ES2661517T3 - Un proceso para evitar la inhibición de acetógenos por CO - Google Patents

Un proceso para evitar la inhibición de acetógenos por CO Download PDF

Info

Publication number
ES2661517T3
ES2661517T3 ES13770769.1T ES13770769T ES2661517T3 ES 2661517 T3 ES2661517 T3 ES 2661517T3 ES 13770769 T ES13770769 T ES 13770769T ES 2661517 T3 ES2661517 T3 ES 2661517T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fermentation
synthesis gas
clostridium
subsequent
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES13770769.1T
Other languages
English (en)
Inventor
David Scott Snyder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jupeng Bio SA
Original Assignee
Ineos Bio SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ineos Bio SA filed Critical Ineos Bio SA
Application granted granted Critical
Publication of ES2661517T3 publication Critical patent/ES2661517T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/065—Ethanol, i.e. non-beverage with microorganisms other than yeasts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q3/00—Condition responsive control processes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/84—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving inorganic compounds or pH
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Un proceso de fermentación de gas de síntesis que comprende: proporcionar una primera zona de fermentación y una o más zonas de fermentación subsecuentes; suministrar gas de síntesis a cada zona de fermentación de una en una o simultáneamente a una o más zonas de fermentación y fermentar el gas de síntesis utilizando bacterias acetogénicas; en donde el proceso comprende además: proporcionar gas de síntesis a la primera zona de fermentación; fermentar el gas de síntesis; y determinar una concentración de CO en el medio de fermentación en la primera zona de fermentación, en donde si la concentración de CO en el medio de fermentación en la primera zona de fermentación tiene un valor de 0.12 μM o mayor, entonces al menos una porción del gas de síntesis que está siendo proporcionado a la primera zona de fermentación se proporciona a una o más zonas de fermentación subsiguientes en una cantidad efectiva para proporcionar una concentración de CO en cualquier zona de fermentación subsecuente de 0.12 μM o menos.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Un proceso para evitar la inhibición de acetógenos por CO
Se proporciona un proceso para fermentar sustratos gaseosos que contienen CO. Más específicamente, el proceso incluye determinar la concentración de CO en un primer medio de fermentación en una primera zona de fermentación. Si la concentración de CO en el primer medio de fermentación tiene un valor de aproximadamente 0.12 |jM o mayor, entonces se proporciona al menos una porción del gas de síntesis proporcionado a la primera zona de fermentación a una o más zonas de fermentación subsecuentes en una cantidad efectiva para proporcionar una concentración de CO en cualquier zona de fermentación subsecuente de aproximadamente 0.12 jM o menos.
ANTECEDENTES
Los microorganismos acetogénicos pueden producir etanol a partir del monóxido de carbono (CO) mediante la fermentación de sustratos gaseosos. Las fermentaciones que utilizan microorganismos anaeróbicos del género Clostridium producen etanol y otros productos útiles. Por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos No. 5,173,429 describe Clostridium Ijungdahlii ATCC No. 49587, un microorganismo anaeróbico que produce etanol y acetato a partir de gas de síntesis. La Patente de los Estados Unidos No. 5,807,722 describe un método y aparato para convertir gases residuales en ácidos orgánicos y alcoholes utilizando Clostridium Ijungdahlii ATCC No. 55380. La Patente de los Estados Unidos No. 6,136,577 describe un método y aparato para convertir gases residuales en etanol usando Clostridium ljungdahlii ATCC No. 55988 y 55989.
Las descripciones de procesos de fermentación también se pueden encontrar en WO 2012/074544; DIMPLE K KUNDIYANA ET AL, "Efecto de la limitación de nutrientes y el diseño de fermentador continuo de dos etapas sobre las productividades durante la fermentación de gas de síntesis", BIORESOURCE TECHNOLOGY, vol. 102, no. 10, 8 de marzo de 2011, páginas 6058-6064; S.S. RIGGS ET AL, "Measuring Carbon Monoxide Gas-Liquid Mass Transfer in a Stirred Tank Reactor for Gas de síntesis Fermentation", Biotechnology Progress, vol. 22, no. 3, 2 June 2006, pages 903-906; HEISKANEN ET AL, "The effect of syngas composition on the growth and product formation of Butyribacterium methylotrophicum", ENZYME AND MICROBIAL TECHNOLOGY, vol. 41, no. 3, 19 May 2007, pages 362-367; and MArCo RiCCI & CARLO PEREGO, "From syngas to fuels and chemicals: Chemical and biotechnological routes", 23 September 2011 (
http://www.eurobioref.org/Summer_Schooi/Lectures_Slides/ day6/L 17 M.Ricci.pdf).
Muchos microorganismos acetogénicos son poco adecuados para el bioprocesamiento a escala industrial y, por lo tanto, no han demostrado viabilidad comercial para este fin. Dichos microorganismos tienen un tiempo de duplicación lento y bajas productividades totales. Además, muchas técnicas para la manipulación genética (inactivación, sobreexpresión de transgenes a través de la integración o propagación del plásmido episómico) son ineficaces, lentas, laboriosas o inexistentes.
Los microorganismos acetogénicos se pueden cultivar para producir etanol a partir del monóxido de carbono. El proceso de crecimiento puede implicar el cultivo de bacterias acetogénicas en cantidades crecientes de CO a lo largo del tiempo. Los microorganismos acetogénicos se pueden cultivar para producir etanol a partir de gas de síntesis que incluye monóxido de carbono. El proceso de crecimiento puede implicar el cultivo de bacterias acetogénicas en cantidades crecientes de CO a lo largo del tiempo. Los niveles altos o bajos de CO en la fermentación pueden dar como resultado una menor productividad.
RESUMEN
Un proceso es efectivo para mantener altos niveles de productividad de etanol durante la fermentación de gas de síntesis. El proceso es efectivo para disminuir los tiempos de latencia y mantener un cultivo en estado estable controlando la concentración de Co y minimizando los efectos de las concentraciones altas o bajas de CO durante la fermentación.
Se proporciona un proceso de fermentación de gas de síntesis que comprende:
proporcionar una primera zona de fermentación y una o más zonas de fermentación subsecuentes;
suministrar gas de síntesis a cada zona de fermentación de una en una o simultáneamente a una o más zonas de fermentación y fermentar el gas de síntesis utilizando bacterias acetogénicas; en donde el proceso comprende además:
proporcionar gas de síntesis a la primera zona de fermentación; fermentar el gas de síntesis; y
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
determinar una concentración de CO en el medio de fermentación en la primera zona de fermentación, en donde si la concentración de CO en el medio de fermentación en la primera zona de fermentación tiene un valor de 0.12 pM o mayor, siendo proporcionada entonces al menos una porción del gas de síntesis a la primera zona de fermentación se proporciona a una o más zonas de fermentación subsecuentes en una cantidad efectiva para proporcionar una concentración de CO en cualquier zona de fermentación subsecuente de 0.12 pM o menos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Lo anterior y otros aspectos, características y ventajas de varios aspectos del proceso serán más evidentes a partir de las siguientes figuras.
La figura 1 es una vista en perspectiva de un fermentador con múltiples zonas de fermentación.
La figura 2 es una vista en perspectiva de una serie de fermentadores.
Los caracteres de referencia correspondientes indican componentes correspondientes en las diversas vistas de las figuras. Los expertos en la técnica apreciarán que los elementos de las figuras se ilustran por simplicidad y claridad y no han sido dibujados necesariamente a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los elementos en las figuras pueden exagerarse en relación con otros elementos para ayudar a mejorar la comprensión de diversos aspectos del presente proceso y aparato. Además, los elementos comunes pero bien entendidos que son útiles o necesarios en aspectos comercialmente viables, a menudo no se representan con el fin de facilitar una visión menos obstruida de estos diversos aspectos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La siguiente descripción no debe tomarse en un sentido limitativo, sino que se hace meramente con el propósito de describir los principios generales de las realizaciones de ejemplo. El alcance de la invención debería determinarse con referencia a las reivindicaciones.
Las fermentaciones de gas de síntesis realizadas en biorreactores con bacterias medianas y acetogénicas como se describe en este documento son efectivas para proporcionar conversiones de CO de gas de síntesis en alcoholes y otros productos. El control de las concentraciones de CO en la fermentación mediante la determinación de la concentración de CO en el medio de fermentación es eficaz para proporcionar altos niveles de productividad. En este aspecto, la productividad puede expresarse como STY (rendimiento del espacio tiempo expresado como g de etanol/(Ldía). En este aspecto, el proceso es efectivo para proporcionar un STY (rendimiento espacio tiempo) de al menos aproximadamente 10 g de etanol/(L- día). Los posibles valores de STY incluyen aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 200 g de etanol/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía)
a aproximadamente 160
g etanol/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía) a
aproximadamente
120 g de etanol/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía) a
aproximadamente
80 g de etanol/ (L día), en otro aspecto, aproximadamente 20 g de etanol/(Ldía) a
aproximadamente
140 g de etanol/(L- día) , en otro aspecto, aproximadamente 20 g de etanol/(Ldía) a
aproximadamente
100 g de etanol/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 40 g de etanol/(Ldía) a
aproximadamente
140 g de etanol/(Ldía), y en otro aspecto, aproximadamente 40 g de etanol/(LDía) a
aproximadamente 100 g de etanol/(Ldía).
Definiciones
A menos que se defina lo contrario, los siguientes términos, tal como se usan a lo largo de este documento para la presente divulgación, se definen a continuación y pueden incluir las formas de definiciones en singular o plural que se definen a continuación:
El término "aproximadamente" que modifica cualquier cantidad se refiere a la variación en esa cantidad encontrada en condiciones del mundo real, por ejemplo, en el laboratorio, planta piloto o instalación de producción. Por ejemplo, una cantidad de un ingrediente o medida empleada en una mezcla o cantidad cuando se modifica por "aproximadamente" incluye la variación y el grado de cuidado típicamente empleados en la medición en una condición experimental en una planta de producción o laboratorio. Por ejemplo, la cantidad de un componente de un producto cuando se modifica por "aproximadamente" incluye la variación entre lotes en múltiples experimentos en la planta o laboratorio y la variación inherente al método analítico. Ya sea o no modificado por "aproximadamente", las cantidades incluyen equivalentes a esas cantidades. Cualquier cantidad indicada aquí y modificada por "aproximadamente" también se puede emplear en la presente divulgación como la cantidad no modificada por "aproximadamente".
El término "singas” o gas de síntesis" significa gas de síntesis, que es el nombre dado a una mezcla de gases que contiene cantidades variables de monóxido de carbono e hidrógeno. Ejemplos de métodos de producción incluyen la reforma de vapor de gas natural o hidrocarburos para producir hidrógeno, la gasificación de carbón y en algunos tipos de instalaciones de gasificación de residuos a energía. El nombre proviene de su uso como productos
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
intermedios en la creación de gas natural sintético (SNG) y para la producción de amoníaco o metanol. El gas de síntesis es combustible y se usa a menudo como fuente de combustible o como intermediario para la producción de otros productos químicos.
El término "fermentador" incluye un dispositivo de fermentación que consta de uno o más recipientes y/o torres o disposiciones de tuberías, que incluye el Reactor de Tanque Agitado Continuo (CSTR), Reactor de Células Inmovilizadas (ICR), Reactor de Lecho de Trituración (TBR), Lecho Móvil Reactor de Biopelícula (MBBR), Columna de Burbujas, Fermentador de Elevación de Gas, Reactor de Membrana, tal como un Biorreactor de Membrana de Fibra Hueca (HFMBR), Mezclador Estático u otro recipiente u otro dispositivo adecuado para el contacto gas-líquido.
Los términos "fermentación", "proceso de fermentación" o "reacción de fermentación" y similares pretenden abarcar tanto la fase de crecimiento como la fase de biosíntesis del producto del proceso. En un aspecto, la fermentación se refiere a la conversión de CO en alcohol.
El término "densidad celular" significa la masa de células de microorganismos por unidad de volumen de caldo de fermentación, por ejemplo, gramos/litro.
El término "incrementar la eficiencia", " eficiencia incrementada" y similares, cuando se usa en relación con un proceso de fermentación incluye incrementar uno o más de la tasa de crecimiento de microorganismos en la fermentación, el volumen o la masa del producto deseado (como alcoholes) producido por volumen o masa de sustrato (tal como monóxido de carbono) consumido, la velocidad de producción o nivel de producción del producto deseado, y la proporción relativa del producto deseado producido en comparación con otros subproductos de la fermentación.
Gas de síntesis
El gas de síntesis puede proporcionarse desde cualquier fuente conocida. En un aspecto, el gas de síntesis puede provenir de la gasificación de materiales carbonosos. La gasificación implica la combustión parcial de biomasa en un suministro restringido de oxígeno. El gas resultante incluye principalmente CO y H2. En este aspecto, el gas de síntesis contendrá al menos aproximadamente 10% en moles de CO, en un aspecto, al menos aproximadamente 20% en moles, en un aspecto, aproximadamente 10 a aproximadamente 100% en moles, en otro aspecto, aproximadamente 20 a aproximadamente 100% en moles de CO, en otro aspecto, aproximadamente 30 a aproximadamente 90% en moles de CO, en otro aspecto, aproximadamente 40 a aproximadamente 80% en moles de CO, y en otro aspecto, aproximadamente 50 a aproximadamente 70% en moles de CO. Algunos ejemplos de métodos y aparatos de gasificación adecuados son proporcionados en los Números de Serie de los EE. UU. 61/516,667, 61/516,704 y 61/ 516,646, todas las cuales fueron presentadas el 6 de abril de 2011 y en los Números de Serie de los EE. UU. 13/427,144, 13/427,193 y 13/427,247, todas las cuales fueron presentadas el 22 de Marzo de 2012.
Dependiendo de la composición del gas de síntesis, el gas de síntesis puede proporcionarse directamente a un proceso de fermentación o puede modificarse adicionalmente para incluir una relación molar de H2 a CO adecuada. En un aspecto, el gas de síntesis proporcionado al fermentador tiene una relación molar H2 a CO de aproximadamente 0.2 o más, en otro aspecto, aproximadamente 0.25 o más, y en otro aspecto, aproximadamente 0.5 o más. En otro aspecto, el gas de síntesis proporcionado al fermentador puede incluir aproximadamente 40 por ciento molar o más de CO más H2 y aproximadamente 30 por ciento molar o menos de CO, en otro aspecto, aproximadamente 50 por ciento molar o más de CO más H2 y aproximadamente 35 por ciento molar o menos de CO, y en otro aspecto, aproximadamente 80 por ciento molar o más CO más H2 y aproximadamente 20 por ciento molar o menos de CO.
En otro aspecto, el proceso tiene aplicabilidad para soportar la producción de alcohol a partir de sustratos gaseosos tales como gases de combustión industriales que contienen CO de gran volumen. En algunos aspectos, un gas que incluye CO se deriva de residuos que contienen carbono, por ejemplo, gases residuales industriales o de la gasificación de otros desechos. Como tal, los procesos representan procesos efectivos para capturar carbono que de otro modo se agotaría en el medio ambiente. Ejemplos de gases de combustión industrial incluyen gases producidos durante la fabricación de productos de metales ferrosos, fabricación de productos no ferrosos, procesos de refinación de petróleo, gasificación de carbón, gasificación de biomasa, producción de energía eléctrica, producción de negro de humo, producción de amoníaco, producción de metanol y fabricación de coque.
En un aspecto, un separador de gas está configurado para separar sustancialmente al menos una porción de la corriente de gas, en donde la porción incluye uno o más componentes. Por ejemplo, el separador de gas puede separar CO2 de una corriente de gas que comprende los siguientes componentes: CO, CO2, H2, donde el CO2 puede pasar a un eliminador de CO2 y el resto de la corriente de gas (que comprende CO y H2) puede pasarse a un biorreactor. Se puede utilizar cualquier separador de gases conocido en la técnica. En este aspecto, el gas de síntesis proporcionado al fermentador tendrá aproximadamente 10% en moles o menos de CO2, en otro aspecto, aproximadamente 1% en moles o menos de CO2, y en otro aspecto, aproximadamente 0.1% en moles o menos de CO2.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Ciertas corrientes de gas pueden incluir una alta concentración de CO y bajas concentraciones de H2. En un aspecto, puede ser deseable optimizar la composición de la corriente de sustrato para lograr una mayor eficacia de producción de alcohol y/o captura de carbono global. Por ejemplo, la concentración de H2 en la corriente de sustrato puede aumentarse antes de que la corriente pase al biorreactor.
De acuerdo con aspectos particulares de la invención, las corrientes de dos o más fuentes se pueden combinar y/o mezclar para producir una corriente de sustrato deseable y/u optimizada. Por ejemplo, una corriente que comprende una alta concentración de CO, tal como el escape de un convertidor de una planta de acero, se puede combinar con una corriente que comprende altas concentraciones de H2, tal como el gas de escape de un horno de coque de una acería.
Dependiendo de la composición del sustrato que contiene CO gaseoso, también puede ser deseable tratarlo para eliminar cualquier impureza no deseada, tal como partículas de polvo antes de introducirlo en la fermentación. Por ejemplo, el sustrato gaseoso puede filtrarse o depurarse usando métodos conocidos.
Diseño y Operación de Biorreactores
En un aspecto, un diseño de fermentador puede incluir diferentes zonas de fermentación en el mismo fermentador. Por ejemplo, fermentador grande o un reactor del tipo de columna de burbujas puede incluir diferentes zonas de fermentación. Se describen descripciones de diseños de fermentadores en los Números de Serie de los Estados Unidos 13/471,827 y 13/471,858, ambas presentadas el 15 de Mayo de 2012, y el Número de Serie de los EE. UU. 13/473,167, presentada el 16 de Mayo de 2012.
Como se muestra en la Figura 1, un fermentador 100 incluye múltiples zonas 200 de fermentación. Como se muestra, el fermentador 100 incluye una primera zona 200 de fermentación y cuatro zonas 201, 202, 203, 204 de fermentación adicionales. En otro aspecto, el fermentador 100 puede incluir dos o más zonas de fermentación, y puede incluir de dos a diez zonas de fermentación. Una zona de fermentación se define como espacio por encima de una entrada/burbujeador 122 de gas y por debajo de la siguiente entrada/burbujeador 122 de gas, o por encima de una entrada/burbujeador 122 de gas y la parte superior del fermentador 100. El medio, los microbios y los gases 305 en el fermentador 100 pueden fluir entre las zonas de fermentación. El fermentador 100 también puede incluir bombas 124. Las bombas 124 se pueden usar para la eliminación del producto 222 y para la eliminación de las muestras 210.
En un aspecto, el gas de síntesis entra en el fermentador 100 a través de un suministro 120 de gas de síntesis. El suministro 120 de gas de síntesis proporciona gas de síntesis a la entrada de gas/burbujeador 122. El medio y los nutrientes pueden suministrarse a través del suministro 250 de medio/nutriente. El gas de escape puede salir del fermentador 100 a través de un puerto 270 de gas de escape. Se puede suministrar gas de escape a una caldera de gas de ventilación. La caldera de gas de ventilación puede utilizarse para proporcionar vapor para la producción de energía.
De acuerdo con un aspecto, el proceso de fermentación se inicia mediante la adición de un medio al recipiente del reactor. Algunos ejemplos de composiciones de medios se describen en los Números de Serie de los Estados Unidos 61/650,098 y 61/650,093, presentadas el 22 de Mayo de 2012, y en la Patente de los Estados Unidos No. 7,285,402, presentada el 23 de julio de 2001. El medio puede esterilizarse para eliminar microorganismos indeseables y el reactor se inocula con los microorganismos deseados. La esterilización puede no ser siempre requerida.
Ejemplos de bacterias acetogénicas útiles incluyen las del género Clostridium, tales como cepas de Clostridium ljungdahlii, que incluyen las descritas en los documentos WO 2000/68407, EP 117309, Patentes de los Estados Unidos Nos. 5,173,429, 5,593,886 y 6,368,819, WO 1998/00558 y WO 2002/08438, cepas de Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 y DSM 19630 de DSMZ, Alemania) que incluyen las descritas en WO 2007/117157 y WO 2009/151342 y Clostridium ragsdalei (P11, ATCC BAA-622) y Alkalibaculum bacchi (CP11, ATCC BAA-1772 ) incluyendo las descritas respectivamente en la Patente de los Estados Unidos No. 7,704,723 y " Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis ", Hasan Atiyeh, presentado en Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, 29 de Abril de 2010 y Clostridium carboxidivorans (ATCC PTA-7827) descrito en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2007/0276447. Otros microorganismos adecuados incluyen los del género Moorella, incluyendo Moorella sp. HUC22-1, y los del género Carboxydothermus. Se pueden usar cultivos mixtos de dos o más microorganismos.
Algunos ejemplos de bacterias útiles incluyen Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (dSm 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemania), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
coskatii (ATCC PTA-10522), Clostridium drakei, Clostridium Ijungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium Ijungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemania) , Clostridium ragsdali P11 (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, Metharaosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus, Thermoanaerobacter kivui, y mezclas de los mismos.
Tras la inoculación, se establece una tasa de suministro de gas de alimentación inicial eficaz para proveer a la población inicial de microorganismos. El gas efluente se analiza para determinar el contenido del gas efluente. Los resultados del análisis de gases se usan para controlar las tasas de gas de alimentación. En este aspecto, el proceso proporciona una concentración de CO a una relación de densidad celular inicial de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 0.9, en otro aspecto, aproximadamente 0.6 a aproximadamente 0.8, en otro aspecto, aproximadamente 0.5 a aproximadamente 0.7, y en otro aspecto, aproximadamente 0.5 a aproximadamente 0.6.
Al alcanzar los niveles deseados, la fase líquida y el material celular se retiran del reactor y se reponen con medio. El proceso es efectivo para aumentar la densidad celular a aproximadamente 2.0 gramos/litro o más, en otro aspecto, aproximadamente 2 a aproximadamente 25 gramos/litro, en otro aspecto, aproximadamente 2 a aproximadamente 20 gramos/litro, en otro aspecto, aproximadamente 2 a aproximadamente 10 gramos/litro, en otro aspecto, aproximadamente 2 a aproximadamente 8 gramos/litro, en otro aspecto, aproximadamente 3 a aproximadamente 6 gramos/litro, y en otro aspecto, aproximadamente 4 a aproximadamente 5 gramos/litro.
En otro aspecto, el proceso es eficaz para mantener una relación de concentración de CO (|jM) a densidad celular (gramos/litro) de aproximadamente 0.001 a aproximadamente 1.0. En otro aspecto, una relación de concentración de CO a una densidad celular de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 0.9, en otro aspecto, aproximadamente 0.01 a aproximadamente 0.8, en otro aspecto, aproximadamente 0.02 a aproximadamente 0.8, en otro aspecto, aproximadamente 0.02 a aproximadamente 0.75, en otro aspecto, aproximadamente 0.03 a aproximadamente 0.75, y en otro aspecto, aproximadamente 0.03 a aproximadamente 0.5.
En otro aspecto, el proceso es eficaz para mantener una relación de concentración de CO (jM) a densidad celular (gramos/litro) de aproximadamente 0.001 a aproximadamente 1.0. En otro aspecto, una relación de concentración de CO a densidad celular de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 0.9, en otro aspecto, aproximadamente 0.01 a aproximadamente 0.8, en otro aspecto, aproximadamente 0.02 a aproximadamente 0.8, en otro aspecto, aproximadamente 0.02 a aproximadamente 0.75, en otro aspecto, aproximadamente 0.03 a aproximadamente 0.75, y en otro aspecto, aproximadamente 0.03 a aproximadamente 0.5.
En un aspecto, el gas de síntesis se suministra a una primera zona 200 de fermentación. Si una concentración de CO en la primera zona 200 de fermentación es aproximadamente 0.12 jM o mayor, entonces se proporciona al menos una porción del gas de síntesis a la primera zona 200 de fermentación para una o más zonas de fermentación subsecuentes a través de la entrada/burbujeo de gas 122. La porción de gas de síntesis suministrada a la una o más zonas de fermentación subsiguientes proporciona una concentración de CO en cualquier zona de fermentación subsecuente de aproximadamente 0.12 jM o menos, en otro aspecto, aproximadamente 0.10 jM o menos, en otro aspecto, aproximadamente 0.08 jM o menos, en otro aspecto, aproximadamente 0.06 jM o menos, en otro aspecto, aproximadamente 0.04 jM o menos, y en otro aspecto, aproximadamente 0.02 jM o menos.
El gas de síntesis puede suministrarse a cada zona de fermentación de a una por vez o puede suministrarse a una o más zonas de fermentación simultáneamente. En este aspecto, el gas de síntesis que entra en una zona de fermentación tendrá aproximadamente 20% molar o más de CO, en otro aspecto, aproximadamente 30% molar o más, en otro aspecto, aproximadamente 40% molar o más, y en otro aspecto, aproximadamente 50% molar o más.
En otro aspecto, el gas de síntesis suministrado a cualquier zona de fermentación tendrá una relación molar H2 a CO de aproximadamente 0.2 o más, y de aproximadamente 4% molar a aproximadamente 99.9% molar de CO. En otro aspecto, el gas de síntesis que entre en cualquier zona de fermentación subsecuente tendrá una relación molar H2 a CO de aproximadamente 0.5 o más, en otro aspecto, aproximadamente 1.0 o más, y en otro aspecto, aproximadamente 3.5 o más.
Otro aspecto del diseño de un fermentador se muestra en la Figura 2. En este aspecto, el diseño incluye un primer fermentador 100 conectado en serie a fermentadores subsecuentes, tales como, por ejemplo, el segundo fermentador 102, el tercer fermentador 104 y el cuarto fermentador 106. El diseño puede incluir cualquier número de fermentadores subsecuentes de 1 a aproximadamente 10 (por ejemplo, 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 fermentadores subsecuentes).
En un aspecto, el gas de síntesis entra en el primer fermentador 100 a través de una entrada/burbujeador 120 de gas. La dispersión del gas de síntesis y mezcla adicional se logra con al menos un impulsor 225 de dispersión de gas y al menos un impulsor 220 de mezcla que están acoplados a un eje 200 de accionamiento.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
El gas 150 de síntesis puede transportarse a uno o más biorreactores posteriores. El gas 150 de síntesis se puede suministrar a cada fermentador posterior uno a la vez en serie, o se puede suministrar a uno o más fermentadores subsiguientes simultáneamente en paralelo. En este aspecto, el gas de síntesis que entra en cualquier fermentador posterior tendrá aproximadamente 20% molar o más de CO, en otro aspecto, aproximadamente 30% molar o más, en otro aspecto, aproximadamente 40% molar o más, y en otro aspecto, aproximadamente 50 moles % o más.
En otro aspecto, el gas de síntesis suministrado a cualquier fermentador posterior tendrá una relación molar H2 a CO de aproximadamente 0.2 o más, y de aproximadamente 4% molar a aproximadamente 99.9% molar de CO. En otro aspecto, el gas sintético que entre en cualquier fermentador posterior tendrá un H2 a una relación molar de CO de aproximadamente 0.5 o más, en otro aspecto, aproximadamente 1.0 o más, y en otro aspecto, aproximadamente 3.5 o más.
En otro aspecto, se puede proporcionar un gas de escape de un primer fermentador o de cualquier otro subsiguiente a una caldera de gas de ventilación. La caldera de gas de ventilación puede utilizarse para proporcionar vapor para la producción de energía.
Productividad de Alcohol
Ciertas relaciones de H2 a CO y/o de CO2 a CO son efectivas para proporcionar STY mejorada. En este aspecto, el proceso es efectivo para proporcionar un STY (rendimiento espacio tiempo) de aproximadamente 1 gramo o más de alcohol total/(Ldía). En otro aspecto, el proceso es eficaz para proporcionar un suministro de una STY de al menos aproximadamente 10 g de alcohol total/(Ldía). Los posibles valores de STY incluyen aproximadamente 10 g de alcohol total/(Ldía) a aproximadamente 300 g /(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 10 g de alcohol total/(Ldía) a aproximadamente 200 g de alcohol total/(LDía), en otro aspecto, aproximadamente 10 g de alcohol
total/(Ldía) a aproximadamente 160 g de alcohol total/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 10 g de alcohol
total/(Ldía) a aproximadamente 120 g alcohol total/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 10 g de alcohol total/(L- día) a aproximadamente 80 g de alcohol total/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 20 g de alcohol
total/(LDía) a aproximadamente 140 g de alcohol total/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 20 g de alcohol
total/(Ldía) a aproximadamente 100 g de alcohol total/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 40 g alcohol total/(Ldía) a aproximadamente 140 g de alcohol total/(Ldía), y en otro aspecto, aproximadamente 40 g de alcohol total/(Ldía) a aproximadamente 100 g de alcohol total/(Ldía) .
Tal como se usa en el presente documento, "alcohol total" incluye etanol, butanol, propanol y metanol. En un aspecto, el alcohol total puede incluir al menos aproximadamente 80 por ciento en peso o más de etanol. En otro aspecto, el alcohol total puede incluir al menos aproximadamente 25 por ciento en peso o menos de butanol.
En un aspecto relacionado, la productividad puede expresarse como STY (rendimiento espacio tiempo expresado como g de etanol/(Ldía). En este aspecto, el proceso es efectivo para proporcionar un sTy (rendimiento espacio tiempo) de al menos aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía). Los posibles valores de STY incluyen aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 200 g de etanol/(Ldía), en otro aspecto,
aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 160 g etanol/(Ldía), en otro aspecto, aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 120 g de etanol/(Ldía), en otro aspecto,
aproximadamente 10 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 80 g de etanol/(Ldía), en otro aspecto,
aproximadamente 20 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 140 g de etanol/(Ldía), en otro aspecto,
aproximadamente 20 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 100 g de etanol/(Ldía), en otro aspecto,
aproximadamente 40 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 140 g de etanol/(Ldía), y en otro aspecto, aproximadamente 40 g de etanol/(Ldía) a aproximadamente 100 g de etanol/(Ldía).
Determinación de Concentraciones de CO - Medición directa
Muestreo: En un aspecto, el proceso incluye poner en contacto una alícuota del medio de fermentación con al menos un ligando de unión a CO y al menos un activador microbiano. El proceso puede incluir tomar una alícuota del medio de fermentación directamente del biorreactor o de varios circuitos de reciclado asociados con el biorreactor. La cantidad del medio de fermentación eliminado corresponde a cualquier cantidad efectiva para proporcionar una determinación precisa de la concentración de CO. En este aspecto, la cantidad del medio de fermentación retirada se ajusta en función de los niveles de concentración esperados de CO. Generalmente, las cantidades de muestra variarán de aproximadamente 0.02 ml a aproximadamente 20 ml, en otro aspecto de aproximadamente 1 ml a aproximadamente 7 ml, en otro aspecto, de aproximadamente 0.1 ml a aproximadamente 1 ml, en otro aspecto de aproximadamente 5 ml a aproximadamente 10 ml, y en otro aspecto de aproximadamente 7 ml a aproximadamente 8 ml.
Las alícuotas retiradas del biorreactor incluirán un medio de fermentación y microbios capaces de producir y/o consumir CO. Los medios de fermentación pueden incluir medios conocidos como se describe en este documento. Los microbios capaces de producir y/o consumir CO incluyen bacterias acetogénicas como se describe en este documento. En un aspecto, el proceso puede incluir la eliminación de microbios de las alícuotas del medio de
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
fermentación antes de las mediciones de CO. En otro aspecto, el proceso puede incluir análisis sin eliminación de microbios.
En un aspecto, el muestreo puede realizarse utilizando cualquier tipo de sonda de muestreo conocida en la técnica. Un ejemplo de una sonda de muestreo apropiada es una sonda FISP® (disponible de Flownamics). La sonda FISP® es una sonda de muestreo capaz de extraer muestras estériles libres de células del fermentador. La FISP® permite la transferencia directa de muestras en línea a una variedad de analizadores, como sistemas de bioquímica y HPLC, así como la recolección para análisis fuera de línea. La FISP® es un portador de acero inoxidable 316 esterilizable, pequeño y en forma de tubo que está rodeado por una membrana microporosa tubular.
En otro aspecto, los tubos utilizados para el muestreo deben ser impermeables a los gases. En este aspecto, el tubo debe ser no metálico y no ferroso. El ejemplo de tubería que puede utilizarse incluye tubos hechos de poliéteretercetona.
Ligando de unión a CO: Los ligandos de unión a CO son efectivos para unirse al CO disuelto en el medio de fermentación. En otro aspecto, ejemplos de ligandos de unión a CO incluyen hemoglobina, mioglobina, hemo libre, compuestos que contienen hemo y mezclas de los mismos.
En un aspecto alternativo, el ligando de unión a CO incluye un agente quelante. En este aspecto, el agente quelante es un compuesto que no contiene hemo capaz de unirse a CO.
Las cantidades de ligando de unión a CO utilizadas estarán en un exceso de la cantidad de CO que puede estar en la muestra. Generalmente, la cantidad de ligando de unión a CO utilizado en el proceso será de aproximadamente 7 mg/ml o más.
Inactivador microbiano: Los inactivadores microbianos son efectivos para evitar que cualquier microbio en la muestra consuma o cree CO. En este aspecto, los inactivadores microbianos pueden incluir sal, ácido, base, agentes oxidantes, solvente orgánico, calor, frío y mezclas de los mismos. En el aspecto en el que el inactivador microbiano es una sal, la sal puede incluir NaCl, KCl, cloruro de amonio, sulfato de sodio, bromuro de sodio y mezclas de los mismos. La solución de sal estará en una concentración efectiva para inactivar microbios capaces de consumir o crear CO. En este aspecto, la solución de sal tendrá una concentración de 0.2 a aproximadamente 5 M.
En el aspecto en el que el inactivador microbiano es un ácido o base, el ácido puede incluir HCl, ácido sulfúrico, ácido trifluoroacético, ácido acético y mezclas de los mismos, y la base puede incluir NaOH, hidróxido de amonio, trietilamina, hidróxido de potasio y mezclas de los mismos. La solución ácida o básica estará en una concentración efectiva para inactivar microbios capaces de consumir o crear CO. En este aspecto, la solución ácida tendrá una concentración de aproximadamente 0.02 a aproximadamente 5 M, y la base tendrá una concentración de aproximadamente 0.02. a aproximadamente 5 M. En este aspecto, cuando el inactivador es peróxido de hidrógeno, la concentración puede ser de aproximadamente 1% a aproximadamente 3%. En el aspecto donde se usa frío, son efectivas temperaturas de aproximadamente -270°C a aproximadamente 0°C. En el aspecto donde se usa calor, son efectivas temperaturas de aproximadamente 35°C a aproximadamente 100°C.
Medición de la Absorbancia: Cualquier equipo espectrofotométrico conocido puede proporcionar mediciones de absorbancia. Algunos ejemplos de equipos espectrofotométricos incluyen los espectrofotómetros Beckman Coulter (DU 800, DU730) y lectores de microplacas como el Spectramax (M1, M2 y M3). En este aspecto, una relación de medidas de absorbancia a 538 nm y 555 nm proporciona una medida de CO unida al ligando de unión a CO. En otro aspecto, el proceso puede incluir el uso de una celda de flujo en conexión con un espectrofotómetro apropiado para proporcionar mediciones de absorbancia continuas.
En un aspecto, si la medición directa de CO indica una concentración de CO en el medio de fermentación de aproximadamente 0.12 pM o más, entonces al menos una porción del gas de síntesis proporcionado al primer fermentador se proporciona a uno o más fermentadores subsecuentes que funcionan en serie o en paralelo. La cantidad de gas de síntesis suministrada a uno o más fermentadores subsecuentes es eficaz para proporcionar una concentración de CO en el medio de fermentación de cualquier fermentador posterior de aproximadamente 0.12 pM o menos (según se determina mediante medición directa).
Ejemplos
Ejemplo 1: Medición de CO
La solución de hemoglobina se preparó de la siguiente manera: se preparó una solución de 7 mg/ml de hemoglobina bovina en un regulador de carbonato 100 mM (pH 9.3). Se añadió ditionito sódico (20 mg/ml) y la mezcla se centrifugó a 7500 g a 4°C. Se eliminó el sobrenadante y se añadió medio volumen de NaCl 5M.
Los estándares se prepararon de la siguiente manera: se añadió una solución en agua de gas de síntesis (0.0, 0.01, 0,02, 0.05, 0.1, 0.2 y 0.3 ml) a 0.6 ml de solución de hemoglobina/sal en un tubo de centrífuga de 2 ml. Se agregó agua para llevar a un volumen total de 2.0 ml.
5 El muestreo se realizó de la siguiente manera: La solución de hemoglobina/sal se extrajo en una jeringa serológica equipada con una llave de paso. El muestreo del fermentado se realizó extrayendo una muestra de un sistema de reciclaje de células de una "T" de una línea principal de un biorreactor que era gas de síntesis en fermentación. Las líneas se aclararon primero retirando aproximadamente 10 ml de fermentado. Entonces, se extrajo rápidamente una alícuota de 7 ml de fermentado con la jeringa que contenía la solución de hemoglobina/sal apuntando hacia abajo
10 para efectuar la mezcla del fermentado con la solución de hemoglobina/sal.
Las mediciones de absorbancia se realizaron de la siguiente manera: Todas las muestras y estándares se mantuvieron a temperatura ambiente durante un mínimo de 10 minutos y un máximo de 2 horas. La absorbancia de estándares y muestras se determinó a 538 nm y 555 nm.
15
Cálculo de la concentración de CO: Utilizando una constante de la Ley de Henry de 0.00095 M/atm, las concentraciones de CO se calcularon con base en un porcentaje de CO en el gas de síntesis. Se preparó una curva estándar que muestra una relación de absorbancia a 538:555 nm contra la concentración de CO en pM.
20 Si bien la invención aquí divulgada se ha descrito por medio de realizaciones, ejemplos y aplicaciones específicos de la misma, los expertos en la técnica podrían realizar numerosas modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance de la invención expuesta en las reivindicaciones.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso de fermentación de gas de síntesis que comprende:
    proporcionar una primera zona de fermentación y una o más zonas de fermentación subsecuentes;
    suministrar gas de síntesis a cada zona de fermentación de una en una o simultáneamente a una o más zonas de fermentación y fermentar el gas de síntesis utilizando bacterias acetogénicas; en donde el proceso comprende además:
    proporcionar gas de síntesis a la primera zona de fermentación; fermentar el gas de síntesis; y
    determinar una concentración de CO en el medio de fermentación en la primera zona de fermentación,
    en donde si la concentración de CO en el medio de fermentación en la primera zona de fermentación tiene un valor de 0.12 |jM o mayor, entonces al menos una porción del gas de síntesis que está siendo proporcionado a la primera zona de fermentación se proporciona a una o más zonas de fermentación subsiguientes en una cantidad efectiva para proporcionar una concentración de CO en cualquier zona de fermentación subsecuente de 0.12 jM o menos.
  2. 2. El proceso de fermentación de gas de síntesis de la reivindicación 1, en donde la primera zona de fermentación es un primer fermentador y la una o más zonas de fermentación subsecuentes son uno o más fermentadores subsecuentes.
  3. 3. El proceso de la reivindicación 1 o reivindicación 2 en donde la concentración de CO se determina poniendo en contacto una alícuota del medio de fermentación con al menos un ligando de unión a CO y al menos un inactivador microbiano, y midiendo una cantidad de CO unida al ligando de unión a CO, y preferiblemente en el que la cantidad de CO unida al ligando de unión a CO se mide determinando cambios en la absorbancia.
  4. 4. El proceso de la reivindicación 3, en donde el ligando de unión a CO se selecciona del grupo que consiste en hemoglobina, mioglobina, hemo libre, compuestos que contienen hemo y mezclas de los mismos.
  5. 5. El proceso de la reivindicación 3, en donde el inactivador microbiano se selecciona del grupo que consiste en sal, ácido, base, disolvente orgánico, agentes oxidantes, calor, frío y mezclas de los mismos.
  6. 6. El proceso de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el gas de síntesis proporcionado a la primera o cualquier zona de fermentación/fermentador subsecuente tiene una relación molar de H2 a CO de 0.2 o más.
  7. 7. El proceso de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el gas de síntesis proporcionado a la primera o cualquier zona de fermentación/fermentador subsecuente tiene 40 por ciento molar de Co más H2 y un contenido de H2 de 30 por ciento en moles o menos.
  8. 8. El proceso de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el gas de síntesis proporcionado a la primera o cualquier zona de fermentación/fermentador subsecuente tiene una relación molar CO/CO2 de al menos 0.75.
  9. 9. El proceso de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el proceso es efectivo para aumentar la densidad celular a 2.0 g/L o más en la primera o en cualquier zona de fermentación/fermentador subsecuente.
  10. 10. El proceso de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el proceso proporciona una concentración de CO a una relación de densidad celular inicial de 0.5 a 0.9.
  11. 11. El proceso de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el proceso es efectivo para mantener una relación de concentración de CO a densidad celular de 0.001 a 1.0.
  12. 12. El proceso de la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en donde las bacterias acetogénicas se seleccionan del grupo que consiste en Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus , Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemania) , Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemania), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii (ATCC PTA- 10522), Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATcC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (aTcC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55889), Clos tridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemania), Clostridium ragsdali P11 (ATCC BAA-622), Clostridium
    scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus, Thermoanaerobacter kivui, y mezclas de los mismos.
    5
  13. 13. El proceso de la reivindicación 2, en donde se proporciona gas de síntesis a fermentadores subsecuentes que funcionan en paralelo o en el que se proporciona gas de síntesis a fermentadores subsecuentes que funcionan en serie.
    10 14. El proceso de la reivindicación 2, en donde al menos una porción de gas de escape procedente de un primer
    fermentador o de cualquier otro subsecuente se proporciona a una caldera de gas de ventilación.
ES13770769.1T 2012-09-19 2013-09-18 Un proceso para evitar la inhibición de acetógenos por CO Active ES2661517T3 (es)

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261702824P 2012-09-19 2012-09-19
US201261702837P 2012-09-19 2012-09-19
US201261702832P 2012-09-19 2012-09-19
US201261702826P 2012-09-19 2012-09-19
US201261702837P 2012-09-19
US201261702826P 2012-09-19
US201261702832P 2012-09-19
US201261702824P 2012-09-19
US201314018670 2013-09-05
US14/018,670 US8980576B2 (en) 2012-09-19 2013-09-05 Process to avoid inhibition of acetogens by CO
PCT/US2013/060239 WO2014047083A1 (en) 2012-09-19 2013-09-18 A process to avoid inhibition of acetogens by co

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2661517T3 true ES2661517T3 (es) 2018-04-02

Family

ID=50274850

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES13771010.9T Active ES2662522T3 (es) 2012-09-19 2013-09-18 Un proceso para evitar la inhibición de acetógenos por CO
ES13770769.1T Active ES2661517T3 (es) 2012-09-19 2013-09-18 Un proceso para evitar la inhibición de acetógenos por CO

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES13771010.9T Active ES2662522T3 (es) 2012-09-19 2013-09-18 Un proceso para evitar la inhibición de acetógenos por CO

Country Status (11)

Country Link
US (5) US10233478B2 (es)
EP (3) EP2898078B1 (es)
CN (4) CN104812904B (es)
BR (1) BR112015005715B1 (es)
CA (1) CA2884542C (es)
ES (2) ES2662522T3 (es)
IN (3) IN2015DN01981A (es)
PL (2) PL2898080T3 (es)
RU (1) RU2636349C2 (es)
TW (1) TWI635179B (es)
WO (4) WO2014047079A1 (es)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9885063B2 (en) * 2013-06-10 2018-02-06 Ineos Bio Sa Process for fermenting co-containing gaseous substrates in a low phosphate medium effective for reducing water usage
US9850503B2 (en) * 2013-06-10 2017-12-26 Ineos Bio Sa Control of conductivity in anaerobic fermentation
US9617566B2 (en) 2014-07-11 2017-04-11 Lanzatech New Zealand Limited Control of bioreactor processes
US9834792B2 (en) * 2014-10-22 2017-12-05 Lanzatech New Zealand Limited Multi-stage bioreactor processes
US11773416B2 (en) * 2018-08-08 2023-10-03 Jupeng Bio, Inc. Carbon dioxide bioconversion process
CN112300971B (zh) * 2019-07-26 2022-12-23 安徽吐露港生物科技有限公司 高通量基因合成法提高食气梭菌一氧化碳利用率的方法
CN111154683B (zh) * 2020-01-19 2022-05-13 南京工业大学 一种食甲基丁酸杆菌的优化培养方法及其应用
CN111849801A (zh) * 2020-06-11 2020-10-30 北京首钢朗泽新能源科技有限公司 一种通过梭菌发酵废液回收菌体蛋白的方法及设备
CN116888268A (zh) * 2020-12-08 2023-10-13 巨鹏生物(香港)有限公司 控制乙醇生产的方法和组合物
US12491484B2 (en) 2021-01-15 2025-12-09 CRI, hf Reactor for synthesis of methanol or other products
EP4277736A1 (en) 2021-01-15 2023-11-22 Cri Hf Methanol synthesis reactor
CN117120623B (zh) * 2021-04-09 2024-10-18 朗泽科技有限公司 用于改进二氧化碳转化为产物的灵活发酵平台
CN113755534B (zh) * 2021-08-13 2024-02-27 巨鹏生物(香港)有限公司 通过焦炉煤气发酵制备乙醇的方法和系统

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4533211A (en) 1983-01-31 1985-08-06 International Business Machines Corporation Frequency multiplexed optical spatial filter based upon photochemical hole burning
US4560658A (en) * 1983-12-05 1985-12-24 Cpc International Inc. Production of butanol by fermentation in the presence of carbon monoxide
DK624088A (da) * 1987-03-10 1989-01-03 Helmut Effenberger Fremgangsmaade til kontinuerlig forgaering af carbonhydratholdige medier ved hjaelp af bakterier
US5173429A (en) 1990-11-09 1992-12-22 The Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Clostridiumm ljungdahlii, an anaerobic ethanol and acetate producing microorganism
US5807722A (en) 1992-10-30 1998-09-15 Bioengineering Resources, Inc. Biological production of acetic acid from waste gases with Clostridium ljungdahlii
US6136577A (en) 1992-10-30 2000-10-24 Bioengineering Resources, Inc. Biological production of ethanol from waste gases with Clostridium ljungdahlii
US5593886A (en) * 1992-10-30 1997-01-14 Gaddy; James L. Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases
UA72220C2 (uk) 1998-09-08 2005-02-15 Байоенджініерінг Рісорсиз, Інк. Незмішувана з водою суміш розчинник/співрозчинник для екстрагування оцтової кислоти, спосіб одержання оцтової кислоти (варіанти), спосіб анаеробного мікробного бродіння для одержання оцтової кислоти (варіанти), модифікований розчинник та спосіб його одержання
EP1177309B1 (en) 1999-05-07 2004-02-18 Emmaus Foundation, Inc. Clostridium strains which produce ethanol from substrate-containing gases
ATE332390T1 (de) 2000-07-25 2006-07-15 Emmaus Foundation Inc Verfahren zur produktionssteigerung von die fermentativen erzeugnung von ethanol
US6774148B2 (en) 2002-06-25 2004-08-10 Chevron U.S.A. Inc. Process for conversion of LPG and CH4 to syngas and higher valued products
MXPA06013654A (es) * 2004-05-26 2007-07-24 Novus Energy Llc Produccion de etanol a partir de residuos biologicos.
NZ546496A (en) 2006-04-07 2008-09-26 Lanzatech New Zealand Ltd Gas treatment process
US7623909B2 (en) 2006-05-26 2009-11-24 Cameron Health, Inc. Implantable medical devices and programmers adapted for sensing vector selection
US7704723B2 (en) 2006-08-31 2010-04-27 The Board Of Regents For Oklahoma State University Isolation and characterization of novel clostridial species
KR20110002029A (ko) * 2008-03-10 2011-01-06 이네오스 유에스에이 엘엘씨 다양한 기질의 감소된 농도 또는 부존재 하에서 합성가스 발효 프로세스에서 미생물 배양물을 유지하는 방법
BRPI0909334B1 (pt) * 2008-03-12 2019-10-29 Lanzatech New Zealand Ltd método para a conversão de ácido em álcool correspondente
BRPI0915017B1 (pt) 2008-06-09 2018-12-26 Lanzatech New Zealand Limited método para produzir 2,3-butanodiol pela fermentação microbiana de um substrato gasoso compreendendo co
US8592190B2 (en) * 2009-06-11 2013-11-26 Ineos Bio Limited Methods for sequestering carbon dioxide into alcohols via gasification fermentation
EP2391724B1 (en) * 2009-01-29 2017-01-04 Lanzatech New Zealand Limited Method of improving efficiency of microbial fermentation
EP3739056A1 (en) * 2009-07-02 2020-11-18 LanzaTech New Zealand Limited Alcohol production process
US8597934B2 (en) * 2009-10-30 2013-12-03 Coskata, Inc. Process for controlling sulfur in a fermentation syngas feed stream
CN103038353A (zh) 2010-05-04 2013-04-10 新西兰郎泽科技公司 改良的废气发酵
US8535919B2 (en) * 2010-06-30 2013-09-17 Coskata, Inc. Process for converting gas stream comprising CO, CO2 and H2 to liquid products by fermentation
KR101375038B1 (ko) 2010-07-28 2014-03-14 란자테크 뉴질랜드 리미티드 신규 세균 및 그의 제조방법
RU2566565C2 (ru) * 2010-12-03 2015-10-27 Инеос Био Са Способ ферментации газообразного субстрата, содержащего монооксид углерода и водород

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015111634A (ru) 2016-11-10
CN104812904A (zh) 2015-07-29
US20140080195A1 (en) 2014-03-20
EP2898078A1 (en) 2015-07-29
CN110373433A (zh) 2019-10-25
CN104919049B (zh) 2019-05-10
EP2898079B1 (en) 2018-01-10
PL2898080T3 (pl) 2018-06-29
CA2884542C (en) 2020-12-15
EP2898080B1 (en) 2018-01-10
EP2898078B1 (en) 2017-11-08
US9593357B2 (en) 2017-03-14
US20140080117A1 (en) 2014-03-20
PL2898079T3 (pl) 2018-06-29
IN2015DN02134A (es) 2015-08-14
CN104919049A (zh) 2015-09-16
ES2662522T3 (es) 2018-04-06
CN104955954A (zh) 2015-09-30
WO2014047082A1 (en) 2014-03-27
CA2884542A1 (en) 2014-03-27
WO2014047083A1 (en) 2014-03-27
US8975013B2 (en) 2015-03-10
CN104812904B (zh) 2019-05-14
US8980575B2 (en) 2015-03-17
TWI635179B (zh) 2018-09-11
EP2898079A1 (en) 2015-07-29
US10233478B2 (en) 2019-03-19
BR112015005715B1 (pt) 2021-09-14
US20150152464A1 (en) 2015-06-04
WO2014047081A1 (en) 2014-03-27
BR112015005715A2 (pt) 2017-07-04
US20140080169A1 (en) 2014-03-20
TW201420765A (zh) 2014-06-01
CN104955954B (zh) 2019-04-30
RU2636349C2 (ru) 2017-11-22
IN2015DN01981A (es) 2015-08-14
EP2898080A1 (en) 2015-07-29
IN2015DN02084A (es) 2015-08-14
US8980576B2 (en) 2015-03-17
WO2014047079A1 (en) 2014-03-27
US20140080116A1 (en) 2014-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8980576B2 (en) Process to avoid inhibition of acetogens by CO
TWI835832B (zh) 一氧化碳及二氧化碳之生物轉換方法
TWI650422B (zh) 操作合成氣發酵法之方法
TWI672377B (zh) 合成氣發酵法及培養基（二）
RU2654591C2 (ru) Способ и среда для снижения содержания селена в биомассе после ферментации содержащих со газообразных субстратов
JP6400689B2 (ja) 水利用の低減に有効な低ホスファート培地中でｃｏ含有ガス状基質を発酵させるためのプロセス