JP2022159988A - ガス流からメタンを除去するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流からメタンを除去するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】多孔質支持材内に固定化された複数の微生物クラスタ内に存在する微生物は、集合的に被支持生体触媒を特徴づけ得る。メタンを１つ以上の酸化炭素化合物（例えば、メタン資化性細菌）に変換するのに微生物が有効である場合、被支持生体触媒を用いて、メタン含有ガス流からメタンを除去することができる。メタン含有ガス流を処理するための方法は、液相の実質的不在下で、ガス流を被支持生体触媒と相互作用させることと、被支持生体触媒の下流でメタン欠乏ガス流を得ることと、を含み得る。メタン含有ガス流を処理するためのシステムは、メタン含有ガス流の供給源に流体結合された１つ以上の容器に収容された被支持生体触媒を備え得る。メタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流中のガス濃度を使用して、被支持生体触媒の現在の状態又は予想残存寿命を判定することができる。【選択図】図１

Description

本開示は、概して、ガス流からメタンを除去することに関する。

メタン及び二酸化炭素は、米国及び他の諸国において膨大な量で産生される温室効果ガスである。二酸化炭素は、多くの場合、メタンよりも大量に産生され、地球温暖化に及ぼすその影響にメディアからかなりの注目を集めるが、メタンは、実際には二酸化炭素よりも強力に熱エネルギーを吸収し、更により重大な温室効果ガスに関する懸念事項であることを意味する。例えば、少なくとも２０年の期間にわたって、大気中の１トンのメタンによる温暖化は、二酸化炭素の約２４～３６トンによる温暖化に相当する。米国におけるメタンの最も一般的な供給源は家畜産業である。これは、反芻動物の消化及び肥料の分解の両方の結果である。他の大きいメタン源としては、例えば、天然ガスシステム、ごみ廃棄場、炭鉱及び油井（稼動中及び廃業の両方）、並びに廃水処理施設が挙げられる。これらの産業の多くからのメタン放出は、大多数が未処理のままである。

稼動中の炭鉱からの通気空気は、鉱業及び石油産業内の放出メタンの最大の供給源を表す。坑内通気は、地下メタン濃度を爆発限界（空気中５～１５％ｖ／ｖ）未満の濃度に低減させ、表面に排出されると、低メタン濃度（０．１～１％ｖ／ｖ）を有するガス流をもたらす。低メタン濃度及び排出される通気空気の放出に通常使用される高ガス流量（５０～５００ｍ^３／ｓ）を前提とすると、実行可能なメタン削減プロセスは限定される。その結果、排出される通気空気中の希釈メタンは通常、大気中に直接放出される。放出されたメタンは、著しい温室効果ガスの懸念事項であることを意味し得る。更に、適切に利用され得るのであれば、放出されたメタンは、それ自体が価値生産物であるか、又は多数の価値生産物の前駆体である。

ガス流からメタンを除去するための方法のほとんどは、多大な空間面積を必要とし、酸化プロセス（フレアリング又は熱化学変換）に依存してメタンを二酸化炭素に変換し得る。そのようなプロセスは、より高濃度のメタン流を産生する産業において有効であり得るが、より低濃度のメタンを有するガス流では、有効性が著しく低下し得る。更に、フレアリング及び望ましくない大気へのメタン放出はいずれも、メタンのより望ましい価値生産物への変換を妨げる。メタン削減のための現在の酵素ベース及び微生物ベースの生物変換アプローチは、前述の課題の一部に対処することができるが、現在、多大な空間的面積、並びに生体触媒との著しい液体接触を必要とする。既存の酵素ベース及び微生物ベースのシステムはまた、様々なメタン含有ガス流中でメタンと高頻度に共存する硫化水素、アンモニア、及び一酸化炭素など毒素による不活性化の影響を受けやすい。更に、場合によっては、生物活性を維持するために、継続的な共同因子の導入が必要であり得る。高ガス流量はまた、メタンの削減を促進するための既存の酵素ベースのシステム及び微生物ベースのシステムと特に適合するわけではない。したがって、この温室効果ガスの大気放出を妨げるために、高濃度メタン含有ガス流を高スループット方式で（具体的には生物触媒を用いて）低濃度メタン含有ガス流を処理するという満たされていないニーズが依然として存在する。

様々なメタン含有ガス流からメタンを除去するためのシステム及び方法に関連する別の課題は、得られたメタン欠乏ガス流を頻繁に監視して、有効なメタン削減が確実に生じるようにすることの必要性である。Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ要件（２０１４年に採用されたＣｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ｏｆｆｓｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｍｉｎｅ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ）は、例えば、除去又は捕集技術を通過するメタン流量の２分ごとの監視を規定している。監視は、例えば、プロセスの混乱中に不十分な削減が生じていないか、及び／又は一酸化炭素、アンモニア、又は硫化水素など過剰な毒素が、処理中のメタン含有ガス流中に存在しないかを判定するために行われ得る。加えて、カーボンクレジット又はカーボンオフセット目的のために、監視は、オフセットプロトコルが順守されているか、及び／又はプロセスがカーボンクレジット又はカーボンオフセットに適格であると認定され得るかどうかを判定し得る。メタンの除去を促進するために生体触媒を用いる場合、例えば、生体触媒がその使用寿命末期に近づいている場合、及び／又は毒素（例えば、一酸化炭素、アンモニア、又は硫化水素）が生体触媒の適切な働きに干渉している場合には、不十分なメタン削減が生じ得る。これらのような問題は、典型的には、フレアリング及び熱化学メタン削減プロセスに存在せず、これらは、多くの場合、より容易に監視され得る。メタン及び他のガス濃度を継続的に監視しなければ、生体触媒がその使用寿命を超えている、及び／又は毒作用によって不活性化した傾向にあるかどうかを予測することは困難であり得る。更に複雑な課題は、メタン及び他のガスの有効な検知が、フレアさせることができないガス流など低濃度ガス流において問題であり得ることである。

いくつかの実施形態では、本開示は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタであって、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、複数の微生物クラスタと、を含む被支持生体触媒を提供する。いくつかの実施形態では、生体触媒は、生体触媒モジュール中に存在し得る。

他の実施形態では、本開示は、メタン含有ガス流からメタンを除去するための方法を提供する。本方法は、液相の実質的不在下で、メタン含有ガス流を被支持生体触媒と相互作用させることであって、被支持生体触媒は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含み、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、メタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ことと、被支持生体触媒の下流でメタン欠乏ガス流を得ることと、を含む。任意選択的に、メタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流中の１つ以上のガスの濃度は、１つ以上の監視位置において測定され得る。

更に他の実施形態では、本開示は、メタン含有ガス流を処理するためのシステムを提供する。本システムは、１つ以上の容器に流体結合されたガス入口であって、ガス入口は１つ以上の容器にメタン含有ガス流を提供し、１つ以上の容器は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含む被支持生体触媒を収容し、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ガス入口と、１つ以上の容器の少なくとも一部に流体結合され、そこからメタン欠乏ガス流を除去するように構成されたガス出口と、を備える。任意選択的に、このシステムは、メタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流中の１つ以上のガスの濃度を測定するための１つ以上の監視位置を更に備え得、ガスセンサは、１つ以上の監視位置のそれぞれに存在し、１つ以上の監視位置は、レーザー吸収分光システム、又はそれらの任意の組み合わせに接続される。

以下の図は、本開示の特定の態様を例示するために含まれ、排他的な実施形態として見られるべきではない。開示される主題には、その形態及び機能において、当業者が想到し、しかも本開示の利益を有するような、相当な修正、変更、組み合わせ、及び等価物を考えることができる。

固定化された微生物クラスタを含む生体触媒粒子の第１の構成の図である。

固定化された微生物クラスタを含む生体触媒粒子の第２の構成の図である。

本開示の被支持生体触媒を特徴とするシステムの図である。 本開示の被支持生体触媒を特徴とし、１つ以上の監視位置でガス濃度を測定するために構成されたレーザー吸収分光システムを組み込むシステムの図である。

鉱山の通気空気に結合されて、メタン含有ガス流の供給源を提供する、図３Ａのシステムの図である。 鉱山の通気空気に結合されて、メタン含有ガス流の供給源を提供する、図３Ｂのシステムの図である。

並列に配置された複数の容器を含むシステムの図であり、各容器は、本開示の被支持生体触媒を含む。 並列に配置された複数の容器を含むシステムの図であり、各容器は、本開示の被支持生体触媒を含み、システムは、１つ以上の監視位置でガス濃度を測定するために構成されたレーザー吸収分光システムを組み込む。

直列に配置された複数の容器を含むシステムの図であり、各容器は、本開示の被支持生体触媒を含む。 直列に配置された複数の容器を含むシステムの図であり、各容器は、本開示の被支持生体触媒を含み、システムは、１つ以上の監視位置でガス濃度を測定するために構成されたレーザー吸収分光システムを組み込む。

直列及び並列の両方に配置された複数の容器を含むシステムの図であり、各容器は、本開示の被支持生体触媒を含む。

単一の容器に収容された複数の支持生体触媒モジュールを含むシステムの図である。 単一の容器に収容された複数の支持生体触媒モジュールを含むシステムの図であり、システムは、１つ以上の監視位置でガス濃度を測定するために構成されたレーザー吸収分光システムを組み込む。

被支持生体触媒を含む容器から含酸素有機化合物が排出され得るシステムの図である。

多孔質支持材上でのメタン資化性微生物のオンサイト培養及び組み入れがどのように生じ得るかを示す図である。

メタン資化性微生物が多孔質支持材上でどのように固定化され得るかを示すプロセス図である。 メタン資化性微生物が多孔質支持材上でどのように固定化され得るかを示すプロセス図である。 メタン資化性微生物が多孔質支持材上でどのように固定化され得るかを示すプロセス図である。

本開示は、概して、ガス流からのメタン除去、より具体的には、ガス流から低濃度メタンを除去するのに有効な生体由来の触媒、システム、及び方法に関する。これらのシステム及び方法は、メタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流の監視を組み込んで、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア、硫化水素などのうちの１つ以上の濃度を測定してメタン削減性能を測定し、生体触媒交換が保証されているかどうか、又はプロセスの混乱が生じたかなどを決定するための更なるメタン削減動作を誘導し得る。

メタンの大気圧放出は、一部の産業（例えば、畜産業）では容易に回避できないが、温室ガス排出量への明らかな寄与因子として極めて局所的なメタン含有ガス流が得られるいくつかの産業がある。鉱山及び油井（稼動中及び廃業した鉱山及び油井の両方）は、例えば、メタンの大気放出への明らかな寄与因子である。稼動中の鉱山、特に炭鉱からの通気空気は低濃度のメタンを含有し得、メタンの大気圧放出への主な寄与因子であり得る。しかしながら、上記のように、特に高スループット方式で、ガス流から低濃度メタンを除去して、この温室効果ガスの放出を排除することは問題があり得る。削減されるガス流中の低濃度のメタン及び他のガスはまた、メタン除去プロセスの有効な監視を複雑にし得る。

本開示は、低濃度メタン含有ガス流など様々なガス流中のメタンを、問題性のより低い温室効果ガス（すなわち、二酸化炭素）に、及び／又は１つ以上の有用な化学物質、具体的には１つ以上の含酸素有機化合物に変換するために有効であり得る、生物ベースのシステム及び方法を提供する。具体的には、本開示は、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタを含む、被支持生体触媒を提供する。以下で更に詳細に論じるメタン資化性細菌は、本明細書の開示におけるガス流からのメタン除去を促進するために特に有効な種類の微生物であり得る。好適なメタン資化性細菌及び他のメタン資化性微生物は、多孔質支持材内に固定化されると生菌のままであることができ、メタンを他の物質に変換するのに引き続き有効である。有利には、本明細書に開示する被支持生体触媒並びに関連するシステム及び方法は、液相の実質的不在下でメタン変換を促進し、それによって、メタン含有ガス流がバルク液相により泡立てられ、生体触媒との接触中に少なくとも部分的に溶媒和するプロセスなど、バルク液相の存在下で生じる従来の生物ベースのメタン変換プロセスをよりも著しく大きい利点を提供し得る。したがって、本開示は、バルク液相の非存在下で生じる直接的な固体－ガス相互作用を介して、１つ以上の酸化炭素化合物へのメタンの変換を促進し得る。

本明細書に開示する被支持生体触媒を組み込むシステム及び方法は、鉱山からの通気空気など低メタン濃度を有する、制約付きのガス流（例えば、個別の、局所的供給源から得られたガス流）中のメタンを変換するために特に有効であり得る。低濃度メタンを含有するそのようなガス流は、従来のメタン削減技術による処理が困難であり得る。本明細書に記載のシステム及び方法を用いて、特定の採掘地から放出された通気空気の全て又は大部分を処理し、そこからの温室効果ガスの排出を大幅に低減することができる。所望に応じて、メタンから形成された二酸化炭素を他の炭素捕集戦略によって続いて処理し、それによって温室効果ガス排出を全体として更に低減することができる。あるいは、メタンは、必要に応じて、更に回収され得る、１つ以上の含酸素有機化合物など有用な有機化学物質に直接生物変換され得る。そのような含酸素有機化合物としては、燃料、溶媒、又は化学前駆体としての使用が見出され得るメタノール、及びナイロン６６、ポリウレタン、又はポリエチレンテレフタレートなど貴重な消費者向けバイオプラスチックの前駆体であるムコン酸が挙げられ得る。本開示のシステム及び方法はまた、モジュール設計及び動作の利点を提供し、以下で更に詳細に論じる。更に、メタン含有ガス流が、メタン資化性微生物培養のために栄養素を現場で提供する結合システムは、なお更なる利点を提供し得る。

本明細書に開示する被支持生体触媒を特徴とするシステム及び方法は、メタン資化性微生物が著しいエネルギー入力を受けることなくそれらの代謝プロセスを実行することができることを前提として、初回の始動時以外は、最小のエネルギー入力で有利に実施され得る。更なる程度のメタン除去を達成するためにメタン欠乏ガス流を再循環させることは、ある程度のエネルギー入力要件（例えば、電源ファン、ポンプなどに必要なエネルギー）を増加させ得るが、システムレベルの効率向上の点で、１回の動作による利益を上回る、全体としての利点を提供し、それによって更なるメタン削減及び温室効果ガス排出の低減をもたらす。

更に、多孔質支持材上で高充填量の微生物クラスタを実現することができ、それによって、メタン含有ガス流の高スループット処理（例えば、高流量で）を行うことが可能になる。被支持生体触媒の寿命の延長も実現され得、被支持生体触媒の補充又は交換が必要になる前に、例えば、約２か月～約８か月など、少なくとも２か月以上、又は更には６か月以上の触媒寿命が可能である。本明細書に開示する多孔質支持材上では、最大約３５０ｇ／Ｌの微生物の充填が実現され得る。これは、当該技術分野において従来既知の、具体的には、メタン含有ガス流とバルク液相との著しい接触を特徴とするメタン生物変換戦略で可能な触媒充填量よりもかなり高い。例えば、従来のポリマーマトリクスは、最大約５ｇ／Ｌの充填値を提供し得、製造された炭素粒子など階層的に多孔質材は、最大でも約１４０ｇ／Ｌの充填値しか提供し得ない。本明細書に開示する実施形態によって提供される有利な高スループット処理に加えて、被支持生体触媒を使用してガス流からメタンを除去するための、これまでに実証された戦略は、本開示のシステム及び方法よりも著しく多くのオペレータの介入を必要とし得る。

更なる利点として、本開示のシステム及び方法は、本明細書の開示によるメタン削減に続いて、流入するメタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流の監視を更に組み込むことができる。監視は、地方自治体、州政府、又は連邦政府の規制要件を満たすのに十分な頻度で、例えば、厳格な規則基準に対して２分ごとに実施され得る。流入するメタン含有ガス流の頻繁な監視は、毒素（例えば、過剰な一酸化炭素、アンモニア、又は硫化水素）の存在によって生じ得る、潜在的なプロセスの混乱の警告を提供し、改善後のメタン除去の有効性を測定するための基準メタン濃度を提供し得る。例えば、メタン欠乏ガス流は１つ以上の監視位置で監視されて、基準メタン濃度と比較して、行われたメタン除去の有効性を測定し得る。毒素は、メタン欠乏ガス流中でも監視され得、存在する場合、被支持生体触媒への毒の影響が測定され得る。例えば、被支持生体触媒と高濃度で短期間接触する毒素は、より低い濃度で、長期間にわたって曝露されるよりも有害性が低くなり得る。したがって、メタン欠乏ガス流を監視することは、例えば、１）被支持生体触媒（又は被支持生体触媒を含む特定のシステムモジュール）が意図どおりに働いているか、又はその有効寿命の末期に達し、交換を必要とするかどうか、２）メタン欠乏ガス流の再循環（又は被支持生体触媒を含む特定のシステムモジュールへの再循環）を必要とする程度、３）過剰な毒素（例えば、一酸化炭素、硫化水素、又はアンモニア）に起因して生じる混乱などプロセスの混乱の有無又は効果、及び被支持生体触媒の性能に影響する程度、並びに４）規制要件が満たされているかどうか、を判定することに役立ち得る。メタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流を監視して、組成のばらつき又は潜在的なプロセスの混乱を観察することはまた、流入するガス流の流量及び／又は再循環流量の低下、システム温度の変化など手動又は自動のいずれかでプロセス修正をトリガし得る。これら及び他の目的のために個々の又は複数のガスセンサを用いて、流入するメタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流を複数の監視位置で監視することができる。代替的又は追加的に、以下で更に詳細に説明するに、時分割方式で複数の監視位置から受けたガスサンプルを監視することができる１つ以上の共通検知チャネルを本開示の方法及びシステムに組み込むことができる。１つ以上の共通検知チャネルは、低濃度のメタン又は他のガスを検出することができるように構成され得る。

本明細書の説明及び特許請求の範囲で使用される用語は、以下の段落によって修正される場合を除き、明白かつ通常の意味を有する。

本明細書で使用する場合、「室温」という用語は、約２５℃である。

本明細書で使用する場合、「微生物」という用語は、生存する顕微鏡的寸法の単細胞又は多細胞のエンティティを指し、肉眼で見える場合も、見えない場合もある。

本明細書で使用する場合、「メタン資化性」という用語は、メタン変換性、特にメタン酸化性である微生物を指す。メタン資化性微生物は、メタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換し得る。

本明細書で使用する場合、「メチル資化性」という用語は、一炭素化合物を生成物に変換する微生物を指す。メタン資化性微生物は、メチル資化性微生物のサブセットである。

本明細書で使用する場合、「細菌」という用語は、原核生物細菌、真核細菌、真正細菌、及び古細菌を同等に指す。メタン資化性細菌は、これらの種類のいずれかであり得る。

本明細書で使用する場合、「微生物クラスタ」という用語は、共に密接に関連し、規定領域内に閉じ込められた複数の微生物を指す。細菌コロニーは、本明細書の開示で使用され得る微生物クラスタの一種である。

本明細書で使用する場合、「液相の実質的不在」という語句は、バルク液相が存在しないことを意味する。微生物クラスタ内の微生物の少なくとも一部が液相に懸濁する、分散する、又は少なくとも部分的に浸漬される場合には、バルク液相が存在する。バルク液相は、例えば、デカンテーションによって除去され得る液相を含み得る。したがって、「液相の実質的不在」は、微生物クラスタが乾燥しており、水蒸気に曝される（水和）か、又は少なくとも部分的に液膜で覆われている実施形態を包含する。液膜及び類似の構築物は、追加の液体が存在してバルク液相を提供するまではデカンテーションによって除去不能であり得る。

本開示で使用するのに好適な被支持生体触媒は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された、複数の微生物クラスタとを、含み得る。微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化有機化合物に変換するのに有効である。特定の例では、被支持生体触媒は、バルク水相などバルク水相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効であり得る。バルク水相の実質的不在など、液相の実質的不在を包含する条件が上記に提供される。液相の実質的不在下では、メタン含有ガス流と微生物クラスタとの間での十分なガス交換は、メタンの生物変換が行われるが、バルク液相を取り込むガスの溶媒和は生じないために生じ得る。

特定の例では、微生物クラスタは、少なくとも１種のメタン資化性細菌を含み得る。場合によっては、メチル資化性細菌が同様に使用され得る。好適なメタン資化性細菌は、好気性条件下でメタンを１つ以上の酸化有機化合物に変換するのに有効であり得るが、それ以外の場合は、特に限定されるとは考えられない。あるいは、場合によっては、メタンの嫌気性変換が好適に生じ得る。したがって、本明細書の開示においては、Ｉ型、ＩＩ型、Ｘ型、又はそれらの任意の組み合わせのうちのいずれかのメタン資化性細菌が用いられ得る。Ｍｅｔｈｙｌｏｔｕｖｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚは、本開示の様々な実施形態で用いられ得る種類のメタン資化性細菌の１つの好適な例である。Ｍ． ｍｏｄｅｓｔｏｈａｌｏｐｈｉｌｕｓ １０Ｓはまた、本明細書の開示に従ってメタン含有ガス流を処理するために使用される被支持生体触媒内で類似の方法で使用され得る。本明細書の開示で使用され得る他の細菌種としては、例えば、通性メタン資化性菌であり、メタノールを合成する、Ｍｅｔｈｙｌｏｃｅｌｌａ ｔｕｎｄｒａ、Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｓａｒｃｉｎａ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｓｏｍａ属、及びＭｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ属に属する種など好気性Ｉ型メタン資化性菌、並びに ｅｔｈｙｌｏｃａｐｓａ尿素及びＭｅｔｈｙｌｏｃｙｓｔｉｓ属、Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ属に属する種など好気性ＩＩ型メタン資化性菌が挙げられる。例えば、Ｍ． ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚ及びＭ． ｍｏｄｅｓｔｏｈａｌｏｐｈｉｌｕｓ １０Ｓ など好塩性メタン資化性菌のカテゴリに属する細菌は、とりわけ、それらの堅牢性、極限条件下での生菌、及び最大約７０℃の温度許容度を考慮すると興味深い。

メタン資化性細菌に加えて、メタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換することができる他の種類の微生物はまた、本明細書の開示での使用に好適であり得る。例えば、Ｇｒａｐｈｉｕｍ種などメタン資化性真菌、並びにＰｉｃｈｉａ ｐａｓｔｏｒｉｓ、他のＰｉｃｈｉａ種、Ｃａｎｄｉｄａ種、Ｔｏｒｕｌｏｐｓｉｓ種、及びＨａｎｓｅｎｕｌａ種などメタン資化性イーストも好適であり得る。

天然（野生型）又は遺伝子改変されたメタン資化性細菌若しくはメチル資化性細菌又は他の微生物のいずれかは、本明細書の開示に従って使用され得る。野生型又は遺伝子改変されたメタン資化性細菌又は他の微生物は、メタン含有ガス流と相互作用すると、メタンを二酸化炭素に変換し得る。メタンから二酸化炭素を産生する、遺伝子改変されたメタン資化性細菌又は微生物はまた、より少量の副生物又は毒素を生成し、毒素（例えば、一酸化炭素、アンモニア、高級アルカン、又は硫化水素）に対する耐性を増強し、メタンの単位量当たりの二酸化炭素若しくは他の酸化炭素化合物、又はそれらの任意の組み合わせのより高い収率をもたらすように遺伝子改変され得る。本開示のいくつかの又は他の実施形態では、遺伝子改変されたメタン資化性細菌は、メタノール又は更には、ムコン酸などのより大型の含酸素有機化合物など１つ以上の含酸素有機化合物にメタンを変換することができ、これらは、必要に応じて、有用な化学物質として回収され得る。本明細書の開示に従って産生されたメタノールは、例えば、バイオ燃料内で配合され得るか、又は溶媒若しくは化学前駆体として精製され得る。ムコン酸は、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、及びナイロン６６などバイオプラスチックの前駆体として使用され得るため、極めて有用な化学物質である。前述に従って産生された有用な化学物質は、被支持生体触媒又は被支持生体触媒を収容する容器（又はモジュール）から連続的に取り出され得るか、又は有用な化学物質は、被支持生体触媒から定期的に回収され得る（例えば、触媒の補充又は交換中に）。場合によっては、微生物を破裂させ、犠牲にして、その中に含まれる含酸素有機化合物を回収することが必要であり得、これは、より望ましくは被支持生体触媒の交換中に行われて、プロセスのダウンタイムを最小限に抑えることができる。場合によっては、本明細書の開示の態様に従ってメタン欠乏ガス流を監視することは、被支持生体触媒からの含酸素有機化合物の回収が、触媒補充及び交換の通常サイクルの前に望ましいかどうかに関する更なる指針を提供し得る。

本明細書の開示での使用に適した微生物クラスタは、微生物クラスタが多孔質支持材の孔内に正常に収容され、保持され得るのであれば、任意の数の細胞を含み得る。すなわち、微生物クラスタの最大サイズは、それらが固定化される多孔質支持材中の孔程度の大きさであり得る。例示的な例では、微生物クラスタは、約２～約５０個の細胞、又は約５～約２５個の細胞、又は約６～約１５個の細胞、又は約７～約１１個の細胞、又は約８～約１０個の細胞を含み得る。様々な実施形態では、微生物クラスタの最大寸法は、約２マイクロメートル～約１００マイクロメートル、又は約５マイクロメートル～約８０マイクロメートルの範囲、最大で多孔質支持材の孔の最大サイズであり得る。微生物クラスタ内の細胞は、微生物クラスタが多孔質支持材内に組み込まれると、互いに密接に結びついたままであり得る。微生物クラスタを作製するための技術は、特に限定されるとは考えられず、当該技術分野で既知である。例示的な技術としては、例えば、複数の微生物を液相に分散させること、機械力を加えること（例えば、撹拌（stirring）、撹拌（agitation）、振動、超音波処理など）、マイクロ流体法（例えば、液滴マイクロフルイディクスによる細胞カプセル化）を実行すること、細胞含有懸濁液、インクジェット細胞含有懸濁液（任意選択的に界面活性剤又は分散剤を含む）を噴霧すること、任意選択的に転相を行うこと、及び／又はエマルジョン形成を促進することが挙げられ得る。液相は、微生物クラスタを収集するために少なくとも部分的に除去され得る。

メタン資化性細菌のクラスタなど微生物クラスタは、多孔質支持材の形成後に多孔質支持材の孔に導入され得る。あるいは、メタン資化性微生物は、多孔質支持材の形成中に存在し得、その結果、多孔質支持材は微生物クラスタの周りに形成される。微生物クラスタのサイズは、この場合に得られる孔径をある程度決定し得る。好適な多孔質支持材としては、例えば、エアロゲル骨格、ヒドロゲル骨格、ゾル－ゲル骨格、セルロース骨格、階層的に多孔質の活性化炭素骨格、大孔ゼオライト骨格、金属－有機骨格（metal-organic framework scaffold）、ポリマー複合体骨格、及び多孔性エポキシなど多孔性ポリマー骨格、並びに他の熱硬化性骨格など形態学的構築物などが挙げられ得る。微生物を生菌状態に維持しつつ、多孔質材が微生物クラスタをその内部に正常に固定化できる限り、任意の多孔質材を用いて、本明細書の開示に記載の多孔質支持材を提供することができる。

いくつかの例では、好適な多孔質支持材としては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願第２０１９／０２４１８８３号に記載のものなど粒子を含む多孔質ポリマー支持材が挙げられ得る。そのような多孔質支持材は、複数の粒子の存在下で複数の重合性モノマーを重合することによって形成され得る。形成されると、メタン資化性細菌などメタン資化性微生物のクラスタは、液体浸透などによって多孔質支持材の孔に導入され得る。孔径は、約２００ｎｍ～約５マイクロメートルの範囲であり得る。多孔質支持材に含まれ得る好適な粒子としては、非晶質炭素、カーボンブラック、シリカ、アルミナ、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、金属粒子又はフレーク、金属ナノ粒子、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、セルロースナノ結晶、粘土小板、細断又は粉砕炭素繊維などが挙げられるが、これらに限定されない。好適な粒子形状としては、例えば、球体、円筒形、板状、繊維、不規則形状、ビーズなどが挙げられ得る。

図１は、固定化された微生物クラスタを含む生体触媒粒子の第１の構成の図である。図示するように、生体触媒粒子１０は粒子１２を含み、各粒子１２はその上にポリマーコーティング１４を有する。ポリマーコーティング１４は、隣接する粒子１２同士を結合させ、その間に孔１５を画定する。孔１５の少なくとも一部の内部には、固定化された微生物クラスタ１６、具体的にはメタン資化性細菌及び／又はメチル資化性真菌のクラスタが存在する。ポリマーコーティング１４は、重合性モノマー中に粒子が存在する現場重合プロセスを通じて粒子１２上に形成され得る。現場重合に続いて、微生物クラスタ１６を有さない多孔質支持材を得ることができる。多孔質支持材が得られると、微生物クラスタ１６は、孔１５への液体浸透を介して導入され得る。

あるいは、微生物クラスタ１６は、多孔質支持材が、現場重合を介して形成されるときに存在し得、この場合、別個の液体浸透プロセスは行われず、微生物クラスタ１６は孔１５に直接組み込まれ得る。

前述の方法で好適な生体触媒粒子１０を形成するために利用され得る重合性モノマーは、特に限定されるとは考えられない。非限定的な例では、好適なモノマーは、ラジカル開始剤又は光開始剤の存在下で重合可能である、エチレン性不飽和モノマーであり得る。そのようなモノマーの例としては、ビニルモノマー、アクリレートモノマー、及びメタクリレートモノマーが挙げられ得るが、これらに限定されない。好適なアクリレート及びメタクリレートの例示的な例としては、（ａ）メチルアクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、イソボルニルメタクリレートなど単官能性アクリレート及びメタクリレート、（ｂ）１，３－ブタンジオールジアクリレート、１，６－ヘキサンジオールジアクリレート、ビスフェノールＡエトキシレートジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレートなど二官能性アクリレート及びメタクリレート、（ｃ）トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート、ジ（トリメチロールプロパン）テトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ヘキサアクリレートなどトリ、テトラ、ペンタ又はヘキサアクリレート及びメタクリレートが挙げられる。好適なビニルモノマーとしては、スチレン、ジビニルベンゼン、及び例えば、ステアリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニル、エチルビニルエーテル、塩化ビニル、及び１－ビニル－２－ピロリドンなど液体エチレン誘導体が挙げられる。

ラジカル開始剤の例としては、熱によって活性化する熱開始剤、及び光（典型的には、約２００ｎｍ～４００ｎｍの波長の範囲の紫外線）により活性化する光開始剤が挙げられる。熱開始剤の非限定的な例としては、（ａ）過酸化ベンゾイル、過酸化ジアセチル、ジｔ－ブチルペルオキシド、又は過酸化ジクミルなど過酸素化物、又は（ｂ）ＡＩＢＮ及びフェニルアゾトリフェニルメタンなどアゾ化合物が挙げられる。光開始剤の非限定的な例としては、ベンゾフェノン、ベンジル、ベンゾインなどが挙げられる。

重合は、水中又は水－有機溶媒混合物中で行われ得る。水に加えて、他の溶媒としては、エタノール、プロパノール、又はブタノールなど他の相溶性溶媒と水との混合物を含み得る。他の溶媒と水との比率は、体積基準で０．１：９９．９～９０：１０の範囲であり得る。

別の例では、被支持生体触媒は、少量のポリマーを含む水中で粒子及び微生物クラスタを混合し、続いて任意選択的な溶媒蒸発によって産生され得る。このプロセスは、ポリマーがコーティングを形成し、粒子を合わせて保持する骨格を作成し得る。ポリマーの量は、蒸発後に乾燥ポリマーの薄層が形成され、粒子を合わせて保持し、被支持生体触媒の構造的完全性を維持するための結合剤として作用するように選択され得る。好適なポリマーとしては、水、又は水と他の溶媒との混合物に可溶性であるポリマーが挙げられる。好適なポリマーの例としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリ２－ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、他の修飾セルロース、及びキトサンが挙げられる。

溶液中のポリマー結合剤及び微生物クラスタと粒子を混合することによって被支持生体触媒が形成される場合、温度など様々なパラメータを調節して、結果として生じる構造形態を調整することができる。乾燥前に、溶媒の温度及びｐＨなどパラメータを変更して、ポリマーと粒子との間に自己集合又は構造形成を強制することができる。例えば、温度は、室温と比較して上下させることができ、自己組織化構造が微生物クラスタの周りに形成される。乾燥前に得られた形態は、粒子が界面活性剤又は分散剤として作用し、微生物クラスタの凝集を少なくとも部分的に排除する、粒子安定化エマルジョンに類似の外観であり得る。乾燥中、温度及び蒸発速度も調整されて、多孔質支持材の得られた微細構造を制御し得る。

より疎水性のポリマー及び親水性ポリマーセグメントで作製されたコポリマーはまた、上記で好適である。いくつかの例としては、ポリ（アクリル酸－ｃｏ－スチレン）、酢酸エチレンコポリマー、エチレン酢酸ビニル、ポリエチレングリコール－ポリカプロラクトン、及びポリエチレングリコール－ポリエチレンイミンが挙げられる。このアプローチの結果として、多孔質支持材に大量の粒子が組み込まれ、粒子対ポリマー比が高くなり得る。したがって、この場合、粒子の量に対するポリマーの量は小さい。ポリマーと粒子との間の重量／重量比は、重量基準で約０．１％～約５０％の範囲であり得る。このアプローチにより、多孔質支持材は、水の非存在下で行われるか、又は少量の水のみを使用するプロセスに特に適しており、特に高熱伝導性粒子が使用される場合は、高速熱除去が望ましい。即時の熱放散はまた、メタンを酸化炭素化合物に変換するプロセス中に微生物が不活性化しないようにするのに役立ち得る。したがって、少なくともいくつかの実施形態では、本明細書に開示する被支持生体触媒は、複数の熱伝導性粒子を含む多孔質支持材を含み得る。

いくつかの例では、好適な多孔質支持材としては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願第２０２０／０１８９１７７号に記載のものなど、任意選択的に粒子が組み込まれていない、多孔質ポリマー支持材が挙げられ得る。そのような多孔質支持材は、溶媒と重合性モノマーとの混合物を所望の形状に形成し、重合性モノマーを重合して、溶媒の存在下で重合塊を形成し、凍結乾燥して、又は真空を適用して溶媒を除去し、重合塊中に複数の孔を残すことによって生成され得る。任意選択的に、予備形成されたポリマーを溶媒に溶解し、追加の重合ステップを行わずに成形することができる。形成されると、メタン資化性細菌などメタン資化性微生物のクラスタは、液体浸透などによって多孔質支持材の孔に導入され得る。孔径は、存在する溶媒の量に基づいて、約２００ｎｍ～約５マイクロメートルの範囲で調整され得る。溶媒を除去して孔を画定する前に、溶媒と重合性モノマーとの混合物（又は予備形成されたポリマー）は、例えば、３Ｄ印刷又は鋳造を介して所望の形状に堆積され得る。

溶媒は、質量基準で、溶媒と重合性モノマーとの混合物（又は予備形成されたポリマー）の約５０％以上を構成し得る。好適な溶媒は、室温で液体であるように、約－２０℃以上の融点を有し得る。好適な溶媒の非限定的な例としては、１－オクタデカノール、水、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、デカン、ｎ－デカノール、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、エチル－３－エトキシプロピオネート、２－ヘプタノン、及び２，３－ジメチル－４－ヘプタノンのうちの１つ以上が挙げられ得るが、これらに限定されない。いくつかの実装形態によれば、溶媒は、溶媒と重合性モノマーとの混合物が成形される（例えば、３Ｄ印刷又は鋳造によって）周囲温度よりも約１０℃以上高い温度で溶融する結晶分子を含み得る。

重合性モノマー（又は予備形成されたポリマー）は、溶媒に可溶性であり得、重合されると熱硬化性材料を形成し得る。場合によっては、熱硬化性材料は、熱可塑性材料と組み合わされ得る。好適な熱硬化性材料／重合性モノマーは、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、加硫性ゴム、ポリイミド、シリコーン、及びビニルエステルのうちの１つ以上を含み得る。熱硬化性材料と組み合わされ得る好適な熱可塑性材料としては、ラクチド及びグリコリドを含むポリマー、キトサン、ヒドロキシ酪酸、ポリ無水物、ポリエステル、ポリホスファゼン、ポリホスホエステル、カプロラクトンポリマー、アルギン酸塩、寒天、ポリウレタン、及び／又はゼラチンのうちの１つ以上が挙げられるが、これらに限定されない。

重合塊は、充填剤及び／又はナノ粒子を更に含み得る。いくつかの実施態様では、充填剤は、ポリマー粒子又はポリマーナノ粒子を含み得る。したがって、重合塊と混合された熱可塑性ポリマーは、いくつかの実施形態によると、粒子形態で不連続的に分散し得る。重合塊内に存在し得る、他の好適な粒子としては、非晶質炭素、カーボンブラック、シリカ、アルミナ、グラフェン、グラファイト、カーボンナノチューブ、金属粒子又はフレーク、金属ナノ粒子、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、セルロースナノ結晶、粘土小板、細断又は粉砕炭素繊維などが挙げられるが、これらに限定されない。

図２は、固定化された微生物クラスタを含む生体触媒粒子の第２の構成の図である。図示するように、生体触媒粒子２０は、その中に画定された孔２５を含む多孔質骨格２２を含む。あるいは、生体触媒粒子２０は、類似の微細構造を有するスラブ又はモノリスなどより大きい構造を構成し得る。孔２５の少なくとも一部の内部には、固定化された微生物クラスタ２６、具体的にはメタン資化性細菌のクラスタが存在する。多孔質支持材が得られると、微生物クラスタ２６は、孔２５への液体浸透を介して導入され得る。あるいは、微生物クラスタ２６は、多孔性骨格２２の形成時に存在し得る。多孔性骨格２２は、生体触媒粒子２０において連続構造であるが、生体触媒粒子１０（図１）においては粒子１２とポリマーコーティング１４との間に粒界が存在する点で、生体触媒粒子２０は生体触媒粒子１０（図１）とは異なる。多孔質骨格２２は、その内部に画定された連続構造内に複数の別個の粒子（図示せず）を含み得る、又は含み得ない。

したがって、本明細書に記載の被支持生体触媒は、例えば、粉末形態、スラブ形態であり得る、及び／又はカートリッジ若しくはハウジング内で更にコンテナ化され得る。カートリッジ又はハウジング内での被支持生体触媒のコンテナ化は、以下で更に詳細に説明するように、被支持生体触媒のモジュール式実装の実現を可能にし得る。スラブ形態は、多孔性モノリスとして鋳造することによって製造され得る。スラブ形態は、被支持生体触媒のモジュール式実装を実現するために特に望ましい場合がある。当然のことながら、被支持生体触媒の粉末形態はまた、本明細書の開示においてモジュール式で実装され得る。

メタン資化性微生物のクラスタが多孔質支持材内で好適に固定化されると、メタン含有ガス流は、被支持生体触媒、具体的には被支持生体触媒を含む複数の粒子と、任意選択的にモジュール形式で相互作用し得る。ガス流が被支持生体触媒と好適に相互作用した後、被支持生体触媒の下流でメタン欠乏ガス流を得ることができる。メタン欠乏ガス流内の二酸化炭素は、必要に応じて、適切な炭素捕集技術を使用して更に封鎖され得る。二酸化炭素は、メタン含有ガス流自体に由来し得、及び／又はメタン資化性微生物によるメタンの生物変換によって産生され得る。産生されると、メタン資化性微生物及び／又は被支持生体触媒を収容する容器若しくはモジュールから含酸素有機化合物が回収され得る。あるいは、メタン欠乏ガス流は、その産生後に大気放出され得、及び／又はメタン欠乏ガス流の少なくとも一部の再循環が行われ得る。メタン欠乏ガス流の監視はまた、１つ以上の適切に配置されたセンサを使用して行われ得、これにより、例えば、現地の環境規制が満たされていることを示す文書が提供され得る。メタン欠乏ガス流及び／又はメタン含有ガス流の監視は、以下で更に論じるように、本明細書の開示によるメタン削減を促進し得る追加情報を提供し得る。

したがって、本開示に従ってメタン含有ガス流を処理するための方法は、液相の実質的不在下で、メタン含有ガス流を被支持生体触媒と相互作用させることであって、被支持生体触媒は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含み、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、メタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ことと、被支持生体触媒の下流でメタン欠乏ガス流を得ることと、を含む。被支持生体触媒を横断するメタン含有ガス流の流量及び流束は、所望のメタン変換速度を支持するレベルに維持され得る。任意選択的に、メタン欠乏ガス流の少なくとも一部は、被支持生体触媒に再循環され得る。加えて、又は更に任意選択的に、メタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流は、１つ以上のセンサを使用してインラインで分析されて、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア、硫化水素、又はそれらの任意の組み合わせの濃度を測定し得る。複数のセンサを用いて、特定の監視位置で特定のガスの濃度を測定することができる、又は共通検知チャネルは、時分割方式で複数の監視位置からガスサンプルを受け、分析することができる。監視を受ける全てのガスは、必ずしも各監視位置で監視される必要はない。好適な監視位置及び共通検知チャネルに関する更なる詳細は、以下で更に詳細に提供する。

メタン欠乏ガス流はまた、必要に応じて、再生熱酸化プロセスなど非生物学的炭素捕集プロセスに提供され得る。例えば、二酸化炭素を封鎖することができる炭素捕集プロセスは、場合によってはメタン欠乏ガス流を更に処理するために用いられ得る。

任意選択的に、メタン含有ガス流を被支持生体触媒と相互作用させる前に、メタン資化性細菌などメタン資化性微生物に栄養源が提供され得る。例えば、栄養源は、保管中に、又は被支持生体触媒の現場への移送中に提供され得る。栄養源は、メタノールなど液体であり得る。追加の好適な栄養液としては、例えば、液体アルカン、他のアルコール、及び様々な他の好適な炭素含有化合物が挙げられ得る。任意選択的に、メタンガスは、メタン資化性微生物の栄養源として被支持生体触媒に提供され得る。メタン資化性細菌などメタン資化性微生物の栄養源は、適切に提供される場合、多孔質支持材の孔内に存在し得る。栄養源は、被支持生体触媒がメタン含有ガス流と相互作用する前に除去され得るか、又は消費され得る。任意選択的に、メタン含有ガス流の一部は、本明細書の開示に従ってメタン含有ガス流のメタン削減を実施する前に、メタン資化性微生物の栄養源としてメタンを提供し得る。

本明細書の開示での使用に好適なガス流は、フレアリング又は他の一般的なメタン除去技術には不十分な量のメタンを含有し得る。様々な実施形態では、好適なガス流は、約２０体積％以下（すなわち、フレアリングに有効なメタン濃度の実際の下限）のメタン、又は約５体積％以下（すなわち、燃焼の実際の下限）のメタンを含み得る。メタン含有ガス流は、最大でこれらの濃度の任意の非ゼロ量のメタンを含み得る。特定の例では、メタン含有ガス流は、稼動中の鉱山（例えば、炭鉱）からの通気空気又は稼動していない鉱山からの流出空気を含み得る。そのような鉱山からの通気は、通気ガスが約０．１～１体積％のメタンを含む「ガス状」（すなわち、富化空気中で高メタン濃度を産生している）、又は通気ガスが更に低いメタン濃度（最低約０．０４体積％）を有し得る、「非ガス状」として記載され得る。メタン含有ガス流の代替源としては、メタン含有ガスの一貫した流れが得られ、被支持生体触媒に提供され得る任意の他の発生源が挙げられ得る。低濃度のメタンを含むメタン含有ガス流の他の好適な供給源としては、油井及びガス井、天然ガス処理施設、ごみ廃棄場、化学処理施設、低濃度のメタン副生成物を生成する製油所、農園からの肥料管理、工場（例えば、腸内発酵から生成されるメタン）、廃水処理施設などが挙げられるが、これらに限定されない。メタン濃度以外では、前述の供給源から得られるメタン含有ガス流はまた、それらの低体積流量を特徴とし得、これらの流量は、活発に放出する炭鉱では約５０～５００ｍ^３／ｓであり、廃業した炭鉱又はガス井では著しく低い（１日あたり約２００～３７５ｍｃｆｄ又は更には数千立方フィート）。ごみ廃棄場からもより低い流量が見込まれ、湿潤条件下での約６００～１２５０ｓｃｆｍから、乾燥条件下での約４００～６００ｓｃｆｍと様々であり得る。したがって、メタン含有ガス流又は再循環メタン欠乏ガス流は、約５０ｓｃｆｍ～約１２５０ｓｃｆｍ、又は約５０ｓｃｆｍ～約５００ｓｃｆｍ、又は約４００ｓｃｆｍ～約６００ｓｃｆｍ、又は約１２００ｓｃｆｍの流量で、本開示の被支持生体触媒に供給され得る。本明細書の開示では、約１２００ｓｃｆｍを超えるガス流量が可能であるように、５０ｓｃｆｍ未満のガス流量も可能である。例えば、いくつかのシステム構成は、約５００００～約１０００００ｓｃｆｍの範囲のガス流量と互換性があり得る。

当然のことながら、より高濃度のメタンを含有するガス流もまた、本明細書の開示に従って処理され得る。含酸素有機化合物が有用な化学物質として産生されて回収される場合、メタン含有ガス流中のより高いメタン濃度が望ましいことがある。すなわち、被支持生体触媒が化学合成を実施するために使用されている場合、より高いメタン濃度が特に望ましいことがある。メタン含有ガス流中のより高いメタン濃度では、被支持生体触媒からの熱放散に対する懸念が増加し得る。熱放散は、高熱伝導率を有する粒子を組み込んだ多孔質支持材を用いることによって、少なくともある程度緩和され得る。過剰な加熱が生じる場合、能動的冷却（例えば、被支持生体触媒と熱連通する、冷水又は室温水システムを用いる）も用いられ得る。当然のことながら、より高濃度のメタンにおける被支持生体触媒の使用は、メタン資化性又はメチル資化性微生物の生菌率を改善するのに好ましい場合がある。そのようなガス流中の豊富なメタンを所与とすると、微生物の生菌率は、坑内通気及び他の低濃度メタン源から見込まれるより低濃度のメタン中の約２～６か月の生存率に対して６か月以上に達し得る。被支持生体触媒中の微生物生菌率の測定は、本明細書で更に説明するように、メタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流中のメタン濃度を検知することによって更に支援され得る。

任意選択的に、空気又は酸素が、メタン含有ガス流に導入され得る（又は被支持生体触媒を収容する反応器又は類似の容器内の被支持生体触媒に直接供給され得る）。メタン資化性微生物が、含酸素有機化合物又は二酸化炭素へのメタンの好気性変換を支持するのに不十分な酸素が存在する場合、追加の空気又は酸素のメタン含有ガス流又は被支持生体触媒への導入が行われ得る。

被支持生体触媒は、粉末、シート、スラブ、ビーズ、又は規定の格子構造など様々な形態で反応器又は類似の容器内に存在し得る。被支持生体触媒の形態は、当該形態がメタン含有ガス流の十分な流束の通過を可能にすることができる限り、特に限定されるとは考えられない。

被支持生体触媒を通過した後、メタン欠乏ガス流は、メタン含有ガス流中のメタン濃度と比較して、約８０％～約９５％、又は更には最大約９９％の減少など、約８０％以上のメタン濃度の減少を経験し得る。すなわち、被支持生体触媒に供給されるメタン含有ガス流中のメタンの約８０％～約９５％、又は更に最大約９９％は、二酸化炭素又は含酸素有機化合物に変換され得る。メタン含有ガス流の初回の通過により、所望の量のメタンが除去されないのであれば、場合によっては、これらのメタン濃度は、メタン欠乏ガス流の少なくとも一部の再循環後に達成され得る。あるいは、メタン欠乏ガス流は、被支持生体触媒に提供されるメタン含有ガス流中に存在するメタン濃度の約５％～約２０％のみを含み得る。必要に応じて、特に、例えば、より低い有効性のメタン資化性微生物が使用される場合、又は現地の規制要件が特に厳しい場合、メタン欠乏ガス流の少なくとも一部の再循環が行われて、より高度なメタン変換又は削減を達成し得る。より低い有効性のメタン資化性微生物が使用される場合、メタン濃度の減少は、５０％の低さ又は８０％の高さとなり得るが、必要に応じて、メタン欠乏ガス流の少なくとも一部を再循環させることによって増加し得る。メタン資化性微生物のコストが懸念される場合、又はより有効性の低い細菌若しくは真菌の産生及び／若しくは使用がより容易である場合、より低度の変換が好ましいことがある。メタン欠乏ガス流の再循環率は、０％（再循環なし、削減後にメタン含有ガス流の合計１００％を放出）～約９５％（削減後のメタン含有ガス流の合計１０％を放出）の範囲であり得る。再循環が生じるべきかどうか、及び再循環が生じる程度の判定は、本明細書で更に説明するように、メタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流中のメタン濃度を検知することによって更に支援され得る。

本開示の被支持生体触媒は、用途特有のニーズを支援し得る様々な構成を有するシステムにおいて実装され得る。様々な例では、本開示のシステムは、１つ以上の容器に流体結合されたガス入口であって、ガス入口は１つ以上の容器にメタン含有ガス流を提供し、１つ以上の容器は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含む被支持生体触媒を収容し、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ガス入口と、１つ以上の容器の少なくとも一部に流体結合され、そこからメタン欠乏ガス流を除去するように構成されたガス出口と、を備え得る。任意選択的に、システムは、メタン欠乏ガス流の少なくとも一部を被支持生体触媒に再循環させるように構成され得る。加えて、又は更に任意選択的に、システムは、メタン含有ガス流、メタン欠乏ガス流、又はそれらの任意の組み合わせ中の１つ以上のガスの濃度を測定するための１つ以上の監視位置を更に備え得る。１つ以上の監視位置では、１つ以上のガスセンサが存在し得（例えば、各監視位置に１つのガスセンサが存在する）、１つ以上の監視位置は、レーザー吸収分光システム、又はそれらの任意の組み合わせに接続され得る。１つ以上のガスセンサ及び／又はレーザー吸収分光システムは、例えば、様々な監視位置におけるメタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流中のメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア、硫化水素、又はそれらの任意の組み合わせの濃度を測定するのに有効であり得る。複数のセンサを用いて、特定の位置若しくは複数の位置において特定のガスの濃度を測定することができる、又は本明細書で更に説明するように、共通検知チャネルは、複数の監視位置からメタン含有ガス流及び／又はメタン欠乏ガス流を受け、分析し、時分割方式でその中のガス濃度を分析することができる。

本明細書の開示において、例えば、メタン、二酸化炭素、アンモニア、硫化水素、及び／又は一酸化炭素を検出する、及び／又は定量化することができる任意のガスセンサ又は検知システムが用いられ得る。好適なセンサとしては、光学センサ（例えば、赤外線センサ及び近赤外センサ）、熱量測定センサ、焦電センサ、金属酸化物半導体センサ、電気化学センサ、容量センサ、抵抗センサ（カーボンナノチューブなどの機能性ナノ材料を組み込むものなど）などのうちの任意の１つ又はそれらの組み合わせが挙げられ得る。好適なガスセンサは、約０．１重量％、又は約０．０１重量％、又は更には約０．００１重量％（１０ｐｐｍ）の検出下限までこれらのガスを検出することができ得る。

いくつかの実施形態では、好適なセンサは、低コストであり、かつ複数の位置に場所に配置され得る「剥がして貼れる」種類の印刷電子センサを含み得る。そのようなセンサは、典型的には、吸収によってメタンを検出するときに抵抗性又は容量性の原理に基づいて動作する。特別に機能化されたインクへの吸収は、堆積されたインクの抵抗又は静電容量を修正し得、次いで、電気的に測定され得る。

１つの好適なセンサの種類としては、調整可能なダイオードレーザー吸収分光システムが挙げられ得る。そのようなセンサは、対象のガス流が位置する経路長を通過する電磁放射線を提供するダイオードレーザー源と、経路長の通過中に対象のガス流と相互作用した後に電磁放射線を受けるように構成された検出器と、を備え得る。検出器は、ダイオードアレイ検出器を用いて実行され得るなど、単一波長又は複数波長を検出することができ得る。ダイオードアレイ検出器を用いて、複数のガスを同時に分析するか、又は単一のガスとの相互作用時に受ける、２つの異なる波長の電磁放射線を分析することができる。分析を受けるガス流中に存在し得る低ガス濃度を説明するために、経路長は十分に長くなって、所望の検出濃度を提供し得る。様々な実施形態では、本明細書の開示におけるメタン、二酸化炭素、アンモニア、硫化水素、及び／又は一酸化炭素の検出に使用するのに好適な経路長は、約０．１ｍ以上、又は約０．５ｍ以上、又は約１ｍ以上、又は約２ｍ以上、又は約５ｍ以上、又は約１０ｍ以上、又は約２０ｍ以上であり得る。より具体的な例では、経路長は、約１ｍ～約２５ｍ、又は約５ｍ～約２０ｍ、又は約１０ｍ～約２０ｍの範囲であり得る。

調整可能なダイオードレーザー吸収分光システムは、メタン、二酸化炭素、アンモニア、硫化水素、及び／又は一酸化炭素の検知が必要である１つ以上の位置に存在し得る。しかしながら、単一の調整可能な共通ダイオードレーザー吸収分光システムが存在して、本開示の被支持生体触媒を含むシステム内の１つ以上の監視位置で検知能力を提供し得る。そのようなシステムは、第１の監視位置から調整可能なダイオードレーザー吸収分光システムの流れ経路にガスの支流（ガスサンプル）を供給するように構成された１つ以上のラインを含み得、ガス分析の実行後に、流れ経路は、第２の監視位置からのガスの支流（ガスサンプル）の受け入れに備えて通気され得る。システムは、利用可能な監視位置のそれぞれ又は少なくとも一部を通って、十分な精度で、かつ所与の現地又は他のプロセス要件での規制要件を満たすのに十分な頻度で、ガス検出と互換性のあるサイクル時間にわたって循環し得る（例えば、能動的なプロセス制御を促進するため）。いくつかの実施形態では、第１の調整可能なダイオードレーザー吸収分光システムは、同時又はほぼ同時に実行され得る、メタン及び二酸化炭素の検出用に存在し得、第２の調整可能なダイオードレーザー分光システムは、特定位置での一酸化炭素の検出用に存在し得る。あるいは、調整可能なダイオードレーザー吸収分光システムは、第１のガス（例えば、メタン及び／又は二酸化炭素）又は第１のガスの混合物を分析することができる好適な第１のレーザーと、第１のレーザーとは異なり、第２のガス（例えば、一酸化炭素、アンモニア、及び／又は硫化水素）又は第２のガスの混合物を分析することができる第２のレーザーと、を備え得る。更に別の代替例として、調整可能なダイオードレーザー吸収分光システムは、とりわけ、電気抵抗原理、容量原理、光学検出、熱ベースの検出、又は熱量検出に基づいて動作するセンサなど、一酸化炭素を検出するのに有効な電子ガス接触センサなど、調整可能なダイオードレーザー吸収分光システムとは異なる様式で動作する一酸化炭素センサと組み合わせて用いられ得る。一酸化炭素を検出するためのそのようなセンサとしては、例えば、約１．５ｐｐｍの検出下限まで一酸化炭素を検出することができるセンサが挙げられ得る。いくつかの例では、調整可能なダイオードレーザー吸収分光システム、好ましくは単一の調整可能なダイオードレーザー分光システムは、時分割方式で複数の監視位置から受けたメタン及び／又は二酸化炭素を分析するように構成され得、一酸化炭素を監視するために構成されたセンサは、監視位置のそれぞれに存在し得る。

本開示のシステム及び方法は、各潜在的な監視位置でメタン、二酸化炭素、及び一酸化炭素の全てを監視する必要がないことに更に留意されたい。実際、一部の監視位置は、これらのガスのそれぞれを監視することができ、他の監視位置は、これらのガスのうちの１つのみ、又はこれらのガスのうちの２つのみを監視することができる。場合によっては、メタンは、各潜在的な監視位置で監視され得、二酸化炭素及び／又は一酸化炭素は、任意選択的にメタンと組み合わせて監視され得る。上述のように、メタン（及び任意選択的に二酸化炭素）の監視は、ダイオードレーザー吸収分光システムを用いて行われ得る。

図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７、図８Ａ、図８Ｂ、図９、及び図１０を参照して、様々なシステム構成について以下に説明する。共通の参照文字は、複数の図において類似の構造及び機能を有する要素を示すために使用する。前述の図に示すシステム構成のそれぞれは、１つ以上の指定の監視位置において、メタン、二酸化炭素、アンモニア、硫化水素、及び／又は一酸化炭素の監視能力を任意選択的に組み込むことができる。当然のことながら、これらの図に示す監視位置は例示であり、監視は、図示した監視位置の全てにおいて行われる必要はなく、図示した監視位置の全てにおいてメタン、二酸化炭素、アンモニア、硫化水素、及び一酸化炭素のそれぞれの監視が行われる必要もない。更に、監視は、図面に具体的に示す位置以外の追加の監視位置で行われ得る。

図３Ａは、本開示の被支持生体触媒を特徴とするシステムの図である。図３Ａに示すように、システム１００は、容器１１２内に収容された被支持生体触媒１１０に供給されるメタン含有ガス流１０２を含む。任意選択的に、酸素若しくは空気１０４は、容器１１２に入る前若しくは入っている間にメタン含有ガス流１０２に供給され得、又は酸素若しくは空気１０４は、容器１１２に直接供給され得る。容器１１２でのメタンの有効な生物変換を支援するために十分な酸素が存在しない場合、酸素又は空気１０４が付加され得る。すなわち、メタン含有ガス流１０２が、生体触媒作用を促進するために十分な好気条件を提供しない場合、追加の酸素又は空気１０４が付加され得る。被支持生体触媒１１０との相互作用後に、容器１０２の下流でメタン欠乏ガス流１２０が得られる。

容器１１２内でのメタンの生物変換を通して形成された二酸化炭素は、容器１１２を出るメタン欠乏ガス流１２０中に存在し得る。１つ以上の含酸素有機化合物（形成される場合）が被支持生体触媒１１０又は容器１１２から回収され得る追加の構成は、以下で更に詳細に説明する。任意選択的に、十分なメタン変換が生じない場合、容器１１２を出るメタン欠乏ガス流１２０の少なくとも一部の再循環は、再循環ライン１３０を介して生じ、それによってより長い滞留時間及びより高度のメタン変換を実現することができる。

メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、又はそれらの任意の組み合わせをアッセイするための監視位置１４０は、容器１１２に入る前のメタン含有ガス流１０２、及び／又は再循環ライン１３０を介した放出又は再循環よりも前のメタン欠乏ガス流１２０を分析するために存在し得る。メタン、二酸化炭素、硫化水素、アンモニア、及び／又は一酸化炭素を検出することができる１つ又は複数のガスセンサは、監視位置１４０に存在し得る。同種類のセンサが監視位置１４０のそれぞれに必ずしも存在する必要はない。更に、用途特有のニーズに応じて、システム１００は、監視位置１４０のそれぞれにおいて監視能力を必ずしも組み込む必要はない。追加の監視位置１４０（図示せず）も存在し得る。

図３Ｂは、１つ以上の監視位置１４０が、レーザー吸収分光システム１５０（例えば、調整可能なダイオードレーザー吸収分光システム）を用いて時分割方式で問い合わせされ得るシステム１００Ａの図を示し、レーザー吸収分光システム１５０は、経路長Ｌを有するチャンバ１５２を特徴とし得、レーザー及び検出器（図示せず）は、その対向する端部に位置する。ライン１４１は、時分割方式で（例えば、１回に１つ）監視位置１４０からガス又はガス混合物の支流を分流させ、ガス又はガス混合物がチャンバ１５２を充填するようにガス又はガス混合物をレーザー吸収分光システム１５０に導入し得る。当然のことながら、適切なバルブ、ポンプ、それらの制御機構などが、ライン１４１のそれぞれに存在し、適切な時間に作動して、監視位置１４０のうちの１つからチャンバ１５２にガス又はガス混合物を提供し得る。ガス又はガス混合物がレーザー吸収分光システム１５０で分析された後、チャンバ１５２は、ガス出口１６０によって空になり得、別の監視位置１４０からのガス又はガス混合物が、それらの分析のためにチャンバ１５２に提供され得る。追加の監視位置１４０（図示せず）も存在し得る。

図４Ａは、鉱山の通気空気に結合されて、メタン含有ガス流１０２の供給源を提供するシステム１００を示す図である。図示するように、通気空気ライン２１０は鉱山２００を出て、メタン含有ガス流１０２を提供し、本明細書の開示に従ってメタンを除去するために更に処理する。ファン又はポンプ（図示せず）は、通気空気ライン２１０を通る通気空気の輸送を促進し得る。通気空気の全ては被支持生体触媒１１０に提供され得るか、又は通気空気の一部は、被支持生体触媒１１０と相互作用し、そこからメタンを除去することなく、大気に放出され得る。通気空気の一部は、システム１００及び通気空気ライン２１０が、例えば、互いにスリップストリップ結合（slipstream-coupled）されている場合、被支持生体触媒１１０を迂回し得る。別の例では、ある量の通気空気が、存在する被支持生体触媒１１０の量によって有効に処理されることができない場合（再循環ライン１３０を介して再循環が生じても）、通気空気の一部は、大気に放出されるか、又は分流ライン２２０を介して処理するために他の場所に分流され得る。未処理のガス流２０２は、通気空気ライン２１０内の通気空気が本明細書の開示に従って処理されずに無差別に解放された場合よりも、著しく低体積の温室効果メタンを放出し得る。以下で論じる、更に別の例では、通気空気ライン２１０内に存在し、分流ライン２２０を介して未処理のガス流２０２に分流される通気空気の一部は、本開示の被支持生体触媒を形成する前に、メタン資化性微生物の培養を促進するために提供され得る。図４Ｂは、鉱山２００の通気空気ライン２１０に結合された、対応するシステム１００Ａの図を示す。

任意の数の容器１１２が、本明細書の開示の任意の実施形態において直列及び／又は並列に配設され得、本明細書の図に開示する複数の容器の数は、例示的かつ非限定的であると見なされるべきである。あるいは、単一の容器１１２が存在し得る。被支持生体触媒１１０はまた、本開示のシステム内にモジュール式で実装され、多くの利点を提供し得る。モジュール式実装の過程において、上記のように、複数の容器１１２は、用途特有のニーズに従って直列及び／又は並列に配設され得る。あるいは、モジュール式実装は、単一の容器１１２内で達成され得る。被支持生体触媒１０２のモジュール式実装に関する追加の詳細は、図８Ａ、図８Ｂ、及び図９を参照して以下に説明する。

図５Ａは、並列に配置された複数の容器を含むシステムの図であり、それぞれが、本開示の被支持生体触媒を含む。図示するように、システム２１０は、並列に配設された容器１１２ａ～１１２ｅを含み、それぞれが被支持生体触媒１１０ａ～１１０ｅの別個の部分を含む。システム２５０は、図４Ａに示すシステムと類似の方法で、鉱山２００の通気空気ライン２１０に結合されてメタン含有ガス流１０２の供給源を提供するように示される。容器１１２ａ～１１２ｅのそれぞれ又はその一部を出る混合ガス流は、上記の方法と類似の方法で再循環ライン１３０を介してその上流に再循環され得る。容器１１２ａ～１１２ｅのそれぞれを出る専用の個々の再循環ラインは、図５Ａに示されていないが、当然のことながら、個々の再循環ラインが任意選択的に存在し得、１つ以上の容器１１２ａ～１１２ｅを出るガス流は、例えば、容器１１２ａ～１１２ｅのうちの１つ以上の中の被支持生体触媒がメタンの変換において効果がなくなる（ただし、他の被支持生体触媒はそうではない）場合、又はさもなければメタンの削減が、期待される程度ではない場合に、個々に上流に再循環され得る。好適な監視位置１４０としては、容器１１２ａ～１１２ｅの上流の位置、容器１１２ａ～１１２ｅのそれぞれから産生されたメタン欠乏ガス流の再結合前の容器１１２ａ～１１２ｅのそれぞれの下流の位置、容器１１２ａ～１１２ｅのそれぞれからのメタン欠乏ガス流が再結合される位置の下流の位置、再循環ライン１３０内が挙げられる。更に当然のことながら、図５Ａでは、５つの容器（１１２ａ～１１２ｅ）が並列に示されているが、用途特有の要件によって決定されるように、より多数又はより少数の容器及びそれらの関連する被支持生体触媒が並列に配置され得る。図５Ｂは、図３Ｂについて上述した方法に類似の方法で、時分割的にガスを監視するために監視位置１４０がレーザー吸収分光システム１５０に接続されている、対応するシステム２５０Ａの図を示す。

図６Ａは、直列に配置された複数の容器を含むシステムの図であり、それぞれが、本開示の被支持生体触媒を含む。図示するように、システム３００は、直列に配設された容器１１２ａ～１１２ｅを含み、各容器は、被支持生体触媒１１０ａ～１１０ｅの別個の部分を含み、メタン含有ガス流１０２は、最初に容器１１２ａに提供され、メタン欠乏ガス流１２０を産生する前に、容器１１２ｂ～１１２ｅへと順次進む。メタン濃度は、容器１１２ａ～１１２ｅのそれぞれを連続して通過するときに減少し得る。システム３００は、図４Ａに提供するシステムと類似の方法で、鉱山２００の通気空気ライン２１０に結合されてメタン含有ガス流１０２の供給源を提供するように示される。好適な監視位置１４０としては、容器１１２ａの上流の位置、容器１１２ａ～１１２ｄのそれぞれの間、容器１１２ｅの下流、及び再循環ライン１３０内が挙げられ得る。監視により、容器１１２ａ～１１２ｅのいずれか１つ以上の中の被支持生体触媒が、メタンの変換において効果がなくなっていないかどうか（例えば、所与の例の容器１１２ａ～１１２ｅの通過後に期待されるようにメタン濃度が減少しない場合）を判定することが可能になり得る。システム３００には図示していないが、当然のことながら、図７を参照して以下で更に詳細に示すように、メタン含有ガス流、又はその一部は、容器１１２ａ～１１２ｅのうちの１つ以上を迂回し得る。更に当然のことながら、図６Ａでは、５つの容器（１１２ａ～１１２ｅ）が直列に示されているが、用途特有の要件によって決定されるように、より多数又はより少数の容器及びそれらの関連する被支持生体触媒が直列に配置され得る。図６Ｂは、図３Ｂについて上述した方法に類似の方法で、時分割的にガスを監視するために監視位置１４０がレーザー吸収分光システム１５０に接続されている、対応するシステム３００Ａの図を示す。

図７は、直列及び並列の両方に配置された複数の容器を含むシステムの図であり、各容器は、本開示の被支持生体触媒を含む。図示するように、システム４００は、直列に配設された容器１１２ａ～１１２ｅを含み、各容器は、被支持生体触媒１１０ａ～１１０ｅの別個の部分を含み、ガス流１０２は、最初に容器１１２ａに提供され、メタン欠乏ガス流１２０を生成する前に、容器１１２ｂ～１１２ｅへと順次進む。容器１１２ａ～１１２ｅはまた、容器１１２ａ～１１２ｄのそれぞれに提供されるバルブ４０２及び４０４と並列に配置される。バルブ４０２及び４０４は、メタン含有ガス流１０２の流れを容器１１２ａ～１１２ｄのいずれかに対して遮断（迂回）することを可能にし得る。システム４００は、図４Ａに提供するシステムと類似の方法で、鉱山２００の通気空気ライン２１０に結合されてメタン含有ガス流１０２の供給源を提供するように示される。図７には図示していないが、メタン含有ガス流１０２はまた、容器１１２ｅも迂回し得、流出物は、メタン欠乏ガス流１０２としてシステム４００を出るか、又は再循環ライン１３０を介して再循環される。容器１１２ａ～１１２ｅのいずれかに対するメタン含有ガス流１０２の遮断は、例えば、ガス流が容器１１２ａ～１１２ｅのそれぞれを通過しなくても十分なメタン除去が実現し得る場合、又は被支持生体触媒１１０ａ～１１０ｅのいずれかの交換が必要である、及び／若しくは容器１１２ａ～１１２ｅのいずれかで保守を行う必要がある場合に望ましいことがある。例えば、被支持生体触媒１１０ｂの交換が必要である場合、容器１１２ａ及び１１２ｂに対して一時的にガス流を遮断することができ、一方、ガス流は、引き続き容器１１２ｃ～１１２ｅを通り、それによって、任意選択的により低い流量で、メタン除去を中断せずに継続することができる。好適な監視位置１４０としては、容器１１２ａの上流の位置、容器１１２ａ～１１２ｄのそれぞれの間、容器１１２ｅの下流、バルブ４０２及び／又は４０４の近位、及び再循環ライン１３０内が挙げられ得る。当然のことながら、図７では、５つの容器（１１２ａ～１１２ｅ）が示されているが、用途特有の要件によって決定されるように、より多数又はより少数の容器及びそれらの関連する被支持生体触媒が存在し得る。更に、監視位置１４０のうちの１つ以上は、上記の方法に類似の方法で、レーザー吸収分光システム（例えば、図３Ｂのレーザー吸収分光システム１５０）に結合され得る。簡潔にするために、この追加構成は、本明細書に示さない。

被支持生体触媒はまた、単一の容器（反応器）又は複数の容器内にモジュール式で実装され得、個々の生体触媒モジュールは、直列及び／又は並列で位置する。図８Ａは、単一の容器に収容された複数の支持生体触媒モジュールを含むシステムの図である。図示するように、システム５００は、容器１１２内に収容された、被支持生体触媒１１０ａ～１１０ｃをそれぞれ含むモジュール１１１ａ～１１１ｃを含む。システム５００は、この点以外では図３Ａ及び図４Ａに示すシステム１００に類似しており、これらを参照することによって更に理解され得る。システム５００の動作時に、メタン含有ガス流１０２は容器１１２に入り、モジュール１１１ａ～１１１ｃを通って順次進む。モジュール１１１ａ、１１２ｂ、及び１１１ｃの間のガス流は、図８Ａのブロック矢印で示される。有利には、被支持生体触媒１１０ａ～１１０ｃのうちの１つの交換又は更なる処理が必要である場合、モジュール１１１ａ～１１１ｃは、個別に容器１１２から取り外され得る。例えば、含酸素有機化合物が産生され、被支持生体触媒１１０ａ～１１０ｃのいずれかの内部に封鎖されたままである場合、モジュール１１１ａ～１１１ｃは、個別に又は順次交換され得、含酸素有機化合物はそれらから回収され得る。被支持生体触媒の全体を除去せずに含酸素有機化合物を処理することができるため、メタン含有ガス流１０２の処理は実質的に中断せずに継続し得、一方、モジュール１１１ａ～１１１ｃのいずれかは交換される、及び／又は含酸素有機化合物が収集されている。監視位置１４０は、図３Ａ及び図４Ａに示す位置に類似であり、モジュール１１１ａと１１１ｂとの間、及びモジュール１１１ｂと１１１ｃとの間に更なる監視位置１４０が追加され、個々のモジュール１１１ａ～１１１ｃの性能に関する指針を提供し得る。図８Ｂは、図３Ｂについて上述したシステムに類似の方法で、時分割的にガスを監視するために監視位置１４０がレーザー吸収分光システム１５０に接続されている、対応するシステム５００Ａの図を示す。

含酸素有機化合物は、被支持生体触媒の少なくとも一部を、収容される容器又は被支持生体触媒を含む触媒モジュールからのいずれかから除去することによって、本明細書に開示するシステム構成のいずれかにおいて被支持生体触媒から回収され得る。含酸素有機化合物の回収は、例えば、メタン資化性微生物を溶解し、好適な溶媒を用いて溶解物から含酸素有機化合物を抽出することによって行われ得る。

場合によっては、含酸素有機化合物は、生成される場合、被支持生体触媒によって保持されないことがあり、その場合、含酸素有機化合物は、容器又は被支持生体触媒が収容される触媒モジュールの底部において収集され得る。含酸素有機化合物が被支持生体触媒によって保持されない場合、含酸素有機化合物は、容器又は触媒モジュールの底部から単純に排出され、収集され得る。

図９は、被支持生体触媒を含む容器から含酸素有機化合物が排出され得るシステムの図である。図示するように、システム６００は、容器１１２から延在して、収集桝６０４に含酸素有機化合物を収集する排出ライン６０２を特徴とする。システム６００は、この点以外では図８に示すシステム５００に類似しており、これを参照することによって更に理解され得る。システム６００は、図３Ｂを参照して上述した方法に類似の方法で、レーザー吸収分光システムシステム（例えば、レーザー吸収分光システム１５０）に同様に結合され得る。排出ライン６０２及び収集桝６０４は、被支持生体触媒がモジュール式で組み込まれている構成、又はモジュール式で組み込まれていない構成など、本明細書に開示する他のシステム構成のいずれかにも組み込まれ得る。更に当然のことながら、排出ライン６０２は、排出を促進する位置で容器１１２上に位置付けられ得、及び／又は容器１１２は、排出を促進するように成形され得る。例えば、容器１１２は、円錐形であり得、及び／又は含酸素有機化合物及び他の液体の排出を促進する傾斜底面を有し得る。

有利には、現場で準備されたメタンの供給源は、メタン資化性細菌などメタン資化性微生物を培養し、メタン含有ガス流からメタンを除去するためのシステムに組み込む前にオンサイトで多孔質支持材に組み込むことができる。図１０は、多孔質支持材上でのメタン資化性微生物のオンサイト培養及び組み入れがどのように生じ得るかを示す図である。メタン資化性微生物の培養及び固定化を組み入れること以外では、図１０のシステム７００は、図３Ａ及び図４Ａのシステム１００に類似であり、これらを参照することによって更に理解され得る。図示するように、システム７００は、ライン１０５０を介して通気空気ライン２１０から鉱山の通気空気の一部を引き出し、メタン含有ガスを生物反応器１０００に提供し、生物反応器１０００内でメタン資化性微生物が培養され得る。ライン１０５０によって供給される、鉱山の通気空気は、メタン燃焼限界を下回る希釈通気空気であり得る、又はメタン資化性微生物に供給される鉱山の通気空気は、より高いメタン濃度を有する鉱山の区域から引き出され得（又は通気空気が非希釈であり得）、したがって、より豊かなメタン栄養源をメタン資化性微生物に供給して培養を促進する。次いで、メタン資化性微生物は、供給源１１００からの多孔質支持材又はその前駆体と混合されて被支持生体触媒を形成し、次いで、所望の時間に保持位置１２００から容器１１２に導入され得る。保持位置１２００からの被支持生体触媒は、容器１１２にモジュール式で、又は自由粉末、鋳造多孔質スラブ、及び／又は構造格子として導入され得る。当然のことながら、培養及びメタン資化性微生物の固定化は、本明細書に開示する他のシステム構成のいずれにも組み込まれ得る。更に、システム７００は、図３Ｂを参照して上述した方法に類似の方法で、レーザー吸収分光システムシステム（例えば、レーザー吸収分光システム１５０）に同様に結合され得る。

非限定的な例では、上記の監視位置のいずれかから受信した監視データは、被支持生体触媒の所与の部分が意図どおりに機能し、かつ／又は交換の必要があるかどうかを反応的に判定するために利用され得る。同様に、１つ以上の監視位置から受信した監視データは、現地の環境規制で指定された排出基準が満たされているかどうかを判定するために、反応的に用いられ得る。排出標準が満たされていない、及び／又は被支持生体触媒の任意の部分が意図どおりに機能していないと判定された場合、被支持生体触媒は、交換され得るか、又は是正プロセス行動（例えば、メタン含有ガス流と共に供給される酸素含有量を増加させること、ガス流量を減少させること、被支持生体触媒を収容する容器内の温度を調整すること、再循環率を変更することなど）が講じられ得る。

監視位置のいずれかから受信した監視データは、被支持生体触媒又はその任意の部分の「正常性」の判定を支援するために、積極的に用いられ得る。例えば、多変量線形回帰を用いて、被支持生体触媒又はその任意の部分の推定残存寿命を推定することができる。非限定的な例では、監視データ（又はガス流量、圧力、温度など本開示のシステムからの任意の他の利用可能なデータ）を分析して、被支持生体触媒の現在の状態及び有効に使用され得る可能性の高い期間を判定することができる。例えば、被支持生体触媒の現在の状態及び予想残存寿命を判定するために考慮され得る要素としては、メタン含有ガス流の流量、メタン含有ガス流のメタン含有量、メタン含有ガス流中の毒素（例えば、一酸化炭素、硫化水素、アンモニア、高級アルカンなど）の存在、毒素が被支持生体触媒に曝露される期間及びその濃度が挙げられるが、これらに限定されない。そのような分析は、被支持生体触媒又はその任意の部分によって産生される二酸化炭素又は含酸素有機化合物と相関し得る。そのような理解及び相関関係は、比較可能な既知の実験室又は培養条件下でのメタン資化性微生物の過去の性能に基づき得る。二酸化炭素又は含酸素有機化合物の排出量が減少すると、データが分析されて、減少した排出量が組織的であり、生体触媒の性能の低下を示すか、又はメタン含有ガス流中で瞬間的に増加した毒素濃度若しくは何らかの他の種類のプロセスの混乱の結果として一時的であるかを判定し得る。同様に、存在するメタンの量に基づく予想を超えて高い二酸化炭素の産生は、被支持生体触媒の代謝活性の増加（特に、メタン入力の同時増加と併せて生じたとき）、又は細菌細胞の分解が生じて二酸化炭素を産生し、メタン削減における同時改良が存在しないなど、分解中の被支持生体触媒の診断と相関し得る。

システムデータの積極的処理又は反応的処理を可能にするために、監視位置から収集されたデータは、上記のようにデータを分析し、判定を行うように構成されたコンピュータ又はコンピュータシステムに有線方式又は無線方式で伝達され得る。任意の好適な電子通信プロトコルは、近距離無線通信（near field communication、ＮＦＣ）、無線自動識別（radio frequency identification、ＲＦＩＤ）、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、又はＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ、ＷｉＦｉなどデータの無線通信に使用され得る。コンピュータ又はコンピュータシステムは、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリと、プロセッサによって命令が実行可能であって、上記で指定した判定のうちの１つ以上を行うようにメモリに提供される命令と、備え得る。すなわち、命令は、多変量線形回帰を実行して、被支持生体触媒の性能を評価するための上記で指定した１つ以上の判定を行うことができる。コンピュータ又はコンピュータシステムは、１つ以上の判定に基づいてシステム又はプロセスを調節するように更に構成され得る。例えば、コンピュータ又はコンピュータシステムは、被支持生体触媒の現在の状態又は予想残存寿命に応答して、メタン含有ガス流の酸素含有量、ガス流量、温度など１つ以上のパラメータを自律的に調整し得る。別の例では、コンピュータ又はコンピュータシステムは、一酸化炭素、アンモニア、及び／又は硫化水素など毒素の濃度の予想外の増加に起因するなど、被支持生体触媒に提供されるメタン含有ガス流の組成の変化に応答して、そのようなパラメータのうちの１つ以上を調整し得る。あるいは、コンピュータ又はコンピュータシステムは、そのようなパラメータのうちの１つ以上に推奨される変更を提供し得、それにより、オペレータは、手動で変更するか、又は自身の判断で他の介入を実施し得る。

したがって、本開示のシステム及び方法は、実装されると、１つ以上のプロセッサに、上記で指定されたものなどの１つ以上の判定を実行させる命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体を組み込み得る。本明細書で使用する場合、「コンピュータ可読媒体」又は「非一時的コンピュータ可読媒体」は、実行するプロセッサに命令を提供することに関与する任意の非一時的記憶媒体及び／又は伝送媒体を指す。そのような媒体としては、非揮発性媒体及び揮発性媒体が挙げられ得るが、これらに限定されない。不揮発性媒体としては、例えば、ＮＶＲＡＭ、又は磁気若しくは光学ディスクが挙げられる。揮発性媒体としては、メインメモリなど動的メモリが挙げられる。コンピュータ可読媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、ハードディスクのアレイ、磁気テープ、若しくは任意の他の磁気媒体、光磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ホログラフィック媒体、任意の他の光媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ、メモリカードなど固体媒体、任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、又はコンピュータがデータ若しくは命令を読み取ることができる任意の他の有形媒体が挙げられる。コンピュータ可読媒体がデータベースとして構成される場合、データベースは、リレーショナル、階層型、オブジェクト指向、及び／又は同類のものなど任意の種類タイプのデータベースであり得ることを理解されたい。したがって、システム及び方法の例示的な実施形態は、多変量線形回帰に基づいて１つ以上の判定を実行するためのソフトウェア実装を達成し得る有形記憶媒体、有形分配媒体、その同等物、及びその後継媒体が挙げられ得る。

任意の好適なプロセッサベースのデバイスは、上記で指定した判定のうちの１つ以上の全て又は一部を実施するために用いられ得、限定されるものではないが、例えば、パーソナルコンピュータ、パーソナルコンピュータのネットワーク、ラップトップコンピュータ、コンピュータワークステーション、モバイルデバイス、共有メモリを含む（又は含まない）マルチプロセッササーバ若しくはワークステーション、高性能コンピュータ、クラウドベースのコンピュータなどである。これに関しては、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）又は超大規模集積（very large scale integrated、VLSI）回路も用いられ得る。

図１１～図１３は、メタン資化性微生物が多孔質支持材上でどのように固定化され得るかを示すプロセス図である。メタン資化性細菌などメタン資化性微生物は、現場で培養され得（図１０参照）、被支持生体触媒は、オンサイトで調製され得るか、又は被支持生体触媒は、オフサイトで（例えば、実験室又は処理施設で）調製され、現場に輸送され得る。現場に輸送される（又は大量に保管される）場合、メタノール、液体アルカン、又は他の小型炭素化合物など液体への浸透中に被支持生体触媒は輸送（保管）されて、メタン資化性微生物の栄養源を提供し得る。あるいは、被支持生体触媒は、メタン雰囲気下で現場に輸送（又は保管）され得る。

図１１は、メタン資化性微生物１５１０（現場又は他の場所で培養）が、予備合成ポリマー又は重合性モノマーの形態のいずれかで、粒子及びポリマー結合剤を含む前駆体ブレンド１５２０と混合され得るプロセス１５００の図である。ポリマー結合剤、粒子、及びメタン資化性微生物のクラスタは、動作１５３０で合わせて重合又は溶媒和され得、続いての乾燥及び固化１５４０によって被支持生体触媒１５５０が得られ得る。動作１５３０、並びに乾燥及び固化１５４０は、温度、圧力、ｐＨなど様々なプロセス変数を調整することを含んで、被支持生体触媒１５５０の多孔質支持構造内での特定の形態の形成を促進し得る。

図１２は、メタン資化性微生物（現場又は他の場所で培養）が、重合性モノマー及び粒子から事前に調製された多孔質支持材と直接混合され得るプロセス１６００の図である。図示するように、重合性モノマー及び粒子を含む前駆体ブレンド１６２０は合わせて重合されて、多孔質支持材１６３０が得られる。メタン資化性微生物１６１０及び多孔質支持材１６３０は、動作１６４０において混合される。メタン資化性微生物のクラスタの多孔質支持材１６３０への浸透１６４０及び乾燥１６５０に続いて、被支持生体触媒１６６０が得られる。

図１３は、メタン資化性微生物（現場又は他の場所で培養）が、重合性モノマー及び溶媒の混合物から事前に調製された多孔質支持材と直接混合され得るプロセス１７００の図である。図示するように、モノマー／溶媒ブレンド１７２０は所望の形状に形成され、合わせて重合され、続いて溶媒が除去されて、多孔質支持材１７３０が得られる。あるいは、モノマー／溶媒ブレンド１７２０は、代わりにポリマー／溶媒ブレンドであり得、その場合は、成形後に、溶媒除去前の追加重合は行われず、多孔質支持材１７３０が形成され得る。メタン資化性微生物１７１０及び多孔質支持材１７３０は、動作１７４０において混合される。メタン資化性微生物のクラスタの多孔質支持材への浸透１７３０及び乾燥１７５０に続いて、被支持生体触媒１７６０が得られる。

本明細書に開示される実施形態は以下を含む。

Ａ．被支持生体触媒。被支持生体触媒は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタであって、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、複数の微生物クラスタと、を含む。

Ｂ．メタン含有ガス流を処理するための方法。本方法は、液相の実質的不在下で、メタン含有ガス流を被支持生体触媒と相互作用させることであって、被支持生体触媒は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含み、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、メタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ことと、被支持生体触媒の下流でメタン欠乏ガス流を得ることと、を含む。

Ｃ．メタン含有ガス流を処理するためのシステム。本システムは、１つ以上の容器に流体結合されたガス入口であって、ガス入口は１つ以上の容器にメタン含有ガス流を提供し、１つ以上の容器は、多孔質支持材と、多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含む被支持生体触媒を収容し、微生物クラスタ内の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ガス入口と、１つ以上の容器の少なくとも一部に流体結合され、そこからメタン欠乏ガス流を除去するように構成されたガス出口と、を備える。

Ｄ．Ａの被支持生体触媒を含む生体触媒モジュール。

実施形態Ａ～Ｄのそれぞれは、以下の追加要素のうちの１つ以上を任意の組み合わせで有し得る。

要素１：微生物クラスタは、少なくとも１種のメタン資化性細菌を含む。

要素２：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、少なくともＭｅｔｈｙｌｏｔｕｖｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚを含む。

要素３：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、メタンを二酸化炭素に変換するのに有効である。

要素４：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、メタンを含酸素有機化合物に変換するのに有効である。

要素５：少なくとも１種のメタン資化性細菌は遺伝子改変されている。

要素６：被支持生体触媒は、多孔質支持材の孔内に存在するメタン資化性細菌の栄養源を更に含む。

要素６Ａ：方法は、メタン含有ガス流を被支持生体触媒と相互作用させる前に、少なくとも１種のメタン資化性細菌に栄養源を提供することを更に含む。任意選択的に、栄養源は液体である。

要素７：栄養源は、メタノール又は液体アルカンを含む。

要素８：１つ以上の酸化炭素化合物は、１つ以上の含酸素有機化合物を含む。

要素９：方法は、被支持生体触媒又は被支持生体触媒を収容する容器から１つ以上の含酸素有機化合物の少なくとも一部を得ることを更に含む。

要素１０：メタン含有ガス流は、坑内通気から得られる。

要素１１：方法は、空気又は酸素をメタン含有ガス流に導入することを更に含む。

要素１２：方法は、メタン欠乏ガス流の少なくとも一部を被支持生体触媒に再循環させることを更に含む。

要素１３：被支持生体触媒は１つ以上の容器に収容され、メタン含有ガス流は１つ以上の容器に導入される。

要素１４：被支持生体触媒は、１つ以上の容器の少なくとも一部にモジュール式で組み込まれる。

要素１５：メタン含有ガス流のメタン含有量は約２０体積％以下である。

要素１６：メタン含有ガス流のメタン含有量は約５体積％以下である。

要素１７：１つ以上の容器は、複数の容器を含む。

要素１８：複数の容器は、直列、並列、又はそれらの任意の組み合わせで配設される。

要素１９：システムは、メタン含有ガス流及び／又は１つ以上の容器の少なくとも一部に空気又は酸素を提供するように構成された酸素供給源を更に備える。

要素２０：システムは、メタン欠乏ガス流の少なくとも一部を１つ以上の容器の少なくとも一部に再循環させるように構成された再循環ラインを更に備える。

要素２１：システムは、１つ以上の容器の少なくとも一部から含酸素有機化合物を除去するように構成された排出ラインを更に備える。

要素２２：メタン含有ガス流は、坑内通気から受けられる。

要素２３：メタン含有ガス流は、微生物クラスタを成長させるために培地に更に流体結合される。

要素２４：方法は、メタン含有ガス流、メタン欠乏ガス流、又はそれらの任意の組み合わせ中の１つ以上のガスの濃度を１つ以上の監視位置で測定することを更に含む。

要素２５：１つ以上の監視位置は、複数の監視位置である。

要素２５Ａ：１つ以上のガスの濃度は、レーザー吸収分光システムを使用して、各監視位置に、又は複数の監視位置に存在するガスセンサを使用して、複数の監視位置で測定される。

要素２６：１つ以上のガスの濃度は、レーザー吸収分光システムを使用して測定される。

要素２７：１つ以上のガスは、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、又はそれらの任意の組み合わせである。

要素２８：少なくともメタン濃度は、１つ以上の監視位置のそれぞれで測定される。

要素２９：方法は、１つ以上の監視位置で測定された１つ以上のガスの濃度に基づいて、被支持生体触媒の現在の状態又は予想残存寿命を判定することを更に含む。

要素３０：システムは、メタン含有ガス流、メタン欠乏ガス流、又はそれらの任意の組み合わせ中の１つ以上のガスの濃度を測定するための１つ以上の監視位置を更に備え、ガスセンサは１つ以上の監視位置のそれぞれに存在し、１つ以上の監視位置は、レーザー吸収分光システム、又はそれらの任意の組み合わせに接続される。

要素３１：システムは、１つ以上の監視位置で測定された１つ以上のガスの濃度に基づいて、被支持生体触媒の現在の状態又は予想残存寿命を判定するように更に構成されている。

非限定的な例として、Ａ～Ｄに適用可能な例示的な組み合わせとしては、限定するものではないが、１～５、及び６又は６Ａのうちの１つ以上；１～５、６又は６Ａ、及び７のうちの１つ以上；１～５、及び８のうちの１つ以上；１～５、８、及び９のうちの１つ以上；１～５、及び１０のうちの１つ以上；１～５、及び１１又は１９のうちの１つ以上；１～５、１０、及び１１のうちの１つ以上；１～５、及び１２のうちの１つ以上；１～５、及び１３のうちの１つ以上；１～５、及び１４のうちの１つ以上；１～５、及び１５又は１６のうちの１つ以上；１～５、及び１７のうちの１つ以上；１～５、及び１８のうちの１つ以上；１～５、及び１９のうちの１つ以上；１～５、及び２０のうちの１つ以上；１～５、及び２１のうちの１つ以上；１～５、及び２２のうちの１つ以上；１～５、及び２３のうちの１つ以上；８及び９；８及び１０；８及び１１；８、１０、及び１１；８及び１２；８及び１３；８及び１４；８、及び１５又は１６；８及び１７；８、１７、及び１８；１０及び１１；１０及び１２；１０及び１３；１０及び１４；１０、及び１５又は１６；１０及び１７；１０、１７、及び１８；１１及び１２；１１及び１３；１１及び１４；１１、及び１５又は１６；１２及び１３；１２及び１４；１２、及び１５又は１６；１７及び１８；１７及び１９；１７及び２０；１７及び２１；１７及び２２；１７及び２３；１９及び２０；１９及び２１；１９及び２２；１９及び２３；２０及び２１；２０及び２２；２０及び２３；２１及び２２；２１及び２３；並びに２２及び２３が挙げられる。前述のいずれかは、２４～３１のうちの１つ以上との更なる組み合わせで存在し得る。Ｃ及びＤに適用可能である、更なる例示的な組み合わせとしては、限定するものではないが、２４、及び２５又は２５Ａ；２４及び２６；２４及び２７；２４及び２８；２４及び２９；２５又は２５Ａ、及び２６；２５又は２５Ａ、及び２７；２５又は２５Ａ、及び２８；２５又は２５Ａ、及び２９；２５又は２５Ａ、及び３０；２５又は２５Ａ、及び３１；２６及び２７；２６及び２８；２６及び２９；２６及び３０；２６及び３１；２７及び２９；２８及び２９；２８及び３０；２８及び３１；並びに３０及び３１が挙げられる。

本開示はまた、以下の非限定的な条項に包含される。
条項１：被支持生体触媒であって、
多孔質支持材と、
多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタであって、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、複数の微生物クラスタと、を含む、被支持生体触媒。
条項２：微生物クラスタは、少なくとも１種のメタン資化性細菌を含む、条項１に記載の被支持生体触媒。
条項３：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、少なくともＭｅｔｈｙｌｏｔｕｖｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚを含む、条項２に記載の被支持生体触媒。
条項４：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、メタンを二酸化炭素又は含酸素有機化合物に変換するのに有効である、条項２に記載の被支持生体触媒。
条項５：
多孔質支持材の孔内に存在するメタン資化性細菌の栄養源を更に含む、条項２に記載の被支持生体触媒。
条項６：条項１の被支持生体触媒を含む生体触媒モジュール。
条項７：方法であって、
液相の実質的不在下で、メタン含有ガス流を被支持生体触媒と相互作用させることであって、被支持生体触媒は、
多孔質支持材と、
多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含み、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、メタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ことと、
被支持生体触媒の下流でメタン欠乏ガス流を得ることと、を含む、方法。
条項８：微生物クラスタは、少なくとも１種のメタン資化性細菌を含む、条項７に記載の方法。
条項９：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、少なくともＭｅｔｈｙｌｏｔｕｖｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚを含む、条項８に記載の方法。
条項１０：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、メタンを二酸化炭素又は含酸素有機化合物に変換するのに有効である、条項８に記載の方法。
条項１１：
メタン含有ガス流を被支持生体触媒と相互作用させる前に、被支持生体触媒内の少なくとも１種のメタン資化性細菌に栄養源を提供することを更に含む、条項８に記載の方法。
条項１２：１つ以上の酸化炭素化合物は、１つ以上の含酸素有機化合物を含む、条項７に記載の方法。
条項１３：
被支持生体触媒又は被支持生体触媒を収容する容器から１つ以上の含酸素有機化合物の少なくとも一部を得ることを更に含む、条項１２に記載の方法。
条項１４：メタン含有ガス流は、坑内通気から得られる、条項７に記載の方法。
条項１５：
空気又は酸素をメタン含有ガス流に導入することを更に含む、条項７に記載の方法。
条項１６：
メタン欠乏ガス流の少なくとも一部を被支持生体触媒に再循環させることを更に含む、条項７に記載の方法。
条項１７：メタン含有ガス流のメタン含有量は約２０体積％以下である、条項７に記載の方法。
条項１８：
メタン含有ガス流、メタン欠乏ガス流、又はそれらの任意の組み合わせ中の１つ以上のガスの濃度を１つ以上の監視位置で測定することを更に含む、条項７に記載の方法。
条項１９：１つ以上のガスの濃度は、レーザー吸収分光システムを使用して、各監視位置に、又は複数の監視位置に存在するガスセンサを使用して、複数の監視位置で測定される、条項１８に記載の方法。
条項２０：
１つ以上の監視位置で測定された１つ以上のガスの濃度に基づいて、被支持生体触媒の現在の状態又は予想残存寿命を判定することを更に含む、条項１８に記載の方法。
条項２１：システムであって、
１つ以上の容器に流体結合されたガス入口であって、ガス入口は１つ以上の容器にメタン含有ガス流を提供し、１つ以上の容器は、
多孔質支持材と、
多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含む被支持生体触媒を収容し、微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ガス入口と、
１つ以上の容器の少なくとも一部に流体結合され、そこからメタン欠乏ガス流を除去するように構成されたガス出口と、を備える、システム。
条項２２：微生物クラスタは、少なくとも１種のメタン資化性細菌を含む、条項２１に記載のシステム。
条項２３：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、少なくともＭｅｔｈｙｌｏｔｕｖｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚを含む、条項２２に記載のシステム。
条項２４：少なくとも１種のメタン資化性細菌は、メタンを二酸化炭素又は含酸素有機化合物に変換するのに有効である、条項２２に記載のシステム。
条項２５：１つ以上の容器は、直列、並列、又はそれらの任意の組み合わせで配設される複数の容器を含む、条項２１に記載のシステム。
条項２６：
ａ）メタン含有ガス流及び／又は１つ以上の容器の少なくとも一部に空気又は酸素を提供するように構成された酸素供給源、
ｂ）メタン欠乏ガス流の少なくとも一部を１つ以上の容器の少なくとも一部に再循環させるように構成された再循環ライン、又は
ｃ）１つ以上の容器の少なくとも一部から含酸素有機化合物を除去するように構成された排出ラインのうちの１つ以上を更に備える、条項２１に記載のシステム。
条項２７：被支持生体触媒は、１つ以上の容器の少なくとも一部にモジュール式で組み込まれる、条項２１に記載のシステム。
条項２８：メタン含有ガス流は、微生物クラスタを成長させるために培地に更に流体結合される、条項２１に記載のシステム。
条項２９：
メタン含有ガス流、メタン欠乏ガス流、又はそれらの任意の組み合わせ中の１つ以上のガスの濃度を測定するための１つ以上の監視位置を更に備え、
ガスセンサは１つ以上の監視位置のそれぞれに存在し、１つ以上の監視位置は、レーザー吸収分光システム、又はそれらの任意の組み合わせに接続される、条項２１に記載のシステム。

本明細書に記載される全ての文書は、そのような実施が許可される全ての法域の目的のために、参照により本明細書に組み込まれ、このテキストと矛盾しない範囲で、任意の優先文書及び／又は試験手順を含む。前述の一般的な説明及び具体的な実施形態から明らかなように、本開示の形態が例示及び説明されてきたが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な修正を行うことができる。したがって、本開示はそれにより限定されることは意図されていない。例えば、本明細書に記載される組成物は、本明細書に明示的に列挙又は開示されていない任意の構成成分、又は組成物を含まなくてもよい。任意の方法は、本明細書に列挙又は開示されていないいかなる工程を欠いてもよい。同様に、用語「備える、含む（comprising）」は、用語「含む（including）」と同義であると考えられる。方法、組成物、要素又は要素の群が移行句「備える、含む（comprising）」で先行する場合はいつでも、本発明者らがまた、組成物、要素、又は複数の要素の列挙に先行する移行句「から本質的になる」、「からなる」、「からなる群から選択される」、又は「である」で同じ組成物又は要素の群を企図すること、及びその逆もまた同様であることは理解される。

別途記載のない限り、本明細書及び関連する特許請求の範囲で使用される成分、分子量などの特性、反応条件などの量を表す全ての数は、全ての場合において、用語「約」によって修飾されているものとして理解されるべきである。したがって、反対の指示がない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本発明の実施形態によって得ることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。少なくとも、特許請求の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではなく、それぞれの数値パラメータは、報告された有効数字の数に照らして、通常の四捨五入法を適用することによって解釈されるべきである。

下限及び上限を有する数値範囲が開示されるときはいつでも、その範囲内にある任意の数及び任意の含まれる範囲が具体的に開示される。とりわけ、本明細書に開示される（「約ａ～約ｂ（ｆｒｏｍ ａｂｏｕｔ ａ ｔｏ ａｂｏｕｔ ｂ）」、又は等しく「約ａ～ｂ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ ａ ｔｏ ｂ）」、又は等しく「約ａ～ｂ（ｆｒｏｍ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ ａ－ｂ）」という形態の）値の全ての範囲は、広範な値の範囲内に包含される全ての数及び範囲を記載するものと理解されるべきである。また、特許請求の範囲における用語は、特許権所有者によって明示的かつ明確に定義されない限り、平易な通常の意味を有する。加えて、請求項で使用するとき、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、本明細書において、それが導入する要素のうちの１つ又は１つ超を意味するように定義される。

１つ以上の例示的な実施形態が本明細書に提示される。明確にするために、物理的実装の全ての特徴が本出願に記載又は表示されているわけではない。本開示の物理的な実施形態の開発では、システム関連、ビジネス関連、政府関連、及び他の制約によるコンプライアンスなど、実装によって及び随時に変化する開発者の目標を達成するために、数多くの実装固有の決定がなされなければならないことは理解される。開発者の努力に多くの時間が費やされる可能性があるが、それでも、そのような努力は、本開示の利益を有する当業者にとって日常的な仕事であろう。

したがって、本開示は、言及された目標及び利点、並びにそれに固有の目標及び利点を達成するように十分に適合されている。上述の具体的な実施形態は例示的なものに過ぎず、本明細書に教示の利益を有する当業者にとって明らかである、異なるが同等の様式で本開示が修正及び実施され得る。更に、以下の特許請求の範囲に記載されるもの以外の、本明細書に示される構造又は設計の詳細に限定することを意図するものではない。したがって、上記に開示された具体的な例示的実施形態が、変更され、組み合わされ、又は修正され得、全てのそのような変形が、本開示の範囲及び趣旨内で考慮されることは明らかである。好適に本明細書に例示的に開示される実施形態は、本明細書に具体的に開示されない任意の要素、及び／又は本明細書に開示される任意の任意選択の要素の不在下で実施されてもよい。

Claims (29)

1. 被支持生体触媒であって、
   多孔質支持材と、
   前記多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタであって、前記微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、複数の微生物クラスタと、を含む、被支持生体触媒。
2. 前記微生物クラスタは、少なくとも１種のメタン資化性細菌を含む、請求項１に記載の被支持生体触媒。
3. 前記少なくとも１種のメタン資化性細菌は、少なくともＭｅｔｈｙｌｏｔｕｖｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚを含む、請求項２に記載の被支持生体触媒。
4. 前記少なくとも１種のメタン資化性細菌は、メタンを二酸化炭素又は含酸素有機化合物に変換するのに有効である、請求項２に記載の被支持生体触媒。
5. 前記多孔質支持材の孔内に存在する前記メタン資化性細菌の栄養源を更に含む、請求項２に記載の被支持生体触媒。
6. 請求項１の前記被支持生体触媒を含む生体触媒モジュール。
7. 方法であって、
   液相の実質的不在下で、メタン含有ガス流を被支持生体触媒と相互作用させることであって、前記被支持生体触媒は、
   多孔質支持材と、
   前記多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含み、前記微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、メタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ことと、
   前記被支持生体触媒の下流でメタン欠乏ガス流を得ることと、を含む、方法。
8. 前記微生物クラスタは、少なくとも１種のメタン資化性細菌を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記少なくとも１種のメタン資化性細菌は、少なくともＭｅｔｈｙｌｏｔｕｖｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも１種のメタン資化性細菌は、メタンを二酸化炭素又は含酸素有機化合物に変換するのに有効である、請求項８に記載の方法。
11. 前記メタン含有ガス流を前記被支持生体触媒と相互作用させる前に、前記被支持生体触媒内の前記少なくとも１種のメタン資化性細菌に栄養源を提供することを更に含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記１つ以上の酸化炭素化合物は、１つ以上の含酸素有機化合物を含む、請求項７に記載の方法。
13. 前記被支持生体触媒又は前記被支持生体触媒を収容する容器から前記１つ以上の含酸素有機化合物の少なくとも一部を得ることを更に含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記メタン含有ガス流は、坑内通気から得られる、請求項７に記載の方法。
15. 空気又は酸素を前記メタン含有ガス流に導入することを更に含む、請求項７に記載の方法。
16. 前記メタン欠乏ガス流の少なくとも一部を前記被支持生体触媒に再循環させることを更に含む、請求項７に記載の方法。
17. 前記メタン含有ガス流のメタン含有量は約２０体積％以下である、請求項７に記載の方法。
18. 前記メタン含有ガス流、前記メタン欠乏ガス流、又はそれらの任意の組み合わせ中の１つ以上のガスの濃度を１つ以上の監視位置で測定することを更に含む、請求項７に記載の方法。
19. 前記１つ以上のガスの前記濃度は、レーザー吸収分光システムを使用して、各監視位置に、又は複数の監視位置に存在するガスセンサを使用して、複数の監視位置で測定される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記１つ以上の監視位置で測定された前記１つ以上のガスの前記濃度に基づいて、前記被支持生体触媒の現在の状態又は予想残存寿命を判定することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
21. システムであって、
    １つ以上の容器に流体結合されたガス入口であって、前記ガス入口は前記１つ以上の容器にメタン含有ガス流を提供し、前記１つ以上の容器は、
    多孔質支持材と、
    前記多孔質支持材の孔内に固定化された複数の微生物クラスタと、を含む被支持生体触媒を収容し、前記微生物クラスタ内の１つ以上の微生物は、液相の実質的不在下でメタンを１つ以上の酸化炭素化合物に変換するのに有効である、ガス入口と、
    前記１つ以上の容器の少なくとも一部に流体結合され、そこからメタン欠乏ガス流を除去するように構成されたガス出口と、を備える、システム。
22. 前記微生物クラスタは、少なくとも１種のメタン資化性細菌を含む、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記少なくとも１種のメタン資化性細菌は、少なくともＭｅｔｈｙｌｏｔｕｖｉｍｉｃｒｏｂｉｕｍ ａｌｃａｌｉｐｈｉｌｕｍ ｓｐ．２０Ｚを含む、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記少なくとも１種のメタン資化性細菌は、メタンを二酸化炭素又は含酸素有機化合物に変換するのに有効である、請求項２２に記載の方法。
25. 前記１つ以上の容器は、直列、並列、又はそれらの任意の組み合わせで配設される複数の容器を含む、請求項２１に記載のシステム。
26. ａ）前記メタン含有ガス流及び／又は前記１つ以上の容器の少なくとも一部に空気又は酸素を提供するように構成された酸素供給源、
    ｂ）前記メタン欠乏ガス流の少なくとも一部を前記１つ以上の容器の少なくとも一部に再循環させるように構成された再循環ライン、又は
    ｃ）前記１つ以上の容器の少なくとも一部から含酸素有機化合物を除去するように構成された排出ラインのうちの１つ以上を更に備える、請求項２１に記載のシステム。
27. 前記被支持生体触媒は、前記１つ以上の容器の少なくとも一部にモジュール式で組み込まれる、請求項２１に記載のシステム。
28. 前記メタン含有ガス流は、前記微生物クラスタを成長させるために培地に更に流体結合される、請求項２１に記載のシステム。
29. 前記メタン含有ガス流、前記メタン欠乏ガス流、又はそれらの任意の組み合わせ中の１つ以上のガスの濃度を測定するための１つ以上の監視位置を更に備え、
    ガスセンサは前記１つ以上の監視位置のそれぞれに存在し、前記１つ以上の監視位置は、レーザー吸収分光システム、又はそれらの任意の組み合わせに接続される、請求項２１に記載のシステム。
    

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