ES2580959T3

ES2580959T3 - Cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus y variantes de la misma

Info

Publication number: ES2580959T3
Application number: ES12701286.2T
Authority: ES
Inventors: Laurens Mets
Original assignee: University of Chicago
Current assignee: University of Chicago
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2016-08-30
Anticipated expiration: 2032-01-05
Also published as: BR112013017306A2; EP2661511B1; EP3072979B1; EP3072979A1; US20200248207A1; BR112013017306B1; SI3072979T1; EP3865593A1; US20140011251A1; CA2823759A1; WO2012094538A1; DK3072979T3; US20220170050A1; HUE029604T2; CA2823759C; US9428745B2; EP2661511A1; PT3072979T; HUE054145T2; DK2661511T3

Abstract

Una cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus aislada, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Colección Americana de Cultivos Tipo (ATCC® ) con la Identificación de Depósito de Patente ATCC® n.º PTA-11561.

Description

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DESCRIPCION

Cepa de Methanothermobacter thermautotrophicus y variantes de la misma Incorporacion por referencia de material presentado electronicamente

Se incorpora por referencia en su totalidad una secuencia de nucleotidos/aminoacidos legible por ordenador presentada simultaneamente con la misma e identificada de la siguiente manera: One 6 KB ASCII (Texto) archivo denominado "45956A_SeqListing.txt”, creado el 4 de enero de 2012.

Antecedentes

Anualmente en los Estados Unidos se consume aproximadamente 90 ExaJulios (EJ) de combustibles basados en carbono, el 88 % de su consumo total de energfa en 2008. El uso de estos combustibles se soporta por las industrias fuertemente capitalizadas de procesamiento, distribucion y utilizacion.

La sostenibilidad de estos sistemas es cuestionable por dos razones. En primer lugar, los Estados Unidos importan el 25 % de la energfa que usa, una proporcion que se espera que aumente sustancialmente. La energfa importada se obtiene de fuentes que estan bajo presion para servir a una demanda creciente de economfas en crecimiento en otras partes del mundo. En segundo lugar, mas del 96 % de los combustibles basados en carbono se obtienen de reservas fosiles, que son finitas. La energfa util se obtiene de combustibles basados en carbono oxidando estados reducidos de carbono a dioxido de carbono. Para los combustibles fosiles, este proceso es basicamente del bucle abierto, produciendo CO2 sin procesos de reduccion de carbono compensatorios para cerrar el ciclo. La acumulacion gradual consecuente de CO2 atmosferico comienza a ocasionar cambios en el clima global que amenazan a muchos aspectos de nuestro estilo de vida. Por lo tanto, se necesita un proceso que pueda cerrar este ciclo de energfa del carbono para la economfa de la energfa total.

Un flujo anual de 58.000 EJ de energfa solar impacta en el suelo de Estados Unidos, haciendo que sea la fuente de energfa sin carbono mas abundante - 500 veces el consumo actual. La energfa solar tiene la ventaja exclusiva de ser una fuente domestica no solo en los Estados Unidos sino en cualquier lado donde viven las personas. Su uso generalizado como una fuente primaria asegurana la independencia energetica en todo el mundo. Sin embargo, actualmente la energfa solar es solo un componente marginal de la econoirna energetica, proporcionado menos del 0,1 % del consumo energetico comercializado de Estados Unidos. El aprovechamiento de la energfa solar es limitado principalmente porque es intermitente y no puede basarse en proporcionar una energfa de carga base que debe estar disponible en cualquier momento que se necesite. Se carece de un metodo para almacenar energfa solar en forma estable que pueda utilizarse siempre que se necesite. De manera ideal, dicha forma de almacenamiento debe ajustarse facilmente en la infraestructura energetica existente de tal manera que pueda utilizarse facilmente una vez desarrollada.

Existe una necesidad en la industria energetica de sistemas que conviertan una forma de energfa en otra. En particular, se necesitan sistemas para convertir la electricidad en una forma de energfa que pueda conservarse de forma economica a escalas industriales. Muchas fuentes de generacion de electricidad no pueden ajustarse para coincidir con el cambio de demanda. Por ejemplo, las centrales electricas de carbon operan mas eficazmente cuando se mantienen a una velocidad constante y no pueden ajustarse tan facilmente como las centrales electricas a gas natural (metano). Del mismo modo, las turbinas eolicas generan electricidad cuando el viento sopla, lo que puede no ocurrir necesariamente cuando la demanda de electricidad es mas alta.

Existe tambien una necesidad de convertir la electricidad en una forma que pueda transportarse a largas distancias sin perdidas significativas. Muchas oportunidades para los parques eolicos, instalaciones de generacion de energfa basadas en geotermia, en energfa hidroelectrica o solar no se localizan cerca de los centros de poblacion principales, sino que las perdidas de potencia electrica sobre los cientos de miles anaden un coste significativo a dichas instalaciones de energfas lejanas.

El metano es una de las formas mas versatiles de energfa y se puede almacenar facilmente. Actualmente existe mucha infraestructura para el transporte y la distribucion de metano, asf como la infraestructura para transformar metano en electricidad y para dar energfa a los vetuculos a motor. El metano tambien tiene la densidad de energfa mas elevada por atomo de carbono de todos los combustibles fosiles y por lo tanto, de todos los combustibles fosiles, el metano libera el menor dioxido de carbono por unidad energetica cuando se quema. Por tanto, los sistemas para la produccion de metano, por ejemplo, a traves de la transformacion del dioxido de carbono y de la electricidad en metano, senan altamente utiles y valiosos en toda generacion de energfa y en las industrias de utilizacion.

Sumario

La divulgacion proporciona un microorganismo de Methanothermobacter aislado que produce metano a partir de dioxido de carbono mediante un proceso denominado metanogenesis. En aspectos ejemplares, el microorganismo

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Methanothermobacter es un microorganismo de la especie thermautotrophicus, que se conoce tambien como thermautotrophicus, que tambien se conoce como thermautotrophicum o thermoautotrophicum. En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter es un microorganismo de la especie marburgensis.

En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter de la divulgacion presenta las caractensticas fenotfpicas descritas en el presente documento. En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter presenta una alta eficacia de produccion de metano. Por ejemplo, el microorganismo Methanothermobacter muestra una alta eficacia de produccion de metano que es al menos o aproximadamente de 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter demuestra un alto nivel de productividad de metano. Por ejemplo, el microorganismo Methanothermobacter produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo.

En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter demuestra un alto nivel de productividad de metano. Por ejemplo, el microorganismo Methanothermobacter produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano por gramo de material celular (es decir, biomasa) de Methanothermobacter producida.

En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria. En virtud del lento tiempo de duplicacion, el microorganismo Methanothermobacter en aspectos ejemplares presenta una reduccion significativa de nutrientes necesarios para el mantenimiento y crecimiento de los microorganismos.

En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter.

a. presenta una eficacia en la produccion de metano que es de al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular; o

b. sobrevive en una fase estacionaria con un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas; o

c. presenta una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria; o

d. regresa a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de exposicion a al menos o a aproximadamente 3 minutos a oxfgeno o monoxido de carbono; o

e. una combinacion (por ejemplo, una combinacion de (a) - (d) o una subcombinacion de (a) a (d)) de la misma.

En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter es (1) autotrofico y bien termofilo o hipertermofilo; y (2) capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, 90 %, 95 %, 98 %) del nivel de productividad de metano en un estado operativo al cabo de 20 minutos, despues de una exposicion de al menos 10 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental) o monoxido de carbono; y una cualquiera o mas de lo siguiente.

(3) capaz de presentar una eficacia de produccion de metano por molecula de dioxido de carbono (CO2) que es al menos o aproximadamente de 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 convertida en material celular (por ejemplo, al menos o aproximadamente 40, 50, 60 o 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 convertida en material celular), opcionalmente al mismo tiempo que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas;

(4) capaz de sobrevivir con un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas) durante al menos 30 dfas (por ejemplo, durante al menos aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12 meses) - por ejemplo, en una fase estacionaria o una fase casi la estacionaria;

(5) capaz de mantener de manera continua una eficacia de produccion de metano de (3) durante al menos 30 dfas (por ejemplo, durante al menos o aproximadamente 6 meses, al menos o aproximadamente 12 meses), opcionalmente al mismo tiempo en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas); y

(6) capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, 90 %, 95 %, 98 %) de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de gas hidrogeno (H2) o electricidad, despues de estar en un estado inactivo durante al menos 2 horas como se induce interrumpiendo o cesando el suministro de gas H2 o electricidad.

En aspectos ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter aislado produce metano a un pH dentro de un intervalo de aproximadamente 6,5 a aproximadamente 7,5, a una temperatura dentro de un intervalo de aproximadamente 55 °C a aproximadamente 69 °C, y/o en un medio que tiene una conductividad dentro de un intervalo de aproximadamente 5 mS/cm a aproximadamente 100 mS/cm.

En realizaciones ejemplares, el microorganismo Methanothermobacter aislado de la divulgacion es la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus depositada el 21 de diciembre de 2010 en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561.

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La presente invencion proporciona un metodo para producir una progenie de un microorganismo de Methanothermobacter thermautotrophicus cepa UC 120910, depositada el 21 de diciembre de 2010 en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, comprendiendo el metodo reproducir o multiplicar un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus.

La divulgacion tambien proporciona un cultivo o monocultivo sustancialmente puro que comprende cualquiera de los microorganismos de la divulgacion. En aspectos ejemplares, el cultivo o monocultivo sustancialmente puro comprende un microorganismo de Methanothermobacter que es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561.

La divulgacion proporciona adicionalmente un sistema para producir metano a partir de dioxido de carbono que comprende cualquiera de los microorganismos de la divulgacion. En aspectos ejemplares, el sistema es para transformar energfa electrica en metano. En realizaciones ejemplares, el sistema comprende un reactor biologico que tiene al menos un catodo, un anodo, agua, un aporte de dioxido de carbono y un microorganismo de Methanothermobacter que es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561.

En realizaciones ejemplares, el reactor biologico comprende al menos una primera camara que comprende dicho catodo, dicho microorganismo o dicha progenie, agua y un aporte de dioxido de carbono, y una segunda camara que contiene al menos un anodo. En realizaciones ejemplares, el sistema comprende, ademas del reactor biologico, una fuente de electricidad acoplada al anodo y el catodo, un aporte de dioxido de carbono acoplado a la primera camara, y una salida para recibir metano de la primera camara.

La divulgacion proporciona ademas un metodo de transformacion de electricidad en metano. En realizaciones ejemplares, el metodo comprende suministrar electricidad y dioxido de carbono al sistema actualmente divulgado que comprende un reactor biologico, teniendo el reactor biologico un estado operativo en el que el microorganismo se mantiene a una temperatura mayor de o de aproximadamente 60 °C, y recoger metano de la primera camara.

La divulgacion proporciona adicionalmente un catodo poroso que comprende un microorganismo como se describe en el presente documento. Tambien se proporcionan kits, en el que los kits comprenden un microorganismo, un cultivo o monocultivo sustancialmente puro, un sistema, un catodo poroso, como se describe en el presente documento, o una combinacion de los mismos, junto con instrucciones para el cuidado o para el uso.

Breve descripcion de los dibujos

Se piensa que la divulgacion se entendera mejor a partir de la siguiente descripcion tomada en conjunto con los dibujos adjuntos. Algunas de las figuras pueden haberse simplificado por la omision de elementos seleccionados con el fin de mostrar mas claramente otros elementos. Dichas omisiones de elementos en algunas figuras no son necesariamente indicativas de la presencia o ausencia de elementos particulares en ninguna de las realizaciones ejemplares, excepto como se pueda esbozar explfcitamente en la descripcion escrita correspondiente. Ninguno de los dibujos esta necesariamente a escala.

La Fig. 1 es una vista esquematica de un sistema para transformar dioxido de carbono en metano usando un digestor;

la Fig. 2 es una vista esquematica de otro sistema para transformar dioxido de carbono en metano usando un digestor;

la Fig. 3 es una vista esquematica de un digestor estratificado para su uso en los sistemas de las Fig. 1 y 2; la Fig. 4 es una vista esquematica de un conjunto de digestores en cascada en una disposicion en serie; la Fig. 5 es una vista esquematica de un sistema para transformar dioxido de carbono en metano usando un reactor biologico o electrobiologico;

la Fig. 6 es una vista transversal de una realizacion de un reactor biologico para transformar dioxido de carbono en metano;

la Fig. 7 es una vista transversal de otra realizacion de un reactor biologico para transformar dioxido de carbono en metano;

la Fig. 8 es una vista transversal de aun otra realizacion de un reactor biologico para transformar dioxido de carbono en metano;

la Fig. 9 es una vista transversal de una realizacion adicional de un reactor biologico para transformar dioxido de carbono en metano;

la Fig. 10 es una vista esquematica de una realizacion de un reactor biologico con una pluralidad de anodos y catodos;

la Fig. 11 es una vista transversal del sistema de la Fig. 10 tomada a lo largo de la lmea 11-11;

la Fig. 12 es una vista transversal de una de la pluralidad de reactores biologicos de la Fig. 11 tomada a lo largo de

la lmea 12-12;

la Fig. 13 es una vista transversal de una variante de reactor biologico para su uso en el sistema de la Fig. 10;

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la Fig. 14 es una vista esquematica de una disposicion en serie de reactores biologicos de acuerdo con la presente divulgacion;

la Fig. 15 es una vista esquematica de una disposicion en paralelo de reactores biologicos de acuerdo con la presente divulgacion;

la Fig. 16 es una vista esquematica de un reactor biologico como se usa en el Ejemplo 2;

la Fig. 17 es una vista esquematica de un sistema de ensayo que incorpora el reactor biologico como se usa en el Ejemplo 2;

la Fig. 18 es un grafico de produccion de metano e hidrogeno a lo largo del tiempo con tension variable aplicada a traves del anodo y el catodo de un reactor biologico de acuerdo con la Fig. 16; la Fig. 18A representa los mismos datos que la Fig. 18 pero los datos se presentan como lmeas uniformes en lugar de puntos de datos individuales; la Fig. 19 es un grafico de productividad a lo largo del tiempo con tension variable aplicada a traves del anodo y el catodo de un reactor biologico de acuerdo con la Fig. 16; la Fig. 19A representa los mismos datos que la Fig. 19 pero los datos se presentan como lmeas suave continuas en lugar de como puntos de datos individuales; la Fig. 20 es un grafico del espectro de masas del gas del espacio de cabeza del reactor de metanogenesis; la Fig. 21 es un grafico que representa los efectos del aire de inyeccion en un cultivo maduro a alta densidad (>2 g de masa seca celular/l) sobre la inhibicion, consumo y recuperacion de oxfgeno;

la Fig. 22 es un grafico de la eficacia de transformacion estimada de hidrogeno en metano durante el periodo completo de un cultivo en estado estacionario de 107 dfas;

la Fig. 23 es una vista esquematica de una configuracion de un biorreactor de 7,5 litros de acuerdo con la presente divulgacion;

la Fig. 24 es un grafico que representa una relacion ejemplar entre la necesidad de nutrientes estimada con respecto a una cepa parental;

la Fig. 25 es un grafico que representa el crecimiento temprano de la densidad optica (linealizada) medida a 600 nm para tres cultivos distintos resultantes de la inoculacion de una almuota de la cepa UC120910; la Fig. 26 es un grafico que representa las caractensticas de crecimiento en tiempo tardfo de unos de los cultivos hacia las 627 horas;

la Fig. 27 es un grafico que representa la produccion de agua de un cultivo de 4,0 l de la cepa UC 120910 medida a lo largo de 43 horas;

la Fig. 28 es un grafico que representa la produccion de metano de un cultivo de la cepa UC 120910 mientras se aporta el hidrogeno y el dioxido de carbono (drculos negros) y mientras que se cesa el suministro de hidrogeno y dioxido de carbono (drculos blancos);

la Fig. 29 es un grafico que representa la produccion de agua durante 40 dfas de un cultivo de la cepa UC 120910 mantenida en un volumen fluido de 3,0 l bajo aproximadamente 20,68 kPa de presion y proporcionando gas hidrogeno a una velocidad de 0,48 SLPM (230 VVD), dioxido de carbono a una velocidad de 0,12 SlPM (58 VVD) y pH mantenido entre 6,83 y 6,85;

la Fig. 30 es un grafico que representa la medicion casi continua de las velocidades de caudal de gas del cultivo descrito en la Fig. 29;

la Fig. 31 es un grafico que representa la produccion de agua diaria de la cepa UC 120910 mientras opera con aportes de biogas y gas H2 despues de haber crecido a una densidad estable usando una mezcla estequiometrica de H2 y CO2 a 0,20 l/min de H2 y 0,05 l/min de CO2, temporalmente suspendida y transportada al sitio de un digestor anaerobico que produce biogas;

la Fig. 32 es un grafico que representa el peso seco de los cultivos descritos en la Fig. 31 a lo largo del tiempo; y la Fig. 33 es un grafico que representa la densidad optica de los cultivos descritos en la Fig. 31 a lo largo del tiempo.

Descripcion detallada

Aunque el siguiente texto expone una descripcion detallada de numerosas realizaciones distintas de la invencion, debe entenderse que el alcance legal de la invencion se define por las palabras de las reivindicaciones expuestas al final de esta patente. La descripcion detallada debe considerarse como ejemplar solamente y no describe cada posible realizacion de la invencion dado que la descripcion de cada posible realizacion no sena practica, sino imposible. Pueden implementarse numerosas realizaciones alternativas, usando la tecnologfa actual o la tecnologfa desarrollada despues de la fecha de presentacion de esta patente, que podna aun encontrarse dentro del alcance de las reivindicaciones que definen la invencion.

Tambien debe entenderse que, a menos que un termino se defina expresamente en esta patente usando la frase

“como se usa en el presente documento, el termino '____' queda definido por la presente para significar...” o una

frase similar, no intenta limitar el significado del termino, ya sea explfcita o implfcitamente, mas alla de su significado simple y ordinario, y que dicho termino no debe interpretarse como que limita el alcance basandose en cualquier afirmacion realizada en cualquier seccion de esta patente (distinta del lenguaje de las reivindicaciones). El grado al que cualquier termino recitado en las reivindicaciones al final de esta patente se refiera en esta patente, de una manera coherente con un unico significado, se realiza motivos de claridad solamente a fin de no confundir al lector, y no se pretende que tal reivindicacion este limitada, por implicacion o de otra manera, a ese unico significado. Finalmente, a menos que un elemento reivindicado se defina recitando la palabra “significa” y una funcion sin recitar cualquier estructura, no se pretende que el alcance de cualquier elemento reivindicacion se interprete basandose en la solicitud de 35 U.S.C. § 112, parrafo sexto.

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Microorganismos

La divulgacion proporciona microorganismos que producen metano a partir de dioxido de carbono mediante un proceso denominado metanogenesis. Por consiguiente, los microorganismos de la divulgacion son microorganismos metanogenicos, tambien conocidos como metanogenos. Como se usa en el presente documento, el termino “metanogenico” se refiere a microorganismos que producen metano como un producto secundario metabolico. En aspectos ejemplares, el microorganismo produce metano a partir de dioxido de carbono, electricidad y agua, mediante un proceso denominado metanogenesis electrobiologica. En aspectos ejemplares, el microorganismo utiliza hidrogeno en la produccion de metano mediante un proceso denominado metanogenesis hidrogenotrofica. Por consiguiente, en aspectos ejemplares, el microorganismo actualmente divulgado es un microorganismo metanogenico hidrogenotrofico. En aspectos ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de producir metano mediante metanogenesis electrobiologica o mediante metanogenesis hidrogenotrofica. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter produce metano a un pH dentro de un intervalo de aproximadamente 6,5 a aproximadamente 7,5, a una temperatura dentro de un intervalo de aproximadamente 55 °C a aproximadamente 69 °C, y/o en un medio que tiene una conductividad dentro de un intervalo de aproximadamente 5 mS/cm a aproximadamente 100 mS/cm.

En aspectos ejemplares, el microorganismo actualmente divulgado pertenece al genero Methanothermobacter. Las caractensticas de este genero son conocidas en la materia. Vease, por ejemplo, Reeve et al., J Bacteriol 179: 59755986 (1997) y Wasserfallen et al., Internatl J Systematic Evol Biol 50: 43-53 (2000). Por consiguiente, en aspectos ejemplares, el microorganismo expresa ARNr 16S que tiene al menos el 90 % (por ejemplo, al menos el 95 %, al menos el 98 %, al menos el 99 %) de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H, que se encuentra disponible al publico a partir de la base de datos de secuencia del European Molecular Biology Laboratory (EMBL) con el n.° de entrada X68720, y que se expone en el presente documento como SEQ ID NO: 1. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter es un microorganismo de la especie thermautotrophicus, que tambien se conoce como thermoautotrophicus. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter es un microorganismo de la especie marburgensis.

En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter de la divulgacion presenta las caractensticas fenotfpicas descritas en el presente documento. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter presenta una alta eficacia de produccion de metano. Por ejemplo, el microorganismo de Methanothermobacter presenta una alta eficacia de produccion de metano por molecula de CO2 que es de al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter demuestra un alto nivel de productividad de metano con respecto al dioxido de carbono suministrado. Por ejemplo, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo. Como otro ejemplo, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano por gramo de biomasa producida.

En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas. Con respecto a la velocidad de crecimiento de este microorganismo durante el crecimiento exponencial, por ejemplo, el tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas define una fase estacionaria o una fase casi estacionaria de crecimiento. En virtud del lento tiempo de duplicacion, el microorganismo de Methanothermobacter en aspectos ejemplares presenta una reduccion significativa de nutrientes requeridos para el mantenimiento y crecimiento de los microorganismos.

En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter:

a. presenta una eficacia de produccion de metano que es de al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular; o

b. sobrevive con un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria); o

c. presenta una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria o casi una fase estacionaria; o

d. regresa a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de

exposicion a al menos o aproximadamente a los 3 minutos de bien oxfgeno o monoxido de carbono; o

En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter es (1) autotrofo y bien termofilo o

hipertermofilo; y (2) capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, el 90 %, el 95 %, el 98 %) del nivel de

productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de exposicion a al menos 10 minutos de oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental) o monoxido de carbono; y una cualquiera o mas de lo siguiente:

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(3) capaz de presentar una eficacia de produccion de metano que es al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular (por ejemplo, al menos o aproximadamente 40, 50, 60 o 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular), opcionalmente al mismo tiempo que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas;

(4) capaz de sobrevivir con un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas) durante al menos 30 dfas (por ejemplo, durante al menos aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12 meses);

(5) capaz de mantener de manera continua una eficacia de produccion de metano de (3) durante al menos 30 dfas (por ejemplo, durante al menos o aproximadamente 6 meses, al menos o aproximadamente 12 meses), opcionalmente al mismo tiempo que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas); y

(6) capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, el 90 %, el 95 %, el 98 %) de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de hidrogeno o electricidad, despues de estar en un estado inactivo durante al menos 2 horas como se induce interrumpiendo o cesando el aporte de hidrogeno o electricidad.

En cualquiera de las realizaciones ejemplares descritas en el presente documento, el microorganismo puede aislarse. Como se usa en el presente documento, el termino “aislado” significa que se ha retirado de su entorno natural, de origen no natural y/o sustancialmente purificado de contaminantes que estan naturalmente asociados con el microorganismo.

Microorganismo: Cepa UC 120910

En realizaciones ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter de la divulgacion es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010 en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA- 11561.

Microorganismo: Progenie

En realizaciones ejemplares alternativas, el microorganismo de Methanothermobacter aislado de la divulgacion es una progenie del microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, cuya progenie conserva las caractensticas fenotfpicas de transformacion de CO2 de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, como se describe adicionalmente en el presente documento. Opcionalmente, la progenie conserva las caractensticas fenotfpicas adicionales de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus.

Por consiguiente, la divulgacion tambien proporciona una progenie aislada de un microorganismo de Methanothermobacter de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010 en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, que conserva las caractensticas fenotfpicas de transformacion de CO2 de dicha cepa.

Como se usa en el presente documento, el termino “progenie” se refiere a cualquier microorganismo resultante de la reproduccion o multiplicacion de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. En este sentido, “progenie” significa cualquier descendiente de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Como tal, la propia progenie se identifica como cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. En realizaciones ejemplares, la progenie es geneticamente identica a un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus y, como tal, la progenie puede considerarse como un “clon” del microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. En realizaciones ejemplares alternativas, la progenie es sustancialmente identica desde el punto de vista genetico a un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, de modo que la secuencia del genoma de la progenie es distinta de la secuencia del genoma del microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, pero el fenotipo de la progenie es sustancialmente el mismo que el fenotipo de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. En realizaciones ejemplares, la progenie es progenie como resultado del cultivo de los microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus bajo las condiciones expuestas en el presente documento, por ejemplo, el Ejemplo 1 o 2.

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Microorganismo: Variantes

En realizaciones ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter aislado de la divulgacion es una variante de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, cuya variante conserva las caractensticas fenotfpicas de transformacion de CO2 del microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, como se describe adicionalmente en el presente documento.

Por consiguiente, la divulgacion tambien proporciona una variante aislada de un microorganismo de Methanothermobacter de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010 en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, que conserva las caractensticas fenotfpicas de transformacion de CO2 de dicha cepa.

Como se usa en el presente documento, el termino “variante” se refiere a cualquier microorganismo resultante de la modificacion de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. En aspectos ejemplares, la variante es un microorganismo resultante de la adaptacion en cultivo de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, como se describe en el presente documento. En aspectos alternativos, la variante es un microorganismo resultante de la modificacion genetica de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, como se describe en el presente documento.

En realizaciones ejemplares, la variante es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus modificado para presentar o comprender determinadas caractensticas o rasgos, que, opcionalmente, pueden ser espedficos de una fase de crecimiento dada (fase de crecimiento activo, fase de crecimiento estacionario, fase de crecimiento casi estacionario) o estado (por ejemplo, estado inactivo, estado operativo). Por ejemplo, en algunas realizaciones, el microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus se ha modificado para sobrevivir y/o crecer en una condicion de cultivo deseada que es diferente de una condicion de cultivo anterior en la que el microorganismo metanogenico de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus sobrevive y/o crece. Las condiciones de cultivo deseadas pueden diferir del entorno anterior en cuanto a temperatura, pH, presion, densidad celular, volumen, humedad, contenido de sal, conductividad, contenido de carbono, contenido de nitrogeno, contenido de vitaminas, contenido de aminoacidos, contenidos de minerales o una combinacion de los mismos. En algunas realizaciones, el microorganismo metanogenico antes de la adaptacion en cultivo o de la modificacion genetica, es uno que no es halofilo, pero que, a traves de la adaptacion en cultivo o la modificacion genetica se ha vuelto un halofilo. Como se usa en el presente documento, “halofilo” o “halofflico” se refiere a un microorganismo que sobrevive y crece en un medio que comprende una concentracion salina superior a 100 g/l. Ademas, por ejemplo, en algunas realizaciones, el microorganismo metanogenico antes de modificacion genetica es uno que no expresa una protema, pero a traves de modificacion genetica se ha vuelto un microorganismo metanogenico que expresa la protema. Adicionalmente, por ejemplo, en algunas realizaciones, el microorganismo metanogenico antes de la adaptacion en cultivo o la modificacion genetica, es uno que sobrevive y/o crece en presencia de una fuente de carbono particular, fuente de nitrogeno, aminoacido, mineral, sales, vitaminas o combinacion de los mismos, pero que a traves de la adaptacion en cultivo o la modificacion genetica, se ha vuelto un microorganismo metanogenico que sobrevive y/o crece en ausencia sustancial de los mismos. Como alternativa o adicionalmente, en algunas realizaciones, el microorganismo metanogenico antes de la adaptacion en cultivo o la modificacion genetica, es uno que sobrevive y/o crece en presencia de una cantidad o concentracion particular de una fuente de carbono, fuente de nitrogeno, aminoacido, mineral, sal, vitamina, pero a traves de la adaptacion en cultivo o la modificacion genetica, se ha vuelto un microorganismo metanogenico que sobrevive y/o crece en una cantidad o concentracion distintos de los mismos.

En algunas realizaciones, el microorganismo metanogenico esta adaptado a una fase o estado de crecimiento particular. Ademas, por ejemplo, el microorganismo metanogenico en algunas realizaciones es uno que, antes de la adaptacion en cultivo o la modificacion genetica, es uno que sobrevive y/o crece en un intervalo de pH dado, pero a traves de la adaptacion en cultivo, se vuelve un microorganismo metanogenico que sobrevive y/o crece en un intervalo de pH diferente. En algunas realizaciones, el microorganismo metanogenico esta adaptado en cultivo a una fase de crecimiento casi estacionaria en un intervalo de pH de aproximadamente 3,5 a aproximadamente 10 (por ejemplo, de aproximadamente 5,0 a aproximadamente 8,0, de aproximadamente 6,0 a aproximadamente 7,0). Por consiguiente, en algunos aspectos, los microorganismos metanogenicos estan adaptados en cultivo a una fase de crecimiento casi estacionaria a un pH de aproximadamente 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7,1, 7,2, 7,3,

7.4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9, 8,0, 8,1, 8,2, 8,3, 8,4, 8,5, 8,6, 8,7, 8,8, 8,9, 9,0, 9,1, 9,2, 9,3, 9,4, 9,5, 9,6, 9,7, 9,8, 9,9 o 10,0. En algunas realizaciones, los microorganismos metanogenicos estan adaptados en cultivo a una fase de crecimiento activo en un intervalo de pH de aproximadamente 6,5 a aproximadamente 7,5 (por ejemplo, de aproximadamente 6,8 a aproximadamente 7,3). Por consiguiente, en algunos aspectos, los microorganismos metanogenicos estan adaptados en cultivo a una fase de crecimiento casi estacionaria a un pH de aproximadamente

6.5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 7,0, 7,1, 7,2, 7,3, 7,4 o 7,5.

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Como se usa en el presente documento, la expresion “adaptacion en cultivo” se refiere a un proceso en el que los microorganismos se cultivan en un conjunto de condiciones de cultivo deseadas (por ejemplo, salinidad elevada, temperatura elevada, ausencia sustancial de cualquier fuente de carbono, bajo pH, etc.), que se diferencian de las condiciones de cultivo anteriores. El cultivo bajo las condiciones deseadas se produce durante un periodo de tiempo que es suficiente para producir microorganismos modificados (la progenie de la lmea parental (es decir los microorganismos inadaptados)) que sobreviven y/o crecen (y/o producen metano) en la condicion o condiciones deseadas. El periodo de tiempo de adaptacion en algunos aspectos es de 1 dfa, 2 dfas, 3, dfas, 4 dfas, 5 dfas, 6, dfas, 7 dfas, 8 dfas, 9 dfas, 10 dfas, 11 dfas, 12 dfas, 13 dfas, 2 semanas, 3 semanas, 4 semanas, 5 semanas, 6 semanas, 1 mes, 2 meses, 3 meses, 4 meses, 5 meses, 6 meses, 7 meses, 8 meses, 9 meses, 10 meses, 12 meses, 1 ano, 2 anos. El proceso de adaptacion en cultivo selecciona microorganismos que pueden sobrevivir y/o crecer y/o producir metano en las condiciones de cultivo deseadas; estos microorganismos seleccionados permanecen en el cultivo, mientras que los otros microorganismos que no pueden sobrevivir y/o crecer y/o producir metano en las condiciones de cultivo deseadas, eventualmente mueren en el cultivo. En algunas realizaciones, como un resultado de la adaptacion en cultivo, los microorganismos metanogenicos producen metano a una mayor eficacia, por ejemplo, a una proporcion del numero de moleculas de dioxido de carbono transformadas en metano con respecto al numero de moleculas de dioxido de carbono transformadas en materiales celulares que es mayor de N:1, en el que N es un numero mayor de 20, como se describe adicionalmente en el presente documento.

Para los fines de la presente invencion, en algunas realizaciones, los microorganismos metanogenicos (por ejemplo, la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus) se ha adaptado en cultivo para sobrevivir y/o crecer en un medio de cultivo con una alta concentracion de sales y/o alta conductividad. Por ejemplo, el microorganismo metanogenico que se ha adaptado en cultivo para sobrevivir y/o crecer en un medio de cultivo que tiene una conductividad de aproximadamente 5 mS/cm a aproximadamente 100 mS/cm.

En realizaciones alternativas o adicionales, el microorganismo metanogenico (por ejemplo, la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus) se ha adaptado en cultivo para sobrevivir y/o crecer a una temperatura superior (por ejemplo, una temperatura que es entre aproximadamente 1 y aproximadamente 15 grados C mayor que la temperatura a la que el microorganismo sobrevive y/o crece antes de la adaptacion). En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos estan adaptados para sobrevivir y/o crecer en una temperatura que es mayor de 50 °C, por ejemplo, mayor de 55 °C, mayor de 60 °C, mayor de 65 °C, mayor de 70 °C, mayor de 75 °C, mayor de 80 °C, mayor de 85 °C, mayor de 90 °C, mayor de 95 °C, mayor de 100 °C, mayor de 105 °C, mayor de 110 °C, mayor de 115 °C o mayor de 120 °C.

En algunas realizaciones, los microorganismos metanogenicos actualmente divulgados (por ejemplo, la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus) se han adaptado en cultivo para crecer y/o sobrevivir en condiciones que sean bajas o sustancialmente ausentes de cualquier vitamina. En algunos aspectos, el microorganismo metanogenico (por ejemplo, la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus) se ha adaptado en cultivo para crecer y/o sobrevivir en condiciones que son bajas o sustancialmente ausentes de cualquier fuente de carbono organica. En algunas realizaciones, el microorganismo metanogenico se ha adaptado en cultivo para crecer y/o sobrevivir en condiciones con cantidades sustancialmente reducidas de dioxido de carbono. En estas realizaciones, los microorganismos metanogenicos pueden adaptarse para presentar una eficacia de metanogenesis aumentada, produciendo la misma cantidad de metano (en comparacion con el microorganismo inadaptado) con una cantidad reducida de dioxido de carbono. En algunas realizaciones, el microorganismo metanogenico se ha adaptado en cultivo para sobrevivir en condiciones que carecen sustancialmente de dioxido de carbono. En estas realizaciones, los microorganismos metanogenicos pueden estar en una fase inactiva en la que los microorganismos sobreviven pero no producen niveles detectables de metano. En algunas realizaciones, los microorganismos metanogenicos se han adaptado para crecer y/o sobrevivir en condiciones que son bajas en o sustancialmente ausentes de cualquier hidrogeno. En algunas realizaciones, los microorganismos metanogenicos se han adaptado para crecer y/o sobrevivir en condiciones son bajas en o sustancialmente ausentes de cualquier fuente externa de agua, por ejemplo, las condiciones dependen solo del agua producida por el metabolismo de los organismos y no implican una etapa que implica la dilucion con agua anadida de forma externa.

En realizaciones ejemplares, los metanogenos estan adaptados en cultivo a una fase de crecimiento casi estacionaria. Dichos metanogenos favorecen la produccion de metano sobre el crecimiento celular medido, por ejemplo, mediante la proporcion del numero de moleculas de CO2 transformadas en metano con respecto al numero de moleculas de CO2 transformadas en materiales celulares (es decir, biomasa). Esta proporcion esta aumentada en comparacion con los metanogenos inadaptados (que pueden presentar, por ejemplo, una proporcion que vana de aproximadamente 8:1 a aproximadamente 20:1). En realizaciones ejemplares, los metanogenos se adaptan en cultivo a una fase de crecimiento casi estacionaria que privandolos de uno o mas nutrientes de otra manera necesarios para el crecimiento optimo durante un penodo de tiempo prolongado (por ejemplo, 1 semana, 2 semanas, 3 semanas, 1 mes, 2 meses, 3 meses, 4 meses, 5 meses, 6 meses, 7 meses, 8 meses, 9 meses, 10 meses, 11 meses, 1 ano, 2 anos, 3 anos, 4 anos, 5 anos o mas). En realizaciones ejemplares, los metanogenos estan privados de los nutrientes inorganicos (por ejemplo, hidrogeno o electrones) necesarios para un crecimiento optimo. En realizaciones ejemplares, la privacion de los metanogenos de hidrogeno o electrones se consigue rociando los medios con una mezcla de gas inerte tal como Ar:CO2 a un caudal de 250 ml/min durante varias horas hasta que ni el hidrogeno ni el metano aparezcan en la corriente de gas efluente. En realizaciones ejemplares, los

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microorganismos metanogenicos se han adaptado a una fase de crecimiento casi estacionaria en condiciones que son bajas en o sustancialmente ausentes de cualquier fuente externa de agua, por ejemplo, las condiciones de adaptacion no comprenden una etapa de dilucion.

En aspectos ejemplares, el microorganismo metanogenico se ha adaptado en cultivo para crecer y/o sobrevivir en un medio de cultivo expuesto en el presente documento como Medio 1 y/o Medio 2 o un medio que es sustancialmente similar al Medio 1 o al Medio 2.

En realizaciones ejemplares, la variante expresa un ARNr 16S que tiene al menos o aproximadamente el 90 % (por ejemplo, el menos o aproximadamente el 95 %, al menos o aproximadamente el 98 %, al menos o aproximadamente el 99 %) de identidad de secuencia con el ARNr 16S del microorganismo parental (por ejemplo, un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus). En realizaciones ejemplares, la variante expresa un ARNr 16S que tiene al menos o aproximadamente el 90 % (por ejemplo, al menos o aproximadamente el 95 %, al menos o aproximadamente el 98 %, al menos o aproximadamente el 99 %) de identidad de secuencia con al ARNr 16S de un M. thermautotrophicus Delta H, cuya secuencia se expone en el presente documento como SEQ ID NO: 1. En realizaciones ejemplares, la variante expresa un ARNr 16S que tiene al menos o aproximadamente el 90 % (por ejemplo, al menos o aproximadamente el 95 %, al menos o aproximadamente el 98 %, al menos o aproximadamente el 99 %) de identidad de secuencia con el ARNr de 16S del microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus y que tiene al menos o aproximadamente el 90 % (por ejemplo, al menos o aproximadamente el 95 %, al menos o aproximadamente el 98 %, al menos o aproximadamente el 99 %) de identidad de secuencia con la SEQ ID NO: 1.

Arqueas modificadas geneticamente

En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos se han modificado geneticamente deliberada o intencionadamente para volverse adecuados, por ejemplo, mas adecuados, para los fines de la divulgacion. Los microorganismos adecuados tambien pueden obtenerse mediante modificacion genetica de organismos no metanogenicos en los cuales genes esenciales para soportar la metanogenesis autotrofa se transfieren de un microbio metanogenico o de una combinacion de microbios que pueden ser o no ser metanogenicos en sf mismos. La modificacion genetica adecuada tambien puede obtenerse mediante smtesis enzimatica o qmmica de los genes necesarios.

En realizaciones ejemplares, una celula hospedadora que no es naturalmente metanogenica se modifica geneticamente de manera intencionada para que exprese uno o mas genes que se sabe que son importantes para la metanogenesis. Por ejemplo, la celula hospedadora, en algunos aspectos, se modifica geneticamente de manera intencionada para que exprese una o mas coenzimas o cofactores implicados en la metanogenesis. En algunos aspectos espedficos, las coenzimas o cofactores se seleccionan del grupo que consiste en F420, coenzima B, coenzima M, metanofurano y metanopterina, cuyas estructuras se conocen en la tecnica. En aspectos ejemplares, los organismos se modifican para que expresen las enzimas, bien conocidas en la tecnica, que emplean estos cofactores en la metanogenesis.

En realizaciones ejemplares, las celulas hospedadoras modificadas de manera intencionada son halofilas extremas. En realizaciones ejemplares, las celulas hospedadoras que se modifican de manera intencionada son termofilas o hipertermofilas. En realizaciones ejemplares, las celulas hospedadoras que se modifican de manera intencionada son metanogenos no autotroficos. En algunos aspectos, las celulas hospedadoras que se modifican de manera intencionada son metanogenos que no son autotroficos. En algunos aspectos, las celulas hospedadoras que se modifican de una manera intencionada son celulas que ni son metanogenicas ni autotrofas. En otras realizaciones, las celulas hospedadoras que se modifican de una manera intencionada son celulas hospedadoras que comprenden genomas sinteticos. En algunos aspectos, las celulas hospedadoras que se modifican de una manera intencionada son celulas hospedadoras que comprenden un genoma que no es nativo para la celula hospedadora.

En algunas realizaciones, los microorganismos metanogenicos se han modificado geneticamente deliberada o intencionadamente para que expresen pili o pili alterados, por ejemplo, pili alterados que promueven la adhesion celular al catodo u otros componentes del reactor de metanogenesis electrobiologica o pili alterados para volverse electricamente conductores. Los pili son complejos de protema filamentosas finas que forman filamentos flexibles que estan constituidos por protemas denominadas pilinas. Los pili atraviesan la membrana externa de las celulas microbianas y pueden extenderse desde la superficie celular para unirse a una diversidad de otras superficies. La formacion de pili facilita tales funciones dispares e importantes como la adhesion a la superficie, las interacciones celula-celula que median procesos tales como la agregacion, la conjugacion y la movilidad contractil. Recientes analisis informaticos (in silico) de mas de veinte genomas de arqueas han identificado una gran numero de genes de arquea que codifican supuestas protemas que se asemejan a las pilinas de tipo IV (Szabo et al. 2007). La expresion de varias protemas similares a pilinas de arqueas ya se ha confirmado in vivo (Wang et al. 2009; Zolghadr et al. 2007; Frols et al. 2007, 2008). La divergencia de secuencias de estas protemas asf como la expresion diferencial de los operones que codifican estas protemas sugieren que desempenan una diversidad de funciones en distintos procesos biologicos.

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Determinados microorganismos tales como especies de Geobacter y Rhodoferax tienen pili altamente conductores que pueden actuar como nanoalambres producidos biologicamente como se describe en el documento US 20060257985. Muchos organismos metanogenicos, incluyendo la mayona de las especies de Methanocaldococcus y especies de Methanotorris, tienen pili nativos y en algunos casos estos pili se usan para la union. Ninguno de estos organismos es conocido por tener pili electricamente conductores de manera natural.

En realizaciones ejemplares de la divulgacion, los pili de un organismo metanogenico y/o las superficies en contacto con los pili de un organismo metanogenico u otros componentes biologicos se alteran para promover la adhesion celular al catodo u otros componentes del reactor de metanogenesis electrobiologica. Los pili de un organismo metanogenico pueden modificarse adicionalmente por ingeniena genetica para optimizar su conductividad electrica. Las protemas pilina pueden modificarse por ingeniena genetica para unirse a diversos complejos. Por ejemplo, las protemas pilina pueden modificarse por ingeniena genetica para unirse a hierro, imitar los pili de especies de Geobacter, o como alternativa, pueden modificarse por ingeniena genetica para unirse a un grupo de azufre-hierro similar a ferredoxina de bajo potencial que se produce naturalmente en muchos metanogenos hipertermofilos. El complejo deseado para una aplicacion particular sera regido por el potencial central de la reaccion redox.

Los microorganismos pueden modificarse geneticamente, por ejemplo, usando tecnologfa del ADN recombinante. Por ejemplo, las celulas o variantes de cepa o mutantes pueden prepararse introduciendo cambios de nucleotidos apropiados en el ADN del organismo. Los cambios pueden incluir, por ejemplo, deleciones, inserciones o sustituciones de nucleotidos dentro de una secuencia de acido nucleico de interes. Los cambios tambien pueden incluir la introduccion de una secuencia de ADN que no se encuentra de manera natural en la cepa o tipo celular. Un experto en la tecnica podra seleccionar facilmente un metodo apropiado dependiendo del tipo de celula particular que vaya a modificarse. Los metodos para la introduccion de tales cambios son muy conocidos de la tecnica e incluyen, por ejemplo, mutagenesis mediada por oligonucleotidos, mutagenesis con transposones, transduccion con fagos, transformacion, mutagenesis al azar (que puede inducirse por exposicion a componentes mutagenicos, radiacion tal como rayos X, luz UV, etc.), mutagenesis mediada por PCR, transfeccion de ADN, electroporacion, etc.

La capacidad de los pili de los organismos metanogenicos para adherirse al catodo acoplado con una capacidad aumentada para conducir electrones, permite que los organismos reciban directamente electrones que pasan a traves del catodo desde el electrodo negativo de la fuente de energfa. El uso de organismos metanogenicos con pili modificados por ingeniena genetica unidos al catodo aumentaran enormemente la eficacia de la conversion de la fuente de energfa electrica en metano.

Caracteristicas fenot^picas

En realizaciones ejemplares, las “caractensticas fenotfpicas de transformacion CO2” de un metanogeno o microorganismo de Methanothermobacer se refiere a una o mas de las siguientes;

(1) ser capaz de presentar una alta eficacia de produccion de metano por molecula de dioxido de carbono (CO2);

(2) ser capaz de presentar un alto nivel de productividad de metano (por molecula de dioxido de carbono suministrada);

(3) ser capaz de presentar un alto nivel de productividad de metano (por gramo de biomasa producida);

(4) ser capaz de presentar un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (es decir, en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria);

(5) ser capaz de necesitar de un modo significativo menos nutrientes para el mantenimiento y crecimiento de los microorganismos.

Las “caractensticas fenotfpicas de la transformacion de CO2” ejemplares de un metanogeno o microorganismo de Methanothermobacter pueden incluir una o mas de las siguientes:

(1) presentar una alta eficacia de produccion de metano que es al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2transformada en material celular;

(2) producir al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo;

(3) producir al menos o aproximadamente 17 gramos de metano por gramo de material celular producido.

En realizaciones ejemplares, las “caractensticas fenotfpicas” de un metanogeno o microorganismo de Methanothermobacter se refiere a una o mas de las siguientes:

(a) ser capaz de presentar una eficacia de produccion de metano que es al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2transformada en material celular; o

(b) ser capaz de sobrevivir con un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (es decir, en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria); o

(c) ser capaz de presentar una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria; o

(d) ser capaz de retornar a al menos el 80 % de nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de

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20 minutos, despues de una exposicion de al menos o de aproximadamente 3 minutes a ox^geno o monoxido de carbono; o

(e) una combinacion (por ejemplo, una combinacion de (a) - (d) o una subcombinacion de (a) a (d)) de las mismas.

En realizaciones ejemplares, las “caractensticas fenotfpicas” del metanogeno o microorganismo de Methanothermobacter se refiere a

(1) autotrofico y cualquiera de termofilo o hipertermofilo; y

(2) ser capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, el 90 %, el 95 %, el 98 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos, despues de una exposicion de al menos 10 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en el aire ambiental) o monoxido de carbono;

y una cualquiera o mas de las siguientes:

(3) ser capaz de presentar una eficacia de produccion de metano que es al menos o aproximadamente de 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular (por ejemplo, al menos o aproximadamente 40, 50, 60 o 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular), opcionalmente presentando al mismo tiempo un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas;

(4) ser capaz de sobrevivir con un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas) durante al menos 30 dfas (por ejemplo, durante al menos aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12 meses);

(5) ser capaz de mantener de manera continuada la eficacia de produccion de metano de (3) durante al menos 30 dfas (por ejemplo, durante al menos o aproximadamente 6 meses, al menos o aproximadamente 12 meses), opcionalmente con un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas); y

(6) ser capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, el 90 %, el 95 %, el 98 %) de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de gas H2 o de electricidad, despues de estar en un estado inactivo durante al menos 2 horas, como se induce interrumpiendo o cesando el aporte de gas H2 o de electricidad.

En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter es (1) autotrofico y cualquiera de termofilo o hipertermofilo; y (2) capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, el 90 %, el 95 %, el 98 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos, despues de una exposicion de al menos 10 minutos a oxfgeno (por ejemplo, oxfgeno en aire ambiental) o monoxido de carbono; y uno cualquiera o mas de lo siguiente:

(3) ser capaz de presentar una eficacia de produccion de metano que es de al menos o de aproximadamente 40 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular (por ejemplo, al menos o aproximadamente 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular), opcionalmente al mismo tiempo que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 100 horas;

(4) ser capaz de sobrevivir con un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 100 horas durante al menos 6 meses (por ejemplo, durante al menos aproximadamente 7, 8, 9, 10, 11 o 12 meses);

(5) ser capaz de mantener de manera continua la eficacia de produccion de metano de (3) durante al menos 30 dfas (por ejemplo, durante al menos o aproximadamente 6 meses, al menos o aproximadamente 12 meses), opcionalmente al mismo tiempo en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 100 horas; y

(6) ser capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, el 90 %, el 95 %, el 98 %) de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 10 minutos de resuministro de gas H2 o de electricidad, despues de estar en un estado inactivo durante al menos 2 horas, como se induce interrumpiendo o cesando el aporte de gas H2 o de electricidad.

Autotrofo: En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion son autotrofos. Como se usa en el presente documento, el termino “autotrofo” se refiere a un microorganismo capaz de usar dioxido de carbono, acido formico y/o monoxido de carbono y una fuente de poder reductor para proporcionar todo el carbono y energfa necesarios para el crecimiento y mantenimiento de la celula (por ejemplo, microorganismo). Las fuentes adecuadas de poder reductor pueden incluir, pero sin limitacion, hidrogeno, sulfuro de hidrogeno, azufre, acido formico, monoxido de carbono, metales reducidos, azucares (por ejemplo, glucosa, fructosa), acetato, fotones o electrodos catodicos o una combinaciones de los mismos. En aspectos ejemplares, los microorganismos autotrofos de la divulgacion obtienen poder reductor a partir de un catodo o de hidrogeno.

Termofilos o hipertermofilos: En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion son termofilos o hipertermofilos. Como se usa en el presente documento, el termino “termofilo” se refiere a un organismo que tiene una temperatura de crecimiento optima de aproximadamente 50 °C o mas, por ejemplo, dentro de un intervalo de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 80 °C, de aproximadamente 55 °C a aproximadamente 75 °C, o de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 70 °C (por ejemplo, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 65 °C, de aproximadamente 65 °C a aproximadamente 70 °C). Como se usa en el presente documento, el termino

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“hipertermofilo” se refiere a un organismo que tiene una temperatura de crecimiento optima de aproximadamente 80 °C o mas, por ejemplo, en un intervalo de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 105 °C.

Resiliencia al oxigeno o al monoxido de carbono: Los organismos metanogenicos se consideran como anaerobios extremadamente estrictos. Se sabe que el oxfgeno que es un inhibidor de la catalisis enzimatica tanto de la captacion de hidrogeno como de la metanogenesis. Se considera que un bajo potencial de oxidorreduccion (POR) en el medio de crecimiento es importante para la metanogenesis. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter de la divulgacion es sustancialmente resiliente a la exposicion a oxfgeno, en la medida en que el microorganismo retorna a un nivel de productividad de metano que es sustancialmente el mismo que el nivel de productividad de metano presentado antes de la exposicion a oxfgeno al cabo de un periodo de tiempo relativamente corto. En realizaciones ejemplares, los microorganismos de la divulgacion tienen la capacidad de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 3 minutos a oxfgeno (por ejemplo, oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 4 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de

productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el

95 %, al menos el 98 %, el 100 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 5 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98 %, el 100 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 6 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el

microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al

menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98 %, el 100 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 7 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de

95 %, al menos el 98 %, el 100 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 8 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98 %, el 100 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 9 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el

microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es el

100 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 3 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98 %, el 100 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 20 minutos despues de la exposicion de al menos 10 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos 80 % (por ejemplo, al menos 85 %, al menos 90 %, al menos 95 %, al menos 98 %, 100 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de exposicion a oxfgeno) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 10 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a oxfgeno) al cabo de 5 minutos o al cabo de 2 minutos despues de una exposicion de al menos 10 minutos a oxfgeno (por ejemplo oxfgeno en aire ambiental). En aspectos ejemplares, la exposicion a oxfgeno es de al menos 30 minutos, de al menos 60 minutos, de al menos 90 minutos, 2 horas, 4 horas, 6 horas, 8 horas, 10 horas, 15 horas, 24 horas, 48 horas, 72 horas o mas. En realizaciones ejemplares, el nivel de productividad de metano en el estado operativo esta dentro del intervalo de aproximadamente 300 VVD a aproximadamente 500 VVD. La resiliencia a la exposicion a oxfgeno puede ensayarse de acuerdo con metodos conocidos en la tecnica o como se describe en el Ejemplo 4.

El monoxido de carbono (CO) es otro inhibidor conocido de enzimas implicadas tanto en la captacion de hidrogeno como en la metanogenesis. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter de la divulgacion es sustancialmente resiliente a la exposicion a CO, en la medida en que el microorganismo retorna a un

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nivel de productividad de metano que es sustancialmente el mismo que el nivel de productividad de metano presentado antes de exposicion a CO al cabo de un penodo de tiempo relativamente corto. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98 %, el 100 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de exposicion a CO) al cabo de 20 minutos despues de una exposicion de al menos 10 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98 %, el l00 %) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 3 minutos a Co. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 4 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 5 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 6 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 7 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 8 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 9 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 3 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 10 minutos despues de una exposicion de al menos 10 minutos a CO. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a un nivel de productividad de metano que es al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85%, al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98%, el 100%) del nivel de productividad de metano en el estado operativo (por ejemplo, antes de la exposicion a CO) al cabo de 5 minutos o al cabo de 2 minutos despues de una exposicion de al menos 10 minutos a CO. En aspectos ejemplares, la exposicion a CO es de al menos 30 minutos, al menos 60 minutos, al menos 90 minutos, 2 horas, 4 horas, 6 horas, 8 horas, 10 horas, 15 horas, 24 horas, 48 horas, 72 horas o mas. En realizaciones ejemplares, el nivel de productividad de metano en el estado operativo esta dentro de un intervalo de aproximadamente 300 VVD a aproximadamente 500 VVD. La resiliencia a exposicion a CO puede ensayarse de acuerdo con metodos conocidos en la tecnica o como se describe en el Ejemplo 4.

Eficacia de la produccion de Metano. Se ha comunicado que los microorganismos metanogenicos de origen natural en la fase de crecimiento activo producen metano a una proporcion de aproximadamente 8 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular, variando hasta una proporcion de aproximadamente 20 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular. En realizaciones ejemplares, los microorganismos actualmente divulgados demuestran una eficacia aumentada, en particular cuando se adaptan en cultivo a condiciones de crecimiento de fase estacionaria. Por consiguiente, en aspectos ejemplares, la proporcion del numero de moleculas de CO2 transformadas en metano con respecto al numero de moleculas de CO2 transformadas en material celular de los microorganismos divulgados es mayor que la proporcion de microorganismos metanogenicos de origen natural en la fase de crecimiento activo. En realizaciones ejemplares, la proporcion del numero de moleculas de CO2 transformadas en metano con respecto al numero de moleculas de CO2 transformadas en material celular de los microorganismos de la divulgacion es N:1, en el que N es un numero mayor de 20, por ejemplo aproximadamente, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 o mayor. En algunas realizaciones, N es menor de 500, menor de 400, menor de 300 o menor de 200. En algunas realizaciones, N vana de aproximadamente 40 a aproximadamente 150. En realizaciones ejemplares, el

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microorganismo muestra una eficacia de produccion de metano por molecula de dioxido de carbono (CO2) que es de al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular (por ejemplo, al menos o aproximadamente 40, 50, 60 o 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular). En realizaciones ejemplares, el microorganismo muestra una eficacia de produccion de metano por molecula de dioxido de carbono (CO2) que es al menos o aproximadamente de 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular (por ejemplo, al menos o aproximadamente 40, 50, 60 o 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular) al mismo tiempo que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 80, 90 o 100 horas). Los metodos de determinacion del numero de moleculas de dioxido de carbono transformadas en metano por molecula de dioxido de carbono transformada en material celular son conocidos en la tecnica e incluyen el metodo descrito en el Ejemplo 3.

En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de mantener de manera continua durante al menos 30 dfas (por ejemplo, durante al menos o aproximadamente 6 meses, al menos o aproximadamente 12 meses) una eficacia de produccion de metano por molecula de dioxido de carbono (CO2) que es de al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular (por ejemplo, al menos o aproximadamente 40 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular, al menos o aproximadamente 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de mantener de manera continuada durante al menos o aproximadamente 12 meses una eficacia de produccion de metano por molecula de dioxido de carbono (CO2) que es de al menos o de aproximadamente 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular. En realizaciones ejemplares, los microorganismos de la divulgacion son capaces de mantener de manera continuada tal eficacia de produccion de metano mientras se encuentran en una fase estacionaria o una fase casi estacionaria, teniendo un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 36 o 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90,100, 240 horas).

En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion demuestran un alto nivel de productividad de metano por molecula de dioxido de carbono suministrada. Por ejemplo, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos 96 (por ejemplo, al menos 96,0, 96,1, 96,2, 96,3, 96,4, 96,5, 96,6, 96,7, 96,8, 96,9, 97,0, 97,1, 97,2, 97,3, 97,4, 97,5, 97,6,

97.7, 97,8, 97,9, 98,0, 98,1, 98,2, 98,3, 98,4, 98,5, 98,6, 98,7, 98,9, 98,9, 99,0, 99,1, 99,2, 99,3, 99,4, 99,5, 99,6,

99.7, 99,8 o 99,9) moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo. En aspectos ejemplares, el microorganismo produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo cuando no mas de 25 moleculas de hidrogeno se suministran al microorganismo por cada 6 moleculas de metano producidas u, opcionalmente, no mas de 200 moleculas de hidrogeno se suministran por cada 49 moleculas de metano producidas.

En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion demuestran un alto nivel de productividad de metano frente a la de productividad material celular o biomasa. Por ejemplo, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos 18 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo de

Methanothermobacter produce al menos 19 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos 20 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo de

Methanothermobacter produce al menos 25 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos 30 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo de

Methanothermobacter produce al menos 35 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo de Methanothermobacter produce al menos 18 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo de

Methanothermobacter produce al menos aproximadamente 40 gramos de metano por gramo de material celular o biomasa producido. En aspectos ejemplares, el microorganismo produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano por gramo de biomasa producido, cuando no mas de 25 moleculas de hidrogeno se suministran al microorganismo por cada 6 moleculas de metano producidas u, opcionalmente, no mas de 200 moleculas de hidrogeno se suministran por cada 49 moleculas de metano producidas.

Estados operativos. Los microorganismos de la divulgacion pueden existir en cualquier momento en un estado inactivo o en un estado operativo. Como se usa en el presente documento, la expresion “estado inactivo” se refiere a un estado en el que los microorganismos divulgados no producen metano (es decir, no producen metano a un nivel detectable). En aspectos ejemplares, el estado inactivo se induce interrumpiendo o cesando (es decir, reteniendo) el aporte de gas H2 o de electricidad al microorganismo. Como se usa en el presente documento, la expresion “estado operativo” se refiere a un estado en el que los microorganismos divulgados estan produciendo metano (es decir,

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produciendo metano a un nivel detectable). En aspectos ejemplares, el estado operativo se induce suministrando (por ejemplo, resuministrando) un aporte de gas H2 o de electricidad al microorganismo.

En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion transicionan o ciclan entre un estado operativo y un estado inactivo. En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion transicionan o ciclan entre un estado operativo y un estado inactivo sin disminuir su nivel de productividad de metano. En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion mantienen sustancialmente el nivel de productividad de metano del estado operativo despues de la transicion fuera de un estado inactivo. Como se usa en el presente documento, la expresion “mantiene sustancialmente el nivel de productividad de metano” se refiere a un nivel de productividad de metano que no difiere en mas del 20 % (por ejemplo, dentro de aproximadamente el 10 % mayor o menor) de un primer nivel de productividad de metano. Por consiguiente, en aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion son sustancialmente resilientes a ponerse en un estado inactivo durante un penodo de tiempo relativamente prolongado, en la medida en que los microorganismos retornan al nivel de productividad de metano presentado antes de ponerse en el estado inactivo dentro de un periodo de tiempo relativamente corto.

En aspectos ejemplares, despues de haber estado en un estado inactivo durante al menos 2 horas como se induce interrumpiendo o cesando el aporte de hidrogeno o electricidad, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98 %, el 100 %) de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de hidrogeno o electricidad. En aspectos ejemplares, despues de haber estado en un estado inactivo durante al menos 2 horas, como se induce interrumpiendo o cesando el aporte de hidrogeno o electricidad, el microorganismo de divulgacion es capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98%, el 100%) de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 10 minutos de resuministro de hidrogeno o electricidad. En aspectos ejemplares, despues de haber estado en un estado inactivo durante al menos 2 horas, como se induce por la interrupcion o cese del aporte de hidrogeno o electricidad, el microorganismo de la divulgacion es capaz de retornar a al menos el 80 % (por ejemplo, al menos el 85 %, al menos el 90 %, al menos el 95 %, al menos el 98 %, el 100 %) de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 5 minutos o al cabo de 2 minutos de resuministro de hidrogeno o electricidad. En aspectos ejemplares, el microorganismo esta en un estado inactivo durante al menos 2 horas (por ejemplo, al menos 4 horas, 6 horas, 8 horas, 10 horas, 15 horas, 24 horas, 48 horas, 72 horas o mas) como se induce interrumpiendo o cesando el aporte de hidrogeno o electricidad. En aspectos ejemplares, el microorganismo se expone a un estado en el que el aporte de hidrogeno o electricidad se interrumpe o cesa durante un periodo de al menos 2 horas (por ejemplo, al menos 4 horas, 6 horas, 8 horas, 10 horas, 15 horas, 24 horas, 48 horas, 72 horas o mas). En realizaciones ejemplares, el nivel de productividad de metano en el estado operativo esta dentro de un intervalo de aproximadamente 300 VVD a aproximadamente 500 VVD.

Fases de crecimiento. Cuando los microorganismos estan en un estado operativo, los microorganismos metanogenicos pueden estar en una de una diversidad de fases de crecimiento, que difieren con respecto a la velocidad de crecimiento de los microorganismos (que puede expresarse, por ejemplo, como el tiempo de duplicacion del numero de microorganismo o de la masa celular). Las fases de crecimiento normalmente observadas incluyen una fase de retardo, una fase de crecimiento activo (tambien conocida como fase exponencial o logantmica cuando los microorganismos se multiplican rapidamente), una fase estacionaria y una fase de muerte (disminucion exponencial o logantmica del numero de celulas). En algunas realizaciones, los microorganismos de la divulgacion estan en una fase de latencia, una fase de crecimiento activo, una fase estacionaria o una fase casi estacionaria.

En algunas realizaciones, los microorganismos metanogenicos estan en una fase de crecimiento activo en la que los microorganismos metanogenicos se multiplican de manera activa a una velocidad rapida. En algunos aspectos, el tiempo de duplicacion de los microorganismos puede ser rapido o similar al observado durante la fase de crecimiento en su entorno natural o en un entorno rico en nutrientes. Por ejemplo, el tipo de duplicacion de los microorganismos metanogenicos en la fase de crecimiento activo es de aproximadamente 15 minutos, aproximadamente 20 minutos, aproximadamente 30 minutos, aproximadamente 45 minutos, aproximadamente 60 minutos, aproximadamente 75 minutos, aproximadamente 80 minutos, aproximadamente 90 minutos o aproximadamente 2 horas.

La fase estacionaria representa una fase de crecimiento en la que, despues de la fase de crecimiento activo logantmica, la velocidad de la division celular y la velocidad de la muerte celular estan en equilibrio o cerca del equilibrio, y asf, se mantiene una concentracion relativamente constante de microorganismos en el reactor. (Vease, Eugene W. Nester, Denise G. Anderson, C. Evans Roberts Jr., Nancy N. Pearsall, Martha T. Nester; Microbiology: A Human Perspective, 2004, Cuarta Edicion, Capttulo 4).

En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos estan en una fase de crecimiento estacionario o fase de crecimiento casi estacionario en la que los microorganismos metanogenicos no crecen rapidamente o tienen una velocidad de crecimiento sustancialmente reducida. En algunas realizaciones, el tiempo de duplicacion de los microorganismos metanogenicos es de aproximadamente 1 dfa o mayor, incluyendo aproximadamente 30 horas, 36 horas, 48 horas, 72 horas, 80 horas, 90 horas, 100 horas, 110 horas, 120 horas, 200 horas, 240 horas, 2, 3, 4, 5, 6

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d^as o mayor o de aproximadamente 1, 2, 3, 4 semanas o mayor o 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12 meses o mayor.

En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos son capaces de sobrevivir en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas cuando se les proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o de aproximadamente 34 VVD. En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos son capaces de sobrevivir en una fase estacionaria o una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas cuando se les proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o de aproximadamente 34 VVD y con un poder reductor suficiente para reducir al menos el 90 % del CO2. En aspectos ejemplares, el poder reductor es gas hidrogeno (H2) suministrado a una velocidad de al menos 122 VVD. En aspectos ejemplares, el poder reductor es corriente electrica.

En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos son capaces de sobrevivir en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas) durante un periodo de tiempo que es al menos de 7 dfas consecutivos (por ejemplo, durante al menos aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12 meses). En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos son capaces de sobrevivir en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas) durante un periodo de tiempo que es al menos de 30 dfas consecutivos (por ejemplo, durante al menos aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12 meses).

En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos son capaces de sobrevivir en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90 o 100 horas) durante un periodo de tiempo que es al menos de 30 dfas (por ejemplo, durante al menos aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 o 12 meses).

En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion, mientras estan una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 36, 72 horas (por ejemplo, un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 80, 90, 100, 240 horas) es capaz de mantener de manera continuada durante al menos de 30 dfas (por ejemplo, durante al menos o aproximadamente 6 meses, al menos o aproximadamente 12 meses) una eficacia de produccion de metano que es al menos o de aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en materia celular (por ejemplo, al menos o aproximadamente 40 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular, al menos o de aproximadamente 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en materia celular). En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion, mientras esta en una fase estacionaria o en una fase casi estacionaria que tiene un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 100 horas, es capaz de mantener de manera continuada durante al menos 12 meses una eficacia de produccion de metano que es de al menos o de aproximadamente 70 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en materia celular.

En realizaciones ejemplares, los microorganismos metanogenicos estan inicialmente en una fase de crecimiento activo y posteriormente en una fase estacionaria o casi estacionaria. En realizaciones ejemplares, cuando estan en una estado operativo, el ciclo de los microorganismos metanogenicos entre una fase de crecimiento activo y una fase estacionaria o casi estacionaria. En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion transicionan o ciclan entre una fase de crecimiento activa y una fase estacionaria o casi estacionaria sin disminuir su eficacia de produccion de metano, como se ha descrito anteriormente.

Combinaciones de caracteristicas fenotipicas. Con respecto al listado anterior de caractensticas fenotipicas, (1) y (2) puede considerarse como las caractensticas necesarias de los microorganismos de la divulgacion, mientras que (3), (4), (5) y (6) pueden considerarse como caractensticas opcionales de los microorganismos de la divulgacion. En realizaciones ejemplares, los microorganismos de la divulgacion presentan (1), (2), (3), (4), (5) y (6). En aspectos ejemplares, el microorganismo de la divulgacion presenta, ademas de (1) y (2), una combinacion de caractensticas fenotipicas seleccionadas del grupo que consiste en: [(3), (4) y (5)], [(3) y (4)], [(3)], [(3) y (5)], [(3) y (6)], [(4), (5) y (6)], [(4) y (5)], [(4)], [(4) y (6)], [(5) y (6)], [(5)] y [(6)]. En el presente documento se contemplan todas las combinaciones y subcombinaciones de las mismas.

Caracteristicas fenotipicas adicionales: En realizaciones ejemplares, los microorganismos de la divulgacion presentan caractensticas fenotipicas adicionales (ademas de las caractensticas fenotipicas expuestas anteriormente como (1) a (6)).

En aspectos ejemplares, el microorganismos es (i) capaz de producir metano mediante metanogenesis hidrogenotropica en las condiciones de aporte de gas de hidrogeno (H2) maximas y en un fermentador como se describe en el Ejemplo 2 a (un volumen de metano a temperatura convencional y presion producidas por dfa)

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dividido entre el volumen ftquido del cultivo (VVD) de al menos aproximadamente 300 VVD; (ii) capaz de producir metano mediante metanogenesis electrobiologica en las condiciones y en una celula como se describe en el Ejemplo 2 a una VVD de al menos aproximadamente 300 VVD; o ambos de (i) y (ii). En realizaciones ejemplares, los microorganismos de la divulgacion son capaces de producir metano a partir de dioxido de carbono y gas H2 mediante metanogenesis hidrogenotropica. En realizaciones ejemplares, el microorganismo es capaz de producir metano mediante metanogenesis hidrogenotropica en las condiciones de aporte de gas H2 maximas y en un fermentador como se describe en el Ejemplo 2 a una VVD de al menos aproximadamente 300 VVD (por ejemplo, al menos o aproximadamente 500 VVD, al menos o aproximadamente 1000 VVD, al menos o aproximadamente 2000 VVD, al menos o aproximadamente 3000 VVD, al menos o aproximadamente 5000 VVD, al menos o aproximadamente 10.000 VVD. En aspectos ejemplares, el microorganismo es capaz de producir no mas de 100.000 VVD en tales condiciones. En realizaciones ejemplares, los microorganismos de la divulgacion son capaces de producir metano a partir de dioxido de carbono, electricidad y agua, mediante un proceso conocido como metanogenesis electrobiologica. En realizaciones ejemplares, el microorganismo es capaz de producir metano mediante metanogenesis electrobiologica en las condiciones y en una celula como se describe en el Ejemplo 2 a una VVD de al menos aproximadamente 300 VVD (por ejemplo, al menos o aproximadamente 500 VVD, al menos aproximadamente 1000 VVD, al menos o aproximadamente 2000 VVD, al menos o aproximadamente 3000 VVD, al menos o aproximadamente 5000 VVD, al menos o aproximadamente 10.000 VVD. En aspectos ejemplares, el microorganismo es capaz de producir no mas de 100.000 VVD en tales condiciones. En el Ejemplo 2 se exponen, por ejemplo, metodos de determinacion de la productividad de metano en unidades de VVD.

La actividad catalftica espedfica de los microorganismos metanogenicos puede expresarse como la proporcion de moles de metano formados por hora con respecto a moles de carbono en la biomasa microbiologica formados por hora. En algunas condiciones, uno de los sustratos necesarios puede estar limitando la reaccion, en cuyo caso la capacidad catalftica espedfica puede superar la actividad catalftica espedfica medida. Por lo tanto, un aumento en el sustrato limitante conducina a un aumento en la actividad catalftica espedfica observada. En otras condiciones, la actividad catalftica espedfica observada puede saturarse con sustrato, en cuyo caso un aumento en la concentracion de sustrato no producina un aumento en la actividad catalftica espedfica. En condiciones de saturacion de sustrato, la actividad catalftica espedfica observada igualana a la capacidad catalftica espedfica. En el Ejemplo 5 se describen, por ejemplo, metodos de determinacion de la actividad catalftica espedfica para la produccion de metano.

En realizaciones ejemplares, los microorganismos de la divulgacion que crecen en condiciones de estado estacionario (por ejemplo, en condiciones como se describe en el Ejemplo 1) son capaces de presentar una capacidad catalftica espedfica que esta en exceso de la actividad catalftica espedfica que soporta su crecimiento. En realizaciones ejemplares, la actividad catalftica espedfica de los microorganismos de la divulgacion es al menos 10 veces mayor que la observada durante el crecimiento en estado estacionario con tiempos de duplicacion en el intervalo de 100 horas. En realizaciones ejemplares, el microorganismo de la divulgacion es capaz de producir metano a una velocidad o una cantidad que es coherente con el aumento en el hidrogeno o electricidad suministrados a los microorganismos. Por ejemplo, en aspectos ejemplares, los microorganismos son capaces de producir un aumento de X veces en la produccion de metano en respuesta a un aumento de X veces en el aporte de gas H2 o electricidad, en el que X es cualquier numero mayor de 1, por ejemplo, 2, 5, 10. En realizaciones ejemplares, cuando se suministra un aumento de dos veces de aporte de hidrogeno (por ejemplo, de 0,2 l/min a 0,4 l/min), los microorganismos de la divulgacion son capaces de presentar un aumento de dos veces en la productividad de metano.

En aspectos ejemplares, el microorganismo de la divulgacion presenta resiliencia o resistencia adicional a la exposicion a contaminantes distintos de oxfgeno o monoxido de carbono, tales como, por ejemplo, etanol, oxidos de azufre y oxidos de nitrogeno. En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion son capaces de retornar sustancialmente el nivel de productividad de metano despues de la exposicion a un contaminante seleccionado del grupo que consiste en: etanol, oxidos de azufre y oxidos de nitrogeno. En aspectos ejemplares, los microorganismos de la divulgacion son capaces de retornar a un nivel de productividad de metano que es de al menos el 80 % del nivel de productividad de metano observada en el estado operativo al cabo de 20 minutos (por ejemplo, al cabo de 10 minutos, al cabo de 5 minutos, al cabo de 2 minutos) despues de una exposicion de al menos

10 minutos al contaminante.

Adicionalmente, los microorganismos en realizaciones ejemplares presentan caractensticas fenotfpicas distintas que las descritas en el presente documento como (1) a (6) y (i) y (ii).

En aspectos ejemplares, los microorganismos metanogenicos presentan una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca (por ejemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg, o 20 mg) de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria o una fase casi estacionaria. En aspectos ejemplares, los microorganismos metanogenicos presentan una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca (por ejemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg,

11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg o 20 mg) de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria o fase casi estacionaria durante al menos o aproximadamente 15 dfas consecutivos. En aspectos ejemplares, los microorganismos metanogenicos presentan una densidad de cultivo celular de al menos o de

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aproximadamente 6 mg de masa seca (por ejemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg o 20 mg) de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria o fase casi estacionaria durante al menos o aproximadamente 20 dfas consecutivos. En aspectos ejemplares, los microorganismos metanogenicos presentan una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca (por ejemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg, o 20 mg) de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria o una fase casi estacionaria durante al menos o aproximadamente 25 dfas consecutivos. En aspectos ejemplares, los microorganismos metanogenicos presentan una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca (por ejemplo, 6 mg, 7 mg, 8 mg, 9 mg, 10 mg, 11 mg, 12 mg, 13 mg, 14 mg, 15 mg, 16 mg, 17 mg, 18 mg, 19 mg o 20 mg) de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria o fase casi estacionaria durante al menos o aproximadamente 30 dfas consecutivos.

Cultivos

La divulgacion proporciona adicionalmente cultivos que comprenden un microorganismo de Methanothermobacter de la divulgacion, por ejemplo, un microorganismo de Methanothermobacter que es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010 en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, una variante de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus o una progenie de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. El termino “cultivo” como se usa en el presente documento se refiere a una poblacion de microorganismos vivos en o sobre medio de cultivo.

Monocultivos, cultivos sustancialmente puros

En algunas realizaciones, el cultivo es un monocultivo y/o es un cultivo sustancialmente puro. Como se usa en el presente documento el termino “monocultivo” se refiere a una poblacion de microorganismos procedentes o descendientes de una unica especie (que puede incluir multiples cepas) o de una unica cepa de microorganismo. El monocultivo en algunos aspectos es “puro”, es decir, casi homogeneo, excepto por (a) mutaciones de origen natural que pueden producirse en la progenie y (b) contaminacion natural mediante microorganismos no metanogenicos resultantes de la exposicion a condiciones no esteriles. Los organismos en monocultivo pueden crecerse, seleccionarse, adaptarse, manipularse, modificarse, mutarse o transformarse, por ejemplo por seleccion o adaptacion en condiciones espedficas, irradiacion o tecnicas del ADN recombinantes, sin perder su naturaleza de monocultivo.

Como se usa en el presente documento, un “cultivo sustancialmente puro” se refiere a un cultivo que carece sustancialmente de microorganismos distintos de las especies o cepas deseadas de microorganismos. En otras palabras, un cultivo sustancialmente puro de una cepa de microorganismo carece sustancialmente de otros contaminantes, que pueden incluir contaminantes microbianos (por ejemplo, organismos de distintas especies o cepas). En algunas realizaciones, el cultivo sustancialmente puro es un cultivo en el que mas de o aproximadamente el 70 %, mas de o aproximadamente el 75 %, mas de o aproximadamente el 80 %, mas de o aproximadamente el 85 %, mas de o aproximadamente el 90 %, mas de o aproximadamente el 91 %, mas de o aproximadamente el

92 %, mas de o aproximadamente el 93 %, mas de o aproximadamente el 94 %, mas de o aproximadamente el

95 %, mas de o aproximadamente el 96 %, mas de o aproximadamente el 97 %, mas de o aproximadamente el

98 %, mas de o aproximadamente el 99 %, de la poblacion total de los microorganismos del cultivo es una unica

especie o cepa de microorganismo metanogenicos. A modo de ejemplo, en algunas realizaciones, el cultivo sustancialmente puro es un cultivo en el que mas del 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %,

96 %, 97 %, 98 %, 99 % o mas de la poblacion total de microorganismos del cultivo es una unica especie de microorganismo metanogenico, por ejemplo, de Methanothermobacter thermautotrophicus.

En realizaciones ejemplares, el cultivo inicialmente es un monocultivo puro o sustancialmente puro. A medida que el cultivo se expone a condiciones no esteriles, el cultivo puede contaminarse con otros microorganismos no metanogenicos en el entorno sin impactar significativamente en la eficacia de produccion de metano a lo largo de un periodo 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 meses o 1,5 o 2 anos.

Cultivos mixtos

En otras realizaciones, el cultivo comprende una pluralidad de (por ejemplo, una mezcla o combinacion de dos o mas) especies distintas de microorganismos metanogenicos. En algunos aspectos, el cultivo comprende dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, nueve, diez o mas especies distintas de microorganismos metanogenicos. En algunos aspectos, el cultivo comprende una pluralidad de especies distintas de microorganismos metanogenicos, pero el cultivo carece sustancialmente de cualquier microorganismo no metanogenico.

En todavfa otras realizaciones, el cultivo comprende una pluralidad de microorganismos de especies distintas, en que al menos uno es un microorganismo metanogenico de la divulgacion. En algunos aspectos de esta realizacion, el cultivo comprende al menos uno de los microorganismos metanogenicos divulgados y adicionalmente comprende

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al menos uno de los microorganismos no metanogenicos seleccionados. En algunos aspectos, el cultivo comprende dos o mas especies distintas de metanogenos, de los cuales uno es un microorganismo metanogenico divulgado y opcionalmente comprende al menos un microorganismo no metanogenico seleccionado.

Medios de cultivo

El cultivo que comprende los microorganismos metanogenicos, por ejemplo, las arqueas metanogenicas, puede mantenerse en o cobre un medio de cultivo. En algunas realizaciones, el medio de cultivo es una solucion o suspension (por ejemplo, una solucion acuosa). En otras realizaciones, el medio de cultivo es un solido o semisolido. En otras realizaciones mas, el medio de cultivo comprende o es un gel, una gelatina o una pasta.

En realizaciones ejemplares, el medio de cultivo es uno que estimula la fase de crecimiento activo de los microorganismos metanogenicos. En aspectos ejemplares, el medio de cultivo comprende materiales, por ejemplo nutrientes, en cantidades no limitantes que soportan el crecimiento relativamente rapido de los microorganismos. Los materiales y cantidades de cada material del medio de cultivo que soporta la fase activa de los microorganismos metanogenicos variara dependiendo de la especie o cepa de los microorganismos del cultivo. Sin embargo, se encuentra dentro de la habilidad del experto habitual en la tecnica determinar los contenidos del medio de cultivo adecuados para soportar la fase activa de los microorganismos del cultivo. En algunas realizaciones, el medio de cultivo estimula o permite una fase estacionaria de los microorganismos metanogenicos. En algunas realizaciones, un medio de cultivo soportara la fase de crecimiento activa cuando los microorganismos no han alcanzado o se han aproximado a concentraciones de celulas viables suficientes para inhibir la velocidad de crecimiento, a traves del agotamiento de un nutriente esencial y/o de la produccion de metabolitos toxicos, aunque el mismo medio de cultivo soportara una fase de crecimiento estacionario o casi estacionario para el microorganismo cuando la concentracion de celulas viables alcance un determinado nivel, que un experto en la tecnica puede determinar facilmente de modo empmco. Los componentes del medio de cultivo ejemplares y las concentraciones se describen con mayor detalle mas adelante. Usando esta directriz, pueden seleccionarse variaciones alternativas para especies particulares para la metanogenesis electrobiologica en el estado operativo del reactor biologico usando tecnicas bien conocidas en el campo.

Materiales inorganicos: elementos inorganicos, minerales y sales

En algunas realizaciones, el medio para el cultivo de arqueas comprende uno o mas nutrientes que son elementos inorganicos o sales de los mismos. Los elementos inorganicos comunes incluyen pero sin limitacion fuentes de sodio, potasio, magnesio, calcio, hierro, cloro, azufre tales como sulfuro de hidrogeno o azufre elemental, fuentes de fosforo tal como fosfato y fuentes de nitrogeno tal como amonio, gas nitrogeno o nitrato. Las fuentes ejemplares incluyen NaCl, NaHCOa, KCl, MgCh, MgSO4, CaCh, sulfato ferroso, Na2HPO4, NaH2PO4 H2O, H2S, Na2S, NH4OH,

N2 y NaNO3. En algunas realizaciones, el medio de cultivo comprende adicionalmente uno o mas oligoelementos seleccionados del grupo que consiste en iones de bario, bromo, boro, cobalto, yodo, manganeso, cromo, cobre, mquel, selenio, vanadio, titanio, germanio, molibdeno, silicio, hierro, fluor, plata, rubidio, estano, circonio, cadmio, cinc, tungsteno y aluminio. Estos iones pueden proporcionarse, por ejemplo, en sales de oligoelementos, tales como H3BO3, Ba(C2H3O2)2, KBr, CoCl2-6H2O, KI, MnCl2-2H2O, Cr(SO4)3-15H2O, CuSO4-5H2O, NiSO4-6H2O, H2SeO3, NaVO3, TiCl4, GeO2 (NH4)6MoyO24-4H2O, Na2SiO3-9H2O, FeSO4-7H2O, NaF, AgNO3, RbCl, SnCl2 ,ZrOCh-8H2O, CdSO4-8H2O, ZnSO4-7H2O, Fe(NO3)3-9H2ONa2WO4, AO3-6H2O.

En algunas realizaciones, el medio comprende uno o mas minerales seleccionados del grupo que consiste en mquel, cobalto, sodio, magnesio, hierro, cobre, manganeso, cinc, boro, fosforo, azufre, nitrogeno, selenio, tungsteno, aluminio y potasio, incluyendo cualquier sal no toxica adecuada de los mismos. Por lo tanto, en algunas realizaciones, los minerales en el medio se proporcionan como sales minerales. Cualquier sal o hidrato adecuado puede usarse para preparar el medio. Por ejemplo, y en algunas realizaciones, los medios comprenden una o mas de las siguientes sales minerales: Na3nitrilotriacetato, acido nitrilotriacetico, NiCl2-6H2O, CoCl2-6H2O, Na2MoO4-H2O, MgCl2-6H2O, FeSO4-H2O, Na2SeO3, Na2WO4, KH2PO4, y NaCl. En algunas realizaciones, puede anadirse L-cistema como un tampon de reduccion-oxidacion (redox) para soportar las fases tempranas de crecimiento de un cultivo de baja densidad. En algunas realizaciones, el medio comprende mquel, opcionalmente NO2-6H2O en una cantidad de aproximadamente 0,001 mM a aproximadamente 0,01 mM, por ejemplo, 0,002 mM, 0,003 mM, 0,004 mM, 0,005 mM, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM, o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden una fuente de nitrogeno, por ejemplo, hidroxido de amoniaco o cloruro de amoniaco en una cantidad de aproximadamente 1 mM a aproximadamente 10 mM, por ejemplo, 2 mM, 3 mM, 4 mM, 5 mM, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM, o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden cobalto, por ejemplo, CoCl2-6H2O en una cantidad de aproximadamente 0,001 mM a aproximadamente 0,01 mM, por ejemplo, 0,002 mM, 0,003 mM, 0,004 mM, 0,005 mM, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden molibdeno, una fuente de molibdeno o molibdato, por ejemplo, Na2MoO4-H2O, en una cantidad de aproximadamente 0,005 mM a aproximadamente 0,05 mM, por ejemplo, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM, 0,01 mM, 0,02 mM, 0,03 mM, 0,04 mM o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden magnesio, por ejemplo, MgCl2-6H2O, en una cantidad de aproximadamente 0,5 mM a aproximadamente 1,5 mM, por

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ejemplo, 0,6 mM, 0,7 mM, 0,8 mM, 0,9 mM, 1,0 mM, 1,1 mM, 1,2 mM, 1,3 mM, 1,4 mM o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden hierro, por ejemplo, FeSO4- H2O, en una cantidad de aproximadamente 0,05 mM a aproximadamente 0,5 mM, por ejemplo, 0,06 mM, 0,07 mM, 0,08 mM, 0,09 mM, 0,1 mM, 0,2 mM, 0,3 mM, 0,4 mM, o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden una fuente de azufre o sulfato en una cantidad de aproximadamente 0,05 mM a aproximadamente 0,5 mM, por ejemplo, 0,06 mM, 0,07 mM, 0,08 mM, 0,09 mM, 0,1 mM, 0,2 mM, 0,3 mM, 0,4 mM, o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden selenio, una fuente de selenio o selenato, por ejemplo, Na2SeO3, en una cantidad de aproximadamente 0,005 mM a aproximadamente 0,05 mM, por ejemplo, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM, 0,01 mM, 0,02 mM, 0,03 mM, 0,04 mM o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden tungsteno, una fuente de tungsteno o tungstato, por ejemplo, Na2WO4, en una cantidad de aproximadamente 0,005 mM a aproximadamente 0,05 mM, por ejemplo, 0,006 mM, 0,007 mM, 0,008 mM, 0,009 mM, 0,01 mM, 0,02 mM, 0,03 mM, 0,04 mM, o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden potasio, por ejemplo, KH2PO4, en una cantidad de aproximadamente 5 mM a aproximadamente 15 mM, por ejemplo, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM,

10 mM, 11 mM, 12 mM, 13 mM, 14 mM, o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden fosforo, una fuente de fosforo o fosfato, por ejemplo, KH2PO4, en una cantidad de aproximadamente 5 mM a aproximadamente 15 mM, por ejemplo, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM, 10 mM,

11 mM, 12 mM, 13 mM, 14 mM, o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior. En algunas realizaciones, los medios comprenden NaCl en una cantidad de aproximadamente 5 mM a aproximadamente 15 mM, por ejemplo, 6 mM, 7 mM, 8 mM, 9 mM, 10 mM, 11 mM, 12 mM, 13 mM, 14 mM, o cualquier combinacion de los extremos del intervalo anterior.

En algunas realizaciones, el microorganismo se adapta para preferir condiciones altas de sal, por ejemplo de aproximadamente 1,5 M a aproximadamente 5,5 M de NaCl, de aproximadamente 3 M a aproximadamente 4 M de NaCl. En algunas realizaciones, el microorganismo se adapta para crecer en condiciones mas altas de sal que las de su entorno normal.

En algunas realizaciones, el medio de cultivo sirve para mas de un fin. Por consiguiente, en algunos aspectos, el medio de cultivo soporta el crecimiento y/o supervivencia de los microorganismos del cultivo y sirve como un medio electrolftico catodo dentro de un biorreactor. Un electrolito es una sustancia que, cuando se disuelve en agua, permite que la corriente fluya a traves de la solucion. La conductividad (o conductancia espedfica) de un medio electrolftico es una medida de su capacidad para conducir electricidad. La unidad de SI de conductividad es siemens por metro (S/m) y a menos que se califique de otra manera, se mide a una temperatura estandar a 25 °C. El agua desionizada puede tener una conductividad de aproximadamente 5,5 |iS/m, mientras que el agua de mar tiene una conductividad de aproximadamente 5 S/m (es decir, la conductividad del agua del mar es un millon de veces mas alta que la del agua desionizada).

La conductividad se determina tradicionalmente midiendo la resistencia AC de la solucion entre dos electrodos o mediante medidores de inductancia toroidales.

La conductividad limitante del hierro en agua a 298 K para iones ejemplares:

Cationes: X+0 /mS M2mol-1 aniones X+0 /mS m2mol-1

H+: 34,96 OH 19,91

Li+: 3,869 Cl 7,634

Na+: 5,011 Br 7,84

K+: 7,350 I 7,68

Mg2+: 10,612 SO42 15,96

Ca2+: 11,900 NO3 7,14

En algunas realizaciones, el medio de cultivo comprende una concentracion alta de sal con el fin de aumentar la conductividad del electrolito catodo del medio/reactor del cultivo. La conductividad se ajusta facilmente, por ejemplo, anadiendo NaCl hasta que se consiga la conductividad deseada. En realizaciones ejemplares, la conductividad del medio/electrolito esta en el intervalo de aproximadamente 5 mS/cm a aproximadamente 100 mS/cm. Esta conductividad se consigue facilmente dentro del intervalo de concentraciones de sal que son compatibles con la vida de las arqueas metanogenicas. En algunas realizaciones, la conductividad del medio/electrolito esta en el intervalo de aproximadamente 100 mS/cm a aproximadamente 250 mS/cm, que es ejemplar de un medio de alta conductividad.

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Vitaminas

En algunos aspectos, las vitaminas estan sustancialmente ausentes del medio de cultivo, para reducir la contaminacion por no metanogenos y/o para disminuir el coste del medio de cultivo, y por los tanto, el coste global del reactor biologico. Sin embargo, es posible hacer funcionar el reactor biologico usando medios complementados con una o mas vitaminas seleccionadas del grupo que consiste en acido ascorbico, biotina, cloruro de colina; D-Ca++ pantotenato, acido folico, i-inositol, menadiona, niacinamida, acido nicotmico, acido paraminobenzoico (PABA), piridoxal, piridoxina, riboflavina, tiamina-HCl, vitamina A acetato, vitamina B12 y vitamina D2. En algunas realizaciones, el medio se complementa con una vitamina que es esencial para la supervivencia del microorganismo metanogenico, pero otras vitaminas estan sustancialmente ausentes.

Otros materiales

El medio de cultivo en algunas realizaciones comprende materiales distintos de compuestos inorganicos y sales. Por ejemplo, el medio de cultivo en algunas realizaciones, comprende un agente quelante. Los agentes quelantes adecuados se conocen en la tecnica e incluyen pero sin limitacion acido nitrilotriacetico y/o sales del mismo. Ademas, en algunos aspectos, el medio de cultivo comprende un tampon redox, por ejemplo, cistina, para soportar una fase de crecimiento activo temprana en un cultivo de baja densidad.

Fuentes de carbono

En algunos aspectos, el medio de cultivo comprende una fuente de carbono, por ejemplo, dioxido de carbono, acido formico o monoxido de carbono. En algunas realizaciones, el medio de cultivo comprende una pluralidad de estas fuentes de carbono en combinacion. En realizaciones ejemplares, las fuentes de carbono organico estan sustancialmente ausentes para reducir la contaminacion mediante no metanogenos.

Fuentes de nitrogeno

En algunas realizaciones, el medio de cultivo comprende una fuente de nitrogeno, por ejemplo, amonio, amomaco anhidro, sales de amonio y similares. En algunas realizaciones, el medio de cultivo puede comprender nitrato o sales de nitrito como una fuente de nitrogeno, aunque se prefieren los compuestos de nitrogeno qmmicamente reducidos. En algunos aspectos, el medio de cultivo carece sustancialmente de una fuente de nitrogeno organico, por ejemplo, urea, agua de macerado de mafz, casema, extracto de peptona y levadura y extracto de carne. En algunas realizaciones puede servir como una fuente de nitrogeno el nitrogeno diatomico (N2), bien solo o en combinacion con otras fuentes de nitrogeno.

Oxlgeno

Los metanogenos que son principalmente anaerobios pueden a pesar de todo ser capaces de sobrevivir periodos prolongados de estres por oxfgeno, por ejemplo exposicion a aire ambiental durante al menos 6, 12, 18 o 24 horas, o 2 dfas, 3 dfas, 4 dfas, 5 dfas, 6 dfas, 1 semana o mas. De manera ideal, la exposicion al aire es durante 4 dfas o menos, o 3 dfas o menos, o 2 dfas o menos, o 24 horas o menos. La produccion de metano puede continuar en presencia de concentraciones de oxfgeno tan altas como el 2-3% de fase gaseosa durante periodos prolongados (al menos dfas). Sin embargo, los organismos anaerobios creceran de manera optima en condiciones de bajas cantidades de oxfgeno. En algunas realizaciones, el reactor biologico excluye sustancialmente oxfgeno para promover altos niveles de produccion de metano.

En algunas realizaciones, el sistema comprende diversos metodos y/o caractensticas que reducen la presencia de oxfgeno en la corriente de CO2 que se suministra al reactor biologico. Cuando los microorganismos metanogenicos anaerobios obligados se usan para catalizar la formacion de metano, la presencia de oxfgeno puede ser perjudicial para el desempeno del proceso y contamina el gas producto. Por lo tanto, la reduccion de la presencia de oxfgeno en la corriente de CO2 es util para mejorar el proceso. En una realizacion, el oxfgeno se retira por tratamiento previo de la corriente de gas en un reactor biologico. En esta realizacion, el reductor puede proporcionarse bien proporcionando una fuente de material organico (por ejemplo, glucosa, almidon, celulosa, residuos de fermentacion de una planta de etanol, residuos de suero de la leche, etc.) que pueden servir como sustrato para una fermentacion oxidativa. El catalizador biologico microbiano se elige para fermentar de un modo oxidativo la fuente organica elegida, que produce CO2 a partir del oxfgeno contaminante. En otra realizacion, la retirada de oxfgeno se realiza en el vaso de fermentacion principal mediante un cultivo mixto de microbios que incluye uno capaz de fermentacion oxidativa y una fuente organica anadida ademas de metanogeno autotrofico necesario para la produccion de metano. Un ejemplo de un cultivo mixto adecuado se aislo originalmente como “Methanobacillus omelianskif’ y se obtuvo facilmente de fuentes ambientales (Bryant et al. Archiv Microbiol 59: 20-31 (1967) “Methanobacillus omelianskii, a symbiotic association of two species of bacteria”). En otra realizacion, el dioxido de carbono en la corriente de gas de entrada se purifica de gases contaminantes incluyendo oxfgeno, mediante absorcion selectiva o mediante separacion por membrana. Se conocen en la tecnica los metodos para preparar dioxido de carbono suficientemente carente de oxfgeno.

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Medios eiemplares

En algunas realizaciones, el medio de cultivo comprende los siguientes componentes: Na3nitrilotriacetato, acido nitrilotriacetico, NiCl2-6H2O, CoCl2-6H2O, Na2MoO4-H2O, MgCl2-6H2O, FeSO4-H2O, Na2SeO3, Na2WO4, KH2PO4 y NaCl. En algunas realizaciones, puede anadirse cistema como un tampon redox para soportar fases tempranas del crecimiento de un cultivo de baja densidad. En algunas realizaciones, los medios comprenden Na3nitrilotriacetato (0,81 mM), acido nitrilotriacetico (0,4 mM), NiCl2-6H2O (0,005 mM), CoCl2-6H2O (0,0025 mM), Na2MoO4-H2O (0,0025 mM), MgCl2-6H2O (1,0 mM), FeSO4-H2O (0,2 mM), Na2SeO3 (0,001 mM), Na2WO4 (0,01 mM), KH2PO4 (l0 mM) y NaCl (10 mM). Puede incluirse L-cistema (0,2 mM).

En algunas realizaciones, el medio de cultivo comprende los siguientes componentes: KH2PO4, NH4Cl, NaCl, Na3nitrilotriacetato, NiCl2-6H2O, CoCl2-H2O, Na2MoO4-2H2O, FeSO4-7H2O, MgCl2-6H2O, Na2SeO3, Na2WO4, Na2S- 9H2O. Un medio de cultivo que comprende estos componentes puede denominarse en el presente documento como Medio 1, que es capaz de soportar la supervivencia y/o crecimiento de los microorganismos metanogenicos originalmente derivados de un entorno terrestre, por ejemplo, una especie de Methanothermobacter. Por lo tanto, en algunas realizaciones, el reactor biologico comprende un cultivo de Methanothermobacter y un medio de cultivo de Medio 1. En algunos aspectos, el medio de cultivo se ajusta con NH4OH a un pH entre aproximadamente 6,8 y aproximadamente 7,3. En algunas realizaciones, el medio de cultivo no solo soporta el crecimiento de y/o supervivencia de y/o produccion de metano por los microorganismos metanogenicos sino que tambien sirve como el medio electrolftico catodo adecuado para conducir la electricidad dentro del reactor. Por consiguiente, en algunos aspectos, la conductividad del medio de cultivo esta en el intervalo de aproximadamente 5 mS/cm a aproximadamente 100 mS/cm o aproximadamente 100 mS/cm a aproximadamente 250 mS/cm.

En algunas realizaciones, el KH2PO4 esta presente en el medio a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 1 mM a aproximadamente 100 mM, por ejemplo, aproximadamente 2 mM, aproximadamente 50 mM, aproximadamente 5 mM a aproximadamente 20 mM.

En algunas realizaciones, el NH4Cl esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 10 mM a aproximadamente 1500 mM, por ejemplo, de aproximadamente 20 mM a aproximadamente 600 mM, de aproximadamente 60 mM a aproximadamente 250 mM.

En algunas realizaciones, el NaCl esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de aproximadamente 1 mM a aproximadamente 100 mM, por ejemplo, aproximadamente 2 mM, aproximadamente 50 mM, de aproximadamente 5 mM a aproximadamente 20 mM.

En algunas realizaciones, el Na3nitrilotriacetato esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de aproximadamente 0,1 mM a aproximadamente 10 mM, por ejemplo, 0,20 mM a aproximadamente 6 mM, de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2,5 mM.

En algunas realizaciones, el NO2-6H2O esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de

aproximadamente 0,00025 a aproximadamente 0,025 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,005 mM a aproximadamente 0,0125 mM, de aproximadamente 0,0005 mM a aproximadamente 0,005 mM.

En algunas realizaciones, el CoCl2-H2O esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de

aproximadamente 0,0005 mM a aproximadamente 0,05 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,001 mM a aproximadamente 0,025 mM, de aproximadamente 0,0025 mM a aproximadamente 0,01 mM.

En algunas realizaciones, el Na2MoO4-2H2O esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de aproximadamente 0,00025 mM a aproximadamente 0,025 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,0005 mM a aproximadamente 0,0125 mM, de aproximadamente 0,00125 mM a aproximadamente 0,005 mM.

En algunas realizaciones, el FeSO4-7H2O esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de

aproximadamente 0,02 mM a aproximadamente 2 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,04 mM a aproximadamente 1 mM, de aproximadamente 0,1 mM a aproximadamente 0,4 mM.

En algunas realizaciones, el MgCl2-6H2O esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de

aproximadamente 0,1 mM a aproximadamente 10 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,2 mM a aproximadamente 5 mM, de aproximadamente 0,5 mM a aproximadamente 2 mM.

En algunas realizaciones, el Na2SeO3 esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de aproximadamente 0,0001 mM a aproximadamente 0,01 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,0002 mM a aproximadamente 0,005 mM, de aproximadamente 0,0005 mM a aproximadamente 0,002 mM.

En algunas realizaciones, el Na2WO4 esta presente en el medio de cultivo dentro del intervalo de aproximadamente 0,001 mM a aproximadamente 0,1 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,05 mM a aproximadamente 0,05 mM, de aproximadamente 0,005 mM a aproximadamente 0,02 mM.

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En algunas realizaciones, el Medio 1 se complementa con componentes, tal como sulfuro, que soporta la fase de crecimiento activo o la multiplicacion relativamente rapida del microorganismo. Por consiguiente, en algunos aspectos, el medio de cultivo comprende una concentracion superior de sulfuro, por ejemplo, 0,1 mM a aproximadamente 10 mM (por ejemplo, de aproximadamente 0,2 mM a aproximadamente 5 mM, de aproximadamente 0,5 mM a aproximadamente 2 mM), de aproximadamente 0,5 a 5 mM, o de aproximadamente Na2S-9H2O 1 mM, y preferentemente mayor de Na2S-9H2O 0,01 mM, opcionalmente con un pH entre aproximadamente 6,8 y aproximadamente 7,0. En otras realizaciones, el Medio 1 soporta la fase de crecimiento estacionario o casi estacionario del microorganismo y el medio comprende una concentracion inferior de sulfuro. Por consiguiente, en algunos aspectos, el cultivo comprende aproximadamente Na2S-9H2O 0,01 mM o menos, y no Na2S-9H2O 1 mM, opcionalmente con un pH entre aproximadamente 7,2 y aproximadamente 7,4.

En algunas realizaciones, el medio de cultivo comprende los siguientes componentes: KH2PO4, NaCl, NH4Cl, Na2CO3, CaCl2 x 2H2O, MgCh x 6H2O, FeCh x 4H2O, NiCh x 6H2O, Na2SeO3 x 5 H2O, Na2WO4 x H2O, MnCh x

4H2O, ZnCl2, H3BO3, CoC^x 6H2O, CuCl2x 2H2O, Na2MoO4x 2H2O, acido Nitrilotriacetico, acido Na3nitrilotriacetico, KA1(SO4)2 x 12 H2O, Na2S x 9H2O. Un medio de cultivo que comprende estos componentes puede denominarse en el presente documento como Medio 2, el cual es capaz de soportar la supervivencia y/o el crecimiento de microorganismos metanogenicos originalmente obtenidos de un entorno marino, por ejemplo, una especie de Methanocaldooccus, especie de Methartotorris, especie de Methartopyrus o especie de Methartothermococcus. En algunos aspectos, el medio de cultivo se ajusta con NH4OH a un pH entre aproximadamente 6,3 y aproximadamente 6,8 (por ejemplo de aproximadamente 6,4 a aproximadamente 6,6). En algunas realizaciones, el medio de cultivo no solo soporta el crecimiento y/o la supervivencia de y/o la produccion de metano por los microorganismos metanogenicos sino que tambien sirve como el medio electrolftico catodo adecuado para conducir la electricidad dentro del reactor. Por consiguiente, en algunos aspectos, la conductividad del medio de cultivo esta en el intervalo de aproximadamente 5 mS/cm a aproximadamente 100 mS/cm o de aproximadamente 100 mS/cm a aproximadamente 250 mS/cm.

En algunas realizaciones, el KH2PO4 esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,35 mM a aproximadamente 37 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,7 mM a aproximadamente 0,75 mM, de aproximadamente 1,75 mM a aproximadamente 7,5 mM.

En algunas realizaciones, el NaCl esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 17 mM a aproximadamente 1750 mM, por ejemplo, de aproximadamente 30 mM a aproximadamente 860 mM, de aproximadamente 80 mM a aproximadamente 350 mM.

En algunas realizaciones, el NH4Cl esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,7 mM a aproximadamente 750 mM, por ejemplo, de aproximadamente 1,5 mM a aproximadamente 40 mM, de aproximadamente 3,75 mM a aproximadamente 15 mM.

En algunas realizaciones, el Na2CO3 esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 5 mM a aproximadamente 600 mM, por ejemplo, de 10 mM a aproximadamente 300 mM, de aproximadamente 30 mM a aproximadamente 150 mM.

En algunas realizaciones, el CaCl2 x 2H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 50 mM, por ejemplo, 0,2 mM a aproximadamente 5 mM, de aproximadamente 0,5 mM a aproximadamente 2 mM.

En algunas realizaciones, el MgCh x 6H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 3 mM a aproximadamente 350 mM, por ejemplo, de aproximadamente 6,5 mM a aproximadamente 175 mM, de aproximadamente 15 mM a aproximadamente 70 mM.

En algunas realizaciones, el FeCh x 4H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,003 mM a aproximadamente 0,3 mM, por ejemplo, aproximadamente 0,006 mM a aproximadamente 0,15 mM, de aproximadamente 0,015 mM a aproximadamente 0,06 mM.

En algunas realizaciones, el NiCh x 6H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,0005 mM a aproximadamente 0,007 mM, por ejemplo, 0,0012 mM a

aproximadamente 0,03 mM, de aproximadamente 0,003 mM a aproximadamente 0,012 mM.

En algunas realizaciones, el Na2SeO3 x 5 H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,0001 mM a aproximadamente 0,01 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,00025 mM a aproximadamente 0,01 mM, de aproximadamente 0,001 mM a aproximadamente 0,005 mM.

En algunas realizaciones, el Na2WO4 x H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,0005 mM a aproximadamente 0,007 mM, por ejemplo, 0,0012 mM a

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En algunas realizaciones, el MnCl2 x 4H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,003 mM a aproximadamente 0,4 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,08 mM a aproximadamente 2 mM, de aproximadamente 0,02 mM a aproximadamente 0,08 mM.

En algunas realizaciones, el ZnCl2 esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,0005 mM a aproximadamente 0,007 mM, por ejemplo, 0,0012 mM a aproximadamente 0,03 mM, de aproximadamente 0,003 mM a aproximadamente 0,012 mM.

En algunas realizaciones, el H3BO3 esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,0001 mM a aproximadamente 0,01 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,00025 mM a aproximadamente 0,01 mM, de aproximadamente 0,001 mM a aproximadamente 0,005 mM.

En algunas realizaciones, el CoC-i2 x 6H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,0005 mM a aproximadamente 0,007 mM, por ejemplo, 0,0012 mM a

En algunas realizaciones, el CuCl2 x 2H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,00004 mM a aproximadamente 0,004 mM, por ejemplo, 0,00008 mM a

aproximadamente 0,002 mM, de aproximadamente 0,0002 mM a aproximadamente 0,0008 mM.

En algunas realizaciones, el Na2MoO4 x 2H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del

intervalo de aproximadamente 0,00004 mM a aproximadamente 0,004 mM, por ejemplo, 0,00008 mM a

En algunas realizaciones, el acido nitrilotriacetico esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,003 mM a aproximadamente 0,7 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,12 mM a aproximadamente 0,3 mM, de aproximadamente 0,03 mM a aproximadamente 0,12 mM.

En algunas realizaciones, el acido Na3nitrilotriacetico esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,002 mM a aproximadamente 0,2 mM, por ejemplo, de aproximadamente 0,004 mM a aproximadamente 0,1 mM, de aproximadamente 0,01 mM a aproximadamente 0,04 mM.

En algunas realizaciones, el KA1(SO4)2 x 12 H2O esta presente en el medio de cultivo a una concentracion dentro del intervalo de aproximadamente 0,00004 mM a aproximadamente 0,004 mM, por ejemplo, 0,00008 mM a aproximadamente 0,002 mM, de aproximadamente 0,0002 mM a aproximadamente 0,0008 mM.

En algunas realizaciones, la concentracion de sales en el Medio 2 se ajusta hacia arriba hasta el intervalo de 400 a 800 mM para la formulacion del electrolito en el reactor. Adicionalmente, la concentracion de sulfuro de cultivos relativamente estacionarios se ajusta hacia abajo hasta el intervalo de <0,01 mM (<1 ppm de sulfuro en la corriente de gas de salida).

En algunos ejemplos, los medios se rodan con una mezcla de gas H2: CO2 en una proporcion 4:1. La mezcla de gas puede, en algunas realizaciones, generarse con controladores de flujo de masa a un flujo total de 250 ml/minuto. En algunas realizaciones, el medio debe rellenarse a una velocidad adecuada para mantener una concentracion util de minerales esenciales y para eliminar cualquiera de los productos metabolicos que pueden inhibir la metanogenesis. Las velocidades de dilucion por debajo de 0,1 volumenes de cultivo por hora son adecuadas, ya que producen concentraciones volumetricas altas de capacidad de generacion de metano activo.

Condiciones de cultivo

Los microorganismos pueden cultivarse en cualquier conjunto de condiciones adecuadas para la supervivencia y/o produccion de metano. Las condiciones adecuadas incluyen las descritas a continuacion.

Temperatura

En algunas realizaciones, la temperatura del cultivo se mantiene cerca de la temperatura optima para el crecimiento del organismo usado en el cultivo (por ejemplo de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 65 °C para termofilos tales como Methanothermobacter thermautotrophicus y Methanothermobacter marburgensis, y de aproximadamente 85 °C a aproximadamente 90 °C para organismos tales como Methartocaldococcus jannaschii, Methanocaldococcus fervens, Methanocaldococcus indicus, Methanocaldococcus infernus y Methanocaldococcus vulcanius). Sin embargo, se contempla que pueden usarse temperaturas por encima o por debajo de las temperaturas de crecimiento optimo. De hecho, pueden obtenerse velocidades de conversion superiores de metano a temperaturas por encima de la temperatura de velocidad de crecimiento optima. Se contemplan temperaturas de aproximadamente 50 °C o superiores, por ejemplo, de aproximadamente 51 °C o superiores, de aproximadamente 52 °C o superiores, de aproximadamente 53 °C o superiores, de aproximadamente 54 °C o superiores, de aproximadamente 55 °C o superiores, aproximadamente 56 °C o superiores, de aproximadamente 57 °C o

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superiores, de aproximadamente 58 °C o superiores, de aproximadamente 59 °C o superiores, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 120 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 80 °C. Se contemplan temperaturas de aproximadamente 40 °C o superiores, o de aproximadamente 50 °C o superiores, por ejemplo de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 150°C, de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 120 °C, de aproximadamente 50°C a aproximadamente 120 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 100 °C o de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 100 °C.

A la vista de lo anterior, la temperatura a la cual el cultivo se mantiene puede considerarse como una descripcion de los microorganismos metanogenicos contemplados en el presente documento. Por ejemplo, cuando la temperatura del cultivo se mantiene a una temperatura entre 55 °C y 120 °C, el microorganismo metanogenico se considera como uno que puede cultivarse a esta temperatura. Por consiguiente, el microorganismo metanogenico en algunas realizaciones es un termofilo o un hipertermofilo. En algunos aspectos, el cultivo comprende un microorganismo metanogenico termofilo autotrofo o un microorganismo metanogenico hipertermofilo autotrofo. En algunos aspectos, el cultivo del reactor biologico comprende un microorganismo metanogenico termofilo autotrofo o un microorganismo metanogenico hipertermofilo autotrofo, cualquiera de los cuales es tolerante a un medio de cultivo de alta conductividad (por ejemplo, de aproximadamente 100 mS/cm a aproximadamente 250 mS/cm), como se describe en el presente documento, por ejemplo, un halofilo.

Las arqueas pueden ser capaces de sobrevivir durante periodos prolongados a temperaturas suboptimas. En algunas realizaciones, los microorganismos cultivados de la divulgacion estan adaptados para sobrevivir a temperatura ambiente (por ejemplo 22-28 °C) durante un penodo de al menos tres semanas a 1, 2, 3, 4, 5, 6 meses.

En algunas realizaciones, los organismos en el cultivo no son mesofilos. En algunas realizaciones, el cultivo no se mantiene a una temperatura inferior o de aproximadamente 37 °C. Con respecto a los organismos termofilos o hipertermofilos (incluyendo, pero sin limitacion, Methanothermobacter thermautotrophicus, Methanothermobacter marburgensis, Methartocaldococcus jannaschii, Methanocaldococcus fervens, Methartocaldococcus indicus, Methanocaldococcus infernus, y Methanocaldococcus vulcanius), en algunas realizaciones, la temperatura del cultivo es por ejemplo de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 150 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 120 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 100 °C o de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 80 °C.

pH

Los microrganismos de la divulgacion pueden adaptarse a sobrevivir en un intervalo de condiciones de pH. En algunas realizaciones, el pH del cultivo que comprende microorganismos metanogenicos esta entre aproximadamente 3,5 y aproximadamente 10,0, aunque para las condiciones del crecimiento, el pH puede estar entre aproximadamente 6,5 y aproximadamente 7,5. Por ejemplo, el pH del cultivo puede ser de aproximadamente 3,5, de aproximadamente 3,6, de aproximadamente 3,7, de aproximadamente 3,8, de aproximadamente 3,9, de

aproximadamente: 4,0, de aproximadamente 4,5, de aproximadamente 5,0, de aproximadamente 5,5, de

aproximadamente: 6,0, de aproximadamente 6,5, de aproximadamente 7,0, de aproximadamente 7,5, de

aproximadamente: 8,0, de aproximadamente 8,5, de aproximadamente 9,0, de aproximadamente 9,5, de

aproximadamente 10,0. En algunas realizaciones, el pH de los medios es acido, por ejemplo, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5,5, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 4, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 3, de aproximadamente 1 a aproximadamente 3, o de aproximadamente 2 a aproximadamente 3. En algunas realizaciones, el pH de los medios es proximo al pH neutro, por ejemplo de aproximadamente 6 a aproximadamente 8. En algunas realizaciones, el pH de los medios es alcalino, por ejemplo, de aproximadamente 8,5 a aproximadamente 11, o de aproximadamente 8 a aproximadamente 10. El pH de los medios puede modificarse por medios conocidos en la tecnica. Por ejemplo, el pH puede controlarse rociando CO2 y/o anadiendo acido (por ejemplo, HCL) o base (por ejemplo, NaOH o NH4OH) segun se requiera.

Presion y otros parametros

En algunas realizaciones, los cultivos se mantienen en un recipiente de cultivo dentro de un intervalo de aproximadamente 0,5 atmosferas a aproximadamente 500 atmosferas. El cultivo puede mantenerse con una fuente de agitacion, sacudida, mezclado intermitente, y similares. Ademas, en realizaciones ejemplares, el gas metano retirado del cultivo comprende adecuadamente menos de aproximadamente 450 ppm de sulfuro de hidrogeno, o como alternativa menos de aproximadamente 400 ppm, 300 ppm, 200 ppm, 150 ppm, 100 ppm, 50 ppm o 20 ppm del sulfuro de hidrogeno. Son adecuadas las velocidades de suministro de gas total (CO2) en el intervalo de un volumen de gas de 0,2 a 4 (STP) por volumen de cultivo por minuto, ya que mantienen y aprovechan altas concentraciones volumetricas de capacidad de generacion de metano activo. En una realizacion, durante la metanogenesis el potencial redox se mantiene por debajo de -100 mV o menor. El metodo de la divulgacion incluye condiciones en las que el potencial redox se aumenta transitoriamente por encima de -100 MV, como por ejemplo cuando se anade aire al sistema.

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Envases de cultivo

Un reactor biologico, tambien conocido como un recipiente fermentador, biorreactor o simplemente reactor, como se expone en el presente documento, puede ser cualquier recipiente adecuado en el que tiene lugar la metanogenesis. Los reactores biologicos adecuados deben tener un tamano en relacion al volumen de la fuente de CO2. Las corrientes tipicas de 997.903,214 kg de CO2Ma de una fabrica de etanol de 378.541.178,4 l/ano necesitanan un fermentador de recuperacion de CO2/produccion de metano de una capacidad total de aproximadamente 2.839.058,84 l. Senan adecuados los recipientes fermentadores similares a las unidades fermentadoras individuales de 2.839.058,84 l instaladas en tal fabrica de etanol.

Volumen y densidad del cultivo

La concentracion de celulas vivas en el medio de cultivo (densidad del cultivo) se mantiene en algunas realizaciones por encima de 1 g de peso seco/l. En determinadas realizaciones, la densidad puede ser de 30 g de peso seco/l o mayor. El volumen de cultivo se basa en el volumen del poro dentro de la estructura de catodo porosa dentro del reactor, mas cualquier volumen necesario para rellenar cualquiera de los componentes auxiliares del sistema del reactor, tales como bombas y separadores de lfquido/gas.

Medio de cultivo para reducir la contaminacion por no metanogenos

La expresion “no metanogeno” como se usa en el presente documento se refiere a cualquier microorganismo que no es un metanogeno o que no es una celula hospedadora que expresa genes que permitan la metanogenesis. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las arqueas se cultivan en condiciones en las que la temperatura, el pH, la salinidad, concentracion de sulfuro, fuente de carbono, concentracion de hidrogeno o fuente electrica se modifica de tal manera que el crecimiento de los no metanogenos se retrasa significativamente en tales condiciones. Por ejemplo, en algunas realizaciones, los metanogenos se cultivan a una temperatura que es mayor de 37 °C. En algunos aspectos, los microorganismos metanogenicos se cultivan a una temperatura de al menos 50 °C o mayor, como se indica en el presente documento, por ejemplo 100 °C o mas, para evitar la contaminacion por no metanogenos mesofilos. En otras realizaciones, los metanogenos se cultivan en condiciones de alta salinidad (por ejemplo, >75 %) para evitar la contaminacion por no metanogenos que no son capaces de crecer en condiciones de alta sal. En otras realizaciones mas, los metanogenos se cultivan en condiciones en las que el pH de los medios de cultivo se modifica para que sea mas acido o mas basico para reducir o eliminar la contaminacion por no metanogenos que no son capaces de crecer en tales condiciones.

La contaminacion por no metanogenos tambien puede realizarse minimizando en los medios las cantidades de nutrientes de carbono organico (por ejemplo, azucares, acidos grasos, aceites, etc.). Por ejemplo, en algunas realizaciones, los nutrientes organicos estan sustancialmente ausentes del medio.

En algunas realizaciones, los componentes necesarios para el crecimiento de los organismos no metanogenicos estan sustancialmente ausentes de los medios. Tales componentes incluyen, pero sin limitacion, una o mas fuentes de carbono organico, y/o una o mas fuentes de nitrogeno organico, y/o una o mas vitaminas. En algunas realizaciones esta sustancialmente ausente de los medios el formato, acetato, etanol, metanol, metilamina y cualquier otro material organico metabolicamente disponible.

En algunas realizaciones, las condiciones de alta sal que permiten la supervivencia de los metanogenos puede retrasar el crecimiento de organismos contaminantes.

En algunas realizaciones, las altas temperaturas que permiten la supervivencia de los metanogenos pueden retrasar el crecimiento de organismos contaminantes.

La expresion “carece sustancialmente” o “ausente sustancialmente” o “excluye sustancialmente” como se usa en el presente documento se refiere a la condicion cualitativa de carecer de una cantidad de un componente particular significativo suficiente para contribuir a la funcion deseada (por ejemplo, crecimiento de microorganismos, produccion de metano). En algunas realizaciones, la expresion “carece sustancialmente” cuando se aplica a un componente determinado de los medios significa que los medios contienen menos del 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,9%, 0,8 %, 0,7 %, 0,6 %, 0,5 %, 0,4 %, 0,3 %, 0,2 %, 0,1 % o menos de ese componente. En algunas realizaciones, los medios no contienen cantidades detectables de un componente determinado.

Sistemas

La divulgacion proporciona adicionalmente un sistema o aparato para transformar dioxido de carbono en metano que incluye un aporte de dioxido de carbono, una fuente de poder reductor y un microorganismo en conformidad con la divulgacion, o una variante o progenie del mismo, como se describe anteriormente.

En aspectos ejemplares, la fuente de poder reductor (en su totalidad o en parte) es hidrogeno, por ejemplo, gas hidrogeno (H2). Por consiguiente, en aspectos ejemplares, el sistema de la presente divulgacion incluye un aporte de

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dioxido de carbono, un aporte de gas hidrogeno y un microorganismo de acuerdo con la divulgacion o una variante o progenie del mismo, como se describe en el presente documento.

En otros aspectos ejemplares, la fuente de poder reductor (en su totalidad o en parte) son electrones, por ejemplo, iones hidronio. Por consiguiente, en aspectos ejemplares, el sistema comprende un reactor biologico que tiene al menos un catodo, un anodo, un aporte de dioxido de carbono, agua y un microorganismo de acuerdo con la divulgacion o una variante o progenie del mismo, como se describe en el presente documento. En aspectos ejemplares, el reactor biologico comprende al menos una primera camara que incluye el catodo, el microorganismo, su variante o progenie y agua, y una segunda camara que incluye al menos el anodo. En aspectos ejemplares, ademas del reactor biologico, el sistema incluye adicionalmente una fuente de electricidad acoplada al anodo y al catodo, un aporte de dioxido de carbono acoplado a la primera camara y una salida para recibir metano de la primera camara.

Realizaciones del digestor

Usando el microorganismo descrito anteriormente, es posible producir metano a partir de energfa electrica en un proceso de dos etapas, tal como se indica esquematicamente en la Fig. 1. La primera etapa usana la energfa electrica para fabricar gas hidrogeno a partir de agua en un sistema de electrolisis de agua 50 convencional. En una segunda etapa, el gas hidrogeno (a usar como energfa reductora) despues podna bombearse en una camara de reaccion metanogenica 52, tal como un reactor biologico como se describe con mas detalle en la Publicacion de Estados Unidos n.° 2009/0130734 de Laurens Mets.

En particular, la Fig. 2 ilustra una realizacion de una fabrica que usa los microorganismos descritos anteriormente. Una fuente de dioxido de carbono industrial (A) - por ejemplo una fabrica de etanol combustible - con dioxido de carbono efluente y demanda de gas natural, descarga dioxido de carbono a un tanque de recogida y almacenamiento de dioxido de carbono (B), por ejemplo. Un hidrolizador (C) produce hidrogeno, adecuadamente a partir de electrolisis. El hidrogeno producido por el hidrolizador (C) se recoge en un tanque de almacenamiento de hidrogeno (D). El hidrogeno y el dioxido de carbono de sus respectivos tanques de almacenamiento pueden suministrarse a traves de un depurador de oxfgeno (E) para la retirada de oxfgeno de la corriente efluente de dioxido de carbono. Despues de pasar a traves del depurador de oxfgeno (E), el hidrogeno y el dioxido de carbono se suministran al interior de un sistema digestor/fermentador/biorreactor (F) para la transformacion de dioxido de carbono e hidrogeno en metano. Un tanque de almacenamiento que proporciona medio (I) tambien se conecta al sistema (F) para proporcionar el abastecimiento de nutrientes en el sistema (F). El gas metano descargado del sistema (F) pasa a traves de un depurador de azufre (G) para recuperar azufre de la corriente de metano producto. El gas metano puede almacenarse despues en un tanque de almacenamiento de metano (H).

Un biorreactor, que tambien se conoce como digestor o recipiente fermentador, como se expone en la presente divulgacion es en cualquier recipiente adecuado en el que se tiene lugar la metanogenesis. Los biorreactores adecuados debenan tener un tamano relativo al volumen de la fuente de dioxido de carbono. Las corrientes tfpicas de dioxido de carbono de 2.200.000 lb/dfa de una fabrica de etanol de 100.000.000 gal/ano necesitana un biorreactor de recuperacion de dioxido de carbono/produccion de metano de aproximadamente una capacidad total de 750.000 gal. Recipientes similares a las unidades fermentadores individuales de 750.000 gal normalmente instaladas en dicha fabrica de etanol pueden por tanto ser un biorreactor adecuado.

La Fig. 3 ilustra una realizacion de un biorreactor estratificado que puede usarse en la fabrica de la Fig. 2, por ejemplo. En esta realizacion, el biorreactor tiene la entrada de dioxido de carbono e hidrogeno en la parte inferior del biorreactor junto con los nutrientes para el biorreactor. Un impulsor mecanico se coloca en la parte superior del biorreactor y se usa para mover un aparato de mezclado dentro del biorreactor. El biorreactor tiene tres zonas, A, B y C. La zona A en la parte inferior del reactor es una zona de alto contenido en dioxido de carbono. La zona B en el centro del biorreactor tiene una presencia disminuida de dioxido de carbono y la zona C en la parte superior del reactor tiene poco o nada de dioxido de carbono. El metano producido y el medio gastado se retiran de la parte superior del biorreactor.

La Fig. 4 ilustra una realizacion de un biorreactor en cascada que puede en cambio usarse en la fabrica de la Fig. 2. En esta realizacion, el hidrogeno, el dioxido de carbono y todos los nutrientes celulares se suministran en la parte inferior de un primer compartimento (A). En este compartimento (A), incluso despues del procesamiento, hay todavfa un alto nivel de dioxido de carbono. El gas producido por la reaccion en el primer compartimento (A) se transfiere despues desde la parte superior del primer compartimento a la parte inferior de un segundo compartimento (B) junto con nutrientes celulares. En este segundo compartimento (B), el nivel de dioxido de carbono disminuye desde los niveles encontrados en el primer compartimento (A). El gas producido por la reaccion en el segundo compartimento (B) se transfiere desde la parte superior del segundo compartimento (B) a la parte inferior de un tercer compartimento (C) junto con nutrientes celulares. En este tercer compartimento (C), la mayona (si no todo) el dioxido de carbono se ha retirado y solamente se deja sin retirar el gas metano de la parte superior del compartimento. En cada uno de los compartimentos, el medio gastado puede retirarse de los mismos.

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Realizaciones del reactor biologico

En la alternativa a las realizaciones del digestor, puede ser posible usar el microorganismo descrito anteriormente para procesar o transformer dioxido de carbono en metano usando un aparato electrobiologico. Los sistemas y aparatos de esta categona se describen adicionalmente en la Solicitud de Patente Internacional n.° PCT/US2010/040944, presentada el 2 de julio de 2010. El aparato puede denominarse en el presente documento como un reactor biologico, biorreactor, procesador, convertidor o generador. Se reconocera que esta designacion no pretende limitar el papel que el convertidor puede realizar dentro de un sistema que incluye uno o mas convertidores.

Por ejemplo, el aparato proporciona una fuente de energfa basada en carbono no fosil. En este sentido, el aparato va a usarse para generar una fuente de energfa que puede sustituirse por combustibles de carbono basados en fosiles, para reducir la dependencia de los combustibles de carbono basados en fosiles, por ejemplo. Adicionalmente, el aparato convierte o procesa el dioxido de carbono para generar esta fuente de energfa. En este sentido, el aparato retira el dioxido de carbono del entorno, que puede ser una actividad beneficiosa en sf y por sf misma. Tal retirada de dioxido de carbono del medio puede realizarse retirando el dioxido de carbono directamente de la atmosfera o utilizando dioxido de carbono de otro proceso industrial e impidiendo de este modo que dicho dioxido de carbono se libere a la atmosfera o en un sistema de almacenamiento o en otro proceso. Adicionalmente, el aparato convierte o procesa el dioxido de carbono en metano usando electricidad para transformar la electricidad en otra fuente de energfa cuando la demanda de electricidad puede ser tal que la electricidad de otra manera se desperdiciana o comercializada con perdidas para el productor de electricidad, por ejemplo. En este sentido, el aparato puede verse como parte de un sistema de almacenamiento de energfa. En la operacion de una red energetica, o una central electrica individual u otra fuente de energfa en la red, o como parte de una instalacion no asociada con una red energetica, o en la operacion de un reactor biologico, uno o mas reactores biologicos pueden usar la produccion de energfa disponible para consumir como una aporte de dioxido de carbono, agua o energfa electrica y para producir metano u oxfgeno cuando las condiciones de la empresa son favorables para proporcionar un incentivo mayor que para otro uso de tales aportes. Tales condiciones pueden existir cuando determinadas normas reguladoras, acuerdos de adquisicion de energfa, derechos de emision de carbono, oportunidades futuras de comercio, capacidad de almacenamiento, demanda electrica, impuestos, exenciones o desgravaciones fiscales, contratos, preferencias del cliente, capacidad de transmision, condiciones de fijacion de precios u otros incentivos comerciales, pueden proporcionar suficiente valor para la operacion del reactor biologico para producir metano u oxfgeno o para consumir dioxido de carbono, agua o energfa electrica. Ademas de los anteriores y otros usos, el aparato transforma energfa electrica en metano que puede transmitirse mediante tubenas de transmision de gas natural que en una base por unidad de energfa, son menos costosas que las lmeas de transmision electrica y en algunas localidades los lmeas de transmision electrica pueden no tener tanta capacidad de transmision disponible como las lmeas de transmision de gas natural. En este sentido, el aparato puede verse como parte de un sistema de transmision de energfa. Todas estas funciones puede realizarlas un aparato de acuerdo con la divulgacion.

Como se ilustra en la Fig. 5, el reactor biologico de acuerdo con la divulgacion puede incluir un envase que se divide en al menos una primera camara y una segunda camara. En la primera camara se dispone al menos un catodo, y en la segunda camara se dispone al menos un anodo. La primera camara puede tener entradas que estan conectadas con una fuente de gas dioxido de carbono y una fuente de agua, y una salida que esta conectada, por ejemplo, a un dispositivo de almacenamiento usado para almacenar el metano producido en la primera camara. La primera y segunda camaras estan separadas por un divisor que es permeable a iones (protones) para permitirles que se desplacen desde la segunda camara a la primera camara. Esta membrana tambien puede ser impermeable a productos gaseosos y a productos secundarios del proceso de conversion para limitar o evitar que se desplacen entre la primera camara y la segunda camara.

Los organismos metanogenicos pueden cultivarse, por ejemplo, en biorreactores de tanque de agitacion o mezclado, biorreactores de fibra hueca o biorreactores de lecho fluido, y funcionar en un modo discontinuo, continuo, semicontinuo o de perfusion. En el modo discontinuo (un solo lote), una cantidad inicial de medio que contiene nutrientes necesarios para el crecimiento se anade al reactor biologico, y el reactor biologico se hace funcionar hasta que el numero de celulas viables aumenta a un estado estacionario maximo, o condicion estacionaria. En el modo semidiscontinuo, se anaden al cultivo a intervalos fijos los medios concentrados o cantidades seleccionadas de nutrientes individuales. Los microorganismos metanogenicos pueden sobrevivir durante anos en condiciones semidiscontinuas, siempre que cualquier producto residual se minimice o elimine eficazmente para evitar la perdida de eficacia de la produccion de metano a lo largo del tiempo. Cualquier producto residual inhibidor puede retirarse mediante procesos de produccion de perfusion continua, bien conocidos en la tecnica. Los procesos de perfusion pueden implicar dilucion simple mediante aporte continuo de medio reciente en el cultivo, mientras que el mismo volumen se retira de manera continua del reactor. Los procesos de perfusion tambien pueden implicar la retirada continua selectiva de medio mediante centrifugacion, mientras que las celulas quedan retenidas en el cultivo o por retirada selectiva de componentes toxicos mediante dialisis, adsorcion, electroforesis u otros metodos. Los cultivos perfundidos de manera continua pueden mantenerse durante semanas, meses o anos.

La Fig. 6 ilustra una primera realizacion de un sistema 100 que puede usarse, por ejemplo, para transformar energfa electrica en metano. El sistema 100 incluye un reactor biologico 102 que tiene al menos una primera camara 104 y

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una segunda camara 106. La primera camara 104 puede contener al menos un catodo 108, un cultivo que comprende microorganismos metanogenicos vivos y agua. En particular, el cultivo puede incluir los microorganismos descritos anteriormente y el agua puede ser parte de un medio de electrolito acuoso compatible con los microorganismos vivos. La segunda camara puede contener al menos un anodo 110.

El reactor biologico 102 puede incluir tambien una barrera 112 permeable a protones. La barrera 112 puede ser al menos semipermeable a gases, aunque de acuerdo con determinadas realizaciones, la barrera 112 es impermeable a gases. De acuerdo con determinadas realizaciones, la barrera 112 impermeable puede ser una membrana electrolito polimerica (MEP) solida, tal como esta disponible con el nombre comercial Nation de E. I. de Pont de Nemours y Comparfta. Para una transformacion de energfa optima en el reactor de acuerdo con determinadas realizaciones, se piensa que la permeabilidad de la barrera a iones hidronio debe preferentemente ser de un mmimo de dos ordenes de magnitud mayor en base molar en comparacion que la permeabilidad de la barrera al oxfgeno en condiciones de funcionamiento del reactor. Otras membranas MEP adecuadas que cumplen estos criterios, tales como copoftmeros en bloque de poliarileno sulfonatado (vease, por ejemplo, Bae, B., K Miyatake, y M. Watanabe. Macromolecules 43: 2684-2691 (2010) y Nafion soportado en pTfE (vease, por ejemplo, G.B. Jung, et al., J Fuel Cell Technol 4: 248-255(2007), estan bajo desarrollo activo en numerosos laboratorios. Las membranas MEP comerciales adecuadas, ademas de Nafion, incluyen Gore-Select (PRIMEA), Flemion (Asahi), ionomero Fluoropolimerico 3M, SPEEK (Polifuel), membrana mezclada Kynar (Arkema), Fumapem (FuMA-Tech) y Solupor (Lydall).

En el reactor biologico 102, se piensa que el agua actua como un donador de electrones netos para los microorganismos metanogenicos en el reactor biologico. Por consiguiente, tambien se piensa que la barrera 112 debe ser permeable a iones hidronio (H3O+). La MEP Nafion es un ejemplo de un material adecuado para tal barrera 112.

El catodo 108 puede fabricarse de un material poroso electricamente conductor. En particular, en determinadas realizaciones el catodo 108 puede fabricarse de una espuma de carbono vftreo reticulado. Como se explica con mayor detalle mas adelante, pueden usarse otros materiales. De acuerdo con determinadas realizaciones, los poros del catodo pueden ser lo suficientemente grandes (por ejemplo, mas de 1-2 micrometros en dimension minima) para alojar microrganismos metanogenicos vivos dentro de los poros. La conductividad electrica de la matriz del catodo es preferentemente al menos dos ordenes de magnitud mayor que la conductividad ionica del medio de electrolito acuoso contenido dentro de sus poros.

Se reconocera que el papel del catodo 108 es aportar electrones a los microorganismos minimizando al mismo tiempo las reacciones secundarias y minimizando la perdida de energfa. Adicionalmente, es ventajoso que el catodo sea economico. Actualmente, se piensa que determinados materiales pueden ser mas o menos adecuados para su inclusion en el reactor.

Por ejemplo, los catodos de platino pueden ser menos adecuados para su inclusion en el reactor. En este sentido, el platino proporciona una superficie altamente activa para catalizar la produccion del gas hidrogeno a partir de la combinacion de protones o de iones hidronio con electrones proporcionados en el catodo. La actividad de los catalizadores del catodo de platino para la formacion de hidrogeno en soluciones acuosas es tan alta que la concentracion de hidrogeno en las proximidades del catalizador aumenta rapidamente por encima de su ftmite de solubilidad y emergen burbujas de gas hidrogeno. A pesar del hecho de que los microorganismos metanogenicos hayan evolucionado para consumir hidrogeno en el proceso de formacion de metano, el hidrogeno en las burbujas se redisuelve solo lentamente en el medio y se encuentra en gran parte no disponible para los microorganismos. Por consiguiente, mucha de la energfa consumida en la formacion de hidrogeno en un catalizador de platino no contribuye a la formacion de metano. Adicionalmente, la energfa de union de hidrogeno es mayor que la energfa de union para enlazar el metano. Esta diferencia da como resultado una perdida energetica cuando el gas hidrogeno se produce como una etapa intermedia.

Por otro lado, un catodo de carbono solido es un ejemplo de un material electricamente conductor economico que tiene baja actividad de formacion de hidrogeno y que puede proporcionar electrones a los microorganismos. Sin embargo, se reconocera que la transferencia de electrones entre microorganismos y una fuente o disipador de electrones externo, tal como un electrodo, necesita algun nivel de proximidad entre los microorganismos y el electrodo y la velocidad total de transferencia de electrones esta relacionada con el area del electrodo en estrecho contacto con los microorganismos. Dado que un electrodo poroso que permite que los microorganismos entren en los poros tiene un area de superficie mucho mas grande en proximidad a los microorganismos que en un electrodo plano de dimensiones equivalentes, se espera que el electrodo poroso proporcione una densidad de corriente volumetrica superior.

Un material de catodo poroso adecuado puede proporcionarse mediante una espuma de carbono vftreo reticulado. Es economica y conductora. Esta estructura porosa proporciona conexiones electricas a una gran cantidad de los microorganismos lo que permite una alta productividad volumetrica. Adicionalmente, la naturaleza vftrea del carbono proporciona baja actividad para la produccion de hidrogeno, lo que aumenta la eficacia energetica y la de Faradaica. Tambien se reconocera que el carbono vftreo es tambien muy resistente a la corrosion.

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Otros materiales de electrodo poroso adecuados pueden incluir, pero sin limitacion espuma de grafito (vease, por ejemplo, la Patente de Estados Unidos 6.033.506), carbono tejido y materiales de grafito, carbon, grafito o papel impregnado en nanotubos de carbono (vease, por ejemplo, Hu, L., et al. Proc Nat Acad Sci USA 106: 21490-4 (2009)), y espumas metalicas, o mallas tejidas o no tejidas comprendidas de materiales tales como titanio, que no reaccionan en las condiciones de la reaccion y que presentan una proporcion de superficie con respecto al volumen alta.

Con fibras conductoras puede conseguirse la potenciacion adicional de la transferencia de electrones entre el catodo y los microorganismos. Las fibras conductoras adecuadas pueden consistir en pilis conductores generados por los microorganismos como se describe en mas detalle anteriormente. Como alternativa o adicionalmente, se pueden unir nanocables de manera al catodo, tales como nanotubos de carbono (lijima, S. Nature 354: 56 (1991)). Wang, J. et al., J. Am. Chem. Soc. 125: 2408-2409 (2003) y referencias indicadas en su interior proporcionan tecnicas para modificar electrodos de carbono vftreo con nanotubos de carbono. Adicionalmente, pueden usarse para fin los polfmeros organicos conductores (vease, por ejemplo, Jiang, P. Angewandte Chemie 43: 4471-4475 (2004). Los materiales no conductores que unen los microorganismos a la superficie del electrodo tambien pueden potenciar la transferencia de electrones. Los aglutinantes no conductores adecuados incluyen pero sin limitacion polfmeros poli- cationicos tales como poli-lisina o poli(beta-aminosulfonamidas). Los organismos metanogenicos vivos tambien pueden producir materiales biologicos, tales como los que soportan la formacion de biopelfculas, que se unen eficazmente a la superficie del electrodo.

El anodo 110 puede comprender una capa catalttica de Pt-carbon u otros materiales que se sabe que proporcionan un bajo sobrepotencial para la oxidacion de agua a oxfgeno.

Como se ilustra en la Fig. 6, esta acoplada una fuente de electricidad 120 al anodo 110 y al catodo 108. Como se ha mencionado anteriormente, la fuente 120 puede generarse a partir de fuentes renovables sin carbono. En particular, la fuente 120 puede generarse a partir de fuentes renovables sin carbono tal como fuentes solares (por ejemplo, matrices de celulas fotovoltaicas) y fuentes eolicas (por ejemplo, turbinas eolicas). Sin embargo, de acuerdo con otras realizaciones, la fuente 120 puede ser una central electrica de carbon, una celda de combustible, una central de energfa nuclear. De acuerdo con otras realizaciones adicionales, la fuente 120 puede ser un conector a una red de transmision electrica.

El reactor biologico 102 puede funcionar a una densidad de corriente electrica por encima de 6 mA/cm2. Por ejemplo, el reactor biologico 102 puede funcionar a una densidad de corriente electrica de entre 6 y 10 mA/cm2. De acuerdo con determinadas realizaciones, el reactor biologico 102 puede funcionar a densidades de corriente electricas de al menos un orden de magnitud mayor (por ejemplo, 60-100 mA/cm2). La corriente puede suministrarse como corriente directa o puede suministrarse como corriente pulsada tal como a partir de corriente alterna rectificada. La frecuencia de tal corriente pulsada no esta limitada por las propiedades del reactor. La frecuencia de la corriente pulsada puede ser variable, tal como generada mediante turbinas de velocidad variable, por ejemplo turbinas eolicas que carecen de maquinaria a velocidad constante.

Los microorganismos metanogenicos vivos pueden impregnarse en el catodo 108. Diversas realizaciones y variantes de los microorganismos se describen con mayor detalle en la seccion anterior.

Como se ha explicado con mayor detalle anteriormente, el reactor biologico 102 puede tener un estado operativo en el que el cultivo se mantiene a una temperatura por encima de 50 °C, aunque determinadas realizaciones pueden tener un estado operativo en el intervalo de entre aproximadamente 60 °C y 100 °C. El reactor biologico 102 tambien puede tener un estado inactivo en el que no se suministra ninguna electricidad o dioxido de carbono al reactor 102. De acuerdo con tal estado inactivo, la produccion de metano puede reducirse de manera significativa con respecto al estado operativo, de tal manera que la produccion puede ser de varios ordenes de magnitud menor que la del estado operativo, y del mismo modo la necesidad de entrada de energfa electrica y de entrada de dioxido de carbono puede ser de varios ordenes de magnitud menor que en el estado operativo. De acuerdo con determinadas realizaciones de la divulgacion, el reactor biologico 102 puede cambiar entre el estado operativo y el estado inactivo o entre el estado inactivo y el estado operativo sin adicion de microorganismos al reactor 102.

El reactor biologico 102 puede tener una entrada 130 conectada a la primera camara para recibir dioxido de carbono gaseoso. La entrada 130 puede acoplarse a un aporte de dioxido de carbono 132 para acoplar el aporte de dioxido de carbono con la primera camara 104. El reactor biologico 102 tambien puede tener una salida 134 para recibir metano de la primera camara.

El reactor biologico 102 tambien puede tener una salida 136 conectada a la segunda camara 106 para recibir productos secundarios. Por ejemplo, el oxfgeno gaseoso puede generarse en la segunda camara 106 como un producto secundario de la produccion de metano en la primera camara 104. De acuerdo con determinadas realizaciones, el oxfgeno puede ser el unico producto secundario gaseoso del reactor biologico 102. En cualquier caso, la salida 134 conectada a la segunda camara 106 puede recibir el oxfgeno gaseoso.

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Acorde con la divulgacion de la Fig. 6, un metodo de la divulgacion puede incluir el aporte de electricidad al anodo 110 y al catodo 108 del reactor biologico 102 que tiene al menos la primera camara 104 conteniendo al menos el catodo 108, un cultivo que comprende microorganismos metanogenicos vivos como se ha descrito anteriormente, y agua (por ejemplo, como parte de un medio de electrolito acuoso compatible con los microorganismos vivos), y la segunda camara 106 que contiene al menos el anodo 110, en el que el cultivo se mantiene a una temperatura por encima de 50 °C. Adicionalmente, el metodo puede incluir la generacion de electricidad a partir de fuentes renovables sin carbono, tales como a partir de fuentes solares y eolicas, como se ha indicado anteriormente. De acuerdo con determinadas realizaciones, la electricidad puede suministrarse durante un periodo de demanda no maxima.

El metodo tambien puede incluir el aporte de dioxido de carbono de la primera camara 104. Como se ha indicado anteriormente, el metodo puede incluir el reciclado de dioxido de carbono desde al menos una fuente industrial concentrada o dioxido de carbono atmosferico, cuyo dioxido de carbono se suministra a la primera camara 104.

El metodo puede incluir adicionalmente recoger metano de la primera camara 104. El metodo puede incluir adicionalmente almacenar y transportar el metano. El metodo tambien puede incluir recoger otros productos gaseosos o productos secundarios del reactor biologico; por ejemplo, el metodo puede incluir recoger oxfgeno de la segunda camara 106.

Se reconocera que aunque el sistema de la Fig. 6 puede verse como operativo para transformar electricidad en metano, tambien es posible ver al sistema de la Fig. 6 como operativo para crear u obtener derechos reemision de carbono, como una alternativa al secuestro de carbono por ejemplo. De acuerdo con tal metodo, el metodo incluina aportar electricidad al anodo 110 y al catodo 108 del reactor biologico 102, que tiene al menos la primera camara 104 que contiene al menos el catodo 108, los microorganismos metanogenicos, y agua (por ejemplo, como parte de un medio de electrolito acuoso compatible con los microorganismos vivos) y una segunda camara que contiene al menos el anodo, en el que el cultivo se mantiene a una temperatura por encima de 50 °C. El metodo tambien incluina aportar dioxido de carbono en la primera camara 104. Finalmente, el metodo incluina recibir derechos de emision de carbono por el dioxido de carbono transformado en el reactor biologico 102 en metano. De acuerdo con tal metodo, el dioxido de carbono puede reciclarse desde una fuente industrial concentrada.

Se reconocera que el sistema 100 es solamente uno de tal realizacion de un sistema de acuerdo con la divulgacion. Realizaciones adicionales y variantes del sistema 100 se ilustran en las Fig. 7-13 y se describiran en la siguiente seccion. Aunque estas realizaciones en general se muestran en seccion transversal, suponiendo una forma en general cilmdrica para el reactor y formas de tipo disco para el anodo y catodo, que pueden disponerse en paralelo entre sf como se ilustra, se apreciara que pueden usarse en cambio otras geometnas.

La Fig. 7 ilustra un sistema 200 que incluye un reactor biologico 202, una fuente de electricidad 204 y una fuente de dioxido de carbono 206. Como se ilustra, la fuente de electricidad 204 y la fuente de dioxido de carbono 206 estan ambas acopladas al reactor biologico 202. El reactor biologico 202 usa un medio lfquido/gaseoso en circulacion, como se ha explicado con mayor detalle anteriormente.

El reactor biologico 202 incluye una carcasa 210 que define, en parte, una primera y segunda camaras 212, 214. El reactor 202 tambien incluye un catodo 216 dispuesto en la primera camara 212, y un anodo 218 dispuesto la segunda camara 214. La primera y segunda camaras 212, 214 estan separadas por una barrera 220 impermeable a gases, permeable a protones, teniendo la barrera 220 superficies 222, 224, que tambien definen en parte la primera y segunda camaras 212, 214.

El reactor biologico 202 tambien incluye colectores de corriente 230, 232, uno para cada catodo 216 y el anodo 218. El colector de corriente 230 para el catodo 216 puede fabricarse como un solido de material disco, para mantener un estado sellado dentro de la camara 212 entre una entrada 234 para el dioxido de carbono y una salida 236 para el metano (y potencialmente productos secundarios). La entrada 234 y la salida 236 pueden definirse en la carcasa 210. El colector de corriente 232 para el anodo 218 tambien puede definir una capa de difusion de gas porosa, sobre la que se dispone la capa catalizadora del anodo. Se reconocera que se proporcione una capa de difusion de gas porosa para permitir que los productos secundarios gaseosos salgan de la segunda camara 214, dado que la barrera 220 evita su salida a traves de la salida 236 a traves de la primera camara 212.

Acorde con la divulgacion anterior, el catodo 216 esta fabricado de un material poroso, tal como una espuma de carbono reticulada. El catodo 216 se impregna con los microorganismos metanogenicos y con el medio de electrolito acuoso. Los microorganismos metanogenicos estan por lo tanto en un paso 238 formado entre la barrera 220 y el colector de corriente 230 entre la entrada 234 y la salida 236.

En funcionamiento, el dioxido de carbono se disuelve en el medio de electrolito acuoso y se circula a traves del catodo 216. Los microorganismos metanogenicos pueden residir dentro del medio de electrolito en circulacion o pueden unirse al catodo poroso 216. En presencia de una corriente electrica, los microorganismos metanogenicos procesan el dioxido de carbono para generar metano. El medio de electrolito transporta el metano fuera del reactor

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202 mediante la salida 236. De acuerdo con tal realizacion, el equipo de posprocesamiento, tal como un separador de Kquido/gas, puede conectarse a la salida para extraer el metano de la solucion.

La Fig. 8 ilustra un sistema 250 que incluye un reactor 252 que es una variante del ilustrado en la Fig. 7. Similar al reactor 202, el reactor 252 incluye una carcasa 260 que define, en parte, la primera y segunda camaras 262, 264. El reactor 252 tambien incluye un catodo 266 dispuesto en la primera camara 262, y un anodo 268 dispuesto en la segunda camara 264. La primera y segunda camaras 262, 264 estan separadas por una barrera 270 impermeable a gases, permeable a protones, teniendo la barrera 270 superficies 272, 274 que tambien definen en parte la primera y segunda camaras 262, 264.

A diferencia de la realizacion ilustrada en la Fig. 7, la realizacion ilustrada de la Fig. 8 tambien incluye una capa 280 de difusion de gas conductora de protones, porosa. La capa 280 de difusion de gas se dispone entre el catodo 266 y la barrera 270. Usando esta capa 280 de difusion de gas, el dioxido de carbono gaseoso puede entrar en la primera camara 212 a traves de la capa 280 de difusion de gas y despues difundir en el catodo 266, mientras que el metano gaseoso producido por los microorganismos pueden difundir desde el catodo 266 al interior de la capa 280 y despues fuera de la primera camara 212. Las capas de difusion de gas conductoras de protones adecuadas para su uso como capa 280 pueden producirse recubriendo materiales porosos con ionomero conductor de protones, incorporando el ionomero directamente en la matriz porosa o mediante la derivatizacion qmmica de materiales de matriz porosos con sulfato, fosfato u otros grupos que promueven la conduccion de protones, por ejemplo.

Se reconocera asf que el dioxido de carbono y el metano no se transportan mediante un medio de lfquido en circulacion de acuerdo con la realizacion de la Fig. 8. En su lugar, el cultivo y los medios estan contenidos en la primera camara 262, mientras que solo el dioxido de carbono gaseoso y el metano circulan entre la entrada y la salida. Tal realizacion puede presentar determinadas ventajas con respecto al reactor 202 de la Fig. 7, ya que la manipulacion del posprocesamiento o la generacion de metano puede simplificarse. Adicionalmente, la ausencia de medios lfquidos en circulacion en el reactor 202 puede simplificar la conexion en serie entre multiples reactores, como se ilustra en la Fig. 14. Sin embargo, aunque los medios en circulacion en la realizacion de la Fig. 7 proporcionan cualquier agua requerida por el cultivo, puede ser necesario acoplar un equipo al reactor para proporcionar vapor de agua al cultivo, ademas del dioxido de carbono gaseoso. El medio de electrolito y los microorganismos pueden retenerse dentro de los poros del catodo 266 mediante tension superficial o, como alternativa, incluyendo materiales dentro del electrolito que aumenten su viscosidad o formen un gel.

La Fig. 9 ilustra un sistema 300 que incluye un reactor 302 que es una variante del ilustrado en la Fig. 8. Similar a los reactores 202 y 252, el reactor 302 incluye una carcasa 310 que define, en parte, una primera y segunda camaras 312, 314. El reactor 302 tambien incluye un catodo 316 dispuesto en la primera camara 312, y un anodo 318 dispuesto en la segunda camara 314. La primera y segunda camaras 312, 314 estan separadas por una barrera 320 impermeable a gases, permeable a protones, teniendo la barrera 320 superficies 322, 324 que tambien definen en parte la primera y segunda camaras 312, 314.

Ademas, similar a la realizacion ilustrada en la Fig. 8, la realizacion ilustrada en la Fig. 9 tambien incluye una capa 330 de difusion de gas conductora de protones, porosa. Sin embargo, la capa 330 de difusion de gas no se dispone entre el catodo 316 y la barrera 320 sino que, en cambio, se dispone entre el catodo 316 y el colector de corriente 332. En esta disposicion, la capa 330 de difusion de gas es conductora de corriente en lugar de conductora de protones como la capa de difusion de gas 280 en el reactor 252. La corriente pasana a traves de la capa 330 al interior del catodo 316. Como en el reactor 252, el dioxido de carbono aun entrana en la primera camara 312, pasana a traves de la capa 330 de difusion de gas y se difundina al interior del catodo 316, mientras que el metano producido por los microorganismos difundina desde el catodo 316 a traves de la capa 330.

Como resultado, la realizacion de la Fig. 9 ilustra un reactor en el que el dioxido de carbono gaseoso entra en el catodo desde un lado o a lo largo de una trayectoria opuesta a la de los protones. Por comparacion, la realizacion de la Fig. 8 ilustra un reactor en el que el dioxido de carbono gaseoso y los protones entran en el catodo desde el mismo lado o a lo largo de una trayectoria similar. La contradifusion de la realizacion de la Fig. 9 puede proporcionar una produccion mas lenta que la de la Fig. 8, pero puede proporcionar niveles de produccion aceptables. Al igual que para el material usado para la barrera 320 de acuerdo con tal realizacion, se piensa que puede ser adecuada una espuma de carbono porosa impregnada con partfculas de Nafion.

Las Fig. 10-13 ilustran un sistema 400 que incluye un reactor biologico 402 que destaca varios aspectos de la divulgacion sobre y acerca de los ilustrados en las Fig. 5-9. En particular, aunque la naturaleza general del reactor (con primera y segunda camaras, anodo, catodo, barrera, microorganismos y medio de electrolito acuoso) tiene mucho en comun con los sistemas ilustrados en las Fig. 5-9, el reactor 402 ilustra nuevas geometnas, asf como un reactor en el que esta presente una pluralidad de anodos y una pluralidad de catodos.

En particular, como se ilustra en la Fig. 10, el reactor 402 incluye diversas subunidades 404 de reactor tubulares que pueden disponerse en un formato de matriz. Se reconocera que la disposicion particular de las subunidades 404 utiliza un desvfo con respecto a la disposicion de hileras adyacentes de las subunidades 404, para aumentar el numero de subunidades 404 dentro de un volumen. Tambien se reconocera que, en cambio las hileras adyacentes

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de subunidades 404 pueden alinearse entre sn Tambien se reconocera que aunque se han ilustrado cuatro hileras de cinco subunidades 404 cada una y cuatro hileras de cuatro subunidades 404 cada una, esto no puede considerarse como limitante del reactor 402.

La Fig. 11 ilustra una pluralidad de subunidades en seccion transversal, para apreciar las similitudes y diferencias con los sistemas ilustrados en las Fig. 5-9 anteriores. Aunque no sea necesario en el caso de todas las realizaciones, cada una de las subunidades 404 ilustradas en la Fig. 11 es identica, de tal manera que el analisis de una cualquiera de las subunidades 404 debe ser inclusivo tambien de las observaciones que puedan hacerse con respecto a las otras subunidades 404.

Como se observa en la Fig. 11, el reactor 402 incluye una carcasa 410, en la que la que se disponen las subunidades 404. Se reconocera que la carcasa 410 esta sellada contra las filtraciones de productos y productos secundarios como se explica con mas detalle mas adelante. Dispuesto en un extremo de la carcasa 410 se encuentra un colector de corriente comun 412 que esta conectado a un catodo 414 en general tubular de cada una de las subunidades 404. De una manera similar, el reactor 402 incluye una capa de difusion de gas porosa/colector de corriente 416 que esta conectado a un anodo 418 en general tubular de cada subunidad 404. Dispuesta entre el catodo 414 y el anodo 418 se encuentra una barrera 420 impermeable a gas, permeable a protones, en general tubular, como se ha discutido con mas detalle anteriormente. Esta disposicion tambien se ilustra en la Fig. 12.

De acuerdo con esta realizacion, el dioxido de carbono entra en el reactor 402 mediante una entrada 430 y se desplaza a lo largo de un paso 432. El dioxido de carbono pasa despues a lo largo del catodo poroso 414, que se impregna con microorganismos metanogenicos y medio de electrolito acuoso. El metano producido en el catodo 414 se recoge despues en un espacio 434 que esta conectado a la salida 436.

La Fig. 13 ilustra una variante de la subunidad 404 ilustrada con respecto al sistema 400 de las Fig. 10 y 11. Dadas las similitudes entre la subunidad 404 y su variante, las estructuras comunes se designaran con una prima.

Como se ilustra en la Fig. 13, la subunidad 404' incluye un catodo tubular 414', un anodo tubular 418' y una barrera tubular 420'. Como en la subunidad 404, el catodo tubular 414' se dispone centralmente en la subunidad 404', con el anodo 418' dispuesto radialmente hacia fuera del catodo 416' y la barrera 420' dispuesta entre ambos. Sin embargo, de forma similar a las variantes descritas en la Fig. 8, la subunidad 404' incluye una capa 440 de difusion de gas conductora de protones. Esta capa 440 puede estar en comunicacion con el paso 432 y el espacio 434 en un reactor 402, el lugar del catodo 414'. Como tal, el dioxido de carbono pasana desde la entrada 430 a traves de la capa 440 hacia el catodo 414', mientras que el metano pasana desde el catodo 414' a traves de la capa 440 a la salida 436. Tambien es posible una disposicion similar a la Fig. 10, pero con una capa de difusion de gas electricamente conductora dispuesta como en la Fig. 9 entre el catodo 414' y el colector de corriente 412'.

Las Fig. 14 y 15 ilustran dos opciones de gestion de energfa distintas que pueden usarse con cualquiera de los reactores descritos anteriormente. En este sentido, se reconocera que cada uno de los sistemas 450, 452 ilustrados en las Fig. 14 y 15 pueden incluir una pluralidad de reactores individuales 454, 456.

En la Fig. 14, los reactores individuales 454 estan conectados en serie para coincidir con un voltaje fijo o constante. El sistema 450 aloja una corriente variable proporcionando una pluralidad de interruptores 458 para permitir cadenas en serie adicionales de reactores 454 para conmutarse en el circuito para coincidir con la corriente variable. En la Fig. 15, los reactores individuales 456 estan conectados en paralelo para coincidir con una corriente constante o fija. El sistema 452 aloja un voltaje variable proporcionando pares de conmutadores 460 para permitir planos en paralelo adicionales de reactores 456 para conmutar en el circuito para coincidir el voltaje variable. Se reconocera que tambien puede ser posible dirigir la corriente variable y las aplicaciones de voltaje variable con conmutacion direccionable para construir planos de reactores en paralelo dinamicos y ajustar las longitudes de cadenas en serie si se requiere.

Realizaciones eiemplares

Los siguientes parrafos enumerados detallan realizaciones ejemplares:

1. Un microorganismo aislado de Methanothermobacter que presenta una eficacia de produccion de metano que es al menos o aproximadamente de 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

2. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 1 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos una identidad de secuencia del 90 % con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

3. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 2 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos una identidad de secuencia del 95 % con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

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4. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 3 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos una identidad de secuencia del 98 % con la longitud completa de la secuencia de ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

5. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos detallados 1 a 4, que presenta una eficacia de produccion de metano que es al menos o aproximadamente de 40 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

6. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 5 detallado, que presenta una eficacia de produccion de metano que es al menos o aproximadamente de 50 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

7. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 6 detallado, que presenta una eficacia de produccion de metano que es al menos o aproximadamente de 60 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

8. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 7 detallados, en el que la eficacia de produccion de metano de CO2 se mantiene durante al menos 30 dfas consecutivos (es decir, “se mantiene durante” significa que el microorganismo presenta este fenotipo al menos una vez cada dfa durante al menos 30 dfas consecutivos).

9. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos detallados 1 a 8, en el que el microorganismo presenta la eficacia de produccion de metano cuando se suministran no mas de 25 moleculas de hidrogeno al microorganismo por cada 6 moleculas de metano producidas, o se suministran no mas de 200 moleculas de hidrogeno por cada 49 moleculas de metano producido.

10. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos detallados 1 a 9, que produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo.

11. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 10 detallados que produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano por gramo de material celular.

12. Un microorganismo aislado de Methanothermobacter que produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo.

13. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 12 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 90% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

14. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 13 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 95% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

15. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 14 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 98% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

16. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 12 a 15 detallados, que produce al menos o aproximadamente 97 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo.

17. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 16 detallado que produce al menos o aproximadamente 98 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo.

18. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 12 a 17 detallados, en el que el microorganismo produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de CO2 suministradas al microorganismo, cuando se suministran no mas de 25 moleculas de hidrogeno al microorganismo por cada 6 moleculas de metano producidas, o se suministran no mas de 200 moleculas de hidrogeno por cada 49 moleculas de metano producidas.

19. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 12 a 18 detallados, que presentan una eficacia de produccion de metano de al menos o aproximadamente de 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

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20. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 12 a 19 detallados que produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano por gramo a partir de CO2 de material celular producido a partir de CO2.

21. Un microorganismo aislado de Methanothermobacter que produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano a partir de CO2 por gramo de material celular producido a partir de CO2.

22. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 21 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 90% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

23. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 22 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 95% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

24. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 23 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 98% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

25. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 21 a 24 detallados que produce al menos o aproximadamente 20 gramos de metano a partir de CO2 por gramo de material celular producido a partir de CO2.

26. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 25 detallado que produce al menos o aproximadamente 30 gramos de metano por gramo a partir de CO2 de material celular producido a partir de CO2.

27. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 26 detallado que produce al menos o aproximadamente 40 gramos de metano por gramo a partir de CO2 de material celular producido a partir de CO2.

28. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 21 a 27 detallados, en el que el microorganismo produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano a partir de CO2 por gramo de material celular a partir de CO2 producido cuando se suministran no mas de 25 moleculas hidrogeno al microorganismo por cada 6 moleculas de metano producidas, o se suministran no mas de 200 moleculas de hidrogeno por cada 49 moleculas de metano producidas.

29. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 21 a 28 detallados que presenta una eficacia de produccion de metano que es al menos o aproximadamente de 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

30. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 21 a 29 detallados que produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido carbono suministradas al microorganismo.

31. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos precedentes detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria.

32. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 31 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 80 horas en una fase estacionaria.

33. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 32 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 90 horas en una fase estacionaria.

34. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 33 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 100 horas en una fase estacionaria.

35. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 34 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 200 horas en una fase estacionaria.

36. El microorganismo de Methanothermobacter del parrafo 35 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 1 mes en una fase estacionaria.

37. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 31 a 36 detallados, en el que el tiempo de duplicacion se mantiene durante al menos 7 dfas consecutivos.

38. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 37 detallado, en el que el tiempo de duplicacion se mantiene durante al menos 30 dfas consecutivos.

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39. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 31 a 38 detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria cuando se le proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o aproximadamente 34 VVD.

40. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 31 a 39 detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria cuando se proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o aproximadamente 34 VVD y con un poder reductor suficiente para reducir al menos el 90 % del CO2.

41. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 46 detallado, en el que el poder reductor es gas H2 suministrado a una velocidad de al menos 122 VVD.

42. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 46 detallado, en el que el poder reductor es corriente electrica.

43. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 41 detallados que retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de exposicion a al menos o aproximadamente 3 minutos de oxfgeno o monoxido de carbono.

44. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 43 detallado, en el que el microorganismo retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 10 minutos de exposicion a al menos o a aproximadamente 3 minutos de oxfgeno.

45. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 44 detallados que presenta una densidad de cultivo celular de al menos o aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria.

46. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 45 detallado que presenta una densidad de cultivo celular de al menos o aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria durante al menos o aproximadamente 15 dfas consecutivos.

47. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 46 detallados que retorna a al menos el 80 % de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de gas H2 o electricidad, despues de estar en un estado inactivo durante al menos 2 horas como se induce interrumpiendo o cesando el aporte de hidrogeno o electricidad.

48. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 47 detallados, en el que el microorganismo es autotrofo.

49. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 48 detallado que es termofilo o hipertermofilo.

50. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 49 detallados que es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561.

51. Un microorganismo aislado de Methanothermobacter que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria.

52. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 51 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 90% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

53. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 52 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 95 % de identidad de secuencia de con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

54 El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 53 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 98% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

55. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 54 detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 80 horas en una fase estacionaria.

56. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 55 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 90 horas en una fase estacionaria.

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57. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 56 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 100 horas en una fase estacionaria.

58. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 57 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 200 horas en una fase estacionaria.

59. El microorganismo de Methanothermobacter del parrafo 58 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 1 mes en una fase estacionaria.

60. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 59 detallados, en el que el tiempo de duplicacion se mantiene durante al menos 7 dfas consecutivos.

61. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 60 detallado, en el que el tiempo de duplicacion se mantiene durante al menos 30 dfas consecutivos.

62. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 61 detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria cuando se proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o aproximadamente 34 VVD.

63. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 62 detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria cuando se proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o aproximadamente 34 VVD y con poder reductor suficiente para reducir al menos el 90 % del CO2.

64. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 63 detallado, en el que el poder reductor es gas H2 suministrado a una velocidad de al menos 122 VVD.

65. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 63 detallado, en el que el poder reductor es corriente electrica.

66. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 65 detallados que presenta una eficacia de produccion de metano que es de al menos o aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

67. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 66 detallados que produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo.

68. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 67 detallados que produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano a partir de CO2 por gramo de material celular producido a partir de CO2.

69. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 68 detallados que retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de exposicion a al menos o aproximadamente 3 minutos de cualquiera de oxfgeno o monoxido de carbono.

70. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 69 detallado, en el que el microorganismo retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 10 minutos de exposicion a al menos o aproximadamente 3 minutos de oxfgeno.

71. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 70 detallados que presenta una densidad de cultivo celular de al menos o aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria.

72. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 71 detallado que presenta una densidad de cultivo celular de al menos o aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria durante al menos o aproximadamente 15 dfas consecutivos.

73. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 72 detallados que retorna a al menos el 80 % de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de gas H2 o electricidad, despues de estar en un estado inactivo durante al menos 2 horas como se induce interrumpiendo o cesando el aporte de hidrogeno o electricidad.

74. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 73 detallados, en el que el microorganismo es autotrofo.

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75. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 74 detallado que es termofilo o hipertermofilo.

76. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 51 a 75 detallados que es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561.

77. Un microorganismo aislado de Methanothermobacter que:

a. presenta una eficacia de produccion de metano que es de al menos o aproximadamente 25 moleculas de CO2 convertidas en metano por molecula de CO2 convertida en material celular; o

b. sobrevive en un estado estacionario con un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72

horas; o

c. presenta una densidad de cultivo celular de al menos o aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria; o

d. retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos, despues de una exposicion de al menos o aproximadamente 3 minutos a oxfgeno o monoxido de carbono.

78. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 77 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 90% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

79. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 78 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 95% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

80. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 79 detallado, en el que el microorganismo expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 98% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

81. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 80 detallados que (i) presenta una eficacia de produccion de metano que es de al menos o aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular, opcionalmente al mismo tiempo que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas, opcionalmente, en el que la eficacia de produccion de metano de CO2 se mantiene durante al menos 30 dfas, o (ii) sobrevive en una fase estacionaria con un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas, opcionalmente durante al menos 30 dfas.

82. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 81 detallados que (i) presenta una densidad de cultivo celular dentro de un intervalo de aproximadamente 6 a aproximadamente 8 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria, o (ii) retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos, despues de una exposicion de al menos o aproximadamente 3 minutos a oxfgeno o monoxido de carbono.

83. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 82 detallados que es termofilo o hipertermofilo, o (ii) retorna a al menos el 80 % de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de gas H2 o electricidad, despues de estar en un estado inactivo durante al menos 2 horas como se induce mediante la interrupcion o cese de aporte de hidrogeno o electricidad.

84. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 83 detallados que es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561.

85. Un microorganismo aislado de Methanothermobacter que es

(a) un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561,

(b) una variante de (a), o

(c) una progenie de (a),

en el que la variante o progenie conserva las caractensticas fenotfpicas de transformacion de CO2 de (a).

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86. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 85 detallado, en el que la variante o progenie expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 90% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

87. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 86 detallado, en el que la variante o progenie expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 95% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia de ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

88. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 87 detallado, en el que la variante o progenie expresa un ARNr 16S que tiene al menos el 98% de identidad de secuencia con la longitud completa de la secuencia del ARNr 16S de Methanothermobacter thermautotrophicus Delta H (SEQ ID NO: 1).

89. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 88 detallados, en el que la variante o progenie presenta una eficacia de produccion de metano que es de al menos o aproximadamente 25 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular.

90. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 89 detallado, que presenta una produccion de metano que es de al menos o aproximadamente 40 moleculas de CO2 transformadas en molecula de CO2 transformada en material celular.

91. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 90 detallado que presenta una produccion de metano que es de al menos o aproximadamente 50 moleculas de CO2 transformadas en molecula de CO2 transformada en material celular.

92. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 91 detallado, que presenta una produccion de metano que es de al menos o aproximadamente 60 moleculas de CO2 transformadas en molecula de CO2 transformada en material celular.

93. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 89 a 92 detallados, en el que la eficacia de produccion de metano a partir de CO2 se mantiene durante al menos 30 dfas consecutivos.

94. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 89 a 93 detallados, en el que el microorganismo presenta la eficacia de produccion de metano cuando se suministran no mas de 25 moleculas de hidrogeno al microorganismo por cada 6 moleculas de metano producido, o se suministran no mas de 200 moleculas de hidrogeno por cada 49 moleculas de metano producidas.

95. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 94 detallados que produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo.

96. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 95 detallado que produce al menos o

aproximadamente 97 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al

microorganismo.

97. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 96 detallado que produce al menos o

aproximadamente 98 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al

microorganismo.

98. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 95 a 97 detallados, en el que el microorganismo produce al menos o aproximadamente 96 moleculas de metano por 100 moleculas de CO2 suministradas al microorganismo, cuando se suministran no mas de 25 moleculas de hidrogeno al microorganismo por cada 6 moleculas de metano producidas, o se suministran no mas de 200 moleculas de hidrogeno por cada 49 moleculas de metano producidas.

99. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 98 detallados que produce al menos aproximadamente 17 gramos de metano a partir de CO2 por gramo de material celular producido a partir de CO2.

100. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 99 detallado que produce al menos aproximadamente 20 gramos de metano a partir de CO2 por gramo de material celular producido a partir de CO2.

101. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 100 detallado que produce al menos aproximadamente 30 gramos de metano a partir del CO2 por gramo de material celular producido a partir de CO2.

102. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 101 detallado que produce al menos aproximadamente 40 gramos de metano a partir del CO2 por gramo de material celular producido a partir de CO2.

eficacia de metano por

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103. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 99 a 102 detallados, en el que el microorganismo produce al menos o aproximadamente 17 gramos de metano a partir de CO2 por gramo de material celular producido, cuando se suministran no mas de 25 moleculas de hidrogeno al microorganismo por cada 6 moleculas de metano producidas, o se suministran no mas de 200 moleculas de hidrogeno por cada 49 moleculas de metano producidas.

104. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 103 detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria.

105. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 104 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 80 horas en una fase estacionaria.

106. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 105 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 90 horas en una fase estacionaria.

107. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 106 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 100 horas en una fase estacionaria.

108. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 107 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 200 horas en una fase estacionaria.

109. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 108 detallado que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 1 mes en una fase estacionaria.

110. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 104 a 109 detallados, en el que el tiempo de duplicacion se mantiene durante al menos 7 dfas consecutivos.

111. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 110 detallado, en el que el tiempo de duplicacion se mantiene durante al menos 30 dfas consecutivos.

112. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 104 a 111 detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria cuando se proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o aproximadamente 34 VVD.

113. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 104 a 112 detallados que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria cuando se le proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o aproximadamente 34 VVD y con poder reductor suficiente para reducir al menos el 90 % del CO2.

114. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 113 detallado, en el que el poder reductor es gas H2 suministrado a una velocidad de al menos 122 VVD.

115. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 113 detallado, en el que el poder reductor es corriente electrica.

116. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 115 detallados que

retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de

exposicion a al menos o aproximadamente 3 minutos de oxfgeno o monoxido de carbono.

117. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 116 detallado, en el que el microrganismo

retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 10 minutos de

exposicion a al menos o aproximadamente 3 minutos oxfgeno.

118. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 117 detallados que presenta una densidad de cultivo celular de al menos o aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria.

119. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 118 detallado que presenta una densidad de cultivo celular de al menos o aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria durante al menos o aproximadamente 15 dfas consecutivos.

120. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 119 detallados que retorna a al menos el 80 % de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de gas H2 o electricidad, despues de estar en un estado inactivo durante al menos 2 horas como se induce mediante la interrupcion o cese del aporte de hidrogeno o electricidad.

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121. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 77 a 120 detallados, en el que el microorganismo es autotrofo.

122. El microorganismo aislado de Methanothermobacter del parrafo 121 detallado que es termofilo o hipertermofilo.

123. El microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 85 a 122 detallados que es un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561.

124. Un microorganismo aislado de Methanothermobacter que es una progenie de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, en el que la progenie conserva las caractensticas fenotfpicas de transformacion de CO2 de dicha cepa.

125. Un cultivo o monocultivo sustancialmente puro que comprende el microorganismo de uno cualquiera de los parrafos 1 a 124 detallados.

126. Un sistema para transformar energfa electrica en metano, que comprende un reactor biologico que tiene al menos un catodo, un anodo, un microorganismo de uno cualquiera de los parrafos 1 a 124 detallados, agua y dioxido de carbono.

127. El sistema del parrafo 126 detallado, en el que el reactor biologico comprende al menos una primera camara que comprende dicho catodo, dicho microorganismo y agua, y una segunda camara que contiene al menos un anodo, en el que el sistema comprende adicionalmente una fuente de electricidad acoplada al anodo y al catodo, un aporte de dioxido de carbono acoplado a la primera camara y una salida para recibir metano de la primera camara.

128. Un metodo de transformacion de electricidad en metano, que comprende el aporte de electricidad y dioxido de carbono al sistema del parrafo 126 o 127 detallado, teniendo el reactor biologico un estado operativo en el que el microorganismo se mantiene a una temperatura mayor de o de aproximadamente 60 °C, y recoger metano de la primera camara.

129. Un catodo poroso que comprende el microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 124 detallados.

130. Un kit que comprende un microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 124 detallados, un cultivo o monocultivo sustancialmente puro del parrafo 125 detallado, un sistema del parrafo 126 o 127 detallado, un catodo poroso del parrafo 129 detallado, o una combinacion de los mismos, e instrucciones para su cuidado o uso.

131. El kit del parrafo 130 detallado, en donde el microorganismo o cultivo o monocultivo esta crioconservado.

132. El kit del parrafo 130 o 131 detallado, que comprende una cantidad del microorganismo o cultivo o monocultivo que esta listo para su uso en un sistema para produccion de metano.

133. Un inoculo de cultivo celular que comprende al menos o aproximadamente 1,6 kg de peso seco del microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 124 detallados.

134. Un cultivo a gran escala que esta listo para su uso en la produccion de metano que comprende al menos o aproximadamente 1000 l de un cultivo a una densidad de al menos o aproximadamente 6 g de celulas en peso seco/l de cultivo del microorganismo aislado de Methanothermobacter de uno cualquiera de los parrafos 1 a 124 detallados.

Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustracion, y a modo de limitacion.

Ejemplos EJEMPLO 1

Este ejemplo describe un metodo ejemplar para mantener un microorganismo de Methanothermobacter de la divulgacion y un metodo ejemplar para crioconservar el microorganismo.

Los microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus se mantienen en el Medio 1, divulgado en el presente documento, en condiciones anaerobias a 60 °C, que comprenden hidrogeno al 80%, dioxido de carbono al 20 % en un Fermentador New Brunswick BioFlo 110 con un recipiente de cristal de volumen total nominal de 1,3 l. El recipiente de cultivo contiene cuatro deflectores de altura completa, que se extienden 6 mm

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desde la pared. Se colocan dentro del recipiente de cultivo propulsores Rushton de 6 paletas con doble paleta (de 52 mm de diametro) y se mantienen a una velocidad de agitacion tfpica de aproximadamente 1000 RPM. El rociador de hidrogeno es un tubo perforado (10 perforaciones de aproximadamente 0,5 mm de diametro) colocado en un drculo justo por debajo del impulsor de la parte inferior. Las burbujas primarias liberadas del rociador son relativamente grandes y estan substancialmente rotas mediante la accion del propulsor.

El recipiente de cultivo se mantiene a una temperatura constante de 60 °C y a un volumen lfquido dentro del intervalo de aproximadamente 0,3 l a aproximadamente 1 l (por ejemplo, 0,7 l). Dado que el agua es un producto secundario de la metanogenesis, el lfquido se retira de forma constante del reactor. Los microorganismos se mantienen en el recipiente de cultivo con un intervalo de biomasa medido de aproximadamente 0,005 a aproximadamente 0,011 g de solido seco/ml de agua (0,5-1 % de masa seca por unidad de volumen).

Como alternativa, los microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus se mantienen en tubos o frascos de cultivo que comprenden Medio 1 o medio ATCC 2133:OSU967 a 60 °C en condiciones anaerobias que comprende una fase gaseosa de hidrogeno al 80 %, dioxido de carbono al 20 %. Como una alternativa adicional, los microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus se mantienen en la superficie del Medio 1 solidificado o Medio ATCC 2133:OSU967 a 60 °C en condiciones anaerobias que comprenden una fase gaseosa de hidrogeno al 80 %, dioxido de carbono al 20 %.

Los microorganismos se crioconservan suspendiendo los microorganismos en un medio de crecimiento lfquido que contiene glicerol al 10 %. La suspension de microorganismos se coloca despues en un congelador a -80 °C. Los organismos crioconservados se vuelven a crecer por inoculacion en medio lfquido reciente o sobre medio solidificado e incubacion en condiciones anaerobias a 60 °C como se ha descrito anteriormente.

EJEMPLO 2

Este ejemplo describe dos metodos ejemplares del uso de los microorganismos de la divulgacion para producir metano.

Metanogenesis hidrogenotrofica

Los microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus se cultivaron en un Fermentador New Brunswick BioFlo 110 en Medio 1 como se describe esencialmente en el Ejemplo 1. Las velocidades de salida del metano e hidrogeno (H2) del cultivo discontinuo se calculan en funcion de las senales de espectrometna de masas de hidrogeno y metano (corregidas para la probabilidad de ionizacion) y la velocidad de entrada de hidrogeno. El calculo supone que todo el hidrogeno que entra en el cultivo discontinuos se convierte en metano a una proporcion de 4 H2:1 CH4 o sale del cultivo como hidrogeno que no ha reaccionado. En condiciones de estado estacionario con tiempos de duplicacion de 50 horas o mayores, la pequena proporcion de hidrogeno que se consume en el crecimiento de los organismos no se tiene en cuenta en el calculo.

Calculo de la productividad de metano VVD. El flujo volumetrico de hidrogeno que entra en el cultivo se controla mediante un controlador de flujo de masa de gases y proporciona una referencia principal para la determinacion de la velocidad de produccion de metano. La proporcion de masas detectada por el espectrometro de masas a masa 15 hasta la de masa 2 se determina para un intervalo de proporciones de metano con respecto a hidrogeno en mezclas de gas convencionales generadas por controladores de flujo de masa de gas para obtener correcciones constantes. La proporcion de masa 15 a masa 2 en corrientes de gas experimentales se multiplica despues por la constante de correccion para obtener la proporcion de metano con respecto a gas hidrogeno en la corriente de gas de salida del fermentador/reactor. Suponiendo que el hidrogeno en la corriente de gas de entrada se transforma en metano a una proporcion molar de 4:1, la velocidad absoluta de flujo de metano e hidrogeno fuera del reactor se calcula a partir de la velocidad de flujo de entrada de hidrogeno y la proporcion de gas observada en el flujo que sale. La productividad de metano en unidades de VVD se calcula como el volumen de metano en el flujo que sale por dfa dividido entre el volumen de lfquido del fermentador/reactor.

En un metodo ejemplar, los microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus se cultivan en un Fermentador New Brunswick BioFlo 110 en Medio 1 como se describe esencialmente en el Ejemplo 1. Concretamente, el Fermentador se mantiene con los impulsores que agitan a 1000 RPM y un volumen de cultivo de 400 ml y a una temperatura de 60 °C. El gas hidrogeno se administra al sistema a una velocidad de flujo de gas de N210 l/min y el dioxido de carbono se administra a una velocidad de flujo de gas de 2,5 l/min.

Metanogenesis electrobiologica

Se fabrico una celda electroqmmica como se muestra en la Figura 16. El cuerpo se fabrico a partir de polieteretercetona (PEEK) con un compartimento del anodo y catodo separado por Nafion 115. El compartimento de anodo contema una malla de titanio reforzada con grafito solido como colector de corriente y capa de difusion de gas, un anodo fabricado de tela de grafito tejida, con un recubrimiento negro de carbono, que contema platino al

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0,5 %, en el anodo del lado adyacente a la membrana de Nafion. El compartimento del catodo contema una tela de grafito tejido sin platino y un colector de corriente de grafito solido.

La geometna de la celda electroqmmica era cilmdrica con una solucion de catolito insertada en el centro del catodo y fluyendo radialmente a un canal de recogida de fluido cerca del borde externo del catodo. La solucion catolito comprendfa Medio 1 o Medio 1 con NaCl anadido para aumentar la conductividad. El medio no proporciona materias primas de carbono no reducidas, demostrando de este modo la naturaleza autotrofa de los microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus cuando un electrodo proporciona poder reductor. La velocidad de flujo del catolito fue de aproximadamente 1 ml/min del volumen activo del catodo fue de aproximadamente 0,25 ml. El aporte de agua al anodo es mediante difusion a traves de la membrana desde el catodo y el oxfgeno producido en el anodo difunde hacia fuera de la celda a traves de canales abiertos al aire.

La celda electroqmmica y un cultivo de microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus se mantuvieron a una temperatura fija dentro de un horno de conveccion de vidrio, mientras diversos potenciales electricos se mantuvieron a traves de la celda como se muestra en la Figura 17. Se utilizo un aporte de Argon y de gas transportador CO2 para mantener la solucion de catolito saturada con CO2 y tambien para llevar el producto de metano rapidamente a un espectrometro de masas para el analisis. Se uso una trampa de vapor enfriado para impedir que el exceso de agua entre en el espectrometro de masas.

Las Figuras 18 y 19 muestran datos recogidos a 60 °C con un cultivo de microorganismos catolito de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus que tiene una densidad de biomasa de 8,4 mg de masa seca por ml de cultivo. La Figura 18 muestra la produccion de metano e hidrogeno en el catodo en funcion del tiempo a medida que el voltaje de la celda completa se modifica linealmente. La produccion de metano comienza a voltajes mas bajos que la produccion de hidrogeno. Se anade cloruro de sodio para aumentar la conductividad del catolito de 8 mS/cm a 25 mS/cm.

La Figura 19 muestra la produccion de metano e hidrogeno en funcion del tiempo para voltajes de celda completa mantenida a los valores fijos indicados. Como se muestra en la Figura 19, los microorganismos producen metano casi instantaneamente despues de la adicion de energfa (voltaje) y el nivel de produccion de metano maximo a cada nivel de voltaje se alcanza al cabo de 10 minutos de adicion de voltaje. Como se muestra en la Figura 19, los microorganismos detienen la produccion de metano casi instantaneamente despues de la retirada de energfa (voltaje) y el nivel de produccion de metano inicial a cada nivel de voltaje se alcanza al cabo de 10 minutos de retirada de voltaje.

EJEMPLO 3

Este ejemplo proporciona un estudio comparativo ejemplar del tiempo de duplicacion y la eficacia de utilizacion de dioxido de carbono entre un microorganismo de la divulgacion y un microorganismo precursor inadaptado.

En el momento del deposito de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, la velocidad de dilucion (redproca del tiempo de duplicacion) del cultivo continuo en el fermentador se determino midiendo la velocidad de la retirada de lfquido de cultivo del fermentador mediante el sistema que mantiene un volumen lfquido constante en la camara. Los resultados de este analisis demostraron que el cultivo tema un tiempo de duplicacion de 110,8 horas. Las muestras de este cultivo tambien se usaron directamente como catolito (mas catalizador de metanogenesis vivo) en los experimentos presentados en las Figuras 18 y 19.

La muestra del cultivo continuo del fermentador descrito anteriormente tambien se analizo para determinar la eficacia de la utilizacion de dioxido de carbono como se expresa mediante la proporcion del (numero de moleculas de dioxido de carbono transformadas en metano) con respecto al (numero de moleculas de dioxido de carbono transformadas en materiales celulares). Concretamente, la masa seca de celulas en un volumen dado se determino secando las celulas sedimentadas hasta un peso constante y se encontro que era de 8,4 g/l de cultivo. Basandose en el tiempo de duplicacion determinado, la biomasa aumenta a una velocidad de 0,076 g/l/hora para mantener esta concentracion de biomasa en estado estacionario. Este contenido molar de carbono en la biomasa se estimo usando la formula empmca para la composicion celular que proporciona Schill et al., Biotech Bioeng 51(6): 645-658 (1996): CH-i,68O0,3gN0,24 para obtener los moles de carbono de biomasa producido por unidad de tiempo. Los moles de metano producidos en el mismo tiempo se determinaron como se describe en el Ejemplo 2. Siguiendo estos procedimientos, se determino que el rendimiento de metano por molecula de carbono ganada en biomasa, Yp/x, fue de 66,9 moleculas de metano producido por cada una molecula de dioxido de carbono transformada en material celular. Este resultado tambien se expreso como el 98,5 % del carbono fijo que se transforma en metano y solamente el 1,5 % del carbono fijo que se esta desviando a biomasa.

El microrganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus es una cepa adaptada de DMSZ 3590, que se describe en Schill et al., (1996), citado anteriormente. De acuerdo con Schill et al., la cepa inadaptada de DMSZ 3590 presenta velocidades de produccion de metano tan altas como aproximadamente 270 volumenes de metano a temperatura y presion convencional por volumen de cultivo por dfa (VVD). En cada una de las velocidades ensayadas, los tiempos de duplicacion mostraron ser de entre 3 y 10 horas. Esta fase de crecimiento activo es util cuando la biomasa es el producto deseado. Para los fines de produccion de metano, cualquier

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produccion de biomasa adicional es un producto secundario no deseado. El valor mas alto de Yp/x documentado por Schill et al. (vease la Tabla IV) fue de 19,6, o de aproximadamente el 5 % de carbono fijo que se estan desviando a biomasa.

Basandose en los datos comunicados en Schill et al. y en los datos comunicados en el presente documento, la eficacia de la transformacion de dioxido de carbono en metano de los microorganismos de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus es superior a los de DSMZ 3590, ya que solamente el 1,5 % del dioxido de carbono se transforma en material celular o de mantenimiento del cultivo, a diferencia del ~5 % del dioxido de carbono suministrado transformado en biomasa y mantenimiento celular por el microorganismo de Schill et al. Sin ligarse a una teona particular, la productividad superior de metano de UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus puede deberse al hecho de que los microorganismos de esta cepa presentan un tiempo de duplicacion notablemente bajo.

EJEMPLO 4

Este ejemplo describe un metodo ejemplar de ensayo de la resiliencia a contaminantes.

Recuperacion de la exposicion a oxigeno

Los organismos metanogenicos se consideran como anaerobios extremadamente estrictos. Se sabe que el oxfgeno es un inhibidor de los catalizadores enzimaticos de la captacion de hidrogeno y la metanogenesis. Un potencial de oxidacion-reduccion (POR) bajo en el medio de cultivo se considera que es importante para la metanogenesis.

En algunas realizaciones, el microorganismo de Methanothermobacter de la divulgacion es resiliente a la exposicion a oxfgeno, ya que el microorganismo demuestra un nivel de productividad de metano despues de la exposicion a oxfgeno que es sustancialmente el mismo que el nivel de productividad de metano presentado antes de la exposicion a oxfgeno.

La resiliencia a la exposicion a oxfgeno puede analizarse midiendo la productividad de metano antes, durante y despues de la exposicion a oxfgeno durante diversos periodos de tiempo. Concretamente, la resiliencia puede medirse manteniendo el microorganismo esencialmente como se expone en el Ejemplo 1 y midiendo el nivel de productividad de metano como esencialmente se describe en el Ejemplo 2.

El recipiente de cultivo se expone a aire al 100% durante 10 minutos, 90 minutos o 15 horas a un caudal de 500 cc/min. El aire ambiental comprende aproximadamente (por contenido molar/volumen) nitrogeno al 78 %, oxfgeno al 21 %, argon al 1 %, dioxido de carbono al 0,04 %, trazas de otros gases y una cantidad variable (promedio alrededor del 1 %) de vapor de agua.

Durante la exposicion a aire al 100 %, se piensa que la metanogenesis se detiene y que el POR del medio de cultivo aumenta. El aire que se usa en el experimento tambien desplaza el CO2 disuelto en el medio, provocando que aumente el pH. Despues de 10 minutos de exposicion a aire al 100%, los flujos de gases de H2 y CO2 se reestablecen (100 cc/min H2, 25 cc/min CO2).

En un primer experimento, se anaden 1,5 ml de una solucion de sulfuro (Na2SH2O) al 2,5 % al cabo de 4 minutos de finalizar el suministro de aire y de restablecer el suministro de gas H2/CO2. El sulfuro se usa ampliamente para controlar el POR de los cultivos, control que se considera esencial. En otro experimento, no se anade sulfuro.

La presencia del hidrogeno en la fase gaseosa es suficiente para reducir el POR del cultivo para permitir la metanogenesis, no se necesita control adicional del POR del cultivo. La carencia de necesidad de sulfuro es de senalar, en el aspecto de que los cultivos metanogenicos se mantienen normalmente a 10.000 ppm de sulfuro de hidrogeno en la fase gaseosa. Tales niveles altos de sulfuro no son tolerados en determinados procesos industriales, por ejemplo, los aranceles de los conductos de gas natural en los Estados Unidos ajustan los niveles maximos de contenido de sulfuro de hidrogeno del gas natural variando de 4-16 ppm, dependiendo del sistema de conduccion.

Recuperacion de la exposicion a monoxido de carbono

El monoxido de carbono (CO) es otro inhibidor conocido de enzimas implicadas en la captacion de hidrogeno y la metanogenesis. El CO es un contaminante potencial de CO2 y de corrientes de hidrogeno procedentes de la gasificacion de carbon o de fuentes de biomasa. Se examino el efecto del CO sobre la formacion de metano por cultivos metanogenos. La resiliencia a la exposicion a CO puede analizarse midiendo la productividad de metano, antes, durante y despues de la exposicion a oxfgeno durante diversos periodos de tiempo. Concretamente, la resiliencia al monoxido de carbono puede medirse manteniendo los microorganismos como se expone esencialmente en el Ejemplo 1 y midiendo el nivel de productividad de metano como se describe esencialmente en el Ejemplo 2.

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El pH del cultivo se mantiene constante manteniendo el CO2 de la mezcla de gas al 20 % y cambiando solamente la composicion del otro 80 % del gas. El cultivo se expone a una mezcla de CO al 8 % e hidrogeno al 72 % a un caudal de 100 cc/min y CO2 a 25 cc/min durante un periodo de 1,7 horas. Despues el cultivo se restablece a un flujo de hidrogeno del 80 % a un caudal de 100 cc/min y CO2 a 25 cc/min.

El cultivo se expone posteriormente de un modo opcional a una mezcla de CO2 al 16 % e hidrogeno al 64 % a un caudal de 100 cc/min y CO2 a 25 cc/min durante un periodo de 1 hora. Despues el cultivo se restablece a un flujo de hidrogeno del 80 % a un caudal de 100 cc/min y CO2 a 25 cc/min.

Opcionalmente el cultivo se expone a una mezcla de CO2 al 40 % e hidrogeno al 40 % a un caudal de 100 cc/min y CO2 a 25 cc/min durante un periodo de 20 minutos. Despues el cultivo se restablece a un flujo de hidrogeno del 80 % a un caudal de 100 cc/min y CO2 a 25 cc/min.

Opcionalmente el cultivo se expone a una mezcla de CO2 al 60 % e hidrogeno al 20 % a un caudal de 100 cc/min y CO2 a 25 cc/min.

Durante cada exposicion, la produccion de metano se mide como se describe esencialmente en el Ejemplo 2. EJEMPLO 5

Este ejemplo demuestra que el microorganismo de Methanothermobacter de la divulgacion demuestra un exceso de la capacidad catalftica espedfica cuando crece en condiciones de estado estacionario, en condiciones casi estacionarias en un fermentador de cultivo continuo.

La actividad catalftica espedfica de los microorganismos metanogenicos puede expresarse como la proporcion de moles de metano formados por hora con respecto a moles de carbono en la biomasa microbiana. En algunas condiciones, uno de los sustratos necesarios puede ser limitante de la reaccion, en cuyo caso la capacidad catalftica espedfica puede superar la actividad catalftica espedfica medida. Por lo tanto, un aumento del sustrato limitante conducina a un aumento en la actividad catalftica espedfica observada. En otras condiciones, la actividad catalftica espedfica observada puede saturarse con sustrato, en cuyo caso un aumento de la concentracion de sustrato no producina un aumento de la actividad catalftica espedfica. En condiciones de sustrato saturante, la actividad catalftica espedfica observada sena igual a la actividad catalftica espedfica.

Para la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus que crece en estado estacionario como se describe en el Ejemplo 1 con una velocidad de suministro de hidrogeno de 0,2 l/min, la actividad catalftica espedfica para la produccion de metano, qp, se observo que era de 0,37 moles de metano producidos por mol de carbono de biomasa por hora. Cuando la velocidad de suministro de hidrogeno se duplico a 0,4 l/min, qp se duplico tambien a 0,72 moles de metano producidos por mol de carbono de biomasa por hora. Por lo tanto, el cultivo de estado estacionario de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus contiene una capacidad catalftica espedfica que esta en exceso de la actividad catalftica espedfica que soporta su crecimiento. En otros experimentos con velocidades de suministro de hidrogeno de hasta 5 l/min, se ha observado la actividad catalftica espedfica de hasta 4 moles de metano por mol de carbono de biomasa sin signos de saturacion de la velocidad. Por lo tanto, la actividad catalftica espedfica de la cepa es de al menos 10 veces mayor de la observada durante el crecimiento en estado estacionario con tiempos de duplicacion en el intervalo de 100 horas.

EJEMPLO 6

Desde hace tiempo se sabe que las Arqueas metanogenicas son anaerobios “extremos”, cuyo cultivo requiere un cuidado considerable para eliminar el oxfgeno (Balch, W.E. y R.S. Wolfe, New approach to the cultivation of methanogenic bacteria: 2-mercaptoethanesulfonic acid (HS-CoM)-dependent growth of Methanobacterium ruminantium in a pressurized atmosphere. Appl Environ Microbiol, 1976. 32(6): p. 781-91; y Mukhopadhyay, B., E.F. Johnson, y R.S. Wolfe, Reactor-scale cultivation of the hyperthermophilic methanarchaeon Methanococcus jannaschii to high cell densities. Appl Environ Microbiol, 1999. 65(11): p. 5059-65). Las especies metanogenicas autotrofas termofilas se encuentran entre las mas sensibles a oxfgeno (vease A. y T. Leisinger, Oxygen Sensitivity of Methanogenic Bacteria. Systematic and Applied Microbiology, 1983. 4(3): p. 305-312). A pesar de las otras ventajas practicas significativas de los metanogenos autotrofos termofilos para procesos biocatalizados comerciales, la sensibilidad extrema al oxfgeno emerge como una barrera potencial para su uso en el cultivo a gran escala.

En este ejemplo, se muestra que un pulso de exposicion a oxfgeno (aire) de un cultivo en tanque con agitacion a alta densidad de la cepa UC 120910 adaptada de Methanothermobacter thermautotrophicus (>2 g de peso seco celular/litro) solo inhibe transitoriamente la formacion de metano y que el cultivo consume el oxfgeno de manera activa. Los resultados de este experimento tambien demuestran que la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus es capaz de mantener la productividad por encima del 95 % de eficacia de conversion durante periodos prolongados, incluso en presencia de interrupciones del aporte de hidrogeno.

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Condiciones generales de crecimiento del cultivo: Los cultivos se crecieron en un reactor de tanque con agitacion continuada (Eppendorf/New Brunswick BioFlo 110, camara microbiologica de 1,3 l con deflectores de altura completa) a 60 °C, que contema 600 ml de medio y se agitaba a 1000 RPM. El medio contema NH4Cl 120 mM, NaCl 10 mM, KH2PO4 10 mM, nitrilotriacetato 1,21 mM, MgCl2-6H2O 1 mM, FeCl2-4H2O 0,2 mM, L-cistema 0,2 mM, NiCl2-6H2O 0,005 mM, CoCl2-6H2O 0,0025 mM, Na2MoO4-2H2O 0,0025 mM, Na2WO4 0,01mM y Na2SeOa 0,001mM. Se anadio una solucion de Na2S-9H2O 0,5 M al cultivo a una velocidad continua de 0,0035 ml/min. El pH del medio se mantuvo a 6,85 mediante la adicion automatica de una solucion de NH4OH 2 M. El volumen del medio en el recipiente de cultivo se mantuvo constante en una base continua a 600 ml por sensor de nivel y una bomba peristaltica que retira el volumen en exceso. Para mantener la composicion mineral del medio constante en la fase de dilucion mediante el agua metabolica generada durante el proceso de metanogenesis, un volumen de lfquido eliminado del reactor se reemplazo mediante una bomba peristaltica paralela que administra 0,04 volumenes de una mezcla mineral “25x” (NaCl 250 mM, KH2PO4 250 mM, nitrilotriacetato 30,25 mM, MgCl2-6H2O 25 mM, FeCl2-4H2O 5 mM, L-cistema 5 mM, NO2-6H2O 0,125 mM, CoCl2-6H2O 0,0625 mM, Na2MoO4-2H2O 0,0625 mM, Na2WO4 0,25mM y Na2SeO3 0,025 mM). El cultivo se rocio continuamente a presion ambiente con una mezcla 4:1 de H2:CO2 generada dinamicamente con controladores de flujo de masa. El H2 era para gas de tanque de calidad Ultra Pura y el CO2 era gas para tanque de calidad Completamente Seca. No se tomaron precauciones para retirar cualquier traza de oxfgeno que pudiera estar presente en los gases del tanque.

Metodo de analisis de gases: Los efluentes gaseosos que salen del reactor se pasaron a traves de un condensador mantenido a 4 °C y el agua condensada retorno directamente al reactor. El gas paso despues a traves de una union en T unida al capilar de entrada de un espectrometro de masas (EM) de cuadrupolo MKS Instruments Spectra Products Cirrus programado para controlar de manera continuada la composicion de gases en el intervalo de 1 a 50 unidades de masa atomica (uma). Los barridos de alta sensibilidad se repiten a una velocidad de aproximadamente 3 por minuto. En la Figura 20 se muestra un barrido tfpico. El pico en masa 2 es exclusivamente del ion hidrogeno primario. El pico en masa 16 no solo incluye el ion primario de metano, sino tambien los productos de fragmentacion (atomos de oxfgeno) de vapor de agua y de CO2. La fragmentacion de iones en masa 15 es exclusivamente de metano y se usa para estimar el contenido de metano con respecto al hidrogeno en el gas efluente. Basandose en las probabilidades de ionizacion y fragmentacion del gas hidrogeno y metano, la respuesta relativa del sistema al hidrogeno (en masa 2) y metano (en masa 15) se determino que era de 0,625. Es decir, una mezcla equimolar de hidrogeno y metano dio un pico en masa 2 que fue 0,625 veces la altura del pico en masa 15. Dada la entrada conocida de hidrogeno, la proporcion molar de hidrogeno con respecto a metano en el gas efluente calculada de los datos de masa 2 y masa 15 como se describe anteriormente, y la suposicion de que el hidrogeno se consume esencialmente de un modo cuantitativo en la reaccion de metanogenesis en la proporcion estequiometrica de 4 hidrogenos por metano producido, puede calcularse la eficacia de transformacion del reactor. Los datos de composicion similares pueden obtenerse mediante cromatograffa de gases del gas efluente.

Determinacion de la densidad celular. Muestras por duplicado de 1 ml se retiraron del reactor y las celulas se sedimentaron en tubos de microcentnfuga previamente pesados a 14000 x g durante 5 min en una microcentnfuga. El lfquido se aspiro, teniendo cuidado de no alterar los sedimentos. Despues los tubos se colocaron a 60 °C durante dos dfas y despues se pesaron para determinar el peso seco neto de las celulas.

Productividad de estado estacionario de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. Los datos de barrido de EM individuales mostrados en la Figura 20 son de un cultivo de metanogenesis continuo de 107 dfas con la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus rociada en las condiciones de crecimiento especificadas, con una mezcla de H2 0,2 LN/min y CO2 0,05 LN/min (vease la Figura 22 descrita mas adelante). La densidad celular de peso seco durante este periodo estaba en el intervalo de 8-12 g/l de cultivo. A partir del registro del espectrometro de masas individual mostrado en la Figura 20, puede estimarse mediante el metodo de calculo especificado anteriormente que la proporcion de metano con respecto a hidrogeno en una base molar es de 18,43, que corresponde a una eficacia de conversion de hidrogeno en metano de 0,987 y una velocidad de produccion de metano de 0,22 mol por l de cultivo por hora. En las condiciones operativas establecidas, la velocidad de dilucion total del cultivo de todas las fuentes (agua metabolica, ajuste de pH, adicion de Na2S, reemplazo de solucion mineral) es de 0,0097 h-1, que corresponde a un tiempo de duplicacion de 103 h. En un tiempo de duplicacion el cultivo genera ~10 g de masa celular en peso seco, que corresponde a una acumulacion de biomasa a una velocidad de 0,0035 mol de biomasa C-l'1h, usando la proporcion de biomasa C con respecto a la masa celular seca determinada por Duboc et al. [5]. Por lo tanto, el carbono (hidrogeno) desviado a la produccion de biomasa por la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus en las condiciones especificadas es de <1,6% (<0,8 %) con respecto al implicado en la produccion de metano.

Metodo de exposicion al aire. Para proporcionar la exposicion transitoria del cultivo al oxfgeno, se inyecto una muestra de 60 ml de aire en la corriente de entrada de gas durante un periodo de 10 segundos, sin interrupcion del flujo de la mezcla de hidrogeno:CO2.

En la Figura 21 se muestra un resultado tfpico obtenido inyectando aire como se describe anteriormente en un cultivo maduro a alta densidad (>2 g de masa seca celular/l). Un cultivo maduro es uno en el que la eficacia de produccion de metano esta en estado estacionario; sin cambios significativos diarios. La intensidad de las masas especificadas se muestra en una escala logantmica. El caudal de la mezcla de hidrogeno+CO2 total fue de

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250 ml/min. Se inyectaron 60 ml de aire en el tiempo = 0. En este caso, se observa una disminucion transitoria en la produccion de metano (traza de masa 15) despues de la introduccion de aire. Examinando el descenso de los gases introducidos en el aire, esta claro que el oxfgeno (traza de masa 32) desciende mucho mas rapidamente (agotandose al cabo de 3 min) que el gas inerte nitrogeno (traza de masa 28), lo que requiere ~50 min para agotarse por completo del cultivo. El cultivo denso es claramente capaz de retirar de manera activa el oxfgeno del reactor en lo que parece ser un proceso de primer orden. Una vez que el cultivo consume el oxfgeno, la produccion de metano aumenta de nuevo, retornando a >80 % del nivel antes de la exposicion al aire al cabo de 10 min. Es plausible que la velocidad de la retirada de oxfgeno en el cultivo denso sea suficiente para mantener la concentracion en el medio por debajo de un nivel toxico.

Desempeno prolongado estable de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus. La Figura 22 muestra la eficacia de la transformacion de hidrogeno en metano estimada durante todo el penodo completo de 107 dfas de cultivo en estado estacionario a partir de lo cual se han extrafdo los datos mostrados en este ejemplo. En el registro hay dos huecos (de los dfas 7-27 y 41-66) durante los cuales el aporte de gas hidrogeno y CO2 fue interrumpido y se dejo que el cultivo se enfriase a temperatura ambiente. En ambos casos, la eficacia de conversion completa retorno despues de la reanudacion del gaseado con 4:1 de H2:CH4, velocidad de gaseado total de 250 mlN/min, y tan pronto como la temperatura del cultivo alcanzo la temperatura operativa de 60 °C. Los resultados demuestran que la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus es capaz de mantener la productividad por encima del 95 % de eficacia de transformacion durante periodos prolongados, incluso en presencia de interrupciones del suministro de hidrogeno.

EJEMPLO 7

Dos costes significativos en la produccion de metano a partir de dioxido de carbono son el suministro de poder reductor en forma de gas hidrogeno o energfa electrica y el suministro de nutrientes a los microorganismos para el mantenimiento y el crecimiento. Cada punto porcentual de mejora en la eficacia de uso del suministro de gases o en la disminucion en las necesidades de nutrientes puede tener un impacto positivo significativo sobre la capacidad de una fuente de energfa renovable, tal como la descrita en la presente invencion, para competir con los combustibles fosiles economicos. Como se muestra mas adelante, la presente invencion proporciona un microorganismo que presenta una reduccion significativa del poder reductor necesario y de los nutrientes necesarios.

Concretamente, el poder reductor necesario para la produccion de metano puede observarse a traves de las demandas de carbono del microorganismo debido a que el poder reductor necesario es directamente proporcional al dioxido de carbono necesario. En el caso de gas hidrogeno, se necesitan 4 moles de gas hidrogeno por cada mol de dioxido de carbono suministrado al microorganismo. En el caso de energfa electrica directa, se necesitan 8 moles de electrones por cada mol de dioxido de carbono suministrado a los microorganismos. Los microorganismos de la presente invencion demuestran una necesidad de entre 1/3 y 1/4 del carbono necesario para el mantenimiento y crecimiento de biomasa. Por lo tanto la cantidad de poder reductor en forma de gas hidrogeno o energfa electrica directa que consumen los microorganismos para el mantenimiento y crecimiento de biomasa se disminuye en un factor de 3 a 4.

Adicionalmente, para dos cepas de microorganismos metanogenicos en cultivo en estado estacionario en identicas velocidades de suministro de gas, la cepa con un tiempo de duplicacion mas prolongado presento una velocidad de aporte de nutrientes proporcionalmente disminuida. Tal relacion de ejemplo se muestra en la Figura 24. El microorganismo de la presente invencion demuestra tiempos de duplicacion de cultivo que superan en 10 veces el tiempo mas largo demostrado en la bibliograffa para la cepa parental.

Una alfcuota de un cultivo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, se inoculo, se cultivo y se mantuvo en un biorreactor con agitacion continuada de

7.5 l. En la Figura 23 se muestra una configuracion esquematica.

Se prepararon medios y el cultivo se inoculo de acuerdo con el siguiente procedimiento. Se prepararon nutrientes generales de manera anaerobia para que tuviesen las siguientes concentraciones y designados como nutrientes 25x: KH2PO4 250 mM, NaCl 250 mM, Na3nitrilotriacetato 20 mM, nitrilotriacetato 10 mM, resazurina 0,05 mM, NiCh- 6H2O 0,125 mM, CoCl2-6H2O 0,0625 mM, Na2MoO4-2H2O 0,0625 mM, L-cistema 12,5 mM, FeSO4-H2O 5 mM, MgCl2-6H2O 25 mM, Na2WO4 0,25 mM, Na2SeO3 0,025 mM.

Se pusieron tres litros de agua desoxigenada en un fermentador limpio y esteril BioFlow 110 con un recipiente de

7.5 l de New Brunswick Scientific y se calento a 60 °C. Las sondas para la temperatura, pH y POR (potencial de oxfgeno reduccion) se calibraron segun necesidad y se instalaron. Se anadieron 160 ml de nutrientes 25x seguido de 200 ml de NH4Cl 2,4 M y 12 ml de Na2CO3 1,0 M. El suministro de gas activo a la velocidad deseada, tal como una velocidad baja de 0,20 SLPM gas H2 y 0,05 SLPM de gas CO2. Los gases se rociaron desde la parte inferior. La agitacion se inicio usando 3 impulsores Rushton a igual distancia y se anadieron 40 ml de Na2S-9H2O 0,5 M. El pH se ajusto a 6,85 y se anadio agua desoxigenada adicional para llevar el nivel de lfquido total a 4,0 l. Finalmente,

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todas las lmeas de suministro se conectaron como se muestra en la Figura 1 y el cultivo se inoculo con 40 ml de inoculo, que tema preferentemente una densidad de inoculo (medida por peso seco) de al menos 8 mg/ml.

Despues de la incubacion, se anadio NH4OH para mantener el pH a aproximadamente 6,85 y una vez comenzado el crecimiento se anadio Na2S-9H2O 0,5 M a entre 3,5 |il/min y 10,5 |il/min. Se anadio antiespumante segun fuese necesario y el cultivo se mantuvo a una altura de lfquido constante de aproximadamente 4,0 l retirando cultivo lentamente segun fuera necesario. A medida que el cultivo se retiraba, se anadfan nutrientes 25x para mantener aproximadamente constantes las concentraciones de los nutrientes. A medida que el cultivo crecfa y aumentaba la densidad, la velocidad de conversion de gas hidrogeno y dioxido de carbono con respecto a metano aumentaba. Vease la Figura 25 para un ejemplo del crecimiento temprano de la densidad optica (linealizada) medida a 600 nm para tres cultivos distintos resultantes de la inoculacion mediante una almuota de la cepa UC120910. Las tres curvas de crecimiento se ajustaron a una exponencial. La curva exponencial se muestra para dos de los tres cultivos para los que se recogieron significativamente mas datos en tiempos tempranos.

La Figura 26 muestra el crecimiento en tiempo tardm de uno de los cultivos hacia las 627 horas. El ajuste exponencial no es apropiado despues de aproximadamente 30 horas a la densidad del cultivo alcanza una meseta aproximadamente a las 150 horas. En los tiempos tempranos durante el crecimiento exponencial descritos anteriormente, el tiempo de duplicacion del cultivo puede medirse mediante y para los tres cultivos, es de aproximadamente 8 horas como se muestra mediante la lmea horizontal en negrita y el eje derecho. En los tiempos tardms, durante el cultivo en la fase estacionaria el tiempo de duplicacion es mucho mas prolongado y en este caso particular, fue de aproximadamente 990 horas como se muestra mediante la lmea horizontal en negrita y el eje derecho.

La densidad de cultivo se mide centrifugando y secando una muestra para medir el peso seco. Como alternativa, puede medirse una densidad de cultivo relativa con una densidad optica a 600 nm linealizada diluyendo la muestra, midiendo la densidad optica y despues multiplicando la densidad optica por el factor de dilucion. La velocidad de conversion de gases hidrogeno y dioxido de carbono en gas metano puede determinarse a traves de cuatro medios principalmente. En primer lugar, la velocidad a la que el gas fluye hacia adentro puede compararse con la velocidad a la que el gas seco fluye hacia afuera. A una conversion del 100%, 5 moles de gases hidrogeno y dioxido de carbono se transforman en un molde metano. En la practica, mas de un mol de gas fluye hacia afuera debido a las velocidades de conversion que se observa que son entre el 45 % y el 98 %. Se utiliza un medidor de pompas de jabon para mediciones de mayor precision de velocidades de flujo de gas de gases mixtos. En segundo lugar, la velocidad de produccion de agua proporciona una medida de la produccion de metano debido a que dos moles de agua se producen por cada mol de metano. Los lfquidos totales anadidos y retirados se siguen diariamente, o mas frecuentemente, para determinar las velocidades de conversion de gas en tiempo promediado mediante esta medicion de produccion de agua. En tercer lugar, se han recogido ocasionalmente muestras de gases de entrada y salida con cartuchos Summa y se han suministrados a un laboratorio analttico externo independiente para analisis mediante tecnicas de cromatograffa de gases convencionales. En cuarto lugar, los datos de espectrometna de masas proporcionan una medida altamente sensible de las velocidades de transformacion de gas que pueden cuantificarse normalizando las senales en cada pico de masa basandose en la sensibilidad del detector y en las probabilidades de ionizacion, como se describe en cualquier parte en esta solicitud. Se usan frecuentemente multiples tecnicas de manera simultanea y en general demuestran ser mutuamente coherentes.

A traves de las mediciones de la produccion de metano, la densidad de biomasa y la produccion de agua, puede determinarse la eficacia del carbono de los microorganismos. Concretamente, la proporcion de gramos de metano producidos por gramo de biomasa puede calcularse directamente. Adicionalmente, puede calcularse la proporcion de atomos de carbono que se transforman en metano con respecto a los atomos de carbono que se transforman en biomasa para entender la eficacia faradica de estos microorganismos como catalizadores para el reciclado de dioxido de carbono en metano. Puede calcularse esta proporcion a partir del uso de la composicion elemental aproximada de un ejemplo de Methanothermobacter de CH168 O0,3gN0,24 (Schill et al., citados anteriormente). Como alternativa, esto puede expresarse como una proporcion de moleculas de metano producidas por molecula de dioxido de carbono suministrada a los microorganismos en solucion.

EJEMPLO 8

Una almuota de un cultivo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, se cultivo como se ha descrito anteriormente en el Ejemplo 7. Se dejo al cultivo de 4,0 l alcanzar las condiciones de estado estacionario con gas hidrogeno suministrado a 0,40 SLPM y dioxido de carbono suministrado a 1/4 de esa velocidad, lo que dio como resultado un cultivo con una densidad de peso seco de 10,9 mg/ml. La produccion de agua se midio a lo largo de 43 horas y se muestra en la Figura 27. La produccion de agua promedio fue de 8,16 ml/hora. Esto corresponde a 3,8 mmol/h de carbono que se transforma en biomasa o aproximadamente 70 atomos de carbono liberados como metano por cada atomo de carbono que se desvfa a biomasa cuando el cultivo esta funcionando en estas condiciones de estado estacionario. De manera equivalente, hubo 98,6 moleculas de metano liberadas por cada 100,0 moleculas de dioxido de carbono suministradas a los microorganismos. Y, de manera equivalente, hay 40 g de metano producidos por cada gramo de biomasa producida.

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En estas condiciones el tiempo de duplicacion del cultivo fue de aproximadamente 490 horas mientras que la velocidad de aporte de dioxido de carbono fue de 36 VVD y la velocidad de aporte de hidrogeno fue de 144 VVD.

De acuerdo con Schill et al., citados anteriormente, la cepa parental de Methanothermobacter thermautotrophicus (DSM 3590) despues de alcanzar su densidad mas alta y conseguir condiciones casi de estado estacionario, normalmente desvio aproximadamente 1 en 16 a 1 en 19 de los atomos de carbono a biomasa con los restantes transformados a metano mientras que el suministro de gas fue de entre 230 VVD y 1150 VVD de hidrogeno y entre 58 VVD y 288 VVD de dioxido de carbono. En estas condiciones el tiempo de duplicacion de este cultivo de la cepa parental se comunica que es de aproximadamente 10 horas.

A continuacion, se finalizo el suministro de gas al cultivo, se desconecto todo suministro de nutrientes, y todos los tubos hacia dentro y fuera del reactor se cerraron. La agitacion se desconecto y el cultivo se dejo enfriar a temperatura ambiente. El cultivo se dejo permanecer inactivo sin suministro de gas o de otro aporte qmmico durante mas de cuatro semanas. Despues del reinicio del aporte de gas y despues de calentar el recipiente, el cultivo comenzo a convertir hidrogeno y dioxido de carbono en metano de nuevo. La velocidad de conversion supero el 80 % de los gases de entrada cuando la temperatura del cultivo alcanzo los 60 °C.

Despues de la reactivacion de este cultivo como se ha descrito anteriormente, el cultivo se utilizo para diversas mediciones del desempeno de la transformacion de gas del sistema y para diversas mediciones de la fuerza del cultivo. El cultivo se mantuvo durante mas de 150 dfas con inicios y detenciones intermitentes. La productividad de metano del cultivo fue en general coherente a lo largo de los 150 dfas.

EJEMPLO 9

Una alfcuota de un cultivo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, se cultivo como se ha descrito anteriormente en el Ejemplo 7. El cultivo se expuso a gases hidrogeno y dioxido de carbono a una proporcion de 4:1. El hidrogeno y el dioxido de carbono se encendfan y se apagaban aunque se uso un flujo continuo de metano a traves del reactor para mantener un flujo de gas incluso cuando no se aportaba hidrogeno o dioxido de carbono. La Figura 28 muestra la produccion de metano del cultivo mientras se aporta hidrogeno y dioxido de carbono (drculos negros) y mientras el suministro de hidrogeno y de dioxido de carbono se corta (drculos blancos). La productividad de metano continua incluso despues de que se corte el suministro de hidrogeno y dioxido de carbono debido a los gases residuales en el reactor. Las mediciones de la productividad de metano en la Figura 28 se realizan a traves del uso de un medidor de pompas de jabon para observar los caudales de gas fuera del reactor. Claramente, la productividad del sistema comienza dentro de la resolucion temporal del aparato de medicion incluso despues de cortar el suministro de hidrogeno y de dioxido de carbono durante mas de 20 o mas de 30 minutos.

EJEMPLO 10

Una alfcuota de un cultivo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, se cultivo como se ha descrito anteriormente en el Ejemplo 7. Este cultivo se mantuvo en un volumen de lfquido de 3,0 l en aproximadamente 20,68 kPa de presion y se proporciono gas hidrogeno a una velocidad de 0,48 SLPM (230 VVD) y dioxido de carbono a una velocidad de 0,12 SlPm (58 VVD). El pH se mantuvo entre 6,83 y 6,85. Se mostro que el desempeno del sistema era estable y estacionario durante 40 dfas como se demostro mediante los datos de produccion de agua mostrados en la Figura 29. Para las 90 ultimas horas de esta recogida de datos, se realizo una medicion casi continua de los caudales de gas y se muestra en la Figura 30. La mejor lmea de ajuste a los datos de conversion indica una conversion del 86 % y un cambio nulo en la velocidad de conversion a lo largo de mas de 90 horas. A esta velocidad especificada de suministro de gas y velocidad de transformacion de gas, el cultivo produce 0,10 SLPM de metano (de manera equivalente a 50 VVD de produccion de metano). A lo largo de este periodo de tiempo, el cultivo mantuvo una densidad de peso seco de 15,3mg/ml y libero aproximadamente 60 moleculas de metano como un producto secundario residual para cada atomo de carbono anadido a la biomasa. De manera equivalente, hubo 98,3 moleculas de metano liberadas por cada 100,0 moleculas de dioxido de carbono suministradas a los microorganismos. Y, de manera equivalente, hay 36 gramos de metano producido por cada gramo de biomasa producido. El tiempo de duplicacion del cultivo fue de 380 horas en estas condiciones a lo largo de este periodo de recogida de datos de 40 dfas.

EJEMPLO 11

Una alfcuota de un cultivo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, se cultivo como se ha descrito anteriormente en el Ejemplo 7. El cultivo se cultivo a una densidad estable usando una mezcla estequiometrica de H2 y CO2 a 0,20 l/min de H2 y 0,05 l/min de CO2. Despues el cultivo se suspendio temporalmente y se transporto al sitio de un digestor anaerobio de produccion de

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biogas. El biogas no se filtro y contema de forma dominante CO2 (30 % en volumen) y metano (68 % en volumen). Tambien se sabfa que contema vapor de agua y sulfuro de hidrogeno. La velocidad de entrada de biogas se controlo mediante una bomba peristaltica digital disenada para proporcionar un flujo de gas constante.

El reactor se reinicio en el sitio del biogas pero usando las velocidades originales de aporte de H2 y CO2 suministradas por los tanques de gas. El reactor se controlo hasta la manana siguiente para asegurar que el cultivo y la eficacia de transformacion eran estables despues del traslado. La manana siguiente se recogio una muestra del biogas de entrada para el analisis, despues el aporte de CO2 se desconecto y se sustituyo con un aporte de biogas (con el aporte de H2 permaneciendo constante). Dos horas despues se recogio para analisis una muestra del gas de salida del reactor. Durante las siguientes 192 horas (8 dfas) las velocidades de entrada de gas se mantuvieron constantes mientras se registraban las condiciones del reactor.

La velocidad de aporte del biogas se selecciono de una manera que el CO2 pudiera estar en exceso. La bomba peristaltica funciono a 0,240 l/min y la salida real se registro a diario (la salida observada diaria promedio fue de 0,239 l/min). Esto da como resultado una velocidad de suministro de gas de 34 VVD de CO2 y de 96 VVD de H2.

La produccion diaria de agua se registro antes y durante el ensayo y se muestra en la Figura 31. Antes del traslado, cuando se aportaba al reactor CO2 procedente del tanque de gas, la produccion de agua era de 4,9 ml/hora mientras despues del traslado y mientras que se ejecutaba el biogas la produccion de agua fue de 2,9 ml/hora. Parte de esta cafda en la velocidad se debio a los tiempos de residencia disminuidos de los gases en el reactor (con la velocidad seleccionada para el biogas, el tiempo de residencia es de aproximadamente la mitad del de cuando se usa el CO2 puro). Por lo tanto, se esperaba la disminucion de la produccion de agua.

La produccion de biomasa se registro en todo el ensayo y la densidad optica y el peso seco se muestran en las Figuras 33 y 32, respectivamente. A lo largo del ensayo sobre el biogas, el cultivo aumento en la biomasa en alrededor del 17% medido por peso seco y en alrededor del 7% medido por densidad optica. Usando la metodologfa descrita anteriormente, puede calcularse la proporcion de carbono con respecto a la biomasa. Se usan aproximadamente 52 atomos de carbono para la produccion de CH4 para cada atomo individual de carbono que va a la produccion de biomasa. De manera equivalente, hubo 98,1 moleculas de metano liberadas por cada 100,0 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo. Y, de manera equivalente, hay 20 gramos de metano producido por cada gramo de biomasa producido. A lo largo del ensayo sobre el biogas, el tiempo de duplicacion del cultivo fue de aproximadamente 990 horas.

El uso de los terminos “un” y “una” y “el” y “la” y referentes similares en el contexto de la descripcion de la invencion (en especial, en el contexto de las siguientes reivindicaciones), deben considerarse para cubrir tanto el plural como el singular, a menos que se indique de otra manera en el presente documento o el contexto lo contradiga claramente. Los terminos “que comprende”, “que tiene”, “que incluye” y “que contiene” deben considerarse como terminos ilimitados (es decir, que significan “que incluye, pero sin limitacion”) a menos que se indique otra cosa.

El enumeracion de los intervalo de valores en el presente documento esta destinado simplemente a servir como un metodo abreviado para referirse de forma individual a cada valor distinto que se encuentra dentro del intervalo y cada extremo, a menos que se indique otra cosa en el presente documento, y cada valor y extremo distinto y se incorpora en la memoria descriptiva como si se enumerara de forma individual en el presente documento.

Todos los metodos descritos en el presente documento pueden realizarse en cualquier orden adecuado a menos que se indique otra cosa en el presente documento o que de otra manera el contexto lo contradiga claramente. El uso de cualquiera y de todos los ejemplos, o el lenguaje ejemplar (por ejemplo, “tal como”) proporcionado en el presente documento, esta destinado simplemente a iluminar mejor la invencion y no plantea una limitacion sobre el alcance de la invencion a menos que se reivindique otra cosa. Ningun lenguaje en la memoria descriptiva debena considerarse como indicativa de ningun elemento no reivindicado como esencial para la practica de la invencion.

LISTADO DE SECUENCIAS

<110> Mets, Lauren

<120> CEPA DE METHANOTHERMOBACTER THERMAUTOTROPHICUS Y VARIANTES DE LA MISMA

<130> 31676/45956A

<150> 61/430.071 <151>

<160> 1

<170> PatentIn version 3.5 <210> 1

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<211> 1334 <212> ADN

<213> Methanothermobacter thermautotrophicus <220>

<221> misc_feature <222> (274)..(274)

<223> n es a, c, go t

<220>

<221> misc_feature <222> (567)..(567)

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<220>

<221> misc_feature <222> (1334)..(1334)

<223> n es a, c, g o t

<300>

<308> GenBank / X68720.1 <309> <313> (1)..(1334)

<400> 1

cccggatagg 60

atgggtctgc 120

acgggttgtg 180

tggataacct gcccttggga ccgggataac cccgggaaac tggggataaa tgatgctgcc tggaatggtt cttcaccgaa acaccttcgg gtgcccaagg ggccgattag gttgttggta gggtaacggc ctaccaagcc gatcatcggt

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REIVINDICACIONES

1. Una cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus aislada, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561.
2. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de la reivindicacion 1, en la que el microorganismo

(i) presenta una eficacia de produccion de metano que es de al menos o de aproximadamente 25, de al menos o de aproximadamente 40, de al menos o de aproximadamente 50, o de al menos o de aproximadamente 60 moleculas de CO2 transformadas en metano por molecula de CO2 transformada en material celular, en la que opcionalmente la eficacia de produccion de metano a partir de CO2 se mantiene durante al menos 30 dfas consecutivos;

(ii) produce al menos o aproximadamente 96, al menos o aproximadamente 97, o al menos o aproximadamente 98 moleculas de metano por 100 moleculas de dioxido de carbono suministradas al microorganismo; o

(iii) produce al menos o aproximadamente 17 gramos, al menos o aproximadamente 20 gramos, al menos o aproximadamente 30 gramos, o al menos o aproximadamente 40 gramos de metano a partir de CO2 por gramo de material celular producido a partir de CO2,

cuando al microorganismo se le suministran no mas de 25 moleculas de hidrogeno por cada 6 moleculas de metano producidas, o se suministran no mas de 200 moleculas de hidrogeno por cada 49 moleculas de metano producidas.
3. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de la reivindicacion 1 o 2, en la que el microorganismo presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas, de al menos o de aproximadamente 80 horas, de al menos o de aproximadamente 90 horas, de al menos o de aproximadamente 100 horas, de al menos o de aproximadamente 200 horas, o de al menos o de aproximadamente 1 mes, en una fase estacionaria, en la que, opcionalmente, el tiempo de duplicacion se mantiene durante al menos 7 dfas consecutivos o al menos 30 dfas consecutivos.
4. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de la reivindicacion 3 que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria cuando se proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o de aproximadamente 34 VVD o que presenta un tiempo de duplicacion de al menos o de aproximadamente 72 horas en una fase estacionaria cuando se proporciona gas CO2 a una velocidad de al menos o de aproximadamente 34 VVD y poder reductor suficiente para reducir al menos el 90 % del CO2.
5. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de la reivindicacion 4, en la que el poder reductor es gas hidrogeno suministrado a una velocidad de al menos 122 VVD o es una corriente electrica.
6. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en las que el microorganismo retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos, despues de una exposicion de al menos o de aproximadamente 3 minutos a oxfgeno o a monoxido de carbono.
7. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de la reivindicacion 6, en la que el microorganismo retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 10 minutos de exposicion a al menos o a aproximadamente 3 minutos de oxfgeno.
8. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en las que el microorganismo retorna a al menos el 80 % del nivel de productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos, despues de una exposicion de al menos o de aproximadamente 3 minutos al aire.
9. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en las que el microorganismo presenta una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria.
10. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de la reivindicacion 9, que presenta una densidad de cultivo celular de al menos o de aproximadamente 6 mg de masa seca de celulas/ml de cultivo en una fase estacionaria durante al menos o aproximadamente 15 dfas consecutivos.
11. El microorganismo de Methanothermobacter aislado de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que retorna a al menos el 80 % de la productividad de metano en el estado operativo al cabo de 20 minutos de resuministro de gas hidrogeno o electricidad, despues de estar durante al menos 2 horas en un estado inactivo como se induce mediante la interrupcion o el cese del suministro de hidrogeno o electricidad.
12. Un metodo de produccion de una progenie de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus, depositada el 21 de diciembre de 2010, en la Coleccion Americana de Cultivos Tipo (ATCC®) con la Identificacion de Deposito de Patente ATCC® n.° PTA-11561, comprendiendo el

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metodo la reproduccion o multiplicacion de un microorganismo de la cepa UC 120910 de Methanothermobacter thermautotrophicus.
13. Un cultivo o monocultivo sustancialmente puro, un catodo poroso, un inoculo de cultivo celular, o un cultivo a gran escala, que esta listo para su uso en la produccion de metano, que comprende el microorganismo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en las que el inoculo de cultivo celular comprende al menos o aproximadamente 1,6 kg de peso seco del microorganismo aislado, o en las que el cultivo a gran escala comprende al menos o aproximadamente 1000 l de un cultivo a una densidad de al menos o de aproximadamente 6 g de celula en peso seco/l de cultivo del microorganismo.
14. Un sistema de transformacion de energfa electrica en metano, que comprende un reactor biologico que tiene al menos un catodo, un anodo, un microorganismo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, agua y dioxido de carbono, en el que, opcionalmente, el reactor biologico comprende al menos una primera camara que comprende dicho catodo, dicho microorganismo y agua, y una segunda camara que contiene al menos un anodo, en el que el sistema comprende adicionalmente una fuente de electricidad acoplada al anodo y al catodo, un suministro de dioxido de carbono acoplado a la primera camara y una salida para recibir metano de la primera camara.
15. Un sistema de transformacion de dioxido de carbono en metano, que comprende un suministro de dioxido de carbono, una fuente de poder reductor y un microorganismo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que, opcionalmente, la fuente de poder reductor comprende gas hidrogeno.
16. Un metodo de transformacion de electricidad en metano, que comprende suministrar electricidad y dioxido de carbono al sistema de la reivindicacion 15, teniendo el reactor biologico un estado operativo en el que el microorganismo se mantiene a una temperatura mayor de, o de aproximadamente, 60 °C, y recoger metano de la primera camara.
17. Uso del sistema de la reivindicacion 15 para la transformacion de dioxido de carbono en metano.

imagen1

co2

FIG. 1

Metano

Metano para plantas

comercializado

de production

P anta

de etano

jepurador

de aziifre

metano

Efmente

de COj

Fermentador

Sumimstro

Depurador

de medio

de oxigeno

Hidrolizador (C)

FIG. 2

imagen2

Impulsor

mecan co

para

el mezclado

Sanaa

de metano

Medio

Zona C

agotado

retirada

de CO2 final

Transporte de fluido

entre zonas mas lentas

-t—t—t-t-

t—t—

que las del transporte

de gas

Zona B

baja en CO2

Mezclado incompleto

-t—t-

4—t—'f-T—

entre zonas

Zona A

alta en CO2

Mezclado complete

en las zonas

Sumimstro de gas

Sumimstro de nutrientes

FIG. 3

imagen3

imagen4

imagen5

imagen6

imagen7

imagen8

imagen9

CQLECTOR DE CORRIENTE DE GRAFITO

COLECTOR DE CORRIENTE DE TITANIO

BOMBA

JUNTA DURA SEAL

JUNTA DURA SEAL

TELADECARBONO/ANODOPt

DE CATOLITO

REC RCULANTE

SAL DA

DE CATOLITO

RECIRCULAIMTE

CAPADEREFUERZO PEEK

CATODO DETELA DE CARBONO

CAPADEREFUERZO PEEK

AL TERMINAL

JE VOLTAJE

POS T VC

B ERTO AL A RE

FIG. 16

ESPEC

DE MAS AS

TUBO DE DEPOSITO

PERISTATICA

ARGON/CQ?

T^AMPA DE VAPOR

RESIDUO

30MBA DE CULT VO AL CATODO

3AS A TRAMPA

DE VAPOR

DA I 000 DE CULTIVO AL DEPOS TO

SALIDA CE CONCEN3ADC

H ELERA

TERMOMETRO

CELULA

TUBO DE DEPOSITO

ELECTROL T CA

POTENC OMETRO

HORNO DE CONVECCION

TERMOCONTROLADOR

FIG. 17

AL TERMINAL DE VOLTAJE NEGATIVO

TERMOPAR MEDICION DE TEMPERATURA DEL CATODO

Intensidad de senal de hidrogeno o metano

5,0

3,0

2,0

1,0

-o— Hidrogeno - sin sal (8 mS/cm) -□— Metano - sin sal (8 mS/cm)

-tt - Hidrogeno - sal (25 mS/cm)

0 - Metano - sal (25 mS/cm)

------Voltaje (V - eje izquierdo)

-•— Corriente (A eje derecho - sin sal) ..... Corriente (A- eje derecho - sal)

j ( 1 > i /!; \i

4 t / IT / ■' I

• t: ;i ■ /' i I* QLCTi 1 fflri rfJwt ‘5 * i ^4/ ,1 * it \\ M lv\ /*) iA / y I" 1 I -! n V lh \___________

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'.-a

Xv

0:00

0:07 0:14 0:21 0:28 0:36

Tiempo transcurrido (min)

0,01 0jD0

0:43 0:50

0,05

Intensidad de serial de hidrogeno o metano

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

---Hidrogeno - sin sal (8 mS/cm) Metano - sin sal (8 mS/cm) ---Hidrogeno - sal (25 mS/cm) - - - Metano - sal (25 mS/cm) ---Voltaje (V - eje izquierdo) ---Corriente (A eje derecho - sin sal) .......Corriente (A- eje derecho - sal)

\ h : 11 ; ; 'M i A ! ll • r, i --

■ /; H : : ; o : ! >■ ;i 5 i i; <\ /, ll : i ;ri s i

ll

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1 1 \'\ i A ¥ t \\ / A/J f A /? AX n ' / ^ ^ ./f n vv

0,10

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,04

0:00

0:07

0:14

0:21

0:28

0:36

0:43

0:50

0,03

0,02

0,01

0,00

FIG. 18A

Tiempo transcurrido (min)

Intensidad de serial de hidrogeno o metano

2,50E+01 -
2.00E+01 -

1,50E+01 -

1.00E+01

5,00E+00 -

0,00E+00 ■

-o—Sin sal (conductividad 8 mS/cm) - hidrogeno -M-— Sin sal (conductividad 8 mS/cm) - metano Sal (conductividad 25 mS/cm) - hidrogeno Sal (conductividad 25 mS/cm) - metano

3 V

imagen10

0:00 0:14 0:28 0:43 0:57 1:12 1:26

Tiempo transcurrido (min)

1:40

1:55

FIG. 19

2:09

CD

CO

imagen11

FIG. 19A

Serial de masa

imagen12

Inhibicion, consumo y recuperacion de oxigeno

imagen13

0 10 20 30 40

Tiempo (min)

FIG. 21

Fraccion de hidrogeno transformada a metano

imagen14

imagen15

Configuracion del biorreactor de 7,5 I

Condensacion

jesespumad

Co umna

©—I

Na,S

de presion

NH.OH

n

25XNutnentes

Biorreactor

anaerobio

Agua metabolica

60 °C

y recog ida del cutivo

FIG. 23

imagen16

Densidad optica a 600 nm (DO600)

imagen17

-|-Serie 1 • Serie 2 X Serie 3

FIG. 25

Densidad optica a 600 nm (D0600)

Crecimiento en biomasa

imagen18

100

10

o

TD

03

X

o

s__

Q_

03

C

'O

o

03

O

"q.

3

TD

Q)

TD

O

Q.

CD

+Serie 1 • Serie 2 X Serie 3

FIG. 26

imagen19

-vl

-vl

3

G)

n

N>

CO

o

o "->■

imagen20

% de conversion

imagen21

100

FIG. 29

o

imagen22

0)

(/>

w

eo

<jn

ft

<£>

imagen23

ooooooooo

Produccion de agua (ml)

-vl

CD

FIG. 31

ooooooooooo I oooooooooooo

imagen24

Velocidad de entrada de gas (l/min)

imagen25

Biomasa (D0600) Biomasa (mg/ml)

imagen26

r °.2

c- O mg/ml

Cfl

ro ra

0

0,15 ro "0 CO

0,1 7 0,05 0

c

0

0

T3

T3

ro

■g

o

o

0

>

horas

FIG. 32

Velocidad de C02

Velocidad de gas

imagen27

in

ro

0)

0

■a

ro

L_

0

0

0

T3

T3

ro

■g

'o

_o

0

>

horas

FIG. 33

OD

Velocidad de C02 Velocidad de gas