KR20150132462A - 화학적 자력영양 미생물을 이용하는 이산화탄소의 전환 - Google Patents

화학적 자력영양 미생물을 이용하는 이산화탄소의 전환 Download PDF

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패트릭 리차드
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Abstract

본 발명은 공급원 (2)으로부터의 이산화탄소 배출물 (1)이, 상기 이산화탄소 배출물을 나중에 바이오연료, 비료, 공급원료 등과 같은 다양한 제품(21)에 사용될 수 있는 생물량 (6)으로 전환시킬 수 있는 복수의 화학적 자력영양 박테리아 (5)가 담긴 적어도 하나의 공정 반응기 (4)에서 가공될 수 있는, 청정 연료 처리 시스템을 이루기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 산화된 질소 화학종 (13)을 환원시키는 박테리아가 환원된 질소 화합물을 화학적 자력영양 박테리아 (5)로 공급하는 데 사용될 수 있다.

Description

화학적 자력영양 미생물을 이용하는 이산화탄소의 전환 {CONVERSION OF CARBON DIOXIDE UTILIZING CHEMOAUTOTROPHIC MICROORGANISMS}
우선권 주장
본 출원은 본원에 그 전체로서 참고로 포함되는 2013년 3월 14일 출원된 미국 특허 가출원 제61/782,762호의 우선권 및 이익을 주장하는 국제 PCT 특허 출원이다.
정부의 사용권
본 출원은 미국 DOE 협력 조약 DE-FC26-08NT43293 하에 수행된 연구에 관한 것이다. 미국 정부는 미국 DOE 협력 조약 DE-FC26-08NT43293에 의해 제공된 "동반 (march-in)" 권리를 포함하여 본 발명의 기술에 일정한 권리를 가질 수 있다.
[기술 분야]
본 발명은 청정 처리 시스템, 구체적으로, 연료 소비 공급원 또는 기타 산업용 이산화탄소 배출기로부터 이산화탄소 배출물을 포획 및 전환시키기 위한 방법 및 장치의 기술 분야에 관한 것이다. 아마도, 화학적 자력영양 박테리아를 사용하는 것을 통해, 본 발명은 대기 안으로의 이산화탄소 배출물을 포획 및 감소시키는 데 사용될 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
탄소 제거는 매체에서, 및 연료 생산 및 사용에 관계된 정부 당국 및 산업에서 대단한 관심을 받고 있는 주제이다. 화석 연료의 연소는 미국 내 온실 가스의 83% 가량의 원인이 된다. 현재 미국은 연간 6.0 x 109 톤의 이산화탄소를 배출하고 있으며, 이 값은 오는 20년에 걸쳐 27% 증가할 것으로 예상된다. 또한, 대기 중 이산화탄소 (CO2)와 같은 온실 가스 농도의 증가와 전세계적 기후 변화 사이의 보고된 관계는 여러 나라들로 하여금 CO2 배출의 상한을 정하는 환경 기준을 도입하고 현재의 배출량을 감소시키도록 촉구하였다. 2007년 4월, 미국 대법원은 이산화탄소를 오염원으로 규정하였고, 미국 환경보호국 (U.S. EPA)이 이산화탄소 배출을 규제할 권한과 의무를 갖는다. U.S. EPA는 이산화탄소가 인체의 건강 및 환경에 위협을 가하며, 이제 청정공기법 (Clean Air Act) 하에 규제될 수 있는 5가지 다른 온실 가스의 목록에 부가될 것임을 결정하였다. 연방 정부는 결국 탄소 배출권 거래의 법안을 제정할 것으로 예상된다. 이렇게 되면, 공익 기업, 석탄 제조사 및 기타 산업의 이산화탄소 배출자는 막대한 이산화탄소의 영향으로 인하여 연방의 이산화탄소 규제에 특별히 영향을 받는 위치에 있게 된다. 본 발명의 목적은 이산화탄소를 고비용 및 법적 책임보다는 값진 자원으로 전환시킬 수 있다. 본 발명의 실시양태는 연료 전환 공급원, 석탄-화력 발전소, 천연 가스-화력 발전소를 포함하는 산업용 이산화탄소 배출기를 위한 이산화탄소 포획에, 그리고 아마도 심지어 분산 발전 연료 전지에도 응용된다.
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대부분의 생물학적 탄소 포획 및 재사용 기술은 탄소 포획을 위한 광합성 미생물에 의존한다. 생물학적 기술은 1970년대부터 연구되어 왔으며, 현재 이산화탄소 포획 및 생물량으로의 전환을 위해 시험-규모로 수행되고 있다. 조류-기반의 기술이 이산화탄소 포획을 위한 가능성을 보였지만, 이러한 기술들은 적정의 광합성을 위한 적절한 광 침투를 위해 요구되는 넓은 대지 면적 및 개방 못 (open pond)에서의 탄소 흡수율 또는 광생물반응기의 비용에 의해 제한될 수 있었다. 그러나 이러한 어려움은 본 발명의 다양한 실시양태에서의 박테리아 반응기 시스템에 의해 극복될 수 있다.
본 발명은 바이오디젤 및 기타 생물-기재 생성물의 제조를 위한 화학적 자력영양 ("CAT") 박테리아-기반 CO2 소모 공정을 포함할 수 있다. CAT 공정은, 판매가능한 생성물을 제조할 수 있는 탄소 포획 및 재사용 기술을 갖는 산업용 이산화탄소 배출기 등을 제공할 수 있으며, 어쩌면 그에 의해 환경적 유해요소 및 비용 (예컨대 온실 가스 "GHG")이 자원으로 전환된다. 모든 발전소의 CO2 배출이 바이오디젤, 예컨대 아마도 약 640억 배럴의 바이오디젤로 전환된다면, 국내 운송 연료 시장에 넉넉히 공급될 수 있을 것이다. 전기 단가에 최소의 영향을 미치면서 발전소의 효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 개시
본 발명은 생물학적 탄소 포획 및 전환 시스템, 및 배출물로부터 이산화탄소를 제거하는 방법을 제공할 수 있다. 실시양태에서, 본 발명은 탄소 포획 공정을, 연소 발전소, 채광, 시멘트, 석회 및 트로나 및 정유 작업장, 도시 폐기물 매립장 및 연료 전지 플랜트를 비제한적으로 포함하는 이산화탄소의 기존 공급원 내에 생물학적 탄소 포획 및 전환 시스템으로 통합시켜 배출물로부터 이산화탄소를 제거할 수 있다.
결과적으로 생성되는 생물량은 바이오연료, 비료, 공급원료 등으로 재가공될 수 있거나, 심지어는 연소 시설 (예컨대 아마도 함께-연소되는 응용에서) 내에 직접 주입될 수도 있다. 본 발명의 목적은 생산-제한 폐기 생성물보다는 가치-부가된 생성물로서 이산화탄소를 사용하는 것이다. 이러한 방식으로, 이산화탄소 배출기로부터 원래 방출된 탄소는 대기로 배출되기 전 적어도 1회 포획 및 재사용될 수 있다.
본 발명의 실시양태의 영향은 경제적으로 실행가능한 탄소 포획 및 재사용 시스템을 갖는 이산화탄소 배출기 등을 제공할 수 있다. 기재된 기술은 비교적 신속한 연구개발 단계의 가능성, 장기적 책임의 면에서 최종 사용자에 대한 적은 위험성, 및 바이오연료 생산 및/또는 공-연소 응용을 통한 플랜트 효율의 개선 능력을 갖는다.
본 발명의 또 다른 목적은, 실시양태에서, 온실 가스의 에너지-관련 배출을 감소시킬 수 있고, 어쩌면 전력 생산의 에너지 효율을 개선할 수 있으며, 아마도 심지어는 미국이 이 분야에서 기술적 선두를 유지할 수 있도록 보장하는 기술의 개발을 통해 미국의 경제적 및 에너지 보안을 개선하는 것이다. 뿐만 아니라, 상기 개념은 에너지 기술의 다음 세대 투자를 포함하는 행정적 에너지 및 환경 안전 현안 (Administration's Energy and Environment Agenda)의 다수 목표를 지지하여, 국내에서 더 많은 에너지를 생산하고, 에너지 효율을 촉진하며 (아마도 바이오연료를 통해, 그리고 생성된 생물량의 공-연소 응용을 통해), 탄소의 손실구를 폐쇄하고, 미국의 경쟁력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시양태의 영향은 환경적으로 책임성 있고 경제적으로 사용가능한 탄소 포획 시스템을 갖는 공익 기업을 제공할 수 있다. 더 나아가서, 상기 기술의 사용은 탄소 포획을 위한 여타 옵션들, 예컨대 여전히 여러 해의 시험 및 모델링 뿐만 아니라 각각의 배치에서 복잡한 현장 특성화 및 막대한 자본 비용을 필요로 할 수 있는 지질학적 제거에 비해 상대적으로 신속하므로, 주입 활동이 최종 사용자 및 미국의 미래 세대에 대하여 잠재적인 책임을 남기지 않는 것을 보장할 수 있다. 비교적 신속한 연구개발 단계의 가능성과 더불어, 장기 책임의 면에서 최종 사용자에 대한 낮은 위험성, 및 바이오연료 생산 및 (또는) 공-연소 응용을 통한 플랜트 효율을 개선할 수 있는 능력은 전국적으로 발전소에서 이들 시스템을 고안, 건설, 유지 및 작동하는 것과 관련된 신규의 환경친화적 일자리를 거의 틀림없이 창출할 수 있을 뿐만 아니라 생산가능한 막대한 생물량의 규모를 사용하는 것에 초점을 맞춘 바이오-공정/바이오연료 산업에 증가된 활력과 혁신을 자극할 수 있다.
다양한 박테리아가 CO2 소비, 및 그로부터 바이오-오일이 추출되고 최종 생성물이 생성될 수 있는 생물량 전구체의 품질에 대하여 개발되고 평가될 수 있다. 2개의 생물반응기 시스템이, 질소 환원 박테리아 ("NRB")라고도 알려진 탈질소화 박테리아를 이용하여 산화된 질소 화학종의 환원된 질소 화학종으로의 환원을 촉진하도록 진보될 수 있다. 환원된 질소 화학종은 CAT 생물반응기에 에너지원을 공급할 수 있다. CAT 생물반응기에서 생성된 NO3와 같은 산화된 질소 화학종은 제1 생물반응기에서 추가의 환원된 질소 화학종을 생성하도록 재순환될 수 있다. NRB 반응기, 영양분 전환 반응기, 또는 상기 언급된 반응기들의 양자에서 박테리아에 의해 생성된 아세테이트가 제3의 아세테이트-전환 반응기에서 박테리아에 공급될 수 있다. 아세테이트-전환 반응기로부터의 생물량은 바이오-오일 또는 기타 추출가능한 화학약품을 위해 가공될 수 있다. 비추출성 생물량 분획은 박테리아 시스템을 이행하기 위한 영양분으로 전환되어 영양분 요구량을 감소시킬 수 있다. CAT, NRB 및 아세테이트-소비 생물반응기에서 생성된 생물량을 가공하여 정제된 지질, 및 바이오디젤, 바이오산물 및 기타 물질로 가공하기 위한 여타 물질을 수득할 수 있다. 생물반응기를 위한 작업 파라미터 성능 및 조절 값을 고안하고 확립하기 위해 필요한 데이터는 실험에 의해 밝혀질 수 있다. 바이오-오일이 바이오산물 및 석유 대체 산물을 합성하기 위한 전구체로 사용될 수 있다.
실시양태에서, 아세테이트의 활용은 기재된 방법과 통합될 수 있지만 상이한 에너지 셔틀을 사용한다. 아세테이트의 활용은 황 셔틀을 이용하는 방법과 통합될 수 있으며, 이는 화학적 자력영양 박테리아 및 황산염 환원 박테리아를 사용할 수 있고 에너지 셔틀을 위해 황산염 및 황화물을 순환시킬 수 있다. 황산염 환원 박테리아, 영양분 생산 박테리아 또는 황산염 환원 및 영양분 생산 박테리아의 양자에 의해 생성된 아세테이트가 생물량 및 바이오산물의 생성을 위한 아세테이트-소비 반응기에 공급되도록 사용될 수 있다.
모델링 및 시스템 통합이 대규모 발전소 응용을 위해, 그리고 아마도 종래의 바이오디젤 플랜트 내 "투입가능한 (drop in)" 공정으로서 시멘트 및 비료 제조 시설과 같은 소규모의 작업을 위해 수행될 수 있으며, 심지어 상이한 양의 탄소 포획이 발전소 효율 및 단가에 영향을 줄 수 있다. CAT 바이오디젤 및 기타 최종 산물에 대한 시장 침투의 평가를 수반할 수 있는 배치 프로젝트의 중요한 측면. 바이오-오일은 여러가지 국내 산업 - 고속도로, 공항 활주로 등과 같은 미국 내 산업 및 기반 자산을 유지하는 데 필요한 다수의 운송 연료 및 기타 화학약품 및 중합체 - 을 고무할 수 있다. 이는 상기 최종 산물의 국내 생산을 위한 석탄 가스화에 비해 판이하게 다른 접근일 수 있다. 제안된 개념은 CO2를 석유 대체 산물, 예컨대 바이오디젤로 전환시킬 변환 경로를 대표할 수 있고, 심지어는 CO2를 포획하는 효율적이고 경제적인 방법을 제공할 수 있다.
당연히, 본 발명의 추가의 목적, 목표 및 실시양태는 본 명세서의 다른 부분 및 청구항에 걸쳐 개시된다.
도 1은 본 발명의 일부 실시양태에 따르는 이산화탄소 포획 및 생물량으로의 전환을 위한 박테리아 반응기 시스템의 개념적 모델을 보여준다.
도 2는 본 발명의 일부 실시양태에 따르는 아세테이트 전환 반응기의 옵션을 갖는, 이산화탄소 포획 및 생물량으로의 전환을 위한 박테리아 반응기 시스템의 개념적 모델을 보여준다.
도 3은 또한 아세테이트를 소비하는 선택된 CAT 박테리아의 성장 곡선이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시양태에 따르는 아세테이트-소비 반응기의 옵션을 갖는, 황 셔틀을 이용하는 이산화탄소 포획 및 생물량으로의 전환을 위한 박테리아 반응기 시스템의 개념적 모델이다.
도 5는 트리글리세리드의 촉매 에스테르 교환반응의 예이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시양태에 따르는 질화 및 암모니아화 미생물을 이용하는 이산화탄소 포획 및 생물량으로의 전환을 위한 박테리아 반응기 시스템의 개념적 모델을 보여준다.
도 7은 본 발명의 일부 실시양태에 따르는 질화 및 탈질소화 박테리아를 이용하는 이산화탄소 포획 및 생물량으로의 전환을 위한 박테리아 반응기 시스템의 개념적 모델을 보여준다.
도 8은 본 발명의 일부 실시양태에 따르는 무기 셔틀 물질을 재순환하지 않고 질화 및 탈질소화 박테리아를 이용하는 이산화탄소 포획 및 생물량으로의 전환을 위한 박테리아 반응기 시스템의 개념적 모델을 보여준다.
본 발명을 수행하는 방식(들)
본 발명은 다양한 방식으로 조합될 수 있는, 다양한 측면을 포함한다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 요소들을 나열하고 실시양태의 몇 가지를 설명하기 위해 제공된다. 상기 요소들은 처음 실시양태와 함께 나열되지만, 이들은 추가의 실시양태를 만들기 위해 임의의 방식으로, 임의의 수로 조합될 수 있음이 이해되어야 한다. 다양하게 기재된 실시예 및 바람직한 실시양태들은 본 발명을 단지 분명하게 기재된 시스템, 기술 및 응용에만 국한하는 것으로 생각되어서는 아니 된다. 또한, 이러한 기재는 개시된 요소들 중 임의의 수를 갖는, 각 요소를 단독으로 갖는, 그리고 본 출원 또는 임의의 후속 출원에서 모든 요소의 임의의 및 모든 다양한 순열 및 조합을 갖는 모든 다양한 실시양태, 시스템, 기술, 방법, 장치 및 응용의 설명 및 청구항을 지지하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 이산화탄소 오염물을 감소시키는 방법 및 아마도 심지어는 이산화탄소 오염물을 감소시키기 위한 공정 시스템을 다양한 실시양태로 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나의 방법은 이산화탄소 배출원으로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 수집하여 담고; 상기 이산화탄소 배출원으로부터의 상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 효율적으로 도입하고; 상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고; 상기 화학적 자력영양 박테리아를 이용하는 상기 이산화탄소의 상기 화학적 자력영양 소화로부터 적어도 일부의 생물량을 생물학적으로 생산하고; 아마도 심지어는 상기 이산화탄소 배출원으로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키는 것을 비제한적으로 포함할 수 있다. 시스템은 이산화탄소 배출원으로부터 이산화탄소 배출물의 적어도 일부의 공급; 상기 이산화탄소 배출원으로부터 상기 이산화탄소 배출물의 적어도 일부를 담도록 배열된 배출물 용기; 상기 이산화탄소 배출원으로부터 상기 이산화탄소 배출물의 적어도 일부를 수납하도록 배열된 적어도 하나의 공정 반응기; 상기 이산화탄소의 적어도 적어도 일부를 소화시키도록 배열된 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 복수의 화학적 자력영양 박테리아; 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생물학적으로 생산된 일정량의 생물량; 및 아마도 심지어는 상기 이산화탄소 배출원으로부터 상기 이산화탄소 배출물의 대기 방출의 생태학적 감소를 비제한적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 초기 이해는 아마도 심지어는 이산화탄소 소비를 위한 생물반응기에서 화학적 자력영양 박테리아를 사용하는 것은 비제한적으로: 연료 소비원, 전력 생성원, 시멘트 및 트로나 제조 및 가공 플랜트, 석탄 정제소, 정유소, 채광 작업장, 석회 생산 플랜트, 도시 폐기물 시설, 비-전력 생성원, 석탄-화력 발전소, 천연 가스-화력 발전소, 연료 전지, 연소 발전소, 증류소, 바이오연료 생산 플랜트, 바이오산물 제조 플랜트 등과 같은 다양한 기술과 조합될 수 있다는 사실에서 시작될 수 있다. 연료 소비원은 연료가 소비되거나 아마도 심지어는 공정 중에 전환되는 임의의 유형의 시스템 또는 응용을 포함할 수 있다. 예를 들어, 석탄이 시멘트 및 에너지 생산에서 시멘트 플랜트 및 전력 공급원에서 연소되며, 아마도 심지어는 원유가 정유소 등에서 가솔린, 디젤 연료, 아스팔트 등으로 전환될 수 있다. 실시양태에서, 연료 전환원은 이산화탄소가 생성되고 대기로 배출되는 임의의 시스템 또는 산업 시스템을 포함할 수 있다.
일반적으로, 무기 질소 화합물을 산화시키는 박테리아와 같은 화학적 자력영양 박테리아가 다양한 공정으로부터 배출된 이산화탄소를 유기 분자 및 생물량으로 고정시키기 위한 후보종일 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 환원된 질소 화학종 및 질소 함유 화합물을 에너지원 (예, 전자 공여체)으로, 이산화탄소를 주탄소원으로 사용할 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 질소 함유 화합물, 질소 산화물 및 아마도 환원된 질소 화학종을 산화시킬 수 있고, 이산화탄소를 고정시킬 수 있고, 심지어는 최종 생성물로 생물량을 생성할 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는, 연료 소비원의 배출물로부터 이산화탄소를 제거하기 위해 사용될 수 있는 이산화탄소 배출물 제거제일 수 있으며, 이는 이산화탄소 포획 및 재사용 기술로 간주될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시양태를 대표하는 공정도의 일례를 도 1에 나타내는 바, 여기에서 적어도 하나의 공정 반응기 (3)는 연료 소비원으로부터의 굴뚝 배출물로부터의 비처리 화염관 기체와 같은 배출물을 수납 및 심지어는 처리하도록 배열될 수 있다. 연료 소비원은 배출물을 방출할 수 있으며, 이는 이산화탄소 배출물 (1), 및 질소, 질소 산화물, 황 산화물, 산소, 이들의 조합 등의 배출물과 같은 여타 배출물의 공급을 포함할 수 있다. 이산화탄소 배출물은, 아마도 심지어 일부 실시양태에서는 배출물의 냉각을 위한 열교환기를 통과하여, 적어도 하나의 공정 반응기 (3) 내로 효율적으로 도입될 수 있다. 효율적인 도입은 연료 소비원으로부터 적어도 하나의 공정 반응기로 배출물의 여과, 채널전달, 유동, 유도, 포획, 이동, 운반, 연결 (직접 또는 간접) 등을 포함할 수 있다. 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 배출물로부터 이산화탄소를 화학적 자력영양에 의해 소화시키도록 거기에 배열될 수 있는 적어도 하나의 공정 반응기에 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 포함될 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 복수의 같은 종의 박테리아를 포함하거나 심지어 1종 초과의 박테리아로부터 복수의 박테리아를 포함할 수 있고, 탄소를 고정시키는 박테리아 및 질소 화합물을 산화시키는 박테리아, 예컨대 비제한적으로 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로소코커스 (Nitrosococcus), 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 니트로스프리아 (Nitrospria), 니트로스피나 (Nitrospina), 니트로소로부스 (Nitrosolobus), 페도박터 (Pedobacter) 속의 것들 및 이들의 조합 일 수 있다. 배출물로부터의 이산화탄소는 박테리아에 의해 효소반응으로 변형될 수 있고, 따라서 일부 탄소는 세포 생물량에 저장될 수 있다. 생물학적으로 생산된 최종 산물인 생물량 (4)은 주로 아미노산, 탄수화물 및 물일 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 공정 반응기를 사용하거나 사용하지 않는 다양한 이산화탄소 포획 기술에 사용될 수 있고, 화학적 자력영양 박테리아는 이들 시스템에 사용하기 위한 임의의 종류의 공급원으로부터 공급될 수 있음이 주목된다. 실시양태에서, 공정 반응기는 임의의 유형의 저장용기, 반응기, 용기, 시스템, 공동 등을 포함할 수 있다.
생물학적으로 생산된 생물량 (4)의 일정량이 생물량 수집기 (4)를 갖는 적어도 하나의 공정 반응기로부터 수집될 수 있다. 실시양태에서, 생물량 수집기 (4)는, 비제한적으로 농축기, 원심분리, 부유 장치, 침강 장치, 여과 등과 같은, 적어도 하나의 공정 반응기로부터 생물량을 회수하기 위한 생물량 회수 요소를 포함할 수 있다. 생산된 생물량은 반응기로부터 바로 수집 및 회수되어 배지의 재순환을 가능하게 할 수 있다. 생물량 (4)은 연료, 판매가능한 화학약품, 메탄, 수소, 알콜, 비료, 공급원료, 바이오에너지, 식품, 바이오연료, 바이오디젤, 군사용 연료, 에탄올, 플라스틱, 동물 사료, 수생동물 사료, 식품 보조제 (food amendment) 등을 비제한적으로 포함할 수 있는 제품 (16, 18, 23)으로 가공 또는 심지어 전환될 수 있다. 배출물 공급원에 의해 요구되는 탄소 제거의 수준에 따라 상기 공정을 통해 변동가능한 양의 생물량이 제조될 수 있지만; 중간 정도의 양의 탄소 포획 및 전환조차도 상당한 양의 생물량 제조를 초래할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에 위치할 수 있는 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 에너지 공급물, 아마도 심지어는 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물을 제공할 수 있다. 이러한 유형의 반응기에서 화학적 자력영양 박테리아에 생물학적 탄소 고정을 수행하는 데 요구되는 에너지 공급물은 예를 들어 질소 함유 화합물 (6)의 공급물로 부가될 수 있다. 뿐만 아니라, 시스템 내부의 재순환된 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물 (6)로, 아마도 심지어는 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물을 생성할 수 있는 제2의 공정 반응기 (7)로부터, 화학적 자력영양 박테리아에 에너지 공급물을 재순환시키는 것이 가능할 수 있다. 일부 실시양태에서, 재순환된 처리된 생물량 잔류물이 전자 공여체 공급물로 박테리아에 재순환될 수 있다. 이는 재순환된 생물량 잔류물의 직접 또는 간접 사용일 수 있다. 일부 실시양태에서, 재순환된 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물은 같은 공정 반응기 내로부터 재순환될 수 있다. 하나의 공정 반응기, 또는 일부의 예에서 제2의 공정 반응기 (7)는 질소 화합물을 환원시키는 박테리아를 포함할 수 있으며, 이는 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생성된 질소 화학종을 환원된 질소 화학종으로 환원시킬 수 있고, 이는 그 후 그의 에너지 공급물로 화학적 자력영양 박테리아에 의해 사용되거나 심지어 상기 박테리아에 재순환될 수 있다. 질소 환원 박테리아 ("NRB")는 산화된 질소 화학종을 환원시키거나 탈질소에 참여할 수 있는 임의의 박테리아일 수 있다. 즉, 실시양태에서, 제2의 공정 반응기 (7)는 질소 화합물의 공급물을 생성하거나 심지어는 탈질소화 공정 반응기일 수 있다. 질소 화합물의 공급물은 화학적 자력영양 박테리아에 의해 소비될 수 있는 원소상 질소, 암모늄, 암모니아, 아산화질소, 산화질소, 아질산염, 히드록실아민 등을 포함한다. 또한, NRB도 본원에 논하는 바와 같이 수집되고 처리될 수 있는 생물량 (4)을 생성할 수 있다.
따라서, 실시양태에서, 에너지 공급물, 예를 들어 질소 화합물을 화학적 자력영양 박테리아로 재순환시키는 것은, 도 1에서 알 수 있듯이, 제2 공정 반응기 (7)에 NRB를 제공하고, 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 공정 반응기 (3)를 아마도 연결부 (5)를 이용하여 질소 화합물 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에 (직접 또는 간접적으로) 연결하고, 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에서 산화된 질소 화학종을 생성시키고, 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 반응기 (3)로부터 산화된 질소 화합물 (5)을 질소 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에 공급하고, 질소 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에서 질소 화합물을 생성하고; 아마도 심지어는 질소 환원 박테리아가 담긴 상기 제2 공정 반응기 (7)로부터 질소 화합물 (6)을 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 상기 실시양태에서, 적어도 하나의 공정 반응기 (3)는 산화된 질소 화학종을 생성하도록 (아마도 화학적 자력영양 박테리아에 의해) 배열될 수 있고, 제2 공정 반응기 (7)는 환원된 질소 화합물을 생성하도록 (아마도 질소 환원 박테리아에 의해) 배열될 수 있으며, 두 반응기는 산화된 및 환원된 질소 화학종이 적절한 반응기에 공급될 수 있도록 (직접 또는 간접적으로) 연결될 수 있다 (5, 6). 상기 두 반응기는 서로 물리적으로 떨어져 있거나, 투과성 막 등, 또는 심지어 튜브, 유입관, 파이프 등을 비제한적으로 포함하는 임의의 유형의 연결 또는 부착에 의해 연결되어 있거나 심지어는 접합되어 있을 수 있다. 다른 실시양태에서, 두 반응기의 내용물은 하나의 반응기 내에 합쳐질 수 있고, 아마도 심지어는 다수의 공정 반응기가 사용될 수도 있다.
별법으로, 질소 환원 박테리아 에너지 공급물이 질소 환원 박테리아에 제공될 수 있으며 (이는 폐기물 유기 탄소, 유기 물질 (19), 재순환된 유기 물질, 예컨대 질소 환원 박테리아 및 화학적 자력영양 박테리아 (20)의 생물량 또는 부산물로부터 수집된 세포 덩이 또는 기타 잔류 물질을 포함할 수 있음), 다시 질소 환원 박테리아 (11), 이들의 조합 등에 다시 재순환될 수 있다. 질소 환원 박테리아 에너지 공급물은 시스템 내에 재순환되거나 심지어 외부 공급원으로부터 공급될 수도 있다. 이 경우, 질소 환원 공정 반응기를 구동하기 위한 에너지 입력은 폐기물 유제품, 반품 우유, 폐기물 유제품 부산물, 치즈 유장, 밀집, 나뭇조각 등 (19)을 비제한적으로 포함하는 폐기물 유기 탄소 공급원의 형태일 수 있다. 다른 실시양태에서, 재순환된 공정 생물량 잔류물 전자 공여체 공급물을 질소 환원 박테리아에 공급하여, 재순환된 공정 생물량 잔류물이 질소 환원 박테리아에 의해 전자 공여체 공급물 (20)로 사용될 수 있게 할 수 있다.
실시양태에서, 그리고 도 1에서 알 수 있듯이, 이산화탄소 배출물 (1) 및 아마도 심지어는 본원에 언급된 기타 배출물을 포함하는 연료 소비원으로부터의 배출물은 그들이, 심지어는 아마도 연료 소비원을 빠져나올 때 배출물 용기에 담길 수 있다. 배출물 용기는 약 100%에 이르는 이산화탄소 배출물, 특히 이산화탄소 배출물의 대기로의 진입을 막을 수 있고, 상기 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 (3)로 이송할 수 있다. 배출물 용기는 저장소, 필터, 채널, 파이프, 인클로저 (enclosure) 등일 수 있다. 실시양태에서, 배출물은 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입되기 전에 처리될 수 있다. 배출물 전처리 요소는 아마도 심지어는 최소한 다른 배출물로부터 이산화탄소를 분리하도록 배출물을 전처리할 수 있다. 이러한 면에서, 배출물 전처리 요소는 이산화탄소 배출물 분리기일 수 있다. 배출물이 배출물 전처리 요소에서 처리된 후, 이산화탄소는 본원에 언급된 탄소 소화를 위한 적어도 하나의 공정 반응기 (3)로 보내질 수 있다 (1).
공정 반응기 (3)는 성장 배지를 함유할 수 있으며, 이는 박테리아, 무기 염, 미량의 비타민, 효소, pH 조절을 위한 시판 효소, pH 조절물질 등을 비제한적으로 포함할 수 있다. 성장 배지는 이산화탄소에 대한 적절한 보유를 가질 수 있고 따라서 이산화탄소 리테이너 (retainer)를 구비할 수 있지만, 질소와 같은 여타 기체들은 아마도 실제로 용해도를 갖지 않고 흘러 통과할 수 있다. 공정 반응기 (3) 내 화학적 자력영양 박테리아와 같은 박테리아는 상기 공정 반응기 내로 이산화탄소 유입 속도보다 작거나 같은 소화 속도로 이산화탄소를 소화시킬 수 있다. 이는 적정 작업을 위해 구비될 수 있다.
생물량 (4)이 적어도 하나의 공정 반응기 (3)로부터, 그리고 아마도 심지어는 제2 공정 반응기 (7)로부터 생물량 수집기 (13) 내로 회수 및 수집됨에 따라, 이는 생물량 및 물을 둘 다 함유할 수 있다. 물은 공정 반응기(들)로 되돌려지거나 아니면 시스템 내로 재순환될 수 있다. 이들은 분리기를 사용하여 분리되거나, 심지어는 생물량 건조기에서 건조되어, 상기 생물량이 본원에 언급된 것과 같은 다양한 산물 (16, 18, 21, 23)로 더 처리될 수 있다. 실시양태에서, 생물량은, 아마도 소비원을 위한 연료로 아마도 연료 소비원 시스템 주입기에 의해 연료 소비원 내로 주입되거나 심지어는 다시 공급될 수 있다.
본 발명의 실시양태는 또한, 석탄, 생물량 등과 같은 갱신가능한 및 갱신가능하지 않은 연료원의 공급을 잠재적으로 늘릴 수도 있다. 공정 반응기(들)에서 생산된 생물량은 바이오디젤 (16) 또는 아마도 심지어는 에탄올과 같은 바이오연료 (15)로 가공될 수 있거나 발전소에서 공-연소된 다음, 연소를 통해 초기 방출된 이산화탄소가 포획 및 재-연소될 수 있다. 상기 공정은 이산화탄소를 어쩌면 수 차례 재순환할 수 있고, 그럼으로써 플랜트의 에너지 생산 목표에 부합하기 위해 요구되는 갱신가능하지 않은 연료의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 화학적 자력영양 반응기 (3)에 남아있는 임의의 소화되지 않은 이산화탄소 또는 질소 환원 박테리아 반응기 (7) 중 임의의 생성된 이산화탄소도 재순환될 수 있다. 예를 들어, 소화되지 않은 이산화탄소 재순환 요소는 처리되지 않은 이산화탄소를 시스템 내로 다시, 아마도 심지어는 연료 배출물 내로 또는 심지어 배출물 전처리 요소 내로 다시 재순환시킬 수 있다. 공정 반응기는 질소 및 산소와 같은 여타 기체를 반응기로부터 배출시키고, 이를 대기로 방출하거나 상기 부산물을 달리 방출할 수 있다. 실시양태에서, 폐기 생성물, 불순물, 오염물 등은 공정 반응기 또는 시스템으로부터 회수될 수도 있다.
본 발명의 실시양태는 이산화탄소를, 고비용의 공정 (예를 들어, 깊은 지표면 아래의 주입/제거)을 통해 폐기할 필요가 있는 생산-제한 폐기물보다는, 석탄-화력 발전소 뿐만 아니라 다른 연료 기반 소비 시스템의 가치-부가된 산물로 전환시킴으로써 "청정 석탄"의 이상을 성취할 수 있다. 전술한 바로부터 이해될 수 있듯이, 시스템의 하나의 개념은 화염관-기체 주입을 포함할 수 있고, 이는 화염관-기체로부터 수성 반응기 내로 CO2를 제공할 수 있고, 거기에서 탄소-고정 박테리아와 같은 화학적 자력영양 박테리아가 탄소를 용액 외부로 끌어내어 그를 박테리아의 생물학적 조직 및 지질 내에 포함시킬 수 있고 (예, 탄소 고정), 아마도 효과적으로 이산화탄소를 포획하여, 그를 공정 반응기로부터 연속적으로 수확될 수 있는 생물량으로 전환시킬 수 있다. 상기 생물량은 어쩌면 비료, 공급원료, 바이오 연료로 사용하기 위해 가공될 수 있거나, 아마도 심지어는 연소 시설 (예, 공-연소되는 응용) 내로 직접 주입되어 플랜트의 Btu 목표를 획득하는 데 필요한 석탄의 양을 보상할 수 있으며, 따라서 아마도 석탄 연소로부터 생기는 NOx 및 SOx 화염관 기체 중 다른 불순물을 희석한다. 이러한 방식으로, 탄소 연소로부터 원래 방출된 탄소가 포획되어 아마도, 전체 총 이산화탄소 발생 및 배출을 저하시키고, 아마도 플랜트로 하여금 허용가능한 이산화탄소 한계를 초과하지 않고 전력 생산을 유지할 수 있게 할 수 있다. 본 발명의 실시양태는 도 1에 도시된 것과 같이 2-부분 박테리아 시스템을 포함할 수 있는 박테리아 시스템에서 화학적 자력영양 박테리아의 탄소 동화율을 극대화하는 적정의 조건을 밝혀낼 수 있다.
도 1로부터 알 수 있듯이 실시양태에서, 시스템은 (1) CO2; (2) O2; (3) CAT 생물반응기; (4) CAT 생물량 수확 기체 회수; (5) NO3 -; (6) NO2 -; (7) NRB 생물반응기; (8) NRB 생물량 수확 영양분 회수; (9) 박테리아; (10) 박테리아; (11) 영양분; (12) 영양분; (13) 지질 추출; (14) 메탄올; (15) 바이오디젤 생산; (16) 바이오디젤; (17) 지질 연료 생산; (18) 지질 연료; (19) 대체 잔류물 영양분; (20) 영양분 생산; (21) 잔류물 사용, 공급/에너지 (고단백질), 연료 공급; (22) 아세테이트; (23) 메타노겐, 화학 공급원료, 폐기를 통한 CH4; (24) O2; (25) CO2; 및 이들의 임의 조합 및 순열 등을 포함할 수 있다.
도 2로부터 알 수 있듯이 실시양태에서, 시스템은 (1) CO2; (2) O2; (3) CAT 생물반응기; (4) CAT 생물량 수확 기체 회수; (5) NO3 -; (6) NO2 -; (7) NRB 생물반응기; (8) NRB 생물량 수확 영양분 회수; (9) 박테리아; (10) 박테리아; (40) 아세테이트; (12) 영양분; (13) 지질 추출; (14) 메탄올; (15) 바이오디젤 생산; (16) 바이오디젤; (17) 지질 연료 생산; (18) 지질 연료; (19) 대체 잔류물 영양분; (20) 영양분 생산; (21) 잔류물 사용, 공급/에너지 (고단백질), 연료 공급; (22) 아세테이트; (41) 아세테이트 전환 반응기; (42) 액체; (43) 박테리아; (44) 생물량 수확; (45) O2; (46) CO2; (47) CO2; 및 이들의 임의 조합 및 순열 등을 포함할 수 있다.
실시양태에서, 공정 반응기는 임의의 기후에서, 하루 24시간까지 작동될 수 있으며, 심지어는 조밀한 개체군의 화학적 자력영양 박테리아를 담을 수 있다.
실시양태에서, 적정 조건 (예, 압력, 온도 및 pH), 영양분 농도 (존재할 경우), 질소 화학종의 농도, 무기 탄소 농도 (예, pH에 따라 CO2, HCO3 -, 또는 CO3 2-), 무기 이온 농도, 박테리아 세포 밀도 등이 탄소 고정 박테리아 다양한 종/균주의 최대 탄소 고정율을 위해 결정될 수 있다. 무기 탄소는 예비 시험에서 순수한 이산화탄소로 도입되고, 그 후 효율적인 박테리아 성장 및 이어지는 탄소 포획을 위해 가장 낮은 수준의 화염관 기체 순도 (즉, 최소량의 전처리가 요구되며 비용 절감이 극대화되는)를 또한 결정하는 더 복잡한 시험을 위해서 시뮬레이트된 화염관 기체 혼합물로 도입될 수 있다. 위에 논한 바와 같이, 반응기는 또한 생물량의 연속적인 회수를 위한 장치에 이어 미리-결정된 세포 밀도에서 반응기로부터 생물량을 탈수하기 위한 장치를 구비하여, 생물량의 품질 및 바이오연료 생산 또는 석탄이나 기타 연료와 배합을 위한 공-연소 연료로 사용하는 것과 같은 가능한 응용을 결정하기 위해 사용될 수 있는 박테리아 페이스트를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시양태는 이산화탄소 및/또는 다른 무기 탄소 공급원의 포획 및 유기 화합물로의 전환을 위한 다단계의 생물학적 및 화학적 공정을 포함할 수 있으며, 여기에서 공정 중 하나 이상의 단계는 이산화탄소 또는 무기 탄소를 유기 화합물로 고정시키기 위해, 절대 및/또는 임의 화학적 자력영양 미생물, 및/또는 화학적 자력영양 미생물로부터의 효소를 함유하는 세포 추출물을 사용하는데, 여기에서 이산화탄소 기체가 단독으로 또는 혼합물로, 또는 해수와 같은 수용액을 포함하여 용해된 이산화탄소, 탄산염 이온 또는 중탄산염 이온으로서의 용액으로, 또는 탄산염 미네랄을 비제한적으로 포함하는 고체 상으로, 화학적 자력영양 생물 및/또는 화학적 자력영양 세포 추출물을 유지하기 적합한 환경 내로 도입되고, 이것들이 무기 탄소를 유기 화합물로 고정시키며, 상기 화학합성의 탄소 고정 반응은, 화학적으로 또는 전기화학적으로 생성된 전자 공여체 및 전자 수용체에 의해 제공된, 또는 상기 공정을 통해 화학합성 반응 단계(들)의 화학적 자력영양 미생물에 사용가능하게 된 무기 공급원 또는 폐기물 공급원으로부터 투입된 화학적 및/또는 전기화학 에너지에 의해 이행된다.
본 발명의 실시양태는 질소 산화 및 질화 박테리아와 같은 화학적 자력영양 박테리아 (태양광보다는 화학약품의 산화를 통해 무기 탄소 (CO2)를 고정시키는 박테리아)의 탄소 통화율을 연구할 수 있다. 상기 공정은 이들 생물을 생물학적 탄소 포획 및 전환 시스템에서 사용하여 공공시설 및 산업용 설비의 배출물로부터 이산화탄소 (CO2)를 제거할 수 있다.
제안된 접근법은 질소 환원 박테리아와 질소 산화 박테리아 사이의 합성적 공존이, 특수화된 작업 체제에서 아마도 예측가능한 생물량 생산율로 제어된 방식으로 유지될 수 있다는 개념에 의존할 수 있다. 또한, 이는 질소 환원 종속영양생물 및 질소 산화 화학-무기물 자력영양생물 사이에서 질소 화학종의 화학적 순환 (looping)을 통해 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라, 기술적 접근은, 아마도 바이오연료 및 기타 석유 대체 산물을 생산할 목적으로, 생물학적 지질 및 지방산의 수확을 위한 작업 조건을 맞춤으로 적정화할 수 있다. 또한, 수확된 물질은, 박테리아가 광범위한 고가치의 바이오산물, 예컨대 파라핀류의 탄화수소, 뿐만 아니라 아마도 심지어는 표준 바이오디젤 전구체 지질을 생산할 수 있다는 점에서 독특한 성질을 나타낼 수 있다. 추출가능하지 않은 생물량 잔류물은 질소 환원 박테리아를 위한 영양분 공급원으로 사용될 수 있다. 본원에서의 개념은 CO2를 바이오연료로 전환시키기 위한 조절되지 않는 에너지 공급원에 의존하지 않을 수 있는 시스템을 생산함으로써 기술분야의 현 상태의 결점을 조처할 수 있는 한편, 아마도 심지어는 GHG 배출 설비를 위한 저비용의 탄소 포획 기술을 제공한다.
아세테이트-소비 반응기가, NRB 반응기, 영양분 생산 반응기 또는 그 양자의 반응기에서 생성된 아세테이트를 소화시키기 위한 시스템 내에 도입될 수 있다 (도 2). 아세테이트 상에서의 박테리아 성장은, 다른 탄소원, 예컨대 이산화탄소 위에서보다 더 빠른 성장률, 및 따라서 더 높은 박테리아 생산성을 초래할 수 있다 (도 3). 폐기물 아세테이트가 공정의 다른 단계, 어쩌면 NRB 반응기, 영양분 생산 반응기 또는 양자의 반응기에서 생성될 수 있으므로, 상기 폐기물 아세테이트를 사용하여, 공정에 의해 소비된 이산화탄소의 양에 대하여 시스템에서 생산된 생물량 및 사용가능한 지질의 양을 증가시키는 것은 공정의 전체 효율을 증가시킨다.
상기 실시양태를 나타내는 일반적 공정도를 도 2에 제공하는데, 여기에서 적어도 하나의 공정 반응기 (3)는 연료 소비원으로부터의 굴뚝 배출물로부터 비처리 화염관 기체와 같은 배출물을 수납하고 심지어는 처리하도록 배열될 수 있다. 연료 소비원은 배출물을 방출할 수 있고, 이는 이산화탄소 배출물 (1) 및 질소, 질소 산화물, 황 산화물, 산소, 이들의 조합 등의 배출물과 같은 기타 배출물의 공급물을 포함할 수 있다. 이산화탄소 배출물은, 아마도 심지어는 일부 실시양태에서 배출물의 냉각을 위한 열 교환기를 통과하여, 적어도 하나의 공정 반응기 (3) 내로 효율적으로 도입될 수 있다. 효율적인 도입은 화염관 소비원으로부터 적어도 하나의 공정 반응기까지 여과, 채널전달, 유동, 유도, 포획, 이동, 운반, 연결 (직접 또는 간접) 등을 포함할 수 있다. 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 적어도 하나의 공정 반응기에 포함될 수 있으며, 거기에 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 배출물로부터 이산화탄소를 화학적 자력영양에 의해 소화시키도록 배열될 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 복수의 같은 종의 박테리아를 포함하거나 심지어 1종 초과의 박테리아로부터 복수의 박테리아를 포함할 수 있고, 탄소를 고정시키는 박테리아 및 질소 화합물을 산화시키는 박테리아, 예컨대 비제한적으로 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로소코커스 (Nitrosococcus) 및 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 및 이들의 조합일 수 있다. 이러한 생물학적 기반의 이산화탄소 포획 기술은 화학적 자력영양 박테리아와 같은 살아있는 생물 내 이산화탄소의 자연발생적 반응을 사용할 수 있다. 배출물로부터의 이산화탄소는 효소반응으로 변형 및 박테리아 내에 집적될 수 있고, 따라서 일부 탄소는 세포 생물량에 저장될 수 있다. 생물학적으로 생산된 최종 산물인 생물량 (4)은 주로 아미노산, 탄수화물 및 물일 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 공정 반응기를 사용하거나 사용하지 않는 다양한 이산화탄소 포획 기술에 사용될 수 있고, 화학적 자력영양 박테리아는 이들 시스템에 사용하기 위한 임의의 종류의 공급원으로부터 공급될 수 있음이 주목된다. 실시양태에서, 공정 반응기는 임의의 유형의 저장용기, 반응기, 용기, 시스템 등을 포함할 수 있다.
생물학적으로 생산된 생물량 (4)의 일정량이 생물량 수집기 (4)를 갖는 적어도 하나의 공정 반응기로부터 수집될 수 있다. 실시양태에서, 생물량 수집기 (4)는, 비제한적으로 농축기, 원심분리, 여과, 주낙 줄 (setline), 부유 장치 등과 같은, 적어도 하나의 공정 반응기로부터 생물량을 연속적으로 회수하기 위한 연속적 생물량 회수 요소를 포함할 수 있다. 생산된 생물량은 반응기로부터 쉽게 수집 및 회수되어 배지의 재순환을 가능하게 할 수 있다. 생물량 (4)은 메탄, 수소, 알콜, 비료, 공급원료, 바이오에너지, 식품, 바이오연료, 바이오디젤, 군사용 연료, 에탄올, 플라스틱, 동물 사료, 수생동물 사료, 식품 보조제 등을 비제한적으로 포함할 수 있는 제품 (16, 18, 23)으로 가공 또는 심지어 전환될 수 있고; 따라서 아마도 작업 비용을 상쇄시키거나 심지어는 잉여 이익을 발생시킬 수 있는 판매가능한 최종-산물을 얻을 수 있다. 상기 공정은, 생물량 최종 생성물로부터의 부수적인 이익은 별도로 하더라도, 배출물로부터 이산화탄소를 포획하는 데 비용-효과적일 수 있다. 본 기술의 상업적 가치는, 아마도 대규모의 작업에 사용될 경우에는, 무제한일 수 있을 것이다.
배출물 공급원에 의해 요구되는 탄소 제거의 수준에 따라 상기 공정을 통해 변동가능한 양의 생물량이 제조될 수 있지만; 중간 정도의 양의 탄소 포획 및 전환조차도 상당한 양의 생물량 제조를 초래할 수 있다. 국가가 지속가능한 에너지 기술로 자급자족할 수 있다는 것은 에너지 안보를 이루고, 다시 경제적 안보 및 번영을 이루기 위한 필수적인 측면이다. 생물량을 연료로 다시 플랜트 내에 공급함으로써 국내 연료의 소비 속도가 늦춰질 수 있다. 이는 우리의 국내 석탄이 에너지 안보를 이루도록 사용될 수 있는 기간을 연장시킬 수 있다. 상기 생물량을 운송 연료를 제조하는 데 이용하는 것은 외국 공급원으로부터 외제 석유의 수입을 줄일 수 있을 것이다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에 위치할 수 있는 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 에너지 공급물, 아마도 심지어는 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물을 제공할 수 있다. 이러한 유형의 반응기에서 화학적 자력영양 박테리아에 생물학적 탄소 고정을 이행하는 데 필요한 에너지 공급물은 예를 들어, 질소 함유 화합물 (6)의 공급물로 가해질 수 있다. 뿐만 아니라, 시스템 내 재순환된 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물 (6)을 이용하여 화학적 자력영양 박테리아에 에너지 공급물을 재순환하는 것도 가능할 수 있으며, 아마도 심지어는 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물을 생성할 수 있는 제2 공정 반응기 (7)로부터의 재순환도 가능하다. 일부 실시양태에서, 재순환된 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물은 같은 공정 반응기 내부로부터 재순환될 수 있다. 공정 반응기, 또는 일부 경우에 제2 공정 반응기 (7)는, 질소 화합물을 환원시키는 박테리아를 포함할 수 있으며, 이는 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생성된 질소 화학종을 환원된 질소 화학종으로 환원시킬 수 있고, 이는 그 후 화학적 자력영양 박테리아에 의해 에너지 공급물로 사용될 수 있고 심지어는 화학적 자력영양 박테리아에 재순환될 수 있다. 질소 환원 박테리아 ("NRB")는 산화된 질소 화학종을 환원시킬 수 있는 임의의 박테리아일 수 있다. 즉, 실시양태에서, 제2 공정 반응기 (7)는 질소 화합물의 공급물을 생성하며, 탈질소화 공정 반응기일 수도 있다. 질소 화합물의 공급물은 원소상 질소, 암모니아, 아산화질소, 산화질소, 아질산염, 히드록실아민 등을 포함할 수 있으며, 이들은 화학적 자력영양 박테리아에 의해 소비될 수 있다. 더 나아가서, NRB도 본 발명에 논의된 것과 같이 수집되고 처리될 수 있는 생물량 (4)을 생산할 수 있다. 생물학적으로 생산된 화학적 자력영양 생물량은 성장 강화를 위해 아세테이트 전환 반응기 (23)로 이송될 수 있다 (25). 상기 성장 강화를 위해 사용되는 탄소원은 공정 내 다른 반응기, 예컨대 질소 환원 박테리아 반응기 (7), 영양분 생산 반응기 (20), 또는 질소 환원 박테리아 반응기 (7)와 영양분 생산 반응기 (20)의 양자에서 생성되는 아세테이트일 수 있다. 아세테이트 전환 반응기 (23)에 존재하는 박테리아는 CAT 반응기 (3)에 존재하는 박테리아와 같은 종일 수도 있고 아닐 수도 있다. 아세테이트 전환 반응기 (23)에서 생산된 생물량은 전술한 것과 유사한 방법을 사용하여 수확될 수 있고, 수확된 생물량은 시스템에서 연료, 공급물, 다른 박테리아를 위한 영양분으로의 전환을 위해, 그리고 다른 목적을 위해 사용될 수 있다.
따라서, 실시양태에서, 에너지 공급물, 예를 들어 질소 화합물을 화학적 자력영양 박테리아로 재순환하는 것은 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 공정 반응기 (7)에 NRB를 제공하고, 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 공정 반응기 (3)를, 질소 화합물 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에, 아마도 연결부 (5)에 의해 (직접 또는 간접적으로) 연결하고, 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에서 산화된 질소 화학종을 생성시키고, 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 반응기 (3)로부터 산화된 질소 화합물 (5)을 질소 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에 공급하고, 질소 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에서 질소 화합물을 생성시키고; 아마도 심지어는 질소 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)로부터의 질소 화합물 (6)을 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 상기 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 (3)는 산화된 질소 화학종을 (아마도 화학적 자력영양 박테리아에 의해) 생성하도록 배열될 수 있고, 제2 공정 반응기 (7)는 환원된 질소 화학종을 (아마도 질소 환원 박테리아에 의해) 생성하도록 배열될 수 있으며, 두 반응기는 산화된 및 환원된 질소 화학종이 적절한 반응기에 공급될 수 있도록 (직접 또는 간접적으로) 연결될 수 있다 (5, 6). 상기 두 반응기는 서로 물리적으로 떨어져 있거나, 투과성 막 등, 또는 심지어 튜브, 유입관, 파이프 등을 비제한적으로 포함하는 임의의 유형의 연결 또는 부착에 의해 연결되어 있거나 심지어는 접합되어 있을 수 있다. 다른 실시양태에서, 두 반응기의 내용물은 하나의 반응기 내에 합쳐질 수 있고, 아마도 심지어는 다수의 공정 반응기가 사용될 수도 있다.
별법으로, 질소 환원 박테리아 에너지 공급물이 질소 환원 박테리아에 제공될 수 있으며 (이는 폐기물 유기 탄소, 유기 물질 (19), 재순환된 유기 물질, 예컨대 질소 환원 박테리아 및 화학적 자력영양 박테리아 (20)의 생물량 또는 부산물로부터 수집된 세포 덩이 또는 기타 잔류 물질을 포함할 수 있음), 다시 질소 환원 박테리아 (11), 이들의 조합 등에 다시 재순환될 수 있다. 질소 환원 박테리아 에너지 공급물은 시스템 내에 재순환되거나 심지어 외부 공급원으로부터 공급될 수도 있다. 이 경우, 질소 환원 공정 반응기를 구동하기 위한 에너지 입력은 폐기물 유제품, 반품 우유, 폐기물 유제품 부산물, 치즈 유장, 밀집, 나뭇조각 등 (19)을 비제한적으로 포함하는 폐기물 유기 탄소 공급원의 형태일 수 있다. 다른 실시양태에서, 재순환된 공정 생물량 잔류물 전자 공여체 공급을 질소 환원 박테리아에 공급하여, 재순환된 공정 생물량 잔류물이 질소 환원 박테리아에 의해 전자 공여체 공급물 (20)로 사용될 수 있게 할 수 있다.
일부 실시양태에서, SRB 반응기 (7), 영양분 생산 반응기 (20), 또는 SRB 반응기 (7)와 영양분 생산 반응기 (20)의 양자에서 생산된 아세테이트는 아마도 박테리아의 성장 강화를 위해 아세테이트 전환 반응기 (11,22) 내로 주입될 수 있다. 두 반응기는 서로 물리적으로 떨어져 있거나, 도 2에서 알 수 있듯이 투과성 막 등, 또는 심지어 튜브, 유입관, 파이프 등을 비제한적으로 포함하는 임의의 유형의 연결 또는 부착에 의해 연결되어 있거나 심지어는 접합되어 있을 수 있다. 아세테이트 전환 반응기 (23)에서 생산된 생물량은 생물량 및 바이오산물의 가공을 위해 수확될 수 있다 (26). 지질은 바이오디젤 (16), 지질 연료 (18) 또는 바이오디젤 (16)과 지질 연료 (18)의 양자로 사용될 생물량을 위해 추출될 수 있다. 생물량 잔류물은 처리되어 (20) SRB (12)에 영양분을 제공한다. 일부 실시양태에서, 생물량 잔류물은 동물 및 수생 동물 사료, 연료 및 기타 목적의 제조를 위해 사용될 수도 있다. 일부 실시양태에서, 아세테이트, 생물량 잔류물, 또는 아세테이트 및 생물량 잔류물은 또한 메탄 (21)의 생산을 위한 박테리아에 공급될 수도 있다.
실시양태에서, 그리고 도 1로부터 알 수 있듯이, 본원에서 논하는 바 이산화탄소 배출물 (1) 및 아마도 심지어는 다른 배출물을 포함하는 연료 소비원으로부터의 배출물은 그들이 연료 소비원을 빠져나올 때 아마도 심지어는 배출물 용기에 담길 수 있다. 배출물 용기는 약 100%에 이르는 이산화탄소 배출물, 특히 이산화탄소 배출물의 대기로의 진입을 막을 수 있고, 상기 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 (3)로 이송할 수 있다. 배출물 용기는 저장소, 필터, 채널, 파이프, 인클로저 등일 수 있다. 실시양태에서, 배출물은 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입되기 전에 처리될 수 있다. 배출물 전처리 요소는 아마도 심지어는 최소한 다른 배출물로부터 이산화탄소를 분리하도록 배출물을 전처리할 수 있다. 이러한 면에서, 배출물 전처리 요소는 이산화탄소 배출물 분리기일 수 있다. 배출물이 배출물 전처리 요소에서 처리된 후, 이산화탄소는 본원에 언급된 탄소 소화를 위한 적어도 하나의 공정 반응기 (3)로 보내질 수 있다 (1).
공정 반응기 (3)는 성장 배지를 함유할 수 있으며, 이는 박테리아, 무기 염, 미량의 비타민, 효소, pH 조절을 위한 시판 효소, pH 조절물질 등을 비제한적으로 포함할 수 있다. 성장 배지는 이산화탄소에 대한 적절한 보유를 가질 수 있고 따라서 이산화탄소 리테이너 (retainer)를 구비할 수 있지만, 질소와 같은 여타 기체들은 아마도 실제로 용해도를 갖지 않고 흘러 통과할 수 있다. 공정 반응기 (3) 내 화학적 자력영양 박테리아와 같은 박테리아는 상기 공정 반응기 내로의 이산화탄소 유입 속도보다 작거나 같은 소화 속도로 이산화탄소를 소화시킬 수 있다. 이는 적정 작업을 위해 구비될 수 있다.
생물량 (4)이 적어도 하나의 공정 반응기 (3)로부터, 그리고 아마도 심지어는 제2 공정 반응기 (7)로부터 생물량 수집기 (13) 내로 회수 및 수집될 때, 이는 생물량 및 물을 둘 다 함유할 수 있다. 물은 공정 반응기(들)로 되돌려지거나 달리 시스템 내로 재순환될 수 있다. 이들은 분리기를 사용하여 분리되거나, 심지어는 생물량 건조기에서 건조되어, 상기 생물량은 본원에 언급된 것과 같은 다양한 산물 (16, 18, 21, 23)로 더 처리될 수 있다. 실시양태에서, 생물량은, 아마도 소비원을 위한 연료로 아마도 연료 소비원 시스템 주입기에 의해 연료 소비원 내로 주입되거나 심지어는 다시 공급될 수 있다.
본 발명의 실시양태는 또한, 석탄, 생물량 등과 같은 갱신가능한 및 갱신가능하지 않은 연료원의 공급을 잠재적으로 늘릴 수도 있다. 공정 반응기(들)에서 생산된 생물량은 바이오디젤 (16) 또는 아마도 심지어는 에탄올과 같은 바이오연료 (15)로 가공될 수 있거나 발전소에서 공-연소된 다음, 연소를 통해 초기 방출된 이산화탄소를 포획 및 재-연소시킬 수 있다. 상기 공정은 이산화탄소를 어쩌면 수 차례 재순환할 수 있고, 그럼으로써 플랜트의 에너지 생산 목표에 부합하기 위해 요구되는 갱신가능하지 않은 연료의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 화학적 자력영양 공정 반응기 (3)에 남아있는 임의의 소화되지 않은 이산화탄소 또는 질소 환원 박테리아 반응기 (7) 중 임의의 생성된 이산화탄소도 재순환될 수 있다. 예를 들어, 소화되지 않은 이산화탄소 재순환 요소는 처리되지 않은 이산화탄소를 시스템 내로 다시, 아마도 심지어는 연료 배출물 내로 또는 심지어 배출물 전처리 요소 내로 다시 재순환시킬 수 있다. 공정 반응기는 질소 및 산소와 같은 여타 기체를 반응기로부터 배출시키고, 이를 대기로 방출하거나 상기 부산물을 달리 방출할 수 있다. 실시양태에서, 폐기 생성물, 불순물, 오염물 등은 공정 반응기 또는 시스템으로부터도 제거될 수 있다.
또 다른 선택의 실시양태에서는, 전술한 공정에 황 셔틀이 사용될 수 있다. 황 에너지 셔틀이 사용될 경우, 화학적 자력영양 황 산화 박테리아가 이산화탄소를 소비하는 한편, 황화물과 같은 환원된 황 화학종을 산화시켜 황산염을 형성하도록 사용될 수 있다. 황산염은 황산염 환원 박테리아 (SRB)가 담긴 반응기 내로 이송 및 주입될 수 있고, 여기에서 황산염이 환원되어 H2S를 형성할 수 있다. 생성된 H2S는 CAT 박테리아에 의한 산화를 위해 CAT 반응기로 다시 순환될 수 있다.
일반적으로, 화학적 자력영양 박테리아, 예컨대 황-산화 박테리아는 각종 공정으로부터 배출된 이산화탄소를 고정시키기 위한 후보 종일 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 그들의 에너지 공급원 (예, 전자 공여체)으로 원소 황, 각종 황화물 미네랄, 황 함유 화합물 또는 기타 산물을, 그들의 주요 탄소 공급원으로 이산화탄소를 사용할 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 황 함유 화합물, 황 및 아마도 심지어는 황화물을 효율적으로 산화시킬 수 있고, 이산화탄소를 고정시킬 수 있으며, 심지어 최종 산물로 생물량, 아마도 아주 높은 세포 생물량을 생산할 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 연료 소비원의 배출물로부터 이산화탄소를 제거하는 데 사용될 수 있는 이산화탄소 배출물 제거제일 수 있으며, 이는 탄소 배출권 거래제의 입법에 의해 제한되는 배출물 평가에 부합할 목적의 이산화탄소 포획 기술로 고려될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시양태를 대표하는 유동 공정의 일례를 도 4에 나타내는데, 여기에서는 적어도 하나의 공정 반응기 (3)가 연료 소비원으로부터의 굴뚝 배출물로부터 비정제 화염관 기체와 같은 배출물 (1)을 수납 및 심지어 처리하도록 배열될 수 있다. 연료 소비원은 이산화탄소 배출물 (1) 및 기타 배출물 (2), 예컨대 질소, 질소 산화물, 황 산화물, 산소, 이들의 조합 등과 같은 배출물의 공급물을 포함할 수 있는 배출물을 방출할 수 있다. 이산화탄소 배출물은, 일부 실시양태에서, 아마도 심지어는 배출물 냉각용 열 교환기를 통과시켜 적어도 하나의 공정 반응기 (3) 내로 효율적으로 도입될 수 있다. 효율적인 도입은 여과, 채널전달, 유동, 유도, 포획, 이동, 운반, 연결 (직접 또는 간접) 및 연료 소비 공급원으로부터 적어도 하나의 공정 반응기로의 배출과 같은 것을 포함할 수 있다. 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에 포함될 수 있으며, 거기에 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 배출물로부터 이산화탄소를 화학적 자력영양에 의해 소화시키도록 배열될 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 복수의 같은 종의 박테리아를 포함하거나 심지어 1종 초과의 박테리아로부터 복수의 박테리아를 포함할 수 있고, 탄소 고정 박테리아 및 황 산화 박테리아, 예컨대 비제한적으로 파라코커스 (Paracoccus) 및 티오바실루스 (Thiobacillus) 속의 것, 및 이들의 조합일 수 있다. 이러한 생물학적 기반의 이산화탄소 포획 기술은 화학적 자력영양 박테리아와 같은 살아있는 생물 내 이산화탄소의 자연발생적 반응을 사용할 수 있다. 배출물로부터의 이산화탄소는 박테리아에 의해 효소반응으로 변형 및 집적될 수 있고, 따라서 탄소는 세포 생물량에 저장될 수 있다. 생물학적으로 생산된 최종 산물 생물량 (25)은 성장 강화를 위해 아세테이트 전환 반응기로 이송될 수 있다. 상기 성장 강화를 위해 사용되는 탄소원은 공정 내 다른 반응기, 예컨대 황산염 환원 박테리아 반응기 (7), 영양분 생산 반응기 (20), 또는 황산염 환원 박테리아 반응기 (7)와 영양분 생산 반응기 (20)의 양자에서 생성된 아세테이트일 수 있다. 아세테이트 전환 반응기 (23)에 존재하는 박테리아는 CAT 반응기 (3)에 존재하는 박테리아와 동일한 종이거나 아닐 수도 있다. 생물학적으로 생산된 생물량은 주로 아미노산, 탄수화물 및 물일 수 있다. 화학적 자력영양 박테리아는 공정 반응기를 사용하거나 사용하지 않는 다양한 이산화탄소 포획 기술에 사용될 수 있고, 화학적 자력영양 박테리아는 이들 시스템에 사용하기 위한 임의의 종류의 공급원으로부터 공급될 수 있음이 주목된다. 실시양태에서, 공정 반응기는 임의의 유형의 저장용기, 반응기, 용기, 시스템 등을 포함할 수 있다.
도 4로부터 알 수 있듯이 실시양태에서, 시스템은 CO2 (1); O2 (2); CAT 생물반응기 (3); CAT 생물량 수확 기체 회수 (4); S2-(50); SO4 2- (51); SRB 생물반응기 (52); SRB 생물량 수확 영양분 회수 (53); 박테리아 (9); 박테리아 (10); 아세테이트 (54); 영양분 (12); 지질 추출 (13); 메탄올 (14); 바이오디젤 생산 (15); 바이오디젤 (16); 지질 연료 생산 (17); 지질 연료 (18); 대체 잔류물 영양분 (19); 영양분 생산 (20); 잔류물 사용 (20), 공급/에너지 (고단백질), 연료 공급 (21); 아세테이트 (22); 아세테이트 전환 반응기 (55); 액체 (56); 박테리아 (57); 생물량 수확 (56); CO2 (59); 및 이들의 임의 조합 및 순열 등을 포함할 수 있다.
또 다른 선택의 실시양태에서, 생물량은 생물량 및 바이오산물의 가공을 위해 CAT 반응기 (3)로부터 수확될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 아세테이트 전환 반응기 내 아세테이트에 대하여 강화된 박테리아 성장은 CAT 박테리아와 함께 접종되지 않을 수 있다. 아마도, 아세테이트 전환 박테리아는 CAT 박테리아와 별도의 종 또는 균주일 수 있고, CAT 반응기 및 아세테이트 전환 반응기의 양자로부터 생물량 및 바이오산물 가공을 위한 생물량 수확을 필요로 할 수 있다.
생물학적으로 생산된 생물량 (8, 26)의 일정량이 생물량 수집기를 갖는 적어도 하나의 공정 반응기로부터 수집될 수 있다. 실시양태에서, 생물량 수집기는, 비제한적으로 농축기, 원심분리, 디스크-스택 (disk-stack) 원심분리 등과 같은, 적어도 하나의 공정 반응기로부터 생물량을 연속적으로 회수하기 위한 연속적 생물량 회수 요소를 포함할 수 있다. 생산된 생물량은 반응기로부터 쉽게 수집 및 회수되어 배지의 재순환을 가능하게 할 수 있다. 생물량 (9, 10)은 메탄, 수소, 알콜, 비료, 공급원료, 바이오에너지, 식품, 바이오연료, 바이오디젤, 군사용 연료, 에탄올, 플라스틱, 동물 사료, 식품 보조제 등을 비제한적으로 포함할 수 있는 제품 (16, 18, 21)으로 가공 또는 심지어 전환될 수 있고; 따라서 아마도 작업 비용을 상쇄시키거나 심지어는 잉여 이익을 발생시킬 수 있는 판매가능한 최종-산물을 얻을 수 있다. 상기 공정은, 생물량 최종 생성물로부터의 부수적인 이익은 별도로 하더라도, 배출물로부터 이산화탄소를 포획하는 데 비용효과적일 수 있다. 본 기술의 상업적 가치는, 아마도 대규모의 작업에 사용될 경우에는, 무제한일 수 있을 것이다. 배출물 공급원에 의해 요구되는 탄소 제거의 수준에 따라 상기 공정을 통해 변동가능한 양의 생물량이 제조될 수 있지만; 중간 정도의 양의 탄소 포획 및 전환조차도 상당한 양의 생물량 제조를 초래할 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에 위치할 수 있는 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 에너지 공급물 (2), 아마도 심지어는 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물을 제공할 수 있다. 이러한 유형의 반응기에서 화학적 자력영양 박테리아에 생물학적 탄소 고정을 이행하는 데 필요한 에너지 공급물 (2)은 예를 들어, 황 함유 화합물, 예컨대 금속 황화물, 황화수소 (H2S), 또는 아마도 심지어는 원소 황의 공급물로 가해질 수 있으며, 이는 정유 공정의 폐기 생성물이므로 전세계적으로 대규모 비축량을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 시스템 내 재순환된 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물 (5)을 이용하여 화학적 자력영양 박테리아에 에너지 공급물을 재순환하는 것도 가능할 수 있으며, 아마도 심지어는 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물을 생성할 수 있는 제2 공정 반응기 (7)로부터의 재순환도 가능하다. 일부 실시양태에서, 재순환된 화학적 자력영양 박테리아 에너지 공급물은 같은 공정 반응기 내부로부터 재순환될 수 있다. 공정 반응기, 또는 일부 경우에 제2 공정 반응기 (7)는, 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생성된 황산염을 황화물로 환원시킬 수 있는 황산염 환원 박테리아를 포함할 수 있으며, 그 후 황화물이 화학적 자력영양 박테리아에 의해 에너지 공급물로 사용될 수 있고 심지어는 화학적 자력영양 박테리아에 재순환될 수 있다. 황산염 환원 박테리아 ("SRB")는 황 또는 심지어는 황산염 환원 박테리아일 수 있고, 심지어는 산화된 황 화학종을 환원시킬 수 있는 임의의 박테리아를 포함할 수 있다. 즉, 실시양태에서, 제2 공정 반응기 (7)는 황 함유 화합물 (5)의 공급물을 생성하며, 황산염-환원 공정 반응기일 수도 있다. 황 함유 화합물 (5)의 공급물은 원소 황, 황화물, 금속 황화물, 황화수소 등을 포함할 수 있으며, 이들은 화학적 자력영양 박테리아에 의해 소비될 수 있다. 더 나아가서, 황산염-환원 박테리아는 본 발명에 논의된 것과 같이 수집되고 처리될 수 있는 생물량 (8)을 생산할 수도 있다.
따라서, 실시양태에서, 에너지 공급, 예를 들어 황 함유 화합물을 화학적 자력영양 박테리아로 재순환하는 것은, 도 4로부터 알 수 있듯이, 제2 공정 반응기 (7)에 황산염 환원 박테리아를 제공하고, 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 공정 반응기 (3)를, 황산염 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에, 아마도 연결부 (6)에 의해 (직접 또는 간접적으로) 연결하고, 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에서 황산염 또는 여타 산화된 황 화학종을 생성시키고, 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 적어도 하나의 반응기 (3)로부터 황산염 또는 산화된 황 (6)을 황산염 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에 공급하고, 황산염 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)에서 황 함유 화합물 (5)을 생성시키고; 아마도 심지어는 황산염 환원 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기 (7)로부터의 황 함유 화합물 (5)을 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 적어도 하나의 공정 반응기 (3)에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 상기 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 (3)는 황산염 또는 산화된 황 (6)을 (아마도 화학적 자력영양 박테리아에 의해) 생성하도록 배열될 수 있고, 제2 공정 반응기 (7)는 황 함유 화합물 또는 환원된 황 (5)을 (아마도 황 환원 박테리아에 의해) 생성하도록 배열될 수 있으며, 두 반응기는 황산염 및 황, 또는 심지어 산화된 및 환원된 황이 서로에 공급될 수 있도록 (직접 또는 간접적으로) 연결될 수 있다 (5, 6). 상기 두 반응기는 서로 물리적으로 떨어져 있거나, 도 4에서 알 수 있듯이 투과성 막 등, 또는 심지어 튜브, 유입관, 파이프 등을 비제한적으로 포함하는 임의의 유형의 연결 또는 부착에 의해 연결되어 있거나 심지어는 접합되어 있을 수 있다. 다른 실시양태에서, 두 반응기의 내용물은 하나의 반응기 내에 합쳐질 수 있고, 아마도 심지어는 다수의 공정 반응기가 사용될 수도 있다.
별법으로, 황 환원 박테리아 에너지 공급물 (19)이 황산염 환원 박테리아에 제공될 수 있으며 (이는 폐기물 유기 탄소, 유기 물질, 재순환된 유기 물질, 예컨대 황산염 박테리아의 생물량 또는 부산물로부터 수집된 세포 덩이 또는 기타 잔류 물질을 포함할 수 있음), 다시 황산염 환원 박테리아, 이들의 조합 등에 다시 재순환될 수 있다. 황산염 환원 박테리아 에너지 공급물 (19, 20)은 시스템 내에 재순환되거나 심지어 외부 공급원으로부터 공급될 수도 있다. 이 경우, 황산염 환원 공정 반응기를 구동하기 위한 에너지 입력은 폐기물 유제품, 반품 우유, 폐기물 유제품 부산물, 치즈 유장, 밀집, 나뭇조각 등을 비제한적으로 포함하는 폐기물 유기 탄소 공급원의 형태일 수 있다. 다른 실시양태에서, 재순환된 공정 생물량 잔류물 전자 공여체 공급물 (20)을 황산염 환원 박테리아에 공급하여, 재순환된 공정 생물량 잔류물이 황산염 환원 박테리아에 의해 전자 공여체 공급물로 사용될 수 있게 할 수 있다.
SRB 반응기 (7), 영양분 생산 반응기 (20), 또는 SRB 반응기 (7)와 영양분 생산 반응기 (20)의 양자에서 생산된 아세테이트는 아마도 박테리아의 성장 강화를 위해 아세테이트 전환 반응기 (11, 22) 내로 주입될 수 있다. 두 반응기는 서로 물리적으로 떨어져 있거나, 도 4에서 알 수 있듯이 투과성 막 등, 또는 심지어 튜브, 유입관, 파이프 등을 비제한적으로 포함하는 임의의 유형의 연결 또는 부착에 의해 연결되어 있거나 심지어는 접합되어 있을 수 있다. 아세테이트 전환 반응기 (23)에서 생산된 생물량은 생물량 및 바이오산물의 가공을 위해 수확될 수 있다 (26). 지질은 바이오디젤 (16), 지질 연료 (18) 또는 바이오디젤 (16)과 지질 연료 (18)의 양자로 사용될 생물량을 위해 추출될 수 있다. 생물량 잔류물은 처리되어 (20) SRB (12)에 영양분을 제공한다. 일부 실시양태에서, 생물량 잔류물은 동물 및 수생 동물 사료, 연료 및 기타 목적의 제조를 위해 사용될 수도 있다. 일부 실시양태에서, 아세테이트, 생물량 잔류물, 또는 아세테이트 및 생물량 잔류물은 또한 메탄 (21)의 생산을 위한 박테리아에 공급될 수도 있다.
다양한 실시양태에서, 그리고 도 6으로부터 알 수 있듯이, 적어도 하나의 공정 반응기 (100)는 질화, 아마도 호기성 질화를 제공할 수 있다. CO2 (106) 및 심지어는 O2 (107)가 반응기 (100) 내에 도입될 수 있다. CO2는 상기 반응기에서 생물량으로 전환될 수 있다. CAT 박테리아는 NO3 (105)를 생성할 수 있고, 이는 아마도 적어도 하나의 추가 공정 반응기 (101)에서 공급물 공급에 의해 공급될 수 있다. 반응기 (101)는 암모니아화 박테리아를 담을 수 있는 암모니아화 반응기일 수 있고, 반응기 (101)는 심지어 수확, 사용 또는 재사용될 수 있는 생물량을 생성할 수 있다. 반응기 (100)로부터의 NO3는 NH3로 전환될 수 있다. 비제한적으로 푸머레이트, 영양분 등과 같은 요소들이 반응기 (101)에 첨가될 수 있다. 반응기 (101)로부터의 NH3가 아마도 반응기 (100)에 대한 공급물 공급으로 공급될 수 있다. 반응기 (100)는 NH3를 사용하여 NO2를 생64성시키고, 이는 그 후 NO3를 생성시킬 수 있다. 임의의 공급, 공급물 등이 요소의 박테리아 또는 반응기 등에 대한 요소의 공급물 공급으로 이해될 수 있음이 주목된다.
다양한 실시양태에서, 그리고 도 7로부터 알 수 있듯이, 적어도 하나의 공정 반응기 (110)는 질화, 아마도 호기성 질화를 제공할 수 있다. CO2 (112) 및 심지어는 O2 (113)가 반응기 (100) 내에 도입될 수 있다. CO2는 상기 반응기에서 생물량으로 전환될 수 있다. CAT 박테리아는 NO3 (118)를 생성할 수 있고, 이는 아마도 적어도 하나의 추가 공정 반응기 (111)에서 공급물 공급에 의해 공급될 수 있다. 반응기 (111)는 탈질소 반응기, 아마도 탈질소 박테리아를 담을 수 있는 탈질소 무산소 반응기일 수 있다. 반응기 (111)는 수확, 사용 또는 재사용될 수 있는 생물량을 생성할 수 있다. 반응기 (110)로부터의 NO3는 N2로 전환될 수 있다. N2 (115)는 아마도 하버 (Haber) 공정에 의해 처리되어 (119), NH3 (114)를 생성할 수 있고, 이는 반응기 (110) 내로 공급될 수 있다. 비제한적으로 에탄올, 영양분 등과 같은 요소들이 반응기 (111)에 첨가될 수 있다. 반응기 (110)는 NH3를 사용하여 NO2를 생성시키고, 이는 그 후 NO3를 생성시킬 수 있다. CO2 및 기타 요소들 (117)이 생성될 수 있고, 반응기 (111)로부터 회수될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 그리고 도 8로부터 알 수 있듯이, 적어도 2개의 무기 공정이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 공정 반응기 (130)는 CAT 박테리아를 포함할 수 있고, 심지어는 질화, 아마도 호기성 질화를 제공할 수 있다. 반응기 (130)는 황 산화 질산염 환원 박테리아를 함유할 수 있다. CO2 (143) 및 심지어는 O2 (142)가 반응기 (130) 내에 도입될 수 있다. CO2는 상기 반응기에서 생물량으로 전환될 수 있다. CAT 박테리아는 NO3 (133)를 생성할 수 있고, 이는 아마도 적어도 하나의 추가 공정 반응기 (131)에서 공급물 공급에 의해 공급될 수 있다. 반응기 (131)는 탈질소 반응기, 아마도 비제한적으로 티오바실루스 데니트리피칸스 (Thiobacillus denitrificans)와 같은 탈질소 박테리아를 담을 수 있는 탈질소 무산소 반응기일 수 있다. 반응기 (131)는 수확, 사용 또는 재사용될 수 있는 생물량을 생성할 수 있다. 반응기 (130)로부터의 NO3는 N2로 전환될 수 있다. CO2 (139)가 반응기 (131) 내에 도입될 수 있다. N2 (144)는 아마도 하버 공정에 의해 처리되어 (141), NH3 (140)를 생성할 수 있고, 이는 반응기 (130) 내로 공급될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 상이한 공급원으로부터 NH4 또는 NH3가 반응기 (130)에 공급될 수 있고, 이는 재순환되지 않았을 수도 있다. 반응기 (131)는 SO4 (135)를 생성시킬 수 있고 이는 아마도 적어도 하나의 추가 반응기 (132)에 공급물 공급에 의해 공급될 수 있다. 반응기 (132)는 SRB 반응기, 아마도 심지어는 황화물 환원 박테리아를 담을 수 있는 무산소 반응기일 수 있다. 황화물을 생성하기 위해 SO4가 사용될 수 있다. 락테이트 (136) 또는 비제한적으로 영양분 등과 같은 기타 요소들이 반응기 (132) 내에 도입될 수 있다. 락테이트는 CO2 및 생물량으로 전환될 수 있다. 수확, 사용 및 재사용될 수 있는 생물량이 반응기 (132)에서 생성될 수 있다. 반응기 (132)는 아세테이트(138) 및 심지어는 CO2 (137)를 생성할 수 있으며, 이는 다른 용도를 위해 반응기로부터 회수될 수 있다. 황화물 (134)이 아마도 공급물 공급에 의해 반응기 (131) 내에 공급될 수 있다. 물론, 각 도면에서, 요소들이 반응기 내로 도입되거나, 반응기로부터 회수되거나, 재순환되거나, 심지어는 다양한 실시양태에서는 수집되지만 재순환되지 않을 수도 있다.
본 발명의 실시양태는 (1) 아마도 유일한 탄소원인 CO2로부터 에너지-집약적인, 인프라구조에 적합한 액체 연료를 생산할 수 있는 기술의 개발을 통해 석유 수입을 줄임으로써 미국의 경제 및 에너지 안보를 강화할 수 있고, (2) 온실 가스 (GHG)의 에너지-관련된 배출물의 고정 공급원을 효과적으로 포획할 수 있으며, (3) GHG 배출 설비, 예컨대 발전 시설 및 산업 및 제조 설비의 에너지 효율을 개선할 수 있고, 아마도 심지어는 (4) 미국이 이 분야에서 기술적 선구역할을 유지할 수 있도록 보장할 수 있다는 점에서, 특정의 사회적 목적을 조처할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 개념은 다음 세대의 에너지 기술에 대한 투자를 포함하고, 국내에서 더 많은 에너지를 생산하고 에너지 효율을 촉진하며 (탄소를 저장하는 바이오연료 및 바이오산물의 생산에 의해), 아마도 심지어는 미국의 경쟁력을 높이는 미국 행정의 목표들의 다수를 지지할 수 있다. 이와 같이, 본 기술은 산업의 변환을 초래하고, 현재 GHG 배출물 억제를 위한 공공시설 및 산업용 GHG 설비를 개조하기 위한 바이오연료의 배치 및 탄소 포획를 제한하는 다수의 장애를 극복하기 위한 기술 진보에 도약을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 선택의 실시양태는 화염관 기체로부터 제거된 CO2 및 수성 반응기로의 주입을 포함하며, 여기에서는 탄소-고정 박테리아가 탄소를 사용하여 그것을 그들의 생물 조직 및 지질 내로 도입할 수 있다.
상기 공정은 무산소 생물반응기에서 화학적 자력영양 박테리아를 사용하여 CO2를 포획할 수 있으며, 이는 아마도 질소 환원 박테리아 ("SRB")가 담긴 별도의 생물반응기에 의해 공급된 환원된 질소 화학종에 의해 연료를 얻을 수 있다. CAT 생물반응기 내 환원된 질소 화학종의 산화 산물로 생성된 질산염 또는 산화된 질소 화학종이 무산소 시스템에서 환원된 질소 화학종 (전자 공여체)을 제조하기 위한 전자 수용체의 공급원으로 사용될 수 있다. 생물량은 생물반응기로부터 수확되고 바이오연료 및/또는 석유 대체 산물로 가공될 수 있다. 오일 추출로부터의 잔류 생물량이 공정을 위한 영양분 공급원으로 사용될 수 있다. 오일 산물은 잔류 생물량이 공정의 영양분 필요에 부합하도록 제공되기 충분한 것으로 평가될 수 있다.
바이오연료는 현재 계속되는 석유 의존도에 대한 몇 가지 상업적 대체물 중 하나일 수 있다. 에너지 독립 및 보안법 2007 (The Energy Independence and Security Act, EISA)은 우리가 사용하는 자동차, 트럭, 비행기, 배, 채광 장비, 기관차 및 트랙터에 동력을 공급하기 위해 2022년까지 360억 갤런의 바이오연료라는 목표를 수립하였다. 2010년 현재, 연간 120억 갤런의 바이오연료만이 생산되고 있다. 2010년 연례 전망 (Annual Outlook)에 대한 EIA의 기준 케이스는 액체 연료 공급에서 성장의 대부분이 바이오연료에 의해 이루어질 것을 내다보고 있지만 - EIA는 또한 산업이 2022년 목표에는 따라가지 못할 것을 내다보고 있다. 기존의 바이오연료 산업은 그 자체의 권리가 변환적이고 시장 혼란적이었던 3세대 연료를 대표한다.
1-세대 농업-기반 에탄올 바이오연료 산업은 미국 연료 공급율 1%로부터 2008년 7%까지 성장하였다. 그러나, EISA의 갱신가능한 연료 기준 (Renewable Fuel Standard)은 2022년 새로운 360억 갤런 목표의 일부로서 옥수수로부터의 에탄올 생산에 대하여 150억 갤런 상한을 효과적으로 배치하였다. 목표의 나머지는 셀룰로오스계 에탄올, 바이오부탄올, 바이오기반 디젤, 및 석유-기반 연료를 직접 대체하기 위한 기타 바이오연료를 포함하는 2세대 및 3세대 진보된 바이오연료에 부합되어야 한다.
옥수수 에탄올이 미국 바이오연료 산업을 이루는 데 핵심 역할을 해 왔지만, 바이오연료로 옥수수를 사용하는 것은, 그렇지 않으면 사람을 위해 사용되었을 작물을 대체하고, 많은 물을 사용하며, 많은 양의 토지를 필요로 한다는 사실에 부분적으로 기인하여, 여전히 논란이 되고 있다. 최근의 추정은 옥수수 기반 에탄올이 에탄올 생산을 위해 미국 내 옥수수 작물의 32%를 대체하였다고 한다.
셀룰로오스계 에탄올은 대단히 전망이 밝을 수 있지만, 작업에 있어서 상업적-규모의 설비 부족이 셀룰로오스계 에탄올을 생산하는 데 필요한 진정한 작업 비용에 관한 불확실성을 가져왔다. 셀룰로오스계 에탄올은 옥수수 기반 에탄올에 비하여 변환적인 반면, 개조되지 않은 엔진은 상당한 손상이 없이는 10%를 넘는 에탄올의 부피 배합물을 처리할 수 없을 것이다. 플렉스 연료 차량 (Flex Fuel Vehicle, FFV)은 운전자로 하여금 가솔린 또는 에탄올 배합물을 85%까지 (E85) 사용하는 것 사이에서 선택할 수 있게 하지만, 미국 주유소의 1%만이 E85 에탄올 펌프를 제공하기 때문에 미국 내 시장 수용율은 매우 낮다.
조류에 기반한 3-세대의 바이오연료는 기존의 석유 인프라구조를 이용하면서도 '투입가능한 연료 (drop-in fuel)'의 생산을 허용할 수 있다. 이와 같이, 조류는 석유-기반 탄화수소와 유사한 화학 조성을 갖는 지질을 분비할 수 있다. 조류-기반 연료는 임의의 다른 알콜- 또는 오일-생산 생물량과 질적으로 다른 성장 패턴 및 수확 공정을 가질 수 있다. 조류는, 그들의 높은 오일 수율 (다른 선도적인 공급원료에 비하여 약 50x 양에 이르는 바이오연료), CO2의 흡수 및 순환, 및 아마도 소금기 있는 및/또는 바닷물 중의 불모지에서도 성장할 수 있는 능력으로 인하여, 개발에 탄력을 받고 있다. 조류는 개방 못에서 연간 1 에이커 당 약 2,000 갤런의 수율을 가질 수 있으며, 수율은 사용되는 유전자 조작된 생물 ("GMO") 균주에 따라, 그리고 아마도 심지어는 광생물반응기 (PBR)의 사용에 따라 연간 1 에이커 당 약 10,000 갤런까지 증가될 수 있다. 그러나, 그러한 높은 수율을 생산하는 균주들은 또한 느린 성장 속도를 갖는 경향이 있으므로 생산을 위해 더 많은 토지 부담이 생긴다.
제안된 화학적 자력영양-기반 기술은 3세대 조류-기반 바이오연료 산업이 1세대 및 2세대 에탄올 바이오연료에 대하여 가졌던 것과 아마도 동등한 변환적 및 시장 혼란 성질을 갖는 4세대 바이오연료일 수 있다. 3-세대 바이오연료와 마찬가지로, 박테리아-기반 기술은 단지 첨가제로서가 아니라, 석유-기반 연료를 대체하며 그와 양립할 수 있는 '투입가능한' 연료를 가능하게 할 수 있다. CAT 기반 시스템은 매우 높은 지질 함량을 생산하지 못할 수 있으나, 이들은 독특한 조성을 가질 수 있으며, 이는 조류를 이용한 경우와 같이 박테리아를 이용하여 필수적인 동등한 지질 산물과 같은 여타 매우 고가치의 산물을 가능하게 한다.
CAT 기반 시스템은 성장을 위해 태양광을 필요로 하지 않음으로 인해, CAT 박테리아 성장에 필요한 토지 면적은 개방 조류-기반 생산에 필요한 크기의 약 1/50일 수 있고, 고가의 에너지-소비적인 인공 조명을 필요로 하는 광생물반응기의 조류를 위한 크기의 약 1/10일 수 있다. 4-세대 바이오연료는 차지하는 면적이 작음으로 인해, 소규모의 지역 및 발전소와 같은 대규모의 CO2 공급원과 함께 위치하기가 더욱 용이하다.
바이오연료 생산은 박테리아-기반 시스템의 유일한 장점이 아닐 수 있다. 박테리아-기반 바이오연료 생산 공정의 출현은 또한 탄소 포획 기술일 수도 있다. EIA에 따르면, 미국 에너지 산업은 2006년 59억 톤을 상회하는 CO2를 배출했고, 2030년까지는 8% 배출이 증가한 64억 톤/년을 상회하는 배출을 할 것으로 전망된다. 가장 많은 배출물을 갖는 연료는 석탄과 석유이며, 각각 25억 및 26억 톤/년의 배출량이다. 기후 변화 논의의 결과, 미국은 단계적으로 의무적인 CO2 감소, 예컨대 신용 자격을 갖추기 위해 5년마다 5%의 CO2 추가 감소를 고려하고 있다.
대체의 탄소 포획 및 저장 기술, 예컨대 소모 동력을 실질적으로 증가시키지 않을 수 있는 박테리아-기반 포획의 이산화탄소 배출물 공급원에 대한 가치는 상기 COE 증가로부터 산출될 수 있다. 예를 들어, 약 550 MWe 플랜트에 대한 약 65% 탄소 포획의 공공시설에 대한 총 가치는 0와 약 90% 포획 사이의 보간된 DOE의 데이터에 근거하여, 약 10.4 센트/kWh의 결과를 가져올 수 있다. 약 8,000 시간의 연간 플랜트 작동 및 약 550 MWe 총 전력 생산량의 값을 가정할 때, 약 65% CCS에 부합하게 될 총 추가 비용은 연간 약 1억 7천6백만 달러로 추정된다. 분명하게, 상기 제안된 CAT 박테리아 바이오연료 공정의 시행은 공공시설 및 지방세 납세자에 대한 탄소 포획의 경제적 부담을 실질적으로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 생산된 바이오연료의 경제성, 에너지 및 환경 안보의 증진에 기여한다.
박테리아-기반 바이오연료의 분야에서는 개발이 계속 진행 중이다. 대부분의 박테리아가 특정화된 화학적 생산을 위해 복합 지질을 생성하지만, 일부 박테리아는 어떤 특수 조건 하에 오일을 축적할 수 있음이 보고되었다. 박테리아 기반의 바이오연료 개발 및 기타 에너지 관련 기술이 산업의 응용에서 탄력을 받기 시작하였다. 일부 응용은 아마도 생산량을 증가시키기 위해 최상이 아닌 태양광 조건 하에서 조류 시스템을 보완하는 것을 포함할 수 있다. 이 분야의 다른 경향은 박테리아에 사탕수수를 공급한 다음 '미생물을 먹여 (milking)' 합성 디젤을 분비하게 함으로써 미생물-정유로 박테리아를 사용하는 것에 대한 아메리(Amery)의 주안점을 포함한다. 상기 미생물 (예, 조류, 박테리아 등)은 연료 내에 직접 공급되는 생물량 공급원료의 미니-프로세서일 수 있다. 다른 회사들은 당류를, 당신의 가스 탱크 내에 직접 넣거나 아마도 심지어는 가공을 위한 정제소로 보내질 수 있는 탄화수소 생성물로 전환시키기 위해 종전에 발견되지 않았던 대사 경로를 사용하도록 효모 및 이. 콜라이 박테리아의 양자를 조작한 것으로 나타난다. 이는 거의 탄소 중립적이며, 에탄올 발효보다 약 65% 덜 에너지 집약적일 수 있다. 첸 (Chen)은 역 (reverse) 미생물 연료 전지로부터 메탄의 생산이 가능할 수 있음을 보였다. 상기 응용에서, 영양분 공급원은 전형적으로 아세테이트이고, 영양분 공급원의 산화를 증가 및/또는 아마도 자극하기 위해 전지를 통해 전압이 인가될 수 있다. 본 발명의 실시양태는 질소-기반 셔틀을 사용하는 것으로 인해 이들 기술과 완전히 다를 수 있다. 2가지 박테리아 종이 사용될 수 있고, 잔류물을 필요 영양분을 공급하도록 전환시키는 것, (영양분 공급원으로 외부 폐기물 스트림을 사용하는 것과 대조적으로), 시스템에서 생성된 폐기물 아세테이트를 영양분으로 사용할 수 있는 가능성, 및 바이오디젤 및 기타 바이오산물의 생성이 공정 차이점의 예이다.
본 발명의 실시양태는 질소 화학종 재순환을 이용하여 에너지 셔틀을 창출함으로써 박테리아의 합성 공존을 기반으로 할 수 있는 CAT 박테리아 바이오연료 공정을 포함할 수 있고, 이는 바이오연료 산업에 대한 변환 단계를 나타낼 수 있다. 바이오연료는 바이오연료로 전환될 수 있는 생물량을 형성하기 위해, 니트로소모나스, 니트로소코커스, 니트로박터, 니트로코커스 속 등의 것들과 같은 화학적 자력영양 (CAT) 박테리아, 및 파라코커스 데니트리피칸스 (Paracoccus denitrificans), 티오바실루스 데니트리피칸스 (Thiobacillus denitrificans) 등과 같은 질소 환원 박테리아 (NRB)를 이용하여 CO2 공급원으로부터 생산될 수 있다.
NRB-CAT 박테리아 생물량으로부터 추출된 생성물은 바이오연료를 가공하는 데 장점을 제공할 수 있다. 상기 생물량으로부터 추출된 물질은 지질을 함유할 수 있고 파라핀을 함유할 수도 있다. 파라핀은 고무에서 오존 억제제의 합성 및 고온 기후의 아스팔트 첨가물을 포함하는 산업의 목적으로 사용되는 고가치의 성분일 수 있다. 성공적이라면, 상기 개념은, 아마도 그의 현장결정 융통성 때문에, 뿐만 아니라 탄소 포획 신용 및 그의 국소적, 분산된 및 소규모 영양분 공급원에 비-의존적인 유리한 경제성으로 인하여 다량의 CO2 공급원을 수용할 수 있기에, 오늘날 에탄올 및 조류 접근법을 넘어설 수 있다.
본 발명의 실시양태는 그것이 바이오연료 생산 옵션을 위해 신규의 매우 효율적인 경로를 제공할 수 있다는 점에서 변환적일 가능성을 가질 수 있고, 이는 국내 및 외국 오일에 대한 국가의 의존성을 아마도 연간 약 640억 배럴의 원유에 해당하는 만큼 감소시킬 수 있고 신속하게 배치될 수 있다. CAT 박테리아-기반 시스템은 바이오디젤, 항공 연료 및 가솔린과 같은 '투입가능한' 연료를 이용하는 운송 부문을 제공할 수 있고, 아마도 조류에 비하여 상업적 배치에 도약을 제공한다. CAT 박테리아 공정의 독특함은 3가지 영역에서 나타날 수 있다 - 공정, 생성물 및 CO2 공급원과의 일체화.
본 발명의 실시양태는, 풍부할 수 있는 질소 화학종을 기반으로 독특한 셔틀 시스템을 사용할 수 있는 CAT 박테리아 공정을 제공할 수 있다. 이는 임의의 고가인 희토류 원소 또는 아마도 심지어는 임의의 유기 산화환원 셔틀을 사용하지 않을 수 있다. 금속-함유 고체를 사용하는 여타 박테리아-기반 시스템과 달리, CAT 박테리아 시스템은 액상이어서, 아마도 반응기 내 (그리고 반응기 사이) 미세 고체의 전이의 복잡함을 피할 수 있고, 이는 더 우수한 혼합 및 박테리아 성장을 가능하게 할 수 있다. 고체입자 기반 전자 셔틀 시스템을 용해성 기체로 대체함으로써, 셔틀 기질 위에 생물막을 형성하는 경향이 제거될 수 있다.
실시양태에서, CAT 박테리아 개념의 특성은 아마도 상이한 박테리아 및 상이한 조건으로 이중 반응기 시스템을 이용함으로써, 각 박테리아 성장의 적정화를 가능하게 할 수 있다는 것이다. 시스템은 생물량의 적정 생산량을 생성하기 위해 조절된 방식으로 환원된 질소 화학종의 생산에 부합하도록 CO2 조건을 조정할 수 있다.
광합성-기반 바이오연료 생산 공정과 달리, CAT-기반 공정은 광합성에 의해 이행되지 않을 수도 있다. 낮은 채광 조건 도중 더 적은 CO2를 포획하거나 포획하지 않을 수 있는 광합성-기반 조류 공정과 달리, 즉 인공 조명을 사용할 지라도 아마도 다양한 CO2 공급원과의 일체화를 복잡하게 하는 공정과 달리, CAT 박테리아 공정은 조절된, 그리고 아마도 심지어는 채광 조건과 독립적으로 CO2의 일정한 포획을 제공할 수 있고, 따라서 수율을 극대화할 수 있다.
박테리아는 산업 명세에 부합하는 바이오연료를 생산하고 파라핀과 같은 고가치 성분의 회수를 극대화하도록 별도로 수확되거나 지질 산물 및 바이오연료 생산을 위해 함께 수확될 수 있다. 지질 산물을 생성하는 CAT 박테리아는 조류와 비교될 만하며, 바이오디젤과 같은 바이오연료 뿐만 아니라 석유 대체 산물에 사용될 수 있다. NRB 박테리아는 그의 추출가능한 질량의 1/4을 파라핀으로 생산할 수 있으며, 이는 오존 방지 고무 및 고온 기후 아스팔트 첨가제로 고가치의 용도를 가질 수 있다. 유기영양의 박테리아는 조류와 유사한 성장 속도를 가질 수 있으며, 아마도 합리적인 지질 산출을 가능하게 할 수 있다.
CAT 박테리아-기반 시스템의 차지하는 면적은 에탄올 또는 개방 조류 생산 시스템 (에이커/톤 생물량)보다, 아마도 개방 못 조류 생산 시스템에 비하여 약 50의 역가만큼, 그리고 상당한 작업 비용의 외부 조명을 필요로 하는 조류 광생물반응기에 비하여 약 10의 역가만큼 적은 것으로 추정될 수 있으며, 아마도 CAT 용지 결정에 대한 제한이 적을 것이다.
CAT 박테리아-기반 개념은 다양한 규모의 CO2 공급원에 부합하도록 합리적 크기의 모듈에서 생성될 수 있고, 상업적으로 입수가능한 지질 추출 및 바이오디젤 생산 공정과 양립될 수 있으며, 따라서 신속한 배치를 가능하게 한다.
본 발명의 실시양태는 생물량의 비-오일 부분을 공정에 필요한 영양분으로 전환시키는 점에서 자급자족일 수 있다. 외부 영양분 공급원을 필요로 하는 다른 미생물 공정은 사용가능한 지역의 영양분의 양 및 그것을 CO2 공급원으로 운반하는 인프라구조 비용으로 인하여 규모에 제한을 받을 수 있고, 아마도 가능한 배치 현장이 제한된다.
CAT 박테리아-기반 공정에서, CO2는 화염관 기체 및 임의의 남아있는 화염관 기체로부터 선택적으로 제거될 수 있고, CO2 및 기타 화염관 기체 화학종은 기존의 플랜트 굴뚝 및 플랜트 인프라구조 (팬)를 통해 취급되어, 쉬운 장착이 가능하다.
높은 증발에 의한 수분 손실을 갖는 개방 조류 시스템과는 달리, 본 발명의 실시양태는 근본적으로 폐쇄된 루프에서 재순환을 사용할 수 있다. 보충하는 물 또한 낮은 등급의 석탄 업그레이드 공정에 의해, 또는 심지어는 탄층 메탄 및 오일 및 기체 생산으로부터 제조된 물에 의해 공급될 수 있다.
박테리아-기반 개념은 독특하며, 신속한 개발 및 넓고 빠른 상업적 배치 옵션으로 그 개념을 변환적인 시장 혼란 기술이 될 다수 성질을 제공할 수 있다.
생물 반응기의 배지 및 기체 조건은 선택된 화학적 자력영양 생물의 탄소 동화 속도에 영향을 줄 수 있고, 이들 화학적 자력영양 생물은 바이오연료 및 석유 대체 산물에 관련된 생성물 조성에 영향을 줄 수 있다. 필요한 기타 공정 데이터는 박테리아/균주 성장 속도, 추출가능한 산물 특성, 수질 처리 필요, 및 아마도 심지어는 생물반응기의 작업을 위한 기준선 데이터를 포함할 수 있다.
질소 환원 생물반응기 및 화학적 자력영양 CO2 포획 생물반응기에 사용하기 위한 박테리아의 종/균주는 요구되는 동화를 수행하는 것으로 알려진 박테리아 종의 공정 효율을 기준으로 실험적으로 결정될 수 있다. 질소 화학종의 환원에 대하여 평가된 박테리아는 파라코커스 데니트리피칸스 (Paracoccus denitrificans), 뿐만 아니라 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 미크로코커스 (Micrococcus), 슈도모나스 (Pseudomonas), 알칼리게네스 (Alkaligenes), 바실루스 (Bacillus), 술푸리모나스 (Sulfurimonas), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 알리시클리필루스 (Alicycliphilus) 속 등의 종을 포함할 수 있다. CO2 포획 생물반응기에 사용하기 위해 평가된 화학적 자력영양 박테리아는 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 니트로소코커스 (Nitrosococcus), 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로스피라 (Nitrospira), 니트로소로부스 (Nitrosolobus), 니트로스피나 (Nitrospina), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로소스파에라 (Nitrososphaera), 니트로소푸밀루스 (Nitrosopumilus) 속 등으로부터의 종들을 포함할 수 있다. 몇 가지 입수가능한 종들이 효과적일 것으로 예상된다. 공정에 사용되는 박테리아는 공정의 특정 성질을 향상시키도록 유전자 조작된 것이거나 아닐 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시양태에 상이한 박테리아가 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 심지어 암모니아화 박테리아 (예, NH3 -> NO2, NO2 -> NO3, 그 후 NO3 -> NH3)와 함께, 아마도 질소 함유 화합물 에너지 공급물과 함께 화학적 자력영양 박테리아를 사용할 경우, CAT 박테리아는 적어도 1종의 니트로소모나스, 니트로소코커스, 니트로소스피라, 니트로소로부스, 페도박터 또는 NH3를 NO2로 질화하는 임의의 미생물, 또는 이들의 임의 조합, 또는 심지어는 적어도 1종의 니트로박터, 니트로코커스, 니트로스피나, 니트로스피라 또는 NO2를 NO3로 질화하는 임의의 미생물, 또는 이들의 임의 조합을 비제한적으로 포함할 수 있다. NRB 박테리아는 바실라 (Bacilla), 캄필로박터 (Campylobacter), 시트로박터 (Citrobacter), 클로스트리듐 (Clostridium), 데술포비브리오 (Desulfovibrio), 엔테로박터 (Enterobacter), 에르비니아 (Erwinia), 에스케리키아 (Escherichia), 클렙시엘라 (Klebsiella), 네이세리아 (Neisseria), 포토박테리움 (Photobacterium), 프로테우스 (Proteus), 슈도모나스 (Pseudomonas), 살모넬라 (Salmonella), 셀레노모나스 (Selenomonas), 세라티아 (Serratia), 스트렙토미세스 (Streptomyces), 베일로넬라 (Veillonella), 비브리오 (Vibrio), 볼리넬라 (Wolinella), 또는 암모니아화를 수행하는 임의의 미생물, 또는 이들의 임의의 조합 등을 비제한적으로 포함할 수 있다.
아마도 탈질소화 박테리아를 이용하는 NCAT 시스템 (예, NH3 -> NO2, NO2 -> NO3, 그 후 NO3 -> N2. N2 -> NH3로 촉매에 의해 진행되는 옵션)을 사용할 경우, CAT 박테리아는 적어도 1종의 니트로소모나스, 니트로소코커스, 니트로소스피라, 니트로소로부스, 페도박터 또는 NH3를 NO2로 질화하는 임의의 미생물, 또는 이들의 임의 조합, 또는 심지어는 적어도 1종의 니트로박터, 니트로코커스, 니트로스피나, 니트로스피라 또는 NO2를 NO3로 질화하는 임의의 미생물, 또는 이들의 임의 조합을 비제한적으로 포함할 수 있다. NRB 박테리아는 알칼리게네스 (Alcaligenes), 아그로박테리움 (Agrobacterium), 아쿠아스피릴룸 (Aquaspirillum), 아조스피릴룸 (Azospirillum), 바실루스 (Bacissul), 블라스토박터 (Blastobacter), 브라디리조븀 (Bradyrhizobium), 브란하멜라 (Branhamella), 크로모박테리움 (Chromobacterium), 시토파가 (Cytophaga), 플라보박테리움 (Flavobacterium), 플렉시박터 (Flexibacter), 할로박테리움 (Halobacterium), 히포미크로븀 (Hyphomicrobium), 킨겔라 (Kingella), 네이세리아 (Neisseria), 파라코커스 (Paracoccus), 프로피오니박테리움 (Propionibacterium), 슈도모나스 (Pseudomonas), 리조븀 (Rhizobium), 볼리넬라 (Wolinella), 로도슈도모나스 (Rhodopseudomonas), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 알리시클리필루스 (Alicycliphilus), 킨겔라 (Kingella), 아크로모박터 (Achromobacter), 미크로코커스 (Micrococcus), 조네시아 (Jonesia), 로세오박터 (Roseobacter), 셰바넬라 (Shewanella), 스테롤리박테리움 (Sterolibacterium), 카스텔라니엘라 (Castellaniella), 코모모나스 (Comomonas), 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 또는 탈질소를 수행하는 여타 미생물 또는 이들의 임의의 조합 등을 비제한적으로 포함할 수 있다.
아마도 2 가지 무기물을 사용하는 CAT 시스템을 사용할 경우, CAT 박테리아 (예, NH3 및 NO2를 사용 (NH3 -> NO2, NO2 -> NO3))는 적어도 1종의 니트로소모나스, 니트로소코커스, 니트로소스피라, 니트로소로부스, 페도박터 또는 NH3를 NO2로 질화하는 임의의 미생물, 또는 이들의 조합; 또는 아마도 심지어는 적어도 1종의 니트로박터, 니트로코커스, 니트로스피나, 니트로스피라 또는 NO2를 NO3로 질화하는 임의의 미생물, 또는 이들의 조합을 비제한적으로 포함할 수 있다. 아마도 황을 환원시키면서 질산염을 산화시키는 CAT 박테리아 (예, NO3 -> N2, S2- -> SO4)는 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 또는 무기 황 화합물을 산화시키면서 NO3를 환원시키는 여타 미생물 또는 이들의 임의의 조합 등을 비제한적으로 포함할 수 있다. SRB 박테리아는 아르케오글로부스 (Archeaoglobus), 칼디비르가 (Caldivirga), 데술파르쿨루스 (Desulfarculus), 데술포박테라세이 (Desulfobacteraceae), 데술포박테리움 (Desulfobacterium), 데술포보툴루스 (Desulfobotulus), 데술포불바세이 (Desulfobulbaceae), 데술포불부스 (Desulfobulbus), 데술포칼두스 (Desulfocaldus), 데술포푸스티스 (Desulfofustis), 데술포할로븀 (Desulfohalobium), 데술포미크로븀 (Desulfomicrobium), 데술포모닐레 (Desulfomonile), 데술포나트로눔 (Desulfonatronum), 데술포노트로노비브리오 (Desulfonotronovibrio), 데술포르호파루스 (Desulforhopalus), 데술포스포라무사 (Desulfosporamusa), 데술포스포로시누스 (Desulfosporosinus), 데술포토마쿨룸 (Desulfotomaculum), 데술포바쿨라 (Desulfovacula), 데술포비브리오 (Desulfovibrio), 테르모클라디움 (Thermocladium), 테르모데술파타토르 (Thermodesulfatator), 테르모데술포박테리움 (Thermodesulfobacterium), 테르모데술포븀 (Thermodesulfobium), 테르모데술포비브리오 (Thermodesulfovibrio), 또는 황산염을 환원시키는 여타 미생물, 또는 이들의 조합 등을 비제한적으로 포함할 수 있다.
생물반응기는 박테리아를 배양하여, 아마도 CO2의 포획 및 반응기 크기 결정을 위해 가장 풍성한 종을 결정할 수 있다. 생물반응기 내부의 적정 조건은 다수의 환경 변수를 이용하여 각 박테리아/종에 대하여 결정될 수 있다. 공정 파라미터는 일정 조건을 유지하고 아마도 생물량 생산의 작은 변화를 확인하도록 장치된 컴퓨터 시스템을 이용하여 제어될 수 있다. 영양분 조합 및 공급원의 박테리아 개체군 및 동화에 미치는 영향도 결정될 수 있다.
생물량은 박테리아의 성장 단계에서 최고값 부근의 간격으로 화학적 자력영양 생물반응기로부터 수확될 수 있다. 생물량의 회수가 박테리아의 성장 속도에 미치는 영향은 CO2 동화의 연속된 페이스를 손상시키지 않을 적정 회수 시점을 확립할 목적으로 결정될 수 있다. CO2는 주입 방법을 사용하여 화학적 자력영양 생물반응기 내에 도입될 수 있다. CO2 동화의 속도가 평가된 각각의 주입 방법에 대하여 결정될 수 있다. CO2의 최대 용액 농도가 CO2 동화의 해당 속도에 따라 결정될 수 있다.
생물반응기로부터 박테리아를 수확하는 종래의 방법은 여과에 이어 건조 단계, 오일 추출 단계 및 아마도 심지어는 바이오디젤의 생산에 의한 것일 수 있다. 임의의 주요 화학적 자력영양 박테리아 탄소 포획 및 바이오연료 공정에 대한 적용가능성에 있어서, 타사에 의해 개발된 진보된 기술을 평가하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 바이오연료 및 다른 산업을 위해 개발되고 있는 다수의 진보된 수확 기술이 존재할 수 있는데, 그것이 본 발명의 실시양태의 공정과 함께 유망할 수 있다. 미생물 공정에 사용가능한 대부분의 수확 방법은 동물 조직 및 식물 재료에 대하여 처음 개발된 것일 수 있다. 수확 공정의 개발은 배양 배지의 조건, 박테리아 세포의 성질, 또는 아마도 심지어는 원하는 추출물의 종류에 의존할 수 있다. 하기의 공정 단계가 시험될 수 있다: (1) 박테리아의 사망 또는 강제 휴면은 가열, 냉각, 발포, 산, 염기, 차아염소산 나트륨, 효소 또는 항생물질과 같은 화학약품의 첨가를 포함하는 몇 가지 접근법에 의해 수행될 수 있다; (2) 벌크 배양 배지로부터 박테리아를 분리하는 데 사용가능한 기술은 원심분리, 회전 진공 여과, 가압 여과, 히드로사이클로닝 (hydrocycloning), 부유법, 걷어내기, 그리고 아마도 심지어는 체질을 수반할 수 있다. 이러한 기술은 엉김제 또는 응집제의 첨가와 같은 여타 기술과 함께 적용될 수 있다. 결정되어야 할 관련 파라미터는 박테리아 크기, 밀도 및 더 큰 무리로 뭉치는 경향을 포함할 수 있다; (3) 지질분해의 발생, 또는 아마도 심지어는 박테리아 세포 내에서 글리세리드가 대사에 의해 유리 지방산으로 분해되는 것을 막기 위해 수확된 박테리아로부터 물이 제거되어야 할 필요가 있을 수 있다. 건조 단계를 위해 다양한 기술, 예컨대 아마도 직접적인, 심지어는 간접적인 방법이 사용될 수 있다; 그리고 심지어는 (4) 탈수 후, 지질 및 지방산이 박테리아 덩어리로부터 분리되거나, 심지어는 추출될 수 있다. 추출 도중, 높은 수율의 글리세리드를 보장하기 위해, 산화성 분해를 방지하고 아마도 심지어는 인공물의 존재를 극소화하는 것이 중요할 수 있다. 사용가능한 접근법은 원심분리, 고압 균질화 (homogenization), 여과, 뿐만 아니라 용매, 예컨대 메탄올 또는 에탄올 추출을 비제한적으로 포함할 수 있다. 용매 추출은 기계적 및 화학적 세포 용해의 조합, 또는 세포 붕괴일 수 있다. 용해의 기계적 방법 뿐만 아니라 화학적 방법 및 효소도 사용될 수 있다.
바이오디젤 생산 뿐만 아니라 다른 바이오-산물, 예컨대 친환경 플라스틱을 위한 진보된 기술의 적용을 평가하는 것이 바람직할 수 있다. 화학적 관점에서, 바이오디젤은 주로 지방산 모노-알킬 에스테르로 이루어질 수 있다. 이는 단쇄 알콜을 가진 트리글리세리드 (유지의 주요 화합물)로부터, 아마도 도 5의 예에 나타낸 촉매 에스테르교환에 의해 생성될 수 있다. 도입된 촉매의 종류에 따라, 바이오디젤 생산의 방법은 공지된 것으로, 또는 아마도 심지어는 효소 기반의 것으로 분류될 수 있다. 전자의 경우, 인산과 같은 산 촉매와 조합된 KOH 및 NaOH와 같은 알칼리 촉매가 사용될 수 있다. 후자의 경우, 리파제와 같은 효소가 촉매로 사용될 수 있다. 이러한 기술은 본 발명의 다양한 실시양태에 적용가능할 수 있다. 추출된 미생물 오일은 친환경 플라스틱의 제조에 사용될 수도 있다. 잔류물의 주성분은 오일 및 지방산 추출로부터의 세포 잔해물일 수 있다. 조류와 마찬가지로, 박테리아의 세포 잔해물도 셀룰로오스 및 아마도 심지어는 각종 당단백질을 함유할 수 있다. 이들 성분은 최종 용도의 응용을 위해 분석 및 평가될 수 있다.
파라핀 및 글리세리드를 포함하는 다양한 유형의 지질 물질이 박테리아에 의해 생산될 수 있다. 박테리아 수확에서, 이들 공정으로부터의 글리세리드, 파라핀계, 및 기타 지질 물질이 생산될 수 있다. 글리세리드는 메탄올을 이용하여 (아마도 바이오디젤로) 에스테르교환될 수 있다. 운송 연료로 사용하기 위해 생산된 바이오디젤은 ASTM 방법 D6751을 따라야 한다.
이중 (dual) 반응기 및 아마도 심지어는 연속 작업 하의 결과 생성물의 제어가 중요하다. 이들은 상업적 배치에 있어서 결정적인 문제를 나타낼 수 있다. 뿐만 아니라, 오염 및 아마도 심지어는 스케일링과 같은 작업상의 문제도 상업적 배치에 앞서 알려지고 해결될 필요가 있을 것이다.
본 발명의 실시양태는 플랜트 디자인을 포함할 수 있고, 개발 및 아마도 심지어 비준은 두 박테리아 생물반응기의 일체화 및 작업 파라미터의 입증으로 이루어질 것이다. 시스템은 아마도 일정하고 예측가능한 속도로 탄소 포획을 유지하도록 필수적인 황 순환을 제공하는 2개의 독립적인 박테리아 시스템을 기반으로 할 수 있다. 아마도 작업 체제 내에서 시스템의 효율적인 결합을 보장하기 위해 규모를 정하고 작업 조건을 결정 및 적정화하는 것이 바람직할 것이다. 아마도 개별 및 조합 박테리아 종의 매우 특이적인 요구로 인하여, 박테리아 종의 선택이 이러한 노력의 핵심일 수 있다. 디자인 매개변수는 영양분 첨가의 조절을 위한 유체 스트림의 유량 및 화학 조성, pH, 환원된 질소 화학종의 회수 및 전달 시스템, 하위-시스템 반응기를 위한 작업 온도, 및 아마도 각 하위-시스템을 위한 원하는 생산량 파라미터를 위한 작업 부피를 특정할 수 있다. 또한, 시스템 디자인은 종전의 기체 살포법에 비하여 현재 기술상태의 막 기체 주입 기술의 비교를 고려할 수 있다. 뿐만 아니라, 미소조류를 수확하기 위해 개발된 기술들이 박테리아에 대하여 평가될 수 있고, 그에 따라 조정되어야 할 수 있다.
본 발명의 실시양태는 저장용기 크기결정, 라인 크기결정, 투입/생산량의 확인, 시스템 파라미터 모니터링 세목, 및 아마도 심지어는 생물량 밀도 계산을 비제한적으로 포함할 수 있다. 이는 1차 질소 환원 반응기에서 환원된 질소 화학종 수준의 조절을 위한 환원된 질소 화학종 회수 장치의 디자인을 포함할 수 있고, 심지어는 환원된 질소 화학종을 제2 탄소 고정 반응기 내로 주입하기 위한 전달 장치를 포함할 수 있다. 또한, pH를 통한 CO2 화학종의 조절 및 이들 화학종의 온라인 모니터링 및 제어 시스템 내로의 통합이 고안될 수 있다. 이는 CO2 흡수, 반응기 내 탄소 순환, 환원된 질소 화학종의 CO2 흡수에 대한 관계를 진전시키는 공정 제어 단계의 지정, 및 아마도 심지어는 탄소 전환을 극대화하면서 제어된 방식으로 이들 반응을 성취하기 위한 최선의 공급원 감소 또는 증가를 수반할 수 있다. 반응 용기에 대한 기체 공급은 다중 기체 살포 및 아마도 심지어는 막 기반 기체 주입 기술을 평가하기 위해 융통성있게 고안될 수 있다. 이는 박테리아로부터 오일을 추출하기 위한 기존 기술의 비교, 및 아마도 심지어는 응용을 위한 가장 적합한 선택의 결정, 또는 추출 기술을 박테리아 응용에 맞춤제작하는 신규 기술의 개발을 포함할 수 있다.
상기 기술은 합성 생물학에 지렛대 역할을 할 수 있고, 대사 공학은 미생물 대사 경로를 조정하고, 아마도 심지어는 전자와 환원된 이온을, CO2를 액체 연료로 전환시키기 위한 환원 동등물의 공급원으로 직접 사용할 수 있는 신규의 생물학적 시스템을 개발하도록 진보한다. 뿐만 아니라, CAT 공정은 박테리아를 배양하는 생태계 환경을 제공하기 위한, 구체적으로 조작된 시스템 및 생물반응기의 세트일 수 있고, 자급자족이 가능하여, 이산화탄소 배출 설비와 상업적 규모로 통합되기 아주 적합한 견실한 생물 조작된 생태계의 결과를 가져올 수 있다.
항목들:
1항. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
별도의 공정 반응기에서 황산염 환원 박테리아로부터 환원된 황 함유 화합물을 생성시키고;
상기 황 함유 화합물을 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 에너지 공급물로 공급하고;
상기 화학적 자력영양 박테리아를 이용하는 상기 이산화탄소의 상기 화학적 자력영양 소화로부터 적어도 일부의 생물량을 생물학적으로 생산하고;
상기 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키고;
아세테이트 전환 반응기를 구비하고;
상기 황산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트를 상기 아세테이트 전환 반응기 내에 공급하고;
상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생물량을 생성시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
2항. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 질소 화합물 에너지 공급물을 제공하고;
상기 화학적 자력영양 박테리아를 이용하는 상기 이산화탄소의 상기 화학적 자력영양 소화로부터 적어도 일부의 생물량을 생물학적으로 생산하고;
상기 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
3항. 제1항 또는 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 이산화탄소 배출기로부터 상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담는 상기 단계가 상기 이산화탄소 배출기로부터 약 100%에 이르는 상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
4항. 제1항 또는 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 산업용 이산화탄소 배출기가 발전소, 채광 작업장, 도시 폐기물 매립장, 시멘트 제조 플랜트, 석회 제조 플랜트, 석탄 정제소, 정유소, 정제소, 트로나 가공 플랜트, 피셔-트롭슈 (Fischer-Tropsch) 합성 플랜트, 석탄-액체화 플랜트, 기체-액체화 플랜트, 생물량-액체화 플랜트, 기화 시설, 비-발전 공급원, 석탄-화력 발전소, 천연가스-화력 발전소, 연료 전지 및 연소 전력 플랜트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
5항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 화학적 자력영양 박테리아가 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 니트로소코커스 (Nitrosococcus), 니트로소스피라 (Nitrosospira), 니트로소로부스 (Nitrosolobus), 페도박터 (Pedobacter), 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로스피나 (Nitrospina) 속, 자연 질화를 수행하는 임의의 박테리아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
6항. 제1항 또는 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 화학적 자력영양 박테리아가 유전자 조작된 질화를 위한 화학적 자력영양 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
7항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 질소 화합물 에너지 공급물이 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 대한 환원된 질소 화합물 에너지 공급물을 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
8항. 제7항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 환원된 질소 화합물 에너지 공급물이 암모니아 및 암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
9항. 제7항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 환원된 질소 화합물 에너지 공급물이 아질산염을 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
10항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 제공하는 상기 단계가 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 재순환시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
11항. 제10항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 화학적 자력영양 박테리아에 재순환시키는 상기 단계가 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 재순환시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
12항. 제11항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 생성시키고, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
13항. 제10항 또는 제12항, 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 암모니아화 박테리아를 제공하고;
상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 연결하고;
상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 질산염을 상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 암모니아 또는 암모늄을 생성시키고;
상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 암모니아 또는 암모늄을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
14항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 암모니아화 박테리아를 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
15항. 제14항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 에너지 공급물을 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 암모니아화 박테리아에 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
16항. 제15항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 에너지 공급물을 상기 암모니아화 박테리아에 제공하는 상기 단계가 유기 탄소를 상기 암모니아화 박테리아에 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
17항. 제13항 또는 제14항, 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 암모니아화 박테리아가 바실루스 (Bacillus), 캄필로박터 (Campylobacter), 시트로박터 (Citrobacter), 클로스트리듐 (Clostridium), 데술포비브리오 (Desulfovibrio), 엔테로박터 (Enterobacter), 에르비니아 (Erwinia), 에스케리키아 (Escherichia), 클렙시엘라 (Klebsiella), 네이세리아 (Neisseria), 포토박테리움 (Photobacterium), 프로테우스 (Proteus), 슈도모나스 (Pseudomonas), 살모넬라 (Salmonella), 셀레노모나스 (Selenomonas), 세라티아 (Serratia), 스트렙토미세스 (Streptomyces), 베일로넬라 (Veillonella), 비브리오 (Vibrio), 볼리넬라 (Wolinella), 암모니아화를 수행하는 임의의 박테리아, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
18항. 제3항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 니트로소코커스 (Nitrosococcus), 니트로소스피라 (Nitrosospira), 니트로소로부스 (Nitrosolobus), 페도박터 (Pedobacter), 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로스피나 (Nitrospina), 니트로스피라 (Nitrospira), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
19항. 제18항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 니트로소코커스 (Nitrosococcus), 니트로소스피라 (Nitrosospira), 니트로소로부스 (Nitrosolobus), 페도박터 (Pedobacter)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 박테리아, 및 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로스피나 (Nitrospina), 니트로스피라 (Nitrospira)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 추가 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
20항. 제13항 또는 제14항, 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 암모니아화 박테리아에 전자 공여체 공급물로서 재순환된 공정 생물량 잔류물을 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
21항. 제11항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 탈질소화 박테리아를 제공하고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 연결하고;
상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염, 아질산염 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 요소를 생성시키고;
상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 요소를 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 질소를 생성시키고;
상기 탈질소화 반응기에서 생성된 상기 질소를 화학 공정에서 반응시켜 암모니아를 생성시키고;
상기 화학 공정으로부터의 상기 암모니아를 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
22항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 공급하는 상기 단계가 촉매 공정 반응으로부터의 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 공급하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
23항. 제22항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 촉매 공정이 하버 (Haber) 공정인, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
24항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 탈질소화 박테리아를 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
25항. 제24항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 탈질소화 박테리아에 에너지 공급물을 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
26항. 제25항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 에너지 공급물을 상기 탈질소화 박테리아에 공급하는 상기 단계가 유기 탄소를 상기 탈질소화 박테리아에 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
27항. 제21항 또는 제22항, 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 탈질소화 박테리아가 알칼리게네스 (Alcaligenes), 아그로박테리움 (Agrobacterium), 아쿠아스피릴룸 (Aquaspirillum), 아조스피릴룸 (Azospirillum), 바실루스 (Bacillus), 블라스토박터 (Blastobacter), 브라디리조븀 (Bradyrhizobium), 브란하멜라 (Branhamella), 크로모박테리움 (Chromobacterium), 시토파가 (Cytophaga), 플라보박테리움 (Flavobacterium), 플렉시박터 (Flexibacter), 할로박테리움 (Halobacterium), 히포미크로븀 (Hyphomicrobium), 킨겔라 (Kingella), 네이세리아 (Neisseria), 파라코커스 (Paracoccus), 프로피오니박테리움 (Propionibacterium), 슈도모나스 (Pseudomonas), 리조븀 (Rhizobium), 볼리넬라 (Wolinella), 로도슈도모나스 (Rhodopseudomonas), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 알리시클리필루스 (Alicycliphilus), 킨겔라 (Kingella), 아크로모박터 (Achromobacter), 미크로코커스 (Micrococcus), 조네시아 (Jonesia), 로세오박터 (Roseobacter), 셰바넬라 (Shewanella), 스테롤리박테리움 (Sterolibacterium), 카스텔라니엘라 (Castellaniella), 코모모나스 (Comomonas), 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
28항. 제21항 또는 제22항, 또는 임의의 다른 항에 있어서, 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 탈질소화 박테리아에 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
29항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
암모니아, 암모늄, 암모니아 질산염, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 암모니아 요소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 복수의 탈질소화 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기에 연결하고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서, 질산염, 아질산염 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 요소를 생성시키고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 요소를 상기 복수의 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 제2 공정 반응기에 공급하고;
상기 복수의 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 제2 공정 반응기에서 질소를 생성시키고;
상기 생성된 질소를 방출시키는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
30항. 제29항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 탈질소화 박테리아에 에너지 공급물을 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
31항. 제30항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 탈질소화 박테리아에 상기 에너지 공급물을 제공하는 상기 단계가 상기 탈질소화 박테리아에 유기 탄소를 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
32항. 제29항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 탈질소화 박테리아가 알칼리게네스 (Alcaligenes), 아그로박테리움 (Agrobacterium), 아쿠아스피릴룸 (Aquaspirillum), 아조스피릴룸 (Azospirillum), 바실루스 (Bacillus), 블라스토박터 (Blastobacter), 브라디리조븀 (Bradyrhizobium), 브란하멜라 (Branhamella), 크로모박테리움 (Chromobacterium), 시토파가 (Cytophaga), 플라보박테리움 (Flavobacterium), 플렉시박터 (Flexibacter), 할로박테리움 (Halobacterium), 히포미크로븀 (Hyphomicrobium), 킨겔라 (Kingella), 네이세리아 (Neisseria), 파라코커스 (Paracoccus), 프로피오니박테리움 (Propionibacterium), 슈도모나스 (Pseudomonas), 리조븀 (Rhizobium), 볼리넬라 (Wolinella), 로도슈도모나스 (Rhodopseudomonas), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 알리시클리필루스 (Alicycliphilus), 킨겔라 (Kingella), 아크로모박터 (Achromobacter), 미크로코커스 (Micrococcus), 조네시아 (Jonesia), 로세오박터 (Roseobacter), 셰바넬라 (Shewanella), 스테롤리박테리움 (Sterolibacterium), 카스텔라니엘라 (Castellaniella), 코모모나스 (Comomonas), 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
33항. 제29항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 탈질소화 박테리아에 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
34항. 제11항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 질산염 환원 박테리아를 제공하고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 연결하고;
상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 질산염을 상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 아질산염을 생성시키고;
상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 아질산염을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
35항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 상기 에너지 공급물을 제공하는 상기 단계가 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 아질산염 이온 또는 아질산염 함유 화합물을 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
36항. 제35항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 상기 아질산염 이온 또는 아질산염 함유 화합물을 제공하는 상기 단계가 질산염 환원 박테리아가 담긴 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 아질산염 이온 또는 아질산염 함유 화합물을 공급하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
37항. 제2항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 복수의 질산염 환원 박테리아를 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
38항. 제37항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 상기 질산염 환원 박테리아에 에너지 공급물을 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
39항. 제38항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 질산염 환원 박테리아에 상기 에너지 공급물을 제공하는 상기 단계가 상기 질산염 환원 박테리아에 유기 탄소를 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
40항. 제34항 또는 제37항, 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 질산염 환원 박테리아가 알칼리게네스 (Alcaligenes), 아그로박테리움 (Agrobacterium), 아쿠아스피릴룸 (Aquaspirillum), 아조스피릴룸 (Azospirillum), 바실루스 (Bacissul), 블라스토박터 (Blastobacter), 브라디리조븀 (Bradyrhizobium), 브란하멜라 (Branhamella), 크로모박테리움 (Chromobacterium), 시토파가 (Cytophaga), 플라보박테리움 (Flavobacterium), 플렉시박터 (Flexibacter), 할로박테리움 (Halobacterium), 히포미크로븀 (Hyphomicrobium), 킨겔라 (Kingella), 네이세리아 (Neisseria), 파라코커스 (Paracoccus), 프로피오니박테리움 (Propionibacterium), 슈도모나스 (Pseudomonas), 리조븀 (Rhizobium), 볼리넬라 (Wolinella), 로도슈도모나스 (Rhodopseudomonas), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 알리시클리필루스 (Alicycliphilus), 킨겔라 (Kingella), 아크로모박터 (Achromobacter), 미크로코커스 (Micrococcus), 조네시아 (Jonesia), 로세오박터 (Roseobacter), 셰바넬라 (Shewanella), 스테롤리박테리움 (Sterolibacterium), 카스텔라니엘라 (Castellaniella), 코모모나스 (Comomonas), 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
41항. 제34항 또는 제37항, 또는 임의의 다른 항에 있어서, 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 질산염 환원 박테리아에 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
42항. 제11항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 탈질소화 박테리아를 제공하고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 연결하고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염, 아질산염 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 요소를 생성시키고;
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 요소를 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
상기 복수의 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 질소를 생성시키고;
상기 생성된 질소를 방출시키는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
43항. 제42항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기 내에 비료를 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
44항. 제11항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 질산염 환원 박테리아를 제공하고;
상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 아질산염을 생성시키고;
상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 아질산염을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하고;
아세테이트 전환 반응기를 구비하고;
상기 질산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트를 상기 아세테이트 전환 반응기 내에 공급하고;
상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생물량을 생성시키는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
45항. 제44항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 영양분 생산으로부터 생성된 아세테이트를 상기 아세테이트 전환 반응기 내로 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
46항. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
복수의 황 환원 박테리아를 제공하고;
복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아를 제공하고;
상기 화학적 자력영양 박테리아를 이용하는 상기 이산화탄소의 상기 화학적 자력영양 소화로부터 적어도 일부의 생물량을 생물학적으로 생산하고;
상기 산업용 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
47항. 제46항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
상기 상기 질산염을 상기 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아에 공급하고;
상기 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터 황산염을 생성시키고;
상기 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터의 상기 황산염을 상기 황 환원 박테리아에 공급하고;
상기 복수의 황 환원 박테리아로부터 황화물을 생성시키고;
상기 황화물을 상기 황 산화 질산염 환원 박테리아에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
48항. 제47항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터 질소를 생성시키는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
49항. 제47항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 질소를 반응시켜 암모니아를 생성시키고;
상기 암모니아를 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
50항. 제46항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 적어도 하나의 추가 공정 반응기를 구비하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
51항. 제50항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기가 상기 복수의 황 환원 박테리아, 상기 복수의 질소 환원 박테리아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 박테리아를 함유하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
52항. 제46항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 질소 환원 박테리아가 탈질소화 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
53항. 제46항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 암모니아 또는 암모늄을 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
54항. 제1항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 화학적 자력영양 박테리아가 티오바실루스 (Thiobacillus), 파라코커스 (Paracoccus), 티오불룸 (Thiovulum), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira) 속, 화학적 자력영양 성장 도중 무기 황을 산화시키는 임의의 박테리아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
55항. 제46항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 박테리아 각각에 대한 공정 반응기를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
56항. 산업용 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 수용하도록 배열된 적어도 하나의 공정 반응기;
상기 이산화탄소의 적어도 일부를 소화시키도록 배열된 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 복수의 화학적 자력영양 박테리아;
상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생물학적으로 생산된 일정량의 생물량;
상기 이산화탄소 배출물의 대기 방출의 생태학적 감소;
황산염 환원 박테리아에 의해 생성된 황 함유 화합물;
상기 황 함유 화합물의 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 대한 공급;
아세테이트 전환 반응기;
상기 황산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트;
상기 황산염 환원 박테리아로부터 상기 아세테이트 전환 반응기로 상기 아세테이트의 공급물 공급;
상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생성된 생물량을 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
57항. 산업용 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 수용하도록 배열된 적어도 하나의 공정 반응기;
상기 이산화탄소의 적어도 일부를 소화시키도록 배열된 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 복수의 화학적 자력영양 박테리아;
상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생물학적으로 생산된 일정량의 생물량;
상기 이산화탄소 배출물의 대기 방출의 생태학적 감소;
박테리아에 의해 생성된 질소 함유 화합물;
상기 질소 함유 화합물의 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 대한 공급물 공급을 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
58항. 제57항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
아세테이트 전환 반응기;
상기 황산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트;
상기 질소 환원 박테리아로부터의 상기 아세테이트의 상기 아세테이트 전환 반응기에 대한 공급물 공급; 및
상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생성된 생물량을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
59항. 제57항 및 임의의 다른 항에 있어서,
영양분 생산 요소;
상기 영양분 생산 요소로부터 생성된 아세테이트; 및
상기 영양분 생산 요소로부터 상기 아세테이트의 상기 아세테이트 전환 반응기에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
60항. 제57항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 박테리아가 암모니아화 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
61항. 제57항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 박테리아가 탈질소 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
62항. 제57항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 박테리아가 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 위치하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
63항. 제57항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생성된 질산염; 및
상기 질산염의 상기 박테리아에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
64항. 산업용 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 수용하도록 배열된 적어도 하나의 공정 반응기;
상기 이산화탄소의 적어도 일부를 소화시키도록 배열된 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 복수의 화학적 자력영양 박테리아;
상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기 내 복수의 황 환원 박테리아;
상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기 내 복수의 질소 환원 박테리아;
상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생물학적으로 생산된 일정량의 생물량;
상기 이산화탄소 배출물의 대기 방출의 생태학적 감소; 및
박테리아에 의해 생성된 질소 함유 화합물을 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
65항. 제64항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생성된 질산염;
상기 질산염의 상기 복수의 질산염 환원 박테리아에 대한 공급물 공급;
상기 복수의 질산염 환원 박테리아로부터 생성된 황산염;
상기 복수의 질산염 환원 박테리아로부터의 상기 황산염의 상기 황 환원 박테리아에 대한 공급물 공급;
상기 복수의 황 환원 박테리아로부터 생성된 아황산염; 및
상기 아황산염의 상기 질산염 환원 박테리아에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
66항. 제65항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 복수의 질산염 환원 박테리아로부터 생성된 질소를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
67항. 제66항 또는 임의의 다른 항에 있어서,
암모니아 전환 요소에 대한 질소; 및
상기 암모니아의, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
68항. 제65항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 적어도 하나의 추가 공정 반응기를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
69항. 제68항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기가 상기 복수의 황 환원 박테리아, 상기 복수의 질소 환원 박테리아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 박테리아를 함유하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
70항. 제65항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 상기 질소 환원 박테리아가 탈질소화 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
71항. 제62항 또는 임의의 다른 항에 있어서, 암모니아 또는 암모늄의, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템. 상기 항들로부터 쉽게 알 수 있듯이, 본 발명의 기본 개념은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 본 발명은 생물학적 전환 기술 뿐만 아니라 적절한 생물학적 전환을 수행하기 위한 장치를 모두 포함한다. 본 출원에서, 생물학적 전환 기술은 기재된 다양한 장치에 의해 이루어지는 것으로 나타난 결과의 일부로, 그리고 활용에 대하여 고유한 단계들로 개시된다. 이들은 단순히, 의도되고 설명된 바 장치를 사용한 자연스러운 결과이다. 뿐만 아니라, 일부 장치가 개시되었지만, 이들은 특정의 방법을 수행할 뿐만 아니라, 다수의 방식으로 변화될 수 있음이 이해되어야 한다. 중요한 것은, 상기 모든 항들에 있어서, 모든 이러한 양상들이 본 개시에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에 포함된 토론은 기본적인 설명으로 기능하도록 의도된다. 독자는 구체적인 토론이 가능한 모든 실시양태를 분명하게 기재하지 않을 수도 있지만; 다수의 다른 선택이 내포되어 있음을 잘 인식해야 한다. 이는 본 발명의 일반적인 성질을 완전하게 설명하지 않을 수도 있으며, 각각의 특성 또는 요소가 어떻게 실제로 더 넓은 기능 또는 매우 다양한 다른 선택 또는 동등한 요소의 대표일 수 있는지 분명하게 나타내지 않을 수도 있다. 역시, 이들도 본 개시에 함축적으로 포함된다. 본 발명이 장치-지향적 기술로 기재된 경우, 장치의 각 요소는 기능을 잠재적으로 수행한다. 장치 청구항은 기재된 장치에 대하여 포함될 수 있을 뿐만 아니라, 방법 또는 공정 청구항도 본 발명 및 각 요소가 수행하는 기능을 조처하도록 포함될 수 있다. 설명도 용어도 임의의 후속 특허 출원에 포함될 청구항의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 발명의 본질을 벗어나지 않고 다양한 변화가 가해질 수 있음이 또한 이해되어야 한다. 그러한 변화는 또한 본 명세서에 함축적으로 포함된다. 이들도 여전히 본 발명의 범위 내에 해당한다. 보여진 분명한 실시양태(들)과, 매우 다양한 함축적인 다른 선택의 실시양태를 모두 포함하는 광범위한 개시, 및 광범위한 방법 또는 공정 등이 본 개시에 포함되며, 이들은 임의의 후속 특허 출원을 위한 청구항의 초안을 쓸 때 근거가 될 수 있다. 그러한 언어 변화 및 더 넓은 또는 더 상세한 청구항의 청구는 나중에 (예컨대 어떤 요구되는 기한까지) 수행될 수 있거나, 출원인이 본 출원을 기초로 나중에 특허 출원을 청구하는 경우에 수행될 수 있음이 이해되어야 한다. 이러한 이해를 바탕으로, 독자는 본 개시가, 청구항의 기초가 출원인의 권리 내로 여겨질 만큼 넓은 심사를 구할 수도 있고, 독립적으로 및 전체 시스템의 양자에 있어서 본 발명의 수많은 측면을 포함하는 특허를 내도록 고안될 수도 있는 임의의 후속 특허 출원을 뒷받침하는 것으로 이해되어야 함을 인식해야 한다.
또한, 본 발명의 다양한 요소 및 청구항 각각은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 뿐만 아니라, 사용되거나 내포될 경우, 하나의 요소는 개개의 구조 뿐만 아니라 물리적으로 연결되거나 연결되지 않을 수 있는 복수의 구조들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시는 그러한 각각의 변화를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 이는 임의의 장치 실시양태, 방법 또는 공정 실시양태의 변화, 또는 심지어 단지 이들 임의 요소의 변화이다. 특히, 본 개시가 본 발명의 요소들에 관한 것일 때, 각 요소에 대한 단어들은 -- 그 기능 또는 결과만이 동일할 지라도 -- 동등한 장치 용어 또는 방법 용어로 표현될 수 있음이 이해되어야 한다. 그러한 동등한, 더 광범위한 또는 심지어 더 일반적인 용어들이 각 요소 또는 작용의 설명에 포함되는 것으로 간주되어야 한다. 그러한 용어들은 본 발명이 받을만한 함축적으로 넓은 범위를 분명하게 할 필요가 있을 경우 대체될 수 있다. 그러나 일례로서, 모든 작용은 그 작용을 수행하기 위한 수단으로 또는 그 작용을 일으키는 요소로 표현될 수 있음이 이해되어야 한다. 유사하게, 임의의 개시된 물리적 요소는 그 물리적 요소가 촉진하는 작용의 개시를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 마지막 측면에 관하여, 일례로, "반응기"의 개시는 -- 분명하게 논의되었든 아니든 -- "반응시키는" 행위의 개시를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 반대로, "반응시키는" 행위의 유효한 개시가 있을 경우, 그러한 개시는 "반응기" 및 심지어 "반응시키기 위한 수단"의 개시를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그러한 변화 및 대체 용어는 본 명세서에 분명하게 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 특허 출원에 언급된 임의의 특허, 공보 또는 다른 참고문헌들은 본원에 참고로 포함된다. 본 출원에 의해 주장된 임의의 우선권 사건(들)을 이에 첨부하며, 본원에 참고로 포함된다. 뿐만 아니라, 사용된 각 용어에 있어서, 그의 본 출원에서의 사용이 널리 지지되는 해석과 불일치하지 않는 한, 통상적인 사전적 정의가 각 용어에 대하여 도입되는 것으로 이해되어야 하며, 예컨대 랜덤 하우스 웹스터 무축약판 사전 제2판 (Random House Webster's Unabridged Dictionary, second edition)에 포함된 모든 정의, 대체 용어 및 동의어가 본원에 참고로 포함된다. 마지막으로, 본원에 나열된 모든 참고문헌 또는 본원과 함께 제출된 기타 정보의 진술은 본원에 첨부되며 참고로 포함되지만, 위의 각각에 있어서, 참고로 포함된 상기 정보 또는 진술이 본 발명(들)의 특허화에 부합하지 않는 것으로 간주될 수 있는 한, 그러한 진술은 분명히 출원인(들)에 의해 주장된 것으로 간주되지 않아야 한다.
즉, 본 출원인(들)은 적어도 i) 본원에 개시되고 설명된 각각의 생물학적 전환 장치, ii) 개시되고 설명된 관련 방법들, iii) 이들 장치 및 방법 각각의 유사한, 동등한 및 심지어 함축적인 변형들, iv) 개시되고 설명된 것으로 나타난 각각의 기능을 수행하는 다른 선택의 디자인들, v) 개시되고 설명된 것들을 수행하도록 함축되어 보여진 각각의 기능들을 수행하는 다른 선택의 디자인 및 방법들, vi) 별도의 독립적인 발명으로 나타난 각각의 특성, 요소 및 단계, vii) 개시된 다양한 시스템 또는 요소에 의해 보강된 응용, viii) 그러한 시스템 또는 요소에 의해 생성된 결과 산물, ix) 임의의 구체적인 분야 또는 언급된 장치에 현재 적용된 것으로 나타나거나 기재된 각각의 시스템, 방법 및 요소, x) 실질적으로 종전에 기재되고 첨부된 임의의 실시예가 언급된 방법 및 장치, xi) 개시된 각각의 요소의 다양한 조합 및 순열, xii) 나타낸 독립항 또는 개념 각각에 의존하는 각각의 잠재적인 종속항 또는 개념, 및 xiii) 본원에 기재된 모든 발명에 대하여 본 발명을 청구하고 진술할 근거를 갖는 것으로 이해되어야 한다.
현재 또는 나중에 심사를 위해 제출되는 청구항에 관해서는, 실무상의 이유로, 그리고 심사의 부담을 많이 가중하지 않도록, 본 출원인은 어느 때라도 초기 청구항 만을, 또는 아마도 초기 종속관계만을 갖는 초기 청구항만을 제출할 수 있다. 특허청 및 본 출원 또는 후속 출원의 잠재적인 범위에 이해관계가 있는 임의의 제3자는, 본 건의 장점을 주장하는 경우, 또는 임의의 예비 보정, 기타 보정, 청구 언어, 또는 제출된 의견서에도 불구하고 임의의 계속출원에서, 본 건에 있어서 나중에 더 넓은 청구항이 제출될 수 있으며, 따라서 어떠한 계류 상태일지라도 임의의 잠재적인 특허 대상을 부인하거나 포기할 의향이 없음이 이해되어야 한다. 더 넓은 청구항이 제시되는 경우, 이러한 것은 임의의 앞선 시간에 고려되었을 수 있는 임의의 관련 선행 기술이 재고되어야 할 것을 요구하는 데, 그 이유는 본 출원 또는 임의의 후속 출원에서 제시된 임의의 보정, 청구 언어, 또는 의견서가 상기 선행 기술을 피하기 위해 수행된 것으로 간주되는 한, 이러한 이유는 나중에 제시된 청구항 등에 의해 제거될 수 있기 때문이다. 심사관 및 기존 또는 나중의 잠재적인 범위에 달리 이해관계가 있는, 또는 어느 때라도 잠재적인 범위의 부인 또는 포기를 나타낼 임의의 가능성이 있는지 여부를 고려하는 임의의 개인은, 그러한 포기 또는 부인이 본 출원 또는 임의의 후속 출원에서 의도되거나 존재한 적이 전혀 없음을 인식해야 한다. 문헌 [Hakim v. Cannon Avent Group, PLC, 479 F.3d 1313 (Fed. Cir 2007)] 등에 의해 제기된 것과 같은 한계는 본 출원 또는 임의의 후속 관련 사안에서 분명하게 의도되지 않는다. 뿐만 아니라, 지원은 신물질 법 -- 유럽 특허 협약 123(2)조 및 미국 특허법 35 USC 132 또는 여타 이러한 법들 -- 하에 요구되는 정도까지, 하나의 독립항 또는 개념 하에 나타낸 다양한 종속항 또는 다른 요소들 중 임의의 것을 임의의 다른 독립항 또는 개념 하에 종족항 또는 요소로서 부가하는 것을 허용하도록 존재함이 이해되어야 한다. 본 출원에서 또는 임의의 후속 출원에서 어느 때라도 임의의 청구항을 작성함에 있어서, 출원인은 법적으로 가능한 보호의 범위를 완전하고 넓게 획득하고자 하였음이 또한 이해되어야 한다. 비실질적인 대체가 이루어지는 한, 출원인이 사실상 임의의 특정 실시양태를 문언적으로 포함하도록 임의의 청구항을 작성하지 않은 한, 그리고 달리 적용가능하지 않은 한, 출원인이 단지 모든 가능성을 예상할 수 없었기 때문에 그러한 범위를 어떤 식으로 의도하거나 사실상 포기한 것으로 이해되어서는 아니 되며; 당 분야의 숙련자는 그러한 대체 실시양태를 문언적으로 포함한 청구항을 작성하였을 것으로 합리적으로 예상되지 않을 것이다.
또한, 사용될 경우, "포함하는 (comprising)"이라는 과도적인 어구의 사용은 종전의 청구항 해석에 의해 본원에서 "개방적인 (open-end)" 청구항을 유지하도록 사용된다. 즉, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, "포함하다"라는 용어 또는 "포함한다" 또는 "포함하는"과 같은 파생어는 언급된 요소 또는 단계, 또는 요소나 단계의 군을 포함하는 것을 의미하지만 다른 요소 또는 단계, 또는 요소나 단계의 군을 배제하지 않도록 의도된다. 그러한 용어는 본 출원이 법률상 허용되는 가장 넓은 범위를 부여받도록 가장 확장된 형태로 해석되어야 한다.
마지막으로, 어느 때라도 기재된 임의의 청구항은 본원에 본 발명의 상기 설명의 부분으로 참고로 포함되며, 출원인은 그러한 청구항의 상기 포함된 내용의 전부 또는 일부를, 임의의 또는 모든 청구항 또는 그의 임의 요소 또는 성분을 지지하기 위한 추가의 설명으로 사용할 권리를 분명하게 가지며, 출원인은 또한 그러한 청구항 또는 그의 임의의 요소 또는 성분의 포함된 내용 중 임의 부분 또는 전부를, 본 출원 또는 임의의 후속 계속출원, 분할, 또는 그의 부분-계속 (continuation-in-part) 출원에 의해 보호를 구하기 위한 사안을 정의하기 위해, 또는 임의의 유익을 얻기 위해, 그에 따르는 수수료를 줄이기 위해, 또는 어떤 나라 또는 조약의 특허법, 규칙 또는 규정과 부합하도록, 필요에 따라 명세서로부터 청구항으로 (또는 그 반대로) 이동할 권리를 분명하게 가지며, 참고로 포함된 상기 내용은 임의의 후속 계속출원, 분할 또는 그의 부분-계속 출원 또는 임의의 재발행 또는 그의 연장을 포함하여, 본 출원의 전체 계류 도중 존속해야 한다.

Claims (76)

  1. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
    상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
    별도의 공정 반응기에서 황산염 환원 박테리아로부터 환원된 황 함유 화합물을 생성시키고;
    상기 황 함유 화합물을 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 에너지 공급물로 공급하고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아를 이용하는 상기 이산화탄소의 상기 화학적 자력영양 소화로부터 적어도 일부의 생물량을 생물학적으로 생산하고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키고;
    아세테이트 전환 반응기를 구비하고;
    상기 황산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트를 상기 아세테이트 전환 반응기 내에 공급하고;
    상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생물량을 생성시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  2. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
    상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
    상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 질소 화합물 에너지 공급물을 제공하고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아를 이용하는 상기 이산화탄소의 상기 화학적 자력영양 소화로부터 적어도 일부의 생물량을 생물학적으로 생산하고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이산화탄소 배출기로부터 상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담는 상기 단계가 상기 이산화탄소 배출기로부터 약 100%에 이르는 상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산업용 이산화탄소 배출기가 발전소, 채광 작업장, 도시 폐기물 매립장, 시멘트 제조 플랜트, 석회 제조 플랜트, 석탄 정제소, 정유소, 정제소, 트로나 가공 플랜트, 피셔-트롭슈 (Fischer-Tropsch) 합성 플랜트, 석탄-액체화 플랜트, 기체-액체화 플랜트, 생물량-액체화 플랜트, 기화 시설, 비-발전 공급원, 석탄-화력 발전소, 천연가스-화력 발전소, 연료 전지 및 연소 전력 플랜트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 화학적 자력영양 박테리아가 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 니트로소코커스 (Nitrosococcus), 니트로소스피라 (Nitrosospira), 니트로소로부스 (Nitrosolobus), 페도박터 (Pedobacter), 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로스피나 (Nitrospina) 속, 자연 질화를 수행하는 임의의 박테리아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 화학적 자력영양 박테리아가 유전자 조작된 질화를 위한 화학적 자력영양 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 질소 화합물 에너지 공급물이 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 대한 환원된 질소 화합물 에너지 공급물을 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 환원된 질소 화합물 에너지 공급물이 암모니아 및 암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 환원된 질소 화합물 에너지 공급물이 아질산염을 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 제공하는 상기 단계가 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 재순환시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 화학적 자력영양 박테리아에 재순환시키는 상기 단계가 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 재순환시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 생성시키고, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  13. 제10항 또는 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 암모니아화 박테리아를 제공하고;
    상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 연결하고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 질산염을 상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
    상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 암모니아 또는 암모늄을 생성시키고;
    상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 암모니아 또는 암모늄을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  14. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 암모니아화 박테리아를 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 에너지 공급물을 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 암모니아화 박테리아에 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 에너지 공급물을 상기 암모니아화 박테리아에 제공하는 상기 단계가 유기 탄소를 상기 암모니아화 박테리아에 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 암모니아화 박테리아가 바실루스 (Bacillus), 캄필로박터 (Campylobacter), 시트로박터 (Citrobacter), 클로스트리듐 (Clostridium), 데술포비브리오 (Desulfovibrio), 엔테로박터 (Enterobacter), 에르비니아 (Erwinia), 에스케리키아 (Escherichia), 클렙시엘라 (Klebsiella), 네이세리아 (Neisseria), 포토박테리움 (Photobacterium), 프로테우스 (Proteus), 슈도모나스 (Pseudomonas), 살모넬라 (Salmonella), 셀레노모나스 (Selenomonas), 세라티아 (Serratia), 스트렙토미세스 (Streptomyces), 베일로넬라 (Veillonella), 비브리오 (Vibrio), 볼리넬라 (Wolinella), 암모니아화를 수행하는 임의의 박테리아, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  18. 제3항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 니트로소코커스 (Nitrosococcus), 니트로소스피라 (Nitrosospira), 니트로소로부스 (Nitrosolobus), 페도박터 (Pedobacter), 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로스피나 (Nitrospina), 니트로스피라 (Nitrospira), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 니트로소모나스 (Nitrosomonas), 니트로소코커스 (Nitrosococcus), 니트로소스피라 (Nitrosospira), 니트로소로부스 (Nitrosolobus), 페도박터 (Pedobacter)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 박테리아, 및 니트로박터 (Nitrobacter), 니트로코커스 (Nitrococcus), 니트로스피나 (Nitrospina), 니트로스피라 (Nitrospira)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 추가 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 암모니아화 박테리아에 전자 공여체 공급물로서 재순환된 공정 생물량 잔류물을 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 탈질소화 박테리아를 제공하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 연결하고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염, 아질산염 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 요소를 생성시키고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 요소를 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
    상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 질소 기체를 생성시키고;
    상기 탈질소화 반응기에서 생성된 상기 질소를 화학 공정에서 반응시켜 암모니아를 생성시키고;
    상기 화학 공정으로부터의 상기 암모니아를 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  22. 제2항에 있어서, 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 공급하는 상기 단계가 촉매 공정 반응으로부터의 상기 질소 화합물 에너지 공급물을 공급하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 촉매 공정이 하버 (Haber) 공정인, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  24. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 탈질소화 박테리아를 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 탈질소화 박테리아에 에너지 공급물을 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 에너지 공급물을 상기 탈질소화 박테리아에 공급하는 상기 단계가 유기 탄소를 상기 탈질소화 박테리아에 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  27. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 탈질소화 박테리아가 알칼리게네스 (Alcaligenes), 아그로박테리움 (Agrobacterium), 아쿠아스피릴룸 (Aquaspirillum), 아조스피릴룸 (Azospirillum), 바실루스 (Bacillus), 블라스토박터 (Blastobacter), 브라디리조븀 (Bradyrhizobium), 브란하멜라 (Branhamella), 크로모박테리움 (Chromobacterium), 시토파가 (Cytophaga), 플라보박테리움 (Flavobacterium), 플렉시박터 (Flexibacter), 할로박테리움 (Halobacterium), 히포미크로븀 (Hyphomicrobium), 킨겔라 (Kingella), 네이세리아 (Neisseria), 파라코커스 (Paracoccus), 프로피오니박테리움 (Propionibacterium), 슈도모나스 (Pseudomonas), 리조븀 (Rhizobium), 볼리넬라 (Wolinella), 로도슈도모나스 (Rhodopseudomonas), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 알리시클리필루스 (Alicycliphilus), 킨겔라 (Kingella), 아크로모박터 (Achromobacter), 미크로코커스 (Micrococcus), 조네시아 (Jonesia), 로세오박터 (Roseobacter), 셰바넬라 (Shewanella), 스테롤리박테리움 (Sterolibacterium), 카스텔라니엘라 (Castellaniella), 코모모나스 (Comomonas), 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  28. 제21항 또는 제22항에 있어서, 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 탈질소화 박테리아에 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  29. 제2항에 있어서,
    암모니아, 암모늄, 암모니아 질산염, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 암모니아 요소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 복수의 탈질소화 박테리아가 담긴 제2 공정 반응기에 연결하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서, 질산염, 아질산염 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 요소를 생성시키고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 요소를 상기 복수의 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 제2 공정 반응기에 공급하고;
    상기 복수의 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 제2 공정 반응기에서 질소를 생성시키고;
    상기 생성된 질소를 방출시키는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 탈질소화 박테리아에 에너지 공급물을 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 탈질소화 박테리아에 상기 에너지 공급물을 제공하는 상기 단계가 상기 탈질소화 박테리아에 유기 탄소를 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 탈질소화 박테리아가 알칼리게네스 (Alcaligenes), 아그로박테리움 (Agrobacterium), 아쿠아스피릴룸 (Aquaspirillum), 아조스피릴룸 (Azospirillum), 바실루스 (Bacillus), 블라스토박터 (Blastobacter), 브라디리조븀 (Bradyrhizobium), 브란하멜라 (Branhamella), 크로모박테리움 (Chromobacterium), 시토파가 (Cytophaga), 플라보박테리움 (Flavobacterium), 플렉시박터 (Flexibacter), 할로박테리움 (Halobacterium), 히포미크로븀 (Hyphomicrobium), 킨겔라 (Kingella), 네이세리아 (Neisseria), 파라코커스 (Paracoccus), 프로피오니박테리움 (Propionibacterium), 슈도모나스 (Pseudomonas), 리조븀 (Rhizobium), 볼리넬라 (Wolinella), 로도슈도모나스 (Rhodopseudomonas), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 알리시클리필루스 (Alicycliphilus), 킨겔라 (Kingella), 아크로모박터 (Achromobacter), 미크로코커스 (Micrococcus), 조네시아 (Jonesia), 로세오박터 (Roseobacter), 셰바넬라 (Shewanella), 스테롤리박테리움 (Sterolibacterium), 카스텔라니엘라 (Castellaniella), 코모모나스 (Comomonas), 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  33. 제29항에 있어서, 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 탈질소화 박테리아에 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  34. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 질산염 환원 박테리아를 제공하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 연결하고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 질산염을 상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
    상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 아질산염을 생성시키고;
    상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 아질산염을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  35. 제2항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 상기 에너지 공급물을 제공하는 상기 단계가 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 아질산염 이온 또는 아질산염 함유 화합물을 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 상기 아질산염 이온 또는 아질산염 함유 화합물을 제공하는 상기 단계가 질산염 환원 박테리아가 담긴 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 아질산염 이온 또는 아질산염 함유 화합물을 공급하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  37. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 복수의 질산염 환원 박테리아를 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 상기 질산염 환원 박테리아에 에너지 공급물을 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 질산염 환원 박테리아에 상기 에너지 공급물을 제공하는 상기 단계가 상기 질산염 환원 박테리아에 유기 탄소를 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  40. 제34항 또는 제37항에 있어서, 상기 질산염 환원 박테리아가 알칼리게네스 (Alcaligenes), 아그로박테리움 (Agrobacterium), 아쿠아스피릴룸 (Aquaspirillum), 아조스피릴룸 (Azospirillum), 바실루스 (Bacillus), 블라스토박터 (Blastobacter), 브라디리조븀 (Bradyrhizobium), 브란하멜라 (Branhamella), 크로모박테리움 (Chromobacterium), 시토파가 (Cytophaga), 플라보박테리움 (Flavobacterium), 플렉시박터 (Flexibacter), 할로박테리움 (Halobacterium), 히포미크로븀 (Hyphomicrobium), 킨겔라 (Kingella), 네이세리아 (Neisseria), 파라코커스 (Paracoccus), 프로피오니박테리움 (Propionibacterium), 슈도모나스 (Pseudomonas), 리조븀 (Rhizobium), 볼리넬라 (Wolinella), 로도슈도모나스 (Rhodopseudomonas), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 알리시클리필루스 (Alicycliphilus), 킨겔라 (Kingella), 아크로모박터 (Achromobacter), 미크로코커스 (Micrococcus), 조네시아 (Jonesia), 로세오박터 (Roseobacter), 셰바넬라 (Shewanella), 스테롤리박테리움 (Sterolibacterium), 카스텔라니엘라 (Castellaniella), 코모모나스 (Comomonas), 파라코커스 (Paracoccus), 티오바실루스 (Thiobacillus), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira), 티오스파에라 (Thiosphaera), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  41. 제34항 또는 제37항에 있어서, 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 질산염 환원 박테리아에 제공하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  42. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 탈질소화 박테리아를 제공하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기를 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 연결하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염, 아질산염 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 요소를 생성시키고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 요소를 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
    상기 복수의 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 질소를 생성시키고;
    상기 생성된 질소를 방출시키는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  43. 제2항에 있어서, 상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기 내에 비료를 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  44. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 질산염 환원 박테리아를 제공하고;
    상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 아질산염을 생성시키고;
    상기 복수의 질산염 환원 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 아질산염을 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하고;
    아세테이트 전환 반응기를 구비하고;
    상기 질산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트를 상기 아세테이트 전환 반응기 내에 공급하고;
    상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생물량을 생성시키는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  45. 제44항에 있어서, 영양분 생산으로부터 생성된 아세테이트를 상기 아세테이트 전환 반응기 내로 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  46. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
    상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
    복수의 황 환원 박테리아를 제공하고;
    복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아를 제공하고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아를 이용하는 상기 이산화탄소의 상기 화학적 자력영양 소화로부터 적어도 일부의 생물량을 생물학적으로 생산하고;
    상기 산업용 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
    상기 상기 질산염을 상기 복수의 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아에 공급하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터 황산염을 생성시키고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터의 상기 황산염을 상기 황 환원 박테리아에 공급하고;
    상기 복수의 황 환원 박테리아로부터 황화물을 생성시키고;
    상기 황화물을 상기 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  48. 제47항에 있어서, 상기 복수의 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터 질소를 생성시키는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  49. 제47항에 있어서,
    상기 질소를 반응시켜 암모니아를 생성시키고;
    상기 암모니아를 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  50. 제46항에 있어서, 적어도 하나의 추가 공정 반응기를 구비하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기가 상기 복수의 황 환원 박테리아, 상기 복수의 질소 환원 박테리아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 박테리아를 함유하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  52. 제46항에 있어서, 상기 질소 환원 박테리아가 탈질소화 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  53. 제46항에 있어서, 암모니아 또는 암모늄을 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 공급하는 단계를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  54. 제1항에 있어서, 상기 화학적 자력영양 박테리아가 티오바실루스 (Thiobacillus), 파라코커스 (Paracoccus), 티오불룸 (Thiovulum), 티오미크로스피라 (Thiomicrospira) 속, 화학적 자력영양 성장 도중 무기 황을 산화시키는 임의의 박테리아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  55. 제46항에 있어서, 상기 박테리아 각각의 종류에 대한 공정 반응기를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  56. 산업용 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 수용하도록 배열된 적어도 하나의 공정 반응기;
    상기 이산화탄소의 적어도 일부를 소화시키도록 배열된 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 복수의 화학적 자력영양 박테리아;
    상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생물학적으로 생산된 일정량의 생물량;
    상기 이산화탄소 배출물의 대기 방출의 생태학적 감소;
    황산염 환원 박테리아에 의해 생성된 황화물 함유 화합물;
    상기 황화물 함유 화합물의 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 대한 공급;
    아세테이트 전환 반응기;
    상기 황산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트;
    상기 황산염 환원 박테리아로부터 상기 아세테이트 전환 반응기로 상기 아세테이트의 공급물 공급;
    상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생성된 생물량을 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  57. 산업용 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 수용하도록 배열된 적어도 하나의 공정 반응기;
    상기 이산화탄소의 적어도 일부를 소화시키도록 배열된 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 복수의 화학적 자력영양 박테리아;
    상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생물학적으로 생산된 일정량의 생물량;
    상기 이산화탄소 배출물의 대기 방출의 생태학적 감소;
    박테리아에 의해 생성된 질소 함유 화합물;
    상기 질소 함유 화합물의 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 대한 공급물 공급을 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  58. 제57항에 있어서,
    아세테이트 전환 반응기;
    복수의 질산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트;
    상기 질소 환원 박테리아로부터의 상기 아세테이트의 상기 아세테이트 전환 반응기에 대한 공급물 공급; 및
    상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생성된 생물량을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  59. 제57항에 있어서,
    영양분 생산 요소;
    상기 영양분 생산 요소로부터 생성된 아세테이트; 및
    상기 영양분 생산 요소로부터 상기 아세테이트의 상기 아세테이트 전환 반응기에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  60. 제57항에 있어서, 상기 박테리아가 암모니아화 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  61. 제57항에 있어서, 상기 박테리아가 탈질소화 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  62. 제57항에 있어서, 상기 박테리아가 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 위치하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  63. 제57항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생성된 질산염; 및
    상기 질산염의 상기 박테리아에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  64. 산업용 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 수용하도록 배열된 적어도 하나의 공정 반응기;
    상기 이산화탄소의 적어도 일부를 소화시키도록 배열된 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 복수의 화학적 자력영양 박테리아;
    상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기 내 복수의 황 환원 박테리아;
    상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기 내 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아;
    상기 적어도 하나의 공정 반응기에 위치한 상기 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생물학적으로 생산된 일정량의 생물량;
    상기 이산화탄소 배출물의 대기 방출의 생태학적 감소; 및
    박테리아에 의해 생성된 질소 함유 화합물을 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  65. 제64항에 있어서,
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 의해 생성된 질산염;
    상기 질산염의 상기 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아에 대한 공급물 공급;
    상기 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터 생성된 황산염;
    상기 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터의 상기 황산염의 상기 황 환원 박테리아에 대한 공급물 공급;
    상기 복수의 황 환원 박테리아로부터 생성된 황화물; 및
    상기 황화물의 상기 황 산화 질산염 환원 박테리아에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  66. 제65항에 있어서, 상기 복수의 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터 생성된 질소를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  67. 제66항에 있어서,
    암모니아 전환 요소에 대한 질소; 및
    상기 암모니아의, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  68. 제65항에 있어서, 적어도 하나의 추가 공정 반응기를 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  69. 제68항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기가 상기 복수의 황산염 환원 박테리아, 상기 복수의 질소 환원 박테리아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 박테리아를 함유하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  70. 제65항에 있어서, 상기 질소 환원 박테리아가 탈질소화 박테리아를 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  71. 제62항에 있어서, 암모니아 또는 암모늄의, 상기 적어도 하나의 공정 반응기 내 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아에 대한 공급물 공급을 더 포함하는, 이산화탄소 오염물의 생물학적 감소를 위한 공정 시스템.
  72. 제41항에 있어서, 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 질산염 환원 박테리아에 제공하는 상기 단계가 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 질산염 환원 박테리아에 직접 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  73. 제41항에 있어서, 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 질산염 환원 박테리아에 제공하는 상기 단계가 재순환된 공정 생물량 잔류물을 전자 공여체 공급물로서 상기 질산염 환원 박테리아에 간접 제공하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  74. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
    상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
    적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 암모니아화 박테리아를 제공하고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 질산염을, 상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
    상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에서 암모니아 또는 암모늄을 생성시키고;
    상기 암모니아화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 상기 암모니아 또는 암모늄을, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하고;
    아세테이트 전환 반응기를 구비하고;
    상기 암모니아화 박테리아로부터 생성된 아세테이트를 상기 아세테이트 전환 반응기 내에 공급하고;
    상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생물량을 생성시키고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  75. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
    상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
    적어도 하나의 추가 공정 반응기에 복수의 탈질소화 박테리아를 제공하고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기로부터의 상기 질산염을, 상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기에 공급하고;
    상기 탈질소화 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 추가 공정 반응기로부터의 질소를, 상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아를 갖는 상기 적어도 하나의 공정 반응기에 공급하고;
    아세테이트 전환 반응기를 구비하고;
    상기 아세테이트 전환 반응기 내에 아세테이트를 공급하고;
    상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생물량을 생성시키고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
  76. 이산화탄소 배출기로부터 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 담고;
    상기 이산화탄소 배출기로부터의 적어도 일부의 이산화탄소 배출물을 적어도 하나의 공정 반응기 내에 도입하고;
    상기 적어도 일부의 이산화탄소 배출물 중 이산화탄소를 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 복수의 화학적 자력영양 박테리아로 화학적 자력영양으로 소화시키고;
    복수의 황 환원 박테리아를 제공하고;
    복수의 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아를 제공하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 박테리아가 담긴 상기 적어도 하나의 공정 반응기에서 질산염을 생성시키고;
    상기 질산염을 상기 복수의 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아에 공급하고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터 황산염을 생성시키고;
    상기 복수의 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터의 상기 황산염을 상기 황 환원 박테리아에 공급하고;
    아세테이트 전환 반응기를 구비하고;
    상기 화학적 자력영양 황 산화 질산염 환원 박테리아로부터 생성된 아세테이트를 상기 아세테이트 전환 반응기 내에 공급하고;
    상기 아세테이트 전환 반응기로부터 생물량을 생성시키고;
    상기 화학적 자력영양 박테리아를 이용하는 상기 이산화탄소의 상기 화학적 자력영양에 의한 소화로부터 적어도 일부의 생물량을 생물학적으로 생산하고;
    상기 산업용 이산화탄소 배출기로부터 배출된 상기 이산화탄소의 대기 방출을 생태학적으로 감소시키는 단계를 포함하는, 이산화탄소 오염물을 생물학적으로 감소시키는 방법.
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