JP2018000200A5

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Publication number: JP2018000200A5
Application number: JP2017174045A
Authority: JP
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2018-07-26

Claims

無機炭素化合物および／または１個のみの炭素原子を含有する有機化合物から有機化学品への回収および変換のための生物化学法であって、
無機炭素化合物および／または１個のみの炭素原子を含有する有機化合物を、酸水素微生物の保持に好適なおよび／または酸水素微生物の抽出物の保持が可能な環境中に導入する工程と、
前記環境内で、前記酸水素微生物および／または前記酸水素微生物由来の酵素を含有する細胞抽出物を利用した少なくとも１種の化学合成炭素固定反応を介して、前記無機炭素化合物および／または１個のみの炭素原子を含有する前記有機化合物を前記有機化学品および／またはその前駆体に変換する工程と、
を含み、
前記化学合成固定反応が、少なくとも部分的には、化学的および／もしくは電気化学的および／もしくは熱化学的に生成されたならびに／または前記環境外の少なくとも１つの外部源から前記環境内に導入された電子供与体および電子受容体により提供された化学的および／または電気化学的エネルギーにより駆動される、上記方法。
化学合成炭素固定反応が、酸水素反応を介して生成されるＡＴＰを利用する、請求項１に記載の方法。
無機炭素化合物が二酸化炭素を含む、請求項１または２に記載の方法。
二酸化炭素が、二酸化炭素ガスを単独で、ならびに／または炭酸イオンおよび／もしくは重炭酸イオンをさらに含む混合物もしくは溶液に溶解させて、含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
無機炭素が、固相に含有された無機炭素を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
１個のみの炭素原子を含有する有機化合物が、一酸化炭素、メタン、メタノール、ギ酸塩、および／またはギ酸を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
電子供与体および／または無機炭素化合物および／または１個のみの炭素原子を含有する有機化合物が、有機物のガス化および／または熱分解を介して、および／またはメタン水蒸気改質を介して生成され、かつシンガスとして酸水素微生物に提供される、請求項１〜６のいずれか一項のいずれか一項に記載の方法。
シンガス中の水素対一酸化炭素および／または二酸化炭素の比が、前記シンガスを酸水素微生物に送達する前に水性ガスシフト反応を介して調整される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
バイオマスおよび／または生化学品が、前記少なくとも１種の化学合成炭素固定反応によって生成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
バイオマスおよび／または生化学品が、環境から分離され、動物飼料、肥料、土壌添加剤、土壌安定剤、大量スケールの発酵のための炭素源、および／または他の微生物または生物の増殖のための栄養源を含む製品にされる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
酸水素微生物が、次のカテゴリー、すなわち、紅色非硫黄光合成細菌、シアノバクテリア、および／または緑藻のうちの１または２以上から選択される酸水素微生物を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
酸水素微生物が、次の属、すなわち、ロドシュードモナス属（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）の種、ロドスピリラム属（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ）の種、ロドコッカス属（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）の種、リゾビウム属（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）の種、チオカプサ属（Ｔｈｉｏｃａｐｓａ）の種、シュードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）の種、ヒドロゲノモナス属（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｍｏｎａｓ）の種、ヒドロゲノバクター属（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｂａｃｔｅｒ）の種、ヒドロゲノビブリオ属（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｖｉｂｒｉｏ）の種、ヘリコバクター属（Ｈｅｌｉｃｏｂａｃｔｅｒ）の種、キサントバクター属（Ｘａｎｔｈｏｂａｃｔｅｒ）の種、ヒドロゲノファガ属（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈａｇａ）の種、ブラディリゾビウム属（Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）の種、カプリアビダス属（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ）の種、ラルストニア属（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ）の種、アルカリゲネス属（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）の種、バリオボラックス属（Ｖａｒｉｏｖｏｒａｘ）の種、アシドボラックス属（Ａｃｉｄｏｖｏｒａｘ）の種、アナベナ属（Ａｎａｂａｅｎａ）の種、セネデスムス属（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ）の種、クラミドモナス属（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ）の種、アンキストロデスムス属（Ａｎｋｉｓｔｒｏｄｅｓｍｕｓ）の種、およびラフィジウム属（Ｒｈａｐｈｉｄｉｕｍ）の種のうちの１または２以上から選択される酸水素微生物を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
酸水素微生物が、カプリアビダス（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ）、ロドコッカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）、ヒドロゲノビブリオ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｖｉｂｒｉｏ）、ロドシュードモナス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、ヒドロゲノバクター（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｂａｃｔｅｒ）、キサントバクター属（Ｘａｎｔｈｏｂａｃｔｅｒ）微生物のうちの１または２以上を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
酸水素微生物が、カプリアビダス・ネカトール（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓｎｅｃａｔｏｒ）、ロドコッカス・オパカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｏｐａｃｕｓ）、ヒドロゲノビブリオ・マリナス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｖｉｂｒｉｏｍａｒｉｎｕｓ）、ロドシュードモナス・カプスラタ（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｃａｐｓｕｌａｔａ）、ヒドロゲノバクター・サーモフィラス（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｂａｃｔｅｒｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、およびロドバクター・スフェロイデス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒｓｐｈｅｒｏｉｄｅｓ）のうちの１または２以上を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
酸水素微生物が、カプリアビダス・ネカトール（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓｎｅｃａｔｏｒ）ＤＳＭ５３１を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
電子供与体が、次の還元剤、すなわち、アンモニア、アンモニウム、一酸化炭素、亜ジチオン酸塩、単体硫黄、炭化水素、水素、メタ重亜硫酸塩、メタン、酸化窒素、亜硝酸塩、硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）またはチオ硫酸カルシウム（ＣａＳ_２Ｏ_３）が挙げられるが、これらに限定されるものではないチオ硫酸塩、硫化水素が挙げられるが、これらに限定されるものではない硫化物、亜硫酸塩、チオン酸塩、亜チオン酸、溶解相中または固相中の遷移金属またはその硫化物、酸化物、カルコゲン化物、ハロゲン化物、水酸化物、オキシ水酸化物、リン酸塩、硫酸塩、または炭酸塩、ならび固体電極材料中の伝導帯電子または価電子帯電子のうちの１または２以上を含むが、これらに限定されるものではない、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
電子受容体が、次のもの、すなわち、二酸化炭素、酸素、亜硝酸塩、硝酸塩、第二鉄イオンもしくは他の遷移金属イオン、硫酸塩、または固体電極材料中の価電子帯正孔もしくは伝導帯正孔のうちの１または２以上を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
炭素固定反応が、好気性、微好気性、または嫌気性条件下で実施される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
変換工程の前に、電子供与体および／または電子受容体を、少なくとも１種の投入化学品から生成および／もしくは精製し、ならびに／または固定工程時に生成された化学品および／もしくは他の工業プロセス、鉱業プロセス、農業プロセス、下水プロセス、もしくは廃棄物発生プロセスからの廃棄物ストリームに由来する化学品から再循環させる、１または２以上の化学的前処理工程が行われる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
変換工程の後に、化学合成の酸水素細胞塊および／もしくは化学併産物ならびに／または固定工程時に生成されたプロセスストリームの廃棄生成物もしくは汚染物質を除去した後に残存する任意の未使用栄養素および／またはプロセス水を再循環させて、さらなる化学合成を支援すべく、環境中に戻す、１または２以上プロセス工程が行われる、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
電子供与体および／または電子受容体の熱化学的および／または電気化学的生成が、無二酸化炭素排出または低炭素排出および／または再生可能のパワー源によってパワー供給され、および／またはガス化、熱分解、または廃棄物の水蒸気改質またはバイオマス飼料またはバイオガスによって生成される、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
無二酸化炭素排出または低二酸化炭素排出および／または再生可能のパワー源が、電子供与体の電気化学的生成のために利用される、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
電子供与体の電気化学的生成が電解を含む、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
電子供与体および／または電子受容体が、再生可能パワー源、代替パワー源、または温室効果ガス排出の少ない従来パワー源を用いて、生成または再循環され、かつパワー源が、光起電力、太陽熱、風力、水力電力、原子力、地熱、強化地熱、海洋熱、波浪力、および潮力の少なくとも１つから選択される、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
電子供与体および／または電子受容体の熱化学的および／または電気化学的生成が、以下の１または２以上を含む；プロトン交換膜（ＰＥＭ）、ＫＯＨなどの液体電解質、高圧電解、および水蒸気の高温電解（ＨＴＥＳ）の１または２以上を含む手法による水の電解；酸化鉄サイクル、酸化セリウム（ＩＶ）−酸化セリウム（ＩＩＩ）サイクル、亜鉛−酸化亜鉛サイクル、硫黄−ヨウ素サイクル、銅−塩素サイクル、カルシウム−臭素−鉄サイクル、ハイブリッド硫黄サイクルのうちの１または２以上を介する水の熱化学分解；硫化水素の電解；硫化水素の熱化学分解；炭素の回収隔離を可能にしたメタン改質、炭素の回収隔離を可能にした石炭ガス化、カーボンブラック生成物を生成するＫｖａｅｒｎｅｒプロセスおよび他のプロセス、炭素の回収隔離を可能にしたバイオマスのガス化または熱分解が挙げられるが、これらに限定されるものではない、低二酸化炭素排出または無二酸化炭素排出で水素を生成することが公知の他の電気化学プロセスまたは熱化学プロセス、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
電子供与体が、次のもの、すなわち、プロセスガス、テールガス、強化石油回収ベントガス、バイオガス、酸性鉱山排水、埋立て地浸出液、埋立て地ガス、地熱ガス、地熱スラッジまたはブライン、金属汚染物質、脈石、尾鉱、硫化物、二硫化物、メチルメルカプタンおよびジメチルメルカプタンおよびエチルメルカプタンの１または２以上から選択されるメルカプタン、硫化カルボニル、二硫化炭素、アルカンスルホネート、硫化ジアルキル、チオスルフェート、チオフラン、チオシアネート、イソチオシアネート、チオ尿素、チオール、チオフェノール、チオエーテル、チオフェン、ジベンゾチオフェン、テトラチオネート、亜ジチオン酸塩、チオン酸塩、二硫化ジアルキル、スルホン、スルホキシド、スルホラン、スルホン酸、ジメチルスルホニオプロピオネート、スルホン酸エステル、硫化水素、スルフェートエステル、有機硫黄、二酸化硫黄、およびすべての他のサワーガスのうちの１または２以上から選択される汚染物質または廃棄生成物から生成される、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
生化学品がＣ５以上の炭素鎖長を含む、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の方法。
有機化学品がＣ５〜Ｃ３０の炭素鎖長の化合物を含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
少なくとも１つの化学合成反応が、次のもの、すなわち、加速突然変異誘発、遺伝子工学もしくは遺伝子改変、ハイブリダイゼーション、合成生物学、および伝統的な選抜育種のうちの１または２以上を含む方法を介して、無機炭素化合物および／または１個のみの炭素原子を含有する有機化合物の固定ならびに有機化合物の生成が、改良、最適化、または工学操作された酸水素微生物により行われる、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の方法。
バイオリアクターが、酸水素微生物を暴露する透明材料および／または光を照射するための酸水素微生物由来の酵素を含有する細胞抽出物を含まない、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の方法。
炭素固定のためのエネルギーが非生物的プロセスによって提供される、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法。