TW201005089A - Methods and systems for producing biofuels and bioenergy products from xenobiotic compounds - Google Patents

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Dolores Ascon
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Description

201005089 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於製造生物燃料及生物能量產物，尤其包括 乙醇、丁醇、生物柴油、甲烷、氫氣及甲醇。本發明係關 於由可能有害或有毒及以別的方式污染環境的廢棄材料及 尤其生體異物化合物製造此等燃料。 本申請案主張2008年3月13曰申請之美國臨時申請案第 61/069/312號之優先權，該案全文以引用方式併入本文 中〇 【先前技術】 對於作為化石燃料之替代燃料的再生性生物燃料及生物 能量產物存在不斷增長的需求。生物燃料目前由例如食物 及纖維素材料（諸如農用工業產物、玉米、甘蔗、稻、馬 鈴薯（尤其）及木屑）製造。雖然製程簡單，但由此等材料製 造生物燃料及生物能量產物總體而言效率低且成本高（考 量源材料之成本）且傾向於抬高食品價格。此外，當前供 製造生物燃料之原材料來源不足以滿足日益擴大的需求。 在美國，產生四十億磅以上的生體異物材料，此等生體 異物材料在其初次使用後最終釋入環境中，導致大量污染 及污染物。生體異物材料包括多種工業及化學廢棄產物、 漏油及其他有毒物質，包括藥物、化妝品及殺蟲劑。生體 異物物質包括各種合成有機化合物，其對於環境而言為外 來物且可長期持久存在，且可對人類、野生生物及植物生 命有毒。 139168.doc 201005089 工業及市政當局每年花費數十億美元處理有害廢棄物， 而事實上，處理某些工業副產物的成本大於銷售相應產品 所形成之收入。除污染物對環境的負面影響外，此等處理 成本代表總體經濟損失。表1說明如EPA所報導之美國之某 些有害廢物處理（焚化）年度成本（以每公噸$3，000處理成本 計）。 表1 工業 公噶 總計 造紙 105,794 $317,382,000 化學 262,222 $786,666,000 塑膠及橡膠 32,023 $96,069,000 有害廢棄物 103,631 $310,893,000 電力公用設施 514,252 $1,542,756,000 紡織 1,875 $5,625,000 主要污染物 多氣聯苯 749 $2,247,000 甲苯 24,403 $73,209,000 笨乙烯 25,267 $75,801,000 總處理成本 $3,210,648,000 用於將生體異物材料及化合物轉化為有用產物（諸如生 物燃料及生物能量產物）的整合式系統及方法係例如藉由 提供經濟能量、實質上降低有害材料之處理成本，同時減 少工業對環境之影響來滿足巨大需求。 【發明内容】 本發明提供使用生體異物材料或化合物作為起始原材料 製造生物燃料及生物能量產物的方法及系統。該等生體異 物材料或化合物可來自工業或化學工廠、城市廢棄物或其 他來源，且可包括脂族烴及芳族烴、氯化有機溶劑及其他 鹵化烴，以及雜芳族化合物。根據本發明，此等材料可作 139168.doc 201005089 為碳源以支持生體異物降解性微生物之代謝作用，從而製 造生質及/或生物沼氣。生質及/或生物沼氣可藉由微生物 合成轉化為生物能量產物。舉例而言，生f可轉化為諸如 乙醇、甲帛、丁醇、生物柴油、甲烧及氫氣之產物，但不 限於此。因此，本發明結合生體異物材料之微生物分解與 生物燃料之微生物合成，在減少環境污染與污染物及降低 與有害廢棄物之處理相關成本之情況下，提供所要（經濟） 能量產物。 在一態樣中，本發明提供形成一或多種生物燃料或生物 能量產物的方法。此方法包含藉由微生物作用（例如生物 降解作用或分解作用）將生體異物材料分解以產生生質及/ 或生物沼氣，及藉由醱酵性、產曱烷性及/或光合微生物 自生質及/或生物沼氣合成一或多種生物燃料。 根據此態樣，生體異物化合物之分解作用經由複數個微 生物代謝過程發生’此等代謝過程可連續發生或可同時發 生於使生體異物基質再循環的耦合式生物反應器中，例如 在一或多個好氧型生物反應器與一或多個厭氧型生物反應 器之間再循環。舉例而言，可藉由使含有生體異物之液體 材料循環於一或多個多相好氧型生物反應器與一或多個多 相厭氧型生物反應器之間來使生體異物廢棄材料降解，其 中部分降解之材料、代謝物、細胞及細胞碎屑在整個系統 内循環直至生體異物基質實質上或完全降解/礦化。 用於分解之生物反應器（好氧型及厭氧型）可在載體表面 上、在生物膜内含有生體異物降解性微生物。微生物可包 139168.doc 201005089 括如本文中所述之細菌、酵母、真菌及/或藻類之純或混 合培養物。好氧型及/或厭氧型生物反應器可為包含固相 及/或液相表面的多相生物反應器，形成生物膜之生體異 物降解性微生物在此等表面上具有分解生體異物材料/化 合物的活性。 將生體異物降解性微生物所產生的生質饋至或循環至一 或多個生物反應器中用於生物能量產物（包括例如甲烷、 乙醇、丁醇及甲醇）之生物合成，將該等產物回收及/或純 化。舉例而言，藉由用一或多種微生物（諸如某些細菌、 酵母及絲狀真菌）使生質醱酵可製造乙醇、丁醇或甲醇， 且隨後回收此等生物燃料產物。可藉由一或多種產甲院性 微生物（諸如微生物共生種）製造曱烷且回收及/或純化。部 分降解的生體異物、代謝物、細胞、細胞碎屑及其他非燃 料化合物可例如藉由在整個降解系統内反饋來經受進一步 降解。 可在厭氧過程中產生的C〇2可用作碳源以支持光合微生 物（例如藍綠藻）之生長及代謝作用以合成額外生物燃料， 諸如生物柴油（或合成中間物，諸如脂質）及氫氣。 在第一癌樣中’本發明提供例如根據本文中所述之方法 形成生物燃料及生物能量產物的系統。此系統可包含生物 降解系統及單獨的生物合成系統。生質及/或生物沼氣可 用此生物降解系統由生鳢異物基質製造，且隨後镇至生物 合成系統中。此等系統容許在一位置所產生之生質及/或 生物沼氣之轉運，轉運至另一位置用於合成生物燃料或生 139168.doc 201005089 物能量產物。或者，此系統可為將生體異物化合物之生物 降解與由所得生質及/或生物沼氣進行生物能量產物之生 物合成耦合的整合式系統。此系統（或生物降解系統）可連 接至或定位於或位於此等生體異物化合物之製造或來源處 附近，以便免除轉運可能有害或有毒之廢棄物以供處理之 需要。 此系統包含一或多個適於藉由微生物作用分解生體異物 化合物以產生生質的生物反應器。舉例而言，該一或多個 生物反應器可適於藉由好氧及厭氧過程將有毒材料分解， 此等生物反應器包括（但不限於）耦合式好氧型_厭氧型再循 環生物膜反應器、串聯厭氧型-好氧型生物膜反應器系統 或獨立的好氧型及厭氧型生物膜反應器系統。根據此等實 施例，耦合式好氧型-厭氧型生物降解系統容許好氧型微 生物與厭氧型微生物協同代謝以使甚至頑抗性生體異物完 全或實質上降解並礦化。 此系統進一步包含適於由生質生物合成生物燃料的生物 反應器。用於生物合成的生物反應器含有經天然選擇之微 生物或經遺傳工程改造之微生物以便由生質合成諸如乙 醇、甲醇、丁醇及甲烷之產物。生物合成反應器可為厭氧 型多相生物反應器，其在固相表面上之生物膜中具有經支 撐之醱酵性及/或產曱烷性微生物。 在某些實施例中，此生物合成系統進一步包含至少—個 光生物反應器以支持藉由光合微生物（包括一種藻類或藻 類之共生種）製造額外生物燃料。厭氧分解及生物合成期 139168.doc 201005089 間所產生之c〇2支持光合微生物之代謝作用。 此系統可進一步包含用於收集及/或回收由降解或合成 方法所產生之生物能量產物的機構。此系統可進一步包含 一容器或饋料器以回收反饋至生物降解系統中的非燃料化 合物。因此，此系統可包含一介於生物合成系統與生物降 解系統之間的反饋連接，以連續地將所有未完全使用的材 料再循環，以免產生實際上的任何污染物。 【實施方式】
本發明提供使用生體異物材料或化合物作為起始原材料 製造生物燃料及生物能量產物的方法及系統。該等生體異 物材料或化合物可來自工業或化學工廠、城市廢棄物或其 他來源，且可包括脂族烴及芳族烴、氣化有機溶劑及其他 画化烴，以及雜芳族化合物1據本發明，此等材料可作 為用於製造能量產物的碳源，此等能量產物包括乙醇甲 醇、丁醇、曱烷及氫氣，但不限於此。本發明結合生體異 物材料之分解與生物燃料之合成，從而提供所要（經濟）能 量產物’同時減少環境污染及污染物並降低有害廢棄物之 處理成本。 生體異物化合物 如本文中所使用’術語「生趙異物」為人所製造之含碳 物質或其含碳代謝物。舉例而言，生體異物可為諸如戴奥 辛⑷响或多氣聯苯之污染物。在某些實施例中，生體 異物為自然界中不存在的物質。在某些其他實施例中，生 體異物為以高濃度存在於廢棄材料中以致視為有害或有毒 139168.doc 201005089 的物質，諸如藥物（例如抗生素）及藥物副產物、化妝品、 殺蟲劑或化石燃❹染。生體異物可為對環境（例如水或 土壤）中之微生物降解具有抗性的頑抗性生體異物。 本發明可使用任何含碳生體異物化合物（例如其分子結 構中具有碳根據本發明，此等化合物充當用於製造生 物燃料及生物能量產物（尤其包括甲烷、乙醇、丁醇、甲 醇、生物柴油及氫氣）的碳源或起始原材料。 生體異物材料可為脂族烴及/或芳族烴（包括多環芳烴）、 鹵化有機化合物（包括氣化有機溶劑及氯化多環烴）及雜芳 族化β物中之種或其組合。生體異物化合物可為極性或 親水性化合物且因此可溶於水相中。在其他實施例中生 體異物呈非極性或疏水性且因此不溶性於水相中。生體異 物化合物可為有機材料（固體及液體）及水性材料中之一種 或其任何組合，且可來源於（不限於）工業及/或化學廢棄物 或洩漏物、烴類廢棄物（例如煉油廠廢棄物、原油）、農業 廢棄物或廢水（run_off)、被污染之城市用水、生物廢棄物 (包括傳染性廢棄物）、食品生產廢棄物及家庭或醫院廢棄 物。生體異物材料可包含一或多種有害或有毒的污染物， 尤其包括有機溶劑、殺蟲劑（例如DTT)、除草劑、化肥、 增塑劑、染料、顏料、阻燃劑、界面活性劑、醫藥及藥物 副產物（包括藥物以及合成中間物及代謝物）及化妝品及個 人護理產品。一般而言，為根據本發明形成生質所提供的 材料為適當碳源，諸如大量合成有機化合物或材料，包括 脂族烴、芳族烴及/或鹵化烴。 139168.doc 201005089 可轉化為生質的例示性生體異物化合物包括各種脂族有 機分子，尤其例如可來源於石油、油、汽油或柴油污染的 有機分子。此等材料可包含長鏈或中鏈烴類，該等烴類可 為飽和分子及/或不飽和分子中之一種或其混合物及經取 代之分子及/或未經取代之分子中之一種或其混合物以及 直鏈分子或環狀分子中之一種或其混合物。脂族烴可包括 具有6-44個碳原子（或在某些實施例中為4_2〇個碳原子）之
烴鏈的彼等烴。舉例而言，生體異物材料可包含諸如烷烴 (例如環己烷、辛烷、癸烷）之(：5至(：16飽和烴。在一些實 施例中，生體異物材料包含諸如烯烴（例如乙烯）之不飽和 烴。例示性取代基包括烷基(甲基、乙基、異丁基等）、鹵 素（例如C卜Br、^)、羥基、胺、酿胺等。生體異物材 料可包含鹵化烴（例如氣化煙），冑如三氣乙#、四氣乙 稀、全氣乙烯及1，1，卜三氣乙烧。在某些實施例中，生體 異物材料包含醚(例如甲基第三丁基醚)或醛(例如乙醛、甲 醛）。在一些實施例中，生體異物烴為環烴（例如環己烷、 六氣環己烷）。 生體異物材料可為具有一個、兩個、三個或三個以上可 各自獨立地包括一個、兩個或三個雜原子(例如N、〇及/或 S)之芳族系統（例如聚芳族烴）的化合物。在某些實施例 中，生體異物材料包含硝基芳族 ..^ ^ ^ _ 初此等方族系統可 各自獨立地含有5至2〇個碳原子，包括具有碳原子 之。方族系’統。兩個或兩個以上芳族系統可稍合，且相對於 6貝環，可在鄰位、對位及間位經取代（例如尤其經齒素、 139168.doc -11 - 201005089 經基、烷基及/或硝基取代）。根據此等實施例之例示性生 體異物包括苯、〒基苯、二甲基苯、乙基苯、苯酚、甲基 苯盼及多環芳烴，諸如萘及多氣聯苯（諸如三氯苯之 PCB)。 在此等或其他實施例中，生體異物材料可包含至少一種 具有至少一個碳-鹵素鍵（包括與Cl、Br、F1及/或I之鍵）的 化合物。舉例而言’生體異物化合物可經單鹵化、二鹵化
或二齒化。例示性化合物包括多氣化二芳族烴（PCDH)。 此化合物可為戴奥辛。根據此等實施例之例示性生體異物 化合物包括氣甲烷、二氣甲烷、二氯乙烯、三氯甲烷氣 酸、二氣曱烷、二氯乙烷（例如12_二氣乙烷）、U1，卜三 氯乙烧、甲苯、二甲苯、氣乙晞、1>3_二氣丙#、U-二 氯丙烷I，2,3-三氣丙烷、氣苯、六氣苯、三氣苯（例如 氣本’ 1，2,3-二氣苯；或ι，3,5-三氣苯）、六氣丁二 稀、苯乙埽（例如八氣苯乙稀）、氣化呋喃、表氯醇、六氣 衣己烷二氣乙烯、五氣苯酚、2-氣丙酸、ι_氣丁烷及等 脫淨（atrazin)。其他生體異物化合物包括12二溴曱烷、 ，’臭乙烷、2,4,6-三溴苯酚、氟乙烷、氟丙烷及碘間萍 二甲酸。 β視源材料及生物反應器系統之特性而^，生艘異物材料 可在生物降解之前經預處理以使此等組分 中純化/分齙—、.論 麼業材抖 刀雕或濃縮及/或移除非所要物質或雜質。若生體 :物為固體廢棄物(例如塑膠、⑼、聚苯乙烯)，則生體異 先水解（例如藉由酸或驗水解），以改變巨分子組八 139168.doc -12· 201005089 且使得其基本上可溶於水相或有機相中。在某些實施例 中，若存在在高濃度下對微生物潛在有毒的材料（諸如重 金屬）’則可將其移除或充分稀釋。 雖然生體異物化合物因不同化學鍵對微生物消化之穩定 性而在持續存在於環境中的能力方面顯著不同，但根據本 發明之各種實施例，此等化合物及材料可有效且實質上分 解，從而達成其他有毒材料之實質上礦化或完全礦化，同 時將適當有機材料轉化為有用生物燃料產物。此外，雖然 ® 對生體異物進行生物修復本身可產生作為污染物或對動物 及植物生命有毒的物質，但本發明提供防止實際上任何明 顯污染物之積聚（「零污染系統」）、同時經由生物燃料製 造達成實質上完全礦化的方法及系統。 驗性培養基 在某些實施例中’工業排放之生體異物排出物具有水 相’此水相含有一些能夠支持微生物生長及代謝作用的無 I 機營養物。然而’若此等無機營養物不存在或存在量不 足’則含有生體異物之材料可用含有鹼性礦鹽培養基之水 相補充以支持生體異物降解性微生物之微生物生長及代謝 作用。 在生物反應器中’水相包含支持微生物生長及代謝作用 之無機營養物。舉例而言，水相可為礦鹽培養基。氮及磷 為添加至水相中之主要營養物。諸如Ca、Zn、Mn、Cu、 F e、Mg、Μη、Mb及S之微量營養物亦可以至少痕量存 在。例示性礦鹽培養基為KHC03(例如2 g/L)、NaHC03(例 139168.doc -13- 201005089 如 1·8 g/L)、ΚΗ2Ρ〇4(例如 0·7 g/L)、Na2HP04.12H20(1.4 g/L)、MgS04.7H20(例如 〇_2 g/L)及（NH4)2S04(例如 〇·8 g/L)。培養基可進一步含有支持微生物生長及生命力可能 所需之痕量元素，諸如Ca(H2P04)(例如40 mg/L)、
ZnS04.7H20(5 mg/L)、Na2Mo04.2H20(2.5 mg/L)、FeS04.7H2〇 (1 mg/L)、MnS04.H20(l mg/L)及 CuSO4(0.6 mg/L)。營養 培養基當然可基於選用於分解及生物合成之微生物之代謝 需要加以調整。 生物反應器 本發明包括將生體異物化合物或材料饋入生物反應器系 統中。此系統通常包含用於生物降解且製造（例如分批、 半連續或連續製造）生質及/或生物沼氣的生物反應器，及 用於由所得生質及/或生物沼氣合成生物燃料的生物反應 器。降解/合成生物反應器可耦合以提供整合式系統。如 本文中所使用，術語「生質」係指含有經分解之生體異物 化合物、代謝物、微生物細胞及細胞碎屑的液體或污泥。 藉由生體異物分解所產生之生質充當合成生物燃料及生物 能量產物之基質。「生物沼氣」係指微生物代謝之氣態產 物且主要包括二氧化礙及甲烷。 在多個實施例中，本發明包括藉由好氧型微生物與厭氧 型微生物之組合代謝作用分解生體異物材料的生物反應 器，及一或多個支持藉由醱酵性、產甲烷性及/或光合微 生物自生質及/或i物沼氣合成一或多帛生物燃料的生物 反應器。 139168.doc -14· 201005089 生物反應器類型及内部設計可基於例如以下因素選擇： 所要體積及/或滯留時間、生體異物化合物於水相中之溶 解性或不溶解性、生體異物降解性微生物之毒性程度、用 於降解之微生物之選擇，此等微生物如下所述可包括細 菌、酵母、真菌及藻類，且可包括好氧型及厭氧型環境。 在選擇適當反應器中可考量的其他因素包括微生物攝取生 體異物之機制、微生物需氧量及所要流動及攪動系統。 舉例而言’若生體異物化合物具有足夠的水溶性且對降 解微生物實質上無毒，則用於分解之生物反應器可包含大 水相。或者’若生體異物完全不溶於水相中及/或對降解 微生物有毒，則用於分解之反應器可進一步包含異質液相 及/或固相。 生物反應器可使微生物固定於水性懸浮液中及/或支撐 於表面上。舉例而言’生物反應器可包含支撐位於生物膜 内之生體異物降解性微生物或生物燃料合成微生物的固相 表面。固相表面可由多種材料組成，此等材料包括（例如） 多孔玻璃、聚矽氧橡膠及聚合物或金屬表面。固相表面可 形成固定床反應器，亦即，經由固定式固相載體基質形成 固定床反應器（參見圖3)。亦參見Ascon-Cabrera等人， Activity of Synchronized Cells of a Steady-State Biofilm Recirculated Reactor During Xenobiotic Biodegradation Appl. Environ. Microbiol 〇 第 61(3)920-925 卷（1995) ° 或者 或此外，一或多個載體表面可呈聚合物珠粒及其類似物之 形式，從而可形成載體床或載體基質。 139168.doc -15- 201005089 生物反應器可為具有固相（載體表面及微生物細胞）、液 相（水相及/或有機相）及氣相（空氣’及微生物代謝所產生 之氣禮）之多相反應器。水性液相及氣相可循環於如本文 中所述之多個反應器内部或之間。若使用水相及有機（油） 相，則微生物可在液相界面處及固相載體表面上形成生物 膜。舉例而言，聚梦氧油（例如聚二甲基矽氧烧）可作為有 機相用於水溶性不良之生體異物化合物。適用於不良溶解 性生體異物化合物之其他例示性溶劑為已知的。 若使用水相-有機相界面，則生體異物基質自有機相擴 散至水相中。在此系統中，形成生物膜之微生物在界面區 域中及/或水相中進行基質轉化，而具有低水溶性之代謝 物被有機相卒取。參見Ascon-Cabrera等人，Interfacial area effects of a biphasic aqueous/organic system on growth kinetics of xenobiotic-degrading microorganisms, 43:1136-1141 (1995)。 生物反應器系統可為分批式系統、半連續式系統，或可 為諸如再循環生物膜反應器之連續式系統。在此等系統 中’產生並維持穩態生物膜。此穩態可為例如以下若干因 素之平衡：細胞附著過程、剪應力、基質濃度之限制及細 胞生長速率以及細胞生理狀態。在某些實施例中，生物反 應器系統為連續流動式固定床反應器系統，例如如以下文 獻中所述之系統：Ascon-Cabrera等人，Activity of Synchronized Cells of a Steady-State Biofilm Recirculated Reactor During Xenobiotic Biodegradation, Appl. Environ. 139168.doc • 16 - 201005089 M/croWo/. 61(3):920-925 (1995)。 在某些實施例中，用於分解生體異物之生物反應器包含 一或多個好氧型（AE)生物反應器及一或多個厭氧型生 物反應器，其可為連續式、半連續式或分批式系統且如所 述各自為固定床反應器系統及/或多相反應器系統。好氧 型生物反應器含有好氧型及/或兼性微生物（例如細菌），其 中存在足夠空氣（包括氧氣）以便支持好氧性代謝作用。相 比之下，厭氧型組分含有厭氧型或兼性微生物，其中充分 不存在空氣（氧氣）以支持厭氧代謝。在某些實施例中，厭 氧型生物反應器缺氧或具有缺氧區域，從而實質上不存在 氧氣。協同性好氧及厭氧代謝通常促進生體異物之完全礦 化及最佳生質生產。 整合好氧過程與厭氧過程存在幾種方式，各種方式可與 本發明聯合使用。舉例而言，好氧過程與厭氧過程可如下 整合··將好氧型微生物與厭氧型微生物在恆化器中在微需 氧條件下或氧梯度下共培養；將好氧型微生物與厭氧型微 生物共固定於凝膠或其他載體上；在厭氧向好氧變化（例 如，包括藉由氧梯度之變化）的條件下培養混合好氧型-厭 氧型微生物；將好氧型反應器與厭氧型反應器串聯連接； 及在所連接之好氧型與厭氧型反應器中再循環。例示性厭 氧型與好氧型整合反應器揭示於美國專利5,599,451中該 專利全文以引用方式併入本文中。 在一些實施例中，用於分解之生物反應器包含耦合式好 氧型-厭氧型再循環生物膜反應器系統（CAR)、串聯式厭氧 139168.doc 17 201005089 型-好氧型生物膜反應器（SAR)系統或獨立式好氧型與厭氧 型生物膜反應器（IAR)系統。此等系統描述於例如以下文 獻中：Ascon等人，High efficiency of a coupled aerobic- anaerobic recycling biofilm reactor system in the degradation of recalcitrant chloroaromatic xenobiotic compounds, Appl. Microbiol. Biotechnol. 52:592-599 (1999)。在一些實施例中’本發明使用CAR系統，以容許 好氧細菌與厭氧細菌之間的協同性代謝作用（由細胞及代 謝物在AE與AN反應器之間交換所引起）。此等系統可克服 未耦合之AE及AN反應器中之好氧及厭氧細菌的代謝及動 力學限制。通常，在此等系統中’好氧型及厭氧型生物降 解過程用於確保頑抗性生體異物（諸如_芳族烴及其他齒 化烴）完全降解。舉例而言，氣化化合物可藉由厭氧型微 生物更快速地脫氯，同時脫氣化合物可藉由好氧型微生物 完全礦化。 用於生物合成之生物反應器系統包含至少一個適用於生 質醱酵及/或甲烷生成之生物反應器。用於醱酵（例如用於 製造醇類）及/或甲烷生成之生物反應器通常為一或多個厭 氧型生物反應器，諸如多相厭氧型生物反應器。用於醱酵 及甲烷生成之反應器條件（諸如溫度及氧化及曝氣程度）已 為人熟知且可視某些實施例中所用的微生物而定加以調 整。此等條件進一步描述於美國專利6,555,35〇、美國專利 7,354,743、美國專利 7,498，163、美國專利 7,351，559、美 國專利7,455,997中。此等專利之全文以引用方式併入本文 139168.doc 18 · 201005089 中。 用於合成生物燃料（諸如乙醇、丁醇及甲醇）之生物反應 器可為生物膜多相厭氧型反應器。此等反應器含有為合成 所要特定生物燃料或生物能量產物所選擇的微生物（於純 培養物或混合培養物中）。舉例而言，若製造乙醇，則用 於生物合成之微生物可為酵母屬（心印）或潑 酵單胞菌屬卬）。若製造丁醇及甲醇，則微生 物可分別為梭菌屬（C/osiWt/z’wm «sp·)或甲烧單胞菌屬 (MeAa㈣似印.）。諸如溫度、氧化還原條件、ρΗ、饋 料及再循環比率等反應器條件可尤其視某些實施例中所用 之微生物、碳源、反應器特性而定加以調整。 用於光合之生物反應器系統亦可為含有光合微生物（諸 如本文中所述之藍綠藻及其他微生物）之多相系統，來自 厭氧型生物反應器之排出物C〇2可支持此等光合微生物。 光反應器為已知的，諸如美國專利7,37 LWO中所述之光反 應器’該專利全文以引用方式併入本文中。曝氣、溫度、 pH、營養需要量、光（例如白光）之強度及波長以及適於光 合微生物之光/暗循環之持續時間為已知的，例如亦如美 國專利7,371，560中所述。 此方法可使用如本文中更詳細所述且如圈2、圈3及圈4 中所說明之多相_合式反應器系統。此系統容許液相基質 循環於厭氧型與好氧型分解反應器之間。來自分解反應器 之材料亦循環至厭氧型生物合成反應器中且包含一反饋孔 以便將來自生物合成反應器之再循環、部分代謝化合物反 139168.doc 201005089 饋用於進一步生物降解。材料 ^ Λ ga ^ ^ ^ 糸統之机速可藉由操作 泉閥等系統來控制。藉由胺Α ώ mi 自厭氧型反應器之排出物 C〇2饋入來整合光反應器。 微生物 適用於分解生體異物化合物及適用於合成生物燃料及生 物能量產物之微生物為已知的。例示性微生物列於表2及 表3(下文）中。 用於生體異物材料之好氧及厭氧分解的微生物可根據生 體異物之化學組成或混合物之估算或量化化學組成加以選 擇。微生物之選擇可包括細菌、真菌、酵母及藻類中之一 者或其組合（共生種）。選擇可考量諸如生體異物身份之因 素，例如脂族烴、芳族烴、多環芳烴、齒化烴、芳族胺、 經取代之芳族（例如經烷基、羥基或齒素取代之芳族）、雜 芳族（N、S及/或〇)及/或多氯聯苯。此等選擇可尤其依據 以下文獻進一步指導：Aust等人，Biodegradation of Hazardous Wastes, Environmental Health Perspectives •Swpp/ewewb 第 102 卷增刊 1:245-252 (1994) ; Jain 等人， Microbial Diversity: Application of microorganisms for the biodegradation of xenobiotics, Current Science% %9 第 1 期（2005) ; Janssen 等人，Bacterial degradation of xenobiotic compounds: evolution and distribution of novel enzyme activities, Environmental Microbiology 7(12)1868-1862 (2005)。 可依據關於微生物針對特定生體異物之降解活性之已知 139168.doc -20- 201005089 實驗方案選擇微生物（例如參見Asc〇n-Cabrera等人， Selection of xen〇bi〇tic'DeSradinS Microorganisms in a Biphasic Aqueous-〇**ganic System, Appl. Environ. Microbiol. 59(6).1717_1724 (1993)。或者’微生物可經遺傳工程改造 以表現適用於降解所選生艎異物之酶及/或表現在生物反 應器中增強生長或代謝作用之其他基因產物°遺傳操作技 •術已為人熟知且包括藉由質體或嗟菌體將染色鱧外元件引 入或將此等元件整合於宿主基因組内。標準重組DNA及分 Φ 子選殖技術熟知於此項技術中且描述於例如Sambrook，J.，
Fritsch, Ε· F，及 Maniatis，Τ· Molecular Cloning: A Laboratory Manual; Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor，1989。具有用於遺傳操作之熟知手段 的生體異物降解性微生物尤其包括假單胞菌屬 、紅球菌屬（及/zoc/oeoccw·?)、芽抱桿菌屬 (Baci丨lus)、大腸样镜（E. co/z·)、釀酒酵母（Sacc/mrow少ces cerevb/ae)。所引入之酶通常包括已知用於好氧條件之二 ❶ 加氧酶、用於厭氧條件之還原酶及用於兼性條件（例如好 氧條件與厭氧條件）之羥化酶。 • 用於生物降解之微生物例如可尤其包括假單胞菌屬、節 . 桿菌屬（Jri/zroftacier «?/?·)、不動桿菌屬（dcywdacier ?/?.)及 產驗桿菌屬（J/ca/igewa «s/?·)中之一者或其共生種。已知具 有生體異物降解活性之例示性微生物以及涉及分解之例示 性生體異物及酶提供於下文中（表2)。各種微生物具有代謝 活性時所處之條件（例如好氧、厭氧、缺氧、兼性）亦已 139168.doc -21 · 201005089 知。 涉及生體異物分解之主要酶為單加氧酶、二加氧酶、還 原酶、脫鹵酶、漆酶、過氧化酶及磷酸三酯酶。用於降解 特定生體異物化合物之酶之實例列於下表2中。此等酶可 經遺傳工程改造以增強降解效能。 表2:用於分解生髖異物之橄生物及酶 縻族烴 例示性生體異物 石油、環己烷、辛烷、癸烷、乙烯、甲基第三丁基醚 所涉及之酶 alk-&4C操縱子(烷烴羥化酶 '醇脫氫酶、醛脫氫酶、紅素氧還蛋 白(例如AlkG)) AlkB,AlkM 有機體 假單胞菌屬（食油假單胞菌β o^ovorim)、惡臭假單胞菌(p pwrtife)、銅綠假單胞菌(户、香茅酵假單胞菌(户 ci7r〇«e//ofc)、產氣假單胞菌(月 紅球菌屬（紫紅紅球菌（及 A〇£/oc/y(m)、紅平紅球菌（及. erythropolis)) 不動桿菌屬(ADP1菌株） 產驗桿菌屬 伯克霍爾德氏菌屬（历^狀oWerfa ψ·)(洋蔥伯克霍爾德氏菌 RR10(5. cepacia RR10)) 節桿菌屬 黃桿镊屣(Flavobacterium φ.) 芽孢桿菌屬 短桿菌屬Λ：ρ·)(產紅色短桿菌(5. ew/yogewey)) 治聲島食炫MiAlcanivorax borkumensis) 釀酒酵母 _化化合物及氣化溶销 例示性生體異物 氯甲烷、二氣甲烷、二氮乙烯、二溴乙烷、三氣曱烷、氣乙酸、 1,2-二氣乙烧、1,2-二演乙炫、1，1，1-三氣乙烧、氣乙稀、ι，3-二氣 丙烯、1，2-二氣丙烷、1-氣丁烷、2-氣丙酸、1，2,3-三氣丙烷、氣 苯、表氣酵、六氣環己烧、三氣乙烯、五氣苯酚 所涉及之酶 鹵代烷脫鹵酶(DhlA、DhaA、LinB) 鹵代酸脫_酶(羥化酶之HAD超家族)(DhlB、HAD-Ps) 鹵代醇脫鹵酶(HheA、HheB、HheC) 氣丙烯酸脫鹵酶(CaaD) 二氣甲炫脫鹵酶(DcmA) 1，2-二氣乙烷脫鹵酶 LinB 水解性脫_酶((^认、AtzA) 139168.doc •22· 201005089 四氣氫酕脫鹵酶(PcpC) 鹵乙酸酯脫鹵酶(dehH2) 單加氧梅及二加氧酶 例示性有機體 紅球菌屬(紅平紅球菌、紫紅紅球菌NCIMB 13064) 五氣輪降解镜(Sphingbium chlorophenoHcum) 莫拉菌屬(Aforaxe//a )(菌株B) 假單胞菌屬(帕氏假單胞菌(P ;?avowaceae)、ADP假單胞菌、斯氏 假單胞菌(P对wizeri)、惡臭假單胞菌、假單胞菌菌株Psl) 黃色桿菌屬（自養黃色桿菌GJ10(Z aw⑹rop/ζία/Λ1 GJ10)、黃黃色桿 菌(X. flavus)) 棒狀桿菌屬(€^少《以0^如7、/72切.）菌株11115 水生桿菌 叫 waricw<y) 節桿菌屬 歐洲亞确化單胞菌(M/msowowfl·? e 產鹼桿菌屬 羅爾斯通氏菌屬) 絲孢甲院贊菌 OB3b(MeiA_y/asi«w5· irz^/zaspon/Tw OB3b) Methylosporovibrio methanica 812 ，说絲、毛^愚(Methanothrix ψ·) 甲烧八昼球菌属(Afe认a«ararcz>ia ) 分枝桿菌屬(AfycOftflcieWwm职）菌株GP1 土壤桿菌屬 〇4gro6acien_w/w 呀） 微球菌屬(M'crococcws 5/λ) 念春儀餍(Candida ψ·) 毛拖子嵐 M (Trichosporon sp.) 芳族烜及多環芳族烴 — 例示性生體異物 酚、萘、五氣苯盼 烷基苯(曱苯、二甲苯、乙苯、異丁苯、二苯并呋喃） 氣化脂族烴(TCE) N-雜環芳族烴 氣化戴奥辛 所涉及之酶 單加氧酶系統 PCP-4單加氧酶 木質素過氧化酶 例示性有機體 假單胞菌屬(斯氏假單胞菌、惡臭假單胞菌、洋蔥假單胞菌、門 多薩假單胞菌KR(户wemfoczm/似）、皮氏假單胞菌PK01CP picketti PK01)、螢先假單胞菌(P. Jluorescens)、泡囊假單胞菌(P· vayfcM/arij)、少動假單胞菌(户pflMciwoMii)、假單胞菌屬DLC-朽卜門多薩假單胞菌〜菊苣假單胞菌^说/^^”菌株迅丁⑽） 紅球菌屬 賢棒狀桿菌(Corynebacterium rena!e) 大腸桿菌 沙雷氏菌屬(《Serraria ) 增Μ·芽抱桿窗(Bacillus cereus) 139168.doc -23- 201005089 微球菌屬(異型微球菌(Mcrococcws cftversuy)) 抗辕射奇異球菌(Deinococcus radiophilus) 耳炎差異球菌〇如·5) 不動桿菌屬«他矽_)(醋酸鈣不動桿菌(乂⑶化⑽從价⑽)） 硫續色節桿菌(i4ri/ira6acier sw你rewj) 德氏食酸馕P4-l(Acidovorax delafieldi P4-V) 短桿菌屬*sp.)HL4 歐洲亞硝化單胞菌 絲孢甲烷彎菌OB3b Methylosporovibrio methanico 甲燒螺菌屬(Me仇aTKwp/rz/iwm) 產驗桿菌屬(j/ca/igew ψ·)(反硝化產驗菌(乂办《//π为似似)） 分枝桿菌屬(AfycoZwcierz’w/w 5/λ) 莫拉菌屬 拜葉林免氏菌屬(Beijerinckia sp·) Neptunomonas naphthovorans 賴胺醇單胞菌屬（Sphingomonas ψ·χ矢野氏鞘胺醇單胞菌 (Sphingomonasycmoikuyae)、鞘胺蹲‘胞菌屬RWl(S· sp. RWi)) 放線菌属 柿炎免雷伯氏菌(Klebsiella pneumonia) 黃抱原毛平革菌(P/zimerocAareie c/wjsosporii/w)(白腐真菌(white rot fungus)) 氯化多環烴 例示性生體異物 多氣聯苯(PCB) —~' DTT 所涉及之酶 木質素過氧化酶、Μη依賴型過氧化酶、Μη不依賴型過氧化酶、 漆酶 例示性有機體 菌株DCB1 -- 不動桿菌屬 產鹼桿菌屬 肺炎克雷伯氏菌 假單胞菌屬(克羅斯韋假單胞菌(P crwdv如)） 白腐真菌(黃抱原毛平革菌、變色栓菌(7hzweiei ver^co/or)、飽魚 ^{Pleurotus ostreatus)) 硝基芳族化合物 例示性生體異物 巴拉松(parathion)、甲基巴拉松(methyl parathion)、地樂紛 (dinoseb)、二硝基曱盼(dinitrocresol)、除草醚(nitrofen)、 硝基苯、二硝基曱苯、二硝基酚、鄰硝基苯甲酸酯、對硝基酚、 4-蛾基鄰苯二酚 所涉及之酶 基於加氧酶之路徑(單加氧酶及二加氧酶、脫氫酶） 例示性有機體 假單胞菌屬 謹十氏嵐屣(Nocardia sp.) 節桿菌屬(原玻璃绳節桿菌(乂户wtop/wr/wiae)) 洋蔥伯克霍爾德菌 139168.doc •24- 201005089 用於甲烷生成或生質醱酵之有機體可基於所要產物加以 選擇。在某些實施例中，所要產物包括曱烷、乙醇及丁醇 中之一或多者。若製造甲烷或低分子量醇類，則選擇有利 於有機生體異物化合物轉化為揮發性脂肪酸或低分子量 (一個、兩個、三個或四個碳）分子的微生物種群及操作條 件。 ' 用於生物燃料合成之微生物例如可尤其包括以下細菌中 之一者或其共生種：產甲烷菌、酵母（諸如酵母屬）、厭氧 ❹ 細菌（諸如梭菌屬）或微藻類（諸如小球藻屬（C/z/orW/β α·) 或聚球藻屬（办《ec/zococcws印·））。具有已知生物合成活性 之例示性微生物以及涉及生物合成路徑之例示性酶提供於 下文中（表3)。亦提供用於合成特定生物燃料化合物之酶之 實例。此等酶可經遺傳工程改造以增強其效能。 表3:用於生物燃料及生物能董產物之生物合成的微生物 及酶
甲烷 例示性破源 有機酸、C02 所涉及之酶 曱醯基曱烷呋喃脫氫酶， 甲基四氫甲烷喋呤：輔酶Μ甲基轉移酶(Mtr)， 異型二硫化物還原酶(Hdr)， F420H2 氧化酶(FprA)， 曱醛活化酶(Fae) 次曱基四氫曱烷喋呤環化水解酶、亞曱基四氫曱烷喋呤還原酶， 例示性有機體 曱烧球菌屬⑺ccws平） 甲说微ί物屬(Methanomicrobium φ·) D^J^、.M(Methanospirilliam:sp.) 甲说盤菌厲(Methanoplanus ψ.) 甲说球形菌屬(Methanosphaera sp.) 葉溘屬(Methanolobus ψ) 139168.doc •25- 201005089 ，说囊蛰 M(Methanocul!eus sp.) 甲烧毛狀菌属(Methcmosaeta sp.) 甲炫嗜熱菌屬(Mei/wwqpyms·吵） ，悦紅镜爆(Methanocorpusculum ψ·) 甲说八養球菌屬(Methanosarcina) 乙酵 例示性碳源 生體異物生物降解後所產生之生質及含破代謝物 所涉及之酶 酵脫氫酶(A、B及C) 乙醛脫氫酶 澱粉酶 葡糖澱粉酶 轉化酶 乳糖酶 織維素酶 半纖維素酶 例示性有機體 酵母屬 克魯維酵母屬(没职） 撥酵單胞菌屬(Zymomomw取） 丁酵 例示性碳源 生體異物生物降解後所產生之生質及含碟代謝物 所涉及之酶 乙酿基輔酶A乙醯基轉移酶 乙醯乙醯基輔酶A硫解酶 3-羥基丁醯基輔酶A脫氫酶 巴豆酸酶 丁醯基輔酶A脫氫酶 搭/醇脫氫酶 例示性有機體 梭菌屬 氩氣 例示性來源 水及光 所涉及之酶 氫化酶 例示性有機體 梭菌屬 生物柴油 例示性碳源 C02及光 所涉及之酶 脂肪酶(三酸甘油酯水解酶） 例示性有機體 小球蕩属 聚球藻屬 ik絶幕取{Synechocystis ψ·、 蔓形幕M(Nitzchia ψ.) 裂殖壺镜 M (Schizochytriu sp.) 139168.doc -26- 201005089 P 甲酵 例示性碳源 曱烧及氧氣 - 所涉及之酶 甲烷單加氧酶 甲酸脫氫酶 甲醛脫氫酶 例示性有機體 甲基單跑菌展(Methybmonas sp.) 甲基^菌屣(Methyhsinus sp.) 曱基球菌屬职） 若曱烷為所要生物燃料產物，則用於生物合成之至少一 個生物反應器為包含產甲烷性微生物之厭氧型反應器，此 微生物可包括甲烷桿菌屬、甲烷絲毛菌屬、甲烷八疊球菌 屬及甲烷單胞菌屬中之一者或其共生種。可使用的其他產 甲烷性微生物描述於美國專利6,555,350中，該專利以引用 方式併入本文中。舉例而言’產甲烷菌亦包括甲烷球菌 屬、曱烧微生物屬、甲烷螺菌屬、曱烷盤菌屬、甲烷球形 菌屬、甲烷葉菌屬、甲烷囊菌屬、曱烧毛狀菌屬、甲烷嗜 熱菌屬及/或甲烷粒菌屬。 某些產曱烷物種為高度嗜熱物種且因此可在超過l〇0°c 之溫度下生長。若產甲烷菌高度嗜熱，則用於合成甲烷之 單獨生物反應器可較佳。在某些實施例中，產甲烷菌為甲 燒八疊球菌屬、甲烷毛狀菌屬及/或甲烷絲毛菌屬中之一 者或其共生種，其可使乙酸酯及類似小分子碳基質轉化為 甲烧及二氧化碳。產甲烷菌可使用系統中所製造之小分子 有機化合物作為基質，諸如曱酸（甲酸酯）、甲醇、曱胺、 曱硫醚及甲硫醇。 可針對高曱烷製造活性天然選擇產甲烷細菌，或者可藉 由已知技術遺傳修飾產曱烷細菌。可經遺傳工程改造之產 139168.doc -27- 201005089 甲烧酶包括甲醯基曱烧咬痛脫氫酶、甲基四氫甲烧嗓呤. 輔酶Μ甲基轉移酶（Mtr)、異型二硫化物還原酶（Hdr)、 F42〇H2氧化酶（FprA)、甲搭活化酶（Fae)、次甲基四氫甲燒 喋呤環化水解酶及亞甲基四氫甲烷喋呤還原酶。此等酶已 經自尤其包括甲烷球菌屬、甲烷嗜熱桿菌屬、甲烷八疊球 菌屬、曱烷嗜熱菌屬之物種分離。 - 甲炫亦可作為生體異物化合物之厭氧分解期間所產生之 生物沼氣之組分存在。「生物沼氣」為厭氧消化之產物。 不存在氧氣時，厭氧細菌使有機物分解且產生主要由曱燒 _ (約60%)及二氧化碳組成之氣體。此氣體可與天然氣（其為 約99%甲烷）相比。生物沼氣可收集且可用作發電機鍋 爐、燃燒器、乾燥器或任何使用丙燒、沼氣或柴油之設備 的能源。或者’可如下文更詳細所述自生物沼氣中回收甲 烧0 ❹ 本文中所述之方法及系統可設計成製造醇類，諸如含有 1至9個厌原子之知類。可根據本發明製造之醇類之特定實 例包括㈣'丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇及壬醇。若 合成醇類（尤其乙醇）’則至少-個生物反應器為包含酸酵 性微生物(諸如一或多種酸酵單胞菌屬及/或酵母屬(例如酿 酵Γ型反應器。適用於生質酸酵之其他微生物 1夕種酵母，諸如克魯維酵母屬1珠菌屬、畢赤氏酵 母屬__.)、酒香酵母屬 酵母屬（/W_/asp·) } 及漢遜氏 者，微生物可為諸如以下細链：屬)。或 巧渚如以下細菌物種中之一者或其 : 139168.doc -28^ 201005089 明串珠菌屬（ZeMcowoj/oc印.）、腸桿菌属（五 SP.)、九雷伯氏菌屬（Klebsiella sp.)、歡艾氏菌屬（Erwinia β·)、沙雷氏菌屬（Serrim'a <5/?·)、乳酸桿菌屬 J/7.)、乳球菌屬（Z^cioeoccwi ί/?.)、小球菌屬 (Pediococcwj ?;?·)、梭菌屬、醋酸桿菌屬（JceioAac/er 印·）、葡糖酸桿菌屬（G7wco«c^acier sp.)、麯徽屬 {Aspergillus sp.)反丙唆得議爆 QPropionibactedum sp,)。 用於製造醱酵產物之多種有機體以及生長條件及基質要 求已為人所知且描述於例如美國專利7,455，997、美國專利 7,351,559、美國專利6,555,350及美國專利7,354,743中， 此等專利以引用方式併入本文中。在某些實施例中，所要 產物為丁醇，且醱酵性微生物包括包含梭菌屬之細菌中之 一者或其共生種。 例如製造乙醇之醱酵性微生物可經天然選擇以用於製造 所要產物，或可經遺傳工程改造以表現所要酶。遺傳操作 細菌及酵母之技術已為人熟知且包括藉由質體或噬菌體將 染色體外元件引入或將此等元件整合於宿主基因組内。可 、’’呈遺傳工程改造之例示性酶尤其包括酵脫氫酶（A、b及 c)、乙醛脫氫酶、澱粉酶、葡糖澱粉酶、轉化酶、乳糖 酶、纖維素酶及半纖維素酶。 。在某些實施例中’本文中所述之方法及系統包括光反應 "、將厭氧型生體異物分解及生物燃料合成期間所產生之 C〇2轉化為生物燃料產物，諸如氫氣及脂質。冑質可例如 "知交換作用用於製造生物柴油。用於由C〇2製造氫氣 139168.doc •29· 201005089 及脂質的光合有機體已為人所知且尤其包括經天然選擇或 經遺傳修飾之聚球藻屬、小球藻屬、集胞藻屬、菱形藻屬 及/或裂殖壺菌屬中之一者或其共生種。 對於製氫而言’此方法及系統可使用能夠利用水作為製 氫之間接基質的光合微生物。此等微生物通常表現一或多 種氫化酶。此等微生物可包括藍藻細菌及藻類，諸如綠 藻、藍綠藻或紅藻。例示性物種尤其包括聚球藻屬、綠球 藻屬（C7z/oroc〇CCfl/eiy jp·)及團藻屬π )。 曝氣、溫度、pH、營養需要量、光（例如天然或人工光 源之白光）之強度及波長以及適於支持光合微生物之生長 及代謝作用之光/暗循環之持續時間已為人所知且描述於 例如美國專利7,371，560中，此專利以引用方式併入本文 中〇 剩化及條件 將選定微生物或混合培養物接種於生物反應器中，接著 為馴化期。馴化期可持續一個月、兩週、一週或少於一 週，在此期間，生物膜形成於載體表面上且誘導所要代謝 過程。 微生物之馴化可依據基質引入後之活性停滯期之減小或 降解或合成速率之增大來測定。馴化可例如包括：對酶進 行誘導或去抑制；將降解或合成微生物初始小種群擴增； 選擇有利突變；優化無機營養物或其他條件；耗儘可能存 在之替代碳源；使微生物適應可能存在之毒素或抑制劑； 及被某些微生物（例如原生動物）捕食。 I39168.doc •30- 201005089 在—些實施例中’勒丨化可如下分步驟進^:首先針對生 體異物碳源酬化生趙異物降解細菌，接著剩化生物合成微 生物以便製造所要產物。當使用如本文中所述之整合式系 統時，-旦降解細菌完全或充分刷化，則可控制或起動基 質材料自好氧型/厭氧型生物降解反應器至厭氧型生物合 成反應器之流動。此等實施例可為有用的，尤其在生體異 物有毒或降解為對生物合成微生物有毒之組分的情況下。、 在馴化期期間，限制生體異物化合物之濃度及/或基質 _ 絲系統之流量可為重要的。當使用多相系統時，可基於 固相表面上及可能存在之液相界面區域處之黏附生質（形 成生物膜）之活性評定生體異物降解性微生物之生長及選 擇。可依據所產生之產物之外形及濃度以及依據預期代謝 物（例如CO,、甲烷、乙醇、丁醇、氫氣等）之產生來評定 生物燃料合成微生物之生長及選擇。 在馴化期間及馴化之後，可視需要調整生物反應器條件 • 以優化產物產量及合成速率。此等條件包括生體異物進料 濃度、流速、生物反應器溫度、生物反應器授動程度及曝 氣或氧化程度。舉例而言，生物降解及醱酵性反應器之溫 度可維持在約1 5°C至約35°C (諸如約25°C至約30°C)範圍 内。基質流過系統之流速可視生物反應器之體積及降解速 率而定’且可藉由如本文中更詳細所述之泵系統維持。生 物反應器可進一步容許必要時對培養基進行攪動以維持營 養物之可利用性。可藉由對含有生體異物之相取樣或藉由 監測0：〇2及/或生質產生來監測生體異物之降解。 139168.doc -31 - 201005089 在某些實施例中，生體異物基質之完全分解可獨立於生 物燃料合成首先發生，或者，生物合成可在耦合式分解/ 合成生物反應器中與分解同時發生。在使用獨立式分解及 生物合成反應器之某些實施例中，分解過裎可進行約上小 時至約1週，或約10小時至約3天，或在某些實施例中，可 進行約1天、約2天、約3天、約4天或約5天。舉例而言， 生體異物降解可進行約3小時、約5小時、約1〇小時、约Μ 小時或約24小時（在約3小時、約5小時、約1〇小時、約15 小時或約24小時時實質上完成p或者，耦合/整合式生物 降解及生物合成系統可在約1週後或1週内、約4天後或4天 内、約2天後或2天内、約i天後或i天内、約15小時後或。 小時内或約10小時後或10小時内將生體異物化合物轉化為 生物燃料。生物過程所需之時間長度視若干條件而定包 括生體異物/生質進料濃度、流速、生物反應器之體積、 生物反應器溫度、生物反應器攪動程度及曝氣或氧化程 度。 在某些實施例中’使用連續式或半連續式整合生物降 解/生物合成系統以工業規模製造生物燃料或生物能量產 物，以使得每日降解約100至約1〇〇〇〇〇加侖（gall〇n)之含有 生體異物之基質。舉例而言，可在約24小時至約48小時之 時期内將約500至約10,〇〇〇加侖之含有生體異物之基質處 理成生質且轉化為生物燃料。在某些實施例令，可在少於 約24小時之時期内將約5〇〇至約丨〇 〇〇〇加侖之含有生體異 物之基質處理成生質且轉化為生物燃料。 139l68.doc -32- 201005089 回收生物燃料產物 的方法及裝置回收及/ 生物燃料產物可藉由已知及市售 或純化。 諸如乙醇、甲醇及/或丁醇之醇類可藉由分子筛、蒸餘 及/或其他分離技術自液相材料中回收。舉例而古，可藉 由分館法將乙醇濃縮為約90重量％或約95重量％。可供進 一步純化超過錢極限之乙醇的方法存在若干種，且此等 方法包括乾燥（例如用氧化鈣或岩鹽乾燥）、添加少量苯或 環己烧、分子篩、膜或減壓法。 可處理例如藉由厭氧代謝或光合所產生之產物氣體以分 離甲烧及/或氫氣組分。甲⑬、氫氣或生物沼氣可作為管 道氣自系統中抽出。 根據本發明，甲烷及/或氫氣可作為生物燃料產物回 收。甲烷可藉由市售的已知方法及系統（包括已知基於不 同透過性分離氣體之膜系統）自生物沼氣中回收及/或純 化。參見例如美國專利6,601，543，此專利以引用方式併入 本文中。或者，可使用各種吸附方法分離甲烷及氫氣。 收集生物燃料產物之其他方式包括離心、溫度分館、層 析法及電泳法。 在某些實施例中’生物燃料回收/純化組件可整合於系 統内’例如將各別裝置或器件連接至來自生物合成生物反 應器之氣體或液體排出物。經純化之生物燃料及生物能量 產物可添加於單獨容器中。 用於將生艟異物轉化為生物燃料之整合式系旄 139168.doc -33- 201005089 本發明進一步提供用於形成生物燃料（諸如氫氣及甲烷） 以及其他有用產物（諸如乙醇、丁醇、甲醇及生物柴油）之 整合式系統。例示性整合式系統說明於圈2及圈3中。 此系統包含適用於藉由好氧型、厭氧型及/或缺氧型微 生物過程分解有毒材料、從而製造生質的一或多個多相生 物反應器。用於分解之生物反應器包含用於使廢棄物（生 體異物液體）流入生物反應器系統内之進口。用於分解之 生物反應器進一步包含用於好氧型生物反應器之氧化反應 的進口。可將厭氧型腔室與好氧型腔室連接以便容許液體 基質之再循環。再循環容許代謝物及細胞在好氧型腔室與 厭氧型腔室之間交換’從而提供其協同性代謝作用。耦合 式好氧型/厭氧型反應器已描述於本文中。 此系統可包含如圈2(左手側）中基本上說明的多相耦合 式好氧型-厭氧型反應器系統。此系統容許基質循環於厭 氧型與好氧型分解反應器之間，且可包含反饋孔以便反饋 來自生物合成反應器之再循環、部分代謝化合物用於進一 步生物降解。 分解生物反應器進一步包含生物降解系統之排出液之出 口 ’此液體包含充當用於生物燃料產物之生物合成之碳源 的代謝基質及部分代謝基質以及細胞及細胞碎屑。厭氧型 生物合成反應器包含自多相降解系統循環之此液體廢棄物 之進口。 生物降解系統進一步包含厭氧型生物降解系統中因分解 代謝所產生之排出氣體之出口。將包含大量C02之氣體排 139168.doc -34- 201005089 出物饋至光生物反應器中以支持光合微生物之代謝作用 (如下所述）。 生物合成系統可為串聯式厭氧型/光合生物反應器系 統。在此等實施财’光反應器包含來自厭氧型生(物^成 反應器（及在一些實施例中，厭氧型降解反應器）之氣體廢 棄物之進口。
生物合成反應器進一步包含自厭氧型腔室轉運生物燃料 及生物能量產物（例如甲烷或醇類）之出口及自光生物反應 器轉運生物燃料及生物能量產物（例如Ha或脂質）之出口二 此系統可進一步包含用於回收藉由生物合成方法所獲得之 產物的機構及回收非燃料化合物以便反饋至生物降解的容 器或饋料器。因此，此系統可包含生物合成系統與生物降 解系統之間之反饋連接以將未完全使用之所有材料再循 環。在此等實施例中，本發明提供r零污染系統」，從而 防止實際上任何明顯污染物之積聚，同時利用生物燃料/ 生物能量產物製造達成實質上完全礦化。 好氧型生物反應配備有曝氣系統以容許含氧氣體注入 生物反應器内。在某些實施例中，含氧氣體為空氣、氧氣 及過氧化氫中之一或多者。溶解於廢液中之氧氣之量可改 變，但通常接近好氧型生物膜之氧氣消耗速率。 可使用泵系統連接生物反應器之進口與出口，以維持流 過系統之所要流量。亦可存在閥以容許控制材料流過系統 之流量。 此系統可包括取樣孔’以便可監測生體異物之生物降解 139168.doc -35- 201005089 及/或生物燃料產生以及氧消耗、C〇2產生、pH、氧化還原 條件、微生物細胞生理學、生物膜健全狀況。 整合式系統通常為連續式系統’其中如藉由泵系統所控 制’材料循環於生物降解反應器與生物合成反應器之間。 舉例而言’在連續式系統中，厭氧型生物合成反應器可在 輸入流速等於來自生物降解反應器之液體之出口流速的情 況下操作。此外，光反應器可在輸入氣體相當於厭氧型反 應器之排出氣體的情況下操作。 在某些實施例中，如圈3中所說明，整合式系統為耦合 式多相生物降解系統及多相生物合成系統。在此等實施例 中，用於生體異物生物降解之多相生物反應器系統包含好 氧型多相生物反應器及厭乳型多相生物反應器。用於生物 燃料及生物能量產物製造之多相反應器系統包含用於生物 合成之多相厭氧型生物反應器及用於生物合成之多相光生 物反應器。多相生物反應器已加以描述（參見圈4)。 系統之工作體積可為約100加侖至約1〇〇,〇〇〇加侖。舉例 而言，工業系統每次運作（分批）或每曰（當連續時）可將約 500加侖至約1〇,〇〇〇加侖之源材料轉化為有用產物。用於 將產物轉化為燃料之操作或滯留時間可為約2週或不到2 週，但在一些實施例令，為丨週或不到〗週，諸如3天、2天 或1天或不到1天（例如15小時）。 在某些實施例中，此系統經組態成容許將在一位置（藉 由如本文中所述之生物降解反應器）所製造之生質及/或生 物沼氣轉運至另一位置以便（藉由如本文中所述之生物合 139168.doc • 36 - 201005089 成生物反應器）合成生物燃料或生物能量產物。或者，此 系統可經完全整合以將生體異物化合物之生物降解與由所 得生質及生物沼氣進行生物能量產物之生物合成耦合。此 系統（或生物降解組件）可連接至或定位於或位於此等生體 異物化合物之製造或來源處附近，以便免除轉運可能有害 或有毒之廢棄物以供處理之需要。舉例而言，系統或生物 降解組件可位於生體異物化合物之製造或來源處約1英里 或小於1英里内。 實例 實例1:用於由顽抗性生體異物製造甲烷之鶫合式生物降 解/生物合成系统 為證明生體異物頑抗性化合物可藉由培養於多相生物反 應器中之好氧型及厭氧型生物膜細菌轉化為可用生物燃料 產物，使用圈2中所圖示之反應器（「BIODS YNT」）處理 3,4-二氣苯甲酸（3,4-〇€8)。3,4-〇€8為多氣聯苯（卩08)及其 他除草劑在環境中部分降解所產生及積累之頑抗性生體異 物。 附著於液相或固相表面之細菌有效地分解生體異物化合 物。此外’雖然好氧細菌及厭氧細菌可能在分解生體異物 化合物方面各自具有侷限性’但藉由其在多相系統中之協 同性代謝作用（亦即，好氧型生物膜細菌與厭氧型生物膜 細菌之間之協同性代謝作用）可克服此等侷限性。此又容 許頑抗性生體異物化合物之完全礦化。 將500至1〇〇〇 mg/l生體異物饋入生物降解反應器（圈2) 139168.doc -37· 201005089 中。3,4-DCB生物降解之結果展示於圈5中。在第16小時之 水力滯留時刻，系統中之生體異物消失率（移除率）接近 1 00%。依據所產生之懸浮細胞測定，厭氧型反應器與好 氧型反應器中之生質產率接近43°/。之理論期望值。 對厭氧型生物合成反應器（圈2中右側AN反應器）中曱烷 之產生進行測定。在厭氧型生物合成系統中，在第16小時 滯留時刻，產甲烷性培養物（共生種）使約60%之可利用基 質轉化為生物沼氣（圈5)，而在第20小時滞留時刻，曱烷產 生達到90%且生質幾乎完全消耗（圈7)。所產生之生物沼氣 含有約55% CH4及44% C02，接近理論期望值。 此等結果表示，BIODSYNT系統高效地使3,4-DCB降 解、礦化及生物轉化為生物能量產物。此等結果證明，使 用工業上經處理之頑抗性生體異物化合物作為原材料，耦 合式生物降解/生物合成系統可用於製造生物能量產物及 生物燃料。 實例2:用於由鸚物化合物製造生物燃料之輛合式生物降 解/生物合成系统 使用BIODSYNT系統（圈2，及上述實例1)、使用藥物型 (生艎異物）化合物萘普生（Naproxen)((+)-(S)-2-(6-甲氧基 萘-2-基）)作為製造生物燃料及尤其甲烷之碳源。萘普生為 常用於減緩由各種病狀引起之中度至重度疼痛、發燒、發 炎及僵硬的非類固醇消炎藥（NSAID)。萘普生及萘普生鈉 在市面上以各種商標出售，包括：XENOBID、ALEVE、 ANAPROX、MIRANAX、NAPROGESIC、NAPROSYN、 139168.doc -38- 201005089 NAPRELAN、PROXEN及 SYNFLEX。 使用貫例1之生物膜多相生物反應器，藉由將低濃度（約 30 mg/1)之生體異物饋入降解生物反應器系統令來馴化好 氧/厭氧細菌。馴化進行約2週直至觀測到生物降解系統之 出口液體中之懸浮生質增加。在剩化期結束時，對生物降 解系統中萘普生之移除進行評估。降解反應器之移除效率 接近98%。 4週期間每週一次增大生體異物之濃度，直至生物降解 反應器中之濃度達500 mg/1。如圈6中所示，厭氧型合成反 應器展示，在30天連續培養期間，97%之萘普生得到移 除。增大萘普生之濃度超過5〇〇 mg/i使化合物移除減慢。 生質產量為藥物碳源之約41 %(圈6)。在厭氧型生物合成反 應器中，在第16小時滯留時刻總生物沼氣產量達到經降解 之藥物化合物之54%(圈6)，而在第20小時滯留時刻，生物 沼氣達到約90%。 在第10小時滯留時刻，評估處理萘普生之反應器效能。 將厭氧型生物反應器之滯留時間由16小時減少至1〇小時不 影響生質请耗或生物沼氣產生。 此等結果證明，BIODS YNT系統有效地將萘普生轉化為 諸如甲烷之生物能量化合物。 實例3 :用於由C〇2排出物製造氩氣及生物柴油之光生物 反應器 經由將藍綠藻（藍藻細菌）培養於光合生物反應器中，對 BIODSYNT系統（圈2)固定及使用C〇2之能力進行測試。 139168.doc •39- 201005089 將聚球藻屬藍藻細菌之培養物接種於含有鹼性礦鹽培養 基的1 L光生物反應器中。在室溫下以丨2 光強度及 16:8小時光：暗循環培育反應器。使培養物經受〇5%及 1.0%(v/v)含量之c〇2。以5曰間隔記錄培養物之生長。 針對生質生長、脂質含量及氫氣產生評估聚球藻屬。如 圖7中所示，在1% c〇2下比在〇·5〇/0 C〇2下生成更多生質。 在兩種情況下，經萃取以製造生物柴油的脂質為約5〇%之 生質备生質在1 % c 〇2下生長時’每公克蛋白質觀測到約 150 nmol氫氣。在〇_5% C02下產生約一半之彼量。 為證明生物反應器中所產生之排出氣體可在離開 BIODSYNT系統之前被捕獲，將厭氧型生物反應器之氣體 排出物與光生物反應器以管線連接。如上述測試中一般， 來自厭氧型生物反應器之廢氣能夠支持聚球藻屬之生長。 因此’可捕獲來自厭氧型生物反應器之co2排出物以支持 藍綠藻細胞在光生物反應器系統中之生長及代謝作用。此 光生物反應器可用於捕獲BIODSYNT好氧型及厭氧型反應 器中所產生之C02。 此光生物反應器可用於捕獲BIODSYNT好氧型及厭氧型 反應器中所產生之C02。 參考文獻 以下參考文獻之全文以引用方式併入本文中。
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Claims (1)

  1. 201005089 七、申請專利範圍： 1. 一種用於將生體異物基質轉化為生物燃料產物的整合式 系統’該系統包含： 一或多個第一生物反應器，其適用於藉由微生物作用 分解該生體異物基質’從而產生生質及/或生物沼氣，及 一或多個第二生物反應器，其操作性連接至該一或多 個第一生物反應器以接收該生質及/或生物沼氣，其中該 一或多個第二生物反應器適用於由藉由微生物作用所產 生之該生質及/或生物沼氣合成一或多種生物燃料產物。 2. 如請求項1之整合式系統，其中該一或多個第一生物反 應器包括好氧型生物反應器及厭氧型生物反應器。 3. 如請求項2之整合式系統，其中該好氧型生物反應器包 括用於該好氧型生物反應器之氧化反應的進口。 4. 如請求項2或3之整合式系統，其中該好氧型生物反應器 及該厭氧型生物反應器為好氧型_厭氧型再循環反應器系 統及串聯式厭氧型-好氧型反應器系統中之一者。 5. 如”青求項2或3之整合式系統，其中該好氧型生物反應器 及該厭氧型生物反應器為容許液相生體異物基質循環於 該厭氧型生物反應器與該好氧型生物反應器之間的好氧 型-厭氧型再循環反應器系統。 6. 如請求項1至3中任一項之整合式系統，其中該一或多個 第一生物反應器多相生物反應器，其含有形成生物膜之 生體異物降解性微生物。 7. 如請求項6之整合式系統，其中該生物膜附著於一固相 139168.doc 201005089 載體基質》 8.如請求項6之整合式系統，其中生物膜進一步附著於一 液相表面。 9·如請求項6之整合式系統，其中該厭氧型生物反應器含 有形成生物膜之厭氧型及/或兼性生體異物降解性微生 物0 10. 如凊求項6之整合式系統，其中該好氧型生物反應器含 有具生物膜之好氧型及/或兼性生體異物降解性微生物。 11. 如請求項9之整合式系統，其中該等生體異物降解性微 生物為表2中所列之微生物中之一種或其共生種。 12. 如明求項η之整合式系統，其中該等生體異物降解性微 生物包括假单胞菌屬（/>μΜ而讲⑽Μ.)、節桿菌屬 吵·）、不動桿菌屬（」c>;”印）及產鹼 桿菌屬（乂/cWgewei ?/?.)中之一或多者。 13. 如請求項丨至3中任一項之整合式系統’其中用於分解生 體異物基質的該一或多個生物反應器包括用於將含有生 體異物之液體引入該系統内的進口。 14. 如請求項3之整合式系統，其中該用於氧化之進口連接 至含氧氣體源。 15. 如請求項14之整合式系統，其中該含氧氣體為空氣氧 氣及過氧化氫中之一或多者。 16. 如請求項丨至3中任一項之整合式系統，其中該一或多個 第二生物反應器包括至少一個用以藉由醱酵作用由該生 質製造生物燃料產物的厭氧型生物反應器。 139168.doc 201005089 17.如請求項16之整合式系統，其中該生物燃料產物為低分 子量醇。 1 8.如請求項16之整合式系統，其中該生物燃料產物包括甲 醇、乙醇及丁醇中之一或多者。 19.如請求項16之整合式系統，其中該一或多個第二生物反 ' 應器包括一種酵母或酵母之共生種。 - 20.如請求項19之整合式系統，其中該等酵母包括酵母屬 ?/?·)、克魯維酵母屬（太7_yvero/«少ees ί_ρ·)、 ❹ 念珠菌屬ί/?.)及畢赤氏酵母屬μ.)中之 一或多者。 21. 如請求項16之整合式系統，其中該一或多個第二生物反 應器包括一或多種細菌或細菌之共生種。 22. 如請求項21之整合式系統，其中至少一種細菌為醱酵單 胞菌屬51/?·)、歐文氏菌屬印.）、沙 雷氏菌屬sp.)、乳酸桿菌屬（Z<<3cio6acz7/wj sp.)、乳球菌屬（Zflciococcws 5·/?·)、梭菌屬（C/oWrid/ww 春 ?/?·)及醋酸桿菌屬（Jceiohcier ί/?·)。 23. 如請求項1至3中任一項之整合式系統，其中該一或多個 . 第二生物反應器包括至少一個用於藉由曱烷生成作用由 . 該生質製造甲烷的生物反應器。 24. 如請求項23之整合式系統，其中該產曱烷菌為甲烷桿菌 屬（Methanobacterium sp.)、ψ 锐终、毛溘屬（Methanothrix sp.)、曱烧八疊球菌屬（Mei/zawowrcka ?/>.)及曱烧單胞菌 屬«sp.)中之一或多者或其共生種。 139168.doc 201005089 25.如請求項16之整合式系統’其中該一或多個第二生物反 應器為多相生物反應器，其含有形成生物膜之生物燃料 合成微生物。 26. 如請求項25之整合式系統’其中該等生物膜附著於固相 及/或液相載體表面。 27. 如請求項1至3中任一項之整合式系統，進一步包含至少 一個用以藉由光合作用將該生物沼氣中之二氧化碳轉化 為至少一種生物燃料產物的光生物反應器。 28·如請求項27之整合式系統，其中該光生物反應器包括一 或多種藻類或藻類之共生種。 29. 如請求項28之整合式系統，其中該藻類為綠藻、藍綠藻 及/或紅藻中之一或多者。 30. 如請求項29之整合式系統，其中至少一種藻類為聚球藻 屬（办似印.）、小球藻屬（C7^〇re//a印）、集胞 裔 MiiSynechocystis sp)、菱形臻魇（Nitzchia 氟裂 疫壺遠屬（Schizochytriu sp.)。 31•如請求項27之整合式系統，其中該光生物反應器係用以 製造氯氣及/或脂質。 32.如請求項27之整合式系蜱，其中該一或多個第一生物反 應器包括具有用於排出物生物沼氣之出口的厭氧型生物 反應器，其中該排出物生物沼氣可作為碳源饋至該光生 物反應器中。 或多個用於生物合 出物生物沼氣之出 33.如請求項27之整合式系統，其中該— 成之第二生物反應器包括具有用於排 139168.doc 201005089 口的厭氧型生物反應器，其中該排出物生物沼氣可作為 碳源饋至該光生物反應器中。 34. 如請求項1至3中任一項之整合式系統，進一步包含用於 收集及/或回收該生物燃料或生物能量產物的機構。 35. 如請求項34之整合式系統，其中該機構為分子筛、蒸餾 系統及/或半透膜。 36. 如請求項丨至3中任一項之整合式系統，進一步包含介於 該一或多個第二生物反應器與該一或多個第一生物反應 器之間的反饋連接，以便使未轉化為生物燃料產物之液 相材料連續地再循環。 37. 如請求項34之整合式系統，進一步包含轉運甲烷或醇類 的出口 ^ 38. 如請求項34之整合式系統，進一步包含轉運氫氣及/或脂 質的出口。 39. 如請求項丨至3中任一項之整合式系統，進一步包含泵及/ 或閥系統，從而將該一或多個第一生物反應器與該一或 多個第一生物反應器之間的進口與出口連接。 4〇·如請求項39之整合式系統，其中該等泵及/或該等閥控制 液體及/或氣體流過該系統之流量。 41. 如請求項1至3中任一項之整合式系統，進一步包含一或 多個取樣孔以監測生體異物濃度、氧消耗、pH&c〇2產 生中之一或多者。 42. 如請求項丨至3中任一項之整合式系統其中該系統之工 作體積為約100加侖（gal1〇n)至約1〇〇 〇〇〇加侖。 139168.doc 201005089 43. 如請求項1至3中任一項之整合式系統，其中該系統之工 作體積為約500加余至約5〇,〇〇〇加余。 44. 如請求項1至3中任一項之整合式系統，其中該系統位於 該生體異物基質之來源處之1英里内。 45. —種由生體異物基質製造一或多種生物燃料產物的方 法，該方法包含： 藉由微生物作用將該生體異物基質分解以產生生質及/ 或生物沼氣，及 藉由醱酵性微生物、產甲烷性微生物及/或光合微生物 由該生質及/或該生物沼氣合成一或多種生物燃料產物。 46. 如請求項45之方法，其中該生體異物基質為脂族烴或芳 族烴。 47. 如請求項45或46之方法，其中該生體異物基質為鹵化 烴。 48. 如請求項45或46之方法，其中該生體異物基質為雜芳族 化合物。 49·如請求項45之方法，其中該生體異物基質為戴奥辛 (dioxin)、呋喃或多氣聯苯。 50. 如請求項45之方法，其中該生體異物基質為藥物藥物 副產物、化妝品、個人護理產品或殺蟲劑中之一或多 者。 51. 如請求項5〇之方法，其中該生體異物基質為化石燃料污 染物。 52. 如請求項45之方法，其中該生體異物基質為多環芳烴。 139168.doc 201005089 53.如請求項45之方法，其中該生體異物基質可溶於水相。 54_如請求項53之方法，其中該生體異物基質不溶於水相。 55. 如請求項45、46及49至54中任一項之方法，其中該生體 異物基質係藉由將該生體異物基質循環於一或多個好氧 型生物反應器與一或多個厭氧型生物反應器之間來分 解。 56. 如請求項55之方法，其中該一或多個好氧型生物反應器 及該一或多個厭氧型生物反應器為多相生物反應器。 • 57.如請求項45、46及49至54中任一項之方法，其令該等生 體異物降解性微生物為表2中所列之微生物中之一種或 其共生種。 5 8.如请求項56之方法’其中該多相生物反應器在固相載體 基質上、在生物膜内含有該等生體異物降解性微生物。 59·如請求項55之方法，其中用於合成一或多種生物燃料產 物之生物反應器經操作性連接以接收來自該好氧型生物 反應器之生質。 60. 如请求項59之方法，其中該用於合成一或多種生物燃料 產物之生物反應器為厭氧醱酵型生物反應器。 61. 如請求項60之方法，其中該生物燃料產物為小分子量 醇。 62. 如請求項61之方法，其中該生物燃料產物為乙醇、甲醇 及/或丁醇。 63. 如請求項60之方法，其中該一或多種生物燃料產物係藉 由一種酵母或酵母之共生種合成。 139168.doc 201005089 64.如請求項63之方法，其中該等酵母包括酵母屬、克魯維 酵母屬、念珠菌屬及畢赤氏酵母屬中之一或多者。 6如《月求項60之彳去，其中該一或多種生物燃料產物係藉 由一種細菌或細菌之共生種合成。 66如明求項59之；法，其中該用於合成一或多種生物燃料 產物之生物反應器為甲烷生成型生物反應器。 67. 如請求項66之方法’其中該曱烷生成型生物反應器包含 曱烷桿菌屬、甲烷絲毛菌屬、曱烷八疊球菌屬及甲烷單 胞菌屬中之一種或其共生種。 68. 如吻求項59之方法，其中該用於合成一或多種生物燃料 產物之生物反應器為多相生物反應器，其含有形成生物 膜之生物燃料合成微生物。 69. 如叫求項68之方法，其中該等生物膜附著於固相載體基 質。 70. 如請求項55之方法，其中光生物反應器經操作性連接以 接收來自該厭氧型降解反應器之含有二氧化碳之生物沼 氣。 ° 71. 如請求項70之方法，其中該光生物反應器經進一步操作 性連接以接收來自厭氧醱酵型生物反應器之含有二氧化 碳之生物沼氣。 72_如請求項70之方法，其中該光生物反應器包含一或多種 藻類或藻類之共生種。 73.如請求項72之方法，其中該藻類為綠藻、藍綠藻及/或紅 藻中之一或多者。 139168.doc 201005089 74_如請求項73之方法，其中至少一種藻類為聚球藻屬、小 球藻屬、集胞藻屬、菱形藻屬及/或裂殖壺菌屬。 75. 如請求項7〇之方法，其中該光生物反應器製造作為生物 燃料產物之氫氣及/或脂質。 76. 如請求項45、46及49至54中任一項之方法進一步包含 回收或純化該一或多種生物燃料產物。 77. 如凊求項76之方法，其中該生物燃料產物係藉由分子 筛、蒸館系統及/或半透膜回收或純化。 ❹78.如請求項45、46及49至54中任—項之方法進—步包含 f來自該4多個第二生物反應器之非燃料產物反饋至 該—或多個第一生物反應器中以便進一步生物處理。
    139168.doc
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