JP2023552412A - バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本開示は、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するための方法及びシステムを提供する。方法は、電解プロセスにおいて再生可能及び／又は非再生可能エネルギー源から生成された電気エネルギーを断続的に処理して、少なくともＨ２、Ｏ２、又はＣＯを生成することと、電解プロセスからのＨ２、Ｏ２、又はＣＯを、バイオポリマーを生成することができる、細菌培養物を含有するバイオリアクターに断続的に渡すことと、培養物を発酵させることと、を含む。本開示は更に、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するためのシステムであって、Ｈ２、Ｏ２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを生成するための、再生可能及び／又は非再生可能エネルギー源と断続的に流体連通している電解プロセスと；電解プロセスと断続的に流体連通している、かつ／又は産業プラントと連続的に流体連通しているバイオリアクターであって、バイオポリマーを生成することができる、微生物を断続的に増殖、発酵、並びに／又は培養及び収容するのに適した反応容器を備える、バイオリアクターと、を備える、システムを提供する。【選択図】図１

Description

本開示は、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するための、及びガス発酵プロセスの経済性を改善するための方法及びシステムに関する。具体的には、本開示は、産業プロセス、シンガスプロセス、及び／又は電解プロセスとの発酵プロセスの組み合わせに関し、産業プロセス、シンガスプロセス、及び／又は電解プロセスから生成されるガスは、発酵のためにバイオリアクターに断続的に渡される。

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年４月５日に出願された米国仮特許出願第６３／１７１，０３２号の利益を主張し、この全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

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％）、及びフッ素化ガス（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、地球温暖化の進行並びにそれに伴う気候及び天候の変化を止めるのに重要である。

フィッシャー・トロプシュプロセス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）、及び／又は水素（Ｈ_２）を含有するガスを様々な燃料及び化学物質に変換することができ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。

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、石油精製及び関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性又は好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭及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、銅及び／又は合金鉄の製造及び／又は精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、並びに触媒プロセス（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、及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、産業プロセスから誘導され得る。

特定の産業プロセス又はシンガスプロセスでは、ガスの供給は、発酵プロセスには不十分であり得る。ガスの供給が発酵プロセスに不十分になった場合、発酵プロセスの生成速度は最適とは言えず、その結果、発酵プロセスが他の方法で生成することができるものよりも少ない生成物が生成される。

加えて、絶えず適応している市場では、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化する。ガス発酵によって生成される生成物の価値が、このような生成物を生成するコストと比較して高い場合、発酵プロセスの生成速度を上昇させることが有利である。対照的に、ほとんどの再生可能エネルギー源は断続的であり、輸送不可能であり、主に気象条件及び地理的条件に依存する。これは、高いエネルギー需要があるが、太陽エネルギー又は風力エネルギーなどの再生可能エネルギーの季節的に変動する供給に限定される場所にとって特に重要である。

このような生成物の市場価値が、このような生成物を生成するコストと比較して高い場合、発酵プロセスの生成速度を上昇させることによって、発酵プロセスの経済性は、エネルギー貯蔵で最適化され得る。

多くの化合物は、細菌中の貯蔵材料として作用すると想定されている。炭素及びエネルギー貯蔵物として関与するそれらの化合物の一部は、細胞内多糖類、特にポリヒドロキシアルカノエートである。ポリヒロキシアルカノエート（Ｐｏｌｙｈｙｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ）（ＰＨＡ）、特にポリヒロキシブチレート（ｐｏｌｙｈｙｒｏｘｙｂｕｔｙｒａｔｅ）（ＰＨＢ）は、原核生物中に蓄積し、炭素及びエネルギーの細胞内貯蔵化合物としての役割を果たす。ＰＨＡは、その熱可塑性の特性及び生分解性により、産業及び医療において様々な用途を有する。

貯蔵可能かつ輸送可能な形態にあり、また安価であり、高いエネルギー変換速度を有し、環境に優しく、かつ持続可能である、再生可能エネルギー又は非再生可能エネルギー源からのエネルギーを提供する方法及びシステムに対する必要性が依然としてある。
したがって、産業プロセス、シンガスプロセス、及び／又は電解プロセスへの発酵プロセス及びエネルギー貯蔵の改善された統合に対する必要性が残っており、供給原料の供給に関連する問題は抑制され、発酵プロセスは、このような生成が経済的に最適であるときに最大レベルで生成することができる。

本開示は、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するための方法を提供し、方法は、電解プロセスにおいて再生可能及び／又は非再生可能エネルギー源から生成された電気エネルギーの少なくとも一部分を断続的に処理して、少なくともＨ_２、Ｏ_２、又はＣＯを生成することと、電解プロセスからのＨ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを、バイオポリマーを生成することができる、液体栄養培地と微生物とを含む培養物を含有するバイオリアクターに断続的に渡すことと、培養物を発酵させることと、を含む。

本開示はまた、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するためのシステムであって、Ｈ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを生成するための、再生可能及び／又は非再生可能エネルギー源と断続的に流体連通している電解プロセスと；少なくともＣ１供給原料を生成するための産業プラントと；電解プロセスと断続的に流体連通している、かつ／又は産業プラントと連続的に流体連通にしているバイオリアクターであって、バイオポリマーを生成することができる、微生物を断続的に増殖、発酵、並びに／又は培養及び収容するのに適した反応容器を備える、バイオリアクターと、を備える、システムを提供する。

本開示は、発酵プロセスの性能及び／又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、方法は、ＣＯ及びＣＯ_２のうちの一方又は両方を含むＣ１供給原料を、産業プロセスからバイオリアクターに渡すこと（Ｃ１供給原料は、単位当たりのコストを有する）と、Ｈ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを、電解プロセスからバイオリアクターに断続的に渡すこと（電解プロセスは、単位当たりのコストを有する）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（１つ以上の発酵生成物の各々は、単位当たりの価値を有する）と、を含む。特定の実例では、複数の電解プロセスが、ＣＯ、ＣＯ_２、及びＨ_２のうちの１つ又は全てをバイオリアクターに提供するために利用される。

特定の実例では、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、石油精製及び関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性又は好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭及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、銅及び／又は合金鉄の製造及び／又は精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、並びに触媒プロセス（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、及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、産業プロセス又はシンガスプロセスから誘導される。特定の実例では、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。特定の実例では、Ｃ１供給原料は、Ｈ_２を更に含み得る。

一実施形態では、基質は、産業廃棄物ガスを含む。ある特定の実施形態では、ガスは、製鋼所の廃棄物ガス又はシンガスである。

特定の実例では、電解プロセスは、ＣＯを含む。ＣＯを含む電解プロセスは、ＣＯ_２含有ガス状基質の電解プロセスから誘導される。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。特定の実例では、このＣＯ_２含有ガス流は、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、石油精製及び関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性又は好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭及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、銅及び／又は合金鉄の製造及び／又は精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、並びに触媒プロセス（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、及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）を含む群から誘導される。特定の実例では、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。

特定の実例では、電解プロセスは、Ｈ_２を含む。Ｈ_２を含む電解プロセスは、水（Ｈ_２Ｏ）の電解プロセスから誘導される。この水は、多数の供給源から得られ得る。様々な実例では、水は、産業プロセス及び／又は発酵プロセスから得られ得る。様々な実例では、水は、廃水処理プロセスから得られ得る。特定の実例では、水は、２つ以上の供給源の組み合わせから得られる。

特定の実例では、本開示は、産業プロセスからのＣ１供給原料の少なくとも一部分を、電解プロセスで置き換えることによって、発酵プロセスの経済性を改善する。電解プロセスがＨ_２を含む様々な実例では、電解プロセスは、発酵プロセスに渡される供給原料のＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２のモル比を調節する手段として、産業プロセスからのＣ１供給原料の少なくとも一部分を置き換える。特定の実例では、Ｈ_２を含む電解プロセスは、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。

電解プロセスでの産業プロセスからのＣ１供給原料の置き換えは、少なくとも部分的に、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト及び電解プロセスの単位当たりのコストの関数として完了され得る。特定の実例では、電解プロセスは、電解プロセス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よりも低い場合、Ｃ１供給原料の少なくとも一部分を置き換える。

特定の実例では、本開示は、産業プロセスからのＣ１供給原料の少なくとも一部分を、電解プロセスで補充することによって、発酵プロセスの経済性を改善する。Ｃ１供給原料の電解プロセスによる補充は、Ｃ１供給原料の供給が発酵プロセスに不十分である場合、少なくとも部分的に完了され得る。

特定の実例では、電解プロセスは、電解プロセスの単位当たりのコスト及び発酵生成物の単位当たりの価値の関数として、Ｃ１供給原料の少なくとも一部分を補充する。

特定の実例では、電解プロセスは、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト、電解プロセスの単位当たりのコスト、及び発酵生成物の単位当たりの価値の関数として、Ｃ１供給原料の少なくとも一部分を補充する。

特定の実例では、電解プロセスは、電解プロセスの単位当たりのコストが発酵生成物の単位当たりの価値よりも低い場合、Ｃ１供給原料を補充する。電解プロセスの単位当たりのコストは、電気のコストが削減された場合、発酵生成物の単位当たりの価値よりも低くなり得る。特定の事例では、電気が再生可能エネルギー源から供給されるため、電気のコストは削減される。特定の実例では、再生可能エネルギー源は、太陽、水、風、地熱、バイオマス、窒素、及び核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を含む電解プロセスで補充することは、１つ以上の発酵生成物中で固定された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、多くの利益をもたらし得る。したがって、様々な実例では、Ｈ_２を含む電解プロセスは、１つ以上の発酵生成物中で固定されたＣＯ_２の量を増加させるように、ＣＯ_２を含むＣ１供給原料を補充する。

特定の実例では、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。これらの実例では、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ために処理される。Ｃ１供給原料から除去される構成物は、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、及びタールを含む群から選択され得る。

特定の実例では、電解プロセスは、除去を必要とする様々な構成物の割合を含む。これらの実例では、電解プロセスは、電解プロセス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。電解プロセスから除去される構成物は、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、及びタールを含む群から選択され得る。特定の実例では、電解プロセスから除去される少なくとも１つの構成物は、酸素を含む。除去される構成物のうちの少なくとも１つは、電解プロセスによって生成、導入、及び／又は濃縮され得る。例えば、酸素は、二酸化炭素の電解プロセスによって生成、導入、及び／又は濃縮され得る。様々な実例では、酸素は、電解プロセスの副生成物である。特定の実施形態では、酸素は、電解プロセスで生成及び／又は濃縮される。

酸素は、多くの細菌培養物に対する微生物阻害剤である。そのため、酸素は、下流の発酵プロセスに対して阻害性であり得る。非阻害性ガス流を、それが発酵し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分、又は他の構成物は、１つ以上の除去モジュールによって電解プロセスから除去される必要があり得る。

特定の実例では、Ｃ１供給原料は、圧力で発酵プロセスに断続的に渡される。これらの実例では、産業プロセスからのＣ１供給原料は、発酵のために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。

特定の実例では、電解プロセスは、圧力で発酵プロセスに断続的に渡される。これらの実例では、電解プロセスからの電解プロセスは、発酵のために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、電解プロセスに供給される前に加圧される。特定の実例では、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場合、ＣＯ_２含有ガス流は、電解プロセス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、方法は、様々な発酵生成物を生成する関連コストを削減する。発酵生成物のうちの１つ以上の少なくとも１つは、エタノール、酢酸塩、酪酸塩、２，３－ブタンジオール、乳酸塩、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－ヒドロイプロピオネート（ｈｙｄｒｏｙｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）、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、及びＣ６－Ｃ１２アルコールであってもよい。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、及び／又はガソリンの少なくとも１つの成分に更に変換され得る。

少なくとも１つの実施形態では、方法は、様々な発酵生成物を生成する関連コストを削減する。発酵生成物のうちの１つ以上の少なくとも１つは、バイオポリマー、バイオプラスチック、熱可塑性物質、微生物バイオマス、ポリヒドロキシアルカノエート、又は動物用飼料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、当該技術分野で既知の任意の方法又は方法の組み合わせによって、単一細胞タンパク質及び／又は無細胞タンパク質合成プラットフォームの少なくとも１つの成分に更に処理され得る。一実施形態では、ポリヒドロキシアルカノエートは、ポリヒロキシアルカノエートに由来する最終生成物に変換され得る。

一実施形態では、ポリヒドロキシアルクナオエート（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋｎａｏａｔｅ）、ポリ－３－ヒロキシブチレート、又はポリ－β－ヒドロキシブチレートは、炭素及び／又はエネルギーの供給の欠乏によって増殖が制限される場合、静止期の細胞においてかなりの量で生じる。一実施形態では、炭素及び／又はエネルギー源は、断続的である。

少なくとも１つの実施形態では、本開示の方法及びシステムは、細胞が、増殖速度を低下させることなく蓄積され得る任意のバイオポリマー又はバイオプラスチックを貯蔵することを提供する。一実施形態では、増殖における速度制限因子は、Ｈ_２、Ｏ_２、及びＣＯ_２を含有する貯蔵物が蓄積する場合、又は炭素及びエネルギーの貯蔵物が蓄積しない場合は炭素及びエネルギー源の一次分解経路において、タンパク質及び核酸の合成である。別の実施形態では、増殖における速度制限因子は、培地中の栄養素の性質及びレベルである。

１つ以上の発酵生成物のうちの少なくとも１つは、培養によって生成されるバイオマスであってもよい。微生物バイオマスの少なくとも一部分は、単一細胞タンパク質（ＳＣＰ）に変換され得る。単一細胞タンパク質の少なくとも一部分は、動物用飼料の成分として利用され得る。

一実施形態では、本開示は、微生物バイオマス及び少なくとも１つの賦形剤を含む動物用飼料を提供し、微生物バイオマスは、ＣＯ、ＣＯ_２、及びＨ_２のうちの１つ以上を含むガス状基質上で増殖した微生物を含む。

少なくとも１つの実施形態では、電解プロセスは、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。特定の実例では、再生可能エネルギー源は、太陽、水、風、地熱、バイオマス、窒素、及び核からなる群から選択される。

特定の実施形態では、産業プロセスは、発酵後ガス状基質を更に生成し得る。様々な実例では、この発酵後ガス状基質は、ＣＯ_２の少なくとも一部分を含む。特定の実施形態では、発酵後ガス状基質は、電解プロセスに渡される。

特定の実例では、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。これらの実例では、発酵後ガス状基質は、発酵後ガス状基質を電解プロセスに渡す前に、１つ以上の構成物を除去するように処理される。発酵後ガス状基質から除去される構成物は、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、及びタールを含む群から選択され得る。

特定の実例では、発酵後ガス状基質から除去される少なくとも１つの構成物は、硫黄を含む。除去される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、及び／又は濃縮され得る。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、及び／又は濃縮され得る。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。様々な実施形態では、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、特定の電解処理装置に対して阻害性であり得る。非阻害性の発酵後のガス状基質を電解処理装置に渡すために、硫化水素の少なくとも一部分、又は発酵後のガス状基質に存在する他の構成物を、１つ以上の除去モジュールによって除去する必要がある場合がある。

様々な実施形態では、発酵後ガス状基質、産業供給原料、及び／又は電解プロセスから除去される構成物は、微生物阻害剤及び／又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、脱酸素化モジュール、接触水素化モジュール、微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、及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。

特定の実例では、電解プロセスは、一酸化炭素富化流及び酸素富化流を生成し得る。様々な実例では、分離された一酸化炭素富化流の少なくとも一部分は、発酵のためにバイオリアクターに渡され得る。いくつかの実例では、酸素富化流は、産業プロセスに渡されて、産業プロセスの性能及び／又は経済性を更に改善し得る。

電解プロセスがＨ_２を含む様々な実施形態では、Ｈ_２は、発酵基質組成物を改善し得る。水素は、炭素含有ガスを有用な生成物に変換するために微生物が必要とするエネルギーを提供する。最適な濃度の水素が提供される場合、微生物培養物は、二酸化炭素の共生成なしに、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。

バイオリアクター内の細菌培養物は、独立栄養細菌を含む。別の実施形態では、バイオリアクター内の細菌培養物は、水素栄養細菌を含む。細菌は、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ、Ｒａｌｓｔｏｎｉａ ｅｕｔｒｏｐｈａ、及びＷａｕｔｅｒｓｉａ ｅｕｔｒｏｐｈａからなる群から選択され得る。別の実施形態では、細菌は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ ｂａｃｃｈｉｉ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、及びＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉからなる群から選択され得る。

１つの特定の実施形態では、親微生物は、カルボキシド栄養性アセトゲン性細菌の群から、一実施形態では、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ ｂａｃｃｈｉｉ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、及びＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｖｕｉを含む群から選択される。

一実施形態では、親微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ又はＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉである。１つの特定の実施形態では、微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＤＳＭ２３６９３である。別の特定の実施形態では、微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ ＤＳＭ１３５２８（又はＡＴＣＣ５５３８３）である。

１つ以上の実施形態では、本開示は、（ｉ）１つ以上の発酵生成物の生成に関連するコストを削減する、及び／又は（ｉｉ）電解プロセスなしのプロセスと比較して、生成物に変換される炭素の総量を増加させる。

一実施形態では、本開示は、地域送電網、再生可能又は非再生可能エネルギー源などの任意のエネルギー源から、安価な方法で、かつ最終生成物として貯蔵可能な形態において高いプロセス効率で、エネルギーを変換するための方法及びシステムを提供する。

別の実施形態では、地域送電網は、電力の可用性又は閾値価格を下回る電気の可用性に基づいて、電力によって生成された電気エネルギーとして断続的に渡される電気を供給し、電気価格は、需要が減少するにつれて低下するか、又は地域送電網によって設定される。

一実施形態では、独立栄養微生物は、電力の可用性によって提供されるエネルギーを部分的又は全体的に、断続的に消費する。

２５日間連続のＣ．ｎｅｃａｔｏｒガス発酵にわたる主要ガス成分の、バイオリアクター液体体積１リットル当たりのガス取り込みのプロットであり、水素をエネルギー源、及びＣＯ_２を炭素源とする。供給ガス流は、１８．２１日目に失われ、約８時間後に回復する。発酵の長期安定性に有意な変化はなく、ガス回復後のいかなる変動も、この運転の通常の操作変動の範囲内である。 図１と同じ２５日間連続の発酵にわたる主要ガス成分の、バイオリアクター液体体積１リットル当たりのガス取り込みのプロットであり、水素をエネルギー源、及びＣＯ_２を炭素源とする。このプロットは、ガス供給停止により焦点を合わせて示す。ガス取り込みは、供給ガスの流れが止まった約８時間後のガス流の再開のすぐ後に回復される。 Ｃ．ｎｅｃａｔｏｒガス発酵のための安定したバイオマス生成の例示的なプロットであり、水素をエネルギー源、及びＣＯ_２を炭素源とする。このプロットは、３０を超えるＯＤ６００（約３０ｇ／ＬのＤＣＷ Ｃ．ｎｅｃａｔｏｒバイオマスに相当）を有する４．５日の期間にわたる連続的で安定した生成を示す。 Ｃ．ｎｅｃａｔｏｒガス発酵にわたる主要ガス成分の、バイオリアクター液体体積１リットル当たりの安定したガス取り込みのプロットであり、水素をエネルギー源、及びＣＯ_２を炭素源とする。このプロットは、図３と同じ４．５日の期間にわたる連続的で安定したガス取り込みを示す。 発酵プロセスとの産業プロセス及び電解プロセスの統合を示す概略フロー図である。

以下の実施形態の説明は、一般的な用語で示されている。本開示は、本明細書の以下の見出しの「実施例」の下に示される本開示から更に解明され、これは、本開示の裏付けとなる実験データ、本開示の様々な態様の具体的な実施例、及び本開示を行う手段を提供する。

本発明者らは、産業プロセス、シンガスプロセス、及び／又は電解プロセスとのガス発酵プロセスの統合を特定しており、ここで、電解プロセスは、発酵プロセスを断続的に供給し、発酵プロセスの性能及び／又は経済性を実質的に改善することができる。

本発明者らは、驚くべきことに、発酵プロセスの開始遅延期をほとんど又は全く伴わずに、発酵プロセスへの供給源をオン及びオフにすることができた。更に、本開示は、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵することによって断続的に操作され得、生成物の変換は、電力網が電気を過剰に供給されている期間中は断続的であり得るか、又は電力が不足している、若しくは電力の需要があるときは待機状態であり得る。本開示は、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵することによって、送電網システムのバランス調整を支援するように微調整されることが可能であるプロセスを提供する。

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。

「産業プロセス」という用語は、化学的、物理的、電気的、及び／又は機械的ステップを含む物質を生成、変換、精製、改質、抽出、又は酸化するプロセスを指す。例示的な産業プロセスには、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプ及び製紙、製鋼、石油精製及び関連付けられたプロセス、石油化学生成、コークス生成、嫌気性又は好気性消化、ガス化（バイオマス、液体廃棄物の流れ、液体廃棄物の流れ、固体廃棄物の流れ、都市の流れ、天然ガス、石炭及び石油を含む化石資源など）、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、アルミニウム、銅及び／又はフェロアロイの生成及び／又は精製、地質貯留層、フィッシャー・トロプシュプロセス、メタノール生成、熱分解、水蒸気メタン改質、乾燥メタン改質、バイオガス又は天然ガスの部分酸化、並びにバイオガス又は天然ガスの自己熱改質が含まれるが、これらに限定されない。これらの実施形態では、基質及び／又は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産業プロセスから捕捉されてもよい。

「電解プロセス」という用語は、電解プロセスを出る任意の基質を含み得る。様々な実例では、電解プロセスは、ＣＯ、Ｈ_２、又はそれらの組み合わせで構成される。特定の実例では、電解プロセスは、変換されていないＣＯ_２の一部分を含有し得る。好ましくは、電解プロセスは、電解プロセスから発酵プロセスに供給される。

「産業プロセスからのガス」、「産業プロセスからのガス源」、及び「産業プロセスからのガス状基質」という用語は、産業プロセスからのオフガス、産業プロセスの副生成物、産業プロセスの共生成物、産業プロセス内でリサイクルされるガス、及び／又はエネルギー回収のために産業施設内で使用されるガスを指すために互換的に使用され得る。いくつかの実施形態では、産業プロセスからのガスは、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）テールガスである。いくつかの実施形態では、産業プロセスからのガスは、アミンスクラビング又は炭酸脱水酵素溶液の使用を伴う可能性がある、ＣＯ_２抽出プロセスを通して得られるガスである。

「Ｃ１」は、１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、メタン（ＣＨ_４）、又はメタノール（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、又はＣＨ_３ＯＨを指す。「Ｃ１炭素源」とは、本開示の微生物のための部分的又は唯一の炭素源として機能する１つの炭素分子を指す。例えば、Ｃ１炭素源は、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、ＣＨ_３ＯＨ、又はギ酸（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及びＣＯ_２のうちの１つ又は両方を含む。「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。

「基質」は、炭素及び／又はエネルギー源を指す。基質は、ガス状であり、Ｃ１炭素源、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、及び／又はＣＨ_４を含む。好ましくは、基質は、ＣＯ又はＣＯ及びＣＯ_２のＣ１炭素源を含む。基質は、Ｈ_２、Ｎ_２、又は電子などの他の非炭素成分を更に含み得る。本明細書で使用される場合、「基質」は、本開示の微生物の炭素及び／又はエネルギー源を指し得る。基質は、Ｈ_２を唯一のエネルギー源と称し得る。

「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及び材料源ではないが、主要な基質などの別の基質と組み合わ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。

「ＣＯ_２含有ガス状基質」、「ＣＯ_２含有ガス」、又は「ＣＯ_２含有ガス源」は、ＣＯ_２を含む任意のガスを含み得る。ガス状基質は、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を含む。加えて、ガス状基質は、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、及び／又はＣＨ_４のうちの１つ以上を含んでもよい。本明細書で使用される場合、ＣＯ、Ｈ_２、及びＣＨ_４は、「エネルギーリッチガス」と称され得る。

本明細書で使用される場合、「炭素捕獲」という用語は、ＣＯ_２及び／又はＣＯを含む流れからのＣＯ_２及び／又はＣＯを含む炭素化合物の隔離、並びにａ）ＣＯ_２及び／若しくはＣＯを生成物に変換すること、ｂ）ＣＯ_２及び／若しくはＣＯを長期貯蔵に適した基質に変換すること、ｃ）ＣＯ_２及び／若しくはＣＯを長期貯蔵に適した基質にトラップすること、又はｄ）これらのプロセスの組み合わせのいずれかを指す。

「効率を高める」、「高められた効率」という用語などは、ＣＯ_２及び／又はＣＯを、生成物及び／又は生成物濃度の増加に変換する速度の増加などの、反応の速度及び／又は出力の増加を指す。「効率を高める」という用語は、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、高生成物濃縮における増殖及び／又は生成物生成速度、消費される基質の１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又は生成レベル、並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。

本明細書で使用される場合、「反応物」は、化学反応に存在し、反応中に消費されて生成物を生成する物質を指す。反応物は、化学反応中に変化する出発材料である。特定の実施形態では、反応物には、ＣＯ及び／又はＨ_２が含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、反応物は、ＣＯ_２である。一実施形態では、反応物は、Ｈ_２のみである。

「ＣＯ消費プロセス」とは、ＣＯが反応物であるプロセスを指し、ここでＣＯは生成物を生成するために消費される。ＣＯ消費プロセスの非限定的な実施例は、Ｃ１固定ガス発酵プロセスである。ＣＯ消費プロセスには、ＣＯ_２生成反応が含まれる場合がある。例えば、ＣＯを消費するプロセスでは、発酵生成物などの少なくとも１つの生成物並びにＣＯ_２の生成がもたらされ得る。別の実施例では、酢酸の生成は、ＣＯ消費プロセスであり、ＣＯは、加圧下でメタノールと反応する。

「ガス流」は、例えば、あるモジュールから別のモジュールに、あるモジュールからＣＯ消費プロセスに、及び／又はあるモジュールから炭素捕捉手段に渡されることが可能である基質の任意の流れを指す。

ガス流は通常、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む。例えば、各供給源は、ＣＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２、及び様々な構成物の比率が異なる場合がある。割合が異なるため、ＣＯ消費プロセスに導入する前に、ガス流を処理する必要がある。ガス流の処理には、微生物阻害剤及び／又は触媒阻害剤であり得る様々な構成物の除去及び／又は変換が含まれる。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及び／又は変換され、微生物阻害剤は、ＣＯ消費プロセスに渡される前に除去及び／又は変換される。加えて、ガス流は、ＣＯ及び／又はＣＯ_２の濃度が増加する１つ以上の濃縮ステップを受ける必要がある場合がある。好ましくは、ガス流は、電解モジュールに渡される前に、ＣＯ_２の濃度を増加させる濃縮ステップを受ける。より高い濃度のＣＯ_２が電解モジュールに流入すると、電解モジュールから出るＣＯの濃度が高くなることがわかっている。

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

発酵プロセスに関連して使用される場合、「経済性を改善すること」、「経済性を最適化すること」などの用語は、生成される生成物の価値が、このような生成物を生成するコストと比較して高い期間中の、発酵プロセスによって生成される生成物のうちの１つ以上の量の増加を含むが、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によって改善され得、これは例えば、産業プロセスからのＣ１供給原料を、電解プロセスからの電解プロセスによって補充することによって達成され得る。供給原料の追加供給は、発酵プロセスの効率向上をもたらし得る。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、産業プロセスからのＣ１供給原料のコストが、電解プロセスからの電解プロセスのコストよりも高い場合、電解プロセスを利用して、Ｃ１供給原料の少なくとも一部分を置き換え得る。こ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って、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。

電解プロセスは、Ｈ_２及びＣＯのうちの一方又は両方を含む供給原料を供給することができる。「電解プロセスの単位当たりのコスト」は、発酵プロセス及び任意の電解プロセス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として定義される電解プロセスによるエタノールの生成について、電解プロセス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、電力のコストを表し、ｘは、電解プロセスの効率を表し、ｙは、エタノールの収率を表す。

ＣＯとして定義される電解プロセスによるエタノールの生成について、電解プロセス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、電力のコストを表し、ｘは、電解プロセスの効率を表し、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外する。「生成コスト」、「限界生成コスト」などは、発酵プロセスの運転に関連する変動する操作コストを含む。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されたコストによって表され得、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、以下の方程式によって定義される。
式中、ｃは、バイオリアクターの運転に関連する変動する操作コストを表し、２６．８ＧＪは、エタノールの燃焼のより低い発熱量を表す。特定の事例では、バイオリアクターの運転に関連する変動する操作コスト、ｃは、Ｈ_２／ＣＯ／ＣＯ_２の価格を除いて、エタノールについて２００ドルである。

発酵プロセスは、多数の生成物を生成することができる。各生成物は、異なる価値を定義する。「生成物の価値」は、生成物の現在の市場価格及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、エタノールの価値の計算は、以下の方程式によって定義される。


式中、ｚは、１メートルトン当たりのエタノールの現行価値であり、２６．８ＧＪは、エタノールの燃焼のより低い発熱量を表す。

発酵プロセスの経済性を最適化するため、生成される生成物の価値は、このような生成物を「生成するコスト」を超えていなければならない。生成物を生成するコストは、「供給原料コスト」及び「限界生成コスト」の合計として定義される。発酵プロセスの経済性は、生成される生成物の価値を、このような生成物を生成するコストと比較することによって定義される比率に関して表され得る。発酵プロセスの経済性は、生成物の価値をそのような生成物を生成するコストと比較した比率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、生成される生成物の価値に依存し得、これは、細菌培養及び／又は発酵プロセスで使用されるガスの組成を含むがこれらに限定されない、実施される発酵プロセスに少なくとも部分的に依存して変化し得る。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場合、経済性は、以下の比率によって決定され得る。

式中、ｚは、エタノールの価値を表し、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及び／又は生成物生成速度、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又は生成レベル、並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。特定の実例では、電解プロセスは、発酵プロセスの効率を高める。

「不十分」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場合、限定されないが、最適量よりも低い量を含み、それによって、発酵プロセスは、そうでなければ発酵プロセスにより多量の供給原料が供給されたであろう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、産業プロセスが、発酵プロセスに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場合、供給原料の供給は、不十分になり得る。好ましくは、発酵プロセスには、発酵生成物の量が供給原料の供給によって制限されないような、最適な量の供給原料が供給される。

「Ｃ１含有ガス状基質」は、二酸化炭素及び一酸化炭素のうちの一方又は両方を含む任意のガスを含み得る。ガス状基質は、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）、及び／又はメタン（ＣＨ_４）のうちの１つ以上を含有し得る。

「濃縮モジュール」などは、ガス流の特定の成分のレベルを上げることができる技術を指す。特定の実施形態では、濃縮モジュールは、ＣＯ_２濃縮モジュールであり、ＣＯ_２濃縮モジュールを出るガス流中のＣＯ_２の割合は、ＣＯ_２濃縮モジュールに渡される前のガス流中のＣＯ_２の割合と比較して高い。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２濃縮モジュールは、脱酸素化技術を使用して、ガス流からＯ_２を除去し、したがってガス流中のＣＯ_２の割合を増加させる。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２濃縮モジュールは、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）技術を使用して、ガス流からＨ_２を除去し、したがってガス流中のＣＯ_２の割合を増加させる。特定の実例では、発酵プロセスは、ＣＯ_２濃縮モジュールの機能を実行する。いくつかの実施形態では、濃縮モジュールからのガス流は、炭素捕捉及び隔離（ＣＣＳ）ユニット又は強化油回収（ＥＯＲ）ユニットに渡される。

「電解モジュール」及び「電解槽」という用語は、非自発的反応を駆動するために電気を使用するユニットを指すために互換的に使用され得る。電解技術は、当該技術分野で知られている。例示的なプロセスには、アルカリ水電解、プロトン又は陰イオン交換膜（ＰＥＭ、ＡＥＭ）電解、及び固体酸化物電解（ＳＯＥ）（Ｕｒｓｕａ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ１００（２）：４１０－４２６，２０１２、Ｊｈｏｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２：１９１－１９９，２０１３）が含まれる。「ファラデー効率」という用語は、電解槽を流れ、無関係のプロセスではなく削減された生成物に移動する電子の数を指す値である。ＳＯＥモジュールは、高温で動作する。電解モジュールの熱中性電圧未満では、電解反応は吸熱性である。電解モジュールの熱中性電圧超では、電解反応は発熱性である。いくつかの実施形態では、電解モジュールは、圧力を加えることなく動作する。いくつかの実施形態では、電解モジュールは、５～１０バールの圧力で動作する。

「ＣＯ_２電解モジュール」は、ＣＯ_２をＣＯ及びＯ_２に分割することができるユニットを意味し、以下の化学量論的反応：２ＣＯ_２＋電気→２ＣＯ＋Ｏ_２によって定義される。ＣＯ_２削減に様々な触媒を使用すると、最終生成物に影響を与える。Ａｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｐｄ、及びＧａ触媒を含むがこれらに限定されない触媒は、ＣＯ_２からＣＯを生成するのに効果的であることが示されている。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２電解モジュールを出るガス流の圧力は、約５～７バールである。

「Ｈ_２電解モジュール」、「水電解モジュール」、及び「Ｈ_２Ｏ電解モジュール」は、Ｈ_２Ｏを、蒸気の形態でＨ_２及びＯ_２に分割することができるユニットを指し、以下の化学量論的反応：２Ｈ_２Ｏ＋電気→２Ｈ_２＋Ｏ_２によって定義される。Ｈ_２Ｏ電解モジュールは、プロトンをＨ_２に還元し、Ｏ^２－をＯ_２に酸化する。追加の供給原料を供給し、基質組成物を改善するための手段として、電解によって生成されたＨ_２を、Ｃ１含有ガス状基質とブレンドすることができる。

Ｈ_２及びＣＯ_２電解モジュールには、２つのガス出口がある。電解モジュールの一方の側であるアノードは、Ｈ_２又はＣＯ（及び未反応の水蒸気又は未反応のＣＯ_２などの他のガス）を含む。もう一方の側であるカソードは、Ｏ_２（及び潜在的に他のガス）を含む。電解プロセスに渡される供給原料の組成物は、ＣＯ流内の様々な成分の存在を決定し得る。例えば、供給原料中のＣＨ_４及び／又はＮ_２などの不活性成分の存在は、ＣＯ富化流中にそれらの成分の１つ以上が存在することになる可能性がある。加えて、一部の電解槽では、カソードで生成されたＯ_２がアノード側にクロスオーバーし、ここで、ＣＯが生成され、かつ／又はＣＯがアノード側にクロスオーバーし、所望のガス生成物のクロスコンタミネーションにつながる。

「分離モジュール」という用語は、物質を２つ以上の成分に分割することができる技術を指すために使用される。例えば、「Ｏ_２分離モジュール」を使用して、Ｏ_２含有ガス状基質を、主にＯ_２を含む流れ（「Ｏ_２富化流」又は「Ｏ_２リッチガス」とも称される）、及び主にＯ_２を含まないか、Ｏ_２を含まないか、又は微量のＯ_２のみを含む流れ（「Ｏ_２リーン流」又は「Ｏ_２枯渇流」とも称される）に分離することができる。

本明細書で使用される場合、「富化流」、「リッチガス」、「高純度ガス」などの用語は、電解モジュールなどのモジュールを通過した後の特定の成分の割合が、モジュールへの投入流における成分の割合と比較して大きいガス流を指す。例えば、「ＣＯ富化流」は、ＣＯ_２含有ガス状基質がＣＯ_２電解モジュールを通過する際に生成され得る。「Ｈ_２富化流」は、Ｈ_２電解モジュールを水性ガス状基質が通過する際に生成され得る。「Ｏ_２富化流」は、ＣＯ_２又はＨ_２電解モジュールのアノードから自動的に出現し、「Ｏ_２富化流」はまた、Ｏ_２含有ガス状基質がＯ_２分離モジュールを通過する際に生成されてもよい。「ＣＯ_２富化流」は、ＣＯ_２含有ガス状基質がＣＯ_２濃縮モジュールを通過する際に生成され得る。

本明細書で使用される場合、「リーン流」、「枯渇ガス」などの用語は、濃縮モジュール又は分離モジュールなどのモジュールを通過した後の特定の成分の割合が、モジュールへの投入流における成分の割合と比較して少ないガス流を指す。例えば、Ｏ_２含有ガス状基質がＯ_２分離モジュールを通過する際に、Ｏ_２リーン流が生成され得る。Ｏ_２リーン流は、ＣＯ_２電解モジュールからの未反応ＣＯ_２を含んでもよい。Ｏ_２リーン流は、微量のＯ_２を含み得るか、又はＯ_２を含まなくてもよい。「ＣＯ_２リーン流」は、ＣＯ_２含有ガス状基質がＣＯ_２濃縮モジュールを通過する際に生成され得る。ＣＯ_２リーン流は、ＣＯ、Ｈ_２、及び／又は微生物阻害剤若しくは触媒阻害剤などの構成物を含んでもよい。ＣＯ_２リーン流は、微量のＣＯ_２を含み得るか、又はＣＯ_２を含まなくてもよい。

実施形態では、本開示は、ガス流の圧力を増加及び／又は減少し得る統合プロセスを提供する。「圧力モジュール」という用語は、ガス流の圧力を生成（すなわち、増加）又は減少し得る技術を指す。ガスの圧力は、任意の適切な手段、例えば１つ以上のコンプレッサー及び／又はバルブを介して増加及び／又は減少され得る。特定の実例では、ガス流の圧力が最適値よりも低い場合や、又はガス流の圧力が最適値よりも高い場合があるため、圧力を下げるためにバルブを含むことができる。圧力モジュールは、本明細書に記載されているいくつかのモジュールの前又は後に配置され得る。例えば、圧力モジュールは、除去モジュールの前、濃縮モジュールの前、電解モジュールの前、及び／又はＣＯ消費プロセスの前に利用されてもよい。

「加圧ガス流」とは、圧力モジュールを通過したガス状基質を指す。「加圧ガス流」は、特定のモジュールの動作圧力要件を満たすガス流を指すためにも使用され得る。

「ＣＯ消費プロセス後のガス状基質」、「ＣＯ消費プロセス後のテールガス」、「テールガス」などの用語は、ＣＯ消費プロセスを通過したガスを指すために互換的に使用され得る。ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、ＣＯ消費プロセスによって生成された（又は並行して取り込まれなかった）未反応ＣＯ、未反応Ｈ_２、及び／又はＣＯ_２を含んでもよい。ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、圧力モジュール、除去モジュール、ＣＯ_２濃縮モジュール、及び／又は電解モジュールのうちの１つ以上に更に渡されてもよい。いくつかの実施形態では、「ＣＯ消費プロセス後のガス状基質」は、発酵後のガス状基質である。

「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望ましい濃度及び種類を指すために使用される。より具体的には、特定の成分（すなわち、ＣＯ、Ｈ_２、及び／若しくはＣＯ_２）を含有する、並びに／又は特定の割合で特定の成分を含有する、並びに／又は特定の成分（すなわち、微生物に有害な汚染物質）を含まない、並びに／又は特定の割合で特定の成分を含まない場合、ガスは、「望ましい組成物」を有するものとみなされる。ガス流が望ましい組成物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。

基質が任意のＨ_２を含むことは必要ではないが、Ｈ_２の存在は、本開示の方法による生成物形成に有害であるべきではない。特定の実施形態では、Ｈ_２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。一実施形態では、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、又は約１０体積％以下のＨ_２を含む。他の実施形態では、基質流は、低濃度のＨ_２を、例えば、５％未満、若しくは４％未満、若しくは３％未満、若しくは２％未満、若しくは１％未満を含むか、又は実質的にＨ_２を含まない。

基質はまた、例えば、約１体積％～約８０体積％のＣＯ、又は１体積％～約３０体積％のＣＯなど、ある程度のＣＯを含有し得る。一実施形態では、基質は、約２０体積％以下のＣＯを含む。特定の実施形態では、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、又は実質的にＣＯを含まない。

基質組成を改善して、望ましい又は最適な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。エタノールについて、以下のエタノール生成のためのモル化学量論を満たすために、最適なＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２モル比は、
であり、式中、ｘ＞２ｙである

水素の存在下で発酵プロセスを動作すると、発酵プロセスによって生成されるＣＯ_２の量を低減する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、以下のモル化学量論［６ＣＯ＋３Ｈ_２Ｏ→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋４ＣＯ_２］によって、エタノール及び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と、生成されるＣＯ_２の量は減少する［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及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^Ｏ＝－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。１：２（ＣＯ／Ｈ_２）のモル化学量論比では、ＣＯ_２の生成は、完全に回避される。
５ＣＯ＋１Ｈ_２＋２Ｈ_２Ｏ→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋３ＣＯ_２（ΔＧ^Ｏ＝－２０４．８０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）
４ＣＯ＋２Ｈ_２＋１Ｈ_２Ｏ→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋２ＣＯ_２（ΔＧ^Ｏ＝－１８４．７０ｋＪ／ｍｏｌエタノール）
３ＣＯ＋３Ｈ_２→１Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋１ＣＯ_２（ΔＧ^Ｏ＝－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に、あるモジュールからバイオリアクターに、あるプロセスから別のプロセスに、及び／又はあるモジュールから炭素捕捉手段に渡されることが可能であ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及び／又は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場合、「微生物阻害剤」は、微生物を含む特定の化学反応又は他のプロセスを減速又は防止する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）、及び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、又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、触媒及び／又は吸着性阻害剤には、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）及び硫化カルボニル（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」、「クリーンアップモジュール」、「処理モジュール」などは、微生物阻害剤及び／又は触媒阻害剤をガス流から変換及び／又は除去する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、ガス流に見られ得る微生物阻害剤及び／又は触媒阻害剤を指す。特定の実施形態では、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、及びタールを含むが、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及び／又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及び／若しくはＣＯを含む流れからのＣＯ_２及び／若しくはＣＯを含む炭素化合物の隔離、並びに
ＣＯ_２及び／若しくはＣＯを生成物に変換すること、又は
ＣＯ_２及び／若しくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質に変換すること、又は
ＣＯ_２及び／若しくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質中に閉じ込めること、又は
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、又は気液接触に適した他の容器若しくは他のデバイスを含む、１つ以上の容器及び／若しくは塔、又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若しくはＣＯ_２若しくはＨ_２又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、並列又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）」又は「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及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、及びアミノ酸が含まれる。

「発酵ブロス」又は「ブロス」という用語は、栄養培地及び培養物又は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場合、「酸」という用語は、カルボン酸及び関連するカルボン酸アニオンの両方、例えば、本明細書に記載の発酵ブロス中に存在する遊離酢酸及び酢酸塩の混合物を含む。発酵ブロス中の分子酸及びカルボン酸塩の比率は、系のｐＨに依存する。加えて、「酢酸塩」という用語は、酢酸塩単独、並びに分子又は遊離酢酸及び酢酸塩の混合物の両方、例えば、本明細書に記載の発酵ブロス中に存在する酢酸塩及び遊離酢酸の混合物を含む。

「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望ましい濃度及び種類を指すために使用される。より具体的には、ガスは、それが特定の成分（すなわち、ＣＯ、Ｈ_２、及び／又はＣＯ_２）を含有する、及び／又は特定の成分を特定の割合で含有する、及び／又は特定の成分（すなわち、微生物に有害な構成物）を含有しない、及び／又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。ガス流が望ましい組成物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」、又は「発酵反応」などの句は、ガス状基質の増殖期及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、又は真菌である。本開示の微生物は、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、本開示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、自然発生型の微生物（すなわち、野生型微生物）又は以前に修飾されたことのある微生物（すなわち、変異体又は組換え微生物）であり得る。本開示の微生物は、親微生物において発現又は過剰発現されなかった１つ以上の酵素を発現又は過剰発現するように修飾され得る。同様に、本開示の微生物は、親微生物によって含まれなかった１つ以上の遺伝子を含むように修飾され得る。本開示の微生物は、親微生物において発現されたより少ない量の１つ以上の酵素を発現しないように、又は発現するようにも修飾され得る。一実施形態では、親微生物は、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、又はＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉである。一実施形態では、親微生物は、ブダペスト条約の条項下で、２０１０年６月７日に、Ｉｎｈｏｆｆｅｎｓｔｒａβｅ ７Ｂ，Ｄ－３８１２４ Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｅｉｇ，Ｇｅｒｍａｎｙに所在するＤｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ（ＤＳＭＺ）に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。この株は、ＷＯ２０１２／０１５３１７として公開されている国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＺ２０１１／０００１４４号に記載されている。

「～から誘導される」という用語は、新しい核酸、タンパク質、又は微生物を生成するように、核酸、タンパク質、又は微生物が異なる（例えば、親又は野生型）核酸、タンパク質、又は微生物から修飾又は適合されることを示す。そのような修飾又は適合は、典型的には、核酸又は遺伝子の挿入、欠失、変異、又は置換を含む。一般に、本開示の微生物は、親微生物に由来する。一実施形態では、本発明の親微生物は、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、又はＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉに由来する。一実施形態では、本開示の微生物は、ＤＳＭＺ受託番号ＤＳＭ２３６９３の下で寄託される、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１に由来する。

微生物に関して使用されるとき、「非自然発生」という用語は、微生物が、言及される種の野生型株を含む言及される種の自然発生株において見られない少なくとも１つの遺伝子修飾を有することを意味することが意図される。非自然発生微生物は、典型的には、実験室又は研究施設で開発される。

「遺伝子修飾」、「遺伝子改変」、又は「遺伝子操作」という用語は、微生物のゲノム又は核酸の人の手による操作を広く指す。同様に、「遺伝子修飾された」、「遺伝子改変された」、又は「遺伝子操作された」という用語は、そのような遺伝子修飾、遺伝子改変、又は遺伝子操作を含む微生物を指す。これらの用語は、実験室で生成された微生物と自然発生の微生物を区別するために使用され得る。遺伝子修飾の方法は、例えば、異種遺伝子発現、遺伝子又はプロモーターの挿入又は欠失、核酸変異、改変遺伝子発現又は不活性化、酵素工学、指向性進化、知識ベース設計、ランダム変異導入法、遺伝子シャフリング、及びコドン最適化を含む。

例えば、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａなどの微生物の代謝工学は、エタノールなどの天然の代謝産物以外の多くの重要な燃料及び化学分子を生成する能力を大いに拡大することができる。しかしながら、最近までＣｌｏｓｔｒｉｄｉａは、遺伝的に扱いにくいとみなされたため、一般に、広範な代謝工学努力は立ち入られなかった。近年、イントロンベースの方法（ＣｌｏｓＴｒｏｎ）（Ｋｕｅｈｎｅ，Ｓｔｒａｉｎ Ｅｎｇ：Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，３８９－４０７，２０１１）、対立遺伝子交換法（ＡＣＥ）（Ｈｅａｐ，Ｎｕｃｌ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ，４０：ｅ５９，２０１２、Ｎｇ，ＰＬｏＳ Ｏｎｅ，８：ｅ５６０５１，２０１３）、三系交雑（Ｌｉｅｗ，Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，７：６９４，２０１６）、Ｉ－ＳｃｅＩ（Ｚｈａｎｇ，Ｊｏｕｒｎａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ，１０８：４９－６０，２０１５）、ＭａｚＦ（Ａｌ－Ｈｉｎａｉ，Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，７８：８１１２－８１２１，２０１２）、又はその他（Ａｒｇｙｒｏｓ，Ａｐｐｌ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，７７：８２８８－８２９４，２０１１）により媒介される方法、Ｃｒｅ－Ｌｏｘ（Ｕｅｋｉ，ｍＢｉｏ，５：ｅ０１６３６－０１６１４，２０１４）、及びＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９（Ｎａｇａｒａｊｕ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｉｏｆｕｅｌｓ，９：２１９，２０１６）を含む、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａのゲノム工学のためのいくつかの異なる方法が開発されている。しかしながら、少数以上の遺伝的変化を繰り返し導入することは、遅い、骨の折れるサイクル時間、及び種にわたるこれらの遺伝学的技術の導入性に対する制限により、依然として非常に困難である。更に、Ｃ１取り込み、変換、及び生成物合成に向かう炭素／エネルギー／レドックスブローを最大にするであろう修飾を確実に予測するのに、ＣｌｏｓｔｒｉｄｉａにおけるＣ１代謝をまだ十分に理解していない。したがって、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａにおける標的経路の導入は、単調で退屈な、時間がかかるプロセスのままである。

「組換え」は、核酸、タンパク質、又は微生物が、遺伝子修飾、操作、又は組換えの生成物であることを示す。一般に、「組換え」という用語は、微生物の２つ以上の異なる株又は種など、複数の源に由来する遺伝物質を含むか、又はそれによってコードされる核酸、タンパク質、又は微生物を指す。

「野生型」は、変異体又はバリアント形態とは区別されるように天然に存在する、生物、株、遺伝子、又は特性の典型的な形態を指す。

「内在性」は、本開示の微生物が由来する野生型又は親微生物に存在又は発現される核酸又はタンパク質を指す。例えば、内在性遺伝子は、本開示の微生物が由来する野生型又は親微生物に天然に存在する遺伝子である。一実施形態では、内在性遺伝子の発現は、外来性プロモーターなどの外来性調節エレメントによって制御され得る。

「外来性」とは、本開示の微生物の外側に起源がある核酸又はタンパク質を指す。例えば、外来性遺伝子又は酵素は、人工的又は組換え的に作成され、本開示の微生物に導入されるか、又はそこに発現され得る。外来性遺伝子又は酵素はまた、異種微生物から単離され、本開示の微生物に導入されるか、又はそこに発現され得る。外来性核酸は、本開示の微生物のゲノムに組み入れるように、又は本開示の微生物、例えば、プラスミドにおける染色体外の状態で留まるように適合され得る。

「異種」は、本開示の微生物が由来する野生型又は親微生物に存在しない核酸又はタンパク質を指す。例えば、異種遺伝子又は酵素は、異なる株又は種に由来し、本開示の微生物に導入されるか、又は発現され得る。異種遺伝子又は酵素は、異なる株又は種で生じる形態で、本開示の微生物に導入されるか、又はそこに発現され得る。代替的に、異種遺伝子又は酵素は、いくつかの方法で、例えば、本開示の微生物における発現のためにそれをコドン最適化することによって、又は機能を変化させるように、例えば酵素活性の方向を逆転させるように、若しくは基質特異性を変化させるように、それを操作することによって修飾され得る。

「ポリヌクレオチド」、「ヌクレオチド」、「ヌクレオチド配列」、「核酸」、及び「オリゴヌクレオチド」という用語は、互換的に使用される。それらは、任意の長さのポリマー形態のヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド若しくはリボヌクレオチドのいずれか、又はそれらの類似体を指す。ポリヌクレオチドは、任意の三次元構造を有し得て、既知又は未知の任意の機能を果たし得る。以下は、ポリヌクレオチドの非限定的な例である：遺伝子又は遺伝子断片のコード領域又は非コード領域、連鎖解析から定義される座位、エクソン、イントロン、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）、トランスファーＲＮＡ、リボソームＲＮＡ、低分子干渉ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ）、短ヘアピンＲＮＡ（ｓｈＲＮＡ）、マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）、リボザイム、ｃＤＮＡ、組換えポリヌクレオチド、分岐鎖ポリヌクレオチド、プラスミド、ベクター、任意の配列の単離されたＤＮＡ、任意の配列の単離されたＲＮＡ、核酸プローブ、及びプライマー。ポリヌクレオチドは、メチル化ヌクレオチド又はヌクレオチド類似体などの１つ以上の修飾されたヌクレオチドを含み得る。存在する場合、ヌクレオチド構造の修飾は、ポリマーの組織化の前又は後に付与され得る。ヌクレオチドの配列は、非ヌクレオチド成分によって割り込まれ得る。ポリヌクレオチドは、重合の後、例えば標識成分とのコンジュゲート化により、更に修飾され得る。

本明細書で使用される場合、「発現」は、ポリヌクレオチドがＤＮＡ鋳型から（例えば、ｍＲＮＡ若しくは他のＲＮＡ転写物へ）転写されるプロセス、及び／又は転写されたｍＲＮＡが、続いて、ペプチド、ポリペプチド、若しくはタンパク質へ翻訳されるプロセスを指す。転写物及びコードされたポリペプチドは、集合的に「遺伝子産物」と称され得る。

「ポリペプチド」、「ペプチド」、及び「タンパク質」という用語は、任意の長さのアミノ酸のポリマーを指すために本明細書で互換的に使用される。ポリマーは、直鎖であっても分岐鎖であってもよく、修飾アミノ酸を含んでいてもよく、非アミノ酸によって割り込まれていてもよい。これらの用語は、修飾されたアミノ酸ポリマーも包含する。例えば、ジスルフィド結合形成、グリコシル化、脂質化、アセチル化、リン酸化、又は標識成分とのコンジュゲート化などの任意の他の操作を含む。本明細書で使用される場合、「アミノ酸」という用語は、グリシン、Ｄ又はＬ光学異性体の両方、並びにアミノ酸類似体及びペプチド模倣体を含む天然及び／又は非天然若しくは合成アミノ酸を含む。

「酵素活性」又は単に「活性」は、広範には、酵素の活性、酵素の量、又は反応を触媒するための酵素の可用性を含むがこれらに限定されない、酵素的な活性を指す。したがって、酵素活性を「増加させること」は、酵素の活性を増加させること、酵素の量を増加させること、又は反応を触媒するための酵素の可用性を増加させることを含む。同様に、酵素活性を「低下させること」は、酵素の活性を低下させること、酵素の量を低下させること、又は反応を触媒するための酵素の可用性を低下させることを含む。

「変異した」は、本開示の微生物が由来する野生型又は親微生物と比較して、本開示の微生物において修飾されている核酸又はタンパク質を指す。一実施形態では、変異は、酵素をコードする遺伝子中の欠失、挿入、又は置換であってもよい。別の実施形態では、変異は、酵素中の１つ以上のアミノ酸の欠失、挿入、又は置換であってもよい。

具体的には、「破壊的変異」は、遺伝子又は酵素の発現又は活性を低減又は排除（すなわち、「破壊する」）する変異である。破壊的変異は、遺伝子又は酵素を、部分的に不活性化し得るか、完全に不活性化し得るか、又は欠失し得る。破壊的変異は、酵素によって生成される生成物の生合成を低減、防止、又は阻害する任意の変異であり得る。破壊的変異は、ノックアウト（ｋｎｏｃｋｏｕｔ、ＫＯ）変異であり得る。破壊はまた、遺伝子、タンパク質、又は酵素の発現又は活性を低減するが、完全に排除しないノックダウン（ｋｎｏｃｋｄｏｗｎ、ＫＤ）変異でもあり得る。ＫＯは、生成物の収率を高めるのに一般的に有効であるが、特に非増殖結合生成物について、利益を上回る増殖欠陥又は遺伝的不安定性の不利益をもたらす場合がある。破壊的変異は、例えば、酵素をコードする遺伝子における変異、酵素をコードする遺伝子の発現に関与する遺伝子調節エレメントにおける変異、酵素の活性を低下又は阻害するタンパク質を生成する核酸の導入、又は酵素の発現を阻害する核酸（例えば、アンチセンスＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ＣＲＩＳＰＲ）若しくはタンパク質の導入を含み得る。破壊的変異は、当該技術分野で既知の任意の方法を使用して導入されてもよい。

破壊的変異の導入は、本開示の微生物が由来する親微生物と比較して、標的生成物を生成しないか、又は生成物を実質的に生成しないか、又は標的生成物の量を減少させる、本開示の微生物をもたらす。例えば、本開示の微生物は、標的生成物を生成しないか、又は親微生物よりも、少なくとも約１％、３％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、若しくは９５％少ない標的生成物を生成し得る。例えば、本開示の微生物は、約０．００１、０．０１、０．１０、０．３０、０．５０、又は１．０ｇ／Ｌ未満の生成物を生成し得る。

「コドン最適化」とは、特定の株又は種における核酸の最適化又は改善された翻訳のための、遺伝子などの核酸の変異を指す。コドンの最適化により、より速い翻訳速度、又はより高い翻訳の精度がもたらされ得る。一実施形態では、本開示の遺伝子は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ、特にＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、又はＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉでの発現のためにコドン最適化される。更なる実施形態では、本開示の遺伝子は、ＤＳＭＺ受託番号ＤＳＭ２３６９３で寄託されている、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１での発現のためにコドン最適化される。

「過剰発現した」とは、本開示の微生物が由来する野生型又は親微生物と比較して、本開示の微生物における核酸又はタンパク質の発現の増加を指す。過剰発現は、遺伝子コピー数、遺伝子転写速度、遺伝子翻訳速度、又は酵素分解速度の変更を含む、当該技術分野において既知の任意の手段によって達成することができる。

「バリアント」という用語は、核酸及びタンパク質の配列が、従来技術分野において開示されるか又は本明細書に例示される参照核酸及びタンパク質の配列などの、参照核酸及びタンパク質の配列から変化する、核酸及びタンパク質を含む。本開示は、参照核酸又はタンパク質と実質的に同じ機能を実行するバリアント核酸又はタンパク質を使用して実践され得る。例えば、バリアントタンパク質は、参照タンパク質と実質的に同じ機能を実行するか、又は実質的に同じ反応を触媒する場合がある。バリアント遺伝子は、参照遺伝子と同じ、又は実質的に同じタンパク質をコードしてもよい。バリアントプロモーターは、参照プロモーターと実質的に同じ、１つ以上の遺伝子の発現を促進するための能力を有してもよい。

そのような核酸又はタンパク質は、本明細書では「機能的に同等のバリアント」と称され得る。例として、核酸の機能的に同等のバリアントには、対立遺伝子バリアント、遺伝子の断片、変異した遺伝子、多型などが含まれ得る。他の微生物からの相同遺伝子も、機能的に同等なバリアントの例である。これらとしては、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ、又はＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉなどの種の相同遺伝子が挙げられ、それらの詳細は、Ｇｅｎｂａｎｋ又はＮＣＢＩなどのウェブサイトで公開されており入手可能である。機能的に同等なバリアントとしてはまた、特定の微生物のコドン最適化の結果として配列が変化している核酸が挙げられる。核酸の機能的に同等なバリアントは、好ましくは、参照核酸と少なくとも約７０％、約８０％、約８５％、約９０％、約９５％、約９８％、又はそれを超える核酸配列同一性（相同性パーセント）を有する。タンパク質の機能的に同等なバリアントは、好ましくは、参照タンパク質と少なくとも約７０％、約８０％、約８５％、約９０％、約９５％、約９８％、又はそれを超えるアミノ酸同一性（相同性パーセント）を有する。バリアントの核酸又はタンパク質の機能的同等性は、当該技術分野において既知の任意の方法を使用して評価することができる。

「相補性」とは、従来のワトソン－クリック型又は他の非従来型のいずれかによって、核酸が別の核酸配列と水素結合を形成する能力を指す。相補性パーセントは、第２の核酸配列と水素結合（例えばワトソン－クリック塩基対合）を形成することができる核酸分子内の残基の割合（例えば、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、及び１００％の相補的である、１０のうちの５、６、７、８、９、１０）を示す。「完全に相補的」とは、核酸配列の全ての隣接する残基が、第２の核酸配列の同数の隣接する残基と水素結合するであろうことを意味する。本明細書で使用される場合、「実質的に相補的」とは、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、３５、４０、４５、５０、又はそれ以上のヌクレオチドの領域にわたって、少なくとも６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％。９７％、９８％、９９％、又は１００％である相補性の程度を指すか、又はストリンジェントな条件下でハイブリダイズする２つの核酸を指す。

本明細書で使用される場合、ハイブリダイゼーションのための「ストリンジェントな条件」は、標的配列に対する相補性を有する核酸が、主に標的配列とハイブリダイズし、実質的に非標的配列にハイブリダイズしない条件を指す。ストリンジェントな条件は、概して配列依存性であり、いくつかの因子に応じて変化する。一般的に、配列がより長いほど、配列がその標的配列に特異的にハイブリダイズする温度が高くなる。ストリンジェントな条件の非限定的な例は、当該技術分野で周知である（例えば、Ｔｉｊｓｓｅｎ，Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｉｏｌｏｇｙ－ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｏｂｅｓ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｃｈａｐｔｅｒ“Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｏｂｅ ａｓｓａｙ，”Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ｎ．Ｙ，１９９３）。

「ハイブリダイゼーション」とは、１つ以上のポリヌクレオチドが反応して、ヌクレオチド残基の塩基間の水素結合を介して安定化されている複合体を形成する反応を指す。水素結合は、ワトソンクリック塩基対合、フーグスティーン結合、又は任意の他の配列に特異的な様式で起こり得る。複合体は、二重構造を形成する２本の鎖、多重鎖複合体を形成する３本以上の鎖、単一の自己ハイブリダイズ鎖、又はこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。ハイブリダイゼーション反応は、ＰＣＲの開始、又は酵素によるポリヌクレオチドの切断など、より広範なプロセスにおけるステップを構成し得る。所与の配列とハイブリダイズ可能な配列は、所与の配列の「補体」と称される。

核酸は、当該技術分野において既知の任意の方法を使用して、本開示の微生物に送達され得る。例えば、核酸は、裸の核酸として送達されてもよく、リポソームなどの１つ以上の薬剤とともに配合されてもよい。核酸は、必要に応じて、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ｃＤＮＡ、又はそれらの組み合わせであってもよい。ある特定の実施形態では、制限阻害剤を使用してもよい。追加のベクターには、プラスミド、ウイルス、バクテリオファージ、コスミド、及び人工染色体が含まれ得る。一実施形態では、核酸は、プラスミドを使用して本開示の微生物に送達される。例として、形質転換（形質導入又はトランスフェクションを含む）は、エレクトロポレーション、超音波処理、ポリエチレングリコール媒介形質転換、化学的又は自然のコンピテンス、プロトプラスト形質転換、プロファージ誘発、又はコンジュゲート化によって達成され得る。活性制限酵素系を有するある特定の実施形態では、核酸を微生物に導入する前に核酸をメチル化する必要があり得る。

更に、核酸は、特定の核酸の発現を増加又は別の方法で制御するために、プロモーターなどの調節エレメントを含むように設計されてもよい。プロモーターは、構成的プロモーター又は誘導性プロモーターであり得る。理想的には、プロモーターは、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路プロモーター、フェレドキシンプロモーター、ピルビン酸：フェレドキシン酸化還元酵素プロモーター、Ｒｎｆ複合オペロンプロモーター、ＡＴＰシンターゼオペロンプロモーター、又はホスホトランスアセチラーゼ／酢酸キナーゼオペロンプロモーターである。

「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、本開示の微生物は、天然のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含む。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、又はＣＯ、ＣＯ_２、及び／又は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、又は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、又はＣＨ_３ＯＨを指す。「Ｃ１炭素源」とは、本開示の微生物のための部分的又は唯一の炭素源として機能する１つの炭素分子を指す。例えば、Ｃ１炭素源は、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、ＣＨ_３ＯＨ、又は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及びＣＯ_２のうちの一方又は両方を含む。「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。

「嫌気性生物」は、増殖のために酸素を必要としない微生物である。嫌気性生物は、酸素が特定の閾値を超えて存在する場合、負の反応を示し得るか、又は死滅し得る。しかしながら、いくつかの嫌気性生物は、低レベルの酸素（すなわち、０．０００００１～５体積％の酸素）を許容することが可能である。

「アセトゲン」は、エネルギー節約のため、並びにアセテートなどのアセチル－ＣｏＡ及びアセチル－ＣｏＡ由来の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）。具体的には、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）末端電子受容、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，３^ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，ｐ．３５４，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，２００６）。全ての自然発生アセトゲンは、Ｃ１固定、嫌気性、独立栄養性、及び非メタン資化性である。一実施形態では、本開示の微生物は、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、又は生成することが可能である微生物である。一実施形態では、本開示の微生物は、エタノロゲンである。

「独立栄養生物」は、有機炭素の不在下で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及び／又はＣＯ_２などの無機炭素源を使用する。典型的には、本開示の微生物は、独立栄養生物である。

「カルボキシド栄養生物」は、炭素及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。

「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。ある特定の実施形態では、本開示の微生物は、メタン資化性菌であるか、又はメタン資化性菌に由来する。他の実施形態では、本開示の微生物は、メタン資化性菌ではないか、又はメタン資化性菌に由来しない。

「水素栄養生物」は、Ｈ_２を唯一のエネルギー源として利用することができる微生物である。ある特定の実施形態では、本開示の微生物は、水素栄養生物であるか、又は水素栄養生物に由来する。

「基質」とは、本開示の微生物のための炭素及び／又はエネルギー源を指す。基質は、ガス状であり、Ｃ１炭素源、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、及び／又はＣＨ_４を含む。好ましくは、基質は、ＣＯ又はＣＯ＋ＣＯ_２のＣ１炭素源を含む。基質は、Ｈ_２、Ｎ_２、又は電子などの他の非炭素成分を更に含み得る。

「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及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。

基質及び／又はＣ１炭素源は、自動車の排出ガス又はバイオマスガス化からなど、産業プロセスの副生成物として得られるか、又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、産業プロセスは、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、石油精製及び関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性又は好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭及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、銅及び／又は合金鉄の製造及び／又は精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、並びに触媒プロセス（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、及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。様々な実例では、基質及び／又は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産業プロセスから捕捉され得る。

基質の組成は、反応の効率及び／又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させ得る。基質の組成に応じて、基質を処理、スクラブ、又は濾過して、毒素、望ましくない成分、又はちり粒子などのいかなる望ましくない不純物も除去すること、及び／又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、又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。

本開示の微生物は、１つ以上の生成物を生成するようにガス状基質とともに培養され得る。例えば、本開示の微生物は、２－フェニルエタノールに加えて、エタノール（国際公開第２００７／１１７１５７号）、アセテート（国際公開第２００７／１１７１５７号）、１－ブタノール（国際公開第２００８／１１５０８０号、国際公開第２０１２／０５３９０５号、及び国際公開第２０１７／０６６４９８号）、ブチレート（国際公開第２００８／１１５０８０号）、２，３－ブタンジオール（国際公開第２００９／１５１３４２号及び国際公開第２０１６／０９４３３４号）、ラクテート（国際公開第２０１１／１１２１０３号）、ブテン（国際公開第２０１２／０２４５２２号）、ブタジエン（国際公開第２０１２／０２４５２２号）、メチルエチルケトン（２－ブタノン）（国際公開第２０１２／０２４５２２号及び国際公開第２０１３／１８５１２３号）、エチレン（国際公開第２０１２／０２６８３３号）、アセトン（国際公開第２０１２／１１５５２７号）、イソプロパノール（国際公開第２０１２／１１５５２７号）、脂質（国際公開第２０１３／０３６１４７号）、３－ヒドロキシプロピオネート（３－ＨＰ）（国際公開第２０１３／１８０５８１号）、イソプレンを含むテルペン（国際公開第２０１３／１８０５８４号）、脂肪酸（国際公開第２０１３／１９１５６７号）、２－ブタノール（国際公開第２０１３／１８５１２３号）、１，２－プロパンジオール（国際公開第２０１４／０３６１５２号）、１－プロパノール（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、１－ヘキサノール（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、１－オクタノール（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、コリスマート由来の生成物（国際公開第２０１６／１９１６２５号）、３－ヒドロキシブチレート（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、１，３－ブタンジオール（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、２－ヒドロキシイソブチレート又は２－ヒドロキシイソブチル酸（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、イソブチレン（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、アジピン酸（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、１，３－ヘキサンジオール（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、３－メチル－２－ブタノール（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、２－ブテン－１－オール（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、イソバレレート（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、イソアミルアルコール（国際公開第２０１７／０６６４９８号）、及び／又はモノエチレングリコール（国際公開第２０１９／１２６４００号）を生成することがきるか、又はこれらを生成するように操作され得る。あ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みなされ得る。これらの生成物は、更に変換されて、ディーゼル、ジェット燃料、及び／又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。ある特定の実施形態では、２－フェニルエタノールは、芳香剤、精油、香味剤、及び石鹸の原料として使用され得る。加えて、微生物バイオマスは、当該技術分野で既知の任意の方法又は方法の組み合わせによって、単一細胞タンパク質（ｃ）を生成するように更に処理され得る。１つ以上の標的生成物に加えて、本開示の微生物はまた、エタノール、アセテート、及び／又は２，３－ブタンジオールも生成し得る。

「単一細胞タンパク質」（ＳＣＰ）は、タンパク質が豊富なヒト及び／又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、大豆又は魚粉などの従来のタンパク質補給源に取って代わる。単一細胞タンパク質又は他の生成物を生成するために、プロセスは、追加の分離、加工、又は処理の工程を含み得る。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、及び／又は微生物バイオマスを乾燥させることを含み得る。ある特定の実施形態では、微生物バイオマスは、噴霧乾燥又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及び／又は胃腸障害が生じ得るため、本方法は、当該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。単一細胞タンパク質は、家畜又は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頭以上の肉牛、乳牛、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウマ、ラバ、ロバ、シカ、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、ホロホロチョウ、ひなバト／ハト、魚、エビ、甲殻類、ネコ、イヌ、及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。更に、プロセスは、微生物バイオマスを１つ以上の賦形剤と混合すること又は組み合わせることを含み得る。

「微生物バイオマス」は、微生物細胞を含む生物学的材料を指す。例えば、微生物バイオマスは、細菌、古細菌、ウイルス、又は真菌の純粋な、又は実質的に純粋な培養物を含み得るか、又はそれからなり得る。発酵ブロスから最初に分離された場合、微生物バイオマスは一般に、大量の水を含有する。この水は、微生物バイオマスを乾燥させるか又は処理することによって除去又は低減され得る。

「賦形剤」は、動物用飼料の形態、特性、又は栄養含有量を強化又は変更するために、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、又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、油若しくは脂肪、又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，３^ｒｄ ｒｅｖｉｓｉｏｎ，ｐａｇｅｓ５７５－６３３，２０１４で特定される任意の飼料成分であってもよい。

「天然生成物」は、遺伝子修飾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、及び２，３－ブタンジオールは、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、及びＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉの天然生成物である。「非天然生成物」は、遺伝子組換えされた微生物によって生成されるが、遺伝子組換えされた微生物が由来する遺伝子組換え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。

「バイオポリマー」は、生きている生物の細胞によって生成される天然ポリマーを指す。特定の実施形態では、バイオポリマーは、ＰＨＡである。特定の実施形態では、バイオポリマーは、ＰＨＢである。

「バイオプラスチック」は、再生可能なバイオマス源から生成されたプラスチック材料を指す。バイオプラスチックは、植物性脂肪及び油、トウモロコシデンプン、わら、木くず、おがくず、又は再生食品廃棄物などの再生可能源から生成され得る。

「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。本開示の微生物は、ある特定の選択性で、又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、標的生成物は、本開示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％、又は９０重量％を占める。一実施形態では、標的生成物は、本開示の微生物が少なくとも１０重量％の標的生成物に対して選択性を有するように、本開示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、標的生成物は、本開示の微生物が少なくとも３０重量％の標的生成物に対して選択性を有するように、本開示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、標的生成物は、本開示の微生物が、標的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施される。「バイオリアクター」という用語は、連続撹拌槽反応器（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ ｒｅａｃｔｏｒ、ＣＳＴＲ）、固定化細胞反応器（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ ｃｅｌｌ ｒｅａｃｔｏｒ、ＩＣＲ）、トリクルベッド反応器（ｔｒｉｃｋｌｅ ｂｅｄ ｒｅａｃｔｏｒ、ＴＢＲ）、気泡塔、ガスリフト発酵槽、静的ミキサ、又はガス－液体接触に適した他の容器若しくは他のデバイスなどの１つ以上の容器、塔、又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の増殖反応器及び第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つ又は両方に提供され得る。本明細書で使用される場合、「培養」及び「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／発酵プロセスの増殖期及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、及び／又は無機物を含む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既知である。

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（又は分圧）、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、及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は、気相から液相へのガス物質移動の増加した速度を可能にする。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、及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、バイオリアクター中の液体体積を投入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低減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更に示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクターの体積、及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、及び例えば、液－液抽出を含む抽出発酵を含む、任意の方法又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又は精製することができる。ある特定の実施形態では、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。アルコール及び／又はアセトンは、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。

一酸化炭素及び酸素は、以下のモル化学量論的反応：２ＣＯ_２＋電気→２ＣＯ＋Ｏ_２によって定義される電解プロセスによって生成され得る。電解プロセスによって生成される一酸化炭素は、ガス発酵のための供給原料として使用され得る。加えて、生成されたＣＯは、追加の供給原料を提供し、かつ／又は発酵基質組成を改善するための手段として、産業プロセスからの供給原料とともに使用され得ると考えられる。

電解プロセスはまた、以下のモル化学量論的反応：２Ｈ_２Ｏ＋電気→２Ｈ_２＋Ｏ_２によって定義される、水からの水素の生成も可能である。電解プロセスによって生成される水素は、ガス発酵のための供給原料として使用され得る。この水素は、追加の供給原料を提供し、かつ／又は発酵基質組成を改善するための手段として、産業プロセスからの供給原料とともに使用され得る。

電解プロセスの使用は、経済的に実行可能であるときに使用され得る。特定の実例では、電解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って、発酵プロセスの効率を高め得る。

一酸化炭素を生成するために電解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、石油精製及び関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性又は好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭及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、銅及び／又は合金鉄の製造及び／又は精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、並びに触媒プロセス（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、及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産業プロセスから捕捉され得る。更に、ＣＯ_２含有基質は、上述の供給源のうちの２つ以上の組み合わせから誘導され得る。

ガス流は通常、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、各供給源は、ＣＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２、及び様々な構成物の比率が異なる場合がある。変動する割合により、ガス流は、バイオリアクター及び／又は電解プロセスモジュールに導入される前に処理され得る。ガス流の処理には、微生物阻害剤及び／又は触媒阻害剤であり得る様々な構成物の除去及び／又は変換が含まれる。好ましくは、触媒阻害剤は、電解プロセスモジュールに渡される前に除去及び／又は変換され、微生物阻害剤は、バイオリアクターに渡される前に除去及び／又は変換される。

除去又は変換される必要があり得るガス流中の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、及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、当該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、以下：加水分解モジュール、酸性ガス除去モジュール、脱酸素化モジュール、接触水素化モジュール、微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、及びシアン化水素除去モジュールから選択され得る。

様々な実施形態では、電解プロセスの少なくとも一部分は、貯蔵部に送られ得る。特定の産業プロセスは、ガス状基質及び／又は液体基質の長期又は短期貯蔵のための貯蔵手段を含み得る。電解プロセスの少なくとも一部分が貯蔵部に送られる場合、電解プロセスは、産業プロセスによって利用される同じ貯蔵手段、例えば、製鋼所の既存のガスホルダーに送られ得る。電解プロセスの少なくとも一部分は、独立した貯蔵手段に送られ得、電解プロセスは、産業プロセスからのＣ１供給原料とは別に貯蔵される。特定の実例では、産業プロセス及び／又は１つ以上の電解プロセスのうちの一方又は両方からのこの貯蔵された供給原料は、後に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、本開示は、電解プロセスを含む統合プロセスを提供し、電解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得られる。特定の実例では、再生可能エネルギー源は、太陽、水、風、地熱、バイオマス、窒素、及び核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。更なる例として、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高めることに加えて、電解プロセスは、産業プロセスの効率を高め得る。産業プロセスの効率の上昇は、電解プロセス副生成物、すなわち、酸素の使用によって達成され得る。具体的には、電解プロセスのＯ_２副生成物は、Ｃ１生成産業プロセスによって使用され得る。多くのＣ１生成産業プロセスは、それらのプロセスで使用するＯ_２を生成することを余儀なくされる。しかしながら、電解プロセスからのＯ_２副生成物を利用することによって、Ｏ_２を生成するコストは、低減及び／又は排除され得る。

部分酸化反応を伴ういくつかのＣ１生成産業プロセスでは、Ｏ_２の投入が必要である。例示的な産業プロセスには、基本酸素炉（ＢＯＦ）反応、ＣＯＲＥＸ又は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、及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、及び石炭ガス化が含まれるが、これらに限定されない。これらの産業プロセスのうちの１つ以上では、二酸化炭素電解プロセスからのＯ_２を使用して、通常は空気分離によって供給されるＯ_２を相殺又は完全に置き換え得る。

所与の場所での電気価格の大きい差、及び発酵のためのガス源としての電解プロセスの効率に対する電気価格の影響により、電解プロセスの利用に対する柔軟なアプローチを有することは、かなり有利である。例えば、電気が比較的安価であるときに、電解プロセスを発酵のためのガス源として利用し、価格が高い期間中は使用を中断する。この需要応答型の電解プロセスの利用は、ガス発酵施設に莫大な価値を付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、及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、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の努力傾注分野において共通の一般知識の一部をなすという認識ではなく、そのように解釈されるべきではない。

本開示を説明する文脈において（特に、以下の特許請求の範囲の文脈において）、「ａ」及び「ａｎ」及び「ｔｈｅ」という用語並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、又は文脈と明らかに相反することがない限り、単数及び複数の両方を包含すると解釈されるものとする。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、別段の断りのない限り、非限定的な用語（すなわち、「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、又は方法の範囲を、特定の材料、又は工程、又は組成物、プロセス若しくは方法の基本的及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、「又は」）は、代替の一方、両方、又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、示される範囲、値、又は構造の±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、又は厚さ範囲は、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、及び適切な場合、その分数（整数の１０分の１、及び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、又は文脈と別段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例又は例示的な言葉（すなわち、「など」）の使用は、本発明をより良く解明することを単に意図し、別段の主張がない限り、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、本開示の実践に不可欠な任意の請求されていない要素を示すものと解釈されるべきではない。

本開示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、本開示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践されることを意図する。したがって、本開示は、適用法によって許可されたとおり、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及び同等物を含む。更に、そ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、本明細書に別段の指示がない限り、又は文脈と別段明らかに相反することがない限り、本開示によって包含される。

以下の実施例は、本開示の方法及びシステムを更に例示するが、いかなる方法によってもその範囲を制限すると解釈されるべきではない。

実施例１．２５日間連続のＣ．ｎｅｃａｔｏｒガス発酵にわたる主要ガス成分の、バイオリアクター液体体積１リットル当たりのガス取り込みのプロット。
水素は、エネルギー源であり、ＣＯ_２は、炭素源であった。供給ガス流は、１８．２１日目に失われ、約８時間後に回復した。発酵の長期安定性に有意な変化はなく、ガス回復後のいかなる変動も、運転の通常の操作変動の範囲内であった（図１）。水素は、エネルギー源であり、ＣＯ_２は、炭素源であった。ガス取り込みは、供給ガスの流れが止まった約８時間後のガス流の再開のすぐ後に回復した（図２）。

実施例２．Ｃ．ｎｅｃａｔｏｒガス発酵のための安定したバイオマス生成の例示的なプロット
水素は、エネルギー源として示され、ＣＯ_２は、炭素源であった。３０を超えるＯＤ６００（約３０ｇ／ＬのＤＣＷ Ｃ．ｎｅｃａｔｏｒバイオマスに相当）を有する４．５日の期間にわたる連続的で安定した生成が見られた（図３）。

実施例３．Ｃ．ｎｅｃａｔｏｒガス発酵における主要ガス成分の、バイオリアクター液体体積１リットル当たりの安定したガス取り込みのプロット
水素は、エネルギー源であり、ＣＯ_２は、炭素源であった。同じ４．５日の期間にわたる連続的で安定したガス取り込みが示された（図４）。

実施例４．発酵プロセスとの産業プロセス及び電解プロセスの統合を示す概略フロー図
（図５）は、発酵プロセス１３０との産業プロセス１１０及び電解プロセス１２０の統合を示す。発酵プロセス１３０は、産業プロセス１１０からのＣ１供給原料、及び／又は電解プロセス１２０からのガスを受容することができる。電解プロセス１２０は、発酵プロセス１３０に断続的に供給され得る。好ましくは、産業プロセス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１２０からのガスは、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、電解プロセス１１０からのガス及び産業プロセス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。

特定の実例では、電解プロセスは、ＣＯを含む。特定の実例では、電解は、Ｈ_２を含む。特定の実例では、電解プロセス１２０からのガスは、産業プロセス１１０からのＣ１供給原料の少なくとも一部分を置き換える。好ましくは、電解プロセスは、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト及び電解プロセス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分を置き換える。様々な実例では、電解プロセスは、電解プロセス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よりも低い場合、Ｃ１供給原料の少なくとも一部分を置き換える。

電解プロセスの単位当たりのコストは、電気のコストが削減された場合、Ｃ１供給原料の単位当たりのコストよりも低くなり得る。特定の事例では、電気が再生可能エネルギー源から供給されるため、電気のコストは削減される。特定の実例では、再生可能エネルギー源は、太陽、水、風、地熱、バイオマス、窒素、及び核からなる群から選択される。

電解プロセス１２０からのガスは、産業プロセス１１０からのＣ１供給原料を補充し得る。好ましくは、電解プロセスは、Ｃ１供給原料の供給が発酵プロセスに不十分である場合、Ｃ１供給原料を補充する。特定の実例では、電解プロセスは、電解プロセスの単位当たりのコスト及び発酵生成物１３６の単位当たりの価値の関数として、Ｃ１供給原料を補充する。特定の実例では、電解プロセスは、Ｃ１供給原料の単位当たりのコスト、電解プロセスの単位当たりのコスト、及び発酵生成物１３６の単位当たりの価値の関数として、Ｃ１供給原料を補充する。好ましくは、電解プロセス１２０からのガスは、電解プロセスの単位当たりのコストが発酵生成物１３６の単位当たりの価値よりも低い場合、Ｃ１供給原料を補充する。様々な実例では、Ｈ_２を含む電解プロセスによるＣＯ_２を含むＣ１供給原料の補充は、１つ以上の発酵生成物１３６中で固定されたＣＯ_２の量を増加させる。

一実施形態では、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するための方法であって、方法は、
ａ）電解プロセスにおいて、再生可能及び／又は非再生可能エネルギー源から生成された電気エネルギーの少なくとも一部分を断続的に処理して、少なくともＨ_２、Ｏ_２、又はＣＯを生成することと、
ｂ）電解プロセスからのＨ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを、バイオポリマーを生成することができる、液体栄養培地と微生物とを含む培養物を含有するバイオリアクターに断続的に渡すことと、
ｃ）培養物を発酵させることと、を含む。

一実施形態では、電解プロセスは、単位電気エネルギー当たりのコストを有する。

一実施形態では、ＣＯ及びＣＯ_２のうちの一方又は両方を含むＣ１供給原料を、産業プロセス又はシンガスプロセスからバイオリアクターに渡すことを更に含み、Ｃ１供給原料は、単位当たりのコストを有する。

一実施形態では、バイオポリマーは、単位当たりのコストを有する。

一実施形態では、電解プロセスにおいて生成されたＯ_２の少なくとも一部分を、燃焼又はガス化プロセスに渡して、二酸化炭素を生成することを更に含む。

一実施形態では、電気エネルギーは、再生可能エネルギー源によって生成される。

一実施形態では、再生可能エネルギー源は、太陽エネルギー、風力、波力、潮力、水力、地熱エネルギー、バイオマス及び／若しくはバイオ燃料燃焼、核、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

一実施形態では、断続的に渡すことは、最大約０～２、０～４、０～６、０～８、０～１０、０～１２、又は０～１６時間の、Ｈ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを連続的に渡すことと、Ｈ_２、Ｏ_２、及びＣＯのうちの少なくとも１つを渡さないこととの間の任意の期間を含む。

一実施形態では、電解プロセスは、単位電気エネルギー当たりのコストが、Ｃ１供給原料の単位当たりのコストよりも低い期間中、Ｃ１供給原料を補充するように操作される。

一実施形態では、微生物は、独立栄養細菌である。

一実施形態では、独立栄養細菌は、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒである。

一実施形態では、バイオポリマーは、ポリヒドロキシアルカノエートである。

一実施形態では、微生物は、高栄養タンパク質を共生成することができる。

一実施形態では、微生物を処理して、単一細胞タンパク質（ＳＣＰ）生成物を生成することを更に含む。

一実施形態では、微生物を処理して、無細胞タンパク質合成プラットフォームを生成することを更に含む。

一実施形態では、バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するためのシステムであって、システムは、
ａ）Ｈ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを生成するための、再生可能及び／又は非再生可能エネルギー源と断続的に流体連通している電解プロセスと、
ｂ）少なくともＣ１供給原料を生成するための産業プラントと、
ｃ）電解プロセスと断続的に流体連通している、かつ／又は産業プラントと連続的に流体連通しているバイオリアクターであって、バイオポリマーを生成することができる、微生物を断続的に増殖、発酵、並びに／又は培養及び収容するのに適した反応容器を備える、バイオリアクターと、を備える。

一実施形態では、電解プロセス、バイオリアクター、又は両方と流体連通している、少なくとも１つの酸素富化燃焼又はガス化ユニットを更に備え、酸素富化燃焼又はガス化ユニットは、二酸化炭素を生成するためのものである。

一実施形態では、発酵オフガス、水素、水、酸素、二酸化炭素、使用済み培地及び培地成分、微生物、又はそれらの組み合わせのための、回収システム、精製システム、富化システム、貯蔵システム、リサイクル又は更なる処理システムから選択される、バイオリアクターと流体連通している少なくとも１つの下流処理システムを更に備える。

一実施形態では、バイオリアクターと流体連通している細胞処理ユニットを更に備え、微生物は、単一細胞タンパク質（ＳＣＰ）及び／又は無細胞タンパク質合成プラットフォームに更に処理される。

一実施形態では、再生可能エネルギー源は、太陽エネルギー、風力、波力、潮力、水力、地熱エネルギー、バイオマス及び／若しくはバイオ燃料燃焼、核、又はそれらの任意の組み合わせから選択される。

一実施形態では、微生物は、独立栄養細菌である。

一実施形態では、独立栄養細菌は、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒである。

一実施形態では、断続的な流体連通は、最大約０～２、０～４、０～６、０～８、０～１０、０～１２、又は０～１６時間の、Ｈ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを連続的に渡すことと、Ｈ_２、Ｏ_２、及びＣＯのうちの少なくとも１つを渡さないこととの間の任意の期間を含む。

Claims (23)

1. バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するための方法であって、
   ａ）電解プロセスにおいて再生可能及び／又は非再生可能エネルギー源から生成された電気エネルギーの少なくとも一部分を断続的に処理して、少なくともＨ_２、Ｏ_２、又はＣＯを生成することと、
   ｂ）前記電解プロセスからのＨ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを、バイオポリマーを生成することができる、液体栄養培地と微生物とを含む培養物を含有するバイオリアクターに断続的に渡すことと、
   ｃ）前記培養物を発酵させることと、を含む、方法。
2. 前記電解プロセスが、単位電気エネルギー当たりのコストを有する、請求項１に記載の方法。
3. ＣＯ及びＣＯ_２のうちの一方又は両方を含むＣ１供給原料を、産業プロセス又はシンガスプロセスから前記バイオリアクターに渡すことを更に含み、前記Ｃ１供給原料が、単位当たりのコストを有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記バイオポリマーが、単位当たりのコストを有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記電解プロセスにおいて生成された前記Ｏ_２の少なくとも一部分を、燃焼又はガス化プロセスに渡して、二酸化炭素を生成することを更に含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記電気エネルギーが、再生可能エネルギー源によって生成される、請求項１に記載の方法。
7. 前記再生可能エネルギー源が、太陽エネルギー、風力、波力、潮力、水力、地熱エネルギー、バイオマス及び／若しくはバイオ燃料燃焼、核、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項６に記載の方法。
8. 断続的に渡すことが、最大約０～２、０～４、０～６、０～８、０～１０、０～１２、又は０～１６時間の、Ｈ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを連続的に渡すことと、Ｈ_２、Ｏ_２、及びＣＯのうちの少なくとも１つを渡さないこととの間の任意の期間を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記電解プロセスは、前記単位電気エネルギー当たりのコストが、Ｃ１供給原料の単位当たりのコストよりも低い期間中、Ｃ１供給原料を補充するように操作される、請求項２に記載の方法。
10. 前記微生物が、独立栄養細菌である、請求項１に記載の方法。
11. 前記独立栄養細菌が、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記バイオポリマーが、ポリヒドロキシアルカノエートである、請求項１に記載の方法。
13. 前記微生物が、高栄養タンパク質を共生成することができる、請求項１に記載の方法。
14. 前記微生物を処理して、単一細胞タンパク質（ＳＣＰ）生成物を生成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記微生物を処理して、無細胞タンパク質合成プラットフォームを生成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
16. バイオポリマーの形態でエネルギーを貯蔵するためのシステムであって、
    ａ）Ｈ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを生成するための、再生可能及び／又は非再生可能エネルギー源と断続的に流体連通している電解プロセスと、
    ｂ）少なくともＣ１供給原料を生成するための産業プラントと、
    ｃ）前記電解プロセスと断続的に流体連通している、かつ／又は前記産業プラントと連続的に流体連通しているバイオリアクターであって、バイオポリマーを生成することができる、微生物を断続的に増殖、発酵、並びに／又は培養及び収容するのに適した反応容器を備える、バイオリアクターと、を備える、システム。
17. 前記電解プロセス、前記バイオリアクター、又は両方と流体連通している、少なくとも１つの酸素富化燃焼又はガス化ユニットを更に備え、前記酸素富化燃焼又はガス化ユニットが、二酸化炭素を生成するためのものである、請求項１６に記載のシステム。
18. 発酵オフガス、水素、水、酸素、二酸化炭素、使用済み培地及び培地成分、微生物、又はそれらの組み合わせのための、回収システム、精製システム、富化システム、貯蔵システム、リサイクル又は更なる処理システムから選択される、前記バイオリアクターと流体連通している少なくとも１つの下流処理システムを更に備える、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記バイオリアクターと流体連通している細胞処理ユニットを更に備え、前記微生物が、単一細胞タンパク質（ＳＣＰ）及び／又は無細胞タンパク質合成プラットフォームに更に処理される、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記再生可能エネルギー源が、太陽エネルギー、風力、波力、潮力、水力、地熱エネルギー、バイオマス及び／若しくはバイオ燃料燃焼、核、又はそれらの任意の組み合わせから選択される、請求項１６に記載のシステム。
21. 前記微生物が、独立栄養細菌である、請求項１６に記載のシステム。
22. 前記独立栄養細菌が、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒである、請求項２１に記載のシステム。
23. 断続的な流体連通が、最大約０～２、０～４、０～６、０～８、０～１０、０～１２、又は０～１６時間の、Ｈ_２、Ｏ_２、又はＣＯのうちの少なくとも１つを連続的に渡すことと、Ｈ_２、Ｏ_２、及びＣＯのうちの少なくとも１つを渡さないこととの間の任意の期間を含む、請求項１６に記載のシステム。