特許 6798976 有機化合物又は微生物の製造システム及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6798976

(24)【登録日】2020年11月24日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】有機化合物又は微生物の製造システム及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20201130BHJP

   C12M 1/04 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 1/02 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 1/04 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 7/02 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 7/40 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 13/04 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 13/14 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 19/04 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 21/00 20060101ALI20201130BHJP

   C12P 13/08 20060101ALN20201130BHJP

【ＦＩ】

   C12M1/00 C

   C12M1/04

   C12P1/02 A

   C12P1/02 D

   C12P1/04 A

   C12P7/02

   C12P7/40

   C12P13/04

   C12P13/14 B

   C12P19/04

   C12P21/00 A

   !C12P13/08 A

【請求項の数】15

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2017-500721(P2017-500721)

(86)(22)【出願日】2016年2月17日

(86)【国際出願番号】JP2016054611

(87)【国際公開番号】WO2016133134

(87)【国際公開日】20160825

【審査請求日】2018年9月28日

(31)【優先権主張番号】特願2015-28959(P2015-28959)

(32)【優先日】2015年2月17日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000066

【氏名又は名称】味の素株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岸野 光広

(72)【発明者】

【氏名】児島 宏之

(72)【発明者】

【氏名】細野 秀雄

(72)【発明者】

【氏名】原 亨和

(72)【発明者】

【氏名】北野 政明

(72)【発明者】

【氏名】横山 壽治

(72)【発明者】

【氏名】沼口 徹

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 宗宣

(72)【発明者】

【氏名】山田 和輝

(72)【発明者】

【氏名】野口 博美

【審査官】 佐藤 巌

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０２０２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１２４４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０７７６５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０５２３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２１１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０３２２６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−０６９９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０６６５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／００８９００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 WAKSMAN, S.A. and JOFFE, J.S.，J. Bacteriol.，１９２２年，Vol.7, No.2，pp.239-256

【文献】 HIROTA, R. et al.，J. Environmental Biotechnology，２００２年，Vol.2, No.2，pp.135-143

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１２Ｍ １／００−３／１０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＭＥＤＬＩＮＥ／ＣＡｐｌｕｓ／ＢＩＯＳＩＳ／ＷＰＩＤＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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培養装置と、
を含み、
微生物が、細菌又は真菌であり、
有機化合物がアミノ酸、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、有機化合物の製造システム。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項6】

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１〜５のいずれか１項に記載の製造システム。

【請求項7】

回収されたアンモニアガス又は回収されたアンモニアガスを転化した含窒素化合物を窒素源又はｐＨ調整剤として供給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１〜６のいずれか１項に記載の製造システム。

【請求項8】

（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
を含み、
微生物が、細菌又は真菌であり、
有機化合物がアミノ酸、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、有機化合物の製造方法。

【請求項9】

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）を連続的に実施する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

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８又は９に記載の方法。

【請求項11】

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８〜１０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項12】

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８〜１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

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１２に記載の方法。

【請求項14】

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８〜１３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

回収されたアンモニアガス又は回収されたアンモニアガスを転化した含窒素化合物を窒素源又はｐＨ調整剤として供給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８〜１４のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２００６／０３８６９５号

【特許文献2】特開２０１０−０１７０８２号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】“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

【非特許文献2】“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

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

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、Ｆｅ_３Ｏ_４に数重量％のＡｌ_２Ｏ_３とＫ_２Ｏ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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【課題を解決するための手段】

【0012】

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。

【発明の効果】

【0013】

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。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】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】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】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】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。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

［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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

＜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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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０．１ｍ^２／ｇ〜１０００ｍ^２／ｇ、より好ましくは０．５ｍ^２／ｇ〜８００ｍ^２／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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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：３Ｈ_２＋Ｎ_２⇔２ＮＨ_３に従って直接反応してアンモニアを合成する。

【0031】

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。

【0032】

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）。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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、Ｈ_２を含むガスへと転化した後、ＣＯシフト反応、脱ＣＯ_２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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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（Ｐ_ａｄ）と、吸着剤からアンモニアを脱着させる際の圧力（Ｐ_ｄｅ）とは、Ｐ_ａｄ＞Ｐ_ｄｅ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Ｐ_ａｄおよびＰ_ｄｅは、Ｐ_ａｄ−Ｐ_ｄｅ≧１０ｋＰａを満たすことが好ましく、Ｐ_ａｄ−Ｐ_ｄｅ≧５０ｋＰａを満たすことがより好ましく、Ｐ_ａｄ−Ｐ_ｄｅ≧１００ｋＰａを満たすことがさらに好ましく、Ｐ_ａｄ−Ｐ_ｄｅ≧０．２ＭＰａを満たすことがさらにより好ましく、Ｐ_ａｄ−Ｐ_ｄｅ≧０．３ＭＰａ、Ｐ_ａｄ−Ｐ_ｄｅ≧０．４ＭＰａ、又はＰ_ａｄ−Ｐ_ｄｅ≧０．５ＭＰａを満たすことが特に好ましい。上記Ｐ_ａｄとＰ_ｄｅの差分（Ｐ_ａｄ−Ｐ_ｄｅ）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、Ｐ_ａｄは、上記Ｐ_ａｄ＞Ｐ_ｄｅ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。Ｐ_ｄｅは、上記Ｐ_ａｄ＞Ｐ_ｄｅ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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

＜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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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）。

【0064】

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）。

【0065】

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）。

【0066】

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）。

【0067】

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）。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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、Ｈ_２を含むガスへと転化した後、ＣＯシフト反応、脱ＣＯ_２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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

［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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【実施例】

【0103】

［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Ｒｕ_３（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Ｃｓ_２ＣＯ_３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Ｃｓ_２ＣＯ_３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１２ｍ^２／ｇ、ＣＯ吸着法で測定したＲｕ分散度（％）は２５であった。

【0104】

＜アンモニア合成反応＞
窒素ガス（Ｎ_２）と水素ガス（Ｈ_２）を反応させてアンモニアガス（ＮＨ_３）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、Ｎ_２：１５ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ_２：４５ｍＬ／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。

【0105】

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。

【0106】

［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Ｒｕ_３（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Ｃｓ_２ＣＯ_３（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。

【0107】

＜アンモニア水の製造＞
窒素ガス（Ｎ_２）と水素ガス（Ｈ_２）を反応させてアンモニアガス（ＮＨ_３）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、Ｎ_２：１５ｍＬ／ｍｉｎ、Ｈ_２：４５ｍＬ／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ＮＨ_３を水中に溶解し、生成したＮＨ_３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、ＮＨ_４^＋量１．６０ｇ）を得た。

【0108】

［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、ＮＨ_４^＋量０．８１ｇ）を得た。

【0109】

［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。

【0110】

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。

【0111】

［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。

【0112】

〔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、ＮＨ_３：３．０９ｇ／Ｌ（参考例２で製造したアンモニア水溶液１を使用）、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：１ｇ／Ｌ、ＫＨ_２ＰＯ_４：１ｇ／Ｌ、酵母エキス：２ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ：０．００８ｇ／Ｌ、Ｈ_２ＳＯ_４を用いてｐＨ７．０に調整

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

［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、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：１２ｇ／Ｌ（参考例３で製造した硫酸アンモニウム溶液１を使用）、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：１ｇ／Ｌ、ＫＨ_２ＰＯ_４：１ｇ／Ｌ、酵母エキス：２ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ：０．００８ｇ／Ｌ、ＫＯＨを用いてｐＨ７．０に調整

【0116】

［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。

【0117】

［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。

【0118】

【表1】

【0119】

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。

【0120】

［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・６Ｈ_２Ｏ：２ｇ／Ｌ、ペプトン：１０ｇ／Ｌ、Ｙｅａｓｔ Ｅｘｔｒａｃｔ：１０ｇ／Ｌ、ＫＨ_２ＰＯ_４：１ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．４ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ：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、ＮＨ_３（参考例２で製造したアンモニア水溶液１を使用）３．８６ｇ／Ｌ、ＫＨ_２ＰＯ_４：１ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．４ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ビタミンＢ１：２００μｇ／Ｌ、ビオチン：３００μｇ／Ｌ、豆ろ液：０．４８ｇ／Ｌ（Ｔ−Ｎ）、Ｋ_２ＳＯ_４：１９．７８ｇ／Ｌ、Ｈ_２ＳＯ_４を用いてｐＨ８．０に調整

【0121】

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。

【0122】

［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、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：１５ｇ／Ｌ（参考例３で製造した硫酸アンモニウム溶液１を使用）、ＫＨ_２ＰＯ_４：１ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．４ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．０１ｇ／Ｌ、ＭｎＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ：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

【0123】

［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。

【0124】

［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。

【0125】

【表2】

【0126】

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。

【符号の説明】

【0127】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】