Целлюлозные и лигноцеллюлозные материалы и способы и системы для производства таких материалов облучением

ЦЕЛЛЮЛОЗНЫЕ И ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТАКИХ МАТЕРИАЛОВ ОБЛУЧЕНИЕМ Биомассу (например, растительную биомассу, животную биомассу, биомассу городских отходов) перерабатывают для продукции полезных продуктов, таких как топливо. Например, в системах могут использоваться материалы сырья, такие как целлюлозные и/или лигноцеллюлозные материалы и/или крахмальные или сахарные материалы, для продукции этанола и/или бутанола,например, путем ферментации. Настоящее изобретение относится к переработке биомассы, а именно к способам и системам для переработки биомассы. Уровень техники Различные углеводы, такие как целлюлозные и лигноцеллюлозные материалы, например в волокнистой форме, производят, перерабатывают и используют в больших количествах во множестве областей применения. Часто такие материалы используют однократно, а затем выбрасывают в виде отходов или просто считают отходами, например сточные воды, жмых, древесные опилки и солома. Известно множество способов переработки биомассы. Например, в Евразийской заявке ЕА 200970415 раскрыт способ получения сахаров из сырья биомассы, который включает предоставление сырья биомассы, предварительно обработанного облучением с помощью пучка электронов таким образом, что сырье биомассы подвергается ионизации; и осахаривание облученного сырья биомассы с использованием микроорганизма. Однако известные способы обладают множеством различных недостатков. В частности, ионизированное сырье содержит радикалы, которые могут вызывать неконтролируемую функционализацию (избыточную или недостаточную) сырья, следовательно, могут вызывать нежелательное ухудшение качества сырья в ходе его хранения и транспортировки, снижение его растворимости, устойчивости к окислению, термической и химической стабильности и чувствительности к воздействию микроорганизмов. Таким образом, существует потребность в новых способах переработки биомассы, которые не будут иметь указанных недостатков. Настоящее изобретение позволяет решить эту задачу. Сущность изобретения Биомасса может быть переработана для изменения ее структуры на одном или нескольких уровнях. Затем переработанную биомассу можно использовать, например, в качестве источника материалов и/или топлива. Главным образом, изобретение относится к способам изменения молекулярной и/или надмолекулярной структуры исходного сырья биомассы. Как рассмотрено ниже, в некоторых вариантах осуществления способы включают облучение и гашение сырья биомассы. В других вариантах осуществления способы включают облучение сырья, охлаждение сырья и снова облучение сырья. Углеводсодержащие материалы (например, материалы биомассы) или полученные из биомассы материалы, такие как крахмальные материалы, целлюлозные материалы, лигноцеллюлозные материалы,или материалы биомассы, которые представляют собой или включают значительное количество низкомолекулярного сахара (например, моносахариды, дисахариды или трисахариды), можно перерабатывать для изменения их структуры, и из структурно измененных материалов можно изготавливать продукты. Например, многие из способов, описанных в настоящем документе, обеспечивают целлюлозные и/или лигноцеллюлозные материалы, которые имеют более низкую молекулярную массу и/или кристалличность относительно природного материала. Многие из способов обеспечивают материалы, которые могут более легко утилизироваться различными микроорганизмами для продукции полезных продуктов,таких как водород, спирты (например, этанол или бутанол), органические кислоты (например, уксусная кислота), углеводороды, сопродукты (например, белки) или любые их смеси. Многие из полученных продуктов, такие как этанол или н-бутанол, можно использовать в качестве топлива для энергоснабжения автомобилей, грузовых автомобилей, тракторов, кораблей или поездов, например в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания или в качестве сырья для топливного элемента. Многие из полученных продуктов также можно использовать для энергоснабжения воздушных судов, таких как самолеты, например, имеющие реактивные двигатели, или вертолеты. Кроме того, продукты, описанные в настоящем документе, можно использовать для генерирования электрической энергии, например, в общепринятых парогенераторных установках или в тепловых установках. В одном аспекте изобретение относится к способам, включающим гашение сырья биомассы, которое облучено для ионизации сырья биомассы, таким образом, чтобы сырье имело первый уровень радикалов, которые поддаются детекции с помощью спектрометра электронно-спинового резонанса настолько, чтобы радикалы находились на втором уровне, более низком, чем первый уровень. В другом аспекте изобретение относится к способам, которые включают облучение сырья биомассы для ионизации сырья биомассы таким образом, чтобы сырье имело первый уровень радикалов, которые поддаются детекции с помощью спектрометра электронно-спинового резонанса, и гашение облученного сырья биомассы настолько, чтобы радикалы в гашеном сырье биомассы находились на втором уровне,более низком, чем первый уровень. Некоторые способы дополнительно включают переработку облученного и гашеного сырья биомассы для получения продукта. Некоторые варианты осуществления включают один или несколько из следующих признаков. Гашение может включать гашение радикалов до уровня, который более не поддается детекции с помощью спектрометра электронно-спинового резонанса, например приблизительно менее чем 1014 спинов. Гашение может включать применение давления на биомассу, например давления приблизительно более чем 1000 фунт/кв.дюйм (6,89 МПа). Давление можно использовать совместно с применением нагревания. Гашение может включать контактирование биомассы с газом, способным реагировать с ради-1 021993 калами, например контактирование биомассы с текучей средой, способной проникать в биомассу и реагировать с радикалами. Гашение также, или альтернативно, может включать контактирование биомассы с антиоксидантом. В некоторых случаях сырье биомассы содержит антиоксидант, диспергированный в нем, и гашение включает контактирование антиоксиданта, диспергированного в сырье биомассы, с радикалами. В другом аспекте изобретение относится к способу, включающему облучение сырья биомассы, полученного уменьшением одного или нескольких размеров отдельных частей сырья биомассы, с использованием устройства, содержащего ускоритель, адаптированный для ускорения частиц, таких как электроны или ионы, где устройство способно перерабатывать более 1000 т материала биомассы в год, например более 10000, 25000, 50000, 100000 или даже более 1000000 т биомассы в год. В следующем аспекте изобретение относится к облучению сырья биомассы, например, ионизирующим излучением электронов или ионов для изменения молекулярной и/или надмолекулярной структуры сырья биомассы, охлаждению сырья биомассы и затем повторному облучению сырья биомассы. Два применяемых излучения могут быть одинаковыми или различными, например они могут быть одного типа, такого как электроны на одном уровне. Также изобретение относится к продуктам, полученным такими способами, и к системам для осуществления способов. Некоторые варианты осуществления таких способов включают один или несколько из следующих признаков. Сырье биомассы можно охлаждать до такой степени, чтобы после охлаждения биомасса имела температуру ниже ее первоначальной температуры до облучения. Охлаждение биомассы может включать контактирование биомассы с текучей средой при температуре ниже первоначальной температуры биомассы или ниже температуры биомассы после облучения. Каждое облучение сырья биомассы можно проводить по мере пневматической транспортировки сырья биомассы в текучей среде. Излучение можно применять по мере того, как сырье биомассы попадает под действие силы тяжести. Например, биомасса может транспортироваться по первому ленточному конвейеру на первой высоте и попадаться на второй ленточный конвейер на втором уровне, более низком, чем первый уровень, причем задний край первого ленточного конвейера и передний край второго ленточного конвейера образуют зазор, и облучение ионизирующим излучением может быть применено к сырью биомассы в установленном зазоре. В процессе облучения биомасса может транспортироваться мимо пучка частиц и через пучок заряженных частиц. Сырье биомассы может иметь объемную плотность приблизительно менее чем 0,25 г/см 3 в области ниже и/или выше пучка. В другом аспекте изобретение относится к способам изменения молекулярной структуры и/или надмолекулярной структуры крахмального материала или низкомолекулярного сахара, такого как сахароза, в сырье биомассы, содержащем по меньшей мере приблизительно 10 мас.% низкомолекулярного сахара. Способы включают переработку обработанного сырья биомассы для получения продукта, причем обработанное сырье биомассы получают предварительной обработкой сырья биомассы с использованием способа предварительной обработки, который изменяет молекулярную структуру и/или надмолекулярную структуру части крахмального материала или низкомолекулярного сахара, выбранного из радиационного облучения, обработки ультразвуком, пиролиза и окисления. В другом аспекте изобретение относится к способам обработки сырья биомассы, включающего крахмальный материал, для изменения молекулярной структуры и/или надмолекулярной структуры крахмального материала по меньшей мере одним способом, выбранным из группы, состоящей из радиационного облучения, обработки ультразвуком, пиролиза и окисления. Любой из указанных выше аспектов изобретения в некоторых вариантах осуществления может включать один или несколько из представленных ниже признаков. Способ, кроме того, может включать обработку сырья биомассы одним или несколькими другими способами предварительной обработки, где другие способы предварительной обработки выбраны из обработки ультразвуком, пиролиза и окисления. Радиационное облучение может быть в форме пучка электронов, который можно применять, например, в общей дозировке приблизительно от 10 до приблизительно 50 Мрад. Радиационное облучение может представлять собой ионизирующего излучения. Переработка может включать изготовление сгораемого топлива. В некоторых случаях переработка включает конвертирование облученного материала с использованием микроорганизма, способного преобразовывать по меньшей мере приблизительно 1 мас.% биомассы в топливо. В некоторых вариантах осуществления переработка включает ферментацию сырья, аэробную или анаэробную, для получения продукта, такого как топливо, например этанол. Например, переработка может включать контактирование сырья с микроорганизмом, способным преобразовывать по меньшей мере часть, например по меньшей мере приблизительно 1 мас.%, сырья в продукт. Микроорганизм может быть природным микроорганизмом или микроорганизмом, полученным способами инженерии. Например, микроорганизм может представлять собой бактерию, например целлюлолитическую бактерию,гриб, например дрожжи, растение, или одноклеточный организм, например водоросли, простейшие, или подобный грибам одноклеточный организм, например слизистую плесень. Когда организмы являются совместимыми, можно использовать их смеси. Продукт может включать один или несколько из водорода, органических кислот, белков, углеводородов и спиртов, например этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол и их смеси. Другие примеры продуктов, которые можно получать способами, описанными в настоящем документе, включают моно- и полифункциональные С 1-С 6-алкиловые спирты, моно- и полифункциональные карбоновые кислоты,С 1-С 6-углеводороды и их комбинации. Другие примеры спиртов включают метанол, этиленгликоль, пропиленгликоль, 1,4-бутандиол, глицерин и их комбинации. Карбоновые кислоты включают муравьиную,уксусную, пропионовую, масляную, валериановую, капроновую, пальмитиновую, стеариновую, щавелевую, малоновую, янтарную, глутаровую, олеиновую, линолевую, гликолевую, молочную,-гидроксимасляную кислоты и их комбинации. Углеводороды включают метан, этан, пропан, пентан,н-гексан и их комбинации. Многие из этих продуктов можно использовать в качестве топлива. Кроме того, способ может включать подготовку сырья биомассы путем уменьшения одного или нескольких размеров отдельных частей сырья биомассы. В некоторых случаях сырье биомассы имеет внутренние волокна, и сырье биомассы дробят до такой степени, чтобы его внутренние волокна были, по существу, обнажены. В некоторых случаях сырье биомассы может включать или может состоять из отдельных волокон и/или частиц, имеющих максимальный размер приблизительно не более чем 0,5 мм. Сырье биомассы может быть получено и затем предварительно обработано или предварительно обработано и затем получено. Способ предварительной обработки может быть выбран, например, из радиационного облучения, такого как радиационное облучение пучком электронов или ионов, обработки ультразвуком, пиролиза и окисления. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из способов предварительной обработки, например радиационное облучение, проводят на сырье биомассы в то время, когда сырье биомассы находится под воздействием воздуха, азота, кислорода, гелия или аргона. В некоторых вариантах осуществления предварительная обработка может включать предварительную обработку сырья биомассы паровым взрывом. В некоторых вариантах осуществления биомассу получают уменьшением одного или нескольких размеров отдельных частей биомассы, включая дробление, влажное или сухое измельчение, нарезание,выжимание, прессование или комбинации любых из этих способов. Например, дробление можно проводить резальным устройством с вращающимся ножом. Дробление может приводить к волокнам, имеющим среднее соотношение длины и диаметра более 5/1. В некоторых вариантах осуществления полученная биомасса может иметь площадь поверхности BET более 0,25 м 2/г. Биомассу можно дробить до такой степени, чтобы внутренние волокна биомассы были, по существу, обнажены. Биомассу можно дробить до такой степени, чтобы она имела объемную плотность приблизительно менее чем 0,35 г/см 3. В некоторых вариантах осуществления к сырью биомассы можно применять два или более способа предварительной обработки, например радиационное облучение и обработку ультразвуком, радиационное облучение и окисление, радиационное облучение и пиролиз, обработку ультразвуком и окисление,обработку ультразвуком и пиролиз или окисление и пиролиз. Два или более процесса можно проводить в любом порядке или примерно в одно и то же время. В некоторых вариантах осуществления изменение молекулярной структуры и/или изменение надмолекулярной структуры биомассы, например целлюлозного или лигноцеллюлозного материала или низкомолекулярного сахара или крахмального материала, может включать изменение одного или нескольких из средней молекулярной массы, средней кристалличности, площади поверхности, степени полимеризации, пористости, ветвления, привитой сополимеризации, размера доменов или их количества,изменение типа или количества химических функциональных групп и изменение молекулярной массы по формуле. Например, изменение молекулярной структуры и/или надмолекулярной структуры может включать уменьшение либо одного, либо обоих из средней молекулярной массы и средней кристалличности или увеличение либо одного, либо обоих из площади поверхности и пористости. В некоторых случаях функционализированная биомасса (биомасса, в которой изменены количество и/или тип функциональных групп) является более растворимой и более легко утилизируемой микроорганизмами по сравнению с нефункционализированной биомассой. Кроме того, многие из функционализированных материалов, описанных в настоящем документе, менее склонны к окислению и могут иметь повышенную длительную стабильность в условиях окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один способ предварительной обработки можно проводить на биомассе, в которой приблизительно менее чем 25 мас.% биомассы находятся в набухшем состоянии, где набухшее состояние характеризуется как наличие объема, более чем на 2,5% превышающего объем в не набухшем состоянии. В других вариантах осуществления биомасса смешана и включает вызывающее набухание средство. Например, в любом способе, описанную в настоящем документе, биомасса может быть смешана или может включать вызывающее набухание средство, и доза радиационного облучения биомассы может составлять приблизительно менее чем 10 Мрад. Предварительно обработанный материал биомассы, кроме того, может необязательно включать буфер, такой как бикарбонат натрия или хлорид аммония, электролит, такой как хлорид калия или хлорид натрия, фактор роста, такой как биотин, и/или пару оснований, таких как урацил, поверхностно-активное вещество, минерал или хелатирующий агент. В некоторых случаях предварительную обработку проводят в то время, когда сырье биомассы находится под воздействием воздуха, азота, кислорода, гелия или аргона. Предварительную обработку можно проводить под давлением, например под давлением приблизительно более чем 2,5 атм(0,25 МПа). Способы, описанные в настоящем документе, кроме того, могут включать окисление биомассы перед предварительной обработкой. Сырье биомассы может включать, например, бумагу, бумажную продукцию, бумажные отходы,древесину, прессованную древесину, древесные опилки, сельскохозяйственные отходы, сточные воды,силос, травы, рисовую шелуху, жмых, хлопок, джут, пеньку, лен, бамбук, сизаль, абаку, солому, сердцевины кукурузных початков, кукурузную солому, просо, люцерну, сено, рисовую шелуху, кокосовые волокна, хлопок, синтетические целлюлозы, морскую траву, водоросли и их смеси. В некоторых случаях биомасса может включать синтетический материал. В некоторых случаях биомасса может включать углевод, который включает одну или несколько-1,4-связей и имеет среднечисленную молекулярную массу приблизительно от 3000 до 50000. В некоторых вариантах осуществления материал биомассы включает крахмал, например кукурузный крахмал, пшеничный крахмал, картофельный крахмал или рисовый крахмал, производное крахмала,или материал, который включает крахмал, такой как продукт питания или сельскохозяйственная культура. Например, крахмальный материал может представлять собой аракчу, гречку, банан, ячмень, маниоку,кудзу, кислицу, саго, сорго, обычный домашний картофель, сладкий картофель, таро, ямс или одно или несколько бобовых, таких как конские бобы, чечевица или горох. В других вариантах осуществления материал биомассы представляет собой низкомолекулярный сахар или содержит его. Например, материалы биомассы могут включать по меньшей мере приблизительно 0,5 мас.% низкомолекулярного сахара, например по меньшей мере приблизительно 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,12,5, 25, 35, 50, 60, 70, 80, 90 или даже по меньшей мере приблизительно 95 мас.% низкомолекулярного сахара. В некоторых случаях биомасса состоит, по существу, из низкомолекулярного сахара, например более чем на 95 мас.%, например 96, 97, 98, 99 или, по существу, 100 мас.% низкомолекулярного сахара. Материалы биомассы, которые включают низкомолекулярные сахара, могут представлять собой сельскохозяйственные продукты или продукты питания, такие как сахарный тростник и сахарная свекла или их экстракт, например сок сахарного тростника или сахарной свеклы. Конкретные примеры низкомолекулярных сахаров включают целлобиозу, лактозу, сахарозу, глюкозу и ксилозу, а также их производные. Переработка низкомолекулярных сахаров любым из способов, описанных в настоящем документе, может сделать конечные продукты более растворимыми и/или легче утилизируемыми микроорганизмами. В одном из аспектов способ конвертирования промежуточного материала в продукт включает обработку облученного промежуточного продукта микроорганизмом, где промежуточный материал получен облучением крахмального материала и обработкой крахмального материала ферментом. В другом аспекте способ конвертирования промежуточного материала в продукт включает получение промежуточного материала облучением крахмального материала, обработку крахмального материала ферментом и обработку облученного промежуточного продукта микроорганизмом. Другой аспект включает продукт, полученный одним из указанных выше способов. В одном аспекте система для переработки сырья биомассы включает устройство для облучения,адаптированное для ионизации сырья биомассы таким образом, чтобы сырье имело первый уровень радикалов, поддающийся детекции с помощью спектрометра электронно-спинового резонанса; и устройство для гашения, адаптированное для того, чтобы гасить ионизированное сырье биомассы до такой степени, чтобы радикалы были на втором уровне, более низком, чем первый уровень. В другом аспекте система для переработки сырья биомассы включает одно или несколько устройств для облучения, адаптированных для облучения сырья биомассы по меньшей мере двумя различными дозами радиационного облучения; и устройство для охлаждения, адаптированное для охлаждения сырья биомассы между дозами радиационного облучения. В некоторых вариантах осуществления система также включает сырье биомассы, расположенное так, чтобы оно ионизировалось устройством(ами) для облучения. В любых из способов или систем, раскрытых в настоящем описании, можно применять радиационное облучение из устройства, которое находится в хранилище. Термин "волокнистый материал", как используют в настоящем описании, представляет собой материал, который включает множество рыхлых, дискретных и разделяемых волокон. Например, волокнистый материал может быть получен из источника волокон, представляющего собой отбеленную крафтбумагу, путем дробления, например, с помощью резального устройства с вращающимся ножом. Термин "сито", как используют в настоящем описании, означает элемент, способный просеивать материал в соответствии с размером. Примеры сит включают пластину, цилиндр с отверстиями или подобные или проволочное сито или матерчатую ткань. Термин "пиролиз", как используют в настоящем описании, означает разрушение связей в материале с использованием тепловой энергии. Пиролиз может происходить, когда рассматриваемый материал на-4 021993 ходится в вакууме или погружен в газообразное вещество, такое как окисляющий газ, например воздух или кислород, или восстанавливающий газ, такой как водород. Содержание кислорода определяют с помощью элементного анализа путем пиролиза образца в печи, работающей при 1300C или выше. Термин "биомасса" относится к любому нефоссилизированному, т.е. обновляемому, органическому материалу. Различные типы биомассы включают растительную биомассу (определенную ниже), микробную биомассу, животную биомассу (любой побочный продукт животноводства, отходы животноводства и т.д.) и биомассу городских отходов (жилые отходы и отходы легкой промышленности с подлежащими вторичной переработке материалами, такими как выброшенный металл и стекло). Термин "растительная биомасса" и "лигноцеллюлозная биомасса" относятся практически к любому происходящему из растений органическому материалу (древесному или недревесному). Растительная биомасса может включать, но не ограничиваться ими, сельскохозяйственные или продовольственные культуры (например, сахарный тростник, сахарную свеклу или кукурузные зерна) или их экстракт (например, сахар из сахарного тростника и кукурузный крахмал из кукурузы), сельскохозяйственные отходы и остатки, такие как кукурузная солома, пшеничная солома, рисовая солома, жмых сахарного тростника и т.п. Кроме того, растительная биомасса включает, но не ограничивается ими, деревья, древесные энергетические культуры, древесные отходы и остатки, такие как щепки хвойного дерева, отходы из коры, древесные опилки, потоки отходов бумажной и целлюлозной промышленности, древесное волокно и т.п. Кроме того, в качестве другого источника растительной биомассы потенциально можно в большом масштабе выращивать кормовую посевную траву, такую как просо и т.п. Для городских территорий наилучшее потенциальное растительное сырье биомассы включает отходы садоводства (например, скошенная трава, листья, обрезанные части деревьев и валежник) и отходы переработки овощей."Лигноцеллюлозное сырье" представляет собой любой тип растительной биомассы, такой как, но не ограничиваясь ими, биомасса недревесных растений, сельскохозяйственные культуры, такие как, но не ограничиваясь ими, травы, например, но не ограничиваясь ими, С 4-травы, такие как просо, спартина,райграс, мискантус, двукисточник тростниковидный или их комбинации, или остатки переработки сахара, такие как жмых или свекловичная пульпа, сельскохозяйственные остатки, например соевая солома,кукурузная солома, рисовая солома, рисовая шелуха, ячменная солома, сердцевина кукурузного початка,пшеничная солома, солома конолы, овсяная солома, овсяная шелуха, кукурузное волокно, утилизированное волокно древесной пульпы, древесные опилки, твердая древесина, например дерево и опилки осины,мягкая древесина или их комбинации. Кроме того, лигноцеллюлозное сырье может включать целлюлозные материалы отходов, такие как, но не ограничиваясь ими, газетная бумага, картон, древесные опилки и т.п. Лигноцеллюлозное сырье может включать один вид волокна или, альтернативно, лигноцеллюлозное сырье может включать смесь волокон, источником которых является различное лигноцеллюлозное сырье. Более того, лигноцеллюлозное сырье может содержать свежее лигноцеллюлозное сырье, частично высушенное лигноцеллюлозное сырье, полностью высушенное лигноцеллюлозное сырье или их комбинацию. Для целей настоящего изобретения углеводы представляют собой материалы, которые полностью состоят из одного или нескольких сахаридных элементов или которые включают один или несколько сахаридных элементов. Сахаридные элементы могут быть функционализированными в области кольца посредством одной или нескольких функциональных групп, таких как группы карбоновых кислот, аминогруппы, нитрогруппы, нитрозогруппы или нитрильные группы, и, тем не менее, считаться углеводами. Углеводы могут быть полимерными (например, равными 10-, 100-, 1000-, 10000- или 100000-меру или превышающими их), олигомерными (например, равными 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- или 10-меру или превышающими их), тримерными, димерными или мономерными. Когда углеводы образованы из более чем одного повторяющегося элемента, все элементы могут быть одинаковыми или различными. Примеры полимерных углеводов включают целлюлозу, ксилан, пектин и крахмал, в то время как примерами димерных углеводов являются целлобиоза и лактоза. Примеры мономерных углеводов включают глюкозу и ксилозу. Углеводы могут быть частью надмолекулярной структуры, например, ковалентно присоединенной к структуре. Примеры таких материалов включают лигноцеллюлозные материалы, такие как материалы,находящиеся в дереве. Крахмальный материал является материалом, который представляет собой крахмал или производное крахмала или включает значительные количества крахмала или производного крахмала, например приблизительно более чем 5 мас.% крахмала или производного крахмала. Для целей настоящего изобретения крахмал представляет собой материал, который включает амилозу, амилопектин или их физическую и/или химическую смесь, например смесь амилозы и пектина, составляющую 20:80 или 30:70 мас.%. Например, рис, кукуруза и их смеси представляют собой крахмальные материалы. Производные крахмала включают, например, мальтодекстрин, кислотно-модифицированный крахмал, основно-модифицированный крахмал, отбеленный крахмал, окисленный крахмал, ацетилированный крахмал,ацетилированный и окисленный крахмал, фосфатно-модифицированный крахмал, генетически модифи-5 021993 цированный крахмал и крахмал, который является устойчивым к расщеплению. Для целей настоящего изобретения низкомолекулярный сахар представляет собой углевод или его производное, который имеет молекулярную массу по формуле (за исключением влагосодержания) приблизительно менее чем 2000, например приблизительно менее чем 1800, 1600, приблизительно менее чем 1000, приблизительно менее чем 500, приблизительно менее чем 350 или приблизительно менее чем 250. Например, низкомолекулярный сахар может представлять собой моносахарид, например глюкозу или ксилозу, дисахарид, например целлобиозу или сахарозу, или трисахарид. Сгораемое топливо представляет собой материал, способный сгорать в присутствии кислорода. Примеры сгораемых топлив включают этанол, н-пропанол, н-бутанол, водород и смеси любых двух или более из них. Вызывающие набухание средства, как используют в настоящем описании, представляют собой материалы, которые вызывают видимое набухание, например повышение объема целлюлозных и/или лигноцеллюлозных материалов относительно ненабухшего состояния, составляющее 2,5%, при применении к таким материалам в виде раствора, например водного раствора. Их примеры включают щелочные вещества, такие как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития и гидроксиды аммония, подкислители, такие как минеральные кислоты (например, серная кислота, хлористо-водородная кислота и фосфорная кислота), соли, такие как хлорид цинка, карбонат кальция, карбонат натрия, сульфат бензилтриметиламмония, и основные органические амины, такие как этилендиамин."Раздробленный материал", как используют в настоящем описании, представляет собой материал,который включает отдельные волокна, в которых по меньшей мере приблизительно 50% отдельных волокон имеют отношение длина/диаметр (IVD) по меньшей мере приблизительно 5 и которые имеют объемную плотность в несжатом состоянии приблизительно менее чем 0,6 г/см 3. Таким образом, раздробленный материал отличается от материала, который является нарезанным, порубленным или растертым. Изменение молекулярной структуры сырья биомассы, как используют в настоящем описании, означает изменение расположения химических связей, например, типа и количества функциональных групп или конформации структуры. Например, изменение молекулярной структуры может включать изменение надмолекулярной структуры материала, окисление материла, изменение средней молекулярной массы,изменение средней кристалличности, изменение площади поверхности, изменение степени полимеризации, изменение пористости, изменение степени ветвления, привитую сополимеризацию с другими материалами, изменение размера кристаллического домена или изменение размера всего домена. Настоящее описание включает в качестве ссылки полное содержание международной заявкиPCT/US2007/022719, поданной 26 октября 2007 г. Полное описание каждой из следующих патентных заявок США включено в настоящее описание посредством ссылок: предварительные заявки США с серийными номерами 61/049391; 61/049394; 61/049395; 61/049404; 61/049405; 61/049406; 61/049407; 61/049413; 61/049415 и 61/049419, все из которых поданы 30 апреля 2008 г.; предварительные заявки США с серийными номерами 61/073432; 61/073436; 61/073496; 61/073530; 61/073665 и 61/073674, все из которых поданы 18 июня 2008 г.; предварительная заявка США с серийным номером 61/106861, поданная 20 октября 2008 г.; предварительная заявка США с серийными номерами 61/139324 и 61/139453, обе,поданные 19 декабря 2008 г., и патентные заявки США с серийными номерами 12/417707; 12/417720; 12/417840; 12/417699; 12/417731; 12/417900; 12/417880; 12/417723; 12/417786 и 12/417904, все поданы 3 апреля 2009 г. Если не определено иначе, все технические и научные термины, используемые в настоящем описании, имеют то же значение, которое обычно подразумевают специалисты в области, к которой относится настоящее изобретение. Несмотря на то что на практике или при тестировании настоящего изобретения можно использовать способы и материалы, сходные или эквивалентные способам или материалам, описанным в настоящем документе, подходящие способы и материалы описаны ниже. Все публикации, приложения, патентные заявки, патенты и другие ссылки, приведенные в настоящем описании, включены в него посредством ссылок во всей их полноте. В случае противоречия следует руководствоваться настоящим описанием. Кроме того, материалы, способы и примеры являются только иллюстративными и не предназначены для ограничения. Другие признаки и преимущества изобретения станут очевидными из представленного ниже подробного описания и формулы изобретения. Описание чертежей На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая конверсию биомассы в продукты и побочные продукты. На фиг. 2 представлена блок-схема, иллюстрирующая конверсию источника волокна в первый и второй волокнистый материал. На фиг. 3 представлен вид поперечного сечения резального устройства с вращающимся ножом. На фиг. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая конверсию источника волокна в первый, второй и третий волокнистый материал. На фиг. 5 представлена блок-схема, иллюстрирующая уплотнение материала. На фиг. 6 представлено перспективное изображение пресса для гранулирования. На фиг. 7 А представлен уплотненный волокнистый материал в форме гранул. На фиг. 7 В представлено поперечное сечение полых гранул, в которых центр полости находится на одной линии с центром гранулы. На фиг. 7 С представлено поперечное сечение полой гранулы, в которой центр полости смещен относительно центра гранулы. На фиг. 7D представлено поперечное сечение трехдольной гранулы. На фиг. 8 представлена блок-схема, иллюстрирующая последовательность обработки для переработки сырья. На фиг. 9 представлен перспективный вид в сечении гамма-излучателя, находящегося в бетонном хранилище. На фиг. 10 представлен увеличенный перспективный вид области R с фиг. 9. На фиг. 11 представлена блок-схема, иллюстрирующая последовательность предварительной обработки сырья облучением пучком электронов. На фиг. 11 А представлено схематичное получение ионизированной биомассы и затем окисленной или гашенной. На фиг. 11 В представлен схематичный вид сбоку системы для облучения материала с низкой объемной плотностью. На фиг. 11 С представлено поперечное сечение системы, сделанное вдоль 11 С-11 С. На фиг. 11D представлен схематичный вид поперечного сечения системы с псевдоожиженным слоем для облучения материала с низкой объемной плотностью. На фиг. 11 Е представлен схематичный вид сбоку другой системы для облучения материала с низкой объемной плотностью. На фиг. 12 представлен схематичный вид системы для обработки ультразвуком технологического потока целлюлозного материала в жидкой среде. На фиг. 13 представлен схематичный вид устройства для обработки ультразвуком, имеющего два преобразователя, присоединенных к одному рупору. На фиг. 14 представлена блок-схема, иллюстрирующая систему для пиролитической предварительной обработки сырья. На фиг. 15 представлен вид поперечного сечения сбоку камеры для пиролиза. На фиг. 16 представлен вид поперечного сечения сбоку камеры для пиролиза. На фиг. 17 представлен вид поперечного сечения сбоку пиролизера, который включает нагретую нить. На фиг. 18 представлен схематичный вид поперечного сечения сбоку пиролизера по точке Кюри. На фиг. 19 представлен схематичный вид поперечного сечения сбоку печного пиролизера. На фиг. 20 представлен схематичный вид поперечного сечения сверху лазерного устройства для пиролиза. На фиг. 21 представлен схематичный вид поперечного сечения сверху устройства для мгновенного пиролиза с вольфрамовой нитью. На фиг. 22 представлена блок-схема, иллюстрирующая систему для окислительной предварительной обработки сырья. На фиг. 23 представлена блок-схема, иллюстрирующая общий вид процесса конвертирования источника волокна в продукт, например этанол. На фиг. 24 представлен вид поперечного сечения устройства для парового взрыва. На фиг. 25 представлен схематичный вид поперечного сечения гибридного устройства для обработки пучком электронов/ультразвуком. На фиг. 26 представлена блок-схема, иллюстрирующая процесс сухого измельчения кукурузных зерен. На фиг. 27 представлена блок-схема, иллюстрирующая процесс влажного измельчения кукурузных зерен. На фиг. 28 представлен снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа волокнистого материала, полученного из бумаги с многослойным покрытием, при увеличении 25. Волокнистый материал получали на резальном устройстве с вращающимся ножом с использованием сита с отверстиями 1/8 дюйма (0, 32 см). На фиг. 29 представлен снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа волокнистого материала, полученного из отбеленного крафт-картона, при увеличении 25. Волокнистый материал получали на резальном устройстве с вращающимся ножом с использованием сита с отверстиями 1/8 дюйма (0, 32 см). На фиг. 30 представлен снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа волокнистого материала, полученного из отбеленного крафт-картона, при увеличении 25. Волокнистый материал дважды дробили на резальном устройстве с вращающимся ножом с использованием сита с отверстиями 1/16 дюйма (0, 16 см) при каждом дроблении. На фиг. 31 представлен снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа волокнистого материала, полученного из отбеленного крафт-картона, при увеличении 25. Волокнистый материал три раза дробили на резальном устройстве с вращающимся ножом. В ходе первого дробления использовали сито 1/8 дюйма (0,32 см); в ходе второго дробления использовали сито 1/16 дюйма(0,16 см) и в ходе третьего дробления использовали сито 1/32 дюйма (0,08 см). На фиг. 32 представлен схематичный вид сбоку устройства для обработки ультразвуком, и на фиг. 33 представлен вид поперечного сечения через ячейку для переработки с фиг. 32. На фиг. 34 представлен снимок, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа волокнистого материала, полученного путем дробления проса на резальном устройстве с вращающимся ножом, при увеличении 1000, и последующего пропускания раздробленного материала через сито 1/32 дюйма (0,08 см). На фиг. 35 и 36 представлены снимки, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа волокнистого материала с фиг. 34 после облучения гамма-лучами в дозе 10 и 100 Мрад соответственно, при увеличении 1000. На фиг. 37 представлены снимки, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа волокнистого материала с фиг. 34 после облучения дозой 10 Мрад и обработки ультразвуком, при увеличении 1000. На фиг. 38 представлены снимки, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа волокнистого материала с фиг. 34 после облучения дозой 100 Мрад и обработки ультразвуком, при увеличении 1000. На фиг. 39 представлен инфракрасный спектр крафт-картона, нарезанного на резальном устройстве с вращающимся ножом. На фиг. 40 представлен инфракрасный спектр крафт-бумаги с фиг. 39 после облучения гаммаизлучением в дозе 100 Мрад. На фиг. 41 представлен схематичный вид процесса конверсии биомассы. На фиг. 42 представлен схематичный вид другого процесса конверсии биомассы. Подробное описание В настоящем изобретении описаны системы и способы, в которых можно использовать различные материалы биомассы, такие как целлюлозные материалы, лигноцеллюлозные материалы, крахмальные материалы или материалы, которые представляют собой или включают низкомолекулярные сахара, такие как материалы сырья. Такие материалы часто легкодоступны, но их трудно перерабатывать, например путем ферментации, или они могут давать недостаточный выход при малой скорости. В некоторых случаях трудность переработки является следствием, по меньшей мере частично, неподатливости сырья. В настоящем изобретении описаны стадии переработки, которые могут уменьшить эту неподатливость и,тем самым, облегчить конверсию сырья биомассы в желаемый продукт. В способах, описанных в настоящем изобретении, материалы сырья сначала физически подготавливают для переработки, часто путем уменьшения размера исходных материалов сырья. Затем физически подготовленное сырье можно предварительно обрабатывать или перерабатывать с использованием одного или нескольких из радиационного облучения (которое в некоторых случаях может происходить в контролируемых температурных условиях), обработки ультразвуком, окисления, пиролиза и парового взрыва. Различные системы и способы предварительной обработки можно использовать в комбинациях по две, три или даже четыре из этих технологий. В настоящемдокументе описаны другие технологии, которые можно использовать для усиления переработки сырья, например охлаждение сырья между стадиями облучения и гашение сырья биомассы после облучения. Также в настоящем изобретении описаны функционализированные материалы, имеющие желаемые типы и количества функциональных групп, таких как группы карбоновых кислот, енольные группы, альдегидные группы, кетонные группы, нитрильные группы, нитрогруппы или нитрозогруппы, которые можно получать с использованием способов, описанных в настоящем изобретении. Такие функционализированные материалы могут быть, например, более растворимыми, легче утилизируемыми различными микроорганизмами или они могут быть более стабильными в течение длительного времени, например менее подверженными окислению. В некоторых случаях сырье может включать низкомолекулярные сахара или крахмальные материалы, как подробно рассмотрено в настоящем описании. Типы биомассы. Как правило, любой материал биомассы, который представляет собой или включает углеводы, полностью состоящие из одного или нескольких сахаридных элементов или включающие один или несколько сахаридных элементов, можно перерабатывать любым из способов, описанных в настоящем документе. Например, материал биомассы может представлять собой целлюлозные или лигноцеллюлозные материалы, крахмальные материалы, такие как зерна кукурузы, зерна риса или другие корма, или материалы,которые представляют собой или включают один или несколько низкомолекулярных сахаров, таких как сахароза или целлобиоза. Например, такие материалы могут включать бумагу, бумажную продукцию, древесину, родственные древесине материалы, прессованную древесину, травы, рисовую шелуху, жмых, хлопок, джут, пеньку, лен, бамбук, сизаль, абаку, солому, сердцевины кукурузных початков, кокосовые волокна, водоросли,морскую траву, хлопок, синтетические целлюлозы или любые их смеси. Пригодные материалы включают материалы, приведенные в разделе "Сущность изобретения". Источники волокон включают источники целлюлозных волокон, включая бумагу и бумажную продукцию (например, бумагу с многослойным покрытием и крафт-бумагу), и лигноцеллюлозные источники волокон, включая древесину и родственные древесине материалы, например прессованную древесину. Другие пригодные источники волокон включают природные источники волокон, например травы, рисовую шелуху, жмых, хлопок, джут, пеньку,лен, бамбук, сизаль, абаку, солому, сердцевины кукурузных початков, кокосовые волокна; источники волокон с высоким содержанием -целлюлозы, например хлопок; и синтетические источники волокон,например экструдированную пряжу (ориентированную пряжу или неориентированную пряжу). Природные или синтетические источники волокон можно получать из лоскутов первичных текстильных материалов, например остатков, или они могут представлять собой использованные отходы, например лохмотья. Когда в качестве источников волокон используют бумажную продукцию, она может представлять собой натуральные материалы, например куски первичных материалов, или они могут представлять собой использованные отходы. Помимо первичных исходных материалов, также в качестве источников волокон можно использовать отходы использованных продуктов, промышленные (например, субпродукты) отходы и отходы переработки (например, сбросные воды от переработки бумаги). Также источник волокон может быть получен или образован из отходов человека (например, сточные воды), животных или растений. Дополнительные источники волокон описаны в патентах США 6448307, 6258876, 6207729,5973035 и 5952105. Микробная биомасса включает биомассу, полученную из встречающихся в природе или генетически модифицированных одноклеточных организмов и/или многоклеточных организмов, например организмов из океана, озер, водоемов, например с соленой водой или пресной водой, или организмов суши, и содержащую источник углевода (например, целлюлозы). Микробная биомасса может включать, но не ограничиваясь ими, например, одноклеточные организмы (например, животные (например, простейшие,такие как жгутиковые, амебовидные, инфузории и споровики) и растения (например, водоросли, такие как альвеолобионты, хлорарахниофиты, криптомонады, эвглениды, глаукофиты, гаплофиты, красные водоросли, страминопилы и зеленые водоросли, морскую траву, планктон (например, макропланктон,мезопланктон, микропланктон, нанопланктон, пикопланктон и фемптопланктон), фитопланктон, бактерии (например, грамположительные бактерии, грамотрицительные бактерии и экстремофилы), дрожжи и/или их смеси. В некоторых случаях микробную биомассу можно получать из природных источников,например из океана, озер, водоемов, например с соленой или пресной водой, или из источников на суше. Альтернативно или дополнительно, микробную биомассу можно получать из культуральных систем,например крупномасштабных сухих и влажных культуральных систем. Биомасса животных включает любой материал органических отходов, такой как материал, полученный из животных отходов или экскрементов, или материал, полученный из отходов или экскрементов человека (например, компост и сточные воды). В некоторых вариантах осуществления углевод представляет собой или включает материал, имеющий одну или несколько -1,4-связей и обладающий среднечисленной молекулярной массой приблизительно 3000-50000. Такой углевод представляет собой или включает целлюлозу (I), которая образована из (-глюкозы 1) путем конденсации(14)-гликозидных связей. Эта связь противоположна(14)гликозидным связям, присутствующим в крахмале и других углеводах. Крахмальные материалы. Крахмальные материалы включают сам крахмал, например кукурузный крахмал, пшеничный крахмал, картофельный крахмал или рисовый крахмал, производное крахмала или материал, который включает крахмал, такой как продукт питания или сельскохозяйственная культура. Например, крахмальный материал может представлять собой аракчу, гречку, банан, ячмень, маниоку, кудзу, кислицу, саго, сорго,обычный домашний картофель, сладкий картофель, таро, ямс или одно или несколько бобовых, таких как конские бобы, чечевица или горох. Также крахмальным материалом является смесь двух или более крахмальных материалов. Источники крахмала включают, например, пшеницу, ячмень, кукурузу и картофель. В конкретных вариантах осуществления крахмальный материал получен из кукурузы. Различные кукурузные крахмалы и их производные описаны в "Corn Starch", Corn Refiners Association (11-е изд.,2006). Крахмал (например, CAS9005-25-8 и химическая формула (С 6 Н 10 О 5)n), как правило, содержит смесь амилозы и амилопектина (обычно в соотношении 20:80 или 30:70) и, как правило, существует в виде гомополимера из повторяющихся элементов ангидроглюкозы с -гликозидным положением глюкозы на соседнем элементе крахмала через гемиацетальные связи. Молекулы крахмала, образованные в основном 1,4-связями, называют амилозой, и 1,6-связи служат в качестве точки ветвления в разветвленных молекулах крахмала, называемых амилопектином. Гранулярная структура. Таблица 1 Размер гранул различных крахмалов Растения запасают крахмал в специализированных органеллах, называемых амилопластами, где он откладывается с образованием гранул. Эти гранулы состоят из вновь синтезированного крахмала, наслоенного вокруг ядра гилума, и их диаметр варьирует от 2 до 130 мкм. Размер и форма гранулы являются характеристикой происхождения растения и служат в качестве способа идентификации источника конкретного крахмала (табл. 1). Структура гранулы зерна является кристаллической, где молекулы крахмала ориентированы таким образом, чтобы образовывать радиально ориентированные кристаллы, дающие начало феномену двойного лучепреломления. Когда через крахмальную гранулу направляют пучок поляризованного света, гранула делится темными линиями на четыре клиновидных сектора. Эта поперечная штриховка или пересечение являются характерными для сферокристаллических структур. Амилоза. Схема 1 Репрезентативная частичная структура амилозы Молекулы амилозы состоят из отдельных по большей части неразветвленных цепей с 500-20000 элементами -(1,4)-D-глюкозы, в зависимости от источника. -(1,4)-связи обеспечивают образование спиральной структуры. Структурная формула амилозы представлена на схеме 2, где количество повторяющихся субъединиц глюкозы (n) может составлять много тысяч (обычно в диапазоне от 300 до 3000). Амилозный крахмал труднее расщепляется, чем амилопектин; однако он занимает меньше пространства,так что он является предпочтительным для запасания в растениях. Амилоза составляет приблизительно 30% от запасаемого крахмала в растениях. Пищеварительный фермент амилаза действует на концах молекулы крахмала, расщепляя ее на сахара. Молекулы амилозы участвуют в образовании геля, поскольку линейные цепи могут быть ориентированы параллельно друг другу, сдвигаясь достаточно близко друг к другу с образованием связи. Возможно вследствие легкости, с которой молекулы амилозы смещаются друг относительно друга в клейстере, они не вносят значительный вклад в вязкость. Амилопектин. Схема 2 Репрезентативная частичная структура амилопектина Амилопектин образован неслучайным -(1,6)-ветвлением -(1,4)-D-глюкозной структуры амилозного типа. Как можно видеть на схеме 2, элементы глюкозы связаны линейно -(1,4)-связями. Ветвление происходит через -(1,6)-связи, встречающиеся каждые 24-30 элементов глюкозы, и его определяют с помощью ферментов, расщепляющих ветвящуюся структуру. Каждая молекула амилопектина содержит миллион или около того остатков, приблизительно 5% из которых образуют точки ветвления. Разветвленные молекулы амилопектина придают вязкость клейстеру вследствие его роли в поддержании набухшей гранулы. Боковые цепи и объемная форма молекулы амилопектина удерживают их от ориентации, достаточной близкой для образования водородных связей друг с другом, так что они обычно не участвуют в образовании геля. Источник. Растения гидролизуют крахмал, высвобождая субъединицы глюкозы, когда требуется энергия. Значительно большим источником крахмала является кукуруза (маис), и другими широко используемыми источниками являются пшеница, картофель, тапиока и рис. Относительные соотношения амилозы и амилопектина и точек ветвления через 1,6-связь определяются генетически и являются относительно постоянными для каждого типа крахмала. Например, амилокукуруза содержит более 50% амилазы, и "восковидная" кукуруза практически не имеет ее (3%). Непереработанный крахмал. Крахмал, полученный способом влажного измельчения кукурузы и затем высушенный, называют обычным, регулярным или немодифицированным кукурузным крахмалом. Существуют различные формы кукурузного крахмала, включая тонкоизмельченные или грубодисперсные порошки, хлопья, крупинки или даже более крупные частицы. Немодифицированный крахмал может быть минимально переработан коррекцией рН, обработкой умеренным нагреванием или добавлением небольших количеств химических реагентов или адъювантов до или после сушки для оптимизации параметров. В качестве примера ферментативную конверсию крахмала в сахара можно ускорять коррекцией рН крахмала. Значительно более употребляемым полисахаридом в рационе человека является крахмал. Крахмал(в частности, кукурузный крахмал) используют при приготовлении сгущенных продуктов питания, таких как соусы. В промышленности его используют при изготовлении клеев, бумаги, тканей и в качестве основы при изготовлении кондитерских изделий, таких как жевательный мармелад и желейные бобы. Бумажное производство является наиболее крупным непищевым применением крахмалов по всему миру,потребляющим миллионы метрических тонн ежегодно. В обычном листе копировальной бумаги, например, содержание крахмала может быть до 8%. В бумажном производстве используют как химически модифицированные, так и немодифицированные крахмалы. Химический состав крахмала, органических молекул с высоким содержанием кислорода делает крахмал превосходным продуктом для применения в качестве химического сырья. Генетически модифицированный крахмал. Генетически модифицированный крахмал, который относится к крахмалу из полученных способами генетической инженерии растений, является модифицированным для снижения необходимости в химической переработке (снижая стоимость, токсичность или экологически безвредные процессы) или для продукции новых углеводов, которые могут не встречаться в природе в собираемых в виде урожая растениях. Модификация в этом значении относится к генетической инженерии ДНК растений, но не к последующей переработке или обработке крахмала или крахмальных гранул. Генетически модифицированный крахмал представляет особый интерес при изготовлении биодеградируемых полимеров и не целлюлозного сырья в бумажной промышленности, а также при создании новых пищевых добавок. Например, восковидную кукурузу широко исследовали в 1950 г. благодаря ее желательным свойствам. Крахмал восковидной кукурузы, который, по существу, представляет собой 100% амилопектин, дает клейстер, который является практически прозрачным при охлаждении, не застывает и, когда его сушат в виде тонких пленок, дает просвечивающее, растворимое покрытие, часто используемое для сгущения широкого множества приготавливаемых пищевых продуктов. Генетическая модификация этого крахмала для испытания амилозы и повышения ее содержания потенциально может привести к превосходному пленкообразующему материалу, и он может быть скручен в волокно. Исследования в этой области привели к коммерческой разработке двух гибридов кукурузы, один из которых содержит приблизительно 55%, а другой содержит приблизительно 70% амилозы, и недавно в исследованиях был получен крахмал с 80% амилозы. Модифицированный крахмал. Модифицированный крахмал представляет собой пищевую добавку, которую получают обработкой крахмала или крахмальных гранул, приводящей к частичной деградации крахмала. Модифицированный крахмал используют в качестве загустителя, стабилизатора или эмульгатора. Помимо пищевых продуктов, модифицированный крахмал также встречается в фармацевтических препаратах. Крахмалы модифицируют по ряду причин, в том числе для повышения их устойчивости к чрезмерному нагреванию, кислотам и замораживанию; для изменения их текстуры или для удлинения или укорочения времени желатинизации. Кислотно-модифицированный крахмал. Обработанный кислотой крахмал, обычно просто называемый "модифицированным крахмалом",получают обработкой крахмала или крахмальных гранул неорганическими кислотами. Основной реакцией, которая происходит в ходе обработки кислотой, является гидролиз гликозидных связей в молекулах крахмала. Кислотная модификация уменьшает длину цепи крахмала, но, по существу, не изменяет конфигурацию молекулы. В этом способе суспензию крахмал-вода встряхивают, подвергая мягкой обработке разбавленной минеральной кислотой при повышенных температурах, но ниже температуры желатинизации крахмала. При достижении желаемой вязкости кислоту нейтрализуют карбонатом натрия и крахмал фильтруют, промывают и сушат. Окисленный кукурузный крахмал. Другим способом снижения вязкости является окисление. Несмотря на то что можно использовать такие окислители, как хлор, пероксид водорода и перманганат калия, окисленные крахмалы, полученные способом влажного измельчения, практически всегда изготавливают с использованием в качестве окислителя гипохлорита натрия. Водные суспензии крахмала при встряхивании обрабатывают разбавленным гипохлоритом натрия, содержащим небольшой избыток гидроксида натрия (NaOH), и нагревают до 120F (49C). Когда достигают желаемой вязкости, окисленную суспензию крахмала обрабатывают восстановителем, таким как бисульфит натрия, для удаления избытка гипохлорита, корректируют рН и крахмал фильтруют, промывают и, наконец, сушат. Обработка крахмала окислителем случайным образом превращает гидроксильные группы в карбоксильные или карбонильные группы, что приводит к расщеплению соседней гликозидной связи. Окисленные крахмалы используют в бездрожжевом тесте и в панировке, поскольку они довольно хорошо прилипают к мясу. Декстрины. Декстрины представляют собой группу низкомолекулярных углеводов, получаемых сухим нагреванием или обжигом немодифицированного крахмала с кислотным или щелочным катализатором или без него. В других способах декстринизации используют псевдоожиженный слой, где немодифицированный крахмал помещают в реактор и суспендируют или "флюидизируют" в потоке нагретого воздуха. Затем крахмал подкисляют и нагревают до получения требуемого конечного продукта. В процессе декстринизации гранула не разрушается, однако нарушается целостность гранулы. Когда декстрины суспендируют в воде и нагревают, гранулы набухают и разделяются на слои, которые в конечном итоге высвобождаются и диспергируются. Декстрины представляют собой смеси линейных -(1,4)-связанных полимеровD-глюкозы, начинающихся -(1,6)-связью. Промышленную продукцию, как правило, проводят кислотным гидролизом картофельного крахмала. Декстрины представляют собой растворимые в воде твердые вещества от белого до светло-желтого цвета, которые являются оптически активными. При анализе декстрины можно выявлять раствором йода, дающим красное окрашивание. Существует три основных типа декстринов: белые, желтые и британская камедь. Белые декстрины имеют белый цвет и обладают сниженной вязкостью и растворимостью в холодной воде в диапазоне от 5 до более 90%. Белые декстрины используют для получения очень мягких гелей. Желтые декстрины (получаемые при меньшем количестве кислоты, более высоких температурах и более длительно) имеют желтый цвет и обладают более высокой растворимостью в воде. Желтые декстрины используют для получения клейстеров с высоким содержанием твердых частиц, которые являются очень клейкими и при нанесении в виде тонких пленок быстро высыхают. Наконец, британские камеди получают добавлением небольшого количества кислоты или без ее добавления к очень сухому крахмалу и затем обжигом при постепенно возрастающей температуре. Они имеют цвет от желтовато-коричневого до коричневого, и их используют для получения практически от твердых гелей через очень мягкие гели до вязких жидкостей. Циклодекстрины. Циклодекстрины представляют собой невосстанавливающие циклические олигосахариды глюкозы,образующиеся при катализируемой цикломальтодекстринглюканотрансферазой деградации крахмала. Три распространенных циклодекстрина имеют 6, 7 или 8 D-глюкопиранозильных остатков (-, - и-циклодекстрин соответственно), связанных -1,4-гликозидными связями (фиг. 4). Все три циклодекстрина имеют сходные структуры (длины и ориентации связей), за исключением структурной необходимости в размещении различного количества остатков глюкозы. Они представляют собой неограниченные молекулы чашевидной формы (укороченный конус), скрепленные водородными связями между 3-ОН и 2-ОН-группами вокруг наружного края. Циклодекстрины используют для инкапсулирования в целях контролируемого высвобождения вкусовых веществ, маскировки неприятных запахов и вкусов, стабилизации эмульсий, повышения пенообразующей способности и контроля или маскировки цвета. Производные крахмала (поперечно сшитые и стабилизированные). Крахмал можно химически преобразовать в производное по первичным и вторичным положениям гидроксилов, что придает свойства, отличающиеся от свойств, встречающихся в исходном крахмале. Предположительно это происходит вследствие разрушения водородных связей. Два типа производных изготавливают коммерчески: поперечно сшитые/ингибированные и стабилизированные. Поперечно сшитые крахмалы, иногда называемые ингибированными крахмалами, получают реакцией гидроксильных групп на двух различных молекулах в грануле с бифункциональным агентом. В качестве поперечно сшивающих агентов можно использовать такие реагенты, как оксихлорид фосфора или триметафосфат натрия. Очень небольшие количества этих средств могут оказывать выраженный эффект на характеристики клейстера. Крахмал можно стабилизировать против гелеобразования с использованием монофункциональных реагентов. Эти реагенты реагируют с гидроксильными группами на крахмале, внося группы заместителей, которые препятствуют эффектам образования водородных связей, тем самым повышая его способность к смешиванию с водой или вязкость или придавая молекуле крахмала положительный заряд. Реагенты, используемые для стабилизации крахмала путем разрушения водородных связей, включают оксид этилена для получения гидроксиэтилкрахмала, уксусный ангидрид для получения ацетатов крахмала,янтарный ангидрид для получения сукцинатов крахмала, ортофосфат мононатрия или триполифосфат натрия для получения фосфатов крахмала и оксид пропилена для получения гидроксипропилкрахмалов. Реагенты, которые придают положительный заряд молекуле крахмала, включают третичные или четвертичные амины для получения катионных крахмалов. Предварительно желатинизированный крахмал. Суспензии многих крахмалов и производных крахмала можно желатинизировать и сушить для получения широкого множества предварительно желатинизированных крахмалов. Это проводят в однобарабанной сушилке с помощью валиков для нанесения. Суспензию крахмала нагревают для ее желатинизации, сразу сушат и растирают до желаемых параметров гранул. Предварительно желатинизированный крахмал используют для сгущения десертов мгновенного приготовления, таких как пудинги, обеспечивая сгущение продуктов питания при добавлении холодной воды или молока. Аналогично, гранулы сыр- 13021993 ного соуса (такого как в макаронах с сыром или лазанье) или гранулы подливки можно сгущать в кипящей воде без образования комков продукта. Коммерческие начинки в пиццу, содержащие модифицированный крахмал, сгущаются при нагревании в печи, удерживая их сверху пиццы, а затем становятся текучими при охлаждении. Отбеленные крахмалы. Отбеливание путем очень мягкого окисления проводят с использованием гипохлорита натрия, хлорита натрия, пероксида водорода, перманганата калия, перуксусной кислоты или персульфата аммония с диоксидом серы. Взаимодействие с молекулами крахмала должно быть очень небольшим, чтобы не происходило изменений физических свойств крахмала или его раствора, за исключением цвета. Теоретически, происходит образование небольшого количества альдегидных или карбоксильных групп. В конечном продукте остаются только следовые количества хлорида натрия, сульфата натрия или ацетата натрия. Отбеленный крахмал выделяют на непрерывных фильтрах или центрифугах с использованием больших количеств воды для удаления следовых количеств неорганических солей, образованных из отбеливателя, сушат и упаковывают. Низкомолекулярные сахара. Материалы биомассы, которые включают низкомолекулярные сахара, могут включать, например,по меньшей мере приблизительно 0,5 мас.% низкомолекулярного сахара, например по меньшей мере приблизительно 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12,5, 25, 35, 50, 60, 70, 80, 90 или даже по меньшей мере приблизительно 95 мас.% низкомолекулярного сахара. В некоторых случаях биомасса, по существу, состоит из низкомолекулярного сахара, например более чем на 95 мас.%, например 96, 97, 98, 99 или, по существу,100 мас.% низкомолекулярного сахара. Материалы биомассы, которые включают низкомолекулярные сахара, могут представлять собой сельскохозяйственные продукты или пищевые продукты, такие как сахарный тростник или сахарная свекла или их экстракт, например сок сахарного тростника или сок сахарной свеклы. Материалы биомассы, которые включают низкомолекулярные сахара, могут представлять собой, по существу, чистые экстракты, такие как нерафинированный или кристаллизованный столовый сахар (сахароза). Низкомолекулярные сахара включают производные сахаров. Например, низкомолекулярные сахара могут быть олигомерными (например, равными 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- или 10-меру или превышающими их), тримерными,димерными или мономерными. Когда углеводы образованы более чем одним повторяющимся элементом, все повторяющиеся элементы могут быть одинаковыми или различными. Конкретные примеры низкомолекулярных сахаров включают целлобиозу, лактозу, сахарозу, глюкозу и ксилозу, а также их производные. В некоторых случаях производные сахаров более быстро растворяются в растворе или утилизируются микробами для продукции полезного материала, такого как этанол или бутанол. Несколько таких сахаров и производных сахаров представлены ниже. Этанол из низкомолекулярных сахаров. Более половины мирового производства этанола продуцируется из сахаров или побочных продуктов сахаров, причем Бразилия несомненно является мировым лидером. В настоящее время в США отсутствует коммерческое производство этанола из сахарного тростника или сахарной свеклы, где 97% этанола производят из кукурузы. Технологически, способ производства этанола из сахара проще, чем конвертирование кукурузы в этанол. Конвертирование кукурузы в этанол требует дополнительного приготовления (способом влажного измельчения) и применения ферментов, в то время как конверсия сахара требует только процесса дрожжевой ферментации. Потребность в энергии для конвертирования сахара в этанол приблизительно в два раза меньше, чем для кукурузы. Однако технология и прямые затраты энергии являются только одним из нескольких факторов, которые определяют целесообразность производства этанола. Другие факторы включают относительную стоимость производства (включая сырье), скорости конверсии, близость к технологическому оборудованию, альтернативные цены и правительственную политику, конструкцию оборудования и стоимость переработки. Поскольку в других странах было показано, что производство этанола из сахара может быть экономически целесообразным и проводится поиск другого нового сырья,в США возрос интерес к производству этанола из сахара. В ответ на растущий интерес к сахару и этанолу USDA опубликовал отчет об исследовании в июле 2006 г. под названием: "The Economic Feasibility ofEthanol Production from Sugar in the United States", которой включен в настоящее описание в качестве ссылки во всей своей полноте. В отчете показано, что при текущих рыночных ценах на этанол конвертирование сахарного тростника, сахарной свеклы и мелассы в этанол может быть прибыльным (см. табл. 2). Таблица 2 Текущие рыночные цены на этанол На галлон (3,8 л).Не включает затраты на транспортировку. Сахарная свекла. Сахарная свекла представляет собой однолетнюю культуру, выращиваемую в 11 штатах в различных климатических условиях, от жаркого климата долины Империал в Калифорнии до более холодного климата Монтаны и Северной Дакоты. Побочные продукты сахарной свеклы включают свекловичную пульпу, которую можно продавать для кормов для животных, и мелассу, которую также можно продавать для кормов для животных или далее перерабатывать для экстракции большего количества сахара. Оборудование для переработки сахарной свеклы конвертирует сырую сахарную свеклу непосредственно в рафинированный сахар в 1-стадийном процессе. Между тем как площадь культивирования сахарной свеклы несколько снизилась с 1990-х гг., производство сахара в действительности возросло вследствие инвестиций в новое оборудование для переработки, внедрения новых технологий, усовершенствованных сортов культуры и усиленных технологий извлечения сахара из мелассы. Сахарная свекла является очень объемной и относительно дорогой для транспортировки, и она должна быть переработана достаточно быстро, до разрушения сахарозы. Таким образом, все предприятия по переработке сахарной свеклы расположены в областях выращивания. Сахарный тростник. Сахарный тростник представляет собой многолетнюю тропическую культуру, производимую в четырех штатах: во Флориде, на Гавайях, в Луизиане и Техасе. Побочные продукты переработки сахарного тростника включают мелассу и жмых, волокнистый материал, который остается после прессования сахарного тростника для получения сахара. Жмых часто сжигают в качестве топлива для увеличения мощности мельниц сахарного тростника. Сахарный тростник сначала перерабатывают в нерафинированный сахар на мельницах вблизи тростниковых полей. Подобно свекле тростник является объемным и относительно дорогостоящим для транспортировки, и он должен быть переработан настолько быстро, насколько это возможно, для сведения к минимуму разрушения сахарозы. Затем нерафинированный сахар транспортируют в рафинировочный завод для производства рафинированного сахара. За последнее десятилетие сахарная свекла достигла более высокой доли в производстве сахара в США, в настоящее время составляя 58,8% национальной продукции сахара, в то время как доля сахарного тростника упала до 41,2%. Меласса. Наиболее широко используемым сахаром для ферментации этанола является тростниковая меласса,которая содержит приблизительно 35-40 мас.% сахарозы, 15-20 мас.% инвертированных сахаров, таких как глюкоза и фруктоза, и 28-35 мас.% несахарных твердых веществ. Мелассу (сироп) собирают в качестве побочного продукта производства тростникового сахара. Мелассу разбавляют до мягкой массы, содержащей приблизительно 10-20 мас.% сахара. После доведения рН мягкой массы приблизительно до 4-5 с помощью минеральной кислоты в нее инокулируют дрожжи и проводят ферментацию в неасептических условиях при 20-32C в течение приблизительно 1-3 суток. Затем из ферментированной бражки,которая, как правило, содержит приблизительно 6-10 мас.% этанола, в очистном отделе завода извлекают продукт. Продукция этанола (с использованием коэффициента конверсии сахарозы 141 галлон/т (533,7 л вычислена для сахарного тростника, сахарной свеклы и белой мелассы. Сахарный тростник. Уровень извлечения нерафинированного сахара 12,24% плюс 41,6 фунтов (0,0189 т) сахарозы из мелассы. Результаты этого исследования имеют несколько важных следствий, касающихся производства этанола из сахароносных культур в США. Во-первых, при существующей технологии ферментации кукуруза в настоящее время является наиболее дешевым сырьем, доступным для применения при производстве этанола в США. Во-вторых, с учетом текущих и предполагаемых будущих рыночных цен на сахар и этанол очевидно, что производство сахара является наиболее целесообразным применением сахарного тростника или сахарной свеклы. В-третьих, конверсия целлюлозной биомассы в этанол обеспечивает потенциал для применения в производстве этанола широкого множества различных типов сырья. В настоящем документе описаны системы и способы, в которых можно использовать эти низкомолекулярные соединения для продукции этанола более быстро и более экономически эффективно. Для получения продуктов, описанных в настоящем документе, таких как этанол, можно использовать смеси любых материалов биомассы, описанных в настоящем документе. Например, для получения любого продукта, описанного в настоящем документе, можно использовать смеси целлюлозных материалов и крахмальных материалов. Системы для обработки биомассы. На фиг. 1 представлена система для конвертирования биомассы 100, в частности биомассы со значительными количествами целлюлозных и лигноцеллюлозных компонентов и/или крахмальных компонентов, в полезные и побочные продукты. Система 100 включает подсистему для подготовки исходного материала 110, подсистему для предварительной обработки 114, подсистему для основной переработки 118 и подсистему для последующей переработки 122. В подсистему для подготовки исходного материала 110 подается биомасса в сырой форме, и в ней биомасса физически подготавливается для применения в качестве сырья для последующих процессов (например, уменьшение размера и гомогенизация биомассы) и хранится как в сырой форме, так и в форме сырья. Сырье биомассы со значительными количествами целлюлозных и/или лигноцеллюлозных компонентов или крахмальных компонентов может иметь высокую среднюю молекулярную массу и кристалличность, которые могут осложнять переработку сырья в полезные продукты (например, ферментацию сырья для получения этанола). Например, в других системах для переработки целлюлозного, лигноцеллюлозного или крахмального сырья используются кислоты,основания и ферменты. Как описано в настоящем документе, в некоторых вариантах осуществления такая обработка является ненужной или необходима только в небольших или каталитических количествах. В подсистему для предварительной обработки 114 подается сырье из подсистемы для подготовки сырья 110, и в ней сырье подготавливается для применения в основных процессах продукции, например,путем уменьшения средней молекулярной массы и кристалличности сырья. Из подсистемы для предварительной обработки 114 предварительно обработанное сырье подается в подсистему для основной переработки 118, и в ней продуцируются полезные продукты (например, этанол, другие спирты, фармацевтические препараты и/или продукты питания). В некоторых случаях продукт подсистемы для первичной переработки 118 является пригодным непосредственно, однако в других случаях он требует дополнительной переработки, осуществляемой подсистемой для последующей переработки 122. Подсистема для последующей переработки 122 обеспечивает дальнейшую переработку потока продукта из системы для первичной переработки 118, которая требуется для него (например, дистилляция и денатурация этанола),а также обработку потоков отходов из других подсистем. В некоторых случаях сопродукты подсистем 114, 118, 122 также могут быть прямо или косвенно пригодны в качестве вторичных продуктов и/или для повышения общей эффективности системы 100. Например, подсистема для последующей переработки 122 может производить обработанную воду для рециркуляции в качестве технической воды в других подсистемах и/или она может производить сгораемые отходы, которые можно использовать в качестве топлива для котлов, генерирующих пар и/или электричество. На оптимальный размер установки для конверсии биомассы влияют факторы, включающие экономичность масштаба и тип, и доступность биомассы, используемой в качестве сырья. Увеличение размера установки имеет тенденцию к увеличению экономичности масштаба, ассоциированной с процессами в установке. Однако возрастающий размер установки также имеет тенденцию к повышению затрат (например, затрат на транспортировку) на единицу сырья. Исследования, анализирующие эти факторы, указывают на то, что приемлемый размер установок для конверсии биомассы может варьировать от 1000 до 10000 т или более сухого сырья в сутки, в зависимости, по меньшей мере частично, от типа используемого сырья. Тип сырья также может влиять на требования по хранению на установке, где установки, предназначенные, главным образом, для переработки сырья, доступность которого сезонно варьирует (например, кукурузная солома), требуют в большей степени хранения сырья на месте, чем за пределами установки, по сравнению с установками, предназначенными для переработки сырья, доступность которого является относительно постоянной (например, макулатура). Физическая подготовка. В некоторых случаях способы переработки начинаются с физической подготовки сырья, напримеруменьшения размера исходных материалов сырья, например, путем нарезания, растирания, дробления,размола на шаровой мельнице, переработки контактным валиком или рубки. В некоторых случаях материал можно уменьшать до частиц с использованием молотковой мельницы, дисковой мельницы или камнедробилки. В некоторых случаях рыхлое сырье (например, переработанная бумага, крахмальные материалы или просо) подготавливают дроблением или резанием. Для удаления из потока сырья слишком крупных объектов или нежелательных объектов, например, таких как камни или гвозди, можно использовать сита и/или магниты. Системы для подготовки исходного материала могут быть адаптированы для продукции потоков сырья с конкретными характеристиками, например конкретными максимальными размерами, конкретными соотношениями длины и ширины или конкретными соотношениями площадей поверхностей. В качестве части подготовки исходного материала можно регулировать объемную плотность сырья (например, повышать или снижать). Уменьшение размера. В некоторых вариантах осуществления материал, подлежащий переработке, имеет форму волокнистого материала, который включает волокна, получаемые дроблением источника волокон. Например,дробление можно проводить с помощью резального устройства с вращающимся ножом. Например, и ссылаясь на фиг. 2, источник волокна 210 дробят, например, в резальном устройстве с вращающимся ножом с получением первого волокнистого материала 212. Первый волокнистый материал 212 пропускают через первое сито 214, имеющее средний размер отверстий 1,59 мм или менее(1/16 дюйма, 0,0625 см), с получением второго волокнистого материала 216. Если желательно, источник волокна можно измельчать перед дроблением, например, с помощью устройства для измельчения. Например, когда в качестве источника волокна используют бумагу, ее сначала можно измельчать до полосок шириной, например, от 1/4 до 1/2 дюйма (от 0,64 до 1,28 см) с использованием устройства измельчения, например устройства для измельчения с винтами с встречным вращением, такого как устройство,изготовленное Munson (Utica, N.Y.). В качестве альтернативы измельчению размер бумаги можно уменьшать нарезанием до желаемого размера с использованием гильотинного резального устройства. Например, гильотинное резальное устройство можно использовать для нарезания бумаги на листы, например, шириной 10 дюймов (25,4 см) и длиной 12 дюймов (30,5 см). В некоторых вариантах осуществления дробление источника волокна и пропускание полученного первого волокнистого материала через первое сито проводят одновременно. Дробление и пропускание также можно проводить последовательно, например, в серийном процессе. Например, резальное устройство с вращающимся ножом можно использовать для одновременного дробления источника волокна и просеивания первого волокнистого материала. Ссылаясь на фиг. 3, резальное устройство с вращающимся ножом 220 включает воронку 222, в которую можно помещать измельченный источник волокна 224, полученный измельчением источника волокна. Измельченный источник волокна дробится между стационарными лезвиями 230 и вращающимися лезвиями 232 с получением первого волокнистого материала 240. Первый волокнистый материал 240 пропускается через сито 242, и полученный второй волокнистый материал 244 собирается в корзину 250. Для облегчения сбора второго волокнистого материала корзина может иметь давление ниже номинального атмосферного давления, например по меньшей мере на 10% ниже номинального атмосферного давления, например по меньшей мере на 25% ниже номинального атмосферного давления, по меньшей мере на 50% ниже номинального атмосферного давления или по меньшей мере на 75% ниже номинального атмосферного давления. В некоторых вариантах осуществления для поддержания давления в корзине ниже номинального атмосферного давления используют источник вакуума 252. Дробление может быть предпочтительным для "раскрытия", "напряжения" или даже снижения молекулярной массы волокнистых материалов, делая целлюлозу материалов более чувствительной к разделению цепей и/или снижению кристалличности. Раскрытые материалы также могут быть более чувствительными к окислению при облучении. Источник волокна можно дробить в сухом состоянии, в гидратированном состоянии (например имея вплоть до 10 мас.% абсорбированной воды) или во влажном состоянии (например имея приблизительно от 10 до приблизительно 75 мас.% воды). Источник волокна можно дробить даже при частичном или полном погружении под жидкость, такую как вода, этанол или изопропанол. Источник волокна также можно дробить в газе (таком как поток или атмосфера газа, отличного от воздуха), например в кислороде, или азоте, или паре. Другие способы получения волокнистых материалов включают, например, жерновой помол, механическое разрыхление или разрывание, измельчение на стержневой мельнице, измельчение на шаровой мельнице, переработку контактным валиком или измельчение растиранием на воздухе. Если желательно, волокнистые материалы можно разделять, например, постоянно или партиями на фракции согласно их длине, ширине, плотности, типу материала или некоторой комбинации этих признаков. Например, черные металлы можно отделять от любого волокнистого материала пропусканием волокнистого материала, который включает черный металл, мимо магнита, например электромагнита, и затем пропуская полученный волокнистый материал через серию сит, где каждое сито имеет отверстия отличающегося размера. Волокнистые материалы также можно разделять, например, с использованием высокоскоростного газа, например воздуха. В таком подходе волокнистые материалы разделяют отведением различных фракций, которые, если желательно, можно подвергнуть фотонной характеризации. Такое устройство для разделения рассмотрено, например, у Lindsey et al., в патенте США 6883667. Волокнистые материалы до переработки могут иметь низкое содержание влаги, например приблизительно менее чем 7,5, 5, 3, 2,5, 2, 1,5, 1 или 0,5 мас.%. Этот материал можно облучать пучком частиц,таких как электроны и протоны. Облучение может следовать непосредственно за подготовкой материала или после стадии снижения влагосодержания, например сушки приблизительно при 105C в течение 4-18 ч, так чтобы перед применением содержание влаги составляло, например, приблизительно менее чем 0,5%. Если желательно, из волокнистых материалов, которые включают лигнин, лигнин можно удалять. Также для облегчения разрушения материалов, которые включают целлюлозу, материал можно обрабатывать перед облучением нагреванием, химическим реагентом (например, минеральной кислотой, основанием или сильным окислителем, таким как гипохлорит натрия) и/или ферментом. В некоторых вариантах осуществления средний размер отверстия первого сита составляет менее 0,79 мм (1/32 дюйма, 0,03125 см), например менее 0,51 мм (1/50 дюйма, 0,02000 см), менее 0,40 мм(1/64 дюйма, 0,015625 см), менее 0,23 мм (0,009 дюйма), менее 0,20 мм (1/128 дюйма, 0,0078125 см), менее 0,18 мм (0,007 дюйма), менее 0,13 мм (0,005 дюйма) или даже менее 0,10 мм (1/256 дюйма,0,00390625 см). Сито изготавливают переплетением мононити, имеющей соответствующий диаметр для получения желаемого размера отверстия. Например, мононити могут быть изготовлены из металла, например нержавеющей стали. По мере уменьшения размеров отверстий структурные требования для мононити повышаются. Например, для размеров отверстий менее 0,40 мм может быть преимущественным изготовление сит из мононитей, изготовленных из материала, отличного от нержавеющей стали, например титана, сплавов титана, аморфных металлов, никеля, вольфрама, родия, рения, керамики или стекла. В некоторых вариантах осуществления сито изготавливают из пластины, например металлической пластины, имеющей отверстия, например, вырезанные в пластине с использованием лазера. В некоторых вариантах осуществления площадь отверстий в сите составляет менее 52, например менее 41, менее 36,менее 31, менее 30%. В некоторых вариантах осуществления второй волокнистый материал дробят и пропускают через первое сито или сито с отличающимся размером. В некоторых вариантах осуществления второй волокнистый материал пропускают через второе сито, имеющее средний размер отверстий, равный или меньший, чем размер первого сита. Ссылаясь на фиг. 4, третий волокнистый материал 220 можно получать из второго волокнистого материала 216 дроблением второго волокнистого материала 216 и пропусканием полученного материала через второе сито 222, имеющее средний размер отверстий, меньший, чем у первого сита 214. Как правило, волокна волокнистых материалов могут иметь относительно высокое среднее соотношение длины и диаметра (например, более 20:1), даже если их подвергали дроблению более одного раза. Кроме того, волокна волокнистых материалов, описанные в настоящем документе, могут иметь относительно узкое распределение длины и/или соотношения длины и диаметра. Как используют в настоящем описании, среднюю ширину волокон (т.е. диаметр) определяют оптически, случайным образом выбрав приблизительно 5000 волокон. Средняя длина волокон представляет собой корригированные длины, взвешенные по длине. Площадь поверхности BET (Brunauer, Emmet иTeller) представляет собой многоточечную площадь поверхности, и пористость представляет собой величину, определяемую ртутной порометрией. Среднее соотношение длины и диаметра второго волокнистого материала 14 может, например, превышать 8/1, 10/1, 15/1, 20/1, 25/1 или даже 50/1. Средняя длина второго волокнистого материала 14 может составлять, например, приблизительно от 0,5 до 2,5 мм, например приблизительно от 0,75 до 1,0 мм,и средняя ширина (т.е. диаметр) второго волокнистого материала 14 может составлять, например, приблизительно от 5 до 50 мкм, например приблизительно от 10 до 30 мкм. В некоторых вариантах осуществления стандартное отклонение длины второго волокнистого материала 14 составляет менее 60% от средней длины второго волокнистого материала 14, например менее 50% от средней длины, менее 40% от средней длины, менее 25% от средней длины, менее 10% от средней длины, менее 5% от средней длины или даже менее 1% от средней длины. В некоторых вариантах осуществления площадь поверхности BET второго волокнистого материала превышает 0,1, например превышает 0,25, 0,5, 1,0, 1,5, 1,75, 5,0, 10, 25, 35, 50, 60, 75, 100, 150, 200 или даже превышает 250 м 2/г. Пористость второго волокнистого материала 14 может, например, превышать 20, 25, 35, 50, 60, 70, например превышать 80, 85, 90, 92, 94, 95, 97,5, 99 или даже превышать 99,5%. В некоторых вариантах осуществления соотношение среднего соотношения длины и диаметра первого волокнистого материала и среднего соотношения длины и диаметра второго волокнистого материала составляет, например, менее 1,5, например менее 1,4, менее 1,25, менее 1,1, менее 1,075, менее 1,05,менее 1,025 или даже, по существу, равно 1. В конкретных вариантах осуществления второй волокнистый материал снова дробят, и полученный волокнистый материал пропускают через второе сито, имеющее средний размер отверстий, меньший,чем у первого сита, с получением третьего волокнистого материала. В таких случаях соотношение среднего отношения длины к диаметру второго волокнистого материала и среднего отношения длины к диаметру третьего волокнистого материала может составлять, например, менее 1,5, например менее 1,4, ме- 20021993 нее 1,25 или даже менее 1,1. В некоторых вариантах осуществления третий волокнистый материал пропускают через третье сито с получением четвертого волокнистого материала. Четвертый волокнистый материал можно, например,пропускать через четвертое сито с получением пятого материала. Аналогичные процессы просеивания можно повторять столько раз, сколько желательно, для получения желаемого волокнистого материала,имеющего желательные свойства. Уплотнение. Любым из способов, описанных в настоящем документе, можно перерабатывать уплотненные материалы или любой материал, описанный в настоящем документе, например любой волокнистый материал, описанный в настоящем документе, можно перерабатывать любым одним или несколькими способами, описанными в настоящем изобретении, а затем уплотнять, как описано в настоящем документе. Материал, например волокнистый материал, имеющий низкую объемную плотность, можно уплотнять до продукта, имеющего более высокую объемную плотность. Например, композицию материала,имеющую объемную плотность 0,05 г/см 3, можно уплотнять изолированием волокнистого материала в относительно газонепроницаемой структуре, например мешке, изготовленном из полиэтилена, или мешке, изготовленном из чередующихся слоев полиэтилена и нейлона с последующим удалением из структуры заключенного в нее газа, например воздуха. После удаления воздуха из структуры волокнистый материал может иметь, например, объемную плотность более 0,3, например 0,5, 0,6, 0,7 или более, например 0,85 г/см 3. После уплотнения продукт можно перерабатывать любым из способов, описанных в настоящем документе, например облучением, например гамма-излучением. Это может быть преимущественным, когда желательно транспортировать материал в другое место, например в удаленное производственное предприятие, где композиция волокнистого материала может быть добавлена в раствор, например, для получения этанола. После прокалывания, по существу, газонепроницаемой структуры уплотненный волокнистый материал может быть возвращен практически к его первоначальной объемной плотности, например более 60% от его первоначальной объемной плотности, например 70, 80, 85 или более, например 95% от его первоначальной объемной плотности. Для уменьшения статического электричества в волокнистом материале в материал можно добавлять средство, снимающее статические заряды. В некоторых вариантах осуществления структура, например мешок, изготовлена из материала, который растворяется в жидкости, такой как вода. Например, структура может быть изготовлена из поливинилового спирта, так что она растворяется при контакте с водной системой. Такие варианты осуществления позволяют добавлять уплотненные структуры прямо в растворы, которые включают микроорганизм, без первоначального высвобождения содержимого структуры, например, разрезанием. Ссылаясь на фиг. 5, материал биомассы можно комбинировать с любыми желательными добавками и связующим средством и затем уплотнять с применением давления, например пропуская материал через определенный зазор между прижимными валиками с встречным вращением или пропуская материал через пресс для гранулирования. Во время применения давления, необязательно, можно применять нагревание для облегчения уплотнения волокнистого материала. Затем уплотненный материал можно облучать. В некоторых вариантах осуществления материал перед уплотнением имеет объемную плотность менее 0,25, например 0,20, 0,15, 0,10, 0,05 или менее, например 0,025 г/см 3. Объемную плотность определяют с использованием ASTM D1895B. Кратко, способ вовлекает заполнение мерного цилиндра с известным объемом образцом и определение массы образца. Объемную плотность вычисляют делением массы образца (в граммах) на известный объем цилиндра (в кубических сантиметрах). Предпочтительные связующие вещества включают связующие вещества, которые являются растворимыми в воде, набухают под действием воды или которые имеют температуру стеклования менее 25C,при определении дифференциальной сканирующей калориметрией. Под растворимыми в воде связующими веществами подразумевают связующие вещества, имеющие растворимость в воде по меньшей мере приблизительно 0,05 мас.%. Под набухающими в воде связующими веществами подразумевают связующие вещества, объем которых возрастает более чем на 0,5% под действием воды. В некоторых вариантах осуществления связующие вещества, которые являются растворимыми в воде или набухающими при ее воздействии, включают функциональные группы, которые способны образовывать связь, например водородную связь, с волокнами волокнистого материала, например целлюлозного волокнистого материала. Например, функциональная группа может представлять собой группу карбоновой кислоты, карбоксилатную группу, карбонильную группу, например, альдегида или кетона,группу сульфоновой кислоты, сульфонатную группу, группу фосфорной кислоты, фосфатную группу,амидную группу, аминогруппу, гидроксильную группу, например спирта, и комбинации этих групп, например группы карбоновой кислоты и гидроксильной группы. Конкретные примеры мономеров включают глицерин, глиоксаль, аскорбиновую кислоту, мочевину, глицин, пентаэритрит, моносахарид или дисахарид, лимонную кислоту и виннокаменную кислоту. Пригодные сахариды включают глюкозу, сахарозу, лактозу, рибозу, фруктозу, маннозу, арабинозу и эритрозу. Примеры полимеров включают полигликоли, полиоксиэтилен, поликарбоновые кислоты, полиамиды, полиамины и полисульфоновые кисло- 21021993 ты, полисульфонаты. Конкретные примеры полимеров включают полипропиленгликоль (PPG), полиэтиленгликоль (PEG), полиоксиэтилен, например POLYOX, сополимеры оксида этилена и оксида пропилена, полиакриловую кислоту (РАА), полиакриламид, полипептиды, полиэтиленимин, поливинилпиридин, поли(натрий-4-стиролсульфонат) и поли(2-акриламидометил-1-пропансульфоновую кислоту). В некоторых вариантах осуществления связующее средство включает полимер, который имеет температуру стеклования менее 25C. Примеры таких полимеров включают термопластические эластомеры(ТРЕ). Примеры ТРЕ включают полиэфир-блок-амиды, такие как полиэфир-блок-амиды, доступные под торговым названием РЕВАХ, полиэфирные эластомеры, такие как полиэфирные эластомеры, доступные под торговым названием HYTREL, и стирольные блок-сополимеры, такие как блок-сополимеры,доступные под торговым названием KRATON. Другие пригодные полимеры, имеющие температуру стеклования менее 25C, включают сополимер этилена и винилацетата (EVA), полиолефины, например полиэтилен, полипропилен, сополимеры этиленпропилен и сополимеры этилена и альфа-олефинов, например 1-октена, такие как сополимеры, доступные под торговым названием ENGAGE. В некоторых вариантах осуществления, например, когда материал представляет собой превращенную в волокнистую массу бумагу с многослойным покрытием, материал уплотняют без добавления специального полимера с низкой температурой стеклования. В конкретном варианте осуществления связующее вещество представляет собой лигнин, например природный или синтетически модифицированный лигнин. Пригодное количество связующего вещества, добавляемого к материалу, вычисленное в расчете на массу сухого вещества, составляет, например, приблизительно от 0,01 до приблизительно 50%, например 0,03, 0,05, 0,1, 0,25, 0,5, 1,0, 5, 10 или более, например 25%, в расчете на общую массу уплотненного материала. Связующее вещество можно добавлять к материалу в виде неразбавленной чистой жидкости, в виде жидкости, в которой растворено связующее вещество, в виде сухого порошка связующего вещества или в виде гранул связующего вещества. Уплотненный волокнистый материал можно изготавливать в прессе для гранулирования. Ссылаясь на фиг. 6, пресс для гранулирования 300 имеет воронку 301 для содержания неуплотненного материала 310, который включает углеводсодержащие материалы, такие как целлюлоза. Контейнер соединен со шнеком 312, который приводится в движение двигателем с переменной скоростью 314, так чтобы неуплотненный материал мог транспортироваться в устройство для перемешивания 320, в котором неуплотненный материал перемешивается лопастями 322, которые вращаются с помощью двигателя 330 устройства для перемешивания. Другие ингредиенты, например любые добавки и/или наполнители, описанные в настоящем документе, можно добавлять через входной канал 332. Если желательно, во время нахождения волокнистого материала в устройстве для перемешивания можно добавлять нагревание. После перемешивания материал выводится из устройства для перемешивания через рукав 340 к другому шнеку 342. Рукав, контролируемый приводным механизмом 344, обеспечивает беспрепятственное прохождение материала из устройства для перемешивания к шнеку. Шнек вращается под действием двигателя 346 и контролирует подачу волокнистого материала в узел матрицы с роликами 350. Конкретно, материал подается в полую цилиндрическую матрицу 352, которая вращается вокруг горизонтальной оси и которая имеет радиальные отверстия 250 матрицы. Матрица 352 вращается вокруг оси под действием двигателя 360,который включает прибор для измерения мощности, указывающий общую энергию, потребляемую двигателем. Уплотненный материал 370, например в форме гранул, падает из желоба 372 и собирается и перерабатывается, например, облучением. Удобно, чтобы после уплотнения материал имел форму гранул или стружки, принимающих различную форму. Затем гранулы можно облучать. В некоторых вариантах осуществления гранулы или стружка имеют цилиндрическую форму, например имея максимальный поперечный размер, например, 1 мм или более, например 2, 3, 5, 8, 10, 15 мм или более, например 25 мм. Другие удобные формы включают гранулы или стружку, которые имеют пластинчатую форму, например имея толщину 1 мм или более,например 2, 3, 5, 8, 10 мм или более, например 25 мм; ширину, например, 5 мм или более, например 10,15, 25, 30 мм или более, например 50 мм; и длину 5 мм или более, например 10, 15, 25, 30 мм или более,например 50 мм. Далее, ссылаясь на фиг. 7 А-7D, гранулы можно изготавливать так, чтобы они имели внутри полость. Как показано, полость может быть расположена, главным образом, на одной линии с центром гранулы (фиг. 7 В) или она может быть смещена от центра гранулы (фиг. 7 С). Изготовление гранулы, полой внутри, может повысить скорость растворения в жидкости после облучения. Далее, ссылаясь на фиг. 7D, гранула может иметь, например, поперечную форму, которая является многодольной, например трехдольной, как показано, или четырехдольной, пятидольной, шестидольной или десятидольной. Изготовление гранул с такой поперечной формой также может повысить скорость растворения в растворе после облучения. Альтернативно, уплотненный материал может иметь любую другую желаемую форму, например уплотненный материал может иметь форму пластины, цилиндра или брикета. Примеры В одном примере в качестве сырья можно использовать картонные коробки для сока объемом полгалона (1,9 л), изготовленные из белого крафт-картона, имеющего объемную плотность 20 фунт/фут 3(0,32 г/см 3). Картон можно складывать до плоского состояния и затем подавать в устройство для измельчения для получения похожего на конфетти материала, имеющего ширину от 0,1 (0,25 см) дюйма до 0,5 дюйма (1,27 см), длину от 0,25 дюйма (0,63 см) до 1 дюйма (2,54 см) и толщину, эквивалентную толщине исходного материала (приблизительно 0,075 дюйма (0,19 см. Похожий на конфетти материал можно подавать в резальное устройство с вращающимся ножом, которое дробит похожие на конфетти фрагменты, разрывая фрагменты и высвобождая волокнистый материал. В некоторых случаях несколько систем устройство для измельчения-устройство для дробления могут быть расположены с последовательной производительностью. В одном варианте осуществления две системы устройство для измельчения-устройство для дробления могут быть расположены последовательно, где продукт первого устройства для дробления подается в качестве входящего материала во второе устройство для измельчения. В другом варианте осуществления три системы устройство для измельчения-устройство для дробления могут быть расположены последовательно, где продукт первого устройства для дробления подается в качестве входящего материала во второе устройство для измельчения и продукт второго устройства для дробления подается в качестве входящего материала в третье устройство для измельчения. Ожидается, что несколько прохождений через системы устройство для измельчения-устройство для дробления могут уменьшить размер частиц и увеличить общую площадь поверхности в потоке исходных материалов. В другом примере волокнистый материал, полученный измельчением и дроблением картонных коробок для сока, можно обрабатывать для увеличения его объемной плотности. В некоторых случаях волокнистый материал можно обрызгивать водой или разбавленным маточным раствором POLYOX WSRN10 (полиоксиэтилен), приготовленном в воде. Затем смоченный волокнистый материал можно перерабатывать в прессе для гранулирования, действующем при комнатной температуре. Пресс для гранулирования может увеличивать объемную плотность потока исходного материала более чем на один порядок. Предварительная обработка. Физически подготовленное сырье можно предварительно обрабатывать для применения в способах основной продукции, например, путем снижения средней молекулярной массы и кристалличности сырья и/или увеличения площади поверхности и/или пористости сырья. В некоторых вариантах осуществления целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал включает первую целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу, и полученный углевод включает вторую целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу ниже, чем первая среднечисленная молекулярная масса. Например, вторая среднечисленная молекулярная масса является более низкой, чем первая среднечисленная молекулярная масса приблизительно более чем на 25%, например, она может быть меньше в 2, 3,5, 7, 10, 25 и даже 100. В некоторых вариантах осуществления первая целлюлоза имеет первую кристалличность, и вторая целлюлоза имеет вторую кристалличность, более низкую, чем первая кристалличность, например, приблизительно на 2, 3, 5, 10, 15 или 25%. В некоторых вариантах осуществления первая целлюлоза имеет первый уровень окисления, а вторая целлюлоза имеет второй уровень окисления, превышающий первый уровень окисления, например, на 2, 3, 4, 5, 10 или 25%. Способы предварительной обработки могут включать одно или несколько из облучения, обработки ультразвуком, окисления, пиролиза и парового взрыва. Можно использовать различные системы предварительной обработки, комбинируя две, три или даже четыре из указанных технологий. Комбинированная предварительная обработка. В некоторых вариантах осуществления биомассу можно перерабатывать с использованием двух или более любых способов, описанных в настоящем документе, таких как два, три, четыре или более из радиационного облучения, обработки ультразвуком (или любого другого способа разрушения, описанного в настоящем документе, например обработки с помощью ротор-статорного устройства для разрушения),окисления, пиролиза и парового взрыва либо до, либо в промежутке, либо после подготовки сырья, как описано в настоящем документе. Способы можно применять к биомассе в любом порядке или одновременно. Например, углевод можно получать, применяя радиационное облучение, обработку ультразвуком,окисление, пиролиз и необязательно паровой взрыв к целлюлозному и/или лигноцеллюлозному материалу (в любом порядке или одновременно). Затем полученный углеводсодержащий материал может быть подвергнут преобразованию одним или несколькими микроорганизмами, такими как бактерии, дрожжи или смеси дрожжей и бактерий, в ряд желаемых продуктов, как описано в настоящем документе. Комплексные способы могут обеспечить материалы, которые могут более легко утилизироваться различными микроорганизмами вследствие более низкой молекулярной массы, более низкой кристалличности и/или более высокой растворимости. Комплексные способы могут обеспечить синергию и могут снизить общие требуемые затраты энергии, по сравнению с любым отдельным способом. Например, в некоторых вариантах осуществления предоставляют сырье, которое включает углевод,полученный способом, который включает облучение и обработку ультразвуком, облучение и окисление,облучение и пиролиз или облучение и паровой взрыв (в любом порядке или одновременно) целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала. Затем предоставленное сырье можно контактировать с микроорганизмом, обладающим способностью преобразовывать по меньшей мере часть, например по меньшей мере приблизительно 1 мас.%, сырья в продукт, такой как сгораемое топливо. Условия предварительной обработки. В некоторых вариантах осуществления способ не включает гидролиз целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала, в частности, кислотой, например минеральной кислотой, такой как хлористоводородная или серная кислота, ферментом или основанием. Если желательно, часть сырья может включать гидролизованный материал или нет. Например, в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере приблизительно 70 мас.% сырья представляют собой негидролизованный материал, например по меньшей мере 95 мас.% сырья представляют собой негидролизованный материал. В некоторых вариантах осуществления, по существу, все сырье представляет собой негидролизованный материал. Например,можно избегать обработки щелочью. Любое сырье или любой реактор, или ферментер, загруженный сырьем, может включать буфер, такой как бикарбонат натрия, хлорид аммония или Tris; электролит, такой как хлорид калия, хлорид натрия или хлорид кальция; фактор роста, такой как биотин, и/или пару оснований, таких как урацил или его эквивалент; поверхностно-активное вещество, такое как Tween или полиэтиленгликоль; минерал, такой как кальций, хром, медь, йод, железо, селен или цинк; или хелатирующий агент, такой как этилендиамин,этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA) (или ее форма соли, например EDTA натрия или калия) или димеркапрол. Когда используют радиационное облучение, его можно применять к любому образцу, который является сухим или влажным или даже диспергированным в жидкости, такой как вода. Например, облучение можно проводить на целлюлозном и/или лигноцеллюлозном материале, в котором приблизительно менее чем 25 мас.% целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала имеет поверхность, смоченную жидкостью, такой как вода. В некоторых вариантах осуществления облучение проводят на целлюлозном и/или лигноцеллюлозном материале, в котором целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал, по существу, не смочен жидкостью, такой как вода. В некоторых вариантах осуществления любую переработку, описанную в настоящем документе,проводят на целлюлозном и/или лигноцеллюлозном материале, остающемся сухим в полученном виде или после сушки материала, например, с использованием нагревания и/или пониженного давления. Например, в некоторых вариантах осуществления целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал имеет приблизительно менее чем 5 мас.% удерживаемой воды, измеренной при 25C и при относительной влажности 50%. Сырье можно обрабатывать так, чтобы оно имело низкое содержание влаги, например приблизительно менее чем 7,5, 5, 3, 2,5, 2, 1,5, 1 или 0,5 мас.%. Этот материал можно облучать пучком частиц или протонов. Облучение можно проводить сразу после подготовки материала или после стадии снижения содержания влагосодержания, например сушки приблизительно при 105C в течение 4-18 ч. Если желательно, в любом способе, описанную в настоящем документе, можно использовать вызывающее набухание средство, как определено в настоящем описании. В некоторых вариантах осуществления, когда целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал перерабатывают с использованием радиационного облучения, приблизительно менее чем 25 мас.% целлюлозного и/или лигноцеллюлозного материала находится в набухшем состоянии, где набухшее состояние характеризуется как наличие объема,более чем на 2,5% превышающего объем в ненабухшем состоянии, например более чем на 5,0, 7,5, 10 или 15% превышающего объем в ненабухшем состоянии. В конкретных вариантах осуществления, когда используют радиационное облучение, целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал включает вызывающее набухание средство, и набухший целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал получает дозу приблизительно менее чем 10 Мрад. В других вариантах осуществления, когда к целлюлозному и/или лигноцеллюлозному материалу применяют радиационное облучение, целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал, по существу, не находится в набухшем состоянии. В некоторых вариантах осуществления перед облучением к биомассе не добавляют каких-либо химических реагентов, например, вызывающих набухание средств. Например, в некоторых из таких вариантов осуществления перед облучением или другой переработкой не добавляют каких-либо щелочных веществ (таких как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития и гидроксиды аммония), подкислителей (таких как минеральные кислоты (например, серная кислота, хлористо-водородная кислота и фосфорная кислота, солей, таких как хлорид цинка, карбонат кальция, карбонат натрия, сульфат бензилтриметиламмония, или основные органические амины, такие как этилендиамин. В некоторых случаях не добавляют дополнительной воды. Например, биомасса перед переработкой может иметь менее 0,5 мас.% добавленных химических реагентов, например менее чем 0,4, 0,25, 0,15 или 0,1 мас.% добавленных химических реагентов. В некоторых случаях биомасса имеет не более чем следовые количества,- 24021993 например менее 0,05 мас.% добавленных химических реагентов, перед облучением. В других случаях биомасса перед облучением, по существу, не имеет добавленных химических реагентов или вызывающих набухание средств. Использование таких химических реагентов, которое можно избежать, также может быть распространено и на переработку, например, в течение всего времени перед ферментацией или в течение всего времени. Когда в каком-либо способе используют радиационное облучение, его можно применять при одновременном воздействии на целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал воздуха, обогащенного кислородом воздуха или даже самого кислорода или он может находиться в атмосфере инертного газа, такого как азот, аргон или гелий. Когда является желательным максимальное окисление, применяют окислительную атмосферу, такую как воздух или кислород. Расстояние от источника радиационного облучения также можно оптимизировать для максимального образования активного газа, например озона и/или оксидов азота. Когда используют радиационное облучение, его можно применять к биомассе, такой как целлюлозный и/или лигноцеллюлозный материал, при давлении приблизительно более чем 2,5 атм (253 кПа), например более чем 5 (506 кПа), 10 (1012 кПа), 15 (1518 кПа), 20 (2036 кПа) или даже приблизительно более чем 50 атм (5060 кПа). Когда способ включает радиационное облучение, облучение можно проводить с использованием ионизирующего излучения, такого как гамма-лучи, рентгеновские лучи, энергетическое ультрафиолетовое излучение, такое как облучение ультрафиолетом С, имеющим длину волны приблизительно от 100 до приблизительно 280 нм, пучок частиц, такой как пучок электронов, медленных нейтронов или альфачастиц. В некоторых вариантах осуществления облучение включает два или более источников радиационного облучения, таких как гамма-лучи и пучок электронов, которые можно применять в любом порядке или одновременно. Любой способ переработки, описанный в настоящем документе, можно использовать при давлении выше или ниже нормального атмосферного давления у земной поверхности. Например, любые процессы,в которых используется радиационное облучение, обработку ультразвуком, окисление, пиролиз, паровой взрыв или комбинации любых из указанных способов для получения материалов, которые включают углевод, можно проводить при высоком давлении, которое может увеличивать скорости реакций. Например, любой процесс или комбинацию процессов можно проводить при давлении, превышающем приблизительное нормальное атмосферное давление, например при давлении выше чем приблизительно 25 МПа, например выше чем 50, 75, 100, 150, 200, 250, 350, 500, 750, 1000 или выше чем 1500 МПа. Обработка радиационным излучением. Для переработки исходного сырья из широкого множества различных источников можно использовать одну или несколько последовательностей переработки для экстракции из сырья полезных веществ и для получения частично деградированного органического материала, который выполняет функцию входящего потока при последующих стадиях и/или последовательностях переработки. Облучение может снижать молекулярную массу и/или кристалличность сырья. В некоторых вариантах осуществления для облучения материалов используют энергию, накопленную в материале, которая высвобождает электрон из его атомной орбиты. Радиационное облучение можно осуществлять с помощью 1) тяжелых заряженных частиц, таких как альфа-частицы или протоны, 2) электронов, образованных, например, при бетараспаде или в ускорителях электронных пучков, или 3) электромагнитного радиационного излучения,например гамма-лучей, рентгеновских лучей или ультрафиолетовых лучей. В одном подходе для облучения сырья можно использовать радиационное излучение, генерируемое радиоактивными веществами. В некоторых вариантах осуществления можно использовать любую комбинацию из (1)-(3) в любом порядке или одновременно. В другом подходе для облучения сырья можно использовать электромагнитное излучение (например, генерируемое с использованием источников электронных пучков). Применяемые дозы зависят от желаемого эффекта и конкретного сырья. Например, высокие дозы радиационного облучения могут разрушать химические связи в компонентах сырья, а низкие дозы радиационного облучения могут повысить образование химических связей (например, поперечное сшивание) в компонентах сырья. В некоторых случаях, когда является желательным разделение цепей и/или является желательной функционализация цепей полимеров, можно использовать частицы тяжелее электронов, такие как протоны,группа ядер гелия, ионы аргона, ионы кремния, ионы неона, ионы углерода, ионы фосфора, ионы кислорода или ионы азота. Когда является желательным разделение цепей с размыканием цикла, для усиленного размыкания цикла можно использовать положительно заряженные частицы благодаря их свойствам кислот Льюиса. Например, когда являются желательными кислородсодержащие функциональные группы, можно проводить облучение в присутствии кислорода или даже облучение ионами кислорода. Например, когда являются желательными азотсодержащие функциональные группы, можно проводить облучение в присутствии азота или даже облучение ионами азота. Ссылаясь на фиг. 8, в одном способе первый материал 2, который представляет собой или включает целлюлозу, имеющую первую среднечисленную молекулярную массу (TMN1), облучают, например, обработкой ионизирующим излучением (например, в форме гамма-излучения, рентгеновского излучения,ультрафиолетового (УФ) света от 100 до 280 нм, пучка электронов или других заряженных частиц) с по- 25021993 лучением второго материала 3, который включает целлюлозу, имеющую вторую среднечисленную молекулярную массу (TMN2) ниже, чем первая среднечисленная молекулярная масса. Второй материал (или первый и второй материалы) можно смешивать с микроорганизмом (например, бактерией или дрожжами), который может утилизировать второй и/или первый материал, продуцируя продукт, например топливо 5, которое представляет собой или включает водород, спирт (например, этанол или бутанол, такой как н-, втор- или трет-бутанол), органическую кислоту, углеводород или любые их смеси. Поскольку второй материал 3 имеет целлюлозу, обладающую сниженной молекулярной массой относительно первого материала и в некоторых случаях также сниженной кристалличностью, второй материал, как правило, является более диспергируемым, набухающим и/или растворимым в растворе, содержащем микроорганизм. Эти свойства делают второй материал 3 более подверженным химическому,ферментативному и/или биологическому воздействию относительно первого материала 2, что может в значительной степени повысить скорость продукции и/или уровень продукции желаемого продукта, например этанола. Радиационное облучение также может стерилизовать материалы. В некоторых вариантах осуществления вторая среднечисленная молекулярная масса (TMN2) является более низкой, чем первая среднечисленная молекулярная масса (TMN1) приблизительно более чем на 10%, например 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60% или даже приблизительно более чем на 75%. В некоторых случаях второй материал имеет целлюлозу, которая обладает кристалличностью (ТС 2),которая является более низкой, чем кристалличность (TC1) целлюлозы первого материала. Например,(ТС 2) может быть более низкой, чем (TC1) приблизительно более чем на 10%, например 15, 20, 25, 30, 35,40 или даже приблизительно более чем на 50%. В некоторых вариантах осуществления исходный индекс кристалличности (перед облучением) составляет приблизительно от 40 до приблизительно 87,5%, например приблизительно от 50 до приблизительно 75% или приблизительно от 60 до приблизительно 70%, и индекс кристалличности после облучения составляет приблизительно от 10 до приблизительно 50%, например приблизительно от 15 до приблизительно 45% или приблизительно от 20 до приблизительно 40%. Однако в некоторых вариантах осуществления, например после экстенсивного облучения, индекс кристалличности может составлять менее чем 5%. В некоторых вариантах осуществления материал после облучения является, по существу,аморфным. В некоторых вариантах осуществления исходная среднечисленная молекулярная масса (перед облучением) составляет приблизительно от 200000 до приблизительно 3200000, например приблизительно от 250000 до приблизительно 1000000 или приблизительно от 250000 до приблизительно 700000, и среднечисленная молекулярная масса после облучения составляет приблизительно от 50000 до приблизительно 200000, например приблизительно от 60000 до приблизительно 150000 или приблизительно от 70000 до приблизительно 125000. Однако в некоторых вариантах осуществления, например после экстенсивного облучения, среднечисленная молекулярная масса может составлять приблизительно менее чем 10000 или даже приблизительно менее чем 5000. В некоторых вариантах осуществления второй материал может иметь уровень окисления (ТО 2), превышающий уровень окисления (TO1) первого материала. Более высокий уровень окисления материала может способствовать его способности к диспергированию, набуханию и/или растворению, далее усиливая подверженность материалов химическому, ферментативному или биологическому воздействию. В некоторых вариантах осуществления для повышения уровня окисления второго материала относительно первого материала облучение проводят в окислительной атмосфере, например в атмосфере воздуха или кислорода, получая второй материал, который является более окисленным, чем первый материал. Например, второй материал может иметь большее количество гидроксильных групп, альдегидных групп, групп кетонов, групп сложных эфиров или групп карбоновых кислот, которые могут повышать его гидрофильность. Ионизирующее излучение. Каждая форма радиационного излучения ионизирует биомассу через конкретные взаимодействия,определяемые энергией радиационного излучения. Тяжелые заряженные частицы в основном ионизируют вещество через кулоновское рассеяние; более того, эти взаимодействия генерируют энергетические электроны, которые могут далее ионизировать вещество. Альфа-частицы идентичны ядру атома гелия и образуются путем альфа-распада различных радиоактивных ядер, таких как изотопы висмута, полония,астата, радона, франция, радия, нескольких актиноидов, таких как актиний, торий, уран, нептуний, кюрий, калифорний, америций и плутоний. Когда используют частицы, они могут быть нейтральными (незаряженными), положительно заряженными или отрицательно заряженными. Когда они являются заряженными, заряженные частицы могут нести положительный или отрицательный заряд или несколько зарядов, например один, два, три или даже четыре или более зарядов. В случаях, когда является желательным разделение цепей, могут быть желательными положительно заряженные частицы, отчасти вследствие их кислотного характера. Когда используют частицы, частицы могут иметь массу покоящегося электрона или большую массу, например в 500, 1000, 1500 или 2000 или более раз превышающую массу покоящегося электрона. Например, частицы могут иметь массу приблизительно от 1 до приблизительно 150 атомных единиц, например приблизительно от 1 до приблизительно 50 атомных единиц или приблизительно от 1 до приблизительно 25,- 26021993 например 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 или 15 атомных единиц. Ускорители, используемые для ускорения частиц,могут быть DC-электростатическими, DC-электродинамическими, RF-линейными, линейными с магнитной индукцией или непрерывными. Например, циклотронные ускорители доступны от IBA, Бельгия, такие как система Rhodotron, и ускорители DC-типа доступны от RDI, в настоящее время IBA Industrial,такие как Dynamitron. Ионы и ускорители ионов рассмотрены в Introductory Nuclear Physics, Kenneth S.of EPAC 2000, Vienna, Austria. Электроны взаимодействуют путем кулоновского рассеяния и торможения радиационного излучения, вызываемого изменениями скорости электронов. Электроны могут генерироваться радиоактивными ядрами, которые претерпевают бета-распад, такими как изотопы йода, цезия, технеция и иридия. Альтернативно, электронную пушку можно использовать в качестве источника электронов через термоионную эмиссию. Электромагнитное радиационное излучение воздействует через три процесса: фотоэлектрическое поглощение, комптоновское рассеяние и образование пар. Преобладающее воздействие определяется энергией падающего радиационного излучения и атомного числа материала. Сумма взаимодействий,приводящих к поглощению радиационного излучения в целлюлозном материале, может быть выражена с помощью массового коэффициента поглощения. Электромагнитное излучение подразделяют на гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, инфракрасные лучи, микроволны или радиоволны, в зависимости от длины волны. Например, для облучения материалов можно использовать гамма-излучение. Ссылаясь на фиг. 9 и 10 (увеличенный вид области R), гамма-излучатель 10 включает источники гамма-излучения 408, например таблетки 60 Со, рабочий стол 14 для содержания материалов, подлежащих облучению, и накопитель 16, например, изготовленный из множества железных пластин, все из которых находятся в камере с бетонной защитой (хранилище) 20, которая включает вход в виде лабиринта 22 позади освинцованной двери 26. Накопитель 16 включает множество каналов 30, например шестнадцать или более каналов, позволяющих источникам гамма-излучения проходить на своем пути через накопитель вблизи рабочего стола. В процессе работы образец, подлежащий облучению, помещают на рабочий стол. Облучатель адаптирован для того, чтобы доставлять желаемый уровень дозы и чтобы с экспериментальным блоком 31 было соединено управляющее оборудование. Затем оператор покидает защитную камеру, проходя через вход в виде лабиринта и через освинцованную дверь. Оператор контрольной панели 32 выдает команду компьютеру 33 к приведению источников радиационного излучения 12 в рабочее положение с использованием цилиндра 36, присоединенного к гидравлическому насосу 40. Гамма-излучение имеет преимущество значительной глубины проникновения в различные материалы образца. Источники гамма-лучей включают радиоактивные ядра, такие как изотопы кобальта, кальция, технеция, хрома, галлия, индия,йода, железа, криптона, самария, селена, натрия, талия и ксенона. Источники рентгеновских лучей включают столкновение электронного пучка с металлическими мишенями, такими как вольфрам или молибден или сплавы или компактные источники света, такие как источники света, коммерчески производимые Lyncean. Источники ультрафиолетового излучения включают дейтериевые или кадмиевые лампы. Источники инфракрасного радиационного излучения включают керамические лампы с окном из сапфира, цинка или селенидов. Источники микроволн включают клистроны, источники Slevin RF-типа или источники атомных пучков, в которых используется газообразный водород, кислород или азот. В способах, описанных в настоящем документе, можно использовать различные другие устройства для облучения, включая полевые ионизационные источники, электростатические сепараторы ионов, полевые ионизационные генераторы, источники с термоионной эмиссией, источники ионов со сверхвысокочастотным разрядом, рециркуляционные или статические ускорители, динамические линейные ускорители, ускорители Ван-де-Граафа и изогнутые тандемные ускорители. Такие устройства раскрыты, например, в предварительной заявке США с серийным 61/073665, полное содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки. Электронный пучок. В некоторых вариантах осуществления в качестве источника радиационного излучения используют пучок электронов. Пучок электронов имеет преимущество высоких уровней доз (например, 1, 5 или даже 10 Мрад/с) высокой производительности, меньшей защитной изоляции и меньшего количества изолирующего оборудования. Электронные пучки также могут иметь электрическую эффективность вплоть до 80%, обеспечивая низкоэнергетическое использование, что может приводить к низкой стоимости процесса и низкому выделению парниковых газов, соответствующим низкому количеству затраченной энергии. Электроны также могут быть более эффективными в отношении обеспечения разделения цепей. Кроме того, электроны, имеющие энергию 4-10 МэВ, могут иметь глубину проникновения от 5 до 30 мм или более, например 40 мм. В материалах с низкой объемной плотностью, таких как многие из материалов, описанных в настоящем документе, например в материалах, имеющих объемную плотность приблизительно менее чем 0,5 г/см 3, электроны, имеющие энергию в диапазоне 4-10 МэВ, могут проникать на 4-8 дюймов (10-20 см) или даже более. Электронные пучки можно генерировать, например, с помощью электростатических генераторов,каскадных генераторов, трансформаторных генераторов, низкоэнергетических ускорителей со сканирующей системой, низкоэнергетических ускорителей с линейным катодом, линейных ускорителей и импульсных ускорителей. Электроны могут быть пригодны в качестве источника ионизирующего излучения, например, для относительно тонких стоп материалов, например, приблизительно менее чем 0,5 дюйма (1,27 см), например менее чем 0,4 дюйма (1,02 см), 0,3 дюйма (0,76 см), 0,2 дюйма (0,51 см) или менее чем 0,1 дюйма (0,25 см). В некоторых вариантах осуществления энергия каждого электрона в электронном пучке составляет приблизительно от 0,3 до приблизительно 2,0 МэВ (мегаэлектронвольт),например приблизительно от 0,5 до приблизительно 1,5 МэВ или приблизительно от 0,7 до приблизительно 1,25 МэВ. На фиг. 11 представлена принципиальная технологическая схема 3000, которая включает различные стадии в последовательности предварительной обработки сырья пучком электронов. На первой стадии 3010 сухое сырье подается из источника исходного материала. Как рассмотрено выше, сухое сырье из источника исходного материала может быть предварительно переработано перед доставкой к устройствам для облучения пучком электронов. Например, если сырье получено из растительных источников,определенные части растительного материала могут быть удалены перед сбором растительного материала и/или перед доставкой растительного материала с помощью устройства для транспортировки сырья. Альтернативно или дополнительно, как отражено на необязательной стадии 3020, сырье биомассы можно подвергать механической переработке (например, для уменьшения средней длины волокон в сырье) перед доставкой к устройствам для облучения пучком электронов. На стадии 3030 сухое сырье перемещается в устройство для транспортировки сырья (например, на конвейерную ленту) и распределяется по поперечной длине устройства для транспортировки сырья приблизительно равномерно по объему. Это можно осуществлять, например, вручную или путем индукции локализованного вибрационного движения в некоторой точке устройства для транспортировки сырья перед переработкой путем облучения пучком электронов. В некоторых вариантах осуществления смесительная система подает химический реагент 3045 в сырье в необязательном процессе 3040, в котором образуется суспензия. Объединение воды с переработанным сырьем на стадии смешивания 3040 приводит к водной суспензии сырья, которую можно транспортировать, например, через систему труб, а не с использованием, например, конвейерной ленты. Следующая стадия 3050 представляет собой цикл, который охватывает воздействие на сырье (в сухой форме или в форме суспензии) облучения пучком электронов из одного или нескольких (например, N) устройств для облучения пучком электронов. Суспензия сырья продвигается через каждый из N "потоков" электронных пучков на стадии 3052. Движение через потоки или между ними может происходить с постоянной скоростью или во время прохождения сквозь каждый поток может быть пауза, с последующим быстрым перемещением к следующему потоку. На стадии 3053 небольшая часть суспензии сырья подвергается воздействию каждого потока в течение некоторого заданного времени воздействия. Устройства для облучения пучком электронов могут быть коммерчески приобретены от Ion BeamApplications, Louvain-la-Neuve, Бельгия или the Titan Corporation, Сан-Диего, СА. Конкретная энергия электронов может составлять 1, 2, 4,5, 7,5 или 10 МэВ. Конкретная мощность устройства для облучения пучком электронов может составлять 1, 5, 10, 20, 50, 100, 250 или 500 кВт. Эффективность деполимеризации суспензии сырья зависит от используемой энергии электронов и применяемой дозы, в то время как время воздействия зависит от мощности и дозы. Конкретные дозы могут иметь значения 1, 5, 10, 20, 50,100 или 200 кГр. При выборе оптимальных характеристик мощности устройства для облучения пучком электронов учитываются затраты на работу, капитальные затраты, амортизационные затраты и зона размещения устройства. При выборе оптимальных уровней экспозиционной дозы облучения пучком электронов учитываются расход энергии и вопросы экологии, безопасности и здоровья (ESH). Как правило, генераторы содержат в хранилищах, например, из свинца или бетона. При выборе оптимальной энергии электронов учитывают расход энергии; в данном случае более низкая энергия электронов может быть преимущественной с точки зрения способствования деполимеризации какой-либо суспензии сырья (см., например,Bouchard, et al., Cellulose (2006), 13:601-610). Для обеспечения более эффективного процесса деполимеризации, может быть преимущественным проведение облучения электронным пучком с двойным прохождением. Например, устройство для транспортировки сырья может направлять сырье (в сухой форме или в форме суспензии) вниз и в обратном направлении относительно его первоначального направления транспортировки. Системы с двойным прохождением могут обеспечить переработку более густых суспензий сырья и могут обеспечить более однородную деполимеризацию сквозь толщину суспензии сырья. Устройство для облучения пучком электронов может генерировать либо фиксированный луч, либо сканирующий луч. Преимущественным может быть сканирующий луч с большой длиной развертки сканирования и высокими скоростями сканирования, поскольку это может эффективно заменить большую ширину фиксированного луча. Кроме того, доступна длина развертки 0,5, 1, 2 м или более. После транспортировки части суспензии сырья через N устройств для облучения пучком электронов в некоторых вариантах осуществления может быть необходимым, как на стадии 3060, механическое разделение жидких и твердых компонентов суспензии сырья. В этих вариантах осуществления из жидкой части суспензии сырья отфильтровываются остаточные твердые частицы и возвращаются на стадию приготовления суспензии 3040. Затем твердая часть суспензии сырья перемещается на следующую стадию переработки 3070 с помощью устройства для транспортировки сырья. В других вариантах осуществления для дальнейшей переработки сырье поддерживается в форме суспензии. Пучки тяжелых ионных частиц. Для облучения углеводов или материалов, которые включают углеводы, например целлюлозных материалов, лигноцеллюлозных материалов, крахмальных материалов или смесей любых из этих и других материалов, описанных в настоящем документе, можно использовать частицы тяжелее электронов. Например, можно использовать протоны, группу ядер гелия, ионы аргона, ионы кремния, ионы неона,ионы углерода, ионы фосфора, ионы кислорода или ионы азота. В некоторых вариантах осуществления частицы тяжелее электронов могут индуцировать более высокие уровни разделения цепей. В некоторых случаях положительно заряженные частицы могут индуцировать более высокие уровни разделения цепей, чем отрицательно заряженные частицы, благодаря их кислотности. Пучки более тяжелых пучков можно генерировать, например, с использованием линейных ускорителей или циклотронов. В некоторых вариантах осуществления энергия каждой частицы в пучке составляет приблизительно от 1,0 до приблизительно 6000 МэВ/атомная единица, например приблизительно от 3 до приблизительно 4800 МэВ/атомная единица или приблизительно от 10 до приблизительно 1000 МэВ/атомная единица. Электромагнитное излучение. В вариантах осуществления, в которых облучение проводят с помощью электромагнитного излучения, электромагнитное излучение может иметь, например, энергию на фотон (в электрон-вольтах) более 102 эВ, например, более 103, 104, 105, 106 или даже более 107 эВ. В некоторых вариантах осуществления электромагнитное излучение имеет энергию на фотон от 104 до 107, например от 105 до 106 эВ. Электромагнитное излучение может иметь частоту, например, более 1016, более 1017, 1018, 1019, 1020 или даже более 1021 Гц. В некоторых вариантах осуществления электромагнитное излучение имеет частоту от 1018 до 1022 Гц, например от 1019до 1021 Гц. Дозы. В некоторых вариантах осуществления облучение (с любым источником радиационного излучения или комбинацией источников) проводят до тех пор, пока материал не получит дозу по меньшей мере 0,05 Мрад, например по меньшей мере 0,1, 0,25, 1,0, 2,5, 5,0 или 10,0 Мрад. В некоторых вариантах осуществления облучение проводят до тех пор, пока материал не получит дозу по меньшей мере от 1,0 до 6,0 Мрад, например от 1,5 до 4,0 Мрад. В других вариантах осуществления облучение проводят при дозе приблизительно от 0,1 до приблизительно 10 Мрад, например приблизительно от 0,25 до приблизительно 9 Мрад, приблизительно от 0,5 до приблизительно 7,5 Мрад или приблизительно от 0,75 до приблизительно 5 Мрад. В некоторых вариантах осуществления облучение проводят при уровне дозы от 5,0 до 1500,0 крад/ч, например от 10,0 до 750,0 крад/ч или от 50,0 до 350,0 крад/ч. В некоторых вариантах осуществления используют два или более источника радиационного излучения, таких как два или более источника ионизирующего излучения. Например, образцы можно обрабатывать в любом порядке пучком электронов и затем гамма-излучением и УФ-излучением, имеющим длину волны приблизительно от 100 до приблизительно 280 нм. В некоторых вариантах осуществления образцы обрабатывают тремя источниками ионизирующего излучения, такими как пучок электронов,гамма-излучение и энергетическое УФ-излучение. В одном примере в качестве сырья можно использовать картонные коробки для сока объемом полгалона (1,9 л), изготовленные из белого крафт-картона, имеющего объемную плотность 20 фунт/фут 3(0,32 г/см 3). Картон можно складывать до плоского состояния и затем подавать в последовательность из трех систем устройство для измельчения-устройство для дробления, расположенных последовательно,где продукт первого устройства для дробления подается в качестве входящего материала во второе устройство для измельчения и продукт второго устройства для дробления подается в качестве входящего материала в третье устройство для измельчения. Волокнистый материал, полученный в системе устройство для измельчения-устройство для дробления, можно обрызгивать водой и перерабатывать с помощью пресса для гранулирования, работающего при комнатной температуре. Уплотненные гранулы можно помещать в стеклянную ампулу, из которой откачивают воздух при высоком вакууме, и затем вновь заполнять газообразным аргоном. Ампулу запаивают в атмосфере аргона. Альтернативно, в другом примере ампулу запаивают в атмосфере воздуха. Гранулы в ампуле облучают гамма-излучением в течение