CN116368232A - 可持续生物质生产 - Google Patents

可持续生物质生产 Download PDF

Info

Publication number
CN116368232A
CN116368232A CN202180074570.3A CN202180074570A CN116368232A CN 116368232 A CN116368232 A CN 116368232A CN 202180074570 A CN202180074570 A CN 202180074570A CN 116368232 A CN116368232 A CN 116368232A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fermentation
gas
fed
acid
reduced
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180074570.3A
Other languages
English (en)
Inventor
翰德里克·简·诺尔曼
雷尼尔·弗朗西斯库斯·佩特鲁斯·格里姆卑尔根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DSM IP Assets BV
Original Assignee
DSM IP Assets BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DSM IP Assets BV filed Critical DSM IP Assets BV
Publication of CN116368232A publication Critical patent/CN116368232A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00—Preparation of peptides or proteins
    • C12P21/02—Preparation of peptides or proteins having a known sequence of two or more amino acids, e.g. glutathione
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00—Preparation of peptides or proteins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/16—Butanols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/54—Acetic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/081—Supplying products to non-electrochemical reactors that are combined with the electrochemical cell, e.g. Sabatier reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/01—Products
    • C25B3/07—Oxygen containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/20—Processes
    • C25B3/25—Reduction
    • C25B3/26—Reduction of carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于生产生物质的方法，所述方法包括以下步骤：(i)从含CO2的气体料流中捕获CO2，随后将所捕获的CO2还原成还原的CO2产物；以及(ii)厌氧发酵，其中将碳底物用于生产有机原料；以及(iii)需氧发酵，其中将有机原料用于生产生物质；其中将所述还原的CO2产物进料至所述厌氧发酵和/或所述需氧发酵，并且将共产生的氧气进料至所述需氧发酵。

Description

可持续生物质生产
技术领域
本发明涉及一种用于生产生物质，特别是单细胞蛋白质的方法。
背景技术
单细胞蛋白(single cell protein,SCP)是指可用于富含蛋白质的人类和动物饲料的微生物生物质。SCP可以替代常规蛋白质补充来源，例如豆粕或鱼粉。
工业中正在尝试使用可再生能源和可再生原料从废料生产有机化学品。挑战是提供新途径来使得能够生产多种化学品。
WO 2016/187494描述了一种用于通过培养(例如厌氧)微生物以产生微生物生物质来生产动物饲料的方法。所述动物饲料是通过气态底物的发酵产生的。所述底物是指微生物的碳源和/或能量源。所述底物可以来源于作为工业工艺的副产物获得的废物或排放烟气。所述底物优选地包含约15-70mol％的CO。WO 2016/187494中提到的合适底物的示例是钢厂或高炉煤气、碱性氧气转炉煤气和合成气。因此，从WO 2016/187494已知使用来自钢铁工业的排放烟气(例如碱性氧气转炉(basic oxygen furnace,BOF)煤气)作为产生SCP的微生物的碳源和/或能量源。
WO 2016/187494的缺点是排放烟气中的大部分仍作为废物离开所述工艺。例如，工业排放烟气中的CO2含量可为高的。进一步，CO的部分转换为附加CO2。然而，WO 2016/187494没有提供用于排放烟气中存在的CO2的用途。
EP3715464A1涉及一种用于培养能够利用有机原料的微生物的方法，所述方法包括在一个或多个生物反应器中培养微生物；在捕获单元中从一个或多个生物反应器中捕获CO2；以及例如在还原单元中将CO还原成有机原料；以及将所述有机原料的至少部分进料到一个或多个生物反应器中。在EP3715464A1的方法中，水在需要大量电力的单独电解单元中电解成H2和O2，并且所产生的H2用于在另一单独的反应器中在高温下还原CO2。这种用于还原CO2的两步法的缺点是它是能源和资本密集型的。EP3715464A1中所公开的方法的另一个缺点是在微生物的培养中仍然使用糖并且需氧发酵中产生的CO2的至少部分离开系统。
WO2016/070160公开了一种用于通过将气态底物进料到厌氧发酵器以产生酸或醇产物(例如乙酸盐)来生产生物质或脂质的方法。气态底物可以是作为工业工艺的副产物获得的含CO或CO2的废气。酸或醇产物被进料到需氧发酵器中，其中脂质和非脂质生物质由微藻产生。WO2016/070160中所公开的方法的缺点是在发酵中产生的CO2仍然离开发酵系统。
附图说明
图1示出了本发明方法的一个实施方式的示意图。将含有CO和CO2的第一废气进料到厌氧发酵中。在所述厌氧发酵中，使用来自废气的CO作为碳底物来生产有机原料。来自厌氧发酵的排放烟气含有CO2，所述CO2被捕获并随后被电化学还原，从而形成还原的CO2产物和O2。所述还原的CO2产物是进料到厌氧发酵和需氧发酵的碳底物。在需氧发酵中，所述还原的CO2产物用作碳底物，并且有机原料被转换为生物质。来自需氧发酵的排放烟气含有CO2并被进料至碳捕获。此外，还从第二废气中捕获CO2。
发明内容
本发明的目的是提供一种更可持续的途径来从工业排放烟气中制备(微生物)生物质或SCP。
特别地，目的是提供一种用于制备(微生物)生物质的方法，其中所产生的废物的净量为零。
更特别地，目的是提供一种用于制备(微生物)生物质的方法，其中形成的所有副产物用于改进(微生物)生物质生产。
这些目的中的至少一个目的已经通过提供用于生产生物质的方法实现，所述方法包括以下步骤：(i)从含CO2的气体料流中捕获CO2，并经由电化学还原将所捕获的CO2还原成还原的CO2产物并产生O2料流；以及(ii)厌氧发酵，其中将碳底物用于生产有机原料；以及(iii)需氧发酵，其中将有机原料用于生产生物质；并且其中将还原的CO2产物进料至厌氧发酵和/或需氧发酵。
具体实施方式
在第一方面中，本发明提供了一种用于生产生物质的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)从含CO2的气体料流中捕获CO2，随后经由电化学还原将所捕获的CO2还原成还原的CO2产物并产生O2料流；以及
(ii)厌氧发酵，其中将碳底物用于生产有机原料；以及
(iii)需氧发酵，其中将有机原料用于生产生物质；以及
其中将还原的CO2产物进料至厌氧发酵或需氧发酵。
通过捕获和转换CO2，获得了可提高厌氧或需氧发酵的(碳)效率的碳产物。例如，还原的CO2产物可以在需氧和/或厌氧发酵中用作碳底物，特别是用作微生物的碳源或能量源。此外，CO2捕获和随后的CO2还原的组合允许这样的工艺，其中废气可以为发酵提供大部分的碳源和/或能量源。
优选地，所捕获的CO2的至少部分和/或在厌氧发酵中使用的碳底物的至少部分源自废气。因此，可将废气进料至厌氧发酵或进料至CO2捕获，或两者。进料至厌氧发酵的废气可以是与进料至CO2捕获的废气相同或不同的气体。废气优选地包含气态碳底物(特别是CO)和CO2。在优选的实施方式中，厌氧发酵从废气中去除至少部分CO，并且CO2捕获从废气中去除至少部分CO2。从废气中去除CO和CO2的次序不是特别关键。然而，优选的是首先去除CO，随后去除CO2。首先去除CO的优点是CO可以直接用于发酵，并且需要首先还原CO2。在还原步骤之前去除CO可防止在发酵中形成有毒的甲醛。
在一个实施方式中，如本文所公开的用于生产生物质的方法的步骤(ii)中的碳底物包含还原的CO2产物、来自废气的气态碳底物(优选地CO)，或还原的CO2产物和和来自废气的气态底物的混合物。
废气可以是工业废气，例如来自钢铁工业的排放烟气。优选地，所述废气选自碱性氧气转炉(BOF)煤气、高炉(blast furnace,BF)煤气、焦炉煤气(coke oven gas,COG)，以及这些气体中的两种或更多种的混合物。废气可包含H2，例如1-10％的量的H2。气体中存在的H2可能对发酵步骤具有积极影响。H2例如存在于BF气体中。废气可能包含大量的CO，例如在5-75体积％的范围内。BOF气体通常含有50-75体积％的CO，而BF气体通常含有15-25体积％的CO。气体中存在的CO可能对发酵步骤具有积极影响。废气还可包含氮气(N2)。或者，废气可以是来自能源密集型工业工艺(例如化肥工业(例如来自Haber工艺))的工业废气、从蒸汽甲烷重整(Steam Methane Reforming,SMR)和/或自热重整(AutoThermal Reforming,ATR)获得的废气、在TiO2生产中获得的废气、或水泥生产中获得的废气。
具有两个单独的发酵步骤和CO2电化学还原的本发明方法的优点是提供了一种改进的方法，其中产生并进料至系统的CO2被完全用于并再循环至厌氧和需氧发酵中，并且提高了生物质生产的效率。此外，与EP3715464A1中所公开的方法相比，在CO2电化学还原期间形成了少量或没有形成H2，并且还原CO2需要少得多的能量。本发明的厌氧和需氧步骤具有非常高的产率、快节奏和安全的操作。在例如在WO 2016/187494中所公开的单一工艺中，安全问题如氢氧混合气(knallgas)(氢氧)或CO与O2的易爆混合物需要昂贵的措施。此外，气体稀释导致低质量传递。在例如在WO 2016/187494中所公开的一步厌氧工艺中，CO/H2至蛋白质的转换产率和反应速率是相对较低的。本发明的方法的另一个优点是，与例如在EP3715464A1中所公开的其中使用糖的工艺相比，在厌氧和需氧发酵中使用更少的或不使用糖，例如蔗糖或葡萄糖，这减少了土地使用并进一步减少CO2排放。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，不向厌氧发酵(步骤ii)和需氧发酵(步骤iii)中添加糖。
在本发明的方法的步骤(i)中，从含CO2的气体料流中捕获CO2。该步骤(i)也可称为碳捕获或CO2捕获。在CO2捕获之后，将所捕获的CO2经由电化学还原进行还原，从而产生还原的CO2产物。所述还原的CO2产物通常包含C1化合物，即具有一个碳原子的化合物。所述还原的CO2产物优选地选自甲酸、一氧化碳、甲醇和甲醛。所述还原的CO2产物可例如包含至少25重量％、至少50重量％或至少75重量％的所述C1化合物。
所述含CO2的气体料流优选地是包含至少1体积％，更优选地至少5体积％，甚至更优选地至少10体积％，最优选地至少15体积％的CO2的气体料流。气体料流中如此高的CO2浓度提供更容易和/或更有效的CO2捕获。
含CO2的气体料流优选地是废气。例如，含CO2的气体料流可以是上述废气(例如BOF、BF或COG气体)的料流。含CO2的气体料流也可以是来自厌氧发酵和/或来自需氧发酵的排放烟气。含CO2的气体料流也可以是任何上述废气和排放烟气的混合物。
在优选的实施方式中，步骤(i)包括从来自厌氧发酵和/或需氧发酵的排放烟气中捕获CO2。在这种情况下，含CO2气体料流的至少部分将包含来自厌氧发酵的废物料流和/或来自需氧发酵的废物料流。这具有来自发酵的含碳废物可以作为发酵步骤中的碳源或能量源重新引入的优点。这种排放烟气可能包含相当大量的CO2，特别是当使用来自厌氧发酵的含CO2的废气时。有利地，来自厌氧发酵的排放烟气包含至少90体积％的CO2，优选地至少95体积％的CO2。存在于排放烟气中的CO2可至少部分源自进料至厌氧发酵的废气。
可通过本领域已知的任何合适的技术从含CO2的气体料流中捕获CO2。例如，可以通过使用吸收、吸附和膜气体分离中的一者或多者从含CO2的气体料流中分离CO2来捕获CO2。
通常，使用捕获溶剂进行CO2捕获。使含CO2的气体料流与捕获溶剂接触，从而从所述气体料流中吸收CO2以形成富含CO2的捕获溶剂。捕获溶剂将通过在溶剂中吸收CO2来从气体料流中捕获CO2。
捕获溶剂可包括物理溶剂和/或化学溶剂。溶剂可以是水性或非水性溶剂。所述溶剂可包括选自由以下组成的组的一者或多者：聚乙二醇的二甲醚、M-甲基-2-吡咯烷酮、甲醇和碳酸丙烯酯。物理溶剂可例如为聚乙二醇的各种二甲醚的混合物。化学溶剂可以是胺或盐在溶剂中(例如在水中)的溶液。化学溶剂优选地为基于胺的溶剂。合适的化学溶剂是水性溶剂，例如一种或多种选自2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、叔胺(例如MDEA)、甲基二乙醇胺和氨的化合物的水溶液。此类物质在加载CO2时形成碳酸氢盐。其他合适的化学溶剂是包含乙醇胺(例如单乙醇胺、N-甲基二乙醇胺或二甘醇胺)的水溶液。其他合适的化学溶剂是无机盐的水溶液，例如KOH、NaOH和NH4OH的水溶液。
在吸收后，可从捕获溶剂中释放和/或分离CO2。CO2可以从捕获溶剂转移到更适合于还原反应的气体或液体料流中。
优选地，CO2经由电化学还原进行还原，从而产生还原的CO2产物。在这种情况下，CO2捕获之后可以进行以下步骤：CO2释放、纯化和碳捕获溶剂回收、将CO2溶解在(水性、有机或无机)电解质中、以及将溶解的CO2电化学转换为CO2还原产物。然而，对于更有效的工艺，即所谓的集成工艺，可使用电化学电池来使来自捕获溶剂的溶解的CO2直接反应。因此可以省略CO2释放和纯化步骤。
优选地，在将CO2还原成还原的CO2产物的步骤(i)中不形成H2。
CO2还原可以在升高的温度和任选地也增加的压力下进行。高温可有利地用于提高电化学还原的效率。电化学还原期间的温度可以在20℃至100℃，优选地30℃至80℃，更优选地50℃至80℃的范围内。电化学还原可以在大于1巴，优选地在2-20巴的范围内，例如5-10巴的压力下进行。其中使用增加的压力和/或升高的温度的示例是其中在固体氧化物电解池中进行电化学还原的实施方式。
对于CO2的电化学还原，所捕获的CO2可以在电化学电池的阴极处还原。这可以通过以下方式实现：将富含CO2的捕获溶剂引入电化学电池的阴极室；以及在所述电化学电池中的阳极与阴极之间施加足以使阴极将CO2还原成还原的CO2产物的电势。还原因此发生在富含CO2的捕获溶剂中，并产生缺乏CO2的捕获溶剂。将CO2还原产物收集并进料至厌氧或需氧发酵。
还原的CO2产物可包含一种或多种选自由以下组成的组的组分：烷烃、烯烃、一氧化碳、羧酸、醇、醛和酮。更具体地，还原的CO2产物可以包含一种或多种选自由以下组成的组的组分：一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、1-丙醇、甲酸、草酸、乙醛酸、乙醇酸、乙酸、酒石酸、丙二酸、丙酸及其盐。优选地，还原的CO2产物是C1化合物，更优选地甲酸、一氧化碳、甲醇或甲醛。这些C1化合物可以有效地用作厌氧和/或需氧发酵的碳源或能量源。
通过控制阳极与阴极之间的电势，和/或通过选择电化学电池中的合适阴极催化剂或合适阴极电解液组合物，可以获得一种或多种所需的产物。
此外，H2可为阴极侧处的副产物。通常所形成的H2的量很少。这可以有利地用于发酵以促进转换。优选地，本发明方法不包括用于纯化还原的CO2产物，例如以将CO与H2分离的分离步骤。
在电化学电池的阳极侧处，优选地生成可适用于本发明的方法的产物。优选地，氧气(O2)在电化学电池的阳极处生成。因此，电化学还原导致还原的CO2产物和O2料流。在这种情况下，本发明的方法可进一步包括将所获得的O2料流进料至需氧发酵的步骤。在电化学电池中产生的O2料流通常具有非常高的纯度，例如大于95体积％的O2，或者甚至大于99体积％的O2。具有如此高纯度的O2料流可用于需氧发酵以改善发酵工艺。
用于捕获和电化学还原CO2的已知工序例如在WO 2019/160413和WO 2019/172750中有所描述。
根据本发明的方法进一步包括将还原的CO2产物的至少部分进料至厌氧发酵、需氧发酵或两者的步骤。
取决于还原的CO2产物的类型，可以将所述还原的CO2产物适当地进料至厌氧发酵、需氧发酵或两者。
甲酸可用作微生物的能量源。因此，当还原的CO2产物是甲酸时，可以将其适当地进料至厌氧发酵和需氧发酵中的一者或两者。甲酸可以盐形式进料，例如作为铵盐、钙盐、镁盐、钾盐或钠盐。
CO和甲醇可由微生物用作生产有机原料的反应物。因此，当还原的CO2产物是CO或甲醇时，可以将其适当地进料至厌氧发酵。
甲醛可用作发酵中的碳源，但考虑到毒性，优选地仅以相对较低的浓度添加到发酵中。为此目的，甲醛也可以作为甲醛衍生物进料。此类衍生物可能具有比甲醛更低的毒性，特别是对发酵中的微生物更低的毒性。所述衍生物可以选自三噁烷、多聚甲醛和甲烷-二醇。优选的衍生物是三噁烷和多聚甲醛。在将甲醛衍生物进料至发酵步骤的情况下，本发明的方法可包括将甲醛转换为对发酵中的微生物具有较低毒性的衍生物的附加步骤。
本发明方法的步骤(ii)是用于生产有机原料的厌氧发酵。碳底物用于生产有机原料。碳底物可以是C1源。C1源可以例如用作微生物的能量源或用于生产还原的CO2产物。还原的CO2产物优选地进料至需氧发酵并且可以用作C1源。
在一个实施方式中，根据本发明的方法中步骤ii)中的厌氧发酵进一步包括将含CO废气进料至厌氧发酵，其中CO用作发酵的C1源或碳底物。
含CO的废气优选地进一步含有CO2。存在于废气中的CO2可在步骤(i)中的CO2捕获中被捕获。在从废弃捕获CO2之前，可首先将废气进料至厌氧发酵。然而，含CO的废气也可在进料至厌氧发酵之前首先进行CO2捕获。
含CO的废气可进一步包含氮气和/或氢气。
含CO的废气可以是如上所定义的废气。因此，它可以是来自钢铁工业的排放烟气，优选地选自碱性氧气转炉(BOF)煤气、高炉(BF)煤气、焦炉煤气(COG)或它们的混合物。
在将含CO的废气进料至厌氧发酵之前，可以进行洗涤步骤以去除有毒化合物，例如氰化氢。可以使用洗涤器执行洗涤。
步骤(ii)中产生的有机原料可选自由以下组成的组：乙酸盐、乙酸、乙醇、丁醇、丙酮、丁酸盐、异丙醇或它们的混合物。优选地，有机原料是乙酸、乙醇、丁醇、丙酮或异丙醇或它们的混合物。如甲酸盐、乙酸盐或丁酸盐的有机原料的缺点是这些化合物是需要与阳离子平衡的阴离子，例如是通过滴定添加的。在随后的发酵中，酸的吸收导致需要反滴定以平衡阳离子，从而导致作为副产物产生的额外盐。
优选地，本发明的步骤(ii)厌氧发酵(其中碳底物用于生产有机原料)包括培养属于梭菌属(Clostridium)、贪铜菌属(Cupravidus)、穆尔氏菌属(Moorella)和鼠孢菌属(Sporomusa)的微生物，优选地其中所述微生物产生有机原料和/或其中所述微生物利用碳底物。
优选地，本发明的步骤(ii)厌氧发酵(其中碳底物用于生产有机原料)包括培养选自由以下组成的组的微生物：永达尔梭菌(Clostridium ljungdahlii)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、食一氧化碳梭菌(Clostridium carboxidivorans)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)、拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)、克氏梭菌(Clostridium coskatii)、德雷克氏梭菌(Clostridium drakei)、蚁酸醋酸梭菌(Clostridium formicoaceticum)、大梭菌(Clostridiummagnum)、粪味梭菌(Clostridium scatologenes)、钩虫贪铜菌(Cupriavidusnecator)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodii)、蛋白核小球藻(C.pyrenoidosa)、卵形鼠孢菌(Sporomusa ovata)、巴奇嗜碱菌(alkalibaculum bacchii)、生产布拉氏菌(Blautica producta)、食甲基丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)、粘液真杆菌(Eubacterium limosum)、热自养穆尔氏菌(Moorella thermautotrophica)、热醋穆尔氏菌(Moorella thermoacetica)、普氏产醋杆菌(Oxobacter pfennigii)、卵形鼠孢菌(Sporomusa ovata)、森林土壤醋酸鼠孢菌(Sporomusa silvacetica)、球形鼠孢菌(Sporomusa sphaeroides)和凯伍热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter kiuvi
本发明方法的步骤(iii)是用于生产生物质的需氧发酵。将步骤(ii)中获得的有机原料进料至需氧发酵。进一步，可将还原的CO2产物进料至需氧发酵。还原的CO2产物可用作需氧发酵中的C1源，例如用作微生物的碳源或能量源。
用于生产生物质的方法的步骤(iii)中的需氧发酵包括培养微生物，例如如细菌、酵母、丝状真菌或藻类的微生物。需氧发酵中的微生物使用有机原料来生产生物质。
生物质包括微生物生物质、单细胞蛋白或微生物蛋白。优选地，生物质包括单细胞蛋白或微生物蛋白。单细胞蛋白或微生物蛋白是指从微生物或微生物培养物中提取的蛋白质。
生物质包括来自需氧发酵的生物质，或包括来自需氧和厌氧发酵的生物质。
厌氧和/或需氧发酵中的微生物可以选自藻类、酵母、丝状真菌和细菌。微生物可以是酵母，例如酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、巴斯德毕赤酵母(Pichiapastoris)、巴斯德驹形酵母(Komagataella pastoris)、巴斯德毕赤酵母(Komagataellaphaffi)、Komagataella pseudopastoris、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)、解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)、多形汉逊酵母(Hansenula polymorpha)、白地霉(Geotrichum candidum)、或产朊假丝酵母(Candida utilis)。微生物还可以是选自以下的丝状真菌：支顶孢属(Acremonium)、伞菌属(Agaricus)、曲霉属(Aspergillus)、短梗霉属(Aureobasidium)、金孢子菌属(Chrysosporium)、鬼伞属(Coprinus)、丝梗霉属(Filibasidium)、镰刀菌属(Fusarium)、腐质霉属(Humicola)、巨座壳属(Magnaporthe)、毛霉属(Mucor)、毁丝霉属(Myceliophthora)、新美鞭菌属(Neocallimastix)、脉孢菌属(Neurospora)、拟青霉属(Paecilomyces)、青霉菌属(Penicillium)、瘤胃壶菌属(Piromyces)、原毛平革菌属(Panerochaete)、侧耳属(Pleurotus)、裂褶菌属(Schizophyllum)、篮状菌属(Talaromyces)、踝节菌属(Rasamsonia)、嗜热子囊菌属(Thermoascus)、梭孢壳属(Thielavia)、弯颈霉属(Tolypocladium)和木霉属(Trichoderma)。优选地，丝状真菌是产黄青霉菌(Penicilliumchrysogenum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、亚拉巴马枝顶孢(Acremonium alabamense)、泡盛曲霉(Aspergillus awamori)、臭曲霉(Aspergillus foetidus)、酱油曲霉(Aspergillussojae)、烟曲霉菌(Aspergillus fumigatus)、埃默森篮状菌(Talaromyces emersonii)、踝节菌属埃默森蓝状菌(Rasamsonia emersonii)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、鲁克文金孢子菌(Chrysosporium lucknowense)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila)、里氏木霉(Trichoderma reesei)和太瑞斯梭孢壳(Thielavia terrestris)。
本发明的藻类优选地选自由以下组成的组：灰胞藻、藻红体和叶绿体。优选地，所述藻类选自由以下组成的组：灰藻、藻红体和叶绿体。更优选地，本发明的藻类是异养藻类，更优选地如小球藻属(Chlorella)、微拟球藻属(Nannochloropsys)、菱形藻属(Nitzschia)、壶菌属(Thraustochytrium)或裂殖壶菌属(Schizochyttrium)的异养藻类。
术语“细菌”包括革兰氏阴性微生物和革兰氏阳性微生物两者。合适的细菌可以选自例如埃希氏菌属(Escherichia)、鱼腥藻属(Anabaena)、柄杆菌属(Caulobactert)、葡糖杆菌属(Gluconobacter)、红杆菌属(Rhodobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、副球菌属(Paracoccus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、短杆菌属(Brevibacterium)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)(中华根瘤菌属(Sinorhizobium))、黄杆菌属(Flavobacterium)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、肠杆菌属(Enterobacter)、乳杆菌属(Lactobacillus)、乳球菌属(Lactococcus)、甲基杆菌属(Methylobacterium)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、链霉菌属(Streptomyces)、放线菌属(Actinomycetes)、黄单胞菌属(Xanthomonas)或鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)。优选地，所述细菌细胞选自由以下组成的组：枯草芽孢杆菌(B.subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(B.amyloliquefaciens)、地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)、潘蒂芽孢杆菌(B.puntis)、巨大芽孢杆菌(B.megaterium)、耐盐芽孢杆菌(B.halodurans)、短小芽孢杆菌(B.pumilus)、氧化葡萄糖酸杆菌(G.oxydans)、新月柄杆菌(Caulobactert crescentus)CB 15、扭脱甲基杆菌(Methylobacterium extorquens)、亚比多球型红杆菌(Rhodobacter sphaeroides)、荚膜红细菌(Rhodobacter capsulatus)、Pseudomonas zeaxanthinifaciens、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、大肠杆菌(E.coli)、谷氨酸棒杆菌(C.glutamicum)、肉葡萄球菌(Staphylococcus carnosus)、变铅青链霉菌(Streptomyces lividans)、苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium melioti)和放射形根瘤菌(Rhizobium radiobacter)。
用于生产生物质的方法可进一步包括通过本领域已知的合适方法从需氧发酵中回收生物质的步骤。回收生物质可包括离心或过滤。
实施例
实施例1
图1中给出了本发明的实施方式的示意图。将含有CO和CO2的第一废气进料到厌氧发酵中。在所述厌氧发酵中，使用来自废气的CO作为碳底物来生产有机原料。来自厌氧发酵的排放烟气含有CO2，所述CO2被捕获并随后被电化学还原，从而形成还原的CO2产物和O2。将还原的CO2产物进料至厌氧发酵和需氧发酵。在需氧发酵中，所述还原的CO2产物用作底物，并且有机原料被转换为生物质。来自需氧发酵的排放烟气含有CO2并被进料至碳捕获。此外，还从第二废气中捕获CO2。

Claims (16)

1.一种用于生产生物质的方法，所述方法包括以下步骤：
i.从含CO2的气体料流中捕获CO2，随后经由电化学还原将所述所捕获的CO2还原成还原的CO2产物并产生O2料流；以及
ii.厌氧发酵，其中将碳底物用于生产有机原料；以及
iii.需氧发酵，其中将有机原料用于生产生物质；以及
其中将所述还原的CO2产物进料至所述厌氧发酵和/或所述需氧发酵。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质包括单细胞蛋白。
3.根据权利要求1至2所述的方法，其中所述需氧发酵包括培养用于生产生物质的微生物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述微生物是细菌、酵母、丝状真菌或藻类。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述有机原料选自由以下组成的组：乙酸、乙醇、丁醇、丙酮和异丙醇以及它们的混合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中不将糖进料至所述厌氧和需氧发酵。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤i)中，不产生H2。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括将所述O2料流进料至所述需氧发酵。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)包括从来自所述厌氧发酵和/或来自所述需氧发酵的排放烟气中捕获CO2。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(i)包括从废气或工业排放烟气，优选地来自钢铁工业的排放烟气中捕获CO2。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将含CO的废气进料至所述厌氧发酵，其中CO用作所述发酵的碳底物和/或能量源。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述含CO的废气进一步包含CO2，并且其中在从所述废气中捕获CO2之前首先将所述废气进料至所述厌氧发酵。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述含CO的废气进一步包含CO2，并且其中在将所述废气进料至所述厌氧发酵之前首先对所述废气进行CO2捕获。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述还原的CO2产物是选自一氧化碳、甲烷、乙烷、乙醇、乙烯、甲醇、甲醛、乙醛和1-丙醇的化合物；或选自甲酸、草酸、乙醛酸、乙醇酸、乙酸、酒石酸、丙二酸和丙酸的有机酸；或所述有机酸的盐。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述还原的CO2产物包括甲酸，其被进料至所述厌氧发酵、所述需氧发酵或两者。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述还原的CO2产物包括CO，其被进料至所述厌氧发酵。
CN202180074570.3A 2020-11-10 2021-11-09 可持续生物质生产 Pending CN116368232A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20206739.3 2020-11-10
EP20206739 2020-11-10
PCT/EP2021/081069 WO2022101182A1 (en) 2020-11-10 2021-11-09 Sustainable biomass production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116368232A true CN116368232A (zh) 2023-06-30

Family

ID=73288492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180074570.3A Pending CN116368232A (zh) 2020-11-10 2021-11-09 可持续生物质生产

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240011166A1 (zh)
EP (1) EP4244370A1 (zh)
CN (1) CN116368232A (zh)
WO (1) WO2022101182A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024107625A1 (en) * 2022-11-14 2024-05-23 C1Pro Inc. Systems and methods for microbial biomass production

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10570427B2 (en) 2014-10-31 2020-02-25 Lanzatech New Zealand Limited Fermentation process for the production of lipids
US10856560B2 (en) 2015-05-21 2020-12-08 Lanzatech New Zealand Limited Gas fermentation for the production of protein or feed
FI3411489T3 (fi) * 2016-02-01 2023-08-23 Lanzatech Nz Inc Integroitu fermentointi- ja elektrolyysiprosessi
EP3527695A1 (en) 2018-02-14 2019-08-21 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Integrated electrochemical capture and conversion of carbon dioxide
EP3536823A1 (en) 2018-03-05 2019-09-11 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method for electrochemically reducing carbon dioxide
EP3715464B1 (en) 2019-03-28 2021-05-05 DSM IP Assets B.V. Greenhouse gas improved fermentation

Also Published As

Publication number Publication date
US20240011166A1 (en) 2024-01-11
WO2022101182A1 (en) 2022-05-19
EP4244370A1 (en) 2023-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10968465B2 (en) Biological conversion and product recovery processes
US10316344B2 (en) Methods for degrading or converting plant cell wall polysaccharides
Maiti et al. A re-look at the biochemical strategies to enhance butanol production
KR20150091110A (ko) 발효 공정
CA2772131A1 (en) Fermentation method to produce a lignocellulose-based sugar stream with enriched pentose content
US11060118B2 (en) Production of vanillin by fermentation
US20150299739A1 (en) Processes for producing fermentation products
CN109311808A (zh) 甲硫氨酸生产
US20240011166A1 (en) Sustainable biomass production
US20240102055A1 (en) Method for producing a fermentation product
US8790904B2 (en) Process for preparing enriched glucan biomass materials
CN216106703U (zh) 用于从发酵液中分离乙醇的装置
KR20180077972A (ko) 미생물 Acetobacterium woodii를 이용한 포르메이트(formate)의 생산 방법
JP4051486B2 (ja) 一酸化炭素の嫌気性発酵
US20240117284A1 (en) Extraction of nutrient supplment product using enzyme digestion of cell mass
JP2020117443A (ja) イソプロパノール水溶液の製造方法、イソプロパノールの製造方法、及び前記方法により得られたイソプロパノール水溶液又はイソプロパノールの使用
EL TAYEB et al. BIOCONVERSION OF VARIOUS AGRO-INDUSTRIAL BYPRODUCTS INTO BIOETHANOL BY TWO LOCAL YEAST STRAINS USING STATIC CULTURE TECHNIQUE
JP2010017094A (ja) 酵素反応によりアセトアルデヒドを製造する方法
FR2605316A1 (fr) Procede perfectionne de preparation de l-carnitine.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination