обрабатывают кислотой. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором термический гидролиз осуществляют нагреванием до 140-200 С, предпочтительно 160-180 С, при давлении насыщенного пара, причем указанные условия поддерживают в течение 5-30 мин, предпочтительно 10-20 мин. 9. Способ по любому из пп.1-8, в котором окисление осуществляют в результате добавления кислорода, пероксида водорода и/или воздуха в количестве, соответствующем 2-20% от количества COD рассматриваемого материала,нагревания до 150-210 С, предпочтительно 160-200 С,применения давления в интервале 15-35 бар,поддержания указанных условий в течение 1-30 мин, предпочтительно 5-10 мин,причем давление биомассы после завершения реакции влажного окисления необязательно снижается до 5-10 бар. 10. Способ по любому из пп.1-9, в котором влажный взрыв осуществляют в результате снижения давления от 5-35 бар до атмосферного давления.