BR112013017306B1

BR112013017306B1 - Método para produzir uma progênie de um micro-organismo, sistema para converter potência elétrica em metano, método de conversão de eletricidade em metano, uso do sistema e método de conversão de dióxido de carbono produzido durante um processo industrial em metano

Info

Publication number: BR112013017306B1
Application number: BR112013017306-8A
Authority: BR
Inventors: Laurens Mets
Original assignee: The University Of Chicago
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2021-08-31
Also published as: US20220170050A1; PT3072979T; SI3072979T1; US20140011251A1; US20160319305A1; CA2823759C; EP3072979A1; US9428745B2; ES2871066T3; EP3865593A1; HUE054145T2; EP2661511A1; EP2661511B1; EP3072979B1; BR112013017306A2; WO2012094538A1; US20200248207A1; HUE029604T2; ES2580959T3; CA2823759A1

Abstract

CEPA DE METHANOTHERMOBACTER THERMAUTOTROPHICUS E VARIANTES DA MESMA A presente invenção fornece um micro-organismo Methanothermobacter isolado que é (a) um micro-organismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® n° PTA-11561, (b) uma variante do micro-organismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, ou (c) uma progênie do microorganismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, em que a variante ou a progênie retém as características fenotípicas do micro-organismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Também é uma cultura ou monocultura substancialmente pura que compreende o micro-organismo Methanothermobacter da revelação. Um sistema para converter potência elétrica em metano, que compreende um reator biológico que tem pelo menos um cátodo, um ânodo, um micro-organismo Methanothermobacter presentemente revelado, água e dióxido de carbono e método de uso do sistema para converter eletricidade em metano são fornecidos adicionalmente no presente documento.

Description

INCORPORAÇÃO A TÍTULO DE REFERÊNCIA DE MATERIAL ENVIADO ELETRONICAMENTE

[0001] A presente invenção refere-se a uma listagem de sequências de aminoácidos/nucleotídeos legíveis por computador que é incorporada a título de referência em sua totalidade enviada concorrentemente com a mesma e identificada conforme a seguir: Um arquivo de 6 KB ASCII (Texto) nomeado “45956A_SeqListing.txt,” criado em 4 de janeiro de 2012.

ANTECEDENTES

[0002] Os Estados Unidos consomem anualmente cerca de 90 ExaJoules (EJ) de combustíveis à base de carbono, 88% de seu consumo de energia total em 2008. O uso desses combustíveis é suportado por processamento, distribuição e indústrias de utilização fortemente capitalizada.

[0003] A sustentabilidade desses sistemas é questionável em dois aspectos. Em primeiro lugar, os EUA importam 25% da energia que utilizam, uma proporção que é projetada para aumentar substancialmente. A energia importada é obtida a partir de fontes que estão sob pressão para servir uma demanda crescente de economias em crescimento em outras partes do mundo. Em segundo lugar, mais que 96% dos combustíveis à base de carbono são obtidos a partir de reservas fósseis, que são finitas. A energia útil é obtida a partir de combustíveis à base de carbono oxidando-se estados reduzidos de carbono para dióxido de carbono. Para combustíveis fósseis, esse processo é basicamente de circuito aberto que produz CO2 sem processo de redução de compensação de carbono para fechar o ciclo. O acúmulo gradual consequente de CO2 atmosférico está começando a causar mudanças no clima global que ameaça muitos aspectos do nosso modo de vida. Portanto, um processo que pode fechar esse ciclo de energia de carbono para a economia de energia é necessário.

[0004] Um fluxo anual de 58.000 EJ de energia solar atinge o solo dos EUA, tornando-o nossa fonte de energia livre de carbono mais abundante - 500 vezes o consumo atual. A energia solar tem a vantagem única de ser uma fonte doméstica não somente dos EUA, mas de todos os lugares em que as pessoas vivem. Seu uso expandido como uma fonte primária asseguraria independência de energia por todo o mundo. Apesar disso, atualmente a energia solar somente é um componente marginal da economia de energia, fornecendo menos que 0,1% do consumo de energia dos EUA comercializada. A exploração da energia solar é limitada principalmente porque é intermitente e não se pode ser confiada para fornecer a energia de carga base que precisa estar disponível sempre que necessária. O que é carente é um método para armazenar energia solar em uma forma estável que pode ser extraída sempre que necessária. De forma ideal, essa forma de armazenagem deveria se adaptar suavemente no interior da infraestrutura de energia existente de modo que a mesma possa ser distribuída rapidamente uma vez que desenvolvida.

[0005] Existe uma necessidade na indústria de energia por sistemas para converter uma forma de energia em outra. Em particular, existe uma necessidade por sistemas para converter eletricidade em uma forma de energia que pode ser armazenada de forma não dispendiosa em escalas industriais. Muitas fontes de geração de eletricidade não podem ser ajustadas para corresponder à demanda cambiável. Por exemplo, usinas de potência de carvão funcionam de forma mais eficiente quando mantidas em uma taxa constante e não podem ser ajustas tão facilmente quanto usina de potência movida a gás natural (metano). De mesma forma, as turbinas eólicas geram eletricidade quando o vento está assoprando o que necessariamente pode não acontecer quando a demanda de eletricidade for superior.

[0006] Existe também uma necessidade de converter eletricidade em uma forma que possa ser transportada por grandes distâncias sem perdas significativas. Muitas oportunidades para parques eólicos, instalações de geração de potência à base solar, hidrelétrica ou geotérmica não estão localizada próximas a grandes centros populacionais, mas perdas de potência elétrica ao longo de centenas de quilômetros adicionam um custo significativo a essas instalações de potência distantes.

[0007] O metano é uma das formas mais versáteis de energia e pode ser armazenado facilmente. Já existe muita infraestrutura para transportar e distribuir metano bem como infraestrutura para converter metano em eletricidade e para energizar veículos. O metano também tem a maior densidade de energia por átomo de carbono de todos os combustíveis fósseis e, portanto, de todos os combustíveis fósseis o metano é o que libera menos dióxido de carbono por unidade de energia quando queimado. Por conseguinte, os sistemas para produzir metano, por exemplo, através da conversão de dióxido de carbono e eletricidade em metano, seriam altamente úteis e valiosos em todas as indústrias de utilização e geração de energia.

SUMÁRIO

[0008] A revelação fornece um micro-organismo Methanothermobacter isolado que produz metano a partir de dióxido de carbono por meio de um processo denominado metanogênese. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacteré um micro-organismo da espécie thermautotrophicus, que também é conhecido como thermoutotrophicus, que também é conhecido como thermautotrophicum ou thermoutotrophicum. Em aspectos exemplificativos, o microorganismoMethanothermobacteré um micro-organismo da espécie marburgensis.

[0009] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter da revelação exibe as características fenotípicas descritas no presente documento. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter exibe uma eficiência de produção de metano alta. Por exemplo, o micro-organismo Methanothermobacter exibe uma eficiência de produção de metano alta que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular.

[0010] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter demonstra um nível alto de produtividade de metano. Por exemplo, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo.

[0011] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter demonstra um nível alto de produtividade de metano. Por exemplo, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano por grama de material celular de Methanothermobacter (isto é, biomassa) produzida.

[0012] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária. Em virtude tempo de duplicação lento, o micro-organismoMethanothermobacter em aspectos exemplificativos exibe uma redução significativa em nutrientes requeridos para manutenção e crescimento dos microorganismos.

[0013] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter: a. exibe uma eficiência de produção de metano que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular; ou b. sobrevive em uma fase estacionária com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas; ou c. exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária; ou d. retorna para pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de exposição para pelo menos ou cerca de 3 minutos a ou oxigênio ou monóxido de carbono; ou e. uma combinação (por exemplo, uma combinação de (a) a (d) ou uma sub- combinação de (a) a (d)) da mesma.

[0014] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacteré (1) autotrófico e ou termofílico ou hipertermofílico; e (2) tem capacidade de retornar para pelo menos 80% (por exemplo, 90%, 95%, 98%) do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos, após uma exposição de pelo menos 10 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio no ar ambiente) ou monóxido de carbono; e qualquer um ou mais dentre os seguintes: (3) capaz de exibir uma eficiência de produção de metano por molécula de dióxido de carbono (CO2) que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular (por exemplo, pelo menos ou cerca de 40, 50, 60, ou 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular), opcionalmente enquanto que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas; (4) capaz de sobreviver com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90, ou 100 horas) por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 meses) - por exemplo, em uma fase quase estacionária ou estacionária; (5) capaz de manter continuamente uma eficiência de produção de metano de (3) por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos ou cerca de 6 meses, pelo menos ou cerca de 12 meses), opcionalmente enquanto em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90, ou 100 horas); e (6) capaz de retornar para pelo menos 80% (por exemplo, 90%, 95%, 98%) da produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de novo suprimento de gás hidrogênio (H2) ou eletricidade, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas conforme induzido por interrupção ou cessação de suprimento de gás H2 ou eletricidade.

[0015] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter isolado produz metano em um pH dentro de uma faixa de cerca de 6,5 a cerca de 7.5, em uma temperatura dentro de uma faixa de cerca de 55 °C a cerca de 69 °C, e/ou em um meio que tem uma condutividade dentro de uma faixa de cerca de 5 mS/cm a cerca de 100 mS/cm.

[0016] Em modalidades exemplificativas, o micro-organismo Methanothermobacter isolado da revelação é (a) um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositado em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection (ATCC®)) sob o Número de Designação de Depósito de Patente de ATCC® PTA-11561, (b) uma variante de um microorganismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, ou (c) uma progênie de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, em que a variante ou progênie retém as características fenotípicas de conversão de CO2 de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus.

[0017] Em modalidades exemplificativas, o micro-organismo Methanothermobacter isolado da revelação é uma progênie isolada de um micro-organismoMethanothermobacter de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositado em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection (ATCC)) sob o Número de Designação de Depósito de Patente de ATCC® PTA-11561, que retém as características fenotípicas de conversão de CO2 da cepa UC 120910.

[0018] A revelação também fornece uma monocultura ou cultura substancialmente pura que compreende qualquer um dos micro-organismos da revelação. Em aspectos exemplificativos, a monocultura ou cultura substancialmente pura compreende um micro-organismo Methanothermobacter que é (a) um microorganismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositado em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection (ATCC®)) sob o Número de Designação de Depósito de Patente de ATCC® PTA-11561, (b) uma variante de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, ou (c) uma progênie de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, em que a variante ou progênie retém as características fenotípicas de conversão de CO2 do micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus.

[0019] A revelação fornece, além disso, um sistema para produzir metano a partir de dióxido de carbono que compreende qualquer um dos micro-organismos da revelação. Em aspectos exemplificativos, o sistema é para converter potência elétrica em metano. Em modalidades exemplificativas, o sistema compreende um reator biológico que tem pelo menos um catodo, um anodo, água, um suprimento de dióxido de carbono e um micro-organismo Methanothermobacter que é (a) um microorganismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositado em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection (ATCC®)) sob o Número de Designação de Depósito de Patente de ATCC® PTA-11561, (b) uma variante de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, ou (c) uma progênie de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, em que a variante ou progênie retém as características fenotípicas de conversão de CO2 do micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Em modalidades exemplificativas, o reator biológico compreende pelo menos uma primeira câmara que compreende o dito catodo, o dito micro-organismo ou a dita progênie, água e um suprimento de dióxido de carbono e uma segunda câmara que contém pelo menos um anodo. Em modalidades exemplificativas, o sistema compreende, além do reator biológico, uma fonte de eletricidade acoplada ao anodo e ao catodo, um suprimento de dióxido de carbono acoplado à primeira câmara e uma saída para receber metano a partir da primeira câmara.

[0020] A revelação fornece, ademais, um método de conversão de eletricidade em metano. Em modalidades exemplificativas, o método compreende suprir eletricidade e dióxido de carbono ao sistema revelado atualmente que compreende um reator biológico, sendo que o reator biológico tem um estado de operação em que o micro-organismo é mantido em uma temperatura maior do que ou cerca de 60 °C e coletar metano a partir da primeira câmara.

[0021] A revelação compreende adicionalmente um catodo poroso que compreende um micro-organismo conforme descrito no presente documento. Os kits também são fornecidos, em que os kits compreendem um micro-organismo, uma monocultura ou cultura substancialmente pura, um sistema, um catodo poroso, conforme descrito no presente documento, ou uma combinação dos mesmos, junto com instruções de cuidado ou uso.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0022] Acredita-se que a revelação será compreendida mais completamente a partir da seguinte descrição tomada em conjunção com os desenhos anexos. Algumas das figuras podem ter sido simplificadas através da omissão de elementos selecionados para o propósito de mostrar mais claramente outros elementos. Essas omissões de elementos em algumas figuras não são necessariamente indicativas da presença ou ausência de elementos particulares em qualquer uma das modalidades exemplificativas, exceto conforme pode ser delineado explicitamente na descrição escrita correspondente. Nenhum dos desenhos é necessariamente à escala.

[0023] A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema para converter dióxido de carbono em metano com o uso de um digestor;

[0024] A Figura 2 é uma vista esquemática de outro sistema para converter dióxido de carbono em metano com o uso de um digestor;

[0025] A Figura 3 é uma vista esquemática de um digestor estratificado para uso nos sistemas das Figuras 1 e 2;

[0026] A Figura 4 é uma vista esquemática de um conjunto de digestores em cascata em disposição serial;

[0027] A Figura 5 é uma vista esquemática de um sistema para converter dióxido de carbono em metano com o uso de um reator eletrobiológico o biológico;

[0028] A Figura 6 vista em corte transversal de uma modalidade de um reator biológico para converter dióxido de carbono em metano;

[0029] A Figura 7 vista em corte transversal de outra modalidade de um reator biológico para converter dióxido de carbono em metano;

[0030] A Figura 8 vista em corte transversal de ainda outra modalidade de um reator biológico para converter dióxido de carbono em metano;

[0031] A Figura 9 vista em corte transversal de uma modalidade adicional de um reator biológico para converter dióxido de carbono em metano;

[0032] A Figura 10 é uma vista esquemática de uma modalidade de um reator biológico com uma pluralidade de anodos e catodos;

[0033] A Figura 11 vista em corte transversal do sistema da Figura 10 tomada ao longo da linha 11-11;

[0034] A Figura 12 vista em corte transversal de um dentre a pluralidade de reatores biológicos da Figura 11 tomados ao longo da linha 12-12;

[0035] A Figura 13 vista em corte transversal de um reator biologic variante para uso no sistema da Figura 10;

[0036] A Figura 14 é uma vista esquemática de uma disposição em série de reatores biológicos de acordo com a presente revelação;

[0037] A Figura 15 é uma vista esquemática de uma disposição paralela de reatores biológicos de acordo com a presente revelação;

[0038] A Figura 16 é uma vista esquemática de um reator biologic conforme usado no Exemplo 2;

[0039] A Figura 17 é uma vista esquemática de um sistema de testes que incorpora o reator biológico conforme usado no Exemplo 2;

[0040] A Figura 18 é um gráfico da produção de metano e hidrogênio ao longo do tempo com tensão variante através do anodo e catodo de um reator biológico de acordo com a Figura 16; a Figura 18A representa os mesmos dados que a Figura 18, mas os dados são exibidos como linhas suaves em vez de pontos de dados individuais;

[0041] A Figura 19 é um gráfico da produtividade ao longo do tempo com tensão variante aplicada através do anodo e catodo de um reator biológico de acordo com a Figura 16; a Figura 19A representa os mesmos dados que a Figura 19, mas os dados são exibidos como linhas suaves em vez de pontos de dados individuais;

[0042] A Figura 20 é um gráfico do espectro em massa de gás de headspace de reator de metanogênese;

[0043] A Figura 21 é um gráfico que representa os efeitos o ar de injeção em uma cultura madura em densidade alta (>2g de massa seca celular/l) sobre a recuperação, consumo e inibição de oxigênio;

[0044] A Figura 22 é um gráfico da eficiência de conversão de hidrogênio em metano estimada pelo período inteiro de uma cultura de estado estável de 107 dias;

[0045] A Figura 23 é uma vista esquemática de uma configuração de bioreator de 7,5 litros de acordo com a presente revelação;

[0046] A Figura 24 é um gráfico que representa uma relação exemplificative entre o requerimento de nutriente estimado em relação a uma cepa parental;

[0047] A Figura 25 é um gráfico que representa o crescimento precoce da densidade óptica (linearizada) conforme medido em 600nm para três culturas separadas resultantes da inoculação por uma alíquota da cepa UC120910;

[0048] A Figura 26 é um gráfico que representa as características de crescimento de tempo posterior de uma das culturas por 627 horas;

[0049] A Figura 27 é um gráfico que representa a produção de água de uma cultura de 4,0 l da cepa UC 120910 medida ao longo de 43 horas;

[0050] A Figura 28 é um gráfico que representa a produção de metano de uma cultura da cepa UC 120910 enquanto o hidrogênio e dióxido de carbono são alimentados (círculos fechados) e enquanto o suprimento de hidrogênio e dióxido de carbono é interrompido (círculos abertos);

[0051] A Figura 29 é um gráfico que representa a produção de água ao longo de 40 dias de uma cultura da cepa UC 120910 mantida em um volume de fluido de 3,0 l sob aproximadamente 20,68 kPa (3 psig) de pressão e forneceu gás hidrogênio em uma taxa de 0,48 SLPM (230 VVD), dióxido de carbono em uma taxa de 0,12 SLPM (58 VVD) e pH mantido entre 6,83 e 6,85;

[0052] A Figura 30 é um gráfico que representa a medição quase contínua das taxas de fluxo de gás da cultura descrita na Figura 29;

[0053] A Figura 31 é um gráfico que representa a produção de água diária da cepa UC 120910 enquanto opera com alimentações de biogás e gás H2 após a mesma ser cultivada para uma densidade estável com o uso de uma mistura estequiométrica de H2 e CO2 em 0,20 l/min de H2 e 0,05 l/min de CO2, temporariamente desativada e transportada para o sítio de um digestor anaeróbico que produz biogás;

[0054] A Figura 32 é um gráfico que representa o peso seco das culturas descritas na Figura 31 ao longo do time; e

[0055] A Figura 33 é um gráfico que representa a densidade óptica das culturas descritas na Figura 31 ao longo do tempo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0056] Embora o texto a seguir apresente uma descrição detalhes de numerosas modalidades diferentes da invenção, deveria ser compreendido que o escopo jurídico da invenção é definido pelas palavras das reivindicações apresentadas no fim desta patente. A descrição detalhada deve ser construída somente como exemplificativa e não descreve todas as modalidades possíveis da invenção visto que descrever todas as modalidades possíveis seria imprático, se não impossível. Numerosas modalidades alternativas poderiam ser implantadas, ou com o uso da tecnologia atual ou tecnologia desenvolvida após a data de depósito desta patente, que ainda cairia dentro do escopo das reivindicações que definem a invenção.

[0057] Também deveria ser compreendido que, a menos que um termr seja expressamente definido nesta patente com o uso da sentença “Conforme usado no presente documento, o termo ‘ ’ é através do mesmo definido para significar...” ou uma sentença semelhante, não existe a intenção de limitar o significa daquele termo, ou expressamente ou por implicação, além de seu significado comum e simples e esse termo não deveria ser interpretado como limitado no escopo com base em qualquer declaração feita em qualquer seção desta patente (além da linguagem das reivindicações). Na medida em que qualquer termo recitado nas reivindicações no fim desta patente é denominado nesta patente de uma forma consistente com um único significado, o que é feito pelo bem da clareza de modo a não confundir o leitor e não é pretendido que esse termo de reivindicação seja limitado, por implicação ou de outra forma, àquele único significado. Finalmente, a menos que um elemento de reivindicação seja definido citando-se a palavra “significa” e uma função sem o relato de qualquer estrutura, não é pretendido que o escopo de qualquer elemento de reivindicação seja interpretado com base no pedido de 35 U.S.C. §112, sexto parágrafo.

Micro-organismos

[0058] A revelação fornece micro-organismos que produzem metano a partir de dióxido de carbono por meio de um processo denominado metanogênese. Consequentemente, os micro-organismos da revelação são micro-organismos metanogênicos, também conhecidos como metanógenos. Conforme usado no presente documento, o termo “metanogênico” se refere a micro-organismos que produzem metano como um subproduto metabólico. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo produz metano a partir de dióxido de carbono, eletricidade e água por meio de um processo denominado metanogênese eletrobiológica. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo utiliza hidrogênio na produção de metano por meio de um processo denominado metanogênese hidrogenotrófica. Consequentemente, em aspectos exemplificativos, o micro-organismo revelado atualmente é um micro-organismo metanogênico hidrogenotrófico. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo da revelação tem a capacidade de produzir metano por meio de metanogênese eletrobiológica ou por meio de metanogênese hidrogenotrófica. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter produz metano em um pH dentro de uma faixa de cerca de 6,5 a cerca de 7.5, em uma temperatura dentro de uma faixa de cerca de 55 °C a cerca de 69 °C, e/ou em um meio que tem uma condutividade dentro de uma faixa de cerca de 5 mS/cm a cerca de 100 mS/cm.

[0059] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo revelado atualmente pertence ao gênero Methanothermobacter. As características desse gênero são conhecidas na técnica. Consulte, por exemplo, Reeve et al., J Bacteriol 179: 5.975 a 5.986 (1997) e Wasserfallen et al., Internatl J Systematic Evol Biol 50: 43 a 53 (2000), cada um incorporado ao presente documento a título de referência. Consequentemente, em aspectos exemplificativos, o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 90% (por exemplo, pelo menos 95%, pelo menos 98%, pelo menos 99%) de identidade de sequência para o comprimento total da sequência do rRNA 16S de Delta H de Methanothermobacter thermautotrophicus, que está disponível publicamente a partir da base de dados de sequência de Laboratório de Biologia Molecular Europeu (EMBL) como No de Acesso X68720 e que é apresentado no presente documento como SEQ ID NO: 1. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter é um micro-organismo da espécie thermautotrophicus que também é conhecido como thermoutotrophicus. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter é um microorganismo da espécie marburgensis.

[0060] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter da revelação exibe as características fenotípicas descritas no presente documento. Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter exibe uma eficiência de produção de metano alta. Por exemplo, o micro-organismo Methanothermobacter exibe uma eficiência de produção de metano alta por molécula de CO2 que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular.

[0061] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter demonstra um nível alto de produtividade de metano em relação ao dióxido de carbono suprido. Por exemplo, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano para cada 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. Conforme outro exemplo, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano por grama de biomassa produzida.

[0062] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas. Em relação à taxa de crescimento desse micro-organismo durante o crescimento exponencial, por exemplo, o tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas define uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária de crescimento. Em virtude tempo de duplicação lento, o micro-organismo Methanothermobacter em aspectos exemplificativos exibe uma redução significativa em nutrientes requeridos para a manutenção e crescimento dos micro-organismos.

[0063] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacter: a. exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular; ou b. sobrevive com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária); ou c. exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária ou fase quase estacionária; ou d. retorna para pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de exposição para pelo menos ou cerca de 3 minutos de ou oxigênio ou monóxido de carbono; ou e. uma combinação (por exemplo, uma combinação de (a) a (d) ou uma sub- combinação de (a) a (d)) da mesma.

[0064] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacteré (1) autotrófico e ou termofílico ou hipertermofílico; e (2) tem capacidade de retornar para pelo menos 80% (por exemplo, 90%, 95%, 98%) do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de exposição a pelo menos 10 minutos de oxigênio (por exemplo, oxigênio no ar ambiente) ou monóxido de carbono; e qualquer um ou mais dentre os seguintes: (3) capaz de exibir uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular (por exemplo, pelo menos ou cerca de 40, 50, 60, ou 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular), opcionalmente enquanto que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas; (4) capaz de sobreviver com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90, ou 100 horas) por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 meses); (5) capaz de manter continuamente uma eficiência de produção de metano de (3) por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos ou cerca de 6 meses, pelo menos ou cerca de 12 meses), opcionalmente enquanto que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90, ou 100 horas); e (6) capaz de retornar para pelo menos 80% (por exemplo, 90%, 95%, 98%) da produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de novo suprimento hidrogênio ou eletricidade, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas conforme induzido por interrupção ou cessação de suprimento de hidrogênio ou eletricidade.

[0065] Em qualquer uma das modalidades exemplificativas descritas no presente documento o micro-organismo pode ser isolado. Conforme usado no presente documento, o termo “isolado” significa ter sido removido de seu ambiente natural, de ocorrência não natural e/ou substancialmente purificado de contaminantes que são associados naturalmente com o micro-organismo.

Micro-organismos: Cepa UC 120910

[0066] Em modalidades exemplificativas, o micro-organismo Methanothermobacter da revelação é um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositado em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection (ATCC®)) sob o Número de Designação de Depósito de Patente de ATCC® PTA-11561.

[0067] Micro-organismos: Progênie

[0068] Em modalidades exemplificativas alternativas, o micro-organismo Methanothermobacter isolado da revelação é uma progênie do micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, cuja progênie retém as características fenotípicas de conversão de CO2 de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, conforme descrito adicionalmente no presente documento. . Opcionalmente, a progênie retém características fenotípicas adicionais de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus.

[0069] Consequentemente, a revelação também fornece uma progênie isolada de um micro-organismo Methanothermobacter de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositado em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection (ATCC®)) sob o Número de Designação de Depósito de Patente de ATCC® PTA-11561, que retém as características fenotípicas de conversão de CO2 da dita cepa.

[0070] Conforme usado no presente documento, o termo “progênie” se refere a qualquer micro-organismo resultante da reprodução ou multiplicação de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Em relação a isso, “progênie” significa qualquer descendente de um microorganismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Como tal, a própria progênie é identificada como cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Em modalidades exemplificativas, a progênie é geralmente idêntica a um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, e, como tal, a progênie pode ser considerada como um “clone” do micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Em modalidades exemplificativas alternativas, a progênie é idêntica de forma substancialmente genética a um microorganismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, de modo que a sequência do genoma da progênie seja diferente da sequência de genoma do micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, mas o fenótipo da progênie é substancialmente o mesmo que o fenótipo de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Em modalidades exemplificativas, a progênie é progênie como um resultado do cultivo dos micro-organismos de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus sob as condições apresentadas no presente documento, por exemplo, Exemplo 1 ou 2.

Micro-organismos: Variantes

[0071] Em modalidades exemplificativas, o micro-organismo Methanothermobacter isolado da revelação é uma variante de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, cuja progênie retém as características fenotípicas de conversão de CO2 de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, conforme descrito adicionalmente no presente documento.

[0072] Consequentemente, a revelação também fornece uma variante isolada de um micro-organismo Methanothermobacter de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositado em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection (ATCC®)) sob o Número de Designação de Depósito de Patente de ATCC® PTA-11561, que retém as características fenotípicas de conversão de CO2 da dita cepa.

[0073] Conforme usado no presente documento, o termo “variante” se refere a qualquer micro-organismo resultante da modificação de um microorganismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Em aspectos exemplificativos, a variante é um micro-organismo resultante da adaptação na cultura de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, conforme descrito no presente documento. Em aspectos alternativos, a variante é um micro-organismo resultante da modificação genética de um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, conforme descrito no presente documento.

[0074] Em modalidades exemplificativas, a variante é um micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus modificado para exibir ou compreender determinadas características ou recursos, que, opcionalmente, podem ser específicas a uma dada fase de crescimento (fase de crescimento ativo, fase de crescimento estacionário, fase de crescimento quase estacionário) ou estado (por exemplo, estado dormente, estado de operação). Por exemplo, em algumas modalidades, o micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus foi modificado para sobreviver e/ou crescer em uma condição de cultura desejada que é diferente de uma condição de cultura anterior em que o micro-organismo metanogênico de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus sobreviveu e/ou cresceu. As condições de cultura desejadas podem diferir do ambiente anterior na temperatura, pH, pressão, densidade de densidade, volume, umidade, teor de sal, condutividade, teor de carbono, teor de nitrogênio, teor de vitamina, teor de aminoácido, teor de mineral ou uma combinação dos mesmos. Em algumas modalidades, o micro-organismo metanogênico, antes da adaptação na cultura ou modificação genética, é um que não é um halófilo, mas através da adaptação em cultura ou modificação genética se tornou um halófilo. Conforme usado no presente documento, “halófilo” ou “halofílico” se refere a um micro-organismo que sobrevive e cresce em um meio que compreende uma concentração de sal maior do que 100 g/l. Além disso, por exemplo, em algumas modalidades, o micro-organismo metanogênico antes da modificação genética é um micro-organismo que não expressa uma proteína, mas através da modificação genética se tornou um micro-organismo metanogênico que expressa a proteína. Adicionalmente, por exemplo, em algumas modalidades, o micro-organismo metanogênico antes da adaptação em cultura ou modificação genética, é um micro-organismo que sobrevive e/ou cresce na presença de uma fonte de carbono particular, fonte de nitrogênio, aminoácido, mineral, sal, vitamina, ou combinação dos mesmos, mas através da adaptação em cultura ou modificação genética se tornou um micro-organismo metanogênico que sobrevive e/ou cresce na ausência substancialmente dos mesmos. Alternativa ou adicionalmente, em algumas modalidades, o micro-organismo metanogênico antes da adaptação em cultura ou modificação genética, é um micro-organismo que sobrevive e/ou cresce na presença de uma quantidade ou concentração particular de fonte de carbono, fonte de nitrogênio, aminoácido, mineral, sal, vitamina, mas através da adaptação em cultura ou modificação genética se tornou um micro-organismo metanogênico que sobrevive e/ou cresce em uma quantidade ou concentração diferente dos mesmos.

[0075] Em algumas modalidades, os micro-organismos metanogênicos são adaptados para um estado ou fase de crescimento particular. Além disso, por exemplo, o micro-organismo metanogênico em algumas modalidades é um microorganismo que, antes da adaptação em cultura ou modificação genética, é um micro-organismo que sobrevive e/ou cresce em uma dada faixa de pH, mas através da adaptação em cultura se torna um micro-organismo metanogênico que sobrevive e/ou cresce em uma faixa de pH diferente. Em algumas modalidades, os microorganismosmetanogênicos são adaptados em cultura para uma fase de crescimento quase estacionária em uma faixa de pH de cerca de 3,5 a cerca de 10 (por exemplo, cerca de 5,0 a cerca de 8,0, cerca de 6,0 a cerca de 7,5). Consequentemente, em alguns aspectos, os micro-organismos metanogênicos são adaptados em cultura para uma fase de crescimento quase estacionária em um pH de cerca de 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7,1, 7,2, 7,3, 7,4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9, 8,0, 8,1, 8,2, 8,3, 8,4, 8,5, 8,6, 8,7, 8,8, 8,9, 9,0, 9,1, 9,2, 9,3, 9,4, 9,5, 9,6, 9,7, 9,8, 9,9 ou 10,0. Em algumas modalidades, os micro-organismos metanogênicos são adaptados em cultura para uma fase de crescimento ativo em uma faixa de pH de cerca de 6,5 a cerca de 7,5 (por exemplo, cerca de 6,8 a cerca de 7,3). Consequentemente, em alguns aspectos, os micro-organismos metanogênicos são adaptados em cultura para uma fase de crescimento quase estacionária em um pH de cerca de 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7,1, 7,2, 7,3, 7,4 ou 7,5,

[0076] Conforme usado no presente documento, o termo “adaptação em cultura” se refere a um processo em que micro-organismos são cultivados sob um conjunto de condições de cultura desejadas (por exemplo, salinidade alta, temperatura alta, ausência substancial de qualquer fonte de carbono, pH baixo, etc.), que difere de condições de cultura anteriores. O cultivo sob as condições desejadas ocorre por um período de tempo que é suficiente para render micro-organismos modificados (progênie da linhagem parental (isto é os micro-organismos não adaptados)) que sobrevivem e/ou crescem (e/ou produzem metano) sob a(s) condição(ões) desejada(s). O período de tempo de adaptação em alguns aspectos é de 1 dia, 2 dias, 3 dias, 4 dias, 5 dias, 6 dias, 7 dias, 8 dias, 9 dias, 10 dias, 11 dias, 12 dias, 13 dias, 2 semanas, 3 semanas 4 semanas, 5 semanas, 6 semanas, 1 mês, 2 meses, 3 meses, 4 meses, 5 meses 6 meses, 7 meses, 8 meses, 9 meses, 10 meses, 12 meses, 1 ano, 2 anos. O processo de adaptação em cultura seleciona micro-organismos que sobrevivem e/ou crescem e/ou produzem metano nas condições de cultura desejadas; esses micro-organismos selecionados permanecem na cultura, em que os outros micro-organismos que não podem sobreviver e/ou crescer e/ou produzir metano nas condições de cultura desejadas eventualmente morrem na cultura. Em algumas modalidades, como um resultado da adaptação em cultura, os micro-organismos metanogênicos produzem metano em uma eficiência superior, por exemplo, em uma razão do número de moléculas de dióxido de carbono convertidas em metano para o número de moléculas de dióxido de carbono convertidas em materiais celulares que é maior do que N:1, em que N é um número maior do que 20, conforme descrito adicionalmente no presente documento.

[0077] Para propósitos da presente invenção, em algumas modalidades, o micro-organismo metanogênico (por exemplo, cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus) foi adaptado na cultura para sobreviver e/ou crescer em um meio de cultura de condutividade alta e/ou alto teor de sal. Por exemplo, o micro-organismo metanogênico que foi adaptado na cultura para sobreviver e/ou crescer em um meio de cultura que tem uma condutividade de cerca de 5 mS/cm a cerca de 100 mS/cm.

[0078] Em modalidades alternativas ou adicionais, o micro-organismo metanogênico (por exemplo, cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus) foi adaptado na cultura para sobreviver e/ou crescer em temperatura superior (por exemplo, uma temperatura que está entre cerca de 1 e cerca de 15 graus C maior do que a temperatura que os micro-organismos sobrevivem e/ou crescem antes da adaptação). Em modalidades exemplificativas, os micro-organismos metanogênicos são adaptados para sobreviverem e/ou crescerem em uma temperatura que é maior do que 50 °C, por exemplo, maior do que 55 °C, maior do que 60 °C, maior do que 65 °C, maior do que 70 °C, maior do que 75 °C, maior do que 80 °C, maior do que 85 °C, maior do que 90°C, maior do que 95 °C, maior do que 100 °C, maior do que 105 °C, maior do que 110 °C, maior do que 115 °C, ou maior do que 120 °C.

[0079] Em algumas modalidades, o micro-organismo metanogênico revelado atualmente (por exemplo, cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus) foi adaptado na cultura para crescer e/ou sobreviver em condições que são baixas em ou substancialmente ausentes de quaisquer vitaminas. Em alguns aspectos, o micro-organismo metanogênico (por exemplo, cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus) foi adaptado na cultura para crescer e/ou sobreviver em condições que são baixas em ou substancialmente ausentes de qualquer fonte de carbono orgânica. Em algumas modalidades, o micro-organismo metanogênico foi adaptado na cultura para crescer e/ou sobreviver em condições com quantidades substancialmente reduzidas de dióxido de carbono. Nessas modalidades, os micro-organismos metanogênicos podem ser adaptados para exibirem uma eficiência de metanogênese aumentada, produzindo a mesma quantidade de metano (em comparação ao micro-organismo não adaptado) com uma quantidade reduzida de dióxido de carbono. Em algumas modalidades, o micro-organismo metanogênico foi adaptado na cultura para sobreviver em condições que carecem substancialmente de dióxido de carbono. Nessas modalidades, os micro-organismos metanogênicos podem estar em uma fase dormente em que os micro-organismos sobrevivem, mas não produzem nível detectáveis de metano. Em algumas modalidades, os micro-organismos metanogênicos foram adaptados para crescerem e/ou sobreviverem em condições que são baixas em ou substancialmente ausentes de qualquer hidrogênio. Em algumas modalidades, os micro-organismos metanogênicos foram adaptados para crescer e/ou sobreviver em condições que são baixas em ou substancialmente ausentes de qualquer fonte externa de água, por exemplo, as condições dependem somente da água produzida pelo metabolismo dos organismos e não compreendem uma etapa que envolve uma diluição com água adicionada externamente.

[0080] Em modalidades exemplificativas, os metanógenos são adaptados na cultura para uma fase de crescimento quase estacionária. Esses metanógenos favorecem a produção de metano sobre crescimento celular conforme medido, por exemplo, através da razão do número de moléculas de CO2 convertidas em metano para o número de moléculas de CO2 convertidas em materiais celulares (isto é, biomassa). A razão é aumentada em comparação a metanógenos não adaptados (que podem exibir, por exemplo, uma razão que está na faixa de cerca de 8:1 a cerca de 20:1). Em modalidades exemplificativas, os metanógenos são adaptados na cultura para uma fase de crescimento quase estacionária através da privação de um ou mais nutrientes de outra forma requeridos para um crescimento ótimo por um período de tempo prolongado (por exemplo, 1 semana, 2 semana, 3 semanas, 1 mês, 2 meses, 3 meses, 4 meses, 5 meses, 6 meses, 7 meses, 8 meses, 9 meses, 10 meses, 11 meses, 1 ano, 2 anos, 3 anos, 4 anos, 5 anos ou mais). Em modalidades exemplificativas, os metanógenos são privados de nutrientes orgânicos (por exemplo, hidrogênio ou elétrons) necessários para crescimento ótimo. Em modalidades exemplificativas, a privação dos metanógenos de hidrogênio ou elétrons é alcançada por borrifo do meio com uma mistura de gás inerte tal como Ar:CO2 em uma taxa de fluxo de 250 ml/min por diversas horas até que nem o hidrogênio nem o metano apareçam na corrente de gás efluente. Em modalidades exemplificativas, os micro-organismos metanogênicos foram adaptados para uma fase de crescimento quase estacionária em condições que são baixas em ou substancialmente ausente de qualquer fonte externa de água, por exemplo, a adaptação condições não compreende uma etapa de diluição.

[0081] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo metanogênico foi adaptado na cultura para crescer e/ou sobreviver no meio de cultura apresentado no presente documento como Meio 1 e/ou Meio 2 ou um meio que é substancialmente semelhante ao Meio 1 ou Meio 2.

[0082] Em modalidades exemplificativas, a variante expressa um rRNA 16S que tem pelo menos ou cerca de 90% (por exemplo, pelo menos ou cerca de 95%, pelo menos ou cerca de 98%, pelo menos ou cerca de 99%) de identidade de sequência ao rRNA 16S do micro-organismo parental (por exemplo, um microorganismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus). Em modalidades exemplificativas, a variante expressa um rRNA 16S que tem pelo menos ou cerca de 90% (por exemplo, pelo menos ou cerca de 95%, pelo menos ou cerca de 98%, pelo menos ou cerca de 99%) de identidade de sequência ao rRNA 16S de um Delta H M. thermautotrophicus, cuja sequência é apresentada no presente documento como SEQ ID NO: 1. Em modalidades exemplificativas, a variante expressa um rRNA 16S que tem pelo menos ou cerca de 90% (por exemplo, pelo menos ou cerca de 95%, pelo menos ou cerca de 98%, pelo menos ou cerca de 99%) de identidade de sequência ao rRNA 16S do micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus e que tem pelo menos ou cerca de 90% (por exemplo, pelo menos ou cerca de 95%, pelo menos ou cerca de 98%, pelo menos ou cerca de 99%) de identidade de sequência para SEQ ID NO: 1.

Archaea modificada geneticamente

[0083] Em modalidades exemplificativas, os micro-organismos metanogênicos foram modificados geneticamente de forma intencional ou resoluta para se tornarem adequados, por exemplo, mais adequados para os propósitos da revelação. Os micro-organismos adequados também podem ser obtidos por modificação genética de organismos não metanogênicos em que os genes essenciais para suportar a metanogênese autotrófica são transferidos de um micróbio metanogênico ou a partir de uma combinação de micróbios que podem ou não ser metanogênicos por si só. A modificação genética adequada também pode ser obtida por síntese química ou enzimática dos genes necessários.

[0084] Em modalidades exemplificativas, uma célula hospedeira que não é naturalmente metanogênica é modificada geneticamente de forma intencional para expressar um ou mais genes que se sabe serem importantes para a metanogênese. Por exemplo, a célula hospedeira em alguns aspectos é modificada geneticamente de forma intencional para expressar uma ou mais coenzimas ou cofatores envolvidos na metanogênese. Em alguns aspectos específicos, as coenzimas ou cofatores são selecionadas a partir do grupo que consiste em F420, coenzima B, coenzima M, metanofurano e metanopterina, cujas estruturas são conhecidas na técnica. Em aspectos exemplificativos, os organismos são modificados para expressar as enzimas, bem conhecidas na técnica, que empregam esses cofatores na metanogênese.

[0085] Em modalidades exemplificativas, as células hospedeiras que são modificadas intencionalmente são halófilos extremos. Em modalidades exemplificativas, as células hospedeiras que são modificadas intencionalmente são termófilos ou hipertermófilos. Em modalidades exemplificativas, as células hospedeiras que são modificadas intencionalmente são metanógenos não autotróficos. Em alguns aspectos, as células hospedeiras que são modificadas intencionalmente são metanógenos que não são autotróficos. Em alguns aspectos, as células hospedeiras que são modificadas intencionalmente são células que não são nem metanogênicas nem autotróficas. Em outras modalidades, as células hospedeiras que são modificadas intencionalmente são células hospedeiras que compreendem genomas sintéticos. Em alguns aspectos, as células hospedeiras que são modificadas intencionalmente são células hospedeiras que compreendem um genoma que não é nativo em relação à célula hospedeira.

[0086] Em algumas modalidades, os micro-organismos metanogênicos foram modificados geneticamente de forma intencional ou resoluta para expressar pili ou pili alterados, por exemplo, pili alterados que promovem a adesão celular ao catodo ou outros componentes do reator de metanogênese eletrobiológica ou alterada para se tonar eletricamente condutiva. Os pili são complexos de proteína filamentosos finos que formam filamentos flexíveis que são produzidos a partir de proteínas denominadas pilins. Os pili atravessam uma membrana externa de células microbianas e podem se estender a partir da superfície celular para se fixar a uma variedade de outras superfícies. A formação de pili facilita tais funções importantes e distintas como adesão de superfície, interações de célula-célula que mediam os processos tal como agregação, conjugação e motilidade de espasmo. As análises in silico recentes de mais vinte genomas de archaeal identificaram um grande número de genes de archaeal que codificam proteínas putativas similares a pilins do tipo IV (Szabó et al. 2007, que é incorporado a título de referência no presente documento em sua totalidade). A expressão de diversas proteínas similares a pilina de archaeal foi confirmada in vivo desde então (Wang et al. 2008; Zolghadr et al. 2007; Frols et al. 2007, 2008, que são incorporados a título de referência no presente documento em sua totalidade). A divergência de sequência dessas proteínas bem como a expressão diferencial dos operões que codificam essas proteínas sugere que eles têm uma variedade de papeis em processos biológicos distintos.

[0087] Determinados micro-organismos tal como da espécie Geobacter e Rhodoferax, têm pili altamente condutivos que podem funcionar como nanofios produzidos biologicamente conforme descrito no documento U.S. 20060257985, que é incorporado a título de referência no presente documento em sua totalidade. Muitos organismos metanogênicos, incluindo a maioria da espécie Methanocaldococcus e da espécie Methanotorris, têm pili nativos e em alguns casos esses pili são usados para fixação. Nenhum desses organismos é conhecido por ter pili eletricamente condutivos de modo nativo.

[0088] Em modalidades exemplificativas da revelação, os pili de um organismo metanogênico e/ou superfícies em contato com pili de um organismo metanogênico ou outros componentes biológicos são alterados a fim de promover a adesão celular ao catodo ou outros componentes do reator de metanogênese eletrobiológica. Os pili de um organismo metanogênico podem ser modificados adicionalmente para otimizar sua condutividade elétrica. As proteínas pilina podem ser modificadas para ligar vários complexos. Por exemplo, as proteínas pilina podem ser modificadas para ligar ferro, imitar os pili da espécie Geobacter ou alternativamente, elas podem ser modificadas para ligar um agrupamento de ferro- enxofre similar a ferredoxina de baixo potencial que ocorre naturalmente em muitos metanógenos hipertermofílicos. O complexo desejado para uma aplicação particular será governada pelo potencial intermediário da reação de redox.

[0089] Os micro-organismos podem ser modificados geneticamente, por exemplo, com o uso de uma tecnologia de DNA recombinante. Por exemplo, variantes ou mutantes de cepa ou célula ou podem ser preparados introduzindo-se mudanças de nucleotídeo apropriadas no interior do DNA do organismo. As mudanças podem incluir, por exemplo, deleções, inserções, ou substituições por nucleotídeos dentro de uma sequência de ácido nucleico de interesse. As mudanças também podem incluir a introdução de uma sequência de DNA que não é encontrada naturalmente no tipo de célula ou cepa. Um indivíduo de habilidade comum na técnica terá prontamente a capacidade de selecionar um método apropriado dependendo do tipo de célula particular sendo modificada. Os métodos para introduzir essas mudanças são bem conhecidas na técnica e incluem, por exemplo, mutagênese mediada por oligonucleotídeo, mutagênese de transposão, transdução de fago, transformação, mutagênese aleatória (que pode ser induzida por exposição a compostos mutagênicos, a radiação tal como raios X, luz de UV, etc.), mutagênese mediada por PCR, transfecção de DNA, eletroporação, etc.

[0090] A capacidade dos pili dos organismos metanogênicos de aderir ao catodo acoplado com uma capacidade aumentada de conduzir elétrons, habilita os organismos para receber diretamente elétrons que passam através do catodo a partir do eletrodo negativo da fonte de potência. O uso de organismos metanogênicos com pili modificados geneticamente fixados ao catodo aumentará bastante a eficiência de conversão da potência elétrica em metano.

Características Fenotípicas

[0091] Em modalidades exemplificativas, as “características fenotípicas de conversão de CO2” de um metanógeno ou micro-organismo Methanothermobacter se referem a uma ou mais das seguintes: (1) capacidade de exibir uma eficiência de produção de metano alta por molécula de dióxido de carbono (CO2); (2) capacidade de exibir um nível alto de produtividade de metano (por molécula de dióxido de carbono suprida); (3) capacidade de exibir um nível alto de produtividade de metano (por grama de biomassa produzida); (4) capacidade de exibir um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (isto é,em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária); (5) capacidade de requerer significativamente menos nutrientes para manutenção e crescimento dos micro-organismos

[0092] As “características fenotípicas de conversão de CO2” exemplificativas de um metanógeno ou micro-organismo Methanothermobacter podem incluir uma ou mais das seguintes: (1) exibir uma eficiência de produção de metano alta que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular; (2) produzir pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo; (3) produzir pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano por grama de material celular produzido.

[0093] Em modalidades exemplificativas, as “características fenotípicas” de um metanógeno ou micro-organismo Methanothermobacter se referem a uma ou mais das seguintes: (a) capacidade de exibir uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular; ou (b) capacidade de sobreviver com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (isto é,em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária); ou (c) capacidade de exibir uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária ou fase quase estacionária; ou (d) capacidade de retornar para pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos após uma exposição de pelo menos ou cerca de 3 minutos a oxigênio ou monóxido de carbono; ou (e) uma combinação (por exemplo, uma combinação de (a) a (d) ou uma sub- combinação de (a) a (d)) da mesma.

[0094] Em modalidades exemplificativas, as “características fenotípicas” do metanógeno ou micro-organismo Methanothermobacter se referem a: (1) autotrófica e ou termofílica ou hipertermofílica; e (2) capacidade de retornar para pelo menos 80% (por exemplo, 90%, 95%, 98%) do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos após uma exposição de pelo menos 10 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio no ar ambiente) ou monóxido de carbono; e qualquer uma dentre as seguintes: (3) capacidade de exibir uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular (por exemplo, pelo menos ou cerca de 40, 50, 60 ou 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular), opcionalmente enquanto que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas; (4) capacidade de sobreviver com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90, ou 100 horas) por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 meses); (5) capacidade de manter continuamente uma eficiência de produção de metano de (3) por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos ou cerca de 6 meses, pelo menos ou cerca de 12 meses), opcionalmente com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90 ou 100 horas); e (6) capacidade de retornar para pelo menos 80% (por exemplo, 90%, 95%, 98%) da produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de novo suprimento de gás H2 ou eletricidade, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas conforme induzido por interrupção ou cessação de suprimento de gás H2 ou eletricidade.

[0095] Em aspectos exemplificativos, o micro-organismo Methanothermobacteré (1) autotrófico e ou termofílico ou hipertermofílico; e (2) tem capacidade de retornar para pelo menos 80% (por exemplo, 90%, 95%, 98%) do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos, após uma exposição de pelo menos 10 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio no ar ambiente) ou monóxido de carbono; e qualquer um ou mais dentre os seguintes: (3) capacidade de exibir uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 40 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular (por exemplo, pelo menos ou cerca de 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular), opcionalmente enquanto que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 100 horas; (4) capacidade de sobreviver com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 100 horas por pelo menos 6 meses (por exemplo, por pelo menos cerca de 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 meses); (5) capacidade de manter continuamente a eficiência de produção de metano de (3) por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos ou cerca de 6 meses, pelo menos ou cerca de 12 meses), opcionalmente enquanto em uma fase estacionária ou fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 100 horas; e (6) capacidade de retornar para pelo menos 80% (por exemplo, 90%, 95%, 98%) da produtividade de metano no estado de operação dentro de 10 minutos de novo suprimento de gás H2 ou eletricidade, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas conforme induzido por interrupção ou cessação de suprimento de gás H2 ou eletricidade.

[0096] Autotrófico.Em aspectos exemplificativos, os micro-organismos da revelação são autotróficos. Conforme usado no presente documento, o termo “autotrófico” se refere a um micro-organismo que tem capacidade de usar dióxido de carbono, ácido fórmico e/ou monóxido de carbono e uma fonte de potência de redução para fornecer todo o carbono e energia necessária para crescimento e manutenção da célula (por exemplo, micro-organismo). As fontes adequadas de potência de redução podem incluir, sem limitação, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, enxofre, ácido fórmico, monóxido de carbono, metais reduzidos, açúcares (por exemplo, glicose, frutose), acetato, fótons ou eletrodos catódicos ou uma combinação dos mesmos. Em aspectos exemplificativos, os micro-organismos autotróficos da revelação obtém a potência de redução a partir de um catodo ou hidrogênio.

[0097] Termofílico ou Hipertermofílico.Em aspectos exemplificativos, os micro-organismos da revelação são termofílicos ou hipertermofílicos. Conforme usado no presente documento, o termo “termofílico” se refere a um organismo que tem uma temperatura de crescimento ótima de cerca de 50 °C ou mais, por exemplo, dentro de uma faixa de cerca de 50 °C a cerca de 80 °C, cerca de 55 °C a cerca de 75 °C, ou cerca de 60 °C a cerca de 70 °C (por exemplo, cerca de 60 °C a cerca de 65 °C, cerca de 65 °C a cerca de 70 °C). Conforme usado no presente documento, o termo “hipertermofílico” se refere a um organismo que tem uma temperatura de crescimento ótima de cerca de 80 °C ou mais, por exemplo, dentro de uma faixa de cerca de 80 °C a cerca de 105 °C.

[0098] Resiliência a Oxigênio ou Monóxido de carbono. Organismos metanogênicos são compreendidos como anaeróbicos extremamente completos. Oxigênio é conhecido como um inibidor dos catalisadores de enzima de ambas absorção de hidrogênio e metanogênese. Um potencial de oxidação-redução baixo (ORP) no meio de crescimento é compreendido como importante para a metanogênese. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo Methanothermobacter da descrição é substancialmente resiliente à exposição a oxigênio, considerando que o micro-organismo volta para um nível de produtividade de metano que é substancialmente igual ao nível de produtividade de metano exibido antes da exposição a oxigênio em um período de tempo relativamente curto. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da apresentação é capaz de voltar a um nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 3 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar para um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 4 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 5 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 6 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 7 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 8 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 9 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é 100% do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 3 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 20 minutos após uma exposição de pelo menos 10 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 10 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, anteriormente à exposição a oxigênio) nos 5 minutos ou nos 2 minutos após uma exposição de pelo menos 10 minutos a oxigênio (por exemplo, oxigênio em ar ambiente). Em aspectos exemplificadores, a exposição a oxigênio é de pelo menos 30 minutos, pelo menos 60 minutos, pelo menos 90 minutos, 2 horas, 4 horas, 6 horas, 8 horas, 10 horas, 15 horas, 24 horas, 48 horas, 72 horas ou mais. Em modalidades exemplificadoras, o nível de produtividade de metano no estado de operação está em uma faixa de cerca de 300 VVD a cerca de 500 VVD. A resiliência à exposição a oxigênio pode ser testada de acordo com métodos conhecidos na técnica, ou conforme descrito no Exemplo 4.

[0099] Monóxido de carbono (CO) é outro inibidor conhecido de enzimas envolvidas em ambas absorção de hidrogênio e metanogênese. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo Methanothermobacter da descrição é substancialmente resiliente à exposição a CO, considerando que o micro-organismo volta a um nível de produtividade de metano que é substancialmente igual ao nível de produtividade de metano exibido antes da exposição a CO em um período de tempo relativamente curto. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 20 minutos após uma exposição de pelo menos 10 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 3 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 4 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 5 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 6 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 7 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 8 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 9 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de nível de produtividade de metano que é 100% do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 3 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 10 minutos após uma exposição de pelo menos 10 minutos a CO. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a um nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) do nível de produtividade de metano no estado de operação (por exemplo, antes da exposição a CO) nos 5 minutos ou nos 2 minutos após uma exposição de pelo menos 10 minutos a CO. Em aspectos exemplificadores, a exposição a CO é de pelo menos 30 minutos, pelo menos 60 minutos, pelo menos 90 minutos, 2 horas, 4 horas, 6 horas, 8 horas, 10 horas, 15 horas, 24 horas, 48 horas, 72 horas ou mais. Em modalidades exemplificadoras, o nível de produtividade de metano no estado de operação está em uma faixa de cerca de 300 VVD a cerca de 500 VVD.A resiliência à exposição a CO pode ser testada de acordo com métodos conhecidos na técnica ou conforme descrito no Exemplo 4.

[00100] Eficiência de Produção de Metano. Foi relatada que microorganismosmetanogênicos de ocorrência natural na fase de crescimento ativo produzem metano em uma razão de cerca de 8 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular, variando até uma razão de cerca de 20 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular. Em modalidades exemplificadoras, os microorganismos aqui descritos demonstram uma eficiência aumentada, particularmente quando adaptados em cultura para condições de crescimento de fase estacionária. Em conformidade, em aspectos exemplificadores, a razão do número de moléculas de CO2 convertidas em metano para o número de moléculas de CO2 convertidas em material celular dos micro-organismos descritos é superior à razão de microorganismosmetanogênicos de ocorrência natural na fase de crescimento ativo. Em modalidades exemplificadoras, a razão do número de moléculas de CO2 convertidas em metano para o número de moléculas de CO2 convertidas em material celular dos micro-organismos da descrição é N:1, em que N é um número superior a 20, por exemplo, cerca de 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 ou mais. Em algumas modalidades, N é menos que 500, menos que 400, menos que 300 ou menos que 200. Em algumas modalidades, N varia de cerca de 40 a cerca de 150. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo exibe uma eficiência de produção de metano por molécula de dióxido de carbono (CO2) que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular (por exemplo, pelo menos ou cerca de 40, 50, 60 ou 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo exibe uma eficiência de produção de metano por molécula de dióxido de carbono (CO2) que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular (por exemplo, pelo menos ou cerca de 40, 50, 60 ou 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular) enquanto exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90 ou 100 horas). Métodos de determinação do número de moléculas de dióxido de carbono convertidas em metano por molécula de dióxido de carbono convertida em material celular são conhecidos na técnica e incluem o método descrito no Exemplo 3.

[00101] Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição é capaz de manter continuamente por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos ou cerca de 6 meses, pelo menos ou cerca de 12 meses) uma eficiência de produção de metano por molécula de dióxido de carbono (CO2) que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular (por exemplo, pelo menos ou cerca de 40 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular, pelo menos ou cerca de 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular). Em modalidades exemplificadoras, o microorganismo da descrição é capaz de manter continuamente por pelo menos ou cerca de12 meses uma eficiência de produção de metano por molécula de dióxido de carbono (CO2) que é pelo menos ou cerca de 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular. Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos da descrição são capazes de manter continuamente tal eficiência de produção de metano, enquanto, em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 36 ou 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90, 100, 240 horas).

[00102] Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos da descrição demonstram um alto nível de produtividade de metano por molécula de dióxido de carbono fornecido. Por exemplo, os micro-organismos de Methanothermobacter produzem pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono fornecidas ao micro-organismo. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo de Methanothermobacter produz pelo menos 96 (por exemplo, pelo menos 96,0, 96,1, 96,2, 96,3, 96,4, 96,5, 96,6, 96,7, 96,8, 96,9, 97,0, 97,1, 97,2, 97,3, 97,4, 97,5, 97,6, 97,7, 97,8, 97,9, 98,0, 98,1, 98,2, 98,3, 98,4, 98,5, 98,6, 98,7, 98,9, 98,9, 99,0, 99,1, 99,2, 99,3, 99,4, 99,5, 99,6, 99,7, 99,8 ou 99,9) moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono fornecidas ao micro-organismo. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono fornecidas ao micro-organismo quando não mais que 25 moléculas de hidrogênio são fornecidas ao micro-organismo para cada 6 moléculas de metano produzidas, ou, opcionalmente, não mais que 200 moléculas de hidrogênio são fornecidas para cada 49 moléculas de metano produzidas.

[00103] Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos da descrição demonstram um alto nível de produtividade de metano versus produtividade de material celular ou produtividade de biomassa. Por exemplo, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos 18 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos 19 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos 20 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos 25 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos 30 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos 35 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos 18 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo Methanothermobacter produz pelo menos 40 gramas de metano por grama de material celular ou biomassa produzido. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano por grama de biomassa produzido quando não mais que 25 moléculas de hidrogênio são fornecidas ao micro-organismo para cada 6 moléculas de metano produzidas ou, opcionalmente, não mais que 200 moléculas de hidrogênio são fornecidas para cada 49 moléculas de metano produzidas.

[00104] Estados de Operação.Os micro-organismos da descrição podem existir em qualquer ponto no tempo em um estado dormente ou em um estado de operação. Conforme usado no presente documento, o termo “estado dormente” refere-se a um estado em que os micro-organismos descritos não estão produzindo metano (isto é, não estão produzindo metano a um nível detectável). Em aspectos exemplificadores, o estado dormente é induzido ao interromper ou terminar (isto é, pausa) o abastecimento de gás H2 ou eletricidade ao micro-organismo. Conforme usado no presente documento, o termo “estado de operação” refere-se a um estado no qual os micro-organismos descritos estão produzindo metano (isto é,produzindo metano a um nível detectável). Em aspectos exemplificadores, o estado de operação é induzido ao fornecer (por exemplo, refornecer) um abastecimento de gás H2 ou eletricidade ao micro-organismo.

[00105] Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos da descrição sofrem transição ou são ciclizados para um estado de operação e um estado dormente. Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos da descrição sofrem transição ou são ciclizados entre um estado de operação e um estado dormente sem diminuir seu nível de produtividade de metano. Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos da descrição mantêm, substancialmente, o nível de produtividade de metano do estado de operação após sofrerem transição para fora de um estado dormente. Conforme usado no presente documento, a expressão “mantém substancialmente o nível de produtividade de metano” refere-se a um nível de produtividade de metano que não difere em mais que 20% (por exemplo, em cerca de 10% mais alto ou mais baixo) de um primeiro nível de produtividade de metano. Em conformidade, em aspectos exemplificadores, os micro-organismos da descrição são substancialmente resilientes a serem colocados em um estado dormente por um período de tempo relativamente longo, considerando-se que os micro-organismos voltam ao nível de produtividade de metano exibido antes de serem colocados no estado dormente em um período de tempo relativamente curto.

[00106] Em aspectos exemplificadores, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas, conforme induzido pela interrupção ou cessação do abastecimento de hidrogênio ou eletricidade, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) da produtividade de metano no estado de operação em 20 minutos do reabastecimento de hidrogênio ou eletricidade. Em aspectos exemplificadores, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas, conforme induzido pela interrupção ou cessação abastecimento de hidrogênio ou eletricidade, o micro-organismo da descrição é capaz de voltar a pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) da produtividade de metano no estado de operação em 10 minutos de reabastecimento hidrogênio ou eletricidade. Em aspectos exemplificadores, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas, conforme induzido por interrupção ou cessação abastecimento de hidrogênio ou eletricidade, o microorganismo da descrição é capaz de voltar a pelo menos 80% (por exemplo, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, pelo menos 98%, 100%) da produtividade de metano no estado de operação em 5 minutos ou em 2 minutos de reabastecimento hidrogênio ou eletricidade. Em aspectos exemplificadores, o microorganismoestá em um estado dormente por pelo menos 2 horas (por exemplo, pelo menos 4 horas, 6 horas, 8 horas, 10 horas, 15 horas, 24 horas, 48 horas, 72 horas ou mais) conforme induzido por interrupção ou cessação abastecimento de hidrogênio ou eletricidade. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo é exposto a uma condição na qual o abastecimento de hidrogênio ou eletricidade é interrompido ou terminado por um período de pelo menos 2 horas (por exemplo, pelo menos 4 horas, 6 horas, 8 horas, 10 horas, 15 horas, 24 horas, 48 horas, 72 horas ou mais). Em modalidades exemplificadoras, o nível de produtividade de metano no estado de operação está em uma faixa de cerca de 300 VVD a cerca de 500 VVD.

[00107] Fases de crescimento. Quando os micro-organismos estão em um estado de operação, os micro-organismos metanogênicos podem estar em uma dentre uma variedade de fases de crescimento, que diferem em relação à taxa de crescimento dos micro-organismos (que podem ser expressos, por exemplo, como tempo de duplicação de número de micro-organismos ou massa celular). As fases de crescimento tipicamente observadas incluem uma fase de atraso, uma fase de crescimento ativo (também conhecida como fase exponencial ou logarítmica quando os micro-organismos se multiplicam rapidamente), uma fase estacionária e uma fase de morte (declínio exponencial ou logarítmico nos números de células). Em algumas modalidades, os micro-organismos da descrição estão em uma fase de atraso, uma fase de crescimento ativo, uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária.

[00108] Em algumas modalidades, os micro-organismos metanogênicos estão em uma fase de crescimento ativo na qual os micro-organismos metanogênicos estão se multiplicando ativamente a uma taxa rápida. Em alguns aspectos, o tempo de duplicação dos micro-organismos pode ser rápido ou similar àquele observado durante a fase de crescimento em seu ambiente natural ou em um ambiente rico em nutrientes. Por exemplo, o tempo de duplicação dos microorganismosmetanogênicos na fase de crescimento ativo é de cerca de 15 minutos, cerca de 20 minutos, cerca de 30 minutos, cerca de 45 minutos, cerca de 60 minutos, cerca de 75 minutos, cerca de 80 minutos, cerca de 90 minutos, ou cerca de 2 horas.

[00109] A fase estacionária representa uma fase de crescimento na qual, após a fase de crescimento ativo ou logarítmico, a taxa de divisão celular e a taxa de morte celular estão em equilíbrio ou quase equilíbrio, e, portanto, uma concentração relativamente constante de micro-organismos é mantida no reator. (Consulte Eugene W. Nester, Denise G. Anderson, C. Evans Roberts Jr., Nancy N. Pearsall, Martha T. Nester; Microbiology: A Human Perspective, 2004, Quarta Edição, Capítulo 4, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade).

[00110] Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos metanogênicos estão em uma fase de crescimento estacionária ou fase de crescimento quase estacionária na qual os micro-organismos metanogênicos não estão crescendo rapidamente ou têm uma taxa de crescimento substancialmente reduzida. Em algumas modalidades, o tempo de duplicação dos micro-organismos metanogênicos é de cerca de 1 dia ou mais, incluindo cerca de 30 horas, 36 horas, 48 horas, 72 horas, 80 horas, 90 horas, 100 horas, 110 horas, 120 horas, 200 horas, 240 horas, 2, 3, 4, 5, 6, dias ou mais ou cerca de 1, 2, 3, 4 semanas ou mais ou 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 meses ou mais.

[00111] Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos metanogênicos são capazes de sobreviver em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas quando abastecidos com gás CO2 a uma taxa de pelo menos ou cerca de 34 VVD. Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos metanogênicos são capazes de sobreviver em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um a tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas quando abastecidos com gás CO2 a uma taxa de pelo menos ou cerca de 34 VVD e com potência de redução o suficiente para reduzir pelo menos 90% do CO2. Em aspectos exemplificadores, a potência de redução é gás hidrogênio (H2) abastecido a uma taxa de pelo menos 122 VVD. Em aspectos exemplificadores, a potência de redução é corrente elétrica.

[00112] Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos metanogênicos são capazes de sobreviver em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90 ou 100 horas) por um período de tempo que é pelo menos 7 dias consecutivos (por exemplo, por pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 meses). Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos metanogênicos são capazes de sobreviver em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90 ou 100 horas) por um período de tempo que é pelo menos 30 dias consecutivos (por exemplo, por pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 meses).

[00113] Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos metanogênicos são capazes de sobreviver em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90 ou 100 horas) por um período de tempo que é pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 meses).

[00114] Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição, enquanto está em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 36, 72 horas (por exemplo, um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80, 90, 100, 240 horas), é capaz de manter continuamente por pelo menos 30 dias (por exemplo, por pelo menos ou cerca de 6 meses, pelo menos ou cerca de 12 meses) uma eficiência de produção de metano que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular (por exemplo, pelo menos ou cerca de 40 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular, pelo menos ou cerca de 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular). Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo da descrição, enquanto está em uma fase estacionária ou uma fase quase estacionária que tem um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 100 horas, é capaz de manter continuamente por pelo menos 12 meses a eficiência de produção de metano que é pelo menos ou cerca de 70 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular.

[00115] Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos metanogênicos estão, inicialmente, em uma fase de crescimento ativo e, subsequentemente, em uma fase estacionária ou quase estacionária. Em modalidades exemplificadoras, quando em um estado de operação, os microorganismosmetanogênicos ciclizam entre uma fase de crescimento ativo e uma fase estacionária ou quase estacionária. Em aspectos exemplificadores, os microorganismos da descrição sofrem transição ou ciclizam entre uma fase de crescimento ativo e uma fase estacionária ou quase estacionária sem diminuir sua eficiência de produção de metano, conforme descrito acima.

[00116] Combinações de Característica Fenotípica.Em relação à listagem acima de características fenotípicas, (1) e (2) podem ser consideradas como características necessárias dos micro-organismos da descrição, enquanto (3), (4), (5) e (6) podem ser consideradas como características opcionais dos microorganismos da descrição. Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos da descrição exibem (1), (2), (3), (4), (5) e (6). Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo da descrição exibe, além de (1) e (2), uma combinação de características fenotípicas selecionada do grupo que consiste em: [(3), (4) e (5)], [(3) e (4)], [(3)], [(3) e (5)], [(3) e (6)], [(4), (5) e (6)], [(4) e (5)], [(4)], [(4) e (6)], [(5) e (6)], [(5)], e [(6)]. Todas as combinações e subcombinações das mesmas são contempladas no presente documento.

[00117] Características Fenotípicas Adicionais. Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos da descrição exibem características fenotípicas adicionais (além das características fenotípicas apresentadas acima como (1) a (6)).

[00118] Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo é (i) capaz de produzir metano através de metanogênese hidrogenotrófica sob as condições de abastecimento de gás hidrogênio (H2) máximo e em um fermentador, conforme descrito no Exemplo 2, (a um volume de metano a temperatura e pressão padrão produzido por dia) dividido pelo volume de líquido da cultura (VVD) de pelo menos cerca de 300 VVD; (ii) capaz de produzir metano através de metanogênese eletrobiológica sob as condições e em uma célula conforme descrita no Exemplo 2 a um VVD de pelo menos cerca de 300 VVD; ou ambos (i) e (ii). Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos da descrição são capazes de produzir metano a partir de dióxido de carbono e gás H2 através de metanogênese hidrogenotrófica. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo é capaz de produzir metano através de metanogênese hidrogenotrófica sob as condições de abastecimento de gás H2 máximo e em um fermentador, conforme descrito no Exemplo 2, a um VVD de pelo menos cerca de 300 VVD, por exemplo, pelo menos ou cerca de 500 VVD, pelo menos ou cerca de 1.000 VVD, pelo menos ou cerca de 2.000 VVD, pelo menos ou cerca de 3.000 VVD, pelo menos ou cerca de 5.000 VVD, pelo menos ou cerca de 10.000 VVD. Em aspectos exemplificadores, o microorganismoé capaz de produzir não mais que 100.000 VVD sob tais condições. Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos da descrição são capazes de produzir metano a partir de dióxido de carbono, eletricidade e água, através de um processo conhecido como metanogênese eletrobiológica. Em modalidades exemplificadoras, o micro-organismo é capaz de produzir metano através de metanogênese eletrobiológica, sob as condições e em uma célula conforme descrito no Exemplo 2 a um VVD de pelo menos cerca de 300 VVD, por exemplo, pelo menos ou cerca de 500 VVD, pelo menos ou cerca de 1.000 VVD, pelo menos ou cerca de 2.000 VVD, pelo menos ou cerca de 3.000 VVD, pelo menos ou cerca de 5.000 VVD, pelo menos ou cerca de 10.000 VVD. Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo é capaz de produzir não mais que 100.000 VVD sob tais condições. Os métodos para determinar a produtividade de metano em unidades de VVD são apresentados no Exemplo 2, por exemplo.

[00119] A atividade catalítica específica de micro-organismos metanogênicos pode ser expressa como a razão de moles de metano formados por hora para moles de carbono na biomassa microbiana formados por hora. Sob algumas condições, um dos substratos necessários pode estar limitando a reação, em cujo caso a capacidade catalítica específica pode exceder a atividade catalítica específica. Portanto, um aumento no substrato limitador levaria a um aumento na atividade catalítica específica observada. Sob outras condições, a atividade catalítica específica observada pode estar saturada com substrato, em cujo caso um aumento na concentração de substrato não produziria um aumento na atividade catalítica específica. Sob condições de saturação de substrato, a atividade catalítica específica observada seria igual à capacidade catalítica específica. Métodos para determinar a atividade catalítica específica para a produção de metano são descritos no Exemplo 5, por exemplo.

[00120] Em modalidades exemplificadoras, os micro-organismos da descrição que crescem sob condições de estado estáveis (por exemplo, as condições, conforme descrito no Exemplo 1) são capazes de exibir uma capacidade catalítica específica que tem um excesso da atividade catalítica específica que suporta seu crescimento. Em modalidades exemplificadoras, a atividade catalítica específica dos micro-organismos da descrição é de pelo menos 10 vezes maior do que aquela observada durante o crescimento de estado estável com os tempos de duplicação na faixa de 100 horas. Em modalidades exemplificadoras, o microorganismo da descrição é capaz de produzir metano a uma taxa ou quantidade que é consistente com o aumento no hidrogênio ou eletricidade abastecida aos microorganismos. Por exemplo, em aspectos exemplificadores, os micro-organismos são capazes de produzir um aumento de X vezes na produção de metano em resposta a um aumento de X vezes no abastecimento de gás H2 ou eletricidade, sendo que X é qualquer número maior que 1, por exemplo, 2, 5, 10. Em modalidades exemplificadoras, quando fornecido com um aumento de 2 vezes no abastecimento de hidrogênio (por exemplo, de 0,2 l/min a 0,4 l/min), os micro-organismos da descrição são capazes de exibir um aumento de 2 vezes na produtividade de metano.

[00121] Em aspectos exemplificadores, o micro-organismo da descrição exibe resiliência ou resistência adicional à exposição a contaminantes diferentes de oxigênio ou monóxido de carbono, como, por exemplo, etanol, óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio. Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos da descrição são capazes de voltar, substancialmente, ao nível de produtividade de metano após a exposição a um contaminante selecionado do grupo que consiste em: etanol, óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio. Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos da descrição são capazes de voltar a um nível de produtividade de metano que é pelo menos 80% do nível de produtividade de metano observado no estado de operação em 20 minutos (por exemplo, em 10 minutos, em 5 minutos, em 2 minutos) após uma exposição de pelo menos 10 minutos ao contaminante.

[00122] Adicionalmente, os micro-organismos em modalidades exemplificadoras exibem características fenotípicas diferentes daquelas descritas no presente documento como (1) a (6) e (i) e (ii).

[00123] Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos metanogênicos exibem uma cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca (por exemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg ou 20 mg) de células/ml de cultura em uma fase estacionária ou fase quase estacionária. Em aspectos exemplificadores, os microorganismosmetanogênicos exibem uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg massa seca (por exemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg ou 20 mg) de células/ml de cultura em uma fase estacionária ou fase quase estacionária por pelo menos ou cerca de 15 dias consecutivos. Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos metanogênicos exibem uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg massa seca (por exemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg ou 20 mg) de células/ml de cultura em uma fase estacionária ou fase quase estacionária por pelo menos ou cerca de 20 dias consecutivos. Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos metanogênicos exibem uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg massa seca (por exemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg ou 20 mg) de células/ml de cultura em uma fase estacionária ou fase quase estacionária por pelo menos ou cerca de 25 dias consecutivos. Em aspectos exemplificadores, os micro-organismos metanogênicos exibem uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg massa seca (por exemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg ou 20 mg) de células/ml de cultura em uma fase estacionária ou fase quase estacionária por pelo menos ou cerca de 30 dias consecutivos.

Culturas

[00124] A descrição fornece, ainda, culturas que compreendem um micro-organismoMethanothermobacter da descrição, por exemplo, um micro-organismo Methanothermobacter que é um micro-organismo da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910, depositada em 21 de dezembro de 2010, na Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® n° PTA-11561, uma variante de um micro-organismo da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910 ou um progênie de um micro-organismo da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910. O termo “cultura”, conforme usado no presente documento, refere-se a uma população de micro-organismos vivos ou em um meio de cultura.

Monoculturas, Culturas Substancialmente Puras

[00125] Em algumas modalidades, a cultura é uma monocultura e/ou é uma cultura substancialmente pura. Conforme usado no presente documento, o termo “monocultura” refere-se a uma população de micro-organismos derivados ou descendentes de uma única espécie (que pode abranger múltiplas cepas) ou uma única cepa de micro-organismo. A monocultura em alguns aspectos é “pura”, isto é, praticamente homogênea, exceto por (a) mutações de ocorrência natural que podem ocorrer nos progênies e (b) contaminação natural por micro-organismos não metanogênicos resultante da exposição a condições não estéreis. Organismos em monoculturas podem ser cultivados, selecionados, adaptados, manipulados, modificados mutacionados ou transformados, por exemplo, por seleção ou adaptação sob condições específicas, técnicas de irradiação ou DNA recombinante, sem perder sua natureza de monocultura.

[00126] Conforme usado no presente documento, uma “cultura substancialmente pura” refere-se a uma cultura que substancialmente não tem micro-organismos diferentes das espécies ou cepa(s) de micro-organismo desejadas. Ou seja, uma cultura substancialmente pura de uma cepa do microorganismoé substancialmente livre de outros contaminantes, que podem incluir contaminantes microbianos (por exemplo, organismos de espécies ou cepa diferentes). Em algumas modalidades, a cultura substancialmente pura é uma cultura na qual mais que ou cerca de 70%, mais que ou cerca de 75%, mais que ou cerca de 80%, mais que ou cerca de 85%, mais que ou cerca de 90%, mais que ou cerca de 91%, mais que ou cerca de 92%, mais que ou cerca de 93%, mais que ou cerca de 94%, mais que ou cerca de 95%, mais que ou cerca de 96%, mais que ou cerca de 97%, mais que ou cerca de 98%, mais que ou cerca de 99% da população total dos micro-organismos da cultura é uma única espécie ou cepa de microorganismometanogênico. A título de exemplo, em algumas modalidades, a cultura substancialmente pura é uma cultura na qual mais que 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% ou mais da população total de micro-organismos da cultura é uma única espécie de micro-organismo metanogênicos, por exemplo, Methanothermobacter thermautotrophicus.

[00127] Em modalidades exemplificadoras, a cultura é, inicialmente, uma monocultura pura ou substancialmente pura. Conforme a cultura é exposta a condições não estéreis, a cultura pode ser contaminada por outros microorganismosnão metanogênicos no ambiente, sem impacto significativo na eficiência de produção de metano através de um período de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 meses ou 1,5 ou 2 anos.

Culturas Misturas

[00128] Em outras modalidades, a cultura compreende uma pluralidade de (por exemplo, uma mistura ou combinação de duas ou mais) espécies diferentes de micro-organismos metanogênicos. Em alguns aspectos, a cultura compreende duas, três, quatro, cinco, seis, sete, oito, nove, dez ou mais espécies diferentes de microorganismosmetanogênicos. Em alguns aspectos, cultura compreende uma pluralidade de espécies diferentes de micro-organismos metanogênicos, mas a cultura é substancialmente livre de qualquer micro-organismo não metanogênico.

[00129] Em ainda outras modalidades, a cultura compreende uma pluralidade de micro-organismos de espécies diferentes, nas quais pelo menos uma é um micro-organismo metanogênico da descrição. Em alguns aspectos dessa modalidade, a cultura compreende, pelo menos, um dos micro-organismos metanogênicos apresentados e compreende adicionalmente pelo menos um microorganismonão metanogênicos selecionado. Em alguns aspectos, a cultura compreende duas ou mais espécies diferente de metanogenes, das quais uma é um micro-organismo metanogênicos descrito e, opcionalmente, compreende pelo menos um micro-organismo não metanogênico selecionado.

Meio de Cultura

[00130] A cultura que compreende os micro-organismos metanogênicos, por exemplo, a archaea metanogênica, pode ser mantida em ou sobre um meio de cultura. Em algumas modalidades, o meio de cultura é uma solução ou suspensão (por exemplo, uma solução aquosa). Em outras modalidades, o meio de cultura é um sólido ou um semissólido. Em ainda outras modalidades, o meio de cultura compreende ou é um gel, uma gelatina ou uma pasta.

[00131] Em algumas modalidades, o meio de cultura é um que estimula a fase de crescimento ativo dos micro-organismos metanogênicos. Em aspectos exemplificadores, o meio de cultura compreende materiais, por exemplo, nutrientes, em quantidades não limitadoras que suportam o crescimento relativamente rápido dos micro-organismos. Os materiais e quantidades de cada material do meio de cultura que suporta a fase ativa dos micro-organismos metanogênicos variará, dependendo das espécies ou cepa dos micro-organismos da cultura. Entretanto, está na habilidade do técnico ordinário determinar os conteúdos do meio de cultura adequados para suportar a fase ativa dos micro-organismos da cultura. Em algumas modalidades, o meio de cultura estimula ou permite uma fase estacionária dos micro-organismos metanogênicos. Em algumas modalidades, um meio de cultura estimulará a fase de crescimento ativo quando os micro-organismos ainda não alcançaram ou se aproximaram de concentrações células viáveis suficientes para inibir a taxa de crescimento, através da remoção de um nutriente essencial e/ou produção de metabólitos tóxicos, enquanto o mesmo meio de cultura estimulará uma fase estacionária ou de crescimento quase estacionária para o micro-organismo quando a concentração e células viáveis alcança um certo nível, que um indivíduo versado na técnica pode prontamente determinar empiricamente. Componentes e concentrações de meio de cultura são descritos com mais detalhes abaixo. Com o uso desse encaminhamento, variações alternativas podem ser selecionadas para espécies particulares para a metanogênese eletrobiológica no estado de operação do reator biológico com o uso de técnicas bem conhecidas no campo.

Materiais inorgânicos: Elementos inorgânicos, minerais e sais

[00132] Em algumas modalidades, o meio para cultivar archaea compreende um ou mais nutrientes que são elementos inorgânicos ou sais dos mesmos. Elementos inorgânicos comuns incluem, mas sem limitação, fontes de sódio, potássio, magnésio, cálcio, ferro, cloreto, enxofre, como sulfito de hidrogênio ou enxofre elementar, fontes fosforosas, como fontes de fosfato e nitrogênio, como amônio, gás nitrogênio ou nitrato. Fontes exemplificadoras incluem NaCl, NaHCO3, KCl, MgCl2, MgSO4, CaCl2, sulfato ferroso, Na2HPO4, NaH2PO4 H2O, H2S, Na2S, NH4OH, N2 e NaNO3 . Em algumas modalidades, o meio de cultura compreende, ainda, um ou mais elementos de rastro selecionados do grupo que consiste em íons de bário, brometo, boro, cobalto, iodo, manganês, cromo, cobre, níquel, selênio, vanádio, titânio, germânio, molibdênio, silício, ferro, flúor, prata, rubídio, estanho, zircônio, cádmio, zinco, tungstênio e alumínio. Esses íons podem ser fornecidos, por exemplo, em sais de elemento de traço, como H3BO3, Ba(C2H3O2)2, KBr, CoCl2- 6H2O, KI, MnCl2-2H2O, Cr(SO4)3-15H2O, CuSO4-5H2O, NiSO4-6H2O, H2SeO3, NaVO3, TiCl4, GeO2, (NH4)6Mo7O24-4H2O, Na2SiO3-9H2O, FeSO4-7H2O, NaF, AgNO3, RbCl, SnCl2 ,ZrOCl2-8H2O, CdSO4-8H2O, ZnSO4-7H2O, Fe(NO3)3- 9H2ONa2WO4, AlCl3-6H2O.

[00133] Em algumas modalidades, o meio compreende um ou mais minerais selecionados do grupo que consiste em níquel, cobalto, sódio, magnésio, ferro, cobre, manganês, zinco, boro, fósforo, enxofre, nitrogênio, selênio, tungstênio, alumínio e potássio, incluindo quaisquer sais não tóxicos dos mesmos. Portanto, em algumas modalidades, os minerais no meio são fornecidos como sais minerais. Quaisquer sais ou hidratos adequados podem ser usados na produção do meio. Por exemplo, e em algumas modalidades, o meio compreende um ou mais dos seguintes sais minerais: Na3nitrilotriacetato, ácido nitrilotriacético, NiCl2-6H2O, CoCl2- 6H2O, Na2MoO4-H2O, MgCl2-6H2O, FeSO4-H2O, Na2SeO3, Na2WO4, KH2PO4 e NaCl. Em algumas modalidades, L-cisteína pode ser adicionada como um tampão de redução-oxidação (redox) para suportar fases precoces do crescimento de uma cultura de baixa densidade. Em algumas modalidades, o meio compreende níquel, opcionalmente NiCl2-6H2O em uma quantidade de cerca de 0,001 mM a cerca de 0,01 mM, por exemplo, 0,002 mM, 0,003 mM, 0,004 mM, 0,005 mM, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM ou qualquer combinação dos pontos finais das faixas antecedentes. Em algumas modalidades, o meio compreende uma fonte de nitrogênio, por exemplo, hidróxido de amônio ou cloreto de amônio em uma quantidade de cerca de 1 mM a cerca de 10 mM, por exemplo, 2 mM, 3 mM, 4 mM, 5 mM, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM ou qualquer combinação dos pontos finais antecedentes. Em algumas modalidades, o meio compreende cobalto, por exemplo, CoCl2-6H2O, em uma quantidade de cerca de 0,001 mM a cerca de 0,01 mM, por exemplo, 0,002 mM, 0,003 mM, 0,004 mM, 0,005 mM, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende molibdênio, uma fonte de molibdênio ou molibdato, por exemplo, Na2MoO4-H2O, em uma quantidade de cerca de 0,005 mM a cerca de 0,05 mM, por exemplo, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM, 0,01 mM, 0,02 mM, 0,03 mM, 0,04 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende magnésio, por exemplo, MgCl2-6H2O, em uma quantidade de cerca de 0,5 mM a cerca de 1,5 mM, por exemplo, 0,6 mM, 0,7 mM, 0,8 mM, 0,9 mM, 1,0 mM, 1,1 mM, 1,2 mM, 1,3 mM, 1,4 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende ferro, por exemplo, FeSO4-H2O, em uma quantidade de cerca de 0,05 mM a cerca de 0,5 mM, por exemplo, 0,06 mM, 0,07 mM, 0,08 mM, 0,09 mM, 0,1 mM, 0,2 mM, 0,3 mM, 0,4 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende uma fonte de enxofre ou sulfato em uma quantidade de cerca de 0,05 mM a cerca de 0,5 mM, por exemplo, 0,06 mM, 0,07 mM, 0,08 mM, 0,09 mM, 0,1 mM, 0,2 mM, 0,3 mM, 0,4 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende selênio, uma fonte de selênio ou selenato, por exemplo, Na2SeO3, em uma quantidade de cerca de 0,005 mM a cerca de 0,05 mM, por exemplo, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM, 0,01 mM, 0,02 mM, 0,03 mM, 0,04 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende tungstênio, uma fonte de tungstênio u tungstato, por exemplo, Na2WO4, em uma quantidade de cerca de 0,005 mM a cerca de 0,05 mM, por exemplo, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM, 0,01 mM, 0,02 mM, 0,03 mM, 0,04 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende potássio, por exemplo, KH2PO4, em uma quantidade de cerca de 5 mM a cerca de 15 mM, por exemplo, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM, 10 mM, 11 mM, 12 mM, 13 mM, 14 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende fósforo, uma fonte fosforosa ou fosfato, por exemplo, KH2PO4, em uma quantidade de cerca de 5 mM a cerca de 15 mM, por exemplo, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM, 10 mM, 11 mM, 12 mM, 13 mM, 14 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior. Em algumas modalidades, o meio compreende NaCl em uma quantidade de cerca de 5 mM a cerca de 15 mM, por exemplo, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM, 10 mM, 11 mM, 12 mM, 13 mM, 14 mM ou qualquer combinação dos pontos finais da faixa anterior.

[00134] Em algumas modalidades, o micro-organismo é adaptado para preferir condições de alto teor de sal, por exemplo, cerca de 1,5M a cerca de 5,5 M NaCl, ou cerca de 3 M a cerca de 4 M de NaCl. Em algumas modalidades, o microorganismoé adaptado para crescer em condições de teor de sal mais alto que seu ambiente normal.

[00135] Em algumas modalidades, o meio de cultura serve para mais que um fim. Em conformidade, em alguns aspectos, o meio de cultura suporta o crescimento e/ou a sobrevivência dos micro-organismos da cultura e serve como um meio eletrolítico de cátodo em um biorreator. Um eletrólito é uma substância que, quando dissolvida na água, permite que a corrente flua através da solução. A condutividade (ou condutância específica) de um meio eletrolítico é uma medida de sua habilidade de conduzir eletricidade. A unidade do SI de condutividade é siemens por metro (S/m), e, a não ser que qualificado de outra forma, é medida a uma temperatura padrão de 25 °C. água deionizada pode ter uma condutividade de cerca de 5,5 μS/m, enquanto água do mar tem uma condutividade de cerca de 5 S/m (isto é, a condutividade da água do mar é um milhão de vezes mais alta que aquela de água deionizada).

[00136] A condutividade é tradicionalmente determinada pela medição da resistência a CA da solução entre dois eletrodos ou por medidores de indutância toroidal.

[00137] Condutividade iônica limitadora em água a 298 K para íons exemplificadores:

[00138] Em algumas modalidades, o meio de cultura compreende uma concentração de sal alta para fins de aumentar a condutividade do eletrólito de meio de cultura/cátodo reator. A condutividade é prontamente ajustada, por exemplo, pela adição de NaCl até a condutividade desejada ser alcançada. Em modalidades exemplificadoras, a condutividade do meio/eletrólito está na faixa de cerca de 5 mS/cm a cerca de 100 mS/cm. Essa condutividade é prontamente alcançada na faixa de concentrações de sal que são compatíveis com Archaea metanogênica viva. Em algumas modalidades, a condutividade do meio/eletrólito está na faixa de cerca de 100 mS/cm a cerca de 250 mS/cm, que é exemplificador de um meio de alta condutividade.

Vitaminas

[00139] Em algumas modalidades, vitaminas estão substancialmente ausentes do meio de cultura, para reduzir a contaminação por não metanogenes e/ou para diminuir o custo do meio de cultura e, portanto, o custo geral do reator biológico. Entretanto, é possível operar o reator biológico com o uso de meio suplementado com uma ou mais vitaminas selecionadas do grupo que consiste em ácido ascórbico, biotina, cloreto de colina; D-Ca++pantotenato, ácido fólico, i-inositol, menadiona, niacinamida, ácido nicotínico, ácido paraaminobenzoico (PABA), piridoxal, poridoxina, riboflavina, tiamina-HCl, acetato de vitamina A, vitamina B12 e vitamina D2. Em algumas modalidades, o meio é suplementado com uma vitamina que é essencial para a sobrevivência do micro-organismo metanogênico, mas outras vitaminas estão substancialmente ausentes.

Outros materiais

[00140] O meio de cultura em algumas modalidades compreende materiais diferentes de compostos e sais inorgânicos. Por exemplo, o meio de cultura em algumas modalidades compreende um agente quelante. Agentes quelantes adequados são conhecidos na técnica e incluem, mas sem limitação, ácido nitrilotriacético e/ou sais dos mesmos. Ademais, em alguns aspectos, o meio de cultura compreende um tampão redox, por exemplo, cistina, para suportar uma fase de crescimento ativo precoce em uma cultura de baixa densidade.

Fontes de Carbono

[00141] Em alguns aspectos, o meio de cultura compreende uma fonte de carbono, por exemplo, dióxido de carbono, ácido fórmico ou monóxido de carbono. Em algumas modalidades, o meio de cultura compreende uma pluralidade dessas fontes de carbono em combinação. Em modalidades exemplificadoras, fontes de carbono orgânicas estão substancialmente ausentes, para reduzir a contaminação por não metanogenes.

Fontes de Nitrogênio

[00142] Em algumas modalidades, o meio de cultura compreende uma fonte de nitrogênio, por exemplo, amônio, amônia anidra, sais de amônio e similares. Em algumas modalidades, o meio de cultura pode compreender sais de nitrato ou nitreto como uma fonte de nitrogênio, embora compostos de nitrogênio quimicamente reduzidos sejam preferíveis. Em alguns aspectos, o meio de cultura não tem, substancialmente, uma fonte de nitrogênio orgânica, por exemplo, ureia, licor de milhocina, caseína, extrato de levedura de peptona e extrato de carne. Em algumas modalidades, nitrogênio diatômico (N2) pode servir com uma fonte de nitrogênio, ou sozinho ou em combinação com outras fontes de nitrogênio.

Oxigênio

[00143] Metanogenes que são primariamente anaeróbicos ainda podem ser capazes de sobreviver a períodos prolongados de tensão de oxigênio, por exemplo, exposição ao ar ambiente por pelo menos 6, 12, 18 ou 24 horas ou 2 dias, 3 dias, 4 dias, 5 dias, 6 dias, 1 semana ou mais. Idealmente, a exposição ao ar é por 4 dias ou menos ou 3 dias ou menos ou 2 dias ou menos ou 24 horas ou menos. Produção de metano pode continuar na presença de concentrações de oxigênio tão altas como 2 a 3% da fase gasosa por períodos de tempo estendidos (pelo menos dias). Entretanto, organismos anaeróbicos crescerão, otimamente, em condições de baixo teor de oxigênio. Em algumas modalidades, o reator biológico exclui substancialmente oxigênio para promover altos níveis de produção de metano.

[00144] Em algumas modalidades, o sistema compreende vários métodos e/ou características que reduzem a presença de oxigênio na corrente de CO2 que é alimentada ao reator biológico. Quando micro-organismos metanogênicos anaeróbicos obrigatórios são usados para catalisar a formação de metano, a presença de oxigênio pode ser prejudicial ao desempenho do processo e contamina o gás do produto. Portanto, a redução da presença de oxigênio na corrente de CO2 é útil para melhorar o processo. Em uma modalidade, o oxigênio é removido pelo pré- tratamento da corrente de gás em um reator biológico. Nessa modalidade, o redutor pode ser fornecido ou pela provisão de uma fonte de material orgânico (por exemplo, glicose, amido, celulose, resíduo de fermentação de uma planta de etanol, resíduo de soro de leite, etc.) que pode servir como substrato para uma fermentação oxidativa. O catalisador biológico microbiano é escolhido para fermentar de modo oxidativo a fonte orgânica escolhida, rendendo CO2 a partir do oxigênio do contaminante. Em outra modalidade, a remoção do oxigênio é realizada no vaso de fermentação principal através de uma cultura misturada de micróbios que inclui um capaz de fermentação oxidativa de uma fonte orgânica adicionada além do metanogene autotrófico necessário para a produção de metano. Um exemplo de uma cultura misturada adequada foi originalmente isolado como "Methanobacillus omelianskii" e é prontamente obtido a partir de fontes ambientais (Bryant et al. Archiv Microbiol 59:20 a 31 (1967) "Methanobacillus omelianskii, a symbiotic association of two species of bacteria.", que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade). Em outra modalidade, dióxido de carbono na corrente de gás de entrada é purificado longe de gases contaminantes, incluindo oxigênio, por absorção seletiva ou por separação de membrana. Os métodos para preparar dióxido de carbono suficientemente livre de oxigênio são bem conhecidos na técnica.

Meios exemplificadores

[00145] Em algumas modalidades, o meio de cultura compreende os seguintes componentes: Na3nitrilotriacetato, ácido nitrilotriacético, NiCl2-6H2O, CoCl2-6H2O, Na2MoO4-H2O, MgCl2-6H2O, FeSO4-H2O, Na2SeO3, Na2WO4, KH2PO4 e NaCl. Em algumas modalidades, cisteína pode ser acrescentada como um tampão redox para suportar fases precoces de crescimento de uma cultura de baixa densidade. Em algumas modalidades, o meio compreende Na3nitrilotriacetato (0,81 mM), ácido nitrilotriacético (0,4 mM), NiCl2-6H2O (0,005 mM), CoCl2-6H2O (0,0025 mM), Na2MoO4-H2O (0,0025 mM), MgCl2-6H2O (1,0 mM), FeSO4-H2O (0,2 mM), Na2SeO3 (0,001 mM), Na2WO4 (0,01 mM), KH2PO4 (10 mM) e NaCl (10 mM). L- cisteína (0,2 mM) pode ser incluída.

[00146] Em algumas modalidades, o meio de cultura compreende os seguintes componentes: KH2PO4, NH4Cl, NaCl, Na3nitrilotriacetato, NiCl2-6H2O, CoCl2-H2O, Na2MoO4-2H2O, FeSO4-7H2O, MgCl2-6H2O, Na2SeO3, Na2WO4, Na2S- 9H2O. um meio de cultura que compreende esses componentes pode ser chamado, no presente documento, de Meio 1, que é capaz de suportar a sobrevivência e/ou crescimento de micro-organismos metanogênicos originalmente derivados de um ambiente terrestre, por exemplo, uma espécie Methanothermobacter. Portanto, em algumas modalidades, o reator biológico compreende uma cultura de Methanothermobacter e um meio de cultura do Meio 1. Em alguns aspectos, o meio de cultura é ajustado com NH4OH para um pH entre cerca de 6,8 e cerca de 7,3. Em algumas modalidades, o meio de cultura não apenas suporta o crescimento de e/ou sobrevivência de e/ou produção de metano pelos micro-organismos metanogênicos, mas também serve como o meio eletrolítico de cátodo adequado para conduzir eletricidade no reator. Em conformidade, em alguns aspectos, a condutividade do meio de cultura está na faixa de cerca de 5 mS/cm a cerca de 100 mS/cm ou cerca de 100 mS/cm a cerca de 250 mS/cm.

[00147] Em algumas modalidades, o KH2PO4 está presente no meio a um concentração na faixa de cerca de 1 mM a cerca de 100 mM, por exemplo, cerca de 2 mM, cerca de 50 mM, cerca de 5 mM a cerca de 20 mM.

[00148] Em algumas modalidades, NH4Cl está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 10 mM a cerca de 1.500 mM, por exemplo, cerca de 20 mM a cerca de 600 mM, cerca de 60 mM a cerca de 250 mM.

[00149] Em algumas modalidades, NaCl está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 1 mM a cerca de 100 mM, por exemplo, cerca de 2 mM, cerca de 50 mM, cerca de 5 mM a cerca de 20 mM.

[00150] Em algumas modalidades, o Na3nitrilotriacetato está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 0,1 mM a cerca de 10 mM, por exemplo, 0,20 mM a cerca de 6 mM, cerca de 0,5 a cerca de 2,5 mM.

[00151] Em algumas modalidades, NiCl2-6H2O está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 0,00025 a cerca de 0,025 mM, por exemplo, cerca de 0,005 mM a cerca de 0,0125 mM, cerca de 0,0005 mM a cerca de 0,005 mM.

[00152] Em algumas modalidades, CoCl2-H2O está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 0,0005 mM a cerca de 0,05 mM, por exemplo, cerca de 0,001 mM a cerca de 0,025 mM, cerca de 0,0025 mM a cerca de 0,01 mM.

[00153] Em algumas modalidades, Na2MoO4-2H2O está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 0,00025 mM a cerca de 0,025 mM, por exemplo, cerca de 0,0005 mM a cerca de 0,0125 mM, cerca de 0,00125 mM a cerca de 0,005 mM.

[00154] Em algumas modalidades, FeSO4-7H2O está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 0,02 mM a cerca de 2 mM, por exemplo, cerca de 0,04 mM a cerca de 1 mM, cerca de 0,1 mM a cerca de 0,4 mM.

[00155] Em algumas modalidades, MgCl2-6H2O está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 0,1 mM a cerca de 10 mM, por exemplo, cerca de 0,2 mM a cerca de 5 mM, cerca de 0,5 mM a cerca de 2 mM.

[00156] Em algumas modalidades, Na2SeO3 está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 0,0001 mM a cerca de 0,01 mM, por exemplo, cerca de 0,0002 mM a cerca de 0,005 mM, cerca de 0,0005 mM a cerca de 0,002 mM.

[00157] Em algumas modalidades, Na2WO4 está presente no meio de cultura na faixa de cerca de 0,001 mM a cerca de 0,1 mM, por exemplo, cerca de 0,05 mM a cerca de 0,05 mM, cerca de 0,005 mM a cerca de 0,02 mM.

[00158] Em algumas modalidades, o Meio 1 é suplementado com componentes, como sulfito, que suportam a fase de crescimento ativo ou a multiplicação relativamente rápida do micro-organismo. Em conformidade, em alguns aspectos, o meio de cultura compreende uma concentração mais alta de sulfito, por exemplo, 0,1 mM a cerca de 10 mM (por exemplo, cerca de 0,2 mM a cerca de 5 mM, cerca de 0,5 mM a cerca de 2 mM), cerca de 0,5 a 5 mM, ou cerca de 1 mM de Na2S-9H2O e, de preferência, maior que 0,01 mM de Na2S-9H2O, opcionalmente com um pH entre cerca de 6,8 e cerca de 7,0. Em outras modalidades, o Meio 1 suporta a fase de crescimento estacionária ou quase estacionária do micro-organismo e o meio compreende uma concentração de sulfito mais baixa. Em conformidade, em alguns aspectos, a cultura compreende cerca de 0,01 mM ou menos de Na2S-9H2O e não 1 mM de Na2S-9H2O, opcionalmente, com um pH entre cerca de 7,2 e cerca de 7,4.

[00159] Em algumas modalidades, o meio de cultura compreende os seguintes componentes: KH2PO4, NaCl, NH4Cl, Na2CO3, CaCl2 x 2H2O, MgCl2 x 6H2O, FeCl2 x 4H2O, NiCl2 x 6H2O, Na2SeO3 x 5 H2O, Na2WO4 x H2O, MnCl2 x 4H2O, ZnCl2, H3BO3, CoCl2 x 6H2O, CuCl2 x 2H2O, Na2MoO4 x 2H2O, ácido nitrilotriacético, ácido Na3nitrilotriacético, KAl(SO4)2 x 12 H2O, Na2S x 9H2O. um meio de cultura que compreende esses componentes pode ser chamado, no presente documento, de Meio 2, que é capaz de suportar a sobrevivência e/ou crescimento de micro-organismos metanogênicos originalmente derivados de um ambiente marinho, por exemplo, uma espécie Methanocaldooccus, espécie Methanotorris, espécie Methanopyrus ou espécie Methanothermococcus. Em alguns aspectos, o meio de cultura é ajustado com NH4OH para um pH entre cerca de 6,3 e cerca de 6,8 (por exemplo, cerca de 6,4 a cerca de 6,6). Em algumas modalidades, o meio de cultura não apenas suporta o crescimento de e/ou a sobrevivência de e/ou produção de metano pelos micro-organismos metanogênicos, mas também serve como o meio eletrolítico de cátodo adequado para conduzir eletricidade no reator. Em conformidade, em alguns aspectos, a condutividade do meio de cultura é na faixa de cerca de 5 mS/cm a cerca de 100 mS/cm ou cerca de 100 mS/cm a cerca de 250 mS/cm.

[00160] Em algumas modalidades, KH2PO4 está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,35 mM a cerca de 37 mM, por exemplo, cerca de 0,7 mM a cerca de 0,75 mM, cerca de 1,75 mM a cerca de 7,5 mM.

[00161] Em algumas modalidades, NaCl está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 17 mM a cerca de 1750 mM, por exemplo, cerca de 30 mM a cerca de 860 mM, cerca de 80 mM a cerca de 350 mM.

[00162] Em algumas modalidades, NH4Cl está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,7 mM a cerca de 750 mM, por exemplo, cerca de 1,5 mM a cerca de 40 mM, cerca de 3,75 mM a cerca de 15 mM.

[00163] Em algumas modalidades, Na2CO3 está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 5 mM a cerca de 600 mM, por exemplo, 10 mM a cerca de 300 mM, cerca de 30 mM a cerca de 150 mM.

[00164] Em algumas modalidades, CaCl2 x 2H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,05 a cerca de 50 mM, por exemplo, 0,2 mM a cerca de 5 mM, cerca de 0,5 mM a cerca de 2 mM.

[00165] Em algumas modalidades, MgCl2 x 6H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 3 mM a cerca de 350 mM, por exemplo, cerca de 6,5 mM a cerca de 175 mM, cerca de 15 mM a cerca de 70 mM.

[00166] Em algumas modalidades, FeCl2 x 4H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,003 mM a cerca de 0,3 mM, por exemplo, cerca de 0,006 mM a cerca de 0,15 mM, cerca de 0,015 mM a cerca de 0,06 mM.

[00167] Em algumas modalidades, NiCl2 x 6H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,0005 mM a cerca de 0,007 mM, por exemplo, 0,0012 mM a cerca de 0,03 mM, cerca de 0,003 mM a cerca de 0,012 mM.

[00168] Em algumas modalidades, Na2SeO3 x 5 H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,0001 mM a cerca de 0,01 mM, por exemplo, cerca de 0,00025 mM a cerca de 0,01 mM, cerca de 0,001 mM a cerca de 0,005 mM.

[00169] Em algumas modalidades, Na2WO4 x H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,0005 mM a cerca de 0,007 mM, por exemplo, 0,0012 mM a cerca de 0,03 mM, cerca de 0,003 mM a cerca de 0,012 mM.

[00170] Em algumas modalidades, MnCl2 x 4H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,003 mM a cerca de 0,4 mM, por exemplo, cerca de 0,08 mM a cerca de 2 mM, cerca de 0,02 mM a cerca de 0,08 mM.

[00171] Em algumas modalidades, ZnCl2 está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,0005 mM a cerca de 0,007 mM, por exemplo, 0,0012 mM a cerca de 0,03 mM, cerca de 0,003 mM a cerca de 0,012 mM.

[00172] Em algumas modalidades, H3BO3 está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,0001 mM a cerca de 0,01 mM, por exemplo, cerca de 0,00025 mM a cerca de 0,01 mM, cerca de 0,001 mM a cerca de 0,005 mM.

[00173] Em algumas modalidades, CoCl2 x 6H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,0005 mM a cerca de 0,007 mM, por exemplo, 0,0012 mM a cerca de 0,03 mM, cerca de 0,003 mM a cerca de 0,012 mM.

[00174] Em algumas modalidades, CuCl2 x 2H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,00004 mM a cerca de 0,004 mM, por exemplo, 0,00008 mM a cerca de 0,002 mM, cerca de 0,0002 mM a cerca de 0,0008 mM.

[00175] Em algumas modalidades, Na2MoO4 x 2H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,00004 mM a cerca de 0,004 mM, por exemplo, 0,00008 mM a cerca de 0,002 mM, cerca de 0,0002 mM a cerca de 0,0008 mM.

[00176] Em algumas modalidades, ácido Nitrilotriacético está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,003 mM a cerca de 0,7 mM, por exemplo, cerca de 0,12 mM a cerca de 0,3 mM, cerca de 0,03 mM a cerca de 0,12 mM.

[00177] Em algumas modalidades, ácido Na3nitrilotriacético está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,002 mM a cerca de 0,2 mM, por exemplo, cerca de 0,004 mM a cerca de 0,1 mM, cerca de 0,01 mM a cerca de 0,04 mM.

[00178] Em algumas modalidades, KAl(SO4)2 x 12 H2O está presente no meio de cultura a uma concentração na faixa de cerca de 0,00004 mM a cerca de 0,004 mM, por exemplo, 0,00008 mM a cerca de 0,002 mM, cerca de 0,0002 mM a cerca de 0,0008 mM.

[00179] Em algumas modalidades, a concentração de sal no Meio 2 é ajustada para cima para a faixa de 400 a 800 mM para a formulação do eletrólito no reator. Adicionalmente, a concentração de sulfito de culturas relativamente estacionárias é ajustada para baixo para a faixa de <0,01mM (<1ppm de sulfito na corrente de gás de saída).

[00180] Em alguns exemplos, o meio é borbulhado com uma mistura gasosa de H2:CO2 em uma razão de 4:1. A mistura gasosa pode, em algumas modalidades, ser gerada com controladores de fluxo de massa a um fluxo total de 250 ml/minuto. Em algumas modalidades, o meio deveria ser novamente preenchido a uma taxa adequada para manter uma concentração útil de minerais essenciais e para eliminar quaisquer produtos metabólicos que possam inibir a metanogênese. As taxas de diluição abaixo de 0,1 volume de cultura por hora são adequadas, já que rendem altas concentrações volumétricas da capacidade de geração de metano ativo.

Condições de Cultura

[00181] Os micro-organismos podem ser cultivados sob qualquer conjunto de condições adequado para a sobrevivência e/ou produção de metano. Condições adequadas incluem aquelas descritas abaixo.

Temperatura

[00182] Em algumas modalidades, a temperatura da cultura é mantida próxima à temperatura ótima para o crescimento do organismo usado na cultura (por exemplo, cerca de 60 °C a cerca de 65 °C para termófilos, como Methanothermobacter thermautotrophicus e Methanothermobacter marburgensis, e cerca de 85 °C a cerca de 90 °C para organismos como Methanocaldococcus jannaschii, Methanocaldococcus fervens, Methanocaldococcus indicus, Methanocaldococcus infernos e Methanocaldococcus vulcanius). Entretanto, é concebido que temperaturas acima ou abaixo de temperaturas para o crescimento ótimo podem ser usadas. Na verdade, taxas de conversão mais altas de metano podem ser obtidas a temperaturas acima da temperatura de taxa de crescimento ótima. As temperaturas de cerca de 50 °C ou mais altas são contempladas, por exemplo, cerca de 51 °C ou mais alta, cerca de 52 °C ou mais alta, cerca de 53 °C ou mais alta, cerca de 54 °C ou mais alta, cerca de 55 °C ou mais alta, cerca de 56 °C ou mais alta, cerca de 57 °C ou mais alta, cerca de 58 °C ou mais alta, cerca de 59 °C ou mais alta, cerca de 60 °C a cerca de 150 °C, cerca de 60 °C a cerca de 120 °C, cerca de 60 °C a cerca de 100 °C, cerca de 60 °C a cerca de 80 °C. Temperaturas de cerca de 40 °C ou mais altas, ou cerca de 50 °C ou mais altas são contempladas, por exemplo, cerca de 40 °C a cerca de 150 °C, cerca de 50 °C a cerca de 150 °C, cerca de 40 °C a cerca de 120 °C, cerca de 50 °C a cerca de 120 °C, cerca de 40 °C a cerca de 100 °C, ou cerca de 50 °C a cerca de 100 °C.

[00183] Em vista do precedente, a temperatura na qual a cultura é mantida pode ser considerada como uma descrição dos micro-organismos metanogênicos contemplados no presente documento. Por exemplo, quando a temperatura da cultura é mantida a uma temperatura entre 55 °C e 120 °C, o micro-organismo metanogênico é considerado como um que pode ser cultivado nessa temperatura. Em conformidade, o micro-organismo metanogênico é, em algumas modalidades, um termófilo ou um hipertermófilo. Em alguns aspectos, a cultura compreende um micro-organismo metanogênico termofílico autotrófico ou um micro-organismo metanogênico hipertemofílico autotrófico. Em alguns aspectos, a cultura do reator biológico compreende um micro-organismo metanogênico termofílico autotrófico ou um micro-organismo metanogênico hipertemofílico autotrófico, qualquer um dos quais é tolerante a meio de cultura de alta condutividade (por exemplo, cerca de 100 mS/cm a cerca de 250 mS/cm), conforme descrito no presente documento, por exemplo, um halófilo.

[00184] Archaea pode ser capaz de sobreviver por períodos de tempo estendidos a temperaturas subótimas. Em algumas modalidades, micro-organismos cultivados da descrição são adaptados para sobreviver à temperatura ambiente (por exemplo, 22 a 28 °C) por um período de pelo menos 3 semanas a 1, 2, 3, 4, 5 ou 6 meses.

[00185] Em algumas modalidades, os organismos na cultura não são mesofílicos. Em algumas modalidades, a cultura não é mantida a uma temperatura abaixo de ou a cerca de 37 °C. em relação a organismos termofílicos ou hipertermofílicos (incluindo, mas sem limitação, Methanothermobacter thermautotrophicus, Methanothermobacter marburgensis, Methanocaldococcus jannaschii, Methanocaldococcus fervens, Methanocaldococcus indicus, Methanocaldococcus infernos e Methanocaldococcus vulcanius), em algumas modalidades, a temperatura da cultura é, por exemplo, cerca de 60 °C a cerca de 150 °C, cerca de 60 °C a cerca de 120 °C, cerca de 60 °C a cerca de 100 °C, ou cerca de 60 °C a cerca de 80 °C. pH

[00186] Micro-organismos da descrição podem ser adaptados para sobreviverem sob uma faixa de condições de pH. Em algumas modalidades, o pH da cultura que compreende micro-organismos metanogênicos está entre cerca de 3,5 e cerca de 10,0, embora, para condições de crescimento, o pH possa estar entre cerca de 6,5 e cerca de 7,5. Por exemplo, o pH da cultura pode ser de cerca de 3,5, cerca de 3,6, cerca de 3,7, cerca de 3,8, cerca de 3,9, cerca de 4,0, cerca de 4,5, cerca de 5,0, cerca de 5,5, cerca de 6,0, cerca de 6,5, cerca de 7,0, cerca de 7,5, cerca de 8,0, cerca de 8,5, cerca de 9,0, cerca de 9,5, cerca de 10,0. Em algumas modalidades, o pH do meio é ácido, por exemplo, cerca de 0,1 a cerca de 5,5, cerca de 0,1 a cerca de 4, cerca de 0,1 a cerca de 3, cerca de 1 a cerca de 3, ou cerca de 2 a cerca de 3. Em algumas modalidades, o pH do meio é próximo a neutro, por exemplo, cerca de 6 a cerca de 8. Em algumas modalidades, o pH do meio é alcalino, por exemplo, cerca de 8,5 a cerca de 11, ou cerca de 8 a cerca de 10. O pH do meio pode ser alterado por meios conhecidos na técnica. Por exemplo, o pH pode ser controlado por borbulhamento de CO2 e/ou pela adição de ácido (por exemplo, HCL) ou base (por exemplo, NaOH ou NH4OH) conforme necessário.

Pressão e outros parâmetros

[00187] Em algumas modalidades, as culturas são mantidas em um vaso de cultura em uma faixa de cerca de 50,66 kPa (0,5 atmosferas) a cerca de 50.662,5 kPa (500 atmosferas). A cultura pode ser mantida com uma fonte de agitação, mexeção, movimentação intermitente e similares. Ademais, em modalidades exemplificadoras, o gás metano removido da cultura compreende, adequadamente, menos que cerca de 450 ppm de sulfito de hidrogênio ou, alternativamente, menos que cerca de 400 ppm, 300 ppm, 200 ppm, 150 ppm, 100 ppm, 50 ppm ou 20 ppm de sulfito de hidrogênio. As taxas de entrega de gás total (CO2 ) na faixa de 0,2 a 4 de volume de gás (STP) por volume de cultura por minuto são adequadas, já que ambas mantém e exploram concentrações volumétricas altas de capacidade de geração de metano. Em uma modalidade, o potencial redox é mantido abaixo de - 100 mV ou menos durante a metanogênese. O método da descrição abrange as condições nas quais o potencial redox é transientemente aumentado para acima de - 100 mV, como, por exemplo, quando ar é adicionado ao sistema.

Recipientes de Cultura

[00188] Um reator biológico, também conhecido como um vaso fermentador, biorreator ou simplesmente reator, conforme apresentado no presente documento, pode ser qualquer vaso adequado no qual a metanogênese pode ocorrer. Reatores biológicos adequados deveriam ser dimensionados em relação ao volume da fonte de CO2. Correntes típicas de 997.903,21 (2.200.000 lb) de CO2/dia de uma usina de etanol de 378.541.178,4 l/ano (100.000.000 gal/ano) exigiriam uma recuperação de CO2/fermentador de produção de metano de cerca de capacidade total de 2.839.058,84 litros (750.000 gal). Vasos fermentadores similares às unidades fermentadoras individuais de 750.000 gal instalados em tal usina de etanol seriam adequados. Volume e Densidade de Cultura A concentração de células vivas no meio de cultura (densidade de cultura) é, em algumas modalidades, mantida acima de 1 g de peso seco/l. em certas modalidades, a densidade pode ser de 30 g de peso seco/l ou mais alta. O volume da cultura é baseado no volume de poros na estrutura de cátodo porosa no reator, mais qualquer volume necessário para preencher quaisquer componentes ancilares do sistema de reator, como bombas e separadores de líquido/gás.

Meio de cultura para Reduzir a Contaminação por Não Metanogenes

[00189] O termo “não metanogene”, conforme usado no presente documento, se refere a qualquer micro-organismo que não é um metanogene ou que não é uma célula hospedeira que expressa genes que permitem a metanogênese. Por exemplo, em algumas modalidades, os archaea são cultivados sob condições em que a temperatura, pH, salinidade, concentração de sulfito, fonte de carbono, concentração de hidrogênio ou fonte elétrica são alteradas, de modo que o crescimento de não metanogenes seja significativamente retardado sob tais condições. Por exemplo, em algumas modalidades, os metanogenes são cultivados a uma temperatura que é mais alta que 37 °C. Em alguns aspectos, os microorganismosmetanogênicos são cultivados a uma temperatura de pelo menos 50 °C ou mais alta, conforme discutido no presente documento, por exemplo, 100 °C ou mais, para evitar a contaminação por não metanogenes mesofílicos. Em outras modalidades, os metanogenes são cultivados sob condições de alta salinidade (por exemplo, >75%) para evitar a contaminação por não metanogenes que não são capazes de crescer sob condições de alto teor de sal. Em ainda outras modalidades, os metanogenes são cultivados sob condições nas quais o pH do meio de cultura é alterado para ser mais ácido ou mais básico para reduzir ou eliminar a contaminação por não metanogenes que não são capazes de crescer sob tais condições.

[00190] A contaminação por não metanogenes também pode ser realizada pela minimização de quantidades de nutrientes de carbono orgânicos (por exemplo, açúcares, ácidos graxos, óleos, etc.) no meio. Por exemplo, em algumas modalidades, nutrientes orgânicos estão substancialmente ausentes do meio.

[00191] Em algumas modalidades, os componentes exigidos para o crescimento de organismos não metanogênicos estão substancialmente ausentes do meio. Tais componentes incluem, mas sem limitação, uma ou mais fontes orgânicas e/ou uma ou mais fontes de nitrogênio orgânicas e/ou uma ou mais vitaminas. Em algumas modalidades, formato, acetato, etanol, metanol, metilamina e quaisquer outros materiais orgânicos metabolicamente disponíveis estão substancialmente ausentes do meio.

[00192] Em algumas modalidades, condições de alto teor de sal quer permitem a sobrevivência de metanogenes podem retardar o crescimento de organismos contaminantes.

[00193] Em algumas modalidades, altas temperaturas que permitem a sobrevivência de metanogenes podem retardar o crescimento de organismos contaminantes.

[00194] O termo “substancialmente não tem” ou “substancialmente ausente” ou “substancialmente exclui”, conforme usado no presente documento, refere-se à condição qualitativa da falta de uma quantidade de um componente particular significativa o suficiente para contribui com a função desejada (por exemplo, crescimento de micro-organismos, produção de metano). Em algumas modalidades, o termo “substancialmente não tem”, quando aplicado a um dado componente do meio, significa que o meio contém menos que 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,9%, 0,8%, 0,7%, 0,6%, 0,5%, 0,4%, 0,3%, 0,2%, 0,1% ou menos daquele componente. Em algumas modalidades, o meio não contém quantidades detectáveis de um dado componente.

Sistemas

[00195] A descrição fornece, ainda, um sistema ou aparelho para converter dióxido de carbono em metano, incluindo um estoque de dióxido de carbono, uma fonte de potência de redução e um micro-organismo de acordo com a descrição ou uma variante ou progênie do mesmo, conforme descrito acima.

[00196] Em aspectos exemplificadores, a fonte de potência de redução (no total ou parcialmente) é hidrogênio, por exemplo, gás hidrogênio (H2). Em conformidade, em aspectos exemplificadores, o sistema da presente descrição inclui um estoque de dióxido de carbono, um estoque de gás hidrogênio e um microorganismo de acordo com a descrição ou uma variante ou progênie do mesmo, conforme descrito no presente documento.

[00197] Em outros aspectos exemplificadores, a fonte de potência de redução (total ou parcialmente) são elétrons, por exemplo, íons de hidrônio. Em conformidade, em aspectos exemplificadores, o sistema compreende um reator biológico que tem pelo menos um cátodo, um ânodo, um estoque de dióxido de carbono, água e um micro-organismo de acordo com a descrição ou uma variante ou progênie do mesmo, conforme descrito no presente documento. Em aspectos exemplificadores, o reator biológico compreende pelo menos uma primeira câmara, incluindo o cátodo, o micro-organismo, sua variante ou progênie, e água e uma segunda câmara que inclui pelo menos o ânodo. Em aspectos exemplificadores, além do reator biológico, o sistema inclui, ainda, uma fonte de eletricidade acoplada ao ânodo e ao cátodo, um estoque de dióxido de carbono acoplado à primeira câmara e uma saída para receber metano a partir da primeira câmara.

Modalidades de Digestor

[00198] Com o uso do micro-organismo descrito acima, pode ser possível produzir metano a partir de potência elétrica em um processo de duas etapas, conforme definido esquematicamente na Figura 1. A primeira etapa seria usar a potência elétrica para produzir gás hidrogênio a partir de água em um sistema de eletrólise de água padrão 50. Em uma segunda etapa, o gás hidrogênio (a ser usado como a potência de redução) poderia, então, ser bombeado em uma câmara de reação metanogênica 52, como um reator biológico, conforme é descrito com mais detalhes na Publicação U.S. n° 2009/0130734 por Laurens Mets, que está aqui incorporada em sua totalidade a título de referencia.

[00199] Em particular, a Figura 2 ilustra uma modalidade de uma usina que usa os micro-organismos descritos acima. uma fonte de dióxido de carbono industrial (A) - por exemplo, usina de etanol combustível- com demanda de efluente de dióxido de carbono e gás natural, ventila dióxido de carbono para um tanque de coleta e armazenamento de dióxido de carbono (B), por exemplo. Um hidrolisador (C) produz hidrogênio, adequadamente, a partir da eletrólise. Hidrogênio produzido pelo hidrolisador (C) é coletado em um tanque de armazenamento de hidrogênio (D). o hidrogênio e o dióxido de carbono de seus respectivos tanques de armazenamento pode ser alimentado através de um purificador de oxigênio (E) para a remoção de oxigênio da corrente efluente de dióxido de carbono. Após passar através do purificador de oxigênio (E), o hidrogênio e o dióxido de carbono são alimentados para um sistema de digestor/fermentador/biorreator (F) para a conversão de dióxido de carbono e hidrogênio em metano. Um tanque de armazenamento que fornece o meio (I) também está conectado ao sistema (F) para fornecer o repreenchimento de nutrientes no sistema (F). o gás metano ventilado a partir do sistema (F) passa através de um purificador de enxofre (G) para recuperar enxofre da corrente de metano do produto. O gás metano pode, então, ser armazenado em um tanque de armazenamento de metano (H).

[00200] Um biorreator, também conhecido como um digestor ou vaso fermentador, conforme apresentado nessa descrição, é qualquer vaso adequado no qual metanogênese pode ocorrer. Biorreatores adequados deveriam ser dimensionados em relação ao volume da fonte de dióxido de carbono. Correntes típicas de 997.903,21 (2.200.000 lb) de dióxido de carbono/dia a partir de uma usina de etanol de 378.541.178,4 litros/ano (100.000.000 gal/ano) de etanol exigiria uma recuperação de dióxido de carbono/biorreator de produção de metano de cerca de 2.839.058,84 litros (750.000 gal) de capacidade total. Os vasos similares às unidades fermentadoras individuais de 2.839.058,84 litros (750.000 gal) tipicamente instalados em tal usina de etanol podem, então, ser um biorreator adequado.

[00201] A Figura 3 ilustra uma modalidade de um biorreator estratificado que pode ser usado na usina da Figura 2, por exemplo. Nessa modalidade, o biorreator tem o dióxido de carbono e hidrogênio entrando no fundo do biorreator junto com os nutrientes para o biorreator. Um impulsor mecânico é posicionado no topo do biorreator e é usado para mover um aparelho de misturação no biorreator. O biorreator tem três zonas, A, B e C. a Zona A no fundo do reator é uma zona de alto teor de dióxido de carbono. A Zona B, no meio do biorreator, tem uma presença diminuída de dióxido de carbono e a Zona C, na extremidade superior do reator tem pouco, se houver algum, dióxido de carbono. O metano produzido e o meio gasto são removidos do topo do biorreator.

[00202] A Figura 4 ilustra uma modalidade de um biorreator em cascata que pode, no lugar disso, ser usado na usina da Figura 2. Nessa modalidade, o hidrogênio, dióxido de carbono e nutrientes de célula são alimentados ao fundo de um primeiro compartimento (A). nesse compartimento (A), mesmo após o processamento, ainda há um alto nível de dióxido de carbono. o gás produzido pela reação no primeiro compartimento (A) é, então, transferido a partir do topo do primeiro compartimento para o fundo de um segundo compartimento (B) junto com nutrientes celulares. Nesse segundo compartimento (B), o nível de dióxido de carbono é diminuído dos níveis encontrados no primeiro compartimento (A). O gás produzido pela reação no segundo compartimento (B) é transferido do topo do segundo compartimento (B) para o fundo de um terceiro compartimento (C) junto com nutrientes celulares. Nesse terceiro compartimento (C), a maioria (se não a totalidade) do dióxido de carbono foi removida e apenas o gás metano é deixado para ser removido do topo do compartimento. Em cada um dos compartimentos, o meio gasto pode ser removido dos compartimentos.

Modalidades de Reator Biológico

[00203] Na alternativa a modalidades de digestor, pode ser possível usar o micro-organismo descrito acima para processar ou converter dióxido de carbono em metano com o uso de um aparelho eletrobiológico. Sistemas e aparelhos dessa categoria são adicionalmente descritos no Pedido de Patente Internacional n° PCT/US2010/040944, depositado em 2 de julho de 2010, que está aqui incorporado a título de referencia em sua totalidade. O aparelho pode ser chamado, aqui, de reator biológico, biorreator, processador, conversor ou gerador. Será reconhecido que essa designação não é destinada a limitar o papel que o conversor pode vir a desempenhar em um sistema que inclui um ou mais conversores.

[00204] Por exemplo, o aparelho fornece um recurso de energia à base de carbono não fóssil. A esse respeito, o aparelho está sendo usado para gerar um recurso de energia que pode ser substituído por combustíveis à base de carbono fóssil, para reduzir a dependência em combustíveis de carbono à base de fóssil, por exemplo. Adicionalmente, o aparelho converte ou processa dióxido de carbono para gerar esse recurso de energia. A esse respeito, o aparelho removes dióxido de carbono do ambiente, o que pode ser uma atividade benéfica em si mesma. Tal remoção de dióxido de carbono do ambiente pode acontecer pela remoção de dióxido de carbono diretamente da atmosfera ou ao utilizar dióxido de carbono de outro processo industrial e, por meio disso, evitar que tal dióxido de carbono seja liberado na atmosfera ou em um sistema de armazenamento ou em outro processo. Ademais, o aparelho converte ou processa dióxido de carbono em metano com o uso de eletricidade para converter eletricidade em outra recurso de energia quando a demanda por eletricidade possa ser tal que a eletricidade seria, de outra forma, desperdiçada ou mesmo comercializada a uma perda ao produtor de eletricidade, por exemplo. Em relação a isso, o aparelho pode ser visualizado como parte de um sistema de armazenamento de energia. Na operação de uma grade de potência, ou em uma usina de potência individual ou outra fonte de potência na grade ou como parte de uma instalação não associada a uma grade de potência ou na operação de um reator biológico, a emissão de potência disponível pode ser usada por um ou mais reatores biológicos para consumir como uma entrada de dióxido de carbono, água ou potência elétrica e para produzir metano ou oxigênio quando as condições empresariais são favoráveis para fornecer um incentivo maior que para outro uso de tais entradas. Tais condições podem existir quanto certas políticas regulatórias, acordos de compra de potencia, créditos de carbono, oportunidades de comercializações futuras, capacidade de armazenamento, demanda elétrica, impostos, créditos ou abatimentos de impostos, contratos, preferências de consumidor, capacidade de transmissão, condições de preço ou outros incentivos de mercado podem fornecer valor o suficiente para a operação do biorreator biológico para produzir metano ou oxigênio ou para consumir dióxido de carbono, água ou potencia elétrica. Além do acima e outros usos, o aparelho converte energia elétrica em metano, que pode ser transmitido através de tubos de transmissão de gás natural que, em uma base de energia de unidade, são menos dispendiosos que linhas de transmissão elétrica e, em alguns locais, as linhas de transmissão elétrica podem não ter tanta capacidade de transmissão de sobra quanto as linhas de transmissão de gás natural. Em relação a isso, o aparelho pode ser visualizado como parte de um sistema de transmissão de energia. Todos esses papéis podem ser realizados por um aparelho, de acordo com a descrição.

[00205] Conforme ilustrado na Figura 5, o reator biológico, de acordo com a descrição, pode incluir um recipiente que é dividido em pelo menos uma primeira câmara e uma segunda câmara. Pelo menos um cátodo está disposto na primeira câmara e pelo menos um ânodo está disposto na segunda câmara. A primeira câmara pode ter entradas que estão conectadas a uma fonte de gás dióxido de carbono e uma fonte de água e uma saída que está conectada, por exemplo, um dispositivo de armazenamento usado para armazenar metano produzido na primeira câmara. A primeira e a segunda câmaras são separadas por um divisor que é permeável a íons (prótons) para permitir que se movam da segunda câmara para a primeira câmara. Essa membrana também pode ser impermeável aos produtos gasosos e subprodutos do processo de conversão para limitar ou evitar que os mesmos se movam entre a primeira câmara e a segunda câmara.

[00206] Micro-organismos metanogênicos podem ser cultivados, por exemplo, em biorreatores de tanque de movimentação ou mexeção, biorreatores de fibra ocos ou biorreatores de leito fluidizado e operados em uma batelada, alimentados por batelada, modo contínuo, semicontínuo ou de perfusão. Em modo de batelada (batelada única), uma quantidade inicial de meio que contém nutrientes necessários para o crescimento é adicionada ao reator biológico e o reator biológico é operado até que o número de células viáveis aumentar para uma condição estacionária ou máxima de estado estável. Em um modo alimentado por batelada, o meio concentrado ou quantidades selecionadas de nutrientes únicos são adicionados em intervalos fixados à cultura. Micro-organismos metanogênicos podem sobreviver por anos sob condições de alimentação por batelada, contanto que quaisquer produtos de resíduo sejam efetivamente minimizados ou removidos para evitar a perda de eficiência de produção de metano através do tempo. quaisquer produtos de resíduo inibitórios podem ser removidos por processos de produção de perfusão contínuos, bem conhecidos na técnica. Os processos de perfusão podem envolver a diluição simples pela alimentação contínua de meio fresco à cultura, enquanto o mesmo volume é continuamente retirado do reator. Os processos de perfusão também podem envolver a remoção seletiva, contínua, de meio por centrifugação enquanto as células são retidas na cultura ou por remoção seletiva de componentes tóxicos por diálise, adsorção, eletroforese ou outros métodos. Culturas continuamente perfusadas podem ser mantidas por semanas, meses ou anos.

[00207] A Figura 6 ilustra uma primeira modalidade de um sistema 100 que pode ser usado, por exemplo, para converter potência elétrica em metano. O sistema 100 inclui um reator biológico 102 que tem pelo menos uma primeira câmara 104 e uma segunda câmara 106. A primeira câmara 104 pode conter, pelo menos, um cátodo 108, uma cultura que compreende micro-organismos metanogênicos vivos e água. Em particular, a cultura pode incluir os micro-organismos descritos acima e a água pode ser parte de um meio de eletrólito aquoso compatível com os micro-organismos vivos. A segunda câmara pode conter pelo menos um ânodo 110.

[00208] O reator biológico 102 também pode incluir uma barreira permeável a próton 112. A barreira 112 pode ser pelo menos semipermeável a gás, embora, de acordo com certas modalidades, a barreira 112 seja impermeável a gases. De acordo com certas modalidades, a barreira impermeável 112 pode ser uma membrana de eletrólito de polímero sólida (PEM), conforme está disponível sob o nome comercial Nafion junto à E. I. du Pont de Nemours and Company. Para a conversão de energia ótima no reator, de acordo com certas modalidades, acredita- se que a permeabilidade da barreira a hidrônio deveria, de preferência, ser um mínimo de duas ordens de magnitude maior em uma base molar do que a permeabilidade da barreira a oxigênio sob as condições de operação do reator. Outras membranas de PEM adequadas que cumprem esses critérios, como copolímeros de bloco de poliarileno sulfonados (consulte, por exemplo, Bae, B., K Miyatake e M. Watanabe. Macromolecules 43:2.684 a 2.691 (2010), que está aqui incorporado a título de referência, em sua totalidade) e Nafion suportado por PTFE (consulte, por exemplo, G.-B. Jung, et al, J Fuel Cell Technol 4:248 a 255(2007), que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade), estão sob desenvolvimento ativo em vários laboratórios. Membranas de PEM comerciais adequadas, além de Nafion, incluem Gore-Select (PRIMEA), Flemion (Asahi), 3M Fluoropolymer ionomer, SPEEK (Polyfuel), Kynar blended membrane (Arkema), Fumapem (FuMA-Tech) e Solupor (Lydall).

[00209] Acredita-se que, no reator biológico 102 a água pode atuar como um doador de elétron em rede para os micro-organismos metanogênicos no reator biológico. Em conformidade, acredita-se, também, que a barreira 112 deveria ser permeável para íons de hidrônio (H3O+). Nafion PEM é um exemplo de um material adequado para tal barreira 112.

[00210] O cátodo 108 pode ser feito de um material poroso eletricamente condutor. Em particular, o cátodo 108 pode ser feito de uma espuma de carbono vítrea reticulada, de acordo com certas modalidades. Conforme explicado com mais detalhes abaixo, outros materiais podem ser usados. De acordo com certas modalidades, os poros do cátodo pode ser grande o suficiente (por exemplo, maiores que 1 a 2 micrômetros em dimensão mínima) para acomodar micro-organismosmetanogênicos vivos nos poros. A condutividade elétrica da matriz de cátodo é, de preferência, pelo menos duas ordens de magnitude maior que a condutividade de íon do meio de eletrólito aquoso contido em seus poros.

[00211] Será reconhecido que o papel do cátodo 108 é fornecer elétrons aos micro-organismos enquanto minimiza reações laterais e minimiza perdas de energia. Adicionalmente, é vantajoso para o cátodo que ele não seja dispendioso. Atualmente, acredita-se que certos materiais possam ser mais ou menos adequados para a inclusão no reator.

[00212] Por exemplo, cátodos de platina podem ser menos adequadas para a inclusão no reator. Em relação a isso, a platina fornece uma superfície altamente ativa para catalisar a produção de gás hidrogênio a partir da combinação de prótons ou íons de hidrônio com elétrons fornecidos pelo cátodo. A atividade de catalisadores de cátodo de platina para a formação de hidrogênio em soluções aquosas é tal que a concentração de hidrogênio nas proximidades do catalisador rapidamente sobe acima de seu limite de solubilidade e bolhas de gás hidrogênio emergem. Apesar do fato de que os micro-organismos metanogênicos são evoluídos para consumir hidrogênio no processo de formação de metano, hidrogênio nas bolhas redissolve apenas lentamente no meio e é altamente não disponível aos micro-organismos. Consequentemente, muito da energia consumida na formação de hidrogênio em um catalisador de platina não contribui com a formação de metano. Adicionalmente, a energia de ligação de hidrogênio é mais alta que a energia de ligação por ligação de metano. Essa diferença resulta em uma perda de energia quando o gás hidrogênio é produzido como uma etapa intermediária.

[00213] Por outro lado, um cátodo de carbono sólido é um exemplo de um material barato, eletricamente condutivo que tem baixa atividade para a formação de hidrogênio e que pode fornecer elétrons aos micro-organismos. Entretanto, será reconhecido que a transferência de elétron entre micro-organismos e um sequestrador ou fonte de elétron externa, como um eletrodo, exige algum nível de proximidade entre os micro-organismos e o eletrodo e a taxa total de transferência de elétron é relacionada à área do eletrodo em contato próximo com os micro-organismos.Já que um eletrodo poroso que permite que os micro-organismos entrem nos poros tem uma área de superfície muito maior em proximidade aos micro-organismos que um eletrodo planar de dimensões equivalentes, espera-se que o eletrodo poroso forneça densidade de corrente volumétrica superior.

[00214] Um material de cátodo poroso adequado pode ser fornecido por espuma de carbono vítrea reticulada. É barata e condutora. Sua estrutura porosa fornece conexões elétricas a um grande número dos micro-organismos que permitem uma alta produtividade volumétrica. Adicionalmente, a natureza vítrea do carbono fornece baixa atividade para a produção de hidrogênio, que aumenta ambas a eficiência energética e de Faradaic. Também será reconhecido que carbono vítreo também é muito resistente à corrosão.

[00215] Outros materiais de eletrodo porosos adequados podem incluir, mas sem limitação, materiais de espuma de grafite (consulte, por exemplo, a Patente n° U.S. 6.033.506, que está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade), de carbono tecido e de grafite, ou papel impregnado com nano tubo de carbono (consulte, por exemplo, Hu, L., et al. Proc Nat Acad Sci EUA 106: 21.490 a 4 (2009), que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade) e espumas metálicas ou malha tecida ou não tecida composta de materiais, como titânio, que são não reativas sob as condições da reação e que apresentam uma alta razão de superfície para volume.

[00216] A acentuação adicional da transferência de elétrons entre o cátodo e os micro-organismos pode ser alcançada com fibras condutoras. fibras condutoras adequadas podem consistir em filamentos condutores gerados pelos microorganismos, conforme descrito com mais detalhes acima. Alternativa ou adicionalmente, nanofios, como nanotubos de carbono (Iijima, S. Nature 354:56 (1991), aqui incorporado a título de referência em sua totalidade), podem ser fixados diretamente ao cátodo. Wang, J. et al, J. Am. Chem. Soc. 125:2.408 a 2.409 (2003) e referências no mesmo, que estão todos aqui incorporados a título de referência em suas totalidades, fornece técnicas para modificar eletrodos de carbono vítreos com nanotubos de carbono. Adicionalmente, polímeros orgânicos condutores podem ser usados para este fim (consulte, por exemplo, Jiang, P. Angewandte Chemie 43:4.471 a 4.475 (2004), aqui incorporado a título de referência em sua totalidade). Materiais não condutivos que ligam os micro-organismos à superfície do eletrodo também podem acentuar a transferência de elétron. Ligantes não condutivos adequados incluem, mas sem limitação, polímeros policatiônicos, como polilisina ou poli(beta-aminossulfonamidas). Os micro-organismos metanogênicos vivos também podem produzir materiais biológicos, como aqueles que suportam a formação de biofilme, que ligam efetivamente os esmos à superfície do eletrodo.

[00217] O ânodo 110 pode compreender uma camada catalítica de Pt- carbono ou outros materiais conhecidos por fornecerem um sobrepotencial baixo para a oxidação de água em oxigênio.

[00218] Conforme ilustrado na Figura 6, uma fonte de eletricidade 120 é acoplada ao ânodo 110 e ao cátodo 108. Conforme mencionado acima, a fonte 120 pode ser gerada a partir de fontes renováveis, livres de carbono. Em particular, a fonte 120 pode ser gerada a partir de fontes renováveis livres de carbono, como fontes solares (por exemplo, arranjos de célula fotovoltaica) e fontes de vento (por exemplo, turbinas eólicas). Entretanto, de acordo com outras modalidades, a fonte 120 pode ser uma usina de potência a carvão, uma célula de combustível, uma usina de potência nuclear. De acordo ainda outras modalidades, a fonte 120 pode ser um conector a uma grade de transmissão elétrica.

[00219] O reator biológico 102 pode operar a uma densidade de corrente elétrica acima de 6 mA/cm2. Por exemplo, o reator biológico 102 pode operar a uma densidade de corrente elétrica entre 6 e 10 mA/cm2. De acordo com certas modalidades, o reator biológico 102 pode operar a densidades de corrente elétrica pelo menos uma ordem de magnitude mais altas (por exemplo, 60 a 100 mA/cm2). A corrente pode ser fornecida como corrente direta ou pode ser fornecida como corrente pulsada, conforme a partir de corrente alternante retificada. A frequência de tal corrente pulsada não é limitada pelas propriedades do reator. A frequência da corrente pulsada pode ser variável, como aquela gerada por turbinas de velocidade variável, por exemplo, turbinas eólicas que não têm engrenagem de velocidade constante.

[00220] Os micro-organismos metanogênicos vivos podem ser impregnados no cátodo 108. Várias modalidades e variantes dos micro-organismos são descritas com mais detalhes na seção anterior.

[00221] Conforme explicado com mais detalhes, o reator biológico 102 pode ter um estado de operação em que a cultura é mantida a uma temperatura acima de 50° C, embora certas modalidades possam ter um estado de operação na faixa de entre aproximadamente 60° C e 100° C. o reator biológico 102 também pode ter um estado dormente em que ou eletricidade ou dióxido de carbono não é fornecido ao reator 102. De acordo com tal estado dormente, a produção de metano pode ser significantemente reduzida em relação ao estado de operação, de modo que a produção possa ser diversas ordens de magnitude menos que o estado de operação, e, da mesma forma, a exigência para a entrada de potência elétrica e para a entrada de dióxido de carbono pode ser diversas ordens d magnitude menos que o estado de operação. De acordo com certas modalidades da descrição, o reator biológico 102 pode mudar entre o estado de operação e o estado dormente ou entre o estado dormente e o estado de operação sem a adição de micro-organismos ao reator 102.

[00222] O reator biológico 102 pode ter uma entrada 130 conectada à primeira câmara para receber dióxido de carbono gasoso. A entrada 130 pode ser acoplada a um abastecimento de dióxido de carbono 132 para acoplar o abastecimento de dióxido de carbono à primeira câmara 104. O reator biológico 102 também pode ter uma saída 134 para receber metano a partir da primeira câmara.

[00223] O reator biológico 102 também pode ter uma saída 136 conectada À segunda câmara 106 para receber subprodutos. Por exemplo, oxigênio gasoso pode ser gerado na segunda câmara 106 como um subproduto da produção de metano na primeira câmara 104. De acordo com certas modalidades, oxigênio pode ser o único subproduto gasoso do reator biológico 102. Em qualquer caso, o oxigênio gasoso pode ser recebido pela saída 134 conectada à segunda câmara 106.

[00224] Continuando com a descrição da Figura 6, um método da descrição pode incluir o abastecimento de eletricidade ao ânodo 110 e ao cátodo 108 do reator biológico 102 que tem pelo menos a primeira câmara 104 que contém pelo menos o cátodo 108, uma cultura que compreende micro-organismos metanogênicos vivos, conforme descrito acima, e água (por exemplo, como parte de um meio aquoso de eletrólito compatível com os micro-organismos vivos) e a segunda câmara 106 que contém pelo menos o ânodo 110, em que a cultura é mantida a uma temperatura acima de 50 °C. Ademais, o método pode incluir a geração de eletricidade a partir de fontes renováveis livres de carbono, como a partir de fontes solares e eólicas, conforme indicado acima. de acordo com certas modalidades, eletricidade pode ser fornecida durante um período de demanda de não pico.

[00225] O método também pode incluir o abastecimento de dióxido de carbono à primeira câmara 104. Conforme indicado acima, o método pode incluir reciclar dióxido de carbono a partir de pelo menos uma fonte industrial concentrada ou dióxido de carbono atmosférico, seno que o dióxido de carbono é fornecido à primeira câmara 104.

[00226] O método pode incluir, ainda, coletar metano a partir da primeira câmara 104. O método pode incluir, ainda, classificar e transportar o metano. O método também pode incluir coletar outros produtos ou subprodutos gasosos do reator biológico; por exemplo, o método pode incluir a coleta de oxigênio a partir da segunda câmara 106.

[00227] Será reconhecido que, embora o sistema da Figura 6 possa ser visto como operando para converter eletricidade em metano, também é possível ver o sistema da Figura 6 como operando para criar ou ganhar créditos de carbono, como uma alternativa ao sequestro de carbono, por exemplo. De acordo com tal método, o método incluiria fornecer eletricidade ao ânodo 110 e ao cátodo 108 do reator biológico 102 que tem pelo menos a primeira câmara 104 que contém pelo menos o cátodo 108, micro-organismos metanogênicos e água (por exemplo, como parte de um meio aquoso de eletrólito compatível com os micro-organismos vivos) e uma segunda câmara que contém pelo menos o ânodo, em que a cultura é mantida a uma temperatura acima de 50 °C. o método também incluiria fornecer dióxido de carbono à primeira câmara 104. Finalmente, o método incluiria receber créditos de carbono para o dióxido de carbono convertido no reator biológico 102 em metano. De acordo com tal método, o dióxido de carbono pode ser reciclado a partir de uma fonte industrial concentrada.

[00228] Será reconhecido que o sistema 100 é apenas uma tal modalidade de um sistema, de acordo com a descrição. Modalidades e variantes adicionais do sistema 100 são ilustradas nas Figuras 7 a 13, e serão descritas na seção a seguir. Embora essas modalidades sejam mostradas, em geral, em seção transversal, presumindo um formato, em geral, cilíndrico para o reator e formatos similares a disco para o ânodo e cátodo, que podem ser dispositivos paralelamente um ao outro, conforme ilustrado, será constatado que outras geometrias podem ser usadas no lugar destas.

[00229] A Figura 7 ilustra um sistema 200 que inclui um reator biológico 202, uma fonte de eletricidade 204 e uma fonte de dióxido de carbono 206. Conforme ilustrado, a fonte de eletricidade 204 e a fonte de dióxido de carbono 206 são ambas acopladas ao reator biológico 202. O reator biológico 202 usa um meio de circulação de líquido/gás, conforme explicado em maiores detalhes acima.

[00230] O reator biológico 202 inclui um alojamento 210 que define, em parte, a primeira e a segunda câmaras 212, 214. O reator 202 também inclui um cátodo 216 disposto na primeira câmara 212, e um ânodo 218 disposto na segunda câmara 214. A primeira e a segunda câmaras 212, 214 são separadas por próton permeável, barreira impermeável de gás 220, em que a barreira 220 tem superfícies 222, 224 que também definem em parte a primeira e a segunda câmaras 212, 214.

[00231] O reator biológico 202 também inclui coletores de corrente 230, 232, um para o cátodo 216 e um para o ânodo 218. O coletor de corrente 230 para o cátodo 216 pode ser produzido como um disco sólido de material, de modo a manter uma condição vedada dentro da câmara 212 entre uma entrada 234 para o dióxido de carbono e uma saída 236 para o metano (e potencialmente subprodutos). A entrada 234 e a saída 236 podem ser definidas no alojamento 210. O coletor de corrente 232 para o ânodo 218 pode também definir uma camada de difusão de gás porosa, na qual a camada de catalisador de ânodo é disposta. Será reconhecido que uma camada de difusão de gás porosa deve ser fornecida de modo a permitir que subprodutos gasosos saiam da segunda câmara 214, visto que a barreira 220 evita sua saída através da saída 236 por meio da primeira câmara 212.

[00232] Em conformidade com a revelação acima, o cátodo 216 é produzido a partir de um material poroso, como uma espuma de carbono reticulada. O cátodo 216 é impregnado com os micro-organismos metanogênicos e com o meio de eletrólito aquoso. Os micro-organismos metanogênicos estão, assim, em uma passagem 238 formada entre a barreira 220 e o coletor de corrente 230 entre a entrada 234 e a saída 236.

[00233] Em operação, dióxido de carbono é dissolvido no meio de eletrólito aquoso e é circulado através do cátodo 216. Os micro-organismos metanogênicos podem residir dentro do meio de eletrólito de circulação ou pode ser ligado ao cátodo poroso 216. Na presença de uma corrente elétrica, os micro-organismos metanogênicos processam o dióxido de carbono para gerar metano. O metano é portado pelo meio de eletrólito para fora do reator 202 por meio da saída 236. De acordo com tal modalidade, o equipamento de pós-processamento, como um separador de líquido/gás, pode ser conectado à saída para extrair o metano da solução.

[00234] A Figura 8 ilustra um sistema 250 que inclui um reator 252 que é um variante daquele ilustrado na Figura 7. Similar ao reator 202, o reator 252 inclui um alojamento 260 que define, em parte, a primeira e a segunda câmaras 262, 264. O reator 252 também inclui um cátodo 266 disposto na primeira câmara 262, e um ânodo 268 disposto na segunda câmara 264. A primeira e a segunda câmaras 262, 264 são separadas por próton permeável, barreira impermeável de gás 270, em que a barreira 270 tem superfícies 272, 274 que também definem em parte a primeira e a segunda câmaras 262, 264.

[00235] Diferentemente da modalidade ilustrada na Figura 7, a modalidade ilustrada na Figura 8 também inclui uma camada de difusão de gás de condução de próton, porosa 280. A camada de difusão de gás 280 é disposta entre o cátodo 266 e a barreira 270. Com o uso dessa camada de difusão de gás 280, dióxido de carbono gasoso pode entrar na primeira câmara 212 através da camada de difusão de gás 280 e então difundir para o cátodo 266, enquanto que metano gasoso produzido pelos micro-organismos pode difundir do cátodo 266 para a camada 280 e então para fora da primeira câmara 212. Camadas de difusão de gás de condução de próton adequadas para uso como camada 280 podem ser produzidas ao revestir materiais porosos com ionômero de condução de próton, ao incorporar ionômero diretamente na matriz porosa, ou através de derivação química de materiais de matriz porosa com sulfato, fosfato, ou outros grupos que promovem condução de próton, por exemplo.

[00236] Será assim reconhecido que o dióxido de carbono e o metano não são portados por um meio líquido de circulação, de acordo com a modalidade da Figura 8. Ao invés disso, a cultura e o meio são contidos na primeira câmara 262, enquanto que apenas o dióxido de carbono gasoso e o metano circulam entre a entrada e a saída. Tal modalidade pode apresentar certas vantagens em relação ao reator 202 da Figura 7, em que a manipulação da geração ou pós-processamento de metano pode ser simplificado. Além disso, a ausência de um meio líquido de circulação no reator 202 pode simplificar a conexão em série entre múltiplos reatores, conforme ilustrado na Figura 14. Entretanto, enquanto que o meio de circulação na modalidade da Figura 7 forneceu qualquer água exigida pela cultura, pode ser necessário acoplar equipamento ao reator para fornecer vapor d’água para a cultura, em adição ao dióxido de carbono gasoso. O meio de eletrólito e microorganismos podem ser retidos dentro dos poros do cátodo 266 por tensão de superfície ou alternativamente ao incluir materiais dentro do eletrólito que aumenta sua viscosidade ou forma um gel.

[00237] A Figura 9 ilustra um sistema 300 que inclui um reator 302 que é um variante daquele ilustrado na Figura 8. Similar aos reatores 202 e 252, o reator 302 inclui um alojamento 310 que define, em parte, a primeira e a segunda câmaras 312, 314. O reator 302 também inclui um cátodo 316 disposto na primeira câmara 312, e um ânodo 318 disposto na segunda câmara 314. A primeira e a segunda câmaras 312, 314 são separadas por próton permeável, barreira impermeável de gás 320, em que a barreira 320 tem superfícies 322, 324 que também definem, em parte, a primeira e a segunda câmaras 312, 314.

[00238] Ademais, similarmente à modalidade ilustrada na Figura 8, a modalidade ilustrada na Figura 9 também inclui uma camada de difusão de gás de condução de próton, porosa 330. Entretanto, a camada de difusão de gás 330 não é disposta entre o cátodo 316 e a barreira 320, mas, ao invés disso, é disposta entre o cátodo 316 e o coletor de corrente 332. Nessa disposição, a camada de difusão de gás 330 é condutora de corrente ao invés da condução de próton como a camada de difusão de gás 280 no reator 252. A corrente passaria através da camada 330 para o cátodo 316. Como no reator 252, o dióxido de carbono que ainda entraria na primeira câmara 312 passa através da camada de difusão de gás 330 e difunde para o cátodo 316, enquanto que o metano produzido pelos micro-organismos difundiria do cátodo 316 através da camada 330.

[00239] Como resultado, a modalidade da Figura 9 ilustra um reator em que o dióxido de carbono gasoso entra no cátodo de um lado ou ao longo de um trajeto oposto àquele dos prótons. Em comparação, a modalidade da Figura 8 ilustra um reator em que o dióxido de carbono gasoso e os prótons entram do cátodo a partir do mesmo lado ou ao longo de um trajeto similar. A contra-difusão da modalidade da Figura 9 pode fornecer produção mais lenta do que aquela da Figura 8, mas pode fornecer níveis de produção aceitáveis. Quanto ao material usado para a barreira 320 de acordo com tal modalidade, acredita-se que uma espuma de carbono porosa impregnada com partículas de Nafion pode ser adequada.

[00240] As Figuras 10 a 13 ilustram um sistema 400 que inclui um reator biológico 402 que destaca diversos aspectos da revelação sobre e acima daquele ilustrado nas Figuras 5 a 9. Em particular, enquanto a natureza geral do reator (com primeira e segunda câmaras, ânodo, cátodo, barreira, micro-organismos, e meio de eletrólito aquoso) tem muito em comum com os sistemas ilustrados nas Figuras 5 a 9, o reator 402 ilustra geometrias inovadoras, assim como um reator no qual uma pluralidade de ânodos e uma pluralidade de cátodos são presentes.

[00241] Em particular, conforme ilustrado na Figura 10, o reator 402 inclui diversas subunidades de reator tubular 404 que podem ser dispostas em um formato de matriz. Será reconhecido que a disposição particular das subunidades 404 utiliza um desvio em relação à disposição de filas adjacentes de subunidades 404, de modo a aumentar o número de subunidades 404 dentro de um volume. Também será reconhecido que filas adjacentes de subunidades 404 podem ser alinhadas entre si ao invés disso. Também será reconhecido que, enquanto quatro filas de cinco subunidades 404 cada, e quatro filas de quatro subunidades 404 cada foram ilustradas, isso não deve ser tomado como limitante ao reator 402 por isso.

[00242] A Figura 11 ilustra uma pluralidade de subunidades em corte transversal, de modo a reconhecer as similaridades e diferenças em relação aos sistemas ilustrados nas Figuras 5 a 9 acima. Embora não precise ser o caso para todas as modalidades, cada uma das subunidades 404 ilustradas na Figura 11 é idêntica, de modo que a discussão de qualquer uma das subunidades 404 seria inclusiva de observações que podem ser feitas em relação às outras subunidades 404 também.

[00243] Conforme visto na Figura 11, o reator 402 inclui um alojamento 410, no qual as subunidades 404 são dispostas. Será reconhecido que o alojamento 410 é vedado contra vazamento de produtos e subprodutos, conforme explicado em maiores detalhes abaixo. Disposto em uma extremidade do alojamento 410 está um coletor de corrente comum 412, que é conectado a um cátodo geralmente tubular 414 de cada uma das subunidades 404. De maneira similar, o reator 402 inclui uma camada de difusão de gás porosa/coletor de corrente 416 que é conectada a um ânodo geralmente tubular 418 de cada subunidade 404. Disposto entre o cátodo 414 e o ânodo 418 está uma barreira impermeável de gás, permeável a próton geralmente tubular 420, conforme é discutido em maiores detalhes acima. Essa disposição é também ilustrada na Figura 12.

[00244] De acordo com essa modalidade, o dióxido de carbono entra no reator 402 por meio de uma entrada 430 e se move ao longo de uma passagem 432. O dióxido de carbono então passa ao longo do cátodo poroso 414, que é impregnado com micro-organismos metanogênicos e meio de eletrólito aquoso. O metano produzido no cátodo 414 então é coletado em um espaço 434 que é conectado na saída 436.

[00245] A Figura 13 ilustra um variante da subunidade 404 ilustrada em relação ao sistema 400 nas Figuras 10 e 11. Dadas as similaridades entre a subunidade 404 e seu variante, as estruturas comuns serão designadas com um número primo.

[00246] Conforme ilustrado na Figura 13, a subunidade 404’ inclui um cátodo tubular 414’, um ânodo tubular 418’ e uma barreira tubular 420’. Assim como na subunidade 404, o cátodo tubular 414’ é disposto de modo central em relação à subunidade 404’, com o ânodo 418’ disposto radialmente para fora do cátodo 416’ e a barreira 420’ disposta entre os mesmos. Entretanto, similarmente aos variantes descritos na Figura 8, a subunidade 404’ inclui uma camada de difusão de gás de condução de próton, porosa 440. Essa camada 440 pode estar em comunicação com a passagem 432 e o espaço 434 em um reator 402, ao invés do cátodo 414’. Como tal, dióxido de carbono passaria da entrada 430 através da camada 440 para o cátodo 414’, enquanto metano passaria do cátodo 414’ através da camada 440 para a saída 436. Uma disposição similar à Figura 10, mas com uma camada de difusão de gás eletricamente condutora disposta como na Figura 9 entre o cátodo 414’ e o coletor de corrente 412’ é também possível.

[00247] As Figuras 14 e 15 ilustram duas opções de gerenciamento de potência diferentes que podem ser usadas com qualquer um dos reatores descritos acima. Nesse aspecto, será reconhecido que cada um dos sistemas 450, 452 ilustrado nas Figuras 14 e 15 pode incluir uma pluralidade de reatores individuais 454, 456.

[00248] Na Figura 14, os reatores individuais 454 são conectados em série para corresponder a uma tensão fixa ou constante. O sistema 450 acomoda uma corrente variável ao fornecer uma pluralidade de comutadores 458 para permitir que cadeias de série adicionais de reatores 454 sejam comutadas para o circuito para corresponder à corrente variável. Na Figura 15, os reatores individuais 456 são conectados em paralelo para corresponder a uma corrente fixa ou constante. O sistema 452 acomoda uma tensão variável ao fornecer pares de comutadores 460 para permitir que planos paralelos adicionais de reatores 456 sejam comutados para o circuito para corresponder à tensão variável. Será reconhecido que também pode ser possível tratar de aplicações de corrente variável e tensão variável com comutação tratável, de modo a construir planos de reator paralelo dinâmicos e para ajustar os comprimentos de cadeias em série, conforme for necessário.

Modalidades Exemplificativas

[00249] Os seguintes parágrafos enumerados descrevem modalidades exemplificativas: 1. Um micro-organismo Methanothermobacter isolado que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular. 2. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 1, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 90% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 3. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 2, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 95% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 4. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 3, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 98% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 5. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 4 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 40 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular. 6. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 5 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 50 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular. 7. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 6 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 60 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular. 8. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 7, em que a eficiência de produção de metano de CO2 é mantida por pelo menos 30 dias consecutivos (isto é,“mantida por” significa que o microorganismo exibe esse fenótipo pelo menos uma vez a cada dia durante os pelo menos 30 dias consecutivos). 9. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 8, em que o micro-organismo exibe a eficiência de produção de metano quando não mais do que 25 moléculas de hidrogênio são supridas ao microorganismo para cada 6 moléculas de metano produzido, ou não mais do que 200 moléculas de hidrogênio são supridas para cada 49 moléculas de metano produzido. 10. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 9 que produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 11. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 10 que produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano por grama de material celular. 12. Um micro-organismo Methanothermobacter isolado que produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 13. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 12, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 90% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 14. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 13, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 95% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 15. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 14, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 98% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 16. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 12 a 15 que produz pelo menos ou cerca de 97 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 17. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 16 que produz pelo menos ou cerca de 98 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 18. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 12 a 17, em que o micro-organismo produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de CO2 supridas ao microorganismo, quando não mais do que 25 moléculas de hidrogênio são supridas ao micro-organismo para cada 6 moléculas de metano produzido, ou não mais do que 200 moléculas de hidrogênio são supridas para cada 49 moléculas de metano produzido. 19. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 12 a 18 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular. 20. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 12 a 19 que produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano por grama de CO2 de material celular produzido a partir de CO2. 21. Um micro-organismo Methanothermobacter isolado que produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 22. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 21, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 90% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 23. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 22, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 95% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 24. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 23, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 98% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 25. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 21 a 24 que produz pelo menos ou cerca de 20 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 26. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 25 que produz pelo menos ou cerca de 30 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 27. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 26 que produz pelo menos ou cerca de 40 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 28. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 21 a 27, em que o micro-organismo produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular de CO2 produzido quando não mais do que 25 moléculas de hidrogênio são supridas ao micro-organismo para cada 6 moléculas de metano produzido, ou não mais do que 200 moléculas de hidrogênio são supridas para cada 49 moléculas de metano produzido. 29. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 21 a 28 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular. 30. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 21 a 29 que produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 31. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados precedentes que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária. 32. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 31 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80 horas em uma fase estacionária. 33. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 32 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 90 horas em uma fase estacionária. 34. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 33 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 100 horas em uma fase estacionária. 35. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 34 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 200 horas na fase estacionária. 36. O micro-organismo Methanothermobacter do parágrafo enumerado 35 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 1 mês em uma fase estacionária. 37. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 31 a 36, em que o tempo de duplicação é mantido por pelo menos 7 dias consecutivos. 38. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 37, em que o tempo de duplicação é mantido por pelo menos 30 dias consecutivos. 39. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 31 a 38 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária quando fornecida com gás CO2 em uma taxa de pelo menos ou cerca de 34 VVD. 40. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 31 a 39 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária quando fornecida com gás CO2 em uma taxa de pelo menos ou cerca de 34 VVD e com potência de redução suficiente para reduzir pelo menos 90% do CO2. 41. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 46, em que a potência de redução é gás H2 suprido em uma taxa de pelo menos 122 VVD. 42. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 46, em que a potência de redução é corrente elétrica. 43. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 41 que retorna a pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de exposição a pelo menos ou cerca de 3 minutos de oxigênio ou monóxido de carbono. 44. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 43, em que o micro-organismo retorna a pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 10 minutos de exposição a pelo menos ou cerca de 3 minutos de oxigênio. 45. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 44 que exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária. 46. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 45 que exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária por pelo menos ou cerca de 15 dias consecutivos. 47. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 46 que retorna a pelo menos 80% da produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de novo suprimento gás H2 ou eletricidade, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas, conforme induzido por interrupção ou cessação suprimento de hidrogênio ou eletricidade. 48. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 47, em que o micro-organismo é autotrófico. 49. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 48 que é termofílico ou hipertermofílico. 50. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 49 que é um micro-organismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada em 21 de dezembro de 2010, com a Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® N° PTA- 11561. 51. Um micro-organismo Methanothermobacter isolado que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária. 52. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 51, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 90% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 53. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 52, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 95% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 54. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 53, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 98% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 55. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 54 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80 horas em uma fase estacionária. 56. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 55 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 90 horas em uma fase estacionária. 57. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 56 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 100 horas em uma fase estacionária. 58. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 57 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 200 horas na fase estacionária. 59. O micro-organismo Methanothermobacter do parágrafo enumerado 58 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 1 mês em uma fase estacionária. 60. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 59, em que o tempo de duplicação é mantido por pelo menos 7 dias consecutivos. 61. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 60, em que o tempo de duplicação é mantido por pelo menos 30 dias consecutivos. 62. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 61 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária quando fornecida com gás CO2 em uma taxa de pelo menos ou cerca de 34 VVD. 63. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 62 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária quando fornecida com gás CO2 em uma taxa de pelo menos ou cerca de 34 VVD e com potência de redução suficiente para reduzir pelo menos 90% do CO2. 64. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 63, em que a potência de redução é gás H2 suprido em uma taxa de pelo menos 122 VVD. 65. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 63, em que a potência de redução é corrente elétrica. 66. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 65 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular. 67. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 66 que produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 68. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 67 que produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 69. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 68 que retorna a pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de exposição a pelo menos ou cerca de 3 minutos de oxigênio ou monóxido de carbono. 70. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 69, em que o micro-organismo retorna a pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 10 minutos de exposição a pelo menos ou cerca de 3 minutos de oxigênio. 71. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 70 que exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária. 72. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 71 que exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária por pelo menos ou cerca de 15 dias consecutivos. 73. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 72 que retorna a pelo menos 80% da produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de novo suprimento gás H2 ou eletricidade, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas, conforme induzido por interrupção ou cessação suprimento de hidrogênio ou eletricidade. 74. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 73, em que o micro-organismo é autotrófico. 75. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 74 que é termofílico ou hipertermofílico. 76. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 51 a 75 que é um micro-organismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada em 21 de dezembro de 2010, com a Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC®) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® N° PTA- 11561. 77. Um micro-organismo Methanothermobacter isolado que: a. exibe uma eficiência de produção de metano que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular; ou b. sobrevive em uma fase estacionária com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas; ou c. exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária; ou d. retorna a pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos, após uma exposição de pelo menos ou cerca de 3 minutos ao oxigênio ou monóxido de carbono. 78. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 77, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 90% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 79. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 78, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 95% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 80. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 79, em que o micro-organismo expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 98% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 81. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 80 que (i) exibe uma eficiência de produção de metano que é pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertidas em material celular, opcionalmente enquanto exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas, opcionalmente, em que a eficiência de produção de metano de CO2 é mantida por pelo menos 30 dias, ou (ii) sobrevive em uma fase estacionária com um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas, opcionalmente por pelo menos 30 dias. 82. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 81 que (i) exibe uma densidade de cultura celular dentro de uma faixa de cerca de 6 a cerca de 8 mg massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária, ou (ii) retorna a pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos, após um exposição de pelo menos ou cerca de 3 minutos a oxigênio ou monóxido de carbono. 83. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 82 que é termofílico ou hipertermofílico, ou (ii) retorna a pelo menos 80% da produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de novo suprimento de gás H2 ou eletricidade, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas, conforme induzido por interrupção ou cessação de suprimento de hidrogênio ou eletricidade. 84. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 83 que é um micro-organismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada em 21 de dezembro de 2010, com a Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC®) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® N° PTA- 11561. 85. Um micro-organismo Methanothermobacter isolado que é: (a) um micro-organismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada em 21 de dezembro de 2010, com a Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC®) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® N° PTA-11561, (b) um variante de (a), ou (c) uma progênie de (a), em que o variante ou a progênie retém as características fenotípicas de conversão de CO2 de (a). 86. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 85, em que o variante ou progênie expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 90% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 87. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 86, em que o variante ou progênie expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 95% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 88. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 87, em que o variante ou progênie expressa um rRNA 16S que tem pelo menos 98% de identidade de sequência em relação ao comprimento total da sequência de rRNA 16S de Delta H (SEQ ID NO: 1) de Methanothermobacter thermautotrophicus. 89. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 88 em que o variante ou a progênie exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 25 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular. 90. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 89 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 40 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular. 91. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 90 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 50 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular. 92. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 91 que exibe uma eficiência de produção de metano que é de pelo menos ou cerca de 60 moléculas de CO2 convertidas em metano por molécula de CO2 convertida em material celular. 93. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 89 a 92, em que a eficiência de produção de metano de CO2 é mantida por pelo menos 30 dias consecutivos. 94. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 89 a 93, em que o micro-organismo exibe a eficiência de produção de metano quando não mais do que 25 moléculas de hidrogênio são supridas ao micro-organismo para cada 6 moléculas de metano produzido, ou não mais do que 200 moléculas de hidrogênio são supridas para cada 49 moléculas de metano produzido. 95. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 94 que produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 96. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 95 que produz pelo menos ou cerca de 97 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 97. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 96 que produz pelo menos ou cerca de 98 moléculas de metano por 100 moléculas de dióxido de carbono supridas ao micro-organismo. 98. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 95 a 97, em que o micro-organismo produz pelo menos ou cerca de 96 moléculas de metano por 100 moléculas de CO2 supridas ao microorganismo, quando não mais do que 25 moléculas de hidrogênio são supridas ao micro-organismo para cada 6 moléculas de metano produzido, ou não mais do que 200 moléculas de hidrogênio são supridas para cada 49 moléculas de metano produzido. 99. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 98 que produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 100. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 99 que produz pelo menos ou cerca de 20 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 101. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 100 que produz pelo menos ou cerca de 30 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 102. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 101 que produz pelo menos ou cerca de 40 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido a partir de CO2. 103. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 99 a 102, em que o micro-organismo produz pelo menos ou cerca de 17 gramas de metano a partir de CO2 por grama de material celular produzido quando não mais do que 25 moléculas de hidrogênio são supridas ao micro-organismo para cada 6 moléculas de metano produzido, ou não mais do que 200 moléculas de hidrogênio são supridas para cada 49 moléculas de metano produzido. 104. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 103 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária. 105. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 104 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 80 horas em uma fase estacionária. 106. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 105 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 90 horas em uma fase estacionária. 107. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 106 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 100 horas em uma fase estacionária. 108. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 107 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 200 horas na fase estacionária. 109. O micro-organismo Methanothermobacter do parágrafo enumerado 108 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 1 mês em uma fase estacionária. 110. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 104 a 109, em que o tempo de duplicação é mantido por pelo menos 7 dias consecutivos. 111. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 110, em que o tempo de duplicação é mantido por pelo menos 30 dias consecutivos. 112. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 104 a 111 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária quando fornecida com gás CO2 em uma taxa de pelo menos ou cerca de 34 VVD. 113. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 104 a 112 que exibe um tempo de duplicação de pelo menos ou cerca de 72 horas em uma fase estacionária quando fornecida com gás CO2 em uma taxa de pelo menos ou cerca de 34 VVD e com potência de redução suficiente para reduzir pelo menos 90% do CO2. 114. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 113, em que a potência de redução é gás H2 suprido em uma taxa de pelo menos 122 VVD. 115. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 113, em que a potência de redução é corrente elétrica. 116. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 115 que retorna a pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de exposição a pelo menos ou cerca de 3 minutos de oxigênio ou monóxido de carbono. 117. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 116, em que o micro-organismo retorna a pelo menos 80% do nível de produtividade de metano no estado de operação dentro de 10 minutos de exposição a pelo menos ou cerca de 3 minutos de oxigênio. 118. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 117 que exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária. 119. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 118 que exibe uma densidade de cultura celular de pelo menos ou cerca de 6 mg de massa seca de cultura de células/ml em uma fase estacionária por pelo menos ou cerca de 15 dias consecutivos. 120. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 119 que retorna a pelo menos 80% da produtividade de metano no estado de operação dentro de 20 minutos de novo suprimento gás H2 ou eletricidade, após estar em um estado dormente por pelo menos 2 horas, conforme induzido por interrupção ou cessação suprimento de hidrogênio ou eletricidade. 121. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 77 a 120, em que o micro-organismo é autotrófico. 122. O micro-organismo Methanothermobacter isolado do parágrafo enumerado 121 que é termofílico ou hipertermofílico. 123. O micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 85 a 122 que é um micro-organismo da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada em 21 de dezembro de 2010, com a Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC®) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® N° PTA- 11561. 124. Um micro-organismo Methanothermobacter isolado que é uma progênie de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada em 21 de dezembro de 2010, com a Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC®) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® N° PTA-11561, em que a progênie retém as características fenotípicas de conversão de CO2 da dita cepa. 125. Uma cultura ou monocultura substancialmente pura que compreende o microorganismo de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 124. 126. Um sistema para converter potência elétrica em metano que compreende um reator biológico que tem pelo menos um cátodo, um ânodo, um micro-organismo de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 124, água, e dióxido de carbono. 127. O sistema do parágrafo enumerado 126, em que o reator biológico compreende pelo menos uma primeira câmara que compreende o dito cátodo, o dito microorganismo, e água, e uma segunda câmara que contém pelo menos um ânodo, em que o sistema compreende ainda uma fonte de eletricidade acoplada ao ânodo e ao cátodo, um suprimento de dióxido de carbono acoplado à primeira câmara, e uma saída para receber metano da primeira câmara. 128. Um método de conversão de eletricidade em metano que compreende suprir eletricidade e dióxido de carbono ao sistema do parágrafo enumerado 126 ou 127, em que o reator biológico tem um estado de operação em que o micro-organismo é mantido em uma temperatura maior do que ou cerca de 60°C, e coletar metano da primeira câmara. 129. Um cátodo poroso que compreende o micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 124. 130. Um kit que compreende um micro-organismo Methanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 124, uma cultura ou monocultura substancialmente pura do parágrafo enumerado 125, um sistema do parágrafo enumerado 126 ou 127, um cátodo poroso do parágrafo enumerado 129, ou uma combinação dos mesmos, e instruções para o cuidado ou para o uso. 131. O kit do parágrafo enumerado 130, em que o micro-organismo ou cultura ou monocultura é criopreservada. 132. O kit do parágrafo enumerado 130 ou 131, que compreende uma quantidade do micro-organismo ou cultura ou monocultura que está pronta para o uso em um sistema para a produção de metano. 133. Um inoculo de cultura celular que compreende pelo menos ou cerca de 1,6 kg de peso seco dos micro-organismos de Methanothermobacter isolados de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 124. 134. Uma cultura em grande escala que está pronta para o uso na produção de metano que compreende pelo menos ou cerca de 1.000 l de uma cultura em uma densidade de pelo menos ou cerca de 6 g peso seco de cultura celular/l do microorganismoMethanothermobacter isolado de qualquer um dos parágrafos enumerados 1 a 124.

[00250] Os exemplos a seguir são fornecidos para fins de ilustração, e como meio de limitação.

EXEMPLOS EXEMPLO 1

[00251] Esse exemplo descreve um método exemplificativo de manutenção de um micro-organismo Methanothermobacter da revelação e um método exemplificativo de criopreservação do micro-organismo.

[00252] Os micro-organismos da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicussão mantidos em Meio 1, divulgado no presente documento, a 60°C em condições anaeróbicas que compreendem 80% de hidrogênio, 20% de dióxido de carbono em um Fermentador New Brunswick BioFlo 110 com um recipiente de vidro de volume total nominal de 1,3 l. O recipiente de cultura contém quatro defletores de altura total, que se estendem 6 mm a partir da parede. Impulsores Rushton de 6 lâminas, com lâminas duplas (52 mm de diâmetro) são colocados dentro do recipiente de cultura e são mantidos em uma velocidade de agitação típica de cerca de 1.000 RPM. O pulverizador de hidrogênio é um tubo perfurado (10 perfurações de cerca de 0,5 mm de diâmetro) colocado em um círculo logo abaixo do impulsor inferior. As bolhas primárias liberadas do pulverizador são relativamente grandes e são substancialmente fragmentadas pela ação do impulsor.

[00253] O recipiente de cultura é mantido em uma constante de 60°C e em um volume líquido dentro de uma faixa de cerca de 0,3 l a cerca de 1 l (por exemplo, 0,7 l). Como a água é um subproduto de metanogênese, o líquido é constantemente removido do reator. Os micro-organismos são mantidos no recipiente de cultura dentro de uma faixa de biomassa medida de cerca de 0,005 a cerca de 0,011 g de sólido seco/ml de água (0,5 a 1% de massa seca por volume unitário).

[00254] Alternativamente, os micro-organismos da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicussão mantidos em garrafas ou tubos de cultura que compreendem Meio 1 ou meio 2133:OSU967 de ATCC a 60°C em condições anaeróbicas que compreendem uma fase gasosa de 80% de hidrogênio, 20% de dióxido de carbono. Como alternativa adicional, os micro-organismos da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicussão mantidos na superfície de Meio solidificado 1 ou meio 2133:OSU967 de ATCC a 60°C em condições anaeróbicas que compreendem uma fase gasosa de 80% de hidrogênio, 20% de dióxido de carbono.

[00255] Os micro-organismos são criopreservados ao suspender microorganismos em um meio de crescimento líquido que contém 10% de glicerol. A suspensão de micro-organismo é então colocada em um congelador a -80°C. Os organismos criopreservados são retornados para crescer por inoculação em meio líquido fresco ou em Meio solidificado e incubação em condições anaeróbicas a 60°C, conforme descrito acima.

EXEMPLO 2

[00256] Esse exemplo descreve dois métodos exemplificativos de usar os micro-organismos da revelação para produzir metano.

Metanogênese hidrogenotrófica

[00257] Micro-organismos de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicussão cultivados em um Fermentador New Brunswick BioFlo 110 em Meio 1, conforme essencialmente descrito no Exemplo 1. As taxas de escoamento de metano e hidrogênio (H2) da cultura em lote são calculadas como uma função dos sinais de espectrometria em massa de hidrogênio e metano (corrigidos para probabilidade de ionização) e a taxa de ingresso de hidrogênio. O cálculo assume que todo o hidrogênio que entra na cultura em lote é convertido em metano em uma razão de 4 H2:1 CH4 ou deixa a cultura como hidrogênio não reagido. Em condições de regime permanente com tempos de duplicação de 50 horas ou mais, a pequena proporção de hidrogênio que é consumida no crescimento dos organismos é negligenciada no cálculo.

[00258] Cálculo de produtividade de metano de VVD. O fluxo volumétrico de hidrogênio que entra na cultura é controlado por um controlador de fluxo de massa de gás e fornece uma referência primária para determinação da taxa de produção de metano. A razão de massas detectadas pelo espectrômetro de massa em massa 15 em relação àquela da massa 2 é determinada por uma faixa de razões de metano para hidrogênio em misturas de gás padrão geradas por controladores de fluxo de massa de gás para obter constantes de correção. A razão de massa 15 para massa 2 em correntes de gás experimentais é então multiplicada pela constante de correção para obter a razão de gás metano para hidrogênio no corrente de saída de gás de fermentador/reator. Ao assumir que hidrogênio na corrente de gás de entrada é convertido em metano em uma razão molar de 4:1, a taxa absoluta de metano e hidrogênio que flui para fora do reator é calculada da taxa de fluxo de hidrogênio de entrada e da razão de gás observada no fluxo de saída. A produtividade de metano em unidades de VVD é calculada como o volume de metano no fluxo de saída por dia dividido pelo volume líquido do fermentador/reator.

[00259] Em um método exemplificativo, micro-organismos de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicussão cultivados em um Fermentador New Brunswick BioFlo 110 em Meio 1, conforme essencialmente descrito no Exemplo 1. Especificamente, o Fermentador é mantido com impulsores que agitam a 1.000 RPM e um volume de cultura de 400 ml e em uma temperatura de 60°C. O gás hidrogênio é entregue ao sistema em uma taxa de fluxo de gás de 10 l/min de H2 e dióxido de carbono é entregue em uma taxa de fluxo de gás de 2,5 l/min.

Metanogênese eletrobiológica

[00260] Uma célula eletroquímica foi fabricada conforme mostrado na Figura 16. A armação foi produzida a partir de poliéter éter cetona (PEEK) com um compartimento de ânodo e cátodo separado por Nafion 115. O compartimento de ânodo continha uma malha de titânio reforçada por grafite sólido como coletor de corrente e camada de difusão de gás, um ânodo produzido a partir de pano de grafite tecido, com um revestimento de negro de fumo, que contém 0,5% de platina, no ânodo no lado adjacente à membrana de Nafion. O compartimento de cátodo continha um pano de grafite tecido com nenhuma platina e um coletor de corrente de grafite sólido.

[00261] A geometria da célula eletroquímica foi cilíndrica com solução de católito inserida no meio do cátodo e que flui radialmente para um canal de coleta de fluido próxima à borda externa do cátodo. A solução de católito compreendeu Meio 1 ou Meio 1 com NaCl adicionado para aumentar a condutividade. Nenhuma matéria- prima de carbono reduzido é fornecida pelo meio, demonstrando, assim, a natureza autotrófica dos micro-organismos de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus quando a potência de redução é fornecida por um eletrodo. A taxa de fluxo de católito foi de aproximadamente 1ml/min e o volume ativo do cátodo foi de aproximadamente 0,25 ml. O suprimento de água para o ânodo é por meio de difusão através da membrana do cátodo e o oxigênio produzido no ânodo difunde para fora da célula através de canais abertos para o ar.

[00262] A célula eletroquímica e uma cultura de micro-organismos de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus foram retidos em uma temperatura fixa dentro de um forno de convecção de vidro, enquanto vários potenciais elétricos foram retidos através da célula conforme mostrado na Figura 17. Um suprimento de gás carreador de Argônio e CO2 foi usado para manter a solução de católito saturada com CO2 e também para portar produto de metano rapidamente para um espectrômetro de massa para análise. Um coletor de vapor resfriado foi usado para evitar que água em excesso entre no espectrômetro de massa.

[00263] As Figuras 18 e 19 mostram dados coletados a 60°C com uma cultura de católitos de micro-organismos de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus que tem uma densidade de biomassa de 8,4 mg de massa seca por ml de cultura. A Figura 18 mostra a produção de metano e hidrogênio no cátodo como uma função de tempo conforme a tensão de célula total é linearidade variada. A produção de metano começa em tensões inferiores do que a produção de hidrogênio. Cloreto de sódio é adicionado para aumentar a condutividade de católito de 8 mS/cm até 25 mS/cm.

[00264] A Figura 19 mostra a produção de metano e hidrogênio como uma função de tempo para tensões de célula totais retidas nos valores fixos indicados. Conforme mostrado na Figura 19, os micro-organismos produzem metano quase instantaneamente mediante a adição de potência (tensão) e o nível máximo de produção de metano em cada nível de tensão é alcançado dentro de 10 minutos de adição de tensão. Conforme mostrado na Figura 19, os micro-organismos param de produzir metano quase instantaneamente mediante a remoção de potência (tensão) e o nível de linha de base de produção de metano em cada nível de tensão é alcançado dentro de 10 minutos de remoção de tensão.

EXEMPLO 3

[00265] Esse exemplo fornece um estudo comparativo exemplificativo de tempo de duplicação e eficácia de utilização de dióxido de carbono entre um microorganismo da revelação e um micro-organismo precursor não adaptado.

[00266] No momento de depósito da cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, a taxa de diluição (recíproca do tempo de duplicação) da cultura contínua no fermentador foi determinada ao medir a taxa de remoção de fluido de cultura do fermentador pelo sistema que mantém um volume líquido constante na câmara. Os resultados dessa análise demonstraram que a cultura teve um tempo de duplicação de 110,8 horas. Amostras dessa cultura também foram usadas diretamente como católito (mais catálise de metanogênese viva) nos experimentos apresentados nas Figuras 18 e 19.

[00267] A amostra da cultura contínua no fermentador descrita acima foi também analisada para determinar a eficácia de utilização de dióxido de carbono, conforme expresso pela razão de (o número de moléculas de dióxido de carbono convertidas em metano) para (o número de moléculas de dióxido de carbono convertidas em materiais celulares). Especificamente, a massa seca de células em um dado volume foi determinada ao secar células peletizadas até o peso constante e constatadas por ter 8,4 g/l de cultura. Com base no tempo de duplicação determinado, a biomassa aumenta em uma taxa de 0,076 g/l/hora para manter essa concentração de biomassa de regime permanente. Esse teor molar de carbono na biomassa foi estimado com o uso da fórmula empírica para composição celular fornecida por Schill et al., Biotech Bioeng 51(6): 645 a 658 (1996): CH1.68O0.39N0.24, para obter os moles de carbono de biomassa produzido por tempo de unidade. Os moles de metano produzido no mesmo tempo foram determinados, conforme descrito no Exemplo 2. Seguindo esses procedimentos, foi determinado que o rendimento de metano por molécula de carbono ganho em biomassa, YP/X, foi de 66,9 moléculas de metano produzidas para cada molécula de dióxido de carbono convertida em material celular. Esse resultado é também expresso como 98,5% do carbono fixo que é convertido em metano e apenas 1,5% do carbono fixo que é desviado para biomassa.

[00268] O micro-organismo de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicusé uma cepa adaptada de DMSZ 3590, que é descrita em Schill et al., (1996), supra. De acordo com Schill et al., a cepa não adaptada de DMSZ 3590 exibiu taxas de produção de metano tão altas quanto cerca de 270 volumes de metano em pressão e temperatura padrão por volume de cultura por dia (VVD). Em cada uma das taxas testadas, os tempos de duplicação se mostraram ser entre 3 e 10 horas. Essa fase de crescimento ativo é útil quando a biomassa é o produto desejado. Para os fins de produção de metano, qualquer produção de biomassa adicional é um subproduto indesejado. O maior YP/X documentado por Schill et al. (consulte a Tabela IV) foi 19,6, ou cerca de 5% de carbono fixo que é desviado para biomassa.

[00269] Com base nos dados relatados em Schill et al. e nos dados relatados no presente documento, a eficiência de conversão de dióxido de carbono em metano dos micro-organismos de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicusé superior àquela de DSMZ 3590, visto que apenas 1,5% do dióxido de carbono é convertido em material celular ou manutenção da cultura, em contraste aos ~5% do dióxido de carbono suprido convertido em biomassa e manutenção celular pelos micro-organismos de Schill et al. Sem se ater a qualquer teoria em particular, a produtividade superior de metano de UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus pode ser devido ao fato de que os microorganismos dessa cepa exibem um tempo de duplicação consideravelmente baixo. EXEMPLO 4

[00270] Esse exemplo descreve um método exemplificativo de teste de resiliência a contaminantes.

Recuperação de Exposição ao Oxigênio

[00271] Organismos metanogênicos são considerados como anaeróbicos extremamente restritos. Oxigênio é conhecido como um inibidor dos catalisadores de enzima de absorção de hidrogênio e metanogênese. Um baixo potencial de oxidação-redução (ORP) no meio de crescimento é considerado como importante para a metanogênese.

[00272] Em algumas modalidades, o micro-organismo Methanothermobacter da revelação é resiliente à exposição ao oxigênio, conforme o micro-organismo demonstra um nível de produtividade de metano após a exposição ao oxigênio que é substancialmente o mesmo que o nível de produtividade de metano exibiu antes da exposição ao oxigênio.

[00273] A resiliência à exposição ao oxigênio pode ser analisada ao medir a produtividade de metano antes, durante, e após a exposição ao oxigênio por vários períodos de tempo. Especificamente, a resiliência pode ser medida ao manter o micro-organismo conforme essencialmente apresentado no Exemplo 1 e medir o nível de produtividade de metano, conforme essencialmente descrito no Exemplo 2.

[00274] O recipiente de cultura é exposto a 100% de ar por 10 minutos, 90 minutos, ou 15 horas em uma taxa de fluxo de 500 cm3/min. o ar ambiente compreende aproximadamente (em teor molar/volume) 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 1% de argônio, 0,04% de dióxido de carbono, quantidades residuais de outros gases, e uma quantidade variável (média de cerca de 1%) de vapor d’água.

[00275] Durante a exposição a 100% de ar, acredita-se que a metanogênese é interrompida e o ORP do meio de cultura eleva. O ar usado no experimento também desloca o CO2 dissolvido no meio, fazendo com que o pH se eleve. Seguindo os 10 minutos de exposição a 100% de ar, fluxos de gás de H2 e CO2 foram recuperados (100 cm3/min de H2, 25cm3/min de CO2).

[00276] Em um primeiro experimento, 1,5ml de uma solução de 2,5% de sulfeto (Na2SH2O) é adicionado dentro de 4 minutos de fim de alimentação de ar e recuperação da alimentação de gás H2/ CO2. O sulfeto é amplamente usado para controlar o ORP das culturas, controle esse que é considerado como essencial. Em outro experimento, nenhum sulfeto foi adicionado.

[00277] A presença do hidrogênio na fase gasosa é suficiente para reduzir o ORP da cultura para permitir metanogênese, nenhum controle adicional do ORP da cultura é exigido. A falta de necessidade de sulfeto é considerável, visto que culturas metanogênicas são tipicamente mantidas a 10.000 ppm de sulfeto de hidrogênio na fase gasosa. Tais altos níveis de sulfeto não são tolerados em certos processos industriais, por exemplo, tarifas de tubulação de gás natural nos Estados Unidos definem níveis máximos de teor de sulfeto de hidrogênio de gás natural na faixa de 4 a 16ppm, dependendo do sistema de tubulação.

Recuperação de Exposição de Monóxido de Carbono

[00278] Monóxido de carbono (CO) é outro inibidor conhecido de enzimas envolvidas em absorção de hidrogênio e metanogênese. CO é um contaminante potencial de correntes de CO2 e hidrogênio derivadas da gasificação de fontes de carvão ou biomassa. O efeito de CO em formação de metano por culturas de metanógeno é examinado. A resiliência à exposição ao CO pode ser analisada ao medir a produtividade de metano antes, durante, e após a exposição ao oxigênio por vários períodos de tempo. Especificamente, a resiliência ao monóxido de carbono pode ser medida ao manter o micro-organismo conforme essencialmente apresentado no Exemplo 1 e medir o nível de produtividade de metano, conforme essencialmente descrito no Exemplo 2.

[00279] O pH da cultura é mantido constante ao manter CO2 a 20% da mistura de gás e mudar apenas a composição dos outros 80% do gás. A cultura é exposta a uma mistura de 8% de CO e 72% de hidrogênio em uma taxa de fluxo de 100 cm3/min e CO2 a 25 cm3/min por um período de 1,7 hora. Então, a cultura é recuperada para um fluxo de 80% de hidrogênio em uma taxa de fluxo de 100 cm3/min e CO2 a 25 cm3/min.

[00280] A cultura é opcional e subsequentemente exposta a uma mistura de 16% de CO e 64% de hidrogênio em uma taxa de fluxo de 100cm3/min e CO2 a 25cm3/min por um período de 1 hora. A cultura é então recuperada para um fluxo de 80% de hidrogênio em uma taxa de fluxo de 100 cm3/min e CO2 a 25 cm3/min.

[00281] A cultura é opcionalmente exposta a uma mistura de 40% de CO e 40% de hidrogênio em uma taxa de fluxo de 100cm3/min e CO2 a 25cm3/min por um período de 20 minutos. A cultura é então recuperada para um fluxo de 80% de hidrogênio em uma taxa de fluxo de 100 cm3/min e CO2 a 25 cm3/min.

[00282] A cultura é opcionalmente exposta a uma mistura de 60% de CO e 20% de hidrogênio em uma taxa de fluxo de 100cm3/min e CO2 a 25cm3/min.

[00283] Durante cada exposição, a produção de metano é medida, conforme essencialmente descrito no Exemplo 2.

EXEMPLO 5

[00284] Esse exemplo demonstra que o micro-organismo Methanothermobacter da revelação mostra um excesso de capacidade catalítica específica quando cultivado sob regime permanente, condições quase estacionárias em um fermentador de cultura contínua.

[00285] A atividade catalítica específica de micro-organismos metanogênicos pode ser expressa como a razão entre moles de metano formados por hora e moles de carbono na biomassa microbiana. Sob algumas condições, um dos substratos necessários pode ser limitante da reação, sendo que, em tal caso, a capacidade catalítica específica pode exceder a atividade catalítica específica medida. Portanto, um aumento no substrato limitante levaria a um aumento na atividade catalítica específica observada. Sob outras condições, a atividade catalítica específica observada pode ser saturada com substrato, sendo que, em tal caso, um aumento na concentração do substrato não renderia um aumento na atividade catalítica específica. Sob condições de saturação de substrato, a atividade catalítica específica observada seria igual à capacidade catalítica específica.

[00286] Para a cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus que é cultivada em regime permanente, conforme descrito no Exemplo 1, com uma taxa de alimentação de hidrogênio de 0,2 l/min, a atividade catalítica específica para produção de metano, qP, foi observada como 0,37 moles de metano produzido por mol de carbono de biomassa por hora. Quando a taxa de alimentação de hidrogênio foi dobrada para 0,4 l/min, qP também dobrado para 0,72 moles de metano produzido por mol de carbono de biomassa por hora. No entanto, a cultura em regime permanente de UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicuscontém a capacidade catalítica específica que está em excesso da atividade catalítica específica que sustenta seu cultivo. Em outros experimentos com a taxa de alimentação de hidrogênios de até 5 l/min, a atividade catalítica específica de até 4 moles de metano por mol de carbono de biomassa foi observada sem sinais de saturação da taxa. Portanto, a atividade catalítica específica da cepa é pelo menos 10 vezes maior do que aquela observada durante o cultivo em regime permanente sem tempos de multiplicação na faixa de 100 horas.

EXEMPLO 6

[00287] Sabe-se, há muito tempo, que a Archaea metanogênica são anaeróbios “extremos”, cujo cultivo exige um cuidado considerável para eliminar o oxigênio (Balch, W.E. e R.S. Wolfe, New approach to the cultivation of methanogenic bacteria: 2-mercaptoethanesulfonic acid (HS-CoM)-dependent growth of Methanobacterium ruminantium in a pressurized atmosphere. Appl Environ Microbiol, 1976. 32(6): p. 781 a 91; e Mukhopadhyay, B., E.F. Johnson, e R.S. Wolfe, Reator- scale cultivation of the hyperthermophilic methanarchaeon Methanococcus jannaschii to high cell densities. Appl Environ Microbiol, 1999. 65(11): p. 5.059 a 5.065). As espécies metanogênicas autotróficas termofílicas estão entre as mais sensíveis a oxigênio (Consulte Kiener, A. e T. Leisinger, Oxygen Sensitivity of Methanogenic Bacteria. Systematic and Applied Microbiology, 1983. 4(3): p. 305 a 312). Ao invés das outras vantagens práticas significantes dos metanógeno autotrófico termofílico para processos biocatalisados comerciais, a sensibilidade extrema a oxigênio surge como uma barreira potencial para seu uso use em cultivo de grande escala.

[00288] Nesse exemplo, mostra-se que um pulso de exposição a oxigênio (ar) de uma cultura agitada em tanque de alta densidade de cepa UC 120910 adaptada de Methanothermobacter thermautotrophicus (>2g de peso seco celular /litro) inibe somente transientemente a formação de metano e que o oxigênio é ativamente consumido pela cultura. Os resultados desse exemplo também demonstram que a cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus pode manter uma produtividade acima de 95% de eficiência de conversão por períodos estendidos, mesmo na presença de interrupções de fornecimento de hidrogênio.

[00289] Condições de cultivo de cultura geral. As culturas foram cultivadas em um reator de tanque continuamente agitado (Eppendorf/New Brunswick BioFlo 110, câmara microbiológica de 1,3 l com defletores de altura total) a 60°C, que contém um meio de 600 ml e é agitado a 1.000 RPM. O meio continha NH4Cl 120mM, NaCl 10mM, KH2PO4 10mM, nitrilotriacetato 1,21mM, MgCL2-6H2O 1mM, FeCl2-4H2O 0,2mM, l-cisteína 0,2mM, NiCL2-6H2O 0,005mM, CoCl2-6H2O 0,0025mM, Na2MoO4-2H2O 0,0025mM, Na2WO4 0,01mM e Na2SeO3 0,001mM. Uma solução de Na2S-9H2O 0,5 M foi adicionada à cultura a uma taxa contínua de 0,0035ml/min. O pH do meio foi mantido a 6,85 por meio da adição automática de uma solução de NH4OH 2M. O volume do meio no vaso de cultura foi mantido constante em uma base contínua a 600 ml através de sensor de nível e uma bomba peristáltica que remove o volume em excesso. De modo a manter a composição mineral constante do meio diante da diluição por água metabólica gerada durante o processo de metanogênese, um volume de líquido removido do reator é substituído por meio de uma bomba peristáltica paralela que entrega 0,04 volumes de uma mistura mineral “25x” (NaCl 250mM, KH2PO4 250mM, nitrilotriacetato 30,25mM, MgCL2-6H2O 25mM, FeCl2-4H2O 5mM, l-cisteína 5mM, NiCL2-6H2O 0,125mM, CoCl2-6H2O 0,0625mM, Na2MoO4-2H2O 0,0625mM, Na2WO4 0,25mM e Na2SeO3 0,025mM). A cultura foi continuamente aspergida à pressão ambiente com uma mistura de 4:1 de H2:CO2 gerada dinamicamente com controladores de fluxo de massa. O H2 era um gás de tanque de grau Ultra Puro e o CO2 era um gás de tanque de grau Totalmente Seco. Nenhuma precaução foi tomada para remover quaisquer resquícios de oxigênio que possam estar presentes nos gases de tanque.

[00290] Método de análise de gás. Os gases efluentes que saem do reator foram passados através de um condensador mantido a 4°C e a água condensada foi retornada diretamente para o reator. O gás então passado através de uma junção em T fixada ao capilar de entrada de um espectrômetro de massa (MS) quadrupolar Spectra Products Cirrus da MKS Instruments programado para monitorar continuamente a composição de gás na faixa de 1 a 50 unidades de massa atômica (amu). Varreduras de alta sensibilidade são repetidas a uma taxa de aproximadamente 3 por minuto. Uma varredura típica é mostrada na Figure 20. O pico na massa 2 é exclusivamente proveniente do íon de hidrogênio primário. O pico na massa 16 inclui não somente o íon primário de metano, porém, também os produtos de fragmentação (átomos de oxigênio) a partir de vapor d’água e de CO2. O íon de fragmentação na massa 15 é exclusivamente proveniente de metano e é usado na estimativa do teor de metano relativo a hidrogênio no gás efluente. Com base nas possibilidades de ionização e fragmentação de gás hidrogênio e metano, a resposta relativa do sistema para hidrogênio (na massa 2) e metano (na massa 15) foi determinada como 0,625. Ou seja, uma mistura equimolar de hidrogênio e metano produziu um pico na massa 2 que era 0,625 vezes a altura do pico na massa 15. Dada a entrada conhecida de hidrogênio, a razão molar entre hidrogênio e metano no gás efluente calculado a partir dos dados da massa 2 e da massa 15, conforme descrito acima, e a suposição de que o hidrogênio é essencialmente consumido de modo quantitativo na reação de metanogênese na razão estequiométrica 4 de hidrogênios por metano produzido, a eficiência de conversão do reator pode ser calculada. Dados de composição similares podem ser obtidos por cromatografia gasosa do gás efluente.

[00291] Determinação de densidade celular. As amostras duplicadas de 1ml foram removidas do reator e as células foram peletizadas em tubos de microfuga pré-pesados a 14000xg por 5 min em uma microcentrífuga. O líquido foi aspirado com o cuidado de não atrapalhar os péletes. Os tubos foram, então, colocados a 60°C por dois dias e então foram pesados para determinar o peso a seco líquido das células.

[00292] Produtividade em estado constante da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910. Os dados de varredura de MS individuais mostrados na figura 20 são provenientes de uma cultura de metanogênese de 107 dias contínuos com a cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910 espargida sob as condições de cultivo especificadas com uma mistura de 0,2 Nl/min de H2 e 0,05Nl/min de CO2 (consulte a figura 22 descrita abaixo). A densidade celular por peso a seco durante esse período situou- se a faixa de 8 a 12g/l de cultura. A partir do registro do espectômetro de massa individual mostrado na Figura 20, pode-se estimar mediante o método de cálculo especificado acima que a razão entre metano e hidrogênio sobre uma base molar é de 18,43, correspondendo a uma eficiência de conversão de hidrogênio em metano de 0,987 e uma taxa de produção de metano de 0,22 mol por cultura L por hora. Sob as condições de operação determinadas, a taxa de diluição total da cultura de todas as fontes (água metabólica, ajuste de pH, adição de Na2S, substituição de solução mineral) é de 0,0097 h-1, correspondendo a um tempo de duplicação de 103 h. Em um tempo de duplicação a cultura gera ~10 g de massa celular por peso a seco, correspondendo ao acúmulo de biomassa a uma taxa de 0,0035 mol de C-L-1h-1 de biomassa, com o uso da razão entre biomassa C e massa celular a seco determinada por Duboc et al [5]. Dessa forma, o carbono (hidrogênio) desviado para a produção de biomassa pela cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910 sob as condições especificadas é de <1,6% (<0,8%) em relação àquela envolvida na produção de metano.

[00293] Método de exposição ao ar. Para proporcionar uma breve exposição da cultura ao oxigênio, uma amostra de 60ml de ar foi injetada na corrente de entrada de gás por um período de 10 segundos, sem a interrupção do fluxo da mistura de hidrogênio:CO2.

[00294] Um resultado típico obtido mediante a injeção de ar conforme descrito acima em uma cultura madura com alta densidade (>2g de massa celular a seco/l) é mostrado na figura 21. Uma cultura madura é tale m que a eficiência da produção de metano está em um estado constante; não se altera significativamente em uma base diária. A intensidade das massas especificadas é mostrada na figura em uma escala de log. A taxa de fluxo total da mistura hidrogênio+CO2 foi de 250ml/min. A quantidade de 60ml de ar foi injetada no tempo=0. Nesse caso, uma breve diminuição na produção de metano (traço 15 em massa) é vista após a introdução de ar. Ao examinar a redução de gases introduzidos no ar, fica claro que o oxigênio (traço 32 em massa) diminui muito mais rapidamente (depletado em 3 minutos) que o gás inerte nitrogênio (traço 28 em massa), o que requer ~50 minutos para ser completamente depletado da cultura. A cultura densa é claramente capaz de remover ativamente o oxigênio do reator o que parece ser um processo de primeira ordem. Uma vez que o oxigênio é consumido pela cultura, a produção de metano aumenta novamente, retornando para >80% do nível antes da exposição ao ar em 10 minutos. É plausível que a taxa de remoção de oxigênio na cultura densa seja suficiente para manter a concentração no meio abaixo de um nível tóxico.

[00295] Desempenho estável em longo prazo da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910. A figura 22 mostra a eficiência de conversão de hidrogênio em metano estimada para todo o período de 107 dias de cultura em estado constante a partir do qual os dados mostrados nesse exemplo foram extraídos. Há duas lacunas no registro (dos dias 7 ao 27 e do 41 ao 66) durante os quais a alimentação do gás hidrogênio e CO2 foi descontinuada e a cultura foi deixada resfriar à temperatura ambiente. Em ambos os casos, uma eficiência de conversão completa retornou após um reinício de emissão de gases com 4:1 em relação a H2:CH4, com a taxa de emissão de gases total de 250Nml/min, e tão logo a temperatura de cultura alcançou a temperatura de operação de 60°C. Os resultados demonstram que a cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910 é capaz de manter a produtividade acima de uma eficiência de conversão de 95% por períodos estendidos, mesmo na presença de interrupções no fornecimento de hidrogênio.

EXEMPLO 7

[00296] Dois custos significativos na produção de metano a partir de dióxido de carbono são o fornecimento de potência de redução sob a forma de gás hidrogênio ou potência elétrica e o fornecimento de nutrientes aos micro-organismos para a manutenção e crescimento. Cada aperfeiçoamento de ponto percentual em relação à eficiência de uso dos gases de suprimento ou em relação à diminuição necessária para os nutrientes pode exercer um impacto positivo significativo sobre a capacidade de uma fonte de potência renovável, como aquela descrita na presente invenção, para competir com os combustíveis fósseis baratos. Conforme mostrado abaixo, a presente invenção fornece um micro-organismo que exibe uma redução significativa na potência de redução necessária e nos nutrientes necessários.

[00297] Especificamente, a potência de redução exigida para a produção de metano pode ser observada através das demandas de carbono do micro-organismo visto que a potência de redução exigida é diretamente proporcional ao dióxido de carbono exigido. No caso do gás hidrogênio, 4 moles de gás hidrogênio são necessários para cada mol de dióxido de carbono fornecidos aos micro-organismos. No caso de potência elétrica direta, 8 moles de elétrons são exigidos para cada mol de dióxido de carbono fornecido aos micro-organismos. O micro-organismo da presente invenção demonstra uma necessidade entre 1/3 e 1/4 do carbono necessário para a manutenção e crescimento de biomassa. Portanto, a quantidade de potência de redução sob a forma de gás hidrogênio ou potência elétrica direta que é desperdiçada pelos micro-organismos para a manutenção e crescimento de biomassa é reduzida por um fator de 3 a 4.

[00298] Adicionalmente, para duas cepas de micro-organismos metanogênicos na cultura em estado constante com as taxas de fornecimento de gás idênticas, a cepa com um tempo de duração mais longo exibiu um taxa de alimentação de nutriente reduzida proporcionalmente. Essa relação exemplificadora é mostrada na figura 24. O micro-organismo da presente invenção demonstra um tempo de duplicação de cultura que excedem 10 vezes o tempo mais longo demonstrado na literatura para a cepa parental.

[00299] Uma alíquota de uma cultura da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910, depositada em 21 de dezembro de 2010, com a Coleção de cultura do tipo americana (ATCC) sob a designação para depósito de patente ATCC® n° PTA-11561 foi inoculada, cultivada, e mantida em um biorreator agitado constantemente de 7,5 l. Um esquema da configuração é mostrado na figura 23.

[00300] O meio foi preparado e a cultura foi inoculada de acordo com o seguinte procedimento. Nutrientes gerais foram preparados anaerobicamente para ter as seguintes concentrações e referidos como 25x nutrientes: KH2PO4 em 250 mM, NaCl em 250 mM, Na3 nitriloacetato em 20 mM, nitriloacetato em 10 mM, resazurina em 0,05 mM, NiCl2-6H2O em 0,125 mM, CoCl2-6H2O em 0,0625 mM, Na2MoO4-2H2O em 0,0625 mM, L-cisteína em 12,5 mM, FeSO4-H2O em 5 mM, MgCl2-6H2O em 25 mM, Na2WO4 em 0,25mM, Na2SeO3 em 0,025mM.

[00301] Três litros de água desoxigenada foram colocados em um fermentador BioFlow 110 limpo e estéril com um recipiente de 7,5 l de New Brunswick Scientific e aquecidos até 60°C. Sondas para temperatura, pH, e ORP (potencial de redução de oxigênio) foram calibradas conforme exigido e instaladas. 160 ml de 25x nutrientes foram adicionados seguidos por 200 ml de NH4Cl em 2,4M e 12 ml de Na2CO3 em 1,0M. O abastecimento de gás foi ativado na taxa desejada, como uma baixa taxa de 0,20 SLPM de gás H2 e 0,05 SLPM de gás CO2. Os gases são aspergidos a partir do fundo. A agitação foi iniciada com o uso de 3 impulsores Rushton igualmente espaçados e 40 ml de Na2S-9H2O em 0,5M foram adicionados. O pH foi ajustado para 6,85 e água desoxigenada adicional foi adicionada para levar o nível de fluido total de 4,0L. Finalmente, todas as linhas de abastecimento foram conectadas conforme mostrado na Figura 1 e a cultura foi inoculada com 40 ml de inoculo, de preferência tendo uma densidade de inoculo (conforme medido por peso seco) de pelo menos 8 mg/ml.

[00302] Após a inoculação, NH4OH foi adicionado para manter o pH em aproximadamente 6,85 e uma vez que o crescimento começou, Na2S-9H2O em 0,5M foi adicionado entre 3,5 μl/min e 10,5 μl/min. Antiespumante foi adicionado conforme necessário e a cultura foi mantida em altura de fluido constante de aproximadamente 4,0 L ao remover lentamente cultura, conforme for necessário. Conforme a cultura foi removida, 25x nutrientes foram adicionados para manter concentrações de nutriente aproximadamente constantes. Conforme a cultura cresceu e a densidade aumentou, a taxa de conversão de gás hidrogênio e dióxido de carbono em metano aumentou. Consulte a Figura 25 para um exemplo do crescimento precoce da densidade óptica (linearizada) conforme medido a 600 nm para três culturas separadas resultando da inoculação por uma alíquota de cepa de UC120910. Todas as três curvas de crescimento se encaixam em um exponencial. A curva exponencial é mostrada para duas das três culturas para as quais significativamente mais dados foram coletados em tempos recentes.

[00303] A Figura 26 mostra o crescimento de tempo tardio de uma das culturas de 627 horas. O encaixe exponencial não é apropriado após cerca de 30 horas e a densidade da cultura alcança uma plataforma por aproximadamente 150 horas. Nos tempos recentes durante o crescimento exponencial descrito acima, o tempo de duplicação de cultura pode ser medido pela e por todas as três culturas é cerca de 8 horas conforme mostrado pela linha em negrito horizontal e o eixo geométrico direito. Nos tempos tardios, durante a cultura de regime permanente o tempo de duplicação é muito maior e, nesse caso particular, foi de aproximadamente 990 horas conforme mostrado pela linha em negrito horizontal e pelo eixo geométrico direito.

[00304] A densidade de cultura é medida ao girar para baixo e secar uma amostra para medir o peso seco. Alternativamente, uma densidade de cultura relativa pode ser medida com uma densidade óptica linearizada a 600 nm ao diluir a amostra, medir a densidade óptica, e então multiplicar a densidade óptica pelo fator de diluição. A taxa de conversão de gases hidrogênio e dióxido de carbono em gás metano pode ser determinada principalmente através de quatro meios. Primeiro, a taxa de fluxo de gás dentro pode ser comparada à taxa de fluxo de gás seco fora. Em 100% de conversão, 5 moles de gases hidrogênio e dióxido de carbono são convertidos em 1 mole de metano. Na prática, mais do que 1 mol de fluxos de gás para fora devido às taxas de conversão que são observadas por ser entre 45% e 98%. Um medidor de bolha de sabão é usado para as medições de maior precisão de taxas de fluxos de gás de gases misturados. Segundo, a taxa de produção de água fornece uma medida de produção de metano, visto que 2 moles de água são produzidos para cada mole de metano. Fluidos totais adicionados e removidos são monitorados diariamente, ou mais frequentemente, a fim de determinar taxas de conversão de gás em tempo médio por meio dessa medição de produção de água. Terceiro, amostras de gases de entrada e saída foram ocasionalmente coletados com reservatórios Summa e entregue a um terceiro laboratório de análises para análise por meio técnicas de cromatografia gasosa padrão. Quarto, dados de espectrometria de massa fornecem uma medida altamente responsiva de taxas de conversão de gás que podem ser quantificadas ao normalizar o sinais em cada pico de massa com base na sensibilidade de detector e as probabilidades de ionização, conforme descrito em outro ponto nesse pedido. Múltiplas técnicas são frequentemente usadas de modo simultâneo e geralmente provam ser mutuamente consistentes.

[00305] Através de medições de produção de metano, densidade de biomassa, e produção de água, a eficiência de carbono dos micro-organismos pode ser determinada. Especificamente, a razão de gramas de metano produzido por grama de biomassa pode ser calculada diretamente. Adicionalmente, a razão de átomos de carbono para metano em relação a átomos de carbono para biomassa pode ser calculada para entender a eficiência farádica desses micro-organismos como catalisadores para reciclar dióxido de carbono em metano. A partir do uso da composição elementar aproximada de um Methanothermobacter exemplificativo de CH1.68O0.39N0.24 (Schill et al., acima), uma pessoa pode calcular essa razão. Alternativamente, isso pode ser expresso como uma razão de moléculas de metano produzido por molécula de dióxido de carbono suprido aos micro-organismos na solução.

EXEMPLO 8

[00306] Uma alíquota de uma cultura de cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada em 21 de dezembro de 2010, com a Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® N° PTA- 11561, foi cultivada conforme descrito acima no Exemplo 7. A cultura em 4,0L foi deixada alcançar condições de regime permanente com gás hidrogênio suprido a 0,40 de SLPM e dióxido de carbono suprido a 1/4o daquela taxa, o que resultou em uma cultura com uma densidade de peso seco de 10,9 mg/ml. A produção de água foi medida durante 43 horas e é mostrada na Figura 27. A produção de água media foi de 8,16 ml/hora. Isso corresponde a 3,8 mmol/hora de carbono em direção à biomassa ou cerca de 70 átomos de carbono liberados como metano para cada átomo de carbono que é desviado para biomassa quando a cultura está operando nessas condições de regime permanente. De forma equivalente, houve 98,6 moléculas de metano liberado para cada 100,0 moléculas de dióxido de carbono suprido para os micro-organismos. E, de forma equivalente, há 40 gramas de metano produzido para cada grama de biomassa produzida. Nessas condições, o tempo de duplicação da cultura foi aproximadamente 490 horas, enquanto que a taxa de alimentação de dióxido de carbono foi de 36VVD e a taxa de alimentação de hidrogênio foi de 144VVD.

[00307] De acordo com Schill et al., acima, a cepa parental de Methanothermobacter thermautotrophicus (DSM 3590), após alcançar sua densidade mais alta e alcançar quase condições de estado estável tipicamente desviou cerca de 1 em 16 a 1 em 19 dos átomos de carbono para biomassa com o restante indo para metano enquanto o fornecimento de gás estava entre 230 VVD e 1.150 VVD do hidrogênio e entre 58 VVD e 288 VVD de dióxido de carbono. Sob essas condições, o tempo de duplicação dessa cultura da cepa parental é relatado como aproximadamente 10 horas.

[00308] A seguir, o abastecimento de gás à cultura foi terminado, todo o abastecimento de nutrientes foi desativado e todas as linhas dentro e fora do reator foram fechadas. A agitação foi desativada e permitiu-se que a cultura resfriasse à temperatura ambiente. Permitiu-se que a cultura permanecesse dormente sem gás ou outro abastecimento químico por mais que 4 semanas. Mediante a reinicialização do abastecimento de gás e mediante o aquecimento do vaso, a cultura começou a converter hidrogênio e dióxido de carbono em metano novamente. A taxa de conversão excedeu 80% dos gases de entrada até o momento em que a temperatura da cultura alcançou 60°C.

[00309] Seguindo a reativação dessa cultura, conforme descrito acima, a cultura foi utilizada para várias medições do desempenho de conversão de gás do sistema e para várias medições da robustez da cultura. A cultura foi mantida por mais que 150 dias com inícios e paradas intermitentes. A produtividade de metano da cultura foi, em geral, consistente através dos 150 dias.

EXEMPLO 9

[00310] Uma alíquota de uma cultura da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910, depositada em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® n° PTA-11561, foi cultivada conforme descrito no Exemplo 7. A cultura foi exposta a gases hidrogênio e dióxido de carbono em uma razão de 4:1. O hidrogênio e o dióxido de carbono foram ciclizados para ativados e desativados enquanto um fluxo contínuo de metano através do reator foi usado para manter um fluxo de gás para fora mesmo quando nenhum hidrogênio ou dióxido de carbono foi fornecido como alimentação. A Figura 28 mostra a produção de metano da cultura enquanto o hidrogênio e o dióxido de carbono são alimentados (círculos fechados) e enquanto o abastecimento de hidrogênio e de dióxido de carbono é cortado (círculos abertos). A produtividade de metano continua mesmo após o abastecimento de hidrogênio e de dióxido de carbono ser cortado devido a gases residuais no reator. As medições de produtividade de metano na Figura 28 são realizadas através do uso de um medidor de bolhas de sabão para observar o fluxo de gás para fora do reator. Claramente, a produtividade do sistema começa com a resolução temporal do aparelho de medição mesmo após o abastecimento de hidrogênio e dióxido de carbono ser cortado por mais que 20 ou mais que 30 minutos.

EXEMPLO 10

[00311] Uma alíquota de uma cultura da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910, depositada em21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® n° PTA-11561, foi cultivada conforme descrito acima, no Exemplo 7. Essa cultura foi mantida a um volume de fluido de 3,0 L sob aproximadamente 20,68 kPa (3 psig) de pressão e gás hidrogênio fornecido a uma taxa de 0,48 SLPM (230 VVD) e dióxido de carbono a uma taxa de 0,12 SLPM (58 VVD). O pH foi mantido entre 6,83 e 6,85. O desempenho do sistema foi mostrado como estável e padrão por 40 dias, conforme demonstrado pelos dados de produção de água na Figura 29. Pelas últimas 90 horas dessa coleta de dados, uma medição quase contínua das taxas de fluxo de gás foi realizada e é mostrada na Figura 30. A melhor linha de ajuste para os dados de conversão indica que 86% de conversão e zero mudança na taxa de conversão por ais de 90 horas. A essa taxa de entrega de gás e taxa de conversão de gás especificadas, a cultura está produzindo 0,10 SLPM de metano (equivalente a 50 VVD da produção de metano). Através desse período de tempo, a cultura é mantida a uma densidade de peso seco de 15,3 mg/ml e liberou aproximadamente 60 moléculas de metano como subproduto residual para cada átomo de carbono adicionado à biomassa. De modo equivalente, houve 98,3 moléculas de metano liberadas para cada 100,0 moléculas de dióxido de carbono fornecidas aos microorganismos. E, equivalentemente, há 36 gramas de metano produzidos para cada grama de biomassa produzida. O tempo de duplicação da cultura foi de 380 horas sob essas condições, através desse período de 40 dias de coleta de dados.

EXEMPLO 11

[00312] Uma alíquota de uma cultura da cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus UC 120910, depositada em 21 de dezembro de 2010, junto à Coleção de Micro-organismos Norte Americana (American Type Culture Collection - ATCC) sob a Designação de Depósito de Patente ATCC® n° PTA-11561, foi cultivada conforme descrito no Exemplo 7. A cultura foi cultivada a uma densidade estável com o uso de uma mistura estequiométrica de H2 e CO2 a 0,20 l/min H2 e 0,05l/min CO2. A cultura foi, então, temporariamente desativada e transportada para o sítio de um digestor anaeróbico que produz biogás. O biogás não foi filtrado e continha predominantemente CO2 (30% em volume) e metano (68% em volume). Também era conhecido conter vapor de água e sulfito de hidrogênio. A taxa de entrada de biogás foi controlada por uma bomba peristáltica digital para produzir um fluxo de gás constante.

[00313] O reator foi reinicializado no sítio de biogás, mas com o uso das taxas de alimentação de H2 e CO2 originais fornecidas por tanques de gás. O reator foi monitorado até a manha seguinte para garantir que a cultura e a eficiência de conversão estivessem estáveis seguindo o movimento. Na manhã seguinte, uma amostra do biogás de entrada foi coletado para análise então, a alimentação de CO2 foi desativada e substituída por uma alimentação de biogás (com a alimentação de H2 permanecendo constante). Duas horas mais tarde, uma amostra do gás de saída do reator foi coletada para análise. Pelas 192 horas seguintes (8 dias) as taxas de entrada de gás foram mantidas constantes enquanto as condições de reator foram gravadas.

[00314] A taxa de alimentação para o biogás foi escolhida de maneira que CO2 estaria em excesso. A bomba peristáltica foi executada a 0,240 l/min e a saída em si foi registrada diariamente (a saída diária média observada foi de 0,239 l/min). Isso resulta em uma taxa de entrega de gás de 34 VVD de CO2 e 96 VVD de H2.

[00315] A produção de água diária foi registrada antes e durante o ensaio e é mostrada na Figura 31. Anteriormente ao movimento, quando o reator foi alimentado com CO2 do tanque de gás, a produção de água era 4,9 ml/hora enquanto após o movimento e, enquanto sendo executada com biogás, a produção de água era de 2,9 ml/hora. Parte dessa queda na taxa foi devido aos tempos de residência diminuídos dos gases no reator (com nossa taxa escolhida para biogás, o tempo de residência é de aproximadamente metade daquele quando CO2 puro é usado). Portanto, a produção de água diminuída era esperada.

[00316] A produção de biomassa foi registrada ao longo de todo o ensaio e tanto a densidade óptica e o peso seco são mostrados nas Figuras 33 e 32, respectivamente. Ao longo do ensaio com biogás, a cultura aumentou em biomassa em cerca de 17% conforme medido em peso seco e em aproximadamente 7% conforme medido em densidade óptica. Com o uso da metodologia descrito acima, a razão de carbono para biomassa pode ser calculada. Aproximadamente 52 átomos de carbono são utilizados para produção de CH4 para cada átomo de carbono que entra na produção de biomassa. Equivalentemente, houve 98,1 moléculas de metano liberadas para cada 100,0 moléculas de dióxido de carbono supridas para os micro-organismos. E, equivalentemente, há 20 gramas de metano produzidas para cada grama de biomassa produzida. Ao longo do ensaio com biogás, o tempo de duplicação da cultura foi aproximadamente 990 horas.

[00317] Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patentes e patentes citados no presente documento são incorporados a título de referência na mesma medida em que se cada referência fosse individual e especificamente indicada como sendo incorporada a título de referência e fosse apresentada em sua totalidade no presente documento.

[00318] O uso dos termos “um(a)” e “o(a)” e referentes similares no contexto da descrição da invenção (especialmente no contexto das reivindicações seguintes) devem ser interpretados para cobrir tanto o singular quanto o plural, a não ser que seja indicado o contrário no presente documento ou claramente contradito pelo contexto. Os termos “que compreende”, “que tem”, “que inclui” e “que contém” devem ser interpretados como termos abertos (isto é, que significam “que inclui, mas sem limitação”) a não ser que seja observado o contrário.

[00319] A recitação de faixas de valores no presente documento é meramente destinada a servir como um método simplificado de se referir individualmente a cada valor separado que se encontra dentro da faixa e cada ponto final, a não ser que seja indicado o contrário no presente documento, e cada valor separado e ponto final são incorporados no relatório descritivo como se fossem citados individualmente no presente documento.

[00320] Todos os métodos descritos no presente documento podem ser realizados em qualquer ordem adequada a não ser que seja indicado o contrário no presente documento ou que seja claramente contradito pelo contexto. O uso de qualquer e todos os exemplos, ou linguagem exemplificativa (por exemplo, “tal como”) fornecida no presente documento, é destinado meramente a melhor iluminar a invenção e não impõe uma limitação ao escopo da invenção a não ser que seja reivindicado o contrário. Nenhuma linguagem no relatório descritivo deve ser interpretada como se indicasse qualquer elemento não reivindicado como essencial para a prática da invenção.

[00321] As modalidades preferenciais desta invenção são descritas no presente documento, incluindo o melhor modo conhecido pelos inventores para executar a invenção. As variações dessas modalidades exemplificativas podem se tornar aparente para aqueles de habilidade comum na técnica mediante a leitura da descrição antecedente. Os inventores esperam que os técnicos de habilidade empreguem tais variações conforme apropriado, e os inventores têm a intenção de que a invenção seja praticada de uma forma diferente que a descrita especificamente no presente documento. Consequentemente, esta invenção inclui todas as modificações e equivalentes da matéria citada nas reivindicações anexadas ao presente documento conforme permitido pela lei aplicável. Ademais, qualquer combinação dos elementos descritos acima e todas as variações possíveis dos mesmos são englobadas pela invenção a não ser que seja indicado o contrário no presente documento ou que seja claramente contradito pelo contexto.

Claims

1. Método para produzir uma progênie de um micro-organismo caracterizado pelo fato de que o método compreende reproduzir ou multiplicar um microorganismo em que o micro-organismo é cepa ATCC PTA-11561 de Methanothermobacter thermautotrophicus.

2. Sistema para converter potência elétrica em metano, caracterizado pelo fato de que compreende um reator biológico que tem pelo menos um cátodo, um ânodo, um micro-organismo, em que o micro-organismo é cepa ATCC PTA-11561 de Methanothermobacter thermautotrophicus, água e dióxido de carbono, opcionalmente, em que o reator biológico compreende pelo menos uma primeira câmara que compreende o dito cátodo, o dito micro-organismo e água, e uma segunda câmara que contém pelo menos um ânodo, em que o sistema compreende adicionalmente uma fonte de eletricidade acoplada ao ânodo e ao cátodo, um suprimento de dióxido de carbono acoplado à primeira câmara e uma saída para receber metano da primeira câmara.

3. Sistema para converter dióxido de carbono em metano, caracterizado pelo fato de que compreende um suprimento de dióxido de carbono, uma fonte de potência de redução e um micro-organismo, em que o micro-organismo é cepa ATCC PTA-11561 de Methanothermobacter thermautotrophicus, opcionalmente, em que a fonte de potência de redução compreende gás hidrogênio.

4. Método de conversão de eletricidade em metano, caracterizado pelo fato de que compreende suprir eletricidade e dióxido de carbono ao sistema conforme definido na reivindicação 2 ou 3, sendo que o reator biológico tem um estado de operação em que o micro-organismo é mantido em uma temperatura maior de 60 °C, e coletar metano da primeira câmara.

5. Uso do sistema conforme definido na reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que é para converter dióxido de carbono em metano.

6. Método de conversão de dióxido de carbono produzido durante um processo industrial em metano, compreendendo: a) contatar a cultura compreendendo uma cepa Methanothermobacter thermautotrophicus isolada em um biorreator, caracterizadopelo fato de que o micro-organismo é cepa ATCC PTA-11561 de Methanothermobacter thermautotrophicus com gás H2 e gás CO2 e o gás CO2 é entregue em uma taxa de 0,2 a 4 volumes de gás por volume da cultura por minuto; b) suprir uma quantidade de gás H2 para manter o potencial redox no reator abaixo de -100 mV ou menos; e em que Methanothermobacter thermautotrophicus converte o gás H2e o gás CO2 em metano.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente remover o gás metano do biorreator, em que o gás metano compreende menos do que cerca de 150 ppm de sulfeto de hidrogênio.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizadopelo fato de que a cultura é uma cultura pura substancialmente de cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus isolada.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizadopelo fato de que o dito método compreende adicionalmente: a) suprir meio fresco para a cultura; e b) remover gás metano do biorreator, em que o gás metano compreende menos do que 450 ppm sulfeto de hidrogênio.