BR112021007974A2 - método para produzir metano a partir de co2 ou gases contendo co2 em um biorreator - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA PRODUZIR METANO A PARTIR DE CO2 OU GASES CONTENDO CO2 EM UM BIORREATOR. A presente invenção refere-se a um método que usa emissões contendo CO2 ou gás de refugo para a produção de composições de gás enriquecido com metano.

Description

MÉTODO PARA PRODUZIR METANO A PARTIR DE CO2 OU GASES CONTENDO CO2 EM UM BIORREATOR

[0001] A presente invenção se refere a um método para a produção de metano biogênico usando emissões que contêm dióxido de carbono e/ou gás residual.

[0002] A busca por soluções eficientes de fornecimento de energia com menor custo para o meio ambiente é um desafio apresentado por programas de ação climática em todo o mundo, da Comissão Europeia, dos grupos empresariais e associações ambientais e governamentais dos Estados Unidos, do Japão na tentativa de substituição energia nuclear para fornecimento de eletricidade na sequência do trágico incidente de Fukushima, às sete economias emergentes e, portanto, um esforço globalmente empreendido pelos países membros para combater as mudanças climáticas e, eventualmente, estabilizar a temperatura do planeta. O objetivo final é atender à necessidade crescente de energia sustentável e renovável e, ao mesmo tempo, combater as mudanças climáticas para a transição para uma economia moderna de baixo carbono.

[0003] O desenvolvimento de medidas legais e tecnológicas que permitam reduzir efetivamente a necessidade de combustíveis fósseis também ajudará os países membros a cumprir as metas de energia e clima acordadas em conjunto para 2020, 2030 e, eventualmente, 2050 e os objetivos mais amplos da União da Energia nas respectivas estruturas e políticas. Fica então claro que qualquer que seja a fonte de energia descoberta, projetada ou selecionada dentre as existentes, para atender de forma eficaz a demanda de energia, essa fonte de energia também deve atender plenamente aos requisitos de menor impacto ambiental.

[0004] O metano tem a maior densidade de energia por átomo de carbono entre os combustíveis fósseis e seu potencial de conversão de energia é muito maior do que qualquer outro gás natural, obtido diretamente por combustão na presença de oxigênio ou usando-se células de combustível para produzir eletricidade. O metano como combustível fóssil deriva da atividade metabólica de microrganismos metanogênicos, que convertem dióxido de carbono, entre outros gases e substratos, nas profundezas do mar ou na crosta terrestre: este tipo de metano de infiltração geológica e atividades naturais constitui uma grande porcentagem de gás natural; no entanto, de acordo com uma recente suprarrevisão das emissões globais de metano de combustível fóssil, uma parte comparativamente grande do metano presente na atmosfera é de derivação antropogênica e é liberado na atmosfera como resultado da agricultura, pecuária, aterros sanitários e degradação de resíduos, bem como de mineração de carvão ou perfuração de petróleo e manuseio geral de combustíveis fósseis, transporte, refinamento e combustão operados pela indústria de combustíveis fósseis.

[0005] O metano tem capacidade para armazenar/aprisionar 38 vezes mais calor do que o dióxido de carbono em uma base molar em um período de 20 anos (McAnulty et al., 2017).

[0006] Devido à sua capacidade de armazenamento de calor, ele contribui muito para o efeito estufa. Usar o metano como combustível é altamente conveniente em termos de rendimento energético e sua combustão produz uma baixa pegada de carbono (baixa quantidade de CO2 em sua maioria reutilizável), tornando-o o mais limpo entre os combustíveis fósseis; em particular, no caso do biometano, a quantidade de dióxido de carbono emitido pela sua combustão é suficiente para alimentar os processos metabólicos acima mencionados em um ciclo repetitivo quase autossuficiente; mas enquanto o biometano pode ser produzido no local de exploração, o metano do gás natural que pode ser convenientemente usado como combustível precisa passar por processos de purificação adicionais e, em seguida, transportado com grande gasto de recursos.

[0007] Como gás natural, portanto, o metano constitui uma fonte de energia sustentável e renovável e já hoje substitui cada vez mais o carvão e outros combustíveis fósseis. Entretanto, as buscas secundárias de uma redução dramática do impacto ambiental e da viabilidade de sua produção, armazenamento e transporte ainda não foram concluídas.

[0008] Uma das principais desvantagens técnicas na exploração de metano em grande escala está relacionada, por exemplo, ao alto nível de contaminantes remanescentes no gás natural metano e, portanto, à necessidade de procedimentos de purificação dispendiosos. Além disso, uma longa lista de questões ainda não resolvidas, como a necessidade de instalações de armazenamento adequadas para o metano, as necessidades relacionadas para melhores sistemas de contenção pressurizados, odor da acumulação de grandes quantidades de gás, principalmente de contaminantes ricos em enxofre no gás natural, o risco de explosões, vazamentos durante o transporte e armazenamento e relativa ineficiência à escalabilidade da produção de última geração, tudo isso atualmente dificulta e atrasa a exploração do metano.

[0009] Não obstante, o potencial do metano para geração de energia tem se tornado cada vez mais relevante no mercado global.

[0010] A pesquisa recente, portanto, tem se concentrado no desenvolvimento e melhoria de métodos para a produção de metano com metanógenos, por exemplo, arqueias, que têm capacidade para produzir metano a partir de dióxido de carbono e hidrogênio de forma muito eficiente. Atualmente, o estado da técnica descreve várias tentativas de enriquecimento de composições de gás com metano produzido pelo emprego de microrganismos metanogênicos.

[0011] Este tipo de produção de metano ocorre em reatores/células adequados e pode ser facilmente implantado em todo o mundo, em qualquer cenário carente de infraestruturas, necessitando de matérias-primas geralmente presentes na atmosfera. Mais importante ainda, isso geralmente produz composições de gás enriquecidas com metano e uma menor quantidade de contaminantes, em que se espera que tais composições exijam menos esforço até que estejam prontas para serem alimentadas em sistemas de fornecimento de energia. Além disso, sua conversão em energia, produzindo apenas dióxido de carbono e água, é a mais limpa entre os combustíveis fósseis.

[0012] Algumas tentativas foram descritas, por exemplo, no documento WO 2014016815 A2, quando a produção de metano através de culturas de arqueias anaeróbicas fornecidas em um substrato de crescimento aquoso e cultivadas em altas temperaturas leva a uma geração de cerca de 20% em volume de metano em uma composição de gás. Alguns metanógenos anaeróbicos altamente especializados fornecem sob alta pressão otimizada e altas temperaturas até mesmo até 30% em volume de metano em tal composição de gás. Este processo é caracterizado pelo emprego de um substrato de crescimento aquoso pressurizado para os metanógenos e um fluido altamente pressurizado que contém dióxido de carbono como fonte de alimentação. Além da taxa de produção de metano relativamente baixa, esse processo está longe de ser custo-efetivo, devido à alta entrada de energia necessária para aquecer e/ou pressurizar a cultura de arqueias metanogênicas especializadas. Além disso, a utilização de recipiente pressurizado representa um sério impedimento à escalabilidade e grande difusão dos métodos.

[0013] O documento US 2011/0165667 A1 descreve uma outra utilização de suspensões aquosas que contém uma ou mais, ou mesmo misturas, de espécies de arqueias anaeróbias para a produção de metano. É de notar, que o processo aqui descrito é caracterizado pela transformação de puro gás H2 e fontes de gás puro de CO2 em metano que compreendem composições de gás. De acordo com esta divulgação, a energia elétrica de qualquer combustível fóssil ou outra planta alimentada por energia renovável é convertida para produzir hidrogênio, que subsequentemente é usado para alimentar uma cultura de arqueias metanogênicas especializadas para produzir metano a partir de gás CO2 em condições de cultura otimizadas. A divulgação elabora ainda que arqueias metanogênicas típicas, que são anaeróbicas por natureza, são silenciadas e param de produzir metano, se as condições de cultura mudarem e ar ou outros componentes de gás são alimentados às culturas. Particularmente, o oxigênio é conhecido como inibidor de enzimas envolvidas na captação de hidrogênio e metanogênese, reduzindo, portanto, a produção líquida de metano do microrganismo, portanto a eficiência da tecnologia e necessitando de tempos de recuperação, onde a atividade não é completamente inibida por uma alta concentração de contaminantes. Efeitos semelhantes são descritos para a presença de monóxido de carbono. Consequentemente, o oxigênio e o monóxido de carbono foram selecionados e as configurações experimentais foram descritas para ilustrar e explicar o efeito de silenciar a produção de metano.

[0014] Embora pudesse ser demonstrado que as arqueias metanogênicas sobreviverão à exposição a esses componentes do gás e, eventualmente, restaurar a produção de metano, esses resultados ilustram que, para cumprir os altos padrões de produção de metano para alimentá-lo na rede de distribuição de gás padrão, sejam fontes muito puras alimentação de gás que contém apenas H2 e CO2 são necessários ou novas soluções de engenharia precisam ser encontradas para enriquecer o teor de metano acima do valor crítico de, por exemplo, 96% de metano puro na composição do gás em conformidade com os requisitos nacionais e/ou locais da rede de gás operadores.

[0015] Como um desenvolvimento adicional a este respeito, US 2014/0377830 A1 descreve a implantação do processo anteriormente conhecido em relação às arqueias metanogênicas especializadas em ambientes não estritamente livres de oxigênio e, assim, a tentativa de adaptar o processo metanogênico para permitir o uso como fontes alternativas de gás de alimentação, como CO2, que contém emissões de processos industriais. Para isso, as cepas foram adaptadas para produzir metano de maneira eficaz, por exemplo, à pressão atmosférica, e posteriormente o processo de produção foi ajustado, dando suporte às cepas para tolerar contaminantes como oxigênio,

sulfeto de hidrogênio e monóxido de carbono, em diferentes concentrações. Com essas culturas adequadas, o US 2014/0377830 pode demonstrar que a metanogênese foi restaurada e até mesmo sustentada ou mantida dependendo de uma alta taxa de alimentação de gás hidrogênio para a cultura. Embora este ensino realmente mostre que é possível restaurar e manter alguma produção de metano, infelizmente, ao mesmo tempo, a solução fornecida está levando a ainda mais problemas, conforme relatado no parágrafo seguinte.

[0016] Já foi conhecido antes e também é descrito no US 2014/0377830 que sob condições de cultura, que permitem manter ou restaurar uma produção de metano na presença de contaminantes de gás, e que são caracterizados, por exemplo, por uma maior porcentagem de entrada de gás hidrogênio, o efluente o gás também conterá quantidades substanciais de hidrogênio. Essas misturas de gases efluentes podem não apenas ser explosivas devido ao seu teor de oxigênio e hidrogênio, mas também são inadequadas para alimentação na rede de distribuição de gás devido à sua falta de pureza.

[0017] Atualizar a produção de biometano para uma fonte de energia renovável escalável e confiável comprovada continua sendo um desafio, especialmente devido à necessidade de um processo de fornecimento contínuo.

[0018] Entretanto, devido ao seu potencial promissor, a utilização em grande escala de biometano está sob escrutínio político e econômico atento, para tornar a tecnologia remuneradora e econômica, e o aproveitamento do metano foi identificado como o objetivo de curto prazo mais importante para a engenharia bioquímica. Portanto, soluções eficazes para as desvantagens acima e melhorias dos processos de produção impulsionados por arqueias metanogênicas são urgentemente necessárias.

[0019] É, portanto, um objetivo da presente invenção proporcionar um processo de produção contínuo, confiável e escalável de composições de gás de metano enriquecido, que pode ser conduzido durante a utilização de CO2 que contém as emissões e os gases residuais como fonte de alimentação principal.

[0020] Publicações anteriores, e em particular US 2014/0377830, já descreveram uma tentativa de usar CO2 que contém gases contaminados com oxigênio ou monóxido de carbono em um sistema de produção de metano. Neste pedido, os efeitos da interrupção da produção de metano, devido à presença de oxigênio ou monóxido de carbono no gás alimentado às arqueias metanogênicas estritamente anaeróbicas, são bem descritos. No contexto das arqueias metanogênicas anaeróbicas, o oxigênio e, se presente, também o monóxido de carbono são amplamente conhecidos como inibidores das enzimas, que estão envolvidas na captação de hidrogênio e dificultam a metanogênese em geral. No documento supracitado, verificou-se que alimentar as culturas metanogênicas com ar normal, consequentemente, leva a uma interrupção da metanogênese, um deslocamento/redução do CO2 e, portanto, um aumento do valor do pH. A este respeito, se hidrogênio puro e dióxido de carbono são usados como alimentação do processo, o processo de metanação geralmente opera em um valor de pH entre 7,5 e 8,5. Este intervalo de valores de pH não é especificamente definido ou regulado. Em caso de substituição do gás CO2 pelo ar normal e, consequentemente, do deslocamento/redução do CO2 do meio de cultura, a metanogênese é interrompida. Além disso, em situações em que o gás CO2 puro não é substituído pelo ar, mas por gás residual industrial que contém apenas uma baixa porcentagem de oxigênio, as consequências no valor do pH são comparáveis, devido à interrupção da metanogênese na cultura.

[0021] Além disso, foi relatado anteriormente que normalmente um suprimento da amônia de fonte de nitrogênio básica é necessário para o crescimento e sobrevivência das arqueias metanogênicas e, além disso, os sulfetos são usados e considerados necessários para manter uma cultura produtora de metano em fase estacionária para a substituição de microrganismos ativos; no entanto, a adição desses suplementos traz novos desafios. Por exemplo, constatou-se que a amônia aumenta a capacidade tampão das culturas de microrganismos metanogênicos, aumentando, portanto, a estabilidade dos processos metabólicos que causam a liberação de metano. A sensibilidade à amônia é considerada dependente da composição da cultura de microrganismos metanogênicos, de modo que uma grande quantidade de amônia pode inibir a atividade de metanação, enquanto uma pequena quantidade de amônia pode inibir a atividade metanogênica acetoclástica, ou seja, a produção de metano por conversão de ácido acético (Procházka et al., 2012).

[0022] Sob condições de cultura artificial e aplicando um esquema de alimentação com gás H2 e CO2 essencialmente puro, um aumento do valor de pH até pH 9,00 pareceu ser quase sem intercorrências, uma vez que nenhum efeito significativo sobre a metanação foi observado. Entretanto, os inventores descobriram que em condições de alimentação com gás que contém uma mistura de gases, sejam emissões de resíduos ou composições de gases geotérmicos,

particularmente o teor de sulfeto de hidrogênio e dependendo disso, uma formação incontrolável de sais de sulfeto insolúveis sob as condições de pH típicas levará em primeiro lugar a uma diminuição na produtividade de metano e, eventualmente, levar a um colapso irrecuperável da cultura de arqueias metanogênicas. Entretanto, sob tais condições, o gás efluente apresenta um aumento da quantidade de H2S, inadequada para sua posterior utilização como combustível.

[0023] É um outro objetivo do desenvolvimento técnico atual estabilizar e melhorar os processos de produção de metano empregando tais composições de gás residual industrial ou gás geotérmico, garantindo ainda um gás metano efluente que cumpra os requisitos estritos para que seja alimentado à rede de distribuição de gás.

[0024] Dentro deste quadro de avanços técnicos, a presente invenção proporciona como explicitamente especificado nas reivindicações ensinamentos sobre como melhorar os processos de produção de metano e particularmente a metanogênese de arqueia para converter CO2 que contém gases residuais em composições de gás enriquecido com metano ou o metano altamente puro.

[0025] De acordo com a presente invenção, os gases devem ser entendidos como emissões ricas em CO2 e/ou gás residual que são encontrados ou produzidos como um produto secundário durante atividades realizadas em processos industriais, tais como combustíveis fósseis ou indústrias agrícolas de fermentação microbiana, por exemplo, no etanol produção, a combustão de combustíveis fósseis, por exemplo, em usinas de energia a carvão ou, por exemplo, como produto secundário de usinas geotérmicas ou, por exemplo, como resultado de qualquer atividade industrial humana, resultando na emissão de composições de gás, de outra forma dispersando na atmosfera, como a pecuária e outras atividades agrícolas. Para maior clareza, o termo gás, gás residual ou emissão, como aqui entendido, também se refere a gás geotérmico bruto ou modificado/tratado, emitido ou usado em plantas geotérmicas, e deve ser ainda entendido como compreendendo também gás bruto e/ou tratado gases geotérmicos, nos quais, por exemplo, o teor de H2S pode ser reduzido. Além disso, o termo gás, gás residual ou emissão, como aqui entendido, também se refere a emissões de aterros, emissões de fábricas de cal e cimento, emissões de usinas de produção e processamento de aço, emissões de lixo ou usinas de energia renovável e emissões de energia geotérmica usinas de energia e usinas de biogás. Normalmente, essas emissões são consideradas resíduos, que precisam ser inativados, reciclados ou purificados, para evitar mais poluição por CO2 na atmosfera; portanto, o gás residual também é considerado um gás para os escopos do presente pedido.

[0026] Esses gases, dependendo de sua fonte, podem compreender composições de gases muito diferentes. Eles têm principalmente em comum o fato de conterem uma quantidade relativamente alta de CO2 em comparação com o ar. Eles podem conter uma quantidade parcial normal (semelhante ao ar) de oxigênio e/ou nitrogênio, no entanto, dependendo de sua origem, os mesmos também podem ser livres de oxigênio. Além disso, os mesmos podem conter quantidades substanciais de pelo menos um dos seguintes, particularmente monóxido de carbono, hidrogênio e sulfeto de hidrogênio, outros compostos de enxofre (sulfetos, dissulfetos, tióis), siloxanos (compostos orgânicos de silício), compostos halogenados, amônia e organoclorados, isto é, pesticidas e outros compostos orgânicos sintéticos com moléculas aromáticas cloradas.

[0027] Enquanto os efeitos inibitórios de oxigénio e monóxido de carbono, são bem descritas em relação ao processo de metanização, particularmente os efeitos da H2S no referido processo são prejudiciais para a utilização de gases residuais como gás de alimentação para tais processos de metanização.

[0028] Como brevemente mencionado acima, sabe-se que o sulfeto dissolvido inibe a metanogênese hidrogenotrófica de arqueias, isto é, a produção de metano pela conversão de dióxido de carbono usando hidrogênio como agente redutor. Embora, esta forma de metanogênese pareça ser robusta para a inibição de sulfeto em comparação com a metanogênese acetoclástica (ver acima), dados de Maillacheruvu et al., 1996, indicam que a metanogênese hidrogenotrófica ainda é afetada pela toxicidade do sulfeto.

[0029] Além disso, foi demonstrado que a adição de sulfeto de hidrogênio a microrganismos metanogênicos pode causar inibição não competitiva da metanogênese, seja utilizando lodo anaeróbio ou organismos únicos (Koster et al., 1986; O’Flaherty et al., 1998)

[0030] Além disso, sulfeto sob a forma de sulfeto de hidrogénio provou ser mais tóxicos do que os íons de sulfeto dissociadas, devido ao facto - sem estar vinculado pela hipótese - que o H2S é a única forma que pode atravessar a membrana celular de arqueia. Anteriormente, foi demonstrado que quantidades típicas de concentrações de sulfeto em gases geotérmicos, ou seja, quantidades na faixa de 100 a 150 mg/l causam inibição severa da metanogênese(Koster et al., 1986).

Realizando uma análise sistemática de várias adições de sulfeto a um reator anaeróbio operado com lodo anaeróbio de uma estação de tratamento de esgoto convencional (Vila Leopoldina-SP- Brasil), Paula & Foresti (2009) mostraram que a utilização de substrato específico aumentou até as concentrações totais de sulfeto de apenas 50 mg/l. A utilização do substrato permaneceu neste nível por um tempo e então diminuiu gradualmente para valores mais altos de adição de sulfeto. Além disso, sabe-se que o sulfeto em altas concentrações contribui para o alívio da toxicidade dos metais pela formação do complexo metal- sulfeto (Edgcomb et al., 2004).

[0031] A fim de superar pelo menos parcialmente as desvantagens do estado da técnica listadas nos documentos mencionados acima, o processo de metanação foi melhorado de acordo com o método descrito nas reivindicações.

[0032] De acordo com a presente invenção, o método para a produção de metano num biorreator a partir de gases que contêm CO2 compreende pelo menos as etapas de: cultura de microrganismos metanogênicos num processo contínuo; fornecimento de CO2 que contém gases, compreendendo, adicionalmente, por exemplo, H2S e/ou O2; controlar e, opcionalmente, regular o valor de pH continuamente para estar em um determinado valor; opcionalmente, alimentar a cultura de microrganismos metanogênicos com H2 adicional em uma razão estequiométrica de CO2 : H2 entre 1: 0,6 a 1: 5 e uma etapa final de coleta de metano ou composição de gás enriquecido com metano.

[0033] No entendimento da presente invenção, um biorreator representa reator biológico e é um vaso de biorreação, ou um invólucro de biorreação, ou um tanque de biorreação e/ou pelo menos uma câmara de biorreação e/ou uma célula, ou uma combinação do mesmo, como também pretendido no estado da técnica, capaz de suportar variações de, por exemplo, temperatura e/ou pressão, entre outros, e/ou capaz de manter quaisquer valores transmitidos de, por exemplo, temperatura e/ou pressão são atribuídos ou têm que ser mantida, antes, após ou durante o processo de reação, e em que as reações pretendidas relevantes para a realização da invenção podem ocorrer. Tais reações são entendidas como biorreações no que se refere ao domínio das reações em que os microrganismos estão envolvidos, e aqui se referindo à sua fisiologia normal - como, por exemplo, fermentação metabólica ou digestão aeróbia ou anaeróbia - e que, como tal, requerem ambientes adequados, culturas de microrganismos adequadas, meios de cultura adequados e reagentes adequados para ocorrer. Um biorreator, no significado da invenção, tem um desempenho confiável dentro dos valores de tolerância de cada variável, a fim de permitir o método conforme divulgado, e espera-se que as etapas listadas sejam realizadas de forma confiável ao longo do tempo.

[0034] Um reator adequado para a cultura de microrganismos metanogênicos pode ser, por meio de exemplo apenas, um biorreator de tanque de agitação, um biorreator de tanque agitado contínuo, um biorreator de tanque agitado intermitente, um biorreator de membrana de fibra oca, um biorreator de coluna de bolha, um elevador aéreo de circuito interno biorreator, um biorreator de airlift de circuito externo, um biorreator de leito fluidizado, um biorreator de leito compactado, um fotobiorreator, um reator de leito gotejador, uma célula de eletrólise microbiana e/ou combinações dos mesmos.

[0035] O modo de operação de um biorreator é classificado como processos em batelada, processos alimentados em batelada e processos contínuos. De acordo com as diferentes modalidades do método aqui apresentado, um reator pode ser escolhido que aborda mais de perto a dinâmica específica de uma cultura ou a conveniência pela qual o metano é extraído por meio deste. Em uma modalidade da presente invenção, um reator de coluna de bolhas, ou uma variante dele, tal como um biorreator de transporte aéreo, ou um reator de tanque continuamente agitado, e/ou qualquer um dos acima, pode ser usado para realizar convenientemente o método como descrito e uma cultura contínua é preferida, em que o crescimento quase equilibrado, com pouca flutuação de nutrientes, metabólitos, número de células e biomassa são observados.

[0036] No significado da presente invenção, e como já discutido acima, os gases incluem produtos e subprodutos (por exemplo, resíduos) gases de atividades industriais e/ou geotérmicas, em que as referidas atividades podem resultar na emissão de gases individuais ou de misturas de gases, incluindo, por exemplo, gás geotérmico bruto, portanto incluindo dióxido de carbono, monóxido de carbono, oxigênio, sulfeto de hidrogênio, nitrogênio, argônio, hélio, acetileno, hidrogênio e vários outros em quantidades variáveis, dependendo do processo industrial.

[0037] A utilização dos gases disponíveis para a conversão de gases de baixa densidade energética em gás de alta densidade energética como o metano oferece uma dupla vantagem: por um lado, reaproveita gases que podem contribuir para o efeito estufa se liberados na atmosfera, em particular no caso de gases residuais resultantes como subproduto de atividades industriais que não visam diretamente a produção de gases para uso posterior; por outro lado, resulta em um gás rico em energia de alta pureza, que pode ser prontamente utilizado para alimentar outras atividades, produzindo como resíduos quase a mesma quantidade de gases de baixa densidade de energia que podem ser posteriormente reutilizados como uma alimentação de cultura ou nutriente para a produção de mais biometano, com menor impacto no meio ambiente do que outros métodos de fornecimento de energia de longa data.

[0038] De acordo com a presente invenção, microrganismos metanogênicos são cultivados em um biorreator para a produção de biometano. Esses microrganismos metanogênicos, ou microrganismos metanogênicos autotróficos podem ser arqueia anaeróbica ou mesmo arqueia aeróbica recentemente classificada, seja em cepas puras, ou em consórcios com uma pluralidade de, ou seja, duas ou mais, cepas, ou em culturas mistas em que a metanação também pode ser incentivada por troca sintrófica entre diferentes espécies.

[0039] A atividade das arqueias metanogênicas é geralmente considerada estritamente anaeróbica, com perda de produtividade (expressa como redução da produção de metano) e, eventualmente, morte de uma cultura quando, por exemplo, ocorre contaminação por oxigênio. Operar uma cultura em condições estritamente anaeróbicas pode causar severas restrições em relação ao equipamento necessário; no entanto, descobertas recentes mostraram que a produção de metano e, portanto, os níveis de atividade de uma cultura, também podem ser mantidos quando a exposição ao oxigênio, ou exposição a outros contaminantes de gás com potencial para reduzir severamente a metanação em condições extremas, é cuidadosamente controlada para ser regulados e quando medidas contrárias são tomadas para manter os parâmetros críticos em níveis operacionais.

[0040] Buscar métodos que incluam a possibilidade de contaminação da cultura por gás sem reduzir o rendimento de metano é, portanto, significativo, no campo geral da exploração de microrganismos metanogênicos. A constatação sólida dos inventores de que a manipulação aeróbia em uma cultura de pH controlado/regulado não limita a viabilidade da dita cultura e, portanto, seu rendimento de metano, aumentou as possibilidades de cultura de vários metanógenos na presença de contaminantes de gás, como é o caso na presente invenção.

[0041] Microrganismos metanogênicos autotróficos são aqui concebidos como microrganismos que derivam nutrição de reações inorgânicas com seu ambiente circundante, por exemplo, reduzindo o dióxido de carbono, para realizar a biossíntese de metano. Um exemplo de microrganismos autotróficos é dado por microrganismos hidrogenotróficos, que derivam sua nutrição da utilização de hidrogênio; em particular, microrganismos metanogênicos hidrogenotróficos têm capacidade para converter hidrogênio e dióxido de carbono em metano como parte de seus processos metabólicos. O papel dos microrganismos metanogênicos no ecossistema é único, pois ajuda a remover o excesso de dióxido de carbono e produtos de fermentação no estágio final de decomposição da matéria orgânica. Na ausência de metanogênese, grandes quantidades de carbono ligado a compostos da matéria em decomposição se acumulariam em ambientes anaeróbicos.

[0042] A classe das arqueias metanogênicas, do reino de Euryarchaeota (englobando os metanógenos e seus parentes fenotipicamente diversos) compreende microrganismos essencialmente unicelulares capazes de produzir metano a partir de um pequeno conjunto de substratos, incluindo hidrogênio e dióxido de carbono, por meio de sua atividade metabólica: tal atividade principalmente consiste em reduzir o dióxido de carbono com hidrogênio e/ou outros compostos de hidrogênio a metano.

[0043] Culturas de arqueias metanogênicas adequadas para realizar o método descrito na presente invenção estão disponíveis em coleções públicas de microrganismos e/ou podem ser alternativamente isoladas de uma série de fontes ambientais, conforme relatado no estado da técnica. Exemplos de fontes ambientais adequadas de microrganismos metanogênicos incluem solos e areias anaeróbicas, pântanos, pântanos, pântanos, estuários, esteiras de algas densas, lama e sedimentos terrestres e marinhos, por exemplo, a subsuperfície de um sedimento plano das marés, oceano profundo e pisos de poços profundos, instalações de tratamento de esgotos e resíduos orgânicos, e tratos intestinais e fezes de animais.

[0044] Arqueias metanogênicas adequadas para a realização do método descrito na presente invenção foram taxonomicamente descritas em cinco classes diferentes (ordens), conforme relatado abaixo, e nomeadamente Metanobactérias, Metanococos, Methanomicrobia, Methanonatronarchaeia e Methanopyri, cada uma dessas classes compreendendo uma série de gêneros, em que cada gênero é dividido em famílias, cada família abrangendo um grande número de conhecidos e amplamente estudados, no sentido de classificados, e desconhecidos, no sentido de não classificado, espécie.

[0045] A seguir, aquelas arqueias metanogênicas particularmente adequadas para realizar o método descrito na presente invenção são listadas, organizadas de acordo com sua classe; as espécies pertencentes a famílias diferentes são listadas entre colchetes após o nome da classe e separadas por ponto-e-vírgula; cada espécie é então separada por uma vírgula.

[0046] De acordo com a presente invenção, arqueias metanogênicas adequadas são selecionadas a partir de uma lista de arqueias metanogênicas da classe de Metanobactérias (como, por exemplo, Methanobacterium aarhusense, Methanobacterium aggregans, Methanobacterium alcaliphilum, Methanobacterium arcticum, Methanobacterium beijingense, Methanobacterium bryantii, Methanobacterium congolense, Methanobacterium curvum, Methanobacterium arcticum, Methanobacterium beijingense, Methanobacterium bryantii, Methanobacterium congolense, Methanobacterium curvum, Methanobacterium krichumu, Metanobacterium beijingense, Methanobacterium bryantii, Methanobacterium congolense, Methanobacterium curvum, Metanobacterium krichumis, Metanobacterium espanolae, Metobacterium khanobacterium, Metanobacterium españolae, Metanobacterium khanobacteri, Metanobacterium lacolae, Methanobactéria, Methanobacterium movens, Methanobacterium movilense, Methanobacterium oryzae, Methanobacterium paludis, Methanobacterium palustre, Methanobacterium petrolearium, Methanobacterium subterraneum, Methanobacterium thermaggregans, Methanobacterium uliginosum, Methanobacterium veterum, Methanobacterium sp.; Methanobrevibacter acididurans, Methanobrevibacter arboriphilus, Methanobrevibacter boviskoreani, Methanobrevibacter curvatus, Methanobrevibacter cuticularis, Methanobrevibacter filiformis, Methanobrevibacter gottschalkii, Methanobrevibacter millerae, Methanobrevib acter olleyae, Methanobrevibacter oralis, Methanobrevibacter ruminantium, Methanobrevibacter smithii, Methanobrevibacter thaueri, Methanobrevibacter woesei, Methanobrevibacter wolinii, Methanobrevibacter sp., Methanosphaera cunicobacteri, Methanobrevibacter thaueri, Methanobrevibacter woesei, Methanobrevibacter wolinii, Methanobrevibacter sp., Methanosphaera cunicobacteri, Methanotherisphaera cunicium marobhanateri, Methanosphaera cunicium marobhanatacteri, Methanosphaera cunicobhanumatteri, Methanosphaera stadtacterm Marburg, Methanothermobacter tenebrarum, Methanothermobacter thermautotrophicus, Methanothermobacter thermautotrophicus str.

Delta H, Methanothermobacter thermautotrophicus str.

Winter, Methanothermobacter thermoflexus, Methanothermobacter thermophilus, Methanothermobacter wolfeii, Methanothermobacter sp., Methanothermus fervidus); e/ou da classe de Methanococci (como, por exemplo, Methanocaldococcus bathoardescens, Methanocaldococcus fervens, Methanocaldococcus indicus, Methanocaldococcus infernus, Methanocaldococcus jannaschii, Methanocaldococcus villosus, Methanocaldococcus vulcanius, Methanocaldococcus sp; Methanotorris formicicus, Methanotorris igneus, Methanotorris sp.,; Methanococcus aeolicus, Methanococcus maripaludis, Methanococcus vannielii, Methanococcus voltae, Methanococcus sp.; Methanothermococcus okinawensis, Methanothermococcus thermolithotrophicus, Methanothermococcus sp.); e/ou da classe de Methanomicrobia (como, por exemplo, Methanocella arvoryzae, Methanocella conradii, Methanocella paludicola, Methanocella sp.; Methanocalculus alkaliphilus, Methanocalculus chunghsingensis, Methanocalculus halotolerans, Methanocalculus natronophilus, Methanocalculus pumilus, Methanocalculus taiwanensis, Methanocalculus sp.; Methanocorpusculum aggregans, Methanocorpusculum bavaricum, Methanocorpusculum bavaricum, Methanocorpusculum labreanum, Methanocorpusculum labreanum, Methanocorpusculum parvum, Methanocorpusculum sinense, Methanocorpusculum sp.,; Candidatus Methanoculleus thermohydrogenotrophicum, Methanoculleus bourgensis, Methanoculleus chikugoensis, Methanoculleus chikugoensis, Methanoculleus horonobensis, Methanoculleus hydrogenitrophicus, Methanoculleus marisnigri, Methanoculleus palmolei, Methanoculleus receptaculi, Methanoculleus sediminis, Methanoculleus submarinus, Methanoculleus taiwanensis, Methanoculleus thermophilus, Methanoculleus sp.; Methanofollis aquaemaris, Methanofollis ethanolicus, Methanofollis formosanus, Methanofollis liminatans, Methanofollis liminatans, Methanofollis tationis, Methanofollis sp.; Methanogenium boonei, Methanogenium cariaci, Methanogenium frigidum, Methanogenium marinum, Methanogenium organophilum, Methanogenium sp.; Methanolacinia paynteri, Methanolacinia petrolearia; Methanoplanus endosymbiosus, Methanoplanus limicola, Methanoplanus sp.; Methanomicrobium antiquum, Methanomicrobium mobile; Methanolinea mesophila, Methanolinea tarda; Methanoregula boonei, Methanoregula formicica; Methanosphaerula palustris; Methanospirillum hungatei, Methanospirillum lacunae, Methanospirillum psychrodurum, Methanospirillum stamsii, Methanospirillum sp.; Candidatus Methanoperedens nitroreducens, Candidatus Methanoperedens sp., etc;

Methanosaeta harundinacea, Methanosaeta pelagica, Methanothrix soehngenii, Methanothrix thermoacetophila, Methanosaeta sp.; Methanimicrococcus blatticola, Methanimicrococcus sp.); e/ou da classe de Methanonatronarchaeia (como, por exemplo, Methanonatronarchaeum, Methanonatronarchaeum thermophilum, Candidatus Methanohalarchaeum, Candidatus Methanohalarchaeum thermophilum;); e/ou da classe de Methanopyri (como, por exemplo, Methanopyrus kandleri, Methanopyrus sp.), ou qualquer combinação dos mesmos.

[0047] Cada um desses gêneros, famílias e espécies distintas inclui uma série de diferentes microrganismos identificados e não classificados, ou cepas geneticamente modificadas e espécies ambientais relacionadas, com uma atividade de sequenciamento em andamento para isolar ainda mais espécies. Além dos microrganismos mencionados adequados para realizar a presente invenção, uma lista completa de tal classificação está disponível no site da web de Taxonomy Browser do National Center for Biotechnological Information (NCBI).

[0048] Além disso, é possível selecionar ou modificar qualquer uma das espécies de ocorrência natural listadas acima, muitas vezes por simples condições de cultivo e seleção natural e mecanismos de adaptação. Em modalidades particulares, a composição final da cultura do reator pode ter sido modificada de modo que os organismos em uma fase de crescimento particular tenham sido privilegiados em relação a outros, ou de acordo com o estado do reator, se dormente ou operacional/ativo.

[0049] Existem vários estudos sobre a manipulação genética de cepas particulares, a fim de adaptá-los a condições particulares. Em geral, a abordagem da presente invenção se baseia mais em microrganismos de ocorrência natural.

[0050] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, Methanothermobacter, e ainda Methanothermobacter thermoautotrophicus, Methanothermobacter marburgensis e/ou suas misturas e/ou seus derivados revelaram- se particularmente adequados para realizar o método da presente invenção como descrito ou demonstrado nos Exemplos 1-7 subsequentes.

[0051] Além disso, de acordo com algumas modalidades da presente invenção, Methanothermus fervidus, Methanobrevibacter arboriphilicus, Methanococcus e Methanocaldococcus sp., E ainda Methanocaldococcus bathoardescens, Methanocaldococcus fervens, Methanocaldococcus indicus, Methanocaldococcus infernus, Methanocaldocococcus jannaschii, Methanocaldococcus villosus e Methandococcus vulcanus, Methanocaldococcus vilosococcus ou suas misturas e/ou seus derivados revelaram-se particularmente adequados para realizar o método da presente invenção, conforme descrito ou demonstrado nos exemplos subsequentes.

[0052] A este respeito, é notado que o mais interessante é que os inventores da presente invenção descobriram ainda que Metanobactérias, por exemplo, Methanothermus fervidus usado no Exemplo 8 foi capaz de realizar metanação excelente estável e inesperada quando cultivadas em um pH regulado em torno de 7,0 ou ligeiramente acima, respectivamente (cf. Exemplo 8 e 9, pH 7,2 e 7,4 são mostrados). Esta constatação está em nítido contraste com o conhecimento de ponta, que ensinou que Methanothermus fervidus prefere " um pH ligeiramente ácido e igual a 6,5, enquanto nenhum crescimento pode ser observado em pH acima de 7,0 " (cf. Anderson et al. 2010, p. 316, coluna da direita, linhas 4 - 6 e Stetter et al., 1981).

[0053] A cultura original pode ter sofrido modificações naturais em resposta às condições particulares nas quais a cultura foi realizada. As condições de cultura são afetadas por vários parâmetros, como temperatura, pH, pressão, densidade celular, 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, e de acordo com cada uma dessas condições, um processo de adaptação específico pode ser realizado por qualquer número de espécies dentro do ambiente do reator.

[0054] De acordo com a presente invenção, o método aqui divulgado diz respeito ao cultivo de microrganismos metanogênicos em um processo contínuo, em que tal continuidade é entendida como continuidade na produção de metano e continuidade na cultura, em que nenhuma etapa de separação de biomassa terminal inativa de membros ativos da colônia são necessários. Em vez disso, é encorajado que o biomaterial morto seja mantido no reator junto com os membros ativos ao longo de vários estágios de crescimento, uma vez que é considerado vantajoso que a dita biomassa ou biomaterial forneça substrato adicional para a cultura ativa, intensificando a disponibilidade de nutrição. No entendimento dessa continuidade da produção e cultura de metano, também está incluído o entendimento de que um fornecimento contínuo de reagentes adequados (por exemplo, gases industriais, gás geotérmico) é dado à cultura, permitindo-lhe realizar sua tarefa de produção de metano sem alteração significativa da quantidade medida de metano produzido (ou seja, rendimento de metano) obtido a partir de qualquer ciclo de atividade metanogênica em toda a cultura e dentro das fases operacionais do reator.

[0055] Assegurar uma produção contínua de metano é uma característica relevante da presente invenção e um efeito vantajoso de implantação das etapas do método conforme descrito. De acordo com a invenção, o metano é produzido por arqueias metanogênicas a partir de cepas únicas ou em culturas mistas, em que uma cultura mista é uma cultura onde uma pluralidade de, portanto, duas ou mais cepas também podem ser empregadas, ou uma cultura onde uma pluralidade de espécies adicionais interage com arqueias metanogênicas ou qualquer combinação das mesmas.

[0056] De acordo com o processo aqui descrito, os gases fornecidos para a cultura conter CO2, e são, além disso, caracterizado por compreender adicionalmente, por exemplo, H2S e/ou O2.

[0057] Entre os gases, conforme definidos acima, ricos em dióxido de carbono e, por exemplo, sulfeto de hidrogênio, entre outros, o gás geotérmico bruto também está incluído, que contém quantidades adequadas de dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio, não excluindo tais composições de gás, que também compreendem traços ou contaminações de oxigênio.

[0058] Além disso, são relatados experimentos referentes a modalidades particulares, em que é usado gás geotérmico tratado, que contém quantidades adequadas de dióxido de carbono e quantidades reduzidas de sulfeto de hidrogênio, não excluindo tais composições de gás que também compreendem traços ou contaminações de oxigênio.

[0059] No âmbito da presente invenção é, portanto, também compreendido que os gases, e em particular CO2, previstas para a cultura de microrganismos metanogênicos pode conter pequenas quantidades de outras impurezas, sem a necessidade de ser preliminarmente purificado, porque os ditos contaminantes contribuem para a eficiência do método.

[0060] O método da presente invenção compreende uma etapa de cultivo de arqueias metanogênicas, que se baseia em condições de cultura típicas para arqueias, que foram previamente descritas e que são conhecidas do médico. Tais condições são influenciadas e controladas - de acordo com as habilidades de um profissional por parâmetros comuns que afetam a cultura, incluindo temperatura, pressão, volume, umidade, teor de sal, condutividade, teor de carbono, teor de nitrogênio, teor de vitamina, teor de aminoácidos, teor de minerais, ou qualquer combinação dos mesmos.

[0061] De acordo com a presente invenção, a etapa de cultivo do microrganismo metanogênico no método para produzir metano a partir de gases que contém CO2 em um biorreator compreende: manter o referido microrganismo metanogênico em um meio de cultura líquido adequado fornecendo nutrientes adequados, tais como, por exemplo, uma fonte de nitrogênio e sais ; manter as condições de cultura facultativamente anaeróbia e/ou anaeróbia; opcionalmente agitação da cultura, em que a agitação da cultura pode ser realizada regularmente, em intervalos, continuamente, ou mantendo a cultura solúvel pelo menos em um certo movimento lento e constante; remover água metabólica da cultura continuamente; e manter as temperaturas na faixa entre 32 °C e 90 °C ou entre 32 °C e 80 °C; preferencialmente 50-70 °C ou cerca de 62 °C.

[0062] Além disso, a cultura comum ou os meios de crescimento a serem fornecidos à cultura de organismos metanogênicos podem incluir um ou vários elementos inorgânicos comuns, em suas formas elementares ou em quaisquer sais não tóxicos adequados dos mesmos selecionados do grupo de sódio, potássio, magnésio, cálcio, ferro, níquel, cobalto, manganês, zinco, cobre, boro, alumínio, molibdênio, tungstênio, selênio, cloro, fontes de enxofre, por exemplo, sulfeto de hidrogênio ou enxofre elementar, fontes de fósforo, por exemplo, fosfato, fontes de nitrogênio, por exemplo, amônio, nitrato ou gás nitrogênio. Os sais típicos utilizados para a cultura de organismos metanogênicos de acordo com a presente invenção são NaCl, NaHCO3, Na2HPO4, NaH2PO4 H2O, Na2S, NH4OH, N2 e NaO3, H2S, KCl, MgCl2, MgSO4, CaCl2, e sulfato ferroso.

[0063] Foi constatado pelos inventores que a regulação de outros parâmetros, como por exemplo o pH, permitiu a metanação em todo o ciclo de atividade do reator e permitiu um rendimento contínuo de metano, mesmo na presença de contaminantes de gás.

[0064] Consequentemente, a presente invenção é caracterizada por uma etapa de controle contínuo do valor do pH. Neste contexto, controlar é entendido no sentido geral comum de manter sob constante monitoramento os parâmetros relacionados à cultura e essencialmente medir os ditos parâmetros ou indicadores de status, utilizando metodologias comuns e instrumentos de medição conhecidos na técnica, uma vez que pode não ser suficiente para manter sob constante monitoramento e, portanto, controlar apenas o pH da cultura;

portanto, uma outra modalidade da presente invenção compreende, em particular, regular o valor do pH continuamente. No entendimento do presente pedido, regular se destina a manter ativamente um determinado valor para um parâmetro, por exemplo, o pH da cultura, usando meios apropriados para fazê-lo.

[0065] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a cultura de microrganismos metanogênicos é continuamente controlada e/ou regulada, isto é, estabilizada para ser mantida em um valor de pH em um determinado valor abaixo ou em pH 10 ou alternativamente em um determinado valor abaixo ou em pH 9, alternativamente abaixo ou a pH 8 ou a um dado valor de pH 7 pela adição contínua de quantidades adequadas de um ácido ou base adequado.

[0066] Sem estar limitado pela hipótese, acredita-se que a regulação do pH da cultura é de particular importância para a preservação da continuidade da atividade de metanação, o que determina a eficiência do método reivindicado.

[0067] De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, a cultura de microrganismos metanogênico é continuamente estabilizado e/ou regulados para manter o valor de pH por doseamento de quantidades apropriadas de, por exemplo NaOH/HCl ou NH4OH/HCl para a cultura.

[0068] Um "determinado valor" de acordo com a invenção pode ser um valor definido com determinadas tolerâncias, tolerâncias dentro do sistema de medição ou tolerâncias devido à variabilidade dentro da cultura ou devido à diversidade da cultura, em que o referido valor é adequado para permitir a metanação; ou um determinado valor pode ser uma faixa de valores adequados, que alcançam o mesmo efeito na metanação que um determinado valor.

[0069] No contexto do presente pedido, metanogênese, ou metanogênese ou biometanação, é entendida como a produção de metano ou uma composição de gás enriquecida com metano realizada por microrganismos metanogênicos, como aqueles incluídos em uma lista de microrganismos metanogênicos adequados para realizar a presente invenção como descrito acima.

[0070] Em particular, a reação metanação, como anteriormente conhecida e como apropriado de acordo com o presente invento, consome H2 e CO2 a uma estequiometria de 4:1.

[0071] Os gases ou gases residuais fornecidos como nutrientes para a cultura, de acordo com uma modalidade da presente invenção, referindo-se ao gás geotérmico, podem conter H2 e CO2 em proporções diferentes de 4:1. Nesse caso, o gás geotérmico bruto ou tratado ainda pode ser usado, embora o substrato em excesso possa não ser totalmente consumido pela metanogênese. Para atingir uma razão ideal de H2:CO2 de 4:1 na alimentação do processo, (i) o gás geotérmico pode ser misturado com H2 externo (eletrolítico, etc.) e/ou CO2 (de gases que contém CO2, etc.), dependendo de qual dos dois está faltando, ou (ii) a razão de H2:CO2 pode ser ajustada para 4:1 separando o excesso de H2 ou CO2 por tecnologias de separação adequadas que são bem conhecidas na técnica.

[0072] Curiosamente, o método de acordo com a presente invenção provou permanecer eficaz em termos de persistência da atividade de metanação quando realizado usando culturas de microrganismos metanogênicos no processo contínuo, que foram alimentados com composições de gás de alimentação tendo uma razão estequiométrica bastante diferente e surpreendentemente distinta de H2:CO2 de 0,6:1 a proporções de até 5:1, em particular 1:1, 2:1, 3:1, 3,5:1, 4,3:1.

[0073] Além disso, os inventores podem demonstrar que mesmo em modalidades com tais razões estequiométricas substancialmente diferentes H2:CO2 sendo 0,6:1, o processo para enriquecimento de metano em uma composição de gás de acordo com a presente invenção ainda é estável e em andamento ao aplicar o controle de pH contínuo e regulação (compare com o Exemplo 6).

[0074] Consequentemente, uma das principais vantagens da otimização do processo reivindicado, incluindo o controle e/ou regulação do valor de pH, é o fato de que mesmo em caso de escassez de gás de alimentação ou interrupção da alimentação de gás a metanação pode ser reduzida, mas ainda está em execução, ou pode até permanecer constante e pode se recuperar rapidamente.

[0075] No contexto do presente pedido, uma composição de gás enriquecido com metano produzida usando o método conforme descrito, destina-se como uma composição de gás composta principalmente por metano e/ou em que o metano é o componente principal e/ou uma composição de gás cujo teor de metano é de 90% em vol. e mais, ou até 96% em vol., e em particular o produto do método como descrito é uma composição de gás que compreende principalmente metano que pode ser alimentado diretamente a sistemas de tubulação para produção de calor e energia; portanto, a composição de gás enriquecido em metano da presente invenção tem um teor muito baixo em contaminantes e, ao contrário do gás natural, que precisa ser submetido à purificação de contaminantes que não podem ser queimados diretamente, a composição de metano enriquecido, conforme divulgado, pode interagir diretamente com o oxigênio para um calor eficiente e geração de energia, a ser alimentada diretamente às redes nacionais de energia.

[0076] No significado do presente pedido, a composição de gás enriquecido em metano produzida pelo método conforme divulgado corresponde ao entendimento de biometano.

[0077] É considerado conhecimento geral, mas deve ser novamente mencionado que os meios adequados para controlar e/ou regular o valor de um parâmetro na cultura de um microrganismo variam de acordo com a natureza do parâmetro. No caso de valores de pH, a regulação e/ou estabilização ocorre fornecendo soluções alcalinas ou ácidas em quantidades precisas calibradas para atingir o valor de pH dado. Exemplos de soluções adequadas incluem, mas não estão limitados a soluções de hidróxido de potássio, hidróxido de sódio, ácido clorídrico e ácido sulfúrico e/ou qualquer solução alcalina ou ácida que é usada ou conhecida como compatível com processos biológicos.

[0078] Regular, no significado do presente pedido e com a finalidade de permitir e estabilizar uma atividade de metanação contínua em toda a cultura e no tempo, é, portanto, alcançado continuamente ou de maneira contínua, de modo que, a qualquer momento, um parâmetro da cultura, por exemplo, o pH da cultura, quando medido, tem o mesmo valor que um determinado valor.

[0079] Além disso, é uma etapa vantajosa do método de acordo com a presente invenção remover, regularmente ou continuamente, o excesso de umidade e/ou um excesso de metabólica ou a chamada água livre do meio de cultura, garantindo assim a diluição e/ou dispersão correta dos nutrientes na mídia. Água metabólica de acordo com a presente invenção refere-se à água ou moléculas de H2O que são produzidas pelos organismos metanogênicos durante a atividade metabólica e o processo de metanogênese.

[0080] Embora as temperaturas possam variar de acordo com a presença de espécies de microrganismos selecionadas dentro da cultura, cada uma das quais se desenvolve melhor dentro de intervalos de temperatura definidos, para a maioria dos microrganismos metanogênicos, temperaturas aumentadas não são prejudiciais e podem até mesmo auxiliar na otimização do metabolismo celular e, portanto, turnover metabólico ou mesmo metanação. Em um processo industrial, a temperatura deve ser controlada por regulação energética; a este respeito, deve ser considerado um recurso valioso para reduzir o gasto de energia, permitindo o controle de temperatura.

[0081] Consequentemente, é de grande importância equilibrar a temperatura de cultura otimizada e a solubilidade de hidrogênio correspondente em relação aos custos de entrada de energia. Curiosamente, o método da presente invenção foi considerado mais eficiente em uma faixa de temperatura entre 32 °C e 90 °C ou entre 32 °C e 85 °C, ou alternativamente 50 a 70 °C ou ainda alternativamente em torno de 62 °C à pressão atmosférica.

[0082] Para outras faixas de temperatura ou pressão, a solubilidade do hidrogênio pode ser usada como recurso comparativo. Consequentemente, a presente invenção também se refere a um processo de cultura a alta pressão, por exemplo, 16 bar, 20 bar, 35 bar, 40 bar ou 60 bar e, correspondentemente, temperaturas mais altas, o que permitiria a mesma solubilidade de hidrogênio em uma faixa de temperatura entre 32 °C e 90 °C ou entre 32 °C e 85 °C, ou alternativamente 50 a 70 °C ou ainda, alternativamente, cerca de 62 °C à pressão atmosférica.

[0083] Os microrganismos metanogênicos, em geral, podem viver e crescer também em uma pluralidade de outras e mesmo em faixas de temperatura extremas até e bem acima de 100 °C, por exemplo, 140 °C; consequentemente, a faixa de temperatura acima é uma indicação de uma faixa preferida, mas não deve ser entendida como limitando o escopo da invenção.

[0084] De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, o microrganismo metanogênico é cultivado na presença de sulfeto adicionalmente adicionado, de preferência, mas não limitado à adição na forma de Na2S e/ou amônio adicionalmente adicionado como fonte de nitrogênio, de preferência, mas não limitado à adição na forma de NH4OH ou cloreto de amônio.

[0085] O hidróxido de amônio também é conhecido como água de amônia e é uma solução aquosa incolor. Consequentemente, o hidróxido de amônio pode ser usado sozinho ou em combinação com outros compostos de nitrogênio ou mesmo gás para contribuir para fornecer um meio de cultura de fonte de nitrogênio viável nas várias fases de crescimento da colônia ou cultura.

[0086] A etapa de adicionar nutrientes à cultura, em geral, ou fontes de nitrogênio, como hidróxido de amônio, em particular, não deve ser entendida como limitante da presente invenção, mas deve ser considerada útil para o médico. Microrganismos metanogênicos, em geral, podem viver e crescer também na presença de múltiplas fontes de nitrogênio.

[0087] De acordo com outra modalidade da presente invenção, os microrganismos metanogênicos são cultivados até uma densidade de microrganismos na cultura de OD610 (densidade óptica em 610 nm) sendo pelo menos 1 e até 60, em que tal densidade óptica se refere a um peso dos microrganismos na cultura de pelo menos 0,25 g/l e até 20 g/l, e variando em particular de 0,25 a 15 g/l, de 3 g/l a 10 g/l, de 4 g/l a 7 g/l, de 3 g/l a 7 g/l, ou de 3 g/l a 15 g/l.

[0088] De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, os microrganismos metanogênicos são cultivados até uma densidade de microrganismos na cultura de OD610 (densidade óptica em 610 nm) sendo pelo menos 14 e até 60, em que tal densidade óptica se refere a peso seco dos microrganismos na cultura de pelo menos 2,5 g/l e até 20 g/l, e variando em particular de 2,5 g/l a 15 g/l, de 3 g/l a 10 g/l, de 4 g/l a 7 g/l, de 3 g/l a 7 g/l, ou de 3 g/l a 15 g/l.

[0089] A densidade óptica dos microrganismos em uma cultura é um parâmetro viável para medir a contagem ou concentração de células em cada ponto de tempo. Uma relação direta entre uma determinada contagem de células e a eficiência dos microrganismos em uma cultura não parece ter sido universalmente estabelecida, no entanto, na compreensão dos resultados do método de acordo com a presente invenção, uma cultura de alta densidade produz resultados vantajosos em termos de produção e rendimento de metano.

[0090] Em particular, a densidade óptica (DO) da cultura de acordo com a presente invenção é medida utilizando métodos e padrões comuns conhecidos na técnica. A densidade óptica, ou melhor, as medições de turbidez como uma forma de contagem de células são realizadas usando um espectrofotômetro, é normalmente operado em torno de ou a 600 nm, mas, consequentemente, outros comprimentos de onda podem ser adequados.

[0091] Como a densidade óptica pode variar de acordo com a configuração de medição, muitas vezes é útil indicar o peso seco ou a densidade da biomassa dos microrganismos na cultura como uma medida da quantidade de células presentes em uma cultura em um determinado ponto de tempo ou fase de crescimento. É possível estabelecer uma correlação entre as medições de DO de uma determinada cultura em um determinado estágio de crescimento e o peso seco, construindo uma curva de uma série de diferentes valores de DO da cultura obtidos em diferentes concentrações e medindo o peso seco da amostra seca de cultura em conformidade, usando métodos padrão conhecidos na técnica. Isso fornecerá um conjunto de pontos de dados de peso seco em função da densidade óptica; a inclinação da linha de regressão de tal conjunto de dados geralmente define a correlação entre o peso seco e a densidade óptica. De acordo com os inventores, no presente pedido, um valor de DO610 = 4 se traduz, aproximadamente, em uma densidade de biomassa de 1 g/l.

[0092] De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma alta contagem de microrganismos na cultura determinando alta densidade óptica é obtida mantendo os membros da cultura no reator ao longo de todos os estágios de suas vidas, desde os vários estágios de crescimento (fase de crescimento ativo, fase de crescimento estacionário, fase de crescimento quase estacionário) ao seu estágio terminal, de modo que os restos dos corpos celulares inativos podem fornecer nutrientes para os membros ativos da cultura.

[0093] De acordo com a invenção, a cultura dos microrganismos metanogênicos pode ser guiada ou conduzida para uma cultura de densidade com uma DO610 de pelo menos 1. Alternativamente, a cultura dos microrganismos metanogênicos pode ser guiada ou conduzida para uma cultura de alta densidade com uma DO610 de pelo menos 14, mas de preferência acima de 20, mais também acima de 30, mais acima de 40 e mesmo até 60 por adição de nutriente suficiente à cultura e simultaneamente remover água livre ou metabólica da cultura. O método da presente invenção pode, assim, ser adequadamente realizado na cultura de uma ou mais cepas de microrganismos metanogênicos, tendo ao longo dos vários estágios de desenvolvimento uma OD610 mensurável entre 1 – 60; adicionalmente, uma OD610 entre 14 – 60; adicionalmente, uma OD610 entre 20 – 60; adicionalmente, uma OD610 entre 30 – 60; adicionalmente, uma OD610 entre 40 – 60; adicionalmente, uma OD610 entre 50 – 60; adicionalmente, uma OD610 entre 1 – 60; adicionalmente, uma OD610 entre 14 – 50; adicionalmente, uma OD610 entre 20 – 50; adicionalmente, uma OD610 entre 30 – 50; adicionalmente, uma OD610 entre 40 – 50; adicionalmente, uma OD610 entre 20 – 40; adicionalmente, uma OD610 entre 30 – 40; adicionalmente, uma OD610 entre 20 – 30; adicionalmente, uma OD610 entre 14 – 20; adicionalmente, uma OD610 entre 1 – 20.

[0094] Os inventores do método conforme descrito no presente pedido mostraram que, de acordo com outras modalidades da presente invenção, o método conforme descrito funcionou particularmente bem usando os microrganismos metanogênicos selecionados do reino de Archaea ou Archaebacteria, em que este grupo compreende Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanothermobacter, Methanococcus, Methanosarcina, Methanopyrus, Methanothermus ou suas misturas,

e ainda os inventores mostraram que particularmente Methanothermobacter sp., Methanothermus sp. ou Methanobrevibacter sp. provou ser altamente eficaz.

[0095] De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, o microrganismo metanogênico selecionado é anaeróbico, mas tolerante ao oxigênio, por exemplo, por adaptação.

[0096] Como explicado acima, as arqueias metanogênicas utilizadas na presente invenção podem incluir espécies aeróbias e estritamente anaeróbicas, que preservam sua capacidade de metanação na presença de contaminantes, e que, quando as etapas de controle e regulação do pH da cultura são realizadas, contorne as etapas de silenciamento vistas em outros métodos ou culturas e mantenha a metanação nos níveis esperados. No contexto do presente pedido, bem como no contexto geral do campo, o silenciamento pretende ser a interrupção da atividade de metanação por microrganismos metanogênicos como uma reação a um ambiente hostil.

[0097] De acordo com a presente invenção, o meio de cultura líquido adequado da etapa i. é um ambiente moderadamente salina, em que a concentração de ânions, isto é, a concentração de Cl - varia de 12 mmol/l a 300 mmol/l. Alternativamente, o meio de cultura líquido adequado da etapa i. é um ambiente moderadamente salino em que a concentração de NaCl está na faixa de 0,4 g/l a 12 g/l, preferencialmente na faixa de 3 g/l a 6 g/l e mais preferencialmente em torno de 5,6 g/l.

[0098] O ânion cloreto pode estar presente na solução salina como o ânion de NaCl, MgCl, KCl, NH4Cl ou qualquer outro sal cloreto adequado conhecido do perito.

Particularmente, a concentração de ânion cloreto no ambiente moderadamente salino de acordo com a invenção se compara à concentração de ânion fornecida por uma concentração de NaCl está na faixa de 0,05 g/l, ou inferior, a 7 g/l, de preferência na faixa de 3 g/l a 6 g/l e mais preferencialmente cerca de 5,6 g/l.

[0099] No entendimento do presente pedido, um outro fator para o crescimento e atividade dos microrganismos também pode ser a quantidade de sais normalmente presentes no meio de cultura líquido que permite a reprodutividade e aumento contínuo de biomassa, atividades metabólicas a serem realizadas continuamente, e, portanto, com uma eficiência de conversão desejável da redução de dióxido de carbono em metano e uma produção de metano continuamente alta.

[00100] Em particular, embora a maioria dos microrganismos metanogênicos sejam encontrados naturalmente nas profundezas do mar, onde a salinidade é excessivamente alta para quaisquer outros organismos que vivem na superfície, foi surpreendentemente constatado pelos inventores que os microrganismos metanogênicos de acordo com a invenção, que têm capacidade para viver e prosperar em ambiente moderadamente salino são particularmente adequados no método reivindicado.

[00101] O uso de tal microrganismo metanogênico de acordo com a invenção, que têm capacidade para viver e prosperar em ambiente moderadamente salino é particularmente vantajoso usando tecnologia de biorreator moderna; consequências como, por exemplo, corrosão, oxidação e danos de descoloração graves, associados aos ambientes altamente salinos que seriam necessários para espécies metanogênicas halófilas não adaptadas e que se revelam muito prejudiciais para instalações de biorreatores complexas, são evitadas.

[00102] Na presente invenção, o microrganismo metanogênico é selecionado a partir do grupo de microrganismos naturalmente selecionados ou nativamente adaptados, um microrganismo halofílico adaptado, um microrganismo geneticamente modificado, todos capazes de viver e prosperar em tal ambiente moderadamente salino, em que a concentração de NaCl, ou salinidade, é então inferior ou comparável a cerca de metade da concentração de NaCl na água do mar e é tipicamente escolhido para ser cerca de 12-14 g/l.

[00103] No entendimento da presente invenção, um microrganismo adaptado é entendido como um microrganismo que não possuía, em seu estado inicial, isto é, ao ser adicionado à cultura, todos os mesmos atributos e/ou habilidades, ou qualquer extensão dos mesmos, vem possuir após um período de permanência na cultura. No mesmo entendimento, tais atributos e/ou habilidades podem não ser um caráter comumente encontrado nas espécies do microrganismo original e, no entanto, são adquiridos após um período ou permanência na cultura, sendo esse período variável, dependendo, por exemplo, do microrganismo e/ou a cultura, em que os ditos atributos e/ou habilidades ou qualquer extensão dos mesmos variam mediante interação com a população de outros microrganismos presentes na cultura e/ou em resposta a qualquer outro parâmetro e/ou elemento do ambiente de cultura, por exemplo, a concentração e/ou disponibilidade de um nutriente específico e/ou de um contaminante específico e/ou mediante interação com qualquer outra fonte metabólica semelhante ou qualquer outra alteração do microrganismo original, incluindo aqueles conhecidos pelos versados na técnica.

[00104] De acordo com as modalidades da presente invenção, o gás que contém CO2, de preferência emissão que contém CO2 é a fonte de carbono para a produção de metano e deriva preferencialmente de - mas não limitado a - gás geotérmico natural ou gás geotérmico tratado, gás de aterro, emissões de carvão ou usinas de energia fóssil, emissões de fábricas de cal e cimento, emissões de usinas de produção e processamento de aço, emissões de lixo ou usinas de energia renovável e emissões de usinas geotérmicas, usinas de biogás e instalações de fermentação (por exemplo, cervejarias, bebidas produtores e processadores).

[00105] Tipicamente, e de acordo com formas de realização preferidas da invenção, o teor de CO2 no gás compreende, pelo menos, 20% de CO2.

[00106] Além disso, e de acordo com outras modalidades da presente invenção, o gás que contém CO2 pode compreender entre 0 e 50000 ppm de H2S, tipicamente e de acordo com outra modalidade, o teor de H2S no gás usado como gás de alimentação deve estar entre 200 ppm e 2000 ppm, alternativamente entre 200 ppm e 10000 ppm; alternativamente entre 300 ppm e 30000 ppm; alternativamente entre 400 ppm e 40000 ppm; alternativamente entre 500 ppm e 5000 ppm; alternativamente entre 200 ppm e 20000 ppm; alternativamente entre 500 ppm e 20000 ppm ou mesmo entre 500 ppm e 25000 ppm e também até 40000 ppm H2S.

[00107] Além disso, de acordo com outras modalidades da presente invenção, o gás que contém CO2 pode compreender entre 0 e 5000 mg/l de H2S e, de acordo com outras modalidades, o teor de H2S no gás usado como gás de alimentação deve estar entre 1 e 100 mg/l de H2S, alternativamente entre

10 e 250 mg/l de H2S; alternativamente entre 150 e 750 mg/l de H2S; alternativamente entre 100 e 1000 mg/l de H2S; alternativamente entre 125 e 850 mg/l de H2S; alternativamente entre 50 e 500 mg/l de H2S; alternativamente entre 125 e 500 mg/l de H2S; alternativamente entre 125 e 650 mg/l de H2S; alternativamente entre 100 e 2500 mg/l; alternativamente entre 500 e 1500 mg/l; alternativamente entre 250 e 3500 mg/l; alternativamente entre 750 e 3500 mg/l; alternativamente entre 500 e 4000 mg/l; alternativamente entre 550 e 4500 mg/l; alternativamente entre 1000 e 4500 mg/l; e também até 5000 mg/l de H2S.

[00108] De acordo com algumas outras formas de realização da presente invenção, o CO2 que contém gás compreende também vestígios de oxigénio. Tipicamente, e de acordo com outras modalidades da presente invenção, o gás que contém CO2 pode compreender 1%, 2%, 3%, 4% ou mesmo 5% de oxigênio, porém não mais do que 5% de O2.

[00109] Em particular, e de acordo com uma modalidade, o gás geotérmico tratado de acordo com a presente invenção é obtido seguindo o denominado processo de tratamento Sulfix de gás geotérmico bruto, realizado na usina geotérmica de Hellisheiði, e contém H2S em concentrações de até a 30000 ppm e oxigênio (O2) em concentrações de até aprox. 1% a 5%, alternativamente 2% 4%, alternativamente 1%-4%, alternativamente 2%-4%, alternativamente 2%-3%, ou alternativamente 1%-3%.

[00110] Uma outra composição típica de gás geotérmico tratado é fornecida na Tabela 1, incluída no Exemplo

6.

[00111] Embora níveis significativamente mais elevados de H2S sejam conhecidos por serem potencialmente capazes de inibir severamente a metanogênese, tal concentração já elevada, juntamente com a presença de oxigênio em uma determinada quantidade, em vez disso, provou-se surpreendentemente vantajosa quando combinada com a regulação do pH, permitindo uma contínua ocorrendo atividade de metanogênese das arqueias cultivadas de acordo com a invenção.

[00112] De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, todo o procedimento, ou pelo menos uma etapa, pode ser realizado sob condições de pressão atmosférica e/ou sob condições pressurizadas. Se, de acordo com algumas modalidades, uma ou mais etapas do método de acordo com a invenção forem realizadas em uma atmosfera pressurizada, então a pressão é escolhida para ser preferencialmente até 16 bar, alternativamente até 20 bar, alternativamente até 50 bar, alternativamente até 68 bar, alternativamente até 110 bar ou mesmo até 420 bar.

[00113] De acordo com a presente invenção, o metano coletado ou a composição de gás enriquecido com metano produzida é essencialmente livre de contaminantes sólidos, como por exemplo, espumas, pequenas partículas sólidas, como poeira e partículas de sujeira, em suspensão, graxas ou contaminantes gasosos, como por exemplo, água vapor, sulfeto de hidrogênio, siloxanos, amônia e compostos de halogênio (cloreto, flúor), compostos orgânicos voláteis (VOCs), como limoneno e outros terpenos, e outros contaminantes vestigiais. Esses vestígios de componentes podem se acumular nas plantas e sistemas de tubulação e podem causar corrosão, depósitos e danos ao equipamento e, portanto, devem ser removidos na coleta do gás efluente.

[00114] Para alcançar a coleta de metano de alta pureza, vários métodos são usados, como por exemplo, filtração, separação criogênica, desumidificação, oxidação biológica, adsorção química, adsorção física.

[00115] A elevada pureza do biometano produzido de acordo com a invenção determina a sua disponibilidade imediata como fonte de energia num ciclo de produção contínuo e, assim, demonstra a superioridade do método presentemente reivindicado.

[00116] A produção contínua de metano de alta pureza sendo o resultado do método aqui descrito, em que um substrato rico em sulfeto de hidrogênio, que opcionalmente pode até compreender oxigênio, é utilizado para cultivar uma espécie de arqueia metanogênica ou uma mistura de espécies, para obter metano virtualmente livre de contaminantes ou uma composição de gás enriquecido com metano, imediatamente pronto para reentrar no ciclo de energia, fornecendo um combustível limpo com o maior rendimento de energia por átomo de carbono, mesmo em plantas e instalações onde a demanda de energia é alta, e outras fontes, mesmo aquelas com menor rendimento de energia por átomo de carbono e alto impacto ambiental, são escassos, caros, impraticáveis.

[00117] O método reaproveita ainda mais os produtos da combustão do metano para fornecer mais substrato à biocultura, reiniciando assim o ciclo de produção do metano.

[00118] Devido a estes resultados promissores do método como descrito acima, os inventores estudaram ainda os efeitos da cultura dos ditos microrganismos metanogênicos em diferentes valores de pH na metanização levando a outro aspecto encontrado da presente invenção.

[00119] Assim, em outro aspecto, a presente invenção fornece um método para produzir metano a partir de CO2 ou gases que contém CO2 em um biorreator que compreende: a. cultivo sob um primeiro conjunto de condições de cultura para o microrganismo metanogênico com CO2 e H2 e em um primeiro pH, seguido por b. cultura contínua sob um segundo conjunto de condições de cultura do dito microrganismo, isto é, a um segundo pH; c. controlar e, opcionalmente, regular o valor de pH para um determinado valor; d. coletar metano ou uma composição de gás enriquecida com metano.

[00120] Em uma primeira modalidade de acordo com outro aspecto da presente invenção, o primeiro valor de pH varia de pH 5,5 a 7,0 para induzir a replicação rápida e crescimento do microrganismo metanogênico e em que o segundo valor de pH varia de pH 7,1 a 10 para aumentar e otimizar produção de metano em comparação com a produção de metano da etapa a, ou seja, a faixa de pH mais baixa.

[00121] Alternativamente, o segundo valor de pH pode variar de pH 4,5 a 6,5 e, opcionalmente, é inferior ao primeiro pH.

[00122] Os inventores da presente invenção puderam demonstrar que a mudança da primeira faixa de pH inicial, que é uma faixa de pH ácido a neutro, e uma segunda faixa de pH estando em uma faixa de pH alcalino a neutro, respectivamente, foi substancial para ativar o metabolismo do metano e, assim, causou um aumento pronunciado na produção de metano em comparação com a produção de metano encontrada na primeira faixa de pH usada durante o cultivo.

[00123] Com o método de acordo com a presente invenção foi assim possível aumentar substancialmente a produção de metano. Verificou-se que parece ser a mudança em relação ao valor do pH, que durante as etapas de cultivo do organismo metanogênico induz substancialmente o metabolismo do metano e, portanto, leva na segunda faixa de pH a um aumento de pelo menos 15% até 100%, ou pelo menos 30% a até 80% ou pelo menos 50% a até 70% da taxa média de metanação em comparação à taxa na primeira faixa de pH.

[00124] Curiosamente, foi ainda constatado que mesmo com uma mudança da primeira faixa de pH sendo neutra para uma segunda faixa de pH sendo ácida, tal aumento proeminente comparável da taxa de metanação poderia ser iniciado.

[00125] De acordo com a dita outra modalidade da invenção, o método de metanação compreendendo a dita mudança da primeira faixa de pH inicial, estando em uma faixa de pH ácido a neutro, para uma segunda faixa de pH estando em uma faixa de pH alcalino a neutro, respectivamente, era substancialmente para ativar o metabolismo do metano e, portanto, causou um aumento pronunciado na produção de metano em comparação à produção de metano encontrada no primeiro pH usado para cultivo.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00126] Figura 1: O restabelecimento da metanação após a regulação do pH em culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus, após a adição de H2S, de acordo com os exemplos 1 e 2. Pode-se observar que o colapso da cultura (400 h) não pôde ser evitado reduzindo apenas a quantidade de H2S

(300 h). A regulação do pH desempenha, portanto, um papel relevante no restabelecimento da metanização e aumento da concentração de biomassa.

[00127] Figura 2: Consequências para a metanação após adição de até 24000 mg/l de S2- usando culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus. Os dados mostram o surpreendente desempenho em termos de atividade metabólica da cultura após a adição de quantidade muito grande de contaminantes (Na2S), devido à implantação da regulação do pH.

[00128] Figura 3: Taxa de conversão de CO2 e teor de sulfeto de hidrogênio e teor de oxigênio presente no gás de alimentação do processo usando culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus.

[00129] Figura 4: Estabilidade da metanação mediante troca do gás de alimentação de CO2 para Sulfix II, gás geotérmico tratado, que contém oxigênio e sulfeto de hidrogênio. A manipulação aeróbia dos microrganismos metanogênicos por meio de culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus contribui para a eficiência do método.

[00130] Figura 5: Persistência de metanação usando apenas gás geotérmico tratado, de acordo com o exemplo 5 usando culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus. Os dados mostram a persistência surpreendente de metanização, até mesmo quando uma relação estequiométrica muito baixa de H2 para CO2 foi mantida e contaminantes adicionais foram adicionados à cultura, de acordo com uma modalidade do método da presente invenção.

[00131] Figura 6: Consequências para a metanação usando Methanobrevibacter arboriphilus como biocatalisador após adição de 24 mg/l de S2- (círculos pretos preenchidos),

121 mg/l de S2- (círculos cinza preenchidos) até 12700 mg/l de S2- (círculos não preenchidos). Os valores iniciais de pH são indicados. A metanação inicial foi definida como 100% e outros valores foram normalizados para este valor. Cada ponto de medição em um determinado momento de um gráfico é indicado por um círculo e representa o valor de uma repetição ou o valor médio de duas repetições independentes. Os dados mostram o surpreendente desempenho em termos de atividade metabólica da cultura após a adição de contaminantes (Na2S) quando a regulação do pH é implantada e a clara diminuição do desempenho quando nenhuma regulação do pH é implantada.

[00132] Figura 7: Consequências para a metanação usando Methanothermus fervidus como biocatalisador após adição de 24 mg/l de S2- (círculos pretos preenchidos), 121 mg/l de S2- (círculos cinza preenchidos) até 12700 mg/l de S2- (círculos não preenchidos). Os valores iniciais de pH são indicados. A metanação inicial foi definida como 100% e outros valores foram normalizados para este valor. Cada ponto de medição em um determinado momento de um gráfico é indicado por um círculo e representa o valor de uma repetição ou o valor médio de duas repetições independentes. Os dados mostram o surpreendente desempenho em termos de atividade metabólica das culturas após a adição de contaminantes (Na2S) quando a regulação do pH é implantada e a clara diminuição do desempenho quando nenhuma regulação do pH é implantada.

[00133] Figura 8: Taxa de conversão média de CO2 de uma cultura de Methanobrevibacter arboriphilus em um primeiro valor de pH (pH <7,2) e após mudar o pH para um segundo valor de pH alcalino (pH <7,45) superior ao primeiro valor de pH.

[00134] Os seguintes exemplos ilustram formas viáveis de executar o método descrito como pretendido, sem a intenção de limitar a invenção aos ditos exemplos. Exemplo 1: simulação do efeito do sulfeto de hidrogênio no processo de metanação padrão usando culturas de methanothermobacter thermautotrophicus

[00135] No início do experimento, o processo de biometanação usando arqueia metanogênica (culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus) estava em condições de desempenho constantes (concentração de biomassa estável de 10 a 12 g/l e produtividade volumétrica de metano de aproximadamente 40 LCH4/Lreator/dia). Sob tais condições padrão, a entrada de gás de alimentação (H2 e CO2), a biomassa da arqueia metanogênica (biocatalisador), bem como o valor do pH (entre pH 8,0 e 8,5 - dependente da quantidade de CO2 dissolvido) eram estáveis.

[00136] Para o início do experimento em um ponto definido no tempo (consulte a Figura 1 em 189 horas de tempo de execução) 2000 ppm de H2S foram continuamente adicionados ao hidrogênio e dióxido de carbono gasoso fornecido. Inicialmente, a taxa de conversão de metano estava no nível esperado quando 60 ppm de H2S foram adicionados (~ 90% de conversão), mas caiu para um valor abaixo do limite de detecção em 192 horas após a adição de 2000 ppm de H2S. A cultura também escureceu com a adição de 2000 ppm de H2S, o que indicou a formação de complexos de sulfeto-metal não dissolvíveis, já que são conhecidos pelos componentes do meio níquel, ferro e cobalto.

[00137] A adição de 2000 ppm de H2S conduziu, portanto, a uma diminuição repentina e constante na concentração de biomassa e na produtividade volumétrica de metano, de cerca de 50% e 100% respectivamente. Este “colapso” também não pôde ser recuperado, reduzindo a concentração de H2S para apenas 60 ppm de H2S - um valor que normalmente é tolerado pelo processo (311 horas de tempo de execução na Figura 1).

[00138] Sem ser limitado pela hipótese, especula- se que a adição dessas quantidades relativamente altas de H2S leva à formação de sais de sulfeto insolúveis com certos metais presentes no meio de cultura. Esta hipótese foi apoiada pela coloração preta da suspensão de biocatalisador mediante adição de H2S, sabe-se que, por exemplo, o ferro cria um sal preto não solúvel com sulfeto. Se esses metais não forem dissolvidos, mas precipitados, os mesmos não estarão disponíveis para o biocatalisador e esta limitação causará um efeito - como observado - de diminuição na concentração de biomassa do biocatalisador e perda total da produtividade de metanação. Exemplo 2: a regulação do ph permite a tolerância de altas concentrações de sulfeto (s2-) até 24000 mg/l usando culturas de methanothermobacter thermautotrophicus

[00139] Na Figura 2 um gráfico que relata a atividade metanação de uma cultura de Methanothermobacter thermautotrophicus de acordo com o método da presente invenção é mostrado, como medido em redução de H2 (ou conversão). Os resultados de cinco experimentos são relatados no gráfico, correspondendo a 1-5 na tabela e identificados pelos símbolos na legenda, ambos mostrados à direita.

[00140] Nos primeiros 2 experimentos, uma concentração de 12000 mg/l de sulfeto (S2-) é administrada, na forma de Na2S, à cultura, ao mesmo tempo em que fornece a regulação do pH, dentro da estrutura descrita no método da presente invenção. Pode ser visto no gráfico que uma alta conversão de H2 é conseguida na presença da dita concentração de 12000 mg/l de sulfeto, e esses resultados são continuamente mantidos durante a duração do experimento.

[00141] O experimento 3 mostra os resultados sobre a conversão de H2 da administração de 24000 mg/l de sulfeto (S2-) à cultura sem regulação de pH: o pH da cultura muda para altamente alcalino (> 12) e a conversão diminui drasticamente, seguido por uma lenta ascensão em direção à normalização.

[00142] Os experimentos 4 e 5 mostram os resultados na conversão de H2 da administração de 24000 mg/l de sulfeto (S2-) à cultura com regulação de pH: o pH da cultura é mantido ativamente em valores dentro da estrutura descrita no método da presente invenção, resultando em um H2 de conversão de forma inesperada e surpreendentemente elevado e desempenho estável e contínuo da cultura na presença da dita concentração de 24000 mg/l de sulfeto pela duração do experimento.

[00143] A partir da comparação dos resultados dos experimentos 3 com os dos experimentos 4 e 5, pode-se inferir que a cultura submetida à regulação do pH de acordo com o método da presente invenção pode não apenas suportar altas concentrações de sulfeto sem perda de desempenho ou continuidade do processo de metanação, mas também melhorar em seu próprio desempenho. Exemplo 3: melhorar o processo regulando-se o valor do ph usando culturas de methanothermobacter thermautotrophicus

[00144] Para manter o desempenho do processo de metanação no ensaio descrito acima mediante a adição de H2S,

os inventores introduziram uma etapa adicional do processo de controlar de forma eficaz o valor de pH e deste modo assegurado que, durante todo o processo foi obtido um pH de cerca de 7. Sob estas condições de processo usando-se culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus, a formação de HS- e S2- verificou-se ser muito mais baixa e também a formação de sais insolúveis parecia ser reduzida.

[00145] Para isso, a cultura de processo - após a configuração experimental do Exemplo 1 - foi diluída com meio de cultura fresco por um fator de 1:2 (tempo de execução de 381 h na Figura 1). Neste experimento foi utilizada a abordagem de diluição, por ser uma maneira fácil de diminuir a concentração de componentes indesejados, como os sais metálicos previamente precipitados, na suspensão do biocatalisador, sem a necessidade de reiniciar completamente o processo. Além disso, o valor do pH foi definido para uma faixa de 7 (cerca de ± 0,3). Nesta fase inicial o H2S fornecido ainda era de 60 ppm.

[00146] Sob as condições de cultura diluída e com pH estabilizado, a cultura do biocatalisador reiniciou a produtividade de metano e a produção de biomassa (Figura 1; tempo de execução 450 h).

[00147] No tempo de execução de 501 h, o fornecimento de H2S foi fixado em 2000 ppm novamente. Com a nova configuração de pH, o efeito negativo previamente observado da adição de H2S no desempenho e crescimento da cultura pode ser resolvido.

[00148] A flutuação do pH entre aprox. 500 e 630 h deve-se ao fato de que a dosagem de pH teve que ser ajustada manualmente e a nova taxa de dosagem suficiente para manter o pH 7 teve que ser determinada primeiro. O fornecimento insuficiente de base de controle de pH fez com que o valor do pH caísse para valores de pH em torno de 6, o que também mostrou uma perda de produtividade de metano. Exemplo 4: tolerância ao sulfeto de hidrogênio em concentrações de até 16000 ppm de h2s usando-se culturas de methanothermobacter thermautotrophicus

[00149] Com a estratégia de controle de pH de acordo com o Exemplo 3, concentrações também muito mais altas - por exemplo, até 16000 ppm de H2S - poderiam ser continuamente adicionadas ao sistema de teste e alimentadas juntamente com o hidrogênio e o gás dióxido de carbono fornecidos ao processo de biometanação.

[00150] Para isso, inicialmente a taxa de conversão de metano em culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus foi estabilizada no nível esperado quando 60 ppm de H2S foram adicionados (conversão de ~ 90%), mas caiu para um valor abaixo do limite de detecção em 192 horas após a adição de 2000 ppm de H2S.

[00151] A metanação na presença de altos níveis de H2S só seria estabilizada, quando os inventores reiniciassem o processo e - manualmente - diminuíssem o valor de pH da cultura, que normalmente estaria entre 8 e 8,5, diminuindo em pelo menos um log para um valor de pH de cerca de 7.

[00152] Essa modificação - surpreendentemente - permitiu executar o processo de metanação com adição de até 16000 ppm de H2S, sem nenhuma alteração relevante na produtividade do metano. Exemplo 5: tolerância ao sulfeto de hidrogênio do processo de metanação sob a influência de oxigênio adicional usando culturas de methanothermobacter thermautotrophicus

[00153] Os resultados de acordo com o Exemplo 4 foram reproduzidos em uma configuração experimental usando culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus em que até 12000 ppm de H2S foram adicionados. Adicionalmente, O2 foi adicionado além de H2S neste experimento, em etapas de 1000 ppm/dia e até uma concentração final de 5000 e 7000 ppm/dia.

[00154] A adição simultânea de H2S e O2 não mostrou efeito significativo na eficiência de conversão (permanecendo em 90%). Este resultado é a base e prova bem a vantagem inesperada do controle de pH de acordo com a presente invenção, mesmo quando usando gás geotérmico "real" ou pelo menos "tratado" no processo de metanação. Exemplo 6: processo de metanação com gás geotérmico pré-tratado usando culturas de methanothermobacter thermautotrophicus

[00155] A fração bruta não condensável de gás geotérmico pode conter quantidades bastante elevadas de H2S, na faixa de até 10 vezes mais do que o tipicamente declarado 30000 ppm de H2S. Como em algumas configurações industriais essas altas quantidades são reduzidas para 30000 ppm pelo pré- tratamento do gás geotérmico bruto no chamado processo Sulfix (por exemplo, na usina geotérmica de Hellisheiði, Islândia), neste conjunto experimental o gás pré-tratado foi usado para experimentos usando culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus. Este gás é denominado “gás geotérmico tratado”.

[00156] É de notar que o gás geotérmico tratado normalmente contém oxigênio (O2) em concentrações de até aprox. 2%, a qual é uma situação criada por um compressor e que normalmente não faria parte do ambiente natural das arqueias metanogênicas.

[00157] O efeito de longo prazo de tais níveis elevados de H2S ou O2, e especificamente a combinação de ambos, nunca foi sistematicamente investigado até o momento. Entretanto, a tolerância do processo de metanação de acordo com esta invenção em relação esses parâmetros é um pré- requisito para permitir o uso do hidrogênio (H2) e dióxido de carbono (CO2) presentes na fração não condensável do gás geotérmico tratado para a produção de metano.

[00158] A composição típica do gás geotérmico tratado é mostrada na Tabela 1: Tabela 1. composição típica do gás geotérmico tratado. Composição de gás do gás geotérmico tratado Composição (% em volume) H2S 3,3% CO2 51,5% H2 36,1% N2 6,6% O2 1,1% CH4 1,0% H2O 0,3% Soma 100,0%

[00159] O processo foi iniciado com CO2 puro e H2 eletrolítico para iniciar a cultura antes de mudar para gás geotérmico por 3 dias. Posteriormente, o CO2 "puro" foi substituído por CO2 do gás geotérmico tratado e as taxas de fluxo foram ajustadas em conformidade, a fim de manter os fluxos de entrada totais de 0,4 l/min e uma estequiometria de

4,3:1. Consequentemente, o fluxo de gás geotérmico tratado foi de 0,125 l/min correspondente a um fluxo de CO2 de aproximadamente 0,065 l/min (teor de 53% de CO2 no gás geotérmico tratado). Por diluição com H2 eletrolítico adicional, os outros gases como H2S, O2 e N2 na entrada eram 0,6% em volume, 0,4% em volume e 2,4% em volume, respectivamente (Figura 4). Conforme ilustrado na Figura 4, a mudança de CO2 para gás geotérmico tratado causou uma ligeira queda na conversão de CO2 em CH4 de 98% para 87%, que foi rapidamente recuperado em poucas horas e resultou novamente em uma taxa de conversão acima de 95%. Exemplo 7: processo de metanação com gás geotérmico tratado apenas usando-se culturas de methanothermobacter thermautotrophicus

[00160] Um teste deve ser especialmente mencionado aqui, uma vez que o experimento, em que a adição de H2 eletrolítica foi completamente desligada, foi particularmente bem-sucedida.

[00161] Para isso, o processo - conforme descrito acima - foi estabelecido apenas em gás geotérmico tratado usando-se culturas de Methanothermobacter thermautotrophicus. Isso permitiu executar o processo de metanação sem um eletrolisador instalado apenas com gás geotérmico (tratado).

[00162] O gás geotérmico tratado tinha uma razão de H2:CO2 de ca. 0,67: 1 até agora abaixo da razão frequentemente considerada ideal de 4:1. Consequentemente, era esperada uma conversão incompleta de CO2. Entretanto, o processo sendo adaptado com um controle de pH funcionou com muito sucesso apenas no gás pré-tratado.

[00163] A conversão “total” de CO2 foi de cerca de

13,6%, o que corresponde a ca. 80% da taxa de conversão máxima teórica (de cerca de 16,2%), dada esta estequiometria. Este efeito muito surpreendente demonstrou que o processo de metanação operou com sucesso, mesmo que apenas o gás geotérmico tratado fosse usado como alimentação do processo (Figura 5). Exemplo 8: metanação em altas concentrações de sulfeto usando-se culturas de methanobrevibacter arboriphilus

[00164] Na Figura 6, três gráficos que relatam a atividade de metanização culturas de Methanobrevibacter arboriphilus com e sem a aplicação do método e regulação e controle de pH da presente invenção de regulação são mostrados, como medido na redução de H2 (ou conversão). Três concentrações diferentes de sulfeto foram testadas, cada uma representando um único gráfico. A densidade óptica média (OD610) das culturas foi de 3 a 5.

[00165] Em um primeiro experimento (círculos pretos), uma concentração de 24 mg/l de sulfeto (S2-) foi administrada na forma de Na2S à cultura da espécie Methanobacteria, ao mesmo tempo em que proporcionava a regulação do pH, dentro da estrutura descrita no método da presente invenção. Pode ser visto nos gráficos correspondentes da Figura 6 que uma alta formação de metano é alcançada na presença da dita concentração de 24 mg/l de sulfeto regulado a um valor de pH inicial de 7,2, e esses resultados são mantidos de forma constante durante o experimento.

[00166] Os resultados semelhantes foram observados usando-se culturas de Methanobrevibacter arboriphilus em um segundo experimento (círculos preenchidos em cinza), quando uma concentração 5 vezes maior de 121 mg/l de sulfeto é administrada enquanto fornece regulação de pH em um valor de pH inicial de cerca de 7,2: Estas condições resultaram em uma metanação inesperada e surpreendentemente elevada e no desempenho contínuo da cultura na presença da dita concentração de 121 mg/l de sulfeto.

[00167] Em um terceiro experimento, a metanação foi analisada ao administrar 12,700 mg/l de sulfeto, respectivamente, à cultura sem qualquer regulação do pH. A Figura 6 mostra os resultados para um valor de pH inicial de 8,7, ou seja, cerca do valor de pH 9 (cf. círculos não preenchidos). Neste cenário, sem regulação do pH, o pH inicial aumentou para um valor de pH acima de 9,0 e, consequentemente, a metanação diminui drasticamente durante a duração do experimento. Exemplo 9: metanação em altas concentrações de sulfeto usando-se culturas de methanothermus fervidus

[00168] Comparável como na Figura 6, na Figura 7, três gráficos que relatam a atividade de metanização de culturas de Methanothermus fervidus com e sem a aplicação do método de controle e regulação de pH da presente invenção são mostrados, como medido na redução de H2 (ou conversão). Três concentrações diferentes de sulfeto foram testadas, cada uma representando um único gráfico. A densidade óptica média (OD610) das culturas foi de 1,5 a 2,5.

[00169] Os resultados do primeiro experimento (círculos preenchidos pretos) dada uma concentração de 24 mg/l de sulfeto (S2-) e do segundo experimento (círculos a cinzento) dada uma concentração de 121 mg/l de sulfeto mostraram resultados semelhantes àquele caso do uso de Methanobrevibacter arboriphilus como pode ser visto na Figura

7. Ou seja, essas concentrações de sulfeto resultaram em uma alta formação de metano, e esses resultados são mantidos de forma constante durante o experimento.

[00170] No terceiro experimento, quando foi analisada a metanação ao administrar 12,700 mg/l de sulfeto, respectivamente, à cultura sem nenhuma regulação do pH, foram recebidos resultados semelhantes aos do terceiro experimento utilizando culturas de Methanobrevibacter arboriphilus. A Figura 7 mostra os resultados (cf. círculos não preenchidos). Neste cenário, sem regulação de pH, o pH inicial de 8,7 aumentou para um valor de pH acima de 9,0 e, consequentemente, a metanação diminui drasticamente durante a duração do experimento.

[00171] A partir da comparação dos resultados dos experimentos 1 e 2 com os do experimento 3 de Methanobrevibacter arboriphilus e Methanothermus fervidus, pode-se inferir que as culturas dos dois gêneros de microrganismos adicionais e distintos submetidos à regulação do pH de acordo com o método da presente invenção podem consistentemente resistir a altas concentrações de sulfeto sem perda de desempenho ou continuidade do processo de metanação. Exemplo 10: método de cultivo melhorado

[00172] Na tentativa de melhorar ainda mais a metanação, os inventores também aprimoraram as técnicas de cultivo de microrganismos metanogênicos. Em suma, uma cultura de Methanobrevibacter arboriphilus foi cultivada em condições estáveis por aproximadamente 400 horas a um pH ≤ 7,2 (média 7,1). Nessas condições, foi observada uma conversão média (CO2) de 23%.

[00173] Após este início de cultivo, o pH foi aumentado para ficar constantemente acima de 7,45 (média 7,6).

Os efeitos surpreendentes na metanação ao longo do tempo são ilustrados na Figura 8. Esta mudança de pH para um pH maior resultou em uma conversão média (CO2) de 35% e, assim, foi inesperadamente melhorada para uma taxa de metanação média vantajosamente ca. 50% mais alto do que na respectiva condição de pH mais baixo (cf. Figura 8).

[00174] Em um experimento semelhante, quando uma cultura de Methanobrevibacter arboriphilus foi cultivada pela primeira vez em condições estáveis a um pH ≤ 6,5 mostrou um aumento inesperado e benéfico comparável na metanação após o pH ter sido alterado para estar constantemente acima de 7,45 (dados não mostrados).

[00175] A partir desses experimentos, os inventores da presente invenção concluíram - sem serem limitados pela teoria que - contra qualquer previsão do estado da técnica do conhecimento, uma mudança para valores de pH aumentados teve um efeito benéfico no metabolismo e desempenho de metanação de microrganismos metanogênicos, como mostrado nos exemplos da presente invenção para diferentes espécies de metanobactérias. REFERÊNCIAS:

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[00177] Koster, I. W., Rinzema, A., De Vegt, A. L., Letinga, G., Sulfite inhibition of the methanogenic activity of granular sludge at various pH - levels, Water Research, Vol. 20 (12), páginas 1561-1567 (1986)

[00178] O’Flaherty, V., Mahony, T., O’Kennedy, R., Colleran, E., Effect of pH on growth kinetics and sulphide toxicity thresholds of a range of methanogenic, syntrophic and sulphate-reducing bacteria, Process Biochemistry, Vol. 33, Issue 5, páginas 555-569 (1998)

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[00180] Edgcomb, V. P., Molyneaux, S. J., Saito, M. A., Lloyd, K., Böer, S., Wirsen, C. O., Atkins, M. S., Teske, A., Sulfide Ameliorates Metal Toxicity for Deep-Sea Hydrothermal Vent Archaea, Appl. and Environmental Microbiol., Vol. 70, no. 4, páginas 2551–2555 (2004)

[00181] McAnulty, M. J., Poosarla, V.G., Kim, K.- Y., Jasso-Chávez, R., Logan, Br. E., Wood, T. K., Electricity from methane by reversing methanogenesis, Nat. Comm., Vol. 8, art. 15419 (2017)

[00182] Procházka, J., Dolejš, P., Máca, J. & Dohányos, M., Stability and inhibition of anaerobic processes caused by insufficiency or excess of ammonia nitrogen, Appl. Microbiol. Biotechnol., Vol. 93, páginas 439–447 (2012).

[00183] Anderson I, Djao OD, Misra M, Chertkov O, Nolan M, Lucas S, Lapidus A, Del Rio TG, Tice H, Cheng JF, Tapia R, Han C, Goodwin L, Pitluck S, Liolios K, Ivanova N, Mavromatis K, Mikhailova N, Pati A, Brambilla E, Chen A, Palaniappan K, Land M, Hauser L, Chang YJ, Jeffries CD, Sikorski J, Spring S, Rohde M, Eichinger K, Huber H, Wirth R, Göker M, Detter JC, Woyke T, Bristow J, Eisen JA, Markowitz V, Hugenholtz P, Klenk HP, Kyrpides NC.; Complete genome sequence of Methanothermus fervidus type strain (V24S); Stand Genomic

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Claims (14)

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA PRODUZIR METANO A PARTIR DE GASES CONTENDO CO2 EM UM BIORREATOR, caracterizado por compreender: a. cultivar micro-organismo metanogênico em um processo contínuo; b. fornecer gases contendo CO2, que compreende H2S e/ou O2; c. alimentar a cultura de micro-organismos metanogênicos com H2 adicional em uma razão estequiométrica de CO2:H2 entre 1:0,6 a 1:5; d. controlar e regular o valor de pH continuamente para ser mantido em um valor de pH em um dado valor abaixo ou em pH 10 adicionando-se quantidades adequadas de ácido e/ou base; e. coletar metano ou uma composição de gás enriquecido com metano.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de cultivar o micro-organismo metanogênico compreender: i. manter o dito micro-organismo metanogênico em um meio de cultura líquido adequado fornecendo uma fonte de nitrogênio e sais; ii. manter as condições de cultura anaeróbicas ou facultativamente anaeróbica; iii. opcionalmente agitar a cultura; iv. remover água metabólica da cultura continuamente; e v. manter as temperaturas em uma faixa de 32 °C e 90 °C ou 32 °C e 85 °C à pressão atmosférica.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo micro-organismo metanogênico ser cultivado na presença de sulfeto adicionalmente adicionado, de preferência na forma de Na2S e/ou amônio, de preferência na forma de NH4OH.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo micro-organismo metanogênico ser cultivado até uma densidade de micro- organismos na cultura medida como OD610 sendo pelo menos 14 e até 60 e correspondente a um peso seco dos micro-organismos na cultura de pelo menos 2,5 g/l e até 20 g/l.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela cultura de micro-organismo metanogênico ser continuamente estabilizada ou regulada para ser mantida em um dado valor abaixo de ou em pH 9, abaixo de ou em pH 8 ou em pH 7 adicionando-se quantidades adequadas de ácido e/ou base; ou a cultura de micro-organismo metanogênico ser continuamente estabilizada ou regulada para manter o dado valor de pH dosando-se quantidades adequadas de NaOH ou NH4OH e HCl ou H2SO4 à cultura.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por pelo menos um micro-organismo metanogênico ser selecionado dentre o grupo de Archaea ou arqueobactérias que compreende Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanothermobacter, Methanococcus, Methanosarcina, Methanopyrus ou misturas dos mesmos.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo micro-organismo metanogênico ser anaeróbico e/ou tolerante a oxigênio.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, no meio de cultura líquido adequado da etapa i., estar um meio moderadamente salino, em que a concentração do ânion cloreto está na faixa de 12 mmol/l a 300 mmol/l; e/ou em que a concentração de NaCl está na faixa de 0,4 g/l a 12 g/l, de preferência na faixa de 3 g/l a 6 g/l e, mais preferencialmente, em torno de 5,6 g/l.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo micro-organismo metanogênico ser selecionado dentre o grupo de micro- organismos naturalmente selecionados ou nativamente adaptados, micro-organismos halofílicos adaptados e micro-organismos geneticamente modificados, todos capazes de viver e prosperar em ambiente moderadamente salino.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelos gases contendo CO2 serem a fonte de carbono para a produção de metano e deriva de emissões ricas em CO2 e/ou emissões de gás de refugo.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo gás contendo CO2 compreender pelo menos 20% de CO2 e/ou o gás contendo CO2 compreende até 5.000 mg/l de H2S e/ou o gás contendo CO2 compreende até, mas não mais que 5% de O2.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo procedimento inteiro, ou pelo menos uma etapa, ser executado sob condições de pressão atmosférica ou sob condições pressurizadas com até 16 ou até 420 bar.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo metano coletado ser essencialmente isento de contaminantes sólidos, partículas sólidas pequenas, contaminantes sólidos em suspensão, graxas ou contaminantes gasosos, compostos orgânicos voláteis (VOCs) e outros contaminantes residuais.

14. MÉTODO PARA PRODUZIR METANO A PARTIR DE CO2 OU GASES CONTENDO CO2 EM UM BIORREATOR, caracterizado por compreender: a. cultivar um micro-organismo metanogênico com CO2 e H2 em uma primeira faixa de valores de pH de pH 5,5 a 7,0 para induzir replicação rápida do micro-organismo metanogênico, seguido por b. cultivar continuamente o dito micro-organismo em uma segunda faixa de valores de pH de pH 7,1 a 10 para aumentar a produção de metano em comparação com a produção de metano da etapa a; c. controlar e regular o valor de pH continuamente para estar em um dado valor; d. coletar metano ou uma composição de gás enriquecido com metano.