BR112013013407B1 - processo para aumentar a densidade celular em fermentação microbiana de substrato gasoso compreendendo hidrogênio - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR UM OU MAIS ALCOÓIS A PARTIR DE SUBSTRATO GASOSO. A presente divulgação fornece métodos de fermentação de substrato gasoso compreendendo: adicionar substrato gasoso em um meio aquoso em um biorreator. Os métodos da presente divulgação compreendem: medir densidade celular; ajustar entrada de substrato gasoso para aumentar a densidade celular, mudar a absorção de hidrogênio.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

[001] A presente descrição está geralmente voltada ao método de fermentação de um substrato gasoso compreendendo hidrogênio. A presente descrição está especificamente voltada ao método de fermentação de um substrato gasoso compreendendo hidrogênio para produzir um ou mais álcoois.

ANTECEDENTES

[002] Têm sido demonstrados métodos para produzir produtos químicos tais como ácidos orgânicos, por exemplo, ácido acético e álcoois, por exemplo, etanol de fermentação microbiana de substratos gasosos compreendendo monóxido de carbono e hidrogênio em meios contendo nutrientes adequados e minerais traços usando certos microrganismos, tais como aqueles do gênero Clostridium. Por exemplo, a Patente US 5.173.429, de Gaddy e outros, descreve Clostridium ljungdahlii ATCC No. 49587, um microrganismo anaeróbico que produz etanol e acetato de gás de síntese. A Patente US 5.807.722 de Gaddy e outros descreve um método e mecanismo para converter gases residuais em produtos úteis tais como ácidos orgânicos e álcoois usando bactérias anaeróbicas, tais como Clostridium ljungdahlii ATCC No. 55380. Patente US 6.136.577 de Gaddy e outros descreve um método e mecanismo para converter gases residuais em produtos úteis tais como ácidos orgânicos e álcoois (particularmente etanol) usando bactérias anaeróbicas, tais como Clostridium ljungdahlii ATCC Nos. 55988 e 55989.

[003] O Pedido de Patente US 20070275447 descreve uma espécie bacteriana Clostridium [Clostridium carboxidivorans, ATCC BAA-624, “P7”) que é capaz de sintetizar, de gases residuais, produtos que são úteis como biocombustível. A Patente US 7.704.723 descreve uma espécie bacteriana Clostridium {Clostridium ragsdalei, ATCC BAA-622, “Pl l”) que é capaz de sintetizar, de gases residuais, produtos que são úteis como biocombustível.

[004] WO 2007/117157 descreve uso de Clostridium autoethanogenum (No. de Acessão DSM 10061, DSMZ, Alemanha) para a produção de etanol por fermentação anaeróbica de substratos contendo monóxido de carbono. WO 2009/064200 descreve outras bactérias {Clostridium autoethanogenum, No. de Acessão DSM 19630, DSMZ, Alemanha) para a produção de etanol por fermentação anaeróbica de substratos contendo monóxido de carbono.

[005] Como descrito na técnica, a taxa de produção de substâncias químicas tal como álcool depende da densidade de células microbianas (“densidade celular”) no meio de fermentação. A densidade celular adequadamente elevada no biorreator é requerida para obter e manter uma elevada taxa de produção de substâncias químicas.

[006] A Patente US 6.136.577 de Gaddy descreve um processo de produção de etanol em um processo de fermentação sendo que o reciclo celular é usado para aumentar a densidade celular.

[007] A Patente US 7.285.402 de Gaddy e outros descreve um processo de fermentação microbiana anaeróbica para a produção de álcool sendo que um método para aumentar a densidade celular é apresentado durante o início usando uma cultura de matéria-prima sendo que houve excesso de H2 presente.

[008] O início usando um inóculo de batelada de cultura de matéria-prima garante um inóculo saudável livre de contaminantes, porém, nem sempre é bem-sucedido como um procedimento de inoculação, por causa da densidade celular bastante baixa empregada, especialmente se os parâmetros do método tais como taxa de gás e taxa de agitação são empurrados muito rapidamente apenas após a inoculação.

[009] Atualmente, há uma necessidade na técnica para métodos melhorados aumentarem a densidade celular na fermentação microbiana de um substrato gasoso. A presente descrição fornece um método para aumentar a densidade celular em uma taxa mais rápida para métodos de fermentação microbiana de um substrato gasoso.

SUMÁRIO

[0010] A presente descrição proporciona um processo para a produção de um ou mais álcoois de um substrato gasoso, compreendendo: fermentar um substrato gasoso compreendendo um ou mais de hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO) em um meio aquoso em um biorreator; o referido processo compreendendo aumentar a densidade celular ajustando-se a captação de hidrogênio; sendo que o ajuste da captação de hidrogênio compreende medir a taxa de entrada de hidrogênio; medir a taxa de saída de hidrogênio; e ajustar a taxa de entrada de um ou mais de substrato gasoso e hidrogênio; sendo que o ajuste da captação de hidrogênio compreende fornecer o referido substrato gasoso tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio para taxa de entrada de substrato gasoso compreende uma primeira faixa pré-selecionada; sendo que o ajuste da captação de hidrogênio compreende fornecer o referido substrato gasoso tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio para taxa de entrada de hidrogênio compreende uma segunda faixa pré-selecionada; sendo que a referida primeira faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 1,0; sendo que a referida primeira faixa pré- selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,005 a cerca de 0,5; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,1; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 1,0; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,005 a cerca de 0,5; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,1; adicionalmente compreendendo a adição de um fluxo de meio aquoso no biorreator; remover um fluxo do caldo de fermentação do biorreator; adicionalmente compreendendo adicionar o fluxo contínuo do meio aquoso no biorreator; remover um fluxo contínuo do caldo de fermentação do biorreator; adicionalmente compreendendo aumentar a densidade celular controlando-se a taxa de alteração de captação de CO específica; sendo que o controle da taxa de alteração da captação de CO específica compreende medir a taxa de entrada de CO; medir a taxa de saída de CO; medir a massa celular; e ajustar a taxa de entrada de CO; sendo que a taxa de alteração de captação de CO específica compreende etapas predeterminadas de captação de CO específica; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 10,0 mmol/min/grama de célula seca; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 5,0 mmol/min/grama de célula seca; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,1 a cerca de 1,0 mmol/min/grama de célula seca; sendo que o referido meio aquoso compreende um ou mais do microrganismo incluindo: microrganismo biologicamente puro, microrganismo que ocorre naturalmente, microrganismo que não ocorre naturalmente, microrganismo que não ocorre naturalmente produzido por modificação genética, mutante de microrganismo que ocorre naturalmente, mutante de microrganismo que não ocorre naturalmente, microrganismo recombinante, microrganismo engenhado, microrganismo sintetizado artificialmente; sendo que o referido biorreator compreende um ou mais reatores; sendo que o referido biorreator compreende unidade de reciclo celular; sendo que o referido substrato contendo CO compreende hidrogênio; adicionalmente compreendendo adicionar meio de nutriente ao referido biorreator.

[0011] A presente descrição proporciona: um método de fermentação de substrato gasoso compreendendo: adicionar substrato gasoso compreendendo um ou mais de hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO) em um meio aquoso em um biorreator; o referido meio aquoso compreendendo um ou mais microrganismos; o referido método compreendendo aumentar a densidade celular ajustando-se a captação de hidrogênio; sendo que o ajuste da captação de hidrogênio compreende medir a taxa de entrada de hidrogênio; medir a taxa de saída de hidrogênio; e ajustar a taxa de entrada de um ou mais de substrato gasoso e hidrogênio; sendo que o ajuste da captação de hidrogênio compreende fornecer o referido substrato gasoso tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio para taxa de entrada de substrato gasoso compreende uma primeira faixa pré-selecionada.

[0012] Como modalidades da presente descrição: ajustar a captação de hidrogênio compreende fornecer o referido substrato gasoso tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio para taxa de entrada de hidrogênio compreenda uma segunda faixa pré-selecionada; sendo que a referida primeira faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 1,0.

[0013] Como modalidades da presente descrição: a referida primeira faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,005 a cerca de 0,5; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,1; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 1,0; sendo que a referida segunda faixa pré- selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,005 a cerca de 0,5; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,1.

[0014] Como uma modalidade da presente descrição, adicionar um fluxo de meio aquoso dentro do biorreator; remover um fluxo do caldo de fermentação do biorreator. Como uma modalidade, adicionar o fluxo contínuo de meio aquoso dentro do biorreator; remover um fluxo contínuo de caldo de fermentação do biorreator.

[0015] Como modalidades da presente descrição: aumentar a densidade celular controlando-se a taxa de alteração de captação de CO específica; sendo que o controle da taxa de alteração de captação de CO específica compreende medir a taxa de entrada de CO; medir a taxa de saída de CO; medir a massa celular; e ajustar a taxa de entrada de CO; sendo que a taxa de alteração de captação de CO específica compreende etapas predeterminadas de captação de CO específica; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 10,0 mmol/min/grama de célula seca; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 5,0 mmol/min/grama de célula seca; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,1 a cerca de 1,0 mmol/min/grama de célula seca.

[0016] Como uma modalidade, o referido microrganismo da presente descrição compreende um ou mais dos microrganismos incluindo: microrganismo biologicamente puro, microrganismo que ocorre naturalmente, microrganismo que não ocorre naturalmente, microrganismo que não ocorre naturalmente produzido por modificação genética, mutante de microrganismo que ocorre naturalmente, mutante de microrganismo que não ocorre naturalmente, microrganismo recombinante, microrganismo engenhado, microrganismo sintetizado artificialmente; sendo que os referidos microrganismos compreendem a seleção de Acetógenoium kivui, Acetobacterium woodii, Acetoanaerobium noterae, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hidrogêniooformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium autoethanogenum (DSM 23693,), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemanha), Clostridium thermoaceticum, Eubacterium limosum, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium ultunense, Clostridium ragsdali Pll (ATCC BAA-622), Alkalibaculum bacchi CPU (ATCC BAA- 1772), Clostridium coskatii, Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA- 7827), Geobacter sulfurreducens, Morrella thermacetica, Peptostreptococcus productus, Clostridium drakei, microrganismo recombinante DSM 24138 e misturas dos mesmos; sendo que o referido microrganismo compreende uma ou mais cepas de Clostridium ljundahlii, ou uma ou mais cepas de Clostridium ragsdalei, ou uma ou mais cepas de Clostridium carboxidivorans, ou uma ou mais cepas de Clostridium autoethanogenum; sendo que o referido microrganismo compreende um ou mais microrganismo geneticamente modificado produzido por inserção de um ou mais genes selecionados no organismo hospedeiro selecionado de qualquer cepa de Clostridium ljundahlii, ou qualquer cepa de Clostridium ragsdalei, ou qualquer cepa de Clostridium carboxidivorans, ou qualquer cepa de Clostridium autoethanogenum; sendo que o referido microrganismo compreende um ou mais microrganismos geneticamente modificados produzidos por inserção em qualquer organismo hospedeiro de um ou mais genes de qualquer cepa de Clostridium ljundahlii, ou qualquer cepa de Clostridium ragsdalei ou qualquer cepa de Clostridium carboxidivorans ou qualquer cepa de Clostridium autoethanogenum.

[0017] Como modalidades da presente descrição: o referido biorreator compreende um ou mais reatores; sendo que o referido biorreator compreende unidade de reciclo celular.

[0018] Como uma modalidade da presente descrição, o referido substrato contendo CO compreende hidrogênio.

[0019] Como uma modalidade da presente descrição, o método compreende adicionar meio de nutriente ao referido biorreator.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0020] A FIG. 1 compreende um diagrama esquemático ilustrando uma modalidade do processo de fermentação microbiana de um substrato gasoso.

DEFINIÇÕES:

[0021] A menos que de outro modo definido, os seguintes termos, quando usados no presente Relatório Descritivo, são definidos como segue e podem incluir a forma singular ou plural de definições abaixo definida:

[0022] O termo “cerca de” modificando qualquer quantidade se refere à variação naquela quantidade encontrada em condições mundiais reais de sustentação de cultura de microrganismo, por exemplo, no laboratório, usina piloto, ou equipamento de produção. Por exemplo, uma quantidade de um ingrediente ou medição empregada em uma mistura ou quantidade quando modificada por “cerca de” inclui a variação e grau de cuidado tipicamente empregado na medição em uma condição experimental no laboratório ou usina de produção. Por exemplo, a quantidade de um componente de um produto quando modificada por “cerca de” inclui a variação entre bateladas em múltiplos experimentos na usina ou laboratório e a variação inerente no método analítico. Se ou não modificado por “cerca de”, as quantidades incluem equivalentes àquelas quantidades. Qualquer quantidade declarada aqui e modificada por “cerca de” também pode ser empregada na presente descrição como a quantidade não modificada por “cerca de”.

[0023] O termo “acetógeno” ou “acetogênico” refere-se a uma bactéria que gera acetato como produto da respiração anaeróbica. Esses organismos são também referidos como bactérias acetogênicas, uma vez que todos os acetógenos conhecidos são bactérias. Os acetógenos são encontrados em uma variedade de habitats, geralmente aqueles que são anaeróbicos (falta de oxigênio). Os acetógenos podem usar uma variedade de compostos como fontes de energia e carbono; a forma melhor estudada de metabolismo acetogênico pode usar dióxido de carbono como uma fonte de carbono e hidrogênio como uma fonte de energia.

[0024] Os termos “biorreator”, “reator” ou “biorreator de fermentação” incluem um dispositivo de fermentação consistindo em um ou mais recipientes e/ou torres ou disposição de tubulação, que inclui o Reator de Tanque Agitado Contínuo (CSTR), Coluna de bolhas, Fermentador de Elevação de Gás, Misturador Estático, ou outro dispositivo adequado para contato de gás-líquido. Para o método desta descrição, o biorreator de fermentação pode compreender um reator de crescimento que alimenta o caldo de fermentação para um segundo biorreator de fermentação, no qual a maioria do produto, etanol, é produzida.

[0025] O termo “densidade celular” significa massa de células de microrganismo por volume de unidade de caldo de fermentação, por exemplo, g/litro.

[0026] O termo “reciclo celular” ou “sistema de reciclo celular” ou “crs” ou “CRS” significa a disposição da separação do líquido (permeado) de células de microrganismo sólido em um caldo de fermentação e retornando toda ou parte das referidas células separadas de microrganismo sólido de volta para o fermentador que produziu o referido caldo de fermentação usando o referido microrganismo. Geralmente um dispositivo de filtração é usado para realizar a referida separação. Uma corrente de microrganismo sólido livre de corrente de permeado e uma corrente de microrganismo sólido concentrado é produzida do dispositivo de filtração. A corrente de permeado livre de sólido pode conter partículas sólidas menores do que um tamanho de partícula especificado.

[0027] O termo “conversão” significa uma fração de quantidade de entrada que é convertida no(s) produto(s); isto é designado na seguinte equação: (quantidade de entrada - quantidade de saída)/(quantidade de entrada).

[0028] O termo “produtividade de etanol” significa quantidade de etanol produzido por unidade de volume de fermentador por dia. O volume do fermentador é o volume eficaz ou volume líquido no fermentador.

[0029] O termo “fermentação” significa a fermentação de CO para álcoois e acetato. Vários microrganismos são conhecidos por serem capazes de realizar a fermentação de CO para álcoois, incluindo butanol e etanol, e ácido acético, e são adequados para uso no processo da presente descrição. Os exemplos de tais microrganismos que são adequados para uso na descrição incluem aqueles do gênero Clostridium, tais como as cepas de Clostridium ljungdahlii, incluindo aquelas descritas em WO 2000/68407, EP 117309, Patentes US 5.173.429, 5.593.886, e 6.368.819, WO 1998/00558 e WO 2002/08438, as cepas de Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 e DSM 19630 de DSMZ, Alemanha) incluindo aquelas descritas em WO 2007/117157 & WO 2009/151342 e Clostridium ragsdalei (P11, ATCC BAA-622) incluindo aqueles descritos respectivamente na Patente US 7.704.723 e “Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas”, Hasan Atiyeh, apresentado em Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, 29 de abril de 2010 e Clostridium carboxidivorans (ATCC BAA-624) descrito no Pedido de Patente US 20070275447. Outros microrganismos adequados incluem aqueles do gênero Moorella, incluindo Moorella sp HUC22-1, e aqueles do gênero Carboxydothermus. A descrição de cada dessas publicações está completamente incorporada aqui por referência. Além disso, outros microrganismos podem ser selecionados para uso no processo da descrição por uma pessoa de experiência na técnica. Também será apreciado que uma cultura misturada de dois ou mais microrganismos possa ser usada no processo da presente descrição. Um microrganismo adequado para uso na presente descrição é Clostridium autoethanogenum. A fermentação pode ser realizada em qualquer biorreator adequado, tal como um reator de tanque agitado contínuo (CTSR), um reator de coluna de bolha (BCR) ou um reator de leito de escoamento (TBR). Além disso, em algumas modalidades preferidas da descrição, o biorreator pode compreender um primeiro reator de crescimento no qual os microrganismos são cultivados, e um segundo reator de fermentação, ao qual o caldo de fermentação do reator de crescimento é alimentado e no qual a maioria do produto de fermentação (etanol e acetato) é produzida.

[0030] O termo “caldo de fermentação” significa: a composição do meio de fermentação compreende qualquer coisa que termine no caldo de fermentação incluindo: substratos brutos, produtos de fermentação, microrganismo(s) e componentes derivados, aditivos químicos, nutrientes, gases. Todas as três fases principais; sólida, líquida e gases estão presentes no caldo de fermentação e suas possíveis interações.

[0031] O termo “gene” significa um segmento de DNA; pode incluir regiões precedendo e seguintes a codificação de DNA bem como íntrons entre os exons; pode ser uma unidade de hereditariedade; nesta descrição o termo “gene” inclui um segmento de DNA que contribui com o fenótipo/função; os segmentos de DNA que as células transcrevem em RNA e transladam, pelo menos em parte, em proteínas; uma sequência (uma série) de bases feitas de combinações de A, T, C, e G. Geralmente, como fornecido nesta descrição, a definição pode se referir ao significado singular ou plural.

[0032] O termo “microrganismo” ou “micróbio” inclui microrganismo, fungos, levedura, arqueas e protistas; plantas microscópicas (chamadas algas verdes); e animais tal como plâncton, a planária e a ameba. Alguns também incluem vírus, porém, outros consideram esses como não vivos. Os microrganismos vivem em todas as partes da bioesfera onde há água líquida, incluindo solo, nascentes de água quente, no fundo do oceano, na alta atmosfera e na profundidade das rochas na crosta Terrestre. Os microrganismos são críticos para a reciclagem de nutrientes nos ecossistemas uma vez que eles agem como decompositores. Os micróbios são também explorados por pessoas na biotecnologia, na preparação tanto de comida tradicional quanto de bebidas, e em tecnologias modernas com base em engenharia genética. Previu-se que microrganismos de cepas misturadas, que podem ou não conter cepas de vários microrganismos, serão utilizados na presente descrição. Além disso, é previsto que a evolução direcionada pode seletivamente avaliar os microrganismos que podem ser utilizados na presente descrição. Além disso, é previsto que por mutagênese de cepas de microrganismos existentes tratando-os com várias substâncias químicas (para modificar seu DNA) pode criar microrganismos com desempenho superior. É também previsto que a tecnologia de DNA recombinante pode criar microrganismos usando seleção de cepas de microrganismos existentes. É previsto que microrganismos que são capazes de converter CO e água ou H2 e CO2 em produtos de etanol e ácido acético serão utilizados na presente descrição. Alguns exemplos de microrganismos úteis incluem Acetogenoium kivui, Acetobacterium woodii, Acetoanaerobium noterae, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hidrogêniooformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium autoethanogenum (DSM 23693;, Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemanha), Clostridium thermoaceticum, Eubacterium limosum, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium ultunense, Clostridium ragsdali Pll (ATCC BAA-622), Alkalibaculum bacchi CPU (ATCC BAA-1772), Clostridium coskatii, Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Geobacter sulfurreducens, Morrella thermacetica, Peptostreptococcus productus, Clostridium drakei, microrganismos recombinantes (OSM 24138J), e misturas dos mesmos. Outros microrganismos podem ser selecionados para uso nesses métodos por alguém de experiência na técnica. Geralmente, como fornecido nesta descrição, a definição pode se referir aos significados singular ou plural.

[0033] O termo “meio de nutriente” compreende meio de crescimento de microrganismo que pode conter um ou mais de vitaminas e minerais que permitem o crescimento de microrganismos selecionados. Os componentes de uma variedade de meios de nutrientes adequados para o uso desta invenção são conhecidos e reportados nas publicações anteriores tal como Pedido de Patente Internacional No. WO 2008/00558, Patente US 7.285.402, Patente US 5.807.722; Patente US 5.593.886, e Patente US 5.821.111.

[0034] O termo “captação específica de CO” significa a quantidade de CO em m-moles consumida por massa de unidade de células de microrganismo (g) por unidade de tempo em min, isto é m-mole/g/min.

[0035] O termo “substrato” significa uma substância que é atendida por uma enzima ou microrganismo para produzir o produto de fermentação. Por exemplo, açúcar em fermentação de açúcar por enzimas para produzir etanol, um ou mais de CO, CO2 e H2 em fermentação de gás de síntese por microrganismo para produzir um ou mais de ácido carboxílico e álcool.

[0036] O termo “gás de síntese” ou “gás de síntese” significa gás de síntese que é o nome dado a uma mistura de gás que contém quantidades variadas de monóxido de carbono e hidrogênio. Os exemplos de métodos de produção incluem reforma de vapor de gás natural ou hidrocarbonetos para produzir hidrogênio, a gasificação de carvão e em alguns tipos de equipamentos de gaseificação de resíduos de energia. O nome vem de seu uso como intermediários na criação de gás natural sintético (SNG) e para produzir amônia ou metanol. Gás de síntese é também usado como intermediário na produção de petróleo sintético para uso como um combustível ou, lubrificante através de síntese de Fischer-Tropsch e previamente o metanol Mobil para o processo de gasolina. Gás de síntese consiste principalmente em hidrogênio, monóxido de carbono, e muito frequentemente um pouco de dióxido de carbono.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0037] A presente descrição proporciona: um método de fermentação de substrato gasoso compreendendo: adicionar substrato gasoso compreendendo um ou mais de hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO) em um meio aquoso em um biorreator; o referido meio aquoso compreendendo um ou mais microrganismos; o referido método compreendendo aumentar a densidade celular ajustando-se a captação de hidrogênio; sendo que o ajuste da captação de hidrogênio compreende medir a taxa de entrada de hidrogênio; medir a taxa de saída de hidrogênio; e ajustar a taxa de entrada de um ou mais de substrato gasoso e hidrogênio; sendo que o ajuste da captação de hidrogênio compreende fornecer o referido substrato gasoso de tal modo que a relação molar da referida captação de hidrogênio para taxa de entrada de substrato gasoso compreende uma primeira faixa pré- selecionada.

[0038] Como as modalidades da presente descrição: o ajuste da captação de hidrogênio compreende fornecer o referido substrato gasoso de tal modo que a relação molar da referida captação de hidrogênio para taxa de entrada de hidrogênio compreende uma segunda faixa pré- selecionada; sendo que a referida primeira faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 1,0.

[0039] Como as modalidades da presente descrição: a referida primeira faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,005 a cerca de 0.5; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,1; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 1,0; sendo que a referida segunda faixa pré- selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,005 a cerca de 0,5; sendo que a referida segunda faixa pré-selecionada compreende uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,1.

[0040] Como uma modalidade da presente descrição, adicionar um fluxo de meio aquoso no biorreator; remover um fluxo de caldo de fermentação do biorreator. Como uma modalidade, adicionar o fluxo contínuo de meio aquoso no biorreator; remover um fluxo contínuo de caldo de fermentação do biorreator.

[0041] Como as modalidades da presente descrição: aumentar a densidade celular controlando-se a taxa de alteração de captação de CO específica; sendo que o controle da taxa de alteração de captação de CO específica compreende medir a taxa de entrada de CO; medir a taxa de saída de CO; medir a massa celular; e ajustar a taxa de entrada de CO; sendo que a taxa de alteração de captação de CO específica compreende etapas predeterminadas de captação de CO específica; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 10,0 mmol/min/grama de célula seca; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 5,0 mmol/min/grama de célula seca; sendo que as referidas etapas predeterminadas de captação de CO específica compreendem uma faixa de cerca de 0,1 a cerca de 1,0 mmol/min/ grama de célula seca.

[0042] A presente descrição fornece um método contínuo para produzir uma mistura de produto de álcool compreendendo: adicionar substrato gasoso compreendendo monóxido de carbono em um meio aquoso em um biorreator; o referido meio aquoso compreendendo um ou mais microrganismos; o referido método compreendendo medir a captação de hidrogênio total; fornecer o referido substrato gasoso a uma taxa de fluxo de tal modo que a relação molar da referida captação de hidrogênio total para quantidade fornecida do referido substrato gasoso compreenda uma faixa pré-selecionada de cerca de 0,001 a cerca de 1,0; compreendendo ainda adicionar fluxo contínuo de meio aquoso no biorreator; remover um fluxo contínuo de caldo de fermentação do biorreator.

[0043] A presente descrição fornece um método contínuo da produção de uma mistura de produto de álcool compreendendo: adicionar substrato gasoso compreendendo monóxido de carbono em um meio aquoso em um biorreator; o referido meio aquoso compreendendo um ou mais microrganismos; o referido método compreendendo medir a captação de hidrogênio total; fornecer o referido substrato gasoso a uma taxa de fluxo tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio total para quantidade fornecida do referido substrato gasoso compreenda uma faixa pré-selecionada de cerca de 0,001 a cerca de 1,0; adicionalmente compreendendo: medir a densidade celular; ajustar a entrada do substrato gasoso para aumentar a densidade celular; alterar a captação de CO específica em quantidades predeterminadas em uma faixa de cerca de 0,001 a cerca de 10,0 mmol/min/grama de célula seca; compreendendo, além disso, adicionar fluxo contínuo de meio aquoso no biorreator; remover um fluxo contínuo de caldo de fermentação do biorreator.

[0044] A presente descrição fornece um método contínuo para a produção de uma mistura de produto de álcool compreendendo: adicionar substrato gasoso compreendendo monóxido de carbono em um meio aquoso em um biorreator; compreendendo o referido meio aquoso um ou mais microrganismos; medir a captação de hidrogênio total e fornecer o referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio a uma taxa de fluxo tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio total para quantidade fornecida do referido hidrogênio no referido substrato gasoso mantido na faixa pré-selecionada; adicionalmente compreendendo adicionar o fluxo contínuo de meio aquoso no biorreator; remover um fluxo contínuo de caldo de fermentação do biorreator.

[0045] A presente descrição fornece um método contínuo para produzir uma mistura de produto de álcool compreendendo: adicionar substrato gasoso compreendendo monóxido de carbono em um meio aquoso em um biorreator; o referido meio aquoso compreendendo um ou mais microrganismos; medir a massa celular e captação de hidrogênio específica e fornecer o referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio a uma taxa de fluxo tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio específica para quantidade fornecida do referido substrato gasoso por unidade de massa celular mantida na faixa pré-selecionada; adicionalmente compreendendo adicionar fluxo contínuo de meio aquoso no biorreator; remover um fluxo contínuo de caldo de fermentação do biorreator.

[0046] A presente descrição fornece um método contínuo para produzir uma mistura de produto de álcool compreendendo: adicionar substrato gasoso compreendendo monóxido de carbono em um meio aquoso em um biorreator; o referido meio aquoso compreendendo um ou mais microrganismos; medir a massa celular e captação de hidrogênio específica e fornecer o referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio a uma taxa de fluxo tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio específica para quantidade fornecida do referido hidrogênio no referido substrato gasoso por unidade de massa celular mantida na faixa pré-selecionada; adicionalmente compreendendo adicionar o fluxo contínuo do meio aquoso no biorreator; remover um fluxo contínuo do caldo de fermentação do biorreator.

[0047] Como as modalidades da presente descrição: o referido microrganismo compreende uma ou mais bactérias anaeróbicas biologicamente puras; sendo que o referido microrganismo compreende uma ou mais bactérias acetogênicas anaeróbicas de ocorrência natural; sendo que o referido microrganismo compreende um ou mais bactérias acetogênicas anaeróbicas de ocorrência não natural; sendo que o referido microrganismo compreende uma ou mais bactérias acetogênicas anaeróbicas de ocorrência não natural produzidas por modificação genética usando bactérias acetogênicas anaeróbicas como organismo hospedeiro; sendo que o referido microrganismo compreende uma ou mais bactérias acetogênicas anaeróbicas de ocorrência não natural produzidas por inserção de genes de bactérias acetogênicas anaeróbicas em um organismo hospedeiro; sendo que o referido microrganismo compreende uma ou mais bactérias selecionadas de Acetogenoium kivi, Acetobacterium woodii, Acetoanaerobium noterae, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hidrogenformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium autoethanogenum (DSM 23693), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemanha), Clostridium thermoaceticum, Eubacterium limosum, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERJ2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium ultunense, Clostridium ragsdali Pll (ATCC BAA-622), Alkalibaculum bacchi CPU (ATCC BAA- 1772), Clostridium coskatii, Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Geobacter sulfurreducens, Morrella thermacetica, Peptostreptococcus productus, Clostridium drakei, microrganismo recombinante (DSM 24138J, e misturas dos mesmos; sendo que o referido microrganismo compreende uma ou mais cepas de Clostridium Ijundahlii, ou uma ou mais cepas de Clostridium ragsdalei, ou uma ou mais cepas de Clostridium carboxidivorans, ou uma ou mais cepas de Clostridium autoethanogenum; sendo que o referido microrganismo compreende um ou mais microrganismos geneticamente modificados produzidos por inserção de um ou mais genes selecionados no organismo hospedeiro selecionado de qualquer cepa de Clostridium ljundahlii, ou qualquer cepa de Clostridium ragsdalei, ou qualquer cepa de Clostridium carboxidivorans, ou qualquer cepa de Clostridium autoethanogenum; sendo que o referido microrganismo compreende um ou mais microrganismos geneticamente modificados produzidos por inserção em qualquer organismo hospedeiro um ou mais genes de qualquer cepa de Clostridium ljundahlii, ou qualquer cepa de Clostridium ragsdalei, ou qualquer cepa de Clostridium carboxidivorans, ou qualquer cepa de Clostridium autoethanogenum.

[0048] Como as modalidades da presente descrição: o referido biorreator compreende um ou mais reatores; sendo que o referido biorreator compreende unidade de reciclo celular.

[0049] Como uma modalidade da presente descrição, o referido substrato contendo CO compreende hidrogênio.

[0050] Como uma modalidade da presente descrição, o método compreende adicionar meio de nutriente ao referido biorreator.

[0051] A Figura 1 apresenta um processo para a produção de substância química tal como mistura de produto de álcool de um substrato gasoso compreendendo monóxido de carbono (CO) tal como gás de síntese por fermentação com microrganismo sendo que o processo compreende um biorreator (100) contendo caldo de fermentação compreendendo as referidas células de microrganismo e um meio de fermentação. Uma corrente gasosa compreendendo substrato gasoso compreendendo CO (101) pode ser alimentada no biorreator junto com uma corrente de meio de fermentação (102). Uma corrente de caldo de fermentação (110) compreendendo as referidas células de microrganismo e a referida substância química do produto pode ser removida do referido biorreator. Uma corrente do fermentador isento de gás (120) compreendendo a parte não usada da referida corrente gasosa compreendendo o substrato gasoso é ventilado do biorreator. Em uma modalidade a corrente do caldo fermentador (110) flui para um aparato de reciclo celular (200) sendo que as células são concentradas e retornadas (220) para o biorreator. Uma corrente de permeado (210) do referido aparato de reciclo celular está voltada para o processo de recuperação da referida substância química (não mostrado no diagrama). Em uma modalidade a corrente do caldo do fermentador (110) está voltada ao processo de recuperação da referida mistura de produto de álcool (não mostrado no diagrama).

[0052] Em uma modalidade, o biorreator (100) é equipado com um agitador (105) para fornecer agitação para facilitar o contato de corrente gasosa compreendendo substrato gasoso e realçar a transferência de massa do substrato gasoso com meio de fermentação líquido. É desejável ter boa taxa de transferência de massa e desse modo agitação adequada no biorreator durante todo o processo de fermentação.

[0053] Há disposições para coletar as amostras de corrente gasosa compreendendo substrato gasoso introduzido no biorreator (101) e gás de escape deixando o biorreator (120) (não mostrado na Figura 1). Há disposição para coletar as amostras de caldo de fermentação do biorreator (não mostrado na Figura 1). As referidas amostras de gás e líquido são coletadas em intervalos e analisadas quanto ao consumo ou produção de vários componentes do gás, produção de vários produtos e a densidade óptica do caldo de fermentação.

[0054] Esses valores medidos podem ser usados para calcular a captação de hidrogênio, captação de hidrogênio específica e captação de monóxido de carbono (CO) específica (SCU) e densidade celular no caldo de fermentação no biorreator usando as seguintes equações: Captação de CO, mmol/min = (mmol/min de entrada de CO) - (mmol/min de saída de CO) (1) Captação de H2, mmol/min = (mmol/min de entrada de H2) - (mmol/min de saída de H2) (2) Densidade celular, g/L=(Densidade óptica) • (Fator de diluição) ■ (constante de massa celular) (3) Massa celular, g = (Densidade celular) - (Volume do biorreator) (4) Captação de CO específica, mmol/min/g = (captação de CO)/(Massa celular) (5) Captação de H2 específica, mmol/min/g = (captação de H2)/(Massa celular) (6)

[0055] Densidade celular é a massa de célula por unidade de volume do caldo fermentador. O volume do biorreator é volume líquido no biorreator quando a agitação é desligada. A constante de massa celular é massa (g) de células secas de microrganismo por litro de caldo de fermentação com a densidade óptica de um (1). A densidade óptica (OD) é a medição da quantidade de luz absorvida por uma suspensão de células de microrganismo em um colorímetro ou espectrofotômetro. Os valores podem ser usados para medir a turbidez, que sucessivamente pode ser usada para estimar a massa ou número de células de microrganismo em uma solução ou caldo de fermentação. A densidade óptica de uma amostra é geralmente medida após a diluição do caldo fermentador com um solvente adequado tal como salina.

[0056] O microrganismo usado no método desta descrição pode compreender uma ou mais bactérias acetogênicas anaeróbicas biologicamente puras.

[0057] O microrganismo usado no método desta descrição pode compreender uma ou mais de bactérias acetogênicas anaeróbicas de ocorrência natural.

[0058] O microrganismo usado no método desta descrição pode compreender uma ou mais bactérias acetogênicas anaeróbicas de ocorrência não natural.

[0059] O microrganismo usado no método desta descrição pode compreender uma ou mais bactérias acetogênicas anaeróbicas de ocorrência não natural produzidas por modificação genética usando bactérias acetogênicas anaeróbicas como organismo hospedeiro.

[0060] O microrganismo usado no método desta descrição pode compreender uma ou mais de bactérias acetogênicas anaeróbicas de ocorrência não natural produzidas por inserção de genes de bactérias acetogênicas anaeróbicas em um organismo hospedeiro.

[0061] O microrganismo usado no método desta descrição pode compreender um ou mais microrganismos selecionados de Acetogenoium kivui, Acetobacterium woodii, Acetoanaerobium noterae, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hidrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium autoethanogenum (DSM 23693J, Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemanha), Clostridium thermoaceticum, Eubacterium limosum, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium ultunense, Clostridium ragsdali Pll (ATCC BAA-622), Alkalibaculum bacchi CPU (ATCC BAA- 1772), Clostridium coskatii, Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Geobacter sulfurreducens, Morrella thermacetica, Peptostreptococcus productus, Clostridium drakei, microrganismo recombinante (DSM 24138 e misturas dos mesmos).

[0062] Em uma modalidade, o microrganismo usado no método desta descrição compreende uma ou mais cepas de Clostridium ljundahlii, ou uma ou mais cepas de Clostridium ragsdalei, ou uma ou mais cepas de Clostridium carboxidivorans, ou uma ou mais cepas de Clostridium autoethanogenum.

[0063] Em uma modalidade, o microrganismo usado no método desta descrição compreende um ou mais microrganismos geneticamente modificados produzidos por inserção de um ou mais genes selecionados de dentro do organismo hospedeiro selecionado de qualquer cepa de Clostridium ljundahlii, ou qualquer cepa de Clostridium ragsdalei, ou qualquer cepa de Clostridium carboxidivorans, ou qualquer cepa de Clostridium autoethanogenum.

[0064] Em uma modalidade, o microrganismo usado no método desta descrição compreende um ou mais microrganismos geneticamente modificados produzidos por inserção em qualquer organismo hospedeiro um ou mais genes de qualquer cepa de Clostridium ljundahlii, ou qualquer cepa de Clostridium ragsdalei, ou qualquer cepa de Clostridium carboxidivorans, ou qualquer cepa de Clostridium autoethanogenum.

[0065] No método da presente descrição, a captação de hidrogênio específica é diminuída gradualmente para uma captação de hidrogênio específica desejável.

[0066] Em uma modalidade da presente descrição o método compreende medir a captação de hidrogênio total e fornecer o referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio a uma taxa de fluxo tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio total para quantidade fornecida do referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio seja mantida em uma faixa pré-selecionada.

[0067] Em uma modalidade a referida faixa pré-selecionada do valor da relação molar da referida captação de hidrogênio total para quantidade fornecida do referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio compreende uma faixa de cerca de 0,1% a cerca de 1,0%.

[0068] Em uma modalidade o método adicionalmente compreende fornecer um fluxo de meio de fermentação.

[0069] Em uma modalidade o método adicionalmente compreende usar o reciclo celular com uma remoção de permeado em uma faixa especificada de valor.

[0070] Em uma modalidade o referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio também compreende CO. Em uma modalidade, o método adicionalmente compreende medir a densidade celular e captação de CO específica e aumentar a densidade celular ajustando-se a entrada de substrato gasoso; sendo que a captação de CO específica é aumentada ou diminuída nas etapas de valor predeterminado.

[0071] Em uma modalidade o método adicionalmente compreende um sub-processo de medir a densidade celular e captação de CO específica e se a densidade celular for menor do que uma densidade celular alvo, a seleção de uma captação de CO específica alvo e o ajuste do fluxo da corrente gasosa compreendendo substrato gasoso tal que a captação de CO específica seja igual a referida captação de CO específica alvo, possam ser alcançados

[0072] Em uma modalidade, o referido sub-processo é repetido até que uma densidade celular desejada seja alcançada ou uma captação de CO específica desejada seja alcançada ou produtividade de etanol desejada seja alcançada ou concentração de etanol desejada no caldo de fermentação seja alcançada.

[0073] Uma modalidade do método da presente descrição compreende medir a captação de hidrogênio total e fornecer o referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio a uma taxa de fluxo tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio total para quantidade fornecida do referido hidrogênio no referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio seja mantida em uma faixa pré- selecionada.

[0074] Uma modalidade do método da presente descrição compreende medir a massa celular de microrganismo e captação de hidrogênio específica e fornecer o referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio a uma taxa de fluxo tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio específica para quantidade fornecida do referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio por unidade de massa celular de microrganismo seja mantida em uma faixa pré- selecionada.

[0075] Uma modalidade do método da presente descrição compreende medir a massa celular do microrganismo e captação de hidrogênio específica e fornecer o referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio a uma taxa de fluxo tal que a relação molar da referida captação de hidrogênio específica para quantidade fornecida do referido hidrogênio no referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio por unidade de massa celular do microrganismo seja mantida em uma faixa pré-selecionada.

[0076] A referida faixa pré-selecionada do valor da relação molar da referida captação de hidrogênio total para quantidade fornecida do referido hidrogênio no referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio compreende uma faixa de cerca de 0,1% a cerca de 1,0%.

[0077] A referida faixa pré-selecionada do valor da relação molar da referida captação de hidrogênio específica para quantidade fornecida do referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio por unidade de massa celular do microrganismo compreende uma faixa de cerca de 0,1% a cerca de 1,0%.

[0078] A referida faixa pré-selecionada do valor de relação molar da referida captação de hidrogênio específica para quantidade fornecida do referido hidrogênio no referido substrato gasoso compreendendo hidrogênio por unidade de massa celular do microrganismo compreende uma faixa de cerca de 0,1% a cerca de 1,0%.

[0079] O valor da referida captação de CO específica alvo pode compreender uma faixa de cerca de 0,1 a cerca de 10,0 mmol de CO por minuto por grama de microrganismo seco. O valor da referida captação de CO específica desejada pode compreender uma faixa de cerca de 0,1 a cerca de 10 mmol/min/g.

[0080] O valor da referida densidade celular alvo pode compreender uma faixa de cerca de 0,1 a cerca de 50 g/L. O valor da referida densidade celular desejada pode compreender uma faixa de 0,5 a 50 g/L.

[0081] O valor da referida produtividade de etanol desejada compreende uma faixa de 1 a 50 g/L/dia.

[0082] O valor da referida concentração de etanol desejada no caldo de fermentação compreende uma faixa de 1 a 20 g/L.

[0083] Tipicamente em um biorreator de escala de laboratório tal como o biorreator de New Brunswick Bioflow I, a velocidade do agitador na faixa de 300-900 revoluções por minuto (rpm) fornece agitação adequada para taxa de transferência de massa desejável. Em uma modalidade, é usada a velocidade do agitador na faixa de 500-700 rpm. Em uma modalidade, é usada a velocidade do agitador na faixa de 550650 rpm. Em uma modalidade, é usada a velocidade do agitador de cerca de 600 rpm.

[0084] Em uma modalidade, para um biorreator de grande escala tal como um biorreator de cerca de 100 a 500 litros, é usada a velocidade do agitador na faixa de cerca de 50 a cerca de 500 rpm para agitação. Em uma modalidade, para um biorreator de escala comercial de cerca de 100.000 a cerca de 1.000.000 litros, é usada a velocidade do agitador na faixa de cerca de 1 a cerca de 50 rpm para agitação. Em várias modalidades, um biorreator maior requer menor rpm comparado com um biorreator menor.

[0085] Como uma modalidade, a presente descrição fornece o controle da temperatura no biorreator na faixa de 25 a 50°C.

[0086] Em uma modalidade do método da presente descrição, o referido biorreator compreende um reator. Em uma modalidade do método da presente descrição, o referido biorreator compreende dois ou mais reatores.

[0087] Em uma modalidade do método da presente descrição, o referido biorreator compreende unidade de reciclo celular.

[0088] Em uma modalidade, a captação de hidrogênio para taxa de entrada de substrato gasoso muda para manter o crescimento ideal. Como outras modalidades, a composição de CO e H2 compreende 38% e 25%, respectivamente, no gás de entrada a relação molar alvejada desejada de captação de H2 para entrada de molécula de gás total compreende 11 a 14 (por exemplo, a primeira faixa pré-selecionada); sendo que a composição de CO e H2 compreende 30% e 15%, respectivamente, no gás de entrada a relação molar alvejada desejada de captação de H2 para entrada de molécula de gás total compreende de 3 a 4,5 (por exemplo, a segunda faixa pré-selecionada).

[0089] Em uma modalidade do método da presente descrição, a referida corrente gasosa compreendendo substrato gasoso compreendendo CO também compreende hidrogênio. Em uma modalidade, a referida corrente gasosa compreendendo substrato gasoso compreendendo CO compreende gás de síntese. Em uma modalidade, a referida corrente gasosa compreendendo substrato gasoso compreendendo CO compreende gás de escape de siderúrgica. Em uma modalidade, a referida corrente gasosa compreendendo substrato gasoso compreendendo CO compreende gás de síntese obtido por gaseificação de material carbonáceo compreendendo biomassa.

[0090] Em uma modalidade, um ou mais fermentadores de semente ou crescimento fornecem o suprimento inicial de inóculo de células de microrganismo. Em uma modalidade um ou mais fermentadores de crescimento ou semente continuam a fornecer células de microrganismo para o biorreator em conjunto com o método desta descrição. Em uma modalidade da presente descrição, o processo compreende reciclo celular.

[0091] O meio de nutriente compreende meio de crescimento de microrganismo que pode conter uma ou mais de vitaminas e minerais que permitem o crescimento de microrganismo selecionado. A Tabela 1 fornece uma modalidade de meio de nutriente como contemplado pela presente descrição. Outro meio de nutriente adequado para a presente descrição é conhecido na técnica. Além disso, o meio de nutriente que não é descrito na técnica, porém, derivado de vários componentes descritos na Tabela 1 pode ser utilizado pela presente invenção. A presente descrição fornece composições melhoradas de meio de nutriente. Tabela 1. Componente do Meio e suas Concentrações

* Concentração de Na é de NaCl somente. Não inclui Na+ dos outros componentes tais como Na2WO4 • 2H2O. ** Concentração de Ca+2 não inclui cálcio de ácido pantotênico, sal de cálcio (isto é, d-Pantotenato de Cálcio).

[0092] Para preparar as culturas de matéria-prima para inoculação do reator, as culturas de Clostridium ljungdahlii, cepa C-01 (ATCC No. de Acessão 55988) foram crescidas em garrafas de soro de 150 mL em CO, CO2 e H2 em um meio rico contendo 1 g/L de extrato de levedura e 1 g/L de tripticase, em sais e vitaminas. A concentração de vitamina empregada foi 0,4 mL/L de meio de uma solução aquosa contendo 50,5 mg/L de pantotenato de cálcio, 20,6 mg/L de d-biotina e 50,6 mg/L de HCl de tiamina. As garrafas foram incubadas a 37°C em uma incubadora de agitação. As culturas foram crescidas para a fase de crescimento exponencial, como determinado por inspeção visual. Com cada inoculação, aproximadamente 90 mL de cultura de matéria-prima foram transferidos de garrafas de soro para 1 litro de meio, representando 9% em volume de inoculação. Uma inoculação bem- sucedida é descrita abaixo. O procedimento descrito pode ser repetido várias vezes para obter uma inoculação bem-sucedida.

[0093] Na obtenção de uma inoculação bem-sucedida, 90 mL/L de inóculo foram adicionados a um 1 litro de batelada de meio basal contendo 0,4 mL/L de vitaminas e sais (t=0). A taxa de agitação foi 240 rpm, o pH foi 5,3, a temperatura foi 38,5°C e o tempo de retenção de gás (fluxo de gás contínuo) foi 110 minutos. O alimento de gás conteve 62% de H2, 31% de CO e 7% de C2H6. Após 13 h (t=13 h) um pouco da conversão de CO foi notada, e em t=23 h a taxa de agitação foi aumentada de 240 rpm para 300 rpm. O tempo de retenção de gás foi diminuído para 100 minutos em t=27 h, e outra diminuição no tempo de retenção de gás foi feita em t=46 h. A taxa de agitação foi também aumentada em 100 rpm de incrementos em t=28 h, 59 h, 72 h e 85 h.

[0094] Em t=110 h, o sistema ficou operando com um tempo de retenção de gás de 80 minutos e uma taxa de agitação de 600 rpm. A concentração celular foi 0,5 g/L e a conversão de CO foi 35%. Ainda não houve nenhuma conversão de H2, porém, pequenas quantidades de etanol e acetato (cerca de 1 g/L cada) se acumularam no caldo de cultura de batelada. Os esforços até este momento enfatizaram o crescimento celular no reator.

[0095] O fluxo do meio usando as mesmas concentrações como em meio basal foi iniciado em uma taxa de 0,4 ml/min em t=120 h. Um programa de aumentos nominais na taxa de gás, taxa de agitação e taxa de meio foi em seguida iniciado ao mesmo tempo em que cuidadosamente mantendo o sistema em excesso de H2. Em t=210 h, a concentração de etanol foi 17 g/L, a concentração de acetato foi 1 g/L, a concentração celular foi 1,6 g/L, a conversão de CO foi quase 100% e a conversão de H2 foi 90%. A produtividade de etanol alcançou 11,4 g/L-dia.

[0096] Um programa de aumentos de taxa de gás gradual foi novamente iniciado. Os aumentos de vitamina correntes foram feitos para levar a taxa de adição de vitamina para 0,7 ml/L de meio. Em t=610 h, o reator estava produzindo 20 g/L de etanol e cerca de 2 g/L de acetato. A conversão de CO foi quase 100% e a conversão de H2 foi 85%. A produtividade de etanol alcançou 14 g/L/dia.

[0097] O meio de fermentação para os exemplos 1-7 compreende um ou mais componentes selecionados daqueles apresentados na Tabela 1. Exemplo 1: Clostridium ljungdahlii PETC: Aumenta a Densidade de Bactérias no Reator Mantendo-se o Percentual de Captação de Hidrogênio em 4,5% de Gás Total Fluindo para dentro do Reator

[0098] O reator de New Brunswick Bioflow 1 contendo meio de fermentação foi iniciado com 0,34 g/L de cepa de Clostridium ljungdahlii PETC ativamente crescente. A taxa de agitação do reator foi estabelecida em 500 rpm no início do experimento. Esta taxa de agitação foi mantida em todo o experimento. A temperatura no biorreator foi mantida na faixa de cerca de 38 a cerca de 39°C em todo o experimento. As amostras de alimento de gás de síntese no biorreator e gás de escape do biorreator e caldo de fermentação no biorreator foram tomadas em intervalos (por exemplo, 1 intervalo) e foram analisadas quanto ao consumo ou produção de vários componentes de gás, a concentração de ácido acético de caldo, a concentração de etanol de caldo e a densidade óptica da cultura.

[0099] A relação molar de captação de H2 total para entrada de gás de síntese foi estabelecida em 4,5%. O fluxo de gás de síntese requerido correspondendo a esta relação molar acima (4,5%) foi calculada usando as equações (1)-(6). O biorreator foi fornecido com gás de síntese na taxa calculada acima.

[00100] Neste exemplo, para aumentar a estabilidade da cultura o aumento máximo de gás em qualquer determinado ponto de tempo foi limitado a 30% do valor de fluxo de gás corrente. Também o gás não foi aumentado se a cultura não estava utilizando 70% do CO fornecido para o reator em qualquer determinado ponto.

[00101] Um sistema de reciclo celular (CRS) foi preso ao reator 21 horas após a inoculação.

[00102] Após a ligação do meio do sistema (nutriente) de reciclo celular o fluxo para o reator foi iniciado em uma taxa de 1,1 ml/min e através do sistema de reciclo celular 1 ml/min de permeado foi extraído do reator.

[00103] A modificação acima para o reator foi realizada para prevenir o acúmulo de quantidades inibidoras de ácido acético e etanol na cultura e também para fornecer quantidades adequadas de nutrientes para a cultura. A massa celular aumentou com o tempo e atingiu a massa celular de 3,2 g/L em 46 horas após a inoculação do reator. Neste ponto a cultura ficou produzindo 6,9 g/L de etanol e 4,86 g/L de ácido acético.

[00104] Neste experimento particular o pH da cultura foi mantido entre 4,78 e 5,00 durante todo o experimento.

[00105] Após as bactérias iniciarem o crescimento ativamente no reator (quando a densidade celular do reator alcança cerca de 50% a mais do que a densidade celular inicial) a cultura foi suplementada com a composição de vitaminas (além das vitaminas já no meio) se a concentração de ácido acético do caldo de cultura estiver abaixo de um valor predeterminado. Os critérios usados para adicionar coquetel de vitaminas à cultura foi como segue: se o ácido acético de caldo de cultura for menor do que cerca de 2,5g/L, cerca de 0,34 mL de vitaminas por litro de cultura foi adicionado, se o ácido acético de caldo de cultura for menor do que cerca de 2 g/L, cerca de 0,67 mL de vitaminas por litro de cultura será adicionado, se o ácido acético de caldo de cultura for menor do que cerca de 1,5g/L, cerca de 1 mL de vitaminas por litro será adicionado. A composição de vitaminas usadas nesses experimentos foi como segue: Biotina 0,08-1 μM HCl de Tiamina 0,12-1,5 μM d-Pantotenato de Cálcio 0,15-2 μM

[00106] O suplemento de vitamina ATCC (catálogo No. MD-VS) foi adicionado ao exemplo PETC à concentração final de 1% (de meio de fermentação) além da Biotina, Tiamina, e Pantotenato de Cálcio. Exemplo 2: Clostridium ljungdahlii C-01: Aumenta a Densidade de Microrganismo no Reator Mantendo-se o Percentual de Captação de Hidrogênio em Cerca de 3% de Gás Total Fluindo para Dentro do Reator

[00107] O Biorreator New Brunswick Bioflow I contendo cerca de 1,5 litro (por exemplo, na faixa de cerca de 1,45 a cerca de 1,6 litros) de meio de fermentação foi iniciado com cerca de 0,38 g/L de cepa de Clostridium ljungdahlii C-01 ativamente crescente. Antes de iniciar o experimento a taxa de agitação no biorreator foi ajustada para 600 rpm. Esta taxa de agitação foi mantida durante todo o experimento. A temperatura no biorreator foi mantida na faixa de cerca de 36 a cerca de 37,5°C durante todo o experimento. As amostras de alimento de gás de síntese no biorreator e gás de escape do biorreator e caldo de fermentação no biorreator foram tomadas em intervalos (por exemplo, intervalo de 1 hora), e foram analisadas quanto ao consumo ou produção de vários componentes de gás, concentração de ácido acético no caldo, concentração de etanol no caldo e a densidade óptica da cultura.

[00108] A relação molar de captação de H2 total para entrada de gás de síntese foi estabelecida em cerca de 3%. O fluxo de gás de síntese requerido correspondendo a esta relação molar acima (3%) foi calculado usando as equações (1)-(6). O biorreator foi fornecido com gás de síntese na taxa calculada acima. Cerca de 12 horas após a inoculação, um fluxo de meio de fermentação para o biorreator foi iniciado em uma taxa de 0,1 mL/min (tempo de retenção de célula aproximado: 250 horas). Após cerca de 32 horas após a inoculação, a taxa de fluxo de meio de fermentação para o biorreator foi aumentada para 0,3 mL/min (tempo de retenção de célula aproximado 75 horas). Após cerca de 47 horas após a inoculação, o sistema de reciclo celular (“crs” ou “CRS”) foi preso ao reator quando a concentração de etanol no caldo do reator atingiu 9,4 g/L. Após a ligação de CRS ao Meio de fermentação do reator, o fluxo foi aumentado de 0,3 para 0,8 e o fluxo de 0,5 mL/min de permeado livre de célula foi retirado do reator através de CRS. Com esta quantidade de extração de permeado a cultura foi mantida sob 12 g/L de etanol até 56 horas após a inoculação.

[00109] A massa celular aumentou com o tempo e atingiu 2,8 g/L de células em cerca de 56 horas após a inoculação do biorreator. Exemplo 3: Clostridium ljungdahlii C-01: Aumenta a densidade de microrganismo no reator mantendo-se o percentual de captação de hidrogênio em 4,5% de gás total fluindo para dentro do reator

[00110] Um reator New Brunswick Bioflow I contendo cerca de 1,5 litro (por exemplo, na faixa de 1,5 a 1,675 litros) de meio de fermentação foi iniciado com 0,37 g/L de cepa de Clostridium ljungdahlii C-01 ativamente crescente. Antes do início do experimento a taxa de agitação no biorreator oi ajustada em 600 rpm. Esta taxa de agitação foi mantida durante todo o experimento. A temperatura no biorreator foi mantida, na faixa de cerca de 36 a cerca de 37,5°C durante todo o experimento. As amostras e alimento de gás de síntese no biorreator e gás de escape do biorreator e caldo de fermentação no biorreator foram tomadas em intervalos (por exemplo, 1 intervalo) e foram analisadas quanto ao consumo ou produção de vários componentes de gás, concentração de ácido acético no caldo, concentração de etanol no caldo, e a densidade óptica da cultura.

[00111] A relação molar de captação de H2 total para entrada de gás de síntese foi ajustada em 4,5%. O fluxo de gás de síntese requerido correspondendo a esta relação molar acima (4,5%) foi calculado usando as equações (1)-(6). O biorreator foi fornecido com gás de síntese na taxa calculada acima. Em 13 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi iniciado em 0,1 mL/min (tempo de retenção de célula aproximado: 250 horas). Em 47,5 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi aumentado para 0,23 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado 116 horas). Em 71,42 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi aumentado para 0,315 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado 85 horas). Neste exemplo particular um sistema de reciclo celular não foi preso ao reator.

[00112] A massa celular aumentou com tempo e atingiu 2,75 g/L em 99 horas após a inoculação do biorreator. Neste pontoa cultura estava produzindo 11,6 g/L/dia de etanol. Exemplo 4: Clostridium autoethanogenum:

[00113] Um reator de New Brunswick Bioflow I contendo meio de fermentação foi iniciado com 0,46 g/L de cepa de Clostridium ljungdahlii CO-1 ativamente crescente. A taxa de agitação do reator foi ajustada para 600 rpm no início do experimento. Esta taxa de agitação foi mantida durante todo o experimento. A temperatura no biorreator foi mantida na faixa de cerca de 36 a cerca de 37,5°C durante todo o experimento. As amostras de alimento de gás de síntese no biorreator e gás de escape do biorreator e caldo de fermentação no biorreator foram tomadas em intervalos (por exemplo, 1 intervalo) e foram analisadas quanto ao consumo ou produção de vários componentes de gás, concentração de ácido acético no caldo, concentração de etanol no caldo e a densidade óptica da cultura.

[00114] A relação molar de captação de H2 total para entrada de gás de síntese foi ajustada em 4,5%. O fluxo de gás de síntese requerido correspondendo a esta relação molar acima (4,5%) foi calculado usando as equações (1)-(6). O biorreator foi fornecido com gás de síntese na taxa calculada acima.

[00115] Neste exemplo, para aumentar a estabilidade da cultura o gás não foi aumentado se a cultura não estava utilizando 80% do CO fornecido para o reator em qualquer ponto determinado.

[00116] Em 8,37 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi iniciado em 0,1 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado: 233 horas). Em 20,40 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi aumentado para 0,21 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado 109 horas). Em 42,15 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi aumentado para 0,32 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado 75,5 horas).

[00117] Em 43,75 horas após a inoculação o sistema de reciclo celular (CRS) foi preso ao reator quando a concentração de etanol no caldo do reator atingiu 12,5 g/L. Após a ligação de CRS o fluxo do meio para o reator foi aumentado para 0,6 ml/minuto e através do CRS 0,3 ml/min de permeado foi extraído do reator (tempo de retenção de célula aproximado 80,5 horas). Com esta quantidade de permeado a cultura de extração foi mantida em 19 g/L de etanol até 57 horas após a inoculação. Esta modificação (introdução de CRS) foi feita para o sistema remover a formação rápida de etanol no reator.

[00118] Como mostrado na Figura 1 a massa celular aumentou com o tempo e atingiu a massa celular de 3,7 g/L em 58 horas após a inoculação do reator. Neste ponto a fultura estava produzindo mais 18,4 g/L de etanol. Exemplo 5: Clostridium ljungdahlii C-01

[00119] O biorreator de New Brunswick Bioflow I contendo cerca de 1,5 litro (por exemplo, na faixa de 1,45 a 1,65 litros) do meio de fermentação foi iniciado com cerca de 0,3 g/L de cepa de Clostridium ljungdahlii C-01 ativamente crescente. No início do experimento, a taxa de agitação no biorreator foi ajustada para 600 rpm. Esta taxa de agitação foi mantida durante todo o experimento. A temperatura no biorreator foi mantida na faixa de cerca de 36 a cerca de 37,5°C durante todo o experimento. As amostras dos seguintes foram tomadas e analisadas em diferentes intervalos (por exemplo, intervalo de 1 a 4 horas): alimento de gás de síntese no biorreator; gás de escape do biorreator; caldo de fermentação no biorreator. A análise da amostra forneceu: consumo de vários componentes gasosos, produção de vários componentes gasosos, a concentração de ácido acético, a concentração de etanol e densidade óptica do caldo de fermentação.

[00120] Desse modo, a captação de CO específica (SCU) foi determinada usando as equações (1)-(6) descritas acima.

[00121] Inicialmente, um valor de entrada de gás de síntese foi calculado usando as equações acima correspondendo ao valor de SCU de cerca de 1,4 mmol/min/g e fluxo de gás de síntese foi mantido neste valor calculado até que a densidade celular aumentasse e atingisse um valor de cerca de 1,5 g/L.

[00122] Uma vez que a densidade celular do reator atingiu cerca de 1,5 g/L o valor de SCU estabelecido para prever gás foi reduzido para cerca de 1,2 mmol/min g. Por conseguinte uma vez que a massa celular do reator alcançou cerca de 2,5 g/L o valor de SCU estabelecido para prever o gás foi reduzido para cerca de 1,0 mmol/min/g. A massa celular aumentou com o tempo e atingiu a massa celular esperada de cerca de 2,8 g/L em cerca de 79 horas após a inoculação do reator. Neste ponto a cultura estava produzindo mais do que cerca de 20 g/L de etanol.

[00123] Cerca de 13,97 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi iniciado em cerca de 0,2 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado: cerca de 125 horas). Cerca de 28,08 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi aumentado para cerca de 0,5 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado: cerca de 52 horas). Durante o experimento o pH foi mantido em cerca de 4,5.

[00124] A redução gradual do SCU estabelecido durante todo o início do procedimento é para facilitar a transformação gradual da cultura para manter SCU baixo (entre cerca de 0,7 a cerca de 0,9 mmol/min/g) durante o modo de produção (estado estável) do reator.

[00125] O processo mencionado acima leva menos do que cerca de 80 horas para atingir o objetivo estabelecido de massa celular (cerca de 2,8 g/L) do reator. Exemplo 6: Clostridium autoethanogenum

[00126] O biorreator New Brunswick Bioflow I contendo cerca de 1,5 litro (por exemplo, na faixa de cerca de 1,45 a cerca de 1,65 litros) de meio de fermentação foi iniciado com cerca de 0,47 g/L de cepa de Clostridium autoethanogenum ativamente crescente. No início do experimento, a taxa de agitação no biorreator foi estabelecida em cerca de 600 rpm. Esta taxa de agitação foi mantida durante todo o experimento. A temperatura no biorreator foi mantida na faixa de cerca de 36 a cerca de 37,5°C durante todo o experimento. As amostras dos seguintes foram tomadas e analisadas em diferentes intervalos (por exemplo, intervalos de cerca de 1 a cerca de 4 horas): alimento de gás de síntese no biorreator; gás de escape do biorreator; caldo de fermentação no biorreator. A análise da amostra forneceu: o consumo de vários componentes gasosos, a produção de vários componentes gasosos, concentração de ácido acético, concentração de etanol e densidade óptica do caldo de fermentação.

[00127] Desse modo, a captação de CO específica (SCU) foi determinada usando as equações (1) - (6) descritas acima.

[00128] Inicialmente, um valor da entrada de gás de síntese foi calculado usando as equações acima correspondendo ao valor de SCU de cerca de 0,4 mmol/min/g e fluxo de gás de síntese foi mantido neste valor calculado até que a densidade celular aumentasse. O fluxo de gás correspondendo ao valor de SCU alvo de cerca de 0,4 mmol/min/g foi mantido durante cerca de 19 horas. Entre o período de 19 e 21 horas após a inoculação o valor de SCU alvo foi cerca de 0,5 mmol/min/g. O valor de SCU alvo foi estabelecido para cerca de 0,6 em cerca de 21 horas após a inoculação. A densidade celular aumentou com o tempo e atingiu cerca de 3 g/L em cerca de 79 horas após a inoculação do reator. Neste ponto a cultura estava produzindo mais do que cerca de 15 g/L de etanol. Cerca de 26 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi iniciado em cerca de 0,1 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado: cerca de 240 horas). Cerca de 50 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi aumentado para cerca de 0,2 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado: cerca de 119 horas). Cerca de 71 horas após a inoculação o fluxo do meio para o reator foi aumentado para cerca de 0,5 ml/min (tempo de retenção de célula aproximado: cerca de 50 horas). Durante o experimento o pH foi mantido em cerca de 4,5. Exemplo 7: Butyribacterium Methylotrophicum (ATCC 33266): Aumento da Densidade de Bactérias no Reator Mantendo-se o Percentual de Captação de Hidrogênio em 4,5% do Gás Total Fluindo para dentro do Reator

[00129] Neste experimento, o método de inicialização de captação de H2 foi testado com um acetógeno não clostridial bem estudado.

[00130] Este experimento foi iniciado em um reator New Brunswick Bioflow I contendo 0,78 g/L de cepa de Butyribacterium Methylotrophicum ativamente crescente no meio de fermentação previamente mencionado. A taxa de agitação do reator foi ajustada para 700 rpm no início do experimento. Esta taxa de agitação foi mantida durante todo o experimento. A temperatura no biorreator foi mantida na faixa de cerca de 38 a cerca de 38,6°C durante todo o experimento. As amostras de alimento de gás de síntese no biorreator e gás de escape do biorreator e caldo de fermentação no biorreator foram tomadas em intervalos (por exemplo, 1 intervalo) e foram analisadas quanto ao consumo ou produção de vários componentes de gás, concentração de ácido acético no caldo, concentração de etanol no caldo e a densidade óptica da cultura.

[00131] A relação molar alvo de captação H2 total para entrada de gás de síntese foi ajustada em 4,5%. O fluxo de gás de síntese requerido correspondendo a esta relação molar acima (4,5%) foi calculado usando s equações (1)-(6). O biorreator foi fornecido com gás de síntese na taxa calculada acima.

[00132] Neste exemplo, para aumentar a estabilidade da cultura o aumento de gás máximo em qualquer ponto de tempo foi limitado a 30% do valor de fluxo de gás corrente. Além disso, o gás não foi aumentado se a cultura não estava utilizando 80% do CO fornecido para o reator em qualquer determinado ponto.

[00133] O fluxo do meio de crescimento (nutriente) para o reator foi iniciado em uma taxa de 1 ml/min e através do sistema de reciclo celular (CRS) preso ao reator 1 ml/min de permeado foi extraído do reator.

[00134] A densidade celular do reator aumentou com o tempo e atingiu a massa celular de 5,12 g/L em 34 horas após a inoculação do reator. Neste ponto a cultura estava produzindo 10,81 g/L de etanol e 3,96 g/L de ácido acético. Neste experimento particular o pH da cultura foi mantido entre 4,67 e 5,00 durante todo o experimento.

[00135] Numerosas modificações e variações da presente descrição podem ser feitas por aqueles versados na técnica sem afastamento do escopo da presente descrição incluída nas modalidades específicas, Exemplos, Reivindicações, pedidos etc. dos mesmos. Todos os documentos publicados estão incorporados por referência aqui.

Claims (4)

1. Processo para aumentar a densidade celular em fermentação microbiana de substrato gasoso, sendo o processo caracterizado por compreender: (a) o contato de uma bactéria acetogênica anaeróbica num meio aquoso com um substrato gasoso compreendendo hidrogênio e monóxido de carbono num biorreator, formando um meio de fermentação; (b) ajustar uma quantidade de hidrogênio fornecida ao meio de fermentação compreendendo: (i) medir uma taxa de entrada de hidrogênio no biorreator; (ii) medir uma taxa de saída de hidrogênio do biorreator; (iii) determinar a captação de hidrogênio a partir das taxas medidas de entrada e saída de hidrogênio; (iv) manter uma captação de hidrogênio numa faixa de 0,001 a 1,0 mmol/min aumentando ou diminuindo uma taxa de entrada de hidrogénio; e (v) manter uma razão molar de captação de hidrogênio para o total de entrada de moléculas de gás para o biorreator numa faixa de 3% a 4,5%, em que o processo proporciona uma densidade celular num intervalo de 0,5 a 50 g/L, em que a referida densidade celular é obtida desse modo a uma taxa mais rápida do que por um processo de referência sem a etapa de ajuste de hidrogênio.

2. Processo para aumentar a densidade celular em fermentação microbiana de substrato gasoso, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pela taxa de captação de hidrogênio ser mantida num intervalo de 0,005 a 0,5 mmol/min.

3. Processo para aumentar a densidade celular em fermentação microbiana de substrato gasoso, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por a taxa de captação de hidrogênio ser mantida num intervalo de 0,01 a 0,1 mmol/min.

4. Processo para aumentar a densidade celular em fermentação microbiana de substrato gasoso, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelas bactérias acetogênicas anaeróbicas serem selecionadas do grupo que consiste em microrganismos biologicamente puros, microrganismos que ocorrem naturalmente, microrganismos que não ocorrem naturalmente, microrganismo que não ocorre naturalmente produzido por modificações genéticas, mutantes de microrganismos que ocorrem naturalmente, mutantes de microrganismos que não ocorrem naturalmente, microrganismos recombinantes, microrganismos engenhados e microrganismo sintetizado artificialmente.

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