JP7273834B2 - 炭素変換効率を改善するためのプロセス - Google Patents

Description

本発明は、炭素変換効率を改善するためのプロセスおよび方法に関する。特に、本発明は、一酸化炭素消費プロセスと産業プロセスとの組み合わせに関し、ここで、産業プロセスからのガスは、処理および変換を受け、一酸化炭素消費プロセスによって生成された二酸化炭素は、リサイクルされて生成物の収率が増加する。

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

フィッシャー－トロプシュ法などの触媒プロセスを使用して、ＣＯ_２、一酸化炭素（ＣＯ）、および／または水素（Ｈ_２）を含有するガスを、様々な燃料およ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。特に、Ｃ１固定微生物は、ＣＯ_２、ＣＯ、ＣＨ_４、および／またはＨ_２を含有するガスを、エタノールおよび２，３－ブタンジオールなどの生成物に変換することが示されている。

そのようなガスは、例えば、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連付けられたプロセス、石油化学生産、コークス生産、嫌気性または好気性消化、ガス化、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、アルミニウム、銅および／またはフェロアロイの生産および／または精製、地質貯留層、フィッシャートロプシュ法、メタノール生産、熱分解、水蒸気メタン改質、乾燥メタン改質、バイオガスまたは天然ガスの部分酸化、ならびにバイオガスまたは天然ガスの自己熱改質からのガス放出を含む、産業プロセスから得られる場合がある。

Ｃ１固定発酵プロセスなどのＣＯ消費プロセスでこれらのガスの使用を最適化するために、産業用ガスでは、処理と変換の組み合わせが必要になる場合がある。したがって、産業用ガスの処理および変換のためのプロセスを含むＣＯ消費プロセスと産業プロセスの改善された統合の必要性が残っており、それによって炭素変換効率が最適化される。

本発明が従来技術に勝る特定の利点および進歩を提供することは、上記の背景に反する。

本明細書で開示される本発明は特定の利点または機能に限定されないが、本発明は、炭素変換効率を改善するためのプロセスを提供し、ここで、プロセスは、ＣＯ_２含有ガス状基質を、産業プロセスから第１の除去モジュールに渡して、ＣＯ_２含有ガス状基質から少なくとも１つの構成物を除去し、第１のＣＯ_２処理済みガス流を生成することと、第１のＣＯ_２処理済みガス流をＣＯ_２電解モジュールに渡して、第１のＣＯ_２処理済みガス流の少なくとも一部分を変換し、ＣＯ富化流および第１のＯ_２富化流を生成することと、ＣＯ富化流の少なくとも一部分をＣＯ消費プロセスに渡すことと、を含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様において、産業プロセスからのＣＯ_２含有ガス状基質は、最初に圧力モジュールに渡されて、加圧されたＣＯ_２含有ガス流を生成し、加圧されたＣＯ_２含有ガス流は、第１の除去モジュールに渡される。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、プロセスは、第１のＯ_２富化流の少なくとも一部分を、直接的に産業プロセスに渡すことと、第１のＯ_２富化流の少なくとも一部分をＯ_２分離モジュールに渡して、第２のＯ_２富化流およびＯ_２リーン流を生成することと、のうちの１つ以上をさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、プロセスは、第２のＯ_２富化流の少なくとも一部分を、産業プロセスに渡すことと、Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分を、ＣＯ_２電解モジュールに渡すことと、Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分を、ＣＯ消費プロセスに渡すことと、のうちの１つ以上をさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、プロセスは、産業プロセスからのＣＯ_２含有ガス状基質の少なくとも一部分および／または第１のＣＯ_２処理済みガス流の少なくとも一部分を、第１のＣＯ_２濃縮モジュールに渡して、第１のＣＯ_２濃縮流および第１のＣＯ_２リーン流を生成することをさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、プロセスは、第１のＣＯ_２濃縮流の少なくとも一部分を、第１の除去モジュールおよびＣＯ_２電解モジュールのうちの１つ以上に渡すことをさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、第１のＣＯ_２リーン流は、ＣＯおよび／またはＨ_２を含み、プロセスは、第１のＣＯ_２リーン流の少なくとも一部分をＣＯ消費プロセスに渡すことをさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、プロセスは、ＣＯ富化流の少なくとも一部分を圧力モジュールに渡して、加圧されたＣＯ流を生成することと、加圧されたＣＯ流の少なくとも一部分をＣＯ消費プロセスに渡すことと、を含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、プロセスは、水基質をＨ_２電解モジュールに渡して、Ｈ_２富化流を生成することと、Ｈ_２富化流の少なくとも一部分を、ＣＯ消費プロセスに渡すことと、をさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、ＣＯ消費プロセスは、ＣＯ_２を含むテールガスを生成する。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、プロセスは、ＣＯ_２を含むテールガスの少なくとも一部分を、第１の除去モジュールまたは第２の除去モジュールに渡して、テールガスから少なくとも１つの構成物を除去し、第２のＣＯ_２処理済みガス流を生成することと、ＣＯ_２を含むテールガスの少なくとも一部分を第２のＣＯ_２濃縮モジュールに渡して、第２のＣＯ_２濃縮流および第２のＣＯ_２リーン流を生成することと、のうちの１つ以上をさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、ＣＯ_２を含むテールガスの少なくとも一部分は、圧力モジュールに渡されて、加圧されたテールガス流を生成し、加圧されたテールガス流は、第１の除去モジュールおよび／または第２の除去モジュールに渡される。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様において、プロセスは、第２のＣＯ_２濃縮流の少なくとも一部分を、第１の除去モジュールまたは第２の除去モジュールに渡して、テールガスから少なくとも１つの構成物を除去し、第２のＣＯ_２処理済みガス流を生成することをさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、プロセスは、第２のＣＯ_２処理済みガス流の少なくとも一部分を、ＣＯ_２電解モジュールに渡すことをさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、産業プロセスからのＣＯ_２含有ガス状基質は、ＣＯ、Ｈ_２、およびＣＨ_４のうちの１つ以上をさらに含む。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、産業プロセスは、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連付けられたプロセス、石油化学生産、コークス生産、嫌気性または好気性消化、ガス化、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、アルミニウム、銅および／またはフェロアロイの生産および／または精製、地質貯留層、フィッシャートロプシュ法、メタノール生産、熱分解、水蒸気メタン改質、乾燥メタン改質、バイオガスまたは天然ガスの部分酸化、ならびにバイオガスまたは天然ガスの自己熱改質、を含む群から選択される。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、ＣＯ_２含有ガス状基質は、少なくとも２つ以上の源の混合物に由来する。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、第１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、およびシアン化水素研磨モジュール、からなる群から選択される。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様において、ＣＯ_２含有ガス基質から除去される少なくとも１つの構成物は、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、酸素、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、タール、およびナフタレン、からなる群から選択される。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、ＣＯ消費プロセスは、少なくとも１つのカルボキシド栄養性細菌の培養物を含む発酵プロセスである。カルボキシド栄養性微生物は、カルボキシド栄養性細菌であってもよい。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、カルボキシド栄養性細菌は、ムーレラ、クロストリジウム、ルミノコッカス、アセトバクテリウム、ユーバクテリウム、ブチリバクテリウム、オキソバクター、メタノサルシナ、およびデスルホトクマクルムを含む群から選択される。本明細書に記載されるプロセスのいくつかの態様では、カルボキシド栄養性細菌は、クロストリジウム自己エタノゲナムである。

本明細書に記載のプロセスのいくつかの態様では、発酵プロセスは、エタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、乳酸塩、ブテン、ブタジエン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３－ヒドロプロピオン酸塩、テルペン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、および１－プロパノールからなる群から選択される、発酵生成物を生成する。

図１Ａは、除去モジュール、ＣＯ_２電解モジュール、および任意のＨ_２電解モジュールを、ＣＯ消費プロセスと統合するプロセス統合スキームを示している。 図１Ｂは、除去モジュール、ＣＯ_２電解モジュール、および任意のＨ_２電解モジュールを、ＣＯ消費プロセスと統合するプロセス統合スキームを示している。図１Ｂは、除去モジュールの前の圧力モジュールをさらに示している。 図１Ｃは、除去モジュール、ＣＯ_２電解モジュール、および任意のＨ_２電解モジュールを、ＣＯ消費プロセスと統合するプロセス統合スキームを示している。図１Ｃは、ＣＯ消費プロセス前の圧力モジュールをさらに示している。 除去モジュール、ＣＯ_２電解モジュール、任意のＯ_２分離モジュール、および任意のＨ_２電解モジュールと、ＣＯ消費プロセスとの統合を示すプロセス統合スキームを示している。 除去モジュール、ＣＯ_２電解モジュール、任意のＨ_２電解モジュール、および任意のＯ_２分離モジュールの前の任意のＣＯ_２濃縮モジュールと、ＣＯ消費プロセスとの統合を示すプロセス統合スキームを示している。 除去モジュール、ＣＯ_２電解モジュール、任意のＨ_２電解モジュール、および任意のＯ_２分離モジュールの後の任意のＣＯ_２濃縮モジュールと、ＣＯ消費プロセスとの統合を示すプロセス統合スキームを示している。 任意の圧力モジュールの後のＨ_２電解モジュールの統合を示すプロセス統合スキームを示しており、ここで、Ｈ_２電解モジュールからのガスの一部分は、ＣＯ消費プロセスに渡される前に、ＣＯ_２電解モジュールからのガスと混合される。 ＣＯ_２電解モジュールの後のさらなる除去モジュールの統合を示すプロセス統合スキームを示している。

本発明者らは、ＣＯ_２生成産業プロセスとＣＯ消費プロセスとの統合、ならびにＣＯ_２電解プロセス前の除去プロセスが、ＣＯ_２生成産業プロセス、およびＣ１固定発酵プロセスであり得るＣＯ消費プロセスに実質的な利益を提供することができることを特定した。

「産業プロセス」という用語は、化学的、物理的、電気的、および／または機械的ステップを含む物質を生成、変換、精製、改質、抽出、また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、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連付けられたプロセス、石油化学生産、コークス生産、嫌気性または好気性消化、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、石炭およ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、銅および／またはフェロアロイの生産および／または精製、地質貯留層、フィッシャートロプシュ法、メタノール生産、熱分解、水蒸気メタン改質、乾燥メタン改質、バイオガスまたは天然ガスの部分酸化、ならびにバイオガスまた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、基質および／またはＣ１炭素源は、任意の簡便な方法を使用して、それが大気中に放出される前に産業プロセスから捕捉されてもよい。

「産業プロセスからのガス」、「産業プロセスからのガス源」、および「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、産業プロセスの副産物、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、および／また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また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）、またはメタノール（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、またはＣＨ_３ＯＨを指す。「Ｃ１炭素源」は、本発明の微生物のための部分的または唯一の炭素源として機能する１炭素分子を指す。例えば、Ｃ１炭素源は、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４、ＣＨ_３ＯＨ、またはギ酸（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およびＣＯ_２のうちの１つまたは両方を含む。「Ｃ１固定微生物」は、Ｃ１炭素源から１つ以上の生成物を生成する能力を有する微生物である。典型的には、本発明の微生物は、Ｃ１固定細菌である。

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

「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およ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」、または「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、典型的には、かなりの割合のＣＯ_２、好ましくは少なくとも約５体積％～約１００体積％のＣＯ_２を含有する。さらに、ガス状基質は、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、および／または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、およびＣＨ_４は、「エネルギーリッチガス」と呼ばれることがある。

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

用語「効率を高める」、「高められた効率」などは、ＣＯ_２および／またはＣＯを、生成物および／または生成物濃度の増加に変換する速度の増加などの、反応の速度および／また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および／または生成物生成速度、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または生成レベル、ならびに発酵の他の副産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「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および／または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。

「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つの生成物ならびに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、ここでＣＯは加圧下でメタノールと反応する。

「ガス流」とは、例えば、ある１つのモジュールから別の１つのモジュールへ、１つのモジュールからＣＯ消費プロセスへ、および／または１つのモジュールから炭素捕捉手段へと通過することができる基質の流れを指す。

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、各ソースは、ＣＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２、および様々な構成物の比率が異なる場合がある。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、微生物阻害剤および／または触媒阻害剤であり得る様々な構成物の除去および／または変換が含まれる。好ましくは、触媒阻害剤は、電気分解モジュールに渡される前に除去および／または変換され、微生物阻害剤は、ＣＯ消費プロセスに渡される前に除去および／または変換される。追加的に、ガス流は、ＣＯおよび／または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。

「除去モジュール」、「汚染物質除去モジュール」、「クリーンアップモジュール」、「処理モジュール」などには、ガス流から少なくとも１つの構成物を変換すること、および／または除去することのいずれかを行うことができる技術が含まれる。除去モジュールの非限定的な実施例には、加水分解モジュール、酸性ガス除去モジュール、脱酸素モジュール、接触水素化モジュール、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、およびシアン化水素研磨モジュールが含まれる。

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および／または触媒阻害剤を指す。特定の実施形態では、構成物は、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、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、タール、およびナフタレンを含むが、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、ＣＯ_２を含まない。

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

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

特定の実例では、除去された少なくとも１つの構成物は、発酵ステップによって生成、導入、および／または濃縮される。これらの構成物のうちの１つ以上は、発酵後のガス状基質に存在してもよい。例えば、Ｈ_２Ｓの形態の硫黄は、発酵ステップにより生成、導入、および／または濃縮され得る。特定の実施形態では、硫化水素が、発酵ステップで導入される。様々な実施形態において、発酵後のガス状基質は、硫化水素の少なくとも一部分を含む。硫化水素は、触媒阻害剤であり得る。そのため、硫化水素は、特定の電解モジュールを阻害している可能性がある。非阻害性の発酵後のガス状基質を電解槽に渡すために、硫化水素の少なくとも一部分、また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。別の実施形態では、アセトンは、発酵ステップによって生成されてもよく、木炭は、除去モジュールとして使用されてもよい。

「処理済みガス」および「処理済みガス流」という用語は、少なくとも１つの除去モジュールを通過し、かつ１つ以上の構成物が除去および／または変換されたガス流を指す。例えば、「ＣＯ_２処理済みガス流」とは、１つ以上の除去モジュールを通過したＣＯ_２含有ガスを指す。

「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において、濃縮モジュールからのガス流は、炭素捕捉および隔離（ＣＣＳ）ユニットまたは強化油回収（ＥＯＲ）ユニットに渡される。

「電解モジュール」および「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。電気分解技術は、当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、プロトンまたは陰イオン交換膜（ＰＥＭ、ＡＥＭ）電解、および固体酸化物電解（ＳＯＥ）（Ｕｒｓｕａ ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ １００（２）：４１０－４２６， ２０１２； Ｊｈｏｎｇ ｅｔ ａｌ．， Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２：１９１－１９９， 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以下では、電解反応は吸熱性である。電解モジュールの熱中性電圧以上では、電解反応は発熱性である。いくつかの実施形態では、電気分解モジュールは、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およびＯ_２に分割することができるユニットを意味し、２ＣＯ_２＋電気→２ＣＯ＋Ｏ_２の化学量論的反応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、および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」および「Ｈ_２Ｏ電解モジュール」は、Ｈ_２Ｏを、蒸気の形態でＨ_２およびＯ_２に分割することができるユニットを指し、２Ｈ_２Ｏ＋電気→２Ｈ_２＋Ｏ_２の化学量論的反応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、電気分解によって生成されたＨ_２を、Ｃ１含有ガス状基質と混合することができる。

Ｈ_２および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またはＣＯ（および未反応の水蒸気または未反応の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（および潜在的に他のガス）を含む。電気分解プロセスに渡される供給原料の組成物は、ＣＯ流れ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および／または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。さらに、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／または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」または「Ｏ_２リッチガス」とも呼ばれる）と、Ｏ_２を含まないか、または微量のＯ_２のみを含む主にＯ_２を含まない流れ（「Ｏ_２リーン流」または「Ｏ_２枯渇流」とも呼ばれる）と、に分離することができる。

本明細書で使用するとき、用語「富化流」、「リッチガス」、「高純度ガス」などは、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、モジュールへの入力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基質が通過する際に生成され得る。「Ｏ_２富化流」は、ＣＯ_２または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、用語「リーン流」、「枯渇ガス」などは、濃縮モジュールまた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、モジュールへの入力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、または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、および／または微生物阻害剤もしくは触媒阻害剤などの成分を含んでもよい。ＣＯ_２リーン流は、微量のＣＯ_２を含み得るか、またはＣＯ_２を含まなくてもよい。

特定の実施形態では、本発明は、ガス流の圧力を増加および／または減少し得る統合プロセスを提供する。用語「圧力モジュール」とは、ガス流の圧力を生成（すなわち、増加）また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および／またはバルブを介して増加および／または減少され得る。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、また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また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、および／または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（または並行して取り込まれなかった）未反応ＣＯ、未反応Ｈ_２、および／または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、および／または電解モジュールのうちの１つ以上にさらに渡されてもよい。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。

「所望の組成物」という用語は、例えばガス流などの物質中の望ましいレベルおよびタイプの成分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、および／またはＣＯ_２）を含む、および／もしくは特定の割合で特定の成分を含む、ならびに／または特定の成分（すなわち、微生物に有害な汚染物質）を含まない、および／もしくは特定の割合で特定の成分を含まない場合に、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を含有することは必要ではないが、Ｈ_２の存在は、本発明の方法による生成物形成に有害であるべきではない。特定の実施形態において、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。一実施形態において、基質は、約３０体積％以下のＨ_２、２０体積％以下のＨ_２、約１５体積％以下のＨ_２、または約１０体積％以下のＨ_２を含む。他の実施形態において、基質流は、低濃度のＨ_２を、例えば、５％未満、もしくは４％未満、もしくは３％未満、もしくは２％未満、もしくは１％未満を含むか、または実質的に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、または１体積％～約３０体積％のＣＯなどの、ある程度のＣＯを含有し得る。一実施形態において、基質は、約２０体積％以下のＣＯを含む。特定の実施形態において、基質は、約１５体積％以下のＣＯ、約１０体積％以下のＣＯ、約５体積％以下のＣＯを含むか、または実質的にＣＯを含まない。

基質組成を改善して、望ましいまたは最適なＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２比を提供することができる。望ましいＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２比は、発酵プロセスの望ましい発酵生成物に依存する。エタノールの場合、最適なＨ_２：ＣＯ：ＣＯ_２比は、

のようになり、ここでｘ＞２ｙであり、エタノール生産の化学量論を満たすために、以下のようになる。

Ｈ_２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の量を減らすという追加の利点がある。例えば、最小限のＨ_２を含むガス状基質は、通常、次の化学量論：６ＣＯ＋３Ｈ_２Ｏ→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋４ＣＯ_２により、エタノールおよびＣＯ_２を生成する。Ｈ_２の量がＣ１固定細菌の増加によって利用される場合、ＣＯ_２生成量が減少し、すなわち、２ＣＯ＋４Ｈ_２→Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋Ｈ_２Ｏである。

ＣＯがエタノール生成の唯一の炭素およびエネルギー源である場合、次のように炭素の一部分がＣＯ_２に失われる。

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。化学量論比が１：２（ＣＯ／Ｈ_２）の場合、ＣＯ_２の生成は、完全に回避される。

基質の組成は、反応の効率および／または費用に著しい影響を及ぼし得る。例えば、Ｏ_２の存在は、嫌気性発酵プロセスの効率を低減し得る。基質の組成に応じて、基質を処理、スクラブ、または濾過して、毒素、望ましくない成分、またはちり粒子などのいかなる望ましくない不純物も除去すること、および／または所望の成分の濃度を増加させることが望ましくあり得る。また、ＣＯ消費プロセスによって生成されたＣＯ_２をＣＯ_２電解モジュールにリサイクルすることにより、炭素捕獲を増加させることができ、それによってＣＯ消費プロセスの歩留まりを改善することができる。ＣＯ消費プロセスにより生成したＣＯ_２は、ＣＯ_２電解モジュールを通過する前に処理され得る。

いくつかの実施形態において、ＣＯ消費プロセスは、バイオリアクタで実施される。「バイオリアクタ」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（ＨＦＭ ＢＲ）などの膜反応器、または気液接触に適した他の容器もしくは他のデバイスを含む、１つ以上の容器および／もしくは塔、または配管配置からなる発酵デバイスを含む。反応器は、好ましくは、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２またはそれらの混合物を含むガス状基質を受容するように適合されている。反応器は、並列または直列のいずれかで、複数の反応器（段）を備えることができる。例えば、反応器は、細菌が培養される第１の増殖反応器と、増殖反応器からの発酵ブロスが供給され、発酵生成物の大部分が生成され得る第２の発酵反応器とを備えることができる。

上昇した圧力でバイオリアクタを操作することは、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の必要な体積を示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクタの体積、およびその結果として培養／発酵装置の資本コストを大幅に低減することができる。これはさらに、バイオリアクタ中の液体体積を入力ガス流速で除算したものと定義される保持時間が、バイオリアクタが大気圧よりも上昇した圧力に維持されるときに減少され得ることを意味する。最適反応条件は、使用される特定の微生物に部分的に依存する。しかしながら、一般的には、大気圧より高い圧力で発酵を行うことが好ましい。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ所望の保持時間を達成することがバイオリアクタの必要な体積をさらに示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクタの体積、およびその結果として発酵装置の資本コストを大幅に低減することができる。

文脈上別段の要求がない限り、本明細書で使用される「発酵」、「発酵プロセス」、または「発酵反応」などの句は、ガス状基質の成長段階および生成物生合成段階の両方を包含することを意図している。特定の実施形態において、発酵は、糖、デンプン、リグニン、セルロース、またはヘミセルロースなどの炭水化物基質の不在下で実施される。

培養物は概して、微生物の増殖を可能にするのに十分な栄養素、ビタミン、および／または無機物を含有する、水性培養培地で維持される。「栄養培地」、「複数の栄養培地」、および「培養培地」は、細菌増殖培地を説明するために使用される。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。「栄養素」という用語は、微生物の代謝経路において利用され得る任意の物質を含む。例示的な栄養素には、カリウム、ビタミンＢ、微量金属、およびアミノ酸が含まれる。

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

本発明の微生物は、１つ以上の生成物を生成するようにガス流と共に培養され得る。例えば、本発明の微生物は、エタノール（ＷＯ２００７／１１７１５７）、アセテート（ＷＯ２００７／１１７１５７）、ブタノール（ＷＯ２００８／１１５０８０およびＷＯ２０１２／０５３９０５）、ブチレート（ＷＯ２００８／１１５０８０）、２，３－ブタンジオール（ＷＯ２００９／１５１３４２およびＷＯ２０１６／０９４３３４）、ラクテート（ＷＯ２０１１／１１２１０３）、ブテン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、ブタジエン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、メチルエチルケトン（２－ブタノン）（ＷＯ２０１２／０２４５２２およびＷＯ２０１３／１８５１２３）、エチレン（ＷＯ２０１２／０２６８３３）、アセトン（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、イソプロパノール（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、脂質（ＷＯ２０１３／０３６１４７）、３－ヒドロキシプロピオネート（３－ＨＰ）（ＷＯ２０１３／１８０５８１）、イソプレンを含むテルペン（ＷＯ２０１３／１８０５８４）、脂肪酸（ＷＯ２０１３／１９１５６７）、２－ブタノール（ＷＯ２０１３／１８５１２３）、１，２－プロパンジオール（ＷＯ２０１４／０３６１５２）、１－プロパノール（ＷＯ２０１４／０３６９１５２）、コリスメート由来生成物（ＷＯ２０１６／１９１６２５）、３－ヒドロキシブチレート（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、および１，３－ブタンジオール（ＷＯ２０１７／００６６４９８）を生成することができるか、またはそれらを生成するように操作され得る。これらの標的の生成物の１つ以上に加えて、本発明の微生物はまた、エタノール、アセテート、および／または２，３－ブタンジオールを生成することができる。特定の実施形態において、微生物バイオマス自体が生成物と見なされ得る。これらの生成物をさらに変換して、ディーゼル、ジェット燃料、および／またはガソリンのうちの少なくとも１つの成分を生成することができる。追加的に、微生物バイオマスをさらに処理して、単一細胞タンパク質（ＳＣＰ）を生成することができる。

「微生物」は、顕微鏡生物、特に細菌、古細菌、ウイルス、または真菌である。典型的には、本発明の微生物は一般的には細菌である。本明細書で使用される場合、「微生物」の引用は、「細菌」を網羅するものと解釈されるべきである。

「親微生物」は、本発明の微生物を生成するために使用される微生物である。親微生物は、天然に存在する微生物（即ち、野生型微生物）または以前に修飾されたことのある微生物（即ち、変異体または組換え微生物）であり得る。本発明の微生物は、親微生物において発現または過剰発現されていなかった１つ以上の酵素を発現または過剰発現させるように修飾され得る。同様に、本発明の微生物は、親微生物に含まれていない１つ以上の遺伝子を含むように修飾され得る。本発明の微生物はまた、親微生物において発現された１つ以上の酵素を発現しないように、またはそれより少ない量を発現させるように修飾され得る。一実施形態において、親微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉである。好ましい実施形態において、親微生物は、２０１０年６月７日にドイツのＤ－３８１２４ Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｉｅｇ、Ｉｎｈｏｆｆｅｎｓｔｒａβ ７Ｂに位置するＤｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ（ＤＳＭＺ）にブダペスト条約の条項下で２０１０年６月７日に寄託され、受託番号ＤＳＭ２３６９３を付与されたＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１である。この菌株は、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、または微生物を生成するように、核酸、タンパク質、または微生物が異なる（例えば、親または野生型）核酸、タンパク質、または微生物から修飾または適合されることを示す。そのような修飾または適合は、典型的には、核酸または遺伝子の挿入、欠失、変異、または置換を含む。一般的に、本発明の微生物は、親微生物から誘導される。一実施形態では、本発明の微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉから誘導される。好ましい実施形態において、本発明の微生物は、ＤＳＭＺ受託番号ＤＳＭ２３６９３の下で寄託される、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１から誘導される。

本発明の微生物は、機能特性に基づいてさらに分類され得る。例えば、本発明の微生物は、Ｃ１固定微生物、嫌気性細菌、アセトゲン、エタノロゲン、カルボキシド栄養生物、および／もしくはメタン資化性菌であり得るか、またはそれらから誘導され得る。

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

「嫌気性細菌」は、増殖のためにＯ_２を必要としない微生物である。嫌気性細菌は、Ｏ_２が特定の閾値を超えて存在する場合、負の反応を起こし得るか、もしくは死滅し得る。しかしながら、いくつかの嫌気性細菌は、低レベルのＯ_２（すなわち、０．０００００１～５％のＯ_２）を許容することができる。典型的には、本発明の微生物は、嫌気性細菌である。

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

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

「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および／またはＣＯ_２などの無機炭素源を使用する。典型的には、本発明の微生物は、独立栄養生物である。

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

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

表１は、微生物の代表的なリストを提供し、微生物の機能特性を特定する。

「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、および２，３－ブタンジオールは、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、およびＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉの天然生成物である。「非天然生成物」は、遺伝子修飾された微生物によって生成されるが、遺伝子修飾された微生物が由来する遺伝子修飾されていない微生物によって生成されない生成物である。

「選択性」は、微生物によって生成される全発酵生成物の生成に対する標的生成物の生成の比率を指す。本発明の微生物は、特定の選択性で、または最小の選択性で生成物を生成するように操作され得る。一実施形態において、標的生成物は、本発明の微生物によって生成される全発酵生成物のうちの少なくとも約５％、１０％、１５％、２０％、３０％、５０％、または７５％を占める。一実施形態において、標的生成物は、本発明の微生物が少なくとも１０％の標的生成物に対して選択性を有するように、本発明の微生物によって生成される全発酵生成物のうちの少なくとも１０％を占める。別の一実施形態において、標的生成物は、本発明の微生物が少なくとも３０％の標的生成物に対して選択性を有するように、本発明の微生物によって生成される全発酵生成物のうちの少なくとも３０％を占める。

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

標的生成物は、例えば、分留、蒸発、浸透蒸発、ガスストリッピング、相分離、および、例えば、液－液抽出を含む抽出発酵など、当該技術分野で既知の任意の方法またはその組み合わせを使用して、発酵ブロスから分離または精製され得る。特定の実施形態において、標的生成物は、ブロスの一部分をバイオリアクタから連続的に取り出し、微生物細胞をブロスから（濾過により簡便に）分離し、１つ以上の標的生成物をブロスから回収することによって、発酵ブロスから回収される。アルコールおよび／またはアセトンは、例えば、蒸留によって回収され得る。酸は、例えば、活性炭上での吸着によって回収され得る。分離された微生物細胞は、好ましくは、バイオリアクタに戻される。標的生成物が取り出された後に残っている無細胞透過液も、好ましくは、バイオリアクタに戻される。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、バイオリアクタに戻され得る。

図１Ａは、産業プロセス１１０、１つ以上の除去モジュール１２０、ＣＯ_２電解プロセス１３０、任意のＨ_２電解プロセス１６０、およびＣＯ消費プロセス１４０の統合のためのプロセスを示す。産業プロセス１１０からのＣＯ_２含有ガスは、導管１１２を介して１つ以上の除去モジュール１２０に供給されて、１つ以上の構成物１２８を除去および／または変換する。次いで、１つ以上の除去モジュール１２０からの処理済みガスは、ガス流の少なくとも一部分の変換のために、導管１２２を介してＣＯ_２電解モジュール１３０に供給される。いくつかの実施形態において、産業プロセス１１０からのＣＯ_２含有ガスは、ガス流の少なくとも一部分の変換のために、導管１１４を介してＣＯ_２電解モジュール１３０に直接的に供給され、この実施形態では、硫黄などの構成物は、産業プロセスを通過する前に除去されてもよい。任意で、Ｏ_２の少なくとも一部分は、導管１３６を介してＣＯ_２電解モジュール１３０から産業プロセス１１０に供給されてもよい。変換されたガス流の少なくとも一部分は、導管１３２を介して、ＣＯ_２電解モジュール１３０からＣＯ消費プロセス１４０に渡される。いくつかの実施形態において、水基質は、水基質の少なくとも一部分の変換のために、導管１６２を介してＨ_２電解モジュール１６０に供給され、Ｈ_２富化流は、導管１６４を介してＣＯ消費プロセス１４０に渡される。任意で、Ｏ_２の少なくとも一部分は、導管１６６を介して、Ｈ_２電解モジュール１６０から産業プロセス１１０に供給されてもよい。ＣＯ消費プロセス１４０は、少なくとも１つの生成物１４６およびＣＯ消費プロセス後のガス状基質を生成する。

図１ＡのＣＯ消費プロセス１４０は、ガス発酵プロセスであり得、接種機および／または１つ以上のバイオリアクタで起こり得る。例えば、ＣＯ消費プロセス１４０は、少なくとも１つのＣ１固定微生物の培養物を含むバイオリアクタにおけるガス発酵プロセスであり得る。ＣＯ消費プロセス１４０がガス発酵プロセスである実施形態では、培養物を発酵させて、１つ以上の発酵生成物１４６および発酵後のガス状基質（ＣＯ消費プロセスガス状基質）を生成することができる。

いくつかの実施形態では、図１ＡのＣＯ消費プロセス１４０は、ＣＯ_２生成反応ステップを含む。ＣＯ消費後のプロセスガス状基質がＣＯ_２を含む実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質の少なくとも一部分は、導管１４２を介して１つ以上の除去モジュール１５０に渡されて、１つ以上の構成物１５８を除去および／または変換する。次いで、ＣＯ_２を含む処理済みガス流は、ガス流のうちの少なくとも一部分の変換のために、導管１５２を介してＣＯ_２電解モジュール１３０に渡される。特定の実施形態では、ＣＯ消費後のプロセスガス状基質は、導管１４２を介して、産業プロセス１１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る同じ１つ以上の除去モジュール１２０に渡される。様々な実施形態において、ＣＯ消費後のプロセスガス状基質は、産業プロセス１１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る１つ以上の除去モジュール１２０、および１つ以上の除去モジュール１５０に渡されてもよい。ＣＯ消費プロセス後のガス状基質を処理および電解するこのプロセスは、炭素捕獲効率を高めることがわかっている。

特定の実施形態では、図１Ａの除去モジュール１５０によって除去された少なくとも１つの構成物は、ガス発酵プロセスなどのＣＯ消費プロセス１４０によって生成、導入、および／または濃縮される。様々な実施形態において、発酵ステップにより生成、導入、および／または濃縮される１つ以上の構成物は、硫黄を含む。特定の実例では、硫化水素などの硫黄が、ＣＯ消費プロセス１４０に導入される。この硫黄は、ＣＯ_２電解モジュール１３０の効率を低下させることがわかった。除去モジュール１５０は、ＣＯ消費後のプロセスガス状基質がＣＯ_２電解モジュール１３０に渡される前に、ＣＯ消費後のプロセスガス状基質中の硫黄の量を減少させることに成功したことがわかった。ＣＯ_２電解モジュール１３０の前の除去モジュール１５０の使用は、ＣＯ_２電解モジュール１３０の効率を増加させることがわかった。

本発明者らは、ＣＯ_２およびＨ_２電解プロセスのＯ_２副産物が、Ｃ１を生成する産業プロセスのためのさらなる利点を提供することができることを特定した。本発明の発酵プロセスは嫌気性プロセスであるが、発明者らは、図１Ａの導管１３６を通過したＯ_２などのＣＯ生成プロセスのＯ_２副産物がＣ１生成産業プロセスで使用され得ることを特定した。ＣＯ_２電解プロセスの高純度Ｏ_２副産物は、産業プロセスと統合され得、コストを有利に相殺でき、一部の場合に、それは、産業プロセスおよびその後のガス発酵の両方のコストをさらに削減する相乗効果がある。

通常、本明細書で説明する産業プロセスは、空気分離によって必要なＯ_２を導き出す。空気分離によるＯ_２の生成は、エネルギー集約的なプロセスであり、Ｎ_２からＯ_２を極低温で分離して、最高の純度を達成することを伴う。ＣＯ_２および／またはＨ_２電解によるＯ_２の生成、ならびに空気分離によって生成されたＯ_２の置換変位は、産業プロセスの電力コストの最大５％のオフセットを可能にする。

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またはＦＩＮＥＸ製鋼プロセス、高炉（ＢＦ）プロセス、鉄合金製造プロセス、二酸化チタン製造プロセス、およびガス化プロセスが含まれる。ガス化プロセスには、都市固形廃棄物ガス化、バイオマスガス化、ペットコークスガス化、および石炭ガス化が含まれるが、これらに限定されない。これらの産業プロセスの１つ以上では、ＣＯ_２電解プロセスからのＯ_２を使用して、通常空気分離によって供給されるＯ_２を相殺または完全に置き換えることができる。

図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、産業プロセス、１つ以上の除去モジュール、ＣＯ_２電解プロセス、任意のＨ_２電解プロセス、およびＣＯ消費プロセスの統合のためのプロセスは、１つ以上の統合圧力モジュール１７０の統合をさらに含み得る。例えば、図１Ｂに示されるように、産業プロセス１１０からのＣＯ_２含有ガスの少なくとも一部分は、導管１１２を介して圧力モジュール１７０に供給されて、加圧されたＣＯ_２含有ガス流を生成する。次いで、加圧されたＣＯ_２含有ガス流の少なくとも一部分は、導管１７２を介して除去モジュール１２０に渡される。ＣＯ消費プロセス後のガス状基質の少なくとも一部分はまた、導管１４２を介して圧力モジュール１７０に渡されて、加圧されたテールガスを生成することができる。次に、加圧されたテールガスの少なくとも一部分は、導管１７２を介して除去モジュール１５０および／または除去モジュール１２０に渡される。図１Ｃに示されるように、変換されたガス流の少なくとも一部分は、導管１３２を介して、ＣＯ_２電解モジュール１３０から圧力モジュール１７０に渡されて、加圧されたＣＯ含有ガス流を生成し、これは、導管１７２を介してＣＯ消費プロセス１４０に渡される。

図２は、産業プロセス２１０、除去モジュール２２０、ＣＯ_２電解モジュール２３０、任意のＨ_２電解プロセス２７０、ＣＯ消費プロセス２４０、および任意のＯ_２分離モジュール２６０の統合のためのプロセスを示している。産業プロセス２１０からのＣＯ_２含有ガスは、導管２１２を介して１つ以上の除去モジュール２２０に供給されて、１つ以上の構成物２２８を除去および／または変換する。次いで、１つ以上の除去モジュール２２０からの処理済みガスは、ガス流の少なくとも一部分の変換のために、導管２２２を介してＣＯ_２電解モジュール２３０に供給される。任意で、Ｏ_２の少なくとも一部分は、導管２３６を介してＣＯ_２電解モジュール２３０から産業プロセス２１０に供給されてもよい。変換されたガス流の少なくとも一部分は、導管２３２を介してＣＯ_２電解モジュール２３０からＣＯ消費プロセス２４０に渡されて、生成物２４６およびＣＯ消費プロセス後のガス状基質が生成される。いくつかの実施形態において、水基質は、水基質の少なくとも一部分の変換のために、導管２７２を介してＨ_２電解モジュール２７０に供給され、Ｈ_２富化流は、導管２７４を介してＣＯ消費プロセス２４０に渡される。任意で、Ｏ_２の少なくとも一部分は、導管２７６を介して、Ｈ_２電解モジュール２７０から産業プロセス２１０に供給されてもよい。

特定の実施形態では、プロセスは、ＣＯ_２電解モジュール２３０の後にＯ_２分離モジュール２６０を含み、それはガス流からＯ_２の少なくとも一部分を分離する。ＣＯ_２電解モジュール２３０の後にＯ_２分離モジュール２６０を利用する実施形態では、ガス流の少なくとも一部分は、導管２３４を介して、ＣＯ_２電解モジュール２３０からＯ_２分離モジュール２６０に供給される。Ｏ_２分離モジュール２６０を組み込んだ実施形態において、Ｏ_２分離モジュール２６０からのガス流（Ｏ_２富化流）から分離されたＯ_２の少なくとも一部分は、導管２６４を介して産業用プロセス２１０に供給され得る。ＣＯ_２電解モジュール２３０の後にＯ_２分離モジュール２６０を利用する実施形態では、Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分は、導管２６２を介して、Ｏ_２分離モジュール２６０からＣＯ消費プロセス２４０に供給される。ＣＯ_２電解モジュール２３０の後にＯ_２分離モジュール２６０を利用するいくつかの実施形態では、Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分は、導管２６６を介してＯ_２分離モジュール２６０からＣＯ_２電解モジュール２３０に戻って供給される。Ｏ_２分離モジュール２６０を利用しない実施形態では、ガス流の一部分は、導管２３６を介してＣＯ_２電解モジュール２３０から産業プロセス２１０に供給され得る。

いくつかの実施形態では、図２のＣＯ消費プロセス２４０は、ＣＯ_２生成反応ステップを含む。ＣＯ消費プロセス後のガス状基質がＣＯ_２を含む実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質の少なくとも一部分は、導管２４２を介して１つ以上の除去モジュール２５０に渡されて、１つ以上の構成物２５８を除去および／または変換する。次に、処理されたガス流は、ガス流の少なくとも一部分を変換するために、導管２５２を介してＣＯ_２電解モジュール２３０に渡される。特定の実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管２４２を介して、産業プロセス２１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る同じ１つ以上の除去モジュール２２０に渡される。様々な実施形態において、ＣＯ消費後のプロセスガス状基質は、産業プロセス２１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る１つ以上の除去モジュール２２０、および１つ以上の除去モジュール２５０に渡されてもよい。

図２のＣＯ消費プロセス２４０は、ガス発酵プロセスであり得、接種機および／または１つ以上のバイオリアクタで起こり得る。例えば、ＣＯ消費プロセス２４０は、少なくとも１つのＣ１固定微生物の培養物を含むバイオリアクタにおけるガス発酵プロセスであり得る。ＣＯ消費プロセス２４０がガス発酵プロセスである実施形態では、培養物を発酵させて、１つ以上の発酵生成物２４６および発酵後のガス状基質（ＣＯ消費プロセス後のガス状基質）を生成することができる。

ＣＯ_２電解プロセスへの高純度ＣＯ_２流（ＣＯ_２リッチ流）の提供は、ＣＯ消費プロセスの（炭素捕獲）効率を高めることがわかっている。流れ内のＣＯ_２の濃度を高めるために、１つ以上のＣＯ_２濃縮モジュールをプロセスに組み込むことができる。好ましくは、電解後の流れは、２０～９０％のＣＯの濃度を有する。

図３は、本発明の一態様による、産業プロセス３１０と、任意のＣＯ_２濃縮モジュール３７０、除去モジュール３２０、ＣＯ_２電解モジュール３３０、任意のＨ_２電解モジュール３８０、ＣＯ消費プロセス３４０、および任意のＯ_２分離モジュール３６０との統合のためのプロセスを示している。ＣＯ_２濃縮モジュール３７０を含まない実施形態では、産業プロセス３１０からのＣＯ_２含有ガスは、導管３１２を介して除去モジュール３２０に供給される。ＣＯ_２濃縮モジュール３７０を含む実施形態では、産業プロセス３１０からのＣＯ_２含有ガスは、ガス流中のＣＯ_２の濃度を増加させ、かつ１つ以上の構成物３７４を除去するために、導管３１４を介してＣＯ_２濃縮モジュール３７０に供給される。次いで、ＣＯ_２濃縮ガス流は、導管３７２を介して１つ以上の除去モジュール３２０に供給されて、１つ以上の構成物３２８を除去および／または変換する。次いで、１つ以上の除去モジュール３２０からの処理済みガスは、ガス流の少なくとも一部分の変換のために、導管３２２を介してＣＯ_２電解モジュール３３０に供給される。変換されたガス流の少なくとも一部分は、導管３３２を介して、ＣＯ_２電解モジュール３３０からＣＯ消費プロセス３４０に渡される。いくつかの実施形態では、構成物３７４は、ＣＯおよび／またはＨ_２であり、それは導管３７６を介してＣＯ消費プロセス３４０に渡される。いくつかの実施形態において、水基質は、水基質の少なくとも一部分の変換のために、導管３８２を介してＨ_２電解モジュール３８０に供給され、Ｈ_２富化流は、導管３８４を介してＣＯ消費プロセス３４０に渡される。任意で、Ｏ_２の少なくとも一部分は、導管３８６を介して、Ｈ_２電解モジュール３８０から産業プロセス３１０に供給されてもよい。

ＣＯ_２電解モジュール３３０からのガス流の少なくとも一部分は、導管３３６を介して産業プロセス３１０に渡されてもよい。特定の実施形態において、プロセスは、ＣＯ_２電解モジュール３３０の後のＯ_２分離モジュール３６０を含み、ここで、ガス流は、導管３３４を介してＣＯ_２電解モジュール３３０からＯ_２分離モジュール３６０に渡されて、ガス流からのＯ_２の少なくとも一部分を分離する。ＣＯ_２電解モジュール３３０の後にＯ_２分離モジュール３６０を利用する実施形態では、除去されたＯ_２（Ｏ_２富化流）の少なくとも一部分は、導管 ３６４を介して、Ｏ_２分離モジュール３６０から産業プロセス３１０に供給される。ＣＯ_２電解モジュール３３０の後にＯ_２分離モジュール３６０を利用する実施形態では、Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分は、導管３６２を介して、Ｏ_２分離モジュール３６０からＣＯ消費プロセス３４０に供給される。ＣＯ_２電解モジュール３３０の後にＯ_２分離モジュール３６０を利用するいくつかの実施形態では、Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分は、導管３６６を介して、Ｏ_２分離モジュール２６０からＣＯ_２電解モジュール３３０に戻って供給される。Ｏ_２分離モジュール３６０を利用しない実施形態では、ガス流の一部分は、導管３３６を介して、ＣＯ_２電解モジュール３３０から産業プロセス３１０に供給され得る。

１つ以上の除去モジュール３２０の前にガス流中のＣＯ_２を濃縮するプロセスは、望ましくないガスを減少させ、それにより発酵プロセスなどのＣＯ消費プロセスの効率を高めることがわかった。電解モジュールのアノード側で生成されるＯ_２の量は、電解モジュールのカソードで生成されるＣＯ_２の量の５０％である。生成されたＯ_２は、産業プロセス３１０の効率を高めるために使用され得、電解後のガス流の少なくとも一部分は、産業プロセス３１０に渡される。

いくつかの実施形態では、図３のＣＯ消費プロセス３４０は、ＣＯ_２生成反応ステップを含む。ＣＯ消費後のプロセスガス状基質がＣＯ_２を含む実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管３４２を介して１つ以上の除去モジュール３５０に渡されて、１つ以上の構成物３５８を除去および／または変換する。次に、処理されたガス流は、ガス流の少なくとも一部分を変換するために、導管３５２を介してＣＯ_２電解モジュール３３０に渡される。特定の実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管３４２を介して、産業プロセス３１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る１つ以上の除去モジュール３２０に渡される。様々な実施形態において、ＣＯ消費後のプロセスガス状基質は、産業プロセス３１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る１つ以上の除去モジュール３２０、および１つ以上の除去モジュール３５０に渡されてもよい。

図３のＣＯ消費プロセス３４０は、ガス発酵プロセスであり得、接種機および／または１つ以上のバイオリアクタで起こり得る。例えば、ＣＯ消費プロセスは、少なくとも１つのＣ１固定微生物の培養物を含むバイオリアクタにおけるガス発酵プロセスであり得る。ＣＯ消費プロセス３４０では、培養物を発酵させて、１つ以上の発酵生成物３４６およびＣＯ消費プロセス後のガス状基質を生成する。

特定の実施形態では、除去モジュールの後に、ＣＯ_２濃縮モジュールを配置してもよい。図４は、本発明の一態様による、産業プロセス４１０と、除去モジュール４２０、任意のＣＯ_２濃縮モジュール４７０、ＣＯ_２電解モジュール４３０、任意のＨ_２電解モジュール４８０、ＣＯ消費プロセス４４０、および任意のＯ_２分離モジュール４６０との統合のためのプロセスを示している。任意のＣＯ_２濃縮モジュール４７０を含まない実施形態では、産業プロセス４１０からのＣＯ_２含有ガスは、導管４２２を介して、除去モジュール４２０からＣＯ_２電解モジュール４３０に供給される。任意のＣＯ_２濃縮モジュール４７０を含む実施形態では、産業プロセス４１０からのＣＯ_２含有ガスは、導管４１２を介して１つ以上の除去モジュール４２０に供給されて、１つ以上の構成物４２８を除去および／または変換する。次いで、処理された流れは、ガス流中のＣＯ_２の濃度を増加させ、かつ１つ以上の構成物４７４を除去するために、導管４２４を介して任意のＣＯ_２濃縮モジュール４７０に供給される。次いで、ＣＯ_２濃縮ガス流は、ガス流の少なくとも一部分の変換のために、導管４７２を介してＣＯ_２電解モジュール４３０に供給される。変換されたガス流の少なくとも一部分は、導管４３２を介して、ＣＯ_２電解モジュール４３０からＣＯ消費プロセス４４０に渡されてもよい。いくつかの実施形態では、構成物４７４は、ＣＯおよび／またはＨ_２であり、それは導管４７６を介してＣＯ消費プロセス４４０に渡される。いくつかの実施形態において、水基質は、水基質の少なくとも一部分の変換のために、導管４８２を介してＨ_２電解モジュール４８０に供給され、Ｈ_２富化流は、導管４８４を介してＣＯ消費プロセス４４０に渡される。任意で、Ｏ_２の少なくとも一部分は、導管４８６を介して、Ｈ_２電解モジュール４８０から産業プロセス４１０に供給されてもよい。

ＣＯ_２電解モジュール４３０からのガス流の少なくとも一部分は、導管４３６を介して産業プロセス４１０に渡されてもよい。特定の実施形態では、プロセスは、ＣＯ_２電解モジュール４３０の後にＯ_２分離モジュール４６０を含み、それはガス流からＯ_２の少なくとも一部分を分離する。ＣＯ_２電解モジュール４３０の後にＯ_２分離モジュール４６０を含む実施形態では、ガス流は、導管４３４を介して、ＣＯ_２電解モジュール４３０からＯ_２分離モジュール４６０に供給される。ＣＯ_２電解モジュール４３０の後にＯ_２分離モジュール４６０を利用する実施形態では、ガス流の少なくとも一部分は、導管４６４を介して、Ｏ_２分離モジュール４６０から産業プロセス４１０に供給される。ＣＯ_２電解モジュール４３０の後にＯ_２分離モジュール４６０を利用する実施形態では、Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分は、導管４６２を介して、Ｏ_２分離モジュール４６０からＣＯ消費プロセスに供給される。ＣＯ_２電解モジュール４３０の後にＯ_２分離モジュール４６０を利用するいくつかの実施形態では、Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分は、導管４６６を介して、Ｏ_２分離モジュール４６０からＣＯ_２電解モジュール４３０に戻って供給される。Ｏ_２分離モジュール４６０を利用しない実施形態では、ガス流の一部分は、導管４３６を介して、ＣＯ_２電解モジュール４３０から産業プロセス４１０に供給され得る。

いくつかの実施形態では、図４のＣＯ消費プロセス４４０は、ＣＯ_２生成反応ステップを含む。ＣＯ消費後プロセスガス状基質がＣＯ_２を含む実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質の少なくとも一部分は、導管４４２を介して１つ以上の除去モジュール４５０に渡されて、１つ以上の構成物４５８を除去および／または変換する。次に、処理されたガス流は、ガス流の少なくとも一部分を変換するために、導管４５２を介してＣＯ_２電解モジュール４３０に渡される。特定の実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管４４２を介して、産業プロセス４１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る同じ１つ以上の除去モジュール４２０に渡される。様々な実施形態において、ＣＯ消費後のプロセスガス状基質は、産業プロセス４１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る１つ以上の除去モジュール４２０、および１つ以上の除去モジュール４５０に渡されてもよい。

図４のＣＯ消費プロセス４４０は、ガス発酵プロセスであり得、接種機および／または１つ以上のバイオリアクタで起こり得る。例えば、ＣＯ消費プロセス４４０は、少なくとも１つのＣ１固定微生物の培養物を含むバイオリアクタにおけるガス発酵プロセスであり得る。ＣＯ消費プロセス４４０がガス発酵プロセスである実施形態では、培養物を発酵させて、１つ以上の発酵生成物４４６および発酵後のガス状基質（ＣＯ消費プロセスガス状基質）を生成することができる。

図５は、本発明の一態様による、産業プロセス５１０と、除去モジュール５２０、任意のＣＯ_２濃縮モジュール５７０、ＣＯ_２電解モジュール５３０、ＣＯ消費プロセス５４０、任意のＯ_２分離モジュール５６０、任意の圧力モジュール５８０、および任意のＨ_２電解モジュール１５００との統合のためのプロセスを示している。産業プロセス５１０からのＣＯ_２含有ガスは、導管５１２を介して１つ以上の除去モジュール５２０に供給されて、１つ以上の構成物５２８を除去および／または変換する。次いで、１つ以上の除去モジュール５２０からの処理済みガスは、ガス流の少なくとも一部分の変換のために、導管５２２を介してＣＯ_２電解モジュール５３０に供給される。Ｈ_２を混合する実施形態では、加水分解電解モジュール１５００は、導管１５０２を介して、ＣＯ_２消費プロセス５４０に導入される前に変換されるガス流の前に、変換されたガス流と混合されるＨ_２リッチガス流を送り得る。

特定の実施形態では、本発明は、ＣＯ_２電解モジュール５３０からの変換されたガスの圧力を増加させるために、１つ以上の圧力モジュール５８０を提供する。ＣＯ_２電解モジュール５３０の後に圧力モジュール５８０を利用する実施形態では、ガス流の少なくとも一部分は、導管５３２を介して、ＣＯ_２電解モジュール５３０から圧力モジュール５８０に供給される。圧力モジュール５８０は、ガス流の圧力を増加させ、かつ導管５８２を介して、ガス流をＣＯ消費プロセス５４０に渡す。

様々な実施形態において、Ｈ_２電解モジュール１５００は、Ｏ_２分離モジュール５６０および／または圧力モジュール５８０に組み込まれている。様々な実施形態では、水基質は、導管１５０６を介してＨ_２電解モジュール１５００に供給され、Ｈ_２電解モジュールは、導管１５０２を介して、ＣＯ消費プロセス５４０に導入されるガス流の前に変換されたガス流と混合されるように、Ｈ_２リッチガス流を送ることができる。特定の実施形態では、Ｈ_２リッチガス流を送るための導管１５０２は、加圧されたＣＯリッチ流を送るための導管５８２と接続されて、流れの混合を提供する。様々な実施形態において、Ｈ_２電解モジュール１５００は、導管１５０４を介してＨ_２リッチガス流をＣＯ消費プロセス５４０に直接的に送る。任意で、Ｏ_２の少なくとも一部分は、導管１５０８を介して、Ｈ_２電解モジュール１５００から産業プロセス５１０に供給され得る。

特定の実施形態において、本発明は、本発明の一態様に従って、産業プロセス５１０、任意のＣＯ_２濃縮モジュール５７０、除去モジュール５２０、ＣＯ_２電解モジュール５３０、任意のＯ_２分離モジュール５６０、任意の圧力モジュール５８０、Ｈ_２電解モジュール１５００、およびＣＯ消費プロセス５４０を統合する。産業プロセス５１０からのＣＯ_２含有ガスは、導管５１４を介して任意のＣＯ_２濃縮モジュール５７０に供給されて、ガス流中のＣＯ_２の濃度を増加させ、かつ１つ以上の構成物５７４を除去する。任意のＣＯ_２濃縮モジュール５７０は、導管５７２を介して除去モジュール５２０にガスを送って、１つ以上の構成物５２８を除去および／または変換する。次いで、処理された流れは、導管５２４を介して任意のＣＯ_２濃縮モジュール５７０に供給されて、ガス流中のＣＯ_２の濃度を増加させ、かつ１つ以上の構成物５７４を除去する。任意のＣＯ_２濃縮モジュール５７０は、ガス流の少なくとも一部分の変換のために、導管５７２を介して、ガスをＣＯ_２電解モジュール５３０に送る。変換されたガス流の少なくとも一部分は、ガス流からＯ_２の少なくとも一部分を分離するために、導管５３４を介して任意のＯ_２分離モジュール５６０に渡されてもよい。Ｏ_２リッチガス流の少なくとも一部分は、導管５６４を介して、任意のＯ_２分離モジュール５６０から産業プロセス５１０に渡されてもよい。Ｏ_２リッチガス流の少なくとも一部分は、導管５３６を介して、ＣＯ_２電解モジュール５３０から産業プロセス５１０に供給されてもよい。Ｏ_２枯渇ガス流の少なくとも一部分は、導管５６２を介して、任意のＯ_２分離モジュール５６０から任意の圧力モジュール５８０に渡されてもよい。任意の圧力モジュール５８０からのガス流は、導管５８２を介して、ＣＯ消費プロセス５４０に送られる。ガス流は、ＣＯ消費プロセス５４０に導入される前に、Ｈ_２リッチガス流と混合されてもよい。好ましくは、Ｈ_２リッチガス流は、導管１５０２を介してＨ_２電解モジュール１５００から渡される。

図５のＣＯ消費プロセス５４０は、生成物５４６を生成する。ＣＯ消費プロセスは、ガス発酵プロセスであり得、接種機および／または１つ以上のバイオリアクタで起こり得る。例えば、ＣＯ消費プロセスは、培養物を発酵させて、１つ以上の発酵生成物５４６および発酵後のガス状基質（ＣＯ消費プロセス後のガス状基質）を生成することを含み得る。ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管５４２を介して除去モジュール５５０に渡されて、１つ以上の構成物５５８を除去および／または変換することができる。ＣＯ消費プロセス後のＣＯ_２濃縮モジュール５７０を含む実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管５４４を介して任意のＣＯ_２濃縮モジュール５７０に渡されて、ガス流中のＣＯ_２の濃度を増加させ、かつ１つ以上の構成物５７４を除去することができる。任意のＣＯ_２濃縮モジュール５７０は、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質を、導管５７２を介して除去モジュール５５０に送って、１つ以上の構成物５５８を除去および／または変換することができる。次に、処理されたガス流は、ガス流の少なくとも一部分を変換するために、導管５５２を介してＣＯ_２電解モジュール５３０に渡されてもよい。特定の実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管５４２を介して、産業プロセス５１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る同じ１つ以上の除去モジュール５２０に渡される。様々な実施形態において、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、産業プロセス５１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る１つ以上の除去モジュール５２０、および１つ以上の除去モジュール５５０の両方に渡されてもよい。

本発明は、一般に、下流のプロセス、例えば、下流の発酵プロセスおよび／または下流のモジュールに悪影響を及ぼす可能性のある、ガス流からの構成物の除去を提供する。特定の実施形態において、本発明は、そのような悪影響の発生を防止するために、様々なモジュール間に１つ以上のさらなる除去モジュールを提供する。

様々な実例において、ＣＯ_２電解モジュールによるＣＯ_２含有ガス状基質の変換により、１つ以上の成分がＣＯ_２電解モジュール６３０を通過することをもたらす。様々な実施形態において、これにより、ＣＯ富化流に１つ以上の構成物が生じる。特定の実例では、構成物には、変換されたＯ_２の部分が含まれる。様々な実施形態において、さらなる除去モジュールは、ＣＯ富化流からＯ_２を除去するための脱酸素モジュールである。

図６は、ＣＯ_２電解モジュール６３０、任意のＯ_２分離モジュール６６０、任意の圧力モジュール６８０と、さらなる除去モジュール６９０との統合を示している。特定の実例において、さらなる除去モジュール６９０は、ＣＯ_２電解モジュール６３０の後に利用される。ＣＯ_２電解モジュール６３０の後にさらなる除去モジュール６９０を利用する実施形態では、ガス流の少なくとも一部分は、導管６３２を介して、ＣＯ_２電解モジュール６３０からさらなる除去モジュール６９０に供給される。さらなる除去モジュール６９０は、ガス流中の１つ以上の構成物６９８を除去および／または変換する。加えて、任意のＯ_２分離モジュール６６０を利用する場合、Ｏ_２分離モジュール６６０は、ガス流を導管６６２を介してさらなる除去モジュール６９０に送って、１つ以上の成分６９８を除去および／または変換する。次いで、処理された流れは、導管６９２を介して、任意の圧力モジュール６８０に供給される。

特定の実施形態において、本発明は、本発明の一態様に従って、産業プロセス６１０、任意のＣＯ_２濃縮モジュール６７０、除去モジュール６２０、ＣＯ_２電解モジュール６３０、さらなる除去モジュール６９０、任意のＯ_２分離モジュール６６０、任意の圧力モジュール６８０、任意のＨ_２電解モジュール１６００、およびＣＯ消費プロセス６４０を統合する。産業プロセス６１０と除去モジュール６２０との間に任意のＣＯ_２濃縮モジュール６７０を含まない実施形態では、産業プロセス６１０からのＣＯ_２含有ガスは、導管６１２を介して除去モジュール６２０に供給される。産業プロセス６１０と除去モジュール６２０との間に任意のＣＯ_２濃縮モジュール６７０を含む実施形態では、産業プロセス６１０からのＣＯ_２含有ガスは、ガス流中のＣＯ_２の濃度を増加させ、かつ１つ以上の構成物６７４を除去するために、導管６１４を介して任意のＣＯ_２濃縮モジュール６７０に供給される。任意のＣＯ_２濃縮モジュール６７０は、導管６７２を介して除去モジュール６２０にガスを送って、１つ以上の構成物６２８を除去および／または変換する。除去モジュール６２０とＣＯ_２電解モジュール６３０との間にＣＯ_２濃縮モジュール６７０を含まない実施形態では、処理された流れは、導管６２２を介して、除去モジュール６２０からＣＯ_２電解モジュール６３０に供給される。除去モジュール６２０およびＣＯ_２電解モジュール６３０との間にＣＯ_２濃縮モジュール６７０を含む実施形態では、処理された流れは、次に、ガス流中のＣＯ_２の濃度を増加させ、かつ１つ以上の構成物６７４を除去するために、導管６２４を介してＣＯ_２濃縮モジュール６７０に供給される。任意のＣＯ_２濃縮モジュール６７０は、ガス流の少なくとも一部分の変換のために、導管６７２を介して、ＣＯ_２電解モジュール６３０にガスを送る。Ｏ_２リッチガス流の少なくとも一部分は、導管６３６を介して、ＣＯ_２電解モジュール６３０から産業プロセス６１０に供給されてもよい。ＣＯリッチガス流の少なくとも一部分は、導管６３２を介してさらなる除去モジュール６９０に渡されて、１つ以上の構成物６９８を除去および／または変換することができる。処理済みガス流の少なくとも一部分は、導管６３４を介して任意のＯ_２分離モジュール６６０に渡され、ガス流からＯ_２の少なくとも一部分を分離することができる。Ｏ_２リッチガス流の少なくとも一部分は、導管６６４を介して、任意のＯ_２分離モジュール６６０から産業プロセス６１０に渡されてもよい。ガス流の少なくとも一部分は、導管６６２を介して、任意のＯ_２分離モジュール６６０からさらなる除去モジュール６９０に渡されて、１つ以上の構成物６９８を除去および／または変換することができる。ガス流の少なくとも一部分は、導管６９２を介して、さらなる除去モジュール６９０から任意の圧力モジュール６８０に渡されてもよい。任意の圧力モジュール６８０からのガス流は、導管６８２を介して、ＣＯ消費プロセス６４０に送られる。ガス流は、ＣＯ消費プロセス６４０に導入される前に、Ｈ_２リッチガス流と混合されてもよい。好ましくは、水基質は、導管１６０６を介してＨ_２電解モジュール１６００に渡され、かつＨ_２リッチガス流は、導管１６０２を介してＨ_２電解モジュール１６００から渡される。様々な実施形態において、Ｈ_２電解モジュール１６００は、導管１６０４を介してＨ_２リッチガス流をＣＯ２消費プロセス６４０に直接的に送る。いくつかの実施形態では、Ｈ_２電解モジュール１６００によって生成されたＯ_２は、導管１６０８を介して産業プロセス６１０に渡される。

図６のＣＯ消費プロセス６４０は、生成物６４６を生成し得る。ＣＯ消費プロセスは、ガス発酵プロセスであり得、接種機および／または１つ以上のバイオリアクタで起こり得る。例えば、ＣＯ消費プロセスは、培養物を発酵させて、１つ以上の発酵生成物６４６および発酵後のガス状基質（ＣＯ消費プロセス後のガス状基質）を生成することを伴い得る。ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管６４４を介して任意のＣＯ_２濃縮モジュール６７０に渡されて、ガス流中のＣＯ_２の濃度を増加させ、かつ１つ以上の構成物６７４を除去する。任意のＣＯ_２濃縮モジュール６７０は、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質を、導管６７２を介して除去モジュール６５０に送って、１つ以上の成分６５８を除去および／または変換する。次に、処理されたガス流は、ガス流の少なくとも一部分を変換するために、導管６５２を介してＣＯ_２電解モジュール６３０に渡される。特定の実施形態では、ＣＯ消費プロセス後のガス状基質は、導管６４２を介して、産業プロセス６１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る同じ１つ以上の除去モジュール６２０に渡される。様々な実施形態において、ＣＯ消費後のプロセスガス状基質は、産業プロセス６１０からＣＯ_２含有ガスを受け取る１つ以上の除去モジュール６２０、および１つ以上の除去モジュール６５０に渡されてもよい。

様々な実施形態において、本発明は、電解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。

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液発生器を使用して、ＣＯ含有ガスで飽和した液体中に溶解されてもよい。さらなる例として、基質は、固体支持体上に吸着されてもよい。

バイオリアクタ内のＣ１固定微生物は、通常、カルボキシド栄養性細菌である。特定の実施形態では、カルボキシド栄養性細菌は、ムーレラ、クロストリジウム、ルミノコッカス、アセトバクテリウム、ユーバクテリウム、ブチリバクテリウム、オキソバクター、メタノサルシナ、メタノサルシナ、およびデスルホトクマクルムを含む群から選択される。様々な実施形態において、カルボキシド栄養性細菌は、クロストリジウムオートエタノゲナムである。

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

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

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

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

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

本発明の様々な実施形態を以下に示す。
１．炭素変換効率を改善するためのプロセスであって、前記プロセスが、
ａ．ＣＯ _２ 含有ガス状基質を産業プロセスから第１の除去モジュールに渡して、前記ＣＯ _２ 含有ガス状基質から少なくとも１つの構成物を除去し、第１のＣＯ _２ 処理済みガス流を生成することと、
ｂ．前記第１のＣＯ _２ 処理済みガス流をＣＯ _２ 電解モジュールに渡して、前記第１のＣＯ _２ 処理済みガス流の少なくとも一部分を変換し、ＣＯ富化流および第１のＯ _２ 富化流を生成することと、
ｃ．前記ＣＯ富化流の少なくとも一部分を、ＣＯ消費プロセスに渡すことと、を含む、プロセス。
２．前記産業プロセスからの前記ＣＯ _２ 含有ガス状基質が、最初に圧力モジュールに渡されて、加圧されたＣＯ２含有ガス流を生成し、前記加圧されたＣＯ _２ 含有ガス流が、前記第１の除去モジュールに渡される、上記１に記載のプロセス。
３．前記プロセスが、
ａ．前記第１のＯ _２ 富化流の少なくとも一部分を、直接的に前記産業プロセスに渡すことと、
ｂ．前記第１のＯ _２ 富化流の少なくとも一部分をＯ _２ 分離モジュールに渡して、第２のＯ _２ 富化流およびＯ _２ リーン流を生成することと、のうちの１つ以上をさらに含む、上記１に記載のプロセス。
４．前記プロセスが、
ａ．前記第２のＯ _２ 富化流の少なくとも一部分を、前記産業プロセスに渡すことと、
ｂ．前記Ｏ _２ リーン流の少なくとも一部分を、前記ＣＯ _２ 電解モジュールに渡すことと、
ｃ．前記Ｏ _２ リーン流の少なくとも一部分を、前記ＣＯ消費プロセスに渡すことと、のうちの１つ以上をさらに含む、上記３に記載のプロセス。
５．前記プロセスが、前記産業プロセスからの前記ＣＯ _２ 含有ガス状基質の少なくとも一部分および／または前記第１のＣＯ _２ 処理済みガス流の少なくとも一部分を、第１のＣＯ _２ 濃縮モジュールに渡して、第１のＣＯ _２ 濃縮流および第１のＣＯ _２ リーン流を生成することをさらに含む、上記１に記載のプロセス。
６．前記プロセスが、前記第１のＣＯ _２ 濃縮流の少なくとも一部分を、前記第１の除去モジュールおよび前記ＣＯ _２ 電解モジュールのうちの１つ以上に渡すことをさらに含む、上記５に記載のプロセス。
７．前記第１のＣＯ _２ リーン流が、ＣＯおよび／またはＨ _２ を含み、前記プロセスが、前記第１のＣＯ _２ リーン流の少なくとも一部分を前記ＣＯ消費プロセスに渡すことをさらに含む、上記５に記載のプロセス。
８．前記プロセスが、前記ＣＯ富化流の少なくとも一部分を圧力モジュールに渡して、加圧されたＣＯ流を生成することと、前記加圧されたＣＯ流の少なくとも一部分を前記ＣＯ消費プロセスに渡すことと、を含む、上記１に記載のプロセス。
９．前記プロセスが、水基質をＨ _２ 電解モジュールに渡して、Ｈ _２ 富化流を生成することと、前記Ｈ _２ 富化流の少なくとも一部分を、前記ＣＯ消費プロセスに渡すことと、をさらに含む、上記１に記載のプロセス。
１０．前記ＣＯ消費プロセスが、ＣＯ _２ を含むテールガスを生成する、上記１に記載のプロセス。
１１．前記プロセスが、
ａ．ＣＯ _２ を含む前記テールガスの少なくとも一部分を、前記第１の除去モジュールまたは第２の除去モジュールに渡して、前記テールガスから少なくとも１つの構成物を除去し、第２のＣＯ _２ 処理済みガス流を生成することと、
ｂ．ＣＯ _２ を含む前記テールガスの少なくとも一部分を第２のＣＯ _２ 濃縮モジュールに渡して、第２のＣＯ _２ 濃縮流および第２のＣＯ _２ リーン流を生成することと、のうちの１つ以上をさらに含む、上記１０に記載のプロセス。
１２．ＣＯ _２ を含む前記テールガスの少なくとも一部分が、圧力モジュールに渡されて、加圧されたテールガス流を生成し、前記加圧されたテールガス流が、前記第１の除去モジュールおよび／または前記第２の除去モジュールに渡される、上記１１に記載のプロセス。
１３．前記プロセスが、前記第２のＣＯ _２ 濃縮流の少なくとも一部分を、前記第１の除去モジュールまたは前記第２の除去モジュールに渡して、前記テールガスから少なくとも１つの構成物を除去し、第２のＣＯ _２ 処理済みガス流を生成することをさらに含む、上記１１に記載のプロセス。
１４．前記プロセスが、前記第２のＣＯ _２ 処理済みガス流の少なくとも一部分を、前記ＣＯ _２ 電解モジュールに渡すことをさらに含む、上記１３に記載のプロセス。
１５．前記産業プロセスからの前記ＣＯ _２ 含有ガス状基質が、ＣＯ、Ｈ _２ 、およびＣＨ _４ のうちの１つ以上をさらに含む、上記１に記載のプロセス。
１６．前記産業プロセスが、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連付けられたプロセス、石油化学生産、コークス生産、嫌気性または好気性消化、ガス化、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、アルミニウム、銅および／またはフェロアロイの生産および／または精製、地質貯留層、フィッシャートロプシュ法、メタノール生産、熱分解、水蒸気メタン改質、乾燥メタン改質、バイオガスまたは天然ガスの部分酸化、ならびにバイオガスまたは天然ガスの自己熱改質、を含む群から選択される、上記１に記載のプロセス。
１７．前記第１の除去モジュールが、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、およびシアン化水素研磨モジュール、からなる群から選択される、上記１に記載のプロセス。
１８．前記ＣＯ _２ 含有ガス基質から除去される前記少なくとも１つの構成物が、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、酸素、リン含有化合物、粒子状物質、固体、酸素、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、タール、およびナフタレン、からなる群から選択される、上記１に記載のプロセス。
１９．前記ＣＯ消費プロセスが、少なくとも１つのカルボキシド栄養性細菌の培養物を含む発酵プロセスである、上記１に記載のプロセス。
２０．前記発酵プロセスが、エタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、乳酸塩、ブテン、ブタジエン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３－ヒドロプロピオン酸塩、テルペン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、および１－プロパノールからなる群から選択される、発酵生成物を生成する、上記１９に記載のプロセス。

Claims (10)

1. 炭素変換効率を改善するためのプロセスであって、前記プロセスが、
   ａ．ＣＯ_２含有ガス状基質を産業プロセスから第１の除去モジュールに渡して、前記ＣＯ_２含有ガス状基質から少なくとも１つの構成物を除去し、第１のＣＯ_２処理済みガス流を生成することと、
   ｂ．前記第１のＣＯ _２ 処理済みガス流の少なくとも一部分を、第１のＣＯ _２ 濃縮モジュールに渡して、第１のＣＯ _２ 濃縮流、ならびにＣＯおよび／またはＨ _２ を含む第１のＣＯ _２ リーン流を生成することと、
   ｃ．前記第１のＣＯ _２ 濃縮流の少なくとも一部分をＣＯ_２電解モジュールに渡して、前記第１のＣＯ _２ 濃縮流の少なくとも一部分を変換し、ＣＯ富化流および第１のＯ_２富化流を生成することと、
   ｄ．前記ＣＯ富化流の少なくとも一部分を、発酵プロセスに渡すことと、
   ｅ．前記第１のＣＯ _２ リーン流の少なくとも一部分を、発酵プロセスに渡すことであって、前記発酵プロセスが、前記ＣＯ富化流および前記第１のＣＯ _２ リーン流を発酵させて少なくとも一つの発酵生成物およびＣＯ _２ を含むテールガス流を産生する少なくとも１つのカルボキシド栄養性細菌の培養を含む、ことと、
   を含む、プロセス。
2. 前記プロセスが、
   ａ．前記第１のＯ_２富化流の少なくとも一部分を、直接的に前記産業プロセスに渡すことと、
   ｂ．前記第１のＯ_２富化流の少なくとも一部分をＯ_２分離モジュールに渡して、第２のＯ_２富化流およびＯ_２リーン流を生成することと、のうちの１つ以上をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記プロセスが、
   ａ．前記第２のＯ_２富化流の少なくとも一部分を、前記産業プロセスに渡すことと、
   ｂ．前記Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分を、前記ＣＯ_２電解モジュールに渡すことと、
   ｃ．前記Ｏ_２リーン流の少なくとも一部分を、前記発酵プロセスに渡すことと、のうちの１つ以上をさらに含む、請求項２に記載のプロセス。
4. 前記プロセスが、前記産業プロセスからの前記ＣＯ_２含有ガス状基質の少なくとも一部分を圧力モジュールに渡し、加圧されたＣＯ _２ 含有ガス状基質を生成し、その後前記加圧されたＣＯ _２ 含有ガス状基質を、前記第１の除去モジュールに渡すことをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
5. 前記プロセスが、水基質をＨ_２電解モジュールに渡して、Ｈ_２富化流を生成することと、前記Ｈ_２富化流の少なくとも一部分を、前記発酵プロセスに渡すことと、をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
6. ＣＯ_２を含む前記テールガスの少なくとも一部分が、圧力モジュールに渡されて、加圧されたテールガス流を生成し、前記加圧されたテールガス流が、前記第１の除去モジュールに渡される、請求項１に記載のプロセス。
7. 前記産業プロセスからの前記ＣＯ_２含有ガス状基質が、ＣＯ、Ｈ_２、およびＣＨ_４のうちの１つ以上をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
8. 前記産業プロセスが、炭水化物発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製、石油化学生産、コークス生産、嫌気性または好気性消化、ガス化、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、アルミニウム、銅および／またはフェロアロイの生産および／または精製、地質貯留層、フィッシャートロプシュ法、メタノール生産、熱分解、水蒸気メタン改質、乾燥メタン改質、バイオガスまたは天然ガスの部分酸化、ならびにバイオガスまたは天然ガスの自己熱改質、を含む群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
9. 前記第１の除去モジュールが、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、およびシアン化水素研磨モジュール、からなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
10. （ｉ）前記ＣＯ_２含有ガス基質から除去される前記少なくとも１つの構成物が、硫黄化合物、芳香族化合物、アルキン、アルケン、アルカン、オレフィン、窒素化合物、酸素、リン含有化合物、粒子状物質、固体、ハロゲン化合物、シリコン含有化合物、カルボニル、金属、アルコール、エステル、ケトン、過酸化物、アルデヒド、エーテル、タール、およびナフタレン、からなる群から選択される、
    （ｉｉ）前記発酵生成物が、エタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、乳酸塩、ブテン、ブタジエン、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－ヒドロキシプロピオン酸塩、テルペン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、および１－プロパノールからなる群から選択される、
    （ｉｉｉ）ＣＯ富化流が酸素の少なくとも一部を含み、ＣＯ富化流の少なくとも一部が、ＣＯ富化流から酸素の少なくとも一部を除去するための脱酸素モジュールに渡される、
    （ｉｖ）前記カルボキシド栄養性細菌が、ムーレラ、クロストリジウム、ルミノコッカス、アセトバクテリウム、ユーバクテリウム、ブチリバクテリウム、オキソバクター、メタノサルシナ、およびデスルホトクマクルムを含む群から選択される、
    （ｖ）前記カルボキシド栄養性細菌が、クロストリジウムオートエタノゲナムである、または
    （ｖｉ）少なくとも一つの前記発酵生成物が、ディーゼル、ジェット燃料、および／またはガソリンのうちの少なくとも１つの成分にさらに変換される、
    請求項１に記載のプロセス。
    

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