BR122021020217B1

BR122021020217B1 - Meio de fermentação

Info

Publication number: BR122021020217B1
Application number: BR122021020217-6A
Authority: BR
Inventors: Syrona Scott; Song Liu; Ching-Whan Ko
Original assignee: Jupeng Bio (Hk) Limited
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2022-04-26
Also published as: BR112014028956B1; CN104822836A; US10858672B2; CN108841874B; CN104822836B; AR091109A1; KR20150089928A; EP2852675B1; CA2874086C; EP2852675A2; JP6228596B2; US20190040418A1; CN108841874A; RU2014151620A; AU2013266676B2; RU2623170C2; WO2013176948A2; KR102142234B1; ZA201409445B; AU2013266676A1

Abstract

É proporcionado um processo para fermentar gás de síntese que é efetivo para reduzir a condutividade e proporcionar um STY de álcool de cerca de 10 g de etanol/(L ? dia). O processo inclui introduzir gás de síntese num vaso de reator e fornecer uma taxa de alimentação de nitrogênio para o vaso do reator de cerca de 100 mg ou mais de nitrogênio/grama de células produzidas. A fermentação do gás de síntese é efetiva para proporcionar um meio de fermentação que tem uma condutividade média de cerca de 16 mS/cm ou menos e um STY de 10 g de etanol/(L ? dia) ou mais.

Description

[001] Esse Pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US 61/650.098 e 61/650.093, ambos depositados em 22 de maio de 2012 e o Pedido Provisório US 61/726.225, depositado em 14 de novembro de 2012, todos os quais são incorporados em sua totalidade neste documento por referência.

[002] Um processo é fornecido para a fermentação de gás de síntese, que é eficaz para a redução de condutividade e o fornecimento de um STY de álcool de cerca de 10 g de etanol/(L-dia) ou mais. Mais especificamente, o processo inclui o fornecimento de uma taxa de alimentação de nitrogênio ao vaso do reator em uma quantidade de cerca de 100 mg ou mais nitrogênio por grama de células produzidas.

ANTECEDENTES

[003] Microrganismos anaeróbicos podem produzir etanol a partir de CO, através da fermentação de substratos gasosos. As fermentações usando Microrganismos anaeróbicos a partir do gênero Clostridium produzem etanol e outros produtos úteis. Por exemplo, a Patente US 5.173.429 descreve Clostridium Ijungdahlii ATCC n° 49587, um microorganismo anaeróbico que produz etanol e acetato a partir de gás de síntese. A Patente US 5.807.722 descreve um método e aparelho para a conversão de gases residuais em etanol usando Clostridium Ijungdahlii ATCC n° 55988 e 55989.

[004] As bactérias acetogênicas requerem uma alimentação constante de nitrogênio na forma de amônia, para produtividade de etanol e desempenho estáveis. Mais tipicamente, a fonte de amônia é cloreto de amônio, fornecido em um fluxo de meio de pH baixo. O uso de hidróxido de amônio é preferível devido ao custo e disponibilidade. Entretanto, porque o hidróxido de amônio é uma base, deve ser adicionado como um fluxo de meio separado. Essa adição de um fluxo de pH alto tem o potencial de causar problemas operacionais na fermentação. Além disso, em níveis de produtividade mais altos (>50STY) durante o uso de um meio mais concentrado, a força iônica do caldo de fermentação aumenta para um nível que causa efeitos prejudiciais sobre o desempenho da cultura.

SUMÁRIO

[005] Um processo para a fermentação de gás de síntese reduz a condutividade e aumenta o STY do álcool. O processo inclui a introdução do gás de síntese no vaso do reator e o fornecimento de uma taxa de alimentação de nitrogênio ao vaso do reator de cerca de 100 mg ou mais de nitrogênio/grama de células produzidas. A fermentação do gás de síntese é eficaz para o fornecimento de um meio de fermentação tendo uma condutividade média de cerca de 16 mS/cm ou menos e um STY de 10 g de etanol/(L-dia) ou mais. Neste aspecto, o nitrogênio é fornecido a partir de uma fonte que inclui amônia anidra, amônia aquosa, hidróxido de amônio, acetato de amônio, nitratos orgânicos ou inorgânicos e nitrilos, aminas, iminas, amidas, aminoácidos, aminoálcoois e misturas dos mesmos. Em um aspecto, o nitrogênio é fornecido pelo hidróxido de amônio. O processo inclui a introdução de gás de síntese tendo razão de CO/CO2 de cerca de 0,75 ou mais e a fermentação do gás de síntese com uma ou mais bactérias acetogênicas. O processo de fermentação é eficaz para o fornecimento de uma densidade celular de cerca de 1,0 g/L ou mais e uma conversão de CO de cerca de 5 a cerca de 99%. Em um aspecto, o meio de fermentação inclui cerca de 0,01 g/L ou menos de extrato de levedura e cerca de 0,01 g/L ou menos de carboidratos.

[006] Em um aspecto, um processo para a redução da condutividade em uma fermentação inclui a introdução de um gás de síntese em um vaso de reator, que inclui um meio de fermentação. O processo inclui o fornecimento de uma alimentação de nitrogênio ao vaso do reator a uma taxa de cerca de 100 mg ou mais de nitrogênio/grama de células produzidas, em que o hidróxido de amônio é substituído por cloreto de amônio na alimentação de nitrogênio. A alimentação de nitrogênio é eficaz para o fornecimento de uma condutividade de cerca de 16 mS/cm ou menos e um pH de cerca de 4,2 a cerca de 4,8.

[007] Em outro aspecto, um processo para a redução de condutividade em um meio de fermentação inclui a introdução de um gás de síntese em um vaso de reator e o fornecimento de uma alimentação de nitrogênio ao vaso de reator a uma taxa de cerca de 100 mg ou mais de nitrogênio/grama de células produzidas. Neste aspecto, o hidróxido de amônio é substituído por cloreto de amônio na alimentação de nitrogênio. O processo é eficaz para o fornecimento de uma diminuição na condutividade de pelo menos cerca de 20%, se comparado à fermentação, em que a alimentação de nitrogênio é cloreto de amônio.

[008] Em um aspecto, um meio de fermentação inclui cerca de 100 a cerca de 340 mg de nitrogênio por grama de células produzidas, cerca de 10,5 a cerca de 15 mg de fósforo por grama de célula produzida, ou cerca de 26 a cerca de 36 mg de potássio por grama de células produzida. Neste aspecto, a fonte de nitrogênio é hidróxido de amônio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[009] A seguinte descrição não deve ser tomada em um sentido limitativo, mas é feita meramente para o fim de descrição dos princípios gerais de realizações exemplificativas. O escopo da invenção deve ser determinado com referência às Reivindicações.

[0010] As fermentações de gás de síntese conduzidas em biorreatores com meio e bactéria acetogênica, como descrito neste documento, são eficazes para o fornecimento de conversões de CO em gás de síntese em álcoois e outros produtos. A utilização de hidróxido de amônio como fonte de nitrogênio e a baixa na condutividade são eficazes para o fornecimento de níveis de produtividade altos. Neste aspecto, a produtividade de álcool pode ser expressa como STY (rendimento de espaço e tempo, expresso como g de etanol/(L-dia). Neste aspecto, o processo é eficaz para o fornecimento de um STY (rendimento de espaço e tempo) de pelo menos 10 g de etanol/(L-dia). Valores de STY possíveis incluem cerca de 10 g de etanol(L-dia) a cerca de 200 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 10 g de etanol/(L-dia) a cerca de 160 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 10 g de etanol/(L-dia) a cerca de 120 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 10 g de etanol/(L-dia) a cerca de 80 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 10 g de etanol/(L-dia) a cerca de 15 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 15 g etanol/(L-dia) a cerca de 20 g de etanol/(L dia), em outro aspecto, cerca de 20 g de etanol/(L-dia) a cerca de 140 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 20 g de etanol/(L-dia) a cerca de 100 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 40 g de etanol/(L-dia) a cerca de 140 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 40 g de etanol(L-dia) a cerca de 100 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 10 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, cerca de 15 g de etanol/(L-dia) e em outro aspecto, cerca de 16 g de etanol/(L-dia).

Definições

[0011] A menos que de outra forma definido, os seguintes termos, como usados por toda esta especificação, para a presente revelação, são definidos como se segue e podem incluir tanto as formas singular, quanto plural de definições abaixo definidas:

[0012] “Condutividade” e “condutividade média” referem-se à capacidade de conduzir eletricidade. A água conduz eletricidade, porque contém sólidos dissolvidos, que carregam cargas elétricas. Por exemplo, cloreto, nitrato e sulfato carregam cargas negativas, enquanto sódio, magnésio e cálcio carregam cargas positivas. Esses sólidos dissolvidos afetam a capacidade da água de conduzir eletricidade. A condutividade é medida por uma sonda, que aplica tensão entre dois eletrodos. A queda na tensão é usada para medir a resistência da água, que é, então, convertida para condutividade. A condutividade média pode ser medida através de técnicas e métodos conhecidos. Alguns exemplos de medições de condutividade média são fornecidos no ASTM D1125, “Standard Test Methods for Electrical Conductivity and Resistivity of Water” e em “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater”, 1999, American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, ambos os quais são incorporados neste documento por referência.

[0013] O termo “cerca de” modificando qualquer quantidade se refere à variação naquela quantidade encontrada em condições de mundo real, por exemplo, no laboratório, planta piloto, ou instalação de produção. Por exemplo, uma quantidade de um ingrediente ou medição empregada em uma mistura ou quantidade, quando modificada por “cerca de”, inclui a variação e grau de cuidado geralmente empregado na medição de uma condição experimental em unidade de produção ou laboratório. Por exemplo, a quantidade de um componente de um produto, quando modificada por “cerca de”, inclui a variação entre lotes em múltiplos experimentos na unidade ou laboratório e a variação inerente em no método analítico. Modificadas ou não por “cerca de”, as quantidades incluem equivalentes àquelas quantidades. Qualquer quantidade estabelecida neste documento e modificada por “cerca de” pode também ser empregada na presente revelação como a quantidade não modificada por “cerca de”.

[0014] O termo “gás de síntese” ou “gás de síntese” significa gás de síntese, que é o nome dado a uma mistura de gás que contém quantidades variantes de monóxido de carbono e hidrogênio. Exemplos de métodos de produção incluem a reforma do fluxo de gás natural ou hidrocarbonetos para produzir hidrogênio, a gaseificação de carvão e, em alguns tipos de instalações de transformação de resíduos em energia. O nome vem de seu uso como intermediários na criação de gás natural sintético (SNG) e para a produção de amônia ou metanol. O gás de síntese é combustível e é frequentemente usado como fonte de combustível ou como um intermediário para a produção de outros produtos químicos.

[0015] Os termos “fermentação”, “processo de fermentação” ou “reação de fermentação” e semelhantes se destinam a englobar tanto a fase de crescimento, quanto a fase de biossíntese do produto do processo. Em um aspecto, a fermentação se refere à conversão de CO em álcool.

[0016] O termo “densidade celular” significa a massa de células de Microrganismos por unidade de volume de caldo de fermentação, por exemplo, gramas/litro. Neste aspecto, o processo e meios são eficazes para o fornecimento de uma densidade celular de pelo menos cerca de 1,0 g/L. A densidade celular pode ser de 1 a cerca de 25 g/L, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 20 g/L, em outro aspecto, cerca de 1 a cerca de 10 g/L, em outro aspecto, cerca de 10 a cerca de 20 g/L, em outro aspecto, cerca de 12 a cerca de 18 g/L, em outro aspecto, cerca de 14 a cerca de 16 g/L, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 8 g/L, em outro aspecto, cerca de 3 a cerca de 6 g/L, e, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 5 g/L.

[0017] O termo “reciclo celular” se refere à separação de células microbianas de um caldo de fermentação e o retorno de tudo ou partes daquelas células microbianas separadas ao fermentador. Em geral, uma disposição de filtragem é usada para realizar as separações.

[0018] O termo “fermentador”, “vaso de reator” ou “biorreator”, inclui um dispositivo de fermentação consistindo de um ou mais vasos e/ou arranjos de torres ou tubulações, que incluem o Reator de Tanque Agitado Contínuo (CSTR), Reator de Célula Imobilizada (ICR), Reator de Leito Gotejante (TBR), Reator de Leito Móvel com Biofilme (MBBR), Coluna de Bolhas, Fermentador do tipo Gas Lift, Reator de Membrana, tal como Biorreator com Membrana de Fibra Oca (HFMBR), Misturador Estático, ou outro vaso ou outro dispositivo apropriado para contato entre gás e líquido. Substrato Gasoso Contendo CO

[0019] Em um aspecto, o processo tem aplicabilidade para suportar a produção de álcool a partir de substratos gasosos, tais como gases de combustão industrial contendo CO em alto volume. Em alguns aspectos, um gás que inclua CO é derivado de resíduo contendo carbono, por exemplo, gases residuais industriais ou da gaseificação de outros resíduos. Como tal, os processos representam processos eficazes para a captura de carbono, que seria de outro modo liberado para o ambiente. Exemplos de gases de combustão industriais incluem gases produzidos durante a fabricação de produtos de metal ferroso, fabricação de produtos não ferrosos, processos de refino de petróleo, gaseificação de carvão, gaseificação de biomassa, produção de energia elétrica, produção de negro de fumo, produção de amônia, produção de metanol e fabricação de coque.

[0020] Em outro aspecto, o substrato gasoso contendo CO pode ser gás de síntese. Gás de síntese pode ser fornecido a partir de qualquer fonte conhecida. Em um aspecto, gás de síntese pode ser fornecido a partir da gaseificação de materiais carbonáceo. A gaseificação envolve a combustão parcial de biomassa em uma fonte restrita de oxigênio. O gás resultante inclui principalmente CO e H2. Neste aspecto, o gás de síntese conterá pelo menos cerca de 10 % molar de CO, em um aspecto, pelo menos cerca de 20 % molar de, em um aspecto, cerca de 10 a cerca de 100 % molar de, em outro aspecto, cerca de 20 a cerca de 100 % molar de CO, em outro aspecto, cerca de 30 a cerca de 90 % molar de CO, em outro aspecto, cerca de 40 a cerca de 80 % molar de CO e em outro aspecto, cerca de 50 a cerca de 70 % molar de CO. O gás de síntese terá uma razão molar CO/CO2 de pelo menos 0,75, em outro aspecto, pelo menos cerca de 1,0, em outro aspecto, pelo menos cerca de 1,5, em outro aspecto, pelo menos cerca de 2,0, em outro aspecto, pelo menos cerca de 2,5, em outro aspecto, pelo menos cerca de 3,0, e, em outro aspecto, pelo menos cerca de 3,5. Alguns exemplos de métodos de gaseificação e aparelhos apropriados são fornecidos nos números de série US 13/427.144, 13/427.193 e 13/427.247, todos os quais foram depositados em 22 de março de 2012 e todos os quais são incorporados neste documento por referência.

[0021] Em outro aspecto, o gás de síntese utilizado para propagação de bactéria acetogênica pode ser substancialmente CO. Como usado neste documento, “substancialmente CO” significa pelo menos cerca de 50 % molar de CO, em outro aspecto, pelo menos cerca de 60 % molar de CO, em outro aspecto, pelo menos cerca de 70 % molar de CO, em outro aspecto, pelo menos cerca de 80 % molar de CO e em outro aspecto, pelo menos cerca de 90 % molar de CO.

[0022] Dependendo da composição do substrato contendo CO gasoso, pode também ser desejável tratá-lo, para remover quaisquer impurezas indesejadas, tais como partículas de poeira, antes da sua introdução à fermentação. Por exemplo, o substrato gasoso pode ser filtrado ou esfregado, usado métodos conhecidos.

Meio

[0023] Em conformidade com um aspecto, o processo de fermentação é iniciado através da adição de um meio apropriado ao vaso do reator. O líquido contido no vaso do reator pode incluir qualquer tipo de meio com nutriente ou meio de fermentação apropriado. O meio com nutriente incluirá vitaminas e minerais eficazes para permitir o crescimento do microorganismo sendo usado. Meio anaeróbico apropriado para a fermentação de etanol usando CO como uma fonte de carbono são conhecidos. Um exemplo de um meio de fermentação apropriado é descrito na Patente US 7.285.402, que é incorporada neste documento por referência. Outros exemplos de meio apropriado são descritos nos números de série US 61/650.098 e 61/650.093, ambos depositados em 22 de maio de 2012 e são incorporados neste documento por referência. Em um aspecto, o meio utilizado inclui menos do que cerca de 0,01 g/L de extrato de levedura e menos do que cerca de 0,01 g/L de carboidratos.

[0024] Em um aspecto, o processo inclui o fornecimento de uma taxa de alimentação de nitrogênio ao vaso do reator em uma quantidade de cerca de 100 mg ou mais de nitrogênio/grama de células produzidas. Em outro aspecto, a taxa de alimentação de nitrogênio é de cerca de 100 a cerca de 340 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, em outro aspecto, cerca de 160 a cerca de 340 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 160 a cerca de 200 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 160 a cerca de 180 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 160 a cerca de 170 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 170 a cerca de 190 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 170 a cerca de 180 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 200 a cerca de 330 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 170 a cerca de 175 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 175 a cerca de 190 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 175 a cerca de 185 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 175 a cerca de 180 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 180 a cerca de 200 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 180 a cerca de 190 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 180 a cerca de 185 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 185 a cerca de 210 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 185 a cerca de 200 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 185 a cerca de 190 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 190 a cerca de 210 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 190 a cerca de 200 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 190 a cerca de 195 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 210 a cerca de 320 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 220 a cerca de 310 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 230 a cerca de 300 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 240 a cerca de 290 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 250 a cerca de 280 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 260 a cerca de 270 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 195 a cerca de 300 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 195 a cerca de 275 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 195 a cerca de 250 mg de nitrogênio/grama de células produzidas, em outro aspecto, cerca de 195 a cerca de 225 mg de nitrogênio/grama de células produzidas e em outro aspecto, cerca de 195 a cerca de 200 mg de nitrogênio/grama de células produzidas. Neste aspecto, o nitrogênio é fornecido a partir de uma fonte que inclui amônia anidra, amônia aquosa, hidróxido de amônio, acetato de amônio, nitratos orgânicos ou inorgânicos e nitrilos, aminas, iminas, amidas, aminoácidos, amino- álcoois e misturas dos mesmos. Em um aspecto, o nitrogênio é fornecido por hidróxido de amônio.

[0025] Em um aspecto, o processo é eficaz para o fornecimento de uma condutividade medida de cerca de 16 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 12 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 8 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 6,5 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 6,0 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 5,5 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 5,0 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 4,7 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 4,5 mS/cm ou menos, em outro aspecto, cerca de 4,0 mS/cm a cerca de 6,5 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 5,0 mS/cm a cerca de 6,0 mS/cm e em outro aspecto, cerca de 4,0 mS/cm a cerca de 5,0 mS/cm.

[0026] Em um aspecto, o processo inclui o controle da condutividade, enquanto mantendo os níveis de STY desejados. A substituição ou reposição de cloreto de amônio com hidróxido de amônio em um meio que é eficaz para a redução de condutividade e manutenção dos níveis de STY desejados. Neste aspecto, hidróxido de amônio é adicionado como um componente do meio e/ou usado para ajustar o pH do meio. Neste aspecto, a substituição de cloreto de amônio por hidróxido de amônio é eficaz na redução da condutividade do meio em cerca de 20% ou mais, em outro aspecto, cerca de 25% ou mais, em outro aspecto, cerca de 20 a cerca de 30%, e, em outro aspecto, cerca de 25 a cerca de 30%.

[0027] Em outro aspecto, qualquer taxa de alimentação de nitrogênio de cerca de 100 a cerca de 340 mg de nitrogênio/grama de células produzidas é eficaz para o fornecimento de uma condutividade média de cerca de 16 mS/cm ou menos e mantendo um STY de cerca de 10 g de etanol/(L-dia) a cerca de 200 g de etanol/(L-dia). Em um aspecto mais específico, uma taxa de alimentação de nitrogênio de cerca de 190 a cerca de 210 mg de nitrogênio/grama de células produzidas é eficaz para o fornecimento de uma condutividade média de cerca de 4 a cerca de 5 mS/cm. Em outro aspecto mais específico, uma taxa de alimentação de nitrogênio de cerca de 190 a cerca de 200 mg de nitrogênio/grama de células produzidas é eficaz para o fornecimento de uma condutividade média de cerca de 4 a cerca de 6,5 mS/cm. Em outro aspecto mais específico, uma taxa de alimentação de nitrogênio de cerca de 190 a cerca de 195 mg de nitrogênio/grama de células produzidas é eficaz para o fornecimento de uma condutividade média de cerca de 4 a cerca de 6,5 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 5 a cerca de 6 mS/cm, e, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 5 mS/cm. Em outro aspecto mais específico, uma taxa de alimentação de nitrogênio de cerca de 195 a cerca de 200 mg de nitrogênio/grama de células produzidas é eficaz para o fornecimento de uma condutividade média de cerca de 4 a cerca de 6,5 mS/cm, em outro aspecto, cerca de 5 a cerca de 6 mS/cm, e, em outro aspecto, cerca de 4 a cerca de 5 mS/cm.

[0028] Em um aspecto, o meio inclui pelo menos uma ou mais fonte de nitrogênio, pelo menos uma ou mais fonte de fósforo e pelo menos uma ou mais fonte de potássio. O meio pode incluir qualquer um dos três, qualquer combinação dos três, e, em um aspecto importante, inclui todos os três. Uma fonte de fósforo pode incluir uma fonte de fósforo selecionada do grupo consistindo de ácido fosfórico, fosfato de amônio, fosfato de potássio e misturas dos mesmos. Uma fonte de potássio pode incluir uma fonte de potássio selecionada do grupo consistindo de cloreto de potássio, fosfato de potássio, nitrato de potássio, sulfato de potássio e misturas dos mesmos.

[0029] Em um aspecto, o meio inclui um ou mais de ferro, tungstênio, níquel, cobalto, magnésio, enxofre e tiamina. O meio pode incluir qualquer um destes componentes, qualquer combinação, e, em um aspecto importante, inclui todos estes componentes. Um ferro pode incluir uma fonte de ferro selecionada do grupo consistindo de cloreto ferroso, sulfato ferroso e as misturas dos mesmos. Uma fonte de tungstênio pode incluir uma fonte de tungstênio selecionada do grupo consistindo de tungstato de sódio, tungstato de cálcio, tungstato de potássio e misturas dos mesmos. Uma fonte de níquel pode incluir uma fonte de níquel selecionada do grupo consistindo de cloreto de níquel, sulfato de níquel, nitrato de níquel e misturas dos mesmos. Uma fonte de cobalto pode incluir uma fonte de cobalto selecionada do grupo consistindo de cloreto de cobalto, fluoreto de cobalto, brometo de cobalto, iodeto de cobalto e misturas dos mesmos. Uma fonte de magnésio pode incluir uma fonte de magnésio selecionada do grupo consistindo de cloreto de magnésio, sulfato de magnésio, fosfato de magnésio e misturas dos mesmos. Uma fonte de enxofre pode incluir cisteína, sulfito de sódio e misturas dos mesmos.

[0030] As concentrações de vários componentes são como se segue:

[0031] A operação do processo mantém um pg em uma extensão de cerca de 4,2 a cerca de 4,8. O meio inclui menos do que cerca de 0,01 g/L de extrato de levedura e menos do que cerca de 0,01 g/L de carboidratos. Operação do biorreator

[0032] Em conformidade com um aspecto, o processo de fermentação é iniciado pela adição do meio ao vaso do reator. O meio é esterilizado, para remover Microrganismos indesejáveis e o reator é inoculado com os Microrganismos desejados. Em um aspecto, os Microrganismos utilizados incluem bactérias acetogênicas. Exemplos de bactérias acetogênicas úteis incluem aquelas do gênero Clostridium, tais como cepas de Clostridium ljungdahlii, incluindo aquelas descritas em WO 2000/68407, EP 117309, Patente US 5.173.429, 5.593.886 e 6.368.819, WO 1998/00558 e WO 2002/08438, cepas de Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 e DSM 19630 de DSMZ, Alemanha), incluindo aquelas descritas em WO 2007/117157 e WO 2009/151342 e Clostridium ragsdalei (P11, ATCC BAA-622) e Alkalibaculum bacchi (CP11, ATCC BAA-1772), incluindo aquelas descritas, respectivamente, na Patente US 7.704.723 e “Biofuels and Bioproducts from BiomassGenerated Synthesis Gas”, Hasan Atiyeh, apresentadas em Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, 29 de abril de 2010 e Clostridium carboxidivorans (ATCC PTA-7827), descrita no Pedido de Patente US 2007/0276447. Outros Microrganismos apropriados incluem aqueles do gênero Moorella, incluindo Moorella sp. HUC22-1 e aqueles do gênero Carboxydothermus. Cada uma destas referências é incorporada neste documento por referência. Culturas misturadas de dois ou mais Microrganismos podem ser usadas.

[0033] Alguns exemplos de bactérias úteis incluem Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemanha), Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemanha), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii (ATCC PTA- 10522), Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemanha), Clostridium ragsdali P11 (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus, Thermoanaerobacter kivui e misturas das mesmas.

[0034] Com a inoculação, uma taxa de fornecimento de gás de alimentação inicial é estabelecida eficaz para o fornecimento da população inicial de Microrganismos. O gás efluente é analisado para determinar o conteúdo do gás efluente. Os resultados da análise do gás são usados para controlar as taxas de gás de alimentação. Alcançando- se os níveis desejados, a fase líquida e o material celular são retirados do reator e reabastecidos com meio. Neste aspecto, o biorreator é operado para manter uma densidade celular de pelo menos cerca de 2 gramas/litro, e, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 50 gramas/litro, em vários outros aspectos, cerca de 5 a cerca de 40 gramas/litro, cerca de 5 a cerca de 30 gramas/litro, cerca de 5 a cerca de 20 gramas/litro, cerca de 5 a cerca de 15 gramas/litro, cerca de 10 a cerca de 40 gramas/litro, cerca de 10 a cerca de 30 gramas/litro, cerca de 10 a cerca de 20 gramas/litro, cerca de 15 a cerca de 20 e cerca de 10 a cerca de 15 gramas/litro. A densidade celular pode ser controlada através de um filtro de reciclo. Alguns exemplos de biorreatores são descritos nos números de série US 61/571.654 e 61/571.565, depositados em 30 de junho de 2011, número de série US 61/573.845, depositado em 13 de setembro de 2011, número de série US 13/471.827 e 13/471.858, depositado em 15 de maio de 2012 e número de série US 13/473.167, depositado em 16 de maio de 2012, todos os quais são incorporados neste documento por referência.

[0035] Em um aspecto, o processo é eficaz para o fornecimento de uma conversão de CO de cerca de 5 a cerca de 99%, em outro aspecto, a conversão de CO é de cerca de 10 a cerca de 90%, em outro aspecto, cerca de 20 a cerca de 80%, em outro aspecto, cerca de 30 a cerca de 70%, em outro aspecto, cerca de 40 a cerca de 60%, em outro aspecto, cerca de 50 a cerca de 95%, em outro aspecto, cerca de 60 a cerca de 95%, em outro aspecto, cerca de 70 a cerca de 95%, em outro aspecto, cerca de 80 a cerca de 95%, e, em outro aspecto, cerca de 80 a cerca de 90%.

EXEMPLOS Exemplo 1: NH4OH como uma fonte de nitrogênio

[0036] Experimentos foram conduzidos em um biorreator (New Brunswick BioFlo I ou IIc), operado de forma ininterrupta, através de CSTR, sem circuito de reciclo. As condições de operação do biorreator foram as seguintes: Tipo de cultura foi Clostridium ljungdahlii C01. Temperatura de cultura foi mantida em cerca de 38 °C. Agitação foi de cerca de 800 rpm em uma leitura digital. O volume da cultura foi de cerca de 2450 a 2500 ml. O ponto de ajuste do pH da cultura foi de cerca de 4,5 a 4,6. Uma solução de NaHCO3 5% foi usada para controle de pH. O gás de alimentação foi uma mistura sintética de H2 15%, N2 45%, CO 30% e CO2 10%, alimentado à cultura a uma taxa de cerca de 411 ml/min. O meio foi alimentado no reator a cerca de 1,3 ml/min., ou cerca de 1870 ml/dia. Os tempos de retenção do líquido e da célula foram de aproximadamente 29-31 horas. A cultura de Microrganismos foi trazida para uma operação estável em um biorreator. A fonte inicial de amônio foi NH4Cl. Alcançando-se operações estáveis, a fonte de amônio foi mudada para NH4OH removendo-se o cloreto de amônia do meio inicial. Os componentes e concentrações do meio são descritos abaixo.

• A concentração de Na+ é apenas de NaCl. Não inclui Na+ dos outros componentes, tais como Na2WO4 • 2H2O.

[0037] As seguintes etapas foram conduzidas durante a mudanças de fonte de amônio. • A vazão do meio inicial foi reduzida, para compensar a vazão do meio NH4OH e para manter o mesmo fluxo de líquido total no sistema. • As concentrações dos componentes do meio inicial foram aumentadas no mesmo percentual que a vazão do meio foi diminuída, para manter a mesma taxa de alimentação do componente global, apesar da redução no meio inicial.

[0038] Os seguintes parâmetros foram monitorados: • Conversões de captação de gás • Concentrações do produto • Densidade celular • pH da cultura • nível do reservatório de base • XRT / LRT

[0039] A mudança da fonte de amônio para hidróxido de amônio forneceu os seguintes resultados: • A produtividade de etanol aumentou 13% de 16,2 para 18,3 g/L-dia. • O pH da cultura medido aumento para cerca de 4,6%. • A taxa de adição da base média caiu cerca de 86%. • Houve um aumento inicial nas concentrações de ácido acético, depois a concentração diminuiu de forma constante. • Não houve mudança significativa observável na captação do gás, conversões de gás, densidade celular ou concentração de butanol com a mudança na fonte de amônio.

[0040] Os resultados foram os seguintes:

* Medido em t=236 horas ** Medido em t=298 horas

[0041] Enquanto a invenção revelada neste documento descreveu por meio de realizações específicas, exemplos e aplicações dos mesmos, numerosas modificações e variações poderiam ser feitas à mesma por aqueles versados na técnica, sem se distanciar do escopo da invenção estabelecido nas Reivindicações.

Claims

1. Meio de Fermentação, caracterizado por que compreende: uma ou mais bactérias acetogênicas; de 100 mg a 340 mg de hidróxido de amônio por grama de bactérias acetogênicas produzidas; de 10,5 mg a 15 mg de fósforo por grama de bactérias acetogênicas produzidas; de 26 mg a 36 mg de potássio por grama de bactérias acetogênicas produzidas; 0,01 g/L ou menos de extrato de levedura; e 0,01 g/L ou menos de carboidratos, em que o meio de fermentação tem uma condutividade de 16 mS/cm ou menos e um pH de 4,2 a 4,8.

2. Meio de Fermentação, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o fósforo é fornecido a partir de uma fonte de fósforo selecionada a partir do grupo que consiste em ácido fosfórico, fosfato de amônio, fosfato de potássio e misturas dos mesmos e o potássio é fornecido a partir de uma fonte de potássio selecionada a partir do grupo que consiste em cloreto de potássio, fosfato de potássio, nitrato de potássio, sulfato de potássio e misturas dos mesmos.

3. Meio de Fermentação, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o meio de fermentação inclui um ou mais de de 2,7 a 5 mg de ferro por grama de bactérias acetogênicas produzidas, de 10 a 30 g de tungstênio por grama de bactérias acetogênicas produzidas, de 34 a 40 g de níquel por grama de bactérias acetogênicas produzidas, de 9 a 30 g de cobalto por grama de bactérias acetogênicas produzidas, de 4,5 a 10 mg de magnésio por grama de bactérias acetogênicas produzidas, de 11 a 20 mg de enxofre por grama de bactérias acetogênicas produzidas e de 6,5 a 20 g de tiamina por grama de células produzidas.

4. Meio de Fermentação, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por que o ferro é fornecido a partir de uma fonte de ferro selecionada a partir do grupo que consiste em cloreto ferroso, sulfato ferroso e misturas dos mesmos, o tungstênio é fornecido a partir de uma fonte de tungstênio selecionada a partir do grupo que consiste em tungstato de sódio, tungstato de cálcio, tungstato de potássio e misturas dos mesmos, o níquel é fornecido a partir de uma fonte de níquel selecionada a partir do grupo que consiste em cloreto de níquel, sulfato de níquel, nitrato de níquel e misturas dos mesmos, o cobalto é fornecido a partir de uma fonte de cobalto selecionada a partir do grupo que consiste em cloreto de cobalto, fluoreto de cobalto, brometo de cobalto, iodeto de cobalto e misturas dos mesmos, o magnésio é fornecido a partir de uma fonte de magnésio selecionada a partir do grupo que consiste em cloreto de magnésio, sulfato de magnésio, fosfato de magnésio e o enxofre é fornecido a partir de uma fonte de enxofre selecionada a partir do grupo que consiste em cisteína, sulfito de sódio e misturas dos mesmos.