JP2021520814A - 断続的な電解流 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガス発酵プロセスの経済性が改善される方法を提供する。本発明は、発酵プロセスと、工業的プロセスおよび電解槽プロセスとの統合を提供する。本発明は、発酵のために、電解槽プロセスからバイオリアクターへの電解槽供給原料の断続的な供給を提供する。電解槽供給原料は、工業的プロセスからＣ１供給原料の少なくとも一部を置換し得る。電解槽供給原料は、工業的プロセスからＣ１供給原料を補足し得る。電解槽供給原料が、電解槽供給原料でＣ１供給原料を補足または置換するかどうかは、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト、電解槽供給原料の単位当たりのコスト、および発酵生成物の単位当たりの値の関数に基づき得る。【選択図】図７

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年４月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／６６０２９８号の利益を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、ガス発酵プロセスの経済性を改善するためのプロセスおよび方法に関する。特に、本発明は、発酵プロセスと工業的プロセスおよび電解槽プロセスとの組み合わせに関し、電解槽プロセスからの電解槽供給原料は、発酵のためのバイオリアクターに断続的に渡される。

二酸化炭素（ＣＯ_２）は人間の活動による世界の温室効果ガス排出の約７６％を占め、メタン（１６％）、亜酸化窒素（６％）、およびフッ素化ガス（２％）が残りを占めている（Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ）。温室効果ガス排出、特にＣＯ_２の削減は、地球温暖化の進行ならびにそれに伴う気候および天候の変化を止めるのに重要である。

フィッシャー−トロプシュ法などの触媒プロセスを使用して、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、および／または水素（Ｈ_２）を含有するガスを、種々の燃料および化学物質に変換し得ることが長い間認識されている。しかしながら、最近、ガス発酵がそのようなガスの生物学的固定のための代替プラットフォームとして浮上している。特に、Ｃ１固定微生物は、ＣＯ_２、ＣＯ、ＣＨ_４、および／またはＨ_２を含有するガスを、エタノールおよび２，３−ブタンジオールなどの生成物に変換することが実証されている。

このようなガスは、例えば、炭水化物発酵からのガス、セメント製造からのガス、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭および石油を含む化石資源を含むがこれらに限定されない供給源から誘導される）、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセス（水蒸気メタン改質、水蒸気ナフサ改質、石油コークスガス化、触媒再生−流動触媒分解、触媒再生−ナフサ改質、および乾式メタン改質を含むがこれらに限定されない水蒸気源から誘導される）を含む、工業的プロセスから誘導され得る。

特定の工業的プロセスでは、ガスの供給は、発酵プロセスに不十分であり得る。ガスの供給が発酵プロセスに不十分になると、発酵プロセスの生成速度が最適ではなく、発酵プロセスが普通なら生成することができるものよりも生成される生成物が少なくなる。

加えて、常に調整を続ける市場では、ガス発酵プロセスによって生成される生成物の価値は、変動する。ガス発酵によって生成される生成物の価値が、そのような生成物の生成コストと比較して高いとき、発酵プロセスの生成率を増加させることが有利である。

そのような生成物の市場価値が、そのような生成物の生成コストに対して高い時点での発酵プロセスの生成率を増加させることによって、発酵プロセスの経済性は、最適化され得る。

したがって、供給原料の供給に関連する問題が抑制され、そのような生成が経済的に最適である時点での発酵プロセスが最大レベルで生成することができる、発酵プロセスと、工業的プロセスとの改善された統合が必要とされ続けている。

本発明は、発酵プロセスの性能および／または経済性を改善するための方法を提供し、発酵プロセスは、液体栄養培地中に細菌培養物を含有するバイオリアクターを定義し、本方法は、ＣＯおよびＣＯ_２のうちの１つまたは両方を含むＣ１供給原料を工業的プロセスからバイオリアクターに渡すことであって、Ｃ１供給原料が、単位当たりのコストを有する、渡すことと、ＣＯおよびＨ_２のうちの１つまたは両方を含む電解槽供給原料を電解槽プロセスからバイオリアクターに断続的に渡すことであって、電解槽供給原料が、単位当たりのコストを有する、断続的に渡すことと、培養物を発酵させて、１つ以上の発酵生成物を生成することであって、１つ以上の発酵生成物の各々が、単位当たりの値を有する、生成することと、を含む。特定の例では、ＣＯおよびＨ_２のうちの１つまたは両方をバイオリアクターに提供するために、複数の電解槽プロセスが利用される。

特定の例では、Ｃ１供給原料は、炭水化物発酵からのガス、セメント製造からのガス、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭および石油を含む化石資源を含むがこれらに限定されない供給源から誘導される）、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセス（水蒸気メタン改質、水蒸気ナフサ改質、石油コークスガス化、触媒再生−流動触媒分解、触媒再生−ナフサ改質、および乾式メタン改質を含むがこれらに限定されない水蒸気源から誘導される）を含む群から選択される工業的プロセスから誘導される。特定の例では、Ｃ１供給原料は、２つ以上の供給源の組み合わせから誘導される。特定の例では、Ｃ１供給原料は、Ｈ_２をさらに含み得る。

特定の例では、電解槽供給原料は、ＣＯを含む。ＣＯを含む電解槽供給原料は、ＣＯ_２含有ガス状基質の電解から誘導される。ＣＯ_２含有ガス状基質は、ＣＯ_２を含有する任意のガス流から誘導され得る。特定の例では、このＣＯ_２含有ガス流は、炭水化物発酵からのガス、セメント製造からのガス、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭および石油を含む化石資源を含むがこれらに限定されない供給源から誘導される）、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセス（水蒸気メタン改質、水蒸気ナフサ改質、石油コークスガス化、触媒再生−流動触媒分解、触媒再生−ナフサ改質、および乾式メタン改質を含むがこれらに限定されない水蒸気源から誘導される）を含む群から少なくとも部分的に誘導される。特定の例では、ＣＯ_２含有ガス状基質は、２つ以上の供給源の組み合わせから誘導される。

特定の例では、電解槽供給原料は、Ｈ_２を含む。Ｈ_２を含む電解槽供給原料は、水（Ｈ_２Ｏ）の電解から誘導される。この水は、多数の供給源から得られ得る。様々な例では、水は、工業的プロセスおよび／または発酵プロセスから得られ得る。様々な例では、水は、廃水処理プロセスから得られ得る。特定の例では、水は、２つ以上の供給源の組み合わせから得られる。

特定の例では、本発明は、工業的プロセスからのＣ１供給原料の少なくとも一部を、電解槽プロセスからの電解槽供給原料で置換することによって、発酵プロセスの経済性を改善する。電解槽供給原料がＨ_２を含む様々な例では、電解槽供給原料は、発酵プロセスに渡される供給原料のＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２のモル比を調整する手段として、工業的プロセスからのＣ１供給原料の少なくとも一部を置換する。特定の例では、Ｈ_２を含む電解槽供給原料は、発酵プロセスに渡される供給原料中のＨ_２のモル比を増加させる。

電解槽プロセスからの電解槽供給原料での工業的プロセスからのＣ１供給原料の置換は、少なくとも部分的に、Ｃ１供給原料の単位当たりのコストおよび電解槽供給原料の単位当たりのコストの関数として完了され得る。特定の例では、電解槽供給原料の単位当たりのコストが、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト未満であるとき、電解槽供給原料は、Ｃ１供給原料の少なくとも一部を置換する。

特定の例では、本発明は、工業的プロセスからのＣ１供給原料の少なくとも一部を、電解槽プロセスからの電解槽供給原料で補足することによって、発酵プロセスの経済性を改善する。Ｃ１供給原料の供給が、発酵プロセスに不十分であるとき、少なくとも部分的に、電解槽供給原料によるＣ１供給原料の補足が完了され得る。

特定の例では、電解槽供給原料は、電解槽供給原料の単位当たりのコストおよび発酵生成物の単位当たりの値の関数として、Ｃ１供給原料の少なくとも一部を補足する。

特定の例では、電解槽供給原料は、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト、電解槽供給原料の単位当たりのコスト、および発酵生成物の単位当たりの値の関数として、Ｃ１供給原料の少なくとも一部を補足する。

特定の例では、電解槽供給原料の単位当たりのコストが発酵生成物の単位当たりの値未満であるとき、電解槽供給原料は、Ｃ１供給原料を補足する。電解槽供給原料の単位当たりのコストは、電気コストを削減すると、発酵生成物の単位当たりの値未満であり得る。特定の例では、再生可能エネルギー源から電力が調達されるため、電気コストが削減される。特定の例では、再生可能エネルギー源は、太陽光、水力、風力、地熱、バイオマス、および原子力からなる群から選択される。

ＣＯ_２を含むＣ１供給原料を、Ｈ_２を含む電解槽供給原料で補足することは、１つ以上の発酵生成物中に固定されるＣＯ_２の量を増加させることを含むがこれに限定されないいくつかの利益をもたらし得る。その結果、様々な例では、Ｈ_２を含む電解槽供給原料は、ＣＯ_２を含むＣ１供給原料を補足し、１つ以上の発酵生成物中に固定されるＣＯ_２の量を増加させる。

特定の例では、Ｃ１供給原料は、除去を必要とする様々な構成物の割合を含有する。これらの例では、Ｃ１供給原料は、Ｃ１供給原料をバイオリアクターに渡す前に１つ以上の構成物を除去するように処理される。Ｃ１供給原料から除去された構成物は、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、酸素化物、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、およびタールを含む群から選択され得る。

特定の例では、電解槽供給原料は、除去を必要とする様々な構成物の割合を含有する。これらの例では、電解槽供給原料は、電解槽供給原料をバイオリアクターに渡す前に１つ以上の構成物を除去するように処理される。電解槽供給原料から除去された構成物は、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、酸素化物、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、およびタールを含む群から選択され得る。特定の例では、電解槽供給原料から除去された少なくとも１つの構成物は、酸素を含む。除去された構成物のうちの少なくとも１つは、電解槽プロセスによって生成、導入、および／または濃縮され得る。例えば、酸素は、二酸化炭素の電解によって生成、導入、および／または濃縮され得る。様々な例では、酸素は、電解槽プロセスの副生成物である。特定の実施形態では、酸素は、電解槽プロセスで生成および／または濃縮される。

酸素は、多くの細菌培養物にとって微生物阻害剤である。そのため、酸素は、下流発酵プロセスを阻害し得る。非阻害ガス流を、それが発酵され得るバイオリアクターに渡すために、酸素の少なくとも一部、または他の構成物を、１つ以上の除去モジュールによって電解槽供給原料から除去する必要があり得る。

特定の例では、Ｃ１供給原料は、圧力で発酵プロセスに渡される。これらの例では、工業的プロセスからのＣ１供給原料は、発酵のためのバイオリアクターに渡される前に、１つ以上の圧力モジュールに渡される。

特定の例では、電解槽供給原料は、圧力で発酵プロセスに渡される。これらの例では、電解槽プロセスからの電解槽供給原料は、発酵のためのバイオリアクターに渡される前に、１つ以上の圧力モジュールに渡される。

加えて、電解槽プロセスは、圧力で完了され得る。圧力で完了すると、電解される材料は、電解槽プロセスに供給される前に加圧される。特定の例では、電解される材料は、ＣＯ_２含有ガス流である。ＣＯ_２含有ガス流が電解される前に加圧される例では、ＣＯ_２含有ガス流は、電解モジュールに渡される前に圧力モジュールに渡され得る。

少なくとも１つの実施形態では、本方法は、様々な発酵生成物を生成することに関連するコストを削減する。１つ以上の発酵生成物のうちの少なくとも１つは、エタノール、アセテート、ブチレート、２，３−ブタンジオール、ラクテート、ブテン、ブタジエン、ケトン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３−ヒドロプロピオン酸、イソプレン、脂肪酸、２−ブタノール、１，２−プロパンジオール、１−プロパノール、およびＣ６−Ｃ１２アルコールからなる群から選択され得る。発酵生成物のうちの少なくとも１つは、ディーゼル、ジェット燃料、および／またはガソリンのうちの少なくとも１つの成分にさらに変換され得る。

１つ以上の発酵生成物のうちの少なくとも１つは、培養物によって生成されたバイオマスであり得る。微生物バイオマスのうちの少なくとも一部は、単細胞タンパク質（ＳＣＰ）に変換され得る。単細胞タンパク質のうちの少なくとも一部は、動物飼料の成分として利用され得る。

少なくとも１つの実施形態では、電解槽プロセスは、少なくとも部分的に、再生可能なエネルギー源によって電力供給される。特定の例では、再生可能エネルギー源は、太陽光、水力、風力、地熱、バイオマス、および原子力からなる群から選択される。

特定の実施形態では、工業的プロセスは、発酵後ガス状基質をさらに生成し得る。様々な例では、この発酵後ガス状基質は、ＣＯ_２の少なくとも一部を含む。特定の実施形態では、発酵後ガス状基質は、電解槽プロセスに渡される。

特定の例では、発酵後ガス状基質は、除去を必要とする様々な構成物の割合を含有する。これらの例では、発酵後ガス状基質を処理して、発酵後ガス状基質を電解槽プロセスに渡す前に、１つ以上の構成物を除去する。発酵後ガス状基質から除去された構成物は、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、酸素化物、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、およびタールを含む群から選択され得る。

特定の例では、発酵後ガス状基質から除去された少なくとも１つの構成物は、硫黄を含む。除去されたこれらの構成物のうちの少なくとも１つは、発酵プロセスによって生成、導入、および／または濃縮され得る。例えば、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）の形態の硫黄は、発酵プロセスによって生成、導入、および／または濃縮され得る。特定の実施形態では、硫化水素は、発酵プロセスで導入される。様々な実施形態において、発酵後のガス状基質は、硫化水素の少なくとも一部分を含む。硫化水素は、触媒阻害剤であり得る。そのため、硫化水素は、特定の電解槽を阻害し得る。非阻害発酵後ガス状基質を電解槽に渡すために、硫化水素の少なくとも一部、または発酵後ガス状基質中に存在する他の構成物は、１つ以上の除去モジュールによって除去する必要があり得る。

様々な実施形態では、発酵後ガス状基質、工業供給原料、および／または電解槽供給原料から除去された構成物は、微生物阻害剤および／または触媒阻害剤である。

少なくとも１つの除去モジュールは、加水分解モジュール、酸性ガス除去モジュール、脱酸素モジュール、接触水素化モジュール、粒子除去モジュール、塩化物除去モジュール、タール除去モジュール、およびシアン化水素除去モジュールを含む群から選択され得る。

特定の例では、電解槽プロセスは、一酸化炭素に富む流れおよび酸素に富む流れを生成し得る。様々な例では、分離された一酸化炭素に富む流れの少なくとも一部は、発酵のためのバイオリアクターに渡され得る。場合によっては、酸素に富む流れを工業的プロセスに渡し、工業的プロセスの性能および／または経済性をさらに改善し得る。

電解槽供給原料がＨ_２を含む様々な実施形態では、Ｈ_２は、発酵基質組成を改善し得る。水素は、微生物が炭素含有ガスを有用な生成物に変換するのに必要なエネルギーを提供する。水素の最適濃度が提供されると、微生物培養は、二酸化炭素を同時生成することなく、所望の発酵生成物、例えばエタノールを生成することができる。

好ましくは、バイオリアクター内の細菌培養物は、カルボキシド栄養性細菌を含む。カルボキシド栄養性細菌は、ムーレラ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、ルミノコッカス（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ）、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ユーバクテリウム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブチリバクテリウム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、オキソバクター（Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ）、メタノサルシナ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）、およびデスルホトクマクルム（Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ）を含む群から選択され得る。好ましくは、カルボキシド栄養性細菌は、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）である。

１つ以上の実施形態では、本発明は、電解槽プロセスのないプロセスと比較して、（ｉ）１つ以上の発酵生成物の生成に関連するコストを低減し、かつ／または（ｉｉ）生成物に変換される炭素の総量を増加させる。

工業的プロセスおよび電解槽プロセスと、発酵プロセスとの統合を示す概略フロー図である。 本発明の一態様による、Ｃ１供給原料を加工するための除去モジュールをさらに含む、工業的プロセスおよび電解槽プロセスと、発酵プロセスとの統合を示す概略フロー図である。 本発明の一態様による、電解槽供給原料を加工するための除去モジュールをさらに含む、工業的プロセスおよび電解槽プロセスと、発酵プロセスとの統合を示す概略フロー図である。 本発明の一態様による、電解槽供給原料を加圧するための任意選択の圧力モジュールと、Ｃ１供給原料を加圧するための任意選択の圧力モジュールとの統合を示す概略フロー図である。 本発明の一態様による、電解槽プロセスと、発酵後ガス状基質が、発酵プロセスから電解槽プロセスに渡される発酵プロセスとの統合を示す概略フロー図である。 本発明の一態様による、発酵後ガス状基質を加工するための除去モジュールの統合を示す概略フロー図である。 本発明の一態様による、１つ以上の電解槽プロセスおよび／または工業的プロセスからの１つ以上の流れの混合を示す概略フロー図である。 ベルギーにおける１９日の期間にわたる電力価格を示し、平均して４分ごとに１つのデータポイントを有するグラフである。

本発明者らは、電解槽プロセスが電解槽供給原料を断続的に供給する、ガス発酵プロセスと、工業的プロセスおよび電解槽プロセスとの統合が、発酵プロセスの性能および／または経済性を実質的に改善できることを確認した。

定義
別段の定めがない限り、本明細書全体で使用される以下の用語は、以下のように定義される。

「電解槽供給原料」という用語は、電解槽を出る任意の基質を含み得る。様々な例では、電解槽供給原料は、ＣＯ、Ｈ_２、またはそれらの組み合わせから構成される。特定の例では、電解槽供給原料は、未変換のＣＯ_２の一部を含有し得る。好ましくは、電解槽供給原料は、電解槽プロセスから発酵プロセスに供給される。

「Ｃ１供給原料」という用語は、工業的プロセスを出る任意の基質を含み得る。様々な例では、Ｃ１供給原料は、ＣＯ、Ｈ_２、ＣＯ_２、またはそれらの組み合わせから構成される。好ましくは、Ｃ１供給原料は、工業的プロセスから発酵プロセスに供給される。

「経済性の改善」、「経済性の最適化」などの用語には、発酵プロセスに関連して使用されるとき、生成された生成物の価値が、そのような生成物の生成コストに対して高い期間中の発酵プロセスによって生成された１つ以上の生成物の量の増加が含まれるが、これに限定されない。発酵プロセスの経済性は、バイオリアクターへの供給原料の供給を増加させることで改善され得、これは、例えば、工業的プロセスからのＣ１供給原料に、電解槽プロセスからの電解槽供給原料を補足することによって達成され得る。供給原料の追加供給により、発酵プロセスの効率が向上し得る。発酵プロセスの経済性を改善する別の手段は、利用可能な供給原料の相対コストに基づいて供給原料を選択することである。例えば、工業的プロセスからのＣ１供給原料のコストが、電解槽プロセスからの電解槽供給原料のコストよりも高いとき、電解槽供給原料を利用して、Ｃ１供給原料の少なくとも一部を置換し得る。そのような供給原料のコストに基づいて供給原料を選択することにより、結果として生じる発酵生成物を生成するコストが削減される。

電解槽プロセスは、Ｈ_２およびＣＯの１つまたは両方を含む供給原料を供給することができる。「電解槽供給原料の単位当たりのコスト」は、発酵プロセスおよび任意の電解槽供給原料によって生成された任意の所与の生成物に関して表され得、例えば、Ｈ_２として定義された電解槽供給原料によるエタノールの生成の場合、電解槽供給原料の単位当たりのコストは、以下の方程式で定義される：

式中、ｚは、電力コストを表し、ｘは、電解効率を表し、ｙは、エタノールの収率を表す。

ＣＯとして定義された電解槽供給原料によるエタノールの生成の場合、電解槽供給原料の単位当たりのコストは、以下の方程式によって定義される：

式中、ｚは、電力コストを表し、ｘは、電解効率を表し、ｙは、エタノールの収率を表す。

供給原料のコストに加えて、発酵プロセスは、「生成コスト」を含む。「生成コスト」は、供給原料のコストを除く。「生成コスト」、「限界生成コスト」などは、発酵プロセスの稼働に関連する変動する運用コストを含む。この値は、生成される生成物に依存し得る。限界生成コストは、生成物の単位当たりの固定コストで表され得、これは、生成物の燃焼の発熱量に関して表され得る。例えば、エタノールの限界生成コストの計算は、以下の方程式で定義される：

式中、ｃは、バイオリアクターの稼働に関連する変動する運用コストを表し、２６．８ＧＪは、エタノール燃焼の低い方の発熱量を表す。特定の例では、バイオリアクターの稼働に関連する変動する運用コストを表し、ｃは、エタノールの場合＄２００であり、Ｈ_２／ＣＯ／ＣＯ_２の価格を除く。

発酵プロセスは、多くの生成物を生成することができる。各生成物は、異なる値を定義する。「生成物の価値」は、生成物の現在の市場価格および生成物の燃焼の発熱量に基づいて決定され得る。例えば、エタノールの値についての計算は、以下の方程式で定義される：

式中、ｚは、メートルトン当たりのエタノールの現在の値であり、２６．８ＧＪは、エタノールの燃焼の低い方の発熱量を表す。

発酵プロセスの経済性を最適化するには、生成される生成物の価値が、そのような生成物の「生成コスト」を超えている必要がある。生成物の生成コストは、「供給原料のコスト」と「限界生成コスト」との合計として定義される。発酵プロセスの経済性は、そのような生成物を生成するコストと比較した、生成された生成物の価値によって定義される比に関して表され得る。発酵プロセスの経済性は、そのような生成物を生成するコストと比較した生成物の価値の比が増加するにつれて改善される。発酵プロセスの経済性は、生成された生成物の価値に依存し得、少なくとも部分的には、実装される発酵プロセスに依存して変化し得、これには細菌培養および／または発酵プロセスで使用されるガスの組成が含まれるが、これらに限定されない。エタノールが発酵プロセスによって生成される生成物であるとき、経済性は、以下の比によって決定され得る：

式中、ｚは、エタノールの値を表し、ｘは、供給原料のコストを表し、ｙは、限界生成コスト（供給原料を除く）を表す。

「効率を高める」、「効率が高まる」などの用語は、発酵プロセスに関して使用される場合、発酵を触媒する微生物の増殖速度、上昇した生成物濃度における増殖および／または生成物生成速度、消費される基質の体積当たりに生成される所望の生成物の体積、所望の生成物の生成速度または生成レベル、ならびに発酵の他の副生成物と比較して生成される所望の生成物の相対的割合のうちの１つ以上を増加させることを含むがこれらに限定されない。特定の例では、電解槽供給原料は、発酵プロセスの効率を高める。

「不十分な」などの用語は、発酵プロセスのための供給原料の供給に関連して使用されるとき、これに限定されないが最適量未満を含み、それにより、発酵プロセスが、普通なら発酵プロセスに大量の供給原料が供給されていた場合の発酵プロセスよりも少ない量の発酵生成物を生成する。例えば、工業的プロセスが発酵プロセスを適切に供給するのに十分なＣ１供給原料を提供していない時点で、供給原料の供給は、不十分になる場合がある。好ましくは、発酵生成物の量が供給原料の供給によって限定されないように、発酵プロセスは、最適量の供給原料で供給される。

「Ｃ１含有ガス状基質」は、二酸化炭素および一酸化炭素の１つまたは両方を含有する任意のガスを含み得る。ガス状基質は、典型的には、かなりの割合のＣＯ_２、好ましくは少なくとも約５体積％〜約１００体積％のＣＯ_２を含有する。加えて、ガス状基質は、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、および／またはメタン（ＣＨ_４）のうちの１つ以上を含有し得る。

基質が任意の水素を含有することは必要ではないが、Ｈ_２の存在は本発明の方法による生成物形成に有害であるべきではない。特定の実施形態において、水素の存在はアルコール製造の全体的効率の改善をもたらす。一実施形態において、基質は、約３０体積％以下のＨ_２、２０体積％以下のＨ_２、約１５体積％以下のＨ_２、または約１０体積％以下のＨ_２を含む。他の実施形態において、基質流は、低濃度のＨ_２を、例えば、例えば５％未満、もしくは４％未満、もしくは３％未満、もしくは２％未満、もしくは１％未満を含むか、または実質的に水素を含まない。

基質はまた、例えば、約１体積％〜約８０体積％のＣＯ、または１体積％〜約３０体積％のＣＯなどのある程度のＣＯを含有し得る。一実施形態において、基質は、約２０体積％以下のＣＯを含む。特定の実施形態において、基質は、約１５体積％以下のＣＯ、約１０体積％以下のＣＯ、約５体積％以下のＣＯを含むか、または実質的にＣＯを含まない。

基質組成を改善して、所望のまたは最適なＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２モル比を提供することができる。所望のＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２モル比は、発酵プロセスの所望の発酵生成物に依存する。エタノールの場合、最適なＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２モル比は、以下のようになる：

、式中、エタノール生成のためのモル化学量論を満たすために、ｘ＞２ｙである

水素の存在下で発酵プロセスを操作すると、発酵プロセスによって生成されるＣＯ_２の量を減らすという追加の利点がある。例えば、最小限のＨ_２を含むガス状基質は、典型的には、以下のモル化学量論［６ＣＯ＋３Ｈ_２Ｏ→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋４ＣＯ_２］により、エタノールおよびＣＯ_２を生成する。Ｃ１固定細菌によって利用される水素の量が増加するにつれて、ＣＯ_２生成量が減少する［すなわち、２ＣＯ＋４Ｈ_２→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ］。

ＣＯがエタノール生成の唯一の炭素およびエネルギー源である場合、次のように炭素の一部分がＣＯ_２に失われる。
６ＣＯ＋３Ｈ_２Ｏ→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋４ＣＯ_２ （ΔＧ°＝−２２４．９０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）

基質で利用可能なＨ_２の量が増加すると、生成されるＣＯ_２の量は減少する。モル化学量論比が１：２（ＣＯ／Ｈ_２）の場合、ＣＯ_２生成は、完全に回避される。
５ＣＯ＋１Ｈ_２＋２Ｈ_２Ｏ→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋３ＣＯ_２（ΔＧ°＝−２０４．８０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）
４ＣＯ＋２Ｈ_２＋１Ｈ_２Ｏ→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋２ＣＯ_２（ΔＧ°＝−１８４．７０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）
３ＣＯ＋３Ｈ_２→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋１ＣＯ_２ （ΔＧ°＝−１６４．６０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）

「ガス流」は、例えば、あるモジュールから別のモジュールへ、あるモジュールからバイオリアクターへ、あるプロセスから別のプロセスへ、および／またはあるモジュールから炭素捕捉手段へ、渡すことができる基質の任意の流れを指す。

本明細書で使用される場合、「反応物質」は、化学反応中の変化に関与し、化学反応中に変化する物質を指す。特定の実施形態では、反応物質としては、ＣＯおよび／またはＨ_２が挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書で使用される「微生物阻害剤」は、微生物を含む特定の化学反応または他のプロセスを減速または防止する１つ以上の構成物を指す。特定の実施形態では、微生物阻害剤には、酸素（Ｏ_２）、シアン化水素（ＨＣＮ）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、およびＢＴＥＸ（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン）が含まれるが、これらに限定されない。

本明細書で使用される場合、「触媒阻害剤」、「吸着性阻害剤」などは、化学反応の速度を低下させるか、または化学反応を防止する１つ以上の物質を指す。特定の実施形態では、触媒阻害剤および／または吸着阻害剤には、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）および硫化カルボニル（ＣＯＳ）が含まれ得るが、これらに限定されない。

「除去モジュール」、「洗浄モジュール」、「加工モジュール」などは、微生物阻害剤および／または触媒阻害剤をガス流から変換および／または除去のいずれかを行うことができる技術を含む。

本明細書で使用される場合、「構成物」、「汚染物質」などの用語は、ガス流中に見られ得る微生物阻害剤および／または触媒阻害剤を指す。特定の実施形態では、構成物には、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、酸素化物、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、およびタールが含まれるが、これらに限定されない。好ましくは、除去モジュールによって除去された構成物は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含まない。

「処理済みガス」という用語は、少なくとも１つの除去モジュールを通過し、かつ１つ以上の構成物が除去および／または変換されたガス流を指す。

本明細書で使用される場合、「炭素捕捉」という用語は、ＣＯ_２および／もしくはＣＯを含む流れからのＣＯ_２および／もしくはＣＯを含む炭素化合物の隔離、ならびに
ＣＯ_２および／もしくはＣＯを生成物に変換すること、または
ＣＯ_２および／もしくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質に変換すること、または
ＣＯ_２および／もしくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質中に閉じ込めること、または
これらのプロセスの組み合わせのいずれかを指す。

「バイオリアクター」という用語は、連続撹拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、固定化細胞反応器（ＩＣＲ）、トリクルベッド反応器（ＴＢＲ）、気泡塔、ガスリフト発酵槽、静的ミキサ、循環ループ反応器、中空糸膜バイオリアクター（ＨＦＭ ＢＲ）などの膜反応器、またはガス−液体接触に適した他の容器もしくは他のデバイスを含む、１つ以上の容器および／もしくは塔、または配管配置からなる発酵デバイスを含む。反応器は、好ましくは、ＣＯもしくはＣＯ_２もしくはＨ_２またはそれらの混合物を含むガス状基質を受容するように適合されている。反応器は、並列または直列のいずれかで、複数の反応器（段）を備えることができる。例えば、反応器は、細菌が培養される第１の増殖反応器と、増殖反応器からの発酵ブロスが供給され、発酵生成物の大部分が生成され得る第２の発酵反応器とを備えることができる。

「栄養培地（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｍｅｄｉａ）」または「栄養培地（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｍｅｄｉｕｍ）」は、細菌増殖培地を説明するために使用される。一般に、この用語は、培養微生物の増殖に適した栄養素および他の成分を含有する培地を指す。「栄養素」という用語は、微生物の代謝経路において利用され得る任意の物質を含む。例示的な栄養素には、カリウム、ビタミンＢ、微量金属、およびアミノ酸が含まれる。

「発酵ブロス」または「ブロス」という用語は、栄養培地および培養物または１つ以上の微生物を含む成分の混合物を包含することを意図している。微生物という用語と細菌という用語は、本明細書を通して互換的に使用されることに留意されたい。

本明細書で使用される「酸」という用語は、本明細書に記載の発酵ブロスに存在する遊離酢酸とアセテートの混合物など、カルボン酸と関連するカルボン酸アニオンの両方を含む。発酵ブロス中の分子酸対カルボン酸の比率は、システムのｐＨに依存する。さらに、「アセテート」という用語は、酢酸塩単独、および本明細書に記載の発酵ブロス中に存在する酢酸塩と遊離酢酸の混合物などの分子または遊離酢酸と酢酸塩の混合物の両方を含む。

「所望の組成」という用語は、例えばガス流などの物質中の成分の所望のレベルおよび種類を指すために使用される。より詳細には、ガスは、それが特定の成分（すなわち、ＣＯ、Ｈ_２、および／もしくはＣＯ_２）を含有する、かつ／または特定の成分を特定の割合で含有する、かつ／または特定の成分（すなわち、微生物に有害な構成物）を含有しない、かつ／または特定の成分を特定の割合で含有しない場合、「所望の組成」を有すると考えられる。ガス流が所望の組成を有しているかどうかを決定する際に、複数の成分が考慮され得る。

文脈上別段の要求がない限り、本明細書で使用される場合、「発酵」、「発酵プロセス」、または「発酵反応」などの句は、ガス状基質の増殖期および生成物生合成期の両方を包含することを意図している。

「微生物」は、顕微鏡生物、特に細菌、古細菌、ウイルス、または真菌である。本発明の微生物は、典型的には細菌である。本明細書で使用される場合、「微生物」の引用は、「細菌」を網羅するものと解釈されるべきである。

「親微生物」は、本発明の微生物を生成するために使用される微生物である。親微生物は、天然に存在する微生物（即ち、野生型微生物）または以前に修飾されたことのある微生物（即ち、変異体または組換え微生物）であり得る。本発明の微生物は、親微生物において発現または過剰発現されていなかった１つ以上の酵素を発現または過剰発現させるように修飾され得る。同様に、本発明の微生物は、親微生物が含有しなかった１つ以上の遺伝子を含有するように修飾され得る。本発明の微生物は、また、親微生物において発現された１つ以上の酵素を発現しないまたはより少ない量を発現させるように修飾され得る。一実施形態において、親微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉである。好ましい実施形態において、親微生物は、２０１０年６月７日にドイツのＤ−３８１２４ Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｉｅｇ、Ｉｎｈｏｆｆｅｎｓｔｒａβ ７Ｂに位置するＤｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ（ＤＳＭＺ）にブダペスト条約の条項下で２０１０年６月７日に寄託され、受託番号ＤＳＭ２３６９３を付与されたＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１である。この株については、国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＺ２０１１／０００１４４号に記載されており、ＷＯ２０１２／０１５３１７として公開されている。

「〜から誘導される」という用語は、新しい核酸、タンパク質、または微生物を生成するように、核酸、タンパク質、または微生物が異なる（例えば、親または野生型）核酸、タンパク質、または微生物から修飾または適合されることを示す。そのような修飾または適合は、典型的には、核酸または遺伝子の挿入、欠失、変異、または置換を含む。一般に、本発明の微生物は、親微生物から誘導される。一実施形態では、本発明の親微生物は、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）、クロストリジウムユングダーリー（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）、またはクロストリジウムラグスダレイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ）から誘導される。好ましい実施形態では、本発明の微生物は、ＤＳＭＺ受託番号ＤＳＭ２３６９３の下で寄託される、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）ＬＺ１５６１から誘導される。

「Ｗｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ」は、すなわち、Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３−１８９８，２００８に記載されているような炭素固定のＷｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を指す。「Ｗｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ微生物」は、予想通り、Ｗｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含む微生物を指す。一般に、本発明の微生物は天然のＷｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含有する。本明細書では、Ｗｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路は天然の未修飾のＷｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路であり得るか、またはＣＯ、ＣＯ_２、および／またはＨ_２をアセチル−ＣｏＡに変換するように依然として機能する限り、ある程度の遺伝的修飾（すなわち、過剰発現、異種発現、ノックアウトなど）を有するＷｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路であり得る。

「Ｃ１」は、１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、またはＣＨ_３ＯＨを指す。「Ｃ１酸素化物」は、少なくとも１つの酸素原子も含む１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、またはＣＨ_３ＯＨを指す。「Ｃ１炭素源」は、本発明の微生物のための部分的または唯一の炭素源として機能する１炭素分子を指す。例えば、Ｃ１炭素源は、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、ＣＨ_３ＯＨ、またはＣＨ_２Ｏ_２のうちの１つ以上を含み得る。好ましくは、Ｃ１炭素源は、ＣＯおよびＣＯ_２のうちの１つまたは両方を含む。「Ｃ１固定微生物」は、Ｃ１炭素源から１つ以上の生成物を生成する能力を有する微生物である。典型的には、本発明の微生物はＣ１固定細菌である。

「嫌気性細菌」は、増殖のために酸素を必要としない微生物である。嫌気性細菌は、酸素が特定の閾値を超えて存在する場合、負の反応を起こし得るか、もしくは死滅し得る。しかしながら、いくつかの嫌気性細菌は、低レベルの酸素（すなわち、０．０００００１〜５体積％の酸素）を許容することができる。典型的には、本発明の微生物は嫌気性細菌である。

「アセトゲン」は、エネルギー節約のため、およびアセテート等のアセチル−ＣｏＡおよびアセチル−ＣｏＡ由来生成物の合成のためのその主要機構としてＷｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を使用する、偏性嫌気性細菌である（Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３−１８９８，２００８）。特に、アセトゲンは、Ｗｏｏｄ−Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を、（１）ＣＯ_２からのアセチル−ＣｏＡの還元合成のための機構、（２）最終電子を受容する、エネルギー節約プロセス、（３）細胞炭素の合成におけるＣＯ_２の固定（同化）のための機構として使用する（Ｄｒａｋｅ，Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｃ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ，Ｉｎ：Ｔｈｅ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ，３ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，ｐ．３５４，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，２００６）。天然に存在する全てのアセトゲンは、Ｃ１固定、嫌気性、独立栄養性、および非メタン資化性である。典型的には、本発明の微生物はアセトゲンである。

「エタノロゲン」は、エタノールを生成する、または生成することが可能である微生物である。典型的には、本発明の微生物はエタノロゲン（ｅｔｈａｎｏｌｏｇｅｎ）である。

「独立栄養生物」は、有機炭素がなくても増殖することが可能な微生物である。代わりに、独立栄養生物は、ＣＯおよび／またはＣＯ_２などの無機炭素源を使用する。典型的には、本発明の微生物は独立栄養生物である。

「カルボキシド栄養生物」は、炭素およびエネルギーの唯一の供給源としてＣＯを利用することが可能な微生物である。典型的には、本発明の微生物はカルボキシド栄養生物である。

「メタン資化性菌」は、炭素とエネルギーの唯一の供給源としてメタンを利用することが可能な微生物である。特定の実施形態では、本発明の微生物は、メタン資化性菌であるか、またはメタン資化性菌から誘導される。他の実施形態では、本発明の微生物はメタン資化性菌ではないか、メタン資化性菌から誘導されない。

「基質」は、本発明の微生物のための炭素および／またはエネルギー源を指す。典型的には、基質は、ガス状であり、Ｃ１炭素源、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、および／またはＣＨ_４を含む。好ましくは、基質は、ＣＯまたはＣＯ＋ＣＯ_２のＣ１炭素源を含む。基質は、Ｈ_２、Ｎ_２、または電子などの他の非炭素構成要素をさらに含み得る。

「共基質」という用語は、必ずしも生成物合成のための一次エネルギーおよび材料源ではないが、主要な基質などの別の基質に添加された場合に生成物合成に利用することができる物質を指す。

基質および／またはＣ１炭素源は、自動車の排出ガスまたはバイオマスガス化からなど、工業的プロセスの副生成物として得られるか、または何らかの他の供給源からの廃ガスであってもよい。特定の実施形態では、工業的プロセスは、炭水化物発酵からのガス、セメント製造からのガス、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭および石油を含む化石資源を含むがこれらに限定されない供給源から誘導される）、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセス（水蒸気メタン改質、水蒸気ナフサ改質、石油コークスガス化、触媒再生−流動触媒分解、触媒再生−ナフサ改質、および乾式メタン改質を含むがこれらに限定されない水蒸気源から誘導される）からなる群から選択される。様々な例では、基質および／またはＣ１炭素源は、任意の簡便な方法を使用して、それが大気中に放出される前に工業的プロセスから捕捉され得る。

基質の組成は、反応の効率および／または費用に著しい影響を及ぼし得る。例えば、酸素（Ｏ_２）の存在は、嫌気性発酵プロセスの効率を低減し得る。基質の組成に応じて、基質を処理、スクラブ、または濾過して、毒素、望ましくない成分、またはちり粒子等のいかなる望ましくない不純物も除去すること、および／または所望の成分の濃度を増加させることが望ましくあり得る。

特定の実施形態では、発酵は、糖、デンプン、リグニン、セルロース、またはヘミセルロースなどの炭水化物基質の不在下で実施される。

本発明の微生物は、１つ以上の生成物を生成するようにガス流とともに培養され得る。例えば、本発明の微生物は、エタノール（ＷＯ２００７／１１７１５７）、アセテート（ＷＯ２００７／１１７１５７）、ブタノール（ＷＯ２００８／１１５０８０およびＷＯ２０１２／０５３９０５）、ブチレート（ＷＯ２００８／１１５０８０）、２，３−ブタンジオール（ＷＯ２００９／１５１３４２およびＷＯ２０１６／０９４３３４）、ラクテート（ＷＯ２０１１／１１２１０３）、ブテン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、ブタジエン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、メチルエチルケトン（２−ブタノン）（ＷＯ２０１２／０２４５２２およびＷＯ２０１３／１８５１２３）、エチレン（ＷＯ２０１２／０２６８３３）、アセトン（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、イソプロパノール（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、脂質（ＷＯ２０１３／０３６１４７）、３−ヒドロキシプロピオネート（３−ＨＰ）（ＷＯ２０１３／１８０５８１）、イソプレンを含むテルペン（ＷＯ２０１３／１８０５８４）、脂肪酸（ＷＯ２０１３／１９１５６７）、２−ブタノール（ＷＯ２０１３／１８５１２３）、１，２−プロパンジオール（ＷＯ２０１４／０３６１５２）、１−プロパノール（ＷＯ２０１４／０３６９１５２）、コリスメート由来生成物（ＷＯ２０１６／１９１６２５）、３−ヒドロキシブチレート（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、および１，３−ブタンジオール（ＷＯ２０１７／００６６４９８）を生成することができるか、または生成するように操作され得る。１つ以上の目標生成物に加えて、本発明の微生物はまた、エタノール、アセテート、および／または２，３−ブタンジオールも生成し得る。特定の実施形態では、微生物バイオマス自体が生成物と見なされ得る。これらの生成物はさらに変換されて、ディーゼル、ジェット燃料、および／またはガソリンのうちの少なくとも１つの成分を生成し得る。加えて、微生物バイオマスはさらに処理されて、単細胞タンパク質（ＳＣＰ）を生成し得る。

「単細胞タンパク質」（ＳＣＰ）は、タンパク質が豊富なヒトおよび／または動物用飼料に使用され得る微生物バイオマスを指し、多くの場合、大豆または魚粉などの従来のタンパク質補給源に取って代わる。単細胞タンパク質または他の生成物を生成するために、本プロセスは、追加の分離、加工、または処理ステップを含み得る。例えば、本方法は、微生物バイオマスを滅菌すること、微生物バイオマスを遠心分離すること、および／または微生物バイオマスを乾燥させることを含み得る。特定の実施形態では、微生物バイオマスは、噴霧乾燥またはパドル乾燥を使用して乾燥される。核酸含有量の高い食事を摂取すると、核酸分解生成物の蓄積および／または胃腸障害が生じ得るため、本方法は、当技術分野で公知の任意の方法を使用して、微生物バイオマスの核酸含有量を低減させることも含み得る。単細胞タンパク質は、家畜やペットなどの動物への給餌に好適であり得る。具体的には、動物用飼料は、１頭以上の肉用牛、乳用牛、豚、羊、山羊、馬、ラバ、ロバ、鹿、バッファロー／バイソン、ラマ、アルパカ、トナカイ、ラクダ、バンテン、ガヤル、ヤク、鶏、七面鳥、アヒル、ガチョウ、ウズラ、ホロホロ鳥、ひなバト／ハト、魚、エビ、甲殻類、猫、犬、およびげっ歯類に給餌するのに好適であり得る。動物用飼料の組成は、異なる動物の栄養要件に合わせて調整され得る。さらに、本方法は、微生物バイオマスを１つ以上の賦形剤と混合することまたは組み合わせることを含み得る。

「賦形剤」は、動物用飼料の形態、特性、または栄養含有量を強化または変更するために、微生物バイオマスに添加され得る任意の物質を指し得る。例えば、賦形剤は、炭水化物、繊維、脂肪、タンパク質、ビタミン、ミネラル、水、香料、甘味料、酸化防止剤、酵素、防腐剤、プロバイオティクス、または抗生物質のうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実施形態では、賦形剤は、干し草、わら、貯蔵生牧草、穀物、油もしくは脂肪、または他の植物材料であってもよい。賦形剤は、Ｃｈｉｂａ，Ｓｅｃｔｉｏｎ １８：Ｄｉｅｔ Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｏｎ Ｆｅｅｄ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ，Ａｎｉｍａｌ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第３版、５７５〜６３３項、２０１４に特定されている、任意の飼料構成成分であってもよい。

「天然生成物」は、遺伝子組換えされていない微生物によって生成される生成物である。例えば、エタノール、アセテート、および２，３−ブタンジオールは、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、およびＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉの天然生成物である。「非天然生成物」は、遺伝子修飾された微生物によって生成されるが、遺伝子修飾された微生物が誘導される遺伝子修飾されていない微生物によって生成されない生成物である。

「選択性」は、微生物によって生成される全発酵生成物の生成に対する標的生成物の生成の比率を指す。本発明の微生物は、特定の選択性で、または最小の選択性で生成物を生成するように操作され得る。一実施形態では、目標生成物は、本発明の微生物によって生成される全ての発酵生成物の少なくとも約５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％、３０重量％、５０重量％、７５重量％、または９０重量％を占める。一実施形態では、目標生成物は、本発明の微生物が、目標生成物に対して少なくとも１０重量％の選択性を有するように、本発明の微生物によって生成される全ての発酵生成物の少なくとも１０重量％を占める。別の実施形態では、目標生成物は、本発明の微生物が、目標生成物に対して少なくとも３０重量％の選択性を有するように、本発明の微生物によって生成される全ての発酵生成物の少なくとも３０重量％を占める。一実施形態では、目標生成物は、本発明の微生物が、目標生成物に対して少なくとも９０重量％の選択性を有するように、微生物によって生成される全ての発酵生成物の少なくとも９０重量％を占める。

典型的には、培養は、バイオリアクター中で実行される。「バイオリアクター」という用語は、連続撹拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、固定化細胞反応器（ＩＣＲ）、トリクルベッド反応器（ＴＢＲ）、気泡塔、ガスリフト発酵槽、静的ミキサ、またはガス−液体接触に適した他の容器もしくは他のデバイスなどの１つ以上の容器、塔、または配管配置からなる培養／発酵デバイスを含む。いくつかの実施形態では、バイオリアクターは、第１の増殖反応器および第２の培養／発酵反応器を含み得る。基質は、これらの反応器のうちの１つまたは両方に提供され得る。本明細書で使用する場合、「培養」および「発酵」という用語は、同じ意味で使用される。これらの用語は、培養／発酵過程の増殖期および生成物生合成期の両方を包含する。

培養物は概して、微生物の増殖を可能にするのに十分な栄養素、ビタミン、および／または無機物を含有する水性培地中で維持される。好ましくは、水性培地は、最小嫌気性微生物増殖培地などの嫌気性微生物培地である。好適な培地は、当該技術分野において周知である。

培養／発酵は、望ましくは、標的生成物の生成に適切な条件下で実施されるべきである。典型的には、培養／発酵は、嫌気性条件下で実施される。考慮すべき反応条件は、圧力（または分圧）、温度、ガス流速、液体流速、培地ｐＨ、培地酸化還元電位、撹拌速度（連続撹拌槽反応器を使用する場合）、接種レベル、液相中のガスが制限的にならないことを確実にするための最大ガス基質濃度、および生成物阻害を回避するための最大生成物濃度を含む。具体的には、基質の導入速度は、生成物がガス制限条件下での培養によって消費され得るため、液相中のガスの濃度が制限的にならないことを確実にするように制御されてもよい。

上昇した圧力でバイオリアクターを操作することにより、気相から液相へのガス物質移動の速度を速めることができる。したがって、概して、大気圧よりも高い圧力で培養／発酵を実施することが好ましい。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ保持時間がバイオリアクターの必要な容積を示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクターの容積、およびその結果として培養／発酵装置の資本コストを大幅に削減することができる。これはさらに、バイオリアクター中の液体体積を入力ガス流量で除算したものとして定義される保持時間が、バイオリアクターが大気圧よりも上昇した圧力に維持されるときに減少され得ることを意味する。最適反応条件は、使用される特定の微生物に部分的に依存する。しかしながら、一般的には、大気圧より高い圧力で発酵を行うことが好ましい。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ所望の保持時間を達成することがバイオリアクターの必要な体積をさらに示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクターの体積、およびその結果として発酵装置の資本コストを大幅に低減することができる。

標的生成物は、例えば、分留蒸留、蒸発、浸透蒸発、ガスストリッピング、相分離、および例えば、液−液抽出を含む抽出発酵を含む、任意の方法または当該技術分野において既知の方法の組み合わせを使用して、発酵ブロスから分離または精製することができる。特定の実施形態において、標的生成物は、ブロスの一部分をバイオリアクターから連続的に取り出し、微生物細胞をブロスから（濾過により簡便に）分離し、１つ以上の標的生成物をブロスから回収することによって、発酵ブロスから回収される。アルコールおよび／またはアセトンは、例えば、蒸留によって回収され得る。酸は、例えば、活性炭上での吸着によって回収され得る。分離された微生物細胞は、好ましくは、バイオリアクターに戻される。標的生成物が取り出された後に残存している無細胞透過液も、好ましくは、バイオリアクターに戻される。追加の栄養素（ビタミンＢなど）が、無細胞透過液に添加されて、培地を補充した後に、バイオリアクターに戻され得る。

説明
一酸化炭素および酸素は、以下のモル化学量論的反応によって定義された電解槽プロセスによって生成することができる：２ＣＯ_２＋電気→２ＣＯ＋Ｏ_２。電解によって生成された一酸化炭素は、ガス発酵のための供給原料として使用できる。加えて、生成されたＣＯは、追加の供給原料を提供し、かつ／または発酵基質組成を改善する手段として、工業的プロセスからの供給原料と一緒に使用できると考えられる。

電解槽プロセスは、以下のモル化学量論反応によって定義された水から水素を生成することもできる：２Ｈ_２Ｏ＋電気→２Ｈ_２＋Ｏ_２。電解によって生成された水素は、ガス発酵の供給原料として使用できる。この水素は、追加の供給原料を提供し、かつ／または発酵基質組成を改善する手段として、工業的プロセスからの供給原料と一緒に使用され得る。

電解槽供給原料の使用は、経済的に実行可能なときに使用され得る。特定の例では、電解槽プロセスからの供給原料は、生成に関連するコストを削減することにより、発酵プロセスの効率を向上させ得る。

一酸化炭素を生成するための電解槽プロセスによって利用されるＣＯ_２含有基質は、多くの供給源から誘導され得る。ＣＯ_２含有ガス状基質は、少なくとも部分的に、炭水化物発酵からのガス、セメント製造からのガス、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭および石油を含む化石資源を含むがこれらに限定されない供給源から誘導される）、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセス（水蒸気メタン改質、水蒸気ナフサ改質、石油コークスガス化、触媒再生−流動触媒分解、触媒再生−ナフサ改質、および乾式メタン改質を含むがこれらに限定されない水蒸気源から誘導される）を含む群から選択されるＣＯ_２を含有する任意のガスから誘導され得る。加えて、基質は、任意の従来の方法を使用して、それが大気中に放出される前に工業的プロセスから捕捉され得る。さらに、ＣＯ_２含有基質は、上記の供給源のうちの２つ以上の組み合わせから誘導され得る。

ガス流は、典型的には、純粋なＣＯ_２流ではなく、少なくとも１つの他の成分の割合を含有する。例えば、各ソースは、ＣＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２、および様々な構成物の比率が異なる場合がある。変動する割合のために、ガス流は、バイオリアクターおよび／または電解モジュールに導入される前に加工され得る。ガス流の加工には、微生物阻害剤および／または触媒阻害剤であり得る様々な構成物の除去および／または変換が含まれる。好ましくは、触媒阻害剤は、電解モジュールに渡される前に除去および／または変換され、微生物阻害剤は、バイオリアクターに渡される前に除去および／または変換される。

除去および／または変換する必要があり得るガス流に見られる典型的な構成物には、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、酸素化物、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、およびタールが含まれるが、これらに限定されない。

これらの構成物は、当技術分野で既知の従来の除去モジュールによって除去され得る。これらの除去モジュールは、次から選択され得る：加水分解モジュール、酸性ガス除去モジュール、脱酸素モジュール、触媒水素化モジュール、粒子除去モジュール、塩化物除去モジュール、タール除去モジュール、およびシアン化水素除去モジュール。

図１は、工業的プロセス１１０および電解槽プロセス１２０と、発酵プロセス１３０との統合を示す。発酵プロセス１３０は、工業的プロセス１１０からのＣ１供給原料および電解槽プロセス１２０からの電解槽供給原料を受け取ることができる。電解槽プロセス１２０からの電解槽供給原料は、断続的に発酵プロセス１３０に供給され得る。好ましくは、工業的プロセス１１０からのＣ１供給原料は、導管１１２を介して発酵プロセス１３０に供給され、電解槽プロセス１２０からの電解槽供給原料は、導管１２２を介して発酵プロセス１３０に供給される。発酵プロセス１３０は、電解槽プロセス１１０からの電解槽供給原料および工業的プロセス１１０からのＣ１供給原料を利用して、１つ以上の発酵生成物１３６を生成する。

特定の例では、電解槽供給原料は、ＣＯを含む。特定の例では、電解槽供給原料は、Ｈ_２を含む。特定の例では、電解槽プロセス１２０からの電解槽供給原料は、工業的プロセス１１０からのＣ１供給原料の少なくとも一部を置換する。好ましくは、電解槽供給原料は、Ｃ１供給原料の単位当たりのコストおよび電解槽供給原料の単位当たりのコストの関数として、Ｃ１供給原料の少なくとも一部を置換する。様々な例では、電解槽供給原料の単位当たりのコストが、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト未満であるとき、電解槽供給原料は、Ｃ１供給原料の少なくとも一部を置換する。

電気コストが削減されると、電解槽供給原料の単位当たりのコストは、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト未満であり得る。特定の例では、再生可能エネルギー源から電力が調達されるため、電気コストが削減される。特定の例では、再生可能エネルギー源は、太陽光、水力、風力、地熱、バイオマス、および原子力からなる群から選択される。

電解槽プロセス１２０からの電解槽供給原料は、工業的プロセス１１０からのＣ１供給原料を補足し得る。好ましくは、Ｃ１供給原料の供給が発酵プロセスに不十分であるとき、電解槽供給原料は、Ｃ１供給原料を補足する。特定の例では、電解槽供給原料は、電解槽供給原料の単位当たりのコストおよび発酵生成物１３６の単位当たりの値の関数として、Ｃ１供給原料を補足する。特定の例では、電解槽供給原料は、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト、電解槽供給原料の単位当たりのコスト、および発酵生成物１３６の単位当たりの値の関数として、Ｃ１供給原料を補足する。好ましくは、電解槽供給原料の単位当たりのコストが発酵生成物１３６の単位当たりの値未満であるとき、電解槽プロセス１２０からの電解槽供給原料は、Ｃ１供給原料を補足する。様々な例では、ＣＯ_２を含むＣ１供給原料にＨ_２を含む電解槽供給原料を補足すると、１つ以上の発酵生成物１３６に固定されるＣＯ_２の量が増加する。

特定の例では、Ｃ１供給原料は、１つ以上の構成物を含有し、発酵プロセスに送られる前に処理が必要であり得る。図２は、工業的プロセス２１０からのＣ１供給原料を処理するための除去モジュール２４０を示す。除去モジュール２４０を使用するとき、工業的プロセス２１０からのＣ１供給原料は、工業的プロセス２１０から導管２１２を介して除去モジュール２４０に送られる。好ましくは、除去モジュール２４０は、Ｃ１供給原料中の１つ以上の構成物２４８を除去および／または変換する。処理済みＣ１供給原料は、除去モジュール２４０から導管２４２を介して発酵プロセス２３０に送られる。

特定の例では、Ｃ１供給原料は、発酵プロセスに送られる前に処理され、電解槽プロセス２２０からの電解槽供給原料は、発酵プロセス２３０に送られる前に処理されない。処理されていないとき、電解槽供給原料は、電解槽プロセス２２０から導管２２２を介して発酵プロセス２３０に送られ得る。好ましくは、工業的プロセス２１０からのＣ１供給原料および電解槽プロセス２２０からの電解槽供給原料は、発酵プロセス２３０で使用され、１つ以上の発酵生成物２３６を生成する。

特定の例では、電解槽供給原料は、１つ以上の構成物を含有し、発酵プロセスに送られる前に処理を必要とし得る。図３は、電解槽プロセス３２０からの電解槽供給原料を処理するための除去モジュール３５０を示す。除去モジュール３５０を使用するとき、電解槽プロセス３２０からの電解槽供給原料は、電解槽プロセス３２０から導管３２２を介して除去モジュール３５０に送られる。好ましくは、除去モジュール３５０は、電解槽供給原料中の１つ以上の構成物３５８を除去および／または変換する。特定の例では、除去モジュール３５０によって除去された構成物は、電解プロセスの副生成物として生成される酸素である。処理済み電解槽供給原料は、除去モジュール３５０から導管３５２を介して発酵プロセス３３０に送られる。

特定の例では、Ｃ１供給原料および電解槽供給原料の両方は、発酵プロセスに送られる前に処理される。Ｃ１供給原料を処理するとき、Ｃ１供給原料は、工業的プロセス３１０から導管３１２を介して除去モジュール３４０に送られ、Ｃ１供給原料中の１つ以上の構成物３４８を除去および／または変換する。処理済みＣ１供給原料は、除去モジュール３４０から導管３４２を介して発酵プロセス３３０に送られる。好ましくは、工業的プロセス３１０からのＣ１供給原料および電解槽プロセス３２０からの電解槽供給原料は、発酵プロセス３３０で使用され、１つ以上の発酵生成物３３６を生成する。

供給原料は、発酵プロセスに渡される前に加圧され得る。図４は、Ｃ１供給原料を加圧するための圧力モジュール４６０および電解槽供給原料を加圧するための圧力モジュール４７０を示す。特定の例では、Ｃ１の供給原料は、加圧され得るが、電解槽供給原料は、加圧されない。特定の例では、電解槽供給原料は、加圧され得るが、Ｃ１供給原料は、加圧されない。様々な例では、供給原料は、処理なしで加圧される。様々な例では、供給原料は、処理後に加圧される。処理後にＣ１供給原料を加圧すると、Ｃ１供給原料は、工業的プロセス４１０から導管４１２を介して除去モジュール４４０に送られ、１つ以上の構成物４４８を除去および／または変換する。処理済みＣ１供給原料は、除去モジュール４４０から導管４４４を介して圧力モジュール４６０に送られる。加圧されたＣ１供給原料は、圧力モジュール４６０から導管４６２を介して発酵プロセス４３０に送られる。Ｃ１供給原料が加圧されない例では、Ｃ１供給原料は、除去モジュール４４０から導管４４２を介して発酵プロセス４３０に送られ得る。Ｃ１供給原料が処理なしで加圧される様々な例では、Ｃ１供給原料は、工業的プロセス４１０から導管４１４を介して圧力モジュール４６０に送られる。処理後に電解槽供給原料を加圧すると、電解槽供給原料は、電解槽プロセス４２０から導管４２２を介して除去モジュール４５０に送られ、１つ以上の構成物４５８を除去および／または変換する。処理済み電解槽供給原料は、除去モジュール４５０から導管４５４を介して圧力モジュール４７０に送られる。加圧された電解槽供給原料は、圧力モジュール４７０から導管４７２を介して発酵プロセス４３０に送られる。電解槽供給原料が加圧されない例では、電解槽供給原料は、除去モジュール４５０から導管４５２を介して発酵プロセス４３０に送られ得る。電解槽供給原料が処理なしで加圧される様々な例では、電解槽供給原料は、電解槽プロセス４２０から導管４２４を介して圧力モジュール４７０に送られる。好ましくは、工業的プロセス４１０からのＣ１供給原料および電解槽プロセス４２０からの電解槽供給原料は、発酵プロセス４３０で使用され、１つ以上の発酵生成物４３６を生成する。

発酵プロセスは、１つ以上の発酵生成物に加えて、発酵後ガス状基質を生成し得る。この発酵後ガス状基質は、比較的高い割合のＣＯ_２を含有し得る。様々な例では、発酵後ガス状基質は、電解槽プロセスに送られ得る。図５は、発酵プロセス５３０から導管５３２を介して電解プロセス５２０へ発酵後ガス状基質を渡すことを示す。好ましくは、発酵プロセス５３０は、工業的プロセス５１０および／または電解槽プロセス５２０の１つまたは両方からの供給原料を利用することにより、１つ以上の発酵生成物５３６および発酵後ガス状基質を生成する。工業的プロセス５１０からのＣ１供給原料は、圧力モジュール５６０によって加圧され得る。加圧は、処理の有無にかかわらず完了され得る。処理後にＣ１供給原料を加圧すると、Ｃ１供給原料は、工業的プロセス５１０から導管５１２を介して除去モジュール５４０に送られ、１つ以上の構成物５４８を除去および／または変換する。処理済みＣ１供給原料は、除去モジュール５４０から導管５４４を介して圧力モジュール５６０に送られる。加圧されたＣ１供給原料は、圧力モジュール５６０から導管５６２を介して発酵プロセス５３０に送られる。Ｃ１供給原料が加圧されない例では、Ｃ１供給原料は、除去モジュール５４０から導管５４２を介して発酵プロセス５３０に送られ得る。Ｃ１供給原料が処理なしで加圧される様々な例では、Ｃ１供給原料は、工業的プロセス５１０から導管５１４を介して圧力モジュール５６０に送られる。処理後に電解槽供給原料を加圧すると、電解槽供給原料は、電解槽プロセス５２０から導管５２２を介して除去モジュール５５０に送られ、１つ以上の構成物５５８を除去および／または変換する。処理済み電解槽供給原料は、除去モジュール５５０から導管５５４を介して圧力モジュール５７０に送られる。加圧された電解槽供給原料は、圧力モジュール５７０から導管５７２を介して発酵プロセス５３０に送られる。電解槽供給原料が加圧されない例では、電解槽供給原料は、除去モジュール５５０から導管５５２を介して発酵プロセス５３０に送られ得る。電解槽供給原料が処理なしで加圧される様々な例では、電解槽供給原料は、電解槽プロセス５２０から導管５２４を介して圧力モジュール５７０に送られる。

発酵後ガス状基質は、電解槽プロセスに渡される前に除去および／または変換する必要があり得る１つ以上の構成物を含有し得る。図６は、導管６３２を介して発酵後ガス状基質を除去モジュール６８０に渡して、１つ以上の構成物６８８を除去および／または変換することを示す。次いで、処理済み発酵後ガス状基質は、除去モジュール６８０から導管６８２を介して電解槽プロセス６２０に渡される。

発酵後ガス状基質中の１つ以上の構成物は、発酵プロセスによって生成、導入、および／または濃縮され得る。様々な実施形態では、発酵ステップによって生成、導入、および／または濃縮される１つ以上の構成物は、硫黄を含む。硫黄を含むこれらの構成物は、除去および／または変換されない場合、電解槽プロセス６２０の効率を低下させる場合がある。好ましくは、発酵後ガス状基質は、電解に適するように処理される。電解モジュール６２０において発酵後ガス状基質を利用することにより、増加した割合の炭素が、プロセスによって捕捉され得る。

好ましくは、発酵プロセス６３０は、工業的プロセス６１０および／または電解槽プロセス６２０の１つまたは両方からの供給原料を利用して、１つ以上の発酵生成物６３６を生成し、電解槽供給原料の少なくとも一部は、少なくとも部分的に、発酵後ガス状基質から誘導され得る。工業的プロセス６１０からのＣ１供給原料は、圧力モジュール６６０によって加圧され得る。加圧は、処理の有無にかかわらず完了され得る。処理後にＣ１供給原料を加圧すると、Ｃ１供給原料は、工業的プロセス６１０から導管６１２を介して除去モジュール６４０に送られ、１つ以上の構成物６４８を除去および／または変換する。処理済みＣ１供給原料は、除去モジュール６４０から導管６４４を介して圧力モジュール６６０に送られる。加圧されたＣ１供給原料は、圧力モジュール６６０から導管６６２を介して発酵プロセス６３０に送られる。Ｃ１供給原料が加圧されていない例では、Ｃ１供給原料は、除去モジュール６４０から導管６４２を介して発酵プロセス６３０に送られ得る。Ｃ１供給原料が処理なしで加圧される様々な例では、Ｃ１供給原料は、工業的プロセス６１０から導管６１４を介して圧力モジュール６６０に送られる。処理後に電解槽供給原料を加圧すると、電解槽供給原料は、電解槽プロセス６２０から導管６２２を介して除去モジュール６５０に送られ、１つ以上の構成物６５８を除去および／または変換する。処理済み電解槽供給原料は、除去モジュール６５０から導管６５４を介して圧力モジュール６７０に送られる。加圧された電解槽供給原料は、圧力モジュール６７０から導管６７２を介して発酵プロセス６３０に送られる。電解槽供給原料が加圧されない例では、電解槽供給原料は、除去モジュール６５０から導管６５２を介して発酵プロセス６３０に送られ得る。電解槽供給原料が処理なしで加圧される様々な例では、電解槽供給原料は、電解槽プロセス６２０から導管６２４を介して圧力モジュール６７０に送られる。

様々な実施形態では、１つ以上の電解槽プロセスおよび工業的プロセスからの供給原料は、混合され得る。図７は、工業的プロセス７１０および複数の電解槽プロセス７２０、７８０からの供給原料の混合を示す。工業的プロセス７１０からのＣ１供給原料は、導管７１２を介して送られ、混合される。第１の電解槽プロセス７２０からの第１の電解槽供給原料は、導管７２２を介して送られ、混合される。第２の電解槽プロセス７８０からの第２の電解槽供給原料は、導管７８２を介して送られ、混合される。特定の例では、第１の電解槽プロセス７２０からの電解槽供給原料と工業的プロセス７１０からのＣ１供給原料のみが混合される。特定の例では、第２の電解槽プロセス７８０からの電解槽供給原料と工業的プロセス７１０からのＣ１供給原料のみが混合される。特定の例では、第１の電解槽プロセス７２０からの電解槽供給原料と第２の電解槽プロセス７８０からの電解槽供給原料のみが混合される。混合された供給原料は、導管７４６を介して１つ以上の除去モジュール７４０に送られて、１つ以上の構成物７４８を除去および／または変換し得る。

混合された供給原料は、圧力モジュール７６０によって加圧され得る。加圧は、処理の有無にかかわらず完了され得る。処理後に混合された供給原料を加圧すると、混合された供給原料は、導管７４６を介して除去モジュール７４０に送られ、１つ以上の構成物７４８を除去および／または変換する。処理済みの混合された供給原料は、除去モジュール７４０から導管７４４を介して圧力モジュール７６０に送られる。加圧され混合された供給原料は、圧力モジュール７６０から導管７６２を介して発酵プロセス７３０に送られ、１つ以上の発酵生成物７３６を生成する。混合された供給原料が加圧されていない例では、混合された供給原料は、除去モジュール７４０から導管７４２を介して発酵プロセス７３０に送られ得る。混合された供給原料が処理なしで加圧される様々な例では、混合された供給原料は、導管７６６を介して圧力モジュール７６０に送られる。

様々な例では、１つ以上のプロセスからの供給原料は、断続的であり得るが、１つ以上のプロセスからの他の供給原料は、連続的である。特定の例では、１つ以上の電解槽プロセス７２０、７８０からの電解槽供給原料は断続的であるが、工業的プロセス７１０からのＣ１供給原料は連続的である。特定の例では、工業的プロセス７１０からのＣ１供給原料は、断続的であるが、１つ以上の電解槽プロセス７２０、７８０からの電解槽供給原料は連続的である。特定の例では、第１の電解槽プロセス７２０からの電解槽供給原料は断続的であるが、第２の電解槽プロセス７８０からの電解槽供給原料は連続的である。特定の例では、第２の電解槽プロセス７８０からの電解槽供給原料は断続的であるが、第１の電解槽プロセス７２０からの電解槽供給原料は連続的である。

様々な実施形態では、電解槽供給原料の少なくとも一部は、貯蔵所に送られ得る。特定の工業的プロセスは、ガス状基質および／または液体基質の長期または短期貯蔵のための貯蔵手段を含み得る。電解槽供給原料の少なくとも一部が、貯蔵所に送られる例では、電解槽供給原料は、工業的プロセスによって利用される同じ貯蔵手段、例えば、製鉄所の既存のガスホルダーに送られ得る。電解槽供給原料の少なくとも一部は、独立した貯蔵手段に送られ得、電解槽供給原料は、工業的プロセスからのＣ１供給原料とは別に貯蔵される。特定の例では、工業的プロセスおよび／または１つ以上の電解槽プロセスの１つまたは両方からのこの貯蔵された供給原料は、後で発酵プロセスによって使用され得る。

様々な実施形態では、本発明は、電解を含む統合されたプロセスを提供し、電解槽プロセスに供給される電力は、少なくとも部分的に再生可能エネルギー源から誘導される。特定の例では、再生可能エネルギー源は、太陽光、水力、風力、地熱、バイオマス、および原子力からなる群から選択される。

基質は典型的にはガス状であるが、基質はまた、代替的な形態で提供されてもよい。例えば、基質は、マイクロバブル分散物発生装置を使用して、ＣＯ含有ガスで飽和した液体中に溶解されてもよい。さらなる例として、基質は、固体支持体上に吸着されてもよい。

発酵プロセスの効率を増加させることに加えて、電解槽プロセスは、工業的プロセスの効率を増加させ得る。工業的プロセスの効率の増加は、電解槽副生成物、すなわち酸素を使用することにより達成され得る。具体的には、電解槽プロセスのＯ_２副生成物は、Ｃ１発生工業的プロセスで使用され得る。多くのＣ１発生工業的プロセスは、それらのプロセスで使用するためのＯ_２を生成せざるを得ない。しかしながら、電解槽プロセスからのＯ_２副生成物を利用することによって、Ｏ_２の生成コストを削減および／または排除することができる。電解槽プロセスからのＯ_２副生成物を渡すことは、図１〜図６に例示されており、Ｏ_２副生成物は、それぞれ、電解槽プロセスから工業的プロセスへ導管１２６、２２６、３２６、４２６、５２６、および６２６を通過する。

部分酸化反応を伴ういくつかのＣ１発生工業的プロセスは、Ｏ_２の投入を必要とする。例示的な工業的プロセスには、基本酸素炉（ＢＯＦ）反応、ＣＯＲＥＸまたはＦＩＮＥＸ製鋼プロセス、高炉（ＢＦ）プロセス、鉄合金製造プロセス、二酸化チタン製造プロセス、およびガス化プロセスが含まれる。ガス化プロセスには、都市固形廃棄物ガス化、バイオマスガス化、ペットコークスガス化、および石炭ガス化が含まれるが、これらに限定されない。これらの工業的プロセスのうちの１つ以上では、二酸化炭素電解槽プロセスからのＯ_２を使用して、典型的には、空気分離によって供給されるＯ_２を相殺または完全に置き換え得る。

本発明の必要性は、１９日の期間にわたるベルギーにおける電力価格を表す図８によって示される。図８は、一定期間にわたる電気の平均価格（およそ０．０５ＥＵＲ／ｋＷＨ）と電気の最小／最大価格との間の差を強調している。所与の場所での電気価格における大きな差、および発酵用のガス源としての電解の効率に対する電気価格の影響により、電解の利用に対して柔軟なアプローチをとることは非常に有利である。例えば、電気が比較的安いときは、発酵用のガス源として電解を利用し、価格が高い期間には、使用を中止する。電解のこの需要に応じた利用は、ガス発酵施設に途方もない価値を追加することができる。

本明細書に列挙される公表文献、特許出願、および特許を含む全ての参考文献は、各参考文献があたかも参照により組み込まれることが個々にかつ具体的に示され、かつその全体が本明細書中に記載された場合と同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。本明細書における任意の先行技術への言及は、その先行技術が任意の国における努力傾注分野の共通の一般的知識の一部をなすという承認ではなく、かつそのように解釈されるべきではない。

本発明の記載との関連で（特に、以下の特許請求の範囲との関連で）、用語「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」ならびに同様の指示語の使用は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに相反することがない限り、単数および複数の両方を包含すると解釈されるものとする。用語「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有すること」、「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含有すること」は、特に断りのない限り、非限定的な用語（すなわち、「〜を含むがこれらに限定されないこと」を意味する）と解釈されるものとする。「から本質的になる」という用語は、組成物、プロセス、または方法の範囲を、特定の材料、またはステップ、または組成物、プロセスもしくは方法の基本的および新規の特性に実質的に影響しないものに限定する。代替の使用（すなわち、「または」）は、代替の一方、両方、またはそれらの任意の組み合わせを意味すると理解されるべきである。本明細書で使用される場合、「約」という用語は、別段の指示がない限り、指示された範囲、値、または構造の±２０％を意味する。

本明細書の値の範囲の記述は、本明細書に別段の指示がない限り、範囲内に入る各個々の値を個々に言及する省略法としての役割を果たすことを単に意図し、各個々の値は、あたかも本明細書に個々に列挙されたかのように、本明細書中に組み込まれる。例えば、任意の濃度範囲、パーセント範囲、比率範囲、整数範囲、サイズ範囲、または厚さ範囲は、別段の指示がない限り、列挙された範囲内の任意の整数の値、および適切な場合、その分数（整数の１０分の１、および１００分の１など）を含むと理解されるべきである。

本明細書に記載される全ての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、任意の好適な順序で実施され得る。本明細書に提供されるありとあらゆる実施例または例示的な用語（すなわち、「など」）の使用は、本発明をよりよく明らかにすることを単に意図し、別段特許請求の範囲に記載されない限り、本発明の範囲を制限しない。本明細書におけるいかなる言葉も、本発明の実施に不可欠な任意の非請求要素を示すものと解釈されるべきではない。

本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載される。それらの好ましい実施形態の変化形は、上記の説明を読むことによって当業者に明らかとなり得る。本発明者らは、当業者が必要に応じてそのような変化形を採用することを予想し、本発明者らは、本発明が本明細書に具体的に記載されるものとは別の方法で実施されることを意図する。したがって、本発明は、適用法によって許可された通り、本明細書に添付される特許請求の範囲に記載される主題の全ての修正物および均等物を含む。さらに、好ましい実施形態の全ての考えられる変化形における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書で別段の指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、本発明によって包含される。

Claims (25)

1. 液体栄養培地中に細菌培養物を含有するバイオリアクターで発酵プロセスを操作する方法であって、
   ａ．ＣＯおよびＣＯ_２のうちの１つまたは両方を含むＣ１供給原料を工業的プロセスから前記バイオリアクターに渡すことであって、前記Ｃ１供給原料が、単位当たりのコストを有する、ことと、
   ｂ．ＣＯおよびＨ_２のうちの１つまたは両方を含む電解槽供給原料を電解槽プロセスから前記バイオリアクターに断続的に渡すことであって、前記電解槽供給原料が、単位当たりのコストを有する、ことと、
   ｃ．前記培養物を発酵させて、１つ以上の発酵生成物を生成することであって、前記１つ以上の発酵生成物の各々が、単位当たりの値を有する、ことと、を含む、方法。
2. 前記Ｃ１供給原料が、Ｈ_２をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記電解槽供給原料が、前記Ｃ１供給原料の単位当たりのコストおよび前記電解槽供給原料の単位当たりのコストの関数として、前記Ｃ１供給原料の少なくとも一部を置換する、請求項１に記載の方法。
4. 電解槽供給原料の単位当たりのコストが、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト未満であるとき、前記電解槽供給原料が、前記Ｃ１供給原料の少なくとも一部を置換する、請求項１に記載の方法。
5. 前記Ｃ１供給原料の供給が、前記発酵プロセスに不十分であるとき、前記電解槽供給原料が、前記Ｃ１供給原料を補足する、請求項１に記載の方法。
6. 前記電解槽供給原料が、前記電解槽供給原料の単位当たりのコストおよび前記発酵生成物の単位当たりの値の関数として、前記Ｃ１供給原料を補足する、請求項１に記載の方法。
7. 前記電解槽供給原料が、前記Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト、前記電解槽供給原料の単位当たりのコスト、および前記発酵生成物の単位当たりの値の関数として、前記Ｃ１供給原料を補足する、請求項１に記載の方法。
8. 前記電解槽供給原料の単位当たりのコストが、前記発酵生成物の単位当たりの値未満であるとき、前記電解槽供給原料が、前記Ｃ１供給原料を補足する、請求項１に記載の方法。
9. ＣＯ_２を含むＣ１供給原料を、Ｈ_２を含む電解槽供給原料で補足することが、前記１つ以上の発酵生成物に固定されるＣＯ_２の量を増加させる、請求項１に記載の方法。
10. 前記Ｃ１供給原料が、前記Ｃ１供給原料を前記バイオリアクターに渡す前に、１つ以上の構成物を除去するように処理される、請求項１に記載の方法。
11. 前記Ｃ１供給原料から除去された前記構成物のうちの少なくとも１つ以上が、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、酸素化物、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、およびタールを含む群から選択される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記電解槽供給原料が、前記電解槽供給原料を前記バイオリアクターに渡す前に、１つ以上の構成物を除去するように処理される、請求項１に記載の方法。
13. 前記電解槽供給原料から除去された少なくとも１つの構成物が、酸素を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記Ｃ１供給原料が、前記Ｃ１供給原料を前記バイオリアクターに渡す前に加圧される、請求項１に記載の方法。
15. 前記電解槽供給原料が、前記電解槽供給原料を前記バイオリアクターに渡す前に加圧される、請求項１に記載の方法。
16. 前記電解槽プロセスが、圧力で完了する、請求項１に記載の方法。
17. 前記１つ以上の発酵生成物のうちの少なくとも１つが、エタノール、アセテート、ブチレート、２，３−ブタンジオール、ラクテート、ブテン、ブタジエン、ケトン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３−ヒドロプロピオネート、イソプレン、脂肪酸、２−ブタノール、１，２−プロパンジオール、および１−プロパノールからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
18. 前記１つ以上の発酵生成物のうちの少なくとも１つが、微生物バイオマスである、請求項１に記載の方法。
19. 前記電解槽プロセスが、少なくとも部分的に再生可能エネルギー源によって電力供給される、請求項１に記載の方法。
20. 前記再生可能エネルギー源が、太陽光、水力、風力、地熱、バイオマス、および原子力からなる群から選択される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記培養物が、発酵後ガス状基質をさらに生成する、請求項１に記載の方法。
22. 前記発酵後ガス状基質を前記電解槽プロセスに渡すことをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記発酵後ガス状基質が、処理されて、前記電解槽プロセスに渡される前に１つ以上の構成物を除去する、請求項２２に記載の方法。
24. 前記発酵後ガス状基質から除去された前記１つ以上の構成物が、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、酸素化物、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、およびタールを含む群から選択される、請求項２３に記載の方法。
25. 前記発酵後ガス状基質から除去された構成物が、硫黄である、請求項２４に記載の方法。
    

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