ES2932736T3 - Método para utilizar gas industrial que contiene CO2 para la producción de una composición gaseosa enriquecida con metano - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método que usa emisiones que contienen CO2 o gas residual para la producción de composiciones de gas enriquecidas con metano. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para utilizar gas industrial que contiene CO2 para la producción de una composición gaseosa enriquecida con metano

La presente invención se refiere a un método para producir metano biogénico utilizando emisiones que contienen dióxido de carbono y/o gas residual.

La búsqueda de soluciones eficientes de suministro de energía a un menor costo para el medio ambiente es un desafío planteado por los programas de acción climática en todo el mundo, desde la Comisión Europea, los grupos estadounidenses de empresas y asociaciones ambientales y gubernamentales, Japón en su intento de sustituir la energía nuclear por el suministro eléctrico tras el trágico incidente de Fukushima, hasta las siete economías emergentes y, por tanto, un esfuerzo realizado a nivel mundial por los países miembros para contrarrestar el cambio climático y eventualmente estabilizar la temperatura del planeta. El objetivo final es satisfacer la creciente necesidad de energía sostenible y renovable mientras se contrarresta el cambio climático hacia la transición hacia una economía moderna baja en carbono.

El desarrollo de medidas legales y tecnológicas que permitan reducir efectivamente la necesidad de combustibles fósiles también ayudará a los países miembros a cumplir con los objetivos climáticos y de energía para 2020, 2030 y eventualmente 2050 acordados conjuntamente y con los objetivos más amplios de la Unión de la Energía dentro de los respectivos marcos y políticas. Queda claro por tanto que cualquiera que sea la fuente de energía que se descubra, diseñe, o seleccione entre las existentes, para abordar eficazmente la demanda de energía, esta fuente de energía también debe abordar plenamente los requisitos para un menor impacto ambiental.

El metano tiene la mayor densidad de energía por átomo de carbono entre los combustibles fósiles y su potencial de conversión de energía es mucho mayor que cualquier otro gas natural, se obtiene directamente por combustión en presencia de oxígeno o utilizando pilas de combustible para producir electricidad. El metano como combustible fósil procede de la actividad metabólica de microorganismos metanogénicos, que convierten el dióxido de carbono, entre otros gases y sustratos, en las profundidades del mar o en las profundidades de la corteza terrestre: este tipo de metano proveniente de filtraciones geológicas y actividades naturales constituye un gran porcentaje del gas natural; no obstante, de acuerdo con una reciente revisión al alza de las emisiones globales de metano de combustibles fósiles, una parte comparablemente grande del metano presente en la atmósfera es de origen antropogénico y se libera a la atmósfera como resultado de la agricultura, la cría de ganado, los vertederos y la degradación de residuos, así como de la minería de carbón o la perforación petrolera, y el manejo general de combustibles fósiles, transporte, refinamiento y combustión operados por la industria de combustibles fósiles.

El metano es capaz de almacenar/atrapar 38 veces más calor que el dióxido de carbono en cantidad molar en un lapso de 20 años (McAnulty et al., 2017).

Debido a su capacidad de almacenamiento de calor, contribuye en gran medida al efecto invernadero. El uso de metano como combustible es muy conveniente en términos de rendimiento energético y su combustión produce una huella de carbono baja (baja cantidad de CO² en su mayoría reutilizable), haciéndolo el más limpio entre los combustibles fósiles; en particular, en el caso del biometano, la cantidad de dióxido de carbono emitido producido por su combustión es suficiente para alimentar los procesos metabólicos mencionados anteriormente en un ciclo repetitivo casi autosuficiente; pero si bien el biometano se puede producir en el sitio de explotación, el metano del gas natural que se puede utilizar convenientemente como combustible debe someterse a procesos de purificación adicionales, y ser después transportado con gran gasto de recursos.

Como el gas natural, por lo tanto, el metano constituye una fuente de energía sostenible y renovable y hoy en día sustituye cada vez más al carbón y otros combustibles fósiles. Sin embargo, los objetivos secundarios de una reducción drástica del impacto ambiental y la viabilidad de su producción, el almacenamiento y el transporte aún no se han alcanzado.

Una de las principales desventajas técnicas en la explotación del metano a gran escala está relacionada, por ejemplo, con el alto nivel de contaminantes que quedan en el metano del gas natural y, por lo tanto, con la necesidad de costosos procedimientos de purificación. Asimismo, una larga lista de problemas aún sin resolver, como la necesidad de plantas de almacenamiento adecuadas para el metano, las necesidades relacionadas con mejores sistemas de contención presurizados, el olor por acumulación de grandes cantidades de gas, principalmente de contaminantes ricos en azufre en el gas natural, el riesgo de explosiones, las fugas durante el transporte y el almacenamiento, y la ineficiencia relativa a la escalabilidad de la producción de última generación, actualmente dificultan y retrasan la explotación del metano.

No obstante, el potencial del metano para la generación de energía se ha vuelto cada vez más relevante en el mercado global.

Por lo tanto, la investigación reciente se ha centrado en el desarrollo y la mejora de métodos para producir metano con metanógenos, por ejemplo, arqueas, que son capaces de producir metano a partir de dióxido de carbono e hidrógeno de manera muy eficiente. Actualmente, el estado de la técnica describe varios intentos de enriquecer composiciones gaseosas con metano producido empleando microorganismos metanogénicos.

Este tipo de producción de metano ocurre en reactores/células adecuados y puede instalarse fácilmente en todo el mundo, en cualquier entorno pobre en infraestructuras, requiere materias primas generalmente presentes en la atmósfera. Y lo que es más importante, generalmente produce composiciones de gas enriquecidas con metano y una menor cantidad de contaminantes, en donde se espera que tales composiciones requieran menos esfuerzo hasta que estén listas para ser alimentadas a los sistemas de suministro de energía. Además, su conversión en energía, produciendo sólo dióxido de carbono y agua, es la más limpia entre los combustibles fósiles.

Se han descrito algunos intentos, por ejemplo, en el documento WO 2014016815 A2 donde la producción de metano a través de cultivos de arqueas anaerobias proporcionadas en un sustrato de crecimiento acuoso y cultivadas a altas temperaturas conduce a una generación de alrededor del 20% en volumen de metano en una composición gaseosa. Algunos metanógenos anaerobios altamente especializados suministran a alta presión optimizada y altas temperaturas incluso hasta un 30 % en volumen de metano en tal composición gaseosa. Este proceso se caracteriza por el empleo de un sustrato de crecimiento acuoso presurizado para los metanógenos y un fluido altamente presurizado que contiene dióxido de carbono como fuente de alimentación. Además de la tasa de producción de metano relativamente baja, este proceso está lejos de ser rentable, debido al alto aporte energético requerido para calentar y/o presurizar el cultivo de arqueas metanogénicas especializadas. Adicionalmente, la utilización de contenedores presurizados supone un serio impedimento para la escalabilidad y gran difusión de los métodos.

El documento US 2011/0165667 A1 describe otro uso de suspensiones acuosas que contienen una o más, o incluso mezclas, de especies de arqueas anaerobias para la producción de metano. Hay que señalar, que el proceso descrito en el presente documento se caracteriza por la transformación de las fuentes de gas H2 puro y CO² puro en composiciones gaseosas que comprenden metano. De acuerdo con esta divulgación, la energía eléctrica de cualquier combustible fósil u otra planta alimentada con energía renovable se convierte para producir hidrógeno, que posteriormente se utiliza para alimentar un cultivo de arqueas metanogénicas especializadas para producir metano a partir de gas CO² en condiciones de cultivo optimizadas. La divulgación explica además que las arqueas metanogénicas típicas, que son anaerobias por naturaleza, son silenciadas y dejan de producir metano, si las condiciones de cultivo cambian y los cultivos se alimentan con aire u otros componentes gaseosos. Particularmente, se sabe que el oxígeno inhibe enzimas involucradas tanto en la absorción de hidrógeno como en la metanogénesis, por lo tanto, al reducir la producción neta de metano del microorganismo, la eficiencia de la tecnología y la necesidad de tiempos de recuperación, la actividad no es completamente inhibida por una alta concentración de contaminantes. Se describen efectos similares para la presencia de monóxido de carbono. Como consecuencia, se ha destacado el oxígeno y el monóxido de carbono y se han descrito configuraciones experimentales para ilustrar y explicar el efecto de silenciar la producción de metano.

Si bien podría demostrarse que las arqueas metanogénicas sobrevivirán a la exposición a estos componentes del gas y eventualmente restablecerán la producción de metano, estos resultados ilustran que para cumplir con los altos estándares de producción de metano para alimentarlo a la red de distribución de gas estándar, se necesitan fuentes muy puras de gas de alimentación que contengan solo H2 y CO² o bien se deben encontrar nuevas soluciones de ingeniería para enriquecer el contenido de metano por encima del valor crítico de, por ejemplo, 96 % de metano puro en la composición gaseosa de conformidad con los requisitos nacionales y/o locales de los operadores de la red de gas.

Como un avance adicional en este sentido, el documento US 2014/0377830 A1 describe el despliegue del proceso previamente conocido con respecto a las arqueas metanogénicas especializadas en entornos no estrictamente libres de oxígeno y, por tanto, el intento de adaptar el proceso metanogénico para poder utilizar como gas de alimentación fuentes alternativas como las emisiones que contienen CO² de procesos industriales. Para ello, las cepas se adaptaron para producir metano de manera efectiva, por ejemplo, a presión atmosférica, y además se ajustó el proceso de producción para ayudar a las cepas a tolerar contaminantes como el oxígeno, sulfuro de hidrógeno y monóxido de carbono, a diferentes concentraciones. Con estos cultivos adecuados, el documento US 2014/0377830 pudo demostrar que la metanogénesis era restaurable e incluso sostenida o mantenida dependiendo de una alta tasa de alimentación de hidrógeno gaseoso al cultivo. Si bien esta enseñanza en realidad mostró que es posible restaurar y mantener algo de producción de metano, desafortunadamente, al mismo tiempo, la solución proporcionada está generando aún más problemas, como se describe en el párrafo siguiente.

Se sabía antes y también se describe en el documento US 2014/0377830 que en condiciones de cultivo, que permiten mantener o restaurar una producción de metano en presencia de contaminantes gaseosos, y que se caracterizan, por ejemplo, por un mayor porcentaje de entrada de gas hidrógeno, el gas efluente también contendrá cantidades sustanciales de hidrógeno. Tales mezclas de gases efluentes, no sólo pueden ser explosivos debido a su contenido de oxígeno e hidrógeno, sino que tampoco son aptos para su alimentación a la red de distribución de gas por su falta de pureza.

Actualizar la producción de biometano a una fuente de energía renovable confiable, escalable y establecida sigue siendo un desafío, especialmente debido al requisito de un proceso de suministro continuo.

No obstante, por su prometedor potencial, la utilización a gran escala de biometano está bajo un atento escrutinio político y económico, para hacer que la tecnología sea remunerativa y rentable, y el aprovechamiento del metano se ha identificado como el objetivo a corto plazo más importante para la ingeniería bioquímica. Por lo tanto, se necesitan urgentemente soluciones efectivas a las desventajas anteriores y mejoras de los procesos de producción impulsados por arqueas metanogénicas.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso de producción escalable, fiable y continuo para composiciones gaseosas enriquecidas con metano, que se pueda realizar utilizando emisiones que contienen CO² y gases residuales como principal fuente de alimentación.

Publicaciones anteriores, y en particular el documento US 2014/0377830, ya han descrito un intento de usar gases que contienen CO² contaminados con oxígeno o monóxido de carbono en un sistema de producción de metano. En la presente solicitud, los efectos de la interrupción de la producción de metano, debido a la presencia de oxígeno o monóxido de carbono en el gas alimentado a las arqueas metanogénicas estrictamente anaerobias, están bien descritos. En el contexto de las arqueas metanogénicas anaerobias, el oxígeno y, si está presente, también el monóxido de carbono son bien conocidos como inhibidores de las enzimas, las cuales intervienen en la captación de hidrógeno y dificultan la metanogénesis en general. En el documento mencionado anteriormente se encontró que alimentar los cultivos metanogénicos con aire normal consecuentemente conduce a una interrupción de la metanogénesis, un desplazamiento/reducción de CO² y por lo tanto un aumento del valor del pH. En este sentido, si se utilizan hidrógeno puro y dióxido de carbono como alimentación del proceso, el proceso de metanización suele operar a un valor de pH entre pH 7,5 y pH 8,5. Este intervalo de valores de pH no está establecido ni regulado específicamente. En caso de sustitución del gas CO² por aire normal y por lo tanto el desplazamiento/reducción de CO² de los medios de cultivo, se interrumpe la metanogénesis. También, en situaciones donde el gas CO² puro no se reemplaza por aire sino por gas residual industrial que contiene solo un bajo porcentaje de oxígeno, las consecuencias sobre el valor del pH son comparables, debido a la interrupción de la metanogénesis en el cultivo.

Además, anteriormente se había descrito que normalmente se requiere un suministro de la fuente básica de nitrógeno amoníaco para el crecimiento y la supervivencia de las arqueas metanogénicas, y además que se usan sulfuros y se consideran necesarios para mantener un cultivo productor de metano en fase estacionaria para el reemplazo de los microorganismos activos; no obstante, la adición de estos suplementos genera nuevos desafíos. Por ejemplo, se ha observado que el amoníaco aumenta la capacidad amortiguadora de los cultivos de microorganismos metanogénicos, aumentando así la estabilidad de los procesos metabólicos que provocan la liberación de metano. Se ha observado que la sensibilidad al amoníaco depende de la composición del cultivo de microorganismos metanogénicos, de modo que una gran cantidad de amoníaco puede inhibir la actividad de metanización mientras que una pequeña cantidad de amoníaco puede inhibir la actividad metanogénica acetoclástica, es decir, la producción de metano por conversión de ácido acético (Procházka et al., 2012).

En condiciones de cultivo artificial y aplicando un esquema de alimentación con gas H2 y CO² esencialmente puros, un aumento del valor de pH hasta pH 9,00 pareció ser casi normal ya que no se observó ningún efecto significativo sobre la metanización. Sin embargo, los inventores observaron que en condiciones de alimentación con un gas que contiene una mezcla de gases, ya sean emisiones de desechos o composiciones de gases geotérmicos, particularmente el contenido de sulfuro de hidrógeno y, dependiendo del mismo, una formación incontrolable de sales de sulfuro insolubles en las condiciones típicas de pH conducirá en primer lugar a una disminución de la productividad de metano y, finalmente, a un colapso no recuperable del cultivo de arqueas metanogénicas. No obstante, en tales condiciones, el gas efluente muestra un aumento de la cantidad de H²S, inadecuado para su posterior utilización como combustible.

Otro objetivo del desarrollo técnico actual es estabilizar y mejorar los procesos de producción de metano que emplean tales composiciones de gas residual industrial o gas geotérmico, al mismo tiempo que se garantiza un gas metano efluente que cumple con los requisitos estrictos para alimentar la red de distribución de gas.

En este marco de avances técnicos, la presente invención proporciona, como se especifica explícitamente en las reivindicaciones, enseñanzas sobre cómo mejorar los procesos de producción de metano y, en particular, la metanogénesis de las arqueas para convertir gas residual que contiene CO² en composiciones gaseosas enriquecidas con metano o metano de alta pureza.

De acuerdo con la presente invención, los gases deben entenderse como emisiones ricas en CO² y/o gases residuales que se encuentran o producen como un producto secundario durante las actividades realizadas en procesos industriales tales como combustibles fósiles o industrias agrícolas de fermentación microbiana, por ejemplo, en la producción de etanol, la combustión de combustibles fósiles, por ejemplo, en plantas de energía que queman carbón o, por ejemplo, como producto secundario de plantas de energía geotérmica o, por ejemplo, como resultado de cualquier actividad industrial humana que tenga como resultado la emisión de composiciones gaseosas, o que de otra manera, se dispersan en la atmósfera, como la ganadería y otras actividades agrícolas. Para mayor claridad, el término gas, gas residual o emisión, como se entiende en el presente documento, también se refiere al gas geotérmico crudo o modificado/tratado, que se emite o se usa en plantas geotérmicas, y debe entenderse además que comprende también gases geotérmicos crudos y/o tratados, en el que, por ejemplo, puede reducirse el contenido de H². Asimismo, el término gas, gas residual o emisión, como se entiende en el presente documento, también se refiere a las emisiones de los vertederos, emisiones de plantas de cal y cemento, emisiones de las centrales eléctricas de producción y procesamiento de acero, emisiones de plantas de combustión de basura o energías renovables y emisiones de plantas de energía geotérmica y plantas de energía de biogás. Normalmente, dichas emisiones se consideran residuos, que necesitan ser inactivados, reciclados o purificados, para evitar más contaminación por CO² en la atmósfera; por lo tanto, el gas residual también se considera un gas para los alcances de la presente solicitud.

Dichos gases, dependiendo de su fuente, pueden comprender composiciones de gases muy diferentes. Tienen principalmente en común que contienen una cantidad relativamente alta de CO² en comparación con el aire. Pueden contener una cantidad parcial normal (similar al aire) de oxígeno y/o nitrógeno, sin embargo, dependiendo de su origen, también pueden estar exentos de oxígeno. Adicionalmente, pueden contener cantidades sustanciales de al menos uno de los siguientes, particularmente monóxido de carbono, hidrógeno y sulfuro de hidrógeno, otros compuestos de azufre (sulfuros, disulfuros, tioles), siloxanos (compuestos orgánicos de silicio), compuestos halogenados, amoníaco y organoclorados, es decir, pesticidas y otros compuestos orgánicos sintéticos con moléculas aromáticas cloradas.

Si bien los efectos inhibitorios del oxígeno y el monóxido de carbono están bien descritos en relación con el proceso de metanización, en particular, los efectos del H²S en dicho proceso son perjudiciales para el uso de gas residual como gas de alimentación para tales procesos de metanización.

Como se ha mencionado de forma breve anteriormente, se sabe que el sulfuro disuelto inhibe la metanogénesis hidrogenotrófica de las arqueas, es decir, la producción de metano por conversión de dióxido de carbono usando hidrógeno como agente reductor. Aunque, esta forma de metanogénesis parece ser sólida frente a la inhibición de sulfuro en comparación con la metanogénesis acetoclástica (véase más arriba), los datos de Maillacheruvu et al., 1996, indican que la metanogénesis hidrogenotrófica todavía se ve afectada por la toxicidad del sulfuro.

Asimismo, se demostró que la adición de ácido sulfhídrico a los microorganismos metanogénicos puede provocar una inhibición no competitiva de la metanogénesis, ya sea utilizando lodos anaerobios u organismos individuales (Koster et al., 1986; O'Flaherty et al., 1998).

Adicionalmente, el sulfuro en forma de sulfuro de hidrógeno demostró ser más tóxico que los iones de sulfuro disociados, debido al hecho, sin estar ligado a la hipótesis, de que el H²S es la única forma que puede atravesar la membrana celular de las arqueas. Anteriormente, se ha demostrado que cantidades habituales de concentraciones de sulfuro en gases geotérmicos, es decir, cantidades en el intervalo de 100 a 150 mg/l causan una inhibición importante de la metanogénesis (Koster et al., 1986). Performing a systematic analysis of varying sulfide additions to an anaerobic reactor operated with anaerobic sludge from a conventional sewage treatment plant (Vila Leopoldina-SP-Brazil), Paula & Foresti (2009) han demostrado que la utilización de sustrato específico aumentó hasta concentraciones de sulfuro total de solo 50 mg/l. La utilización de sustrato se mantuvo en este nivel durante un tiempo y luego disminuyó gradualmente para valores más altos de adición de sulfuro. Adicionalmente, se sabe que el sulfuro en altas concentraciones contribuye a aliviar la toxicidad de los metales por la formación de complejos metal-sulfuro (Edgcomb et al. Alabama., 2004).

Con el fin de superar, al menos parcialmente, las desventajas del estado de la técnica enumeradas en los documentos mencionados anteriormente, el proceso de metanización ha sido mejorado de acuerdo con el método descrito en las reivindicaciones.

De acuerdo con la presente invención, el método para producir metano en un biorreactor a partir de gases que contienen CO² comprende al menos las etapas de: cultivar el microorganismo metanogénico en un proceso continuo; proporcionar gases que contienen CO² , que comprenden adicionalmente, por ejemplo, H²S y/u O² ; alimentar el cultivo de microorganismos metanogénicos con H² adicional en una relación estequiométrica de CO² :H² entre 1:0,6 y 1:5; controlar y regular el valor de pH continuamente para mantenerlo en un valor de pH en un valor dado por debajo o en pH 10 mediante la adición de cantidades adecuadas de un ácido y/o base; y una etapa final de recogida de metano o composición gaseosa enriquecida con metano.

En la comprensión de la presente invención, un biorreactor significa reactor biológico, y es un recipiente de biorreacción, o un recinto de biorreacción, o un tanque de biorreacción, y/o al menos una cámara de biorreacción, y/o una celda, o una combinación de los mismos, como también se pretende en el estado de la técnica, capaz de soportar variaciones de, por ejemplo, temperatura y/o presión, entre otros, y/o capaz de mantener cualquier valor impartido de, por ejemplo, temperatura y/o presión que se asignen o deban mantenerse, antes, después o durante el proceso de reacción, y en el que pueden tener lugar las reacciones previstas relevantes para llevar a cabo la invención. Dichas reacciones se entienden como biorreacciones, ya que pertenecen al dominio de las reacciones en las que están involucrados los microorganismos, y en el presente documento se refieren a su fisiología normal, como por ejemplo, la fermentación metabólica o la digestión aerobia o anaerobia, y que, como tal, requieren ambientes adecuados, cultivos adecuados de microorganismos, medios de cultivo adecuados y reactivos adecuados para que se produzcan. Un biorreactor en el sentido de la invención, funciona de manera confiable dentro de los valores de tolerancia de cada variable para permitir que el método se divulgue, y se espera que permita que las etapas enumeradas se lleven a cabo de manera confiable a lo largo del tiempo.

Un reactor adecuado para el cultivo de microorganismos metanogénicos, puede ser, solo a modo de ejemplo, un biorreactor de tanque de agitación, un biorreactor de tanque agitado continuo, un biorreactor de tanque agitado intermitente, un biorreactor de membrana de fibra hueca, un biorreactor de columna de burbujas, un biorreactor de transporte aéreo de circuito interno, un biorreactor de transporte aéreo de circuito externo, un biorreactor de lecho fluidizado, un biorreactor de lecho empaquetado, un fotobiorreactor, un reactor de lecho percolador, una celda de electrólisis microbiana, y/o combinaciones de los mismos.

El modo de operación de un biorreactor se clasifica en procesos por lotes, procesos por lote alimentado y procesos continuos. De acuerdo con las diferentes realizaciones del método presentado en el presente documento, se puede elegir un reactor que aborde más de cerca la dinámica específica de un cultivo o la conveniencia por la cual se extrae el metano de este modo. Un reactor de columna de burbujeo, o una variante del mismo, tal como un biorreactor de transporte aéreo, o un reactor de tanque agitado continuamente, y/o cualquiera de los anteriores, puede usarse para llevar a cabo convenientemente el método como se describe y se prefiere un cultivo continuo, en donde se observa crecimiento casi equilibrado, con poca fluctuación de nutrientes, metabolitos, número de células y biomasa.

En el sentido de la presente invención, y como ya se ha comentado anteriormente, los gases incluyen productos y subproductos (p. ej., desechos) de gases de actividades industriales y/o geotérmicas, en donde dichas actividades pueden dar como resultado la emisión de gases individuales o de mezclas de gases, que incluyen, por ejemplo, gas geotérmico crudo, por lo tanto, que incluyen dióxido de carbono, monóxido de carbono, oxígeno, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, argón, helio, acetileno, hidrógeno y otros varios en cantidades variables, dependiendo del proceso industrial.

El uso de gases disponibles para la conversión de gases de baja densidad energética en un gas de alta densidad energética como el metano proporciona una doble ventaja: por un lado reutiliza gases que pueden contribuir al efecto invernadero si se liberan a la atmósfera, en particular, en el caso de gases residuales que resulten como subproductos de actividades industriales que no tengan como objetivo directo la producción de gases para usos posteriores; por otro lado, da como resultado un gas rico en energía de alta pureza, que se puede utilizar rápidamente para impulsar otras actividades que producen como desechos casi la misma cantidad de gases de baja densidad energética que se pueden reutilizar como alimento de cultivo o nutriente para la producción de más biometano, con un menor impacto en el medio ambiente que otros métodos tradicionales de suministro de energía.

De acuerdo con la presente invención, los microorganismos metanogénicos se cultivan en un biorreactor para producir biometano. Tales microorganismos metanogénicos, microorganismos metanogénicos o autótrofos pueden ser arqueas anaerobias o incluso arqueas aerobias clasificadas recientemente, ya sea en cepas puras, o en asociaciones con una pluralidad de, es decir, dos o más, cepas, o en cultivos mixtos en los que la metanización también puede ser fomentada por el intercambio sintrófico entre diferentes especies.

La actividad de las arqueas metanogénicas suele considerarse estrictamente anaerobia, con una pérdida de productividad (expresada como una reducción del rendimiento de metano) y eventualmente la muerte de un cultivo cuando, por ejemplo, se produce contaminación por oxígeno. Operar un cultivo en condiciones estrictamente anaerobias puede causar severas restricciones con respecto al equipo necesario; sin embargo, hallazgos recientes han demostrado que el rendimiento de metano y, por lo tanto, los niveles de actividad de un cultivo, también puede mantenerse cuando la exposición al oxígeno, o la exposición a otros gases contaminantes con el potencial de reducir severamente la metanización en condiciones extremas, se controla cuidadosamente para ser regulado y cuando se toman medidas contrarias para mantener los parámetros críticos en los niveles operativos.

Por lo tanto, tiene sentido buscar métodos que incluyan la posibilidad de contaminación con gas del cultivo sin reducir el rendimiento de metano, en el campo general de la explotación de microorganismos metanogénicos. El sólido hallazgo de los inventores de que la manipulación aerobia en un cultivo de pH controlado/regulado no limita la viabilidad de dicho cultivo, y por lo tanto su producción de metano, ha aumentado las posibilidades de cultivar varios metanógenos en presencia de gases contaminantes, como es el caso en la presente invención.

Los microorganismos metanogénicos autótrofos se entienden en el presente documento como microorganismos que se nutren de reacciones inorgánicas con su entorno circundante, por ejemplo, reduciendo el dióxido de carbono, para realizar la biosíntesis del metano. Un ejemplo de microorganismos autótrofos lo constituyen los microorganismos hidrogenotróficos, que se nutren de la utilización de hidrógeno; en particular, los microorganismos metanogénicos hidrogenotróficos son capaces de convertir hidrógeno y dióxido de carbono en metano como parte de sus procesos metabólicos. El papel de los microorganismos metanogénicos en el ecosistema es único, ya que ayuda a eliminar el exceso de dióxido de carbono y los productos de fermentación en la etapa final de descomposición de la materia orgánica. En ausencia de metanogénesis, en ambientes anaerobios se acumularían grandes cantidades de carbono unido a compuestos de materia en descomposición.

La clase de arqueas metanogénicas, del reino de Euryarchaeota (que abarca los metanógenos y sus parientes fenotípicamente diversos) comprende microorganismos esencialmente unicelulares capaces de producir metano a partir de un pequeño conjunto de sustratos, incluyendo hidrógeno y dióxido de carbono, a través de su actividad metabólica: dicha actividad consiste principalmente en reducir el dióxido de carbono con hidrógeno y/u otros compuestos de hidrógeno a metano.

Los cultivos de arqueas metanogénicas adecuadas para llevar a cabo el método descrito en la presente invención están disponibles en colecciones públicas de microorganismos y/o pueden aislarse como alternativa de varias fuentes ambientales, como se conoce en el estado de la técnica. Los ejemplos de fuentes ambientales adecuadas de microorganismos metanogénicos incluyen suelos y arenas anaerobios, pantanos, marismas, embalses, estuarios, esteras densas de algas, lodos y sedimentos tanto terrestres como marinos, por ejemplo, el subsuelo de un sedimento de marea baja, fondos oceánicos y fondos de pozos profundos, sitios e instalaciones de tratamiento de aguas residuales y desechos orgánicos, y tractos intestinales y heces de animales.

Las arqueas metanogénicas adecuadas para llevar a cabo el método descrito en la presente invención se han descrito taxonómicamente en cinco clases (órdenes) diferentes, como se describe a continuación, concretamente Methanobacteria, Methanococci, Methanomicrobia, Methanonatronarchaeia y Methanopyri, comprendiendo cada una de estas clases una serie de géneros, en donde cada género se divide en familias, abarcando cada familia un gran número de especies conocidas y ampliamente estudiadas, en el sentido de clasificadas, y desconocidas, y en el sentido de no clasificadas.

En lo sucesivo, se enumeran aquellas arqueas metanogénicas particularmente adecuadas para llevar a cabo el método descrito en la presente invención, organizadas de acuerdo con su clase; las especies pertenecientes a diferentes familias se enumeran entre paréntesis después del nombre de la clase y separadas por un punto y coma; cada especie está después separada por una coma.

De acuerdo con la presente invención, las arqueas metanogénicas adecuadas se seleccionan de una lista de arqueas metanogénicas de la clase de Methanobacteria (tales como, por ejemplo, Methanobacterium aarhusense, Methanobacterium aggregans, Methanobacterium alcaliphilum, Methanobacterium arcticum, Methanobacterium beijingense, Methanobacterium bryantii, Methanobacterium congolense, Methanobacterium curvum, Methanobacterium espanolae, Methanobacterium ferruginis, Methanobacterium flexile, Methanobacterium formicicum, Methanobacterium ivanovii, Methanobacterium kan-agiense, Methanobacterium locus, Methanobacterium movens, Methanobacterium movilense, Methanobacterium oryzae, Methanobacterium paludis, Methanobacterium palustre, Methanobacterium petrolearium, Methanobacterium subterraneum, Methanobacterium thermaggregans, Methanobacterium uliginosum, Methanobacterium veterum, Methanobacterium sp.; Methanobrevibacter acididurans, Methanobrevibacter arboriphilus, Methanobrevibacter boviskoreani, Methanobrevibacter curvatus, Methanobrevibacter cuticularis, Methanobrevibacter filiformis, Methanobrevibacter gottschalkii, Methanobrevibacter millerae, Methanobrevibacter olleyae, Methanobrevibacter oralis, Methanobrevibacter ruminantium, Methanobrevibacter smithii, Methanobrevibacter thaueri, Methanobrevibacter woesei, Methanobrevibacter wolinii, Methanobrevibacter sp., Methanosphaera cuniculi, Methanosphaera stadtmanae, Methanothermobacter crinale, Methanothermobacter defluvii, Methanothermobacter marburgensis, Methanothermobacter marburgensis str. Marburg, Methanothermobacter tenebrarum, Methanothermobacter thermautotrophicus, Methanothermobacter thermautotrophicus str. Delta H, Methanothermobacter thermautotrophicus str. Winter, Methanothermobacter thermoflexus, Methanothermobacter thermophilus, Methanothermobacter wolfeii, Methanothermobacter sp., Methanothermus fervidus); y/o de la clase de Methanococci (tales como, por ejemplo, Methanocaldococcus bathoardescens, Methanocaldococcus fervens, Methanocaldococcus indicus, Methanocaldococcus infernus, Methanocaldococcus jannaschii, Methanocaldococcus villosus, Methanocaldococcus vulcanius, Methanocaldococcus sp; Methanotorris formicicus, Methanotorris igneus, Methanotorris sp.,; Methanococcus aeolicus, Methanococcus maripaludis, Methanococcus vannielii, Methanococcus voltae, Methanococcus sp.; Methanothermococcus okinawensis, Methanothermococcus thermolithotrophicus, Methanothermococcus sp.); y/o de la clase de Methanomicrobia (tales como, por ejemplo, Methanocella arvoryzae, Methanocella conradii, Methanocella paludicola, Methanocella sp.; Methanocalculus alkaliphilus, Methanocalculus chunghsingensis, Methanocalculus halotolerans, Methanocalculus natronophilus, Methanocalculus pumilus, Methanocalculus taiwanensis, Methanocalculus sp.; Methanocorpusculum aggregans, Methanocorpusculum bavaricum, Methanocorpusculum bavaricum, Methanocorpusculum labreanum, Methanocorpusculum labreanum, Methanocorpusculum parvum, Methanocorpusculum sinense, Methanocorpusculum sp.,; Candidatus Methanoculleus thermohydrogenotrophicum, Methanoculleus bourgensis, Methanoculleus chikugoensis, Methanoculleus chikugoensis, Methanoculleus horonobensis, Methanoculleus hydrogenitrophicus, Methanoculleus marisnigri, Methanoculleus palmolei, Methanoculleus receptaculi, Methanoculleus sediminis, Methanoculleus submarinus, Methanoculleus taiwanensis, Methanoculleus thermophilus, Methanoculleus sp.; Methanofollis aquaemaris, Methanofollis ethanolicus, Methanofollis formosanus, Methanofollis liminatans, Methanofollis liminatans, Methanofollis tationis, Methanofollis sp.; Methanogenium boonei, Methanogenium cariaci, Methanogenium frigidum, Methanogenium marinum, Methanogenium organophilum, Methanogenium sp.; Methanolacinia paynteri, Methanolacinia petrolearia; Methanoplanus endosymbiosus, Methanoplanus limicola, Methanoplanus sp.; Methanomicrobium antiquum, Methanomicrobium mobile; Methanolinea mesophila, Methanolinea tarda; Methanoregula boonei, Methanoregula formicica; Methanosphaerula palustris; Methanospirillum hungatei, Methanospirillum lacunae, Methanospirillum psychrodurum, Methanospirillum stamsii, Methanospirillum sp.; Candidatus Methanoperedens nitroreducens, Candidatus Methanoperedens sp., etc; Methanosaeta harundinacea, Methanosaeta pelagica, Methanothrix soehngenii, Methanothrix thermoacetophila, Methanosaeta sp.; Methanimicrococcus blatticola, Methanimicrococcus sp.); y/o de la clase de Methanonatronarchaeia (tales como, por ejemplo, Methanonatronarchaeum, Methanonatronarchaeum thermophilum, Candidatus Methanohalarchaeum, Candidatus Methanohalarchaeum thermophilum;); y/o de la clase de Methanopyri (tal como, por ejemplo, Methanopyrus kandleri, Methanopyrus sp.), o cualquier combinación de las mismas.

Cada uno de estos distintos géneros, familias y especies incluye una serie de diferentes microorganismos identificados y no clasificados, o cepas genéticamente modificadas y especies ambientalmente relacionadas, con una actividad de secuenciación en curso para aislar aún más especies. Además de los microorganismos mencionados adecuados para llevar a cabo la presente invención, en el navegador de taxonomía del sitio web del Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) está disponible una lista completa de dicha clasificación.

Además, es posible seleccionar o modificar cualquiera de las especies naturales mencionadas anteriormente, a menudo por simples condiciones de cultivo y mecanismos de selección y adaptación naturales. En realizaciones particulares, la composición final del cultivo del reactor puede haber sido modificada para que se hayan favorecido organismos en una determinada fase de crecimiento respecto a otros, o según el estado del reactor, ya sea inactivo u operativo/activo.

Existen varios estudios sobre la manipulación genética de cepas particulares para adaptarlas a condiciones particulares. En general, el enfoque de la presente invención se basa más bien en microorganismos naturales.

De acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, Methanothermobacter, y además Methanothermobacter thermoautotrophicus, Methanothermobacter marburgensis y/o mezclas de los mismos, y/o derivados de los mismos se han revelado como particularmente adecuados para llevar a cabo el método de la presente invención como se describe o como se demuestra en los siguientes Ejemplos 1-7.

Asimismo, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, Methanothermus fervidus, Methanobrevibacter arboriphilicus, Methanococcus y Methanocaldococcus sp., y además Methanocaldococcus bathoardescens, Methanocaldococcus fervens, Methanocaldococcus indicus, Methanocaldococcus infernus, Methanocaldococcus jan-naschii, Methanocaldococcus villosus, Methanocaldococcus vulcanius y/o mezclas de los mismos, y/o derivados de los mismos se han revelado particularmente adecuados para llevar a cabo el método de la presente invención como se describe o como se demuestra en los ejemplos posteriores.

En este sentido, hay que señalar que lo más interesante es que los inventores de la presente invención observaron además que las Methanobacteria, por ejemplo, Methanothermus fervidus utilizada en el Ejemplo 8 fue capaz de realizar una metanización excelente estable e inesperada cuando se cultivó a un pH regulado de alrededor 7,0 o ligeramente superior, respectivamente (véanse los Ejemplos 8 y 9, se muestran pH 7,2 y 7,4). Este hallazgo contrasta marcadamente con el estado del arte del conocimiento, que enseñó que Methanothermus fervidus prefiere "un pH ligeramente ácido e igual a 6,5, mientras que no se pudo observar crecimiento a pH por encima de 7.0" (véase Anderson et al. 2010, p. 316, columna derecha, líneas 4 - 6 y Stetter et al., 1981).

El cultivo original puede haber sufrido modificaciones naturales en respuesta a las condiciones particulares en las que se ha llevado a cabo el cultivo. Las condiciones de cultivo se ven afectadas por varios parámetros, tal como la temperatura, pH, presión, densidad celular, volumen, humedad, contenido de sal, conductividad, contenido de carbono, contenido de nitrógeno, contenido de vitaminas, contenido de aminoácidos, contenido mineral, o una combinación de los mismos, y de acuerdo con cada una de estas condiciones, se puede emprender un proceso de adaptación específico con cualquier número de especies dentro del entorno del reactor. De acuerdo con la presente invención, el método divulgado en el presente documento se refiere al cultivo de microorganismos metanogénicos en un proceso continuo, en donde dicha continuidad se entiende como continuidad en la producción de metano y continuidad en el cultivo, en donde no se requiere la etapa de separar la biomasa terminal inactiva de los miembros activos de la colonia. En cambio, se recomienda que el biomaterial muerto se mantenga en el reactor junto con los miembros activos en varias etapas de crecimiento, ya que se considera ventajoso que dicha biomasa o biomaterial proporcione un sustrato adicional para el cultivo activo, intensificando la disponibilidad nutricional. En la comprensión de tal continuidad de producción de metano y cultivo, también se incluye el entendimiento de que se le da al cultivo un suministro continuo de reactantes adecuados (por ejemplo, gases industriales, gas geotérmico), permitiéndole llevar a cabo su tarea de producción de metano sin una alteración significativa de la cantidad medida de metano producido (es decir, el rendimiento de metano) obtenido de cualquier ciclo de actividad metanogénica a lo largo del cultivo y dentro de las fases operativas del reactor. Asegurar una producción continua de metano es una característica relevante de la presente invención y un efecto ventajoso de implementar las etapas del método como se describe. De acuerdo con la invención, el metano es producido por arqueas metanogénicas a partir de cepas individuales o en cultivos mixtos, en donde un cultivo mixto es o un cultivo donde también se puede emplear una pluralidad de, por lo tanto dos o más, cepas, o un cultivo en el que una pluralidad de especies adicionales interactúan con arqueas metanogénicas, o cualquier combinación de las mismas.

De acuerdo con el método divulgado en el presente documento, los gases aportados al cultivo contienen CO² , y se caracterizan también por comprender adicionalmente H²S y/u O².

Entre los gases, como se ha definido anteriormente, ricos en dióxido de carbono y, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, entre otros, también se incluye el gas geotérmico crudo, que contiene cantidades adecuadas de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno, sin excluir tales composiciones de gas, que también comprenden trazas o contaminaciones de oxígeno.

Adicionalmente, se describen experimentos que se refieren a realizaciones particulares, en donde se utiliza gas geotérmico tratado, que contiene cantidades adecuadas de dióxido de carbono y cantidades reducidas de sulfuro de hidrógeno, sin excluir tales composiciones gaseosas que también comprenden trazas o contaminaciones de oxígeno.

Por lo tanto, en el alcance de la presente invención también se incluye que los gases, y en particular el CO² , proporcionados al cultivo de microorganismos metanogénicos puedan contener pequeñas cantidades de otros contaminantes, sin necesidad de purificarse previamente, porque dichos contaminantes contribuyen a la eficiencia del método.

El método de la presente invención comprende una etapa de cultivo de arqueas metanogénicas, que se basa en las condiciones de cultivo típicas de las arqueas, que han sido descritas previamente y que son conocidas por el profesional. Dichas condiciones están influenciadas y controladas, de acuerdo con las habilidades de un profesional, por parámetros comunes que afectan el cultivo, incluida la temperatura, presión, volumen, humedad, contenido de sal, conductividad, contenido de carbono, contenido de nitrógeno, contenido de vitaminas, contenido de aminoácidos, contenido de mineral o cualquier combinación de los mismos. De acuerdo con la presente invención, la etapa de cultivar el microorganismo metanogénico en el método para producir metano a partir de gases que contienen CO² en un biorreactor comprende: mantener dicho microorganismo metanogénico en un medio de cultivo líquido adecuado que proporcione nutrientes adecuados tales como, por ejemplo, una fuente de nitrógeno y sales; mantener las condiciones de cultivo facultativamente anaerobias y/o anaerobias; opcionalmente agitando el cultivo, en donde la agitación del cultivo se puede llevar a cabo regularmente, en intervalos, continuamente, o manteniendo el cultivo soluble al menos en un cierto movimiento lento y constante; eliminar continuamente el agua metabólica del cultivo; y mantener las temperaturas en un intervalo entre 32 °C y 90 °C o entre 32 °C y 80 °C; preferentemente 50-70 °C o alrededor de 62 °C.

Asimismo, los medios de cultivo o crecimiento comunes que se proporcionarán al cultivo de organismos metanogénicos pueden incluir uno o varios elementos inorgánicos comunes, en sus formas elementales o en cualquiera de sus sales no tóxicas adecuadas seleccionadas del grupo de sodio, potasio, magnesio, calcio, hierro, níquel, cobalto, manganeso, cinc, cobre, boro, aluminio, molibdeno, wolframio, selenio, cloro, fuentes de azufre, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno o azufre elemental, fuentes de fósforo, por ejemplo, fosfato, fuentes de nitrógeno, por ejemplo, amonio, nitrato o gas nitrógeno. Las sales típicas utilizadas para cultivar organismos metanogénicos de acuerdo con la presente invención son NaCl, NaHCO3, Na2HPO4, NaH2PO4 H²O, Na²S, NH⁴OH, N² , y NaO3, H²S, KCl, MgCl² , MgSO4, CaChy sulfato ferroso.

Los inventores observaron que la regulación del pH permitió la metanización a lo largo de todo el ciclo de actividad del reactor y permitió un rendimiento continuo de metano incluso en presencia de gases contaminantes.

Por ello, la presente invención se caracteriza por una etapa de control continuo del valor del pH. En este contexto, controlar se entiende en el sentido común general de mantener en constante monitorización los parámetros relacionados con el cultivo y esencialmente medir dichos parámetros o indicadores de estado, utilizando metodologías comunes e instrumentos de medición conocidos en la técnica, ya que podría no ser suficiente mantener bajo monitorización constante y, por lo tanto, solo controlar el pH del cultivo; por lo tanto, otra realización de la presente invención comprende, en particular, la regulación continua del valor del pH. En la comprensión de la presente solicitud, la regulación pretende mantener activamente un valor dado para un parámetro, por ejemplo, el pH del cultivo, utilizando los medios apropiados para hacerlo.

De acuerdo con una realización de la presente invención, el cultivo del microorganismo metanogénico se controla y regula continuamente, es decir, se estabiliza para mantenerse a un valor de pH a un valor dado inferior a o a pH 10 o como alternativa a un valor dado inferior a o a pH 9, como alternativa inferior a o a pH 8 o a un valor dado de pH 7 añadiendo continuamente cantidades adecuadas de un ácido o base adecuado. Sin estar ligado a la hipótesis, se cree que la regulación del pH del cultivo es de particular importancia para la preservación de la continuidad de la actividad de metanización, la cual determina la eficacia del método reivindicado.

De acuerdo con una realización adicional de la presente invención, el cultivo del microorganismo metanogénico se estabiliza y/o regula continuamente para mantener el valor de pH dosificando cantidades adecuadas de, por ejemplo, NaOH/HCl o NH4OH/HCl al cultivo.

Un "valor dado" de acuerdo con la invención puede ser un valor definido con tolerancias dadas, tolerancias dentro del sistema de medidas o tolerancias debido a la variabilidad dentro del cultivo o debido a la diversidad del cultivo, en donde dicho valor es adecuado para permitir la metanización.

En el contexto de la presente solicitud, metanización, o metanogénesis o biometanización, se entiende como la producción de metano o de una composición gaseosa enriquecida con metano realizada por microorganismos metanogénicos, tales como los incluidos en una lista de microorganismos metanogénicos adecuados para llevar a cabo la presente invención como se ha descrito anteriormente.

En particular, la reacción de metanización, como se conoce previamente y como es adecuada de acuerdo con la presente invención, consume H² y CO² en una estequiometría de 4:1.

Los gases o gases residuales aportados como nutrientes para el cultivo, de acuerdo con una realización de la presente invención, refiriéndose al gas geotérmico, pueden contener H² y CO² en proporciones diferentes de 4:1. En este caso, el gas geotérmico crudo o tratado todavía puede usarse, aunque el sustrato en exceso podría no ser consumido completamente por la metanogénesis. Para lograr una relación H² :CO² óptima de 4:1 en la alimentación del proceso, (i) el gas geotérmico se puede mezclar con H² externo (electrolítico, etc.) y/o CO² (de gases que contienen CO² , etc.), dependiendo de cuál de los dos falta, o (ii) la relación H² :CO² se puede ajustar a 4:1 separando el exceso de H² o CO² mediante tecnologías de separación adecuadas que son bien conocidas en la técnica.

Curiosamente, el método de acuerdo con la presente invención demostró ser efectivo en términos de persistencia de la actividad de metanización cuando se lleva a cabo usando cultivos del microorganismo metanogénico en el proceso continuo, que había sido alimentado con composiciones de gas de alimentación que tenían una relación estequiométrica bastante diferente y sorprendentemente distinta de H² :CO² de 0,6:1 hasta relaciones de hasta 5:1, en particular 1:1, 2:1, 3:1, 3.5:1, 4.3:1.

Adicionalmente, los inventores pudieron demostrar que incluso en realizaciones con relaciones estequiométricas H² :CO² sustancialmente diferentes de 0,6:1, el proceso para enriquecer metano en una composición gaseosa sigue siendo estable y en proceso cuando se aplica el control y la regulación continuos del pH (comparar con el Ejemplo 6).

Por ello, una de las principales ventajas de la optimización del proceso reivindicado, incluyendo el control y regulación del valor de pH, es el hecho de que incluso en caso de escasez de gas de alimentación o interrupción del gas de alimentación, la metanización puede reducirse, pero aún así se sigue produciendo, o incluso puede permanecer constante y puede recuperarse rápidamente.

Una composición gaseosa enriquecida con metano producida usando el método como se describe, se entiende como una composición gaseosa compuesta mayoritariamente por metano, y/o en la que el metano es el componente principal, y/o una composición gaseosa cuyo contenido de metano es del 90 % en volumen y más, o hasta el 96 % en volumen, y en particular el producto del método como se describe es una composición gaseosa que comprende principalmente metano que puede alimentarse directamente a los sistemas de tuberías para la producción de calor y energía; por lo tanto, la composición gaseosa enriquecida con metano de la presente invención tiene un contenido muy bajo de contaminantes y, a diferencia del gas natural, que necesita someterse a una purificación de contaminantes que no pueden ser quemados directamente, la composición enriquecida con metano como se describe puede interactuar directamente con el oxígeno para generar calor y energía eficientemente, para ser alimentados directamente a las redes eléctricas nacionales.

En el significado de la presente solicitud, la composición gaseosa enriquecida con metano producida por el método divulgado corresponde a la comprensión del biometano.

Se considera conocimiento general, pero, sin embargo, debe mencionarse de nuevo, que los medios apropiados para controlar y/o regular el valor de un parámetro en el cultivo de un microorganismo varían según la naturaleza del parámetro. En el caso de los valores de pH, la regulación y/o la estabilización se produce proporcionando soluciones alcalinas o ácidas en cantidades precisas calibradas para alcanzar el valor de pH dado. Los ejemplos de soluciones adecuadas incluyen, pero sin limitación, soluciones de hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, ácido clorhídrico y ácido sulfúrico y/o cualquier solución alcalina o ácida que se utilice o se sepa que es compatible con procesos biológicos.

Regular, en el sentido de la presente solicitud y con el propósito de permitir y estabilizar una actividad de metanización continua a través del cultivo y en el tiempo, se logra por lo tanto continuamente o de manera continua, de modo que, en cualquier momento dado, un parámetro del cultivo, por ejemplo, el pH del cultivo, cuando se mide, se encuentra que tiene el mismo valor que un valor dado.

Asimismo, es una etapa ventajosa del método de acuerdo con la presente invención eliminar, regular o continuamente, el exceso de humedad y/o exceso de agua metabólica o denominada agua libre del medio de cultivo asegurando de este modo la correcta dilución y/o dispersión de los nutrientes en el medio. Agua metabólica de acuerdo con la presente invención se refiere a moléculas de agua o H²O, que son producidos por los organismos metanogénicos durante la actividad metabólica y el proceso de metanogénesis.

Si bien las temperaturas pueden variar de acuerdo con la presencia de especies de microorganismos seleccionadas dentro del cultivo, cada uno de los cuales prospera mejor dentro de intervalos establecidos de temperaturas, para la mayoría de los microorganismos metanogénicos, las temperaturas elevadas no son perjudiciales e incluso pueden ayudar a optimizar el metabolismo celular y, por lo tanto, el recambio metabólico o incluso la metanización. En un proceso industrial se debe controlar la temperatura mediante regulación energética; en este sentido, debe considerarse una característica valiosa para reducir el gasto de energía al permitir el control de la temperatura. Como consecuencia, es de gran importancia equilibrar la temperatura de cultivo optimizada y la correspondiente solubilidad del hidrógeno frente a los costes de entrada de energía. Curiosamente, se observó que el método de la presente invención es más eficiente en un intervalo de temperatura entre 32 °C y 90 °C o entre 32 °C y 85 °C, o como alternativa entre 50 y 70 °C o más como alternativa alrededor de 62 °C a presión atmosférica.

Para otros intervalos de temperatura o presión, la solubilidad del hidrógeno se puede utilizar como característica comparativa. Por ello, la presente invención también se refiere a un proceso de cultivo a alta presión, por ejemplo, 1^,6 MPa (16 bar), 2 MPa (20 bar), 3,5 MPa (35 bar), 4 MPa (40 bar) o ⁶ MPa (60 bar) y correspondientemente, a mayores temperaturas, lo que permitiría la misma solubilidad del hidrógeno que en un intervalo de temperatura entre 32 °C y 90 °C o entre 32 °C y 85 °C, o como alternativa de 50 a 70 °C o además como alternativa alrededor de 62 °C a presión atmosférica.

Los microorganismos metanogénicos, en general, pueden vivir y crecer también en una pluralidad de otros e incluso en intervalos de temperatura extremos hasta y muy por encima de 100 °C, por ejemplo, 140 °C; por ello, el intervalo de temperatura anterior es una indicación de un intervalo preferido, pero no debe entenderse como limitativo del alcance de la invención.

De acuerdo con una realización adicional de la presente invención, el microorganismo metanogénico se cultiva en presencia de sulfuro añadido adicionalmente, preferentemente, pero sin limitarse, a la adición en forma de Na²S y/o amonio añadido adicionalmente como fuente de nitrógeno, preferentemente, pero sin limitarse, a la adición en forma de NH⁴OH o cloruro de amonio.

El hidróxido de amonio también se conoce como agua de amoníaco y es una solución acuosa incolora. Por ello, el hidróxido de amonio se puede usar solo o en combinación con otros compuestos de nitrógeno o incluso gas para contribuir a proporcionar un medio de cultivo fuente de nitrógeno viable en las diversas etapas de crecimiento de la colonia o cultivo.

La etapa de añadir al cultivo nutrientes, en general, o fuentes de nitrógeno como el hidróxido de amonio, en particular, no debe entenderse como una limitación de la presente invención, sino que debe considerarse útil para el médico. El microorganismo metanogénico, en general, puede vivir y crecer también en presencia de múltiples fuentes de nitrógeno.

De acuerdo con otra realización de la presente invención, el microorganismo metanogénico se cultiva hasta una densidad de microorganismos en el cultivo de DO⁶¹⁰ (densidad óptica a 610 nm) que es al menos 1 y hasta 60, en donde dicha densidad óptica se refiere a un peso seco de los microorganismos en el cultivo de al menos 0,25 g/l y hasta 20 g/l, y que varía en particular de 0,25 a 15 g/l, de 3 g/l a 10 g/l, de 4 g/l a 7 g/l, de 3 g/la 7 g/l, o de 3 g/la 15 g/l.

De acuerdo con una realización adicional de la presente invención, el microorganismo metanogénico se cultiva hasta una densidad de microorganismos en el cultivo de DO⁶¹⁰ (densidad óptica a 610 nm) que es al menos 14 y hasta 60, en donde dicha densidad óptica se refiere a un peso seco de los microorganismos en el cultivo de al menos 2,5 g/l y hasta 20 g/l, y que varía en particular de 2,5 g/l a 15 g/l, de 3 g/l a 10 g/l, de 4 g/l a 7 g/l, de 3 g/l a 7 g/l, o de 3 g/la 15 g/l.

La densidad óptica de los microorganismos en un cultivo es un parámetro viable para medir el recuento o la concentración de células en cada momento. No parece haberse establecido universalmente una relación directa entre un recuento celular dado y la eficiencia de los microorganismos en un cultivo, no obstante, en la comprensión de los resultados del método de acuerdo con la presente invención, un cultivo de alta densidad produce resultados ventajosos en términos de producción y rendimiento de metano.

En particular, la densidad óptica (DO) del cultivo de acuerdo con la presente invención se mide utilizando métodos y estándares comunes conocidos en la técnica. La densidad óptica, o, más bien, las mediciones de turbidez como una forma de recuento de células se realizan utilizando un espectrofotómetro, normalmente se opera a alrededor de o a 600 nm, pero, en consecuencia, pueden ser adecuadas otras longitudes de onda.

Debido a que la densidad óptica puede variar según la configuración de medición, a menudo es útil indicar el peso seco o la densidad de biomasa de los microorganismos en el cultivo como una medida de la cantidad de células presentes en un cultivo en un momento dado o fase de crecimiento. Es posible establecer una correlación entre las mediciones de la DO de un cultivo dado en una etapa de crecimiento determinada y el peso seco construyendo una curva de varios valores de DO diferentes del cultivo obtenidos a diferentes concentraciones y midiendo el peso seco de la muestra seca del cultivo en consecuencia, usando métodos convencionales conocidos en la técnica. Esto proporcionará un conjunto de puntos de datos de peso seco en función de la densidad óptica; la pendiente de la línea de regresión de dicho conjunto de datos suele definir la correlación entre el peso seco y la densidad óptica. Según los inventores, en la presente solicitud un valor de DO610=4 se traduce, más o menos, en una densidad de biomasa de 1 g/l.

Se puede obtener un recuento de microorganismos alto en el cultivo que determina una alta densidad óptica manteniendo los miembros del cultivo en el reactor durante todas las etapas de su vida, desde las diversas etapas de crecimiento (fase de crecimiento activo, fase de crecimiento estacionario, fase de crecimiento casi estacionario) hasta su etapa terminal, para que los restos de los cuerpos celulares inactivos aporten nutrientes a los miembros activos del cultivo. De acuerdo con la invención, el cultivo de los microorganismos metanogénicos puede guiarse o conducirse a un cultivo de densidad con una DO⁶¹⁰ de al menos 1. Como alternativa, el cultivo de los microorganismos metanogénicos puede guiarse o conducirse a un cultivo de alta densidad con una DO⁶¹⁰ de al menos 14, pero preferentemente superior a 20, además también superior a 30, además superior a 40 e incluso hasta 60 añadiendo suficiente nutriente al cultivo y eliminando simultáneamente el agua libre o metabólica del cultivo. Por lo tanto, el método de la presente invención se puede realizar adecuadamente en el cultivo de una o más cepas del microorganismo metanogénico, teniendo a lo largo de las diversas etapas de desarrollo una DO medible⁶¹⁰ entre 1 -60; además una DO⁶¹⁰ entre 14 - 60; además una DO⁶¹⁰ entre 20 - 60; además una DO⁶¹⁰ entre 30 - 60; además una DO⁶¹⁰ entre 40 - 60; además una DO⁶¹⁰ entre 50 - 60; además una DO⁶¹⁰ entre 1 - 60; además una DO⁶¹⁰ entre 14 -50; además una DO⁶¹⁰ entre 20 - 50; además una DO⁶¹⁰ entre 30 - 50; además una DO⁶¹⁰ entre 40 - 50; además una DO⁶¹⁰ entre 20 - 40; además una DO⁶¹⁰ entre 30 - 40; además una DO⁶¹⁰ entre 20 - 30; además una DO⁶¹⁰ entre 14 -20; además una DO⁶¹⁰ entre 1 - 20.

Los inventores del método descrito en la presente solicitud demostraron que, de acuerdo con otras realizaciones de la presente invención, el método descrito funcionó particularmente bien utilizando microorganismos metanogénicos seleccionados del reino de Archaea o Archaebacteria, en donde este grupo comprende Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanothermobacter, Methanococcus, Methanosarcina, Methanopyrus, Methanothermus o mezclas de los mismos, y además los inventores demostraron que particularmente Methanothermobacter sp., Methanothermus sp. o Methanobrevibacter sp. resultaron ser muy eficaces.

De acuerdo con una realización adicional de la presente invención, el microorganismo metanogénico seleccionado es anaerobio, pero tolerante al oxígeno, por ejemplo, por adaptación.

Como se ha explicado anteriormente, las arqueas metanogénicas utilizadas en la presente invención pueden incluir especies aerobias y estrictamente anaerobias, que conservan su capacidad de metanización en presencia de contaminantes, y que, cuando se realizan las etapas de control y regulación del pH del cultivo, eluden las etapas de silenciamiento observadas en otros métodos o cultivos y mantienen la metanización en los niveles esperados. En el contexto de la presente solicitud, así como en el contexto general del campo, el silenciamiento se entiende como la interrupción de la actividad de metanización por parte de los microorganismos metanogénicos como reacción a un ambiente hostil.

De acuerdo con la presente invención, el medio de cultivo líquido adecuado de la etapa i. es un ambiente moderadamente salino en donde la concentración de aniones, es decir, la concentración de Clavaría de 12 mmol/l a 300 mmol/l. De forma alternativa, el medio de cultivo líquido adecuado de la etapa i. es un ambiente moderadamente salino en donde la concentración de NaCl está en el intervalo de 0,4 g/l a 12 g/l, preferentemente en el intervalo de 3 g/l a 6 g/l y más preferentemente alrededor de 5,6 g/l.

El anión cloruro puede estar presente en la solución salina como el anión de NaCl, MgCl, KCl, NH4Cl o cualquier otra sal de cloruro adecuada conocida por el experto en la materia. Particularmente, la concentración de anión cloruro en el ambiente moderadamente salino de acuerdo con la invención se compara con la concentración de anión proporcionada por una concentración de NaCl que está en el intervalo de 0,05 g/l, o menos, a 7 g/l, preferentemente en el intervalo de 3 g/l a 6 g/l y más preferentemente alrededor de 5,6 g/l.

En la comprensión de la presente solicitud, un factor adicional para el crecimiento y actividad de los microorganismos también puede ser la cantidad de sales normalmente presentes en el medio de cultivo líquido que permite la reproductividad y aumento continuo de la biomasa, actividades metabólicas que deben realizarse de forma continua y, por lo tanto, con una eficiencia de conversión deseable de la reducción de dióxido de carbono en metano y una producción de metano continuamente alta.

En particular, mientras que la mayoría de los microorganismos metanogénicos se encuentran naturalmente en las profundidades del mar, donde la salinidad es excesivamente alta para cualquier otro organismo que viva en la superficie, sorprendentemente, los inventores descubrieron que el microorganismo metanogénico de acuerdo con la invención, que es capaz de vivir y prosperar en un ambiente moderadamente salino es particularmente adecuado en el método reivindicado.

El uso de dicho microorganismo metanogénico de acuerdo con la invención, que es capaz de vivir y prosperar en un ambiente moderadamente salino es particularmente ventajoso usando la tecnología moderna de biorreactores; se evitan consecuencias tales como, por ejemplo, corrosión grave, daños por oxidación y deslustre, asociados a los ambientes altamente salinos que serían necesarios para especies metanogénicas halófilas no adaptadas y que se revelan muy perjudiciales para instalaciones de biorreactores complejos.

En la presente invención, el microorganismo metanogénico puede seleccionarse del grupo de microorganismos seleccionados de forma natural o adaptados de forma nativa, un microorganismo halófilo adaptado, un microorganismo modificado genéticamente, todos capaces de vivir y prosperar en dicho ambiente tan moderadamente salino, en donde la concentración de NaCl, o salinidad, es entonces inferior o comparable a aproximadamente la mitad de la concentración de NaCl en el agua de mar, y normalmente se elige entre aproximadamente 12 - 14 g/l. En la comprensión de la presente invención, un microorganismo adaptado se entiende como un microorganismo que no poseía, en su estado inicial, es decir, cuando se agrega al cultivo, todos los mismos atributos y/o capacidades, o cualquier medida de los mismos, que llega a poseer después de un período de permanencia en el cultivo. En la misma comprensión, dichos atributos y/o capacidades pueden no ser un carácter comúnmente observado en la especie del microorganismo original, y sin embargo se adquieren después de un período o permanencia en el cultivo, siendo dicho plazo variable, dependiendo, por ejemplo, del microorganismo y/o del cultivo, en donde dichos atributos y/o capacidades o cualquier extensión de los mismos varían al interactuar con la población de otros microorganismos presentes en el cultivo y/o en respuesta a cualquier otro parámetro y/o elemento del ambiente de cultivo, por ejemplo, la concentración y/o disponibilidad de un nutriente en particular y/o de un contaminante en particular y/o por la interacción con cualquier otra fuente similar de alteración metabólica o cualquier otra alteración del microorganismo original, incluyendo aquellos como son conocidos por el experto en la materia.

El gas que contiene CO² , preferentemente la emisión que contiene CO² es la fuente de carbono para la producción de metano y se deriva preferentemente, entre otros, del gas geotérmico natural o del gas geotérmico tratado, gas de vertedero, emisiones de carbón o plantas de combustión de energía fósil, emisiones de plantas de cal y cemento, emisiones de las centrales eléctricas de producción y procesamiento de acero, emisiones de plantas de combustión de basura o energías renovables y emisiones de plantas de energía geotérmica, plantas de biogás e instalaciones de fermentación (por ejemplo, cervecerías, productores y procesadores de bebidas).

Normalmente, el contenido de CO² en el gas comprende al menos un 20 % de CO².

Adicionalmente, el gas que contiene CO² puede comprender hasta 50.000 ppm de H²S, normalmente, el contenido de H²S en el gas utilizado como gas de alimentación debe estar entre 200 ppm y 2000 ppm, como alternativa entre 200 ppm y 10000 ppm; como alternativa entre 300 ppm y 30000 ppm; como alternativa entre 400 ppm y 40000 ppm; como alternativa entre 500 ppm y 5000 ppm; como alternativa entre 200 ppm y 20000 ppm; como alternativa entre 500 ppm y 20000 ppm o incluso entre 500 ppm y 25.000 ppm y también hasta 40.000 ppm de H²S.

Adicionalmente, de acuerdo con otras realizaciones de la presente invención, el gas que contiene CO² puede comprender hasta 5.000 mg/l de H²S y el contenido de H²S en el gas utilizado como gas de alimentación debe estar entre 1 y 100 mg/l de H²S, como alternativa entre 10 y 250 mg/l de H²S; como alternativa entre 150 y 750 mg/l de H²S; como alternativa entre 100 y 1000 mg/l de H²S; como alternativa entre 125 y 850 mg/l de H²S; como alternativa entre 50 y 500 mg/l de H²S; como alternativa entre 125 y 500 mg/l de H²S; como alternativa entre 125 y 650 mg/l de H²S; como alternativa entre 100 y 2.500 mg/l; como alternativa entre 500 y 1.500 mg/l; como alternativa entre 250 y 3500 mg/l; como alternativa entre 750 y 3500 mg/l; como alternativa entre 500 y 4000 mg/l; como alternativa entre 550 y 4500 mg/l; como alternativa entre 1000 y 4500 mg/l; y también hasta 5000 mg/l de H²S.

El gas que contiene CO² puede comprender también trazas de oxígeno. Normalmente, el gas que contiene CO² puede comprender 1 %, 2 %, 3 %, 4 % o incluso 5 % de oxígeno, sin embargo, no más del 5 % de O².

En particular, y de acuerdo con una realización, el gas geotérmico tratado de acuerdo con la presente invención se obtiene siguiendo el llamado proceso de tratamiento Sulfix de gas geotérmico bruto, llevado a cabo en la planta de energía geotérmica de Hellisheiñi, y contiene H²S en concentraciones de hasta 30000 ppm y oxígeno (O²) en concentraciones de hasta aprox. 1 % a 5 %, como alternativa 2 %-4 %, como alternativa 1 %-4 %, como alternativa 2 %-4 %, como alternativa 2 %-3 %, o como alternativa 1 %-3 %.

En la Tabla 1 se da otra composición típica del gas geotérmico tratado, incluido en el Ejemplo 6. Si bien se sabe que los niveles significativamente más altos de H²S pueden potencialmente inhibir en gran medida la metanogénesis, dicha concentración de por si alta, junto con la presencia de oxígeno en la cantidad dada, en cambio, han demostrado ser sorprendentemente ventajosos cuando se combinan con la regulación del pH, permitiendo una actividad de metanogénesis que se produce de forma continua a partir de las arqueas cultivadas de acuerdo con la invención.

De acuerdo con una realización adicional de la presente invención, el procedimiento completo o al menos una etapa puede llevarse a cabo en condiciones de presión atmosférica y/o en condiciones presurizadas. Si de acuerdo con algunas realizaciones una o más etapas del método de acuerdo con la invención se llevan a cabo en una atmósfera presurizada, entonces la presión se elige para que sea preferentemente de hasta 1,6 MPa (16 bar), como alternativa hasta 2 MPa (20 bar), como alternativa hasta 5 MPa (50 bar), como alternativa hasta 6,8 MPa (68 bar), como alternativa hasta 11 MPa (110 bar) o incluso hasta 42 MPa (420 bar).

El metano recogido o la composición gaseosa enriquecida con metano producida está esencialmente exenta de contaminantes sólidos, pequeñas partículas sólidas, como partículas de polvo y suciedad, en suspensión, grasas o contaminantes gaseosos, tal como por ejemplo vapor de agua, sulfuro de hidrógeno, siloxanos, amoníaco y compuestos halógenos (cloruro, fluoruro), compuestos orgánicos volátiles (COV), tales como, por ejemplo, limoneno y otros terpenos, y otros contaminantes traza. Dichos componentes traza pueden acumularse en las plantas y sistemas de tuberías, y pueden causar corrosión, depósitos y daños al equipo, y por lo tanto deben ser eliminados al recoger el gas efluente.

Para lograr la recogida de metano de alta pureza, se utilizan varios métodos, tal como por ejemplo filtración, separación criogénica, deshumidificación, oxidación biológica, adsorción química, adsorción física.

La alta pureza del biometano producido de acuerdo con la invención determina su disponibilidad inmediata como fuente de energía en un ciclo de producción continuo y, por lo tanto, demuestra la superioridad del método que se reivindica actualmente.

Siendo la producción continua de metano de alta pureza el resultado del método descrito en el presente documento, en donde se utiliza un sustrato rico en sulfuro de hidrógeno, que opcionalmente puede incluso comprender oxígeno, para cultivar una especie de arqueas metanogénicas o una mezcla de especies para obtener metano virtualmente exento de contaminantes o una composición gaseosa enriquecida con metano, inmediatamente listo para volver a entrar en el ciclo de la energía, proporcionando un combustible limpio con el mayor rendimiento energético por átomo de carbono, incluso en plantas e instalaciones donde la demanda de energía es alta y otras fuentes, incluso aquellas con menor rendimiento energético por átomo de carbono y alto impacto ambiental, son escasas, costosas, impracticables.

El método además puede reutilizar los productos de la combustión del metano para proporcionar más sustrato al biocultivo, reiniciando así el ciclo de producción de metano.

Debido a estos prometedores resultados del método descrito anteriormente, los inventores estudiaron adicionalmente los efectos del cultivo de dichos microorganismos metanogénicos a diferentes valores de pH dados sobre la metanización, lo que condujo a otro aspecto de la presente invención. Por tanto, en otro aspecto, la presente invención proporciona un método para producir metano a partir de CO² o gases que contienen CO² en un biorreactor que comprende:

a. cultivar un microorganismo metanogénico con CO² y H² a un primer valor de pH dado en un intervalo de pH de 5,5 a 7,0 para inducir una rápida replicación del microorganismo metanogénico, seguido de

b. cultivar continuamente dicho microorganismo a un segundo valor de pH dado en un intervalo de pH 7,1 a 10 para aumentar la producción de metano en comparación con la producción de metano de la etapa a;

c. controlar y regular el valor de pH para que esté en el valor dado;

d. recoger metano o una composición gaseosa enriquecida con metano.

El primer valor de pH varía de pH 5,5 a 7,0 para inducir una rápida replicación y crecimiento del microorganismo metanogénico y en donde el segundo valor de pH varía de pH 7,1 a 10 para aumentar y optimizar la producción de metano en comparación con la producción de metano de la etapa a, es decir, el intervalo de pH más bajo.

También se describe que el segundo valor de pH puede variar de pH 4,5 a 6,5 y, opcionalmente, es inferior al primer pH.

Los inventores de la presente invención pudieron demostrar que el cambio del primer intervalo de pH inicial, que es un intervalo de pH ácido a neutro, y un segundo intervalo de pH que está en un intervalo de pH alcalino a neutro, respectivamente, fue sustancial para activar el metabolismo del metano y, por tanto, provocó un aumento pronunciado en la producción de metano en comparación con la producción de metano observada en el primer intervalo de pH utilizado durante el cultivo.

Con el método de acuerdo con la presente invención fue así posible aumentar sustancialmente la producción de metano. Se observó que parece ser el cambio con respecto al valor de pH, el que durante las etapas de cultivo del organismo metanogénico induce sustancialmente el metabolismo del metano y por ende, conduce en el segundo intervalo de pH a un aumento de al menos el 15 % hasta el 100 %, o al menos del 30 % hasta el 80 % o al menos del 50 % hasta el 70 % de la tasa media de metanización en comparación con la tasa en el primer intervalo de pH.

Curiosamente, se descubrió además que incluso con un cambio del primer intervalo de pH que es neutro a un segundo intervalo de pH que es ácido podría iniciarse un aumento notable comparable de la tasa de metanización.

De acuerdo con dicha realización adicional de la invención, el método de metanización que comprende dicho cambio del primer intervalo de pH inicial, que está en un intervalo de pH ácido a neutro, a un segundo intervalo de pH que está en un intervalo de pH alcalino a neutro, respectivamente, fue sustancialmente para activar el metabolismo del metano y, por lo tanto, provocó un aumento pronunciado en la producción de metano en comparación con la producción de metano observada en el primer pH utilizado para el cultivo.

Descripción de las figuras

Fig.1: Restablecimiento de la metanización tras la regulación del pH en cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus, después de la adición de H²S, de acuerdo con los ejemplos 1 y 2. Se puede observar que el colapso del cultivo (400 h) no se pudo evitar reduciendo únicamente la cantidad de H²S (300 h). La regulación del pH juega por tanto un papel relevante en el restablecimiento de la metanización y el aumento de la concentración de biomasa.

Fig. 2: Consecuencias para la metanización tras la adición de hasta 24000 mg/l de S2- utilizando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus. Los datos muestran el sorprendente rendimiento en términos de actividad metabólica del cultivo tras la adición de una gran cantidad de contaminantes (Na²S), debido a la implementación de la regulación del pH.

Fig. 3: Tasa de conversión de CO² y contenido de sulfuro de hidrógeno y contenido de oxígeno presente en el gas de alimentación del proceso utilizando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus.

Fig. 4: Estabilidad de la metanización al cambiar el gas de alimentación de CO² a Sulfix II, gas geotérmico tratado, que contiene oxígeno y sulfuro de hidrógeno. La manipulación aerobia del microorganismo metanogénico utilizando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus contribuye a la eficiencia del método.

Fig. 5: Persistencia de la metanización usando solo gas geotérmico tratado, de acuerdo con el ejemplo 5 utilizando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus. Los datos muestran la sorprendente persistencia de la metanización incluso cuando se mantuvo una relación estequiométrica muy baja entre H² y CO² y se agregaron contaminantes adicionales al cultivo, de acuerdo con el método de la presente invención.

Fig. 6: Consecuencias de la metanización utilizando Methanobrevibacter arboriphilus como biocatalizador tras la adición de 24 mg/l de S2-(círculos negros), 121 mg/l de S2-(círculos grises) hasta 12.700 mg/l de S2-(círculos blancos). Se indican los valores iniciales de pH. La metanización inicial se fijó al 100 % y los valores posteriores se normalizaron a este valor. Cada punto de medición en un momento dado de un gráfico se indica mediante un círculo y representa el valor de una repetición o el valor promedio de dos repeticiones independientes. Los datos muestran tanto el sorprendente rendimiento en términos de actividad metabólica del cultivo después de la adición de contaminantes (Na²S) cuando se implementa la regulación del pH como la clara disminución del rendimiento cuando no se implementa la regulación del pH.

Fig. 7: Consecuencias de la metanización utilizando Methanothermus fervidus como biocatalizador tras la adición de 24 mg/l de S2-(círculos negros), 121 mg/l de S2-(círculos grises) hasta 12.700 mg/l de S2-(círculos blancos). Se indican los valores iniciales de pH. La metanización inicial se fijó al 100 % y los valores posteriores se normalizaron a este valor. Cada punto de medición en un momento dado de un gráfico se indica mediante un círculo y representa el valor de una repetición o el valor promedio de dos repeticiones independientes. Los datos muestran tanto el sorprendente rendimiento en términos de actividad metabólica de los cultivos después de la adición de contaminantes (Na²S) cuando se implementa la regulación del pH como la clara disminución del rendimiento cuando no se implementa la regulación del pH.

Tasa media de conversión de CO² de un cultivo de Methanobrevibacter arboriphilus a un primer valor de pH Fig. 8: (pH < 7,2) y después de cambiar el pH a un segundo valor de pH alcalino (pH < 7,45) superior al primer valor de pH.

Los siguientes ejemplos ilustran formas viables de llevar a cabo el método descrito.

Ejemplo 1: Simulación del efecto del sulfuro de hidrógeno en el proceso estándar de metanización usando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus

Al comienzo del experimento, el proceso de biometanización utilizando arqueas metanogénicas (cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus) fue en condiciones de rendimiento constantes (concentración de biomasa estable de 10 a 12 g/l y productividad volumétrica de metano de aproximadamente 40 l de CH4/lreactor/día). En tales condiciones estándar, la entrada de gas de alimentación (H² y CO²), la biomasa de las arqueas metanogénicas (biocatalizador), así como el valor del pH (entre pH 8,0 y 8,5, dependiendo de la cantidad de CO² disuelto) fueron estables.

Para el inicio del experimento en un punto definido en el tiempo (véase Fig. 1 a las 189 horas de tiempo de ejecución) se agregaron continuamente 2000 ppm de H²S al gas de hidrógeno y dióxido de carbono suministrado. Inicialmente, la tasa de conversión de metano estaba en el nivel esperado cuando se añadieron 60 ppm de H²S (~90 % de conversión), pero cayó a un valor por debajo del límite de detección dentro de las 192 horas posteriores a la adición de 2000 ppm de H²S. El cultivo también se volvió negro al agregar 2000 ppm de H²S, lo que indicó la formación de complejos de sulfuro de metal no solubles, como son conocidos en el caso de los componentes de los medios níquel, hierro y cobalto.

La adición de 2000 ppm de H²S conduce a una disminución repentina y constante tanto de la concentración de biomasa como de la productividad volumétrica de metano, de aproximadamente el 50 % y el 100 % respectivamente. Este "colapso" tampoco pudo recuperarse al reducir la concentración de H²S a solo 60 ppm de H²S, un valor, que se sabe que suele ser tolerado por el proceso (311 horas de tiempo de ejecución en la Fig. 1). Sin quedar ligados a la hipótesis, se especuló que la adición de estas cantidades relativamente altas de H²S conduce a la formación de sales de sulfuro insolubles con ciertos metales presentes en el medio de cultivo. Esta hipótesis fue respaldada por la coloración negra de la suspensión del biocatalizador al agregar H²S, se sabe, que, por ejemplo, el hierro crea una sal negra, no soluble con sulfuro. Si estos metales no se disuelven sino que precipitan, no están disponibles para el biocatalizador y esta limitación provocará un efecto, como se observa, de disminución de la concentración de biomasa del biocatalizador y pérdida total de la productividad de metanización.

Ejemplo 2: La regulación del pH permite la tolerancia de altas concentraciones de sulfuro (S2-) hasta 24000 mg/l usando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus

En la Figura 2 se muestra un gráfico que describe la actividad de metanización de un cultivo de Methanothermobacter thermautotrophicus de acuerdo con el método de la presente invención, medida como la reducción (o conversión) de H². Los resultados de cinco experimentos se muestran en el gráfico, que corresponden al 1-5 de la tabla e identificados por los símbolos de la leyenda, ambos mostrados a la derecha.

En los 2 primeros experimentos, se administra al cultivo una concentración de 12000 mg/l de sulfuro (S2-), en forma de Na²S, al mismo tiempo que se proporciona regulación del pH, en el marco descrito en el método de la presente invención. Puede verse en el gráfico que se logra una alta conversión de H² en presencia de dicha concentración de 12000 mg/l de sulfuro, y tales resultados se mantienen constantemente durante la duración del experimento.

El experimento 3 muestra los resultados sobre la conversión de H² de administrar 24000 mg/l de sulfuro (S2-) al cultivo sin regulación de pH: el pH del cultivo se desplaza a altamente alcalino (>12) y la conversión disminuye drásticamente, seguida de un lento ascenso hacia la normalización.

Los experimentos 4 y 5 muestran los resultados sobre la conversión de H² de administrar 24000 mg/l de sulfuro (S2-) al cultivo con regulación de pH: el pH del cultivo se mantiene activamente en valores dentro del marco descrito en el método de la presente invención, dando como resultado una conversión de H² inesperada y sorprendentemente alta y un rendimiento estable y continuo del cultivo en presencia de dicha concentración de 24000 mg/l de sulfuro durante la duración del experimento.

De la comparación de los resultados de los experimentos 3 con los de los experimentos 4 y 5 se puede inferir que el cultivo sometido a regulación de pH de acuerdo con el método de la presente invención no solo puede soportar altas concentraciones de sulfuro sin pérdida de rendimiento o continuidad del proceso de metanización, sino también mejorar en su propio rendimiento.

Ejemplo 3: Mejora del proceso mediante la regulación del valor del pH usando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus

Para mantener el rendimiento del proceso de metanización en la configuración de prueba al agregar H²S, los inventores introdujeron una etapa de proceso adicional para controlar de manera efectiva el valor del pH y así se aseguraron que durante todo el proceso se obtuviera un pH alrededor de 7. En estas condiciones de proceso utilizando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus, se observó que la formación de HS- y S2- era mucho menor y también la formación de sales insolubles parecía reducirse.

Para ello, el cultivo del proceso, después de la configuración experimental del Ejemplo 1, se diluyó con medio de cultivo nuevo en un factor de 1:2 (tiempo de ejecución de 381 h en la Fig. 1). En este experimento se utilizó el método de dilución, porque es una manera fácil de disminuir la concentración de componentes no deseados, como las sales metálicas previamente precipitadas, en la suspensión del biocatalizador, sin tener que reiniciar completamente el proceso. Adicionalmente, el valor de pH se fijó en un intervalo de 7 (aprox. ± 0,3). En esta fase inicial, el H²S suministrado todavía era de 60 ppm.

En las condiciones de cultivo diluidas y con pH estabilizado, el cultivo de biocatalizador reinició tanto la productividad de metano como la producción de biomasa (Fig. 1; tiempo de ejecución 450 h).

A las 501 h de tiempo de ejecución, el suministro de H²S se fijó de nuevo en 2000 ppm. Con la nueva configuración de pH, se pudo resolver el efecto negativo previamente observado de la adición de H²S sobre el rendimiento y el crecimiento del cultivo.

La fluctuación del pH entre aprox. 500 y 630 h se debe al hecho de que la dosificación a un pH tuvo que ajustarse manualmente y primero se tuvo que determinar la nueva tasa de dosificación suficiente para mantener el pH 7. El suministro insuficiente de base de control de pH hizo que el valor de pH cayera a valores de pH de alrededor de pH 6, lo que también se tradujo en una pérdida de productividad de metano.

Ejemplo 4: Tolerancia al sulfuro de hidrógeno en concentraciones de hasta 16000 ppm de H²S usando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus

Con la estrategia de control de pH de acuerdo con el Ejemplo 3, también se pudieron agregar concentraciones mucho más altas, por ejemplo, hasta 16000 ppm de H²S, al sistema de prueba y alimentarlo junto con el gas hidrógeno y dióxido de carbono suministrados al proceso de biometanización.

Para ello, inicialmente la tasa de conversión de metano en cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus se estabilizó en el nivel esperado cuando se agregaron 60 ppm de H²S (-90 % de conversión), pero cayó a un valor por debajo del límite de detección dentro de las 192 horas posteriores a la adición de 2000 ppm de H²S.

La metanización en presencia de altos niveles de H²S solo se pudo estabilizar cuando los inventores reiniciaron el proceso y disminuyeron manualmente el valor de pH del cultivo, que normalmente estaría entre 8 y 8.5, disminuyendo al menos un log hasta un valor de pH de alrededor de 7.

Esta modificación, sorprendentemente, permitió ejecutar el proceso de metanización con adición de hasta 16000 ppm de H²S, sin ningún cambio relevante en la productividad del metano.

Ejemplo 5: Tolerancia al sulfuro de hidrógeno del proceso de metanización bajo la influencia de oxígeno adicional utilizando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus

Los resultados de acuerdo con el Ejemplo 4 se reprodujeron en un montaje experimental usando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus donde se agregaron hasta 12000 ppm de H²S. Adicionalmente, en este experimento se añadió O² además de H²S, en pasos de 1000 ppm/día y hasta una concentración final de 5000 y 7000 ppm/día.

La adición simultánea de H²S y O² no mostró ningún efecto significativo sobre la eficiencia de conversión (permaneciendo en el 90 %). Este resultado es la base y demuestra muy bien la ventaja inesperada del control del pH de acuerdo con la presente invención, incluso cuando se utiliza gas geotérmico "real" o al menos "tratado" en el proceso de metanización.

Ejemplo 6: Proceso de metanización con gas geotérmico pretratado utilizando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus

La fracción cruda no condensable de gas geotérmico puede contener cantidades bastante altas de H²S, en el intervalo de hasta 10 veces más que las 30000 ppm de H²S normalmente indicadas. Como en algunos entornos industriales, estas altas cantidades se reducen a 30000 ppm mediante el pretratamiento del gas geotérmico bruto en el llamado proceso Sulfix (por ejemplo, en la planta de energía geotérmica de Heiiisheidi, Islandia), en este conjunto experimental, el gas pretratado se usó para experimentos usando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus. Este gas se denomina "gas geotérmico tratado".

Cabe señalar que el gas geotérmico tratado normalmente contiene oxígeno (O²) en concentraciones de hasta aprox.

2 %, que es una situación creada por un compresor y normalmente no formaría parte del entorno natural de las arqueas metanogénicas.

El efecto a largo plazo de niveles tan altos de H²S u O² , y especialmente la combinación de ambos, nunca ha sido investigado sistemáticamente hasta ahora. Sin embargo, la tolerancia del proceso de metanización de acuerdo con esta invención hacia estos parámetros es un requisito previo para permitir el uso de hidrógeno (H²) y dióxido de carbono (CO²) presente en la fracción no condensable del gas geotérmico tratado para la producción de metano.

La composición típica del gas geotérmico tratado se muestra en la Tabla 1:

continuación

El proceso se inició con CO² puro y H² electrolítico para iniciar el cultivo antes de cambiar a gas geotérmico durante 3 días. Posteriormente, el CO² "puro" fue reemplazado por CO² del gas geotérmico tratado y las tasas de flujo se ajustaron en consecuencia, con el fin de mantener los caudales totales de entrada de 0,4 l/min y una estequiometría de 4,3:1. Como consecuencia, el caudal de gas geotérmico tratado fue de 0,125 l/min correspondiente a un caudal de CO² de aproximadamente 0,065 l/min (53 % de CO² contenido en el gas geotérmico tratado). Por dilución con H² electrolítico adicional, los otros gases tales como H²S, O² y N² en la entrada eran 0,6 % en volumen, 0,4 % en volumen y 2,4 % en volumen, respectivamente (Figura 4). Como se ilustra en la Figura 4, el cambio de CO² al gas geotérmico tratado provocó una ligera caída de la conversión de CO² en CH⁴ del 98 % al 87 %, que se recuperó rápidamente en unas pocas horas y tuvo como resultado de nuevo una tasa de conversión superior al 95 %.

Ejemplo 7: Proceso de metanización con gas geotérmico tratado utilizando únicamente cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus

Aquí debe mencionarse especialmente una prueba, ya que el experimento, donde la adición de H² electrolítico se cerró por completo, fue particularmente exitoso.

Para ello, el proceso, como se ha descrito anteriormente, se basó únicamente en gas geotérmico tratado utilizando cultivos de Methanothermobacter thermautotrophicus. Esto permitió ejecutar el proceso de metanización sin un electrolizador instalado únicamente con gas geotérmico (tratado).

El gas geotérmico tratado tenía una relación de H² :CO² de aproximadamente 0,67: 1 hasta ahora muy por debajo de la relación que frecuentemente se ha considerado óptima de 4:1. Como consecuencia, se esperaba la conversión incompleta del CO ². Sin embargo, el proceso que se adaptó con un control de pH funcionó con gran éxito únicamente con el gas pretratado.

La conversión "total" del CO² rondaba el 13,6 %, lo que corresponde a aproximadamente el 80 % de la tasa de conversión máxima teórica (de aproximadamente 16,2 %), dada esta estequiometría. Este efecto tan sorprendente demostró que el proceso de metanización funcionó con éxito, incluso si solo se utilizaba gas geotérmico tratado como alimentación del proceso (Fig. 5).

Ejemplo 8: Metanización a altas concentraciones de sulfuro utilizando cultivos de Methanobrevibacter arboriphilus En la Figura 6 se muestran tres gráficos que presentan la actividad de metanización de cultivos de Methanobrevibacter arboriphilus con y sin aplicación del método de control y regulación del pH de la presente invención, medida como la reducción (o conversión) de H². Se probaron tres concentraciones de sulfuro diferentes, cada una de las cuales representa un solo gráfico. La densidad óptica promedio (DO⁶¹⁰) de los cultivos fue de 3 a 5.

En un primer experimento (círculos negros), se administró una concentración de 24 mg/l de sulfuro (S2-) en forma de Na²S, al cultivo de las especies de Methanobacteria, al mismo tiempo que se proporciona regulación del pH, en el marco descrito en el método de la presente invención. Puede verse en los gráficos correspondientes de la Fig. 6 que se logra una alta formación de metano en presencia de dicha concentración de 24 mg/l de sulfuro regulado a un valor de pH inicial de 7,2, y tales resultados se mantienen de manera constante durante la duración del experimento. Se han observado resultados similares usando cultivos de Methanobrevibacter arboriphilus en un segundo experimento (círculos grises), cuando se administra una concentración 5 veces mayor de 121 mg/l de sulfuro mientras se regula el pH a un valor de pH inicial de alrededor 7,2: Estas condiciones dieron como resultado una metanización inesperada y sorprendentemente alta y un rendimiento continuo del cultivo en presencia de dicha concentración de 121 mg/l de sulfuro.

En un tercer experimento se analizó la metanización al administrar 12.700 mg/l de sulfuro, respectivamente, al cultivo sin ninguna regulación de pH. La Fig. 6 muestra los resultados a un valor de pH inicial de 8,7, es decir, alrededor del valor de pH 9 (véase círculos vacíos). En este escenario sin regulación del pH, el pH inicial aumentó a un valor de pH superior a 9,0 y, en consecuencia, la metanización se redujo drásticamente durante la duración del experimento. Ejemplo 9: Metanización a altas concentraciones de sulfuro utilizando cultivos de Methanothermus fervidus De manera comparable a la Figura 6, en la Figura 7 se muestran tres gráficos que representan la actividad de metanización de cultivos de Methanothermus fervidus con y sin aplicación del método de control y regulación del pH de la presente invención, medida como la reducción (o conversión) de H². Se probaron tres concentraciones de sulfuro diferentes, cada una de las cuales representa un solo gráfico. La densidad óptica promedio (DO⁶¹⁰) de los cultivos fue de 1,5 a 2,5.

Los resultados del primer experimento (círculos negros) dada una concentración de 24 mg/l de sulfuro (S2-) y del segundo experimento (círculos grises) dada una concentración de 121 mg/l de sulfuro mostraron resultados similares a los del caso cuando se usa Methanobrevibacter arboriphilus como se puede ver en la Figura 7. Es decir, estas concentraciones de sulfuro dieron como resultado una alta formación de metano, y tales resultados se mantienen constantemente durante la duración del experimento.

En el tercer experimento, donde se analizó la metanización al administrar 12.700 mg/l de sulfuro, respectivamente, al cultivo sin ninguna regulación de pH, se obtuvieron resultados similares al caso del tercer experimento que utiliza cultivos de Methanobrevibacter arboriphilus. La Fig. 7 muestra los resultados (véase, círculos vacíos). En este escenario sin regulación del pH, el pH inicial de 8,7 aumentó a un valor de pH superior a 9,0 y, en consecuencia, la metanización se redujo drásticamente durante la duración del experimento.

De la comparación de los resultados de los experimentos 1 y 2 con los del experimento 3 de Methanobrevibacter arboriphilus y Methanothermus fervidus se puede inferir que los cultivos de los dos géneros de microorganismos distintos adicionales sometidos a la regulación del pH de acuerdo con el método de la presente invención, pueden soportar sistemáticamente altas concentraciones de sulfuro sin pérdida de rendimiento o continuidad del proceso de metanización.

Ejemplo 10: Método de cultivo mejorado

En el intento de mejorar aún más la metanización, los inventores también mejoraron las técnicas de cultivo de microorganismos metanogénicos. En resumen, se hizo crecer un cultivo de Methanobrevibacter arboriphilus en condiciones estables durante aproximadamente 400 horas a un pH < 7,2 (promedio 7,1). En estas condiciones, se observó un promedio de conversión (CO²) del 23 %.

Después de este comienzo del cultivo, el pH se incrementó para estar constantemente por encima de 7,45 (promedio 7,6). Los sorprendentes efectos sobre la metanización a lo largo del tiempo se muestran en la Figura 8. Este cambio de pH a un pH mayor tuvo como resultado una conversión (CO²) promedio del 35 % y, por lo tanto, se mejoró inesperadamente de forma ventajosa hasta una tasa de metanización promedio de aproximadamente un 50 % más que en la respectiva condición de pH más bajo (véase Figura 8).

En un experimento similar, donde un cultivo de Methanobrevibacter arboriphilus se hizo crecer primero en condiciones estables a un pH < 6,5, se observó un aumento inesperado y beneficioso comparable en la metanización después de que el pH se cambiara para estar constantemente por encima de 7,45 (datos no mostrados).

A partir de estos experimentos, los inventores de la presente invención concluyeron, sin estar ligados a la teoría, de que en contra de cualquier predicción del estado de la técnica, un cambio hacia valores de pH más altos tuvo un efecto beneficioso sobre el metabolismo y el rendimiento de la metanización de los microorganismos metanogénicos, como se muestra en los Ejemplos de la presente invención para diferentes especies de Methanobacteria.

Referencias:

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Anderson I, Djao OD, Misra M, Chertkov O, Nolan M, Lucas S, Lapidus A, Del Rio TG, Tice H, Cheng JF, Tapia R, Han C, Goodwin L, Pitluck S, Liolios K, Ivanova N, Mavromatis K, Mikhailova N, Pati A, Brambilla E, Chen A, Palaniappan K, Land M, Hauser L, Chang YJ, Jeffries CD, Sikorski J, Spring S, Rohde M, Eichinger K, Huber H, Wirth R, Goker M, Detter JC, Woyke T, Bristow J, Eisen JA, Markowitz V, Hugenholtz P, Klenk HP, Kyrpides NC.; Complete genome sequence of Methanothermus fervidus type strain (V24S); Stand Genomic Sci. 2010 Nov 20;3(3):315-24

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Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Método para producir metano a partir de gases que contienen CO² en un biorreactor que comprende:

a. cultivar un microorganismo metanogénico en un proceso continuo;

b. proporcionar gases que contienen CO² , que comprende H²S y/u O² ;

c. alimentar el cultivo del microorganismo metanogénico con H² adicional en una relación estequiométrica de CO² :H² entre 1:0,6 y 1:5;

d. controlar y regular el valor de pH continuamente para mantener el valor de pH en un valor dado inferior a o a pH 10 mediante la adición de cantidades adecuadas de un ácido y/o base;

e. recoger metano o una composición gaseosa enriquecida con metano.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la etapa de cultivo del microorganismo metanogénico comprende:

i. mantener dicho microorganismo metanogénico en un medio de cultivo líquido adecuado proporcionando una fuente de nitrógeno y sales;

ii. mantener las condiciones de cultivo anaerobias o facultativamente anaerobias;

iii. opcionalmente agitar el cultivo;

iv. eliminar continuamente el agua metabólica del cultivo; y

v. mantener las temperaturas en un intervalo de 32 °C a 90 °C o de 32 °C a 85 °C a presión atmosférica.

3. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 2, caracterizado por que el microorganismo metanogénico se cultiva en presencia de sulfuro añadido adicionalmente, preferentemente en forma de Na²S y/o amonio, preferentemente en forma de NH⁴OH.

4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizado por que el microorganismo metanogénico se cultiva hasta una densidad de microorganismos en el cultivo medida como DO⁶¹⁰ que es de al menos 14 y hasta 60 y que corresponde a un peso seco de los microorganismos en el cultivo de al menos 2,5 g/l y hasta 20 g/l.

5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, caracterizado por que el cultivo del microorganismo metanogénico se estabiliza o regula continuamente para mantenerse a un valor dado inferior a o a pH 9, inferior a o a pH 8 o a pH 7 añadiendo cantidades adecuadas de un ácido y/o base;

o por que el cultivo del microorganismo metanogénico se estabiliza o regula continuamente para mantener el valor de pH dado mediante la dosificación de cantidades adecuadas de NaOH o NH⁴OH y HCl o H²SO⁴ al cultivo.

6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, caracterizado por que al menos un microorganismo metanogénico se selecciona del grupo de Archaea o Archaebacteria que comprende Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanothermobacter, Methanococcus, Methanosarcina, Methanopyrus o mezclas de los mismos.

7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizado por que el microorganismo metanogénico es anaerobio y/o tolerante al oxígeno.

8. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 2 a 7, caracterizado por que el medio de cultivo líquido adecuado de la etapa i. es un ambiente moderadamente salino, en donde la concentración del anión cloruro está en el intervalo de 12 mmol/l a 300 mmol/l;

y/o en donde la concentración de NaCl está en el intervalo de 0,4 g/l a 12 g/l, preferentemente en el intervalo de 3 g/l a 6 g/l y más preferentemente alrededor de 5,6 g/l.

9. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, caracterizado por que el microorganismo metanogénico se selecciona del grupo de microorganismos seleccionados de forma natural o adaptados de forma nativa, microorganismos halófilos adaptados y microorganismos modificados genéticamente, todos ellos capaces de vivir y prosperar en un ambiente moderadamente salino.

10. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9, caracterizado por que los gases que contienen CO² es la fuente de carbono para la producción de metano y procede de las emisiones ricas en CO² y/o emisiones de gases residuales.

11. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 10, caracterizado por que el gas que contiene CO² comprende al menos un 20 % de CO² y/o el gas que contiene CO² comprende hasta 5.000 mg/l de H²S y/o el gas que contiene CO² comprende hasta, pero no más del 5 % de O².

12. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 11, caracterizado por que todo el procedimiento o al menos una etapa se realiza en condiciones de presión atmosférica o en condiciones de presión con hasta 1,6 MPa (16 bar) o hasta 42 MPa (420 bar).

13. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el metano recogido está exento de contaminantes sólidos, pequeñas partículas sólidas, contaminantes sólidos en suspensión, grasas o contaminantes gaseosos, compuestos orgánicos volátiles (COV) y otros contaminantes traza.

14. Un método para producir metano a partir de CO² o gases que contienen CO² en un biorreactor que comprende:

a. cultivar un microorganismo metanogénico con CO² y H² a un primer valor de pH dado en un intervalo de pH de 5,5 a 7,0 para inducir una rápida replicación del microorganismo metanogénico, seguido de

b. cultivar continuamente dicho microorganismo a un segundo valor de pH dado en un intervalo de pH 7,1 a 10 para aumentar la producción de metano en comparación con la producción de metano de la etapa a;

c. controlar y regular el valor de pH continuamente para que esté en el valor dado;

d. recoger metano o una composición gaseosa enriquecida con metano.