WO2016133134A1 - 有機化合物又は微生物の製造システム及び製造方法 - Google Patents

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光広 岸野
児島　宏之
細野　秀雄
亨和 原
政明 北野
壽治 横山
徹 沼口
宗宣 伊藤
和輝 山田
博美 野口
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味の素株式会社
国立大学法人東京工業大学
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Definitions

  • the present invention relates to an organic compound or microorganism production system and production method.
  • a technique for producing an organic compound by culturing a microorganism capable of producing an organic compound is widely known.
  • there are many documents relating to techniques for producing amino acids by culturing bacteria having amino acid-producing ability for example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1). It has been produced by the amino acid fermentation method.
  • techniques for producing various organic compounds such as polysaccharides, proteins, antibiotics, alcohols, acrylamides and diene compounds by microbial fermentation are known, and research and development are ongoing.
  • Non-patent Document 2 ammonia and nitrogen-containing compounds derived from ammonia (for example, ammonium salts, urea, nitric acid, nitrates, etc.) are generally used as nitrogen sources and pH adjusters (Non-patent Document 2).
  • Ammonia is mainly produced by a large-scale production process by the Haber-Bosch process.
  • a source gas containing hydrogen and nitrogen is added to 400
  • Ammonia is synthesized by reacting under high temperature and high pressure conditions of 20 ° C. to 600 ° C. and 20 MPa to 100 MPa.
  • An object of the present invention is to provide a novel production system and production method that do not involve (or can minimize) the transport of liquid ammonia during the production of an organic compound by microbial fermentation.
  • an object of the present invention is to provide a novel production system and production method that do not involve (or can minimize) the transport of liquid ammonia during the production of microorganisms.
  • the present invention includes the following contents.
  • An ammonia synthesizer for synthesizing an ammonia-containing gas by reacting a source gas containing hydrogen and nitrogen in the presence of a supported ruthenium catalyst;
  • An organic compound or microorganism production system comprising: [2] The production system according to [1], wherein the raw material gas is reacted under the conditions of a reaction temperature of 530 ° C. or lower and a reaction pressure of 30 MPa or lower in an ammonia synthesizer.
  • Ammonia water is produced using ammonia derived from an ammonia-containing gas obtained by an ammonia synthesizer, and microorganisms capable of producing organic compounds are cultured using the obtained ammonia water.
  • ammonia derived from the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizer ammonia water is produced, ammonia gas is recovered from the obtained ammonia water, and organic compounds are produced using the recovered ammonia gas.
  • the production system according to any one of [1] to [5], wherein microorganisms having the ability are cultured.
  • a method for producing an organic compound or microorganism comprising a step of culturing a microorganism capable of producing a compound.
  • Ammonia water is produced using ammonia derived from the ammonia-containing gas obtained in the step (A), and a microorganism having an ability to produce an organic compound is produced using the obtained ammonia water in the step (B).
  • Ammonia water is produced using ammonia derived from the ammonia-containing gas obtained in step (A), ammonia gas is recovered from the obtained ammonia water, and the recovered ammonia gas is recovered in step (B).
  • FIG. 1 is a schematic diagram (1) showing a manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram (2) showing the manufacturing system in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram (3) showing the manufacturing system in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram (4) showing the manufacturing system in one embodiment of the present invention.
  • the present invention provides a novel production system for organic compounds or microorganisms.
  • ammonia synthesis by large-scale production processes is based on the premise that the synthesized ammonia is liquefied and stored, and transported as liquid ammonia to the ammonia consumption area. Cost tended to increase.
  • ammonia used as a nitrogen source or a pH adjuster necessary for microbial fermentation is produced (that is, on-site production) in a place where the microbial fermentation is performed.
  • an organic compound or a microorganism can be produced by microbial fermentation without involving storage / transport of liquid ammonia.
  • the organic compound or microorganism production system of the present invention comprises: An ammonia synthesizer for synthesizing an ammonia-containing gas by reacting a source gas containing hydrogen and nitrogen in the presence of a supported ruthenium catalyst; A culture apparatus for culturing microorganisms capable of producing organic compounds using ammonia derived from an ammonia-containing gas obtained by an ammonia synthesizer; including.
  • the ammonia synthesizer synthesizes the ammonia-containing gas by reacting the raw material gas containing hydrogen and nitrogen in the presence of the supported ruthenium catalyst.
  • ammonia is currently produced mainly by the Harbor Bosch process.
  • ammonia is synthesized by reacting a source gas containing hydrogen and nitrogen under high temperature and high pressure conditions of 400 ° C. to 600 ° C. and 20 MPa to 100 MPa using a double promoter iron catalyst.
  • a supported ruthenium catalyst is used as the ammonia synthesis catalyst.
  • the supported ruthenium catalyst can exhibit high ammonia synthesis activity even under low pressure conditions, as compared with the double promoted iron catalyst used in the Harbor Bosch process.
  • the support is not particularly limited as long as it can support ruthenium and does not inhibit the catalytic ability of ruthenium in ammonia synthesis, and a known support may be used.
  • the carrier include silicon oxide (silica), zinc oxide, aluminum oxide (alumina), magnesium oxide (magnesia), indium oxide, calcium oxide, zirconium oxide (zirconia), titanium oxide (titania), boron oxide, and hafnium oxide. Oxides such as barium oxide, cerium oxide (ceria) and zeolite; nitrides such as silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride and magnesium nitride; activated carbon.
  • carrier may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.
  • the supported ruthenium catalyst may contain one or more elements selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements as a promoter component.
  • the supported amount of ruthenium in the supported ruthenium catalyst is preferably 0.01 wt% or more, more preferably 0.02 wt% or more, and further preferably 0.03 wt% or more when the support is 100 wt%. 0.05 wt% or more, 0.1 wt% or more, 0.3 wt% or more, 0.5 wt% or more, or 1 wt% or more.
  • the upper limit of the amount of ruthenium supported is preferably 30 wt% or less, more preferably 20 wt% or less, and even more preferably from the viewpoint of maintaining the intended ammonia synthesis activity by suppressing sintering of ruthenium particles during the ammonia synthesis reaction. Is 15 wt% or less, or 10 wt% or less.
  • the amount of the promoter component supported on the supported ruthenium catalyst is not particularly limited, but from the viewpoint of ammonia synthesis activity, when ruthenium is 100 wt%, preferably 0.01 wt% to 1000 wt%, More preferably, it is 1 wt% to 800 wt%.
  • the specific surface area of the supported ruthenium catalyst is not particularly limited, but is preferably 0.1 m 2 / g to 1000 m 2 / g, more preferably 0.5 m 2 / g to 800 m 2 / g.
  • the specific surface area of the supported ruthenium catalyst can be measured, for example, by the BET adsorption method.
  • the method for preparing the supported ruthenium catalyst is not particularly limited, and an appropriate method may be selected from known methods according to the type of the carrier. For example, an impregnation method, a sol-gel method, a CVD method, a sputtering method, and the like can be given.
  • the ammonia synthesizer is not particularly limited as long as it can synthesize an ammonia-containing gas by reacting a source gas containing hydrogen and nitrogen in the presence of the supported ruthenium catalyst, for example, hydrogen and nitrogen.
  • combines ammonia containing gas by reacting raw material gas in presence of the said catalyst, and the exit of produced
  • the reaction temperature is preferably 600 ° C. or lower, more preferably 550 ° C. or lower, further preferably 530 ° C. or lower, 500 ° C. or lower, 450 ° C. or lower, or 400 ° C. or lower from the viewpoint of facilitating ammonia synthesis in the ammonia consuming area. is there.
  • the lower limit of the reaction temperature is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, further preferably 200 ° C. or higher, 250 ° C. or higher, or 300 ° C. or higher, from the viewpoint of ammonia synthesis activity.
  • the reaction pressure is preferably 30 MPa or less, more preferably 25 MPa or less, and even more preferably 20 MPa or less from the viewpoint of facilitating ammonia synthesis in an ammonia consuming area.
  • excellent ammonia synthesis activity can be achieved even when the reaction pressure is lower.
  • the reaction pressure may be 15 MPa or less, 10 MPa or less, 5 MPa or less, 4 MPa or less, 3 MPa or less, 2 MPa or less, or 1 MPa or less.
  • the lower limit of the reaction pressure is preferably 10 kPa or more, more preferably 50 kPa or more, and still more preferably 100 kPa or more, from the viewpoint of the ammonia concentration at the outlet of the ammonia synthesizer that is governed by chemical equilibrium in a preferred embodiment.
  • the reaction pressure is a gauge pressure (the same applies hereinafter).
  • the reaction form may be any of a batch reaction form, a closed circulation reaction form, and a circulation reaction form, but from a practical viewpoint, a circulation reaction form is preferred.
  • the internal heat exchange type that aims to maintain a large ammonia synthesis reaction rate by suppressing the temperature rise of the catalyst layer due to the reaction and raising the equilibrium ammonia concentration, or the raw material gas is divided and supplied in the fluid flow direction
  • a known reactor structure such as a quencher type can be adopted.
  • the supported ruthenium catalyst may be used alone or in combination of two or more.
  • a supported ruthenium catalyst and another ammonia synthesis catalyst may be used in combination of two or more.
  • two or more types of catalysts may be mixed and used depending on the reaction mode, and the catalysts are stacked and used so as to form a separate layer for each type.
  • the reaction tubes may be used in combination after the catalyst is filled in separate reaction tubes so that different types of reaction tubes are filled.
  • the water content in the raw material gas is preferably 100 ppm by volume or less, more preferably 50 ppm by volume or less.
  • the lower limit of the water content is preferably as low as possible, and may be 0 ppm by volume.
  • the molar ratio of hydrogen to nitrogen in the source gas is preferably 1/2 to 5/1, more preferably 1/2 to 3/1, still more preferably 1/2 to 2/1, More preferably, it is 4/5 to 6/5.
  • Hydrogen in the raw material gas used for ammonia synthesis is a well-known method such as 1) hydrocarbon (eg, coal, petroleum, natural gas, biomass), steam reforming reaction, partial oxidation reaction, or a combination thereof. Preparation by a method of performing a CO shift reaction and de-CO 2 treatment after conversion to a gas containing CO and H 2 , 2) a method of electrolyzing water, 3) a method of decomposing water using a photocatalyst Can do.
  • hydrogen may be supplied from a hydrogen cylinder (including a hydrogen cylinder), a hydrogen tank (including a mobile tank such as a hydrogen self-loader, and so on).
  • Nitrogen in the raw material gas used for ammonia synthesis may be prepared by separating nitrogen from air using a nitrogen separation membrane or a cryogenic separation method. Or when preparing hydrogen using the partial oxidation reaction of a hydrocarbon, you may utilize the nitrogen in the air used as an oxygen source. Alternatively, nitrogen may be supplied from a nitrogen cylinder (including a nitrogen cylinder), a nitrogen tank (including a mobile tank such as a nitrogen self-loader, and the same).
  • a raw material gas containing hydrogen and nitrogen can be prepared using a process that can be advantageously carried out in an ammonia consumption area.
  • the ammonia concentration in the ammonia-containing gas synthesized in the ammonia synthesizer is preferably 0.5% by volume or more, more preferably 2% by volume or more, further preferably 4% by volume or more, 6% by volume. % Or more, 8 volume% or more, or 10 volume% or more.
  • the ammonia-containing gas synthesized in the ammonia synthesizer mainly contains unreacted hydrogen and unreacted nitrogen in addition to ammonia.
  • the ammonia synthesis capacity (ammonia-ton / day) of the ammonia synthesizer varies depending on the amount of ammonia used in the culture apparatus, but is preferably 300 tons / day, more preferably 200 tons / day or less. More preferably, it is 100 tons / day or less, 80 tons / day or less, 60 tons / day or less, or 50 tons / day or less.
  • the lower limit of the ammonia synthesis capacity is not particularly limited, but can usually be 0.1 ton / day or more, 1 ton / day or more, 2 ton / day or more, and the like.
  • microorganisms capable of producing organic compounds are cultured using ammonia derived from an ammonia-containing gas obtained by an ammonia synthesizer.
  • ammonia is used as a nitrogen source or a pH adjuster.
  • the ammonia-containing gas obtained in the ammonia synthesizer may be supplied directly to the culture apparatus after cooling 1) depending on the specific specifications of the culture apparatus 2) Concentrated and concentrated ammonia gas or liquid ammonia ( Alternatively, it may be supplied to the culture apparatus as ammonia water) if necessary, or 3) or ammonia gas may be recovered from the obtained ammonia water, and the recovered ammonia gas may be supplied to the culture apparatus.
  • the expression that the ammonia-derived gas “derived” obtained by the ammonia synthesizer is used is used.
  • Ammonia may also be supplied to the culture apparatus after being converted into an ammonia-derived nitrogen-containing compound such as ammonium salts such as ammonium sulfate, nitric acid, and nitrates.
  • ammonia is used as a source of nitrogen source or pH adjuster.
  • Such an embodiment is also encompassed in “use ammonia as a nitrogen source or pH adjuster” in the present invention.
  • the production system of the present invention further includes a cooler for cooling the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizer.
  • the cooler is not particularly limited as long as the ammonia-containing gas can be cooled to a predetermined temperature, and a known cooler (for example, a coil-type heat exchanger, a shell-and-tube heat exchanger, or the like) may be used.
  • the cooled ammonia-containing gas may be supplied to the culture apparatus as it is, or may be supplied to the culture apparatus after being stored in a storage tank.
  • the production system of the present invention further includes an ammonia concentrator that concentrates ammonia in the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizer.
  • the ammonia concentrating device is not particularly limited as long as ammonia in the ammonia-containing gas can be concentrated, and a known concentrating device may be used. Examples of the ammonia concentrating device include a pressurized cooling device, a gas separation membrane device, and a pressure swing adsorption (PSA) device.
  • PSA pressure swing adsorption
  • the pressure cooling conditions are set so that ammonia in the ammonia-containing gas is liquefied.
  • the pressure during pressure cooling varies depending on the reaction pressure in the reaction part of the ammonia synthesizer and the temperature during pressure cooling, but is preferably 10 kPa or more, more preferably 50 kPa or more, further preferably 100 kPa or more, 0.2 MPa or more. 0.3 MPa or more, 0.4 MPa or more, or 0.5 MPa or more.
  • the temperature during pressure cooling varies depending on the pressure during pressure cooling, but is preferably 50 ° C. or less, more preferably 40 ° C. or less, still more preferably 30 ° C.
  • the lower limit of the temperature is not particularly limited, but can usually be ⁇ 35 ° C. or higher, ⁇ 30 ° C. or higher, and the like.
  • the pressure cooling device is not particularly limited as long as the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesis device can be pressure-cooled under the above conditions, and a known pressure cooling device may be used. Liquid ammonia obtained by pressurizing and cooling the ammonia-containing gas may be supplied to the culture apparatus as it is, or may be supplied to the culture apparatus after being stored in a storage tank.
  • a gas separation membrane device When a gas separation membrane device is used as the ammonia concentrator, it is preferable to use a hydrogen gas separation membrane, a nitrogen gas separation membrane, or a combination thereof.
  • the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizer mainly contains ammonia, unreacted hydrogen, and unreacted nitrogen, and at least one of unreacted hydrogen and unreacted nitrogen is separated by a gas separation membrane. Thus, ammonia can be concentrated.
  • the hydrogen gas separation membrane and the nitrogen gas separation membrane are not particularly limited as long as they can separate unreacted hydrogen and nitrogen in the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizer.
  • Known hydrogen gas separation membranes and nitrogen gas separations A membrane may be used.
  • an ammonia gas separation membrane that can selectively separate ammonia in the ammonia-containing gas may be used.
  • concentration of ammonia using the gas separation membrane device conditions such as temperature and pressure may be determined according to the type of the gas separation membrane.
  • the pressure during gas separation is preferably 10 kPa or more, more preferably 50 kPa or more, still more preferably 100 kPa or more, 0.2 MPa or more, 0.3 MPa or more, 0.4 MPa or more, or 0.5 MPa. That's it.
  • the upper limit of the gas pressure (crude gas side) is not particularly limited, but is usually equal to or lower than the reaction pressure in the reaction part of the ammonia synthesizer.
  • the concentrated ammonia gas obtained by the gas separation membrane device may be supplied to the culture device as it is, or may be supplied to the culture device after being stored in a storage tank.
  • a pressure swing adsorption (PSA) device may be used as the ammonia concentrator.
  • the PSA system uses an adsorbent that selectively adsorbs ammonia in the ammonia-containing gas and controls ammonia adsorption / desorption by pressure fluctuations to separate ammonia from other gases (concentrate ammonia).
  • the PSA device is not particularly limited as long as ammonia in the ammonia-containing gas can be concentrated, and a known PSA device may be used.
  • the ammonia in the ammonia-containing gas may be concentrated using a PSA device described in Japanese Patent No. 2634015.
  • the pressure (P ad ) for adsorbing ammonia on the adsorbent and the pressure (P de ) for desorbing ammonia from the adsorbent satisfy P ad > P de .
  • the P ad and P de preferably satisfy P ad ⁇ P de ⁇ 10 kPa, more preferably P ad ⁇ P de ⁇ 50 kPa, It is further preferable to satisfy P ad ⁇ P de ⁇ 100 kPa, and even more preferable to satisfy P ad ⁇ P de ⁇ 0.2 MPa, P ad ⁇ P de ⁇ 0.3 MPa, P ad ⁇ P de ⁇ 0.4 MPa Or P ad ⁇ P de ⁇ 0.5 MPa is particularly preferable.
  • the upper limit of the difference between P ad and P de is usually equal to or lower than the reaction pressure in the reaction section of the ammonia synthesizer.
  • P ad is not particularly limited as long as the above P ad > P de is satisfied, and may be determined according to the adsorption capacity of the adsorbent to be used, but is usually equal to or lower than the reaction pressure in the reaction section of the ammonia synthesizer.
  • P de is not particularly limited as long as P ad > P de is satisfied, and may be determined according to the desorption ability of the adsorbent to be used, but is usually 1 MPa or less, preferably 0.5 MPa or less, 0. 2 MPa or less, 100 kPa or less, 50 kPa or less, 10 kPa or less, or 0 kPa or less.
  • the temperature at the time of gas separation may be determined according to the specific specification of the PSA apparatus.
  • a PSA device having two or more adsorption towers is suitable.
  • a PSA apparatus equipped with two adsorption towers a first adsorption tower and a second adsorption tower
  • the ammonia adsorption process is performed in the first adsorption tower
  • the ammonia adsorption is performed in the second adsorption tower.
  • the desorption step is performed and the ammonia desorption step is performed in the first adsorption tower
  • the operation is performed so that the ammonia adsorption step is performed in the second adsorption tower. It is possible to concentrate the ammonia.
  • the concentrated ammonia gas obtained by the PSA apparatus may be supplied to the culture apparatus as it is, or may be supplied to the culture apparatus after being stored in a storage tank.
  • the ammonia concentration in the concentrated ammonia gas obtained by the ammonia concentrator is preferably 10% by volume or more, more preferably 30% by volume or more, and even more preferably 50% by volume or more.
  • the upper limit of the ammonia concentration is preferably as high as possible, and may be 100% by volume. Therefore, in the present invention, “concentration” of ammonia is a concept including isolating ammonia from an ammonia-containing gas.
  • the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizing apparatus may be further purified using an ammonia purifying apparatus after the ammonia is concentrated by the ammonia concentrating apparatus.
  • the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizer contains unreacted hydrogen and unreacted nitrogen.
  • the production system of the present invention further includes a recycle device that recovers unreacted hydrogen and nitrogen downstream of the ammonia synthesizer and recycles the recovered gas upstream of the ammonia synthesizer.
  • a recycling apparatus may be provided in the culture apparatus. Details of the recycling apparatus will be described later with reference to the drawings.
  • ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizer is concentrated and supplied to the culture apparatus as concentrated ammonia gas or liquid ammonia (or ammonia water as necessary), unreacted hydrogen in the ammonia concentrator And nitrogen can be selectively recovered, and a recycling device may be provided in the ammonia concentrator.
  • the recycling device is not particularly limited as long as it can recover unreacted hydrogen and nitrogen, and the recovered gas containing hydrogen and nitrogen can be recycled to the upstream side of the ammonia synthesizer.
  • a known recycling device is used. You can do it.
  • the recycling device may include a recovered gas conduit and a pump for transferring the recovered gas.
  • the recycling apparatus includes a dehydrating apparatus that removes moisture in the collected gas.
  • the dehydration apparatus is not particularly limited as long as the water content in the recovered gas can be reduced to a value that does not adversely affect the catalytic performance of the supported ruthenium catalyst used in the present invention, and a known dehydration apparatus is used. It's okay. For example, a device that condenses and removes moisture by cooling the recovered gas can be used.
  • the recycling apparatus may use a drying apparatus, and may include a drying apparatus in addition to or instead of the dehydrating apparatus.
  • the drying device is not particularly limited as long as it has a function of further reducing the moisture content in the recovered gas, and a known drying device may be used.
  • an apparatus that dehydrates the recovered gas by contacting it with a hygroscopic agent is not particularly limited.
  • chemicals such as calcium chloride, diphosphorus pentoxide, and anhydrous copper sulfate are available.
  • Physical hygroscopic agents physical hygroscopic agents such as silica gel, alumina gel and zeolite.
  • the culture apparatus cultivates a microorganism having an ability to produce an organic compound using ammonia derived from the ammonia-containing gas obtained by the ammonia synthesizer.
  • a technique for producing an organic compound by culturing a microorganism capable of producing an organic compound is widely known.
  • the present invention can be widely applied to such a microbial fermentation technique.
  • organic compounds produced in microbial fermentation include amino acids, organic acids, polysaccharides, proteins, antibiotics, and alcohols.
  • amino acids include glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, threonine, cysteine, cystine, methionine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, proline, hydroxyproline, asparagine, glutamine, aspartic acid, glutamic acid, lysine, histidine, Arginine is mentioned.
  • Examples of the organic acid include acetic acid, lactic acid, pyruvic acid, succinic acid, malic acid, itaconic acid, citric acid, acrylic acid, propionic acid, and fumaric acid.
  • Examples of the polysaccharide include xanthan, dextran, alginate, hyaluronic acid, curdlan, gellan, scleoglucan, and pullulan.
  • proteins include hormones, lymphokines, interferons, and enzymes (amylase, glucoamylase, invertase, lactase, protease, lipase, etc.).
  • Antibiotics include, for example, antibacterial agents ( ⁇ -lactams, macrolides, ansamycins, tetracyclines, chloramphenicol, peptide antibiotics, aminoglycosides, etc.), antifungal agents (polyoxin B, griseofulvin, polyene macrolides, etc.) , Anti-cancer drugs (daunomycin, adriamycin, dactinomycin, misramycin, bleomycin, etc.), protease / peptidase inhibitors (leupeptin, antipine, pepstatin, etc.), cholesterol biosynthesis inhibitors (compactin, lovastatin, pravastatin, etc.) Can be mentioned.
  • antibacterial agents ⁇ -lactams, macrolides, ansamycins, tetracyclines, chloramphenicol, peptide antibiotics, aminoglycosides, etc.
  • antifungal agents polyoxin B, griseofulvin
  • Examples of the alcohol include ethanol, isopropanol, glycerin, propylene glycol, trimethylene glycol, 1-butanol, and sorbit.
  • Examples of organic compounds produced in microbial fermentation also include acrylamide, diene compounds (such as isoprene), and pentanediamine.
  • Microorganisms capable of producing organic compounds include 1) microorganisms that are inherently capable of producing organic compounds, and 2) organic compounds that are inherently not or substantially not capable of producing organic compounds. This includes both microorganisms that have been introduced by gene recombination and have acquired the ability to produce organic compounds. Regarding microorganisms having the ability to produce organic compounds, various microorganisms are known depending on the type of organic compound, and these known microorganisms may be widely used in the present invention. In addition, as long as ammonia can be used as a nitrogen source or a pH adjuster during culture, the present invention can be widely applied to microorganisms to be developed in the future.
  • the microorganism is not particularly limited as long as it has the ability to produce organic compounds, but bacteria or fungi are preferred.
  • bacteria include Escherichia bacteria, Pantoea bacteria, Corynebacterium bacteria, Enterobacter bacteria, Clostridium bacteria, and Bacillus bacteria. , Lactobacillus genus bacteria, Streptomyces genus bacteria, Streptococcus genus bacteria, Pseudomonas genus bacteria.
  • the fungi include, for example, Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Yarrowia, Trichoderma, Aspergillus, Aspergillus, and Aspergillus Examples include the genus Mucor.
  • Examples of bacteria belonging to the genus Escherichia include Escherichia coli and the like.
  • Pantoea bacteria include Pantoea ananatis and the like.
  • Examples of bacteria belonging to the genus Corynebacterium include Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium ammoniagenes, and the like.
  • Examples of Enterobacter bacteria include, for example, Enterobacter aerogenes.
  • Examples of bacteria belonging to the genus Clostridium include Clostridium acetobutylicum.
  • Examples of bacteria belonging to the genus Bacillus include Bacillus subtilis and Bacillus amyloliquefaciens.
  • Examples of bacteria belonging to the genus Lactobacillus include Lactobacillus yamanasiensis, Lactobacillus animalis, Lactobacillus bilgaris, and Lactobacillus bilgaris Lactobacillus.
  • Examples of bacteria belonging to the genus Streptomyces include Streptomyces clavuligerus, Streptomyces venezuela, and Streptomyces pisteus c.
  • Examples of the genus Streptococcus include Streptococcus equi, Streptococcus mutans, and the like.
  • Examples of the genus Pseudomonas include, for example, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas pelomonas, Pseudomonas pelomonas, and Pseudomonas erodeu.
  • Examples of the genus Saccharomyces include Saccharomyces cerevisiae.
  • Examples of the genus Schizosaccharomyces include Schizosaccharomyces pombe.
  • Examples of the genus Yarrowia include Yarrowia lipolytica.
  • Examples of the genus Trichoderma include Trichoderma reesei.
  • Examples of Aspergillus genus bacteria include Aspergillus terreus and Aspergillus oryzae.
  • Examples of the genus Fusarium include Fusarium heterosporum and the like.
  • Examples of the genus Mucor include Mucor javanicus and the like.
  • microorganisms When producing amino acids in the production system of the present invention, examples of microorganisms that can be suitably used include the following.
  • the target substance is L-lysine, Escherichia coli AJ11442 (NRRL B-12185, FERM BP-1543) (see US Pat. No. 4,346,170), Brevibacterium lactofermentum AJ3990 (ATCC 31269) ( U.S. Pat. No. 4,066,501), Lys producing bacterium WC196LC / pCABD2 (International Publication No. 2010/061890), and the like.
  • WC196 ⁇ cadA ⁇ ldc is a strain constructed by disrupting the cadA and ldcC genes encoding lysine decarboxylase from the WC196 strain.
  • WC196 ⁇ cadA ⁇ ldc / pCABD2 is a strain constructed by introducing plasmid pCABD2 (US Pat. No. 6,040,160) containing a lysine biosynthesis gene into WC196 ⁇ cadA ⁇ ldc.
  • WC196 ⁇ cadA ⁇ ldc is named AJ110692, and on October 7, 2008, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary Center (now National Institute of Technology and Evaluation, Patent Biological Depositary Center, ZIP Code: 292-0818) , Address: 2-5-8, Kazusa Kamashishi, Kisarazu City, Chiba, Japan (Room 120). Deposited under the deposit number FERM BP-11027.
  • Escherichia coli VKPM B-3996 (RIA 1867, VKPM B-3996) (see US Pat. No. 5,175,107), Corynebacterium acetoaside film AJ12318 (FERM BP-1172) (See U.S. Pat. No.
  • L-lactic acid is Lactobacillus yamanasiensis, Lactobacillus animalis, Saccharomyces cerevisiae, etc.
  • pyruvate is Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens, etc.
  • succinic acid is Escherichia. ⁇ Cori, Pantoea ananatis, etc.
  • itaconic acid Aspergillus terreus, etc.
  • citric acid Escherichia coli, etc. (for example, International Publication No. 2007/097260, JP 2010-187542 A) reference).
  • microorganisms When producing a polysaccharide in the production system of the present invention, examples of microorganisms that can be suitably used include the following.
  • the target substance is dextran, it is Lactobacillus hirugardi, Streptococcus mutans, etc.
  • when it is alginate it is Pseudomonas aeruginosa, etc.
  • when it is hyaluronic acid it is Streptococcus equi, Streptococcus mutans, etc.
  • Pseudomonas erodea or the like (see, for example, JP 2011-116825 A and JP 2007-9092 A).
  • microorganisms When producing proteins in the production system of the present invention, examples of microorganisms that can be suitably used include the following.
  • the target substance is various hormones, interferon, Saccharomyces cerevisiae, etc., amylase, glucoamylase, protease, lipase, Bacillus subtilis, Aspergillus oryzae, etc., invertase, lactase, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae (see, for example, International Publication No. 2006/67511, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-153696).
  • microorganisms When producing antibiotics in the production system of the present invention, examples of microorganisms that can be suitably used include the following.
  • the target substance is ⁇ -lactam such as penicillin, it is Pseudomonas putida, Streptomyces crabriggers, etc., and when it is a macrolide such as erythromycin or azithromycin, it is Streptomyces venezuela, etc., and daunomycin Is Streptomyces piusettius or the like
  • pravastatin is Streptomyces club ligels or the like (for example, International Publication No. 96/10084, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-53589, International Publication No. 2005/54265). , International Publication No. 2007/147827).
  • microorganisms When producing alcohol in the production system of the present invention, examples of microorganisms that can be suitably used include the following.
  • the target substance is ethanol
  • Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Lactobacillus brevis and the like are used
  • Trimethylene glycol is used, Escherichia coli and the like are used (see, for example, International Publication No. 2007/97260).
  • the medium for culturing microorganisms preferably contains a carbon source and a nitrogen source for conversion to an organic compound.
  • the carbon source include carbohydrates such as monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides, and polysaccharides; invert sugar obtained by hydrolyzing sucrose; glycerol; carbon atoms such as methanol, formaldehyde, formate, carbon monoxide, and carbon dioxide Compound of number 1; oil such as corn oil, palm oil, soybean oil; acetate; animal oil; animal oil; fatty acid such as saturated fatty acid and unsaturated fatty acid; lipid; phospholipid; glycerolipid; monoglyceride, diglyceride, triglyceride, etc.
  • Glycerin fatty acid esters polypeptides such as microbial proteins and plant proteins; renewable carbon sources such as hydrolyzed biomass carbon sources; yeast extracts; and combinations thereof.
  • the nitrogen source include inorganic nitrogen sources such as ammonia, ammonium salts, nitric acid and nitrates; organic nitrogen sources such as urea, amino acids and proteins; and combinations thereof.
  • a culture medium contains an inorganic ion and another organic trace component as needed in addition to a carbon source and a nitrogen source. Conventionally known arbitrary components may be used as such inorganic ions and other organic trace components.
  • the medium may be a natural medium or a synthetic medium.
  • Culture conditions are not particularly limited as long as the target organic compound can be produced, and standard microorganism culture conditions may be used.
  • the culture temperature is preferably 20 ° C. to 37 ° C.
  • the culture method a known method such as a batch culture method, a fed-batch culture method, or a continuous culture method may be used.
  • the liquid depth (medium depth) in the culture apparatus may be appropriately determined according to the characteristics of the microorganism. For example, in aerobic culture, when it is necessary to keep the medium stationary for the growth of microorganisms, a culture apparatus (culture tank) with a small liquid depth may be used. When the amount of oxygen required is large, a deep culture apparatus that supplies air to the culture medium by directly ventilating air into a stirring tank or a bubble column may be used.
  • the method for supplying ammonia to the culture device is not particularly limited, and may be supplied to the gas phase of the culture device or supplied to the medium according to the form of ammonia (ammonia gas, liquid ammonia, ammonia water). Good.
  • ammonia is converted into an ammonia-derived nitrogen-containing compound (ammonium salt, urea, nitric acid, nitrate) and then supplied to the culture apparatus, it may be supplied into the medium.
  • Supply of ammonia or the nitrogen-containing compound derived from ammonia can be carried out according to a known method.
  • the amount of ammonia or ammonia-derived nitrogen-containing compound supplied to the culture apparatus may be determined according to the specific design of the culture apparatus including the type of microorganism having the ability to produce organic compounds.
  • FIG. 1 shows a production system 1000 including a raw material gas production apparatus 101, an ammonia synthesis apparatus 102, an ammonia concentration apparatus 103 selected from a pressure cooling apparatus and a PSA apparatus, and a culture apparatus 203.
  • the hydrogen gas raw material 1 and the air 2 are supplied to the raw material gas manufacturing apparatus 101.
  • the hydrogen gas raw material 1 hydrocarbons (for example, coal, petroleum, natural gas, biomass) and water may be used according to the hydrogen production process in the raw material gas production apparatus 101.
  • the hydrogen production process is as follows. 1) After converting hydrocarbons into gas containing CO and H 2 by steam reforming reaction, partial oxidation reaction, or a combination thereof, CO shift reaction, de-CO 2 2 ) A method of performing treatment, 2) a method of electrolyzing water, and 3) a method of decomposing water using a photocatalyst.
  • nitrogen is also produced. Nitrogen may be prepared by separating nitrogen from air using a nitrogen separation membrane or a cryogenic separation method. Or when preparing hydrogen using the partial oxidation reaction of a hydrocarbon, you may utilize the nitrogen in the air used as an oxygen source.
  • the raw material gas 3 containing hydrogen and nitrogen produced by the raw material gas production device 101 is supplied to the ammonia synthesis device 102.
  • an ammonia-containing gas is synthesized by reacting a source gas containing hydrogen and nitrogen in the presence of a supported ruthenium catalyst.
  • the synthesized ammonia-containing gas 4 is supplied to an ammonia concentrating device 103 selected from a pressurized cooling device and a PSA device.
  • an ammonia concentrating device 103 selected from a pressurized cooling device and a PSA device.
  • the ammonia concentrating device 103 is a pressure cooling device, liquid ammonia 6 is obtained.
  • the ammonia concentrating device 103 is a PSA device, concentrated ammonia gas 6 is obtained.
  • the obtained liquid ammonia or concentrated ammonia gas may be stored in a storage tank (not shown).
  • the obtained liquid ammonia or concentrated ammonia gas 6 is supplied to the culture apparatus 203.
  • An appropriate medium is introduced into the culture apparatus 203 according to the type of microorganism having the ability to produce organic compounds, and air 13 is supplied as necessary.
  • ammonia 6 is used as a nitrogen source or a pH adjuster.
  • the organic compound or microorganism 14 can be produced by culturing a microorganism capable of producing an organic compound.
  • the manufacturing system 1000 shown in FIG. 1 recovers unreacted hydrogen and nitrogen separated by the ammonia concentrator 103 and recycles the recovered gas 5 upstream of the ammonia synthesizer 102 (not shown). Prepared).
  • FIG. 2 shows a production system 1001 including a raw material gas production apparatus 101, an ammonia synthesis apparatus 102, gas separation membrane apparatuses (ammonia concentration apparatuses) 104 and 105, and a culture apparatus 203.
  • the raw material gas production apparatus 101, the ammonia synthesis apparatus 102, and the culture apparatus 203 are as described above.
  • the manufacturing system 1001 includes gas separation membrane devices 104 and 105 as an ammonia concentrating device.
  • the hydrogen gas separation membrane 104 and the nitrogen gas separation membrane 105 can be used in combination.
  • the concentrated ammonia gas 6 is obtained.
  • the obtained concentrated ammonia gas may be stored in a storage tank (not shown).
  • the manufacturing system 1001 shown in FIG. 2 collects unreacted hydrogen and nitrogen separated by the gas separation membrane devices 104 and 105, and recycles the collected gas 5 to the upstream side of the ammonia synthesis device 102. Is provided.
  • FIG. 3 shows a production system 1002 including a raw material gas production apparatus 101, an ammonia synthesis apparatus 102, a cooler 106, and a culture apparatus 203.
  • the raw material gas production apparatus 101 and the ammonia synthesis apparatus 102 are as described above.
  • the ammonia-containing gas 4 obtained by the ammonia synthesizer 102 is cooled by the cooler 106.
  • the cooled ammonia-containing gas 6 is supplied to a premixer 204 provided in the culture apparatus 203.
  • the culture apparatus 203 includes a premixer 204.
  • a medium is circulated between the premixer 204 and the culture tank of the culture apparatus 203.
  • ammonia is premixed in the circulating medium. Thereby, the medium mixed with ammonia is supplied to the culture tank of the culture apparatus 203.
  • the cooled ammonia-containing gas 6 contains unreacted hydrogen and nitrogen.
  • the production system 1002 includes a recycling device that recovers unreacted hydrogen and nitrogen in the premixer 204 and recycles the recovered gas 15 upstream of the ammonia synthesis device 102. Further, the recovered gas 15 contains moisture derived from the culture medium.
  • the recycling apparatus includes a dehydrating apparatus 107 that removes moisture in the collected gas 15.
  • the manufacturing system 1002 also includes a drying device 108 for further drying the collected gas 15.
  • FIG. 4 shows a production system 1003 including a raw material gas production apparatus 101, an ammonia synthesis apparatus 102, a cooler 106, an ammonia water production apparatus 201, an ammonia stripping apparatus 205, and a culture apparatus 203.
  • the raw material gas production apparatus 101, the ammonia synthesis apparatus 102, the cooler 106, and the culture apparatus 203 are as described above.
  • the ammonia-containing gas 4 obtained by the ammonia synthesizer 102 is cooled by the cooler 106.
  • the cooled ammonia-containing gas 6 is supplied to the ammonia water production apparatus 201.
  • Water 7 is also supplied to the ammonia water production apparatus 201.
  • ammonia water 8 can be produced by dissolving ammonia in the cooled ammonia-containing gas 6 in water 7.
  • the method and conditions for dissolution are not particularly limited as long as ammonia water having a desired concentration can be produced, and known methods and conditions may be used.
  • the cooled ammonia-containing gas 6 contains unreacted hydrogen and nitrogen.
  • the manufacturing system 1003 includes a recycling device that recovers unreacted hydrogen and nitrogen in the ammonia water manufacturing apparatus 201 and recycles the recovered gas 9 upstream of the ammonia synthesis apparatus 102. Further, the recovered gas 9 contains moisture derived from the water 7 used in the ammonia water production apparatus 201.
  • the recycling apparatus includes a dehydrating apparatus 107 that removes moisture in the collected gas 9.
  • the manufacturing system 1003 also includes a drying device 108 for further drying the collected gas 9.
  • the manufactured ammonia water 8 is further used for manufacturing organic compounds or microorganisms.
  • the produced ammonia water 8 is supplied to the ammonia stripping device 205 to recover ammonia gas from the ammonia water.
  • the ammonia stripping device 205 is not particularly limited as long as ammonia gas can be recovered from the ammonia water, and a known stripping device may be used.
  • the organic compound or the microorganism 14 can be produced by culturing a microorganism capable of producing an organic compound in the culture device 203. .
  • the water 12 removed by the ammonia stripping device 205 may be merged with the water 7 as shown in FIG.
  • the ammonia water 8 produced by the ammonia water production apparatus 201 it is also possible to transport the ammonia water 8 produced by the ammonia water production apparatus 201 to produce organic compounds or microorganisms at geographically distant locations.
  • ammonia is supplied to the culture apparatus 203 as a nitrogen source or a pH adjuster, but ammonia is converted into other nitrogen-containing compounds (ammonium salt, urea, nitric acid, nitrate). Thereafter, the nitrogen-containing compound may be supplied to the culture apparatus 203.
  • a hydrogen supply apparatus such as a hydrogen cylinder or a hydrogen tank and a nitrogen supply apparatus such as a nitrogen cylinder or a nitrogen tank may be used.
  • the concentrated ammonia 6 such as liquid ammonia or concentrated ammonia gas is supplied to the culture apparatus 203 after being converted to ammonia water.
  • the present invention also provides a novel method for producing organic compounds or microorganisms.
  • the production method of the present invention is characterized in that it does not involve (or minimizes) the transport of liquid ammonia.
  • the method for producing an organic compound or microorganism of the present invention comprises: (A) a step of synthesizing an ammonia-containing gas by reacting a raw material gas containing hydrogen and nitrogen in the presence of a supported ruthenium catalyst, and (B) production of an organic compound using the ammonia derived from the obtained ammonia-containing gas.
  • the conditions (temperature, pressure, etc.) for synthesizing the supported ruthenium catalyst, raw material gas, ammonia-containing gas, and ammonia-containing gas used in the step (A) are as described in [Production System].
  • the organic compound or microorganism produced in the step (B) and the production method thereof are as described in [Production System].
  • the advantageous effects described for the manufacturing system of the present invention are similarly applied to the manufacturing method of the present invention.
  • step (A) and the step (B) are carried out continuously.
  • “continuously carrying out step (A) and step (B)” means carrying out step (B) without transporting the ammonia-containing gas synthesized in step (A) as liquid ammonia. It means to do.
  • “Transported as liquid ammonia” means transportation between two geographically separated points by pipeline, aviation, ship, automobile, etc., and includes transportation of organic compounds or microorganisms within the production base. Absent.
  • the production method of the present invention may further include a step of producing a source gas containing hydrogen and nitrogen from a hydrogen gas source and air.
  • the method for producing the hydrogen gas raw material and the raw material gas is as described in [Production System].
  • the production method of the present invention may further include a step of concentrating ammonia in the ammonia-containing gas obtained in step (A).
  • the method for concentrating ammonia in the ammonia-containing gas is as described in [Production System].
  • the production method of the present invention may further include a step of recovering unreacted hydrogen and nitrogen and recycling the recovered gas to the step (A) (hereinafter referred to as “step (C)”).
  • step (C) may include a dehydration process and / or a drying process that removes moisture in the recovered gas.
  • the method of dehydration treatment and drying treatment is as described in [Manufacturing System].
  • ammonia water is produced using ammonia derived from the ammonia-containing gas obtained in step (A), and the obtained ammonia water is used in step (B). Then, the microorganism having the ability to produce organic compounds is cultured.
  • ammonia water is produced using ammonia derived from the ammonia-containing gas obtained in step (A), and ammonia gas is recovered from the obtained ammonia water. Then, the recovered ammonia gas is used in the step (B) to cultivate microorganisms capable of producing organic compounds.
  • the production method of the present invention may further include collecting a metabolite from the medium after completion of the culture.
  • the method for collecting metabolites is not particularly limited, and metabolites can be collected by combining conventionally known ion exchange resin methods, precipitation methods, and other methods.
  • the amount of Cs 2 CO 3 was adjusted so that the element ratio of Cs and Ru was 1: 1.
  • the solvent was removed by a rotary evaporator, and evacuation treatment was carried out at room temperature for 12 hours to obtain a Cs—MgO catalyst (powder) carrying 2 wt% of Ru metal particles.
  • the resulting catalyst had a BET specific surface area of 12 m 2 / g and a Ru dispersity (%) measured by the CO adsorption method of 25.
  • ⁇ Ammonia synthesis reaction> A synthesis reaction was performed in which ammonia gas (NH 3 ) was produced by reacting nitrogen gas (N 2 ) and hydrogen gas (H 2 ).
  • 0.1 g of the catalyst obtained by the above method was packed in a glass tube, and a synthesis reaction was performed in a fixed bed flow type reactor.
  • the gas flow rates were set to N 2 : 15 mL / min, H 2 : 45 mL / min, and a total of 60 mL / min, and the reaction was performed at a reaction temperature of 340 ° C. and a pressure of atmospheric pressure.
  • the gas coming out from the flow reactor was bubbled into a 0.005 M sulfuric acid aqueous solution, the produced ammonia was dissolved in the solution, and the resulting ammonium ions were quantified by ion chromatography.
  • the TOF ( ⁇ 10 ⁇ 3 s ⁇ 1 ) was 13.3.
  • Ru 3 (CO) 12 purity 99%, manufactured by Aldrich, product number 245011
  • a solvent so that the Ru loading is 6 wt% with respect to the Ru—Cs / MgO catalyst, and at room temperature
  • the mixture was stirred for 4 hours, and Mg metal was impregnated with Ru metal.
  • the mixture was dried at 40 ° C. and 16.0 kPa for 7 hours (1.01 g). 0.81 g of the dried sample was placed in 100 mL of dehydrated ethanol.
  • the gas coming out from the flow reactor was passed through water cooled to about 3 ° C., the production rate of ammonia was 3734 ⁇ mol ⁇ 1 h ⁇ 1 , the produced NH 3 was dissolved in water, and the produced NH 3 was dissolved in water, and an aqueous ammonia solution 1 (liquid amount 200 g, NH 4 + amount 1.60 g) was obtained in about 109 hours.
  • Example 1 Ammonia gas synthesized in Reference Example 1 is dissolved in water to obtain aqueous ammonia.
  • Ammonia gas was recovered from the obtained ammonia water using an ammonia stripping apparatus, and E. E. coli MG1655 is cultured.
  • the growth curve shows that the ammonia gas obtained in the present invention can be used for fermentation and culture production.
  • Example 2 L-lysine production culture was performed using the aqueous ammonia solution 1 and E. coli produced in Reference Example 2. The following media were used for the culture.
  • the Lys-producing bacterium WC196 ⁇ cadA ⁇ ldc / pCABD2 was cultured at 37 ° C. overnight on an LB agar medium supplemented with streptomycin to a final concentration of 80 mg / L. All bacterial cells on a 90 mm diameter plate were scraped from the agar medium after the culture and suspended in 3 mL of physiological saline to prepare a bacterial solution.
  • Example 3 In Example 2, the Lys aqueous medium was changed to the following Lys ammonium sulfate medium. Except for the above, L-lysine production culture was carried out in the same manner as in Example 2.
  • Lys ammonium sulfate medium Glucose: 20 g / L, (NH 4 ) 2 SO 4 : 12 g / L (using ammonium sulfate solution 1 prepared in Reference Example 3), MgSO 4 .7H 2 O: 1 g / L, KH 2 PO 4 : 1 g / L , Yeast extract: 2 g / L, FeSO 4 ⁇ 7H 2 O: 0.01 g / L, MnSO 4 ⁇ 5H 2 O: 0.008 g / L, adjusted to pH 7.0 using KOH
  • Example 2 the aqueous ammonia solution 1 in the Lys-anhydrous medium was changed to a commercially available aqueous ammonia solution (product number 13370-0301, manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.). Except for the above, L-lysine production culture was carried out in the same manner as in Example 2.
  • Example 3 the ammonium sulfate solution 1 in the Lys ammonium sulfate medium was changed to a commercially available ammonium sulfate solution (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd., product number 83110-0367). Except for the above, L-lysine production culture was carried out in the same manner as in Example 3.
  • Example 4 Using the aqueous ammonia solution Corynebacterium glutamicum prepared in Reference Example 2, L-glutamic acid production culture was performed. The following media were used for the culture.
  • CM-Ace agar medium Glucose: 2.5 g / L, fructose: 2.5 g / L, sodium gluconate: 4 g / L, sodium succinate ⁇ 6H 2 O: 2 g / L, peptone: 10 g / L, Yeast Extract: 10 g / L, KH 2 PO 4 : 1 g / L, MgSO 4 ⁇ 7H 2 O: 0.4 g / L, FeSO 4 ⁇ 7H 2 O: 0.01 g / L, MnSO 4 ⁇ 5H 2 O: 0.01 g / L, Urea: 4 g / L, bean filtrate (soybean hydrolyzate): 1.2 g / L (TN), biotin: 1 mg / L, vitamin
  • a Glu-producing bacterium 2256 ⁇ ldhA ⁇ sucA yggB * of Corynebacterium glutamicum was cultured overnight at 31.5 ° C. on a CM-Ace agar medium.
  • a 1/24 plate of cells was scraped from the cultured agar medium, and 5 ml of Glu Aqueous medium supplemented with calcium carbonate that had been preliminarily sterilized by dry heat to a final concentration of 30 g / L.
  • the test tube was inoculated and cultured with shaking at 31.5 ° C. and 120 rpm for 24 hours.
  • Example 5 In Example 4, the Glu ammonium sulfate culture medium was changed to the following Glu ammonium sulfate culture medium. Except for the above, L-glutamic acid production culture was carried out in the same manner as in Example 4.
  • [Glu ammonium sulfate medium] Glucose: 40 g / L, (NH 4 ) 2 SO 4 : 15 g / L (using ammonium sulfate solution 1 prepared in Reference Example 3), KH 2 PO 4 : 1 g / L, MgSO 4 .7H 2 O: 0.4 g / L, FeSO 4 ⁇ 7H 2 O: 0.01 g / L, MnSO 4 ⁇ 5H 2 O: 0.01 g / L, Vitamin B1: 200 ⁇ g / L, Biotin: 300 ⁇ g / L, Bean filtrate: 0.48 g / L Adjust to pH 8.0 using L (TN), KOH
  • Example 4 the aqueous ammonia solution 1 in the Glu-an aqueous medium was changed to a commercially available aqueous ammonia solution (product number 13370-0301, manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.). Except for the above, L-glutamic acid production culture was carried out in the same manner as in Example 4.
  • Example 5 the ammonium sulfate solution 1 in the Glu ammonium sulfate medium was changed to a commercially available ammonium sulfate solution (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd., product number 83110-0367). Except for the above, L-glutamic acid production culture was carried out in the same manner as in Example 5.

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Abstract

　微生物発酵による有機化合物の製造又は微生物の製造に際して液体アンモニアの輸送を伴わない（あるいは最小限に抑えることができる）、新規な製造システムを提供する。　担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成するアンモニア合成装置と、　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する培養装置と、 を含む、有機化合物又は微生物の製造システム。

Description

有機化合物又は微生物の製造システム及び製造方法
　本発明は、有機化合物又は微生物の製造システム及び製造方法に関する。
　有機化合物の生産能を有する微生物を培養して有機化合物を製造する技術は広く知られている。例えば、アミノ酸生産能を有する細菌を培養してアミノ酸を製造する技術に関しては多くの文献が存在し（例えば、特許文献１、２、非特許文献１）、既にアミノ酸の世界流通量の過半は斯かるアミノ酸発酵法により製造されるに至っている。アミノ酸の他、多糖類、タンパク質、抗生物質、アルコール、アクリルアミドやジエン化合物など、種々の有機化合物を微生物発酵により製造する技術が知られており、現在も研究開発が進められている。
　微生物発酵においては、窒素源やｐＨ調整剤として、一般に、アンモニア及びアンモニア由来含窒素化合物（例えば、アンモニウム塩、尿素、硝酸、硝酸塩など）が使用される（非特許文献２）。
国際公開第２００６／０３８６９５号 特開２０１０－０１７０８２号公報
"アミノ酸発酵技術の系統化調査"、国立科学博物館　技術の系統化調査報告　第１１集、独立行政法人　国立科学博物館、２００８年３月１９日、５５－９０頁 "発酵工学の基礎　実験室から工場まで"、学会出版センター、１９８８年９月、７８－８１頁
　微生物発酵による有機化合物の生産量は世界的に拡大しており、窒素源やｐＨ調整剤として使用されるアンモニア量も増大する傾向にある。
　アンモニアは、主としてハーバー・ボッシュ（Ｈａｂｅｒ－Ｂｏｓｃｈ）法による大規模生産プロセスにより製造されている。ハーバー・ボッシュ法では、Ｆｅ３Ｏ４に数重量％のＡｌ２Ｏ３とＫ２Ｏを添加した二重促進鉄（ｄｏｕｂｌｙ　ｐｒｏｍｏｔｅｄ　ｉｒｏｎ）触媒を用いて、水素と窒素を含む原料ガスを、４００℃～６００℃、２０ＭＰａ～１００ＭＰａの高温高圧条件にて反応させてアンモニアを合成する。
　微生物発酵の他、各種化学品の原料、肥料に使用されるアンモニアの世界的需要は増大しており、アンモニア合成プラントはますます大型化されている。このような大規模生産プロセスによるアンモニアの合成においては、得られたアンモニアを液化・貯蔵して、アンモニア消費地まで液体アンモニアとして輸送することを前提としている。アンモニア合成自体のコストに加え、液体アンモニアの貯蔵・輸送・保安に伴うコストも要することから、アンモニア価格は高止まりの傾向にある。
　微生物発酵プロセスの大規模化を進めるに際して、窒素源やｐＨ調整剤に使用されるアンモニアを安価に且つ十分な量にて入手することが望まれている。
　本発明は、微生物発酵による有機化合物の製造に際して液体アンモニアの輸送を伴わない（あるいは最小限に抑えることができる）、新規な製造システム及び製造方法を提供することを課題とする。
　なお、微生物発酵において、微生物は、炭素源、窒素源等を利用して自らも増殖する。斯かる意味において、本発明は、微生物の製造に際して液体アンモニアの輸送を伴わない（あるいは最小限に抑えることができる）、新規な製造システム及び製造方法を提供することを課題とする。
　本発明は以下の内容を含む。
［１］　担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成するアンモニア合成装置と、
　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する培養装置と、
を含む、有機化合物又は微生物の製造システム。
［２］　アンモニア合成装置において、５３０℃以下の反応温度、３０ＭＰａ以下の反応圧力の条件にて原料ガスを反応させる、［１］に記載の製造システム。
［３］　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮するアンモニア濃縮装置をさらに含む、［１］又は［２］に記載の製造システム。
［４］　アンモニア合成装置の下流側において、未反応の水素と窒素を回収し、回収したガスをアンモニア合成装置の上流側にリサイクルするリサイクル装置をさらに含む、［１］～［３］のいずれかに記載の製造システム。
［５］　リサイクル装置が、回収したガス中の水分を除去する脱水装置及び／又は乾燥装置を含む、［４］に記載の製造システム。
［６］　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水を用いて有機化合物の生産能を有する微生物を培養する、［１］～［５］のいずれかに記載の製造システム。
［７］　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水からアンモニアガスを回収し、回収されたアンモニアガスを用いて有機化合物の生産能を有する微生物を培養する、［１］～［５］のいずれかに記載の製造システム。
［８］　培養装置において、窒素源又はｐＨ調整剤としてアンモニアを使用する、［１］～［７］のいずれかに記載の製造システム。
［９］　微生物が、アミノ酸、有機酸、多糖類、タンパク質、抗生物質、及びアルコールからなる群から選択される有機化合物の生産能を有する、［１］～［８］のいずれかに記載の製造システム。
［１０］　微生物が、細菌又は真菌である、［１］～［９］のいずれかに記載の製造システム。
［１１］　（Ａ）担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成する工程、及び
　（Ｂ）得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する工程
を含む、有機化合物又は微生物の製造方法。
［１２］　工程（Ａ）と工程（Ｂ）を連続的に実施する、［１１］に記載の方法。
［１３］　工程（Ａ）において、５３０℃以下の反応温度、３０ＭＰａ以下の反応圧力の条件にて原料ガスを反応させる、［１１］又は［１２］に記載の方法。
［１４］　工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮する工程をさらに含む、［１１］～［１３］のいずれかに記載の方法。
［１５］　工程（Ａ）の後に、未反応の水素と窒素を回収し、回収したガスを工程（Ａ）にリサイクルする工程をさらに含む、［１１］～［１４］のいずれかに記載の方法。
［１６］　リサイクルする工程において、回収したガス中の水分を除去する脱水処理及び／又は乾燥処理を実施する、［１５］に記載の方法。
［１７］　工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水を工程（Ｂ）において使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する、［１１］～［１６］のいずれかに記載の方法。
［１８］　工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水からアンモニアガスを回収し、回収されたアンモニアガスを工程（Ｂ）において使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する、［１１］～［１６］のいずれかに記載の方法。
［１９］　工程（Ｂ）において、窒素源又はｐＨ調整剤としてアンモニアを使用する、［１１］～［１８］のいずれかに記載の方法。
［２０］　微生物が、アミノ酸、有機酸、多糖類、タンパク質、抗生物質、及びアルコールからなる群から選択される有機化合物の生産能を有する、［１１］～［１９］のいずれかに記載の方法。
［２１］　微生物が、細菌又は真菌である、［１１］～［２０］のいずれかに記載の方法。
　本発明によれば、液体アンモニアの輸送を伴わない（あるいは最小限に抑えることができる）、有機化合物又は微生物の新規な製造システム及び製造方法を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態における製造システムを示す概略図（１）である。 図２は、本発明の一実施形態における製造システムを示す概略図（２）である。 図３は、本発明の一実施形態における製造システムを示す概略図（３）である。 図４は、本発明の一実施形態における製造システムを示す概略図（４）である。
　以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
　［製造システム］
　本発明は、有機化合物又は微生物の新規な製造システムを提供する。
　先述のとおり、大規模生産プロセスによるアンモニア合成においては、合成したアンモニアを液化・貯蔵して、アンモニア消費地まで液体アンモニアとして輸送することを前提としており、液体アンモニアの貯蔵・輸送・保安に伴う周辺コストが嵩む傾向にあった。
　本発明においては、微生物発酵に必要な窒素源又はｐＨ調整剤として使用されるアンモニアを、当該微生物発酵を実施する地において製造（すなわち、オンサイト製造）する。これにより、液体アンモニアの貯蔵・輸送を介さずに、微生物発酵により有機化合物又は微生物を製造することができる。
　一実施形態において、本発明の有機化合物又は微生物の製造システムは、
　担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成するアンモニア合成装置と、
　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する培養装置と、
を含む。
　＜アンモニア合成装置＞
　本発明の製造システムにおいて、アンモニア合成装置は、担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成する。
　先述のとおり、アンモニアは現在、主にハーバー・ボッシュ法により製造されている。ハーバー・ボッシュ法では、二重促進鉄触媒を用いて、水素と窒素を含む原料ガスを、４００℃～６００℃、２０ＭＰａ～１００ＭＰａの高温高圧条件にて反応させてアンモニアを合成する。
　本発明の製造システムでは、アンモニア合成触媒として担持ルテニウム触媒を使用する。担持ルテニウム触媒は、ハーバー・ボッシュ法で使用される二重促進鉄触媒に比して、低圧条件下においても高いアンモニア合成活性を呈することが可能である。
　担持ルテニウム触媒において、担体としては、ルテニウムを担持することができ、かつ、アンモニア合成におけるルテニウムの触媒能を阻害しない限り、特に限定されず、公知の担体を使用してよい。担体としては、例えば、酸化ケイ素（シリカ）、酸化亜鉛、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化マグネシウム（マグネシア）、酸化インジウム、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化チタン（チタニア）、酸化ホウ素、酸化ハフニウム、酸化バリウム、酸化セリウム（セリア）、ゼオライト等の酸化物；窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化マグネシウム等の窒化物；活性炭が挙げられる。担体は、１種単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
　担持ルテニウム触媒は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素からなる群から選択される１種以上の元素を助触媒成分として含んでもよい。
　担持ルテニウム触媒におけるルテニウムの担持量は、アンモニア合成活性の観点から、担体を１００ｗｔ％としたとき、好ましくは０．０１ｗｔ％以上、より好ましくは０．０２ｗｔ％以上、さらに好ましくは０．０３ｗｔ％以上、０．０５ｗｔ％以上、０．１ｗｔ％以上、０．３ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以上、又は１ｗｔ％以上である。ルテニウムの担持量の上限は、アンモニア合成反応時のルテニウム粒子のシンタリングを抑制して所期のアンモニア合成活性を維持し得る観点から、好ましくは３０ｗｔ％以下、より好ましくは２０ｗｔ％以下、さらに好ましくは１５ｗｔ％以下、又は１０ｗｔ％以下である。
　助触媒成分を使用する場合、担持ルテニウム触媒における助触媒成分の担持量は、特に限定されないが、アンモニア合成活性の観点から、ルテニウムを１００ｗｔ％としたとき、好ましくは０．０１ｗｔ％～１０００ｗｔ％、より好ましくは１ｗｔ％～８００ｗｔ％である。
　担持ルテニウム触媒の比表面積は、特に限定されないが、好ましくは０．１ｍ２／ｇ～１０００ｍ２／ｇ、より好ましくは０．５ｍ２／ｇ～８００ｍ２／ｇである。担持ルテニウム触媒の比表面積は、例えば、ＢＥＴ吸着法により測定することができる。
　担持ルテニウム触媒の調製方法は特に限定されず、担体の種類等に応じて公知の方法から適切な方法を選択してよい。例えば、含浸法、ゾル－ゲル法、ＣＶＤ法、スパッタ法等が挙げられる。
　本発明の製造システムにおいて、アンモニア合成装置は、上記の担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成し得る限り特に限定されず、例えば、水素と窒素を含む原料ガスの入口と、上記触媒の存在下、原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成する反応部と、生成したアンモニア含有ガスの出口とを含む。
　アンモニア合成装置の反応部において、原料ガス中の水素と窒素は、触媒の作用下、式：３Ｈ２＋Ｎ２⇔２ＮＨ３に従って直接反応してアンモニアを合成する。
　反応温度は、アンモニア消費地におけるアンモニア合成を容易とする観点から、好ましくは６００℃以下、より好ましくは５５０℃以下、さらに好ましくは５３０℃以下、５００℃以下、４５０℃以下、又は４００℃以下である。反応温度の下限は、アンモニア合成活性の観点から、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上、２５０℃以上、又は３００℃以上である。
　反応圧力は、アンモニア消費地におけるアンモニア合成を容易とする観点から、好ましくは３０ＭＰａ以下、より好ましくは２５ＭＰａ以下、さらに好ましくは２０ＭＰａ以下である。担持ルテニウム触媒を使用する本発明においては、反応圧力がさらに低い場合にも優れたアンモニア合成活性を達成し得る。例えば、反応圧力は、１５ＭＰａ以下、１０ＭＰａ以下、５ＭＰａ以下、４ＭＰａ以下、３ＭＰａ以下、２ＭＰａ以下、又は１ＭＰａ以下としてよい。反応圧力の下限は、好適な一実施形態において化学平衡支配であるアンモニア合成装置出口のアンモニア濃度の観点から、好ましくは１０ｋＰａ以上、より好ましくは５０ｋＰａ以上、さらに好ましくは１００ｋＰａ以上である。なお、反応圧力はゲージ圧である（以下同様）。
　アンモニア合成装置の反応部において、反応形式は、バッチ式反応形式、閉鎖循環系反応形式、流通系反応形式のいずれでもよいが、実用的な観点から、流通系反応形式が好適である。また、反応による触媒層の温度上昇を抑制し平衡アンモニア濃度を上げることでアンモニア合成反応速度を大きく維持することを目的とした内部熱交換式、あるいは原料ガスを流体流れ方向に分割して供給するクエンチャー式など、公知の反応器構造を採り得る。
　アンモニア合成装置の反応部において、担持ルテニウム触媒は、１種単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。あるいはまた、担持ルテニウム触媒と他のアンモニア合成触媒とを２種以上組み合わせて使用してもよい。２種以上の触媒を使用する場合、反応形式に応じて、２種以上の触媒を混合して使用してもよく、種類毎に別個の層を形成するように触媒を積層して使用してもよく、種類毎に異なる反応管に充填するように触媒を別個の反応管に充填した後に該反応管を組み合わせて使用してもよい。
　なお、担持ルテニウム触媒を使用する場合、所期のアンモニア合成活性を得るに際して、原料ガス中の水分含有量を低く抑えることが重要である。とりわけ触媒の安定性の観点から、原料ガス中の水分含有量は、好ましくは１００体積ｐｐｍ以下、より好ましくは５０体積ｐｐｍ以下である。該水分含有量の下限は低いほど好ましく、０体積ｐｐｍであってもよい。なお、本発明の製造システムが、後述する未反応の水素と窒素のリサイクル装置を含む場合には、リサイクル装置によって回収したガス中の水分含有量も含めて、原料ガス中の水分含有量は上記の範囲にあることが重要である。
　原料ガス中の水素と窒素のモル比（水素／窒素）は、好ましくは１／２～５／１、より好ましくは１／２～３／１、さらに好ましくは１／２～２／１、さらにより好ましくは４／５～６／５である。
　アンモニア合成に使用する原料ガス中の水素は、周知の方法、例えば、１）炭化水素（例えば、石炭、石油、天然ガス、バイオマス）を、水蒸気改質反応、部分酸化反応、又はこれらの組み合わせによりＣＯ、Ｈ２を含むガスへと転化した後、ＣＯシフト反応、脱ＣＯ２処理を実施する方法、２）水を電気分解する方法、３）光触媒を用いて水を分解する方法によって調製することができる。あるいはまた、水素は、水素ボンベ（水素ボンベカードルを含む。以下同じ。）、水素タンク（水素セルフローダー等の移動式タンクを含む。以下同じ。）から供給してもよい。アンモニア合成に使用する原料ガス中の窒素は、窒素分離膜あるいは深冷分離法を用いて空気から窒素を分離して調製してよい。あるいは、炭化水素の部分酸化反応を利用して水素を調製する場合には、酸素源として使用した空気中の窒素を利用してもよい。あるいはまた、窒素は、窒素ボンベ（窒素ボンベカードルを含む。以下同じ。）、窒素タンク（窒素セルフローダー等の移動式タンクを含む。以下同じ。）から供給してもよい。
　本発明においては、アンモニア消費地において有利に実施し得るプロセスを使用して水素と窒素を含む原料ガスを調製することができる。
　本発明の製造システムにおいて、アンモニア合成装置において合成されるアンモニア含有ガス中のアンモニア濃度は、好ましくは０．５体積％以上、より好ましくは２体積％以上、さらに好ましくは４体積％以上、６体積％以上、８体積％以上、又は１０体積％以上である。アンモニア合成装置において合成されるアンモニア含有ガスには、アンモニアの他、未反応の水素、未反応の窒素が主に含まれる。
　本発明の製造システムにおいて、アンモニア合成装置のアンモニア合成能力（アンモニア－トン／日）は、培養装置におけるアンモニア使用量によっても異なるが、好ましくは３００トン／日以下、より好ましくは２００トン／日以下、さらに好ましくは１００トン／日以下、８０トン／日以下、６０トン／日以下、又は５０トン／日以下である。アンモニア合成能力の下限は、特に限定されないが、通常、０．１トン／日以上、１トン／日以上、２トン／日以上などとし得る。
　本発明の製造システムにおいては、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する。培養に際して、アンモニアは、窒素源又はｐＨ調整剤として使用される。
　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガスは、培養装置の具体的仕様に応じて、１）冷却した後に直に培養装置に供給してもよく、２）濃縮して濃縮アンモニアガス若しくは液体アンモニア（若しくは必要に応じてアンモニア水）として培養装置に供給してもよく、３）若しくは得られたアンモニア水からアンモニアガスを回収し、回収されたアンモニアガスを培養装置に供給してもよい。上記２）及び３）の実施形態も包含させるべく、本発明においては、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス「由来の」アンモニアを使用するという表現を用いる。アンモニアはまた、硫酸アンモニウムなどのアンモニウム塩、硝酸、硝酸塩等のアンモニア由来含窒素化合物へと転化させた後、培養装置に供給してもよい。斯かる実施形態において、アンモニアは、窒素源又はｐＨ調整剤の原料として使用される。このような実施形態も、本発明における「窒素源又はｐＨ調整剤としてアンモニアを使用する」に包含される。
　したがって一実施形態において、本発明の製造システムは、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガスを冷却する冷却器をさらに含む。冷却器としては、アンモニア含有ガスを所定の温度に冷却し得る限り特に限定されず、公知の冷却器（例えば、コイル型熱交換器、シェルアンドチューブ型熱交換器等）を使用してよい。冷却されたアンモニア含有ガスは、そのまま培養装置に供給してもよく、貯蔵タンクに貯蔵した後に培養装置に供給してもよい。
　他の実施形態において、本発明の製造システムは、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮するアンモニア濃縮装置をさらに含む。アンモニア濃縮装置としては、アンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮し得る限り特に限定されず、公知の濃縮装置を使用してよい。アンモニア濃縮装置としては、例えば、加圧冷却装置、ガス分離膜装置、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置が挙げられる。
　アンモニア濃縮装置として加圧冷却装置を使用する場合、加圧冷却の条件は、アンモニア含有ガス中のアンモニアが液化するように設定することが好適である。加圧冷却時の圧力は、アンモニア合成装置の反応部における反応圧力や加圧冷却時の温度によっても異なるが、好ましくは１０ｋＰａ以上、より好ましくは５０ｋＰａ以上、さらに好ましくは１００ｋＰａ以上、０．２ＭＰａ以上、０．３ＭＰａ以上、０．４ＭＰａ以上、又は０．５ＭＰａ以上である。また、加圧冷却時の温度は、加圧冷却時の圧力によっても異なるが、好ましくは５０℃以下、より好ましくは４０℃以下、さらに好ましくは３０℃以下、２０℃以下、１０℃以下、５℃以下、０℃以下、－５℃以下、又は－１０℃以下である。該温度の下限は、特に限定されないが、通常、－３５℃以上、－３０℃以上などとし得る。なお、加圧冷却装置としては、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガスを上記の条件にて加圧冷却し得る限り特に限定されず、公知の加圧冷却装置を使用してよい。アンモニア含有ガスを加圧冷却して得られた液体アンモニアは、そのまま培養装置に供給してもよく、貯蔵タンクに貯蔵した後に培養装置に供給してもよい。
　アンモニア濃縮装置としてガス分離膜装置を使用する場合、水素ガス分離膜、窒素ガス分離膜、又はこれらの組み合わせを使用することが好適である。アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガスには、アンモニア、未反応の水素、未反応の窒素が主に含まれおり、未反応の水素と未反応の窒素の少なくとも一方をガス分離膜により分離することで、アンモニアを濃縮することができる。水素ガス分離膜、窒素ガス分離膜としては、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス中の未反応の水素、窒素を分離し得る限り特に限定されず、公知の水素ガス分離膜、窒素ガス分離膜を使用してよい。あるいはまた、アンモニア含有ガス中のアンモニアを選択的に分離し得るアンモニアガス分離膜を使用してもよい。ガス分離膜装置を使用したアンモニアの濃縮に際しては、ガス分離膜の種類に応じて、温度及び圧力等の条件を決定してよい。例えば、ガス分離時の圧力（粗ガス側）は、好ましくは１０ｋＰａ以上、より好ましくは５０ｋＰａ以上、さらに好ましくは１００ｋＰａ以上、０．２ＭＰａ以上、０．３ＭＰａ以上、０．４ＭＰａ以上、又は０．５ＭＰａ以上である。該ガス圧（粗ガス側）の上限は、特に限定されないが、通常、アンモニア合成装置の反応部における反応圧力以下である。ガス分離膜装置で得られた濃縮アンモニアガスは、そのまま培養装置に供給してもよく、貯蔵タンクに貯蔵した後に培養装置に供給してもよい。
　アンモニア濃縮装置として圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置を使用してもよい。ＰＳＡ装置では、アンモニア含有ガス中のアンモニアに対して選択的吸着能を呈する吸着剤を使用して、圧力変動によりアンモニアの吸・脱着を制御してアンモニアと他のガスとを分離（アンモニアを濃縮）する。ＰＳＡ装置としては、アンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮し得る限り特に限定されず、公知のＰＳＡ装置を使用してよい。例えば、特許第２６３４０１５号公報に記載されるＰＳＡ装置を使用して、アンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮してよい。
　ＰＳＡ装置において、吸着剤にアンモニアを吸着させる際の圧力（Ｐａｄ）と、吸着剤からアンモニアを脱着させる際の圧力（Ｐｄｅ）とは、Ｐａｄ＞Ｐｄｅを満たすことが好ましい。アンモニア含有ガス中のアンモニアを効率的に濃縮する観点から、上記ＰａｄおよびＰｄｅは、Ｐａｄ－Ｐｄｅ≧１０ｋＰａを満たすことが好ましく、Ｐａｄ－Ｐｄｅ≧５０ｋＰａを満たすことがより好ましく、Ｐａｄ－Ｐｄｅ≧１００ｋＰａを満たすことがさらに好ましく、Ｐａｄ－Ｐｄｅ≧０．２ＭＰａを満たすことがさらにより好ましく、Ｐａｄ－Ｐｄｅ≧０．３ＭＰａ、Ｐａｄ－Ｐｄｅ≧０．４ＭＰａ、又はＰａｄ－Ｐｄｅ≧０．５ＭＰａを満たすことが特に好ましい。上記ＰａｄとＰｄｅの差分（Ｐａｄ－Ｐｄｅ）の上限は、通常、アンモニア合成装置の反応部における反応圧力以下である。また、Ｐａｄは、上記Ｐａｄ＞Ｐｄｅを満たす限り特に限定されず、使用する吸着剤の吸着能に応じて決定してよいが、通常、アンモニア合成装置の反応部における反応圧力以下である。Ｐｄｅは、上記Ｐａｄ＞Ｐｄｅを満たす限り特に限定されず、使用する吸着剤の脱着能に応じて決定してよいが、通常、１ＭＰａ以下であり、好ましくは０．５ＭＰａ以下、０．２ＭＰａ以下、１００ｋＰａ以下、５０ｋＰａ以下、１０ｋＰａ以下、又は０ｋＰａ以下である。ガス分離時の温度は、ＰＳＡ装置の具体的仕様に応じて決定してよい。
　アンモニア濃縮装置としてＰＳＡ装置を使用する場合、２つ以上の吸着塔を備えたＰＳＡ装置が好適である。例えば、２つの吸着塔（第１の吸着塔及び第２の吸着塔）を備えたＰＳＡ装置においては、第１の吸着塔においてアンモニアの吸着工程を実施する際に第２の吸着塔においてアンモニアの脱着工程が実施され、第１の吸着塔においてアンモニアの脱着工程を実施する際に第２の吸着塔においてアンモニアの吸着工程が実施されるように操作することにより、連続的にアンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮することが可能である。ＰＳＡ装置で得られた濃縮アンモニアガスは、そのまま培養装置に供給してもよく、貯蔵タンクに貯蔵した後に培養装置に供給してもよい。
　アンモニア濃縮装置としてＰＳＡ装置を使用する場合、アンモニア濃縮装置で得られる濃縮アンモニアガス中のアンモニア濃度は、好ましくは１０体積％以上、より好ましくは３０体積％以上、さらに好ましくは５０体積％以上である。該アンモニア濃度の上限は、高いほど好ましく、１００体積％であってもよい。したがって、本発明において、アンモニアの「濃縮」とは、アンモニア含有ガスからアンモニアを単離することを含む概念である。
　本発明において、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガスは、上記のアンモニア濃縮装置によりアンモニアを濃縮した後、さらにアンモニア精製装置を使用して精製を行ってもよい。
　先述のとおり、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガスには、未反応の水素、未反応の窒素が含まれる。これら未反応の水素と窒素をアンモニア合成の原料としてリサイクルすることにより、システム効率の向上を図ることが可能である。したがって、一実施形態において、本発明の製造システムは、アンモニア合成装置の下流側において、未反応の水素と窒素を回収し、回収したガスをアンモニア合成装置の上流側にリサイクルするリサイクル装置をさらに含む。
　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガスを冷却した後にそのまま培養装置に供給する実施形態においては、培養装置においてリサイクル装置を設ければよい。リサイクル装置の詳細は、図を参照して後述することとする。
　また、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガスを濃縮して濃縮アンモニアガス若しくは液体アンモニア（若しくは必要に応じてアンモニア水）として培養装置に供給する実施形態においては、アンモニア濃縮装置において未反応の水素と窒素を選択的に回収することが可能であり、アンモニア濃縮装置にリサイクル装置を設ければよい。
　リサイクル装置としては、未反応の水素と窒素を回収して、回収した、水素及び窒素を含むガスをアンモニア合成装置の上流側にリサイクルすることができる限り特に限定されず、公知のリサイクル装置を使用してよい。例えば、リサイクル装置は、回収したガスの導管と、回収したガスを移送するためのポンプとを含んでよい。
　なお、回収したガスに水分が含まれる場合、該ガスをそのままリサイクルすると、アンモニア合成装置で使用する担持ルテニウム触媒の触媒能に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、一実施形態において、リサイクル装置は、回収したガス中の水分を除去する脱水装置を含む。脱水装置としては、回収したガス中の水分含有量を、本発明で使用する担持ルテニウム触媒の触媒能に悪影響を及ぼさない値にまで低下させ得る限り特に限定されず、公知の脱水装置を使用してよい。例えば、回収したガスを冷却して水分を凝縮除去する装置が挙げられる。また、回収したガス中の水分含有量をさらに減じる観点から、リサイクル装置は、乾燥装置を使用してよく、脱水装置に加えてあるいは脱水装置に代えて乾燥装置を含んでもよい。乾燥装置としては、回収したガス中の水分含有量をさらに減じる機能を有する限り特に限定されず、公知の乾燥装置を使用してよい。例えば、回収したガスを吸湿剤に接触させて脱水する装置が挙げられ、この装置において、吸湿剤としては、特に限定されないが、例えば、塩化カルシウム、五酸化二リン及び硫酸銅無水塩等の化学的吸湿剤；シリカゲル、アルミナゲル及びゼオライト等の物理的吸湿剤が挙げられる。
　＜培養装置＞
　本発明の製造システムにおいて、培養装置は、アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する。
　有機化合物の生産能を有する微生物を培養して有機化合物を製造する技術は広く知られている。本発明は、このような微生物発酵技術に広く適用することが可能である。微生物発酵において製造される有機化合物としては、例えば、アミノ酸、有機酸、多糖類、タンパク質、抗生物質、アルコールが挙げられる。アミノ酸としては、例えば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、スレオニン、システイン、シスチン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、プロリン、ヒドロキシプロリン、アスパラギン、グルタミン、アスパラギン酸、グルタミン酸、リジン、ヒスチジン、アルギニンが挙げられる。有機酸としては、例えば、酢酸、乳酸、ピルビン酸、コハク酸、リンゴ酸、イタコン酸、クエン酸、アクリル酸、プロピオン酸、フマル酸が挙げられる。多糖類としては、例えば、キサンタン、デキストラン、アルギン酸塩、ヒアルロン酸、カードラン、ゲラン、スクレオグルカン、プルランが挙げられる。タンパク質としては、例えば、ホルモン、リンホカイン、インターフェロン、酵素（アミラーゼ、グルコアミラーゼ、インベルターゼ、ラクターゼ、プロテアーゼ、リパーゼ等）が挙げられる。抗生物質としては、例えば、抗菌剤（β－ラクタム、マクロライド、アンサマイシン、テトラサイクリン、クロラムフェニコール、ペプチド性抗生物質、アミノグリコシド等）、抗カビ剤（ポリオキシンＢ、グリセオフルビン、ポリエンマクロライド等）、抗がん剤（ダウノマイシン、アドリアマイシン、ダクチノマイシン、ミスラマイシン、ブレオマイシン等）、プロテアーゼ／ペプチダーゼ阻害剤（ロイペプチン、アンチパイン、ペプスタチン等）、コレステロール生合成阻害剤（コンパクチン、ロバスタチン、プラバスタチン等）が挙げられる。アルコールとしては、例えば、エタノール、イソプロパノール、グリセリン、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１－ブタノール、ソルビットが挙げられる。微生物発酵において製造される有機化合物としてはまた、アクリルアミド、ジエン化合物（イソプレン等）、ペンタンジアミン等も挙げられる。
　有機化合物の生産能を有する微生物としては、１）本来的に有機化合物の生産能を有する微生物と、２）本来的には有機化合物の生産能を有しない又は実質的に有しないが有機化合物生成遺伝子を遺伝子組み換えにより導入されて後天的に有機化合物の生産能を有するに至った微生物の双方が含まれる。有機化合物の生産能を有する微生物に関しては、有機化合物の種類に応じて種々の微生物が知られており、本発明においては、これら既知の微生物を広く使用してよい。また、培養に際して窒素源又はｐＨ調整剤としてアンモニアを使用することができる限り、今後開発される微生物に関しても本発明を広く適用することが可能である。
　微生物としては、有機化合物の生産能を有する限り特に限定されないが、細菌又は真菌が好適である。細菌としては、例えば、エシュリヒア（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）属細菌、パントエア（Ｐａｎｔｏｅａ）属細菌、コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）属細菌、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属細菌、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属細菌、ラクトバシラス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属細菌、ストレプトマイセス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）属細菌、ストレプトコッカス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ）属細菌、シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属細菌が挙げられる。真菌としては、例えば、サッカロミセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属菌、シゾサッカロミセス（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属菌、ヤロウイア（Ｙａｒｒｏｗｉａ）属菌、トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属菌、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属菌、フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）属菌、ムコール（Ｍｕｃｏｒ）属菌が挙げられる。
　エシェリヒア属細菌としては、例えば、エシェリヒア・コリ（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ　ｃｏｌｉ）等が挙げられる。パントエア（Ｐａｎｔｏｅａ）属細菌としては、例えば、パントエア・アナナティス（Ｐａｎｔｏｅａ　ａｎａｎａｔｉｓ）等が挙げられる。コリネバクテリウム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属細菌としては、例えば、コリネバクテリウム・グルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）、コリネバクテリウム・アンモニアジェネス（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ａｍｍｏｎｉａｇｅｎｅｓ）等が挙げられる。エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）属細菌としては、例えば、エンテロバクター・アエロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ　ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）等が挙げられる。クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属細菌としては、例えば、クロストリジウム・アセトブチリクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ　ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ）等が挙げられる。バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属細菌としては、例えば、バシラス・ズブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、バシラス・アミロリキファシエンス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ａｍｙｌｏｌｉｑｕｅｆａｃｉｅｎｓ）等が挙げられる。ラクトバシラス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）属細菌としては、例えば、ラクトバシラス・ヤマナシエンシス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ　ｙａｍａｎａｓｈｉｅｎｓｉｓ）、ラクトバシラス・アニマリス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ　ａｎｉｍａｌｉｓ）、ラクトバシラス・ヒルガルディ（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ　ｈｉｌｇａｒｄｉｉ）、ラクトバシラス・ブレビス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ　ｂｒｅｖｉｓ）等が挙げられる。ストレプトマイセス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）属細菌としては、例えば、ストレプトマイセス・クラブリゲルス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ　ｃｌａｖｕｌｉｇｅｒｕｓ）、ストレプトマイセス・ベネズエラ（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ　ｖｅｎｅｚｕｅｌａｅ）、ストレプトマイセス・ピウセチウス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ　ｐｅｕｃｅｔｉｕｓ）等が挙げられる。ストレプトコッカス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ）属細菌としては、例えば、ストレプトコッカス・エクイ（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ　ｅｑｕｉ）、ストレプトコッカス・ミュータンス（Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ　ｍｕｔａｎｓ）等が挙げられる。シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属細菌としては、例えば、シュードモナス・フルオレセンス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ）、シュードモナス・エルギノーサ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）、シュードモナス・エロデア（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　ｅｌｏｄｅａ）、シュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　ｐｕｔｉｄａ）等が挙げられる。サッカロミセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属菌としては、例えば、サッカロミセス・セレビジエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）等が挙げられる。シゾサッカロミセス（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属菌としては、例えば、シゾサッカロミセス・ポンベ（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｐｏｍｂｅ）等が挙げられる。ヤロウイア（Ｙａｒｒｏｗｉａ）属菌としては、例えば、ヤロウイア・リポリティカ（Ｙａｒｒｏｗｉａ　ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ）等が挙げられる。トリコデルマ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）属菌としては、例えば、トリコデルマ・リーゼイ（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ　ｒｅｅｓｅｉ）等が挙げられる。アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属菌としては、例えば、アスペルギルス・テレウス（Ａｓｐｅｒｇｕｌｌｕｓ　ｔｅｒｒｅｕｓ）、アスペルギルス・オリゼ（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｏｒｙｚａｅ）等が挙げられる。フザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）属菌としては、例えば、フザリウム・ヘテロスポラム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ　ｈｅｔｅｒｅｏｓｐｏｒｕｍ）等が挙げられる。ムコール（Ｍｕｃｏｒ）属菌としては、例えば、ムコール・ジャバニカス（Ｍｕｃｏｒ　ｊａｖａｎｉｃｕｓ）等が挙げられる。
　本発明の製造システムにおいてアミノ酸を製造する場合、好適に使用し得る微生物の例としては以下が挙げられる。例えば目的物質がＬ－リジンの場合はエシェリヒア・コリＡＪ１１４４２（ＮＲＲＬ　Ｂ－１２１８５，ＦＥＲＭ　ＢＰ－１５４３）（米国特許第４，３４６，１７０号参照）、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムＡＪ３９９０（ＡＴＣＣ３１２６９）（米国特許第４，０６６，５０１号参照）、Ｌｙｓ生産菌ＷＣ１９６ＬＣ／ｐＣＡＢＤ２（国際公開２０１０／０６１８９０号）等である。ＷＣ１９６ΔｃａｄＡΔｌｄｃは、ＷＣ１９６株より、リジンデカルボキシラーゼをコードするｃａｄＡ及びｌｄｃＣ遺伝子を破壊することにより構築した株である。ＷＣ１９６ΔｃａｄＡΔｌｄｃ／ｐＣＡＢＤ２は、ＷＣ１９６ΔｃａｄＡΔｌｄｃに、リジン生合成系遺伝子を含むプラスミドｐＣＡＢＤ２（米国特許第６，０４０，１６０号）を導入することにより構築した株である。ＷＣ１９６ΔｃａｄＡΔｌｄｃは、ＡＪ１１０６９２と命名され、２００８年１０月７日、国立研究開発法人産業技術総合研究所　特許生物寄託センター（現、独立行政法人製品評価技術基盤機構　特許生物寄託センター、郵便番号：２９２－０８１８、住所：日本国千葉県木更津市かずさ鎌足２－５－８　１２０号室）に受託番号ＦＥＲＭ　ＢＰ－１１０２７として寄託された。Ｌ－スレオニンの場合はエシェリヒア・コリＶＫＰＭ　Ｂ－３９９６（ＲＩＡ　１８６７、ＶＫＰＭ　Ｂ－３９９６）（米国特許第５，１７５，１０７号参照）、コリネバクテリウム・アセトアシドフイラムＡＪ１２３１８（ＦＥＲＭ　ＢＰ－１１７２）（米国特許第５，１８８，９４９号参照）等であり、Ｌ－フェニルアラニンの場合は、エシェリヒア・コリＡＪ１２６０４（ＦＥＲＭ　ＢＰ－３５７９）（欧州特許出願公開第４８８，４２４号参照）、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムＡＪ１２６３７（ＦＥＲＭ　ＢＰ－４１６０）（フランス特許出願公開第２，６８６，８９８号参照）等であり、Ｌ－グルタミン酸の場合はエシェリヒア・コリＡＪ１２６２４（ＦＥＲＭ　ＢＰ－３８５３）（フランス特許出願公開第２，６８０，１７８号参照）、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムＡＪ１２４７５（ＦＥＲＭ　ＢＰ－２９２２）（米国特許第５，２７２，０６７号参照）、コリネバクテリウム・グルタミカムＡＴＣＣ１３８６９を親株にして作成された２２５６ΔｌｄｈＡΔｓｕｃＡｙｇｇＢ＊（国際公開２０１４/１８５４３０）等であり、Ｌ－ロイシンの場合はエシェリヒア・コリＡＪ１１４７８（ＦＥＲＭ　Ｐ－５２７４）（特公昭６２－３４３９７号参照）、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムＡＪ３７１８（ＦＥＲＭ　Ｐ－２５１６）（米国特許第３，９７０，５１９号参照）等であり、Ｌ－イソロイシンの場合はエシェリヒア・コリＫＸ１４１（ＶＫＰＭ　Ｂ－４７８１）（欧州特許出願公開第５１９，ｌ１３号参照）、ブレビバクテリウム・フラバムＡＪ１２１４９（ＦＥＲＭ　ＢＰ－７５９）（米国特許第４，６５６，１３５号参照）等であり、Ｌ－バリンの場合はエシェリヒア・コリＶＬ１９７０（ＶＫＰＭ　Ｂ－４４１１）（欧州特許出願公開第５１９，ｌ１３号参照）、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムＡＪ１２３４１（ＦＥＲＭ　ＢＰ－１７６３）（米国特許第５，１８８，９４８号参照）等である。
　本発明の製造システムにおいて有機酸を製造する場合、好適に使用し得る微生物の例としては以下が挙げられる。例えば目的物質がＬ－乳酸の場合はラクトバシラス・ヤマナシエンシス、ラクトバシラス・アニマリス、サッカロミセス・セレビジエ等であり、ピルビン酸の場合はエシェリヒア・コリ、シュードモナス・フルオレセンス等であり、コハク酸の場合はエシェリヒア・コリ、パントエア・アナナティス等であり、イタコン酸の場合はアスペルギルス・テレウス等であり、クエン酸の場合はエシェリヒア・コリ等である（例えば、国際公開２００７／０９７２６０号、特開２０１０－１８７５４２号公報参照）。
　本発明の製造システムにおいて多糖類を製造する場合、好適に使用し得る微生物の例としては以下が挙げられる。例えば目的物質がデキストランの場合はラクトバシラス・ヒルガルディ、ストレプトコッカス・ミュータンス等であり、アルギン酸塩の場合はシュードモナス・エルギノーサ等であり、ヒアルロン酸の場合はストレプトコッカス・エクイ、ストレプトコッカス・ミュータンス等であり、ゲランの場合はシュードモナス・エロデア等である（例えば、特開２０１１－１１６８２５号公報、特開２００７－９０９２号公報参照）。
　本発明の製造システムにおいてタンパク質を製造する場合、好適に使用し得る微生物の例としては以下が挙げられる。例えば目的物質が各種ホルモン、インターフェロンの場合はサッカロミセス・セレビジエ等であり、アミラーゼ、グルコアミラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼの場合はバシラス・ズブチリス、アスペルギルス・オリゼ等であり、インベルターゼ、ラクターゼの場合はサッカロミセス・セレビジエ、アスペルギルス・オリゼ等である（例えば、国際公開第２００６／６７５１１号、特開２００３－１５３６９６号公報参照）。
　本発明の製造システムにおいて抗生物質を製造する場合、好適に使用し得る微生物の例としては以下が挙げられる。例えば目的物質がペニシリン等のβ－ラクタムの場合はシュードモナス・プチダ、ストレプトマイセス・クラブリゲルス等であり、エリスロマイシン、アジスロマイシン等のマクロライドの場合はストレプトマイセス・ベネズエラ等であり、ダウノマイシンの場合はストレプトマイセス・ピウセチウス等であり、プラバスタチンの場合はストレプトマイセス・クラブリゲルス等である（例えば、国際公開第９６／１００８４号、特開２００２－５３５８９号公報、国際公開第２００５／５４２６５号、国際公開第２００７／１４７８２７号参照）。
　本発明の製造システムにおいてアルコールを製造する場合、好適に使用し得る微生物の例としては以下が挙げられる。例えば目的物質がエタノールの場合はサッカロミセス・セレビジエ、シゾサッカロミセス・ポンベ、ラクトバシラス・ブレビス等であり、トリメチレングリコールの場合はエシェリヒア・コリ等である（例えば、国際公開第２００７／９７２６０号参照）。
　微生物を培養する培地としては、有機化合物に転換されるための炭素源、窒素源を含むことが好ましい。炭素源としては、例えば、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、多糖類等の炭水化物；ショ糖を加水分解した転化糖；グリセロール；メタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸塩、一酸化炭素、二酸化炭素等の炭素原子数が１の化合物；コーン油、パーム油、大豆油等のオイル；アセテート；動物油脂；動物オイル；飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸等の脂肪酸；脂質；リン脂質；グリセロ脂質；モノグリセライド、ジグリセライド、トリグリセライド等のグリセリン脂肪酸エステル；微生物性タンパク質、植物性タンパク質等のポリペプチド；加水分解されたバイオマス炭素源等の再生可能な炭素源；酵母エキス；及びこれらの組み合わせが挙げられる。窒素源としては、例えば、アンモニア、アンモニウム塩、硝酸、硝酸塩等の無機窒素源；尿素、アミノ酸、タンパク質等の有機窒素源；及びこれらの組み合わせが挙げられる。培地は、炭素源、窒素源に加えて、無機イオン及び必要に応じてその他の有機微量成分を含むことが好ましい。斯かる無機イオン及びその他の有機微量成分としては、従来公知の任意の成分を使用してよい。培地は、天然培地であっても、合成培地であってもよい。
　培養条件としては、目的とする有機化合物の生産が可能な条件であれば、特に限定されず、標準的な微生物培養条件を用いてよい。培養温度としては、２０℃～３７℃が好ましい。また、微生物の性質に応じて好気性、無酸素性、又は嫌気性条件下で培養を行うことが好ましい。
　培養方法としては、バッチ培養法、流加培養法、連続培養法等の公知の方法を用いてよい。
　培養装置における液深（培地深さ）は、微生物の特性に応じて、適宜決定してよい。例えば、好気培養の中でも、微生物の生育のために培地を静置状態にする必要がある場合は、液深の小さい培養装置（培養槽）を使用すればよい。酸素要求量が大きい場合は、攪拌槽あるいは気泡塔に空気を直接通気して酸素を培地に供給する深部培養装置を使用すればよい。
　培養装置へのアンモニアの供給方法は特に限定されず、アンモニアの形態（アンモニアガス、液体アンモニア、アンモニア水）に応じて、培養装置の気相に供給してもよく、培地中に供給してもよい。アンモニアをアンモニア由来含窒素化合物（アンモニウム塩、尿素、硝酸、硝酸塩）に転化した後に培養装置に供給する場合は培地中に供給すればよい。アンモニア又はアンモニア由来含窒素化合物の供給は、公知の方法に従って実施することができる。培養装置へのアンモニア又はアンモニア由来含窒素化合物の供給量は、有機化合物の生産能を有する微生物の種類をはじめとする培養装置の具体的設計に応じて決定してよい。
　以下、本発明の製造システムの実施形態について、図面を参照しつつ、説明することとする。
　図１には、原料ガス製造装置１０１、アンモニア合成装置１０２、加圧冷却装置及びＰＳＡ装置から選択されるアンモニア濃縮装置１０３、及び培養装置２０３を含む、製造システム１０００を示す。
　製造システム１０００では、はじめに、水素ガス原料１と空気２が原料ガス製造装置１０１に供給される。水素ガス原料１としては、原料ガス製造装置１０１における水素の製造プロセスに応じて、炭化水素（例えば、石炭、石油、天然ガス、バイオマス）、水を使用してよい。水素の製造プロセスとしては、先述のとおり、１）炭化水素を、水蒸気改質反応、部分酸化反応、又はこれらの組み合わせによりＣＯ、Ｈ２を含むガスへと転化した後、ＣＯシフト反応、脱ＣＯ２処理を実施する方法、２）水を電気分解する方法、３）光触媒を用いて水を分解する方法が挙げられる。原料ガス製造装置１０１においてはまた、窒素が製造される。窒素は、窒素分離膜あるいは深冷分離法を用いて空気から窒素を分離して調製してよい。あるいは、炭化水素の部分酸化反応を利用して水素を調製する場合には、酸素源として使用した空気中の窒素を利用してもよい。
　原料ガス製造装置１０１で製造された水素と窒素を含む原料ガス３は、アンモニア合成装置１０２に供給される。アンモニア合成装置１０２では、担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスが合成される。
　合成されたアンモニア含有ガス４は、加圧冷却装置及びＰＳＡ装置から選択されるアンモニア濃縮装置１０３に供給される。アンモニア濃縮装置１０３が加圧冷却装置である場合、液体アンモニア６が得られる。アンモニア濃縮装置１０３がＰＳＡ装置である場合、濃縮アンモニアガス６が得られる。なお、得られた液体アンモニアや濃縮アンモニアガスは、貯蔵タンク（図示せず）に貯蔵してもよい。
　得られた液体アンモニアや濃縮アンモニアガス６は、培養装置２０３に供給される。培養装置２０３には、有機化合物の生産能を有する微生物の種類に応じて適切な培地が導入されており、必要に応じて空気１３が供給される。培養装置２０３においては、窒素源又はｐＨ調整剤としてアンモニア６が使用される。有機化合物の生産能を有する微生物を培養することにより有機化合物又は微生物１４を製造することができる。
　なお、図１に示す製造システム１０００は、アンモニア濃縮装置１０３で分離された未反応の水素と窒素を回収して、回収したガス５をアンモニア合成装置１０２の上流側にリサイクルするリサイクル装置（図示せず）を備える。
　図２には、原料ガス製造装置１０１、アンモニア合成装置１０２、ガス分離膜装置（アンモニア濃縮装置）１０４及び１０５、及び培養装置２０３を含む、製造システム１００１を示す。製造システム１００１において、原料ガス製造装置１０１、アンモニア合成装置１０２、培養装置２０３は、先述のとおりである。
　製造システム１００１は、アンモニア濃縮装置としてガス分離膜装置１０４及び１０５を備える。例えば、水素ガス分離膜１０４と窒素ガス分離膜１０５を組み合わせて使用することができる。ガス分離膜装置１０４及び１０５を備える製造システム１００１では、濃縮アンモニアガス６が得られる。得られた濃縮アンモニアガスは、貯蔵タンク（図示せず）に貯蔵してもよい。
　なお、図２に示す製造システム１００１は、ガス分離膜装置１０４及び１０５で分離された未反応の水素と窒素を回収して、回収したガス５をアンモニア合成装置１０２の上流側にリサイクルするリサイクル装置を備える。
　図３には、原料ガス製造装置１０１、アンモニア合成装置１０２、冷却器１０６、及び培養装置２０３を含む、製造システム１００２を示す。製造システム１００２において、原料ガス製造装置１０１、アンモニア合成装置１０２は、先述のとおりである。
　製造システム１００２では、アンモニア合成装置１０２で得られたアンモニア含有ガス４が冷却器１０６で冷却される。次いで、冷却されたアンモニア含有ガス６が培養装置２０３に備え付けられた予混合器２０４に供給される。
　製造システム１００２において、培養装置２０３は、予混合器２０４を備える。予混合器２０４と培養装置２０３の培養槽との間では、培地が循環している。予混合器２０４では、循環している培地にアンモニアが予混合される。これにより、アンモニアが混合された培地が培養装置２０３の培養槽に供給される。
　冷却されたアンモニア含有ガス６には、未反応の水素と窒素が含まれる。製造システム１００２では、予混合器２０４において未反応の水素と窒素を回収して、回収したガス１５をアンモニア合成装置１０２の上流側にリサイクルするリサイクル装置を備える。また、回収したガス１５には、培地に由来する水分が含まれる。製造システム１００２において、リサイクル装置は、回収したガス１５中の水分を除去する脱水装置１０７を備える。製造システム１００２はまた、回収したガス１５をさらに乾燥させる乾燥装置１０８を備える。
　図４には、原料ガス製造装置１０１、アンモニア合成装置１０２、冷却器１０６、アンモニア水製造装置２０１、アンモニアストリッピング装置２０５、及び培養装置２０３を含む、製造システム１００３を示す。製造システム１００３において、原料ガス製造装置１０１、アンモニア合成装置１０２、冷却器１０６、培養装置２０３は、先述のとおりである。
　製造システム１００３では、アンモニア合成装置１０２で得られたアンモニア含有ガス４が冷却器１０６で冷却される。次いで、冷却されたアンモニア含有ガス６がアンモニア水製造装置２０１に供給される。アンモニア水製造装置２０１にはまた、水７が供給される。アンモニア水製造装置では、冷却されたアンモニア含有ガス６中のアンモニアを水７に溶解させてアンモニア水８を製造することができる。溶解の方法や条件は、所期の濃度のアンモニア水を製造し得る限り特に限定されず、公知の方法、条件を使用してよい。
　冷却されたアンモニア含有ガス６には、未反応の水素と窒素が含まれる。製造システム１００３では、アンモニア水製造装置２０１において未反応の水素と窒素を回収して、回収したガス９をアンモニア合成装置１０２の上流側にリサイクルするリサイクル装置を備える。また、回収したガス９には、アンモニア水製造装置２０１で使用する水７に由来する水分が含まれる。製造システム１００３において、リサイクル装置は、回収したガス９中の水分を除去する脱水装置１０７を備える。製造システム１００３はまた、回収したガス９をさらに乾燥させる乾燥装置１０８を備える。
　製造システム１００３では、製造したアンモニア水８を、さらに有機化合物又は微生物の製造に使用する。詳細には、製造されたアンモニア水８をアンモニアストリッピング装置２０５に供給して、アンモニア水からアンモニアガスを回収する。アンモニアストリッピング装置２０５としては、アンモニア水からアンモニアガスを回収することができる限り特に限定されず、公知のストリッピング装置を使用してよい。アンモニアストリッピング装置２０５で回収されたアンモニアを窒素源又はｐＨ調整剤として使用して、培養装置２０３において有機化合物の生産能を有する微生物を培養することにより有機化合物又は微生物１４を製造することができる。アンモニアストリッピング装置２０５で除去した水１２は、図４に示すように水７に合流させても良いし、排出しても良い。
　製造システム１００３では、アンモニア水製造装置２０１で製造したアンモニア水８を輸送して、地理的に離れた場所において有機化合物又は微生物を製造することも可能である。
　以上、図１～図４を参照して、本発明の有機化合物又は微生物の製造システムを説明してきた。図１～図４に示す実施形態では、窒素源又はｐＨ調整剤としてアンモニアを培養装置２０３に供給しているが、アンモニアを他の含窒素化合物（アンモニウム塩、尿素、硝酸、硝酸塩）に転化した後、該含窒素化合物を培養装置２０３に供給してもよい。このような変更形態も本発明の範囲に包含される。図１～図４に示す製造システムにおいて、原料ガス製造装置１０１に代えて、水素ボンベ、水素タンク等の水素供給装置と、窒素ボンベ、窒素タンク等の窒素供給装置とを使用してもよい。また、図１～図３に示す製造システムにおいて、液体アンモニアや濃縮アンモニアガス等の濃縮アンモニア６は、アンモニア水とした後に、培養装置２０３に供給することも好適である。
　［製造方法］
　本発明はまた、有機化合物又は微生物の新規な製造方法を提供する。本発明の製造方法では、液体アンモニアの輸送を伴わない（あるいは最小限に抑える）ことを特徴とする。
　一実施形態において、本発明の有機化合物又は微生物の製造方法は、
　（Ａ）担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成する工程、及び
　（Ｂ）得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する工程
を含む。
　工程（Ａ）で使用する担持ルテニウム触媒、原料ガス、アンモニア含有ガス、及びアンモニア含有ガスを合成する際の条件（温度、圧力等）は［製造システム］に記載のとおりである。また、工程（Ｂ）で製造する有機化合物又は微生物、その製造方法は［製造システム］に記載のとおりである。本発明の製造システムについて説明した有利な効果は、本発明の製造方法についても同様に適用される。
　本発明の製造方法は、工程（Ａ）と工程（Ｂ）を連続的に実施することを特徴とする。本発明において「工程（Ａ）と工程（Ｂ）を連続的に実施する」とは、工程（Ａ）で合成されたアンモニア含有ガスを、液体アンモニアとして輸送することなく、工程（Ｂ）を実施することを意味する。なお、「液体アンモニアとして輸送」とは、パイプライン、航空、船舶、自動車等による、地理的に離れた２地点間の移送を意味し、有機化合物又は微生物の製造拠点内部での移送は含まれない。
　本発明の製造方法は、水素ガス原料と空気から水素と窒素を含む原料ガスを製造する工程をさらに含んでもよい。水素ガス原料、原料ガスの製造方法については、［製造システム］に記載のとおりである。
　本発明の製造方法は、工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮する工程をさらに含んでもよい。アンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮する方法については、［製造システム］に記載のとおりである。
　本発明の製造方法は、未反応の水素と窒素を回収して、回収したガスを工程（Ａ）にリサイクルする工程（以下、「工程（Ｃ）」という。）をさらに含んでもよい。一実施形態において、工程（Ｃ）は、回収したガス中の水分を除去する脱水処理及び／又は乾燥処理を含んでよい。脱水処理、乾燥処理の方法については、［製造システム］に記載のとおりである。
　本発明の製造方法の好適な一実施形態においては、工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水を工程（Ｂ）において使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する。
　本発明の製造方法の他の好適な一実施形態においては、工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水からアンモニアガスを回収し、回収されたアンモニアガスを工程（Ｂ）において使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する。
　本発明の製造方法は、培養終了後の培地液から代謝産物を採取することをさらに含んでもよい。本発明において、代謝産物を採取する方法は特に限定されず、従来より周知となっているイオン交換樹脂法、沈澱法その他の方法を組み合わせることにより代謝産物を採取することができる。
　［参考例１］
＜Ｒｕを担持したＣｓ－ＭｇＯの合成＞
　ＭｇＯ（宇部マテリアルズ（株）社製、製品番号ＵＣ９５）（１ｇ）を、５００℃で５時間真空排気加熱し、Ａｒ雰囲気下でＲｕ３（ＣＯ）１２を溶解させたテトラヒドロフラン溶液中に浸漬した。３時間攪拌後、ロータリーエバポレーターにより溶媒を除去し、３５０℃で２時間真空排気加熱をした。これにより２ｗｔ％のＲｕ金属粒子を担持したＭｇＯ触媒が得られた。さらに得られた触媒をＡｒ雰囲気下でＣｓ２ＣＯ３を溶解させたエタノール溶液中に浸漬した。このとき、ＣｓとＲｕの元素比が１：１となるようにＣｓ２ＣＯ３の量を調節した。３時間攪拌後、ロータリーエバポレーターにより溶媒を除去し、室温で１２時間真空排気処理を行うことで２ｗｔ％のＲｕ金属粒子を担持したＣｓ－ＭｇＯ触媒（ｐｏｗｄｅｒ）が得られた。得られた触媒のＢＥＴ比表面積は１２ｍ２／ｇ、ＣＯ吸着法で測定したＲｕ分散度（％）は２５であった。
＜アンモニア合成反応＞
　窒素ガス（Ｎ２）と水素ガス（Ｈ２）を反応させてアンモニアガス（ＮＨ３）を生成する合成反応を行った。上記の方法で得られた触媒０．１ｇをガラス管に詰め、固定床流通式反応装置で合成反応を行った。ガスの流量は、Ｎ２：１５ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ２：４５ｍＬ／ｍｉｎ、計６０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、反応温度：３４０℃、圧力：大気圧で反応を行った。流通系の反応器から出てきたガスを０．００５Ｍ硫酸水溶液中にバブリングさせ、生成したアンモニアを溶液中に溶解させ、生じたアンモニウムイオンをイオンクロマトグラフにより定量した。
　２ｗｔ％Ｒｕ／Ｃｓ－ＭｇＯ触媒（Ｃｓ／Ｒｕ元素比＝１）は、３４０℃においてアンモニア生成速度２３６７μｍｏｌｇ－１ｈ－１を示した。ＴＯＦ（×１０－３ｓ－１）は１３．３であった。
　［参考例２］
＜Ｒｕ－Ｃｓ／ＭｇＯ触媒（ＲｕとともにＣｓをＭｇＯに担持した触媒）の合成＞
　ＭｇＯ（宇部マテリアルズ（株）社製、製品番号ＵＣ９５）粉末を石英ガラス容器に入れて、５００℃で６時間真空排気した脱水処理した。脱水したＭｇＯ　１．００ｇを超脱水ＴＨＦ溶媒（和光純薬工業（株）社製、製品番号２０７－１７７６５）６０ｍＬ中に入れた。Ｒｕ担持量が、Ｒｕ－Ｃｓ／ＭｇＯ触媒に対して６ｗｔ％となるように溶媒中にＲｕ３（ＣＯ）１２（純度９９％、Ａｌｄｒｉｃｈ社製、製品番号２４５０１１）０．０２ｇを入れ、室温で４時間撹拌し、ＭｇＯにＲｕ金属を含浸担持した。エバポレーターを使用し、４０℃、１６．０ｋＰａにて７時間かけて乾固させた（１．０１ｇ）。乾固させた試料０．８１ｇを脱水エタノール１００ｍＬ中に入れた。ＲｕとＣｓのモル比が１：１となるようにＣｓ２ＣＯ３（関東化学（株）社製、製品番号０７１８４－３３）０．０７８ｇを入れ、室温で４時間撹拌し、Ｒｕ／ＭｇＯにＣｓ金属を含浸担持した。エバポレーターを使用し、室温、９．０ｋＰａにて７時間乾固した。６ｗｔ％Ｒｕ－Ｃｓ／ＭｇＯ触媒０．０８７ｇを得た。
＜アンモニア水の製造＞
　窒素ガス（Ｎ２）と水素ガス（Ｈ２）を反応させてアンモニアガス（ＮＨ３）を生成する反応を行った。得られた触媒０．２ｇを耐圧管に詰め、固定床流通式反応装置で反応を行った。ガスの流量は、Ｎ２：１５ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ２：４５ｍＬ／ｍｉｎ、計６０ｍＬ／ｍｉｎに設定し、圧力：０．９ＭＰａ、反応温度４００℃で反応を行った。流通系の反応器から出てきたガスを約３℃に冷却した水中に通気させ、アンモニアの生成速度は３７３４μｍｏｌｇ－１ｈ－１であり、生成したＮＨ３を水中に溶解し、生成したＮＨ３を水中に溶解させ、約１０９時間でアンモニア水溶液１（液量２００ｇ、ＮＨ４ ＋量１．６０ｇ）を得た。
［参考例３］
＜硫酸アンモニウム溶液の製造＞
　参考例２のアンモニア水の製造において、反応温度４００℃で、反応圧力を０．９ＭＰａから０．１ＭＰａに変え、さらに流通系の反応器から出てきたガスを約３℃に冷却した水に通気させることを、流通系の反応器から出てきたガスを室温下で０．２２０Ｍ硫酸水溶液に通気させることに変えた。以上の事項以外は参考例２と同様にして硫酸アンモニウムの製造を行った。アンモニアの生成速度は、３５３１μｍｏｌｈ－１ｇ－１であり、約５６時間で硫酸アンモニウム溶液１（液量１００ｇ、ＮＨ４ ＋量０．８１ｇ）を得た。
　［実施例１］
　参考例１により合成されたアンモニアガスを水に溶解し、アンモニア水を得る。
　得られたアンモニア水から、アンモニアストリッピング装置を用いてアンモニアガスを回収し、そのアンモニアガスを用いて、Ｅ．ｃｏｌｉ　ＭＧ１６５５を培養する。
　生育曲線より、本発明で得られたアンモニアガスは、発酵・培養生産に用いることが可能であることが示される。
　［実施例２］
　参考例２で製造したアンモニア水溶液１、Ｅ.ｃｏｌｉを用いてＬ－リジン生産培養をした。培養には以下の培地を用いた。
〔ＬＢ寒天培地〕
トリプトン：１０ｇ／Ｌ、酵母エキス：５ｇ／Ｌ、ＮａＣｌ：１０ｇ／Ｌ、寒天：１５ｇ／Ｌ
〔Ｌｙｓ安水培地〕
グルコース：２０ｇ／Ｌ、ＮＨ３：３．０９ｇ／Ｌ（参考例２で製造したアンモニア水溶液１を使用）、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：１ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４：１ｇ／Ｌ、酵母エキス：２ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ４・５Ｈ２Ｏ：０．００８ｇ／Ｌ、Ｈ２ＳＯ４を用いてｐＨ７．０に調整
　Ｌｙｓ生産菌ＷＣ１９６ΔｃａｄＡΔｌｄｃ／ｐＣＡＢＤ２を、終濃度８０ｍｇ／Ｌとなるようにストレプトマイシンを添加したＬＢ寒天培地にて、３７℃で一昼夜培養した。培養後の寒天培地から直径９０ｍｍのプレート上の全ての菌体をかきとり、３ｍＬの生理食塩水に懸濁することで菌液を調製した。
　ストレプトマイシンを終濃度８０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、且つ予め乾熱滅菌した炭酸カルシウムを終濃度が３０ｇ／Ｌとなるように添加したＬｙｓ安水培地を５ｍＬ張込んだ太試験管に、波長６２０ｎｍに対する吸光度（Ｏ.Ｄ.６２０ｎｍ）が０．１２６となるように菌液を植菌後、３７℃、１２０ｒｐｍにて２４時間振とう培養した。
　［実施例３］
　実施例２において、Ｌｙｓ安水培地を以下のＬｙｓ硫安培地に変えた。以上の事項以外は実施例２と同様にしてＬ－リジンの生産培養を行った。
〔Ｌｙｓ硫安培地〕
グルコース：２０ｇ／Ｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４：１２ｇ／Ｌ（参考例３で製造した硫酸アンモニウム溶液１を使用）、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：１ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４：１ｇ／Ｌ、酵母エキス：２ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ４・５Ｈ２Ｏ：０．００８ｇ／Ｌ、ＫＯＨを用いてｐＨ７．０に調整
　［比較例１］
　実施例２において、Ｌｙｓ安水培地におけるアンモニア水溶液１を市販品のアンモニア水溶液（純正化学（株）社製、製品番号１３３７０－０３０１）に変えた。以上の事項以外は実施例２と同様にしてＬ－リジンの生産培養を行った。
　［比較例２］
　実施例３において、Ｌｙｓ硫安培地における硫酸アンモニウム溶液１を市販品の硫酸アンモニウム溶液（純正化学（株）社製、製品番号８３１１０－０３６７）に変えた。以上の事項以外は実施例３と同様にしてＬ－リジンの生産培養を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　培養結果を上記表に示した。参考例２で製造したアンモニア水溶液１、又は参考例３で製造した硫酸アンモニウム溶液１を使用した場合においても、市販品のアンモニア水溶液（比較例１）あるいは市販品の硫酸アンモニウム溶液（比較例２）を使用して培養したものとほぼ同等の菌体生育とＬ－リジンの生産が確認され、本発明で得られたアンモニアガスを発酵・培養生産に用いることが可能であることが示された。
　［実施例４］
　参考例２で製造したアンモニア水溶液、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍを用いてＬ－グルタミン酸の生産培養を行った。培養には以下の培地を用いた。
〔ＣＭ－Ａｃｅ寒天培地〕
　グルコース：２．５ｇ／Ｌ、フルクトース：２．５ｇ／Ｌ、グルコン酸ナトリウム：４ｇ／Ｌ、コハク酸ナトリウム・６Ｈ２Ｏ：２ｇ／Ｌ、ペプトン：１０ｇ／Ｌ、Ｙｅａｓｔ　Ｅｘｔｒａｃｔ：１０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４：１ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．４ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ４・５Ｈ２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、Ｕｒｅａ：４ｇ／Ｌ、豆ろ液（大豆加水分解物）：１．２ｇ／Ｌ（Ｔ－Ｎ）、ビオチン：１ｍｇ／Ｌ、ビタミンＢ１：５ｍｇ／Ｌ、ＫＯＨを用いてｐＨ７．５に調整
〔Ｇｌｕ安水培地〕
　グルコース：４０ｇ／Ｌ、ＮＨ３（参考例２で製造したアンモニア水溶液１を使用）３．８６ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４：１ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．４ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ４・５Ｈ２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ビタミンＢ１：２００μｇ／Ｌ、ビオチン：３００μｇ／Ｌ、豆ろ液：０．４８ｇ／Ｌ（Ｔ－Ｎ）、Ｋ２ＳＯ４：１９．７８ｇ／Ｌ、Ｈ２ＳＯ４を用いてｐＨ８．０に調整
　Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍのＧｌｕ生産菌２２５６ΔｌｄｈＡΔｓｕｃＡ　ｙｇｇＢ＊をＣＭ－Ａｃｅ寒天培地にて、３１．５℃で一昼夜培養した。培養後の寒天培地から１／２４プレート分の菌体をかきとり、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを終濃度が３０ｇ／Ｌとなるように添加したＧｌｕ安水培地を５ｍＬ張込んだ太試験管に植菌し、３１．５℃、１２０ｒｐｍにて２４時間振とう培養した。
　［実施例５］
　実施例４において、Ｇｌｕ安水培地を以下のＧｌｕ硫安培地に変えた。以上の事項以外は実施例４と同様にしてＬ－グルタミン酸の生産培養を行った。
〔Ｇｌｕ硫安培地〕
グルコース：４０ｇ／Ｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４：１５ｇ／Ｌ（参考例３で製造した硫酸アンモニウム溶液１を使用）、ＫＨ２ＰＯ４：１ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．４ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ４・５Ｈ２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ビタミンＢ１：２００μｇ／Ｌ、ビオチン：３００μｇ／Ｌ、豆ろ液：０．４８ｇ／Ｌ（Ｔ－Ｎ）、ＫＯＨを用いてｐＨ８．０に調整
　［比較例３］
　実施例４において、Ｇｌｕ安水培地におけるアンモニア水溶液１を市販品のアンモニア水溶液（純正化学（株）社製、製品番号１３３７０－０３０１）に変えた。以上の事項以外は実施例４と同様にしてＬ－グルタミン酸の生産培養を行った。
　［比較例４］
　実施例５において、Ｇｌｕ硫安培地における硫酸アンモニウム溶液１を市販品の硫酸アンモニウム溶液（純正化学（株）社製、製品番号８３１１０－０３６７）に変えた。以上の事項以外は実施例５と同様にしてＬ－グルタミン酸の生産培養を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　培養結果を上記表に示した。参考例２で製造したアンモニア水溶液１、又は参考例３で製造した硫酸アンモニウム溶液１を使用した場合においても、市販品のアンモニア水溶液（比較例３）あるいは市販品の硫酸アンモニウム溶液（比較例４）を使用して培養したものとほぼ同等の菌体生育とＬ－グルタミン酸の生産が確認され、本発明で得られたアンモニアガスを発酵・培養生産に用いることが可能であることが示された。
　１　水素ガス原料
　２　空気
　３　水素と窒素を含む原料ガス
　４　アンモニア含有ガス
　５、９、１５　回収したガス
　６　濃縮アンモニア
　７　水
　８　アンモニア水
　１２　アンモニアストリッピング装置で除去した水
　１３　空気
　１４　有機化合物又は微生物
　１０１　水素／窒素製造装置
　１０２　アンモニア合成装置
　１０３　アンモニア濃縮装置
　１０４、１０５　ガス分離膜
　１０６　冷却器
　１０７　脱水装置
　１０８　乾燥装置
　２０１　アンモニア水製造装置
　２０３　培養装置
　２０４　予混合器
　２０５　アンモニアストリッピング装置
　１０００、１００１、１００２、１００３　有機化合物又は微生物の製造システム

Claims (21)

  1. 　担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成するアンモニア合成装置と、
    　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する培養装置と、
    を含む、有機化合物又は微生物の製造システム。
  2. 　アンモニア合成装置において、５３０℃以下の反応温度、３０ＭＰａ以下の反応圧力の条件にて原料ガスを反応させる、請求項１に記載の製造システム。
  3. 　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮するアンモニア濃縮装置をさらに含む、請求項１又は２に記載の製造システム。
  4. 　アンモニア合成装置の下流側において、未反応の水素と窒素を回収し、回収したガスをアンモニア合成装置の上流側にリサイクルするリサイクル装置をさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の製造システム。
  5. 　リサイクル装置が、回収したガス中の水分を除去する脱水装置及び／又は乾燥装置を含む、請求項４に記載の製造システム。
  6. 　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水を用いて有機化合物の生産能を有する微生物を培養する、請求項１～５のいずれか１項に記載の製造システム。
  7. 　アンモニア合成装置で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水からアンモニアガスを回収し、回収されたアンモニアガスを用いて有機化合物の生産能を有する微生物を培養する、請求項１～５のいずれか１項に記載の製造システム。
  8. 　培養装置において、窒素源又はｐＨ調整剤としてアンモニアを使用する、請求項１～７のいずれか１項に記載の製造システム。
  9. 　微生物が、アミノ酸、有機酸、多糖類、タンパク質、抗生物質、及びアルコールからなる群から選択される有機化合物の生産能を有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の製造システム。
  10. 　微生物が、細菌又は真菌である、請求項１～９のいずれか１項に記載の製造システム。
  11. 　（Ａ）担持ルテニウム触媒の存在下、水素と窒素を含む原料ガスを反応させてアンモニア含有ガスを合成する工程、及び
    　（Ｂ）得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する工程
    を含む、有機化合物又は微生物の製造方法。
  12. 　工程（Ａ）と工程（Ｂ）を連続的に実施する、請求項１１に記載の方法。
  13. 　工程（Ａ）において、５３０℃以下の反応温度、３０ＭＰａ以下の反応圧力の条件にて原料ガスを反応させる、請求項１１又は１２に記載の方法。
  14. 　工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス中のアンモニアを濃縮する工程をさらに含む、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 　工程（Ａ）の後に、未反応の水素と窒素を回収し、回収したガスを工程（Ａ）にリサイクルする工程をさらに含む、請求項１１～１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. 　リサイクルする工程において、回収したガス中の水分を除去する脱水処理及び／又は乾燥処理を実施する、請求項１５に記載の方法。
  17. 　工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水を工程（Ｂ）において使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する、請求項１１～１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 　工程（Ａ）で得られたアンモニア含有ガス由来のアンモニアを使用してアンモニア水を製造し、得られたアンモニア水からアンモニアガスを回収し、回収されたアンモニアガスを工程（Ｂ）において使用して有機化合物の生産能を有する微生物を培養する、請求項１１～１６のいずれか１項に記載の方法。
  19. 　工程（Ｂ）において、窒素源又はｐＨ調整剤としてアンモニアを使用する、請求項１１～１８のいずれか１項に記載の方法。
  20. 　微生物が、アミノ酸、有機酸、多糖類、タンパク質、抗生物質、及びアルコールからなる群から選択される有機化合物の生産能を有する、請求項１１～１９のいずれか１項に記載の方法。
  21. 　微生物が、細菌又は真菌である、請求項１１～２０のいずれか１項に記載の方法。
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