BRPI0818458B1 - método para capturar carbono por fermentação microbiana, e, sistema para aumentar a eficácia de processos para produzir produtos por fermentação microbiana de gás(gases) e para aumentar a captura geral de carbono em um processo para produzir produtos em um biorreator por fermentação microbiana. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA CAPTURAR CARBONO POR FERMENTAÇÃO MICROBIANA, E, SISTEMA PARA AUMENTAR A EFICÁCIA DE PROCESSOS PARA PRODUZIR PRODUTOS POR FERMENTAÇÃO MICROBIANA DE GÀS(GASES) E PARA AUMENTAR A CAPTURA GERAL DE CARBONO EM UM PROCESSO PARA PRODUZIR PRODUTOS EM UM BIORREA-TOR POR FERMENTAÇÃO MICROBIANA." Campo da Invenção A presente invenção refere-se a sistemas e a métodos para otimizar a captura de carbono geral e/ou otimizar a eficácia geral em processos incluindo a fermentação microbiana. Em particular, a invenção refere-se a otimizar a captura de carbono e/ou otimizar a eficácia em processos incluindo a fermentação microbiana de um substrato compreendendo CO derivado de uma fonte industrial.

Antecedentes da Invenção O etanol está se tornando rapidamente o maior combustível de transporte líquido rico em hidrogênio pelo mundo. O consumo mundial de etanol em 2005 foi estimado em 12,2 bilhões de galões. O mercado global para a indústria de etanol combustível foi também previsto a crescer bastante no futuro, devido a um interesse aumentado no etanol na Europa, Japão, USA, e várias nações em desenvolvimento.

Por exemplo, nos USA, o etanol é usado para produzir E10, uma mistura de 10% de etanol em gasolina. Em misturas E10, o componente etanol age como um agente de oxígenação, otimizando a eficácia de combustão e reduzindo a produção de poluentes do ar. No Brasil, o etanol satisfaz aproximadamente 30% da demanda de combustível para transporte, como ambos um agente de oxígenação misturado em gasolina, e como um combustível puro em seu próprio direito. Também, na Europa, preocupações ambientais em torno das consequências de emissões de Gás Estufa (GHG) foram o estímulo para a União Européia (EU) atribuir às nações membro um alvo vigente para o consumo de combustíveis para transporte sustentável tal como etanol derivado de biomassa. A vasta maioria de etanol combustível é produzida via processos tradicionais de fermentação baseada em levedura que usa carboidratos derivados de colheita, tal como sacarose extraída da cana de açúcar ou amido extraído das colheitas de grãos, como a principal fonte de carbono. Entretanto, o custo dessas matérias-primas de carboidrato é influenciado por seu valor como alimento humano ou ração animal, enquanto o cultivo de colheitas de produção de amido ou sacarose para produção de etanol não é economicamente sustentável em todas as geografias. Então, é de interesse desenvolver tecnologias para converter recursos de carbono mais abundantes e/ou de menor custo em etanol combustível. CO é um principal subproduto rico em energia, livre, da combustão incompleta de materiais orgânicos tal como carvão ou petróleo em produtos derivados de petróleo. Por exemplo, a indústria de aço na Austrália produz e libera na atmosfera mais de 500.000 toneladas de CO anualmente.

Os processos catalíticos podem ser usados para converter gases consistindo principalmente em CO e/ou CO e hidrogênio (H2) em uma variedade de combustíveis e produtos químicos. Os micro-organismos podem também ser usados para converter esses gases em combustíveis e produtos químicos. Esses processos biológicos, embora geralmente mais lentos do que as reações químicas, têm várias vantagens sobre os processos catalíticos, incluindo especificidade mais alta, rendimentos mais altos, menores custos de energia e maior resistência a envenenamento. A capacidade dos micro-organismos crescerem em CO como uma única fonte de carbono foi primeiramente descoberta em 1903. Isso foi futuramente determinado como sendo uma propriedade dos organismos que usam a rota bioquímica da acetil coenzima A (acetil CoA) de crescimento autotrópico (também conhecida como rota de Woods-Ljungdahl e a rota de monóxido de carbono desidrogenase / acetil CoA sintase (CODH/ACS). Um grande número de organismos anaeróbicos incluindo organismos carboxido-tróficos, fotosintéticos, metanogênicos e acetogênicos mostrou-se metaboli-zar CO em vários produtos finais, isto é, CO2, H2, metano, n-butanol, acetato e etanol. Enquanto usando CO como a única fonte de carbono, todos tais organismos produzem pelo menos dois desses produtos finais.

As bactérias anaeróbicas, tais como aquelas do gênero Clostri-dium, demonstraram produzir etanol a partir de CO, CO2 e H2 via a rota bioquímica de acetil CoA. Por exemplo, várias cepas de Clostridium Ijungdahlii que produzem etanol a partir de gases são descritas em WO 00/68407, EP 117309, patentes US nos. 5.173.429, 5.593.886, e 6.368.819, WO 98/00558 e WO 02/08438. A bactéria Clostrídium autoethanogenum sp é também conhecida por produzir etanol a partir de gases (Abrini e outros, Archives of Microbiology 161, p. 345 a 351 (1994)).

Entretanto, a produção de etanol por micro-organismos pela fermentação de gases está sempre associada com a coprodução de acetato e/ou ácido acético. Como algum do carbono disponível é convertido em ace-tato/ácido acético ao invés de em etanol, a eficácia da produção de etanol usando tais processos de fermentação pode ser menos do que desejável. Também, a menos que o subproduto de acetato/ácido acético possa ser u-sado por algum outro propósito, ele pode levantar um problema de descarte de resíduos. O acetato/ácido acético é convertido em metano por microorganismos e então tem o potencial de contribuir para emissões de GHG. A fermentação microbiana de CO na presença de H2 pode levar a completar substancialmente a transferência de carbono em um álcool. Entretanto, na ausência de H2 suficiente, algum do CO é convertido em álcool, enquanto uma parte significativa é convertida em C02 como mostrado nas seguintes equações: 6CO + 3H20 -> C2H5OH + 4C02 12H2 + 4C02 -» 2C2H5OH + 6H20 A produção de C02 representa a ineficácia na captura geral de carbono e se liberado, também tem o potencial para contribuir para emissões de Gases Estufa. WO 2007/117157, cuja descrição é incorporada aqui a título de referência, descreve um processo que produz álcoois, particularmente etanol, por fermentação anaeróbica de gases contendo monóxido de carbono. O acetato produzido como um subproduto do processo de fermentação é convertido em gás hidrogênio e gás dióxido de carbono, qualquer um ou ambos os quais podem ser usados no processo de fermentação anaeróbica. WO 2008/115080, cuja descrição é incorporada aqui a título de referência, descreve um processo para a produção de álcool em múltiplos estágios de fermentação. Os subprodutos produzidos como um resultado de fermenta- ção anaeróbica de gás(gases) em um primeiro biorreator podem ser usados para produzir produtos em um segundo biorreator. Ademais, os subprodutos do segundo estágio de fermentação podem ser reciclados no primeiro biorreator para produzir produtos. US 7.078.201 e WO 02/08438 também descrevem a otimização de processos de fermentação para produzir etanol por condições variáveis (por exemplo, pH e redox potencial) do meio nutriente líquido no qual a fermentação é executada. Como descrito nestas publicações, processos similares podem ser usados para produzir outros álcoois, tal como butanol.

Otimizações ainda menores para um processo de fermentação para produzir um ou mais ácidos e/ou um ou mais álcoois podem ter um impacto significativo na eficácia, e mais particularmente, a viabilidade comercial de tal processo.

Por exemplo, independentemente da fonte usada para alimentar a reação de fermentação, problemas podem ocorrer quando há quebras no fornecimento de alimentação. Mais particularmente, tais interrupções podem ser prejudiciais à eficácia da produção pelos micro-organismos usados na reação, e em alguns casos, podem ser nocivas a ela. Por exemplo, quando o gás CO em uma corrente de gás de despejo industrial pode ser usado em reações de fermentação para produzir ácidos/álcoois, pode haver vezes em que a corrente não é produzida. Durante essas vezes, os micro-organismos usados na reação podem ir para um estado não produtivo inativo ou hibernação. Quando a corrente está disponível novamente, pode então haver um atraso antes dos micro-organismos serem completamente produtivos em executar a reação desejada. Consequentemente, haveria benefício significativo se houvesse um meio de reduzir ou eliminar esse tempo de atraso.

Como outro exemplo, em muitos processos industriais, sistemas ou aparelhos purificadores são usados para reduzir a concentração de parti-culados (tal como poeira) e outros componentes que contaminam os gases de escape. Os sistemas de purificação a seco ou a úmido são conhecidos. Em um sistema de purificação a úmido, água ou outros líquidos são usados para ''purificar" os contaminantes a partir da corrente de gás. Um sistema de purificação a úmido típico é visto em aciarias, em que a água é usada para limpar os gases combustíveis gerados em vários estágios da fabricação do aço: por exemplo, os gases gerados pelos fornos de cozimento, o alto forno, o forno de oxigênio básico ou o forno de arco elétrico. Enquanto a purificação tem o benefício de reduzir o nível de contaminantes dentro dos gases de escape, ela de forma alguma elimina os contaminantes todos juntos. As substâncias indesejadas são simplesmente removidas do gás em uma forma de sólido ou pó ou na água ou líquido do purificador. A água ou o líquido u-sado no sistema purificador assim se torna uma corrente de despejo gerada por essa indústria. O descarte de tal resíduo representa um desafio ambiental. A necessidade de limpar e descartar tais materiais de despejo também representa um custo significativo para a indústria.

Enquanto os purificadores industriais convencionais (tal como em aciarias) removem uma parte dos contaminantes das correntes de gás de despejo industriais, foi aceito na técnica que etapas de purificação e/ou tratamento adicionais são exigidas que sejam executadas nos gases antes que eles possam ser usados para alimentar uma reação de fermentação devido aos efeitos prejudiciais percebidos de tais gases nos micro-organismos usados na reação. Ver, por exemplo, Datar e outros, Fermentation of bio-mass-generated producer gas to ethanol, 2004, Biotechnology and Bioengi-neering Vol. 86, p. 587 a 594. O uso de etapas de purificação e/ou tratamento adicionais exige espaço adicional em uma planta industrial, que pode ser particularmente problemático quando o uso de processos de fermentação é adicionado a uma planta existente. Consequentemente, há uma necessidade por processos otimizados nos quais tais etapas de purificação ou outras etapas de tratamento não são exigidas ou são pelo menos mantidas no mínimo. É um objetivo da presente invenção fornecer sistema(s) e/ou método(s) que supera(m) ou melhora(m) pelo menos uma desvantagem conhecida na técnica e fornece(m) ao público novos métodos para a produção otimizada e/ou aumentada de uma variedade de produtos úteis.

Sumário da Invenção Em um primeiro aspecto, um método é fornecido para capturar carbono por fermentação microbiana, compreendendo: i. receber corrente(s) de efluente gasoso ou de gás de despejo compreendendo CO a partir de um processo industrial; ii. passar a(s) corrente(s) de gás por um biorreator contendo uma cultura de um ou mais micro-organismos; e iii. fermentar a cultura no biorreator para produzir um ou mais produtos.

Em algumas modalidades, o método compreende capturar pelo menos uma parte de um teor de CO2, usando um removedor de CO2, de um ou ambos dentre: i. uma corrente antes da corrente entrar no biorreator; e ii. uma corrente após a corrente ter saído do biorreator.

Em certas modalidades, 0 método compreende uma primeira etapa de separação de gás, compreendendo (i) receber uma corrente de gás; (ii) separar substancialmente pelo menos uma parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes da corrente de gás; e (iii) passar pelo menos parte da(s) parte(s) separada(s) pelo biorreator. Em uma modalidade, pelo menos parte da parte separada passada pelo biorreator compreende CO.

Em modalidades particulares, o método compreende uma segunda etapa de separação de gás compreendendo (i) receber uma corrente de gás; (ii) substancialmente separar pelo menos uma parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes da corrente de gás; e (iii) passar pelo menos parte da(s) parte(s) separada(s) pelo removedor de C02. Em uma modalidade, a etapa de separação de gás substancialmente separa 0 C02 da corrente de gás e passa o C02 separado pelo removedor de C02.

Em modalidades particulares, 0 método compreende tamponar uma corrente de gás e passar pelo menos uma parte dessa pelo biorreator de uma maneira substancialmente contínua. Em uma modalidade, a etapa de tamponamento compreende (i) receber uma corrente de gás intermitente ou não-contínua no dispositivo de armazenamento; e (ii) passar uma corrente substancialmente contínua pelo biorreator a partir do dispositivo de armazenamento.

Em certas modalidades, o método compreende misturar uma ou mais corrente de gás com pelo menos uma outra corrente.

Em certas modalidades, o método compreende adicionar água do purificador de um processo industrial ao biorreator.

Em um segundo aspecto, um sistema é fornecido para capturar carbono por fermentação microbiana, o sistema compreendendo uma entrada para receber efluente gasoso ou corrente de despejo a partir de um processo industrial, em que, em uso, o sistema é configurado para passar pelo menos uma parte do gás por um biorreator para gerar produtos por fermentação microbiana.

Em algumas modalidades, o sistema compreende um removedor de C02 configurado para, em uso, capturar pelo menos uma parte de um teor de C02 a partir de um ou ambos dentre: i. uma corrente antes da corrente entrar no biorreator; e ii. uma corrente após a corrente ter saído do biorreator.

Em modalidades particulares, o sistema compreende um primeiro separador de gás configurado para, em uso: (i) receber a corrente de gás; (ii) substancialmente separar pelo menos uma parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes da corrente de gás; (iii) passar pelo menos parte da parte separada pelo biorreator. Em uma modalidade, o primeiro separador de gás é adaptado para, em uso, substancialmente separar o CO da corrente de gás e passar o CO separado pelo biorreator.

Em modalidades particulares, o sistema compreende um segundo separador de gás configurado para, em uso: (i) receber uma corrente de gás; (ii) substancialmente separar pelo menos uma parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes da corrente de gás; e (iii) passar pelo menos parte da parte separada pelo removedor de C02. Em uma modalidade, o segundo separador de gás é adaptado para separar o C02 da corrente de gás e passar o C02 separado pelo removedor de C02.

Em algumas modalidades, o sistema compreende dispositivos de tamponamento adaptados para, em uso, fornecer uma corrente de substrato ao biorreator em uma corrente substancialmente contínua. Em modalidades particulares, o dispositivo de tamponamento compreende um tanque de armazenamento tampão adaptado para, em uso: i. receber uma corrente de substrato/gás intermitente ou não- contínua; e ii. passar uma corrente de substrato/gás substancialmente contínua pelo biorreator.

Em certas modalidades, o sistema compreende dispositivo de mistura adaptado para, em uso, combinar a corrente de gás com pelo menos outra corrente antes de passar a corrente combinada pelo biorreator.

Em modalidades particulares, o sistema compreende pelo menos um dispositivo de determinação para monitorar a composição de pelo menos uma corrente de gás alimentada em e/ou saída a partir do biorreator. Em certas modalidades, o sistema compreende dispositivo de controle para direcionar pelo menos uma parte de uma ou mais correntes de escape/gás a um ou mais dentre: i. o biorreator; ii. o removedor de CO2; iii. 0 primeiro separador de gás; iv. 0 segundo separador de gás; v. 0 dispositivo de tamponamento; vi. 0 dispositivo de mistura; e vii. um dispositivo de escape, os destinos particulares de i a vii sendo selecionados pelo menos em parte com base na determinação feita pelo dispositivo de determinação.

Em um terceiro aspecto, um sistema é fornecido para aumentar a captura de carbono geral em um processo para produzir produtos em um biorreator por fermentação microbiana de um substrato, 0 sistema incluindo um removedor de C02 configurado para capturar pelo menos uma parte de um teor de CO2 a partir de um ou ambos dentre: i. uma corrente antes da corrente entrar no biorreator; e ii. uma corrente após a corrente ter saído do biorreator.

Em um quarto aspecto, é fornecido um sistema para aumentar a eficácia de processos para produzir produtos por fermentação microbiana de gás(gases) onde 0 fornecimento do dito gás(gases) é intermitente, 0 sistema compreendendo dispositivo de tamponamento adaptado para receber e armazenar pelo menos uma parte do gás, e um biorreator adaptado para receber pelo menos uma parte do gás a partir do dispositivo de tamponamento.

Em um quinto aspecto, um sistema é fornecido para aumentar a eficácia de processos para produzir produtos por fermentação microbiana de gás(gases), 0 sistema compreendendo um separador de gás configurado para receber uma corrente de gás e passar pelo menos uma parte da dita corrente por um biorreator.

Em um sexto aspecto, uma aciaria é fornecida adaptada para produzir álcoois por fermentação microbiana de gás(gases) de despejo.

De acordo com aspectos particulares, os sistemas e métodos da invenção são adaptados para uso em um processo de produção de álcoois, mais particularmente etanol e/ou butanol, por fermentação anaeróbica de gases contendo monóxido de carbono. Adicional ou alternativamente, os ácidos, tal como ácido acético ou acetato, podem ser produzidos. Entretanto, a invenção não é limitada a esses aspectos e é destinada a cobrir outras reações de fermentação, incluindo fermentações aeróbicas, aquelas que geram produtos diferentes, tal como isopropanol ou H2, e aquelas não incluindo fermentação de gases contendo carbono.

As modalidades da invenção encontram aplicação particular na fermentação de um substrato gasoso compreendendo CO para produzir ácidos e/ou álcoois, embora aspectos particulares da invenção não sejam limitados a substratos incluindo CO. O substrato gasoso pode compreender um gás obtido como um subproduto de um processo industrial. Em certas modalidades, 0 processo industrial é selecionado a partir do grupo que consiste da fabricação de produtos de metal terroso, fabricação de produtos não terrosos, processos de refinamento de petróleo, gaseificação de biomassa, gaseificação de carvão, produção de energia elétrica, produção de negro de fumo, produção de amônia, produção de metanol e fabricação de coque. Mais preferencialmente, o substrato gasoso compreende um gás obtido a partir de uma aciaria.

Em certas modalidades preferenciais, o substrato gasoso compreende de 20% de CO a 100% de CO em volume, tal como de 50% CO a 95% CO em volume, tal como de 50% a 70% CO em volume. Os substratos gasosos tendo menores concentrações de CO, tal como 6%, podem ser a-propriados, particularmente quando H2 e C02 estão também presentes.

Em modaiidaaes preferenciais, a reação de fermentação é executada por uma ou mais cepas de bactéria carboxidotrófica.

Preferencialmente, a bactéria carboxidotrófica é selecionada a partir de Clostrídium, Moorella e Carboxydothermus. Mais preferencialmente, a bactéria carboxidotrófica é Clostrídium autoethanogenum.

Breve Descrição dos Desenhos A invenção será agora descrita em detalhes com relação às figuras em anexo, nas quais: A figura 1 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um removedor de C02 a jusante de um biorreator de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 2 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um removedor de C02 a montante de um biorreator de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 3 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um removedor de C02 a jusante de um biorreator e dispositivo para retornar uma corrente de substrato ao biorreator. A figura 4 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um separador de gás a montante de um biorreator de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 5 é uma representação esquemática de um sistema in- cluindo um separador de gás a jusante de um biorreator de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 6 é uma representação esquemática de um sistema incluindo dois separadores de gás: um separador de gás a montante de um biorreator e um separador de gás a jusante de um biorreator de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 7 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um tanque de armazenamento tampão de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 8 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um tanque de armazenamento tampão opcional de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 9 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um compressor de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 10a é uma representação esquemática de um sistema incluindo múltiplas fontes de corrente de substrato e um tanque de armazenamento tampão de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 10b é uma representação esquemática de um sistema incluindo múltiplas fontes de corrente de substrato e um tanque de armazenamento tampão de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 11 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um tanque de armazenamento tampão, separador de gás e remo-vedor de CO2 de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 12 é uma representação esquemática de um sistema adaptado para capturar carbono de uma corrente de despejo de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 13 é uma representação esquemática de um sistema incluindo um dispositivo de mistura de acordo com certas modalidades da invenção. A figura 14 ilustra o crescimento microbiano com 0 tempo quando gases da aciaria são usados como um recurso. A figura 15 ilustra a síntese de produto, ou seja, a produção de acetato, com o tempo quando os gases da aciaria são usados como um recurso. A figura 16 ilustra o crescimento bacteriano e a síntese de produto com o tempo em meios em laboratório. A figura 17 ilustra o crescimento bacteriano e a síntese de produto com o tempo usando meios em laboratório misturados com água de lavagem de aciaria em uma relação 1:1.

Descrição Detalhada da Invenção De acordo com certos métodos da invenção, os gases de despejo ou efluentes gasosos de um processo industrial podem ser usados para suplementar e/ou suportar reações de fermentação com mínimas etapas adicionais de processamento ou tratamento nos gases antes de passá-los pelo biorreator no qual o processo de fermentação é executado. Isso é particularmente surpreendente porque se acredita usualmente que os gases de despejo ou os efluentes gasosos contêm contaminantes que seriam prejudiciais ao crescimento e/ou sobrevivência dos micro-organismos usados na fermentação. A invenção tem particular aplicabilidade a gases de despejo ou efluentes gasosos produzidos durante os processos de fabricação do aço, particularmente aqueles contendo CO, que são usados para produzir álcoois (por exemplo, etanol, butanol, isopropanol) e/ou ácidos (por exemplo, ácido butírico, ácido acético e/ou acetato) e/ou hidrogênio. Enquanto há uma variedade de diferentes micro-organismos capazes de executar tais processos, a invenção tem particular aplicabilidade a processos de fermentação envolvendo o uso de Clostridium autoethanogenum.

Esse aspecto da invenção tem valor significativo já que reduz o número de etapas de pré-processamento ou as elimina, etapas executadas em gases de despejo antes de seu uso em uma reação de fermentação. Assim, a invenção fornece maior adequabilidade e/ou aplicabilidade de tais processos de fermentação, particularmente em plantas industriais estabelecidas onde uma quantidade pré-determinada limitada de espaço pode estar disponível para adicionar equipamento para executar as fermentações. Também, porque nenhum processo de pré-tratamento e/ou purificação ou processos limitados são executados nos gases de despejo, as modalidades da invenção podem também melhorar ou reduzir os resíduos de processos industriais devido a não haver a necessidade de processar os resíduos ou contaminantes resultantes dos processos de purificação e/ou pré-tratamento.

Os gases de despejo a partir de processos industriais, além da fabricação do aço, podem ser usados de forma similar nos métodos da invenção. A invenção é prontamente aplicável a reações de fermentação que utilizam substratos gasosos além do monóxido de carbono como uma fonte de carbono e energia, produzem álcoois além do etanol, produzem hidrogênio, e/ou que utilizam micro-organismos além do Clostridium autoethanoge-num.

Os substratos adequados para uso nos processos de fermentação frequentemente contém C02. Em adição, em muitas reações de fermentação, por exemplo, em que CO é convertido em produtos incluindo ácidos e/ou álcoois, volumes significativos de C02 podem ser produzidos. A presente invenção refere-se a métodos, sistemas, e processos para otimizar a captura geral de carbono em tais reações de fermentação.

De acordo com os métodos da invenção, a remoção de C02 (ou outros gases) de uma corrente de substrato aumentará a concentração de CO (ou a pressão parcial de CO em um substrato gasoso) e assim aumentar a eficácia das reações de fermentação onde o CO é um substrato. Aumentar a pressão parcial de CO em um substrato gasoso aumentar a transferência de massa de CO em um meio de fermentação. Ademais, a composição de correntes de gás usadas para alimentar uma reação de fermentação pode ter um impacto significativo na eficácia e/ou nos custos dessa reação Por exemplo, 02 pode reduzir a eficácia de um processo de fermentação anae-róbica. Em adição, o processamento de gases indesejados ou desnecessários em estágios de um processo de fermentação antes ou após a fermentação pode aumentar a sobrecarga em tais estágios (por exemplo, quando a corrente de gás é comprimida antes de entrar em um biorreator, energia desnecessária pode ser usada para comprimir os gases que não são necessários na fermentação). Adicional ou alternativamente, o componente C02 de uma corrente de substrato particular pode ser de maior valor se usado em outra reação, incluindo outra reação de fermentação.

Ademais, de acordo com métodos da invenção, aumentar a concentração de CO2 em uma corrente, por exemplo, aumentar a pressão parcial de C02 em uma corrente gasosa, aumentará a eficácia de processos que utilizam CO2, tal como a fermentação. Exemplos de processos que utilizam C02, tal como fermentações, são bem conhecidos na técnica. Exemplos de alguns tais processos são descritos em detalhes em WO 2006/108532 e são incorporados aqui a título de referência.

Certos aspectos da invenção geralmente referem-se a sistemas e a métodos para otimizar a captura geral de carbono nos processos incluindo fermentação microbiana. Em modalidades particulares, a invenção refere-se à captura de C02 a partir de correntes de substrato fornecidas a uma reação de fermentação. Alternativamente, ou em adição, a invenção refere-se à captura de CO2 de correntes de escape após a corrente ter saído do bior-reator. Em modalidades particulares da invenção, o substrato fornecido à reação de fermentação compreende CO.

Ademais, pode ser desejável remover e/ou capturar componentes contendo carbono tal como CO2 e/ou CH4 para otimizar a captura geral de carbono do processo como descrito acima. Adicional ou alternativamente, os componentes de um gás particular podem ser de maior valor se usados em outro lugar além da reação de fermentação (por exemplo, H2 é de valor considerável para uso como um combustível).

Certos aspectos da invenção geralmente referem-se a sistemas e a métodos para otimizar a eficácia de processos para produção de produtos por fermentação microbiana de gases, particularmente através do uso de pelo menos um processo de separação de gás da corrente de gás usada para alimentar a fermentação e/ou a corrente de gás produzida como um resultado da fermentação. Em uma modalidade um separador de gás é configurado para substancialmente separar pelo menos uma parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes. Por exemplo, o separador de gás pode separar C02 de uma corrente de gás compre- endendo os seguintes componentes: CO, CO2, H2, em que 0 C02 pode ser passado por um removedor de C02 e o restante da corrente gasosa (compreendendo CO e H2) pode ser passado por um biorreator.

As correntes de gás geradas durante os processos industriais, tal como o processamento em lote de aço a parti do ferro em uma aciaria, podem ser intermitentes por natureza, o que pode não ser desejável quando tais gases são usados para bioconversão. Em adição, a natureza das correntes pode ser tal que a composição do gás varia em uma natureza cíclica durante várias fases de um processo industrial particular. Por exemplo, no processo de fabricação do aço, durante períodos quando os gases essencialmente isentos de oxigênio são gerados, as concentrações de CO são mais altas. Ao contrário, quando os gases são amplamente isentos de CO, níveis significativos de 02 podem estar presentes. Muitas reações de fermentação exigem altas concentrações de CO que são essencialmente isentas de 02, tal como aquelas envolvendo bactérias anaeróbicas, particularmente bactérias carboxidotróficas.

Certos aspectos da invenção geralmente referem-se a sistemas e a métodos para otimizar a eficácia dos processos para produzir produtos por fermentação microbiana de gases onde as correntes de gás (ou outras fontes tal como gases dissolvidos e/ou carboidratos) usadas para alimentar a reação de fermentação são intermitentes por natureza. Modalidades particulares da invenção são descritas no contexto da indústria de fabricação do aço, com as bactérias carboxidotróficas sendo usadas para produzir ácidos e/ou álcoois, particuiarmente etanol ou butanol. Os versados na técnica estarão cientes, mediante a consideração da descrição imediata, que a invenção pode ser aplicada a diferentes indústrias, bem como a vários estágios no processo de fabricação do aço. Também, os versados na técnica estarão cientes, mediante a consideração da descrição imediata, que a invenção pode ser aplicada a outras reações de fermentação, incluindo aquelas que usam os mesmos micro-organismos ou diferentes. Então, pretende-se que 0 escopo da invenção não esteja limitado às modalidades particulares e/ou aplicações descritas, mas ao invés entende-se que ela refira-se a qualquer processo de fermentação no qual pelo menos um elemento usado para alimentar o processo seja fornecido de uma maneira intermitente, tal como quando os gases de despejo de um processo industrial são usados, os gases sendo produzidos de uma maneira intermitente.

Certos aspectos da invenção geralmente referem-se a sistemas e a métodos para otimizar a eficácia de processos para produzir produtos e/ou capturar carbono por fermentação microbiana de correntes de substrato onde elas são misturadas com correntes adicionais para otimizar a composição para fermentação microbiana.

Surpreendentemente, quando água de lavagem a partir do processo de fabricação de aço com oxigênio básico ou corrente de efluente gasoso de forno de oxigênio básico de uma aciaria é misturada com um meio de cultura microbiana padrão em uma reação de fermentação utilizando gás contendo monóxido de carbono para produzir etanol de acordo com os métodos da invenção, cultivo de Clostridium autoethanogenum, bem como sua capacidade de produzir etanol, é otimizada. Isso é particularmente surpreendente, à medida que se espera que a água contenha contaminantes que seriam prejudiciais para o crescimento e sobrevivência de micro-organismos.

Essa conclusão tem valor significativo em melhorar ou reduzir os resíduos de processos industriais, aumentar a eficácia das reações de fermentação, reduzir o nível de meios exigidos para suportar as reações de fermentação, e consequentemente diminuir os custos operacionais. A invenção pode assim servir para diminuir o nível de subproduto acetato formado durante tais reações de fermentação. Isso pode ser de benefício em situações onde o acetato não tem uso e seria, de outra forma, descartado, aumentando os custos para a indústria e propondo um problema ambiental.

Com base nos resultados obtidos, a invenção capacita o uso de água de lavagem como matéria-prima principal para reações de fermentação. A água de lavagem de processos industriais além da fabricação do aço pode ser usada de uma maneira similar. Em adição, a invenção é prontamente aplicável a reações de fermentação que utilizam substratos gasosos além do monóxido de carbono como uma fonte de carbono e energia, produ- zem álcoois além do etanol, produzem hidrogênio, e/ou que utilizam microorganismos além do Clostridium autoethanogenum.

Uma ou mais características de cada um dos dois ou mais aspectos mencionados acima podem ser combinadas e usadas dentro do mesmo sistema com as vantagens em anexo dessas.

Definições A menos que de outra forma definido, os seguintes termos como usados por toda esta especificação são definidos como segue: O termo 'captura de carbono", como usado aqui, refere-se ao sequestro de compostos de carbono incluindo C02 e/ou CO de uma corrente compreendendo C02 e/ou CO e, ou: - converter o C02 e/ou CO em produtos; ou - converter o C02 e/ou CO em substâncias adequadas para armazenamento a longo prazo; ou - capturar o C02 e/ou o CO em substâncias adequadas para armazenamento a longo prazo; ou uma combinação desses processos. O termo "substrato compreendendo monóxido de carbono" e termos similares deveríam ser entendidos como incluindo qualquer substrato no qual o monóxido de carbono está disponível a uma ou mais cepas de bactérias para cultivo e/ou fermentação, por exemplo. "Substratos gasosos compreendendo monóxido de carbono" incluem qualquer gás que contém monóxido de carbono. O substrato gasoso conterá tipicamente uma proporção significativa de CO, preferencialmente pelo menos aproximadamente 5% a aproximadamente 100% de CO em volume. O termo "biorreator" inclui um dispositivo de fermentação que consiste em um ou mais recipientes e/ou arranjos de torres ou tubulações, que incluem o Reator de Tanque de Agitação Contínua (CSTR), Reator de Célula Imobilizada (ICR), Reator de Leito Gotejante (TBR), Coluna Borbu-Ihante, Fermentador de Elevação de Gás, Reator a Membranas tal como o Biorreator a Membranas de Fibras Ocas (HFMBR), Misturador Estático, ou outro recipiente ou outro dispositivo adequado para contato gás-líquido. O termo "cossubstrato" refere-se a uma substância que, enquanto não sendo necessariamente a fonte principal de energia e material para síntese de produto, pode ser utilizada para síntese de produto quando adicionada a outro substrato, tal como o substrato primário. O termo "ácido", como usado aqui, inclui ambos ácidos carboxí-licos e o ânion de carboxilato associado, tal como a mistura de ácido acético livre e acetato presentes em um caldo de fermentação como descrito aqui. A relação de ácido molecular para carboxilato no caldo de fermentação é dependente do pH do sistema. Em adição, o termo "acetato" inclui ambos sal acetato sozinho e uma mistura de ácido molecular ou ácido acético livre e sal acetato, tal como a mistura de sal acetato e ácido acético livre presente em um caldo de fermentação como descrito aqui. O termo "concentração limitante" significa uma concentração inicial de um dado componente em um meio de fermentação microbiana que é suficientemente baixo para assegurar que será depletado em algum estágio na fermentação. O termo "corrente intermitente" significa não somente correntes que não estão continuamente disponíveis, mas também correntes que não têm continuamente uma composição desejada. O termo "água de lavagem" refere-se à água ou outros líquidos resultantes da lavagem de correntes de gás geradas durante processos industriais tal como a fabricação de produtos de metal ferroso, fabricação de produtos não-ferrosos, processos de refinamento de petróleo, gaseificação de carvão, gaseificação de biomassa, produção de energia elétrica, produção de negro de fumo, e fabricação de coque. O termo "diretamente", como usado em relação à passagem de gases de despejo ou efluentes gasosos industriais por um biorreator, é usado para significar que nenhuma etapa de processamento ou tratamento ou mínimas etapas, tais como resfriamento e remoção de particulado, são executadas nos gases antes de eles entrarem no biorreator (nota: uma etapa de remoção de oxigênio pode ser exigida para fermentação anaeróbica). O termo "composição desejada" é usado para se referir ao nível desejado e tipos de componentes em uma substância, tal como, por exemplo, de uma corrente de gás. Mais particularmente, um gás é considerado como tendo uma "composição desejada" se ele contém um componente particular (por exemplo, CO e/ou CO2) e/ou contém um componente particular em um nível particular e/ou não contém um componente particular (por e-xemplo, um contaminante prejudicial para os micro-organismos) e/ou não contém um componente particular em um nível particular. Mais de um componente pode ser considerado quando determinando se uma corrente de gás tem uma composição desejada. O termo "corrente" é usado para se referir a um fluxo de material dentro, através e fora de um ou mais estágios de um processo, por exemplo, 0 material que é alimentado em um biorreator e/ou um removedor de CO2 opcional. A composição da corrente pode variar à medida que ela passa a-través de estágios particulares. Por exemplo, à medida que a corrente passa através do biorreator, 0 teor de CO da corrente pode diminuir, enquanto o teor de C02 pode aumentar. Similarmente, à medida que a corrente passa através do estágio removedor de C02, 0 teor de C02 diminuirá. A menos que 0 contexto exija de outra forma, as frases "fermentando", "processo de fermentação" ou "reação de fermentação" e similares, como usadas aqui, são destinadas a abranger ambas a fase de cultivo e a fase de biossíntese de produto do processo.

Os termos "aumentar a eficácia", "eficácia aumentada", e similares, quando usados em relação a um processo de fermentação, incluem, mas não estão limitados a aumentar um ou mais dentre: a taxa de crescimento de micro-organismos na fermentação, o volume ou massa do produto desejado (tal como álcoois) produzido por volume ou massa de substrato (tal como monóxido de carbono) consumido, a taxa de produção ou nível de produção do produto desejado, e a proporção relativa do produto desejado produzido comparada com outros subprodutos da fermentação, e ademais pode refletir o valor (que pode ser positivo ou negativo) de quaisquer subprodutos durante o processo.

Em um aspecto, a invenção refere-se a sistemas e a métodos para aumentar a captura geral de carbono em processos para produzir produtos por fermentação microbiana de substratos, os ditos sistemas e métodos incluindo pelo menos um processo de remoção de CO2 executado em substratos e/ou correntes antes (isto é, a montante) ou após (isto é, a jusante) a reação de fermentação. Em certas modalidades da invenção, o substrato compreende CO. Tipicamente, o substrato será gasoso; entretanto, a invenção não está limitada a esse.

Em um aspecto, a invenção refere-se a sistemas e métodos para aumentar a eficácia de processos para produzir produtos por fermentação microbiana de gases, os ditos sistemas e métodos incluindo pelo menos um processo de separação de gás executado nos gases antes (isto é, a montante) ou após (isto é, a jusante) a reação de fermentação. Como notado acima, em modalidades particulares, o gás de substrato usado na fermentação microbiana compreende CO; entretanto, a invenção não está limitada a esse.

Em outro aspecto particular, a invenção refere-se a sistemas e métodos para aumentar a eficácia de processos para produzir produtos por fermentação microbiana de gases, particularmente onde 0 fornecimento dos gases é intermitente por natureza. Em modalidades particulares, 0 gás de substrato usado na fermentação microbiana compreende CO; entretanto, a invenção não está limitada a esse. A invenção adicionalmente fornece métodos e sistemas para a produção de álcool usando fermentação microbiana. Esses métodos e sis- ' temas envolvem 0 uso de gases de despejo a partir de um processo industrial, tal como a fabricação de aço, na reação de fermentação, em que nenhuma etapa de processamento adicional ou mínimas etapas são executadas nos gases antes de tal uso. Em certas modalidades, os gases de despejo de um ou mais processos industriais e/ou fontes alternativas são combinados ou misturados para fornecer uma corrente com uma composição desejável ou otimizada à reação de fermentação. A invenção também fornece métodos e sistemas para otimizar a composição de uma corrente de substrato compreendendo CO derivado, pelo menos em parte, de um processo industrial tal como a fabricação de aço. A invenção também fornece métodos para a produção de álcool usando fermentação microbiana e métodos para aumentar a eficácia da produção de álcool usando fermentação microbiana. Em uma modalidade, esses métodos envolvem utilizar água de lavagem de um processo industrial na reação de fermentação.

Enquanto certas modalidades da invenção, ou seja, aquelas que incluem a produção de etanol por fermentação anaeróbica usando CO como o substrato primário são prontamente reconhecidas como sendo otimizações valiosas à tecnologia de maior interesse atualmente, dever-se-ia apreciar que a invenção é aplicável na produção de produtos alternativos tal como outros álcoois e no uso de substratos alternativos, particularmente substratos gasosos, como será conhecidos pelos versados na técnica a qual a invenção se refere mediante a consideração da descrição imediata. Por e-xemplo, os substratos gasosos contendo dióxido de carbono e hidrogênio podem ser usados em modalidades particulares da invenção. Ademais, a invenção pode ser aplicável a fermentações para produzir acetato, butirato, propionato, caproato, etanol, propanol, e butanol, e hidrogênio. A título de exemplo, esses produtos podem ser produzidos por fermentação usando micróbios do gênero Moorella, Clostridia, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina, Methanosarcina, e Desulfotomaculum.

Certas modalidades da invenção são adaptadas para usar correntes de gás produzidas por um ou mais processos industriais. Tais processos incluem processos de fabricação de aço, particularmente processos que produzem uma corrente de gás tendo um alto teor de CO ou um teor de CO acima de um nível predeterminado (isto é, 5%). De acordo com tais modalidades, as bactérias carboxidotróficas são preferencialmente usadas para produzir ácidos e/ou álcoois, particularmente etanol ou butanol, dentro de um ou mais biorreatores. Os versados na técnica estarão cientes mediante consideração da descrição imediata que a invenção pode ser aplicada a várias indústrias ou correntes de gás de despejo, incluindo aquelas de veículos com um motor de combustão interna. Também, os versados na técnica estarão cientes mediante a consideração da descrição imediata de que a invenção pode ser aplicada a outras reações de fermentação incluindo aquelas usando os mesmos micro-organismos ou diferentes. Pretende-se então que o escopo da invenção não esteja limitado às modalidades particulares e/ou aplicações descritas, mas ele é entendido, ao invés, em um sentido mais amplo; por exemplo, a fonte da corrente de gás não é limitante, além do que pelo menos um componente dessa é utilizado para alimentar uma reação de fermentação. A invenção tem aplicabilidade particular para otimizar a captura geral de carbono e/ou a produção de etanol e outros álcoois a partir de substratos gasosos tal como gases de escape de automóveis e gases combustíveis industriais contendo alto volume de CO.

Fermentação Os processos para a produção de etanol e outros álcoois de substratos gasosos (tal como aqueles descritos na seção de antecedentes da invenção acima) são conhecidos. Processos exemplificados incluem os descritos, por exemplo, em WO 2007/117157 e WO 2008/115080, bem como as Patentes US Nos. 6.340.581, 6.136.577, 5.593.886, 5.807.722, e 5.821.111, cada uma das quais é incorporada aqui a título de referência.

Um número de bactérias anaeróbicas é conhecido como sendo capaz de executar a fermentação de CO em álcoois, incluindo n-butanol e etanol, e ácido acético, e são adequadas para uso no processo da presente invenção. Exemplos de tais bactérias que são adequadas para uso na invenção incluem aquelas do gênero Clostridium, tal como cepas de Clostridium Ijungdahlii, incluindo aquelas descritas em WO 00/68407, EP 117309, Patentes US Nos. 5.173.429, 5.593.886, e 6.368.819, WO 98/00558 e WO 02/08438, Clostridium carboxydivorans (Liou e outros, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 33: p. 2085 a 2091) e Clostridi-um autoethanogenum (Abrini e outros, Archives of Microbiology 161: p. 345 a 351). Outras bactérias adequadas incluem aquelas do gênero Moorella, incluindo Moorella sp HUC22-1 (Sakai e outros, Biotechnology Letters 29: p. 1607 a 1612), e aquelas do gênero Carboxydothermus (Svetlichny, V.A., e outros (1991), Systematic and Applied Microbiology 14: 254 a 260). As descrições de cada uma dessas publicações são incorporadas aqui a título de referência. Em adição, outras bactérias anaeróbicas carboxidotróficas podem ser usadas nos processos da invenção por uma pessoa versada na técnica. Será também apreciado mediante a consideração da descrição imediata que uma cultura mista de duas ou mais bactérias pode ser usada nos processos da presente invenção. A cultura das bactérias usadas em um método da invenção pode ser conduzida usando qualquer número de processos conhecidos na técnica para cultivar e fermentar substratos usando bactérias anaeróbicas. As técnicas exemplificadas são produzidas na seção "Exemplos" abaixo. A título de exemplo adiciona, esses processas geralmente descritos nos seguintes artigos usando substratos gasosos para fermentação podem ser utilizados: (i) K. T. Klasson, e outros (1991). Bioreactors for synthesis gas fermentations resources. Conservation and Recycling, 5; 145 a 165; (ii) K. T. Klasson, e outros (1991). Bioreactor design for synthesis gas fermentations. Fuel. 70. 605 a 614; (iii) K. T. Klasson, e outros (1992). Bioconversion of synthesis gas into liquid or gaseous fuels. Enzyme and Microbial Technology. 14; 602 a 608; (iv) J. L Vega, e outros (1989). Study of Gaseous Substrate Fermenta-tion: Carbon Monoxide Conversion to Acetate. 2. Continuous Culture. Bio-tech. Bioeng. 34. 6. 785 a 793; (vi) J. L Vega, e outros (1989). Study of gaseous substrate fermentations: Carbon monoxide conversion to acetate. 1. Batch culture. Biotechnology and Bioengineering. 34. 6. 774 a 784; (vii) J. L. Vega, e outros (1990). Design of Bioreactors for Coal Synthesis Gas Fermentations. Resources, Conservation and Recycling. 3. 149 a 160; todos os quais são incorporados aqui a título de referência.

Um micro-organismo exemplificado adequado para uso na presente invenção é Clostridium autoethanogenum. Em uma modalidade, a Clostridium autoethanogenum é uma Clostridium autoethanogenum que tem as características de identificação da cepa depositada no German Resource Centre for Biological Material (DSMZ) sob o número de depósito de identificação 19630. Em outra modalidade, a Clostridium autoethanogenum é uma Clostridium autoethanogenum que tem as características de identificação de número de depósito de DSMZ 10061. A fermentação pode ser executada em qualquer biorreator adequado. Em algumas modalidades da invenção, o biorreator pode compreender um primeiro reator de cultivo no qual os micro-organismos são cultivados, e um segundo reator de fermentação ao qual o caldo de fermentação do reator de cultivo é alimentado e no qual a maior parte do produto de fermentação (por exemplo, etanol e acetato) é produzida.

De acordo com várias modalidades da invenção, a fonte de carbono para a reação de fermentação é um substrato gasoso contendo CO. O substrato gasoso pode ser um gás de despejo contendo CO obtido como um subproduto de um processo industrial, ou de alguma outra fonte tal como de fumaças de escape de automóveis. Em certas modalidades, o processo industrial é selecionado a partir do grupo que consiste na fabricação de produtos de metal ferroso, tal como é pretendido em uma aciaria, fabricação de produtos não ferrosos, processos de refinamento de petróleo, gaseificação de carvão, produção de energia elétrica, produção de negro de fumo, produção de amônia, produção de metanol e fabricação de coque. Nessas modalidades, o gás contendo CO pode ser capturado a partir do processo industrial antes de ele ser emitido para a atmosfera, usando qualquer método conveniente. Dependendo da composição do substrato contendo CO gasoso, pode ser desejável tratá-lo para remover quaisquer impurezas indeseja-das, tal como partículas de poeira antes de introduzi-lo na fermentação. Por exemplo, o substrato gasoso pode ser filtrado ou purificado usando métodos conhecidos. O substrato gasoso contendo CO conterá idealmente uma proporção significativa de CO, tal como pelo menos 5% a aproximadamente 100% de CO em volume, ou de 20% a 95% de CO em volume, ou de 40% a 95% de CO em volume, ou de 60% a 90% de CO em volume ou de 70% a 90% de CO em volume. Os substratos gasosos tendo menores concentrações de CO, tal como 6%, podem também ser apropriados, particularmente quando H2 e C02 estão também presentes.

Enquanto não é necessário que o substrato gasoso contenha qualquer hidrogênio, a presença de hidrogênio geralmente não será prejudicial à formação de produto de acordo com os métodos da invenção. Entretanto, em certas modalidades da invenção, o substrato gasoso é substancialmente isento de hidrogênio (menos de 1%). O substrato gasoso pode também conter algum CO2, tal como aproximadamente 1% a aproximadamente 30% em volume, ou tal como aproximadamente 5% a aproximadamente 10% de C02.

Como anteriormente notado, a presença de hidrogênio na corrente de substrato pode levar a uma otimização na eficácia da captura geral de carbono e/ou na produtividade do etanol. Por exemplo, WO 0208438 descreve a produção de etanol usando correntes gasosas de várias composições. Em uma modalidade preferencial, uma corrente de substrato compreendendo 63% de H2, 32% de CO e 5% de CH4 foi fornecida a uma cultura de C. ijungdahlii em um biorreator para promover a cultura microbiana e a produção de etanol. Quando a cultura alcança um regime permanente e a cultura microbiana não é mais o objetivo principal, a corrente de substrato foi trocada para 15,8% de H2, 36,5% de CO, 38,4% de N2 e 9,3% de C02 de modo a fornecer CO em um leve excesso e promover a produção de etanol. Este documento também descreve as correntes de gás com concentrações de CO e H2 mais altas e mais baixas.

Consequentemente, pode ser necessário alterar a composição da corrente de substrato de modo a otimizar a produção de álcool e/ou a captura geral de carbono. Adicional ou alternativamente, a composição pode ser alterada (isto é, os níveis de CO, C02 e/ou H2 ajustados) para otimizar a eficácia da reação de fermentação e por fim, otimizar a produção de álcool e/ou a captura geral de carbono.

Em algumas modalidades, o substrato gasoso contendo CO pode ser emitido a partir da gaseificação de matéria orgânica tal como metano, etano, propano, carvão, gás natural, óleo bruto, resíduos de baixo valor da refinaria de petróleo (incluindo coque de petróleo ou petcoque), despejo municipal sólido ou biomassa. A biomassa inclui subprodutos obtidos durante a extração e processamento de gêneros alimentícios, tal como açúcar da cana de açúcar, ou amido do milho ou grãos, ou despejo de biomassa não alimentícia gerada pela indústria florestal. Quaisquer desses materiais carbonáceos podem ser gasificados, isto é, parcialmente submetidos à combustão com oxigênio, para produzir gás de síntese (gás de síntese compreendendo quantidades significativas de H2 e CO). Os processos de gaseificação tipicamente produzem um gás de síntese com uma razão molar de H2 para CO de aproximadamente 0,4:1 a 1,2:1, junto com menos quantidades de C02, H2S, metano e outras substâncias inertes. A razão do gás produzido pode ser variada por meios conhecidos na técnica e são descritos em detalhes em WO 2007/01616. Entretanto, a título de exemplo, as seguintes condições do gaseificador podem ser alteradas para ajustar a razão de produto CO:H2: composição da matéria-prima (particularmente razão C:H), pressão operacional, perfil de temperatura (influencia no arrefecimento da mistura de produto) e oxidante empregado (ar, ar enriquecido com oxigênio, 02 puro ou vapor; onde o vapor tende a resultar em razoes mais altas de CO:H2). Consequentemente, as condições operacionais do gaseificador podem ser ajustadas para fornecer uma corrente de substrato com uma composição desejável para fermentação ou blenda com uma ou mais outras correntes para fornecer uma composição otimizada ou desejável para produtividade aumentada de álcool e/ou captura geral de carbono em um processo de fermentação.

Em outras modalidades, o substrato compreendendo CO pode ser derivado da reformação de vapor de hidrocarbonetos. Os hidrocarbone-tos, tal como hidrocarbonetos de gás natural, podem ser reformados em alta temperatura para produzir CO e H2 de acordo com o seguinte: CnHm + nH20 —> nCO + (m/2 + n)H2 A título de exemplo, a reformação de metano do vapor envolve reagir o vapor com metano para produzir CO e H2 em temperatura elevada (700 a 1100s C) na presença de um catalisador de níquel. A corrente resultante (compreendendo 1 mol de CO e 3 rnols de H2 para cada mol de CH4 convertido) pode ser passada diretamente pelo fermentador ou misturada com uma corrente de substrato de outra fonte para aumentar a produtividade de etanol e/ou a captura geral de carbono em um processo de fermentação. Os álcoois, tal como metanol, podem também ser reformados para produzir CO2 e H2 que podem ser usados de uma maneira similar.

Em outra modalidade, 0 substrato compreendendo CO é derivado do processo de fabricação de aço. Nesse processo, minério de ferro é triturado e pulverizado, submetido a pré-tratamentos tal como sinterização ou peletização, e então passado por um alto forno (BF), em que ele é fundido. No processo de fundição, o coque serve como a fonte de carbono, que funciona como um agente de redução para reduzir 0 minério de ferro. O coque age como a fonte de calor para aquecer e fundir os materiais. O metal quente é descarburizado em um forno de oxigênio básico (BOF) injetando um jato em alta velocidade de oxigênio puro contra a superfície do metal quente. O oxigênio reage diretamente com 0 carbono no metal quente para produzir monóxido de carbono (CO). Assim, uma corrente gasosa com um alto teor de CO é emitida a partir do BOF. De acordo com certas modalidades da invenção, essa corrente é usada para alimentar uma ou mais reações de fermentação. Entretanto, como estaria óbvio a um versado na técnica, o CO pode ser produzido além de no processo de fabricação do aço, e de a-cordo com várias modalidades da invenção, tais fontes alternativas podem ser usadas, ao invés de ou em combinação com os gases de escape do BOF. Dependendo da fonte (isto é, o estágio particular dentro do processo de fabricação de aço), o teor de CO dos gases emitidos desse modo pode variar. Também, podem haver períodos onde há quebras em uma ou mais tais correntes, particularmente em plantas de processamento de lotes.

Tipicamente as correntes emitidas a partir do processo de des-carburização de aciaria compreendem uma alta concentração de CO e baixas concentrações de H2. Enquanto tais correntes podem ser diretamente passadas pelo biorreator com pouco ou nenhum tratamento adicional, pode ser desejável otimizar a composição da corrente de substrato de modo a alcançar eficácia mais alta da produção de álcool e/ou captura geral de carbono. Por exemplo, a concentração de H2 na corrente de substrato pode ser aumentada antes de a corrente ser passada pelo biorreator.

De acordo com modalidades particulares da invenção, as correntes de duas ou mais fontes podem ser combinadas e/ou misturadas para produzir uma corrente de substrato otimizada e/ou desejável. Por exemplo, uma corrente compreendendo uma alta concentração de CO, tal como o escape do conversor de aciaria, pode ser combinada com uma corrente compreendendo altas concentrações de H2, tal como o efluente gasoso de um forno de cozimento da aciaria.

Um estágio precoce do processo de fabricação de aço tipicamente envolve a redução de minério de ferro usando coque. O coque é uma fonte de combustível de carbono sólido usada para fundir e reduzir minério de ferro e é tipicamente produzido no local em uma aciaria. No processo de fabricação de coque, o carvão betuminoso é alimentado em uma série de fornos, que são selados e aquecidos em altas temperaturas na ausência de oxigênio, tipicamente em ciclos durando 14 a 36 horas. O carbono sólido restante no forno é coque. Ele é tirado da torre de arrefecimento, em que ele é resfriado com uma aspersão aquosa ou circulando um gás inerte (nitrogênio), então varrido e enviado ao alto forno.

Os compostos voláteis produzidos durante esse processo são geralmente processados para remover alcatrão, amônia, naftaleno, fenol, óleos leves e enxofre antes do gás ser usado como combustível para aquecer os fornos. O gás produzido como um resultado da produção de coque tipicamente tem um alto teor de H2 (composição típica: 55% de H2, 25% de CH4, 6% de CO, 3% de N2, 2% de outros hidrocarbonetos). Como tal, pelo menos uma parte do gás do forno de coque pode ser desviada para o processo de fermentação para misturar com uma corrente compreendendo CO, para otimizar a produtividade de álcool e/ou a captura geral de carbono. Pode ser necessário tratar o gás do forno de coque antes de passá-lo pelo fer-mentador para remover subprodutos que podem ser tóxicos para a cultura.

Alternativa ou adicionalmente, uma corrente intermitente compreendendo CO, tal como uma corrente de escape do conversor, pode ser combinada e/ou misturada com uma corrente substancialmente contínua compreendendo CO e opcionalmente H2, tal como o gás de síntese produzido em um processo de gaseificação como descrito anteriormente. Em certas modalidades, isso manteria o fornecimento de uma corrente de substrato substancialmente contínua ao biorreator. Em uma modalidade particular, a corrente produzida pelo gaseificador pode ser aumentada e/ou diminuída de acordo com a produção intermitente de CO de uma fonte industrial de modo a manter uma corrente de substrato substancialmente contínua com uma composição desejada ou otimizada. Em outra modalidade, as condições do gaseificador podem ser alteradas como descrito anteriormente de modo a aumentar ou diminuir a razão CO:H2, de acordo com a produção intermitente de CO a partir de uma fonte industrial, de modo a manter uma corrente de substrato substancialmente contínua com uma composição de CO e H2 desejada ou otimizada.

Tipicamente, as correntes de substrato usadas na invenção serão gasosas; entretanto, a invenção não é limitada a essas. Por exemplo, o monóxido de carbono pode ser fornecido a um biorreator em um líquido. Por exemplo, um líquido pode ser saturado com um gás contendo monóxido de carbono e então esse líquido adicionado a um biorreator. Isso pode ser alcançado usando metodologia padrão. A título de exemplo, um gerador de dispersão de microbolhas (Hensirisak e outros, Scale-up of microbubble dis-persion generator for aerobic fermentation; Applied Biochemistry and Biote-chnology Volume 101, Número 3, Outubro de 2002) podería ser usado para esse propósito.

Aprecia-se que para o cultivo das bactérias e a fermentação de CO em etanol ocorrerem, em adição ao gás de substrato contendo CO, um meio nutriente líquido adequado precisará ser alimentado no biorreator. Um meio nutriente conterá vitaminas e minerais suficientes para permitir o crescimento do micro-organismo usado. Os meios anaeróbicos adequados para a fermentação de etanol usando CO como a única fonte de carbono são conhecidos na técnica. Por exemplo, os meios adequados são descritos nas Patentes US Nos. 5.173.429 e 5.593.886 e WO 02/08438, WO 2007/115157 e WO 2008/115080, referidas acima. Os "Exemplos" aqui fornecem outros meios exemplificados. A fermentação deveria ser desejavelmente executada sob condições apropriadas para que a fermentação desejada ocorra (por exemplo, CO em álcool). As condições reacionais que deveríam ser consideradas incluem pressão, temperatura, taxa de fluxo de gás, taxa de fluxo de líquido, pH do meio, potencial redox do meio, taxa de agitação (se usando um reator de tanque de agitação contínua), nível de inóculo, concentrações de substrato gasoso máxima para assegurar que o CO na fase líquida não se torne limitante, e as concentrações de produto máximas para evitar a inibição do produto.

As condições reacionais ótimas dependerão parcialmente do micro-organismo particular usado. Entretanto, em geral, pode ser preferencial que a fermentação seja executada em uma pressão mais alta do que a pressão ambiente. Operar em pressões aumentadas permite um aumento significativo na taxa de transferência de CO da fase gasosa à fase líquida onde ele pode ser adquirido pelo micro-organismo como uma fonte de carbono para a produção de etanol. Isso, por sua vez, significa que o tempo de retenção (definido como o volume de líquido no biorreator dividido pela taxa de fluxo de gás de entrada) pode ser reduzido quando os biorreatores são mantidos em pressão elevada ao invés de pressão atmosférica.

Também, como uma dada taxa de conversão de CO em etanol é em parte uma função do tempo de retenção de substrato, e alcançando um tempo de retenção desejado, por sua vez, dita o volume exigido de um biorreator, o uso de sistemas pressurizados pode reduzir muito o volume do biorreator exigido, e consequentemente o custo de capital do equipamento de fermentação. De acordo com os exemplos dados na Patente US No. 5.593.886, o volume do reator pode ser reduzido em proporção linear a aumentos na pressão operacional do reator, isto é, biorreatores operados em 10 atmosferas de pressão precisa somente ser um décimo do volume desses operados em 1 atmosfera de pressão.

Os benefícios de conduzir uma fermentação de gás em etanol em pressões elevadas foram também descritos em outro lugar deste docu- mento. Por exemplo, WO 02/08438 descreve fermentações de gás em eta-nol executadas sob pressões de 206,84 KPa manométrico e 517,11 KPa manométrico (30 psig e 75 psig), fornecendo produtividades de etanol de 150 g/l/dia e 369 g/l/dia, respectivamente. Entretanto, fermentações exemplificadas executadas usando meios similares e composições de gás de entrada em pressão atmosférica foram encontradas para produzir entre 10 e 20 vezes menos etanol por litro por dia.

Deseja-se também que a taxa de introdução do substrato gasoso contendo CO é tal que assegure que a concentração de CO na fase líquida não se torne limitante. Isso ocorre porque uma consequência de condições limitadas de CO pode ser que o produto de etanol é consumido pela cultura.

Recuperação de Produto Os produtos da reação de fermentação podem ser recuperados usando métodos conhecidos. Métodos exemplificados incluem aqueles descritos em WO 2007/117157, WO 2008/115080 e Patentes US Nos. 6.340.581, 6.136.577, 5.593.886, 5.807.722 e 5.821.111. Entretanto, brevemente e a título de exemplo somente, o etanol pode ser recuperado a partir do caldo de fermentação por métodos tais como destilação fracionada ou evaporação, e fermentação extrativa. A destilação do etanol a partir do caldo de fermentação produz uma mistura azeotrópica de etanol e água (isto é, 95% de etanol e 5% de água). O etanol anidro pode subsequentemente ser obtido através do uso de tecnologia de desidratação de etanol por peneira molecular, que é também bem conhecida na técnica.

Os procedimentos de fermentação extrativos envolvem o uso de um solvente miscível em água que apresenta um baixo risco de toxicidade ao organismo de fermentação, para recuperar o etanol a partir do caldo de fermentação diluído. Por exemplo, o álcool oleílico é um solvente que pode ser usado nesse tipo de processo de extração. Nesse processo, o álcool ole-ílico é continuamente introduzido em um fermentador, em que esse solvente levanta formando uma camada no topo do fermentador que é continuamente extraído e alimentado através de uma centrífuga. Água e células são então prontamente separadas do álcool oleílico e retornadas para o fermentador, enquanto o solvente carregado com etanol é alimentado em uma unidade de vaporização flash. A maior parte do etanol é vaporizada e condensada, enquanto o álcool oleílico não-volátil é recuperado para reutilização na fermentação. O acetato pode também ser recuperado a partir do caldo de fermentação usando métodos conhecidos na técnica. Por exemplo, um sistema de adsorção envolvendo um filtro de carvão ativado pode ser usado. Nesse caso, as células microbianas são tipicamente primeiramente removidas do caldo de fermentação usando um método de separação adequado. Numerosos métodos baseados em filtração para gerar um caldo de fermentação i-sento de célula para recuperação de produto são conhecidos na técnica. O permeado contendo etanol, e acetato, isento de célula é então passado através de uma coluna contendo carvão ativado para adsorver o acetato. O acetato na forma de ácido (ácido acético) ao invés da forma de sal (acetato) é mais prontamente adsorvido por carvão ativado. É, então, preferencial que o pH do caldo de fermentação seja reduzido para menos de aproximadamente 3 antes que ele fosse passado através da coluna de carvão ativado, para converter a maior parte do acetato na forma de ácido acético. O ácido acético adsorvido pelo carvão ativado pode ser recuperado por eluição usando métodos conhecidos na técnica. Por exemplo, o etanol pode ser usado para eluir o acetato limitado. Em certas modalidades, o etanol produzido pelo próprio processo de fermentação pode ser usado para eluir o acetato. Como o ponto de ebulição do etanol é 78,8S C e o do ácido acético é 1075 C, o etanol e o acetato podem prontamente ser separados um do outro usando um método baseado em volatilidade tal como destilação.

Outros métodos para recuperar o acetato a partir de um caldo de fermentação são conhecidos na técnica e podem ser usados em processos da presente invenção. Por exemplo, as Patentes US nos. 6.368.819 e 6.753.170 descrevem um sistema de solvente e cossolvente que pode ser usado para extração de ácido acético dos caldos de fermentação. Como com o sistema baseado em álcool oleílico descrito acima para a fermentação extrativa de etanol, os sistemas descritos nas Patentes US nos. 6.368.819 e 6.753.170 descrevem um solvente/cossolvente imiscível em água que pode ser misturado com o caldo de fermentação ou na presença ou na ausência dos micro-organismos fermentados para extrair o ácido acético. O solvente/cossolvente contendo o ácido acético é então separado do caldo por destilação. Uma segunda etapa de destilação pode então ser usada para purificar o ácido acético do sistema de solvente/cossolvente.

Os produtos da reação de fermentação (por exemplo, etanol e acetato) podem ser recuperados a partir do caldo de fermentação removendo continuarnente uma parte do caldo do biorreator de fermentação, separando as células microbianas do caldo (convenientemente por filtração), e recuperando um ou mais produtos do caldo simultânea ou sequencialmente. O etanol pode convenientemente ser recuperado por destilação, e o acetato pode ser recuperado por adsorção em carvão ativado, usando os métodos descritos acima. As células microbianas separadas podem ser retornadas ao biorreator de fermentação. O permeado isento de célula restante após o etanol e o acetato terem sido removidos, pode também ser retornado para o biorreator de fermentação. Nutrientes adicionais (tal como vitaminas B) podem ser adicionados ao permeado isento de célula para reforçar o meio nutriente antes de ele ser retornado ao biorreator. Também, se o pH do caldo fosse ajustado como descrito acima para intensificar a adsorção do ácido acético pelo carvão ativado, o pH deveria ser reajustado para um pH similar ao do caldo no biorreator de fermentação, antes de ser retornado ao biorreator.

Remoção de CO?

De acordo com certas modalidades da invenção, o sistema usado para remoção de C02 inclui um dispositivo para seletivamente separar C02 de uma corrente mista e um dispositivo para converter o C02 em produtos e/ou preparar o C02 para armazenamento ou uso adicional. Alternativamente, o processo inclui um dispositivo para converter o C02 em uma cor- rente diretamente a produtos e/ou substâncias adequadas para armazenamento ou uso adicional.

Em uma modalidade, o C02 é seletivamente separado de uma corrente de gás mista usando qualquer dispositivo de separação conhecido na técnica tal como os métodos exemplificados fornecidos abaixo. Outros métodos de separação de C02 que podem ser usados em modalidades da invenção incluem a extração com um óxido de metal, tal como CaO, e o uso de carbono poroso ou extração de solvente seletiva tal como extração de amina.

As aminas, tal como monoetanolamina aquosa (MEA), diglicola-mina (DGA), dietanolamina (DEA), di-isopropanolamina (DIPA), e metildieta-nolamina (MDEA), são amplamente usadas industrialmente para remover CO2 e sulfeto de hidrogênio das correntes de gás natural e correntes de processo de refinaria. O CO2 separado em tais processos pode ser permanentemente armazenado. Muitos exemplos do armazenamento de CO2 permanente são conhecidos na técnica, tal como armazenamento geológico (geo-sequestro), armazenamento no oceano e armazenamento mineral (por exemplo, conversão em carbonatos de metal). O armazenamento geológico envolve injetar dióxido de carbono, geralmente na forma supercrítica, diretamente em formações geológicas subterrâneas. Campos de petróleo, campos de gás, formações salinas, minas inexploráveis de carvão, e formações de basalto preenchidas salinas foram sugeridos como sítios de armazenamento. Vários mecanismos de captura físicos (por exemplo, caprock altamente impermeável) e geoquími-cos podem ser usados para impedir que 0 C02 escape para a superfície. Para sítios de armazenamento geológicos projetados e gerenciados bem selecionados, o Painel Intergovernamental das Mudanças Climáticas estima que 0 C02 poderia ser capturado por milhões de anos, e os sítios provavelmente retêm mais de 99% do C02 injetado ao longo de 1.000 anos. Várias opções para armazenamento em oceano foram propostas: (i) injeção de ‘dissolução’ de C02 por navio ou tubulação na água em profundidades de 1000 m ou mais, e o CO2 subsequentemente dissolve; (ii) deposição em ‘lago’ de CO2 diretamente no fundo do mar em profundidades maiores de 3000 m, em que 0 CO2 é mais denso do que a água e espera-se que ele forme um ‘lago’ que atrasaria a dissolução de C02 no ambiente; (iii) conversão do C02 em bicarbonatos (usando calcário); e (iv) armazenamento do C02 em clatrato sólido hidratado já existente no fundo do oceano, ou uso em mais clatrato sólido crescente.

No armazenamento mineral, o C02 é exotermicamente reagido com óxidos de metal abundantemente disponíveis para produzir carbonatos estáveis. Esse processo ocorre naturalmente por muitos anos e é responsável pela maior parte do calcário na superfície. A taxa reacional pode ser feita mais rápida, por exemplo, reagindo em temperaturas e/ou pressões mais altas, ou por pré-tratamento dos minerais, embora esse método possa exigir energia adicional.

Alternativamente, 0 C02 separado pode ser usado para produzir produtos, tal como a conversão direta ou indireta em hidrocarbonetos. Um processo bem conhecido para produzir um hidrocarboneto é o processo para produzir metanol a partir de CO2 e H2. A dissociação catalítica ou eletroquí-mica de água para produzir íons de oxigênio e hidrogênio, em que os íons de hidrogênio podem ser usados para converter 0 CO2 em hidrocarbonetos é também conhecida na técnica. Se 0 C02 é aquecido a 2400s C, ele se divide em monóxido de carbono e oxigênio. O processo de Fisher-Tropsch pode então ser usado para converter o CO em hidrocarbonetos. Em tais processos, 0 CO pode ser retornado para 0 processo de fermentação. A título de exemplo, a temperatura exigida pode ser alcançada usando uma câmara contendo um espelho para focar a luz do sol no gás. Alternativamente, o C02 separado pode ser usado em fermentações adicionais para produzir produtos. Os versados na técnica apreciarão que há muitos exemplos de reações de fermentação microbiana que convertem CO2 em produtos. Por exemplo, o C02 pode ser convertido em metano por fermentação anaeróbica usando micróbios metanogênicos. Exemplos desse e de outros processos de fermentação relacionados são descritos em WO 2006/108532 menciona- do acima. Exemplos adicionais de reações de fermentação usando C02 para produzir produtos são fornecidos em WO 2007/117157 e WO 2008/115080 mencionados acima. O C02 é também uma matéria-prima desejável na produção de gás de síntese. O C02 pode ser fornecido ao reformador (gaseificador) para reduzir o consumo de metano e otimizar/aumentar a razão H2:CO. Consequentemente, em uma modalidade, pelo menos uma parte do C02 separado pode ser fornecida a um gaseificador integrado no processo de fermentação.

Em outra modalidade da invenção, o C02 separado pode ser convertido em produtos tal como cimento, concreto. Em um processo imitando cimento marinho produzido por coral quando produzindo suas conchas e recifes, magnésio e/ou cálcio pode ser combinado com C02 para produzir carbonatos. O C02 é também prontamente absorvido por algas em um processo fotossintético, que pode ser usado para capturar carbono a partir de correntes de despejo. As algas rapidamente crescem na presença de C02 e luz do sol e podem ser colhidas e convertidas em produtos tal como biodie-sel e/ou álcool.

Alternativamente, o C02 pode ser diretamente capturado a partir de uma corrente sem a necessidade de uma etapa de separação adicional. Por exemplo, em uma modalidade particular, uma corrente, preferencialmente uma corrente gasosa, compreendendo C02, pode ser passada através de um segundo processo de fermentação para converter C02 em produtos. Separação de Gás De acordo com certas modalidades da invenção, o processo u-sado para separação de gás compreende uma ou mais etapas de fraciona-mento criogênico, peneiração molecular, adsorção, adsorção por oscilação de pressão, ou absorção. Seja qual processo usado, a separação de gás pode ser executada para isolar pelo menos uma parte de um ou mais dos seguintes componentes: H2, 02, C02 e CO, da corrente de gás. Adicional ou alternativamente, a separação de gás de acordo com as modalidades da invenção pode ser usada para remover uma ou mais partes da corrente de gás (por exemplo, N2, 02) tal que o restante possa ser mais eficazmente u-sado, tal como no biorreator. A adsorção é o acúmulo de gases, líquido ou solutos na superfície de um sólido ou líquido. A adsorção é o processo pelo qual uma substância, tal como um sólido ou líquido, adquire outra substância, tal como um líquido ou gás, através de pequenos poros ou espaços entre suas moléculas. A adsorção por oscilação de pressão (PSA) é um processo adi-abático que pode ser usado para a purificação de gases para remover impurezas associadas por adsorção através de adsorvente adequado em leitos fixos contidos em recipientes de pressão sob alta pressão. A regeneração de adsorventes é executada por despressurização contracorrente e por purga em baixa pressão com gás de qualidade próxima a do produto anteriormente recuperado. Para obter um fluxo contínuo de produto, preferencialmente pelo menos dois adsorventes são fornecidos, tal que pelo menos um adsorvente está recebendo uma corrente de gás (tal como uma corrente de despe-jo/escape/biogás) e realmente produz um produto de pureza desejada. Simultaneamente, as subsequentes etapas de despressurização, purga e re-pressurização de volta à pressão de adsorção são executadas pelo(s) ou-tro(s) adsorvente(s). Os adsorventes comuns podem ser prontamente selecionados por um versado na técnica dependente do tipo de impureza a ser adsorvida e removida. Adsorventes adequados incluem peneiras moleculares zeolíticas, carbono ativado, sílica-gel ou alumina ativada. As combinações de leitos adsorventes podem ser usadas no topo de outro, dividindo desse modo os teores de adsorventes em um número de zonas distintas. A adsorção por oscilação de pressão envolve uma oscilação como pêndulo em parâmetros tal como pressão, temperatura, fluxo e composição da fase gasosa e adsorvida. A purificação ou separação de gases usando PSA normalmente acontece em temperaturas de gás de alimentação próximas à temperatura ambiente, em que os componentes a serem removidos são seletivamente adsorvidos. A adsorção deveria ser idealmente suficientemente reversível para habilitar a regeneração de adsorventes em temperatura similar à temperatura ambiente. A PSA pode ser usada para o tratamento e/ou purificação de gases mais comuns incluindo CO, CO2 e H2. Exemplos de técnicas de Adsorção por Oscilação de Pressão são descritos em detalhes em Ruth-ven, Douglas M. e outros, 1993 Pressure Swing Adsorption, John Wiley e Sons.

Uma peneira molecular é um material contendo poros minúsculos de um tamanho preciso e uniforme que é usado como um adsorvente para gases e líquidos. As moléculas que são pequenas 0 suficiente para passar através dos poros são adsorvidas enquanto as moléculas maiores não são. Uma peneira molecular é similar a um filtro comum, mas opera em um nível molecular. As peneiras moleculares frequentemente consistem de minerais de aluminossilicato, argilas, vidros porosos, carvões microporosos, zeólitas, carbonos ativados, ou compostos sintéticos que têm estruturas a-bertas através das quais pequenas moléculas, tal como nitrogênio e água, podem difundir. Os métodos para regeneração de peneiras moleculares incluem mudança de pressão (por exemplo, em concentradores de oxigênio) e aquecimento e purga com um gás carreador.

As membranas podem ser usadas, por exemplo, para separar o hidrogênio de gases como 0 nitrogênio e o metano, para recuperar hidrogênio, para separar metano do biogás, ou para remover vapor de água, C02, H2S ou líquidos orgânicos voláteis. Diferentes membranas, incluindo membranas porosas e não-porosas, podem ser selecionadas para servir ao propósito desejado como estaria óbvio a um versado na técnica mediante consideração da descrição imediata. Por exemplo, uma membrana de Paládio permite o transporte unicamente de H2. Em uma modalidade particular, o C02 pode ser separado de uma corrente, usando uma membrana permeável a C02. O C02 separado da corrente pode ser passado por um removedor de C02 tal como 0 gaseificador discutido anteriormente. O fracionamento criogênico envolve comprimir a corrente de gás e resfriá-la até uma temperatura baixa o suficiente para permitir separação por destilação. Ele pode ser usado, por exemplo, para remover o C02. Cer- tos componentes (por exemplo, água) são tipicamente removidos da corrente antes de executar o fracionamento criogênico.

As mesmas técnicas podem também ser usadas para remover o oxigênio de uma corrente gasosa para produzir correntes anaeróbicas ricas em CO e/ou C02. Em adição, o oxigênio pode ser removido biologicamente, por exemplo, passando o gás de escape de combustão em um fermentador selado contendo micro-organismos aeróbicos facultativos, um substrato de carbono reduzido, e os nutrientes necessários para os micro-organismos. Os micro-organismos aeróbicos facultativos podem consumir oxigênio para criar correntes anaeróbicas ricas em CO e/ou C02.

Os métodos alternativos para separar ou remover 02 de uma corrente gasosa são também conhecidos na técnica. Entretanto, a título de exemplo, o oxigênio pode simplesmente ser reduzido e/ou removido usando cobre quente ou um conversor catalítico.

Configurar o processo de separação de gás para uma fonte particular de gás pode tornar, de outra forma, o processo de bioconversão não comercialmente viável em comercialmente viável. Por exemplo, com a separação apropriada de CO de uma corrente de escape de um carro, uma fonte de energia utilizável pode ser obtida a partir da corrente e emissões de gás indesejadas podem ser reduzidas. De acordo com uma modalidade da invenção, o substrato gasoso compreende gás de síntese contendo CO e H2, e a separação de gás é executada para remover o hidrogênio da corrente tal que ele pode ser isolado e usado como um combustível fora do processo de fermentação. O CO pode ser usado para alimentar a reação de fermentação. Correntes Gasosas Intermitentes De acordo com vários aspectos da invenção, o substrato de fermentação é derivado de uma fonte industrial. Tipicamente, os substratos derivados de fontes industriais são gasosos e tais gases podem variar em composição e/ou pressão e em alguns casos, podem ser intermitentes por natureza. Em certas modalidades, a invenção fornece dispositivo para otimizar ou "suavizar" o fornecimento de um substrato gasoso a um biorreator para fermentação para produzir produtos, particularmente em casos onde o Qualquer dispositivo conhecido para otimizar a continuidade ou "suavização" de um substrato gasoso pode ser usado; entretanto, modalidades particulares da invenção incluem processos ou sistemas que incluem pelo menos um dispositivo de tamponamento adaptado para receber uma corrente de substrato intermitente, e para fornecer uma corrente de substrato substancialmente contínua a um biorreator.

Em modalidades particulares, o dispositivo de tamponamento inclui um tanque de armazenamento adaptado para receber correntes gasosas intermitentes. A corrente intermitente pode ser comprimida antes de entrar no tanque de armazenamento; alternativamente, o tanque de armazenamento pode ser configurado para expandir à medida que ele recebe a corrente de substrato. Por exemplo, o tanque de armazenamento tampão pode incluir um ‘telhado flutuante’ adaptado para levantar e cair para acomodar um substrato gasoso. Os tanques de armazenamento do tipo telhado flutuante são conhecidos na técnica, tal como aqueles usados para acomodar as flutuações de fornecimento e demanda no fornecimento de gás. O tanque de armazenamento pode ser adaptado para fornecer uma corrente de substrato substancialmente contínua a um biorreator de fermentação, e como tal pode incluir um dispositivo para controlar a taxa de fluxo da corrente saindo do tanque.

Em tais modalidades, o tanque de armazenamento serve como um reservatório de substrato. Entretanto, de acordo com uma modalidade alternativa, o tanque de armazenamento tampão pode ser substituído por uma forma alternativa de armazenamento que execute a mesma função. Por exemplo, as formas alternativas podem incluir uma ou mais dentre absorção, adsorção, e oscilações de pressão e/ou temperatura. Adicional ou alternativamente, o substrato pode ser dissolvido em um líquido no reservatório ou mantido em uma matriz, tal como um material sólido poroso, até que seja solicitado. Em modalidades particulares da invenção, o substrato pode ser dissolvido em um líquido no tanque de armazenamento e fornecido diretamente ao biorreator em solução quando solicitado.

Alternativamente, o próprio biorreator pode ser configurado tal que o espaço acima de um meio nutriente líquido de fermentação aja como um tampão para a corrente intermitente. Por exemplo, o sistema pode incluir um dispositivo para comprimir a corrente de substrato gasoso (quando disponível) e passá-la pelo biorreator. A pressão no espaço no biorreator aumentará quando substrato adicional é fornecido. O substrato é assim continuamente disponível para conversão em produtos por fermentação microbi-ana.

Em outra modalidade, o sistema pode ser adaptado para receber correntes de substrato gasoso a partir de múltiplas fontes intermitentes. Tal sistema pode inclui dispositivos para combinar e/ou trocar entre correntes para fornecer uma corrente de substrato substancialmente contínua ao biorreator.

Os micro-organismos usados na reação de fermentação tipicamente têm uma faixa de temperaturas permitida, acima ou abaixo da qual a taxa reacional fica significativamente lenta. Como tal, o sistema pode incluir dispositivo de resfriamento, em que quando a disponibilidade da corrente de substrato é limitada, os meios no biorreator podem ser resfriados para diminuir a velocidade da reação de fermentação e reduzem a demanda pelo substrato. Ao contrário, quando a disponibilidade da corrente de substrato aumenta, a temperatura dentro do biorreator pode ser aumentada em direção ao limite superior da faixa de temperaturas para aumentar a taxa reacional.

Alternativa ou adicionalmente, o dispositivo de resfriamento pode ser configurado para regular a carga de resfriamento tal como para reduzir a carga de resfriamento de pico em um sistema de fermentação. Por exemplo, assume-se que a carga de resfriamento exigida para enfrentar o calor dentro da corrente de alimentação gasosa e/ou uma exoterma de fermentação em um período pré-determinado (enquanto o gás está sendo processado) é 2 MW. Para manter os teores do tanque de fermentação em uma temperatura constante durante esse período, o calor precisa ser removido nessa taxa para manter uma temperatura constante dentro do tanque. Ao contrário, durante períodos quando não há gás sendo processando e a exoterma essen- rante períodos quando não há gás sendo processando e a exoterma essencialmente cessa, a carga de resfriamento será zero. Assim, particularmente para aplicações industriais em grande escala, haverá períodos quando a carga de resfriamento é muito alta, o que impõe restrições significativas no sistema. Nivelando-se a carga de resfriamento, a taxa de resfriamento exigida máxima é reduzida. Assim, é possível operar com um sistema de resfriamento em menor escala, embora em uma base contínua (ou mais contínua).

Usando os parâmetros do exemplo anterior, mas assumindo que os períodos quando o gás é processado, e aqueles quando o gás não é processado, são de igual duração, então o calor pode ser removido do tanque de fermentação continuamente a 1 MW. Sob essas condições, a taxa de remoção de calor quando o gás está sendo processado não se manterá com a entrada/geração de calor, e a temperatura dentro do tanque de fermentação se elevará. Quando o gás é parado, mas o resfriamento continua, a temperatura dentro do tanque de fermentação cairá. Dessa forma, um sistema de resfriamento dimensionado para carga contínua de 1 MW é exigido ao invés de um sistema dimensionado para uma carga de 2 MW que somente funciona metade do tempo. Entretanto, a elevação de temperatura e subsequente queda precisam ser limitadas para manter a temperatura dentro do tanque dentro da faixa permitida para os micro-organismos. Assim, de acordo com modalidades particulares, enquanto não constante, a carga de resfriamento pode ser "suavizada", tal que as variações nesta podem ser mais graduais e/ou mais limitadas, já que há uma menor diferença entre as cargas de resfriamento máxima e mínima.

Efluente Gasoso Industrial como um Recurso para Fermentação De acordo com outros aspectos da invenção, os gases de despejo industriais são usados em uma reação de fermentação com nenhuma ou mínimas etapas de purificação ou pré-tratamento adicionais sendo usadas para tornar os gases adequados para tal.

Os gases de despejo podem resultar de qualquer número de processos industriais. A invenção tem particular aplicabilidade para suportar a produção de etanol a partir de substratos gasosos tal como gases de com- bustível industrial contendo alto volume de CO. Exemplos incluem gases produzidos durante a fabricação de produtos de metal terroso, fabricação de produtos não terrosos, processos de refinamento de petróleo, gaseificação de biomassa, gaseificação de carvão, produção de energia elétrica, produção de negro de fumo, produção de amônia, produção de metanol e fabricação de coque. Em uma modalidade particular da invenção, os gases de despejo são gerados durante um processo para fabricação do aço. Por exemplo, os versados na técnica apreciarão que os gases de despejo produzidos durante os vários estágios do processo de fabricação do aço têm altas concentrações de CO e/ou C02. Em particular, o gás de despejo produzido durante a descarburização do aço em vários métodos de fabricação de aço, tal como em um conversor de oxigênio (por exemplo, BOF ou KOBM), tem um alto teor de CO e um baixo teor de 02 tornando-o um substrato adequado para fermentação carboxidotrófica anaeróbica.

Os gases de despejo produzidos durante a carburização do aço são opcionalmente passados através de água para remover matéria particu-lada antes de passar por uma pilha de despejo ou combustível para direcionar o gás de despejo para a atmosfera. Tipicamente, os gases são direcionados para a pilha de despejo com um ou mais ventiladores.

Em modalidades particulares da invenção, pelo menos uma parte do gás de despejo produzido durante a descarburização do aço é desviada para um sistema de fermentação por dispositivos de condução adequados. A título de exemplo, tubulações ou outro dispositivo de transferência podem ser conectadas à pilha de gás de despejo de uma aciaria para desviar pelo menos uma parte do gás de despejo para um sistema de fermentação. Novamente, um ou mais ventiladores podem ser usados para desviar pelo menos uma parte do gás de despejo para o sistema de fermentação. Em modalidades particulares da invenção, o dispositivo de condução é a-daptado para fornecer pelo menos uma parte do gás de despejo produzido durante a descarburização do aço em um sistema de fermentação. O controle de gases e dispositivo para alimentar gases em um biorreator estarão prontamente óbvios para os versados na técnica a qual a invenção se refere.

Enquanto as aciarias podem ser adaptadas para substancialmente continuamente produzir aço e subsequentemente gases de despejo, aspectos particulares do processo podem ser intermitentes. Tipicamente, a descarburização do aço é um processo em lote que dura de vários minutos a várias horas. Como tal, o dispositivo de condução pode ser adaptado para desviar pelo menos uma parte do gás de despejo, tal como o gás produzido durante a descarburização do aço, ao sistema de fermentação se é determinado que o gás de despejo tem uma composição desejável. O pH dos teores do biorreator usado no processo de fermentação pode ser ajustado como exigido. O pH apropriado será dependente das condições exigidas para uma reação de fermentação particular considerando os meios nutrientes e micro-organismos usados, como será apreciado pelos versados na técnica a qual a invenção se refere. Em uma modalidade preferencial, na fermentação de um substrato gasoso contendo CO utilizando Clostrídíum autoethanogenum, o pH pode ser ajustado para aproximadamente 5,5 a 6,5, mais preferencialmente para aproximadamente 5,5. Exemplos adicionais incluem pH 5,5 a 6,5 usando Moorella thermoacetica para a produção de ácido acético, pH 4,5 a 6,5 usando Clostrídíum acetobutylicum para a produção de butanol, e pH 7 usando Carboxydothermus hygrogena-formans para a produção de hidrogênio. Os versados na técnica estarão cientes de dispositivos adequados para manter o biorreator no pH exigido. Entretanto, a título de exemplo, as bases aquosas tal como NaOH e ácidos aquosos tal como H2SO4 podem ser usados para elevar e abaixar o pH do meio de fermentação e manter 0 pH desejado.

Um benefício adicional da invenção é que, como não há nenhum ou mínimos processos de purificação e/ou outros processos de tratamento executados nos gases de despejo antes de seu uso em uma reação de fermentação, os gases conterão material adicional resultante do processo industrial, material adicional que pode ser usado, pelo menos em parte, como uma matéria-prima para a reação de fermentação.

Mistura de Correntes Como anteriormente notado, pode ser desejável misturar uma corrente de despejo industrial com uma ou mais correntes adicionais de modo a otimizar a eficácia, produção de álcool e/ou captura geral de carbono da reação de fermentação. Sem desejar estarem limitadas pela teoria, em algumas modalidades da presente invenção, as bactérias carboxidotróficas convertem CO em etanol de acordo com o seguinte: 6CO + 12H2 + 3H20 -> C2H5OH + 4C02 Entretanto, na presença de H2, a conversão geral é como segue: 6CO + 12H2 + 3H20 -» 3C2H5OH Consequentemente, quando as correntes industriais têm um alto teor de CO, mas incluem nenhum ou mínimo teor de H2, pode ser desejável misturar uma ou mais correntes compreendendo H2 com a corrente de despejo compreendendo CO, antes de fornecer a corrente de substrato misturada ao fermentador. A eficácia geral, a produtividade de álcool e/ou a captura geral de carbono da fermentação dependerá da estequiometria do CO e do H2 na corrente misturada. Entretanto, em modalidades particulares, a corrente misturada pode substancialmente compreende CO e H2 nas seguintes razões molares: 20:1, 10:1,5:1,3:1,2:1, 1:1 ou 1:2.

Em adição, pode ser desejável fornecer CO e H2 em razões particulares em diferentes estágios da fermentação. Por exemplo, as correntes de substrato com um teor de H2 relativamente alto (tal como 1:2 CO:H2) podem ser fornecidas ao estágio de fermentação durante a inicialização e/ou as fases de rápido crescimento microbiano. Entretanto, quando a fase de crescimento fica mais lenta, tal que a cultura é mantida em uma densidade microbiana substancialmente estável, o teor de CO pode ser aumentado (tal como pelo menos 1:1 ou 2:1 ou mais, em que a concentração de H2 pode ser maior ou igual a zero). A mistura de correntes pode também ter outras vantagens, particularmente, em casos onde uma corrente de despejo compreendendo CO é intermitente por natureza. Por exemplo, uma corrente de despejo intermitente compreendendo CO pode ser misturada com uma corrente substancíal-mente contínua compreendendo CO e opcionalmente H2 e fornecida ao fermentador. Em modalidades particulares da invenção, a composição e a taxa do com a corrente intermitente de modo a manter o fornecimento de uma corrente de substrato de composição substancialmente contínua e da taxa de fluxo ao fermentador.

Misturar as duas ou mais correntes para alcançar uma composição desejável pode envolver taxas de fluxo variáveis de todas as correntes, ou uma ou mais das correntes podem ser mantidas constantes enquanto as outras são variadas de modo a ‘adaptar’ ou otimizar a corrente de substrato para a composição desejada. Para correntes que são processadas continuamente, pouco ou nenhum tratamento adicional (tal como tamponamento) pode ser necessário e a corrente pode ser fornecida ao fermentador diretamente. Entretanto, pode ser necessário fornecer um tampão para correntes onde uma ou mais são disponíveis intermitentemente, e/ou onde as correntes são disponíveis continuamente, mas são usadas e/ou produzidas em taxas variáveis.

Os versados na técnica apreciarão que será necessário monitorar a composição e as taxas de fluxo das correntes antes da mistura. O controle da composição da corrente misturada pode ser alcançado variando-se as proporções das correntes constituintes para alcançar uma composição-alvo ou desejável. Por exemplo, uma corrente de gás de carga base pode ser predominantemente CO, e uma corrente de gás secundária compreendendo uma alta concentração de H2 pode ser misturada para alcançar uma razão H2:CO especificada. A composição e a taxa de fluxo da corrente misturada podem ser monitoradas por qualquer dispositivo conhecido na técnica. A taxa de fluxo da corrente misturada pode ser controlada independentemente da operação de mistura; entretanto, as taxas nas quais as correntes constituintes individuais podem ser direcionadas precisam ser controladas dentro dos limites. Por exemplo, uma corrente produzida intermitentemente, direcionada continuamente a partir tampão, precisa ser direcionada em uma taxa tal que a capacidade do tampão nem é depletada nem preenchida até seu limite.

No ponto de mistura, os gases constituintes individuais entrarão em uma câmara de mistura, que tipicamente será um pequeno recipiente, ou em uma câmara de mistura, que tipicamente será um pequeno recipiente, ou uma seção de tubulação. Em tais casos, o recipiente ou tubulação pode ser fornecido com dispositivos de mistura estáticos, tal como defletores, arranjados para promover turbulência e rápida homogeneização dos componentes individuais. O armazenamento da corrente misturada pode também ser fornecido se necessário, de modo a manter o fornecimento de uma corrente de substrato substancialmente contínua ao biorreator.

Um processador adaptado para monitorar a composição e as taxas de fluxo das correntes constituintes e o controle da mistura das correntes em proporções apropriadas, para alcançar a mistura exigida ou desejável pode opcionalmente ser incorporado no sistema. Por exemplo, os componentes particulares podem ser fornecidos como exigido ou de maneira disponível de modo a otimizar a eficácia da produtividade de álcool e/ou captura geral de carbono.

Pode não ser possível ou de custo eficaz fornecer CO e H2 em uma razão particular toda a hora. Como tal, um sistema adaptado para misturar duas ou mais correntes como descrito acima pode ser adaptado para otimizar a razão com os recursos disponíveis. Por exemplo, em casos onde um fornecimento de H2 inadequado é disponível, o sistema pode incluir dispositivo para desviar CO em excesso para fora do sistema de modo a fornecer uma corrente otimizada e alcançar a eficácia otimizada na produção de álcool e/ou captura geral de carbono. Em certas modalidades da invenção, o sistema é adaptado para continuamente monitorar as taxas de fluxo e as composições de pelo menos duas correntes e combiná-las para produzir uma única corrente de substrato misturada de composição ótima, e dispositivo para passar a corrente de substrato otimizada pelo fermentador. Em modalidades particulares, empregar micróbios carboxidotróficos para produzir álcool, a composição ótima da corrente de substrato compreende pelo menos 0% de H2 e até aproximadamente 1:2 de CO:H2. A título de exemplo não-limitante, as modalidades particulares da invenção envolvem a utilização de gás conversor da descarburização do aço como uma fonte de CO. Tipicamente, tais correntes contêm pouco ou nenhum H2, então, pode ser desejável combinar a corrente compreendendo CO com uma corrente compreendendo H2 de modo a alcançar uma razão CO:H2 mais desejável. H2 é frequentemente produzido em grandes quantidades em uma aciaria no forno de coque. Consequentemente, uma corrente de despejo do forno de coque compreendendo H2 pode ser misturada com uma corrente de despejo de conversor compreendendo CO para alcançar uma composição desejável.

Adicional ou aiternativamente, um gaseificador pode ser fornecido para produzir CO e H2 a partir de uma variedade de fontes. A corrente produzida pelo gaseificador pode ser misturada com uma corrente compreendendo CO para alcançar uma composição desejável. Os versados na técnica apreciarão que as condições do gaseificador podem ser controladas para alcançar uma razão CO:H2 particular. Ademais, o gaseificador pode ser acelerado ou desacelerado para aumentar e diminuir a taxa de fluxo da corrente compreendendo CO e H2 produzida pelo gaseificador. Consequentemente, uma corrente de um gaseificador pode ser misturada com uma corrente de substrato compreendendo CO para otimizar a razão CO:H2 de modo a aumentar a produtividade de álcool e/ou a captura geral de carbono. Ademais, o gaseificador pode ser acelerado e desacelerado para fornecer uma corrente de fluxo e/ou composição variável que pode ser misturada com uma corrente intermitente compreendendo CO para alcançar uma corrente substancialmente contínua de composição desejável.

Outras fontes de CO e/ou H2 que podem ser misturadas com uma corrente de substrato compreendendo CO incluem reformação de hi-drocarbonetos, tal como gás natural e/ou metano e reformação de metanol. Adição de Áua de Lavagem De acordo com a invenção, a água de lavagem é utilizada na reação de fermentação para aumentar a eficácia de crescimento e produção de produto. A água de lavagem pode ser de qualquer fonte industrial apropriada, como descrito aqui anteriormente. Em uma modalidade particular da invenção, a água de lavagem é obtida a partir do processo de lavagem de um ou mais gases de escape gerados durante a fabricação do aço. A título de exemplo, a água de lavagem é obtida a partir da remoção por lavagem de gases de fornos de cozimento, do alto forno, do forno de oxigênio básico, e/ou do forno de arco elétrico.

Em certas modalidades, a água de lavagem é emitida a partir do mesmo processo industrial a partir do qual o substrato de fermentação (gasoso) é emitido; por exemplo, ambos a água de lavagem e o substrato (gases de escape contendo CO) são derivados da mesma aciaria. A água de lavagem pode ser usada na forma bruta direto do sistema ou aparelho de purificação do processo industrial. Entretanto, a água de lavagem pode ser processada para remover ou pelo menos reduzir o nível de matéria particulada residual nesta. Os métodos para processar a água de lavagem serão apreciados pelos versados na técnica a qual a invenção se refere. Entretanto, a título de exemplo, a água de lavagem pode ser filtrada, centrifugada ou permitida a se acomodar antes da introdução no fermen-tador.

Como discutido acima, o pH da água de lavagem pode ser ajustado antes do uso. O pH apropriado será dependente das condições exigidas para uma reação de fermentação particular considerando os meios nutrientes e os micro-organismos usados, como será apreciado pelos versados na técnica a qual a invenção se refere. Em uma modalidade preferencial, na fermentação de um substrato gasoso contendo CO utilizando Clostridium autoethanogenum, o pH pode ser ajustado para aproximadamente 5,5 a 6,5, mais preferencialmente aproximadamente 5,5. Os exemplos adicionais incluem, pH 5,5 a 6,5 usando Moorella thermoacetica para a produção de ácido acético, pH 4,5 a 6,5 usando Clostridium acetobutylicum para a produção de butanol e pH 7 usando Carboxydothermus hygrogenaformans para a produção de hidrogênio. A água de lavagem pode ser adicionada à reação de fermentação usando qualquer dispositivo apropriado. A título de exemplo, ela pode ser diretamente alimentada a partir de um aparelho de purificação em um biorreator no qual a fermentação está ocorrendo ou vai ocorrer. Alternativamente, ela pode ser coletada a partir de um aparelho de purificação e armazenada em uma câmara apropriada que alimenta o biorreator, ou ela pode ser coletada a partir de um aparelho de purificação, armazenada e manualmente alimentada no biorreator. A adição da água de lavagem no biorreator pode ser contínua, ou a água de lavagem pode ser adicionada em certos pontos no tempo na reação de fermentação, ou sob demanda, à medida que as circunstâncias exigem.

Em uma modalidade da invenção, a água de lavagem é misturada com os meios nutrientes a serem usados na reação de fermentação e então adicionada ao biorreator por qualquer um dos dispositivos anteriores. Consequentemente, a invenção também fornece uma composição compreendendo uma mistura de um meio nutriente apropriado e água de lavagem. Os versados na técnica a qual a invenção se refere apreciarão meios nutrientes apropriados para uso na fermentação microbiana. Entretanto, a título de exemplo, tais meios podem conter fontes de nitrogênio, fosfato, potássio, sódio, enxofre, uma faixa de íons de metal e vitaminas B, e similares. Um meio exemplificado é fornecido posteriormente na seção intitulada "Exemplos". A água de lavagem pode ser usada em uma quantidade de até aproximadamente 1:9 de meios nutrientes para água de lavagem. Em uma modalidade preferencial da invenção, a água de lavagem é usada em uma razão de aproximadamente 1:1 de meio nutriente para água de lavagem.

Como será apreciado, a água de lavagem resultante dos processos particulares pode conter componentes que são tóxicos ou prejudiciais a micro-organismos particulares. Assim, a invenção não exclui todos os processos de pré-tratamento, mas evita tais processos adicionais, se possível. Alternativamente ou em adição, a razão do teor de água de lavagem em um biorreator pode ser controlada tal que componentes potencialmente tóxicos ou prejudiciais são mantidos abaixo das concentrações aceitáveis. Água de Lavaaem como Matéria-prima Principal Em outra modalidade da invenção, a reação de fermentação é conduzida usando somente água de lavagem como a matéria-prima. Em outras palavras, a água de lavagem é a fonte principal de carbono para a reação de fermentação. Nessa modalidade, a reação de fermentação pode ser executada substancialmente como descrito aqui anteriormente, mas não é necessária para fornecer ou capturar gases contendo CO ou fornecer uma fonte de carbono alternativa. A água de lavagem pode ser alimentada em um biorreator no qual a fermentação ocorrerá como descrito aqui anteriormente. Em uma modalidade, eia é alimentada direta e continuamente a um biorreator de um sistema ou aparelho de purificação em um nível apropriado para manter condições ótimas para a reação de fermentação.

Em uma modalidade relacionada, a água de lavagem é armazenada e então alimentada no biorreator em tempos quando uma matéria-prima alternativa ou substrato está indisponível. Por exemplo, gases de escape gerados em certos processos de fabricação de aço não são constantes, mas intermitentes. Quando esses gases não estão disponíveis para alimentar a reação de fermentação, a água de lavagem é alimentada no biorreator para manter a produção de álcool e aumentar a eficácia geral da reação. Tal processo, em que a água de lavagem é suplementada com meios de fermentação e alimentada em um biorreator, pode ser conduzido usando um sistema de retenção de célula (por exemplo, filtração por membrana de fluxo cruzado, centrifugação contínua ou um sistema de células imobilizadas). Nessa modalidade, a mistura de água de lavagem e meios de fermentação pode fluir através do reator, fornecendo nutrição às bactérias. Uma vantagem desse sistema é que a água de lavagem contém altos níveis de monóxido de carbono dissolvido. Como um custo operacional de processo maior associado ao uso de substratos gasosos para fermentação é a aquisição e operação de equipamento para permitir transferência de massa de gás CO da fase gasosa para a fase líquida, o uso de correntes líquidas que já contêm CO reduzirá significativamente esse custo.

Geral As modalidades da invenção são descritas a título de exemplo.

Entretanto, dever-se-ia apreciar que etapas ou estágios particulares necessários em uma modalidade podem não ser necessários em outro. Ao contrário, as etapas ou os estágios incluídos na descrição de uma modalidade particular podem ser opcional e vantajosamente utilizados em modalidades onde eles não são especificamente mencionados.

Enquanto a invenção é amplamente descrita com relação a qualquer tipo de corrente que pode ser movida através e em torno do(s) sis-tema(s) por qualquer dispositivo de transferência conhecido, em certas modalidades, as correntes de substrato e/ou de escape são gasosas. Os versados na técnica apreciarão que estágios particulares podem ser acoplados por dispositivos de condução adequados ou seus similares, configuráveis para receber ou passar correntes por todo um sistema. Uma bomba ou um compressor pode ser fornecido para facilitar a liberação das correntes a estágios particulares.

Ademais, um compressor pode ser usado para aumentar a pressão do gás fornecido a um ou mais estágios, por exemplo, o biorreator. Como discutido acima, a pressão dos gases dentro de um biorreator pode afetar a eficácia da reação de fermentação executada neste. Assim, a pressão pode ser ajustada para otimizar a eficácia da fermentação. As pressões a-dequadas para reações comuns são conhecidas na técnica.

Em adição, os sistemas ou processos da invenção podem opcionalmente incluir dispositivos para regular e/ou controlar outros parâmetros para otimizar a eficácia geral do processo. Um ou mais processadores podem ser incorporados no sistema para regular e/ou controlar parâmetros particulares do processo. Por exemplo, as modalidades particulares podem incluir dispositivo de determinação para monitorar a composição da corrente de substrato e/ou de escape. Em adição, as modalidades particulares podem incluir um dispositivo para controlar a liberação de corrente de substrato a estágios particulares ou elementos dentro de um sistema particular se o dispositivo de determinação determina que a corrente tem uma composição adequada para um estágio particular. Por exemplo, em casos onde uma corrente de substrato gasoso contém baixos níveis de CO ou altos níveis de 02 que podem ser prejudiciais para uma reação de fermentação, a corrente de substrato ode ser desviada para fora do biorreator. Em modalidades particulares da invenção, o sistema inclui dispositivo para monitorar e controlar o destino de uma corrente de substrato e/ou a taxa de fluxo, tal que uma corrente com uma composição desejada ou adequada pode ser liberada a um estágio particular.

Em adição, pode ser necessário aquecer ou resfriar os componentes do sistema particular ou corrente(s) de substrato antes ou durante um ou mais estágios no processo. Em tais casos, o dispositivo de aquecimento ou resfriamento conhecido pode ser usado. Por exemplo, trocadores de calor podem ser empregados para aquecer ou resfriar as correntes de substrato.

Ademais, o sistema pode incluir uma ou mais etapas de pré/pós-tratamento para otimizar a operação ou eficácia de um estágio particular. Por exemplo, uma etapa de pré-tratamento pode incluir dispositivo para remover matéria particulada e/ou hídrocarbonetos de cadeia longa ou alcatrão de uma corrente de substrato gasoso. Outras pré/pós-operações que podem ser conduzidas incluem separação do(s) produto(s) desejado(s) de estágios particulares, tal como, por exemplo, o estágio de produção do biorreator (por exemplo, a remoção de etanol por destilação). Várias modalidades de sistemas da invenção são descritas nas figuras em anexo. As modalidades alternativas descritas nas figuras 1 a 13 compreendem características em comum umas com as outras e os mesmos números de referencia foram usados para denotar as mesmas características ou similares nas várias figuras. Somente as novas características (em relação à figura 1) das figuras. 2 a 13 são descritas, e então essas figuras deveríam ser consideradas em conjunto com a descrição da figura 1. A figura 1 é uma representação esquemática de um sistema 101 de acordo com uma modalidade da invenção. A corrente de substrato de entrada 1 entra no sistema 101 via um duto adequado. A corrente de substrato de entrada 1 compreende CO e opcionalmente CO2 e, em certas modalidades, a corrente de substrato é uma corrente de gás de despejo de um processo industrial, tal como aquela liberada durante a carburização de aço em um forno de oxigênio básico. Os níveis de componentes dentro da corrente de gás 1 podem flutuar. A válvula opcional 2 pode ser incluída para desviar a corrente 1 para qualquer lugar (indicado pela corrente 3) se é desejado que a corrente 1 não tenha uma composição desejada. Por exemplo, quando é desejável obter CO da corrente 1, um teor mínimo de CO pode ser ajustado para a corrente 1, em que a corrente é desviada para fora de processamento adicional no sistema 101 se o teor mínimo de CO não é alcançado. Tal limite pode ser ajustado para evitar processamento não-econômico ou não-viável de uma corrente. Qualquer dispositivo conhecido pode ser u-sado para determinar se um gás tem uma composição desejável. Também, "composição desejável" refere-se não somente a substâncias desejadas para estar incluídas na corrente 1, mas também a componentes desejados. Por exemplo, a corrente 1 pode ser desviada se um contaminante particular está presente na corrente 1.

Como será apreciado por um versado na técnica, a válvula 2 pode ser posicionada em qualquer lugar dentro do sistema 101. Por exemplo, ela pode ser localizada após processamento pelo biorreator 5.

Se uma determinação é feita de que a corrente 1 tem uma composição desejada, ela é passada para o pré-tratamento opcional 4. O pré-tratamento 4 pode ser usado para controlar vários aspectos da corrente, incluindo temperatura e níveis de contaminantes ou outros componentes ou constituintes indesejados. Ele também pode ser usado para adicionar componentes à corrente. Isso dependerá da fonte particular da corrente de gás 1 e/ou da reação de fermentação particular e/ou dos micro-organismos selecionados para isso. O pré-tratamento 4 pode ser posicionado em qualquer lugar dentro do sistema 101 ou pode ser omitido, ou múltiplos pré-tratamentos 4 podem ser fornecidos em vários pontos no sistema 101. Isso dependerá da fonte particular da corrente de gás 1 e/ou da reação de fermentação particular e/ou dos micro-organismos selecionados para isso. Por exemplo, pré-tratamentos adicionais podem ser fornecidos a montante do removedor de C02 8 para controlar aspectos da corrente entrando no removedor de C02 8.

Seguindo o pré-tratamento opcional, a corrente pode ser passada pelo biorreator 5 por qualquer dispositivo de transferência conhecido. Por exemplo, a corrente pode ser direcionada através do sistema com um ou mais ventiladores e/ou bombas. O biorreator 5 é configurado para executar a reação de fermentação desejada para produzir produtos. De acordo com certas modalidades, o biorreator 5 é configurado para processar um substrato contendo CO tal como para produzir um ou mais ácidos e/ou álcoois. Em uma modalidade particular, o biorreator 5 é usado para produzir etanol e/ou butanol. O biorreator 5 pode compreender mais de um tanque, cada tanque configurado para executar a mesma reação e/ou diferentes estágios dentro de um processo de fermentação particular e/ou diferentes reações, incluindo diferentes reações para diferentes processos de fermentação que podem incluir um ou mais estágios comuns. O biorreator 5 pode ser fornecido com dispositivo de resfriamento para controlar a temperatura no biorreator dentro dos limites aceitáveis para os micro-organismos usados na reação de fermentação particular a ser executada.

Os produtos produzidos no biorreator 5 podem ser recuperados por qualquer processo de recuperação conhecido na técnica. Entretanto, em algumas modalidades da invenção, pelo menos uma parte do produto pode sair do biorreator 5 em uma corrente 7, compreendendo componentes tais como C02 e CO opcionalmente não-convertido. Tais correntes podem ser opcionalmente tratadas no removedor de produto 6 para remover qualquer produto antes da corrente substancialmente isenta de produto 7 ser passada pelo removedor de C02 8. O removedor de C02 8 é configurado para receber a corrente 7, em que pelo menos uma parte do C02 presente na corrente 7 é removida desse, deixando uma corrente de despejo restante 9. Em certas modalidades, o removedor de C02 8 é configurado para separar pelo menos uma parte do componente de C02 da corrente 7 e é adaptado para capturar o C02 separado e/ou convertê-lo em produtos adequados para uso ou armazenamento posterior. Alternativamente, o removedor de C02 8 pode ser configu- rado para capturar o C02 diretamente e/ou convertê-lo em produtos, a partir da corrente 7.

Quando 0 biorreator 5 compreende uma pluralidade de estágios ou tanques separados, as correntes a partir de pelo menos um subconjunto dos estágios pode ser recebida pelo removedor de C02 8. Também, mais de um removedor de C02 8 a jusante pode ser fornecido tal que a mesma corrente passa por uma pluralidade de etapas de remoção de CO2, ou a mesma ou uma diferente etapa de remoção pode ser executada em correntes de diferentes estágios ou tanques de fermentação.

De acordo com uma modalidade alternativa representada na figura 2, 0 removedor de CO2 8 é posicionado a montante do biorreator 5 (a jusante na figura 1). Assim, de acordo com a modalidade da figura 2, 0 removedor de C02 8 pode ser usado para capturar o C02 da corrente de substrato antes de ser passada para 0 biorreator 5. A válvula opcional 2 pode ser configurada tal que, se é determinado que o teor de C02 é muito baixo para captura de C02 eficaz, a corrente pode ser passada diretamente para o biorreator 5. Alternativamente, a corrente 3 pode ser direcionada para fora do sistema, por exemplo, em circunstâncias onde a corrente é inadequada para remoção de C02 ou fermentação.

De acordo com a modalidade da figura 3, 0 removedor de C02 8 é fornecido a jusante do biorreator 5 e a válvula 10 é configurada para direcionar a corrente 9 de volta ao biorreator 5 se é determinado que suficiente CO permanece na corrente 9 para fermentação posterior em produtos. Entretanto, se é determinado que 0 teor de CO da corrente está abaixo de um nível desejado, a corrente pode ser direcionada para qualquer lugar (como indicado pela corrente 11). A modalidade da figura 3 também inclui as vantagens associadas de ambas as modalidades da figura 1 e da figura 2. A figura 4 é uma representação esquemática de um sistema 104 de acordo com uma modalidade adicional da invenção. A corrente de gás de entrada 1 entra no sistema 104 via um duto adequado. A corrente de gás de entrada 1 pode ser uma corrente de gás de despejo de um processo industrial, tal como a liberada durante a carburização do aço em um forno de oxi- gênio básico. A corrente de gás de entrada 1 preferencialmente compreende pelo menos um gás baseado em carbono. Em modalidades particulares, a corrente 1 compreende CO e/ou C02. Os níveis de componentes dentro da corrente de gás 1 podem flutuar. A válvula opcional 2 pode ser incluída para desviar a corrente 1 para qualquer lugar se é determinado que a corrente 1 não tem uma composição desejada (como indicado pela corrente 3). Por exemplo, quando se deseja obter CO a partir da corrente 1, um mínimo teor de CO pode ser ajustado para a corrente 1, em que a corrente é desviada para longe de processamento adicional no sistema 104, se o mínimo teor não for alcançado. Tal limite pode ser ajustado para evitar processamento não econômico e não viável de uma corrente. Qualquer dispositivo conhecido pode ser usado para determinar se um gás tem uma composição desejável. Como notado acima, a "composição desejável" pode se referir não somente a substâncias desejadas para estarem incluídas na corrente 1, mas também a componentes indesejados. Por exemplo, a corrente 1 pode ser desviada se um contaminante particular estiver presente na corrente 1.

Como será apreciado por um versado na técnica mediante consideração da descrição imediata, a válvula 2 pode ser posicionada em qualquer lugar dentro do sistema 104. Por exemplo, ela pode ser localizada no sistema após processamento pelo separador de gás 13.

Se uma determinação é feita de que a corrente 1 tem uma composição desejada, ela é passada para o separador de gás 13. Pelo menos um primeiro componente da corrente de gás 1 é separado dela, deixando um componente restante. Ou pelo menos um primeiro componente ou o componente restante pode ser desviado como a corrente 12, com o outro componente sendo passado pelo pré-tratamento 4 opcional e pelo biorreator 5. Assim, quando o CO é exigido em uma corrente de gás para alimentar uma reação de fermentação, o CO pode ser separado do restante da corrente, com somente o CO (ou uma corrente enriquecida com CO) sendo passada pelo biorreator 5. Alternativamente, um ou mais componentes da corrente (por exemplo, 02 e/ou H2) podem ser separados, tal que eles são pelo menos parcialmente removidos, com o restante da corrente sendo passada pelo biorreator 5.

Como estaria óbvio para os versados na técnica mediante consideração da descrição imediata, o separador de gás 13 pode compreender um ou uma pluralidade de estágios ou unidades separadas, com um ou mais gases sendo separados em cada estágio. A descrição adicional de processos e os arranjos para a separação de gás são fornecidos abaixo.

Como notado acima, o pré-tratamento 4 pode ser posicionado em qualquer lugar dentro do sistema 104 ou pode ser omitido, ou múltiplos pré-tratamentos 4 podem ser fornecidos em vários pontos no sistema 104. O uso do pré-tratamento 4 pode depender da fonte particular de corrente de gás 1 e/ou da reação de fermentação particular e/ou dos micro-organismos selecionados para essa. O biorreator 5 é configurado para executar a reação de fermentação desejada. De acordo com certas modalidades, o biorreator 5 é configurado para processar um substrato contendo CO tal como para produzir um ou mais ácidos e/ou álcoois. Em modalidades particulares, o biorreator 5 é usado para produzir etanol e/ou butanol. O biorreator 5 pode compreender mais de um tanque, cada tanque sendo configurado para executar a mesma reação e/ou diferentes estágios dentro de um processo de fermentação particular e/ou diferentes reações, incluindo diferentes reações para diferentes processos de fermentação que podem incluir um ou mais estágios comuns. O biorreator 5 pode ser fornecido com dispositivo de resfriamento para controlar a temperatura nele dentro dos limites aceitáveis para os micro-organismos usados na reação de fermentação particular a ser executada.

De acordo com a modalidade alternativa da figura 5, o separador de gás 13 é posicionado a jusante do biorreator 5 (a montante na figura 4). Assim, de acordo com a modalidade da figura 5, o separador de gás 13 pode ser usado para separar um ou mais componentes de gases produzidos pela reação de fermentação no biorreator 5, e/ou gases separados que foram alimentados no separador, mas não usados no biorreator 5. Quando o bior- reator 5 compreende uma pluralidade de estágios ou tanques separados, os gases de pelo menos um subconjunto dos estágios podem ser recebidos pelo separador de gás 13. Também, mas de um separador de gás a jusante 13 pode ser fornecido, tal que a mesma corrente de gás passa por uma pluralidade de separações, ou a mesma ou diferentes separações podem ser executadas nas correntes de gás a partir de diferentes estágios ou tanques de fermentação.

De acordo com a modalidade da figura 6, os separadores de gás 13 são fornecidos a montante e a jusante do biorreator 5 com as vantagens associadas de ambas as modalidades da figura 4 e da figura 5.

Uma bomba ou compressor (não mostrado) pode ser fornecido a montante do biorreator 5 tal que a pressão do gás dentro do biorreator 5 é aumentada. Como discutido acima, a pressão dos gases dentro de um biorreator pode afetar a eficácia da reação de fermentação executada neste. Assim, a pressão pode ser ajustada para otimizar a eficácia da fermentação. As pressões adequadas para reações comuns são conhecidas na técnica. A corrente de gás 1 pode compreender uma pluralidade de diferentes correntes. Os elementos de processamento separados podem ser fornecidos para diferentes correntes, com somente um subconjunto dos elementos sendo comum. Por exemplo, uma primeira corrente pode ser recebida por um primeiro separador de gás e uma segunda corrente pode ser recebida por um segundo separador. As saídas de ambos o primeiro e o segundo separador podem então ser passadas por um biorreator comum. Outros níveis de semelhança ou diferença são incluídos dentro do escopo da invenção. A figura 7 é uma representação esquemática de um sistema 107 de acordo com uma modalidade da invenção. A corrente de gás de despejo 14 entra no sistema 107 via um duto adequado de um processo industrial (por exemplo, carburização de aço em um BOF). A corrente 14 é intermitente por natureza como indicado pela linha pontilhada. A corrente 14 pode ser uma corrente constante no sentido de que ela é constantemente fornecida, mas o teor de gases particulares dentro da corrente pode variar ao longo do baixos níveis ao longo do tempo. Sem considerar se a corrente 14 é de fato constante ou intermitentemente produzida, durante os tempos quando os níveis de um gás desejado são muito baixos para suportar uma reação de fermentação (ou níveis de um gás indesejado (por exemplo, O2) são muito altos), a válvula 2 pode ser usada para desviar a corrente 14 para qualquer outro lugar, incluindo na atmosfera (como indicado pela corrente 3). Nos tempos em que a corrente 14 compreende um gás desejado em uma concentração desejada, a válvula 2 passa a corrente resultante 15 para 0 tanque de armazenamento tampão 16. A corrente 15 é também mostrada em linha tracejada devido a sua natureza possivelmente intermitente. O tanque de armazenamento tampão 16 age como um reservatório que alimenta gás ao biorreator 5 após qualquer pré-tratamento do gás no pré-tratamento 4. O pré-tratamento 4 pode ser posicionado em qualquer lugar dentro do sistema 1 ou até omitido, dependendo da fonte particular de corrente de gás 14 e/ou da reação de fermentação particular e/ou dos microorganismos selecionados para essa. O tanque de armazenamento tampão 16 preferencialmente libera uma corrente constante 17 de gás, que é passada pelo pré-tratamento 4 e então pelo biorreator 5 como a corrente contínua 18. As correntes 17 e 18 são mostradas como uma linha contínua para refletir sua natureza substancialmente contínua. O gás pode ser comprimido dentro do tanque de armazenamento tampão 16 para reduzir o espaço exigido para isso. Uma válvula (não mostrada) ou outro dispositivo pode ser usado para ajustar a taxa de fluxo do gás a partir do tanque de armazenamento tampão 16. A taxa é preferencialmente constante e selecionada tal que o tanque de armazenamento tampão 16 sempre tem um fornecimento de gás e não se torna depletado. De acordo com uma modalidade, 0 dispositivo de controle (não mostrado) pode controlar a válvula para variar a taxa de fluxo do gás 15 dependendo da quantidade de gás contida nesta. Mais particularmente, quando 0 gás armazenado no tanque de armazenamento tampão 16 cai abaixo de um nível pré-determinado, a taxa de fluxo do gás a partir do tanque de armazenamento tampão 16 pode ser reduzida tal que, enquanto os níveis ótimos de gás não são passados pelo biorreator 5, os níveis reduzidos são fornecidos, os quais podem pelo menos suavizar os efeitos na produtividade do biorreator 5 fornecendo condições otimizadas para os micro-organismos dentro do biorreator 5.

Assim, a natureza intermitente da corrente 14 é suavizada na modalidade mostrada na figura 7 devido ao tamponamento de gás no tanque de armazenamento 16.

Como estaria óbvio a um versado na técnica mediante consideração da descrição imediata, o tanque de armazenamento tampão 16 preferencialmente inclui uma porta de escape para remover gases de despejo do processo de fermentação. O biorreator 5 pode também ser fornecido com dispositivo de resfriamento para controlar a temperatura neste dentro dos limites aceitáveis para os micro-organismos.

De acordo com uma modalidade alternativa do sistema 107, o tanque de armazenamento tampão 16 é substituído por uma forma alternativa de armazenamento que executa a mesma função ou similar. Essas formas incluem uma ou mais dentre absorção, adsorção, e oscilações de pressão e/ou temperatura. De acordo com uma modalidade, o gás é armazenado em solução com a solução então sendo alimentada no biorreator 5. Tal arranjo pode reduzir o tempo de processamento dentro do biorreator 5, porque os gases exigidos já estão dissolvidos antes de eles alcançarem o biorreator 5.

No arranjo mostrado na figura 8, o tanque de armazenamento tampão 16 é opcional, como indicado pela linha tracejada. Em modalidades que omitem o tanque de armazenamento tampão 16, a corrente 14 é passada pelo biorreator 5 quando disponível e tendo uma composição aceitável, resultando nas correntes 19 e 20 sendo intermitentes por natureza. Como mencionado acima, isso pode não ser ideal para micro-organismos ou processos particulares. Quando o tanque de armazenamento tampão 16 está incluído, uma parte da corrente 15 pode ser desviada para ele tal que quando a corrente 15 está disponível, o gás é passado pelo biorreator 5 e pelo tanque de armazenamento tampão 16. O gás passado pelo tanque de armazenamento tampão 16 pode ser armazenado até tais vezes em que a corrente 15 não está disponível. Pelo menos uma corrente de baixo nível de gás pode então ser passada do tanque de armaze- namento tampão 16 para o biorreator 5.

Como estará óbvio a um versado na técnica, a corrente de gás de despejo 14 de um processo industrial pode estar em uma alta temperatura. As faixas de temperatura permitidas para os micro-organismos variam, mas são da ordem de 30s C a 50s C para bactérias anaeróbicas tipicamente usadas para produzir álcoois tal como etanol. A corrente de gás 14 pode levar a temperatura dentro do biorreator 5 a elevar, o que é exacerbado pela natureza exotérmica dos processos de fermentação, resultando em uma necessidade de que medidas de resfriamento sejam incluídas dentro do sistema. De acordo com uma modalidade, a natureza intermitente da corrente 14 é levada em conta quando configurando o dispositivo de resfriamento para o biorreator 5. Mais particularmente, durante as vezes em que a corrente 14 não está disponível ou não é da composição desejada, a temperatura dentro do biorreator 5 pode ser reduzida para a temperatura do limite inferior da faixa de temperatura permitida para os micro-organismos usados (por exemplo, em direção a 30- C). Então, quando a corrente de gás 14 está disponível com a composição desejada, uma elevação de temperatura dentro do biorreator 5 é permitida, reduzindo desse modo as exigências do dispositivo de resfriamento que são fornecidas quando o gás é alimentado no biorreator 5. Assim, para bactérias anaeróbicas tipicamente usadas para produzir álcoois tal como etanol, a temperatura dentro do biorreator 5 pode ser permitida a se aproximar de 50Q C. De acordo com uma modalidade, no evento do biorreator 5 se aproximar de uma temperatura permitida máxima, a corrente de gás 14 pode ser inibida de entrar no biorreator 5 mesmo se ela está disponível na composição desejada, tal como para habilitar a temperatura dentro do biorreator 5 a ser mais prontamente controlada. Em tais casos, o gás pode ser armazenado para uso futuro ou desviada para outro lugar, em que ele pode passar por etapas de processamento adicionais como estaria óbvio a um versado na técnica mediante consideração da descrição imediata. As modalidades particulares da invenção fornecem nivelamento da carga de resfriamento. A figura 9 é uma representação esquemática de um sistema 109 A figura 9 é uma representação esquemática de um sistema 109 de acordo com outra modalidade da invenção. O compressor 22 serve para comprimir a corrente intermitente 21, quando disponível, liberando a corrente comprimida 23 para o biorreator 5. Assim, de acordo com a modalidade da figura 9, o biorreator 5 funciona eficazmente tanto como um tanque de fermentação quanto como um tanque de armazenamento mantendo o gás neste em uma pressão elevada quando a corrente 14 está disponível e tem a composição desejada. Durante interrupções na corrente 14 ou quando a corrente 14 não tem a composição desejada, os gases de despejo podem ser lentamente escapados do biorreator 5 tal que a pressão do gás dentro do biorreator 5 cai, mas tal que os níveis suficientes de quaisquer gases desejados sejam continuamente mantidos ou suficientemente bem mantidos para evitar períodos significativos de tempo durante o qual os micro-organismos são desprovidos dos gases.

As figuras 10a e 10b são representações esquemáticas de sistemas 110a e 110b de acordo com outra modalidade da invenção na qual múltiplas correntes de gás intermitentes 14a e 14b são usadas para alimentar a reação de fermentação dentro do biorreator 5. Assim, quando a corrente 14a está indisponível ou não tem a composição desejada, o biorreator 5 pode alternativamente ser alimentado pela corrente 14b. Como estaria óbvio a um versado na técnica, mais de duas fontes de corrente de gás podem estar disponível. Também, a quantidade de semelhança entre as etapas de processamento das correntes pode variar dependendo das composições particulares de cada corrente. O arranjo mostrado na figura 10a e 10b pode ser implementado em uma aciaria com diferentes correntes originadas de diferentes estágios no processo de fabricação do aço. Adicional ou alternativamente, outras fontes de gás podem ser usadas. Por exemplo, em fermentações usando bactérias anaeróbicas para produzir álcoois tal como etanol, as fontes convencionais podem ser usadas para fornecer a corrente (por exemplo, biomassa). A figura 11 é uma representação esquemática de um sistema 111 de acordo com outra modalidade da invenção, incorporando vários dos estágios anteriormente descritos aqui. A corrente intermitente 14 é convertida em uma corrente substancialmente contínua 17 como anteriormente descrito com relação à figura 7. A corrente substancialmente contínua 17 é passada para o separador de gás 13, que é adaptado para separar o C02 de outros componentes da corrente de substrato, tal como CO. A corrente separada 12 compreendendo C02 é passada pelo removedor de C02 8, em que ela pode ser convertida em produtos adequados para uso ou armazenamento posterior. O restante da corrente compreendendo CO é passado pelo pré-tratamento opcional 4 e então pelo biorreator 5. O duto opcional 24 pode ser fornecido para passar uma corrente compreendendo C02 saindo do biorreator 5 de volta para o removedor de C02 8, em que ela pode ser convertida em produtos adequados para uso ou armazenamento posterior. A figura 12 é uma representação esquemática de um sistema 112 de acordo com uma modalidade adicional da invenção. O forno a sopro de oxigênio 25 pode ser parte de um processo industrial tal como a descar-burização do aço e produz corrente de despejo 1. Em modalidades particulares, a corrente de despejo 1 compreende CO e/ou C02. A corrente de despejo 1 é passada através do pré-tratamento opcional 4a. Tipicamente, o pré-tratamento 4a será uma lavagem ou banho de água adaptado para remover matéria particulada da corrente 1. A válvula 2a é adaptada para desviar pelo menos uma parte da corrente 1 na pilha de despejo 26 quando é determinado que a corrente não tem a composição desejada. A corrente desviada é representada pela seta 3a. Tipicamente, a corrente desviada para a pilha de despejo 26 sairá na atmosfera como representado pela seta 27. Tipicamente, a corrente é gasosa e pode ser direcionada para a pilha de despejo e opcionalmente por todo o sistema 113 por um ou mais ventiladores e/ou bombas.

Se é determinado que a corrente 1 tem uma composição desejada, ela pode ser desviada para o trocador de calor opcional 28a como a corrente 14. Tipicamente, a corrente 14 será intermitente por natureza e pode precisar de resfriamento. O trocador de calor 28a pode ser qualquer dispositivo de troca de calor conhecido na técnica. Entretanto, a título de exem- 4b pode ser usado para remover matéria particulada residual da corrente se necessário. A título de exemplo, um filtro à membrana pode ser usado para remover matéria particulada residual da corrente. O pré-tratamento 4b pode também incluir dispositivo para remover água condensada da corrente opcionalmente resfriada, tal como um vaso de separação de líquidos ou outro dispositivo de coleta de umidade adequado conhecido na técnica. A corrente pode ser pressurizada por qualquer dispositivo adequado, tal como o compressor de gás 22, antes de passar para o estágio de remoção de oxigênio 29. Qualquer dispositivo adequado para remoção de oxigênio pode ser usado, entretanto, a título de exemplo, o estágio de remoção de oxigênio 29 inclui um catalisador de cobre quente ou um conversor catalítico. A corrente pode ser resfriada usando o trocador de calor opcional 28b, antes de passar para o tubo de retenção 30. O tubo de retenção 30 é de comprimento suficiente tal que a composição da corrente pode ser determinada por qualquer dispositivo de determinação apropriado (não mostrado) antes de a corrente alcançar a válvula 2b. Se é determinado que a corrente tem uma composição desejável, ela pode ser desviada para o dispositivo de armazenamento tampão 16 pela válvula 2b. Se a composição não é adequada para fermentação, por exemplo, o teor de oxigênio é muito alto, a válvula 2b pode desviar a corrente para a pilha de despejo (como representado pela seta 3b). O dispositivo de tamponamento 16 passa a corrente de substrato substancialmente contínua 17 para o biorreator 5, via o pré-tratamento opcional 4c. O pré-tratamento opcional 4c pode ser usado para remover os contaminantes indesejados, tal como micróbios, da corrente 17. A título de exemplo, um filtro ou uma membrana de esterilização pode ser usada para remover bactérias indesejadas da corrente. A corrente de despejo 3c saindo do biorreator 5 pode também ser passada para a pilha de despejo 26. O dispositivo para determinar a composição da corrente pode ser opcionalmente incluído em qualquer estágio do sistema. A título de exemplo, o dispositivo para determinar a composição com O2, CO e/ou CO2 pode ser incluído a montante da válvula 2a, a montante do tubo de retenção 30 ou da válvula 2b e/ou a montante do biorreator 5. Ademais, devido à na- tureza potencialmente inflamável das correntes, o equipamento de segurança, tal como supressores de chamas, pode também ser incluído em qualquer estágio do sistema. A figura 13 é uma representação esquemática de um sistema 113 de acordo com uma modalidade adicional da invenção. A corrente de despejo 1 e a corrente 31, qualquer uma ou ambas das quais podem ser intermitentes por natureza, são direcionadas para o misturador 32. O misturador 32 é adaptado para controlar o fluxo de pelo menos duas correntes (tal como as correntes 1 e 31) e misturar as correntes para alcançar uma corrente com uma composição desejada (corrente 33). Correntes indesejadas, tal como correntes com uma composição indesejável, podem ser desviadas para fora do sistema 113 como indicado pela seta 3, enquanto as correntes com uma composição desejável 33, podem ser direcionadas para o tampão opcional 16, o pré-tratamento opcional 4, então para o biorreator 5 para conversão em produtos. A composição e as taxas de fluxo das correntes 1,3,31 e 33 podem ser monitoradas continuamente ou, de outra forma, por dispositivos conhecidos na técnica. A corrente 1 e/ou a corrente 31 podem adicional ou alternativamente ser desviadas para fora do misturador 32 antes da entrada neste com base em suas composições individuais. Tal arranjo habilita que uma das correntes 1, 31 seja usada onde somente uma tem uma composição indesejável.

Em modalidades particulares, o misturador 32 inclui uma câmara de mistura que tipicamente compreenderá um pequeno recipiente ou uma seção de tubulação. Em tais casos, o recipiente ou tubulação pode ser fornecida com o dispositivo de mistura, tal como defletores, adaptados para promover turbulência e rápida homogeneização dos componentes individuais.

Em certas modalidades da invenção, o misturador 32 inclui dispositivo para controlar a mistura de duas ou mais correntes para alcançar uma corrente de substrato otimizada desejável 33. Por exemplo, o misturador 32 pode incluir dispositivo para controlar as taxas de fluxo de cada uma dor 32 pode incluir dispositivo para controlar as taxas de fluxo de cada uma das correntes 1 e 32 entrando no misturador 32, tal que uma composição desejável da corrente 33 é alcançada (por exemplo, razão CO:H2 desejável). O misturador também preferencialmente inclui dispositivo de monitoramento (contínuo ou de outra forma) a jusante da câmara de mistura. Em modalidades particulares, o misturador inclui um processador adaptado para controlar as taxas de fluxo e/ou composições das várias correntes como um resultado do retorno do dispositivo de monitoramento.

Exemplos A invenção agora será descrita em mais detalhes com relação aos seguintes exemplos não-limitantes.

Os meios e as soluções usados nas fermentações descritas nesses exemplos contêm os seguintes componentes, a menos que de outra forma notado.

Meios: Tabela 1: Composição dos meios LM23 e LM33 * Combinar NaH2P04 (13,2 g) e Na2HP02.7H20 (1,1 g) em H2O (1 L).

Tabela 2: Composição de solução de vitamina (LS03) e solução de metal traço (LS06) Metodologia Meios As soluções de meios LM23 e LM33 foram preparadas em pH 5.5 como segue. Todos os ingredientes com a exceção de HCI de cisteína foram misturados em 400 ml de dH20. Essa solução foi feita anaeróbica a-quecendo-a até ebulição e permitindo-a resfriar até temperatura ambiente sob um fluxo constante de gás com 95% de CO e 5% de C02. Uma vez resfriado, o cloridrato de cisteína foi adicionado e o pH da solução ajustado para 5.5 antes de fazer o volume até 1000 ml (para o exemplo 1) ou 500 ml (para o exemplo 2). A anaerobicidade foi mantida por todos os experimentos. Efluente Gasoso da Aciaria O efluente gasoso da aciaria foi obtido a partir da instalação New Zealand Steel Glenbrook em Glenbrook, Nova Zelândia. Mais particularmente, ele foi capturado e armazenado em sacolas impermeáveis a gás ou pressurizado em cilindros de gás de aço em 10 MPa a 13MPa (100 a 130 bars). Os efluentes gasosos da aciaria armazenados dentro das sacolas foram a-cessados via um septo de borracha de butila impermeável a gás. A composição do efluente gasoso da aciaria varia ao longo do tempo dependendo do estágio da produção de aço. Entretanto, o gás foi coletado durante o processo de descarburização e tais gases tipicamente contêm CO: 43 a 50%, C02: 17 a 20%, H2: 2 a 3%, N2: 27 a 34%. Áaua de Lavaaem da Aciaria A água, usada para lavar (limpar) a corrente de efluente gasoso KOBM na instalação New Zealand Steel Glenbrook em Glenbrook, Nova Zelândia, foi filtrada uma vez que usa um funil Buchner e linha de vácuo através do papel de filtro S95. O pH da água filtrada foi ajustado para 5,5 e o gás com 95% de CO e 5% de C02 foi borbulhado por 45 minutos antes de uso futuro.

Bactérias Clostridium autoethanogenum foram obtidas a partir do German Resource Centre for Biological Material (DSMZ). O número de acesso dado às bactérias é DSMZ 10061. Alternativamente, a Clostridium autoethanogenum usada é a depositada no German Resource Centre for Biological Material (DSMZ) e alocada sob o número de acesso 19630.

Amostragem e Procedimentos Analíticos As amostras de meios foram obtidas em intervalos ao longo de um período de 5 dias. Cada vez que o meio foi amostrado, cuidado foi tomado em assegurar que nenhum gás foi permitido a entrar ou escapar dos reato res/garrafas de soro.

Todas as amostras foram usadas para estabelecer a absorbân-cia em 600 nm (espectrofotômetro) para determinar a densidade celular, e o nível de substratos e produtos foram determinados por HPLC e GC. HPLC foi rotineiramente usado para quantificar o nível de acetato, etanol. GC foi usado para quantificar a porcentagem de gás (em volume) de monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio e nitrogênio.

HPLC O Sistema HPLC Agilent Série 1100. Fase Móvel: Ácido Sulfúri-co a 0,0025N. Fluxo e Pressão: 0,800 mL/min. Coluna: Alltech IOA; Catálogo # 9648, 150 x 6,5 mm, tamanho de partícula 5 pm. Temperatura da coluna: 60s C. Detector: índice de Refração. Temperatura do detector: 45a C. Método para preparação da amostra: 400 μΙ de amostra + 50 μΙ de ZnS04 a 0,15 M + 50 μΙ de Ba(OH)2 em 0,15 M em um tubo eppendorf. Centrifugar por 10 min a 12.000 rpm, 4a C. Transferir 200 μΙ de sobrenadante em um frasco de HPLC e injetar no instrumento HPLC a 5 μΙ.

Cromatoqrafia a Gás Um cromatógrafo a gás CP-4900 Micro-GC, canal duplo foi usado: Peneira Molecular de canal CP-4900 5A PLOT, 10 m, ID 0,25 mm, reversão de fluxo de 4,2 segundos, temperatura da coluna e injetor 70a C, gás carreador Argônio 200 kPa, injeção de 40 milisegundos. Canal CP-4900 Po-raPLOT Q, 10 m, ID 0,25 mm, temperatura do injetor 70a C e temperatura da coluna 90a C, gás carreador Hélio 150 kPa, injeção de 40 milissegundos. Tempo de amostragem 20 segundos, tempo de execução 2 minutos. A linha de amostra foi aquecida a 70a C e ligada a um secador de Nafion.

Exemplo 1 - Fermentação usando Efluente Gasoso de Aciaria Exemplo 1a (garrafa de soro) A incubação foi executada em garrafas de soro vedadas de 250 ml, cada uma contendo 50 ml do meio. O espaço confinado de cada garrafa de soro foi primeiro purgado três vezes com CO2, antes sendo evacuado e preenchido com 0 efluente gasoso de aciaria coletado a uma pressão final de 172,37 KPa manométrico (25 psig). Cada garrafa foi inoculada com 1 ml de uma cultura de Clostridium autoethanogenum. Um incubador de agitação foi usado e a temperatura reacional foi mantida a 37Q C.

As amostras de meios foram obtidas em intervalos ao longo de um período de 15 dias. Cada vez, 0 meio foi amostrado. Cuidado foi tomado para assegurar que nenhum gás foi permitido a entrar ou escapar da garrafa de soro.

Todas as amostras foram usadas para estabelecer a densidade celular e 0 nível de acetato.

Como pode ser visto a partir das figuras 14 e 15, o crescimento celular e a produção de acetato se elevaram durante os primeiros 10 dias antes de subsequentemente lentamente diminui. Assim, 0 crescimento celular e a produção de acetato foram prontamente suportados usando o efluente gasoso de aciaria mesmo que nenhuma etapa de tratamento adicional fosse executada no gás antes de seu isso na reação de fermentação. Exemplo 1b (garrafa de soro) A incubação foi executada em garrafas de soro vedadas de 234 ml, cada uma contendo 50 ml do meio LM33. O espaço confinado de 184 ml de cada garrafa de soro foi primeiro purgado três vezes com efluente gasoso de aciaria, antes de ser evacuado e preenchido em uma sobrepressão de 206,844 KPa manométrico (30 psig). Cada garrafa foi inoculada com 2 ml de uma cultura de Clostridium autoethanogenum. Um incubador de agitação foi usado e a temperatura reacional foi mantida a 379 C. Os resultados dos experimentos são fornecidos na Tabela 3.

Tabela 3: Garrafa de soro (206,844 KPa manométrico (30 psig); 50% de CO, 18% de C02, 3% de H2, 29% N2) Exemplo 1c (Reator de Tanque Agitado Continuamente) Um biorreator Bioflo 3000 foi preenchido com 5 I do meio LM33 sem cisteína sem solução de vitamina (LS03) e autoclavado por 30 minutos a 1212 C. Enquanto resfriando, o meio foi aspergido com N2 e a solução LS03 bem como cisteína foi adicionada. O gás foi trocado pelo efluente gasoso de aciaria para inoculação com 150 ml de uma cultura de Clostrídium autoethanogenum. O biorreator foi mantido a 37Q C e agitado a 200 rpm no início da cultura com um fluxo gasoso de 60 ml/min. Durante a fase de crescimento, a agitação foi aumentada para 400 rpm e o fluxo gasoso foi ajustado para 100 ml/min. O pH foi ajustado para 5,5 e mantido por adição automática de NaOH a 5 M. Os resultados desse experimento, incluindo o consumo de gás, são fornecidos na Tabela 4.

Tabela 4: Fermentação CSTR fornecida com gás de aciaria Exemplo 1d (Reator de Elevação de Gás de 5QÜ O reator de elevação de gás de 50L (2900 mm de altura x 150 mm de diâmetro e tubo de ventilação 2000 mm de altura x 95 mm de diâmetro) foi preenchido com 37 L do meio LM33 esterilizado em filtro através de um filtro de poro de 0,2 micrometro (filtro Pall KA2 DFL P2). O meio foi as-pergido por 18 horas com nitrogênio antes de ser trocado por efluente gasoso de aciaria antes de inoculação com 5 L de uma cultura de Costrídium au-toethanogenum. O reator de elevação de gás foi mantido a 37Q Cea mistura foi alcançada recirculando o gás em espaço confinado a 15 L/min. O fluxo gasoso no reator foi 500 ml/min no início. A sobrepressão no espaço confinando foi mantida em 55,158 KPa manométrico (8 psig). Durante a fase de crescimento, o fluxo gasoso no reator foi aumentado para 1000 ml/min. O pH foi ajustado para 5,5 e mantido por adição automática de NaOH a 5 M. Os resultados desse experimento, incluindo o consumo de gás, são fornecidos na Tabela 5.

Tabela 5: Fermentação por reator de elevação de gás fornecida com gás de aciaria As modalidades particulares da invenção aumentam a aplicabilidade das reações de fermentação microbiana usando efluentes gasosos industriais, particularmente para a produção de etanol por Clostridium autoe-thanogenum. Os gases de despejo compreendendo CO obtidos diretamente a partir de processos industriais podem ser usados como um substrato nas reações de fermentação para produzir produtos tal como acetato e/ou etanol. Isso resultará e capturar carbono em gases de despejo assim melhorando ou reduzindo os resíduos produzidos por processos industriais, particularmente a fabricação de aço, e abaixando os custos associados à operação de reações de fermentação.

Exemplo 2: Fermentação usando água de lavagem Sob um fluxo de gás continuo de 95% de CO, 5% de C02, 25 ml de meio LM23 foram dispensados em 250 ml de garrafas de soro e misturados ou com 25 ml de dH20 (garrafas de controle) ou 25 ml de água de lavagem anaeróbica de pH ajustado (garrafas experimentais). Todas as garrafas foram paradas com septo de borracha e butila impermeável a gás e lacradas por pressão antes de autoclave a 121δ C por 20 minutos.

Uma vez resfriadas, todas as garrafas de soro foram inoculadas com 1 ml de uma cultura de Clostridium autoethanogenum que estava ativamente crescendo em 95% de CO, 5% de C02. O gás em espaço confinado foi pressurizado a 241,318 KPa manométrico (35 psig) com 95% de CO, 5% de C02. Uma amostra de meio inicial foi obtida de forma asséptica a partir de cada garrafa. As garrafas foram localizadas em um incubador de agitação a 37s C.

As amostras de meio foram obtidas em intervalos regulares ao longo de um período de 15 dias. Cada vez que o meio foi amostrado, o espaço confinado de cada garrafa foi purgado três vezes com gás com 95% de CO, 5% de C02, antes de pressurização com esse gás a 241,318 KPa ma-nométrico (35 psíg).

Todas as amostras foram usadas para estabelecera concentração de célula mais o nível de etanol e acetato em cada cultura.

Resultados Como se pode ver a partir das figuras 16 e 17, o impacto de adicionar 50% de água de lavagem ao meio incluiu: 1. Níveis mais baixos de produção de acetato; 2. 45% de aumento na densidade bacteriana final; e 3. 44% de aumento no nível de produção de etanol.

Como tal, as modalidades particulares da invenção aumentam a eficácia de crescimento e produção de álcool em reações de fermentação, particularmente a produção de etanol por Clostrídium autoethanogenum. O material de despejo de processos industriais pode ser usado para suplementar o meio nutriente usado em reações de fermentação. Em particular, a á-gua de lavagem pode ser usada como uma matéria-prima primária alternativa ou substrato para reações de fermentação microbiana. Isso resultará em melhorar ou reduzir os resíduos produzidos por processos industriais, particularmente a fabricação de aço, a redução do nível de meio exigido para suportar as reações de fermentação, e a redução do nível de subproduto de acetato na produção de etanol por fermentação, assim otimizando a eficiência geral das reações de fermentação e diminuindo os custos associados com a operação de tais reações. A invenção foi descrita aqui com relação a certas modalidades preferenciais, de modo a capacitar o leitor a praticar a invenção sem experimentação indevida. Os versados na técnica apreciarão que a invenção pode ser praticada em um grande número de variações e modificações além das especificamente descritas. Entende-se que a invenção inclui todas tais variações e modificações. Ademais, títulos, cabeçalhos, ou seus similares são fornecidos para ajudar a compreensão do leitor desse documento, e não deveríam ser lidos como limitando o escopo da presente invenção. As descrições inteiras de todos os pedidos, patentes e publicações citadas aqui são aqui incorporadas a título de referência.

Mais particularmente, como será apreciado por um versado na técnica, as implementações de modalidades da invenção podem incluir um ou mais elementos adicionais. Somente aqueles elementos necessários para entender a invenção em seus vários aspectos podem ter sido mostrados em um exemplo particular ou na descrição. Entretanto, o escopo da invenção não é limitado às modalidades descritas e inclui sistemas e/ou métodos incluindo uma ou mais etapas adicionais e/ou uma ou mais etapas substituídas, e/ou sistemas e/ou métodos omitindo uma ou mais etapas. A referência a qualquer técnica anterior nesta especificação não é, e deveria não ser tomada como um reconhecimento ou qualquer forma de sugestão que a técnica anterior forma parte do conhecimento geral comum no campo de esforço em qualquer país.

Por toda esta especificação e quaisquer reivindicações que se seguem, a menos que o contexto exija de outra forma, as palavras "compreende", "compreendendo’ e similares, são interpretadas em um sentido inclu-sivo ao contrário de um sentido exclusivo, isto é, no sentido de "incluir, mas não limitado a".

Claims (11)

1. Método para capturar carbono por fermentação microbiana, caracterizado pelo fato de que compreende: i. receber corrente(s) de gás de despejo ou efluente gasoso compreendendo CO a partir de um processo industrial; ii. passar a(s) corrente(s) de gás por um biorreator contendo uma cultura de um ou mais micro-organismos; e iii. fermentar a cultura no biorreator para produzir um ou mais produtos, em que o método compreende tamponar a(s) corrente(s) de gás de despejo ou efluente gasoso, a etapa de tamponar compreendendo: 1. receber uma corrente de gás intermitente ou não-contínua de gás de despejo ou efluente gasoso no dispositivo de armazenamento; e ii. passar uma corrente contínua pelo biorreator a partir do dispositivo de armazenamento.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende capturar pelo menos uma parte de um teor de CO2, usando um removedor de CO2, de um ou ambos dentre: i. uma corrente antes da corrente entrar no biorreator; e ii. uma corrente após a corrente ter saído do biorreator.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma primeira etapa de separação de gás que compreende: i. receber uma corrente de gás; ii. substancialmente separar pelo menos uma parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes da corrente de gás incluindo CO; e iii. passar pelo menos parte da(s) parte(s) separada(s) incluindo CO pelo biorreator.

4. Método de acordo com a reivindicação 2 ou 3, quando dependente da reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende uma segunda etapa de separação de gás, a segunda etapa de separação de gás compreendendo: i. receber uma corrente de gás; ii. substancialmente separar pelo menos uma parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes da corrente de gás incluindo CO2; e iii. passar pelo menos parte da(s) parte(s) separada(s) incluindo CO2 pelo removedor de CO2.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a fermentação é conduzida cultivando-se uma ou mais bactérias carboxidotróficas em um meio nutriente líquido no biorreator para produzir um ou mais produtos incluindo álcoois e/ou ácidos.

6. Sistema para aumentar a eficácia de processos para produzir produtos por fermentação microbiana de gás(gases), caracterizado pelo fato de que 0 fornecimento do(s) dito(s) gás(gases) é intermitente, em o sistema compreende dispositivo de tamponamento, e em que 0 dispositivo de tam-ponamento compreende um tanque de armazenamento adaptado para, em uso: i. receber uma corrente de gás/substrato intermitente ou não- contínua; e ii. passar uma corrente de gás/substrato substancialmente contínua pelo biorreator.

7. Sistema para aumentar a captura geral de carbono em um processo para produzir produtos em um biorreator por fermentação microbiana de um substrato, caracterizado pelo fato de que inclui um removedor de CO2 configurado para capturar pelo menos uma parte de um teor de CO2 a partir de um ou ambos dentre: i. uma corrente antes da corrente entrar no biorreator; e ii. uma corrente após a corrente ter saído do biorreator.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende um primeiro separador de gás configurado para, em uso: i. receber uma corrente de gás; ii. substancialmente separar pelo menos uma parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes da corrente de gás incluindo CO; e iii. passar pelo menos parte da parte separada incluindo CO pelo biorreator.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 7 ou 8, quando dependente da reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende um segundo separador de gás configurado para, em uso: i. receber uma corrente de gás; ii. substancialmente separar pelo menos parte da corrente de gás, em que a parte compreende um ou mais componentes da corrente de gás incluindo CO2; e iii. passar pelo menos parte da(s) parte(s) separada(s) incluindo CO2 pelo removedor de CO2.

10. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende dispositivo de mistura adaptado para, em uso, combinar uma corrente de gás com pelo menos uma outra corrente antes de passar a corrente combinada pelo biorreator.

11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende: i. pelo menos um dispositivo de determinação para monitorar a composição de pelo menos uma corrente de gás alimentada e/ou escapada a partir do biorreator; e ii. pelo menos um dispositivo de controle para direcionar pelo menos uma parte de uma ou mais correntes de gás/de escape a um ou mais dentre: a. o biorreator; b. o removedor de CO2 quando a reivindicação 11 for dependente da reivindicação 7; c. o primeiro separador de gás quando a reivindicação 11 for dependente da reivindicação 8; d. o segundo separador de gás quando a reivindicação 11 for dependente da reivindicação 9; e. o dispositivo de tamponamento quando a reivindicação 11 for dependente da reivindicação 6; f. o dispositivo de mistura quando a reivindicação 11 for dependente da reivindicação 10; e g. o dispositivo de escape, os destinos particulares a até g sendo selecionados em parte com base na determinação feita pelo dispositivo de determinação.