BR112021018944B1 - IMPROVED FERMENTATION OF GREENHOUSE GAS - Google Patents

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Hendrik Jan Noorman
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Abstract

FERMENTAÇÃO MELHORADA DE GASES DE EFEITO ESTUFA. A presente invenção se refere a um método para cultivar um micro-organismo capaz de utilizar uma matéria-prima orgânica, compreendendo as etapas de: (i) cultivar o micro-organismo em um ou mais biorreatores (1); (ii) capturar CO2 de um ou mais biorreatores (1) e reduzir o CO2 a uma matéria-prima orgânica em uma unidade de redução (3); e (iii) alimentar pelo menos uma parte da matéria-prima orgânica da unidade de redução (3) em um ou mais biorreatores (1).IMPROVED FERMENTATION OF GREENHOUSE GAS. The present invention relates to a method for cultivating a microorganism capable of using an organic raw material, comprising the steps of: (i) cultivating the microorganism in one or more bioreactors (1); (ii) capture CO2 from one or more bioreactors (1) and reduce the CO2 to an organic feedstock in a reduction unit (3); and (iii) feed at least part of the organic raw material from the reduction unit (3) into one or more bioreactors (1).

Description

CampoField

[0001] A presente invenção se refere a um método para cultivar um micro-organismo capaz de utilizar uma matéria- prima orgânica. De acordo com outro aspecto, a presente invenção se refere a um sistema para cultivar um micro-organismo capaz de utilizar uma matéria-prima orgânica.[0001] The present invention relates to a method for cultivating a microorganism capable of using an organic raw material. According to another aspect, the present invention relates to a system for cultivating a microorganism capable of using an organic raw material.

FundamentosFundamentals

[0002] Os micro-organismos são usados em grande escala para a produção industrial dos próprios micro-organismos ou metabólitos produzidos pelos micro-organismos. Esses processos de fermentação industrial e as operações de flanqueamento embutidas em uma fábrica ou biorrefinaria consomem muita energia e o CO2 é emitido devido ao uso de energia e, também, ao metabolismo dos próprios micro-organismos. Face às alterações climáticas, é urgente a necessidade de processos de fermentação industrial com emissão reduzida de CO2, ou sem emissão de CO2, ou mesmo com emissões negativas de CO2.[0002] Microorganisms are used on a large scale for the industrial production of the microorganisms themselves or metabolites produced by the microorganisms. These industrial fermentation processes and the flanking operations built into a factory or biorefinery are energy intensive and CO2 is emitted due to energy use and also the metabolism of the microorganisms themselves. In the face of climate change, there is an urgent need for industrial fermentation processes with reduced CO2 emissions, or without CO2 emissions, or even with negative CO2 emissions.

Descrição detalhadaDetailed Description

[0003] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um método para cultivar um micro-organismo capaz de utilizar uma matéria-prima orgânica, compreendendo as etapas de: (i) cultivar o micro-organismo em um ou mais biorreatores (1); (ii) capturar CO2 de um ou mais biorreatores (1), de um modo preferido em uma unidade de captura (2), e reduzir o CO2 a uma matéria-prima orgânica, de um modo preferido em uma unidade de redução (3); e (iii) alimentar pelo menos uma parte da matéria-prima orgânica, de um modo preferido da unidade de redução (3) em um ou mais biorreatores (1), de um modo preferido alimentar pelo menos uma parte da matéria-prima orgânica da unidade de redução (3) em um ou mais biorreatores.[0003] According to a first aspect, the present invention relates to a method for cultivating a microorganism capable of using an organic raw material, comprising the steps of: (i) cultivating the microorganism in one or more bioreactors (1); (ii) capturing CO2 from one or more bioreactors (1), preferably in a capture unit (2), and reducing the CO2 to an organic feedstock, preferably in a reduction unit (3) ; and (iii) feeding at least a part of the organic raw material, preferably from the reduction unit (3) into one or more bioreactors (1), preferably feeding at least a part of the organic raw material from the reduction unit (3) in one or more bioreactors.

[0004] Os presentes inventores constataram que a invenção proporciona o cultivo de micro-organismos com emissão reduzida de CO2, ou mesmo sem emissão de CO2. Além disso, ao alimentar a matéria-prima orgânica em um ou mais biorreatores, o substrato de carbono usado para o crescimento do micro-organismo, ou seja, açúcar, etanol, glicerol, oligossacarídeos, polissacarídeos, óleo ou álcool de açúcar, pode ser reduzido. Isso significa que o rendimento de biomassa por açúcar usado é aumentado, o que proporciona um processo de produção aprimorado.[0004] The present inventors found that the invention provides for the cultivation of microorganisms with reduced CO2 emissions, or even without CO2 emissions. Furthermore, when feeding organic feedstock into one or more bioreactors, the carbon substrate used for microorganism growth, i.e. sugar, ethanol, glycerol, oligosaccharides, polysaccharides, oil or sugar alcohol, can be reduced. This means that the biomass yield per sugar used is increased, which provides an improved production process.

[0005] Um "biorreator", conforme usado no presente contexto, é um recipiente de fermentação adequado para o cultivo controlado de um micro-organismo na presença ou ausência de oxigênio.[0005] A "bioreactor", as used in the present context, is a fermentation vessel suitable for the controlled cultivation of a microorganism in the presence or absence of oxygen.

[0006] Uma 'unidade de captura de CO2'é um meio físico adequado para capturar CO2 do gás de escape de um ou mais biorreatores (1).[0006] A 'CO2 capture unit' is a physical means suitable for capturing CO2 from the exhaust gas of one or more bioreactors (1).

[0007] Uma 'unidade de redução de CO2'é um meio físico, como um aparelho ou equipamento, que é adequado para a redução de CO2 a uma matéria-prima orgânica.[0007] A 'CO2 reduction unit' is a physical means, such as an apparatus or equipment, that is suitable for reducing CO2 to an organic raw material.

[0008] Micro-organismos capazes de utilizar uma matéria-prima orgânica, conforme usado no presente contexto, significa micro-organismos que podem assimilar a matéria-prima orgânica.[0008] Microorganisms capable of utilizing an organic raw material, as used in the present context, means microorganisms that can assimilate the organic raw material.

[0009] ‘Matérias-primas orgânicas’, conforme usadas no presente contexto, são matérias-primas contendo carbono resultantes da redução de CO2. De um modo preferido, a presente matéria-prima orgânica é derivada de CO2. De um modo mais preferido, a presente matéria-prima orgânica é derivável de CO2 usando redução eletroquímica de CO2, redução microbiana de CO2, processo enzimático de conversão de CO2 ou um processo de síntese orgânica. Alternativamente, as matérias-primas orgânicas usadas no presente contexto podem ser definidas como transportadoras de energia derivadas de CO2. De um modo preferido, a quantidade de matéria-prima orgânica introduzida em um ou mais biorreatores é menor do que a quantidade de substrato em um ou mais biorreatores.[0009] ‘Organic raw materials’, as used in the present context, are carbon-containing raw materials resulting from CO2 reduction. Preferably, the present organic raw material is derived from CO2. More preferably, the present organic raw material is derivable from CO2 using electrochemical CO2 reduction, microbial CO2 reduction, enzymatic CO2 conversion process or an organic synthesis process. Alternatively, the organic raw materials used in the present context can be defined as CO2-derived energy carriers. Preferably, the amount of organic feedstock introduced into one or more bioreactors is less than the amount of substrate in one or more bioreactors.

[00010] Em uma modalidade preferida, a presente matéria-prima orgânica, ou transportador de energia derivada de CO2, é escolhida a partir do grupo que consiste em ácido fórmico (HCOOH), metanol (CH3OH), etileno (C2H4), etanol (C2H5OH), 1-propanol (CH3CH2CH2OH), metano (CH4), ácido acético (CH3COOH) e monóxido de carbono (CO). De um modo mais preferido, a presente matéria-prima orgânica é o ácido fórmico. A vantagem de usar ácido fórmico é que ele pode ser produzido com eficiência a partir de CO2, e os micro-organismos podem ser capazes de utilizar ácido fórmico. Os micro-organismos podem utilizar o ácido fórmico inerentemente, ou os micro-organismos podem ser projetados para serem capazes de utilizar o ácido fórmico. Portanto, o presente micro-organismo é de um modo preferido capaz de utilizar ácido fórmico.[00010] In a preferred embodiment, the present organic feedstock, or CO2-derived energy carrier, is chosen from the group consisting of formic acid (HCOOH), methanol (CH3OH), ethylene (C2H4), ethanol ( C2H5OH), 1-propanol (CH3CH2CH2OH), methane (CH4), acetic acid (CH3COOH) and carbon monoxide (CO). More preferably, the present organic raw material is formic acid. The advantage of using formic acid is that it can be efficiently produced from CO2, and microorganisms may be able to utilize formic acid. Microorganisms may inherently utilize formic acid, or microorganisms may be engineered to be capable of utilizing formic acid. Therefore, the present microorganism is preferably capable of utilizing formic acid.

[00011] Em uma modalidade preferida, a presente matéria-prima orgânica não é formato. A desvantagem do formato é que o formato é um ânion que precisa ser equilibrado com um cátion, que precisa ser fornecido por meio de titulação. Posteriormente, na fermentação, a absorção do ácido fórmico resulta na necessidade de uma retrotitulação para equilibrar o cátion. Como resultado, um sal será produzido como coproduto, o que é altamente indesejável por razões econômicas e ambientais.[00011] In a preferred embodiment, the present organic raw material is not formatted. The disadvantage of formate is that formate is an anion that needs to be balanced with a cation, which needs to be supplied through titration. Later in fermentation, the absorption of formic acid results in the need for back-titration to balance the cation. As a result, a salt will be produced as a co-product, which is highly undesirable for economic and environmental reasons.

[00012] 'Cultivar o micro-organismo', conforme usado no presente contexto, compreende a produção de biomassa e/ou a produção de um composto de interesse, como metabólitos extracelulares e/ou metabólitos intracelulares, incluindo compostos complexos como enzimas, lipídios, polissacarídeos, vitaminas e antibióticos.[00012] 'Cultivating the microorganism', as used in the present context, comprises the production of biomass and/or the production of a compound of interest, such as extracellular metabolites and/or intracellular metabolites, including complex compounds such as enzymes, lipids, polysaccharides, vitamins and antibiotics.

[00013] De um modo preferido, a fermentação é em escala industrial. De um modo mais preferido, um ou mais biorreatores (1) cada um tem um volume de mais de 10 litros, de um modo mais preferido mais de 100 litros, de um modo ainda mais preferido mais de 1.000 litros, de um modo mais preferido mais de 10.000 litros.[00013] Preferably, the fermentation is on an industrial scale. More preferably, one or more bioreactors (1) each have a volume of more than 10 liters, more preferably more than 100 liters, even more preferably more than 1,000 liters, more preferably more than 10,000 liters.

[00014] A etapa (i) de cultivo do micro-organismo em um ou mais biorreatores (1) pode ser fermentação anaeróbica e/ou fermentação aeróbica.[00014] Step (i) of cultivating the microorganism in one or more bioreactors (1) can be anaerobic fermentation and/or aerobic fermentation.

[00015] A etapa (ii) de capturar CO2 de um ou mais biorreatores (1) e reduzir o CO2 a uma matéria-prima orgânica em uma unidade de redução (3) significa capturar CO2 do gás de escape de um ou mais biorreatores (1) e reduzir o CO2 capturado à matéria-prima orgânica. Capturar e reduzir o CO2 a uma matéria-prima orgânica em uma unidade de redução (3) pode ser realizado por métodos e equipamentos conhecidos. De um modo preferido, a redução de CO2 é a redução eletroquímica de CO2. Alternativamente, reduzir o CO2 a uma matéria-prima orgânica em uma unidade de redução (3) é a redução fotoeletroquímica de CO2, uma redução enzimática de CO2 ou uma redução microbiana de CO2. Um exemplo de um processo eletroquímico para redução de CO2 em ácido fórmico é revelado em US 2012/0228147.[00015] Step (ii) of capturing CO2 from one or more bioreactors (1) and reducing the CO2 to an organic feedstock in a reduction unit (3) means capturing CO2 from the exhaust gas of one or more bioreactors ( 1) and reduce the CO2 captured from organic raw materials. Capturing and reducing CO2 to an organic feedstock in a reduction unit (3) can be accomplished by known methods and equipment. Preferably, the reduction of CO2 is the electrochemical reduction of CO2. Alternatively, reducing CO2 to an organic feedstock in one reduction unit (3) is photoelectrochemical CO2 reduction, an enzymatic CO2 reduction, or a microbial CO2 reduction. An example of an electrochemical process for reducing CO2 in formic acid is disclosed in US 2012/0228147.

[00016] Em uma modalidade preferida, o gás de escape de um ou mais biorreatores compreende uma concentração de CO2 que é mais de 50%, de um modo preferido mais de 55%, de um modo preferido mais de 60%, de um modo preferido mais de 65%, de um modo preferido mais de 70%, de um modo preferido mais de 75%, de um modo preferido mais de 80%, de um modo preferido mais de 85%, de um modo preferido mais de 90%, de um modo preferido mais de 95%. Alternativamente, o gás de escape compreende uma concentração de CO2 que é inferior a 50%, de um modo preferido inferior a 40%, de um modo preferido inferior a 30%, de um modo preferido inferior a 20%, de um modo preferido inferior a 10%, de um modo preferido inferior a 5%. De um modo preferido, o gás de escape de um ou mais biorreatores compreende uma concentração de CO2 de mais de 90% e o gás de escape de um ou mais outros biorreatores compreende uma concentração de CO2 de menos de 10%. Por exemplo, os processos anaeróbicos fornecem um gás de escape com concentração de CO2 muito alta, enquanto os processos aeróbicos fornecem um gás de escape com baixa concentração de CO2.[00016] In a preferred embodiment, the exhaust gas from one or more bioreactors comprises a concentration of CO2 that is more than 50%, preferably more than 55%, preferably more than 60%, preferably more than preferably more than 65%, preferably more than 70%, preferably more than 75%, preferably more than 80%, preferably more than 85%, preferably more than 90% , preferably more than 95%. Alternatively, the exhaust gas comprises a CO2 concentration that is less than 50%, preferably less than 40%, preferably less than 30%, preferably less than 20%, preferably less to 10%, preferably less than 5%. Preferably, the exhaust gas from one or more bioreactors comprises a CO2 concentration of more than 90% and the exhaust gas from one or more other bioreactors comprises a CO2 concentration of less than 10%. For example, anaerobic processes provide an exhaust gas with a very high CO2 concentration, while aerobic processes provide an exhaust gas with a low CO2 concentration.

[00017] A etapa (iii) de alimentação de pelo menos uma parte da matéria-prima orgânica da unidade de redução em um ou mais biorreatores (1) compreendendo a alimentação de pelo menos 10% (p/p) da matéria-prima orgânica da unidade de redução (3). De um modo mais preferido, a alimentação de pelo menos 20% (p/p), pelo menos 30% (p/p), pelo menos 40% (p/p), pelo menos 50% (p/p), pelo menos 60% (p/p), pelo menos 70% (p/p), pelo menos 80% (p/p), pelo menos 90% (p/p), pelo menos 95% (p/p) ou pelo menos 99% (p/p) da matéria-prima orgânica da unidade de redução (3) para os biorreatores (1). De um modo mais preferido, 100% da matéria-prima orgânica formada é alimentada em um ou mais biorreatores (1). Vantajosamente, o presente método pode ser otimizado em que a quantidade de matéria-prima orgânica que é reduzida de CO2 corresponde à quantidade de matéria- prima orgânica que pode ser usada para coalimentação nos biorreatores. Isso fornece um método aprimorado que reduz a emissão de CO2 e pode ser implementado com custos mais baixos porque o equipamento necessário para a redução de CO2 pode ser menor. Por outro lado, em vista da precificação do carbono, pode ser vantajoso reduzir todo o CO2 formado à matéria-prima orgânica. Qualquer excedente de matéria-prima orgânica, ou seja, matéria-prima que não pode ser coalimentada para os biorreatores (1), pode ser usado para outros fins comerciais. Portanto, o presente método pode compreender uma etapa de coleta de matéria-prima orgânica formada e embalagem e/ou transporte.[00017] Step (iii) of feeding at least part of the organic raw material from the reduction unit into one or more bioreactors (1) comprising feeding at least 10% (w/w) of the organic raw material of the reduction unit (3). More preferably, the feed is at least 20% (w/w), at least 30% (w/w), at least 40% (w/w), at least 50% (w/w), at least at least 60% (w/w), at least 70% (w/w), at least 80% (w/w), at least 90% (w/w), at least 95% (w/w) or at least minus 99% (w/w) of the organic raw material from the reduction unit (3) to the bioreactors (1). More preferably, 100% of the organic feedstock formed is fed into one or more bioreactors (1). Advantageously, the present method can be optimized in that the amount of organic raw material that is reduced from CO2 corresponds to the amount of organic raw material that can be used for co-feeding in the bioreactors. This provides an improved method that reduces CO2 emissions and can be implemented at lower costs because the equipment required for CO2 reduction can be smaller. On the other hand, in view of carbon pricing, it may be advantageous to reduce all CO2 formed to organic raw material. Any surplus organic feedstock, i.e. feedstock that cannot be co-fed to the bioreactors (1), can be used for other commercial purposes. Therefore, the present method may comprise a step of collecting formed organic raw material and packaging and/or transportation.

[00018] Em uma modalidade preferida, o presente método usa dois ou pelo menos dois biorreatores, de um modo mais preferido três ou pelo menos três biorreatores, de um modo mais preferido quatro ou pelo menos quatro biorreatores. Os biorreatores podem fermentar o mesmo micro-organismo, ou cada biorreator pode fermentar um tipo diferente de micro-organismo. Por exemplo, no caso de dois biorreatores serem usados, os mesmos micro-organismos podem ser fermentados, mas também dois tipos diferentes de micro-organismos podem ser fermentados. A vantagem de combinar diferentes tipos de micro-organismos é que pode ser escolhida uma combinação que faça uso eficiente dos fluxos de resíduos uns dos outros. Ou diferentes tipos de matérias-primas orgânicas reduzidas de CO2 podem ser usadas por diferentes microorganismos porque um micro-organismo pode ser melhor na utilização de um tipo de matéria-prima orgânica do que outro. Esta flexibilidade aumenta a aplicabilidade da presente invenção.[00018] In a preferred embodiment, the present method uses two or at least two bioreactors, more preferably three or at least three bioreactors, more preferably four or at least four bioreactors. Bioreactors can ferment the same microorganism, or each bioreactor can ferment a different type of microorganism. For example, in case two bioreactors are used, the same microorganisms can be fermented, but also two different types of microorganisms can be fermented. The advantage of combining different types of microorganisms is that a combination can be chosen that makes efficient use of each other's waste streams. Or different types of CO2-reduced organic feedstocks may be used by different microorganisms because one microorganism may be better at utilizing one type of organic feedstock than another. This flexibility increases the applicability of the present invention.

[00019] Em uma modalidade preferida, o presente micro-organismoé escolhido a partir do grupo que consiste em levedura, fungos filamentosos, bactérias e algas. Em uma outra modalidade preferida, o micro-organismo compreende dois micro-organismos diferentes do grupo que consiste em levedura, fungos filamentosos, bactérias e algas. De um modo mais preferido, o micro-organismo compreende três ou mesmo quatro micro-organismos diferentes do grupo que consiste em levedura, fungos filamentosos, bactérias e algas. Por exemplo, o presente micro-organismo compreende leveduras e fungos filamentosos. De um modo mais preferido, o presente método compreende o cultivo de levedura em um biorreator e o cultivo de um fungo filamentoso em um segundo biorreator.[00019] In a preferred embodiment, the present microorganism is chosen from the group consisting of yeast, filamentous fungi, bacteria and algae. In another preferred embodiment, the microorganism comprises two different microorganisms from the group consisting of yeast, filamentous fungi, bacteria and algae. More preferably, the microorganism comprises three or even four different microorganisms from the group consisting of yeast, filamentous fungi, bacteria and algae. For example, the present microorganism comprises yeasts and filamentous fungi. More preferably, the present method comprises cultivating yeast in a bioreactor and cultivating a filamentous fungus in a second bioreactor.

[00020] Uma célula de levedura é de um modo preferido uma levedura pertencente ao gênero de Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia, Saccharomyces, Schizosaccharomyces ou Yarrowia. De um modo mais preferido, a presente levedura é Kluyveromyces lactis, Saccharomyces cerevisiae, Hansenula polymorpha, Yarrowia lipolytica ou Pichia pastoris.[00020] A yeast cell is preferably a yeast belonging to the genus Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia, Saccharomyces, Schizosaccharomyces or Yarrowia. More preferably, the present yeast is Kluyveromyces lactis, Saccharomyces cerevisiae, Hansenula polymorpha, Yarrowia lipolytica or Pichia pastoris.

[00021] Os fungos filamentosos incluem todas as formas filamentosas da subdivisão Eumycota e Oomycota (conforme definido por Hawksworth et al., In, Ainsworth and Bisby's Dictionary of The Fungi, 8a edição, 1995, CAB International, University Press, Cambridge, UK). Os fungos filamentosos são caracterizados por uma parede micelial composta de quitina, celulose, glucana, quitosana, manana e outros polissacarídeos complexos. O crescimento vegetativo se dá por alongamento das hifas e o catabolismo do carbono é obrigatoriamente aeróbico. As cepas de fungos filamentosos incluem, mas não se limitam a, cepas de Acremonium, Agaricus, Aspergillus, Aureobasidium, Chrysosporium, Coprinus, Cryptococcus, Filibasidium, Fusarium, Humicola, Magnaporthe, Mucor, Myceliophthora, Neocallimastix, Neurospora, Paecilomyces, Penicillium, Piromyces, Panerochaete, Pleurotus, Schizophyllum, Talaromyces, Rasamsonia, Thermoascus, Thielavia, Tolypocladium, e Trichoderma.[00021] Filamentous fungi include all filamentous forms of the subdivision Eumycota and Oomycota (as defined by Hawksworth et al., In, Ainsworth and Bisby's Dictionary of The Fungi, 8th edition, 1995, CAB International, University Press, Cambridge, UK) . Filamentous fungi are characterized by a mycelial wall composed of chitin, cellulose, glucan, chitosan, mannan and other complex polysaccharides. Vegetative growth occurs through hyphae lengthening and carbon catabolism is necessarily aerobic. Strains of filamentous fungi include, but are not limited to, strains of Acremonium, Agaricus, Aspergillus, Aureobasidium, Chrysosporium, Coprinus, Cryptococcus, Filibasidium, Fusarium, Humicola, Magnaporthe, Mucor, Myceliophthora, Neocallimastix, Neurospora, Paecilomyces, Penicillium, Piromyces , Panerochaete, Pleurotus, Schizophyllum, Talaromyces, Rasamsonia, Thermoascus, Thielavia, Tolypocladium, and Trichoderma.

[00022] Os fungos filamentosos preferidos pertencem a uma espécie do gênero Acremonium, Aspergillus, Chrysosporium, Myceliophthora, Penicillium, Talaromyces, Rasamsonia, Thielavia, Fusarium ou Trichoderma e, de um modo mais preferido, uma espécie de Aspergillus niger, Acremonium alabamense, Aspergillus awamori, Aspergillus foetidus, Aspergillus sojae, Aspergillus fumigatus, Talaromyces emersonii, Rasamsonia emersonii, Aspergillus oryzae, Chrysosporium lucknowense, Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Trichoderma reesei, Thielavia terrestris ou Penicillium chrysogenum. Um fungo filamentoso mais preferido pertence ao gênero Aspergillus, de um modo mais preferido o fungo filamentoso pertence à espécie Aspergillus niger ou é Aspergillus niger.[00022] The preferred filamentous fungi belong to a species of the genus Acremonium, Aspergillus, Chrysosporium, Myceliophthora, Penicillium, Talaromyces, Rasamsonia, Thielavia, Fusarium or Trichoderma and, more preferably, a species of Aspergillus niger, Acremonium alabamense, Aspergillus awamori, Aspergillus foetidus, Aspergillus lojae, Aspergillus fumigatus, Talaromyces emersonii, Rasamsonia emersonii, Aspergillus oryzae, Chrysosporium lucknowense, Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Trichoderma reesei, Thielavia terrestris or Penicillium chrysogenum. A more preferred filamentous fungus belongs to the genus Aspergillus, more preferably the filamentous fungus belongs to the species Aspergillus niger or is Aspergillus niger.

[00023] O termo “bactéria” inclui micro-organismos Gram-negativos e Gram-positivos. Bactérias adequadas podem ser selecionadas a partir de, por exemplo, Escherichia, Anabaena, Caulobactert, Gluconobacter, Rhodobacter, Pseudomonas, Paracoccus, Bacillus, Brevibacterium, Corynebacterium, Rhizobium (Sinorhizobium), Flavobacterium, Klebsiella, Enterobacter, Lactobacillus, Lactococcus, Methylobacterium, Staphylococcus, Streptomyces, Actinomycetes, Xanthomonas ou Sphingomonas. De um modo preferido, a célula bacteriana é selecionada a partir do grupo que consiste em B. subtilis, B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, B. puntis, B. megaterium, B. halodurans, B. pumilus, G. oxydans, Caulobactert crescentus CB 15, Methylobacterium extorquens, Rhodobacter sphaeroides, Pseudomonas zeaxanthinifaciens, Paracoccus denitrificans, E. coli, C. glutamicum, Staphylococcus carnosus, Streptomyces lividans, Sinorhizobium melioti e Rhizobium radiobacter.[00023] The term “bacteria” includes Gram-negative and Gram-positive microorganisms. Suitable bacteria can be selected from, for example, Escherichia, Anabaena, Caulobactert, Gluconobacter, Rhodobacter, Pseudomonas, Paracoccus, Bacillus, Brevibacterium, Corynebacterium, Rhizobium (Sinorhizobium), Flavobacterium, Klebsiella, Enterobacter, Lactobacillus, Lactococcus, Methylobacterium, Staphylococcus , Streptomyces, Actinomycetes, Xanthomonas or Sphingomonas. Preferably, the bacterial cell is selected from the group consisting of B. subtilis, B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, B. puntis, B. megaterium, B. halodurans, B. pumilus, G. oxydans, Caulobactert crescentus CB 15, Methylobacterium extorquens, Rhodobacter sphaeroides, Pseudomonas zeaxanthinifaciens, Paracoccus denitrificans, E. coli, C. glutamicum, Staphylococcus carnosus, Streptomyces lividans, Sinorhizobium melioti and Rhizobium radiobacter.

[00024] As presentes algas são de um modo preferido escolhidas do grupo que consiste em glaucófitos, rodoplastos e cloroplastos. De um modo mais preferido, as presentes algas são algas heterotróficas, de um modo mais preferido algas heterotróficas como Chlorella, Nannochloropsys, Nitzschia, Thraustochytrium ou Schizochyttrium.[00024] The present algae are preferably chosen from the group consisting of glaucophytes, rhodoplasts and chloroplasts. More preferably, the present algae are heterotrophic algae, more preferably heterotrophic algae such as Chlorella, Nannochloropsys, Nitzschia, Thraustochytrium or Schizochyttrium.

[00025] Em uma modalidade preferida, os microorganismos de acordo com a invenção compreendem pelo menos um polinucleotídeo que codifica um composto de interesse ou pelo menos um polinucleotídeo que codifica um composto envolvido na produção de um composto de interesse pela célula.[00025] In a preferred embodiment, the microorganisms according to the invention comprise at least one polynucleotide encoding a compound of interest or at least one polynucleotide encoding a compound involved in the production of a compound of interest by the cell.

[00026] O composto de interesse pode ser qualquer composto biológico. O composto biológico pode ser biomassa ou um biopolímero ou metabólito. O composto biológico pode ser codificado por um único polinucleotídeo ou uma série de polinucleotídeos que compõem uma via biossintética ou metabólica ou pode ser o resultado direto do produto de um único polinucleotídeo ou produtos de uma série de polinucleotídeos. O composto biológico pode ser nativo da célula hospedeira ou heterólogo.[00026] The compound of interest can be any biological compound. The biological compound can be biomass or a biopolymer or metabolite. The biological compound may be encoded by a single polynucleotide or a series of polynucleotides that make up a biosynthetic or metabolic pathway or may be the direct result of the product of a single polynucleotide or products of a series of polynucleotides. The biological compound may be native to the host cell or heterologous.

[00027] O termo "composto biológico heterólogo" é definido neste documento como um composto biológico que não é nativo da célula; ou um composto biológico nativo no qual modificações estruturais foram feitas para alterar o composto biológico nativo.[00027] The term "heterologous biological compound" is defined herein as a biological compound that is not native to the cell; or a native biological compound in which structural modifications have been made to alter the native biological compound.

[00028] O termo "biopolímero" é definido neste documento como uma cadeia (ou polímero) de subunidades idênticas, semelhantes ou diferentes (monômeros). O biopolímero pode ser qualquer biopolímero. O biopolímero pode ser, por exemplo, mas não está limitado a, um ácido nucleico, poliamina, poliol, polipeptídeo (ou poliamida) ou polissacarídeo.[00028] The term "biopolymer" is defined herein as a chain (or polymer) of identical, similar or different subunits (monomers). The biopolymer can be any biopolymer. The biopolymer may be, for example, but is not limited to, a nucleic acid, polyamine, polyol, polypeptide (or polyamide) or polysaccharide.

[00029] O biopolímero pode ser um polipeptídeo. O polipeptídeo pode ser qualquer polipeptídeo com uma atividade biológica de interesse. O termo "polipeptídeo" não se destina neste documento a se referir a um comprimento específico do produto codificado e, portanto, abrange peptídeos, oligopeptídeos e proteínas. Os polipeptídeos incluem ainda variações alélicas e de engenharia de ocorrência natural dos polipeptídeos mencionados acima e polipeptídeos híbridos. O polipeptídeo pode ser nativo ou pode ser heterólogo para a célula hospedeira. O polipeptídeo pode ser um colágeno ou gelatina, ou uma variante ou híbrido dos mesmos. O polipeptídeo pode ser um anticorpo ou partes do mesmo, um antígeno, um fator de coagulação, uma enzima, um hormônio ou uma variante do hormônio, um receptor ou partes do mesmo, uma proteína reguladora, uma proteína estrutural, um repórter ou uma proteína de transporte, proteína envolvida no processo de secreção, proteína envolvida no processo de dobramento, chaperona, transportador de aminoácido peptídico, fator de glicosilação, fator de transcrição, peptídeo sintético ou oligopeptídeo, proteína intracelular. A proteína intracelular pode ser uma enzima como uma protease, ceramidases, epóxido hidrolase, aminopeptidase, acilases, aldolase, hidroxilase, aminopeptidase, lipase. O polipeptídeo também pode ser uma enzima secretada extracelularmente. Essas enzimas podem pertencer aos grupos de oxidorredutase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, ligase, catalase, celulase, quitinase, cutinase, desoxirribonuclease, dextranase, esterase. A enzima pode ser uma carbohidrase, por exemplo, celulases, tais como endoglucanases, ß-glucanases, celobiohidrolases ou ß- glucosidases, hemicelulases ou enzimas pectinolíticas, tais como xilanases, xilosidases, mannanases, galactanases, galactosidases, pectina metil esterases, pectina liases, pectato liases, endo poligalacturonases, exopoligalacturonases rhamnogalacturonases, arabanases, arabinofuranosidases, arabinoxilan hidrolases, galacturonases, liases, ou enzimas amilolíticas; hidrolase, isomerase ou ligase, fosfatases como fitases, esterases como lipases, enzimas proteolíticas, oxidorredutases como oxidases, transferases ou isomerases. A enzima pode ser uma fitase. A enzima pode ser uma aminopeptidase, asparaginase, amilase, uma amilase maltogênica, carbohidrase, carboxipeptidase, endo-protease, metalo-protease, serina- protease catalase, quitinase, cutinase, ciclodextrina glicosiltransferase, deoxiribonuclease, esterase, alfa- galactosidase, beta-galactosidase, glucoamilase, alfa- glucosidase, beta-glucosidase, haloperoxidase, proteína deaminase, invertase, laccase, lipase, mannosidase, mutanase, oxidase, enzima pectinolítica, peroxidase, fosfolipase, galactolipase, clorofilase, polifenoloxidase, ribonuclease, transglutaminase, ou glicose oxidase, hexose oxidase ou mono-oxigenase.[00029] The biopolymer can be a polypeptide. The polypeptide can be any polypeptide with a biological activity of interest. The term "polypeptide" is not intended herein to refer to a specific length of the encoded product and therefore encompasses peptides, oligopeptides, and proteins. Polypeptides further include naturally occurring allelic and engineered variations of the above-mentioned polypeptides and hybrid polypeptides. The polypeptide may be native or may be heterologous to the host cell. The polypeptide may be a collagen or gelatin, or a variant or hybrid thereof. The polypeptide may be an antibody or parts thereof, an antigen, a clotting factor, an enzyme, a hormone or a hormone variant, a receptor or parts thereof, a regulatory protein, a structural protein, a reporter or a protein transport, protein involved in the secretion process, protein involved in the folding process, chaperone, peptide amino acid transporter, glycosylation factor, transcription factor, synthetic peptide or oligopeptide, intracellular protein. The intracellular protein can be an enzyme such as a protease, ceramidases, epoxide hydrolase, aminopeptidase, acylases, aldolase, hydroxylase, aminopeptidase, lipase. The polypeptide may also be an extracellularly secreted enzyme. These enzymes can belong to the groups of oxidoreductase, transferase, hydrolase, lyase, isomerase, ligase, catalase, cellulase, chitinase, cutinase, deoxyribonuclease, dextranase, esterase. The enzyme may be a carbohydrase, for example, cellulases, such as endoglucanases, ß-glucanases, cellobiohydrolases or ß-glucosidases, hemicellulases or pectinolytic enzymes, such as xylanases, xylosidases, mannanases, galactanases, galactosidases, pectin methyl esterases, pectin lyases, pectate lyases, endo polygalacturonases, exopolygalacturonases, rhamnogalacturonases, arabanases, arabinofuranosidases, arabinoxylan hydrolases, galacturonases, lyases, or amylolytic enzymes; hydrolase, isomerase or ligase, phosphatases such as phytases, esterases such as lipases, proteolytic enzymes, oxidoreductases such as oxidases, transferases or isomerases. The enzyme may be a phytase. The enzyme may be an aminopeptidase, asparaginase, amylase, a maltogenic amylase, carbohydrase, carboxypeptidase, endoprotease, metalloprotease, serine protease catalase, chitinase, cutinase, cyclodextrin glycosyltransferase, deoxyribonuclease, esterase, alpha-galactosidase, beta-galactosidase , glucoamylase, alpha-glucosidase, beta-glucosidase, haloperoxidase, protein deaminase, invertase, laccase, lipase, mannosidase, mutanase, oxidase, pectinolytic enzyme, peroxidase, phospholipase, galactolipase, chlorophylase, polyphenoloxidase, ribonuclease, transglutaminase, or glucose oxidase, hexose oxidase or mono-oxygenase.

[00030] De um modo preferido, o composto de interesse é um produto heterólogo. De um modo preferido, o composto de interesse é uma glicose oxidase. De um modo mais preferido, o composto de interesse é uma glicose oxidase heteróloga. Em outra modalidade preferida, o composto de interesse é uma enzima lipolítica, por exemplo, uma enzima lipolítica tendo uma ou mais das atividades selecionadas a partir do grupo que consiste em: lipase (triacilglicerol lipase), fosfolipase (por exemplo, fosfolipase A1 e/ou fosfolipase A2 e/ou fosfolipase B e/ou fosfolipase C), galactolipase.[00030] Preferably, the compound of interest is a heterologous product. Preferably, the compound of interest is a glucose oxidase. More preferably, the compound of interest is a heterologous glucose oxidase. In another preferred embodiment, the compound of interest is a lipolytic enzyme, e.g., a lipolytic enzyme having one or more of the activities selected from the group consisting of: lipase (triacylglycerol lipase), phospholipase (e.g., phospholipase A1 and/or or phospholipase A2 and/or phospholipase B and/or phospholipase C), galactolipase.

[00031] De acordo com a presente invenção, um polipeptídeo ou enzima também pode ser um produto conforme descrito em WO 2010/102982. De acordo com a presente invenção, um polipeptídeo também pode ser um polipeptídeo fundido ou híbrido ao qual outro polipeptídeo é fundido no terminal N ou no terminal C do polipeptídeo ou fragmento do mesmo. Um polipeptídeo fundido é produzido pela fusão de uma sequência de ácido nucleico (ou uma porção dela) que codifica um polipeptídeo com uma sequência de ácido nucleico (ou uma porção dela) que codifica outro polipeptídeo.[00031] According to the present invention, a polypeptide or enzyme can also be a product as described in WO 2010/102982. According to the present invention, a polypeptide can also be a fused or hybrid polypeptide to which another polypeptide is fused at the N-terminus or at the C-terminus of the polypeptide or fragment thereof. A fused polypeptide is produced by fusing a nucleic acid sequence (or a portion thereof) encoding one polypeptide with a nucleic acid sequence (or a portion thereof) encoding another polypeptide.

[00032] As técnicas para a produção de polipeptídeos de fusão são conhecidas na arte e incluem a ligação das sequências de codificação que codificam os polipeptídeos de modo que eles estejam enquadrados e a expressão do polipeptídeo fundido esteja sob controle do(s) mesmo(s) promotor(es) e terminador(es). Os polipeptídeos híbridos podem compreender uma combinação de sequências polipeptídicas parciais ou completas obtidas a partir de pelo menos dois polipeptídeos diferentes, em que um ou mais podem ser heterólogos à célula hospedeira. Exemplos de polipeptídeos de fusão e fusões de sequência de sinal são, por exemplo, conforme descrito em WO 2010/121933.[00032] Techniques for producing fusion polypeptides are known in the art and include ligation of the coding sequences encoding the polypeptides so that they are in frame and expression of the fused polypeptide is under the control of the same(s). ) promoter(s) and terminator(s). Hybrid polypeptides may comprise a combination of partial or complete polypeptide sequences obtained from at least two different polypeptides, one or more of which may be heterologous to the host cell. Examples of fusion polypeptides and signal sequence fusions are, for example, as described in WO 2010/121933.

[00033] O biopolímero pode ser um polissacarídeo. O polissacarídeo pode ser qualquer polissacarídeo, incluindo, mas não se limitando a, um mucopolissacarídeo (por exemplo, heparina e ácido hialurônico) e polissacarídeo contendo nitrogênio (por exemplo, quitina). Em uma opção mais preferida, o polissacarídeo é o ácido hialurônico. Em outra opção preferida, o polissacárido é um hidrocoloide, por exemplo, xantana, gelana, pectina, Welan ou outro polissacarídeo.[00033] The biopolymer can be a polysaccharide. The polysaccharide can be any polysaccharide, including, but not limited to, a mucopolysaccharide (e.g., heparin and hyaluronic acid) and nitrogen-containing polysaccharide (e.g., chitin). In a more preferred option, the polysaccharide is hyaluronic acid. In another preferred option, the polysaccharide is a hydrocolloid, for example, xanthan, gellan, pectin, Welan or other polysaccharide.

[00034] O polinucleotídeo que codifica o composto de interesse ou que codifica um composto envolvido na produção do composto de interesse de acordo com a invenção pode codificar uma enzima envolvida na síntese de um metabólito primário ou secundário, como ácidos orgânicos, álcoois, lipídios, carotenoides, beta-lactâmicos, antibióticos e vitaminas. Tal metabólito pode ser considerado como um composto biológico de acordo com a presente invenção. De um modo preferido, o presente composto de interesse é beta- lactama. De um modo preferido, o presente composto de interesse é o etanol.[00034] The polynucleotide encoding the compound of interest or encoding a compound involved in the production of the compound of interest according to the invention may encode an enzyme involved in the synthesis of a primary or secondary metabolite, such as organic acids, alcohols, lipids, carotenoids, beta-lactams, antibiotics and vitamins. Such a metabolite can be considered as a biological compound according to the present invention. Preferably, the present compound of interest is beta-lactam. Preferably, the present compound of interest is ethanol.

[00035] O termo "metabólito"abrange tanto metabólitos primários quanto secundários; o metabólito pode ser qualquer metabólito. Os metabólitos preferidos são ácido cítrico, ácido glucônico, ácido adípico, ácido fumárico, ácido itacônico e ácido succínico.[00035] The term "metabolite" encompasses both primary and secondary metabolites; the metabolite can be any metabolite. Preferred metabolites are citric acid, gluconic acid, adipic acid, fumaric acid, itaconic acid and succinic acid.

[00036] O metabólito pode ser codificado por um ou mais genes, como em uma via biossintética ou metabólica. Metabólitos primários são produtos do metabolismo primário ou geral de uma célula, que se relacionam com o metabolismo energético, o crescimento e a estrutura. Metabólitos secundários são produtos do metabolismo secundário (ver, por exemplo, R. B. Herbert, The Biosynthesis of Secondary Metabolites, Chapman e Hall, New York, 1981).[00036] The metabolite can be encoded by one or more genes, as in a biosynthetic or metabolic pathway. Primary metabolites are products of the primary or general metabolism of a cell, which relate to energy metabolism, growth and structure. Secondary metabolites are products of secondary metabolism (see, for example, R. B. Herbert, The Biosynthesis of Secondary Metabolites, Chapman and Hall, New York, 1981).

[00037] O metabólito primário pode ser, mas não está limitado a, um aminoácido, ácido graxo, nucleosídeo, nucleotídeo, açúcar, triglicerídeo ou vitamina. Por exemplo, vitamina A, B2, C, D ou E.[00037] The primary metabolite may be, but is not limited to, an amino acid, fatty acid, nucleoside, nucleotide, sugar, triglyceride or vitamin. For example, vitamin A, B2, C, D or E.

[00038] O metabólito secundário pode ser, mas não está limitado a, um alcaloide, cumarina, flavonoide, policetídeo, quinina, esteroide, peptídeo ou terpeno. O metabólito secundário pode ser um antibiótico, redutor de apetite, atrativo, bactericida, fungicida, hormônio, inseticida ou rodenticida. Os antibióticos preferidos são as cefalosporinas e os beta-lactamas. Outros metabólitos preferidos são exo-metabólitos. Exemplos de exo-metabólitos são Aurasperona B, Funalenona, Kotanina, Nigragilina, Orlandina, outras nafto-g-pironas, Piranonigrina A, Tensidol B, Fumonisina B2 e Ocratoxina A.[00038] The secondary metabolite may be, but is not limited to, an alkaloid, coumarin, flavonoid, polyketide, quinine, steroid, peptide or terpene. The secondary metabolite can be an antibiotic, appetite suppressant, attractant, bactericide, fungicide, hormone, insecticide or rodenticide. The preferred antibiotics are cephalosporins and beta-lactams. Other preferred metabolites are exo-metabolites. Examples of exo-metabolites are Aurasperone B, Funalenone, Kotanin, Nigragilin, Orlandin, other naphtho-g-pyrones, Pyranonigrin A, Tensidol B, Fumonisin B2 and Ochratoxin A.

[00039] O composto biológico também pode ser o produto de um marcador selecionável. Um marcador selecionável é um produto de um polinucleotídeo de interesse cujo produto fornece resistência biocida ou viral, resistência a metais pesados, prototrofia a auxotróficos e semelhantes. Os marcadores selecionáveis incluem, mas não estão limitados a, amdS (acetamidase), argB (ornitinecarbamoiltransferase), bar (fosfinotricinacetiltransferase), hygB (higromicina fosfotransferase), niaD (nitrato reductase), pyrG (orotidina-5'-fosfato decarboxilase), sC (sulfato adeniltransferase), trpC (antranilato sintase), ble (proteína resistente à fleomicina), hyg (higromicina), NAT ou NTC (Nourseotricina), bem como seus equivalentes.[00039] The biological compound can also be the product of a selectable marker. A selectable marker is a product of a polynucleotide of interest whose product provides biocidal or viral resistance, resistance to heavy metals, prototrophy to auxotrophs, and the like. Selectable markers include, but are not limited to, amdS (acetamidase), argB (ornithinecarbamoyltransferase), bar (phosphinotricinacetyltransferase), hygB (hygromycin phosphotransferase), niaD (nitrate reductase), pyrG (orotidine-5'-phosphate decarboxylase), sC (adenyl sulfate transferase), trpC (anthranilate synthase), ble (phleomycin resistant protein), hyg (hygromycin), NAT or NTC (Nourseothricin), as well as their equivalents.

[00040] De acordo com a invenção, o composto de interesse é de um modo preferido um polipeptídeo conforme descrito na lista de compostos de interesse.[00040] According to the invention, the compound of interest is preferably a polypeptide as described in the list of compounds of interest.

[00041] De um modo preferido, o polipeptídeo é uma enzima conforme descrito na lista de compostos de interesse. De um modo preferido, uma glicose oxidase. Em outra modalidade, a enzima é uma enzima lipolítica.[00041] Preferably, the polypeptide is an enzyme as described in the list of compounds of interest. Preferably, a glucose oxidase. In another embodiment, the enzyme is a lipolytic enzyme.

[00042] De acordo com outra modalidade da invenção, o composto de interesse é de um modo preferido um metabólito.[00042] According to another embodiment of the invention, the compound of interest is preferably a metabolite.

[00043] De acordo com ainda outra modalidade, o composto de interesse é o biogás.[00043] According to yet another embodiment, the compound of interest is biogas.

[00044] O presente micro-organismo pode já ser capaz de produzir o composto de interesse. O micro-organismo também pode ser fornecido com um construto de ácido nucleico homólogo ou heterólogo que codifica um polipeptídeo em que o polipeptídeo pode ser o composto de interesse ou um polipeptídeo envolvido na produção do composto de interesse. A pessoa técnica no assunto sabe como modificar um micro-organismo de modo que seja capaz de produzir o composto de interesse.[00044] The present microorganism may already be capable of producing the compound of interest. The microorganism may also be provided with a homologous or heterologous nucleic acid construct encoding a polypeptide wherein the polypeptide may be the compound of interest or a polypeptide involved in the production of the compound of interest. The person skilled in the art knows how to modify a microorganism so that it is capable of producing the compound of interest.

[00045] Em outra modalidade preferida, o presente método compreende ainda a etapa de: (iv) eletrolisar água em H2 e O2 em uma unidade de eletrólise (4) e alimentar pelo menos uma parte do H2 na unidade de redução (3) para reduzir o CO2 à matéria-prima orgânica.[00045] In another preferred embodiment, the present method further comprises the step of: (iv) electrolyzing water into H2 and O2 in an electrolysis unit (4) and feeding at least part of the H2 into the reduction unit (3) to reduce CO2 to organic raw material.

[00046] A vantagem de eletrolisar água em H2 e O2 é que nenhum H2 precisa ser obtido de fontes externas. A eletricidade necessária para a unidade de eletrólise (4) pode ser vantajosamente obtida do excedente de eletricidade de outro equipamento no local, para fornecer uma solução sustentável para a eletricidade necessária. Alternativamente, a eletricidade é gerada a partir de energias renováveis, como solar, eólica ou hídrica.[00046] The advantage of electrolyzing water into H2 and O2 is that no H2 needs to be obtained from external sources. The electricity required for the electrolysis unit (4) can advantageously be obtained from surplus electricity from other equipment on site, to provide a sustainable solution for the electricity required. Alternatively, electricity is generated from renewable energies such as solar, wind or hydro.

[00047] Em uma outra modalidade preferida, a unidade de eletrólise (4) é combinada com a unidade de redução (3). De um modo preferido, a etapa (iv) de eletrólise da água é realizada simultaneamente e na presença da etapa de redução de CO2. De um modo preferido, a seguinte reação é realizada durante a redução de CO2 e eletrólise de água: [00047] In another preferred embodiment, the electrolysis unit (4) is combined with the reduction unit (3). Preferably, step (iv) of water electrolysis is carried out simultaneously and in the presence of the CO2 reduction step. Preferably, the following reaction is carried out during CO2 reduction and water electrolysis:

[00048] Em outras palavras, é preferível que a etapa de eletrólise da água seja realizada na presença de CO2. A vantagem é que um processo ou sistema aprimorado é fornecido. Portanto, é preferido que a presente etapa de (ii) capturar CO2 de um ou mais biorreatores (1), de um modo preferido em uma unidade de captura (2), e reduzir o CO2 a uma matéria-prima orgânica, de um modo preferido em uma unidade de redução (3) compreende ainda eletrólise de água na presença de CO2. Em outra modalidade preferida, o presente método compreende ainda a etapa de: (v) alimentar pelo menos uma parte do O2 em um ou mais biorreatores (1). O O2 é o subproduto da eletrólise da água. Pode ser vantajosamente usado em um ou mais biorreatores, por exemplo, para fermentação aeróbica. Além disso, verificou-se que toda a aeração de um ou mais biorreatores pode ser realizada utilizando o O2 da unidade de eletrólise (4). Portanto, não é mais necessário O2 de uma fonte diferente, o que fornece uma melhoria de sustentabilidade adicional. Por exemplo, nenhum compressor de ar é mais necessário, ou um compressor menor pode ser usado, porque a unidade de eletrólise (4) pode fornecer o O2 sob pressão comparável à pressão de um compressor convencional. De um modo preferido, a etapa (iv) de eletrólise de água em H2 e O2 em uma unidade de eletrólise (4) é realizada a uma pressão dentro da faixa de 0,5 a 10 bar (50 kPa a 1000 kPa), de um modo preferido 1 a 8 bar (100 kPa a 800 kPa), de um modo mais preferido 1,5 a 6 bar (150 kPa a 600 kPa), de um modo mais preferido 2 a 4 bar (200 kPa a 400 kPa), de um modo preferido bar de pressão absoluta.[00048] In other words, it is preferable that the water electrolysis step is carried out in the presence of CO2. The advantage is that an improved process or system is provided. Therefore, it is preferred that the present step of (ii) capturing CO2 from one or more bioreactors (1), preferably in a capture unit (2), and reducing the CO2 to an organic feedstock, in a manner preferred in a reduction unit (3) further comprises electrolysis of water in the presence of CO2. In another preferred embodiment, the present method further comprises the step of: (v) feeding at least part of the O2 into one or more bioreactors (1). O2 is the byproduct of water electrolysis. It can be advantageously used in one or more bioreactors, for example for aerobic fermentation. Furthermore, it was found that all aeration of one or more bioreactors can be carried out using O2 from the electrolysis unit (4). Therefore, O2 from a different source is no longer required, which provides an additional sustainability improvement. For example, no air compressor is needed anymore, or a smaller compressor can be used, because the electrolysis unit (4) can supply the O2 under pressure comparable to the pressure of a conventional compressor. Preferably, step (iv) of electrolyzing water into H2 and O2 in an electrolysis unit (4) is carried out at a pressure within the range of 0.5 to 10 bar (50 kPa to 1000 kPa), of preferably 1 to 8 bar (100 kPa to 800 kPa), more preferably 1.5 to 6 bar (150 kPa to 600 kPa), more preferably 2 to 4 bar (200 kPa to 400 kPa) , preferably bar of absolute pressure.

[00049] Em outra modalidade preferida, o presente método compreende ainda a etapa de: (vi) alimentar pelo menos uma parte do H2 em um ou mais biorreatores (1). Qualquer excesso de H2, isto é, H2 que não seja necessário para a redução de CO2, pode ser vantajosamente coalimentado em um ou mais biorreatores. Os micro-organismos que podem utilizar H2 podem ser fermentados por coalimentação com H2. Ao fazer isso, a quantidade de CO2 resultante do metabolismo do microorganismo pode ser reduzida. Isso fornece mais uma vantagem de sustentabilidade. Além disso, por coalimentação por H2, a quantidade de açúcar ou outra matéria-prima contendo carbono necessária para a fermentação pode ser reduzida, o que proporciona uma melhoria significativa de custo. Portanto, o presente micro-organismo, ou um dos presentes micro-organismos, é de um modo preferido capaz de utilizar H2. De um modo mais preferido, o presente micro-organismo é capaz de utilizar a presente matéria-prima orgânica e H2. Alternativamente, um micro-organismo é capaz de utilizar a presente matéria-prima orgânica e outro tipo de microorganismoé capaz de utilizar H2. Por exemplo, o presente método compreende uma etapa de fermentação de uma levedura capaz de utilizar ácido fórmico em um biorreator e a fermentação de um fungo filamentoso capaz de utilizar H2 em outro biorreator. Mais especificamente, o presente método compreende uma etapa de cultivo de Saccharomyces cerevisiae capaz de utilizar ácido fórmico em um biorreator e cultivar Penicillium chrysogenum capaz de utilizar H2, ou cultivar Saccharomyces cerevisiae capaz de utilizar H2 em um biorreator e cultivar Penicillium chrysogenum capaz de utilizar ácido fórmico em outro biorreator.[00049] In another preferred embodiment, the present method further comprises the step of: (vi) feeding at least part of the H2 into one or more bioreactors (1). Any excess H2, that is, H2 that is not required for CO2 reduction, can advantageously be co-fed into one or more bioreactors. Microorganisms that can utilize H2 can be fermented by co-feeding with H2. By doing so, the amount of CO2 resulting from the microorganism's metabolism can be reduced. This provides a further sustainability advantage. Furthermore, by H2 co-feeding, the amount of sugar or other carbon-containing raw material required for fermentation can be reduced, which provides a significant cost improvement. Therefore, the present microorganism, or one of the present microorganisms, is preferably capable of utilizing H2. More preferably, the present microorganism is capable of utilizing the present organic raw material and H2. Alternatively, one microorganism is capable of utilizing the present organic raw material and another type of microorganism is capable of utilizing H2. For example, the present method comprises a fermentation step of a yeast capable of using formic acid in a bioreactor and the fermentation of a filamentous fungus capable of using H2 in another bioreactor. More specifically, the present method comprises a step of cultivating Saccharomyces cerevisiae capable of utilizing formic acid in a bioreactor and cultivating Penicillium chrysogenum capable of utilizing H2, or cultivating Saccharomyces cerevisiae capable of utilizing H2 in a bioreactor and cultivating Penicillium chrysogenum capable of utilizing acid formic in another bioreactor.

[00050] Em outra modalidade preferida, o cultivo de uma levedura produz biomassa de levedura, ao passo que o cultivo de um fungo filamentoso produz um composto de interesse. Portanto, o presente método compreende de um modo preferido uma etapa de colheita de biomassa ou biomassa de levedura e/ou compreende uma etapa de colheita de um composto de interesse.[00050] In another preferred embodiment, the cultivation of a yeast produces yeast biomass, while the cultivation of a filamentous fungus produces a compound of interest. Therefore, the present method preferably comprises a step of harvesting biomass or yeast biomass and/or comprises a step of harvesting a compound of interest.

[00051] O presente método pode ser melhorado monitorando o processo de fermentação. Em uma modalidade preferida, o presente método compreende ainda as etapas de: (vii) selecionar pelo menos um parâmetro de processo do processo de fermentação, para o qual os valores medidos atuais são determinados durante o curso do processo de fermentação; (viii) comparar um respectivo valor medido atual de pelo menos um parâmetro de processo selecionado com um valor estimado correspondente de um parâmetro de modelo estimado por um modelo de processo para este pelo menos um parâmetro de processo; (ix) i) comparar uma variação entre o respectivo valor medido atual e o valor estimado correspondente para pelo menos um parâmetro de processo selecionado com um valor limite predeterminado; e (x) ) alterar pelo menos um parâmetro de modelo definido empregado no modelo de processo quando o valor limite predeterminado é excedido pela variação: em que as etapas (vii) a (ix) com um respectivo parâmetro de modelo alterado são executadas até que a variação seja colocada abaixo de um valor limite predeterminado; e, opcionalmente, em que nos casos em que, após um número predeterminado de repetições das etapas (vii) a (ix), o valor limite é atingido pela variação, o método é descontinuado e um aviso é gerado como saída.[00051] The present method can be improved by monitoring the fermentation process. In a preferred embodiment, the present method further comprises the steps of: (vii) selecting at least one process parameter of the fermentation process, for which current measured values are determined during the course of the fermentation process; (viii) comparing a respective current measured value of at least one selected process parameter with a corresponding estimated value of a model parameter estimated by a process model for this at least one process parameter; (ix) i) compare a variation between the respective current measured value and the corresponding estimated value for at least one selected process parameter with a predetermined limit value; and (x) ) changing at least one defined model parameter employed in the process model when the predetermined threshold value is exceeded by the variation: wherein steps (vii) to (ix) with a respective changed model parameter are executed until the variation is placed below a predetermined threshold value; and, optionally, where, after a predetermined number of repetitions of steps (vii) to (ix), the threshold value is reached by the variation, the method is discontinued and a warning is generated as output.

[00052] Em um ou mais biorreatores (1), na unidade de captura de CO2 (2), na unidade de redução de CO2 (3) e/ou na unidade de eletrólise (4), vários parâmetros ambientais e/ou de processo podem ser regulados e controlados para os respectivos processos de fermentação, como valor de pH, temperatura, suprimento de CO2, suprimento de H2, suprimento de oxigênio, suprimento de nitrogênio, teor de açúcar, teor de matéria-prima orgânica e/ou configurações do misturador. No entanto, os processos de fermentação são biologicamente complexos e muito sensíveis. O monitoramento constante e próximo do processo de fermentação é, portanto, necessário para manter as condições ambientais correspondentes em um ou mais biorreatores para um curso consistente e ideal do processo e para que a biomassa ou as células bioativas usadas na solução nutritiva cresçam e possam produzir a biomassa desejada e/ou composto de interesse.[00052] In one or more bioreactors (1), in the CO2 capture unit (2), in the CO2 reduction unit (3) and/or in the electrolysis unit (4), various environmental and/or process parameters can be regulated and controlled for the respective fermentation processes, such as pH value, temperature, CO2 supply, H2 supply, oxygen supply, nitrogen supply, sugar content, organic raw material content and/or temperature settings. mixer. However, fermentation processes are biologically complex and very sensitive. Constant and close monitoring of the fermentation process is therefore necessary to maintain the corresponding environmental conditions in one or more bioreactors for a consistent and optimal course of the process and for the biomass or bioactive cells used in the nutrient solution to grow and be able to produce the desired biomass and/or compound of interest.

[00053] É favorável se um parâmetro de processo do processo de fermentação, para o qual durante o curso do processo de fermentação os valores medidos podem ser determinados aproximadamente em tempo real, for selecionado como o parâmetro de processo a ser medido. Por este motivo, a variação entre o modelo do processo e o curso do processo de fermentação pode ser determinada aproximadamente em tempo real, principalmente se o modelo do processo for calculado em paralelo com o processo de fermentação em andamento. Uma comparação direta entre o valor medido do parâmetro de processo selecionado e o valor estimado calculado ou predito pelo modelo de processo pode, assim, ser realizada para o parâmetro de processo. Uma intervenção quase instantânea também é ativada se houver um erro no processo de fermentação.[00053] It is favorable if a process parameter of the fermentation process, for which during the course of the fermentation process measured values can be determined approximately in real time, is selected as the process parameter to be measured. For this reason, the variation between the process model and the course of the fermentation process can be determined approximately in real time, especially if the process model is calculated in parallel with the ongoing fermentation process. A direct comparison between the measured value of the selected process parameter and the estimated value calculated or predicted by the process model can thus be carried out for the process parameter. An almost instantaneous intervention is also activated if there is an error in the fermentation process.

[00054] Convenientemente, as repetições das etapas (vii) a (ix) do presente método são realizadas, isto é, a comparação entre o valor medido e o valor estimado do parâmetro de processo selecionado. Aqui, as comparações da variância com o valor limite predeterminado e a modificação do parâmetro do modelo de modelo de processo quando o valor limite é excedido, são realizadas com o respectivo parâmetro do modelo modificado em intervalos curtos no tempo, como a cada 10 segundos. O modelo de processo pode, assim, ser ajustado rapidamente, por exemplo, com a presença de variabilidade biológica ou variabilidade no controle do processo (por exemplo, diferenças nas matérias- primas, ou flutuações na composição do substrato) de modo que uma previsão correspondentemente válida do processo de fermentação pode ser executada para o curso posterior do processo. Em caso de erros no bioprocesso, pode ocorrer uma resposta quase instantânea. Uma intervenção quase instantânea permite que danos ao bioprocesso e/ou ao equipamento, por exemplo, sejam evitados ou prevenidos.[00054] Conveniently, repetitions of steps (vii) to (ix) of the present method are carried out, that is, the comparison between the measured value and the estimated value of the selected process parameter. Here, comparisons of the variance with the predetermined threshold value and the modification of the process model model parameter when the threshold value is exceeded are performed with the respective modified model parameter at short intervals in time, such as every 10 seconds. The process model can thus be adjusted quickly, for example, with the presence of biological variability or variability in process control (e.g. differences in raw materials, or fluctuations in substrate composition) so that a prediction correspondingly Validity of the fermentation process can be carried out for the subsequent course of the process. In case of errors in the bioprocess, an almost instantaneous response can occur. An almost instantaneous intervention allows damage to the bioprocess and/or equipment, for example, to be avoided or prevented.

[00055] Em uma modalidade preferida da invenção, o que é conhecido como quociente respiratório, também abreviado para RQ, é selecionado como um parâmetro do processo que é medido durante o curso do processo de fermentação. O quociente respiratório é um parâmetro do processo nos processos de fermentação, que representa um indicador dos processos dentro de uma célula bioativa. O quociente respiratório descreve uma razão entre o CO2 produzido em um determinado momento e o O2 consumido ao mesmo tempo. Durante o curso de um processo de fermentação, o quociente respiratório pode ser medido muito facilmente em tempo real, por exemplo, usando o que é conhecido como análise de gás de escape.[00055] In a preferred embodiment of the invention, what is known as the respiratory quotient, also abbreviated to RQ, is selected as a process parameter that is measured during the course of the fermentation process. The respiratory quotient is a process parameter in fermentation processes, which represents an indicator of the processes within a bioactive cell. The respiratory quotient describes a ratio between the CO2 produced at a given time and the O2 consumed at the same time. During the course of a fermentation process, the respiratory quotient can be measured very easily in real time, for example using what is known as exhaust gas analysis.

[00056] Como alternativa ou adicionalmente, uma concentração da biomassa e/ou uma concentração do substrato pode ser selecionada como parâmetros do processo, que são medidos durante o curso do processo de fermentação. A determinação dos valores medidos atuais da concentração da biomassa ao longo do processo de fermentação ocorre, por exemplo, com base nas propriedades elétricas da biomassa. Os valores medidos atuais para a concentração do substrato (por exemplo, açúcar, etc.) podem da mesma forma ser determinados no decurso do processo de fermentação, como com base em propriedades espectroscópicas usando espectroscopia, em particular usando espectroscopia de reflexão.[00056] Alternatively or additionally, a biomass concentration and/or a substrate concentration can be selected as process parameters, which are measured during the course of the fermentation process. The determination of the current measured values of the biomass concentration throughout the fermentation process occurs, for example, based on the electrical properties of the biomass. The actual measured values for the substrate concentration (e.g. sugar, etc.) can also be determined in the course of the fermentation process, such as based on spectroscopic properties using spectroscopy, in particular using reflection spectroscopy.

[00057] Além disso, é vantajoso se o que é conhecido como um modelo de processo determinístico for empregado para estimar os parâmetros do processo de fermentação. Com uma abordagem determinística para uma ilustração de um processo de fermentação como modelo, o conhecimento dos respectivos processos bioquímicos específicos do processo dentro e fora da biomassa ou células empregadas é convertido em equações matemáticas durante o processo de fermentação.[00057] Furthermore, it is advantageous if what is known as a deterministic process model is employed to estimate the parameters of the fermentation process. With a deterministic approach to an illustration of a fermentation process as a model, knowledge of the respective process-specific biochemical processes inside and outside the biomass or cells employed is converted into mathematical equations during the fermentation process.

[00058] Em outra modalidade preferida, as etapas (vi) a (ix) são realizadas por um método implementado por computador, de um modo mais preferido um método implementado por computador usando algoritmos. O auxílio de um computador e de algoritmos é benéfico porque as variações nos parâmetros do processo podem ser facilmente comparadas com os dados dos processos de fermentação históricos e que esses dados históricos podem ser usados para uma interpretação correta da variação no parâmetro do processo.[00058] In another preferred embodiment, steps (vi) to (ix) are performed by a computer-implemented method, more preferably a computer-implemented method using algorithms. The assistance of a computer and algorithms is beneficial because variations in process parameters can be easily compared with historical fermentation process data and this historical data can be used for correct interpretation of process parameter variation.

[00059] Dadas as conquistas de sustentabilidade benéficas da presente invenção, a presente invenção se refere, de acordo com outro aspecto, a um sistema para cultivar um micro-organismo capaz de utilizar uma matéria- prima orgânica, o referido sistema compreende um ou mais biorreatores (1) para cultivar o referido micro-organismo, uma unidade de captura de CO2 (2) para capturar CO2 de um ou mais biorreatores (1), uma unidade de redução de CO2 (3) para reduzir o CO2 em ácido fórmico e/ou um mais condutos (10) para introduzir a matéria-prima orgânica no um ou mais biorreatores (1).[00059] Given the beneficial sustainability achievements of the present invention, the present invention relates, according to another aspect, to a system for cultivating a microorganism capable of utilizing an organic raw material, said system comprising one or more bioreactors (1) for cultivating said microorganism, a CO2 capture unit (2) for capturing CO2 from one or more bioreactors (1), a CO2 reduction unit (3) for reducing CO2 to formic acid and /or one more conduits (10) for introducing the organic raw material into the one or more bioreactors (1).

[00060] Em uma modalidade preferida, o presente sistema compreende ainda uma unidade de eletrólise (4) para eletrólise de água e/ou um conduto (11) para introduzir H2 da unidade de eletrólise (4) na unidade de redução de CO2 (3). De um modo preferido, a presente unidade de eletrólise (4) compreende meios para pressurizar o O2 e/ou a reação de eletrólise. Isto é vantajoso porque O2 pressurizado pode ser introduzido em um ou mais biorreatores (1).[00060] In a preferred embodiment, the present system further comprises an electrolysis unit (4) for water electrolysis and/or a conduit (11) for introducing H2 from the electrolysis unit (4) into the CO2 reduction unit (3 ). Preferably, the present electrolysis unit (4) comprises means for pressurizing the O2 and/or the electrolysis reaction. This is advantageous because pressurized O2 can be introduced into one or more bioreactors (1).

[00061] Em ainda outra modalidade preferida, o presente sistema compreende ainda um ou mais condutos (12) para a introdução de H2 e/ou O2 em um ou mais biorreatores (1). Isto é vantajoso na medida em que um uso ideal pode ser feito de ambos os produtos, entre a unidade de redução de CO2 (3) e um ou mais biorreatores (1). Dependendo do curso do processo de fermentação, a quantidade de H2 alimentando a unidade de redução de CO2 (3) e/ou a quantidade de H2 e/ou O2 alimentando um ou mais biorreatores (1) pode ser ajustada para atingir uma ótima redução de CO2, uma saída ideal e/ou uma ingestão reduzida de substrato.[00061] In yet another preferred embodiment, the present system further comprises one or more conduits (12) for the introduction of H2 and/or O2 into one or more bioreactors (1). This is advantageous in that optimal use can be made of both products, between the CO2 reduction unit (3) and one or more bioreactors (1). Depending on the course of the fermentation process, the amount of H2 feeding the CO2 reduction unit (3) and/or the amount of H2 and/or O2 feeding one or more bioreactors (1) can be adjusted to achieve an optimal CO2 reduction. CO2, an optimal output and/or a reduced substrate intake.

[00062] Em uma modalidade preferida, o presente sistema compreende ainda uma ou mais entradas (13) para a introdução de substrato em um ou mais biorreatores (1) e uma ou mais saídas (14) para o produto formado em um ou mais biorreatores (1).[00062] In a preferred embodiment, the present system further comprises one or more inlets (13) for introducing substrate into one or more bioreactors (1) and one or more outlets (14) for the product formed in one or more bioreactors (1).

[00063] Em ainda outra modalidade preferida, o presente sistema compreende ainda um sistema implementado por computador para uma ferramenta de monitoramento de fermentação para simular e/ou monitorar o método de fermentação conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, o referido sistema implementado por computador compreende pelo menos um processador, uma interface de usuário, uma interface de sistema de controle configurada para ajustar um ou mais parâmetros de processo do método de fermentação, uma memória compreendendo meio legível por computador armazenando instruções para simular e/ou monitorar o método de fermentação, em que as instruções para simular e/ou monitorar o método de fermentação configuram o processador para: (vi) selecionar pelo menos um parâmetro de processo do método de fermentação, para o qual os valores medidos atuais são determinados durante o curso do método de fermentação; (vii) comparar um respectivo valor medido atual de pelo menos um parâmetro de processo selecionado do método de fermentação com um valor estimado correspondente de um parâmetro de modelo estimado por um modelo de processo para este pelo menos um parâmetro de processo; (viii) comparar uma variação entre o respectivo valor medido atual e o valor estimado correspondente para pelo menos um parâmetro de processo selecionado com um valor limite predeterminado; e (ix) alterar pelo menos um parâmetro de modelo definido empregado no modelo de processo quando o valor limite predeterminado é excedido pela variação: em que as etapas (vii) a (ix) com um respectivo parâmetro de modelo alterado são executadas até que a variação seja colocada abaixo de um valor limite predeterminado; e, opcionalmente, em que, nos casos em que, após um número predeterminado de repetições das etapas (vii) a (ix), o valor limite é atingido pela variação, o método é descontinuado e um aviso é gerado como saída na interface do usuário.[00063] In yet another preferred embodiment, the present system further comprises a computer-implemented system for a fermentation monitoring tool to simulate and/or monitor the fermentation method as defined in any of the preceding claims, said system implemented by The computer comprises at least one processor, a user interface, a control system interface configured to adjust one or more process parameters of the fermentation method, a memory comprising computer-readable medium storing instructions for simulating and/or monitoring the fermentation method. fermentation, wherein the instructions for simulating and/or monitoring the fermentation method configure the processor to: (vi) select at least one process parameter of the fermentation method, for which the current measured values are determined during the course of the method fermentation; (vii) comparing a respective current measured value of at least one selected process parameter of the fermentation method with a corresponding estimated value of a model parameter estimated by a process model for this at least one process parameter; (viii) comparing a variation between the respective current measured value and the corresponding estimated value for at least one selected process parameter with a predetermined limit value; and (ix) changing at least one defined model parameter employed in the process model when the predetermined threshold value is exceeded by the variation: wherein steps (vii) to (ix) with a respective changed model parameter are executed until the variation is placed below a predetermined threshold value; and, optionally, wherein, in cases where, after a predetermined number of repetitions of steps (vii) to (ix), the threshold value is reached by the variation, the method is discontinued and a warning is generated as output in the interface of the user.

Descrição das figurasDescription of the figures

[00064] Na modalidade da figura 1, o açúcar substrato é introduzido através dos condutos 13 no biorreator 1. O biorreator 1 fornece as condições que permitem a fermentação de micro-organismos capazes de utilizar matéria-prima orgânica. O produto produzido, como o microorganismo ou um composto de interesse produzido pelos micro-organismos, sai dos biorreatores 1 pelos condutos 14. O CO2 formado nos biorreatores 1 é introduzido em uma unidade de captura de CO2 2 pelos condutos 15. Na unidade de redução 3, o CO2 é reduzido à matéria-prima orgânica, utilizando H2. A matéria-prima orgânica é introduzida nos biorreatores 1 por meio dos condutos 10, permitindo a fermentação dos micro-organismos que são capazes de utilizar a matéria-prima orgânica. De um modo preferido, a quantidade de matéria-prima orgânica introduzida nos biorreatores é menor do que a quantidade de açúcar do substrato. A vantagem é que o CO2 não é liberado para o meio ambiente e a quantidade de açúcar necessária para o processo de fermentação pode ser reduzida. O H2 necessário para a redução de CO2 em matéria-prima orgânica pode ser introduzido na redução 3 e pode ser obtido de um fornecedor. De um modo preferido, a unidade de eletrólise 4 eletrolisa água em H2 e O2. O H2 pode ser introduzido na unidade de redução 3 através do conduto 11. O O2 pode ser introduzido no biorreator 1. Alternativamente, o ar pode ser introduzido no biorreator 1 para processos aeróbicos.[00064] In the embodiment of figure 1, the substrate sugar is introduced through conduits 13 into bioreactor 1. Bioreactor 1 provides the conditions that allow the fermentation of microorganisms capable of using organic raw material. The product produced, such as the microorganism or a compound of interest produced by microorganisms, leaves the bioreactors 1 through conduits 14. The CO2 formed in the bioreactors 1 is introduced into a CO2 capture unit 2 through conduits 15. In the reduction unit 3, CO2 is reduced to organic raw material using H2. The organic raw material is introduced into the bioreactors 1 through the conduits 10, allowing the fermentation of microorganisms that are capable of using the organic raw material. Preferably, the amount of organic feedstock introduced into the bioreactors is less than the amount of sugar in the substrate. The advantage is that CO2 is not released into the environment and the amount of sugar required for the fermentation process can be reduced. The H2 required for CO2 reduction in organic feedstock can be introduced in reduction 3 and can be obtained from a supplier. Preferably, the electrolysis unit 4 electrolyzes water into H2 and O2. H2 can be introduced into the reduction unit 3 via conduit 11. O2 can be introduced into the bioreactor 1. Alternatively, air can be introduced into the bioreactor 1 for aerobic processes.

[00065] Na modalidade da figura 2, além da modalidade da figura 1, um segundo biorreator 1'está presente. A unidade de eletrólise 4 eletrolisa água em H2 e O2. O H2 pode ser introduzido na unidade de redução 3 através do conduto 11. Vantajosamente, H2 pode ser introduzido em um biorreator 1' para fermentação de micro-organismos capazes de utilizar H2. Isso é vantajoso porque a coalimentação de H2 reduz a quantidade de açúcar necessária e pode reduzir a quantidade de CO2 formado pelos micro-organismos no biorreator 1'.[00065] In the embodiment of figure 2, in addition to the embodiment of figure 1, a second bioreactor 1' is present. The electrolysis unit 4 electrolyzes water into H2 and O2. H2 can be introduced into the reduction unit 3 through conduit 11. Advantageously, H2 can be introduced into a bioreactor 1' for fermentation of microorganisms capable of using H2. This is advantageous because the H2 co-feed reduces the amount of sugar needed and can reduce the amount of CO2 formed by the microorganisms in bioreactor 1'.

[00066] A Figura 3 mostra um cálculo do substrato necessário e O2, o etanol e a levedura produzidos e o CO2 emitido, em um sistema convencional.[00066] Figure 3 shows a calculation of the required substrate and O2, the ethanol and yeast produced and the CO2 emitted, in a conventional system.

[00067] Na modalidade da figura 4, o biorreator aeróbico 1 produz levedura através da saída 14, usando açúcar através da entrada 13 e O2 através da entrada 12. O O2 é produzido pela unidade de eletrólise 4. A unidade de eletrólise 4 produz H2 que é introduzido na unidade de redução 3 via conduto 11. O CO2 do biorreator aeróbico 1 é capturado na unidade 2, através do conduto 15. O CO2 é reduzido a ácido fórmico na unidade de redução 3 e introduzido no biorreator de levedura 1 através do conduto 10.[00067] In the embodiment of figure 4, the aerobic bioreactor 1 produces yeast through outlet 14, using sugar through inlet 13 and O2 through inlet 12. O2 is produced by the electrolysis unit 4. The electrolysis unit 4 produces H2 which is introduced into the reduction unit 3 via conduit 11. The CO2 from the aerobic bioreactor 1 is captured in unit 2, via conduit 15. The CO2 is reduced to formic acid in the reduction unit 3 and introduced into the yeast bioreactor 1 via the conduit 10.

[00068] Em operação, a modalidade da figura 4 permite a produção da mesma quantidade de levedura que na figura 3. No entanto, nenhum CO2 é liberado no meio ambiente e a quantidade de açúcar e O2 necessária para a fermentação da levedura é significativamente reduzida.[00068] In operation, the embodiment of figure 4 allows the production of the same amount of yeast as in figure 3. However, no CO2 is released into the environment and the amount of sugar and O2 required for yeast fermentation is significantly reduced .

[00069] Na modalidade da figura 5, uma fermentação aeróbica para a produção de levedura no biorreator 1 é combinada com a fermentação anaeróbica de etanol para a produção de etanol no biorreator 1'. O2 produzido pela unidade de eletrólise 4 é introduzido no biorreator de levedura aeróbica 1 através do conduto 12. H2 produzido pela unidade de eletrólise 4 é introduzido no biorreator de etanol anaeróbico 1'através do conduto 12' e na unidade de redução 3 através do conduto 11. CO2 é apenas capturado do biorreator aeróbico de levedura 1 através do conduto 15. O ácido fórmico é introduzido no biorreator aeróbico de levedura 1 apenas através do conduto 10, e qualquer excesso de ácido fórmico é coletado para uso externo.[00069] In the embodiment of figure 5, an aerobic fermentation for the production of yeast in bioreactor 1 is combined with anaerobic fermentation of ethanol for the production of ethanol in bioreactor 1'. O2 produced by the electrolysis unit 4 is introduced into the aerobic yeast bioreactor 1 through conduit 12. H2 produced by the electrolysis unit 4 is introduced into the anaerobic ethanol bioreactor 1' through conduit 12' and into the reduction unit 3 through the conduit 11. CO2 is only captured from the aerobic yeast bioreactor 1 through conduit 15. Formic acid is introduced into the aerobic yeast bioreactor 1 only through conduit 10, and any excess formic acid is collected for external use.

[00070] Em operação, a modalidade da figura 5 permite a produção de etanol sem produção de CO2. Além disso, a quantidade de açúcar necessária para a produção de etanol é reduzida devido à alimentação do H2. A fermentação aeróbica da levedura produz a mesma quantidade de levedura usando uma quantidade reduzida de açúcar. Nenhum CO2 é liberado no meio ambiente. O O2 necessário para a fermentação é totalmente derivado da unidade de eletrólise. Portanto, a figura 5 mostra um sistema que permite um processo de fermentação neutro de CO2.[00070] In operation, the modality in figure 5 allows the production of ethanol without the production of CO2. Furthermore, the amount of sugar required for ethanol production is reduced due to the H2 feed. Aerobic yeast fermentation produces the same amount of yeast using a reduced amount of sugar. No CO2 is released into the environment. The O2 required for fermentation is entirely derived from the electrolysis unit. Therefore, figure 5 shows a system that allows a CO2 neutral fermentation process.

[00071] Na modalidade da figura 6, uma produção de levedura no biorreator aeróbico 1 é combinada com a produção de etanol no biorreator anaeróbico 1'. O2 produzido pela unidade de eletrólise 4 é introduzido no biorreator aeróbico de levedura 1 através do conduto 12. H2 produzido pela unidade de eletrólise 4 é introduzido na unidade de redução 3 através do conduto 11. O CO2 é apenas capturado do biorreator anaeróbico de etanol 1'através do conduto 15. O ácido fórmico é introduzido no biorreator aeróbico de levedura 1 apenas através do conduto 10.[00071] In the embodiment of figure 6, yeast production in the aerobic bioreactor 1 is combined with the production of ethanol in the anaerobic bioreactor 1'. O2 produced by the electrolysis unit 4 is introduced into the aerobic yeast bioreactor 1 through conduit 12. H2 produced by the electrolysis unit 4 is introduced into the reduction unit 3 through conduit 11. CO2 is only captured from the anaerobic ethanol bioreactor 1 'through conduit 15. Formic acid is introduced into the aerobic yeast bioreactor 1 only through conduit 10.

[00072] Em operação, a modalidade da figura 6 produz apenas a quantidade de ácido fórmico necessária para a fermentação de levedura aeróbica no biorreator 1. Qualquer excesso de CO2 de ambos os biorreatores 1 que não seja necessário para a produção de ácido fórmico é liberado. Esta modalidade permite uma redução do açúcar necessário para a fermentação da levedura, ao mesmo tempo que minimiza a energia necessária para a eletrólise da água na unidade de eletrólise 4.[00072] In operation, the embodiment of figure 6 produces only the amount of formic acid necessary for aerobic yeast fermentation in bioreactor 1. Any excess CO2 from both bioreactors 1 that is not necessary for the production of formic acid is released . This modality allows a reduction in the sugar necessary for yeast fermentation, while minimizing the energy required for the electrolysis of water in the electrolysis unit 4.

[00073] Na modalidade da figura 7, o biorreator aeróbico 1 produz levedura pela saída 14, usando açúcar pela entrada 13 e O2 pela entrada 12. O biorreator anaeróbico 1' produz etanol pela saída 14' usando açúcar pela entrada 13'. CO2 de ambos o biorreator aeróbico de levedura 1 e biorreator anaeróbico de fermentação de etanol 1'é capturado na unidade 2, via condutos 15. O CO2 é reduzido a ácido fórmico na unidade de redução 3 e introduzido em ambos o biorreator aeróbico de levedura 1 e biorreator anaeróbico de fermentação de etanol 1' usando condutos 10. Qualquer excesso de ácido fórmico é coletado através de uma saída no conduto 10. A unidade de eletrólise 4 eletrolisa água em H2 e O2. O H2 é introduzido na unidade de redução 3 através do conduto 11. O O2 é introduzido no biorreator aeróbico de fermentação de levedura 1. Qualquer excesso de O2 deixa o sistema através do conduto 16.[00073] In the embodiment of figure 7, the aerobic bioreactor 1 produces yeast through outlet 14, using sugar through inlet 13 and O2 through inlet 12. The anaerobic bioreactor 1' produces ethanol through outlet 14' using sugar through inlet 13'. CO2 from both aerobic yeast bioreactor 1 and anaerobic ethanol fermentation bioreactor 1' is captured in unit 2, via conduits 15. CO2 is reduced to formic acid in reduction unit 3 and introduced into both aerobic yeast bioreactor 1 and anaerobic ethanol fermentation bioreactor 1' using conduits 10. Any excess formic acid is collected through an outlet in conduit 10. The electrolysis unit 4 electrolyzes water into H2 and O2. H2 is introduced into the reduction unit 3 through conduit 11. O2 is introduced into the aerobic yeast fermentation bioreactor 1. Any excess O2 leaves the system through conduit 16.

[00074] Em operação, a modalidade da figura 7 atinge a produção de etanol e levedura usando quantidades mínimas de açúcar. Todo o CO2 é capturado e reduzido a ácido fórmico. Os micro-organismos cultivados nos biorreatores são capazes de utilizar ácido fórmico.[00074] In operation, the embodiment of figure 7 achieves the production of ethanol and yeast using minimal amounts of sugar. All CO2 is captured and reduced to formic acid. Microorganisms grown in bioreactors are capable of using formic acid.

[00075] Na modalidade da figura 8, o CO2 do biorreator aeróbico de levedura 1 e do biorreator anaeróbico 1'é capturado na unidade 2, via condutos 15. O CO2 é reduzido a ácido fórmico na unidade de redução 3 e introduzido em ambos os biorreatores de levedura aeróbica 1 e biorreator anaeróbico 1' usando condutos 10. A unidade de eletrólise 4 eletrolisa água em H2 e O2. O H2 é introduzido na unidade de redução 3 através do conduto 11. O O2 é introduzido no biorreator aeróbico de fermentação de levedura 1. Qualquer excesso de O2 deixa o sistema através do conduto 16.[00075] In the embodiment of figure 8, the CO2 from the aerobic yeast bioreactor 1 and the anaerobic bioreactor 1' is captured in unit 2, via conduits 15. The CO2 is reduced to formic acid in the reduction unit 3 and introduced into both aerobic yeast bioreactors 1 and anaerobic bioreactor 1' using conduits 10. The electrolysis unit 4 electrolyzes water into H2 and O2. H2 is introduced into the reduction unit 3 through conduit 11. O2 is introduced into the aerobic yeast fermentation bioreactor 1. Any excess O2 leaves the system through conduit 16.

[00076] Em operação, a modalidade da figura 8 atinge a produção de etanol e levedura usando quantidades mínimas de açúcar. A quantidade de CO2 que é capturada e reduzida a ácido fórmico é adaptada à quantidade necessária para a produção de ácido fórmico. Qualquer excesso de CO2 é emitido. Os micro-organismos cultivados nos biorreatores precisam apenas ser capazes de utilizar o ácido fórmico. Nesta modalidade, a eletricidade é reduzida ao que é necessário para a eletrólise mínima de água para a formação de ácido fórmico.[00076] In operation, the embodiment of figure 8 achieves the production of ethanol and yeast using minimal amounts of sugar. The amount of CO2 that is captured and reduced to formic acid is adapted to the amount needed to produce formic acid. Any excess CO2 is emitted. Microorganisms grown in bioreactors only need to be able to use formic acid. In this embodiment, electricity is reduced to that required for minimal electrolysis of water to form formic acid.

[00077] A Figura 9 mostra um cálculo do substrato necessário e O2, a penicilina e a levedura produzidas e o CO2 emitido, em um sistema convencional.[00077] Figure 9 shows a calculation of the required substrate and O2, the penicillin and yeast produced and the CO2 emitted, in a conventional system.

[00078] A Figura 10 mostra uma modalidade da invenção em que o CO2 do biorreator aeróbico de levedura 1 e do biorreator aeróbico de penicilina 1'é capturado na unidade 2 via condutos 15. O CO2 é reduzido a ácido fórmico na unidade de redução 3 e introduzido em ambos o biorreator aeróbico de levedura 1 e o biorreator aeróbico de penicilina 1' usando condutos 10. A unidade de eletrólise 4 eletrolisa água em H2 e O2. O H2 é introduzido na unidade de redução 3 através do conduto 11. O O2 é introduzido no biorreator aeróbico de fermentação de levedura 1 e no biorreator aeróbico de penicilina 1'. A levedura no biorreator 1 é capaz de utilizar ácido fórmico. A penicilina no biorreator 1'é capaz de utilizar ácido fórmico.[00078] Figure 10 shows an embodiment of the invention in which CO2 from the aerobic yeast bioreactor 1 and the aerobic penicillin bioreactor 1' is captured in unit 2 via conduits 15. The CO2 is reduced to formic acid in the reduction unit 3 and introduced into both the aerobic yeast bioreactor 1 and the aerobic penicillin bioreactor 1' using conduits 10. The electrolysis unit 4 electrolyzes water into H2 and O2. H2 is introduced into the reduction unit 3 through conduit 11. O2 is introduced into the aerobic yeast fermentation bioreactor 1 and the aerobic penicillin bioreactor 1'. The yeast in bioreactor 1 is capable of utilizing formic acid. The penicillin in bioreactor 1' is capable of utilizing formic acid.

[00079] Em operação, a modalidade da figura 10 produz a mesma quantidade de penicilina e levedura que na figura comparativa 9, enquanto a quantidade de açúcar necessária para produzir o mesmo rendimento é reduzida de 63,3 kt para 48,6 kt, e a quantidade de O2 fornecido externamente é reduzido de 31,8 kt para 16,1 kt.[00079] In operation, the embodiment of figure 10 produces the same amount of penicillin and yeast as in comparative figure 9, while the amount of sugar required to produce the same yield is reduced from 63.3 kt to 48.6 kt, and the amount of externally supplied O2 is reduced from 31.8 kt to 16.1 kt.

Claims (14)

1. Método para cultivar um micro-organismo capaz de utilizar uma matéria-prima orgânica, caracterizadopelo fato de compreender as etapas de: (i) cultivar o micro-organismo em um ou mais biorreatores (1); (ii) capturar CO2 de um ou mais biorreatores (1) e reduzir o CO2 a uma matéria-prima orgânica em uma unidade de redução (3); e (iii) alimentar pelo menos uma parte da matéria-prima orgânica da unidade de redução (3) em um ou mais biorreatores (1).1. Method for cultivating a microorganism capable of using an organic raw material, characterized by the fact that it comprises the steps of: (i) cultivating the microorganism in one or more bioreactors (1); (ii) capture CO2 from one or more bioreactors (1) and reduce the CO2 to an organic feedstock in a reduction unit (3); and (iii) feed at least part of the organic raw material from the reduction unit (3) into one or more bioreactors (1). 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a matéria-prima orgânica é escolhida a partir do grupo que consiste em ácido fórmico, metanol, etileno, etanol, 1-propanol, metano, ácido acético e monóxido de carbono.2. Method according to claim 1, characterized by the fact that the organic raw material is chosen from the group consisting of formic acid, methanol, ethylene, ethanol, 1-propanol, methane, acetic acid and carbon monoxide. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a matéria-prima orgânica é ácido fórmico.3. Method according to claim 1 or 2, characterized by the fact that the organic raw material is formic acid. 4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de que o micro-organismo é escolhido a partir do grupo que consiste em levedura, fungos filamentosos, bactérias e algas heterotróficas.4. Method according to any of the preceding claims, characterized by the fact that the microorganism is chosen from the group consisting of yeast, filamentous fungi, bacteria and heterotrophic algae. 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente a etapa de: (iv) eletrolisar água em H2 e O2 em uma unidade de eletrólise (4) e alimentar pelo menos uma parte do H2 na unidade de redução (3) para reduzir o CO2 à matéria-prima orgânica.5. Method, according to any of the previous claims, characterized by the fact that it additionally comprises the step of: (iv) electrolyzing water into H2 and O2 in an electrolysis unit (4) and feeding at least part of the H2 into the reduction (3) to reduce CO2 to organic raw material. 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente a etapa de: (v) alimentar pelo menos uma parte do O2 em um ou mais biorreatores (1).6. Method, according to claim 5, characterized by the fact that it additionally comprises the step of: (v) feeding at least a part of the O2 into one or more bioreactors (1). 7. Método, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente a etapa de: (v) alimentar pelo menos uma parte do H2 em um ou mais biorreatores (1).7. Method, according to claim 5 or 6, characterized by the fact that it additionally comprises the step of: (v) feeding at least a part of the H2 into one or more bioreactors (1). 8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de que o micro-organismo capaz de utilizar uma matéria-prima orgânica compreende pelo menos um polinucleotídeo que codifica um composto de interesse ou pelo menos um polinucleotídeo que codifica um composto envolvido na produção de um composto de interesse pela célula.8. Method according to any of the preceding claims, characterized by the fact that the microorganism capable of using an organic raw material comprises at least one polynucleotide encoding a compound of interest or at least one polynucleotide encoding a compound involved in the production of a compound of interest by the cell. 9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de compreender monitorar o processo de fermentação que compreende as etapas de: (vi) selecionar pelo menos um parâmetro de processo do processo de fermentação, para o qual os valores medidos atuais são determinados durante o curso do processo de fermentação; (vii) comparar um respectivo valor medido atual de pelo menos um parâmetro de processo selecionado com um valor estimado correspondente de um parâmetro de modelo estimado por um modelo de processo para este pelo menos um parâmetro de processo; (viii) comparar uma variação entre o respectivo valor medido atual e o valor estimado correspondente para pelo menos um parâmetro de processo selecionado com um valor limite predeterminado; e (ix) alterar pelo menos um parâmetro de modelo definido empregado no modelo de processo quando o valor limite predeterminado é excedido pela variação: em que as etapas (vii) a (ix) com um respectivo parâmetro de modelo alterado são executadas até que a variação seja colocada abaixo de um valor limite predeterminado; e, opcionalmente, em que nos casos em que, após um número predeterminado de repetições das etapas (vii) a (ix), o valor limite é atingido pela variação, o método é descontinuado e um aviso é gerado como saída.9. Method according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that it comprises monitoring the fermentation process comprising the steps of: (vi) selecting at least one process parameter of the fermentation process, for which the current measured values are determined during the course of the fermentation process; (vii) comparing a respective current measured value of at least one selected process parameter with a corresponding estimated value of a model parameter estimated by a process model for this at least one process parameter; (viii) comparing a variation between the respective current measured value and the corresponding estimated value for at least one selected process parameter with a predetermined limit value; and (ix) changing at least one defined model parameter employed in the process model when the predetermined threshold value is exceeded by the variation: wherein steps (vii) to (ix) with a respective changed model parameter are executed until the variation is placed below a predetermined threshold value; and, optionally, where, after a predetermined number of repetitions of steps (vii) to (ix), the threshold value is reached by the variation, the method is discontinued and a warning is generated as output. 10. Sistema para cultivar um micro-organismo capaz de utilizar uma matéria-prima orgânica, o referido sistema caracterizadopelo fato de compreender um ou mais biorreatores (1) para cultivar o referido micro-organismo, uma unidade de captura de CO2 (2) para capturar CO2 de um ou mais biorreatores (1), uma unidade de redução de CO2 (3) para reduzir o CO2 à matéria-prima orgânica e mais um conduto (10) para introduzir a matéria-prima orgânica em mais um biorreator (1).10. System for cultivating a microorganism capable of using an organic raw material, said system characterized by the fact that it comprises one or more bioreactors (1) for cultivating said microorganism, a CO2 capture unit (2) for capture CO2 from one or more bioreactors (1), a CO2 reduction unit (3) to reduce CO2 to the organic feedstock and one more conduit (10) to introduce the organic feedstock into one more bioreactor (1) . 11. Sistema, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente uma unidade de eletrólise (4) para eletrólise de água e um conduto (11) para introduzir H2 da unidade de eletrólise (4) para a unidade de redução de CO2 (3).11. System, according to the previous claim, characterized by the fact that it additionally comprises an electrolysis unit (4) for water electrolysis and a conduit (11) for introducing H2 from the electrolysis unit (4) to the CO2 reduction unit (3). 12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente um ou mais condutos (12) para a introdução de H2 e/ou O2 em um ou mais biorreatores (1).12. System, according to any of the previous claims, characterized by the fact that it additionally comprises one or more conduits (12) for the introduction of H2 and/or O2 into one or more bioreactors (1). 13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente uma ou mais entradas (13) para a introdução de substrato em um ou mais biorreatores (1) e uma ou mais saídas (14) para o produto formado em um ou mais biorreatores (1).13. System, according to any of the previous claims, characterized by the fact that it additionally comprises one or more inlets (13) for introducing substrate into one or more bioreactors (1) and one or more outlets (14) for the product formed in one or more bioreactors (1). 14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente um sistema implementado por computador para uma ferramenta de simulação de fermentação para simular o método de fermentação conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, o referido sistema implementado por computador compreende pelo menos um processador, uma interface de usuário, uma interface de sistema de controle configurada para ajustar um ou mais parâmetros de processo do método de fermentação, uma memória compreendendo meio legível por computador armazenando instruções para simular o método de fermentação, em que as instruções para simular o método de fermentação configuram o processador para: (vi) selecionar pelo menos um parâmetro de processo do método de fermentação, para o qual os valores medidos atuais são determinados durante o curso do método de fermentação; (vii) comparar um respectivo valor medido atual de pelo menos um parâmetro de processo selecionado do método de fermentação com um valor estimado correspondente de um parâmetro de modelo estimado por um modelo de processo para este pelo menos um parâmetro de processo; (viii) comparar uma variação entre o respectivo valor medido atual e o valor estimado correspondente para pelo menos um parâmetro de processo selecionado com um valor limite predeterminado; e (ix) alterar pelo menos um parâmetro de modelo definido empregado no modelo de processo quando o valor limite predeterminado é excedido pela variação: em que as etapas (vii) a (ix) com um respectivo parâmetro de modelo alterado são executadas até que a variação seja colocada abaixo de um valor limite predeterminado; e, opcionalmente, em que, nos casos em que, após um número predeterminado de repetições das etapas (vii) a (ix), o valor limite é atingido pela variação, o método é descontinuado e um aviso é gerado como saída na interface do usuário.14. System according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that it further comprises a computer implemented system for a fermentation simulation tool for simulating the fermentation method as defined in any one of the previous claims, said system implemented by The computer comprises at least one processor, a user interface, a control system interface configured to adjust one or more process parameters of the fermentation method, a memory comprising computer-readable medium storing instructions for simulating the fermentation method, wherein the instructions for simulating the fermentation method configure the processor to: (vi) select at least one fermentation method process parameter, for which current measured values are determined during the course of the fermentation method; (vii) comparing a respective current measured value of at least one selected process parameter of the fermentation method with a corresponding estimated value of a model parameter estimated by a process model for this at least one process parameter; (viii) comparing a variation between the respective current measured value and the corresponding estimated value for at least one selected process parameter with a predetermined limit value; and (ix) changing at least one defined model parameter employed in the process model when the predetermined threshold value is exceeded by the variation: wherein steps (vii) to (ix) with a respective changed model parameter are executed until the variation is placed below a predetermined threshold value; and, optionally, wherein, in cases where, after a predetermined number of repetitions of steps (vii) to (ix), the threshold value is reached by the variation, the method is discontinued and a warning is generated as output in the interface of the user.
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