[发明专利]生物甲烷生产的方法和组合物

说明书

发明人：Jacob Wagner Jensen,Georg和Sebastian Buch Antonsen

城市固体废物(MSW)，尤其包括家庭日常废物、来自饭店和食品加工厂的废物和来自办公楼的废物，含有大量可被进一步加工成能源、燃料和其他有用产品的有机材料组分。目前，只有小部分的可用MSW被回收，而绝大部分被扔到垃圾填埋场。

发展高效而环境友好的处理固体废物的方法来最大限度地回收其固有能量潜力，以及回收可回收材料已经引起了非常大的兴趣。“废物到能源”加工中一个重大的挑战是MSW的异质性。固体废物通常包含大量混入了塑料、玻璃、金属和其他不可降解材料的有机可降解材料的组分。未分类废物可直接焚烧，就像在依赖于区域供热系统的国家如丹麦和瑞典广泛应用(Strehlik 2009)。然而，焚烧方法与负面环境后果相关，也不能完成原材料的有效回收。清洁和高效地利用MSW的可降解组分与回收组合通常需要一些分类法将可降解的材料和不可降解的材料分开。

MSW中的可降解组分可采用热化学和生物方法用于“废物到能源”加工中利用。MSW可以经历高温分解或其他方式的热化学气化。有机废物在极高温下的热分解会产生挥发性组分，例如焦油和甲烷以及与直接焚烧相比，燃烧产生较低毒性后果的固体残留或“焦炭”。或者，有机废物可以热转化为包含一氧化碳、二氧化碳和氢气的“合成气”，其可以进一步被转化为合成燃料。参见例如Malkow 2004综述。

用于转化MSW中可降解组分的生物方法包括发酵，以生产特定有用的终产物例如乙醇。参见例如WO2009/150455；WO2009/095693；WO2007/036795；Ballestero s等，2010；Li等，2007。

或者，生物转化也可以通过厌氧消化生成生物甲烷或“沼气”实现。参见例如Hartmann and Ahring 2006综述。预分类的MSW有机成分可以直接转化为生物甲烷，参见例如US2004/0191755，或涉及在添加水的存在下的切碎的相对简单的“制浆”过程之后，参见例如US2008/0020456。

然而，预分类MSW而获得的有机组分通常是昂贵、低效或无用的。源分类需要庞大的基础设施和运营费用以及废物收集所在社区的积极参与和支持，这在现代都市社会已被证明难以实现。机械分类是典型的资金密集型，且与有机材料的大量损失有关，大约至少30％且通常更高。参见例如Connsonni 2005。

有关分拣系统的这些问题中的一些已经通过将未分拣废物中有机可降解组分进行液化而成功避免。液化后的有机材料可轻易与不可降解材料分离。一旦被液化为可泵浆料，有机组分可以容易地用于热化学或生物转化过程。通过高压高温的“压热器”法液化可降解组分已经被广泛报道。参见例如US2013/0029394；US2012/006089；US20110008865；WO2009/150455；WO2009/108761；WO2008/081028；US2005/0166812；US2004/0041301；US 5427650；US 5190226。

一种完全不同的液化可降解有机组分的方法是其可采用生物过程，尤其是通过酶促水解来实现。参见Jensen等，2010；Jensen等，2011；Tonini and Astrup 2012；WO2007/036795；WO2010/032557。

与“压热器”法相比，酶促水解在液化可降解有机组分方面提供独特的优势。采用酶促液化，MSW加工可以以连续的方式进行，使用相对廉价的设备可以在相对较低的温度下运行非加压反应。相比之下，“压热器”过程则必须以批处理模式进行，而且通常涉及更高的资本成本。

“灭菌”以减少MSW引起的可能的健康风险—伯恩病原微生物的认知性需求已经成为支持“压热器”液化法占优势的流行观点。参见例如WO2009/150455；WO2000/072987；Li等，2012；Ballesteros等，2010；Li等，2007。类似地，之前据信酶促液化需要热预处理到相对较高的至少90-95℃的温度。这样的高温被认为是必需的，一部分是为了实现未分拣MSW的“灭菌”，也能使可降解有机组分软化和纸张产品的“浆化”。参见Jensen等，2010；Jensen等，2011；Tonini和Astrup 2012。