BR112012010749B1 - Processo para captura e conversão de dióxido de carbono em compostos orgânicos - Google Patents

Processo para captura e conversão de dióxido de carbono em compostos orgânicos Download PDF

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Abstract

processo biológico e químico utilizando microorganismos quemoautotróficos para a fixação quimiosintética de dióxido de carbono e/ou outras fontes de carbono inorgânico nos compostos orgânicos, e a geração de produtos adicionais úteis. a invenção aqui descrita apresenta composições e métodos para um processo de várias etapas biológicas e químicas para a captura e conversão de dióxido de carbono e/ou outras formas de carbono inorgânico em produtos químico orgânicos, incluindo biocombustíveis ou de outros industriais útil, química, farmacêutica, produtos de biomassa. um ou mais etapas do processo utiliza microorganismos quemoautotróficos para fixar carbono inorgânico em compostos orgânicos através de quimiossíntese. uma característica adicional descritas são etapas do processo pelo qual os doadores de elétrons usada para a fixação quimiosintética de carbono são gerados por meios químicos ou electroquímicos, ou são produzidos a partir de fontes inorgânicas ou resíduos. uma característica adicional descritas são as etapas do processo para a recuperação de produtos químicos úteis produzidos pela captura de dióxido de carbono e processo de conversão, tanto a partir de passos de reação quimiossintéticos, bem como a partir de passos de reacção não biológicos.

Description

Campo da Invenção
[0001]A presente invenção está dentro das áreas técnicas dos biocombustí- veis, biorremediação, captura de carbono, dióxido de carbono-a-combustíveis, reci-clagem do carbono, sequestro de carbono, armazenamento de energia e renová- veis/alternativas e/ou baixa produção de carbono de fontes de emissão de dióxido de energia. Especificamente a presente invenção envolve em certos aspectos uma única utilização de biocatalisadores dentro de um processo biológico e químico para fixar o dióxido de carbono e / ou outras formas de carbono inorgânico em produtos químicos orgânicos através de quimiossíntese. Além disso, certas concretizações da presente invenção envolvem a produção de produtos químicos co-produtos que são co-gerados por meio de etapas de reação quimiossintética e/ou etapas de reação não biológicas, como parte de uma captura de carbono global e processo de conversão. A presente invenção pode permitir a captura eficaz de dióxido de carbono da atmosfera ou a partir de uma fonte pontual de emissões de dióxido de carbono para a produção de combustível para transporte de líquido e/ou outros produtos químicos orgânicos, os quais podem ajudar a endereçar gases induzidos pela mudança climática e contribuir para a produção doméstica de combustíveis renováveis transportando os líquidos, sem qualquer dependência da agricultura.
Antecedentes da Invenção
[0002]O espantoso progresso tecnológico e econômico alcançado nos últimos 100 anos tem sido amplamente alimentado por combustíveis fósseis. No entanto, a sustentabilidade desse progresso está agora em questão, tanto devido ao aumento dos gases com efeito de estufa causado pela queima de combustíveis fósseis, como pela crescente escassez de recursos fósseis.
[0003]O hidrogênio que pode ser gerado através de um número de diferentes inorgânicos tecnologias de energia renovável, incluindo solar, vento, e geotérmica tem sido proposto como um substituto para os combustíveis de hidrocarbonetos. Mas o hidrogênio tem seu próprio conjunto de problemas, incluindo mais notavelmente problemas com armazenamento. Ironicamente, o melhor meio de armazenamento de produtos químicos para o hidrogênio, tanto em termos de volumetria e densidade de energia gravimétrica é possivelmente hidrocarbonetos, como gasolina, sugerindo que a busca por combustível de hidrogênio pode simplesmente levar o círculo de volta aos hidrocarbonetos.
[0004]Os biocombustíveis são um tipo promissor de hidrocarboneto renová-vel, geralmente feito através da captura e conversão de CO2 em matéria orgânica por organismos fotossintéticos. Uma vez que a atual frota de transporte e infra-estrutura é projetada para os combustíveis fósseis com propriedades semelhantes aos biocom- bustíveis, pode ser mais facilmente ser adaptado para os biocombustíveis, que aos produtos energéticos inorgânicos tais como armazenamento de hidrogênio ou bate-rias. Uma vantagem adicional dos biocombustíveis, e hidrocarbonetos, em geral, é que eles têm algumas das mais altas densidades de energia volumétrica e gravimétri- cas encontradas para qualquer forma de armazenamento de energia química - subs-tancialmente mais elevada do que o alcançado com as atuais baterias de lítio e tec-nologias de armazenamento de hidrogênio. No entanto, os biocombustíveis produzi-dos através da fotossíntese têm seu próprio conjunto de problemas.
[0005]A maioria dos biocombustíveis produzidos atualmente se baseia na agricultura. Os requisitos pesados de projetos de biocombustíveis agrícolas de grande escala para terras aráveis, água potável e outros recursos necessários para o crescimento da planta têm sido culpados de rapidamente aumentar os preços dos alimentos e a perda de habitat natural [The Price of Biocombustíveis: The Economics Behind Alternative Fuels, Technology Review, janeiro / fevereiro de 2008].
[0006]Como uma alternativa para as plantas de ordem superior, os microrganismos fotossintéticos, como algas e cianobactérias estão sendo analisados para aplicações de conversão de CO2 em biocombustíveis ou outros produtos químicos orgânicos [Sheehan et al, 1998, " A Look Back at the U.S. Department of Energy’s Aquatic Species Program - Biodiesel from Algae"]. Tecnologias de algas e cianobac- térias se beneficiam de taxas de crescimento relativamente elevadas, superando de longe as plantas de ordem superior na sua taxa de fixação de carbono por unidade de biomassa mantida. Numa aplicação da tecnologia de algas promissora, uma elevada taxa de fixação de carbono e produção de biomassa é obtida dirigindo uma corrente concentrada de CO2, tal como é emitida a partir de fontes industriais, através de bior- reatores contendo algas [Bayless et al. Patente dos EUA 6.667.171 #].
[0007]Tecnologias baseadas em micróbios fotossintéticos compartilham a desvantagem comum a todos os sistemas de fotossíntese em que a fixação de car-bono só ocorre com a exposição à luz. Se o nível de luz é deficiente, um sistema de algas pode, na verdade, tornar-se um produtor líquido de emissões de CO2. Um bior- reator ou lagoa usado para cultivar micróbios fotossintéticos tais como algas deve ter uma elevada relação entre a área de superfície e o volume, a fim de permitir que cada célula receba luz suficiente para a fixação de carbono e crescimento celular. Caso contrário, o bloqueio de luz por células na superfície deixará células localizadas na direção do centro do volume na escuridão - transformando-os em emissores de CO2. Esta elevada relação entre a área de superfície e o volume necessário para a implementação eficiente das tecnologias de algas e cianobactérias geralmente resulta em uma pegada de terra grande (lagoas) ou materiais com custos altos (biorreatores). Os tipos de materiais que podem ser usados na construção de biorreator de algas são limitados pelo requisito de que as paredes que ficam entre a fonte de luz e o meio de crescimento de algas precisam ser transparentes. Este requisito restringe a utilização de materiais de construção que normalmente seriam preferidos para utilização em projetos de grande escala, tal como, concreto, aço,, e terraplenagem.
[0008]Além dos processos biológicos de fixação de CO2 que foram discutidos, há também processos químicos totais para a fixação de CO2 a compostos orgânicos (LBNL Helios; LANL Green Freedom; Sandia Sunshine to Petrol; PARC). As tecnologias químicas totais são atualmente dificultadas pelos catalisadores que são necessários para a reação relativamente complicada de CO2 a carbono fixo, especialmente C2 e hidrocarbonetos mais longos.
[0009]Microrganismos Quimioautotróficos são conhecidos que catalisa a rea-ção de fixação de carbono sem fotossíntese. As reações quimiossintéticas realizadas por quimioautótrofos para a fixação de CO2, e outras formas de carbono inorgânico, para compostos orgânicos, é alimentada por energia potencial armazenada em pro-dutos químicos inorgânicos, em vez de pela energia radiante de luz [Shively et al, 1998; Smith et al, 1967; Hugler et al, 2005; Hugker et al, 2005;. Scott e Cavanaugh, 2007]. Vias bioquímicas de fixação de carbono que ocorrem em quimioautótrofos in-cluem o ciclo do ácido tricarboxílico redutor, a Calvin-Benson-Bassham ciclo [Jessup Shively, Geertje van Kaulen, Wim Meijer, Annu. Rev. Microbiol., 1998, 191-230], and the Wood-Ljungdahl pathway [Ljungdahl, 1986; Gottschalk, 1989; Lee, 2008; Fischer, 2008].
[00010]Trabalhos anteriores relativos a certas aplicações de microrganismos quimioautotróficos na captura e conversão de gás CO2 em carbono fixo são conheci-dos [United States Patent 4596778 "Single cell protein from sulfur energy source" Hitz- man, 24 de junho de 1986], [United States Patent 4859588 "Production of a single cell protein ", Sublette 22 de agosto de 1989], [United States Patent 5593886 "Clostridium strain which produces acetic acid from waste gasses Gaddy ", 14 de janeiro de 1997], [United States Patent 5989513" Biologically assisted process for treating sour gas at high pH", Rai 23 de novembro de 1999]. No entanto, cada uma destas abordagens convencionais sofreram deficiências que têm limitado a eficácia, a viabilidade económica, praticidade e adoção comercial dos processos descritos. A presente invenção em certos aspectos aborda uma ou mais das deficiências acima referidas.
[00011]Microrganismos quimioautotróficos também têm sido utilizados para converter biologicamente syngas em C2 e compostos orgânicos, incluindo mais ácido acético e acetato, e biocombustíveis como o etanol e butanol [Gaddy, 2007; Lewis, 2007; Heiskanen, 2007; Worden, 1991; Klasson, 1992; Ahmed, 2006; Cotter, 2008; Piccolo, 2008, Wei, 2008], no entanto, em tais abordagens da matéria-prima é estrita-mente limitada ao carbono fixo (ou biomassa ou combustíveis fósseis), que é gaseifi-cado e biologicamente convertido em uma outra forma de carbono fixo - biocombustí- vel, e a fonte de carbono e fonte de energia utilizada no processo de vir a partir da entrada mesmo processo, quer de biomassa ou de combustível fóssil, e são comple-tamente misturados dentro dos syngas sob a forma de H2, CO, e CO2. Os presentes inventores reconheceram no contexto da presente invenção que existe uma necessi-dade de processos que não requerem qualquer matéria-prima de carbono fixo, apenas o CO2 e/ou outras formas de carbono inorgânico e/ou utilizar uma fonte de carbono e fonte de energia que são derivados a partir de entradas de processos separados.
Sumário da Invenção
[00012]Em resposta a uma necessidade na arte que os inventores reconhe-ceram em fazer a invenção, um novo processo biológico e químico combinado para a captura e conversão do carbono inorgânico em compostos orgânicos que utiliza mi-crorganismos quimiossintéticos para a fixação de carbono e que é concebido para acoplar a produção eficiente de compostos de alto valor orgânicos, tais como, com-bustível de hidrocarboneto líquido com a captura das emissões de CO2, tornando a captura de carbono em um processo de geração de receita é descrito.
[00013]Descritos aqui estão os processos biológicos e químicos para a cap-tura e a conversão de dióxido de carbono e/ ou outras fontes de carbono inorgânico, nos compostos orgânicos compreendendo: introduzir o gás de dióxido de carbono, ou isoladamente e/ou dissolvido em uma solução ou solução ainda compreendendo íon carbonato e/ou íon bicarbonato, e/ou introduzir o carbono inorgânico contido em uma fase sólida em um meio adequado para a manutenção dos organismos quimioautotró- ficos e/ou extratos de células quimioautotróficas; e fixar o dióxido de carbono e/ou o carbono inorgânico nos compostos orgânicos no meio através de pelo menos uma reação quimiossintética de fixação carbono utilizando microrganismos quimioautotró- ficos obrigatórios e/ou facultativos e/ou extratos celulares contendo enzimas dos microrganismos quimioautotróficos; no qual a reação quimiossintética de fixação do carbono é conduzida por energia química e/ou eletroquímica fornecida por doadores de elétrons e receptores de elétrons que foram gerados quimicamente e/ou eletroquimi- camente e/ou são introduzidos no meio a partir de pelo menos uma fonte externa ao meio.
[00014]A fonte de carbono pode ser separada a partir da fonte de energia em certas concretizações do presente invento, que lhe permite funcionar como uma tec-nologia muito mais geral de conversão de energia do que syngas para conversões de combustível líquido. Isto se deve porque os doadores de elétrons utilizados na presente invenção podem ser gerados a partir de uma grande variedade de diferentes fontes de energia isentas de CO2, tanto convencional e alternativa, enquanto que para as conversões syngas para biocombustível, toda a energia armazenada no biocom- bustível é em última análise, derivado a partir da fotossíntese (com a energia geoquí- mica adicional no caso da alimentação de combustível fóssil).
[00015]A presente invenção, em certas concretizações, proporciona compo-sições e métodos para a captura de dióxido de carbono a partir de correntes de dióxido de carbono contendo gás e /ou dióxido de carbono atmosférico ou dióxido de carbono dissolvido em forma, o gás liquefeito ou quimicamente ligado através de um processo químico e biológico que utiliza microrganismos obrigatórios ou facultativos quimioau- totróficos e organismos particularmente quimiolitoautotrófico, e/ou extratos celulares contendo enzimas a partir de microrganismos quimioautotróficos em um ou mais etapas do processo de fixação de carbono. A presente invenção, em certas concreti-zações, proporciona composições e métodos para a recuperação, processamento, e uso dos produtos químicos de reações realizadas por quimiossintéticos quimioautó- trofos para fixar carbono inorgânico em compostos orgânicos. A presente invenção, em certas concretizações, proporciona composições e métodos para a geração de processamento, e entrega de nutrientes químicos necessários para quimiossíntese e manutenção de culturas quimioautotróficas, incluindo, mas não limitada ao forneci-mento de doadores de elétrons e receptores de elétrons necessários para quimiossín- tese. A presente invenção, em certas concretizações, proporciona composições e métodos para a manutenção de um meio favorável para quimiossíntese e crescimento quimioautotrófico, e a recuperação e reciclagem de nutrientes químicos não utilizados e água de processo.
[00016]A presente invenção, em certas concretizações, proporciona compo-sições e métodos para as etapas de processos químicos que ocorrem em série e/ou em paralelo com as etapas reacionais quimiossintéticas que: convertem produtos químicos de entrada não refinados em produtos químicos mais refinados que são adequados para suportar a etapa quimiossintética de fixação de carbono; convertem entradas de energia em uma forma química que pode ser usada para conduzir quimios- síntese e, especificamente, em energia química sob a forma de doadores de elétrons e receptores de elétrons; direciona o carbono inorgânico capturado a partir de fontes industriais ou atmosférica ou aquático em etapas de fixação de carbono do processo sob condições que são adequados para suportar a fixação quimiossintética de carbono; processam ainda mais os produtos de saída das etapas de fixação quimiossin- tética de carbono em uma forma adequada para o armazenamento, transporte, venda, e/ou a eliminação segura de uma maneira que resulta em uma redução líquida de CO2 gasoso libertado para a atmosfera. As etapas de processo químico completo combinadas com as etapas quimiossintéticas de fixação de carbono constituem o processo de captura de carbono global e de conversão de certas formas de realização da pre-sente invenção. A presente invenção, em certas concretizações, utiliza a integração de microrganismos quimioautotróficos em uma corrente de processo químico, como um biocatalisador, em comparação com outras formas de vida. Essa capacidade única decorre do fato de que quimioautótrofos naturalmente atuam na interface entre biologia e química através de seu estilo de vida quimiossintético.
[00017]Uma característica de certas formas de realização da presente inven-ção é a inclusão de uma ou mais etapas de processamento dentro de um processo químico para a captura de carbono inorgânico e conversão para produtos de carbono fixo, que utilizam microorganismos quimioautotróficos e/ou enzimas a partir de microrganismos quimioautotróficos como um biocatalisador para a fixação do dióxido de carbono em correntes de gás contendo dióxido de carbono ou da atmosfera ou da água e/ou formas dissolvidas ou sólida de carbono inorgânico, em compostos orgânicos. Nestas etapas de processo, gás de combustão ou gás de processo ou o ar ou carbono inorgânico em solução, como o dióxido de carbono dissolvido, íon carbonato, bicarbonato ou íon incluindo soluções aquosas, tais como água do mar, ou de carbono inorgânico em fases sólidas, tais como, mas não se limitam a carbonatos e bicarbonatos, contendo dióxido de carbono, pode ser bombeado ou de outro modo adicionado a um meio adequado, tal como um recipiente ou invólucro contendo meio com nutrientes e microrganismos quimioautotróficos. Nestas etapas de processo, os microrganismos quimioautotróficos realizam quimiossíntese para fixar carbono inorgânico em compostos orgânicos, utilizando a energia química armazenada em um ou mais tipos de doadores de elétrons bombeados ou de outra forma fornecidos ao meio com nutrientes, incluindo, mas não limitado a um ou mais dos seguintes: amoníaco; amônio; monóxido de carbono; ditionito; enxofre elementar; hidrocarbonetos; hidrogênio; metabissulfitos, óxido nítrico, nitritos; sulfatos, tais como tiossulfatos, incluindo, mas não se limitam a tiossulfato de sódio ou tiossulfato de cálcio; sulfuretos, tais como sulfureto de hidrogênio; sulfitos; tionato; tionito, metais de transição ou os seus sulfuretos, óxidos, calcogenetos, halogenetos, hidróxidos, oxihidróxidos, sulfatos, carbonatos, ou em fa-ses solúveis ou sólida, bem como elétrons de valência ou condução em materiais de elétrodos em estado sólido. Os doadores de elétrons são oxidados por receptores de elétrons na reação quimiossintética. Receptores de elétrons que podem ser utilizados na etapa de reação quimiossintética incluem, mas não estão limitados a, um ou mais dos seguintes: dióxido de carbono, de ferro férrico ou outros íons metálicos de transição, nitratos, nitritos, oxigênio, sulfatos, ou buracos em materiais de elétrodo de estado sólido.
[00018]A etapa de reação quimiossintética ou etapas de certos processos da invenção, em que o dióxido de carbono e/ou carbono inorgânico é fixado em carbono orgânico sob a forma de compostos orgânicos e biomassa podem ser realizadas em condições aeróbias, microaeróbias anóxicas, anaeróbicas, ou facultativas. Um meio facultativo é considerado ser um em que a coluna de água é estratificada em camadas aeróbicas e anaeróbicas camadas. O nível de oxigênio mantido espacial e temporalmente no sistema dependerá das espécies quimioautotróficos utilizadas, e as reações de quimiossíntese desejadas a serem executada.
[00019]Uma característica adicional de certas formas de realização da pre-sente invenção diz respeito à fonte, a produção, ou reciclagem dos doadores de elé-trons utilizados pelos microrganismos quimioautotróficos para fixar o dióxido de car-bono em compostos orgânicos. Os doadores de elétrons utilizados para a captura de dióxido de carbono e fixação de carbono podem ser produzidos ou reciclados na pre-sente invenção eletroquimicamente ou termoquimicamente usando energia a partir de um número de tecnologias de energia de fontes renováveis diferente e/ou de emissão baixo teor de carbono, incluindo mas não limitado a: a energia fotovoltaica, térmica solar, energia eólica, hidrelétrica, nuclear, geotérmica, geotérmica intensificada, térmica dos oceanos, energia das ondas, energia das marés. Os doadores de elétrons podem também ser de origem mineralógica incluindo, mas não se limitam a, minerais reduzidos que contêm S e Fe. A presente invenção permite o uso de uma fonte de energia largamente inexplorada - energia geoquímica inorgânica. Os doadores de elétrons utilizados na presente invenção também podem ser produzidos ou reciclado através de reações químicas com hidrocarbonetos que podem ou não ser um com-bustível fóssil não renovável, mas em que a referida reações químicas produzem emissões baixas ou nulas de gás de dióxido de carbono. Tais reações químicas de geração de elétrons que podem ser usadas como etapas do processo em certas rea-lizações da presente invenção incluem, mas não estão limitados a: a reação termo- química de redução de sulfato ou TSR [avaliar o risco de encontrar Contaminantes de hidrocarbonetos não-gás (CO2, N2, H2S) Usando Geoquímica gás, www.gaschem.com / evalu.html] ou a reação de Muller-Kuhne; a redução de óxidos de metais, incluindo o óxido de ferro, óxido de cálcio e óxido de magnésio. A fórmula de reação para TSR é CaSO4 + CH4 ^ CaCO3 + H2O + H2S. Neste caso, o produto doador de elétrons que pode ser usado por microrganismos quimioautotróficos para a fixação de CO2 é sulfu- reto de hidrogênio. O produto de carbonato sólido formado também pode ser facilmente isolado resultando em nenhuma liberação de dióxido de carbono para a atmosfera. Há reações semelhantes a redução de sulfato a sulfeto que envolvem hidrocar- bonetos de cadeia mais longa [Changtao Yue, Shuyuan Li, Kangle Ding, Ningning Zhong, Termodinâmica e cinética de reações entre hidrocarbonetos C1-C3 e de sulfato de cálcio em reservatórios carbonáticos profundos, Geochem. Jour., 2006, 87-94].
[00020]Uma característica adicional de certas formas de realização da pre-sente invenção diz respeito à formação e recuperação de produtos químicos orgânicos e/ou inorgânicos úteis a partir da etapa de reação quimiossintética ou etapas incluindo, mas não limitado a, uma ou mais das seguintes: ácido acético, outros ácidos orgânicos e sais de ácidos orgânicos, etanol, butanol, metano, hidrogênio, hidrocarbonetos, ácido sulfúrico, sais de sulfato, enxofre elementar, sulfuretos, nitratos, ferro férrico e outros íons metálicos de transição, outros sais, ácidos ou bases. Estes produtos quí-micos podem ser aplicados para utilizações incluindo, mas não limitado a um ou mais dos seguintes: como combustível, como uma matéria-prima para a produção de combustíveis; na produção de fertilizantes; como um agente de lixiviação para a extração química de metais em mineração ou biorremediação, como produtos químicos reagentes em processos industriais ou de mineração.
[00021]Uma característica adicional de certas formas de realização da pre-sente invenção diz respeito à formação e recuperação de produtos bioquímicos e/ou da biomassa a partir da etapa quimiossintética de fixação do carbono ou etapas. Estes produtos bioquímicos e/ou da biomassa podem ter aplicações incluindo, mas não limitado a, um ou mais dos seguintes: combustível para a combustão da biomassa, em particular como um combustível para ser co-alimentado com combustíveis fósseis, tais como o carvão em unidades de geração energizadas a partir carvão pulverizado; como uma fonte de carbono para fermentações em grande escala para produzir vários produtos químicos, incluindo, mas não se limitam a enzimas comerciais, antibióticos, ami- noácidos, vitaminas, bioplásticos, glicerol, ou 1,3-propanodiol; como uma fonte de nutrientes para o crescimento de outros micróbios ou organismos; como ração para animais, incluindo mas não limitado a bovinos, ovinos, galinhas, porcos ou peixes; como matéria prima para o álcool ou outro biocombustível de fermentação e/ou processos de gaseificação e de liquefação, incluindo mas não limitado a liquefação direta, processos Fisher Tropsch, a síntese de metanol, a pirólise, transesterificação, ou conversões microbianas gás de síntese, para a produção de combustível líquido, como matéria prima para a produção de metano ou de biogás; como fertilizante; como matéria prima para tecido ou de processos químicos, tais como mas não limitado à produção de plásticos biodegradáveis/biocompatíveis; como fontes de substâncias farmacêuticas, medicinais ou nutricional; aditivos de solo e estabilizadores de solo.
[00022]Uma característica adicional de certas formas de realização da presente invenção diz respeito à utilização de microrganismos quimioautotróficos modificados na etapa do processo quimiossíntese/etapas tais que uma quantidade superior e/ou a qualidade de compostos orgânicos, bioquímicos, ou biomassa são gerados através quimiossíntese. Os micróbios quimioautotróficos utilizados nestas etapas podem ser modificados através de meios artificiais incluindo, mas não limitado a, muta- gênese acelerada (por exemplo, usando a luz ultravioleta ou tratamentos químicos), a engenharia genética ou modificação, a hibridação, a biologia sintética ou de reprodução seletiva tradicional.
[00023]Outras vantagens e características inovadoras da presente invenção serão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada das várias formas de reali-zação não limitativas da invenção, quando considerada em conjunto com as figuras que a acompanham. Todas as publicações, patentes e pedidos de patente mencionados no texto são incorporados por referência na sua totalidade. Nos casos em que a presente especificação e um documento incorporado por referência incluem a divulgação em conflito e/ou inconsistente, a presente especificação deve controlar.
Breve Descrição das Figuras
[00024]Formas de realização não limitativas da presente invenção serão des-crita por meio de exemplo com referência às figuras anexas, que são esquemáticos e não se destinam a serem desenhadas à escala. Para fins de clareza, nem todos os componentes estão marcado em cada figura, nem todo componente de cada forma de realização da invenção representada onde ilustração não é necessária para permitir que os peritos na arte compreendam o invento. Nas figuras:FIG. 1 é um diagrama geral de fluxo de processo para uma forma de realiza-ção da presente invenção para uma captura de carbono e do processo de fixação;FIG. 2 é um diagrama de fluxo de processo para uma outra forma de realiza-ção da presente invenção com a captura de CO2 realizada por quimioautótrofos oxi-dantes de hidrogênio resultando na produção de etanol; FIG. 3 mostra o balanço de massa calculado para a forma de realização da FIG. 2 reagindo CO2 com H2 para produzir etanol;FIG. 4 mostra o fluxo de entalpia calculada para o modo de realização da FIG. 2 reagindo CO2 com H2 para produzir etanol;FIG. 5 mostra o balanço de energia calculado para a forma de realização da FIG. 2 reagir CO2 com H2 para produzir etanol;FIG. 6 é um diagrama de fluxo do processo para a captura de CO2 por quimi- oautótrofos oxidantes de enxofre e produção de biomassa e ácido sulfúrico, de acordo com uma forma de realização;FIG 7. é um diagrama de fluxo do processo para a captura de CO2 por quimi- oautótrofos oxidantes de enxofre e produção de biomassa e ácido sulfúrico através da reação quimiossintética e carbonato de cálcio através da reação de Muller-Kuhne, de acordo com uma forma de realização;FIG. 8 é um diagrama de fluxo do processo para a captura de CO2 por quimi- oautótrofos oxidantes de enxofre e produção de biomassa e carbonato de cálcio e de reciclagem de doador de elétrons através da reação de tiossulfato de Muller-Kuhne, de acordo com uma forma de realização,FIG 9 é um diagrama de fluxo do processo para a captura de CO2 por quimi- oautótrofos oxidantes de enxofre e ferro e produção de biomassa e ácido sulfúrico usando uma fonte insolúvel de doadores de elétrons, de acordo com uma forma de realização;FIG. 10 é um diagrama de fluxo do processo para a captura de CO2 por qui- mioautótrofos oxidantes de enxofre e hidrogênio e produção de biomassa, ácido sul- fúrico, e etanol, utilizando uma fonte insolúvel de doadores de elétrons, de acordo com uma forma de realização; eFIG. 11 é um diagrama de fluxo do processo para a captura de CO2 por qui- mioautótrofos oxidantes de ferro e hidrogênio e produção de biomassa, sulfato férrico, carbonato e etanol, utilizando carvão ou outro hidrocarboneto para gerar doadores de elétrons em um processo que não emite emissões de CO2 gasoso, de acordo com uma forma de realização.
Descrição Detalhada
[00025]A presente invenção proporciona, em certas concretizações, compo-sições e métodos para a captura e fixação do dióxido de carbono a partir de correntes de gás contendo dióxido de carbono e/ou dióxido de carbono atmosférico ou dióxido de carbono na forma líquida ou quimicamente ligado através de um processo químico e biológico que utiliza microrganismos quimioautotróficos obrigatórios ou facultativos e organismos particularmente quimiolitoautotrófico, e/ou extratos celulares contendo enzimas a partir de microrganismos quimioautotróficos em uma ou mais etapas do processo. Extratos de células incluem, mas não estão limitados a: um lisado, extrato de fração, ou um produto purificado que exibe atividade da enzima quimiossintética que podem ser criados por métodos padrão a partir de microrganismos quimioautotró- ficos. Além disso, a presente invenção, em certas concretizações, proporciona composições e métodos para a recuperação, processamento, e uso dos produtos químicos da etapa de reação quimiossintética ou das etapas executadas pelos quimioautó- trofos para fixar carbono inorgânico em compostos orgânicos. Finalmente, a presente invenção, em certas concretizações, proporciona composições e métodos para a produção e processamento e entrega de nutrientes químicos necessários para a quimi- ossíntese e crescimento quimioautotróficos, e particularmente os doadores de elétrons e receptores para conduzir a reação quimiossintética; composições e métodos para a manutenção de um meio favorável a quimiossíntese e crescimento quimioau- totróficos; e composições e métodos para a remoção dos produtos químicos de qui- miossíntese a partir do meio de crescimento quimioautotrófico e a recuperação e reciclagem de nutrientes químicos não utilizados.
[00026]O gênero dos microrganismos quimioautotróficos que podem ser empregados em uma ou mais etapas do processo da presente invenção incluem, mas não estão limitados a, um ou mais dos que seguem: Acetoanaerobium sp., Acetobacterium sp., Acetogenium sp., Achromobacter sp., Acidianus sp., Acinetobacter sp., Actinomadura sp., Aeromonas sp., Alcaligenes sp., Alcaliqenes sp., Arcobacter sp., Au- reobacterium sp., Bacillus sp., Beggiatoa sp., Butyribacterium sp., Carboxydothermus sp., Clostridium sp., Comamonas sp., Dehalobacter sp., Dehalococcoide sp., Dehalospirillum sp., Desulfobacterium sp., Desulfomonile sp., Desulfotomaculum sp., Desulfovibrio sp., Desulfurosarcina sp., Ectothiorhodospira sp., Enterobacter sp., Eubac- terium sp., Ferroplasma sp., Halothibacillus sp., Hydrogenobacter sp., Hydrogenomo- nas sp., Leptospirillum sp., Metallosphaera sp., Methanobacterium sp., Methanobrevi- bacter sp., Methanococcus sp., Methanosarcina sp., Micrococcus sp., Nitrobacter sp., Nitrosococcus sp., Nitrosolobus sp., Nitrosomonas sp., Nitrosospira sp., Nitrosovibrio sp., Nitrospina sp., Oleomonas sp., Paracoccus sp., Peptostreptococcus sp., Planc- tomycetes sp., Pseudomonas sp., Ralstonia sp., Rhodobacter sp., Rhodococcus sp., Rhodocyclus sp., Rhodomicrobium sp., Rhodopseudomonas sp., Rhodospirillum sp., Shewanella sp., Streptomyces sp., Sulfobacillus sp., Sulfolobus sp., Thiobacillus sp., Thiomicrospira sp, Thioploca sp., Thiosphaera sp., Thiothrix sp.. Também, os microrganismos quimioautotróficos que são de modo geral categorizados como oxidantes de enxofre, oxidantes de hidrogênio, oxidantes de ferro, acetogênios, metanogênios, assim como um consórcio de microrganismos que incluem os quimioautotróficos.
[00027]Os diferentes quimioautotróficos que podem ser empregados na pre-sente invenção podem ser nativos para uma faixa de meios incluindo, mas não limitados a, fontes hidrotérmicas, fontes geotérmicas, fontes de calor, nascentes frias, aquíferos subterrâneos, lagos de sal, formações salinas, minas, drenagem ácida de mina, resíduos de minas, poços de petróleo, águas residuais de refinaria, camadas de carvão, a sub-superfície profunda, águas residuais e estações de tratamento de esgoto, estações de energia geotérmica, campos de sulfatara, solos. Eles podem ou podem não ser extremófilos incluindo, mas não limitados a termófilos, hipertermófilos, acidó- filos, halófilos, e psicrófilos.
[00028]FIG 1 ilustra o diagrama geral de fluxo de processo para certas formas de realização da presente invenção que tem uma etapa do processo para a geração de doadores de elétrons adequados para suportar quimiossíntese a partir de uma en-trada de energia e de entrada química inorgânica bruta; seguido por uma etapa de recuperação de produtos químicos a partir da geração do dador de elétrons; entrega de doadores de elétrons gerados juntamente com receptores de elétrons, água, nutri-entes e CO2 a partir de uma fonte de gás de combustão industrial pontual, em etapa de reação quimiossintética ou etapas que fazem uso de microrganismos quimioauto- tróficos de capturar e fixar o dióxido de carbono, criando co-produtos químicos e de biomassa por meio de reações quimiossintéticas; seguido por etapas do processo para a recuperação de ambos produtos químicos e de biomassa a partir da corrente de processo, e reciclagem de nutrientes não utilizados e água de processo, bem como a massa de células necessário para manter a cultura quimioautotróficos de volta para as etapas de reação quimiossintética. Na concretização ilustrada na FIG. 1, o gás de combustão contendo CO2 é capturado a partir de uma fonte pontual ou emissor. Doadores de elétrons necessários para quimiossíntese podem ser gerados a partir de produtos químicos inorgânicos de entrada e de energia. O gás de combustão é bombeado através de bioreatores contendo quimioautótrofos juntamente com doadores de elétrons e receptores para conduzir a quimiossíntese e um meio adequado para suportar uma cultura quimioautotróficos e fixação de carbono através de quimiossíntese. A cultura de células pode fluir continuamente para dentro e fora dos biorreatores. Após a cultura de células deixa os biorreatores a massa celular é separada do meio líquido. Massa celular necessária para a reconstituição da população de cultura de células em um nível funcional ou um ótimo é reciclada de volta para o bioreator. Massa celular excedente pode ser seca para formar um produto de biomassa seca. Na sequência da etapa de separação de células produtos químicos da reação quimiossintética po-dem ser removidos da corrente de processo e recuperado. Em seguida, quaisquer resíduos de produtos indesejáveis que podem estar presentes podem ser removidos. Depois disso, na concretização ilustrada, o meio líquido e quaisquer nutrientes não utilizados são reciclados de volta para os biorreatores. Muitos dos produtos químicos inorgânicos reduzidos sobre os quais quimioautótrofos crescem (por exemplo H2, H2S, ferro ferroso, amônio, Mn2+) podem ser prontamente produzidos usando eletroquímica e/ou processos termoquímicos conhecidos na arte de engenharia química que podem, opcionalmente, ser alimentados por uma variedade de fontes de energia não-emissoras de dióxido de carbono ou de baixa emissão de carbono e/ou, renováveis incluindo energia eólica, hidrelétrica, nuclear, a energia fotovoltaica, ou solar térmico.
[00029]Certas concretizações do presente invento utilizam fontes de energia não-emissoras de dióxido de carbono ou de baixa emissão de carbono e/ou, renová-veis na produção de doadores de elétrons incluindo mas não limitado a um ou mais das seguintes características: energia fotovoltaica, energia solar, térmica do vento, hidrelétrica, nuclear, geotérmica, geotérmica avançada, o poder do oceano térmica, dos oceanos a energia das ondas, das marés. Em certas concretizações da presente invenção que recorre fontes de energia não-emissoras de dióxido de carbono ou de baixa emissão de carbono e/ou, renováveis na produção de doadores de elétrons, quimioautótrofos funcionam como biocatalisadores para a conversão de energia renovável em combustível de hidrocarboneto líquido, ou compostos orgânicos de alta densidade de energia Geralmente, com CO2 capturado a partir de gases de combustão, ou a partir da atmosfera, ou oceano servindo como uma fonte de carbono. Estas formas de realização da presente invenção podem fornecer tecnologias de energia renovável com a capacidade de produzir um combustível de transporte tendo densidade de energia significativamente maior do que se as fontes de energia renováveis forem utilizadas para produzir o gás de hidrogênio - que deve ser armazenado em sistemas de armazenamento relativamente pesados (por exemplo, tanques ou materiais de ar-mazenamento) -, ou se é utilizado para carregar as baterias que possuem uma densi-dade de energia relativamente baixa. Adicionalmente, o produto de combustível lí-quido de hidrocarbonetos de certas formas de realização da presente invenção pode ser mais compatível com a infraestrutura de transporte atual em relação a estas outras opções de armazenamento de energia. A capacidade de quimioautótrofos para utilizar fontes inorgânicas de energia química também permite a conversão do carbono inorgânico em combustíveis de hidrocarbonetos líquidos utilizando hidrocarbonetos de fontes não-mineralógicas de energia química, isto é, minerais inorgânicos reduzidos (tais como pirita, sulfureto de hidrogênio,), que representam uma grande reserva de energia geoquímica inexplorada. Portanto certas concretizações da presente invenção utilizam fontes mineralógicas de energia química, que são pré-tratadas antes das etapas de reação quimiossintéticas em uma forma de doador de elétrons e do método de entrega do doador de elétrons que é adequado ou ótimo para apoiar a fixação que- moautotrófica de carbono.
[00030]A posição da etapa do processo ou etapas para a geração de doado-res de elétrons no fluxo do processo geral do presente invento é ilustrado na FIG. 1 pela caixa 2. Rotulado como "Geração de doador de elétrons". Doadores de elétrons produzidos na presente invenção, utilizando eletroquímica e/ou processos termoquí- micos conhecidos na arte de engenharia química e/ou geradas a partir de fontes na-turais, incluem, mas não estão limitados a, um ou mais dos seguintes: amoníaco; de amónio; monóxido de carbono; ditionito; enxofre elementar; hidrocarbonetos; hidrogênio; metabissulfitos, óxido nítrico, nitritos; sulfatos, tais como tiossulfatos, incluindo, mas não se limitam a tiossulfato de sódio ou tiossulfato de cálcio; sulfuretos, tais como sulfureto de hidrogênio; sulfitos; tionato; tionito, metais de transição ou os seus óxidos, sulfuretos, calcogenetos, haletos, hidróxidos, oxihidróxidos, sulfatos, carbonatos ou, em fases solúveis ou sólidas, bem como de valência ou elétrons de condução em materiais de eléctrodos de estado sólido.
[00031]Certas modalidades da presente invenção usam o hidrogênio molecular como doador de elétron. Hidrogênio doador de elétron pode ser gerado pelos métodos conhecidos na técnica de engenharia química e de processo incluindo, mas não limitados a uma ou mais dos que seguem: através da eletrólise da água incluindo, mas não limitados a métodos empregando as Membranas de Troca de Prótons (PEM), eletrólitos líquidos, tais como, KOH, eletrólise de alta pressão, eletrólise de alta temperatura de vapor (HTES); divisão termoquímica de água através dos métodos incluindo, mas não limitados ao ciclo de óxido de ferro, ciclo de óxido cério (IV) óxido de cério (III), ciclo de óxido de zinco, ciclo enxofre-iodo, ciclo cobre-cloro, ciclo cálcio- bromo-ferro, ciclo híbrido de enxofre; eletrólise de sulfeto de hidrogênio; divisão ter- moquímica de sulfeto de hidrogênio; outros processos eletroquímicos ou termoquími- cos conhecidos para produzir hidrogênio com poucas ou nenhuma das emissões de dióxido de carbono incluindo, mas não limitados a: captura de carbono e reforma de metano de sequestro permitido; captura de carbono e gaseificação de carvão de sequestro permitido; o processo Kv^rner e outros processos gerando um produto de coque; captura de carbono e gaseificação ou pirólise da biomassa de sequestro permitido; e a redução da meia célula de H+ a H2 acompanhada pela oxidação da meia célula das fontes de elétrons incluindo, mas não limitados de ferro ferroso (Fe2+) oxidado a ferro férrico (Fe3+) ou a oxidação de compostos de enxofre onde o ferro oxidado ou enxofre podem ser reciclados de volta a um estado reduzido através da reação química adicional com os minerais incluindo, mas não limitados a sulfetos de metal, sulfeto de hidrogênio, ou hidrocarbonetos.
[00032]Certas formas de realização da presente invenção utilizam energia eletroquímica armazenada em elétrons de valência ou de condução no estado sólido dentro de um elétrodo ou dispositivos de capacitores ou afins, isoladamente ou em combinação com os doadores de elétrons químicos e/ou mediadores de elétrons para proporcionar aos quimioautótrofos doadores de elétrons para as reações quimiossin- téticas por meio de exposição direta de materiais de elétrodo ditas para o meio de cultura quimioautotróficos.
[00033]Certas concretizações do presente invento que utilizam energia eléc-trica para a geração de doadores de elétrons, recebem a energia elétrica a partir de fontes não-emissoras de dióxido de carbono ou de baixa emissão de carbono e/ou renováveis na produção de doadores de elétrons incluindo, mas não se limitam a um ou mais dos seguintes: a energia fotovoltaica, energia solar térmica, eólica, hidrelé-trica, nuclear, geotérmica, o reforço da energia geotérmica, energia térmica oceânica, energia das ondas do oceano, das marés.
[00034]Uma característica de certas formas de realização da presente inven-ção diz respeito à produção, ou reciclagem de doadores de elétrons gerados a partir de origem mineralógica incluindo, mas não limitados a, doadores de elétrons gerados a partir de S reduzido e minerais contendo Fe. Por conseguinte, a presente invenção, em certas concretizações permite o uso de uma fonte de energia inexplorada - energia geoquímica inorgânica. Existem grandes depósitos de sulfetos que poderiam ser usados para este fim localizados em todos os continentes e em especial nas regiões da África, Ásia, Austrália, Canadá, Europa Oriental, América do Sul e EUA. Fontes geológicas de S e Fe, tais como sulfureto de hidrogênio e pirita, constituem um reservatório relativamente inerte e considerável de S e Fe nos ciclos respectivos naturais de enxofre e de ferro. Sulfuretos podem ser encontrados em rochas ígneas, bem como rochas sedimentares ou conglomerados. Em alguns casos sulfuretos constituem a parte valiosa de um minério mineral, em outros casos, tais como com o carvão, óleo, metano, ou metais preciosos os sulfuretos são considerados impurezas. No caso dos combustíveis fósseis, tais como o regulamento Clean Air Act, requerem a remoção de impurezas de enxofre para evitar emissões de dióxido de enxofre. A utilização da energia geoquímica inorgânica facilitada por certas concretizações do presente invento parece ser em grande parte sem precedentes, e, portanto, a presente invenção repre-senta uma nova tecnologia de energia alternativa.
[00035]Os doadores de elétrons empregados na presente invenção podem ser refinados a partir das fontes naturais mineralógicas que incluem mas não estão limitadas a um ou mais dos que seguem: Fe0 elementar; siderita (FeCO3); magnetita (Fe3O4); pirita ou marcassita (FeS2), pirrotite (Fe(1-x)S (x=0 to 0.2), pentlandita (Fe,Ni)9S8, violarita (Ni2FeS4), bravoíta (Ni,Fe)S2, arsenopirita (FeAsS), ou outros sul-fetos de ferro; realgar (AsS); orpimento (As2S3); cobaltito (CoAsS); rodocrosita (MnCO3); calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4), covelita (CuS), tetraedrita (Cu8Sb2S7), enargita (Cu3AsS4), tennantita (Cu12As4.S13), calcocita (Cu2S), ou outros sulfetos de cobre; esfalerita (ZnS), marmatita (ZnS), ou outros sulfetos de zinco; ga-lena (PbS), geocronita (Pb5(Sb,As2)S8), ou outros sulfetos de chumbo; argentita ou acantita (Ag2S); molibdenita (MoS2); milerita (NiS), polidimita (Ni3S4) ou outros sulfetos de níquel; antimonita (Sb2S3); Ga2S3; CuSe; cooperita (PtS); laurita (RuS2); braggita (Pt,Pd,Ni)S; FeCl2.
[00036]A geração de doador de elétrons a partir de fontes naturais mineraló-gicas inclui uma etapa de pré-processamento em certas concretizações do presente invento, que podem incluir, mas não está limitado, a trituração, trituração ou moagem do minério mineral para aumentar a área de superfície para a lixiviação com equipa-mento tal como um moinho de bolas e molhar o minério mineral para fazer uma sus-pensão. Nestas formas de realização da presente invenção em que os doadores de elétrons são gerados a partir de fontes minerais naturais, pode ser vantajoso se o tamanho das partículas é controlado de modo que o sulfureto e / ou outros agentes redutores presentes no minério podem ser concentrados por métodos conhecidos na arte incluindo, mas não se limitam a: métodos de flotação, tais como flotação de ar dissolvido ou flutuação em espuma utilizando colunas de flotação ou células de flota- ção mecânicos, separação por gravidade; separação magnética; separação suporte pesado; aglomeração seletiva; separação de água; ou destilação fraccionada. Após a produção de minério triturado ou suspensão, o material particulado no lixiviado ou concentrado pode ser separado por filtragem (por exemplo, filtragem a vácuo), esta-belecendo-se, ou outras técnicas bem conhecidas de separação sólido/líquido, antes de introduzir a solução contendo doador de elétrons para meio de cultura quimioauto- tróficos. Além disso, qualquer coisa tóxica para o quimioautótrofos que é lixiviado a partir do minério mineral pode ser removido antes de expor os quimioautótrofos ao lixiviado. O sólido restante após o processamento do minério mineral pode ser concentrada com um filtro prensa, eliminados, retido para processamento adicional, ou vendidos dependendo do minério mineral utilizado na forma de realização particular da invenção.
[00037]Os doadores de elétrons na presente invenção podem também ser re-finados a partir dos poluentes ou produtos residuais incluindo, mas não estão limitados a um ou mais dos que seguem: gás de processo; gás residual; gás de escape de recuperação melhorada de óleo; biogás; drenagem ácida de mina; lixiviado de aterro sanitário; gás de aterro sanitário; gás geotérmico; lama geotérmica ou salmoura; con- taminantes metálicos; ganga; resíduos; sulfetos; dissulfetos; mercaptanos incluindo, mas não limitados a metil e dimetil mercaptano, etil mercaptano; sulfeto de carbonila; dissulfeto de carbono; alcanossulfonatos; sulfetos de dialquila; tiossulfato; tiofuranos; tiocianatos; isotiocianatos; tiouréias; tióis; tiofenóis; tioéteres; tiofeno; dibenzotiofeno; tetrationato; ditionito; tionato; dissulfetos de dialquila; sulfonas; sulfóxidos; sulfolanos; ácido sulfônico; dimetilsulfoniopropionato; ésteres sulfônicos; sulfeto de hidrogênio; ésteres de sulfato; enxofre orgânico; dióxido de enxofre e todos os outros gases ácidos.
[00038]Para além das fontes mineralógicas, doadores de elétrons são produ-zidos ou reciclados em certas concretizações do presente invento por meio de reações químicas com hidrocarbonetos que podem ser de origem fóssil, mas que são utilizados em reações químicas que produzem emissões baixas ou nulas de gás de dióxido de carbono. Estas reações incluem processos termoquímicos e eletroquímicos. Tais re-ações químicas que são usadas em tais formas de realização da presente invenção incluem, mas não estão limitadas a: a reação de redução termoquímica de sulfato ou TSR e a reação Muller-Kuhne; reações de reforma de metano do tipo que utilizam óxidos de metal em vez de água tais como, mas não se limitam a óxido de ferro, óxido de cálcio, ou de óxido de magnésio através do qual o hidrocarboneto é feito reagir para formar carbonato sólido com pouca ou nenhuma emissão de gás de dióxido de carbono, juntamente com hidrogênio produto doador de elétrons.
[00039]A fórmula de reação para TSR é CaSO4 + CH ^ CaCO3 + H2O + H2S. Neste caso, o produto doador de elétrons que pode ser usado por microrganismos quimioautotróficos para a fixação de CO2 é de sulfureto de hidrogênio (H2S) ou o H2S pode por reagir adicionalmente eletroquimicamente ou termoquimicamente para produzir H2S doador de elétrons usando processos conhecidos na arte de engenharia química. O produto de carbonato de sólido (CaCO3), também formado na TSR pode ser facilmente isolado e aplicado a um número de diferentes aplicações, resultando em essencialmente nenhuma liberação de dióxido de carbono para a atmosfera. Há reações semelhantes a redução de sulfato a sulfeto que envolvem hidrocarbonetos de cadeia mais longa, incluindo alcanos de cadeia curta e longa e alifáticos complexos e compostos aromáticos [Changtao Yue, Shuyuan Li, Kangle Ding, Ningning Zhong, Termodinâmica e cinética de reações entre hidrocarbonetos C1-C3 e sulfato de cálcio em reservatórios de carbonato de profundidade, Geochem. Jour., 2006, 87-94].
[00040]A fórmula reacional Muller-Kuhne é 2C + 4CaSO4 ^ 2CaO + + 2CaCO3 + 4SO2. O SO2 produzido pode ser ainda reagido com S e uma base, inclu-indo mas não limitado a cal, óxido de magnésio, óxido de ferro, ou algum outro óxido de metal para produzir um doador de elétrons, tais como tiossulfato (S2O32-) utilizável por quimioautótrofos. Em certas concretizações, a base utilizada na reação para formar (S2O32-) é produzida a partir de uma fonte de emissão livre de dióxido de car-bono, como fontes naturais de minerais básicos, incluindo mas não limitado a óxido de cálcio, óxido de magnésio, olivina contendo um óxido de metal, serpentina con-tendo um óxido de metal, os depósitos ultramáficos contendo óxidos de metais, e aquíferos salinos subterrâneos básicos. Para formas de realização da presente invenção utilizando variações da TSR ou Muller-Kuhne, as fontes de hidrocarbonetos podem ser utilizados, que têm pouco ou nenhum valor económico atual, tal como areia de alcatrão ou óleo de xisto.
[00041]Exemplos de reações entre óxidos metálicos e os hidrocarbonetos para produzir um produto de hidrogênio doador de elétrons e carbonatos incluem, mas não estão limitados a 2CH4 + Fe2O3 + 3H2O -> 2FeCO3 + 7H2 ou CH4 + CaO + 2H2O -> CaCO3 + 4H2.
[00042]Uma vez que as reações como a TSR são exotérmicas, para formas de realização da presente invenção que utilizam a TSR para geração de doadores de elétrons, a energia de calor liberada pelo TSR pode ser recuperada usando métodos de troca de calor conhecidos na arte da engenharia de processo, para melhorar a eficiência global do processo. Uma forma de realização da invenção utiliza calor libe-rado pela TSR como uma fonte de calor para manter a temperatura adequada do bior- reator ou a secagem da biomassa.
[00043]Em certas modalidades, os doadores de elétrons gerados são oxida-dos na etapa de reação quimiossintética ou etapas por meio dos receptores de elé-trons que incluem, mas não estão limitados a, um ou mais dos que seguem: dióxido de carbono, ferro férrico ou outros íons de metal de transição, nitratos, nitritos, oxigê-nio, sulfatos, ou orifícios nos materiais de eletródos em estado sólido.
[00044]A posição da etapa de reação quimiossintética ou etapas no fluxo geral do processo do presente invento é ilustrada na FIG. 1 por caixa 3. Rotulado "biorreator Chemoautotroph".
[00045]Em cada etapa do processo onde as reações quimiossintéticas ocor-rem um ou mais tipos de doador de elétrons e um ou mais tipos de receptor de elétrons podem ser bombeados ou de outro modo adicionados ao vaso de reação quer como uma adição de bolus, ou periodicamente, ou continuamente para o meio nutriente contendo organismos quimioautotróficos. A reação quimiossintética impulsionada pela transferência de elétrons de doador de elétrons para receptor de elétron fixa dióxido de carbono inorgânico em compostos orgânicos e biomassa.
[00046]Em certas concretizações da presente invenção mediadores de elé-trons podem ser incluído no meio nutriente para facilitar a entrega de equivalentes de redutores de doadores de elétrons para os organismos quimioautotróficos na pre-sença de receptores de elétrons e de carbono inorgânico, a fim de melhorar cinetica- mente a etapa de reação quimiossintética. Este aspecto da presente invenção é par-ticularmente aplicável a formas de realização da presente invenção utilizando doadores de elétrons pouco solúveis, tais como mas não limitado a gás H2 ou elétrons em materiais de eléctrodos de estado sólido. A entrega de equivalentes redutores de doadores de elétrons para os organismos quimioautotróficos para a reação de quimios- sintética ou reações podem ser cineticamente e / ou termodinamicamente reforçada na presente invenção através de meios incluindo, mas não se limitando a: a introdução de materiais de armazenamento de hidrogênio em meio de cultura que quimioautotró- ficos pode dobrar como um meio de suporte sólido para o crescimento microbiano - trazendo absorvida ou adsorvida doadores de elétrons de hidrogênio em proximidade estreita com o hidrogênio-oxidante quimioautótrofos, a introdução de mediadores de elétrons conhecidos na arte tais como, mas não se limitam a citocromos, formato, metil-viologen, NAD + / NADH, vermelho neutro (NR), e quinonas em meio de cultura quimioautotróficos, a introdução de materiais de eletrodo que pode funcionar como um meio suporte de crescimento sólido diretamente no meio de cultura de quimioau- totróficos - trazendo elétrons de estado sólido em estreita proximidade com os micróbios.
[00047]O caldo de cultura utilizado nas etapas quimiossintéticos de certas formas de realização da presente invenção pode ser uma solução aquosa contendo minerais adequados, sais, vitaminas, cofatores, tampões, e outros componentes necessários para o crescimento microbiano, conhecidos dos peritos na arte [Bailey e Ollis, Fundamentos de Engenharia Bioquímica, 2a Ed; pp 383-384 e 620-622; McGraw-Hill: Nova York (1986)]. Estes nutrientes podem ser escolhidos para facilitar ou maximizar o crescimento quimioautotróficos e promover as vias quimiossintéticas enzimáticas. Meios de crescimento alternativos, tais como utilizados nas artes de estado sólido ou não-aquosa de fermentação, podem ser utilizados em certas concretizações. Em certas concretizações que utilizam um caldo de cultura aquoso, água salgada, água do mar, ou outras fontes não-potáveis de água são usados quando tolerado pelos organismos quimioautotróficos.
[00048]As vias quimiossintéticas podem ser controladas e otimizadas em cer-tas concretizações do presente invento para a produção de produtos químicos e/ou biomassa através da manutenção das condições de crescimento específico (por exemplo, os níveis de azoto, oxigênio, fósforo, enxofre, micronutrientes vestigiais, tais como os íons inorgânicos, e se presentes, quaisquer moléculas reguladoras que podem não ser geralmente consideradas uma fonte de nutrientes ou de energia). De-pendendo da forma de realização da invenção, o caldo pode ser mantido em condi-ções aeróbias, microaeróbias anóxicas, anaeróbicas, ou facultativas, dependendo das exigências dos organismos quimioautotróficos e os produtos desejados a serem criados pelo processo quimiossintética. Um meio facultativo é considerado ser um tendo camadas superiores aeróbicas e camadas inferiores anaeróbicas causadas por estratificação da coluna de água.
[00049]A fonte de carbono inorgânico utilizada nas etapas de processo de reação quimiossintética de certas formas de realização da presente invenção inclui, mas não está limitado a um ou mais dos seguintes: uma corrente de gás contendo dióxido de carbono que pode ser puro ou uma mistura; CO2 liquefeito; gelo seco, dió-xido de carbono dissolvido, íons carbonato, ou íons bicarbonato em soluções, inclu-indo soluções aquosas, tais como água do mar; carbono inorgânico em uma forma sólida tal como um carbonato ou bicarbonato de minerais. O dióxido de carbono e/ou outras formas de carbono inorgânico podem ser introduzidos no meio nutriente contido em vasos de reação, quer como um bolus ou adição periódica ou continuamente com as etapas do processo onde quimiossíntese ocorre. Em certas concretizações do presente invento, gases de combustão contendo dióxido de carbono são capturados a partir da chaminé à temperatura, pressão e composição do gás característica dos gases de escape não tratado, e dirigido com modificações mínimas para dentro do vaso de reação (s) onde quimiossíntese ocorre. Particularmente para formas de realização onde as impurezas prejudiciais para os organismos quimioautotróficos não estão presentes no gás de combustão, a modificação do gás de combustão, ao entrar os vasos de reação, pode ser substancialmente limitada à compressão necessária para bombear o gás através do sistema do reator e de permuta de calor necessária para reduzir a temperatura do gás para uma adequada para os microrganismos.
[00050]Gases além de dióxido de carbono estão dissolvidos no caldo de cul-tura de certas formas de realização da presente invenção podem incluir doadores de elétrons gasosos em certas concretizações, tais como mas não limitado a hidrogênio, monóxido de carbono, sulfureto de hidrogênio ou outros gases ácidos, e para certas formas de realização da presente invenção aeróbias, oxigênio receptor de elétrons, geralmente a partir de ar (por exemplo, oxigênio 20,9%). A dissolução destes e outros gases em solução pode ser conseguida usando um sistema de compressores, medi-dores de fluxo, e válvulas de fluxo conhecidos para um dos peritos na arte de biorre- ator de cultura microbiana em escala, que alimentam um ou mais dos seguintes sistemas amplamente utilizados para bombeamento de gás em solução: equipamentos de aspersão; difusores, incluindo mas não limitado a cúpula, tubular, disco ou geometrias de rosca; aeradores de bolhas grossas ou finas, equipamentos de venturi. Em certas concretizações presente invenção a aeração de superfície pode também ser realizada usando pás de aeração e semelhantes. Em certas concretizações da presente invenção a dissolução gás é aumentada por mistura mecânica com um impulsor de turbina ou, bem como dispositivos hidráulicos de cisalhamento para reduzir o tamanho da bolha. Após a passagem através do sistema do reator, segurando microrganismos quimioautotróficos que capturam o dióxido de carbono, o gás de combustão limpo, que é geralmente composto principalmente de gases inertes tais como azoto, pode ser liberado para a atmosfera.
[00051]Em certas concretizações da presente invenção utilizando o hidrogê-nio como doador de elétrons, o gás de hidrogênio é alimentado para o biorreator qui- mioautotrófico quer fazendo borbulhar através do meio de cultura, ou por difusão através de uma membrana que circunda o meio de cultura. O último método pode ser mais seguro, em certos casos, uma vez que o hidrogênio acumulando-se na fase gasosa pode, potencialmente, criar condições de explosão (o intervalo de concentrações de hidrogênio explosivas no ar é de 4 a 74,5% e pode ser evitada em certas concretizações do presente invento).
[00052]Em certas formas de realização aeróbias da presente invenção que requerem a bombeamento de ar ou de oxigênio no caldo de cultura, a fim de manter os níveis de oxigenados, bolhas de oxigênio são injetadas no caldo de um diâmetro adequado ou ótimo para a mistura e transferência de oxigênio. Em uma forma de re-alização exemplar, o diâmetro médio das bolhas de oxigênio é selecionado para ser cerca de 2 mm, que tem sido encontrado para ser ótima em certos casos [Ambiente Research Journal Maio / Junho 1999 pgs. 307-315]. Em certas formas de realização aeróbias da presente invenção um processo de cisalhamento das bolhas de oxigênio é utilizado para atingir este diâmetro de bolha, tal como descrito na Patente dos EUA. No. 7.332.077. Em certas concretizações, o tamanho da bolha é controlado para pro-duzir valores de um diâmetro não maior do que 7,5 milímetros média sem substancial “slugging”.
[00053]Produtos químicos adicionais para facilitar a manutenção e cresci-mento quimioautotróficos como são conhecidos na arte podem ser adicionados ao caldo de cultura de certas formas de realização da presente invenção. As concentra-ções de produtos químicos de nutrientes, e particularmente os doadores de elétrons e receptores, podem ser mantida tão próximo quanto possível aos seus respectivos níveis ótimos para o crescimento quimioautotrófico máximo e/ou absorção de carbono e de fixação e/ou produção de compostos orgânicos, que varia dependendo das espécies quimioautotróficas utilizada mas é conhecido ou determinável sem experimentação indevida para um dos peritos na arte da cultura de quimioautótrofos.
[00054]Juntamente com os níveis de nutrientes, os níveis de produtos residuais, pH, temperatura, salinidade, oxigênio dissolvido e dióxido de carbono, gás e as taxas de fluxo de líquido, velocidade de agitação, e a pressão no meio de cultura qui- mioautotróficos podem também serem controlados em certas concretizações do presente invento. Os parâmetros de funcionamento que afetam o crescimento quimioau- totrófico podem ser monitorados com sensores (por exemplo, sonda de oxigênio dissolvido ou sonda de oxidação-redução para medir concentrações doador/receptor elétrons,), e controlado manualmente ou automaticamente, com base na realimentação a partir de sensores através da utilização de equipamento, incluindo, mas não limitada a válvulas de acionamento, bombas e agitadores. A temperatura do caldo de entrada, bem como gases de entrada, pode ser regulada por operações unitárias, tais como mas não limitado a trocadores de calor.
[00055]A agitação do caldo de cultura em certas formas de realização da pre-sente invenção pode ser fornecida para a mistura e pode ser realizada por equipa-mento, incluindo mas não limitado a: a recirculação do caldo a partir do fundo do recipiente para o topo através de uma conduta de recirculação; aspersão com dióxido de carbono mais, em certas concretizações, gás doador de elétrons (por exemplo, H2 ou H2S), e para certas formas de realização da presente invenção aeróbias oxigênio ou de ar, bem como, num misturador mecânico, tal como, mas não se limitam a um impulsor (100-1000 rpm) ou turbina.
[00056]Em certas concretizações, o microrganismo quimioautotróficos con-tendo meio nutriente é removido dos reatores quimiossintéticos parcialmente ou com-pletamente, periódica ou continuamente, e é substituído com meio fresco isento de células para manter a cultura de células em fase exponencial de crescimento e/ou repor os nutrientes empobrecidos em o meio de crescimento e/ou remover os resíduos inibidores.
[00057]A produção de produtos químicos úteis através da etapa ou etapas de reação quimiossintética que reagem doadores e receptores de elétrons para fixar o dióxido de carbono é uma característica de certas formas de realização da presente invenção. Estes produtos químicos úteis, tanto orgânicos e inorgânicos, podem incluir, mas não estão limitados a um ou mais dos seguintes: ácido acético, outros ácidos orgânicos e sais de ácidos orgânicos, etanol, butanol, metano, hidrogênio, hidrocar- bonetos, ácido sulfúrico, sulfato sais, enxofre elementar, sulfuretos, nitratos, ferro fér- rico e outros íons metálicos de transição, outros sais, ácidos ou bases. Otimizar a produção de um produto químico desejado de quimiossíntese pode ser conseguida em certas concretizações do presente invento através do controle dos parâmetros no meio de cultura quimioautotróficos incluindo, mas não se limitam a: níveis de nutrientes, os níveis de resíduos, pH, temperatura, salinidade, oxigênio dissolvido e dióxido de carbono do gás, e as taxas de fluxo de líquido, a taxa de agitação, e a pressão
[00058]A alta taxa de crescimento de certas espécies quimioautotróficas lhes permite igualar ou mesmo superar as mais altas taxas de fixação de carbono e produ-ção de biomassa por unidade de biomassa atingível por micróbios fotossintéticos. Por conseguinte, a produção de biomassa excedente é uma característica de certas for-mas de realização da presente invenção. Crescimento excedente de massa de células pode ser removido do sistema para produzir um produto de biomassa, de modo a manter uma ótima população microbiana e densidade celular na cultura quimioauto- trófica para taxas continuamente elevadas de captura e de fixação de carbono.
[00059]Outra característica de certas formas de realização da presente inven-ção é os recipientes usados para conter o meio de reação quimiossintética na captura de carbono e processo de fixação. Os tipos de recipientes de cultura que podem ser usados na presente invenção para a cultura e crescimento das bactérias quimioauto- tróficos para a captura de dióxido de carbono e fixação são geralmente conhecidos na arte da cultura microbiana em grande escala. Estes recipientes de cultura, que podem ser de origem natural ou artificial, incluem, mas não estão limitados a: reatores de transporte aéreo; colunas de purificação biológicas; bioreatores; colunas de bolhas; grutas; cavernas; cisternas; reatores de tanque agitado contínuos; reatores de leito expandido, contracorrente, fluxo ascendente,; digestores e em sistemas de digestor específicos, tais como conhecido nas artes anteriores de esgoto e tratamento de águas residuais ou biorremediação; filtros, incluindo, mas não se limitam a filtros de gotejamento, filtros giradores biológico contator, discos rotativos, filtros do solo; reatores de leito fluidizados; fermentadores de “gas lift”, reatores de células imobilizadas; lagoas; reatores de biofilme de membrana; eixos de mina; tanques Pachuca; reatores de leito empacotado; reatores de fluxo em pistão; lagos; piscinas; pedreiras; reservatórios; misturadores estáticos e tanques; torres; reatores de leito de gotejamento (tri- ckel-bed); cubas; poços - com o fundo do recipiente, paredes, muros, forro, ou superior construído a partir de um ou mais materiais, incluindo mas não limitado a betume, cimento, cerâmica, argila, concreto, epóxi, fibra de vidro, vidro, macadame, plásticos, areia, selante, o solo, os aços ou outros metais e suas ligas, pedra, alcatrão, madeira, e qualquer combinação destes.
[00060]Em formas de realização da presente invenção em que os microrga-nismos quimioautotróficos ou exigem um meio de crescimento corrosivos e/ou produ-zem produtos químicos corrosivos através do metabolismo de quimiossintéticos de materiais resistentes à corrosão pode ser utilizado para revestir o interior do recipiente contatando o meio de crescimento.
[00061]Certas concretizações da presente invenção irão minimizar os custos de material, usando geometrias dos vasos quimiossintéticos possuindo uma relação de área superficial para volume baixa, tais como, mas não se limitando a, formas substancialmente cúbicas cilíndricas com razão de aspecto média, substancialmente elip- soidais ou “em forma de ovo”, substancialmente formas hemisféricas, ou substancialmente esférica, a menos que os custos de material são substituídas por outras considerações de design (por exemplo, tamanho da pegada de terra). A capacidade de usar geometrias de reator compactas é permitida pela ausência de um requisito de luz para as reações quimiossintéticas, em contraste com as tecnologias fotossintéticas onde a relação de área de superfície para volume deve ser grande para proporcionar a exposição à luz suficiente.
[00062]A falta de dependência de luz dos quimioautótrofos também pode permitir que desenhos de plantas com uma pegada muito menor do que as abordagens permitidas pelos fotossintéticos. Em situações em que a pegada da planta precisa de ser minimizada, devido à disponibilidade de terras restrita, certas formas de realização da presente invenção podem utilizar um sistema de biorreator de eixo vertical longo para o crescimento de quimioautotróficos e captura de carbono. Um biorreator do tipo eixo longo vertical é descrito na Patente dos EUA. N ° s 4.279.754, 5.645.726, 5.650.070, e 7.332.077.
[00063]A menos que substituída por outras considerações, certas formas de realização da presente invenção podem vantajosamente minimizar as superfícies dos vasos através das quais as perdas elevadas de água, nutrientes, e / ou calor podem ocorrer, ou que potencialmente permiti a introdução de predadores invasivos para dentro do reator. A capacidade de minimizar tais superfícies, em certas concretiza-ções, é permitida pela falta de requisitos de luz para quimiossíntese.
[00064]Em certas concretizações da presente invenção, os microrganismos quimioautotróficos são imobilizados no seu meio de crescimento. Isto pode ser con-seguido usando quaisquer meios adequados conhecidos na arte da cultura microbiana para suportar a colonização por microrganismos quimioautotróficos incluindo mas não limitado a crescer a quimioautótrofos numa matriz, de malha, ou membrana feita a partir de qualquer uma dentre uma vasta gama de materiais naturais e sintéticos e polímeros, incluindo mas não limitado a um ou mais dos seguintes: lã de vidro, argila, concreto, fibra de madeira, óxidos inorgânicos, tais como ZrO2, Sb2O3, ou Al2O3, o polímero orgânico de polissulfona, ou de poros abertos de espuma de poliuretano tendo área de superfície específica elevada . Os microrganismos quimioautotróficos na presente invenção podem também ser cultivados nas superfícies de objetos acoplados distribuídos por todo o recipiente de crescimento como são conhecidos na arte da cultura microbiana que incluem, mas não estão limitados a um ou mais dos seguintes: grânulos; areia; silicatos; sepiolite; de vidro, cerâmica, discos de plástico de pequeno diâmetro, esferas, tubos, partículas, ou outras formas conhecidas na arte; casca de coco ralado; chão espigas de milho; carvão ativado; carvão granulado; coral esmagado; bolas de esponja; mídia pedaços suspensos; de borracha de pequeno diâmetro tubagem de polietileno (elastomérico); pendurado cordas de tecido poroso, selas Berl, Raschig anéis.
[00065]A inoculação da cultura de quimioautotróficos para dentro do vaso de cultura, em certas concretizações, pode ser realizada por métodos, incluindo, mas não se limitam a transferência de uma cultura existente de quimioautotróficos habitando outro sistema de captura e fixação de carbono da presente invenção, ou de incubação a partir de estoque inicial criado em uma incubadora. O estoque inicial de cepas quimioautotróficas, em certas concretizações, pode ser transportado e armazenado em formas, incluindo mas não limitado a um pó, líquido, congelados, ou forma liofili- zada, bem como qualquer outra forma adequada, a qual pode ser facilmente reconhecida por um perito na arte. Ao estabelecer uma cultura em um reator muito grande, pode ser vantajoso em certos casos, para crescer e estabelecer culturas em recipientes progressivamente maiores em escala intermédia antes da inoculação do vaso em escala completa.
[00066]A posição da etapa do processo ou etapas para a separação de massa de células a partir da corrente de processo no fluxo do processo geral da forma de realização da presente invenção ilustrada na FIG. 1 é mostrado pela caixa 4. Rotulado como "Separação Celular".
[00067]Separação de massa de células a partir de suspensão líquida em cer-tas concretizações do presente invento pode ser realizada por métodos conhecidos na arte da cultura microbiana [Exemplos de técnicas de células de colheita de massa são dadas em Pedido de Patente Internacional No. WO08/00558, publicado 08 de janeiro, 1998; Patente dos EUA. No. 5.807.722; Patente dos EUA. No. 5.593.886 e Patente dos EUA. No. 5.821.111. ], Incluindo mas não limitado a um ou mais dos se-guintes: centrifugação; floculação; flotação; filtração usando uma membrana, fibra oca, espiral ferida (spiral qound), ou sistema de filtro de cerâmica; filtração sob vácuo; filtração de fluxo tangencial; clarificação; sedimentação; hidrociclone. Em formas de realização em que a massa de células é imobilizada numa matriz, pode ser colhido por métodos, incluindo, mas não se limitam a sedimentação por gravidade ou filtração, e separado do substrato de crescimento por forças de cisalhamento líquidas.
[00068]Em certas concretizações do presente invento, se um excesso de massa celular foi removida a partir da cultura, é reciclado de volta para a cultura de células, tal como indicado pela seta processo denominado "Massa celular reciclado" na FIG 1. Juntamente com caldo fresco tal que biomassa suficiente é retida na etapa ou etapas de reação quimiossintética para a remoção continua de carbono inorgânico e o crescimento ou a taxa metabólica ótimos. A massa celular recuperada pelo sistema de colheita pode ser reciclada de volta para o vaso de cultura, utilizando, por exemplo, uma bomba de compressão de ar ou gêiser. Em certas concretizações, a massa celular reciclada de volta para o vaso de cultura não tenha sido exposto a agentes de floculação, a menos que estes agentes não são tóxicos para as quimioautótrofos.
[00069]Em certas concretizações da presente invenção o sistema é mantido quimioautotrófico, utilizando fluxo contínuo e remoção do meio nutriente e/ou bio-massa, em estado substancialmente constante em que a população de células e os parâmetros ambientais (por exemplo, densidade de células, as concentrações quími-cas) são dirigidos a um nível adequado constante substancialmente ou ótimo ao longo do tempo. Densidades celulares podem ser monitoradas em certas concretizações do presente invento quer por amostragem direta, através de uma correlação de densidade ótica a densidade de células, ou com um analisador de tamanho de partícula. Os tempos de retenção hidráulica e de biomassa podem ser dissociados, de modo a permitir um controle independente de ambos o caldo químico e da densidade celular em certas concretizações. Taxas de diluição podem ser mantidas suficientemente elevadas de modo que o tempo de retenção hidráulica é relativamente baixo em comparação com o tempo de retenção de biomassa, resultando em um caldo altamente reabastecido para o crescimento celular. Taxas de diluição podem ser fixadas a um nível adequado ou ótimo de troca entre reposição caldo de cultura, e aumento dos custos do processo de bombeamento, entradas acrescidas, e outras demandas que surgem com taxas de diluição.
[00070]Para ajudar no processamento do produto da biomassa em biocom- bustíveis ou outros produtos úteis, as células microbianas excedentes em certas con-cretizações da invenção são rompidas após a etapa de separação da célula usando métodos, incluindo, mas não se limitam a moagem, a pressão de cavitação, sonicação, ou cisalhamento mecânico.
[00071]A biomassa colhida em certas concretizações do presente invento é seca na etapa ou etapas de processo de caixa 7. Rotulado "secador" no fluxo do pro-cesso geral ilustrado na FIG. 1.
[00072]Secagem da biomassa excedente pode ser realizada em certas con-cretizações do presente invento que utilizam tecnologias incluindo mas não limitado a centrifugação, tambor de secagem, evaporação, liofilização, aquecimento, secagem por pulverização, secagem por vácuo, filtração sob vácuo. Resíduos de calor a partir da fonte industrial de gás de combustão podem ser utilizados na secagem da bio-massa em certas concretizações. Além disso, a oxidação quimiossintética de doado-res de elétrons é exotérmica e, geralmente, produz calor. Em certas concretizações do presente invenção calor residual pode ser utilizado na secagem da biomassa.
[00073]Em certas concretizações da invenção, a biomassa é ainda proces-sada após a secagem para ajudar a produção de biocombustíveis ou de outros pro-dutos químicos úteis por meio da separação do teor de lipídios ou de outros produtos bioquímicos alvo a partir da biomassa quimioautotróficos. A separação dos lipídios pode ser realizada por utilização de solventes não polares para extrair os lipídios, tais como, mas não se limitam a, hexano, ciclohexano, éter etílico, álcool (isopropanol, etanol, tec.), fosfato de tributila, dióxido de carbono supercrítico, óxido de trioctilfosfina , aminas secundárias e terciárias, ou propano. Outros compostos bioquímicos úteis podem ser extraídas em certas concretizações que utilizam solventes, incluindo mas não se limitam a: clorofórmio, acetona, acetato de etilo, tetracloroetileno
[00074]O caldo residual após à remoção da massa celular pode ser bombe-ada para um sistema para a remoção dos produtos da quimiossíntese e/ou nutrientes esgotados que podem ser reciclados ou recuperados na medida do possível, ou então eliminado. A posição da etapa ou etapas do processo para a recuperação de produtos químicos a partir da corrente de processo no fluxo do processo geral da forma de realização da presente invenção ilustrada na FIG. 1 é indicado pela caixa 6. Rotulado como "Separação de produtos químicos".
[00075]Recuperação e/ou a reciclagem de produtos químicos quimiossintéti- cos e/ou nutrientes esgotados a partir da solução de caldo aquoso pode ser realizado em certas concretizações do presente invento, utilizando equipamento e técnicas co-nhecidas na arte da engenharia de processo, e direcionado para os produtos químicos de concretizações particulares da presente invenção, incluindo, mas não se limitam a: extração com solvente, à extração de água; destilação; destilação fraccionada; cimen- tação; precipitação química; absorção por solução alcalina; absorção ou adsorção com carvão ativado, resina de permuta iónica ou de peneira molecular; modificação do pH da solução e/ou potencial de oxidação-redução, evaporadores, cristalizadores fraccionados, os separadores sólido/líquido, nanofiltração, e todas as suas combinações.
[00076]Após a recuperação de produtos úteis ou valiosos a partir da corrente de processo, de acordo com certas formas de realização, a remoção dos resíduos de produtos pode ser realizada como indicado pela caixa 8. Rotulado como "remoção de resíduos" na FIG. 1. O caldo restante pode ser devolvido ao vaso de cultura, junta-mente com a água de substituição e nutrientes, se desejado [ver a seta processo ro-tulado "reciclado nutrientes + H2O" na fig. 1].
[00077]Em formas de realização da presente invenção envolvendo a oxidação quimioautotrófica de doadores de elétrons extraídos a partir do minério mineral, irá, em certa concretizações restar uma solução de cátions de metal oxidado na sequência das etapas de reação quimiossintéticas. Uma solução rica em cátions metálicos dissolvidos também pode resultar de uma entrada de gases de combustão, particularmente suja para o processo, tais como a partir de uma planta a carvão. Em algumas destas formas de realização da presente invenção, a corrente de processo pode ser removido de cátions de metal por métodos incluindo, mas não se limitam a: cimentação em sucata de ferro, lã de aço, cobre ou zinco em pó; precipitação química como um sulfureto ou hidróxido de precipitado; eletroextração para placa de um metal específico; absorção em carvão ativado ou uma resina de permuta iónica, a modificação do pH da solução e/ou potencial de oxidação-redução, extração com solvente. Em certas concretizações da presente invenção os metais recuperados podem ser vendidos por um fluxo adicional de receita. Os produtos químicos que são utilizados nos processos para a recuperação de produtos químicos, a reciclagem de nutrientes e água, e a remoção de resíduos, podem vantajosamente serem selecionados, em certas concretizações, para ter baixa toxicidade para seres humanos, e, se forem expostos para o fluxo de processo que é reciclado de volta para o recipiente de crescimento, baixa toxicidade para o quimioautótrofos a ser utilizado.
[00078]Em certas concretizações da presente invenção, não existe um co- produto ácido da quimiossíntese. Neutralização de ácido no caldo pode ser realizada em certas concretizações pela adição de bases, incluindo mas não se limitam a: cal-cário, cal, hidróxido de sódio, amónia, potassa cáustica, óxido de magnésio, óxido de ferro. Em certas concretizações, a base pode ser produzida a partir de uma fonte livre de emissões de dióxido de carbono tais como minerais de ocorrência natural básicas, incluindo mas não limitado a óxido de cálcio, óxido de magnésio, óxido de ferro, mi-nérios de ferro, olivina contendo um óxido de metal, serpentina contendo um metal óxido, os depósitos ultramáficos que contêm óxidos metálicos, e subterrâneos básicos aquíferos salinos.
[00079]Além do dióxido de carbono capturado por meio da fixação quimios- sintética de carbono, dióxido de carbono adicional pode ser capturado e convertido em carbonatos ou biominerais através da ação catalítica de microrganismos quimio- autotróficos em certas concretizações do presente invento. Para formas de realização da invenção que aumentam o carbono capturado por meio de quimiossíntese sequestro de carbono biocatalisada por mineral, a utilização de microrganismos quimioautotróficos capazes de resistir a uma solução de pH elevado, onde o dióxido de carbono é termodinamicamente favorecido para precipitar como carbonato pode ser vantajoso em certos casos. Qualquer carbonato ou precipitado biomineral produ-zido pode ser removido periodicamente ou continuamente a partir do sistema utili-zando, por exemplo, técnicas de separação sólido/líquido conhecidas na arte da en-genharia de processo.
[00080]Uma característica adicional de certas formas de realização da pre-sente invenção relaciona-se com as utilizações dos produtos químicos gerados atra-vés da captura quimiossintética de carbono e processo de fixação de certas formas de realização da invenção. Os produtos químicos de certas formas de realização da presente invenção podem ser aplicados a utilizações, incluindo mas não limitado a um ou mais dos seguintes: como biocombustível; como matéria-prima para a produção de biocombustíveis; na produção de fertilizantes; como um agente de lixiviação para o extração química de metais em mineração ou biorremediação, como produtos químicos reagentes em processos industriais ou de mineração.
[00081]Uma característica adicional de certas formas de realização da pre-sente invenção relaciona-se com as utilizações de compostos bioquímicos ou bio-massa produzidos através da etapa ou etapas de processo quimiossintético de certas formas de realização da presente invenção. Utilizações do produto da biomassa in-cluem, mas não estão limitados a: como combustível para a combustão da biomassa, em particular como um combustível para ser co-alimentado com combustíveis fósseis, tais como o carvão em unidades de geração alimentadas por carvão pulverizado, como uma fonte de carbono para fermentações em grande escala para produzir vários produtos químicos, incluindo, mas não se limitam a enzimas comerciais, antibióticos, aminoácidos, vitaminas, bioplásticos, glicerol, ou 1,3-propanodiol; como uma fonte de nutrientes para o crescimento de micróbios ou outros organismos; como alimento para animais incluindo, mas não limitada ao gado, ovelhas, galinhas, porcos, ou peixes, como matéria prima para o álcool ou outro biocombustível de fermentação e / ou ga-seificação e processos de liquefação incluindo mas não limitado a liquefação direta, os processos de Fisher Tropsch, a síntese de metanol, a pirólise, transesterificação, ou conversões gás de síntese microbiana, para a produção de combustível líquido; como matéria prima para a produção de metano ou de biogás; como fertilizante; como matéria prima para de processos fabrico ou químicos, tais como mas não limitado à produção de plásticos biodegradáveis/biocompatíveis; como fontes de substâncias farmacêuticas, medicinais ou nutricionais, aditivos de solo e estabilizadores de solo.
[00082]Uma característica adicional de certas formas de realização da pre-sente invenção relaciona-se com a otimização de organismos quimioautotróficos para a captura de dióxido de carbono, a fixação de carbono em compostos orgânicos, e na produção de outros co-produtos químicos valiosos . Esta otimização pode ocorrer através de ou incluindo métodos conhecidos na arte de reprodução artificial, incluindo mas não limitado a mutagênese acelerado (por exemplo, usando a luz ultravioleta ou tratamentos químicos), a engenharia genética ou modificação, a hibridação, a biologia sintética ou de reprodução seletiva tradicional. Para formas de realização da presente invenção utilizando um consórcio de quimioautótrofos, a comunidade pode ser enriquecida com organismos desejáveis utilizando métodos conhecidos na arte da micro- biologia através do crescimento na presença de dadores ,receptores de elétrons alvo, e as condições ambientais.
[00083]Uma característica adicional de certas formas de realização da pre-sente invenção refere-se à modificação de vias bioquímicas em quimioautótrofos para a produção de compostos orgânicos alvo. Esta modificação pode ser realizada, por exemplo, através da manipulação do meio de crescimento, ou através de métodos conhecidos na arte de reprodução artificial, incluindo mas não limitado a mutagênese acelerado (por exemplo, usando a luz ultravioleta ou tratamentos químicos), a engenharia genética ou modificação, a hibridação, sintético biologia ou reprodução seletiva tradicional. Os compostos orgânicos produzidos através da modificação podem incluir, mas não estão limitados a: biocombustíveis, incluindo, mas não se limitam a biodiesel ou diesel renovável, a gasolina, etanol, hidrocarbonetos de cadeia longa, o metano e o óleo pseudovegetal produzido a partir de reações biológicas in vivo; ou compostos orgânicos ou biomassa otimizada como matéria-prima para produção de biocombus- tível e/ou de combustível líquido através de processos químicos.
[00084]A fim de dar exemplos específicos do processo global biológico e quí-mico para a utilização de microrganismos quimioautotróficos para capturar CO2 e pro-dução de biomassa e outros co-produtos úteis, um número de diagramas de fluxo de processo que descrevem várias formas de realização da presente invenção são agora descritos.
[00085]Estes exemplos específicos não devem ser interpretados como limi-tando o presente invento de qualquer forma e são fornecidos com o único propósito de ilustração.
[00086]FIG. 2 é um diagrama de fluxo de processo para uma forma de reali-zação exemplar da presente invenção para a captura de CO2 por quimioautótrofos oxidantes de hidrogênio e produção de etanol. O gás de combustão rico em dióxido de carbono é capturado a partir de uma fonte de emissão, como uma usina de energia, refinaria, ou produtor de cimento. O gás de combustão é então comprimido e bombeado para digestores anaeróbicos cilíndricos contendo um ou mais quimioautótrofos acetogênicos oxidantes de hidrogênio tais como, mas não se limitam a Acetoanaero- bium noterae, Acetobacterium woodii, Acetogenium kivui, Butyribacterium methylo- trophicum, Butyribacterium rettgeri, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acidi-urici, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium formicoaceticum, Clostridium kluyveri, Clostridium ljungdahlii, Clostridium thermoaceticum, Clostridium thermoautotrophicum, Clostridium thermohydrosulfuri- cum, Clostridium thermosaccharolyticum, Clostridium thermocellum, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus. Hidrogênio doador de elétrons é adicionado continuamente ao caldo de crescimento, juntamente com outros nutrientes necessá-rios para o crescimento e manutenção dos quimioautotróficos que são bombeados para o digestor. Em certas concretizações, a fonte de hidrogênio é um processo livre de emissão de dióxido de carbono. Este poderia ser processos eletrolíticos ou termo- químicos alimentados por tecnologias de energia, incluindo mas não limitado a energia fotovoltaica, energia solar térmica, eólica, hidrelétrica, nuclear, geotérmica, geotér- mica avançada, térmica oceânica, energia das ondas, energia das marés. O dióxido de carbono serve como um receptor de elétrons na reação quimiossintética. O caldo de cultura é continuamente removido a partir dos digestores e fluiu através de filtros de membrana para separar a massa de células a partir do caldo. A massa celular é então reciclada de volta para os digestores ou bombeada para secadores, dependendo da densidade de células nos digestores que é monitorizada por um controlador. Massa celular dirigida para os secadores é então centrifugada e seca com a evaporação. O produto de biomassa seco é recolhido a partir dos secadores. O caldo livre de células que passou através dos filtros de remoção de massa celular é direcionado para os vasos onde o produto de etanol é destilado e colocado através de uma peneira molecular para produzir etanol anidro utilizando técnicas padrão conhecidas na arte de destilação. O caldo de remanescentes após destilação é então submetido a quaisquer tratamentos de resíduos desejados adicionais de remoção, que depende da fonte do gás de combustão. A água restante e os nutrientes são então bombeados de volta para os digestores.
[00087]Um modelo de processo é dado na fig. 3, 4 e 5 para a forma de reali-zação da FIG. 2. O balanço de massa, o fluxo de entalpia, equilíbrio, energia e eco-nomia de plantas foram calculados para esta [RK Sinnott, Chemical Engineering De-sign volume de 6, 4 a ed. (Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 2005)] forma de realização preferida para a presente invenção. O modelo foi desenvolvido utilizando os resultados estabelecidos na literatura científica para as acetogênicass oxidantes de H2 e para as etapas de processo conhecidos a partir da arte de engenharia química. As entradas para o modelo em relação ao desempenho do microrganismo tomadas a partir da literatura científica [Gaddy, James L., et ai. "Métodos para aumentar a produção de etanol a partir da fermentação microbiana". Patente dos EUA 7.285.402. 23 de outubro de 2007; Lewis, Randy S., et al. "Fermentação direta ou indireta de biomassa em álcool combustível". O Pedido de Patente EUA 20070275447. 29 de novembro de 2007; Heiskanen, H., Virkajarvi, I., Viikari, L., 2007: O efeito da composição do gás de síntese sobre o crescimento e a formação do produto de Butyribacterium methylo- trophicum. 41: 362-367] para os microrganismos acetogênicas eram como se segue: 1) estequiometria da reação quimiossintética a produção de etanol: 3H2+ CO2 -> 0.5C2H5OH + 1,5 H2O; conversão 2) de H2 cada passagem através bioreator: 83%; 3 estequiometria) de reação lado ácido acético: 2H2 + CO2 -> 0.5C2H5OH + H2O; 4) taxa de crescimento celular no Estado de Plateau fase estável ~ 0, 5) por cento de carbono fixo vai a etanol durante estado de equilíbrio: 99,99%; 6) concentração média de crescimento de etanol no estado estacionário: 10 gramas / litro; 7) de produtividade de etanol no estado estacionário: 10 gramas / litro / dia; 8) de concentração de ácido acético em estado estacionário: 2 gramas / litro; 9) a concentração de células de massa no estado estacionário: 1,5 gramas / litro. O balanço de massa indica que uma tonelada de etanol será produzida para cada 2 toneladas de CO2 bombeados para o sistema. Isso equivale a mais de 150 litros de etanol produzido por tonelada de CO2 ingestão. O balanço de energia indica que, para cada GJ 1 de H2 entrada de energia química existe 0,8 GJ de etanol a partir de energia química, isto é, a conversão química é esperado para ser cerca de 80% de eficiência. A eficiência global da produção de etanol a partir de H2 e CO2, incluindo energia elétrica e calor de processo, é prevista com o modelo a ser cerca de 50%.
[00088]FIG. 6 é um diagrama de fluxo de processo para uma forma de realização exemplar que envolve a captura de CO2 por quimioautótrofos oxidante de enxofre e produção de biomassa e gesso. O gás de combustão rico em dióxido de carbono é capturado a partir de uma fonte de emissão, como uma usina de energia, refinaria, ou produtor de cimento. O gás de combustão é então comprimido e bombeado para cilíndricas digestores aeróbicos contendo um ou mais de quimioautótrofos oxidante de enxofre tais como, mas não se limitam a Thiomicrospira crunogena, Thi- omicrospira estirpe MA-3, Thiomicrospira thermophila, Thiobacillus hydrothermalis, Thiomicrospira sp. tensão CVO, Thiobacillus neapolitanus, Arcobacter sp. estirpe FWKO B. Um ou mais doadores de elétrons, tais como, mas não se limitando a tios- sulfato, sulfureto de hidrogênio, ou de enxofre são adicionados continuamente ao caldo de crescimento, juntamente com outros nutrientes necessários para o crescimento quimioautotróficos e o ar é bombeado para dentro do digestor para fornecer oxigênio como um receptor de elétron. O caldo de cultura é continuamente removido a partir dos digestores e fluiu através de filtros de membrana para separar a massa de células a partir do caldo. A massa celular é então ou reciclado de volta para os digestores ou bombeada para secadores, dependendo da densidade de células nos digestores que é monitorada por um controlador. Massa celular dirigida para os secadores é então centrifugada e seca com a evaporação. O produto biomassa seca é recolhida a partir dos secadores. Caldo isento de células que passou através do filtro de remoção de massa celular é direcionado para vasos, onde o ácido sulfúrico produzido pelo metabolismo quimiossintético é neutralizado com cal, precipitando gesso (CaSO4). A cal pode ser produzida em certas concretizações por um processo livre de emissões de dióxido de carbono em vez de através do aquecimento de calcário. Tais processos livres de emissão de dióxido de carbono incluem a recuperação de fontes naturais de minerais básicos, incluindo, mas não se limitam, aos sais minerais que contêm um óxido de metal, serpentina contendo um óxido de metal, os depósitos ul- tramáficas contendo óxidos de metais, e subterrâneos básicos aquíferos salinos. Bases alternativas pode ser utilizado para a neutralização no presente processo, in-cluindo mas não limitado a óxido de magnésio, óxido de ferro, ou algum outro óxido de metal. O gesso é removido por técnicas de separação sólido-líquido e bombeada para secadores. O produto final é seco gesso. O caldo de remanescentes após o sul-fato é precipitado e é então submetido a quaisquer desejados tratamentos de resíduos adicionais de remoção, que depende da fonte de gás de combustão. A água restante e os nutrientes são então bombeados de volta para os digestores.
[00089]FIG. 7 é um diagrama de fluxo de processo para uma forma de reali-zação exemplar que envolve a captura de CO2 por quimioautótrofos oxidante de en-xofre e produção de biomassa e ácido sulfúrico e carbonato de cálcio através da rea-ção de Muller-Kuhne. O gás de combustão rico em dióxido de carbono é capturado a partir de uma fonte de emissão, como uma usina de energia, refinaria, ou produtor de cimento. O gás de combustão é então comprimido e bombeado para cilíndricas diges- tores aeróbicos contendo um ou mais de quimioautótrofos oxidante de enxofre tais como, mas não se limitam a Thiomicrospira crunogena, Thiomicrospira estirpe MA-3, Thiomicrospira thermophila, Thiobacillus hydrothermalis, Thiomicrospira sp. tensão CVO, Thiobacillus neapolitanus, Arcobacter sp. estirpe FWKO B. Um ou mais doado-res de elétrons, tais como, mas não se limitando a tiossulfato, sulfureto de hidrogênio, ou de enxofre são adicionados continuamente ao caldo de crescimento, juntamente com outros nutrientes necessários para o crescimento quimioautotróficos e o ar é bombeado para dentro do digestor para fornecer oxigênio como um receptor de elétrons. O caldo de cultura é continuamente removido a partir dos digestores e fluiu através de filtros de membrana para separar a massa de células a partir do caldo. A massa celular é então ou reciclado de volta para os digestores ou bombeada para secadores, dependendo da densidade de células nos digestores que é monitorada por um controlador. Massa celular dirigida para os secadores é então centrifugado e secou-se com a evaporação. O produto biomassa seca é recolhida a partir dos secadores. Livre de células caldo que etapau através da massa celular remoção de filtros é dirigida para vasos, onde o ácido sulfúrico produzido pelo metabolismo quimiossintética é neutralizado com cal (CaO), precipitando gesso (CaSO4). A cal pode ser produzida em certas concretizações por um dióxido de carbono livre de emissões processo em vez de através do aquecimento de calcário. Dióxido de carbono, tais processos livres de emissão incluem a recuperação de fontes naturais de minerais básicos, incluindo, mas não se limitam aos sais minerais que contêm um óxido de metal, o minério de ferro, serpentina contendo um óxido de metal, os depósitos ultramáficas contendo óxidos de metais, e subterrâneos básicos aquíferos salinos. Bases alternativas pode ser utilizado para a neutralização no presente processo, incluindo mas não limitado a óxido de magnésio, óxido de ferro, ou algum outro óxido de metal. O gesso é removido por técnicas de separação sólido-líquido e bombeado para fornos em que o processo de Muller-Kuhne é realizado com a adição de carvão. A reação líquida para o processo de Muller-Kuhne é a seguinte 2C + 4CaSO4 ^ 2CaO + + 2CaCO3 4SO2. O CaCO3 produzido é recolhido e o teor de CaO é reciclado para a neutralização adicional. O gás SO2 produzido é dirigido para um reator para o processo de contato onde o ácido sulfúrico é produzido. O caldo de remanescentes após o sulfato ser precipitado é então submetido a quaisquer desejados tratamentos de resíduos adicionais de remoção, que depende da fonte de gás de combustão. A água restante e os nutrientes são então bombeados de volta para os digestores.
[00090]FIG. 8 é um diagrama de fluxo do processo para uma forma de reali-zação exemplar que envolve a captura de CO2 por quimioautótrofos oxidante de en-xofre e produção de biomassa e carbonato de cálcio e de reciclagem de doador de elétrons através da reação de tiossulfato de Muller-Kuhne. A de dióxido de carbono dos gases de combustão rica é capturado a partir de uma fonte de emissão, como uma usina de energia, refinaria, ou produtor de cimento. O gás de combustão é então comprimido e bombeado para cilíndricas digestores aeróbicos contendo um ou mais de quimioautótrofos oxidante de enxofre tais como, mas não se limitam a Thiomicros- pira crunogena, Thiomicrospira estirpe MA-3, Thiomicrospira thermophila, Thiobacillus hydrothermalis, Thiomicrospira sp. tensão CVO, Thiobacillus neapolitanus, Arcobacter sp. estirpe FWKO tiossulfato de cálcio B. é o doador de elétrons adicionados continuamente ao caldo de crescimento, juntamente com outros nutrientes necessários para o crescimento quimioautotróficos e o ar é bombeado para dentro do digestor para fornecer oxigênio como um receptor de elétrons. O caldo de cultura é continuamente removido a partir dos digestores e fluiu através de filtros de membrana para separar a massa de células a partir do caldo. A massa celular é então quer reciclado de volta para os digestores ou bombeada para secadores, dependendo da densidade de células nos digestores que é monitorada por um controlador. Massa celular dirigida para os secadores é então centrifugado e secou-se com a evaporação. O produto biomassa seca é recolhida a partir dos secadores. Livre de células caldo que passou através do filtro de remoção de massa celular é direcionada para vasos, onde o ácido sulfúrico produzido pelo metabolismo quimiossintético é neutralizado com cal (CaO), precipitando gesso (CaSO4). A cal pode ser produzida em certas concretizações por um processo livre de emissões de dióxido de carbono em vez de através do aquecimento de calcário. Tais processos livres de emissão de dióxido de carbono incluem a recuperação de fontes naturais de minerais básicos, incluindo, mas não se limitam aos sais minerais que contêm um óxido de metal, serpentina contendo um óxido de metal, os depósitos ultramáficas contendo óxidos de metais, e subterrâneos básicos aquíferos salinos. Bases alternativas pode ser utilizado para a neutralização no presente processo, incluindo mas não limitado a óxido de magnésio, óxido de ferro, ou algum outro óxido de metal. O gesso é removido por técnicas de separação sólido-líquido e bombeado para fornos em que o processo de Muller-Kuhne é realizado com a adição de carvão. A reação líquida para o processo de Muller-Kuhne é a seguinte 2C + 4CaSO4 ^ 2CaO + + 2CaCO3 + 4SO2. O CaCO3 produzido é recolhido e o CaO é reciclado para a reação posterior. O gás SO2 produzido é dirigido para um reator onde é feito a reação com CaO ou algum outro óxido de metal, tais como óxido de ferro e do enxofre para reciclar o tiossulfato (tiossulfato de cálcio se CaO for usado). O caldo remanescente após o sulfato ser precipitado é então submetido a quaisquer desejados tratamentos de resíduos adicionais de remoção, que depende da fonte de gás de combustão. A água restante e os nutrientes são então bombeados de volta para os digestores.
[00091]FIG. 9 é um diagrama de fluxo de processo para uma forma de reali-zação exemplar que envolve a captura de CO2 por enxofre e o quimioautótrofos oxi-dantes de ferro e produção de biomassa e ácido sulfúrico usando uma fonte insolúvel de doadores de elétrons. O gás de combustão rico em dióxido de carbono é capturado a partir de uma fonte de emissão, como uma usina de energia, refinaria, ou produtor de cimento. O gás de combustão é então comprimido e bombeado para um conjunto de cilíndricas digestores aeróbicos contendo um ou mais de quimioautótrofos oxidante de enxofre tais como, mas não se limitam a, Thiomicrospira crunogena, Thiomicrospira estirpe MA-3, Thiomicrospira thermophila, Thiobacillus hydrothermalis, Thiomicrospira sp. tensão CVO, Thiobacillus neapolitanus, Arcobacter sp. estirpe FWKO B, e outro conjunto de cilíndricas digestores aeróbicos contendo um ou mais de quimioautótrofos oxidantes de ferro tais como, mas não se limitam a ferrooxidans Leptospirillum ou fer- rooxidans Thiobacillus. Um ou mais fontes de doadores de elétrons insolúveis, tais como mas não limitados a enxofre elementar, pirite, ou sulfetos de metais outros são enviados para um reator anaeróbico para a reação com uma solução de ferro férrico. Opcionalmente, quimioautótrofos tais como, mas não se limitam a, Thiobacillus ferro- oxidans e sp Sulfolobus podem estar presentes neste reator para ajudar a biocatálise ataque da fonte de doador de elétrons insolúvel com ferro férrico. Um lixiviado de ferro ferroso e fluxo de tiossulfato de fora do reator. O ferro ferroso é separado da corrente de processo por precipitação. A solução de tiossulfato é então direcionada para os digestores S oxidante e do ferro ferroso é bombeado para os digestores Fe oxidantes- como o dador de elétrons para cada tipo de quimioautótrofo respectivamente. O ar e outros nutrientes necessários para o crescimento quimioautotróficos também são bombeados para os digestores. O caldo de cultura é continuamente removido a partir dos digestores e fluiu através de filtros de membrana para separar a massa de células a partir do caldo. A massa celular é então reciclada de volta para os digestores ou bombeada para os secadores, dependendo da densidade de células nos digestores que é monitorada por um controlador. A massa celular dirigida para os secadores é então centrifugada e seca com a evaporação. O produto biomassa seca é recolhido a partir dos secadores. Na corrente de processo S-oxidante, o caldo isento de células que passou através do filtro de remoção de massa celular é direcionado para os sistemas de recuperação de ácido sulfúrico, tais empregados nas indústrias de refinaria ou destilaria onde o produto de ácido sulfúrico do metabolismo quimiossintético se concentra. Este concentrado de ácido sulfúrico é então concentrado ainda mais usando um processo de contato para dar um produto de ácido sulfúrico concentrado. O caldo de remanescentes após o sulfato e de ácido sulfúrico foram removidos é então submetido a quaisquer desejados tratamentos de resíduos adicionais de remoção, que depende da fonte de gás de combustão. Na corrente de processo Fe oxidante-o caldo isento de células que etapau através da massa celular remoção de filtros é então retirado de ferro férrico por precipitação. Este ferro férrico é então enviado de volta para reação posterior com a fonte insolúvel de doadores de elétrons (por exemplo, S, FeS2). A água restante e os nutrientes em ambas as correntes do processo são então bombeadas de volta para os seus respectivos digestores.
[00092]FIG. 10 é um diagrama de fluxo do processo para uma forma de reali-zação exemplar que envolve a captura de CO2 por quimioautótrofos oxidantes de en-xofre e hidrogênio e produção de biomassa, ácido sulfúrico e etanol, utilizando uma fonte insolúvel de doadores de elétrons. O gás de combustão rico em dióxido de car-bono é capturado a partir de uma fonte de emissão, como uma usina de energia, refinaria, ou produtor de cimento. O gás de combustão é então comprimido e bombe-ado para um conjunto de digestores aeróbicos cilíndricos contendo um ou mais quimi- oautótrofos oxidante de enxofre tais como, mas não se limitam a, Thiomicrospira cru- nogena, Thiomicrospira estirpe MA-3, Thiomicrospira thermophila, Thiobacillus hydrothermalis, Thiomicrospira sp. tensão CVO, Thiobacillus neapolitanus, Arcobacter sp. estirpe FWKO B, e outro conjunto de digestores anaeróbicos cilíndricas contendo um ou mais quimioautótrofos acetogênicos hidrogênio-oxidantes tais como, mas não se limitam a, Acetoanaerobium noterae, woodii Acetobacterium, kivui Acetogenium, methylotrophicum Butyribacterium, rettgeri Butyribacterium, Acetato de Clostridium, acetobutylicum Clostridium, Clostridium ACIDI-urici , Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium formicoaceticum, Clostridium kluyveri, Clos-tridium ljungdahlii, Clostridium thermoaceticum, Clostridium thermoautotrophicum, Clostridium thermohydrosulfuricum, Clostridium thermosaccharolyticum, Clostridium thermocellum, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus. Um ou mais fontes de doadores de elétrons insolúveis, tais como mas não limitados a, enxofre elementar, pirite, ou sulfetos de metais outros são enviados para um reator anaeróbico para a reação com uma solução de ferro férrico. Opcionalmente quimioautótrofos tais como, mas não se limitam a Thiobacillus ferrooxidans e sp Sulfolobus. podem estar presentes neste reator para ajudar a biocatálise ataque da fonte insolúvel doador de elétrons com ferro férrico. Um lixiviado de ferro ferroso e fluxo de tiossulfato de fora do reator. O ferro ferroso é separado da corrente de processo por precipitação. A solução de tiossulfato é então seguida para os digestores S oxidantes como um doador de elétrons e o ferro ferroso é bombeado para um reator de eletrólise anaeróbio. No gás de eletrólise reator de hidrogênio é formado pela reação eletroquímica 2H+ + Fe2+ ^ H2 + Fe3+. A tensão de célula aberta para esta reação é de 0,77 V que é substancialmente menor do que a tensão da célula aberta para a eletrólise da água (1,23 V). Além disso, a cinética da oxidação do ferro ferroso em ferro férrico é muito mais simples do que para a redução de oxigênio na água para gás de oxigênio, daí a so- bretensão para a reação de ferro ser mais baixa. Estes fatores combinados fornecem uma economia de energia para a produção de hidrogênio gasoso, utilizando ferro ferroso em comparação com a eletrólise da água. O hidrogênio produzido é alimentado nos digestores H-oxidantes como o doador de elétrons. Os outros nutrientes necessários para o crescimento quimioautotróficos são também bombeados para os diges- tores. O caldo de cultura é continuamente removido a partir dos digestores e fluiu através de filtros de membrana para separar a massa de células a partir do caldo. A massa celular é então quer reciclado de volta para os digestores ou bombeada para secadores, dependendo da densidade de células nos digestores que é monitorada por um controlador. Massa celular dirigida para os secadores é então centrifugado e secou-se com a evaporação. O produto biomassa seca é recolhida a partir dos secadores. Na corrente de processo S-oxidante, o caldo isento de células que passou através do filtro de remoção de massa celular é dirigido para os sistemas de recuperação de ácido sulfúrico, tais como empregados nas refinarias e nas indústrias de destilação onde o produto de ácido sulfúrico do metabolismo quimiossintética se concentra. Este concentrado de ácido sulfúrico é então concentrado ainda mais usando o processo de contato para dar um produto de ácido sulfúrico concentrado. O caldo de remanescentes após o sulfato e de ácido sulfúrico foram removidos é então submetido a quaisquer desejados tratamentos de resíduos adicionais de remoção, que depende da fonte de gás de combustão. Na corrente de processo H-oxidante, o caldo isento de células que passou através do filtro de remoção de massa celular é direcionado para os vasos, onde o ácido acético produzido é feito reagir com etanol para produzir acetato de etila que é removido da solução por destilação reativa. O acetato de etila é convertido em etanol por meio de hidrogenação. Parte, por exemplo, metade do etanol é reciclado para reação posterior no processo de destilação reativa. A outra parte é colocada através de uma peneira molecular que separa etanol anidro por adsorção a partir de etanol diluído. O etanol anidro é então recolhido e o etanol diluído é retornado para reação posterior na etapa de destilação reativa. O caldo remanescente após o ácido acético ser reativamente destilado é então submetido a quaisquer tratamentos de re-síduos adicionais desejados de remoção, que depende da fonte de gás de combustão. A água restante e nutrientes em ambas as correntes do processo são então bombeadas de volta para os seus respectivos digestores.
[00093]FIG. 11 é um diagrama de fluxo de processo para uma forma de reali-zação exemplar que envolve a captura de CO2 por quimioautótrofos oxidante de ferro e hidrogênio e produção de biomassa, sulfato férrico, carbonato de cálcio e etanol, utilizando carvão ou outro hidrocarboneto como a entrada de energia para a produção de doadores de elétrons sem a liberação de CO2 gasoso. O gás de combustão rico em dióxido de carbono é capturado a partir de uma fonte de emissão, como uma usina de energia, refinaria, ou produtor de cimento. O gás de combustão é então comprimido e bombeado para um conjunto de cilíndricas digestores aeróbicos contendo um ou mais quimioautótrofos oxidantes de ferro tais como, mas não se limitam a ferrooxidans Leptospirillum ou ferrooxidans Thiobacillus, e outro conjunto de digestores anaeróbi- cos cilíndricos contendo um ou mais quimioautótrofos acetogênicaos oxidante de hidrogênio tal como, mas não se limitam a, Acetoanaerobium noterae, woodii Acetobacterium, kivui Acetogenium, methylotrophicum Butyribacterium, rettgeri Butyribacte- rium, Acetato de Clostridium, acetobutylicum Clostridium, Clostridium ACIDI-urici, au- toethanogenum Clostridium, carboxidivorans Clostridium, formicoaceticum Clostridium, kluyveri Clostridium, ljungdahlii Clostridium, thermoaceticum Clostridium, Clostridium thermoautotrophicum, Clostridium thermohydrosulfuricum, Clostridium thermo- saccharolyticum, Clostridium thermocellum, Eubacterium limosum, Peptostreptococ- cus productus. O gás hidrogênio produzido pela reação do deslocamento de água é alimentado nos digestores H-oxidantes como o dador de elétrons. O sulfato ferroso sintetizado através da reação de óxido ferroso (FeO), dióxido de enxofre e oxigênio é bombeado para os digestores Fe oxidantes-como o dador de elétrons. Os outros nu-trientes necessários para o crescimento quimioautotróficos são também bombeados para os digestores para cada tipo de chemoautotroph respectivo. O caldo de cultura é continuamente removido a partir dos digestores e fluiu através de filtros de membrana para separar a massa de células a partir do caldo. A massa celular é então reciclado de volta para os digestores ou bombeada para secadores, dependendo da densidade de células nos digestores que é monitorada por um controlador. A massa celular dirigida para os secadores é então centrifugada e secou-se com a evaporação. O produto biomassa seca é recolhido a partir dos secadores. Na corrente de processo Fe oxidante, o caldo isento de células que passou através do filtro de remoção de massa celular é direcionado para os sistemas de recuperação de sulfato férrico, tais como empregues na indústria do aço, onde o produto de sulfato férrico do metabolismo qui- miossintética é concentrada em um produto comercializável. O caldo remanescente após o sulfato ser removido é então submetido a quaisquer desejados tratamentos de resíduos adicionais de remoção, que depende da fonte de gás de combustão. Na corrente de processo H-oxidante, o caldo isento de células que passou através do filtro de remoção de massa celular é dirigida para vasos, onde o ácido acético produzido é feito reagir com etanol para produzir acetato de etila que é removido da solução por destilação reativa. O acetato de etila é convertido em etanol por meio de hidrogena- ção. Parte, por exemplo, meia, do etanol é reciclada para reação posterior no processo de destilação reativa. A outra parte do etanol é colocada através de uma peneira molecular que separa etanol anidro por adsorção a partir de etanol diluído. O etanol anidro é então recolhido e o etanol diluído é retornado para reação posterior na etapa de destilação reativa. O caldo remanescente após o ácido acético ser reativamente destilado é então submetido a quaisquer tratamentos de resíduos desejados adicionais de remoção, que depende da fonte de gás de combustão. A água restante e nutrientes em ambas as correntes do processo são então bombeadas de volta para os seus respectivos digestores. Tanto o gás de hidrogênio e os doadores de elétrons de sulfato ferroso, em última análise, são gerados através da oxidação do carvão ou alguns outros hidrocarbonetos. A oxidação aciona duas reações que ocorrem em paralelo, uma é a redução do minério de ferro (Fe2O3) para óxido ferroso (FeO), acompanhada pela libertação de monóxido de carbono que é a água deslocado para produzir o gás de hidrogênio e dióxido de carbono, o outro é a redução de gesso (CaSO4) para o dióxido de enxofre e cal acompanhada pela libertação de dióxido de carbono. O dióxido de carbono a partir de ambas as correntes do processo é feito reagir com a cal para produzir carbonato de cálcio. Em paralelo com a produção de carbonato de cálcio é a produção de sulfato ferroso através da reação de óxido ferroso com dióxido de enxofre e oxigênio.
[00094]Deve notar-se que, em todas as concretizações descritas anterior-mente, com um produto de ácido sulfúrico o ácido sulfúrico pode alternativamente ser neutralizado, em certas concretizações, com uma base que não é um carbonato (de forma a não libertar dióxido de carbono na reação ácido-base) e este carbonato pode ser produzido por um processo sem emissões de dióxido de carbono. Tais bases incluem, mas não estão limitadas a minerais naturais básicos que contêm um óxido de metal, serpentina contendo um óxido de metal, os depósitos ultramáficos contendo óxidos de metais básicos, subterrâneos aquíferos salinos, e óxido de cálcio de ocorrência natural, óxido de magnésio, óxido de ferro, ou algum outro óxido de metal. O sulfato de metal, que resulta da reação ácido-base, pode ser recuperado a partir da corrente de processo e de preferência refinado em um produto comercializável, enquanto a água produzida pela reação ácido-base pode ser reciclada de volta para os reatores de quimiossíntese.
[00095]O exemplo seguinte destina-se a ilustrar certas características e van-tagens de pelo menos uma forma de realização da presente invenção, mas não exemplifica o âmbito total da invenção.
Exemplo
[00096]Um exemplo de trabalho específico é fornecido para demonstrar a captura de carbono e as capacidades de fixação de microrganismos quimioautotróficos que desempenham um papel central na captura de carbono global e o processo de fixação da presente invenção.
[00097]Os testes foram realizados sobre o quimoautótrofo oxidantes de enxo-fre Thiomicrospira crunogena ATCC # 35932 adquirido como uma cultura liofilizada a partir de American Type Culture Collection (ATCC). Os organismos foram cultivados no meio ATCC recomendado - o caldo # 1422. Este caldo consistiu nos seguintes produtos químicos dissolvidos em 1 litro de água destilada:NaCl, 25.1g; (NH4) 2SO4, 1,0 g; MgSO4.7 H2O, 1,5 g; KH2PO4, 0,42 g; NaHCO3, 0,20 g; CaCl2.2 H2O, 0,29 g; Tris-cloridrato de tampão, 3,07 g; Na2S2O3.5H2O , 2,48 g; Vis- niac e Santer solução de elementos traço, 0,2 ml, 0,5% de vermelho de fenol, 1,0 ml;
[00098]O caldo # 1422 foi ajustado para pH 7,5 e esterilizada por filtração antes da inoculação.
[00099]A cultura liofilizada de Thiomicrospira crunogena foi rehidratada de acordo com o procedimento recomendado pela ATCC e transferida para um primeiro tubo de ensaio com 5 ml de caldo # 1422 e colocado num agitador. Esta cultura foi usada para inocular os tubos de teste adicionais. NaOH foi adicionado conforme ne-cessário para manter o pH próximo de 7,5. Eventualmente as culturas foram transfe-ridas a partir do tubo de ensaio para frascos contendo 1 litro cheios com 250 ml de # 1422 caldo e colocado num New Brunswick Scientific Co. Frasco de agitação incubadora ajustado para 25 graus Celsius.
[000100]A determinação da taxa de crescimento para Thiomicrospira cruno- gena foi realizada utilizando o seguinte procedimento: 1) três (1 litro) frascos contendo 95 ml ATCC 1422 meio foram inoculados com 5 ml das culturas acima diluídas até uma densidade otica ~ 0,025. As densidades óticas foram determinadas usando um Milton Roy Spectronic 1001 Espectrofotómetro; 2. Duas amostras ml de culturas foram retiradas de cada frasco de t = 0 em t = 48 horas a cada 2 horas de intervalo e densidade ótica medida. A densidade ótica foi correlacionada com o peso seco de pesagem duas vezes centrifugadas e lavadas com amostras de 1 ml de caldo líquidas secas em forno em pratos de alumínio pré-pesados.
[000101]A partir da curva de crescimento verificou-se que na fase exponencial o tempo de duplicação para Thiomicrospira crunogena foi de uma hora. Trata-se de 4 a 6 vezes menor tempo de duplicação do que as mais rápidas taxas de crescimento reportadas para as algas na fase exponencial [Sheehan et al, 1998, "Um Olhar para trás no Departamento dos EUA de Energia Aquática Espécies Programa de Biodiesel a partir de algas"]. A célula presente densidade de massa nas experiências do balão quando os microrganismos estavam na fase exponencial de crescimento atingiu 0,5 g de peso seco/litro, e na fase de plateau a densidade de massa de células atingiu 1 g de peso seco/litro. Isto indica que, num sistema contínuo que mantém a cultura no estado de crescimento exponencial com a remoção contínua de células, estes microrganismos têm o potencial para produzir 12 g de peso seco/litro/dia de biomassa. Isto é cerca de 4-12 vezes mais rápido que as mais altas taxas diárias de produção de biomassa relatadas para as algas [Valcent, 2007; CNN, 2008]. Além disso, num bior- reator contínuo densidades celulares substancialmente mais elevadas devem ser capazes de ser mantidas na fase exponencial do que o que pode ser conseguido ao nível balão com T. crunogena. Este experimento suporta que taxas muito mais elevadas de fixação de carbono são alcançáveis com quimioautotróficos do que micróbios fotossintéticos.
[000102]Formas de realização específicas preferidas da presente invenção foram descritas aqui em detalhe suficiente para permitir que os peritos na arte para praticar o âmbito total da invenção. No entanto, é para ser entendido que muitas vari-ações possíveis da presente invenção, que não tenham sido especificamente descritas, ainda caem dentro do âmbito da presente invenção e nas reivindicações anexas. Por isso, estas descrições aqui indicados são adicionados apenas a título de exemplo e não se destinam a limitar, de qualquer forma, o âmbito da presente inven-ção. Mais geralmente, os peritos na arte irão apreciar facilmente que todos os parâ-metros, dimensões, materiais e configurações aqui descritas são destinados a ser exemplar e que os parâmetros reais, dimensões, materiais, e/ou configurações de-penderá da aplicação específica ou aplicações para as quais os ensinamentos da presente invenção é/são utilizados. Os peritos na arte reconhecerão, ou serão capazes de determinar usando não mais do que experimentação de rotina, muitos equivalentes às formas de realização específicas da invenção aqui descrita. É, portanto, para ser entendido que as formas de realização anteriores são apresentadas a título de exemplo apenas e que, dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes aos mesmos, a invenção pode ser praticada de outra forma que não as especificamente descritas e reivindicadas. A presente invenção é dirigida para cada característica individual, artigo de sistema, material, kit, e/ou o método aqui descrito. Além disso, qualquer combinação de dois ou mais destes elementos, sistemas, artigos, materiais, kits, e/ou métodos, se tais características, os sistemas, artigos, materiais, kits, e/ou métodos não são mutuamente incompatíveis, está incluído dentro do escopo da presente invenção.
[000103]Os artigos indefinidos "a" e "um", como aqui utilizados na especificação e nas reivindicações, a menos que expressamente indicado em contrário, devem ser entendidos como "pelo menos um".
[000104]A frase "e/ou", tal como aqui utilizado na especificação e nas reivin-dicações, deve ser entendida como "um ou ambos" dos elementos de modo xifópagos, isto é, elementos que são conjuntamente presente em alguns casos e disjuntivamente presente em outros casos. Outros elementos podem, opcionalmente, estar presentes para além dos elementos especificamente identificadas pelo "e/ou" cláusula, relacionada ou não aos elementos especificamente identificados, a menos que ex-pressamente indicado em contrário. Assim, como um exemplo não limitativo, uma re-ferência a "A e/ou B", quando usado em conjunto com aberta língua, tais como "com-preendendo" pode referir-se, em uma forma de realização, a A, sem B (incluindo op-cionalmente outros elementos que B), em outra forma de realização, a B sem A (in-cluindo opcionalmente outros elementos para além A); Em ainda outra concretização, a ambos A e B (incluindo opcionalmente outros elementos); etc.
[000105]Tal como aqui utilizado na especificação e nas reivindicações, "ou" deve ser entendido como tendo o mesmo significado de "e/ou", tal como definido acima. Por exemplo, quando separando os itens em uma lista, "ou" ou "e/ou" deve ser interpretada como sendo inclusiva, ou seja, a inclusão de pelo menos um, mas também incluindo mais de um, de um número ou uma lista de elementos, e, opcionalmente, outros itens não listados. Apenas termos claramente indicado o contrário, como "apenas um" ou "exatamente um", ou, quando utilizado nas reivindicações", constituídos por," vai se referir à inclusão de exatamente um elemento de um número ou uma lista de elementos. Em geral, o termo "ou" como usado aqui deve ser interpretado como uma indicação de alternativas exclusivas (ou seja, "um ou outro, mas não ambos"), quando precedidos por termos de exclusividade, como "ou", "um dos" "apenas um", ou "exatamente um", “que consiste essencialmente de ", quando utilizado nas reivindicações, terá seu sentido comum, usado no campo do direito das patentes.
[000106]Nas reivindicações, bem como na especificação acima, todas as fra-ses de transição como "compreendendo", "incluindo", "carregando", "ter", "contendo", "envolvendo", "mantendo", e como são. Entende-se aberto, isto é, para significar incluindo mas não limitado a. Somente as frases de transição "que consiste em" e "que consiste essencialmente de" devem ser frases de transição fechada ou semi-fecha- das, respectivamente.

Claims (8)

1. Processo para captura e conversão de dióxido de carbono em compostos orgânicos, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:introduzir gás de combustão compreendendo o gás de dióxido de carbono em um meio compreendendo microrganismos quimioautotróficos e/ou extratos de células quimioautotróficas;introduzir um doador de elétrons que é gerado separadamente do gás de combustão ao meio; efixar o dióxido de carbono nos compostos orgânicos dentro do meio por meio de pelo menos uma reação quimiossintética de fixação de carbono utilizando os mi-crorganismos quimioautotróficos e/ou extratos celulares contendo enzimas dos mi-crorganismos quimioautotróficos e usar pelo menos um doador de elétrons e pelo menos um receptor de elétrons;em que os compostos orgânicos compreendem pelo menos um dentre um ácido orgânico, um sal de um ácido orgânico, etanol e butanol,em que o dito doador de elétrons é gerado usando uma fonte de energia re-novável, alternativa ou convencional selecionada de pelo menos uma dentre fotovol- taica, térmica solar, energia eólica, hidrelétrica, nuclear, geotérmica, geotérmica intensificada, térmica dos oceanos, energia das ondas e energia das marés,em que o dito doador de elétrons compreende hidrogênio molecular que é gerado usando a referida fonte de energia, por meio de eletrólise de água, por meio de um método que usa pelo menos um dentre Membranas de Troca de Prótons (PEM), um eletrólito líquido, eletrólise de alta pressão, eletrólise de alta temperatura de vapor (HTES); ou por meio da divisão termoquímica de água através de um método usando pelo menos um dentre ciclo de óxido de ferro, ciclo de óxido de cério (IV)-óxido de cério (III), ciclo de óxido de zinco e zinco, ciclo de enxofre-iodo, ciclo de cobre-cloro, ciclo cálcio-bromo-ferro, ciclo híbrido de enxofre; ou por eletrólise de sulfeto de hidrogênio; ou por meio da divisão termoquímica do sulfeto de hidrogênio.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito doador de elétrons compreende ainda um ou mais dentre os seguintes agentes redutores: amônia; amônio; monóxido de carbono; ditionito; enxofre elemen-tar; um hidrocarboneto; um metabissulfeto; óxido nítrico; um nitrito; um sulfato; um tiossulfato; tiossulfato de sódio (Na2S2O3); tiossulfato de cálcio (CaS2O3); um sulfeto; sulfeto de hidrogênio; um sulfito; tionato; tionito; um metal de transição, um sulfeto de um metal de transição, um óxido, um calcogeneto, um haleto, um hidróxido, um oxihi- dróxido, um fosfato, um sulfato, ou um carbonato.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito receptor de elétrons compreende um ou mais dentre os seguintes: dióxido de carbono; oxigênio; um nitrito; um nitrato; ferro férrico; um íon de metal de transição; ou um sulfato.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de fixação é seguida por uma ou mais etapas do processo em que produtos químicos orgânicos e/ou inorgânicos da reação quimiossintética de fixação de carbono são separados de uma corrente de processo produzida durante a etapa de fixação e processados para formar produtos separados; assim como uma ou mais etapas do processo em que a massa celular é separada da corrente da processo e reciclada para o meio como e/ou coletada e processada para produzir um produto de biomassa.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de fixação é seguida por uma ou mais etapas do processo em que produtos residuais e/ou impurezas ou contaminantes são removidos de uma corrente de processo produzida durante a etapa de reação quimi- ossintética de fixação de carbono e eliminados.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que os microrganismos quimioautotróficos incluem um ou mais dentre os seguintes: Acetoanaerobium sp.; Acetobacterium sp.; Acetoge- nium sp.; Achromobacter sp.; Acidianus sp.; Acinetobacter sp.; Actinomadura sp.; Ae- romonas sp.; Alcaligenes sp.; Alcaliqenes sp.; Arcobacter sp.; Aureobacterium sp.; Bacillus sp.; Beggiatoa sp.; Butyribacterium sp.; Carboxydothermus sp.; Clostridium sp.; Comamonas sp.; Dehalobacter sp.; Dehalococcoide sp.; Dehalospirillum sp.; De-sulfobacterium sp.; Desulfomonile sp.; Desulfotomaculum sp.; Desulfovibrio sp.; De- sulfurosarcina sp.; Ectothiorhodospira sp.; Enterobacter sp.; Eubacterium sp.; Ferro- plasma sp.; Halothibacillus sp.; Hydrogenobacter sp.; Hydrogenomonas sp.; Leptospi- rillum sp.; Metallosphaera sp.; Methanobacterium sp.; Methanobrevibacter sp.; Metha- nococcus sp.; Methanosarcina sp.; Micrococcus sp.; Nitrobacter sp.; Nitrosococcus sp.; Nitrosolobus sp.; Nitrosomonas sp.; Nitrosospira sp.; Nitrosovibrio sp.; Nitrospina sp.; Oleomonas sp.; Paracoccus sp.; Peptostreptococcus sp.; Planctomycetes sp.; Pseudomonas sp.; Ralstonia sp.; Rhodobacter sp.; Rhodococcus sp.; Rhodocyclus sp.; Rhodomicrobium sp.; Rhodopseudomonas sp.; Rhodospirillum sp.; Shewanella sp.; Streptomyces sp.; Sulfobacillus sp.; Sulfolobus sp.; Thiobacillus sp.; Thiomicros- pira sp.; Thioploca sp.; Thiosphaera sp.; Thiothrix sp.; oxidantes de enxofre; oxidantes de hidrogênio; oxidantes de ferro; acetogênios; e metanogênios; quimioautotróficos nativos para pelo menos uma dentre fontes hidrotérmicas, fontes geotérmicas, fontes de calor, nascentes frias, aquíferos subterrâneos, lagos de sal, formações salinas, minas, drenagem ácida de mina, resíduos de minas, poços de petróleo, águas residuais de refinaria, camadas de carvão, sub-superfície profunda; estações de tratamento de esgoto e águas residuais; estações de energia geotérmica, campos de sulfatara, e solos; e extremófilos selecionados de um ou mais dentre termófilos, hipertermófilos, acidófilos, halófilos, e psicrófilos.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma reação quimiossintética de fixação de carbono é realizada por microrganismos quimioautotróficos que foram me-lhorados, otimizados ou engenheirados para a fixação de dióxido de carbono e a pro-dução de compostos orgânicos por meio dos métodos incluindo um ou mais dentre os seguintes: mutagênese acelerada, modificação ou engenharia genética, hibridização, biologia sintética e reprodução seletiva tradicional.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que as culturas dos ditos microrganismos quimioau- totróficos são mantidas no meio, em que o meio compreende e/ou é formado pelo menos em parte por um aparelho de cultura microbiana selecionado dentre: reatores de transporte aéreo; colunas de purificação biológica; um biorreator; uma coluna de bolhas; um reator de tanque agitado contínuo; um reator de leito expandidos, contra- corrente, de fluxo ascendente; um digestor; um sistema de biorremediação ou trata-mento de águas residuais e/ou esgoto; um ou mais filtros selecionados dentre filtros de aeração, filtros biológicos de contato rotativo, discos rotativos, e filtros de solo; um reator de leito fluidizado; um fermentador de sustentação de gás; um reator de célula imobilizada; um reator de biofilme de membrana; um reator de leito empacotado, um reator de fluxo em pistão, um reator de leito gotejante (trinckel-bed); um biorreator de eixo vertical; ou um meio selecionado dentre: um poço de mina; um tanque; um mis-turador estático, uma cuba, um poço; uma caverna, uma gruta, uma cisterna, uma lagoa, um lago, uma piscina, uma pedreira, um reservatório e uma torre.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL207932B1 (pl) 1999-03-11 2011-02-28 Zeachem Inc Sposób wytwarzania etanolu
MX306561B (es) * 2004-01-29 2013-01-09 Zeachem Inc Recuperacion de acidos organicos.
US7024800B2 (en) 2004-07-19 2006-04-11 Earthrenew, Inc. Process and system for drying and heat treating materials
US8262776B2 (en) * 2006-10-13 2012-09-11 General Atomics Photosynthetic carbon dioxide sequestration and pollution abatement
EP2121946A4 (en) * 2007-02-09 2012-08-29 Zeachem Inc ENERGY-EFFICIENT METHOD FOR MANUFACTURING PRODUCTS
MX2010008587A (es) * 2008-02-07 2010-09-28 Zeachem Inc Produccion indirecta de butanol y hexanol.
NZ588804A (en) * 2008-05-07 2012-03-30 Zeachem Inc Recovery of organic acids
US9879290B2 (en) 2008-11-06 2018-01-30 Kiverdi, Inc. Industrial fatty acid engineering general system for modifying fatty acids
US20130149755A1 (en) 2008-11-06 2013-06-13 Kiverdi ,Inc. Use of oxyhydrogen microorganisms for non-photosynthetic carbon capture and conversion of inorganic and/or c1 carbon sources into useful organic compounds
US9096847B1 (en) 2010-02-25 2015-08-04 Oakbio, Inc. Methods for control, measurement and enhancement of target molecule production in bioelectric reactors
US8115047B2 (en) * 2009-04-01 2012-02-14 Earth Renewal Group, Llc Aqueous phase oxidation process
US8481800B2 (en) * 2009-04-01 2013-07-09 Earth Renewal Group, Llc Aqueous phase oxidation process
US9272936B2 (en) 2009-04-01 2016-03-01 Earth Renewal Group, Llc Waste treatment process
US8168847B2 (en) * 2009-04-01 2012-05-01 Earth Renewal Group, Llc Aqueous phase oxidation process
US7951988B2 (en) * 2009-04-01 2011-05-31 Earth Renewal Group, Llc Aqueous phase oxidation process
US7915474B2 (en) * 2009-04-01 2011-03-29 Earth Renewal Group, Llc Aqueous phase oxidation process
US20100330653A1 (en) * 2009-06-24 2010-12-30 Hazlebeck David A Method for Nutrient Pre-Loading of Microbial Cells
AU2010276503B2 (en) 2009-07-27 2015-03-26 The University Of Wyoming Research Corporation Biological clean fuel processing systems and methods
US8211309B2 (en) 2010-04-06 2012-07-03 Heliae Development, Llc Extraction of proteins by a two solvent method
US8211308B2 (en) 2010-04-06 2012-07-03 Heliae Development, Llc Extraction of polar lipids by a two solvent method
US8313648B2 (en) 2010-04-06 2012-11-20 Heliae Development, Llc Methods of and systems for producing biofuels from algal oil
US8475660B2 (en) 2010-04-06 2013-07-02 Heliae Development, Llc Extraction of polar lipids by a two solvent method
US8308951B1 (en) 2010-04-06 2012-11-13 Heliae Development, Llc Extraction of proteins by a two solvent method
US8273248B1 (en) 2010-04-06 2012-09-25 Heliae Development, Llc Extraction of neutral lipids by a two solvent method
US8202425B2 (en) 2010-04-06 2012-06-19 Heliae Development, Llc Extraction of neutral lipids by a two solvent method
US8115022B2 (en) 2010-04-06 2012-02-14 Heliae Development, Llc Methods of producing biofuels, chlorophylls and carotenoids
CA2793695A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-13 Heliae Development, Llc Selective extraction of proteins from freshwater algae
WO2011130407A1 (en) * 2010-04-13 2011-10-20 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods and systems for producing products using engineered ammonia oxidizing bacteria
EP2582817A4 (en) 2010-04-27 2016-07-06 Kiverdi Inc USE OF POOR GAS MICROORGANISMS FOR NON-PHOTOSYNTHETIC CARBON BONDING AND FOR THE CONVERSION OF INORGANIC AND / OR C1 CARBON SOURCES IN HELPFUL ORGANIC COMPOUNDS
UA117238C2 (uk) * 2010-05-24 2018-07-10 Ксілеко, Інк. Спосіб переробки целюлозної або лігноцелюлозної біомаси
US10123495B2 (en) 2010-06-16 2018-11-13 General Atomics Controlled system for supporting algae growth with adsorbed carbon dioxide
US20110318815A1 (en) * 2010-06-23 2011-12-29 Hazlebeck David A Method and System for Growing Microalgae in an Expanding Plug Flow Reactor
ES2562837T3 (es) 2010-10-04 2016-03-08 University Of Southern California Reciclado de dióxido de carbono mediante captura y almacenamiento temporal para producir combustibles renovables y productos derivados
WO2012058662A2 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods and systems for generating a source of carbon dioxide for consumption in an autotrophic bioreactor
US20120295342A1 (en) * 2010-11-18 2012-11-22 E. I. Du Pont De Nemours And Company Prevention of contamination of feed reservoirs & feed lines in bioreactor systems
US8973531B2 (en) * 2010-12-09 2015-03-10 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Automated continuous zooplankton culture system
US20120144887A1 (en) * 2010-12-13 2012-06-14 Accelergy Corporation Integrated Coal To Liquids Process And System With Co2 Mitigation Using Algal Biomass
WO2012116359A2 (en) * 2011-02-25 2012-08-30 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods and systems for producing products using engineered iron oxidizing bacteria
BR112013032436A2 (pt) * 2011-06-21 2019-09-24 Advanced Tech Materials Inc método para a recuperação de óxido de cobalto litiado de baterias de íon de lítio
US8541225B2 (en) 2011-07-25 2013-09-24 General Atomics System and method for using a pulse flow circulation for algae cultivation
US20130045514A1 (en) 2011-08-17 2013-02-21 Roberto Barbero Biologically Catalyzed Mineralization of Carbon Dioxide
CA2848574A1 (en) * 2011-09-12 2013-03-21 Oakbio Inc. Chemoautotrophic conversion of carbon oxides in industrial waste to biomass and chemical products
US9200236B2 (en) 2011-11-17 2015-12-01 Heliae Development, Llc Omega 7 rich compositions and methods of isolating omega 7 fatty acids
WO2013090769A2 (en) 2011-12-14 2013-06-20 Kiverdi, Inc. Method and apparatus for growing microbial cultures that require gaseous electron donors, electron acceptors, carbon sources, or other nutrients
US9745601B2 (en) 2012-02-16 2017-08-29 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods and systems for producing products using engineered sulfur oxidizing bacteria
WO2014039879A1 (en) 2012-09-06 2014-03-13 North Carolina State University Sequestration of carbon dioxide with hydrogen to useful products
US9856160B2 (en) * 2012-09-22 2018-01-02 Biottta Llc Biological two-stage contaminated water treatment system
US9580341B1 (en) 2012-09-22 2017-02-28 Biotta LLC Biological two-stage contaminated water treatment system and process
EA030665B1 (ru) * 2012-12-05 2018-09-28 Ланцатек Нью Зилэнд Лимитед Способ ферментации
US10376837B2 (en) 2013-03-14 2019-08-13 The University Of Wyoming Research Corporation Conversion of carbon dioxide utilizing chemoautotrophic microorganisms systems and methods
WO2014152830A1 (en) 2013-03-14 2014-09-25 The University Of Wyoming Research Corporation Methods and systems for biological coal-to-biofuels and bioproducts
US10913935B2 (en) * 2013-03-15 2021-02-09 The Regents Of The University Of California Modified bacterium useful for producing an organic molecule
CN103535272B (zh) * 2013-07-22 2015-08-26 北京林业大学 一种植物材料化学诱变处理装置
CN107075531B (zh) * 2013-10-17 2021-07-27 朗泽科技新西兰有限公司 改进的发酵中碳捕捉
WO2015200287A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-30 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods and systems for producing products using engineered iron oxidizing bacteria and copper metal
US20160067652A1 (en) * 2014-09-10 2016-03-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Nitrification-Enhanced Ammonia Scrubber for Animal Rearing Facilities
CN104445280B (zh) * 2014-11-20 2016-03-09 青海盐湖工业股份有限公司 一种钾肥生产中尾矿的固液处理系统及方法
AU2016233294B2 (en) * 2015-03-17 2019-03-28 Tetra Tech, Inc. A site remediation system and a method of remediating a site
EP3292208B1 (en) 2015-05-06 2020-08-19 Trelys, Inc. Compositions and methods for biological production of methionine
FI3411489T3 (fi) * 2016-02-01 2023-08-23 Lanzatech Nz Inc Integroitu fermentointi- ja elektrolyysiprosessi
CN105561742B (zh) * 2016-02-19 2018-06-08 天津大学 一种太阳能与地热能联合辅助二氧化碳捕集系统
CN105930658A (zh) * 2016-04-21 2016-09-07 中国石油大学(华东) 一种测定碳酸盐矿物形成温度的方法和装置
US10934562B2 (en) * 2016-05-23 2021-03-02 White Dog Labs, Inc. Integrated mixotrophic fermentation method
AU2017330155B2 (en) * 2016-09-26 2022-02-03 Sk Innovation Co., Ltd. Process of converting carbon dioxide using combination of carbon dioxide mineralization process and metabolism of sulfur-oxidizing microorganisms
KR102528342B1 (ko) * 2017-09-13 2023-05-03 에스케이이노베이션 주식회사 이산화탄소 및 금속함유 분진의 저감방법
CN108083431B (zh) * 2017-09-27 2021-01-26 大连大学 一种基于两级反应的污水生物除氮反应器
JP7033096B2 (ja) 2018-03-08 2022-03-09 インディアン オイル コーポレーション リミテッド 二酸化炭素を燃料前駆体に変換するためのバイオアシスト方法
CN111886345B (zh) * 2018-03-30 2023-09-15 英威达纺织（英国）有限公司 高氢气利用率和气体再循环
WO2019204029A1 (en) 2018-04-20 2019-10-24 Lanzatech, Inc. Intermittent electrolysis streams
CN108609800B (zh) * 2018-04-28 2024-03-05 江西金达莱环保股份有限公司 一种低cod废水的处理装置及工艺
WO2019213108A1 (en) 2018-05-02 2019-11-07 Invista Textiles (U.K.) Ltd. Methods for controlling limitation conditions in product biosynthesis for non-phb generating cupriavidus or ralstonia
US11999943B2 (en) 2018-05-02 2024-06-04 Inv Nylon Chemicals Americas, Llc Materials and methods for maximizing biosynthesis through alteration of pyruvate-acetyl-CoA-TCA balance in species of the genera ralstonia and cupriavidus and organisms related thereto
CN108677179B (zh) * 2018-06-30 2020-08-04 中国石油大学(华东) 铜箔电极的改性及其电催化还原co2反应方法
CN108902046A (zh) * 2018-09-10 2018-11-30 安徽省快乐农牧科技股份有限公司 一种优良生猪的培育方法
CN109971747B (zh) * 2019-02-19 2022-12-13 昆明理工大学 强化有机废物中重金属及抗生素快速去除的方法
CN109741965A (zh) * 2019-02-20 2019-05-10 西北师范大学 一种二硫化钼/生物质碳复合电极材料的制备方法
EP3715464B1 (en) * 2019-03-28 2021-05-05 DSM IP Assets B.V. Greenhouse gas improved fermentation
CN110616324A (zh) * 2019-04-11 2019-12-27 苏州重于山新材料科技有限公司 一种利用含银铅锌尾矿提取银及其废渣的利用方法
CN110358560B (zh) * 2019-07-22 2021-06-22 苏钰山 一种秸秆处理设备及工艺
CN110531441B (zh) * 2019-08-02 2020-09-01 广州海洋地质调查局 一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法及处理终端
JP2022547807A (ja) * 2019-08-21 2022-11-16 センビタ ファクトリー インク． 地下環境において有機化合物を製造する方法及びシステム
CN110452707A (zh) * 2019-08-26 2019-11-15 成都工业学院 一种土壤重金属污染修复剂及其制备方法和应用
CN110627187B (zh) * 2019-08-30 2021-07-09 山东大学 一种硫化改性零价铁复合材料的制备方法及应用
CN110529181A (zh) * 2019-09-05 2019-12-03 湖南科技大学 一种抑制矿井再生瓦斯源的方法
US11732209B2 (en) * 2019-10-30 2023-08-22 Gkn Driveline International Gmbh Grease composition
CN110734146A (zh) * 2019-11-18 2020-01-31 深圳市承亿生物科技有限公司 一种垃圾渗滤液处理方法
CN110747149B (zh) * 2019-12-03 2021-03-05 中国科学院烟台海岸带研究所 一株耐盐的产甲烷古菌及其应用
BR112022013249B1 (pt) * 2020-03-11 2023-03-14 Lanzatech, Inc Método para recuperar etanol de um caldo de fermentação, e, aparelho para separar etanol de um caldo de fermentação
CN111360039A (zh) * 2020-04-10 2020-07-03 叶秋实 一种垃圾处理装置及方法
GB2594454A (en) * 2020-04-24 2021-11-03 Deep Branch Biotechnology Ltd Method for producing biomass using hydrogen-oxidizing bacteria
KR102343773B1 (ko) * 2020-04-27 2021-12-28 한국지역난방공사 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템
WO2021242748A1 (en) * 2020-05-27 2021-12-02 Sammy Johann Q Photolytic bioreactor system and method
CN111614089B (zh) * 2020-06-15 2021-10-01 东北电力大学 一种基于模型预测控制的电氢耦合系统功率调控方法
CN111607402B (zh) * 2020-06-29 2022-03-08 浙江亲水园生物科技有限公司 一种利用高氨氮废水制备土壤改良剂的方法及应用
CN111883753B (zh) * 2020-07-16 2021-11-09 上海鼎瀛信息科技有限公司 一种分级壳核结构的MoS2-C复合多孔微球的负极活性材料
CN112892224B (zh) * 2021-01-15 2022-05-13 东华大学 一种MoS2/CNT复合膜的制备方法和应用
CN113023684B (zh) * 2021-03-09 2022-09-13 山东大学 一种炭/铁硫化物催化还原高硫烟气制备硫磺的系统和方法
US20220325227A1 (en) * 2021-04-09 2022-10-13 Lanzatech, Inc. Integrated fermentation and electrolysis process for improving carbon capture efficiency
WO2022245844A1 (en) * 2021-05-17 2022-11-24 Kiverdi Inc. High productivity bioprocesses for the massively scalable and ultra-high throughput conversion of co2 into valuable products
CN113187450B (zh) * 2021-06-11 2023-03-31 中国石油大学(北京) 一种co2电还原埋存与采油方法
KR20230020183A (ko) * 2021-08-03 2023-02-10 에스케이이노베이션 주식회사 혐기발효공정에서의 질소와 황 자원을 회수하는 방법
WO2023034554A1 (en) * 2021-09-02 2023-03-09 Locus Solutions Ipco, Llc Methods for producing reduced carbon footprint biofuels
CN113788461B (zh) * 2021-09-17 2023-03-10 中国海洋大学 一种生物矿化的微反应器调控固态合成纳米材料及其储钾器件的应用
CN113817781B (zh) * 2021-09-30 2024-03-26 内蒙古科技大学 一种稀土助剂及其制备方法
IL312196A (en) * 2021-10-18 2024-06-01 Project Vesta Pbc Carbon removing sand and a method and process for its design, manufacture and use
CN113946981B (zh) * 2021-11-17 2023-06-20 国网四川省电力公司电力科学研究院 一种水电制氢负荷接入电网的选址定容方法及系统
CN114277259A (zh) * 2021-12-14 2022-04-05 万宝矿产有限公司 一种调控次生硫化铜矿堆浸系统中溶液酸度的方法
CN114522525B (zh) * 2022-03-22 2023-02-24 深圳中科翎碳生物科技有限公司 处理工业尾气中二氧化碳捕集利用一体化系统及方法
US11986768B2 (en) * 2022-04-07 2024-05-21 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Agriculture System for removing ammonia, dust and pathogens from air within an animal rearing/sheltering facility
EP4296367A1 (en) 2022-06-24 2023-12-27 Arkeon GmbH Method for fermentatively producing norvaline
EP4296368A1 (en) 2022-06-24 2023-12-27 Arkeon GmbH Method for producing amino acids with methanogenic microorganisms in a bioreactor
EP4296354A1 (en) 2022-06-24 2023-12-27 Arkeon GmbH Method for producing amino acids in a bioreactor with methanogenic microorganisms
EP4296369A1 (en) 2022-06-24 2023-12-27 Arkeon GmbH Method for producing amino acids in a bioreactor
CN115637239A (zh) * 2022-09-28 2023-01-24 中南大学 硫化亚铁奥奈达希瓦氏菌杂化体系及其制备与固碳方法
CN117555491B (zh) * 2024-01-11 2024-03-15 武汉麓谷科技有限公司 一种实现zns固态硬盘加密功能的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008128331A1 (en) * 2007-04-18 2008-10-30 University Technologies International Inc. Process for sequestering carbon dioxide

Also Published As

Publication number Publication date
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