BR112015029718A2

BR112015029718A2 - processos para fermentar

Info

Publication number: BR112015029718A2
Application number: BR112015029718-8A
Authority: BR
Inventors: H. SENARATNE Ryan; Ryan H. Senaratne; Simpson Bell Peter; Peter Simpson Bell; Liu Song; Song Liu; R. Scott Syrona; Syrona R. Scott
Original assignee: Ineos Bio Sa; Jupeng Bio (Hk) Limited
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2020-10-27
Also published as: WO2014200810A1; AU2014278580A1; CA2913196A1; CN110317837A; JP2016521574A; US9885063B2; CN110317837B; RU2650861C2; CA2913196C; TW201534718A; RU2015151914A; TWI625388B; AU2014278580B2; US20140363867A1; EP3008195A1; KR20160018715A; CN105392890A; EP3008195B1; KR102214878B1; CN105392890B

Abstract

processos para fermentar é provido um processo para fermentação de substratos gasosos contendo co em um meio de baixo fosfato. o processo inclui a mistura de um meio líquido que inclui pelo menos um elemento de metal de transição com um meio líquido que inclui pelo menos pelo menos um outro elemento de metal de transição e um elemento não metal, para fornecer um meio de fermentação. o processo é eficaz para a prevenção de precipitação de um ou mais elementos de metal de transição com um ou mais elementos não metal. o meio de fermentação usado no processo é preparado de uma forma que requer quantidades significativamente menores de água e níveis reduzidos de fosfato.

Description

“PROCESSOS PARA FERMENTAR” RELATÓRIO DESCRITIVO

1. Esse Pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US 61/833.240, que foi depositado em 10 de junho de 2013 e que é incorpo- rado em sua totalidade neste documento por referência.

2. Um processo é fornecido para a fermentação de substratos gasosos contendo CO em um meio de baixo fosfato. Mais especificamente, o pro- cesso inclui a fermentação do substrato gasoso contendo CO em um meio preparado de uma forma que requeira quantidades mais baixas de água.

ANTECEDENTES

3. Os micro-organismos acetogênicos podem produzir etanol a partir de monóxido de carbono (CO) através de fermentação de substratos ga- sosos. Fermentações usando micro-organismos anaeróbicos do gênero Clostridium produzem etanol e outros produtos úteis. Por exemplo, a Pa- tente US 5.173.429 descreve Clostridium ljungdahlii ATCC nº 49587, um micro-organismo anaeróbico que produz etanol e acetato a partir de gás de síntese. A Patente US 5.807.722 descreve um processo e aparelho para conversão de gases residuais em ácidos orgânicos e álcoois usando Clos- tridium lungdahlii ATCC nº 55380. A Patente US 6.13.577 descreve um processo e aparelho para conversão de gases residuais em etanol usando Clostridium ljungdahlii ATCC nºs 55988 e 55989.

4. Os processos de fermentação frequentemente requererem grandes quantidade de água e nutrientes. A redução do uso de água, eliminando certos componentes e reduzindo os níveis de concentrações requeridos de outros componentes, enquanto mantendo a produtividade de álcool, pode fornecer economia de custos significativas, especialmente em uma fermentação em escala comercial.

SUMÁRIO

5. Um processo é fornecido para fermentação de substratos gasosos contendo CO, usando quantidades mais baixas de água. Um meio de fer- mentação usado no processo é preparado de uma forma que requeira quantidades significativamente mais baixas de água e níveis reduzidos de fosfato.

6. Um processo de fermentação inclui misturar um meio líquido que inclua pelo menos um elemento de metal de transição com um meio li- quido que inclua pelo menos um outro elemento de metal de transição e um elemento não metal, para fornecer um meio de fermentação. O pro- cesso inclui o contato do substrato contendo CO com o meio de fermen- tação e a fermentação do substrato contendo CO, para fornecer um pH ácido. O processo eficaz para a prevenção da precipitação de um ou mais elementos de metal de transição com um de mais elementos não metais e é eficaz para a utilização de cerca de 2 galões americanos de água ou menos fornecidos ao meio de fermentação por galão americano de etanol produzido.

7. Um processo para fermentação de um substrato contendo CO in- clui o fornecimento do substrato contendo CO a um fermentador e o con- tato do substrato contendo CO com um meio de fermentação. O processo inclui o fornecimento de um meio de fermentação por um processo que inclua a mistura de uma primeira solução que inclua um ou mais ele- mentos selecionados do grupo consistindo em Zn, Co e Ni com uma se- gunda solução que inclua um ou mais elementos do grupo consistindo em W e Se em quantidades eficazes para o fornecimento de um meio de fermentação tendo uma condutividade de cerca de 380 mS/cm ou menos e de cerca de 3 mM ou menos de fosfato. A fermentação do substrato contendo CO é eficaz para fornecimento de um STY de 10 g de álcool total/(L:dia) ou mais e é eficaz para a utilização de cerca de 2 galões ame- ricanos de água ou menos fornecidos ao meio de fermentação por galão americano de etanol produzido.

8. Em outro aspecto, um processo para redução de uso de água no preparo de um meio de fermentação inclui a mistura de uma solução que inclua um elemento selecionado do grupo consistindo em um ou mais de Zn, Co, Ni e com uma solução que inclua um elemento do grupo consis- tindo em um ou mais de W, Se em quantidades eficazes para forneci- mento de um meio de fermentação tendo uma condutividade de cerca de mS/cm ou menos. O meio de fermentação requer cerca de 10% a cerca de 40% menos água do que um meio de fermentação tendo mais do que cerca de 3mM de fosfato.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

9. Os aspectos, características e vantagens acima e outros de diversos aspectos do processo estarão mais aparentes a partir da seguinte figura.

10. A Figura 1 ilustra o desempenho de uma cultura de Clostri- dium ljungdahlii em estado estável em um meio de baixo fosfato e o uso de NH.OH como base para controlar o pH e agir como uma fonte de ni- trogênio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

11. A seguinte descrição não ser tomada em um sentido limita- dor, mas é feita meramente para o propósito de descrição dos princípios gerais das realizações exemplificativas. O escopo da invenção deve ser determinado com referência às Reivindicações.

12. Em um aspecto, níveis de nutrientes uma alimentação de nu- triente ao fermentador são otimizados, de tal modo que o % de consumo de cada nutriente pela bactéria acetogênica no fermentador é essencial mente igual. Inesperadamente, desequilíbrios nas quantidades de nutri- entes consumidos e quantidades residuais resultantes de nutrientes no meio resultam em condutividade aumentada e declínio no desempenho de fermentação. A fim de aliviar a condutividade aumentada, grandes quantidades de água foram necessárias. Equilibrar cuidadosamente os nutrientes fornecidos e nutrientes consumidos resulta em uso de água reduzido e uso de nutriente reduzidos. Neste aspecto, o meio de nutriente e processo de fermentação otimizam a utilização de nutriente, tal que 90% ou mais dos nutrientes são utilizados, e, em outro aspecto, pelo me- nos cerca de 95% ou mais dos nutrientes são utilizados.

13. Fermentações de singás conduzidas em biorreatores com meio e bactérias acetogênicas, como descrito neste documento, são efica- zes para o fornecimento de conversões de CO em singás em álcoois e outros produtos. Neste aspecto, a produtividade pode ser expressa como STY (rendimento de espaço-tempo expresso como g de álcool total/(L-dia). Neste aspecto, o processo é eficaz para o fornecimento de um STY (rendi- mento espaço-tempo) de pelo menos 10 g ou mais de álcool total/(L-dia). Valores de STY possíveis incluem cerca de 10 g de álcool total/(Ldia) a cerca de 120 g de álcool total /(L: dia), em outro aspecto, cerca de 10 g de álcool total/(Ldia) a cerca de 160 g de álcool total/(Ldia), em outro as- pecto, cerca de 10g de álcool total/(L'dia) a cerca de 120g de álcool to- tal/(L'dia), em outro aspecto, cerca de 10g de álcool total/(Ldia) a cerca de 80 g de álcool total/(L'dia), em outro aspecto, cerca de 20 g de álcool total/(L'dia) a cerca de 140 g de álcool total/(Ldia), em outro aspecto, cerca de 20 g de álcool total /(Ldia) a cerca de 100 g de álcool total/(Ldia), em outro aspecto, cerca de 40 g de álcool total/(Ldia) a cerca de 140 g de álcool total/(Ldia) e em outro aspecto, cerca de 40 g de álcool to- tal/(Ldia) a cerca de 100 g de álcool total/(L:dia).

Definições

14. A menos que de outro modo definido, os seguintes termos, como usado por toda essa especificação da presente revelação são defini- dos como se segue e podem incluem tanto a forma singular, quanto a forma plural de definições abaixo definidas:

15. O termo “cerca de” modificando qualquer quantidade se re- fere à variação naquela quantidade encontrada em condições de mundo real, por exemplo, no laboratório, planta piloto, ou instalação de produ-

ção. Por exemplo, uma quantidade de um ingrediente ou medida empre- gada em uma mistura ou quantidade quando modificada por “cerca de” inclui a variação e grau de cuidado tipicamente empregado na medição em uma condição experimental em usina de produção ou laboratório. Por exemplo, a quantidade de um componente de um produto quando modi- ficada por “cerca de” inclui a variação entre os lotes em experimentos múltiplos na usina ou laboratório e a variação inerente no método anali- tico. Modificadas ou não por “cerca de”, as quantidades incluem equiva- lentes àquelas quantidades. Qualquer quantidade estabelecida neste do- cumento e modificada por “cerca de” pode também ser empregada na presente revelação como a quantidade não modificada por “cerca de”.

16. O termo “substrato gasoso” é usado em um sentido não limi- tador, para incluir substratos contendo ou derivados de um ou mais ga- ses.

17. O termo “singás” ou “gás de síntese” significa gás de síntese, que é o nome dado a uma mistura de gás que contém quantidades vari- antes de monóxido de carbono e hidrogênio. Exemplos de métodos de produção incluem reforma a vapor de gás natural ou hidrocarbonetos para produzir hidrogênio, a gaseificação de carvão e, em alguns tipos de instalações de gaseificação resíduos em energia. O nome vem de seu uso como intermediários na criação de gás natural sintético (GNS) e para a produção de amônia ou metanol. O singás é combustível e é frequente- mente usado como fonte de combustível ou como intermediário para a produção de outros produtos químicos.

18. O termo “fermentador” inclui um dispositivo de fermentação consistindo em um ou mais receptáculos e/ou torres ou arranjos de tu- bulação, que inclui o Reator Tanque Agitado Contínuo (CSTR), Reator de Célula Imobilizada (ICR), Reator de Leito de Gotejamento (TBR), Reator de Leito Móvel com Biofilme (MBBR), Coluna de Bolha, Fermentador Gas Lift, Reator de Membrana, tal como Biorreator de Membrana de Fibra Oca (HFMBR), Misturador Estático, ou outro receptáculo ou outro dispositivo apropriado para contato gás-liquido.

19. Os termos “fermentação”, “processo de fermentação” ou “re- ação de fermentação” e semelhantes se destinam a englobar tanto a fase de crescimento, quanto a fase de biossíntese de produto do processo. Em um aspecto, fermentação se refere à conversão de CO em álcool.

20. O termo “densidade celular” significa massa de células de mi- cro-organismos por unidade de volume de caldo de fermentação, por exemplo, gramas /litro.

21. O termo “aumento da eficiência”, “eficiência aumentada” e semelhantes, quando usado em relação um processo de fermentação, in- clui aumentar uma ou mais da taxa de crescimento de micro-organismos na fermentação, o volume ou massa de produto desejado (tais como ál- coois) produzido por volume ou massa de substrato (tal como monóxido de carbono) consumido, a taxa de produção ou nível de produção do pro- duto desejado e a proporção relativa do produto desejado produzido com- parado com outros subprodutos da fermentação.

22. Como usado neste documento, “álcool total” inclui etanol, butanol, propanol e metanol. Em um aspecto, o álcool total pode incluir pelo menos cerca de 75 por cento por peso ou mais de etanol, em outro aspecto, cerca de 80 por cento por peso ou mais de etanol, em outro as- pecto, cerca de 85 por cento por peso ou mais de etanol, em outro as- pecto, cerca de 90 por cento por peso ou mais de etanol, e, em outro aspecto, cerca de 95 por cento por peso ou mais de etanol. Em outro aspecto, o álcool total pode incluir cerca de 25 por cento por peso ou menos de butanol.

23. O termo “absorção de CO específica” significa uma quanti- dade de CO em mmoles consumida por unidade de massa de células de micro-organismo (g) por unidade de tempo em minutos, isto é, mmole/grama/minuto.

Substrato Contendo CO

24. Um substrato contendo CO pode incluir qualquer gás que inclua CO. Neste aspecto, um gás contendo CO pode incluir singás, gases industriais e misturas dos mesmos.

25. O singás pode ser fornecido a partir de qualquer fonte conhe- cida. Em um aspecto, singás pode ser fornecido a partir da gaseificação de materiais carbonosos. Gaseificação envolve combustão parcial de bio- massa em um fornecimento restrito de oxigênio. O gás resultante inclui principalmente CO e H2. Neste aspecto, singás conterá pelo menos cerca de 10 mole % de CO, em um aspecto, pelo menos cerca de 20 mole %, em um aspecto, cerca de 10 a cerca de 100 % molar, em outro aspecto, cerca de 20 a cerca de 100 % molar de CO, em outro aspecto, cerca de 30 a cerca de 90 % molar de CO, em outro aspecto, cerca de 40 a cerca de 80 % molar de CO, e, em outro aspecto, cerca de 50 a cerca de 70 % molar de CO. Alguns exemplos de métodos de gaseificação apropriados e apa- relhos são fornecidos em Números de Série US 61/516.667, 61/516.704 e 61/516.646, todos os quais foram depositados em 06 de abril de 2011, e, nos Números de Série US 13/427.144, 13/427.193 e 13/427.247, to- dos os quais foram depositados em 22 de março de 2012 e todos os quais são incorporados neste documento por referência.

26. Em outro aspecto, o processo tem aplicabilidade para supor- tar a produção de álcool a partir de substratos gasosos, tais como gases de combustão industriais contendo CO. Em alguns aspectos, um gás que inclua CO é derivado de resíduo contendo carbono, por exemplo, gases residuais industriais ou da gaseificação de outros resíduos. Como tal, os processos representam processos eficazes para a captura de carbono, que seria de outro modo liberado para o ambiente. Exemplos de gases de combustão industriais incluem gases produzidos durante a fabricação de produtos de metal ferroso, fabricação de produtos não ferrosos, processos de refinamento de petróleo, gaseificação de carvão, gaseificação de bio- massa, produção de energia elétrica, produção de fuligem, produção de amônia, produção de metanol e fabricação de coque.

27. Dependendo da composição do substrato contendo CO, o substrato contendo CO pode ser fornecido diretamente a um processo de fermentação ou pode ser adicionalmente modificado para incluir uma ra- zão molar de H2 para CO apropriada. Em um aspecto, substrato contendo CO fornecido ao fermentador tem uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, em outro aspecto, cerca de 0,25 ou mais, e, em outro aspecto, cerca de 0,5 ou mais. Em outro aspecto, substrato con- tendo CO fornecido ao fermentador pode incluir cerca de 40 mole por cento ou mais de CO mais Ho e cerca de 30 mole por cento ou menos de CO, em outro aspecto, cerca de 50 mole por cento ou mais CO mais H> e cerca de 35 mole por cento ou menos de CO, e, em outro aspecto, cerca de 80 mole por cento ou mais de CO mais Ho e cerca de 20 mole por cento ou menos de CO.

28. Em um aspecto, o substrato contendo CO inclui principal mente CO e H7>. Neste aspecto, o substrato contendo CO conterá pelo menos cerca de 10 % molar de CO, em um aspecto, pelo menos cerca de % molar, em um aspecto, cerca de 10 a cerca de 100 % molar, em outro aspecto, cerca de 20 a cerca de 100 % molar de CO, em outro as- pecto, cerca de 30 a cerca de 90 % molar de CO, em outro aspecto, cerca de 40 a cerca de 80 % molar de CO, e, em outro aspecto, cerca de 50 a cerca de 70 % molar de CO. O substrato contendo CO terá uma razão de CO /CO,; de pelo menos cerca de 0,75, em outro aspecto, pelo menos cerca de 1,0, e, em outro aspecto, pelo menos cerca de 1,5.

29. Em um aspecto, um separador de gás é configurado para se- parar substancialmente pelo menos uma porção da corrente de gás, em que a porção inclui um ou mais componentes. Por exemplo, o separador de gás pode separar CO, de uma corrente de gás compreendendo os se- guintes componentes: CO, CO», H2, em que o CO» pode ser passado para um removedor de CO, e o remanescente da corrente de gás (compreen- dendo CO e H>2) pode ser passado para um biorreator. Qualquer separa- dor de gás conhecido na técnica pode ser utilizado. Neste aspecto, singás fornecido ao fermentador terá cerca de 10% molar ou menos de CO», em outro aspecto, cerca de 1 % molar ou menos de CO,» e, em outro aspecto, cerca de 0,1 % molar ou menos de CO».

30. Certas correntes de gás podem incluir uma alta concentração de CO e baixas concentrações de Ho. Em um aspecto, pode ser desejável otimizar a composição da corrente de substrato, a fim de alcançar efici- ência mais alta de produção de álcool e/ou captura de carbono global. Por exemplo, a concentração de H2> na corrente de substrato pode ser aumentada antes de a corrente ser passada para o biorreator.

31. De acordo com aspectos particulares da invenção, correntes de duas ou mais fontes podem ser combinadas e/ou misturadas, para produzir uma corrente de substrato desejável e/ou otimizada. Por exem- plo, uma corrente compreendendo uma alta concentração de CO, tal como o escape de um conversor de usina siderúrgica, pode ser combinada com uma corrente compreendendo altas concentrações de H2, tal como o efluente gasoso de uma coqueira de usina siderúrgica.

32. Dependendo da composição do substrato contendo CO ga- soso, pode também ser desejável tratá-lo para remover quaisquer impu- rezas indesejadas, tais como partículas de poeira, antes de introduzi-lo à fermentação. Por exemplo, o substrato gasoso pode ser filtrado ou limpo usando métodos conhecidos.

Projeto e Operação do Biorreator

33. Descrições de projetos do fermentador são descritos nos Nos de Série US 13/471.827 e 13/471.858, ambos depositados em 15 de maio de 2012 e Nº de série US 13/473.167, depositado em 16 de maio de 2012, todos os quais são incorporados neste documento por referência.

34. Em conformidade com um aspecto, o processo de fermenta- ção é iniciado através da adição de meio ao reservatório do reator. Alguns exemplos de composições de meio são descritos nos Nºs de Série US 61/650.098 e 61/650.093, depositados em 22 de maio de 2012 e na Pa- tente US 7.285.402, depositada em 23 de julho de 2001, todos os quais são incorporados neste documento por referência. O meio pode ser este-

rilizado, para remover micro-organismos indesejáveis e o reator é inocu- lado com os micro-organismos desejados. Esterilização pode nem sempre ser requerida.

35. Em um aspecto, os micro-organismos utilizados incluem bactérias acetogênicas. Exemplos de bactérias acetogênicas úteis in- cluem aquelas do gênero Clostridium, tais como as cepas de Clostridium ljungdahlii, incluindo aquelas descritas em WO 2000/68407, EP 117309, Patentes US 5.173.429, 5.593.886 e 6.368.819, WO 1998/00558 e WO 2002/08438, cepas de Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 e DSM 19630 de DSMZ, Alemanha), incluindo aquelas descritas em WO 2007/117157 e WO 2009/151342 e Clostridium ragsdalei (P11, ATCC BAA-622) e Alkalibaculum bacchi (CP11, ATCC BAA-1772), incluindo aquelas descritas respectivamente na Patente US 7.704.723 e “Biocom- bustíveis e Bioprodutos de Gás de Síntese Gerado por Biomassa”, Hasan Atiyeh, apresentado em Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, 29 de abril de 2010 e Clostridium carboxidivorans (ATCC PTA-7827), descrita no Pedido de Patente US 2007 /0276447. Outros micro-organismos apro- priados incluem aqueles do gênero Moorella, incluindo Moorella sp. HUC22-1 e aqueles do gênero Carboxydothermus. Cada um destas refe- rências é incorporada neste documento por referência. Culturas mistu- radas de dois ou mais micro-organismos podem ser usadas.

36. Alguns exemplos de bactérias úteis inclui Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methylotrophi- cum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alema- nha), Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemanha), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii

(ATCC PTA-10522), Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlit C-O01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlit O-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemanha), Clostridium ragsdali P1 1 (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desul- Ffotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurredu- cens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella ther- moacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostrepto- coccus productus, Ruminococcus productus, Thermoanaerobacter kivui e misturas das mesmas.

37. A fermentação deve desejavelmente ser conduzida sob condi- ções apropriadas para a fermentação desejada ocorrer (por exemplo, CO em etanol). As condições de reação que devem ser consideradas incluem pressão, temperatura, vazão de gás, vazão de líquido, pH do meio, poten- cial redox do meio, taxa de agitação (se usando um reator tanque agitado contínuo), nível de inóculo, concentrações de substrato de gás máximo, para garantir que CO na fase líquida não se torne limitador e concentra- ções de produto máximas, para evitar inibição do produto.

38. Os métodos da invenção podem ser usados para manter a viabilidade de uma cultura microbiana, em que a cultura microbiana é limitada em CO, tal que a taxa de transferência de CO em solução é me- nos do que a taxa de captação da cultura. Tais situações podem surgir quando um substrato compreendendo CO não é continuamente fornecido à cultura microbiana; a taxa de transferência de massa é baixa; ou há CO insuficiente em uma corrente de substrato para manter a vitalidade da cultura em uma temperatura ideal. Em tais realizações, a cultura mi- crobiana irá esgotar rapidamente o CO dissolvido no meio de nutriente líquido e se torna substrato limitado, uma vez que substrato adicional não pode ser fornecido rápido o suficiente.

39. Início: Com a inoculação, uma taxa de fornecimento de gás de alimentação inicial é estabelecida eficaz para o fornecimento da popu- lação inicial de micro-organismos. Gás efluente é analisado para deter- minar o teor do gás efluente. Resultados de análise de gás são usados para controlar as taxas de gás de alimentação. Neste aspecto, o processo fornece uma concentração de CO calculada para razão de densidade ce- lular inicial de cerca de 0,5 a cerca de 0,9, em outro aspecto, cerca de 0,6 a cerca de 0,8, em outro aspecto, cerca de 0,5 a cerca de 0,7, e, em outro aspecto, cerca de 0,5 a cerca de 0,6.

40. Em outro aspecto, um processo de fermentação inclui o for- necimento de singás a um meio de fermentação em uma quantidade efi- caz para fornecimento de uma concentração de CO calculada inicial no meio de fermentação de cerca de 0,15 mM a cerca de 0,70 mM, em outro aspecto, cerca de 0,15 mM a cerca de 0,50 mM, em outro aspecto, cerca de 0,15 mM a cerca de 0,35 mM, em outro aspecto, cerca de 0,20 mM a cerca de 0,30 mM, e, em outro aspecto, cerca de 0,23 mM a cerca de 0,27 mM. O processo é eficaz para aumentar a densidade celular, se compa- rado com uma densidade celular inicial.

41. Pós-início: Alcançando-se os níveis desejados, a fase líquida e o material celular são retirados do reator e reabastecido com o meio. O processo é eficaz para o aumento da densidade celular para cerca de 2,0 gramas /litro ou mais, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 30 gra- mas /litro, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 25 gramas/litro, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 20 gramas /litro, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 10 gramas/litro, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 8 gramas /litro, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 30 gra- mas /litro, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 6 gramas /litro, e, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 5 gramas /litro.

42. Em um aspecto, o processo inclui um meio de fermentação fornecido por um processo que inclui misturar uma primeira solução que inclui um elemento selecionado do grupo consistindo em um ou mais de Zn (também referido como um meio pobre), Co, Ni, com uma segunda solução que inclui um elemento do grupo consistindo em um ou mais de

W e Se em quantidades eficazes para fornecimento de um meio de fer- mentação tendo uma condutividade de cerca de 30 mS/cm ou menos. Em outro aspecto, o meio de fermentação tem uma condutividade de cerca | a cerca de 30 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 25 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 20 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 15 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 10 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 5 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 4 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 3 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 2 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 30 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 25 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 20 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 15 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 10 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 5 mS/cm, cerca de 2 a cerca de 4 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 3 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 30 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 25 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 20 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 15 mMS/cm, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de mS/cm, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 5 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 30 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 25 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 20 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 15 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 10 mS/cm, e, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 5 mS/cm.

43. Em outro aspecto, a mistura de elementos tem uma densi- dade ótica de cerca de 0,70 ou menos a 580 nm. Em outro aspecto, a mistura tem uma densidade ótica de cerca de O a cerca de 0,70, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 0,65, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,65, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,50, e, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,45. Neste aspecto, a turvação pode ser determinada através de quaisquer métodos conhecidos. Alguns exemplos de medições de densidade ótica são descritos no EPA Guidance

Manual, Turbidity Processes, Abril de 1999, que é incorporado neste do- cumento em sua totalidade por referência.

44. Em outro aspecto, o meio de fermentação tem menos do que cerca de 14 mM de fosfato. Em um aspecto relacionado, o meio de fer- mentação tem cerca de 2 a cerca de 14 mM de fosfato, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 12 mM de fosfato, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 6 mM de fosfato, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 3 mM de fosfato, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 2 mM de fosfato, e, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 3 mM de fosfato.

45. Em um aspecto, o processo é eficaz para utilização de cerca de 2 galões americanos de água ou menos fornecidos ao meio de fermen- tação por galão americano de etanol. Em outro aspecto, o processo é efi- caz para utilização de cerca de 0,5 a cerca de 2 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,5 a cerca de 1,8 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,5 a cerca de 1,5 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,5 a cerca de 1,35 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,5 a cerca de 1,2 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,5 a cerca de 1 galão de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,5 a cerca de 0,9 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,75 a cerca de 2 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,75 a cerca de 1,75 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,75 a cerca de 1,5 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,75 a cerca de 1,35 ga- lões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,75 a cerca de 1,2 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 0,75 a cerca de 1 galão de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 2 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 1,75 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 1,5 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 1,35 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 1,2 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 1,5 a cerca de 2 galões de água por galão de etanol, em outro aspecto, cerca de 1,5 a cerca de 1,75 galões de água por galão de etanol, e, em outro aspecto, cerca de 1,75 a cerca de 2 galões de água por galão de etanol.

46. Em outro aspecto, o meio de fermentação requer cerca de 10% a cerca de 40% menos água do que um meio de fermentação tendo cerca de 3mM ou mais de fosfato. Em outro aspecto, o meio de fermenta- ção requer de cerca de 10% a cerca de 30% menos água, em outro as- pecto, cerca de 10% a cerca de 20% menos água, em outro aspecto, cerca de 15% a cerca de 40% menos água, em outro aspecto, cerca de 15% a cerca de 30% menos água, em outro aspecto, cerca de 15% a cerca de 20% menos água, em outro aspecto, cerca de 20% a cerca de 40% menos água, em outro aspecto, cerca de 20% a cerca de 30% menos água, e, em outro aspecto, cerca de 25% a cerca de 30% menos água, do que um meio de fermentação tendo cerca de 3 mM ou mais fosfato. Em outro aspecto, concentrações de fosfato podem ser de cerca de 2 a cerca de 2,5 MM, e, em outro aspecto, cerca de 2,5 mM a cerca de 3,0 mM e ser eficaz para obtenção de reduções de água nas variações indicadas.

47. Em outro aspecto, o meio de fermentação é fornecido com cerca de 0,005 ug ou mais por minuto de Zn por grama de células, cerca de 0,0002 ug ou mais por minuto de Co por grama de células, cerca de 0,003 ug ou mais por minuto de Ni por grama de células, cerca de 0,039 ug ou mais por minuto de W por grama de células e cerca de 0,001 ug ou mais por minuto de Se por grama de células. Neste aspecto, o meio de fermentação pode incluir as seguintes quantidades de um ou mais dos seguintes: i Zn:emum aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,11 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,09 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,065 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,04 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,075 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,055 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,02 a cerca de 0,075 ug por minuto por grama de células, e, em outro aspecto, cerca de 0,02 a cerca de 0,055 ug por minuto por grama de células; como um exemplo, uma produtividade de etanol específica de 3 g/L/dia/grama de células requereria uma taxa de alimentação de Zn de cerca de 0,04 ug por minuto por grama de células;

à.

Co:emum aspecto, cerca de 0,002 a cerca de 0,05 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,002 a cerca de 0,04 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,002 a cerca de 0,03 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,002 a cerca de 0,02 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,035 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,025 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,035 ug por minuto por grama de células, e, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,025 ug por minuto por grama de células; como um exemplo, uma produtividade de etanol específica de 3 g/L/dia/grama de células requereria uma taxa de alimentação de Co de cerca de 0,018 ug por minuto por grama de células; ijii —Nizem um aspecto, cerca de 0,003 a cerca de 0,055 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,003 a cerca de 0,045 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,003 a cerca de 0,035 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,003 a cerca de 0,02 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,04 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,03 ug por mi- nuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,04 ug por minuto por grama de células, e, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,03 ug por minuto por grama de células; como um exem- plo, uma produtividade de etanol específica de 3 g/L/dia/grama de célu- las requereria uma taxa de alimentação de Ni de cerca de 0,02 ug por minuto por grama de células; iv. W:emum aspecto, cerca de 0,035 a cerca de 0,80 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,035 a cerca de 0,65 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,035 a cerca de 0,47 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,035 a cerca de 0,30 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,075 a cerca de 0,55 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,075 a cerca de 0,40 ug por mi- nuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,155 a cerca de 0,55 ug por minuto por grama de células, e, em outro aspecto, cerca de 0,155 a cerca de 0,40 ug por minuto por grama de células; como um exemplo, uma produtividade de etanol específica de 3 g/L/dia/grama de células requereria uma taxa de alimentação de W de cerca de 0,29 ug por minuto por grama de células; v. Se:em um aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 0,03 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,035 a cerca de 0,65 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,035 a cerca de 0,47 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,035 a cerca de 0,30 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,075 a cerca de 0,55 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,075 a cerca de 0,40 ug por mi- nuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,155 a cerca de 0,55 ug por minuto por grama de células, e, em outro aspecto, cerca de 0,155 a cerca de 0,40 ug por minuto por grama de células; como um exemplo, uma produtividade de etanol específica de 3 g/L/dia/grama de células requereria uma taxa de alimentação de Se de cerca de 0,01 ug por minuto por grama de células.

48. Em outro aspecto, o meio de fermentação é fornecido com cerca de 0,006 ug ou mais por minuto de N por grama de células, cerca de 0,025 ug ou mais por minuto de P por grama de células, e, cerca de 0,001 ug ou mais por minuto de K por grama de células. Neste aspecto, o meio de fermentação pode incluir as seguintes quantidades de um ou mais dos seguintes:

i N emum aspecto, cerca de 0,006 a cerca de 0,12 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,006 a cerca de 0,095 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,006 a cerca de 0,07 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,006 a cerca de 0,045 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,085 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,01 a cerca de 0,06 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,02 a cerca de 0,085 ug por minuto por grama de células, e, em outro aspecto, cerca de 0,02 a cerca de 0,06 ug por minuto por grama de células; como um exemplo, uma produtividade de etanol específica de 3 g/L/dia/grama de células requereria a taxa de alimentação de N de cerca de 0,044 ug por minuto por grama de células;

à.

P:emum aspecto, cerca de 0,025 a cerca de 0,55 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,025 a cerca de 0,45 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,025 a cerca de 0,35 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,025 a cerca de 0,20 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,05 a cerca de 0,38 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,05 a cerca de 0,27 pg por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,1 a cerca de 0,38 ug por minuto por grama de células, e, em outro aspecto, cerca de 0,1 a cerca de 0,3 ug por minuto por grama de células; como um exemplo, uma produtividade de etanol específica de 3 g/L/dia/grama de células reque- reria uma taxa de alimentação de P de cerca de 0,2 ug por minuto por grama de células;

ii. —K:em um aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 25 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 0,03 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 0,025 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 0,02 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 0,01 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,003 a cerca de 0,02 ug por mi- nuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,003 a cerca de 0,015 ug por minuto por grama de células, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,02 ug por minuto por grama de células, e, em outro aspecto, cerca de 0,005 a cerca de 0,015 ug por minuto por grama de células; como um exemplo, uma produtividade de etanol específica de 3 g/L/dia/grama de células requereria uma taxa de alimentação de K de cerca de 0,01 ug por minuto por grama de células;

49. Em outro aspecto, o meio de fermentação inclui menos do que cerca de 0,02% em peso de NaHCO;3, em outro aspecto, menos do que cerca de 0,01% em peso de NaHCO;, e, em outro aspecto, menos do que cerca de 0,005 por cento em peso NAHCO3. NH4OH pode ser utilizado para ajuste de pH no lugar do NaHCO;. Níveis de fosfato baixos apenas ou em combinação com uso reduzido de NaHCO; resultam em conduti- vidade de meio mais baixa. Condutividade de meio reduzida requer me- nos diluição e requisitos de água reduzidos, como descrito. Em um as- pecto relacionado, o meio de fermentação tem um pH de cerca de 4,2 a cerca de 4,8.

50. As taxas de alimentação de CO podem ser expressas em pés cúbicos padrão por minuto (SCFM) ou em pés cúbicos padrão por hora por litro. Neste aspecto, os pés cúbicos padrão por hora por litro podem ser em uma variação de cerca de 0,9 a cerca de 2,0, e, em outro aspecto, cerca de 1,25 a cerca de 1,75 SCFM. Em outro aspecto, a taxa de alimen- tação de CO média é uma taxa de alimentação de CO eficaz para a ma- nutenção de uma razão de taxa de alimentação de CO por volume de fermentador de cerca de 0,016:1 a cerca de 0,04:1, em outro aspecto, cerca de 0,02:1 a cerca de 0,04:1, em outro aspecto, cerca de 0,02:1 a cerca de 0,035:1, em outro aspecto, cerca de 0,025:1 a cerca de 0,035:1, e, em outro aspecto, cerca de 0,025:1 a cerca de 0,03:1.

51. Em outro aspecto, o processo inclui o monitoramento da con- versão de H2 e a manutenção de uma conversão de H> de cerca de 25%

ou mais, em outro aspecto, cerca de 25% a cerca de 95%, em outro as- pecto, cerca de 30% a cerca de 90%, em outro aspecto, cerca de 35% a cerca de 85%, em outro aspecto, cerca de 40% a cerca de 80%, em outro aspecto, cerca de 40% a cerca de 70%, em outro aspecto, cerca de 40% a cerca de 60%, e, em outro aspecto, cerca de 40% a cerca de 50%. O pro- cesso pode ainda incluir o monitoramente de captação de CO e manuten- ção de uma captação de CO de cerca de 0,001 a cerca de 10 mmole/mi- nuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 5 mmole/minuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 4 mmole/minuto/grama de células secas, em outro as- pecto, cerca de 0,001 a cerca de 3 mmole/minuto/grama de células se- cas, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 2 mmole/minuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 0,001 a cerca de 1 mmole/minuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 0,05 a cerca de 9 mmole/minuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 0,05 a cerca de 5 mmole/minuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 0,05 a cerca de 4 mmole/minuto/grama de célu- las secas, em outro aspecto, cerca de 0,05 a cerca de 3 mmole/mi- nuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 0,05 a cerca de 2 mmole/minuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 0,05 a cerca de 1 mmole/minuto/grama de células secas, em outro as- pecto, cerca de 1 a cerca de 8 mmole/minuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 5 mmole/minuto/grama de cé- lulas secas, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 4 mmole/mi- nuto/grama de células secas, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 3 mmole/minuto/grama de células secas, e, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 2 mmole/minuto/grama de células secas.

EXEMPLOS Exemplo 1: Teste de Compatibilidade

52. Uma solução de traços de metais incluía os seguintes com- ponentes (todos expressos em gramas /litro). Teste de Compatibili- Mãe dade 1) ZASO4*7 0,52 2,35 H2O0 22 2) COCL*6 1,6 7,196 H2O 0,49 3) NiCl*6 H2O 2,222 44 4) Na2SeO;z 0,16 0,72 5) Na2WO42*2 3,2 14,404 H2O0 6) H3POz 10% N/A (85%)

53. Uma matriz ácida é necessária, para manter todos os 5 me- tais de traço acima em uma solução. Entretanto, estes metais sozinhos são altamente solúveis em água. Portanto, um teste compatível foi feito, como descrito abaixo. Soluções individuais de cada metal de traço foram feitas. A concentração de cada solução foi igual à concentração de cada metal de traço na solução mãe. Cada solução foi misturada com cada uma das outras e incubada durante a noite e temperatura ambiente. As seguintes soluções matinais foram visualmente inspecionadas para tur- vação e densidade ótica das soluções (vórtice) foi medida em um espec- trofotômetro. Os resultados são mostrados abaixo.

1 2 3 4 5 1 Cc Cc Cc T

0,0 0,0 0,0 0,4 o7 16 ol 87 Cc ST T é 0,0 00 O7 04 25 36 sT Cc “ 0,0 0,0 51 ol Cc 1 0,0 02 C - Limpo ST - Levemente turvo 1,2,3-C€ T - Turvo 0,002

54. Os dados acima indicam que uma matriz ácida é necessária para manter Se e W protonados, de modo que eles não formarão precipi- tados com Zn, Co e Ni. Com base nas descobertas acima, ao invés de uma solução mãe de metal de traço, foram feitas duas soluções mães de metal de traço. Uma primeira solução mãe incluiu Zn, Co e Ni e uma segunda solução mãe incluiu W e Se. Esse método de preparo reduz o uso de H3PO+2. A fim de compensar uma completa eliminação de ácido fosfórico na solução mãe de laboratório, uma quantidade de ácido fosfórico adici- onada à primeira solução mãe foi aumentada de 0,075 ml/L para 0,2 ml/L. Portanto, a redução líquida total de H3PO+4 no meio foi de 76%. Exemplo 2: Uso de Meio Fosfato Reduzido

55. O meio acima mencionado (contendo 76% menos ácido fos- fórico) foi testado em uma cultura de estado estável em 4 estágios, como se segue.

s6. Meio modificado substituiu o meio existente em cultura es- tável (T= O h).

57. NHaCl no meio de crescimento foi substituido por NH.OH. Como uma medida de precaução, H2SO foi adicionado ao meio de cres- cimento, para manter o pH do reator em 4,5 (T = 108,74h).

58. H2SO. foi removido do meio e NaHCO; foi substituído por NH4OH como a base para controlar o pH do reator (T = 158,42 h).

59. Componentes na primeira solução mãe foram diretamente adicionados ao meio de fermentação (T = 489,07 h).

60. A Figura 1 apresenta o desempenho de uma cultura de Clos- tridium ljungdahlii em estado estável sobre um meio de baixo fosfato e o uso de NHOH como base para controlar o pH e agir como uma fonte de nitrogênio. Eventos durante a fermentação foram como se segue.

Nº do Tempo Meio mudado para meio de baixo fosfato o o ma (4,38 mM H3PO4) Meio mudado para meio de baixo fosfato 3 108,74 (2,93 mM H3PO34) contendo H2SOs,, inici- ado bomba de 182 mM NH.OH a 0,4 ml/min Solução base mudada de 7,7% NaHCO;3 4 135,32 para 182 mM NH.OH. Solução de bomba de NH.OH mudada de 182 mM para 92

EL E Vazão de bomba de NH4OH aumentada 135,41 de 0,3 ml/min para 0,5 ml/min Meio mudado para meio de baixo fosfato 158,42 (2,92 mM H3PO4), sem NHaCI, sem H2SO+4 Bomba NH. diminuída para 0,5 de 0,6 7 158,47 ml/min Bomba de NH, diminuída para 0,4 de 0,5 181,49 ml/min Bomba de NH, diminuída para 0,2 de 0,4 224,74 ml/min Solução base mudada para 364 mM de 250,09 182 mM 255,86 Bomba de NH. parada 5 mL de solução de NH, 0,5 M adiciona- 12 261,61 dos 264,74 Bomba de NH, reiniciou a 0,2 ml/min 270,57 Bomba de NH, parada Concentração de vitamina aumentada 279,32 para 1 ml/L de 0,5 ml/L Solução base mudada para 0,5M de 364 16 280,66 mM Fluxo permeado diminuído para reduzir 17 392,22 densidade celular.

Alvo 3 g/L Concentração de vitamina aumentada 18 441,82 para 1,6 ml/L de 1,0 ml/L Meio mudado para meio de baixo fosfato com componentes da primeira solução 19 489,07 mãe adicionados como pó seco e segunda solução mãe adicionada na forma aquosa.

61. Em 108,74 h, o meio contendo 0,35 ml/L de H2SO, (75%) foi adicionado ao reator. NHJCI foi removido do meio e a bomba de NH.OH foi iniciada. Isso foi feito a fim de garantir que a base adicional sendo bombeada para dentro do reator não iria ultrapassar o ponto estabelecido de pH. A quantidade adicionada foi calculada com base na quantidade de prótons eliminados como H3PO2a, levando em consideração que H3PO, era monoprótico neste pH e H2SO. era diprótico. Mais tarde foi confirmado que a cultura ainda estava usando base e o H2SO;, foi eliminado.

62. Iniciando em 135,32 h, a solução base de NaHCO; foi subs- tituída por NH4OH. A concentração da base foi ajustada juntamente com a vazão da bomba de NH.OH até que uma solução final de 0,5M foi esta- belecida. Usando essa concentração, não houve necessidade de adicionar NHa4OH suplementar, para fornecer nitrogênio à cultura.

63. Entre 279,32 h e 441,82 h, a concentração de vitaminas no meio foi aumentada para 1,6 ml/L.

64. A 392,22 h, a densidade celular foi diminuída para 3 g/L.

65. A mudança na composição do meio final foi feita a 489,07 h, o que foi feito pela adição dos componentes da primeira solução mãe di- retamente ao meio na sua forma sólida (como feito com todos os outros componentes). Os componentes da segunda solução mãe foram adicio- nados como uma solução aquosa.

66. Enquanto a invenção neste documento revelada foi descrita por meio de realizações específicas, exemplos e aplicações da mesma, nu- merosas modificações e variações poderiam ser feitas à mesma por aque- les de conhecimento na técnica, sem se distanciar do escopo da invenção estabelecido nas Reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1 - Processo Para Fermentar, caracterizado por que compreende: misturar um meio líquido que inclua pelo menos um ele- mento de metal de transição com um meio líquido que inclua pelo menos um outro elemento de metal de transição e opcionalmente um elemento não metal, para fornecer um meio de fermentação; colocar um substrato contendo CO em contato com o meio de fermentação; e fermentar o substrato contendo CO, para fornecer um pH ácido, o processo eficaz para a prevenção de precipitação de um ou mais elementos de metal de transição com um ou mais elementos não metal, e em que o meio de fermentação inclui cerca de 3âmM ou me- nos fosfato, em que o processo de fermentação é eficaz para a utilização de cerca de 2 galões americanos de água ou menos fornecidos ao meio de fermentação por galão americano de etanol produzido.

2 - Processo Para Fermentar, de acordo com a Reivindicação 1, carac- terizado por que o elemento de metal de transição é selecionado do grupo consistindo em um ou mais de W, Zn, Co e Ni.

3 - Processo Para Fermentar, de acordo com a Reivindicação 1, carac- terizado por que o elemento não metal é Se.

4 - Processo Para Fermentar, de acordo com a Reivindicação 1, carac- terizado por que o meio de fermentação tem uma condutividade de cerca de 30 mS/cm ou menos. - Processo Para Fermentar, de acordo com a Reivindicação 1, carac- terizado por que o processo é eficaz para fornecer um STY de 10g de álcool total/(L:dia) ou mais. 6 - Processo Para Fermentar Substrato Contendo CO, caracterizado por que o processo compreende:

fornecer o substrato contendo CO a um fermentador e con- tatar o substrato contendo CO com um meio de fermentação, o meio de fermentação fornecido por um processo que inclui a mistura de uma primeira solução que inclui um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em Zn, Co e Ni com uma segunda solução que inclui um ou mais elementos do grupo consistindo em W e Se em quantidades eficazes para fornecimento de um meio de fermentação tendo uma condutividade de cerca de 30 mS/cm ou menos, em que o meio de fermentação inclui cerca de 3mM ou menos de fosfato; e fermentar o substrato contendo CO,

em que o processo é eficaz para fornecimento de um STY de g de álcool total/(Ldia) ou mais,

em que o processo de fermentação é eficaz para a utilização de cerca de 2 galões americanos de água ou menos fornecidos ao meio de fermentação por galão de etanol produzido. 7 - Processo Para Fermentar Substrato Contendo CO, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por que o meio de fermentação é fornecido com pelo menos um ou mais de cerca de 0,04 ug ou mais por minuto de Zn por grama de células,

cerca de 0,018 ug ou mais por minuto de Co por grama de células,

cerca de 0,02 ug ou mais por minuto de Ni por grama de cé- lulas,

cerca de 0,29 ug ou mais por minuto de W por grama de cé- lulas, e cerca de 0,01 ug ou mais por minuto de Se por grama de células. 8 - Processo Para Fermentar Substrato Contendo CO, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por que o meio de fermentação inclui menos do que cerca de 0,02 % por peso de NaHCO;. 9 - Processo Para Fermentar Substrato Contendo CO, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por que o meio de fermentação é fornecido com pelo menos um ou mais de cerca de 0,044 ug ou mais de nitrogênio por grama de célu- las,

cerca de 0,2 ug ou mais de fósforo por grama de células, ou cerca de 0,01 ug ou mais de potássio por grama de células. - Processo Para Fermentar Substrato Contendo CO, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por que o álcool total inclui cerca de 75 por cento por peso ou mais de etanol. 11 - Processo Para Fermentar Substrato Contendo CO, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por que o álcool total inclui cerca de 25 por cento em peso ou menos de butanol.

12 - Processo Para Fermentar, de acordo com a Reivindicação 1 ou 6, caracterizado por que a fermentação é eficaz para o fornecimento de um pH de cerca de 4,2 a cerca de 4,8. 13 - Processo Para Fermentar, de acordo com a Reivindicação 1 ou 6, caracterizado por que a mistura de ao menos um elemento de metal de transição e ao menos um elemento não metal têm uma densidade ótica de cerca de 0,7 ou menos em 580 nm. 14 — Processo, de acordo com a Reivindicação 1 ou 6, caracterizado por que o substrato contendo CO fornecido ao fermentador possui uma razão molar CO/CO;, de cerca de 0.75 ou mais. - Processo, de acordo com a Reivindicação 1 ou 6, caracterizado por que o processo inclui a fermentação do substrato contendo CO com uma bactéria acetogênica selecionada do grupo consistindo em Aceto- genium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkaliba- culum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methuylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostri- dium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemanha), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii (ATCC PTA-10522), Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-O1 (ATCC 55988), Clostridium ljung- dahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteuria- num (DSM 525 de DSMZ Alemanha), Clostridium ragsdali PI 1 (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clos- tridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum,

Geobacter sulfurreducens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococceus productus, Ruminococcus productus, Ther- moanaerobacter kivui e misturas das mesmas.