ES2610189T3 - Procedimiento de producción de alcohol - Google Patents

Abstract

Un método para mejorar la eficacia de una fermentación anaerobia, en donde el método incluye; a. en un biorreactor que contiene uno o más microorganismos, hacer fermentar uno o más sustratos gaseosos para producir uno o más productos y una corriente gaseosa de salida; b. conducir un caldo de medio líquido a un medio de desoxigenación; c. hacer pasar la corriente gaseosa de salida desde el biorreactor al medio de desoxigenación; d. poner en contacto el caldo de medio líquido con una corriente gaseosa de salida sin fermentar, de manera que en el caldo de medio líquido son capturados uno o más componentes de la corriente gaseosa de salida, para proporcionar un caldo de medio líquido sustancialmente desoxigenado; y e. hacer pasar caldo de medio líquido sustancialmente desoxigenado al biorreactor.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento de produccion de alcohol Campo de la invencion

Esta invencion se refiere en general a metodos para producir productos mediante fermentacion microbiana anaerobia de sustratos. En particular, la invencion se refiere a metodos para aumentar la eficacia de fermentacion utilizando corrientes gaseosas que salen de un biorreactor para desoxigenar corrientes lfquidas que entran a un biorreactor.

Antecedentes de la invencion

En todo el mundo, el etanol se esta convirtiendo rapidamente en uno de los principales combustibles lfquidos, ricos en hidrogeno, para el transporte. Se ha estimado el consumo mundial de etanol en 2005 en 55.000 millones de litros (12.200 millones de galones). Se ha predicho, ademas, que el mercado global para la industria del etanol combustible continuara creciendo fuertemente en el futuro, debido a un creciente interes en el etanol en Europa, Japon, los EE.UU. y diversas naciones en desarrollo.

Por ejemplo, en los EE.UU. se utiliza etanol para producir E10, una mezcla al 10% de etanol en gasolina. En las mezclas E10, el componente de etanol actua como agente oxigenante, mejorando la eficacia de la combustion y reduciendo la generacion de contaminantes atmosfericos.

En Brasil, el etanol satisface aproximadamente el 30% de la demanda de combustible para el transporte, tanto en la modalidad de agente oxigenante mezclado con la gasolina como en la de combustible puro como tal. Ademas, en Europa, las preocupaciones medioambientales sobre las consecuencias de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) han sido un estfmulo para que la Union Europea (UE) imponga a los estados miembro un objetivo obligatorio acerca del consumo de combustibles sostenibles para el transporte, tales como el etanol derivado de biomasa.

La inmensa mayona del etanol combustible se produce mediante procesos de fermentacion tradicionales basados en levaduras, que emplean carbohidratos derivados de cultivos, por ejemplo sacarosa extrafda de la cana de azucar o almidon extrafdo de cultivos de cereales, como principal fuente de carbono. Sin embargo, el coste de estas materias primas carbohidratos se ve influido por su valor como alimento humano o forraje animal, y el cultivo de plantas productoras de almidon o sacarosa con el fin de producir etanol no es sostenible economicamente en todas las zonas geograficas. Por lo tanto, es interesante desarrollar tecnologfas para convertir en etanol combustible fuentes de carbono menos costosas y/o mas abundantes.

El CO es un subproducto importante, gratuito, rico en energfa, de la combustion incompleta de materiales organicos tales como carbon o petroleo y productos derivados del petroleo. Por ejemplo, se ha publicado que la industria siderurgica de Australia produce y libera anualmente a la atmosfera mas de 500.000 toneladas de CO.

Se pueden utilizar procedimientos cataltticos para convertir gases consistentes principalmente en CO y/o CO e hidrogeno (H2) en una diversidad de combustibles y productos qmmicos. Tambien se pueden emplear microorganismos para convertir estos gases en combustibles y productos qmmicos. Estos procesos biologicos, aunque en general son mas lentos que las reacciones qmmicas, presentan diversas ventajas sobre los procesos cataltticos, entre ellas una mayor especificidad, mayores rendimientos, costes energeticos inferiores y mayor resistencia al envenenamiento.

La capacidad de los microorganismos para crecer con CO como unica fuente de carbono se descubrio por primera vez en 1903. Mas tarde se determino que es una propiedad de organismos que utilizan la ruta bioqmmica del acetil coenzima A (acetil-CoA) (tambien conocida como ruta de Woods-Ljungdah) de crecimiento autotrofico y la ruta de la monoxido de carbono deshidrogenasa/acetil-CoA sintasa (CODH/ACS, por sus siglas en ingles)). Se ha demostrado que un gran numero de organismos anaerobios, entre ellos organismos carboxidotroficos, fotosinteticos, metanogenicos y acetogenicos, metabolizan CO hasta diversos productos finales, en concreto CO2, H2, metano, n-butanol, acetato y etanol. Aunque utilizan CO como unica fuente de carbono, dichos organismos producen al menos dos de estos productos finales.

Se ha demostrado que bacterias anaerobias, por ejemplo las del genero Clostridium, producen etanol a partir de CO, CO2 y H2 a traves de la ruta bioqmmica del acetil-CoA. Por ejemplo, en los documentos WO 00/68407, EP 117309, las patentes de EE.UU. n.os 5,173,429, 5,593,886 y 6,368,819, y los documentos WO 98/00558 y WO 02/08438, se describen diversas cepas de Clostridium ljungdahlii que producen etanol a partir de gases. Tambien es conocida la bacteria Clostridium autoethanogenum sp por producir etanol a partir de gases (Abrini et al., Archives of Microbiology 161, pags. 345-351 (1994)).

Sin embargo, la produccion de etanol por microorganismos a traves de la fermentacion de gases siempre va asociada con la coproduccion de acetato y/o acido acetico. Puesto que algo del carbono disponible se convierte en acetato/acido acetico en vez de en etanol, la eficacia de la produccion de etanol mediante dichos procesos de

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fermentacion puede ser menor de la deseable. Ademas, salvo que se pueda utilizar el subproducto de acetato/acido acetico para algun otro proposito, ello puede plantear un problema de eliminacion de residuos. Los microorganismos convierten el acetato/acido acetico en metano y, por lo tanto, presentan el potencial de contribuir a las emisiones de GEI.

Se sabe de diversas enzimas, conocidas por estar asociadas con la capacidad de los microorganismos para utilizar monoxido de carbono como unica fuente de carbono y energfa, que requieren cofactores metalicos para su actividad. Los ejemplos de enzimas clave que requieren la union de cofactores metalicos para su actividad incluyen la monoxido de carbono deshidrogenasa (CODH) y la acetil-CoA sintasa (ACS).

Los documentos WO2007/117157, WO2008/115080, WO2009/022925, WO2009/058028, WO2009/064200, WO2009/064201 y WO2009/113878 describen procesos que producen alcoholes, en particular etanol, mediante la fermentacion anaerobia de gases que contienen monoxido de carbono. El acetato producido como subproducto del proceso de fermentacion descrito en el documento WO2007/117157 se convierte en hidrogeno gaseoso y dioxido de carbono gaseoso, y uno de los dos, o ambos, se pueden utilizar en el proceso de fermentacion anaerobia. El documento WO2009/022925 describe el efecto del pH y el potencial redox (PR) en la conversion de sustratos que comprenden CO a productos tales como acidos y alcoholes, por fermentacion. El documento WO2009/058028 describe el uso de gases residuales industriales para producir productos, por ejemplo alcohol, mediante fermentacion. El documento WO2009/064201 describe portadores para CO y el uso de CO en la fermentacion. El documento WO2009/113878 describe la conversion de acido o acidos en alcohol o alcoholes durante la fermentacion de un sustrato que comprende CO.

Tfpicamente, la fermentacion anaerobia de sustratos que comprenden CO se lleva a cabo en condiciones estrictamente anaerobias. Antes de pasar al biorreactor, se debe desoxigenar de manera sustancial el medio que entra a un biorreactor, con el fin de eliminar sustancialmente todo el oxfgeno disuelto. La desoxigenacion del medio es una operacion unitaria habitual que requiere energfa y recursos adicionales, tales como una corriente de gas libre de oxfgeno, o vacfo.

Ademas, las corrientes gaseosas que salen del biorreactor llevan tfpicamente componentes arrastrados desde el caldo de fermentacion acuoso. A menos que se puedan recuperar los componentes volatilizados, por ejemplo productos de 3 carbonos, entre ellos alcoholes, de la corriente que sale del biorreactor, se podnan perder en una corriente de desecho.

Es un objeto de la presente invencion proporcionar un procedimiento que supere al menos hasta cierto punto los inconvenientes anteriores, o que al menos ofrezca al publico una eleccion util.

Compendio de la invencion

El metodo de la invencion puede implicar un medio de desoxigenacion que comprende un recipiente configurado para el contacto gas/lfquido, que comprenda:

(i) una primera entrada configurada para recibir lfquido;

(ii) una primera salida configurada para hacer pasar al menos una parte del lfquido a un biorreactor;

(iii) una segunda entrada configurada para recibir una corriente gaseosa desde un biorreactor; y

(iv) una segunda salida configurada para evacuar al menos una parte de la corriente gaseosa fuera del recipiente.

En realizaciones particulares, el medio de desoxigenacion esta configurado de manera que, durante el uso, el lfquido y el gas fluyen en contracorriente a traves del recipiente.

En realizaciones particulares, el recipiente incluye material de relleno configurado para aumentar la superficie de contacto gas/lfquido. En realizaciones particulares, el recipiente esta rellenado con relleno aleatorio o estructurado.

El metodo de la invencion es un metodo para desoxigenar un medio nutriente lfquido antes de hacer pasar el medio nutriente lfquido a un biorreactor para fermentacion anaerobia, en donde el metodo incluye poner en contacto el medio nutriente lfquido con una corriente gaseosa que sale del biorreactor, como se define en las reivindicaciones.

En realizaciones particulares, se ponen en contacto el medio nutriente lfquido y la corriente gaseosa en un medio de desoxigenacion configurado para un contacto gas/lfquido eficaz.

En realizaciones particulares, el metodo incluye hacer fermentar un sustrato en el biorreactor para producir uno o mas productos. En realizaciones particulares, el sustrato es gaseoso. En realizaciones particulares, el sustrato comprende CO.

En realizaciones particulares, cuando se ponen en contacto la corriente gaseosa y el medio nutriente lfquido se capturan en el medio nutriente lfquido uno o mas componentes de la corriente gaseosa que sale del biorreactor.

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Por tanto, la presente invencion proporciona un metodo para mejorar la eficacia de una fermentacion anaerobia, en donde el metodo incluye;

a. en un biorreactor que contiene uno o mas microorganismos, hacer fermentar uno o mas sustratos gaseosos para producir uno o mas productos y una corriente gaseosa de salida;

b. conducir un caldo de medio Kquido a un medio de desoxigenacion;

c. hacer pasar la corriente gaseosa de salida desde el biorreactor al medio de desoxigenacion;

d. poner en contacto el caldo de medio lfquido con una corriente gaseosa de salida sin fermentar, de manera que uno o mas componentes de la corriente gaseosa de salida son capturados en el caldo de medio lfquido para proporcionar un caldo de medio lfquido sustancialmente desoxigenado; y

e. hacer pasar el caldo de medio lfquido sustancialmente desoxigenado al biorreactor.

En realizaciones particulares, se pone en contacto la corriente gaseosa con un lfquido acuoso en el medio de desoxigenacion. En realizaciones particulares, el lfquido acuoso es medio nutriente lfquido que se alimenta al biorreactor para mantener la fermentacion. En realizaciones particulares, la puesta en contacto de la corriente gaseosa con el lfquido acuoso desoxigena sustancialmente el lfquido acuoso.

En realizaciones particulares, los uno o mas sustratos son gaseosos. En realizaciones particulares, el o los sustratos comprenden CO.

En realizaciones particulares, los uno o mas productos incluyen acido o acidos y/o alcohol o alcoholes. En realizaciones particulares, el o los acidos incluyen acetato y el o los alcoholes incluyen etanol.

En realizaciones particulares, se hace pasar directa o indirectamente la corriente gaseosa que sale del biorreactor al medio de desoxigenacion, en donde se pone en contacto la corriente con el medio nutriente lfquido. En realizaciones particulares, se hace pasar la corriente gaseosa al medio de desoxigenacion a traves de medios de conduccion.

En realizaciones particulares, la corriente gaseosa comprende uno o mas componentes que incluyen, sin limitacion, sustrato o sustratos gaseosos no transformados en la fermentacion; producto o productos o subproducto o subproductos gaseosos o volatilizados de fermentacion y/o compuestos gaseosos inertes. En realizaciones particulares, la corriente gaseosa comprende uno o mas de Co, CO2, H2, H2S, N2, CH4, alcoholes tales como etanol y/o acidos tales como acetato.

En realizaciones particulares, el medio de desoxigenacion es como se ha definido mas arriba.

La presente invencion tambien proporciona un metodo para mejorar la eficacia de una fermentacion, en donde el metodo comprende;

a. en un biorreactor que comprende uno o mas microorganismos, hacer fermentar un substrato gaseoso que comprende CO para producir uno o mas productos lfquidos y una corriente gaseosa de salida que comprende al menos etanol;

b. hacer pasar la corriente gaseosa de salida que comprende al menos etanol a un medio de desoxigenacion que contiene un caldo de nutriente lfquido;

c. poner en contacto la corriente gaseosa de salida que comprende al menos etanol con el caldo de medio lfquido para proporcionar un caldo de medio lfquido desoxigenado;

d. capturar al menos una parte del componente de etanol de la corriente gaseosa de salida en el caldo de medio lfquido desoxigenado; y

e. hacer pasar el medio nutriente lfquido desoxigenado al biorreactor para fermentacion.

Tambien se proporciona un sistema que comprende un biorreactor y medio de desoxigenacion, en donde el medio de desoxigenacion esta configurado para:

(i) poner en contacto una corriente gaseosa recibida del biorreactor con un lfquido; y

(ii) hacer pasar el lfquido sustancialmente desoxigenado al biorreactor.

En realizaciones particulares, el medio de desoxigenacion es el medio de desoxigenacion que se ha definido mas arriba.

En realizaciones particulares, el sistema incluye medios de conduccion configurados para hacer pasar la corriente gaseosa desde el biorreactor al medio de desoxigenacion. En realizaciones particulares, el sistema incluye medios de conduccion configurados para hacer pasar lfquido desde el medio de desoxigenacion al biorreactor.

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Los expertos en la tecnica apreciaran medios para transferir las corrientes Kquidas hacia y desde el recipiente de desoxigenacion y el biorreactor. Sin embargo, a modo de ejemplo, se puede hacer pasar Kquido al biorreactor utilizando una o mas bombas. De manera adicional o alternativa, se puede hacer pasar la corriente gaseosa al medio de desoxigenacion utilizando uno o mas soplantes, compresores, ventiladores y/o bombas.

Las realizaciones de la invencion encuentran aplicacion particular en la produccion de acidos y alcoholes, en particular etanol, por fermentacion de un sustrato gaseoso que comprende CO. El sustrato puede comprender un gas obtenido como subproducto de un proceso industrial. En ciertas realizaciones, el proceso industrial se selecciona del grupo consistente en la fabricacion de productos metalicos ferreos, la fabricacion de productos no ferreos, procesos de refino de petroleo, gasificacion de biomasa, gasificacion de carbon, produccion de energfa electrica, produccion de negro de carbono, produccion de amomaco, produccion de metanol y fabricacion de coque. En una realizacion de la invencion, el sustrato gaseoso es gas de smtesis. En una realizacion, el sustrato gaseoso comprende un gas obtenido de una planta siderurgica.

En realizaciones particulares, el sustrato que contiene CO contendra tipicamente una proporcion importante de CO, por ejemplo al menos de aproximadamente 20% a aproximadamente 100% de CO en volumen, de 30% a 70% de CO en volumen, de 40% a 60% de CO en volumen y de 45% a 55% de CO en volumen. En realizaciones particulares, el sustrato comprende aproximadamente 25%, o aproximadamente 30%, o aproximadamente 35%, o aproximadamente 40%, o aproximadamente 45%, o aproximadamente 50% de CO, o aproximadamente 55% de CO, o aproximadamente 60% de CO en volumen. En algunas realizaciones, la corriente de sustrato comprende bajas concentraciones de H2, por ejemplo menos de 5%, o menos de 4%, o menos de 3%, o menos de 2%, o menos de 1%, o bien esta sustancialmente exenta de hidrogeno. Tambien pueden ser apropiados sustratos con concentraciones de CO inferiores, por ejemplo 6%, en particular cuando tambien estan presentes H2 y CO2.

En diversas realizaciones, la fermentacion se lleva a cabo usando un cultivo de una o mas cepas de bacterias carboxidotroficas. En diversas realizaciones, la bacteria carboxidotrofica se selecciona de Clostridium, Moorella, Oxobacter, Pepcostreptococcus, Acetobacterium, Eubacterium o Butyribacterium. En una realizacion, la bacteria carboxidotrofica es Clostridium autoethanogenum.

Descripcion detallada de la invencion

Sorprendentemente, se ha reconocido que se puede utilizar una corriente gaseosa de salida sustancialmente exenta de oxfgeno que sale de un biorreactor configurado para la fermentacion anaerobia de sustratos gaseosos, con el fin de desoxigenar medio nutriente lfquido aportado al biorreactor. Este procedimiento presenta tambien la ventaja sorprendente de capturar sustancialmente al menos una parte de uno o mas productos y/u otros componentes de la corriente gaseosa de salida, en el medio nutriente lfquido aportado al biorreactor. Los uno o mas productos y/u otros productos pueden incluir alcoholes y/o acidos arrastrados desde un caldo de fermentacion anaerobia a una corriente gaseosa de salida durante la fermentacion de sustrato gaseoso. Por tanto, la invencion proporciona metodos y sistemas para aumentar la eficacia de la captura de uno o mas productos producidos por la fermentacion de un substrato gaseoso en un biorreactor.

En realizaciones particulares, un metodo de la invencion incluye el paso de hacer pasar al menos una parte de un gas de salida que sale de un biorreactor a traves de medios de desoxigenacion, de manera que se captura al menos una parte de uno o mas componentes del gas de salida en un medio acuoso antes de pasar al biorreactor tal como se define en las reivindicaciones. En realizaciones particulares, los uno o mas componentes del gas de salida comprenden al menos etanol, y al menos una parte del etanol es capturada en el medio acuoso antes de pasar al biorreactor.

La fermentacion de substratos gaseosos, por ejemplo sustratos que comprenden CO, para producir productos es conocida. En tales fermentaciones, a traves de uno o mas medios de conduccion se introduce una corriente de sustrato en un biorreactor, y se mezcla con un caldo de fermentacion. Durante la fermentacion de sustratos en un biorreactor, por ejemplo sustratos que comprenden CO, tfpicamente se suspenden uno o mas microorganismos en un caldo de fermentacion que comprende un medio nutriente lfquido que contiene nutrientes esenciales para el crecimiento y el metabolismo. Tales nutrientes esenciales incluyen, sin limitacion, nitrogeno, fosforo, potasio, azufre y vitaminas B seleccionadas, que tfpicamente se proporcionan en forma de sales disueltas en un medio acuoso. Se puede aportar de manera continua o por lotes el medio nutriente lfquido a un biorreactor que contiene uno o mas microorganismos; convirtiendo el cultivo microbiano al menos una parte de un sustrato, por ejemplo un sustrato que comprende CO, en productos tales como alcohol. Los procesos de fermentacion, en particular los procesos de fermentacion anaerobia, incluyen tfpicamente una o mas operaciones unitarias configuradas para eliminar gases disueltos, por ejemplo O2, del medio aportado al biorreactor.

Durante la fermentacion de sustratos gaseosos, tfpicamente se aporta el sustrato de manera que se transfiere al menos una parte del sustrato a la solucion en la cual los microorganismos pueden metabolizar el sustrato. Por ejemplo, se puede hacer borbotear un sustrato gaseoso en un caldo de fermentacion a presion atmosferica o presion elevada. Segun la invencion, al menos una parte del sustrato se transforma, por la fermentacion, en uno o mas productos. Sin embargo, en realizaciones particulares, una parte de los sustratos gaseosos puede quedar sin consumir en la fermentacion y escapa, saliendo del biorreactor en una corriente de salida. Ademas, o de manera

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alternativa, tambien pasaran a traves del biorreactor y saldran en una corriente de salida subproductos gaseosos de la fermentacion y/o componentes inertes de la corriente de sustrato.

Asf, segun la invencion, se pone en contacto una corriente de sustrato con un caldo de fermentacion en un biorreactor, y uno o mas componentes gaseosos, seleccionados de sustrato gaseoso sin fermentar, subproducto gaseoso de fermentacion y/o componentes inertes de la corriente de sustrato gaseoso, abandonan el caldo de fermentacion y salen del biorreactor a traves de un conducto de salida. Cuando los componentes gaseosos abandonan el caldo de fermentacion pueden volatilizar uno o mas productos disueltos, por ejemplo alcoholes, y arrastrarlos fuera del biorreactor en la corriente de salida. Segun la invencion, al menos una parte de los uno o mas productos se puede recuperar a partir de una corriente gaseosa de salida poniendo en contacto la corriente de salida con medio en un medio de desoxigenacion, antes de hacer pasar el medio al biorreactor.

Definiciones

Salvo que se defina otra cosa, los siguientes terminos utilizados a lo largo de esta memoria se definen como sigue:

Debenan entenderse la expresion "sustrato que comprende monoxido de carbono" y expresiones similares como inclusivas de cualquier sustrato en el que este disponible monoxido de carbono para una o mas cepas de bacterias para, por ejemplo, crecimiento y/o fermentacion.

La expresion "sustrato gaseoso que comprende monoxido de carbono" incluye cualquier gas que contenga monoxido de carbono. El sustrato gaseoso contendra tipicamente una proporcion significativa de CO, con preferencia de al menos aproximadamente 5% a aproximadamente 100% de CO en volumen.

En el contexto de los productos de fermentacion, el termino "acido" utilizado en la presente memoria incluye tanto los acidos carboxflicos como el anion carboxilato asociado, como ocurre por ejemplo en la mezcla de acido acetico libre y acetato presente en un caldo de fermentacion como se describe en la presente memoria. La proporcion de acido molecular con respecto a carboxilato en el caldo de fermentacion depende del pH del sistema. El termino "acetato" incluye tanto la sal de acetato sola como una mezcla de acido acetico molecular o libre y sal de acetato, por ejemplo la mezcla de sal de acetato y acido acetico libre presente en un caldo de fermentacion como se puede describir en la presente memoria. La proporcion de acido acetico molecular con respecto a acetato en el caldo de fermentacion depende del pH del sistema.

El termino "biorreactor" incluye un dispositivo de fermentacion que consiste en uno o mas recipientes y/o torres o conjuntos de tubenas, incluidos el reactor de tanque agitado continuo (CSTR, por sus siglas en ingles), el reactor de celulas inmovilizadas (ICR), el reactor de lecho percolado (TBR), el reactor de biopelfcula de lecho movil (MBBR), la columna de burbujas, el fermentador con inyeccion de gas, un reactor de membrana tal como el biorreactor de membrana de fibra hueca (HFMBR), un mezclador estatico u otro recipiente o dispositivo adecuados para el contacto gas-lfquido.

Salvo que el contexto requiera otra cosa, se pretende que las expresiones "fermentar", "proceso de fermentacion" o "reaccion de fermentacion" y similares, empleadas en la presente memoria, abarquen tanto la fase de crecimiento como la fase de biosmtesis de producto del proceso. Como se describira adicionalmente en esta memoria, en algunas realizaciones el biorreactor puede comprender un primer reactor de crecimiento y un segundo reactor de fermentacion. Asf, se debe entender que la adicion de metales o composiciones a una reaccion de fermentacion incluye la adicion a uno o ambos de estos reactores.

Aunque la descripcion que sigue se centra en realizaciones particulares de la invencion, en concreto la produccion de etanol y/o acetato mediante el uso de CO como sustrato principal, debe apreciarse que la invencion puede ser aplicable a la produccion de alcoholes y/o acidos alternativos y al uso de sustratos alternativos, como sabran las personas con pericia ordinaria en la tecnica a la que se refiere la invencion. Por ejemplo, se pueden usar sustratos gaseosos que contengan dioxido de carbono e hidrogeno. Ademas, la invencion puede ser aplicable a la fermentacion para producir butirato, propionato, caproato, etanol, propanol y butanol. Los metodos tambien pueden ser utiles para producir hidrogeno. A modo de ejemplo, estos productos se pueden producir por fermentacion con microbios de los generos Moorella, Clostridia, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina, Methanosarcina y Desulfotomaculum.

Fermentacion

Ciertas realizaciones de la invencion estan adaptadas para utilizar corrientes gaseosas producidas por uno o mas procesos industriales. Dichos procesos incluyen procesos de fabricacion de acero, en particular procesos que producen una corriente de gas con alto contenido de CO o con un contenido de CO por encima de un nivel predeterminado (por ejemplo, 5%). Segun dichas realizaciones, se emplean preferiblemente bacterias acetogenicas para producir acidos y/o alcoholes, en particular etanol o butanol, en uno o mas biorreactores. Los expertos en la tecnica seran conscientes, al considerar la presente descripcion, que se puede aplicar la invencion a diversas industrias o corrientes gaseosas residuales, entre ellas las de vehuculos con motor de combustion interna. Ademas, los expertos en la tecnica seran conscientes, al considerar la presente descripcion, que se puede aplicar la invencion a otras reacciones de fermentacion, entre ellas las que emplean los mismos o distintos microorganismos.

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Se pretende, portanto, que el alcance de la invencion no este limitado a las realizaciones y/o solicitudes particulares descritas, sino que debe entenderse en un sentido mas amplio; por ejemplo, la fuente de la corriente gaseosa no es limitante, aparte de que al menos un componente de la misma sea util para alimentar una reaccion de fermentacion. La invencion tiene una aplicabilidad particular para mejorar la captura total de carbono y/o la produccion de etanol y otros alcoholes a partir de sustratos gaseosos que comprenden CO. Se conocen procedimientos para producir etanol y otros alcoholes a partir de sustratos gaseosos. Los procedimientos ilustrativos incluyen los descritos, por ejemplo, en los documentos WO2007/117157, WO2008/115080, WO2009/022925, WO2009/064200, US 6,340,581, US 6,136,577, US 5,593,886, US 5,807,722 y US 5,821,111, cada uno de los cuales se incorpora a la presente memoria por referencia.

Se sabe que diversas bacterias anaerobias son capaces de realizar la fermentacion de CO a alcoholes, entre ellos n-butanol y etanol, y acido acetico, y son adecuadas para el uso en el procedimiento de la presente invencion. Los ejemplos de estas bacterias que son adecuadas para el uso en la invencion incluyen las del genero Clostridium, por ejemplo cepas de Clostridium Ijungdahlii, entre ellas las descritas en los documentos WO 00/68407, EP 117309, las patentes de EE.UU. n.os 5,173,429, 5,593,886 y 6,368,819, y los documentos WO 98/00558 y WO 02/08438, Clostridium carboxydivorans (Liou et al., International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 33: pags. 2085-2091), Clostridium ragsdalei (WO/2008/028055) y Clostridium autoethanogenum (Abrini et al., Archives of Microbiology 161: pags. 345-351). Otras bacterias adecuadas incluyen las del genero Moorella, entre ellas Moorella sp HUC22-1 (Sakal et al., Biotechnology Letters 29: pags. 1607-1612), y las del genero Carboxydothermus (Svetlichny, V.A., Sokolova, T.G. et al. (1991), Systematic and Applied Microbiology 14: 254-260). Otros ejemplos incluyen Moorella thermoacetica, Moorella thermoautotrophica, Ruminococcus productus, Acetobacterium woodii, Eubacterium limosum, Butyribacterium methylotrophicum, Oxobacter pfennigli, Methanosarcina barkeri, Methanosarcina acetivorans, Desulfotomaculum kuznetsovii (Simpa et al., Critical Reviews in Biotechnology, 2006, vol. 26, pags. 41-65). Ademas, se debena entender que pueden ser aplicables a la presente invencion otras bacterias anaerobias acetogenicas, como un experto en la tecnica entendena. Se apreciara tambien que se puede aplicar la invencion a un cultivo mixto de dos o mas bacterias.

Clostridium autoethanogenum es un microorganismo ilustrativo adecuado para el uso en la presente invencion. En una realizacion, el Clostridium autoethanogenum es un Clostridium autoethanogenum que tiene las caractensticas identificantes de la cepa depositada en el Centro aleman de recursos para materiales biologicos (DSMZ), con el numero de deposito identificante 19630. En otra realizacion, el Clostridium autoethanogenum es un Clostridium autoethanogenum que tiene las caractensticas identificantes del deposito en el DSMZ con el numero DSMZ 23693.

El cultivo de las bacterias usadas en los metodos de la invencion puede realizarse empleando cualesquiera procesos conocidos en la tecnica para cultivar y fermentar sustratos mediante el uso de bacterias anaerobias. Se ofrecen tecnicas ilustrativas en la seccion "Ejemplos" que sigue. A modo de ejemplo adicional, se pueden utilizar los procedimientos descritos de modo general en los siguientes artfculos, que utilizan sustratos gaseosos para la fermentacion: (i) K. T. Klasson, et al. (1991). Bioreactors for synthesis gas fermentations. Resources, Conservation and Recycling, 5; 145-165; (ii) K. T. Klasson, et al. (1991). Bioreactor design for synthesis gas fermentations. Fuel. 70. 605-614; (iii) K. T. Klasson, et al. (1992). Bioconversion of synthesis gas into liquid or gaseous fuels. Enzyme and Microbial Technology. 14, 602-608; (iv) J. L. Vega, et al. (1989). Study of Gaseous Substrate Fermentation: Carbon Monoxide Conversion to Acetate. 2. Continuous Culture. Biotech. Bioeng. 34. 6. 785-793; (v) J. L. Vega, et al., (1989). Study of gaseous substrate fermentations: Carbon monoxide conversion to acetate. 1. Batch culture. Biotechnology and Bioengineering. 34. 6. 774-784; (vi) J. L. Vega, et al. (1990). Design of Bioreactors for Coal Synthesis Gas Fermentations. Resources, Conservation and Recycling. 3.149-160.

La fermentacion se puede llevar a cabo en cualquier biorreactor adecuado, por ejemplo uno o varios reactores de tanque agitado continuo (CSTR), reactores de celulas inmovilizadas, reactores de inyeccion de gas, reactores de columna de burbujas (BCR), reactores de membrana, por ejemplo un biorreactor de membrana de fibra hueca (HFMBR) o uno o varios reactores de lecho percolado (tBr). Ademas, en algunas realizaciones de la invencion, el o los biorreactores pueden comprender un primer reactor de crecimiento, en el cual se cultivan los microorganismos, y un segundo reactor de fermentacion, al cual se alimenta caldo de fermentacion procedente del reactor de crecimiento y en el cual se produce la mayor parte del producto de fermentacion (por ejemplo, etanol y acetato). En realizaciones particulares, el segundo biorreactor es distinto del primer biorreactor.

Segun varias realizaciones de la invencion, la fuente de carbono para la reaccion de fermentacion es un sustrato gaseoso que contiene CO. El sustrato puede ser un gas residual que contenga CO, obtenido como subproducto de un proceso industrial o de otra fuente tal como los humos de escape de automoviles. En ciertas realizaciones, el proceso industrial se selecciona del grupo que consiste en la fabricacion de productos metalicos ferreos, por ejemplo una planta siderurgica, la fabricacion de productos no ferreos, procesos de refino de petroleo, gasificacion de carbon, produccion de energfa electrica, produccion de negro de carbono, produccion de amomaco, produccion de metanol y fabricacion de coque. En estas realizaciones, el sustrato que contiene CO puede captarse del proceso industrial antes de ser emitido a la atmosfera, usando cualquier metodo conveniente. Dependiendo de la composicion del sustrato que contiene CO, puede ser deseable tratarlo para eliminar cualquier impureza indeseada, como partfculas de polvo, antes de introducirlo a la fermentacion. Por ejemplo, se puede filtrar o depurar el sustrato gaseoso por metodos conocidos.

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Como alternativa, se puede obtener el sustrato que contiene CO de la gasificacion de biomasa. El proceso de gasificacion implica la combustion parcial de biomasa con un suministro restringido de aire u ox^geno. Tfpicamente, el gas resultante comprende principalmente CO y H2, con volumenes mmimos de CO2, metano, etileno y etano. Por ejemplo, para producir un gas que contenga CO adecuado para el uso en la presente invencion se pueden gasificar subproductos de biomasa obtenidos durante la extraccion y tratamiento de alimentos tales como azucar a partir de la cana de azucar, o almidon a partir del ir^z u otros cereales, o residuo de biomasa no alimentaria generado en la industria forestal.

El sustrato que contiene CO contendra tipicamente una proporcion importante de CO, por ejemplo al menos de aproximadamente 20% a aproximadamente 100% de CO en volumen, de 40% a 95% de CO en volumen, de 60% a 90% de CO en volumen y de 70% a 90% de CO en volumen. En realizaciones particulares, el sustrato comprende 25%, o 30%, o 35%, o 40%, o 45%, o 50% de CO en volumen. Tambien pueden ser adecuados sustratos que tengan concentraciones inferiores de CO, por ejemplo 6%, en particular cuando tambien estan presentes H2 y CO2.

Aunque no es necesario que el sustrato contenga nada de hidrogeno, la presencia de H2 no debena ser perjudicial para la formacion de producto segun metodos de la invencion. En realizaciones particulares, la presencia de hidrogeno da como resultado una eficacia global mejorada de la produccion de alcohol. Por ejemplo, en realizaciones particulares el sustrato puede comprender una proporcion aproximada de 2:1, o 1:1, o 1:2 de H2:CO. En otras realizaciones, la corriente de sustrato comprende bajas concentraciones de H2, por ejemplo, menos de 5%, o menos de 4%, o menos de 3%, o menos de 2%, o menos de 1%, o bien esta esencialmente exenta de hidrogeno. El sustrato tambien puede contener algo de CO2, por ejemplo de aproximadamente 1% a aproximadamente 80% de CO2 en volumen, o de 1% a aproximadamente 30% de CO2 en volumen. En realizaciones particulares, la corriente de sustrato comprende CO2 y nada, o cantidades mmimas, de CO.

Tfpicamente se anadira el monoxido de carbono a la reaccion de fermentacion en estado gaseoso. Sin embargo, los metodos de la invencion no estan limitados a la adicion del sustrato en ese estado. Por ejemplo, se puede aportar el monoxido de carbono en un lfquido. Por ejemplo, se puede saturar con un gas que contenga monoxido de carbono un lfquido, y anadir ese lfquido al biorreactor. Esto se puede conseguir utilizando metodologfa convencional. A modo de ejemplo, se podna utilizar para este fin un generador de dispersion de microburbujas (Hensirisak et. al., Scale-up of microbubble dispersion generator for aerobic fermentation; Applied Biochemistry and Biotechnology, volumen 101, numero 3 / octubre de 2002).

Se apreciara que para que se produzca crecimiento de las bacterias y la fermentacion de CO a alcohol, ademas del gas sustrato que contiene CO se requerira alimentar al biorreactor un medio nutriente lfquido adecuado. Un medio nutriente contendra vitaminas y minerales suficientes para permitir el crecimiento del microorganismo empleado. En la tecnica se conocen medios anaerobios adecuados para la fermentacion etanolica que utiliza CO como unica fuente de carbono. Por ejemplo, se describen medios adecuados en las patentes de EE.UU. n.os 5,173,429 y 5,593,886, y en los documentos WO 02/08438, WO2007/117157, WO2008/115080, WO2009/022925, WO2009/058028, WO2009/064200, WO2009/064201 y WO2009/113878, mencionados mas arriba. La presente invencion proporciona un nuevo medio que presenta mayor eficacia en el soporte del crecimiento de los microorganismos y/o la produccion de alcohol en el proceso de fermentacion. Este medio se describira con mayor detalle mas adelante.

Convenientemente, la fermentacion se debe llevar a cabo en condiciones adecuadas para que se produzca la fermentacion deseada (por ejemplo, el crecimiento microbiano y/o la produccion de etanol). Las condiciones de reaccion que debenan considerarse incluyen la presion, temperatura, caudal de gas, caudal de lfquido, pH del medio, potencial redox del medio, velocidad de agitacion (si se usa un reactor de tanque agitado continuo), nivel de inoculo, concentraciones maximas de sustrato gaseoso para asegurar que no se convierta en limitante el CO en la fase lfquida, y concentraciones maximas de producto para evitar la inhibicion de producto. Se describen condiciones adecuadas en los documentos WO02/08438, WO07/117157, WO08/115080 y WO2009/022925.

Las condiciones de reaccion optimas dependeran en parte del microorganismo particular utilizado. Sin embargo, en general se prefiere que la fermentacion se realice a presion mayor que la presion ambiente. El hecho de trabajar a presiones superiores permite un incremento significativo en la velocidad de transferencia de CO desde la fase gaseosa a la fase lfquida en donde puede ser captado por el microorganismo como fuente de carbono para la produccion de etanol. A su vez, esto significa que se puede reducir el tiempo de retencion (definido como el volumen ifquido del biorreactor dividido entre el caudal de gas de entrada) cuando se mantienen los biorreactores a una presion elevada, en lugar de a la presion atmosferica.

Ademas, puesto que una velocidad determinada de conversion de CO a etanol es, en parte, funcion del tiempo de retencion del sustrato, y la consecucion de un tiempo de retencion deseado dicta a su vez el volumen necesario de un biorreactor, el uso de sistemas presurizados puede reducir en gran medida el volumen del biorreactor requerido y, por consiguiente, el coste de capital del equipo de fermentacion. Segun ejemplos ofrecidos en la patente de EE.UU. n.° 5,593,886, se puede reducir el volumen del reactor en proporcion lineal a los incrementos de la presion de trabajo del reactor, es decir, los biorreactores que trabajan a 10 atmosferas de presion necesitan solo una decima parte del volumen de los que trabajan a 1 atmosfera de presion.

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Los beneficios de realizar una fermentacion de gas a etanol a presiones elevadas tambien se han descrito en otros lugares. Por ejemplo, el documento WO 02/08438 describe fermentaciones de gas a etanol realizadas a presiones de 207 kPa (30 psig) y 517 kPa (75 psig), originando productividades de etanol de 150 g/l/dfa y 369 g/l/dfa, respectivamente. Sin embargo, se ha encontrado que fermentaciones ilustrativas realizadas a presion atmosferica, utilizando medios y composiciones de gas de entrada similares, producen entre 10 y 20 veces menos etanol por litro y dfa.

Tambien es deseable que la velocidad de introduccion del sustrato gaseoso que contiene CO sea tal que asegure que la concentracion de CO en la fase lfquida no se convierta en limitante. Esto se debe a que una consecuencia de condiciones limitadas por el CO puede ser que el cultivo consuma el producto etanol.

Recuperacion de producto

Los productos de la reaccion de fermentacion se pueden recuperar utilizando metodos conocidos. Los metodos ilustrativos incluyen los descritos en los documentos WO07/117157, WO08/115080, US 6,340,581, US 6,136,577, US 5,593,886, US 5,807,722 y US 5,821,111. No obstante, en pocas palabras y solo a modo de ejemplo, se puede recuperar el etanol del caldo de fermentacion por metodos tales como la destilacion o evaporacion fraccionada y la fermentacion extractiva.

La destilacion de etanol a partir de un caldo de fermentacion proporciona una mezcla azeotropica de etanol y agua (es decir, 95% de etanol y 5% de agua). Se puede obtener posteriormente etanol anhidro mediante el uso de la tecnologfa de deshidratacion de etanol por medio de tamices moleculares, que tambien es bien conocida en la tecnica.

Los procedimientos de fermentacion extractiva implican el uso de un disolvente miscible con agua que presente un bajo riesgo de toxicidad para el organismo de fermentacion, a fin de recuperar el etanol del caldo de fermentacion diluido. Por ejemplo, el alcohol oleflico es un disolvente que se puede utilizar en este tipo de proceso de extraccion. Se introduce de forma continua alcohol oleflico en un fermentador, con lo cual este disolvente asciende formando una capa en la parte superior del fermentador, que se extrae de forma continua y se alimenta a una centnfuga. Asf se separan facilmente el agua y las celulas del alcohol oleflico y se devuelven al fermentador, mientras se envfa el disolvente cargado de etanol a una unidad de vaporizacion ultrarrapida. Se vaporiza la mayona del etanol y se condensa, mientras que el alcohol oleflico no es volatil y se recupera para reutilizarlo en la fermentacion.

Tambien se puede recuperar del caldo de fermentacion acetato, que se produce como subproducto en la reaccion de fermentacion, utilizando metodos conocidos en la tecnica.

Por ejemplo, se puede emplear un sistema de adsorcion que implique un filtro de carbon activo. En este caso, se prefiere eliminar primeramente del caldo de fermentacion las celulas microbianas utilizando una unidad de separacion adecuada. Se conocen en la tecnica numerosos metodos basados en filtracion, para generar un caldo de fermentacion exento de celulas, con el fin de recuperar producto. Despues se hace pasar el permeado que contiene etanol exento de celulas -y acetato- a traves de una columna que contiene carbon activo, para adsorber el acetato. El carbon activo adsorbe mas facilmente acetato en la forma acida (acido acetico) que en la forma salina (acetato). Por lo tanto, se prefiere disminuir el pH del caldo de fermentacion a menos de aproximadamente 3 antes de hacerlo pasar a traves de la columna de carbon activo, con el fin de convertir la mayona del acetato a la forma de acido acetico.

El acido acetico adsorbido al carbon activo se puede recuperar por elucion utilizando metodos conocidos en la tecnica. Por ejemplo, se puede emplear etanol para eluir el acetato fijado. En ciertas realizaciones, se puede emplear para eluir el acetato el etanol producido por el propio proceso de fermentacion. Al ser el punto de ebullicion del etanol 78,8°C y el del acido acetico 107°C, si se utiliza un metodo basado en la volatilidad, por ejemplo la destilacion, se pueden separar facilmente el etanol y el acetato entre sf.

Tambien se conocen en la tecnica otros metodos para recuperar acetato a partir de un caldo de fermentacion, y se pueden utilizar en los procedimientos de la presente invencion. Por ejemplo, las patentes de EE.UU. n.os 6,368,819 y

6.753.170 describen un sistema de disolvente y codisolvente que se puede utilizar para extraer acido acetico a partir de caldos de fermentacion. Al igual que en el ejemplo del sistema basado en alcohol oleflico que se ha descrito en el caso de la fermentacion extractiva de etanol, los sistemas descritos en las patentes de eE.UU. n.os 6,368,819 y

6.753.170 describen un disolvente/codisolvente inmiscible con agua que se puede mezclar con el caldo de fermentacion, tanto en presencia como en ausencia de los microorganismos fermentados, para extraer el producto de acido acetico. Se separa entonces del caldo, por destilacion, el disolvente/codisolvente que contiene el producto de acido acetico. Se puede utilizar luego un segundo paso de destilacion para purificar el acido acetico del sistema de disolvente/codisolvente.

Los productos de la reaccion de fermentacion (por ejemplo etanol y acetato) se pueden recuperar a partir del caldo de fermentacion eliminando de forma continua una parte del caldo del biorreactor de fermentacion, separando celulas microbianas del caldo (convenientemente por filtracion), y recuperando uno o mas productos del caldo de forma simultanea o secuencial. En el caso del etanol, se puede recuperar convenientemente por destilacion, y el acetato se puede recuperar por adsorcion en carbon activo, empleando los metodos descritos mas arriba.

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Preferiblemente, se devuelven al biorreactor de fermentacion las celulas microbianas separadas. Tambien se puede devolver a un biorreactor de fermentacion el permeado exento de celulas que queda despues de eliminar el etanol y el acetato. Se pueden anadir nutrientes adicionales (por ejemplo, vitaminas B) al permeado exento de celulas antes de devolverlo al biorreactor, para recargar el medio nutriente. Ademas, si se habfa ajustado el pH del caldo tal como se ha descrito mas arriba para mejorar la adsorcion de acido acetico al carbon activo, antes de devolverlo al biorreactor debena reajustarse el pH a un pH similar al del caldo del biorreactor de fermentacion.

Proceso de desoxigenacion

Segun la invencion, se proporciona un metodo para capturar uno o mas componentes arrastrados de un caldo de fermentacion anaerobia en una corriente gaseosa de salida durante la fermentacion de sustratos gaseosos tal como se define en las reivindicaciones. En realizaciones particulares, el metodo incluye hacer pasar la corriente gaseosa de salida a traves de medios de desoxigenacion, en donde se transfieren a un medio lfquido uno o mas componentes de la corriente gaseosa de salida. En realizaciones particulares, se desoxigena el medio lfquido mediante la corriente gaseosa de salida antes de hacer pasar el medio lfquido al biorreactor.

Tras considerar la presente descripcion, los expertos en la tecnica apreciaran metodos conocidos para introducir una corriente gaseosa de sustrato en un caldo de fermentacion, de manera que se pueda convertir en productos al menos una parte de la corriente de sustrato. Por ejemplo, se puede hacer borbotear un sustrato gaseoso dentro de un caldo de fermentacion en un biorreactor, a presion atmosferica o a presion elevada. Debido a la baja solubilidad de la mayona de los substratos gaseosos, por ejemplo los sustratos que comprenden CO, una parte del sustrato puede pasar a traves del biorreactor sin ser metabolizado por los microorganismos. Tfpicamente, el sustrato sin reaccionar sale del biorreactor en una corriente de salida. En realizaciones particulares, opcionalmente se puede devolver al biorreactor, a traves de un bucle de reciclado, sustrato sin fermentar. Sin embargo, se reconoce que, incluso en realizaciones que incluyan un medio de reciclaje de sustrato, al menos una parte del sustrato saldra del biorreactor en una corriente de salida.

Por otra parte, algunas reacciones de fermentacion producen productos gaseosos como subproducto de desecho, que pueden salir del biorreactor en la corriente de salida. Ademas, los componentes inertes de una corriente de sustrato, por ejemplo los componentes que no son fermentados para dar productos, normalmente pasan a traves del biorreactor y salen en la corriente de salida.

Por ejemplo, durante la fermentacion de un sustrato que comprende CO para producir productos tales como alcoholes, al menos una parte del CO puede pasar a traves del biorreactor sin ser fermentado para dar productos. Este sustrato no transformado sale del biorreactor a traves de una abertura de salida y tipicamente se envfa a la ventilacion. Otros componentes gaseosos inertes de una corriente de sustrato pueden incluir, sin limitacion, N2, CH4, He, Ar, CO2. Ademas, la fermentacion de sustratos que comprenden CO produce tfpicamente CO2 como subproducto de fermentacion.

Ademas del sustrato gaseoso, se pueden aportar al caldo de fermentacion otros componentes gaseosos como parte de la corriente de sustrato o ademas de la corriente de sustrato. Por ejemplo, se puede utilizar H2 como cosustrato en una fermentacion, por ejemplo la fermentacion de sustratos que comprenden CO. Ademas, o como alternativa, se pueden proporcionar en forma gaseosa uno o mas nutrientes esenciales necesarios para el crecimiento y/o el metabolismo microbiano, tales como el H2S.

En la fermentacion de sustratos gaseosos, se pone en contacto una corriente de sustrato con un caldo de fermentacion en un biorreactor, y abandonan el caldo de fermentacion y salen del biorreactor a traves de un conducto de salida uno o mas componentes gaseosos, seleccionados de sustrato gaseoso sin fermentar, subproducto gaseoso de la fermentacion y/o componentes inertes de la corriente gaseosa de sustrato. Cuando los componentes gaseosos abandonan el caldo de fermentacion, pueden volatilizar uno o mas productos disueltos, tales como alcoholes, y arrastrarlos fuera del biorreactor en la corriente de salida.

Segun la invencion, se puede recuperar al menos una parte de los uno o mas productos arrastrados en la corriente gaseosa de salida poniendo en contacto la corriente gaseosa de salida con medio, en uno o mas medios de desoxigenacion. En fermentaciones anaerobias conocidas, se utilizan medios de desoxigenacion para eliminar del medio componentes gaseosos disueltos, en particular O2, antes de hacer pasar el medio a un biorreactor para fermentacion. Tfpicamente, el medio es acuoso y puede contener uno o mas nutrientes necesarios para la fermentacion. Como alternativa, se pueden anadir uno o mas nutrientes al medio despues de la desoxigenacion.

En realizaciones particulares de la invencion, se hace funcionar la fermentacion en un modo continuo o semicontinuo, en el cual se aporta al biorreactor de manera sustancialmente continua medio desoxigenado. Tfpicamente, se eliminara del biorreactor un volumen sustancialmente igual de caldo de fermentacion, de manera que el volumen del caldo de fermentacion en el biorreactor permanezca sustancialmente constante. El caldo de fermentacion que sale del biorreactor contendra tfpicamente uno o mas microorganismos, que opcionalmente se pueden devolver al biorreactor despues de un paso de separacion; y uno o mas productos que se pueden separar en uno o mas pasos de recuperacion de producto.

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La desoxigenacion se consigue tfpicamente mediante arrastre a vado, arrastre por membrana, arrastre por vapor o mediante el uso de captadores qmmicos de oxfgeno. Ademas, o de manera alternativa, se puede conseguir la desoxigenacion poniendo en contacto un gas exento de oxfgeno, por ejemplo N2, con el medio en un recipiente de desoxigenacion. Sin embargo, segun la invencion, se pone en contacto con el medio en un recipiente de desoxigenacion la corriente gaseosa de salida, sustancialmente libre de O2, que sale del biorreactor. En realizaciones particulares, el poner en contacto la corriente gaseosa de salida con el medio en el recipiente de desoxigenacion da lugar a:

(a) la eliminacion eficaz de gases disueltos, por ejemplo O2, del medio; y

(b) la captura de al menos una parte del producto, por ejemplo alcohol, de la corriente de salida hacia el medio.

Se reconoce tambien que, segun realizaciones particulares de la invencion, tambien se puede capturar en el medio al menos una parte de componentes adicionales de la corriente de salida, por ejemplo H2S, proporcionando asf beneficiosamente un caldo de fermentacion con dicho componente, que puede ser necesario para el crecimiento y/o el metabolismo microbiano.

Tras considerar la presente descripcion, los expertos en la tecnica seran conscientes de los medios de desoxigenacion adecuados para su uso con la invencion. Sin embargo, a modo de ejemplo no limitante, en realizaciones particulares un medio de desoxigenacion comprende un recipiente configurado para el contacto gas/lfquido. Durante el uso se hace pasar a traves del recipiente un lfquido, por ejemplo un medio acuoso, y tambien se hace pasar a traves del recipiente una corriente de desoxigenacion que comprende tfpicamente un gas exento de O2, por ejemplo N2. Se pueden hacer pasar la corriente lfquida y la de desoxigenacion a traves del recipiente en la misma direccion; pero tfpicamente se configura el recipiente de manera que la corriente de lfquido y la de desoxigenacion fluyan en contracorriente.

Tfpicamente, estos recipientes contienen relleno para incrementar la superficie de contacto gas/lfquido. El relleno de tales recipientes es bien conocido para los expertos en la tecnica. No obstante, a modo de ejemplo no limitante, el material de relleno puede ser aleatorio o estructurado, y puede comprender una o mas placas o bandejas apiladas, placas de tamiz, anillos de Raschig o similares, o una combinacion de ello. La naturaleza y la densidad del relleno se pueden seleccionar en funcion del tamano del recipiente con el fin de minimizar la cafda de presion a traves del recipiente y lograr el nivel deseado de desoxigenacion.

Por tanto, segun la invencion, la corriente de desoxigenacion comprende la corriente de salida del biorreactor; en donde, al entrar en contacto la corriente de salida con el medio, en el medio de desoxigenacion, al menos una parte de uno o mas productos, por ejemplo alcohol, arrastrados en la corriente de salida, es capturada en el medio. Despues se puede hacer pasar al biorreactor para fermentacion el medio desoxigenado, que contiene al menos una parte del producto o productos.

Tambien se ha reconocido, sorprendentemente, que el uso de la corriente de salida como corriente desoxigenada dara lugar a una transferencia de calor beneficiosa. Por ejemplo, el medio que entra al medio de desoxigenacion estara tfpicamente a la temperatura ambiente, mientras que la corriente gaseosa de salida estara a la temperatura optima de fermentacion o cercana a la misma. Segun la invencion, el hecho de poner en contacto la corriente gaseosa de salida con el medio dara lugar a una transferencia de calor tal que la temperatura del medio aumentara o disminuira hacia la temperatura optima de fermentacion.

En realizaciones particulares, la temperatura optima de fermentacion se situa en 37°C, mientras que la temperatura del medio sera mucho menor (por debajo de 25°C). Asf, segun realizaciones particulares, al menos una parte de la energfa termica de la corriente gaseosa de salida se utiliza para calentar el medio hasta 37°C. Ademas, la captura de productos, por ejemplo alcoholes, en el medio acuoso (condensacion) tendra tambien un efecto calefactor.

Segun aspectos particulares, se proporciona un sistema que incluye un biorreactor y medio de desoxigenacion, en donde el medio de desoxigenacion esta configurado para recibir al menos una parte de una corriente de salida del biorreactor y poner en contacto la corriente de salida con medio, de manera que durante el uso:

(a) se desoxigena sustancialmente el medio; y

(b) se captura en el medio al menos una parte de uno o mas productos de la corriente de salida.

La Figura 1 es una representacion esquematica de un sistema 101 segun una realizacion de la invencion. Se hace pasar al biorreactor 2, a traves del conducto 3 de entrada, la corriente 1 de sustrato, que comprende uno o mas componentes gaseosos, por ejemplo CO. Despues de entrar en contacto con un caldo de fermentacion en el mismo, sale del biorreactor 2, a traves de la salida 5, caldo de fermentacion que contiene al menos una parte de los productos 4 de fermentacion, pudiendose hacer pasar el caldo de fermentacion a medios de recuperacion de producto (no mostrados). Ademas, una corriente 6 gaseosa de salida separada, que comprende uno o mas de componentes de sustrato sin reaccionar, componentes de subproducto gaseoso y/o componentes gaseosos inertes, sale del biorreactor 2 a traves del conducto 7 de salida. La valvula 8 esta configurada para dirigir al menos una parte de la corriente 6 de salida al medio 9 de desoxigenacion a traves del conducto 10. Los expertos en la tecnica

apreciaran que se puede dirigir al medio 9 de desoxigenacion cualquier proporcion (desde una pequena proporcion hasta sustancialmente la totalidad) de la corriente 6 de salida, dependiendo de los tamanos relativos de la corriente 6 y del medio 9 de desoxigenacion.

Se dirige medio 11 al medio 9 de desoxigenacion, en donde se desoxigena el medio 11 y se captura en el medio 11 5 al menos una parte de uno o mas productos, procedentes de la corriente 6 de salida. El medio desoxigenado 12 puede pasar por un pretratamiento 13 opcional antes de ser enviado al biorreactor 2. Se puede emplear el pretratamiento 13 para controlar diversos aspectos del medio, tales como la temperatura, la concentracion de nutrientes y similares. Analogamente, se puede situar el pretratamiento en otro lugar del sistema, y puede controlar otros aspectos, en caso necesario.

10 En realizaciones particulares, el medio 11 que se envfa al medio 9 de desoxigenacion puede ser caldo 4 de fermentacion recuperado, recuperandose uno o mas productos y eliminandose opcionalmente microorganismos antes de enviar al menos una parte del medio 11 al medio 9 de desoxigenacion. Se pueden anadir nutrientes adicionales al medio recuperado, antes o despues del medio 9 de desoxigenacion.

La Figura 2 es una representacion esquematica del medio 9 de desoxigenacion, que comprende un recipiente 15 cerrado 14, en donde entra medio al medio 11 de desoxigenacion a traves de una primera abertura de entrada y entra corriente gaseosa 6 de salida al medio 11 de desoxigenacion a traves de una segunda abertura de entrada. El recipiente contiene material de relleno 15, configurado para favorecer un contacto gas/lfquido y una desoxigenacion eficaces. El medio desoxigenado 12, que contiene al menos parte de uno o mas productos capturados desde el gas 6 de salida, sale del medio 9 de desoxigenacion a traves de una primera abertura de salida, y el gas residual 16 sale 20 del medio 9 de desoxigenacion a traves de una segunda abertura de salida, de donde puede enviarse a la ventilacion.

Claims (8)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para mejorar la eficacia de una fermentacion anaerobia, en donde el metodo incluye;

   a. en un biorreactor que contiene uno o mas microorganismos, hacer fermentar uno o mas sustratos gaseosos para producir uno o mas productos y una corriente gaseosa de salida;

   b. conducir un caldo de medio Ifquido a un medio de desoxigenacion;

   c. hacer pasar la corriente gaseosa de salida desde el biorreactor al medio de desoxigenacion;

   d. poner en contacto el caldo de medio lfquido con una corriente gaseosa de salida sin fermentar, de manera que en el caldo de medio lfquido son capturados uno o mas componentes de la corriente gaseosa de salida, para proporcionar un caldo de medio lfquido sustancialmente desoxigenado; y

   e. hacer pasar caldo de medio lfquido sustancialmente desoxigenado al biorreactor.
2. 2. El metodo segun la reivindicacion 1, en donde el medio de desoxigenacion comprende un material de relleno para mejorar el contacto gas/lfquido.
3. 3. El metodo segun la reivindicacion 1 o 2, en donde el sustrato comprende CO.
4. 4. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde uno de los componentes de la corriente gaseosa de salida es etanol y en donde al menos una parte del etanol de la corriente gaseosa de salida es capturado en el caldo de medio lfquido desoxigenado.
5. 5. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde uno de los componentes de la corriente gaseosa de salida es H2S, y en donde al menos una parte del H2S es capturada en el caldo de medio lfquido desoxigenado.
6. 6. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde los uno o mas productos incluyen acetato y etanol.
7. 7. Un metodo para mejorar la eficacia de una fermentacion, en donde el metodo comprende;

   a. en un biorreactor que comprende uno o mas microorganismos, hacer fermentar un sustrato gaseoso que comprende CO para producir uno o mas productos lfquidos y una corriente gaseosa de salida que comprende al menos etanol;

   b. hacer pasar la corriente gaseosa de salida que comprende al menos etanol a un medio de desoxigenacion que contiene un caldo de nutriente lfquido;

   c. poner en contacto la corriente gaseosa de salida que comprende al menos etanol con el caldo de medio lfquido para proporcionar un caldo de medio lfquido desoxigenado;

   d. capturar al menos una parte del componente de etanol de la corriente gaseosa de salida en el caldo de medio lfquido desoxigenado; y

   e. hacer pasar el medio nutriente lfquido desoxigenado al biorreactor para fermentacion.
8. 8. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el sustrato gaseoso se deriva de un gas residual industrial.