特許7326252水素に富むＣ１含有基質を使用した代謝物生成方法およびシステム
(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】
(24)【登録日】2023-08-04
(45)【発行日】2023-08-15
(54)【発明の名称】水素に富むＣ１含有基質を使用した代謝物生成方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
C12P 7/06 20060101AFI20230807BHJP
C12N 1/00 20060101ALI20230807BHJP
C12N 1/20 20060101ALI20230807BHJP
C12P 5/02 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/00 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/04 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/16 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/18 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/26 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/28 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/42 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/52 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/54 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/56 20060101ALI20230807BHJP
C12P 7/64 20220101ALI20230807BHJP
【ＦＩ】
C12P7/06
C12N1/00 C
C12N1/00 Q
C12N1/00 R
C12N1/20 D
C12N1/20 F
C12P5/02
C12P7/00
C12P7/04
C12P7/16
C12P7/18
C12P7/26
C12P7/28
C12P7/42
C12P7/52
C12P7/54
C12P7/56
C12P7/64
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020513745
(86)(22)【出願日】2018-09-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-11-19
(86)【国際出願番号】 US2018049723
(87)【国際公開番号】W WO2019051069
(87)【国際公開日】2019-03-14
【審査請求日】2021-07-02
(31)【優先権主張番号】62/556,099
(32)【優先日】2017-09-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518403425
【氏名又は名称】ランザテク，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100092783
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120134
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 規雄
(74)【代理人】
【識別番号】100104282
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 康仁
(72)【発明者】
【氏名】コンラド，ロバート ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ウォーターズ，ガイ ウィリアム
(72)【発明者】
【氏名】パグリシ，マシュー
(72)【発明者】
【氏名】コノリー，ジョシュア ジェレミー
【審査官】中村 俊之
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５２３５４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１１５５０５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－２０５５３０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｐ １／００－ ４１／００
Ｃ１２Ｎ １／００－ ７／０８
ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つ以上の発酵生成物の生成方法であって、ａ．ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を、１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含有する液体栄養培地を含む接種リアクタに提供することと、
ｂ．前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、接種材料を生成することと、
ｃ．前記接種材料の少なくとも一部分を、バイオリアクタシステムであって、液体栄養培地中に１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含有する少なくとも１つのバイオリアクタを備えるバイオリアクタシステムに送ることと、
ｄ．Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質を、前記バイオリアクタシステムに送ることと、
ｅ．前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、少なくとも１つの発酵生成物を生成することと、を含み、
ここで、前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含み、前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質は、少なくとも１．１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、方法。
【請求項2】
前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が、０．５未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質が、１．１：１～６：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記Ｃ１固定微生物が、カルボキシド栄養性細菌である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記カルボキシド栄養性細菌が、ムーレラ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、ルミノコッカス（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ）、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ユーバクテリウム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブチリバクテリウム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、オキソバクター（Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ）、メタノサルシナ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）、およびデスルホトマキュラム（Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ）からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記カルボキシド栄養性細菌が、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）である、請求項４に記載の方法。
【請求項7】
前記バイオリアクタシステムが、１つ以上の二次バイオリアクタに連結された１つ以上の一次バイオリアクタを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
少なくとも１つの発酵生成物が、エタノール、アセテート、ブタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、ラクテート、ブテン、ブタジエン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３－ヒドロキシプロピオネート、イソプレン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、１－プロパノール、モノエチレングリコール、イソブテン、およびＣ６～Ｃ１４アルコールからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記１つ以上の発酵生成物が、ディーゼル燃料、ジェット燃料、ガソリン、プロピレン、ナイロン６－６、ゴム、および／または樹脂のうちの少なくとも１つの成分にさらに変換される、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記少なくとも１つの発酵生成物が、微生物バイオマスである、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記微生物バイオマスが処理されて、動物用飼料の少なくとも１つの成分を生成する、請求項１０に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年９月８日に出願された米国仮特許出願第６２／５５６，０９９号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１７年９月８日に出願された米国仮特許出願第６２／５５６，０９９号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
発明の分野
本発明は、接種リアクタおよび少なくとも１つのバイオリアクタを含む多段階ガス発酵プロセスを介する１つ以上の発酵生成物の生成方法に関する。具体的には、本発明は、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が接種リアクタに供給されて、接種材料を生成する方法に関する。
本発明は、接種リアクタおよび少なくとも１つのバイオリアクタを含む多段階ガス発酵プロセスを介する１つ以上の発酵生成物の生成方法に関する。具体的には、本発明は、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が接種リアクタに供給されて、接種材料を生成する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
二酸化炭素（ＣＯ２）は、人間の活動による世界全体の温室効果ガス排出量の約７６％を占め、メタン（１６％）、亜酸化窒素（６％）、およびフッ素化ガス（２％）が残りを占めている（米国環境保護庁（ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ））。温室効果ガス排出、特にＣＯ２の削減は、地球温暖化の進行ならびにそれに伴う気候および天候の変動を食い止めるのに重要である。
【0004】
フィッシャー－トロプシュ法などの触媒プロセスを使用して、産業廃ガスまたは合成ガスなどの二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、および／または水素（Ｈ２）を含有するガスを様々な燃料および化学物質に変換できることが長い間認識されている。しかしながら、最近、ガス発酵がそのようなガスの生物学的固定のための代替プラットフォームとして浮上している。特に、Ｃ１固定微生物は、ＣＯ２、ＣＯ、および／またはＨ２を含有するガスをエタノールおよび２，３－ブタンジオールなどの生成物に変換することが示されている。
【0005】
このようなガスは、例えば、炭水化物発酵からのガス、セメント製造からのガス、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭および石油を含む化石資源を含むがこれらに限定されない供給源から誘導される）、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセス（水蒸気メタン改質、水蒸気ナフサ改質、石油コークスガス化、触媒再生－流動触媒分解、触媒再生－ナフサ改質、および乾式メタン改質を含むがこれらに限定されない水蒸気源から誘導される）を含む、工業的プロセスから誘導され得る。
【0006】
特定の工業的プロセスでは、ガスの組成は、発酵に理想的ではない場合がある。ガスの組成が理想的でない場合、細胞増殖、生成物選択性、および安定性が最適ではない場合がある。
【0007】
したがって、下流の発酵プロセスにおいて、細胞増殖、生成物選択性、および安定性を促進するために、工業的プロセスからのガスの組成を最適化する発明が依然として必要である。
【発明の概要】
【0008】
本発明は、１つ以上の発酵生成物の生成方法を提供し、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が、１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含有する液体栄養培地を含む接種リアクタに送られ、そこで、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は発酵して、接種材料を生成し、接種材料の少なくとも一部分は、バイオリアクタシステムに送られ、バイオリアクタシステムは、液体栄養培地中に１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含有する少なくとも１つのバイオリアクタを定義し、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質が、バイオリアクタシステムに送られ、そこで、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質は発酵して、少なくとも１つの発酵生成物を生成する。
【0009】
特定の実施形態では、接種リアクタに送られるＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。
【0010】
特定の例では、接種リアクタに送られるＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、０．５未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。
【0011】
好ましくは、接種リアクタに送られるＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、０．０２：１～１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。特定の実施形態では、Ｈ２：ＣＯモル比は、０．０５：１～１：１、または０．１５：１～１：１、または０．２５：１～１：１、または０．３５：１～１：１、または０．４５：１～１：１、または０．５５：１～１：１、または０．６５：１～１：１、または０．７５：１～１：１、または０．８５：１～１：１、または０．９５：１～１：１である。
【0012】
特定の実施形態では、バイオリアクタシステムに送られるＨ２に富むＣ１含有ガス状基質は、少なくとも１．１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。
【0013】
好ましくは、バイオリアクタシステムに送られるＨ２に富むＣ１含有ガス状基質は、１．１：１～６：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。特定の実施形態では、Ｈ２：ＣＯモル比は、１．５：１～６：１、または２：１～６：１、または２．５：１～６：１、または３：１～６：１、または３．５：１～６：１、または４：１～６：１、または４．５：１～６：１、または５：１～６：１である。
【0014】
少なくとも１つの実施形態では、接種リアクタまたはバイオリアクタシステムのいずれか、または両方のＣ１固定微生物は、カルボキシド栄養性細菌である。
【0015】
Ｃ１固定微生物がカルボキシド栄養性である実施形態では、カルボキシド栄養性細菌は、ムーレラ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、ルミノコッカス（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ）、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ユーバクテリウム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブチリバクテリウム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、オキソバクター（Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ）、メタノサルシナ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）、およびデスルホトマキュラム（Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ）からなる群から選択され得る。
【0016】
好ましくは、カルボキシド栄養性細菌は、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）である。
【0017】
少なくとも１つの実施形態では、バイオリアクタシステムは、１つ以上の二次バイオリアクタに連結された１つ以上の一次バイオリアクタを備える。
【0018】
好ましくは、本方法は、Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分を接種リアクタに送ることと、Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分をバイオリアクタに送ることと、を提供し、接種リアクタ内のＣ１含有ガス状基質は発酵して、接種材料を生成し、接種材料の少なくとも一部分は、少なくとも１つのバイオリアクタに送られ、バイオリアクタ内のＣ１含有ガス状基質は発酵して、少なくとも１つの発酵生成物を生成し、接種リアクタに送られるＣ１含有ガス状基質は、接種リアクタに送られる前に、少なくとも１つのＨ２除去プロセスに供される。
【0019】
特定の実施形態では、接種リアクタに送られるＣ１含有ガス状基質は、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。
【0020】
特定の例では、接種リアクタに送られるＣ１含有ガス状基質は、０．８未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。
【0021】
特定の例では、接種リアクタに送られるＣ１含有ガス状基質は、０．５未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。
【0022】
好ましくは、接種リアクタに送られるＣ１含有ガス状基質は、０．０２：１～１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。特定の実施形態では、Ｈ２：ＣＯモル比は、０．０５：１～１：１、または０．１５：１～１：１、または０．２５：１～１：１、または０．３５：１～１：１、または０．４５：１～１：１、または０．５５：１～１：１、または０．６５：１～１：１、または０．７５：１～１：１、または０．８５：１～１：１、または０．９５：１～１：１である。
【0023】
特定の実施形態では、Ｈ２除去プロセスは、少なくとも１つの圧力スイング吸着プロセスを含む。
【0024】
特定の実施形態では、Ｈ２除去プロセスは、少なくとも１つの膜分離モジュールを含む。
【0025】
好ましくは、Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分は、工業的供給源から誘導される。
【0026】
特定の例では、Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分は、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅、および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセスからなる群から選択される、少なくとも１つの工業的供給源から誘導され得る。
【0027】
好ましくは、本方法は、エタノール、アセテート、ブタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、ラクテート、ブテン、ブタジエン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３－ヒドロキシプロピオネート、イソプレン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、１－プロパノール、モノエチレングリコール、イソブテン、およびＣ６～Ｃ１４アルコールからなる群から選択される、少なくとも１つの発酵生成物を生成する。
【0028】
少なくとも１つの実施形態では、１つ以上の発酵生成物は、ディーゼル燃料、ジェット燃料、ガソリン、プロピレン、ナイロン６－６、ゴム、および／または樹脂のうちの少なくとも１つの成分にさらに変換される。
【0029】
特定の実施形態では、少なくとも１つの発酵生成物は、微生物バイオマスである。特定の例では、微生物バイオマスはさらに処理されて、動物用飼料の少なくとも１つの成分を生成し得る。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】水素除去プロセス、接種リアクタ、およびバイオリアクタシステムの統合を示す概略フローチャートである。
【図2】本発明の一態様による、水素除去プロセス、接種リアクタ、およびバイオリアクタシステムの統合を示す概略フローチャートであり、水素除去プロセスは、接種リアクタおよびバイオリアクタシステムの両方の上流にある。
【図3】本発明の一態様による、バイオリアクタシステムの上流の２つの水性ガスシフトプロセス、および圧力スイング吸着プロセスをさらに示す概略フローチャートであり、１つの水性ガスシフトプロセスは、バイパスされる。
【図4】本発明の一態様による、バイオリアクタシステムの上流の２つの水性ガスシフトプロセス、および圧力スイング吸着プロセスをさらに示す概略フローチャートである。
【図5】本発明の一態様による、接種リアクタの上流の追加の水素除去プロセスをさらに示す概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0031】
本発明者らは、接種リアクタに供給されるガス流の組成を最適化することによって、接種リアクタおよび後続のバイオリアクタシステムの両方で細胞増殖、生成物選択性、および安定性が最適化されることを特定した。具体的には、本発明者らは、接種リアクタに供給されるガス流が、低減した水素量を含む場合に、最適な細胞増殖、生成物選択性、および安定性を見出した。
【0032】
定義
別段の定めがない限り、本明細書全体で使用される以下の用語は、以下のように定義される。
別段の定めがない限り、本明細書全体で使用される以下の用語は、以下のように定義される。
【0033】
「Ｃ１」は、１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、またはＣＨ３ＯＨを指す。「Ｃ１酸素化物」は、少なくとも１つの酸素原子も含む１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ２、またはＣＨ３ＯＨを指す。「Ｃ１炭素源」は、本発明の微生物のための部分的または唯一の炭素源として機能する１炭素分子を指す。例えば、Ｃ１炭素源は、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、ＣＨ３ＯＨ、またはＣＨ２Ｏ２のうちの１つ以上を含み得る。好ましくは、Ｃ１炭素源は、ＣＯまたはＣＯ２のうちの一方または両方を含む。「Ｃ１固定微生物」は、Ｃ１炭素源から１つ以上の生成物を生成する能力を有する微生物である。典型的には、本発明の微生物は、Ｃ１固定微生物である。
【0034】
「Ｃ１含有ガス状基質」は、Ｃ１を含む工業的プロセスから出る任意のガスを含む。様々な例では、Ｃ１含有ガス状基質は、ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、またはこれらの組み合わせを含む。ガス状基質は、典型的には、かなりの割合のＣＯ、好ましくは少なくとも約５体積％～約１００体積％のＣＯを含有する。ガス状基質は、かなりの割合の水素を含有し得る。例えば、特定の実施形態では、基質は、概ね２：１、または１：１、または１：２のＨ２：ＣＯ比を含み得る。一実施形態において、基質は、約３０体積％以下のＨ２、２０体積％以下のＨ２、約１５体積％以下のＨ２、または約１０体積％以下のＨ２を含む。基質はまた、例えば、約１体積％～約８０体積％のＣＯ２、または１体積％～約３０体積％のＣＯ２をなど、ある程度のＣＯ２を含有し得る。一実施形態において、基質は約２０体積％以下のＣＯ２を含む。特定の実施形態において、基質は、約１５体積％以下のＣＯ２、約１０体積％以下のＣＯ２、約５体積％以下のＣＯ２を含むか、または実質的にＣＯ２を含まない。加えて、Ｃ１含有ガス状基質は、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、および／またはメタン（ＣＨ４）のうちの１つ以上を含有し得る。
【0035】
基質は典型的にはガス状であるが、基質はまた、代替的な形態で提供されてもよい。例えば、基質は、マイクロバブル分散物発生装置を使用して、ＣＯ含有ガスで飽和した液体中に溶解されてもよい。さらなる例として、基質は、固体支持体上に吸着されてもよい。
【0036】
「共基質」という用語は、必ずしも生成物合成のための一次エネルギーおよび材料供給源ではないが、主要な基質などの別の基質に添加された場合に生成物合成に利用され得る物質を指す。
【0037】
基質および／またはＣ１炭素源は、自動車の排出ガスまたはバイオマスガス化からなど、工業的プロセスの副生成物として得られるか、または何らかの他の供給源からの廃ガスであってもよい。特定の実施形態において、工業的プロセスは、炭水化物発酵からのガス排出、ガス発酵、セメント製造からのガス排出、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス（バイオマス、廃液流、固形廃棄流、都市流、天然ガス、石炭および石油を含む化石資源を含むがこれらに限定されない供給源から誘導される）、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセス（水蒸気メタン改質、水蒸気ナフサ改質、石油コークスガス化、触媒再生－流動触媒分解、触媒再生－ナフサ改質、および乾式メタン改質を含むがこれらに限定されない水蒸気源から誘導される）からなる群から選択される。これらの実施形態では、基質および／またはＣ１炭素源は、任意の簡便な方法を使用して、それが大気中に排出される前に工業的プロセスから捕捉されてもよい。
【0038】
「ガス流」は、例えば、あるモジュールから別のモジュールへ、あるモジュールからバイオリアクタへ、あるモジュールから接種リアクタへ、あるプロセスから別のプロセスへ、および／またはあるモジュールから炭素捕捉手段へ、送られ得る基質の任意の流れを指す。
【0039】
本明細書で使用される場合、「炭素捕捉」という用語は、ＣＯ２および／もしくはＣＯを含む流れからのＣＯ２および／もしくはＣＯを含む炭素化合物の隔離、ならびに
ＣＯ２および／もしくはＣＯを生成物に変換すること、または
ＣＯ２および／もしくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質に変換すること、または
ＣＯ２および／もしくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質中に閉じ込めること、または
これらのプロセスの組み合わせのいずれかを指す。
ＣＯ２および／もしくはＣＯを生成物に変換すること、または
ＣＯ２および／もしくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質に変換すること、または
ＣＯ２および／もしくはＣＯを長期貯蔵に好適な物質中に閉じ込めること、または
これらのプロセスの組み合わせのいずれかを指す。
【0040】
本明細書で使用される場合、「反応物質」は、化学反応中の変化に関与し、化学反応中に変化する物質を指す。特定の実施形態では、反応物質としては、ＣＯおよび／またはＨ２が挙げられるが、これらに限定されない。
【0041】
「水素除去プロセス」などは、Ｃ１含有ガス状基質から水素を除去および／または分離することができる技術を含む。特定の実施形態では、圧力スイング吸着プロセスおよび／または膜分離プロセスが、水素除去プロセスとして使用される。
【0042】
「バイオリアクタ」「バイオリアクタシステム」などの用語は、連続撹拌槽反応器（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｓｔｉｒｒｅｄ Ｔａｎｋ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＣＳＴＲ））、固定化細胞リアクタ（Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ Ｃｅｌｌ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＩＣＲ））、トリクルベッドリアクタ（Ｔｒｉｃｋｌｅ Ｂｅｄ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＴＢＲ））、気泡塔（Ｂｕｂｂｌｅ Ｃｏｌｕｍｎ）、ガスリフト発酵槽（Ｇａｓ Ｌｉｆｔ Ｆｅｒｍｅｎｔｅｒ）、スタティックミキサ（Ｓｔａｔｉｃ Ｍｉｘｅｒ）、循環ループリアクタ、中空繊維膜バイオリアクタ（Ｈｏｌｌｏｗ Ｆｉｂｒｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ （ＨＦＭ ＢＲ））などの膜リアクタ、または気液接触に好適な他の槽もしくは他の装置を含む、１つ以上の槽および／もしくは塔、または配管配置からなる発酵装置を含む。バイオリアクタは、好ましくは、ＣＯもしくはＣＯ２もしくはＨ２またはこれらの混合物を含むガス状基質を受容するように適合されている。バイオリアクタは、並列または直列のいずれかで、複数のリアクタ（段階）を備え得る。好ましくは、バイオリアクタは、起動リアクタから接種材料を受容するように構成されている。好ましくは、バイオリアクタは、発酵生成物の大部分が生成される生成リアクタとして構成されている。
【0043】
「接種リアクタ」、「接種装置」、「シードリアクタ」などの用語は、細胞増殖を確立および促進するための発酵装置を含む。接種リアクタは、好ましくは、ＣＯもしくはＣＯ２もしくはＨ２またはこれらの混合物を含むガス状基質を受容するように適合されている。好ましくは、接種リアクタは、細胞増殖が最初に開始されるリアクタである。様々な実施形態では、接種リアクタは、すでに増殖した細胞が復活する場所である。様々な実施形態では、接種装置は、１つ以上の微生物の細胞増殖を開始して、接種材料を生成し、次いで、接種材料は、各バイオリアクタが１つ以上の発酵生成物の生成を促進するように構成されているバイオリアクタシステムに移され得る。特定の例では、接種装置は、後続の１つ以上のバイオリアクタと比較した場合、容積が小さい。
【0044】
「栄養培地（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｍｅｄｉａ）」または「栄養培地（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｍｅｄｉｕｍ）」は、細菌増殖培地を説明するために使用される。一般に、この用語は、培養微生物の増殖に適した栄養素および他の成分を含有する培地を指す。「栄養素」という用語は、微生物の代謝経路において利用され得る任意の物質を含む。例示的な栄養素には、カリウム、ビタミンＢ、微量金属、およびアミノ酸が含まれる。
【0045】
「発酵ブロス」または「ブロス」という用語は、栄養培地および培養物または１つ以上の微生物を含む成分の混合物を包含することを意図している。微生物という用語と細菌という用語は、本明細書を通して互換的に使用されることに留意されたい。
【0046】
「接種材料」という用語は、接種リアクタ内で最初に増殖した発酵ブロスを包含することを意図しており、次いで、１つ以上の後続のバイオリアクタに接種するために１つ以上の後続のバイオリアクタに送られる。好ましくは、接種材料は、１つ以上のバイオリアクタによって利用されて、１つ以上の発酵生成物を生成する。
【0047】
「所望の組成」という用語は、例えばガス流などの物質中の成分の望ましい濃度および種類を指すために使用される。より具体的には、ガスは、それが特定の成分（例えば、ＣＯ、Ｈ２、および／またはＣＯ２）を含有する、および／または特定の成分を特定の割合で含有する、および／または特定の成分（例えば、微生物に有害な構成成分）を含有しない、および／または特定の成分を特定の割合で含有しない場合、「所望の組成」を有すると考えられる。ガス流が所望の組成を有しているかどうかを判断する場合、２つ以上の成分が考慮され得る。１つ以上の実施形態では、Ｃ１含有ガス状基質の「所望の組成」は、Ｈ２：ＣＯモル比に換算して定義される。様々な実施形態では、接種リアクタに送られるＣ１含有ガス状基質の所望の組成は、バイオリアクタシステムに送られるＣ１含有ガス状基質の所望の組成とは異なる。
【0048】
「効率を高める」、「効率が高まる」などの用語は、発酵プロセスに関して使用される場合、発酵を触媒する微生物の増殖速度、上昇した生成物濃度における増殖および／または生成物生成速度、消費される基質の体積当たりに生成される所望の生成物の体積、所望の生成物の生成速度または生成レベル、ならびに発酵の他の副生成物と比較して生成される所望の生成物の相対的割合のうちの１つ以上を増加させることを含むがこれらに限定されない。
【0049】
文脈上別段の要求がない限り、本明細書で使用される場合、「発酵」、「発酵プロセス」、または「発酵反応」などの句は、ガス状基質の増殖期および生成物生合成期の両方を包含することを意図している。
【0050】
「微生物」は、顕微鏡生物、特に細菌、古細菌、ウイルス、または真菌である。本発明の微生物は、典型的には細菌である。本明細書で使用される場合、「微生物」の引用は、「細菌」を網羅するものと解釈されるべきである。
【0051】
「親微生物」は、本発明の微生物を生成するために使用される微生物である。親微生物は、天然に存在する微生物（例えば、野生型微生物）、または以前に修飾された微生物（例えば、変異体または組換え微生物）であってもよい。本発明の微生物は、親微生物において発現または過剰発現していなかった１つ以上の酵素を発現または過剰発現するように修飾され得る。同様に、本発明の微生物は、親微生物が含有しなかった１つ以上の遺伝子を含有するように修飾され得る。本発明の微生物は、また、親微生物において発現した１つ以上の酵素を発現しないか、またはより少ない量を発現するように修飾され得る。一実施形態において、親微生物は、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）、クロストリジウムユングダーリー（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）、またはクロストリジウムラグスダレイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ）である。好ましい実施形態では、親微生物は、２０１０年６月７日に、Ｉｎｈｏｆｆｅｎｓｔｒａβ ７Ｂ，Ｄ－３８１２４ Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｅｉｇ，Ｇｅｒｍａｎｙに所在するＤｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ（ＤＳＭＺ）に、ブダペスト条約の条項下で、２０１０年６月７日に寄託され、受託番号ＤＳＭ２３６９３を付与された、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ） ＬＺ１５６１である。この菌株は、ＷＯ２０１２／０１５３１７として公開されている国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＺ２０１１／０００１４４号に記載されている。
【0052】
「～由来する」という用語は、核酸、タンパク質、または微生物が異なる（例えば、親または野生型）核酸、タンパク質、または微生物から修飾または適合されて、新しい核酸、タンパク質、または微生物を生成することを示す。そのような修飾または適合は、典型的には、核酸または遺伝子の挿入、欠失、変異、または置換を含む。一般に、本発明の微生物は、親微生物に由来する。一実施形態では、本発明の親微生物は、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）、クロストリジウムユングダーリー（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）、またはクロストリジウムラグスダレイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ）に由来する。好ましい実施形態において、本発明の微生物は、ＤＳＭＺ受託番号ＤＳＭ２３６９３の下で寄託される、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）ＬＺ１５６１に由来する。
【0053】
「Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ」は、すなわち、Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３－１８９８，２００８に記載されているような炭素固定のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を指す。「Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ微生物」は、予想通り、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含む微生物を指す。一般に、本発明の微生物は天然のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含有する。本明細書では、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路は、天然の未修飾のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路であってもよく、またはＣＯ、ＣＯ２、および／もしくはＨ２をアセチル－ＣｏＡに変換するように依然として機能する限り、ある程度の遺伝子修飾（例えば、過剰発現、異種発現、遺伝子欠損など）を有するＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路であってもよい。
【0054】
「嫌気性細菌」は、増殖のために酸素を必要としない微生物である。嫌気性細菌は、酸素が特定の閾値を超えて存在する場合、負の反応を示し得るか、または死滅し得る。しかしながら、いくつかの嫌気性細菌は、低濃度の酸素（例えば、０．０００００１～５体積％の酸素）を許容し得る。典型的には、本発明の微生物は嫌気性細菌である。
【0055】
「アセトゲン」は、省エネルギーのため、ならびにアセテートなどのアセチル－ＣｏＡおよびアセチル－ＣｏＡ由来生成物の合成のために、それらの主要機構として、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を使用する、偏性嫌気性細菌である（Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３－１８９８，２００８）。具体的には、アセトゲンは、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を、（１）ＣＯ２からのアセチル－ＣｏＡの還元合成のための機構、（２）末端電子受容、省エネルギープロセス、（３）細胞炭素の合成におけるＣＯ２の固定（同化）のための機構として使用する（Ｄｒａｋｅ，Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｃ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ，Ｉｎ：Ｔｈｅ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ，３ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，ｐ．３５４，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，２００６）。天然に存在する全てのアセトゲンは、Ｃ１固定、嫌気性、独立栄養性、および非メタン資化性である。典型的には、本発明の微生物は、アセトゲンである。
【0056】
「エタノロゲン」は、エタノールを生成する、または生成することができる微生物である。典型的には、本発明の微生物は、エタノロゲンである。
【0057】
「独立栄養生物」は、有機炭素の不在下で増殖することができる微生物である。代わりに、独立栄養生物は、ＣＯおよび／またはＣＯ２などの無機炭素源を使用する。典型的には、本発明の微生物は、独立栄養生物である。
【0058】
「カルボキシド栄養生物」は、炭素およびエネルギーの唯一の供給源としてＣＯを利用することができる微生物である。典型的には、本発明の微生物は、カルボキシド栄養生物である。
【0059】
本発明の微生物は、１つ以上の生成物を生成するようにガス流と共に培養され得る。例えば、本発明の微生物は、エタノール（ＷＯ２００７／１１７１５７）、アセテート（ＷＯ２００７／１１７１５７）、ブタノール（ＷＯ２００８／１１５０８０およびＷＯ２０１２／０５３９０５）、ブチレート（ＷＯ２００８／１１５０８０）、２，３－ブタンジオール（ＷＯ２００９／１５１３４２およびＷＯ２０１６／０９４３３４）、ラクテート（ＷＯ２０１１／１１２１０３）、ブテン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、ブタジエン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、メチルエチルケトン（２－ブタノン）（ＷＯ２０１２／０２４５２２およびＷＯ２０１３／１８５１２３）、エチレン（ＷＯ２０１２／０２６８３３）、アセトン（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、イソプロパノール（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、脂質（ＷＯ２０１３／０３６１４７）、３－ヒドロキシプロピオネート（３－ＨＰ）（ＷＯ２０１３／１８０５８１）、イソプレンを含むテルペン（ＷＯ２０１３／１８０５８４）、脂肪酸（ＷＯ２０１３／１９１５６７）、２－ブタノール（ＷＯ２０１３／１８５１２３）、１，２－プロパンジオール（ＷＯ２０１４／０３６１５２）、１－プロパノール（ＷＯ２０１４／０３６９１５２）、コリスメート由来生成物（ＷＯ２０１６／１９１６２５）、３－ヒドロキシブチレート（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、および１，３－ブタンジオール（ＷＯ２０１７／００６６４９８）を生成することができるか、または生成するように操作され得る。１つ以上の目標生成物に加えて、本発明の微生物はまた、エタノール、アセテート、および／または２，３－ブタンジオールも生成し得る。特定の実施形態において、微生物バイオマス自体が生成物と見なされ得る。これらの生成物はさらに変換されて、ディーゼル、ジェット燃料、および／またはガソリンのうちの少なくとも１つの成分を生成し得る。加えて、微生物バイオマスはさらに処理されて、単細胞タンパク質（ＳＣＰ）を生成し得る。
【0060】
「単細胞タンパク質」（ＳＣＰ）は、タンパク質が豊富なヒトおよび／または動物用飼料に使用され得る微生物バイオマスを指し、多くの場合、大豆または魚粉などの従来のタンパク質補給源に取って代わる。単細胞タンパク質または他の生成物を生成するために、本方法は、追加の分離、加工、または処理の工程を含み得る。例えば、本方法は、微生物バイオマスを滅菌すること、微生物バイオマスを遠心分離すること、および／または微生物バイオマスを乾燥させることを含み得る。特定の実施形態では、微生物バイオマスは、噴霧乾燥またはパドル乾燥を使用して乾燥される。核酸含有量の高い食事を摂取すると、核酸分解生成物の蓄積および／または胃腸障害が生じ得るため、本方法は、当技術分野で公知の任意の方法を使用して、微生物バイオマスの核酸含有量を低減させることも含み得る。単細胞タンパク質は、家畜やペットなどの動物への給餌に好適であり得る。具体的には、動物用飼料は、１頭以上の肉用牛、乳用牛、豚、羊、山羊、馬、ラバ、ロバ、鹿、バッファロー／バイソン、ラマ、アルパカ、トナカイ、ラクダ、バンテン、ガヤル、ヤク、鶏、七面鳥、アヒル、ガチョウ、ウズラ、ホロホロ鳥、ひなバト／ハト、魚、エビ、甲殻類、猫、犬、およびげっ歯類に給餌するのに好適であり得る。動物用飼料の組成は、異なる動物の栄養要件に合わせて調整され得る。さらに、本方法は、微生物バイオマスを１つ以上の賦形剤と混合することまたは組み合わせることを含み得る。
【0061】
「賦形剤」は、動物用飼料の形態、特性、または栄養含有量を強化または変更するために、微生物バイオマスに添加され得る任意の物質を指し得る。例えば、賦形剤は、炭水化物、繊維、脂肪、タンパク質、ビタミン、ミネラル、水、香料、甘味料、酸化防止剤、酵素、防腐剤、プロバイオティクス、または抗生物質のうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実施形態では、賦形剤は、干し草、わら、貯蔵生牧草、穀物、油もしくは脂肪、または他の植物材料であってもよい。賦形剤は、Ｃｈｉｂａ，Ｓｅｃｔｉｏｎ １８：Ｄｉｅｔ Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｏｎ Ｆｅｅｄ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ，Ａｎｉｍａｌ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第３版、５７５～６３３項、２０１４に特定されている、任意の飼料構成成分であってもよい。
【0062】
「天然生成物」は、遺伝子組み換えされていない微生物によって生成される生成物である。例えば、エタノール、アセテート、および２，３－ブタンジオールは、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）、クロストリジウムユングダーリー（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ）、およびクロストリジウムラグスダレイ（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ）の天然生成物である。「非天然生成物」は、遺伝子組み換えされた微生物によって生成されるが、遺伝子組み換えされた微生物が由来する遺伝子組み換えされていない微生物によって生成されない生成物である。
【0063】
「選択性」は、微生物によって生成される全発酵生成物の生成に対する目標生成物の生成の比率を指す。本発明の微生物は、特定の選択性で、または最小の選択性で生成物を生成するように操作され得る。一実施形態では、目標生成物は、本発明の微生物によって生成される全ての発酵生成物の少なくとも約５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％、３０重量％、５０重量％、７５重量％、または９０重量％を占める。一実施形態では、目標生成物は、本発明の微生物が、目標生成物に対して少なくとも１０重量％の選択性を有するように、本発明の微生物によって生成される全ての発酵生成物の少なくとも１０重量％を占める。別の実施形態では、目標生成物は、本発明の微生物が、目標生成物に対して少なくとも３０重量％の選択性を有するように、本発明の微生物によって生成される全ての発酵生成物の少なくとも３０重量％を占める。一実施形態では、目標生成物は、本発明の微生物が、目標生成物に対して少なくとも９０重量％の選択性を有するように、微生物によって生成される全ての発酵生成物の少なくとも９０重量％を占める。
【0064】
目標生成物は、例えば、分留、蒸発、浸透気化、ガス除去、相分離、および、例えば、液－液抽出を含む抽出発酵を含む、当該技術分野で既知の任意の方法または方法の組み合わせを使用して、発酵ブロスから分離または精製され得る。特定の実施形態において、目標生成物は、ブロスの一部分をバイオリアクタから連続的に取り出し、微生物細胞をブロスから（濾過により簡便に）分離し、１つ以上の目標生成物をブロスから回収することによって、発酵ブロスから回収される。アルコールおよび／またはアセトンは、例えば、蒸留によって回収され得る。酸は、例えば、活性炭上での吸着によって回収され得る。分離された微生物細胞は、好ましくは、バイオリアクタに戻される。目標生成物が取り出された後に残っている無細胞透過液も、好ましくは、バイオリアクタに戻される。追加の栄養素（ビタミンＢなど）が、無細胞透過液に添加されて、培地を補充した後に、バイオリアクタに戻され得る。
【0065】
培養／発酵は、望ましくは、目標生成物の生成に適切な条件下で実施されるべきである。典型的には、培養／発酵は、嫌気性条件下で実施される。考慮する反応条件は、圧力（または分圧）、温度、ガス流量、液体流量、培地ｐＨ、培地酸化還元電位、撹拌速度（連続撹拌槽反応器を使用する場合）、接種レベル、液相中のガスが制限されないことを確実にするための最大ガス基質濃度、および生成物阻害を回避するための最大生成物濃度を含む。具体的には、基質の導入速度は、生成物がガス制限条件下での培養によって消費され得るため、液相中のガスの濃度が制限されないことを確実にするために制御されてもよい。
【0066】
上昇した圧力でバイオリアクタを操作することにより、気相から液相へのガス物質移動の速度を速めることができる。したがって、概して、大気圧よりも高い圧力で培養／発酵を実施することが好ましい。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ保持時間がバイオリアクタの必要な容積を示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクタの容積、およびその結果として培養／発酵装置の資本コストを大幅に削減することができる。これはさらに、バイオリアクタ中の液体体積を入力ガス流量で除算したものとして定義される保持時間が、バイオリアクタが大気圧よりも上昇した圧力に維持されるときに減少され得ることを意味する。最適反応条件は、使用される特定の微生物に部分的に依存する。しかしながら、一般的には、大気圧より高い圧力で発酵を行うことが好ましい。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ所望の保持時間を達成することが同様にバイオリアクタの必要な容積を示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクタの容積、およびその結果として発酵装置の資本コストを大幅に削減することができる。
【0067】
説明
接種装置および／またはバイオリアクタに供給されるＣ１含有ガス状基質の組成を制御することは、接種リアクタおよび後続のバイオリアクタの両方で、細胞増殖、生成物選択性、および安定性を促進するのに特に有用であることが判明した。好ましくは、Ｃ１含有基質は、接種リアクタに供給される前に組成制御され、１つ以上の下流のリアクタに供給するための接種材料を生成する。好ましくは、接種リアクタは、液体栄養培地中の１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含み、組成制御Ｃ１含有ガス状基質を受容して、発酵を介して接種材料を生成し得る。
接種装置および／またはバイオリアクタに供給されるＣ１含有ガス状基質の組成を制御することは、接種リアクタおよび後続のバイオリアクタの両方で、細胞増殖、生成物選択性、および安定性を促進するのに特に有用であることが判明した。好ましくは、Ｃ１含有基質は、接種リアクタに供給される前に組成制御され、１つ以上の下流のリアクタに供給するための接種材料を生成する。好ましくは、接種リアクタは、液体栄養培地中の１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含み、組成制御Ｃ１含有ガス状基質を受容して、発酵を介して接種材料を生成し得る。
【0068】
本発明者らは、水素に富むＣ１含有ガス状基質が発酵に使用される場合、発酵プロセスは、多くの場合長期の生成物選択性および安定性に欠けることを見出した。驚くべきことに、発明者は、水素に富む条件下で発酵プロセスを行い、代替の一酸化炭素（ＣＯ）に富むＣ１含有流を接種リアクタに供給する場合、バイオマス増殖およびバイオマス増殖速度が増加するだけでなく、エタノールに対する選択性の向上および下流のバイオリアクタ内での安定性の向上をももたらすことを見出した。
【0069】
本発明は、少なくとも３：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、工業用ガス流を利用する発酵プロセスに特に適用性があるが、本発明はまた、２：１または１．５：１または１．１：１のＨ２：ＣＯモル比を有するガス流などのより低いＨ２組成物を含む工業用流に有益であると考えられる。一実施形態では、本発明は、１つ以上の発酵生成物の生成方法を提供し、本方法は、（ａ）Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分を、接種リアクタに、Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分を、バイオリアクタに送ることと、（ｂ）Ｃ１含有ガス状基質を、接種リアクタ内で発酵させて、接種材料を生成することと、（ｃ）接種材料の少なくとも一部分を、少なくとも１つのバイオリアクタに送ることと、（ｄ）Ｃ１含有ガス状基質を、バイオリアクタ内で発酵させて、少なくとも１つの発酵生成物を生成することと、を含み、ここで、接種リアクタに送られるＣ１含有ガス状基質は、接種リアクタに送られる前に、少なくとも１つのＨ２除去プロセスに供される。
【0070】
特定の実施形態では、バイオリアクタは、１つ以上の二次リアクタに連結された１つ以上の一次リアクタを備える。特定の実施形態では、一次リアクタ（複数可）は、バイオマス生成を促進する条件で作動し、二次リアクタ（複数可）は、代謝物生成を促進する条件で作動する。様々な実施形態では、一次および二次リアクタに提供されるＨ２に富むＣ１含有ガス状基質は、同じ工業的供給源からのものであり、実質的に同じ組成を有する。
【0071】
一実施形態において、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質、およびＨ２に富むＣ１含有ガス状基質は、同じ工業的供給源から誘導される。様々な実施形態において、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質の少なくとも一部分は、接種リアクタに提供される前に水素除去プロセスに送られ、水素除去プロセスは、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質から水素の少なくとも一部分を分離し、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を生成するように構成されている。特定の実施形態では、処理ゾーンは、Ｈ２膜分離モジュールおよび／または圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスを含む。好ましくは、水素除去プロセスは、膜分離モジュールを含む。
【0072】
１つ以上の実施形態において、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質は、工業的プロセスから誘導される。
【0073】
代替の実施形態では、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、ボンベに充填されたＣＯガス流を含む。一実施形態では、ボンベに充填されたＣＯガスは、窒素および／または二酸化炭素などの１つ以上のガス状成分と混合される。さらなる実施形態では、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質とは異なる供給源から誘導されたＣＯに富むガス状流である。一実施形態では、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、ＣＯ２電気分解プロセスから誘導される。
【0074】
水素分離
場合によっては、必要なガス量によって、コストのためにボンベに充填されたガスの使用が禁止され得る。したがって、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質が処理されて、基質から水素の少なくとも一部分を除去し、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を生成することが好ましい。Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質を処理するための好適な方法としては、膜分離技術、および圧力スイング吸着技術を挙げることができるが、これらに限定されない。
場合によっては、必要なガス量によって、コストのためにボンベに充填されたガスの使用が禁止され得る。したがって、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質が処理されて、基質から水素の少なくとも一部分を除去し、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を生成することが好ましい。Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質を処理するための好適な方法としては、膜分離技術、および圧力スイング吸着技術を挙げることができるが、これらに限定されない。
【0075】
膜分離モジュールは、ガス状基質から水素の少なくとも一部分を除去するために、低コストで比較的容易な手段を提供する。例えば、７２体積％のＨ２、１４体積％のＣＯ、７体積％のＣＯ２、および７体積％のＣＨ４の組成を有する改質装置の合成ガスを、２５バールの圧力で実証的な膜分離モジュールに通過させると、高圧のＣＯに富む流れおよび低圧のＨ２に富む流れをもたらす。高圧のＣＯに富む流れは、２５バールのままで、５０体積％のＣＯ、１６体積％のＨ２、２５体積％のＣＨ４、および９体積％のＣＯ２を含有する。低圧のＨ２に富む流れは、１バールに低減され、９２体積％のＨ２、６体積％のＣＯ２、ならびにそれぞれ１体積％のＣＯおよびＣＨ４を含有する。高圧のＣＯに富む流れは、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質として接種装置に提供され得る。高圧のＣＯに富む流れは、さらなる圧縮を必要としないという追加の利点を提供し、したがって、接種リアクタ用の追加圧縮装置ユニットに関連する資本コストを省く。
【0076】
圧力スイング吸着プロセス技術は、ガス状基質から水素の少なくとも一部分を除去するためのより複雑でありながら効果的な手段である。圧力スイング吸着プロセスを利用する場合、得られるＣＯに富む流れは低圧である。圧力スイング吸着プロセスの使用は実現可能であるが、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、接種リアクタまたは任意のバイオリアクタに提供される前に圧縮される必要があり得、それによって接種リアクタに関連する資本コストが増加する。しかしながら、これは、圧力スイング吸着プロセスによって生成される水素流が高圧であり、製品として販売され得るという事実を考慮すると、少なくとも部分的に相殺され得る。
【0077】
ＣＯ２電気分解
ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を提供する代替の方法は、ＣＯ２電気分解の使用を介することである。ＣＯ２電気分解プロセスは、ＣＯ２供給原料をＣＯおよびＯ２に変換する。接種装置にＣＯに富む流れを提供するためのＣＯ２電気分解プロセスの使用は、Ｏ２に富む流れに加えてＣＯ２に富む流れを含む工業的現場における、関心対象であり得る。加えて、ＣＯ２に富む接種リアクタおよび／またはバイオリアクタシステムからの排ガスは、ＣＯ２電気分解ユニットへの供給原料として使用され得るとさらに考えられる。
ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を提供する代替の方法は、ＣＯ２電気分解の使用を介することである。ＣＯ２電気分解プロセスは、ＣＯ２供給原料をＣＯおよびＯ２に変換する。接種装置にＣＯに富む流れを提供するためのＣＯ２電気分解プロセスの使用は、Ｏ２に富む流れに加えてＣＯ２に富む流れを含む工業的現場における、関心対象であり得る。加えて、ＣＯ２に富む接種リアクタおよび／またはバイオリアクタシステムからの排ガスは、ＣＯ２電気分解ユニットへの供給原料として使用され得るとさらに考えられる。
【0078】
図１は、本発明の一実施形態の概略フローチャートを示す。Ｃ１含有ガス状基質の一部分は、配管手段１１０を介して接種リアクタ１３０に送られ、そこで、Ｃ１含有基質は発酵して、接種材料を生成する。接種材料の少なくとも一部分は、配管手段１３１を介してバイオリアクタシステム１４０、１５０に送られ、そこで、Ｃ１含有ガス状基質の一部分はまた、配管手段１１０を介して送られて、発酵して、少なくとも１つの生成物１４１、１５１を生成する。接種リアクタ１３０に送られるＣ１含有ガス状基質は、接種リアクタ１３０に送られる前に、少なくとも１つの水素除去プロセス１２０に供される。水素除去プロセス１２０は、配管手段１１０を介してＣ１含有ガス状基質を受容し、Ｃ１含有ガス状基質から水素１２１の少なくとも一部分を除去して、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を生成し、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、配管手段１２２を介して接種リアクタ１３０に供給される。
【0079】
好ましくは、接種リアクタ１３０に送られるＣ１含有ガス状基質は、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。特定の実施形態では、接種リアクタ１３０に送られるＣ１含有ガス状基質は、０．８未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。好ましくは、接種リアクタ１３０に送られるＣ１含有ガス状基質は、０．０２：１～１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。様々な例では、水素除去プロセス１２０は、少なくとも１つの膜分離モジュールの使用を介して、水素の少なくとも一部分を除去する。様々な例では、水素除去プロセス１２０は、少なくとも１つの圧力スイング吸着プロセスの使用を介して、水素の少なくとも一部分を除去する。様々な実施形態では、水素除去プロセス１２０は、膜分離モジュールおよび圧力スイング吸着プロセスの両方の使用を介して、水素の少なくとも一部分を除去する。
【0080】
特定の例では、接種リアクタ１３０およびバイオリアクタシステム１４０、１５０に供給されるＣ１含有ガス状基質は、少なくとも部分的に工業的供給源から誘導される。好ましくは、工業的供給源は、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅、および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセスからなる群から選択される。
【0081】
好ましくは、バイオリアクタシステム１４０、１５０によって生成される発酵生成物１４１、１５１は、エタノール、アセテート、ブタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、ラクテート、ブテン、ブタジエン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３－ヒドロキシプロピオネート、イソプレン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、１－プロパノール、モノエチレングリコール、イソブテン、およびＣ６～Ｃ１４アルコールからなる群から選択される。様々な例では、生成物１４１、１５１の少なくとも一部分は、ディーゼル燃料、ジェット燃料、ガソリン、プロピレン、ナイロン６－６、ゴム、および／または樹脂のうちの少なくとも１つの成分にさらに変換される。様々な例では、少なくとも１つの発酵生成物１４１、１５１は、微生物バイオマスである。場合によっては、この微生物バイオマスはさらに処理されて、動物用飼料の少なくとも１つの成分を生成し得る。
【0082】
様々な実施形態では、あるバイオリアクタ１４０からの発酵ブロスは、配管手段１４２を介してバイオリアクタシステム１４０、１５０内の別のバイオリアクタ１５０に送られ得る。
【0083】
図２は、本発明の一実施形態の概略フローチャートを示す。Ｃ１含有ガス状基質の一部分は、配管手段２１０を介して接種リアクタ２３０に送られ、そこで、Ｃ１含有基質は発酵して、接種材料を生成する。接種材料の少なくとも一部分は、配管手段２３１を介してバイオリアクタシステム２４０、２５０に送られ、そこで、Ｃ１含有ガス状基質の一部分はまた、配管手段２１０を介して送られて、発酵して、少なくとも１つの生成物２４１、２５１を生成する。接種リアクタ２３０およびバイオリアクタシステム１４０，１５０に送られるＣ１含有ガス状基質は、接種リアクタ２３０に送られる前に、少なくとも１つの水素除去プロセス２２０に供される。水素除去プロセス２２０は、配管手段２１０を介してＣ１含有ガス状基質を受容し、Ｃ１含有ガス状基質から水素２２１の少なくとも一部分を除去して、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を生成し、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質は、配管手段２２２を介して接種リアクタ２３０、配管手段２２３を介してバイオリアクタシステム１４０、１５０に供給される。
【0084】
好ましくは、接種リアクタ２３０およびバイオリアクタシステム２４０、２５０に送られるＣ１含有ガス状基質は、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。特定の実施形態では、接種リアクタ２３０およびバイオリアクタシステム２４０、２５０に送られるＣ１含有ガス状基質は、０．８未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。好ましくは、接種リアクタ２３０およびバイオリアクタシステム２４０、２５０に送られるＣ１含有ガス状基質は、０．０２：１～１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む。様々な例では、水素除去プロセス２２０は、少なくとも１つの膜分離モジュールの使用を介して、水素の少なくとも一部分を除去する。様々な例では、水素除去プロセス２２０は、少なくとも１つの圧力スイング吸着プロセスの使用を介して、水素の少なくとも一部分を除去する。様々な実施形態では、水素除去プロセス２２０は、膜分離モジュールおよび圧力スイング吸着プロセスの両方の使用を介して、水素の少なくとも一部分を除去する。
【0085】
特定の例では、接種リアクタ２３０およびバイオリアクタシステム２４０、２５０に供給されるＣ１含有ガス状基質は、少なくとも部分的に工業的供給源から誘導される。好ましくは、工業的供給源は、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅、および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセスからなる群から選択される。
【0086】
好ましくは、バイオリアクタシステム２４０、２５０によって生成される発酵生成物２４１、２５１は、エタノール、アセテート、ブタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、ラクテート、ブテン、ブタジエン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３－ヒドロキシプロピオネート、イソプレン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、１－プロパノール、モノエチレングリコール、イソブテン、およびＣ６～Ｃ１４アルコールからなる群から選択される。様々な例では、生成物２４１、２５１の少なくとも一部分は、ディーゼル燃料、ジェット燃料、ガソリン、プロピレン、ナイロン６－６、ゴム、および／または樹脂のうちの少なくとも１つの成分にさらに変換される。様々な例では、少なくとも１つの発酵生成物２４１、２５１は、微生物バイオマスである。場合によっては、この微生物バイオマスはさらに処理されて、動物飼料の少なくとも１つの成分を生成し得る。
【0087】
様々な実施形態では、あるバイオリアクタ２４０からの発酵ブロスは、配管手段２４２を介してバイオリアクタシステム２４０、２５０内の別のバイオリアクタ２５０に送られ得る。
【0088】
図３、図４、および図５は、Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質の工業的供給源として、精製工程の水素生成プロセスを使用する、本発明の様々な実施形態を示す。典型的な水素生成プロセスは、図３、図４、および図５に示されるように、以下の段階、（ｉ）ＣＨ４含有供給原料が、ＣＯおよびＨ２を含む合成ガス流に変換される、改質プロセスと、（ｉｉ）ＣＯの一部分が水と反応して、Ｈ２およびＣＯ２を生成する、少なくとも１つの水性ガスシフトプロセスと、（ｉｉｉ）ガス流から水素を回収するように適合されている圧力スイング吸着（ＰＳＡ）モジュールと、を含む。
【0089】
図３は、改質プロセス３１０からのＨ２に富むＣ１含有ガス状基質を利用する本発明の一実施形態を示す。Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質の少なくとも一部分は、配管手段３１２を介して膜分離モジュール３５０に流される。膜分離モジュール３５０は、Ｃ１含有ガス状基質を、高圧のＣＯに富む流れ、および低圧のＨ２に富む流れに分離する。低圧のＣＯに富む流れの少なくとも一部分は、配管手段３５２を介して接種リアクタ３７０に送られる。低圧のＨ２に富む流れの少なくとも一部分は、配管手段３５１を介して圧力スイング吸着プロセス３６０に送られる。少なくとも１つの実施形態では、ガス状基質は、圧力スイング吸着プロセス３６０に送られる前に圧縮装置に送られる。一実施形態では、ＣＯに富む流れは、少なくとも４０％のＣＯ、または少なくとも５０％のＣＯ、または少なくとも６０％のＣＯを含む。一実施形態では、ＣＯに富むＣ１含有流の圧力は、少なくとも１５バール、または少なくとも２０バール、または少なくとも２５バールである。
【0090】
様々な実施形態では、本プロセスは、複数の水性ガスシフトプロセス３２０、３３０および／または複数の水素除去プロセス３５０、３４０、３６０を含み得る。図３に示されるように、Ｃ１含有ガス状基質は、最初に配管手段３１１を介して、改質プロセス３１０から、水性ガスシフトプロセス３２０に送られて、ＣＨ４の少なくとも一部分を、ＣＯおよびＨ２を含む合成ガス流に変換し得る。このガス流は、任意に、配管手段３２１を介して１つ以上のさらなる水性ガスシフトプロセス３３０をバイパスし、１つ以上の水素除去プロセス３４０に供給されて、ガス流から水素３４１の少なくとも一部分を分離し得る。次いで、この流れは、配管手段３４２を介して１つ以上のさらなる水素除去プロセス３６０に送られ得る。１つ以上のさらなる水素除去プロセス３６０からの流れは、発酵のために、配管手段３６１を介してバイオリアクタ３８０に送られ得る。バイオリアクタに送られない基質の少なくとも一部分は、任意に、配管手段３６２を介して改質プロセス３１０に送られ得る。様々な例において、バイオリアクタ３８０は、ガス状基質を受容し、１つ以上の発酵生成物３８１を生成する。任意に、接種リアクタ３７０およびバイオリアクタ３８０の両方からの排ガスは、別個の配管手段３７２、３８２および／または混合流３７８を介して改質プロセス３１０に送り戻され得る。
【0091】
様々な実施形態では、接種リアクタ３７０およびバイオリアクタ３８０は、段階的な様式で構成され、それによって、接種リアクタ３７０は、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、接種材料を生成し、接種材料は、次いで、配管手段３７１を介してバイオリアクタ３８０に供給される。この接種材料をバイオリアクタ３８０内で利用することによって、発酵プロセスの生成物選択性および安定性が改善される。
【0092】
別の実施形態では、図４に示されるように、改質プロセス４１０からのＨ２に富むＣ１含有流は、接種リアクタ４７０の上流に設けられた配管手段４１２を介して圧力スイング吸着プロセス４５０に流される。圧力スイング吸着プロセス４５０は、Ｃ１含有流を、高圧のＨ２に富む流れ、および低圧のＣＯに富む流れに分離する。低圧のＣＯに富む流れは、配管手段４５２を介して接種リアクタ４７０に送られる前に、圧縮装置に送られ得る。一実施形態では、接種リアクタ４７０に送られるＣＯに富む流れは、少なくとも３０％のＣＯ、または少なくとも４０％のＣＯ、または少なくとも５０％のＣＯ、または少なくとも６０％のＣＯを含む。分離された水素は、圧力スイング吸着プロセス４５０から、配管手段４５１を介して別の圧力スイング吸着プロセス４６０に送られ得る。様々な実施形態では、本プロセスは、複数の水性ガスシフトプロセス４２０、４３０および／または複数の水素除去プロセス４５０、４４０、４６０を含み得る。
【0093】
図４に示されるように、Ｃ１含有ガス状基質は、最初に配管手段４１１を介して、改質プロセス４１０から、水性ガスシフトプロセス４２０に送られて、ＣＨ４の少なくとも一部分を、ＣＯおよびＨ２を含む合成ガス流に変換し得る。次いで、このガス流は、配管手段４２１を介して１つ以上のさらなる水性ガスシフトプロセス４３０に送られ、１つ以上の水素除去プロセス４４０に配管手段４３１を介して供給されて、ガス流から水素４４１の少なくとも一部分を分離し得る。次いで、この流れは、配管手段４４２を介して１つ以上のさらなる水素除去プロセス４６０に送られ得る。１つ以上のさらなる水素除去プロセス４６０からの流れは、発酵のために、配管手段４６１を介してバイオリアクタ４８０に送られ得る。バイオリアクタに送られない基質の少なくとも一部分は、任意に、配管手段４６２を介して改質プロセス４１０に送られ得る。様々な例において、バイオリアクタ４８０は、ガス状基質を受容し、１つ以上の発酵生成物４８１を生成する。任意に、接種リアクタ４７０およびバイオリアクタ４８０の両方からの排ガスは、別個の配管手段４７２、４８２および／または混合流４７８を介して改質プロセス４１０に送り戻され得る。
【0094】
様々な実施形態では、接種リアクタ４７０およびバイオリアクタ４８０は、段階的な様式で構成され、それによって、接種リアクタ４７０は、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、接種材料を生成し、接種材料は、次いで、配管手段４７１を介してバイオリアクタ４８０に供給される。この接種材料をバイオリアクタ４８０内で利用することによって、発酵プロセスの生成物選択性および安定性が改善される。
【0095】
別の実施形態では、図５に示されるように、改質プロセス５１０からのＣ１含有流は、接種リアクタ５７０および／またはバイオリアクタ５８０のいずれかに送られる前に、複数の水素除去プロセス５４０、５５０、５６０、５９０に送られ得る。様々な例では、Ｃ１含有流は、水素除去プロセスの前および／または水素除去プロセスの間に圧縮装置に送られ得る。Ｃ１含有流を複数の水素除去プロセスに送ることによって、Ｃ１含有流中のＣＯ組成物は、さらに濃縮され得る。
【0096】
様々な実施形態では、本プロセスは、複数の水性ガスシフトプロセス５２０、５３０を、複数の水素除去プロセス５４０、５５０、５６０と組み合わせて含み得る。図５に示されるように、Ｃ１含有ガス状基質は、最初に配管手段５１１を介して、改質プロセス５１０から、水性ガスシフトプロセス５２０に送られて、ＣＨ４の少なくとも一部分を、ＣＯおよびＨ２を含む合成ガス流に変換し得る。次いで、このガス流は、配管手段５２１を介して１つ以上のさらなる水性ガスシフトプロセス５３０に送られ、１つ以上の水素除去プロセス５４０に配管手段５３１を介して供給されて、ガス流から水素５４１の少なくとも一部分を分離し得る。次いで、この流れは、配管手段５４２を介して１つ以上のさらなる水素除去プロセス５６０に送られ得る。１つ以上のさらなる水素除去プロセス５６０からの流れは、発酵のために、配管手段５６１を介してバイオリアクタ５８０に送られ得る。バイオリアクタに送られない基質の少なくとも一部分は、任意に、配管手段５６２を介して後続の水素除去プロセス５５０に、かつ任意に、配管手段５５１を介してさらなる水素除去プロセス５９０に送られ、最終的に配管手段５９１を介して接種リアクタ５７０に送られて、接種材料を生成し得る。
【0097】
様々な例において、バイオリアクタ５８０は、ガス状基質を受容し、１つ以上の発酵生成物５８１を生成する。任意に、接種リアクタ５７０およびバイオリアクタ５８０の両方からの排ガスは、別個の配管手段５７２、５８２および／または混合流５７８を介して改質プロセス５１０に送り戻され得る。
【0098】
様々な実施形態では、接種リアクタ５７０およびバイオリアクタ５８０は、段階的な様式で構成され、それによって、接種リアクタ５７０は、ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、接種材料を生成し、接種材料は、次いで、配管手段５７１を介してバイオリアクタ５８０に供給される。この接種材料をバイオリアクタ５８０内で利用することによって、発酵プロセスの生成物選択性および安定性が改善される。
【0099】
【実施例】
【0100】
以下の実施例は、本発明をさらに例示するが、当然のことながら、いかなる方法によってもその範囲を制限すると解釈されるべきではない。
【0101】
実施例１
この実施例は、６８体積％のＨ２、３．８体積％のＣＯ、２６体積％のＣＯ２、および１体積％のＮ２を、１８：１のＨ２：ＣＯモル比で含むガス状基質が提供された２つのリアクタの比較性能を実証する。２つのリアクタの操作パラメーターの唯一の違いは、各リアクタの接種材料が生成される条件であった。図６ａおよび図６ｂは、ＣＯが豊富な条件下で生成された接種材料を受容した第１のバイオリアクタの代謝物およびガスのプロファイルを示す。図７ａおよび図７ｂは、Ｈ２が豊富な条件下で生成された接種材料を受容した第２のバイオリアクタの代謝物およびガスのプロファイルを示す。どちらのリアクタも、同様の効率でＨ２、ＣＯ、およびＣＯ２を消費するが、Ｈ２に富む接種リアクタから接種材料を受容したリアクタ（図７ａ）は、エタノールに対する選択性が低減した。
この実施例は、６８体積％のＨ２、３．８体積％のＣＯ、２６体積％のＣＯ２、および１体積％のＮ２を、１８：１のＨ２：ＣＯモル比で含むガス状基質が提供された２つのリアクタの比較性能を実証する。２つのリアクタの操作パラメーターの唯一の違いは、各リアクタの接種材料が生成される条件であった。図６ａおよび図６ｂは、ＣＯが豊富な条件下で生成された接種材料を受容した第１のバイオリアクタの代謝物およびガスのプロファイルを示す。図７ａおよび図７ｂは、Ｈ２が豊富な条件下で生成された接種材料を受容した第２のバイオリアクタの代謝物およびガスのプロファイルを示す。どちらのリアクタも、同様の効率でＨ２、ＣＯ、およびＣＯ２を消費するが、Ｈ２に富む接種リアクタから接種材料を受容したリアクタ（図７ａ）は、エタノールに対する選択性が低減した。
【0102】
実施例２
この実施例は、異なるガス条件下で作動する接種リアクタから接種材料が提供されたリアクタの比較性能を実証する。図８ａおよび図８ｂは、以下のガス組成、４８体積％のＨ２、４０体積％のＣＯ、２体積％のＣＯ２、および１０体積％のＮ２を用いて生成された接種材料から受容された培養物が接種された発酵の代謝物およびガスのプロファイルを示す。図９ａおよび図９ｂは、ＣＯが豊富な条件下で生成された接種材料から受容された培養物が接種された発酵の代謝物およびガスのプロファイルを示す。ＣＯに富むガス接種リアクタ（図９ａ）から供給された、リアクタによって実証されたエタノール選択性は、Ｈ２に富む接種リアクタ（図８ａ）から接種材料を受容したリアクタよりもはるかに高い。
この実施例は、異なるガス条件下で作動する接種リアクタから接種材料が提供されたリアクタの比較性能を実証する。図８ａおよび図８ｂは、以下のガス組成、４８体積％のＨ２、４０体積％のＣＯ、２体積％のＣＯ２、および１０体積％のＮ２を用いて生成された接種材料から受容された培養物が接種された発酵の代謝物およびガスのプロファイルを示す。図９ａおよび図９ｂは、ＣＯが豊富な条件下で生成された接種材料から受容された培養物が接種された発酵の代謝物およびガスのプロファイルを示す。ＣＯに富むガス接種リアクタ（図９ａ）から供給された、リアクタによって実証されたエタノール選択性は、Ｈ２に富む接種リアクタ（図８ａ）から接種材料を受容したリアクタよりもはるかに高い。
【0103】
本明細書に列挙される公表文献、特許出願、および特許を含む全ての参考文献は、各参考文献があたかも参照により組み込まれることが個々にかつ具体的に示され、かつその全体が本明細書中に記載された場合と同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。本明細書における任意の先行技術への言及は、その先行技術が任意の国の努力傾注分野において共通の一般知識の一部をなすという認識ではなく、かつそのように解釈されるべきではない。
【0104】
本発明を説明する文脈において（特に、以下の特許請求の範囲の文脈において）、用語「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」ならびに同様の指示語の使用は、本明細書中に他に指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、単数および複数の両方を包含すると解釈されるものとする。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」は、特に断りのない限り、非限定的な用語（すなわち、「～を含むがこれらに限定されない」ことを意味する）と解釈されるものとする。「から本質的になる」という用語は、組成物、プロセス、または方法の範囲を、特定の材料もしくは工程、または組成物、プロセス、もしくは方法の基本的かつ新規の特性に実質的に影響しないものに限定する。選択詞の使用（例えば「または」）は、選択詞の一方、両方、またはこれらの任意の組み合わせを意味すると理解されるべきである。本明細書で使用される場合、「約」という用語は、別段の指示がない限り、指示された範囲、値、または構造の±２０％を意味する。
【0105】
本明細書の値の範囲の列挙は、本明細書で別段の指示がない限り、範囲内に入る各別個の値を個々に言及する簡略法としての機能を果たすことを単に意図し、各別個の値は、あたかも本明細書に個々に列挙されたかのように、本明細書中に組み込まれる。例えば、任意の濃度範囲、パーセント範囲、比率範囲、整数範囲、サイズ範囲、または厚さ範囲は、別段の指示がない限り、列挙された範囲内の任意の整数の値、および適切な場合、その分数（整数の１０分の１、および１００分の１など）を含むと理解されるべきである。
【0106】
本明細書に記載される全ての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、任意の好適な順序で実施され得る。本明細書に提供されるありとあらゆる例または例示的な言葉（例えば、「など」）の使用は、本発明をよりよく解明することを単に意図し、別段の請求がない限り、本発明の範囲を制限しない。本明細書におけるいかなる言葉も、本発明の実施に不可欠な任意の非請求要素を示すものと解釈されるべきではない。
【0107】
本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載される。それらの好ましい実施形態の変化形は、上記の説明を読むことによって当業者に明らかとなり得る。本発明者らは、当業者が必要に応じてそのような変化形を採用することを予想し、本発明者らは、本発明が本明細書に具体的に記載されるものとは別の方法で実施されることを意図する。したがって、本発明は、適用法によって許可された通り、本明細書に添付される特許請求の範囲に記載される主題の全ての修正物および均等物を含む。さらに、好ましい実施形態の全ての考えられる変化形における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書で別段の指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、本発明によって包含される。
本願明細書に記載の発明は、以下の態様を包含し得る。
［１］
１つ以上の発酵生成物の生成方法であって、
ａ．ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を、１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含有する液体栄養培地を含む接種リアクタに提供することと、
ｂ．前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、接種材料を生成することと、
ｃ．前記接種材料の少なくとも一部分を、バイオリアクタシステムに送ることであって、前記バイオリアクタシステムが、液体栄養培地中に１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含有する少なくとも１つのバイオリアクタを備える、送ることと、
ｄ．Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質を、前記バイオリアクタシステムに送ることと、
ｅ．前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、少なくとも１つの発酵生成物を生成することと、を含む、方法。
［２］
前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［３］
前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が、０．５未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［４］
前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が、０．０２：１～１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［５］
前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質が、少なくとも１．１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［６］
前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質が、１．１：１～６：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［７］
前記Ｃ１固定微生物が、カルボキシド栄養性細菌である、上記［１］記載の方法。
［８］
前記カルボキシド栄養性細菌が、ムーレラ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、ルミノコッカス（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ）、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ユーバクテリウム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブチリバクテリウム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、オキソバクター（Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ）、メタノサルシナ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）、およびデスルホトマキュラム（Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ）からなる群から選択される、上記［７］に記載の方法。
［９］
前記カルボキシド栄養性細菌が、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）である、上記［７］に記載の方法。
［１０］
前記バイオリアクタシステムが、１つ以上の二次バイオリアクタに連結された１つ以上の一次バイオリアクタを備える、上記［１］に記載の方法。
［１１］
１つ以上の発酵生成物の生成方法であって、
ａ．Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分を、接種リアクタに、かつ前記Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分を、バイオリアクタに送ることと、
ｂ．前記Ｃ１含有ガス状基質を、前記接種リアクタ内で発酵させて、接種材料を生成することと、
ｃ．前記接種材料の少なくとも一部分を、少なくとも１つのバイオリアクタに送ることと、
ｄ．前記Ｃ１含有ガス状基質を、前記バイオリアクタ内で発酵させて、少なくとも１つの発酵生成物を生成することと、を含み、
ｅ．前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、前記接種リアクタに送られる前に、少なくとも１つのＨ２除去プロセスに供される、方法。
［１２］
前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１１］に記載の方法。
［１３］
前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、０．８未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１１］に記載の方法。
［１４］
前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、０．５未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１１］に記載の方法。
［１５］
前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、０．０２：１～１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１１］に記載の方法。
［１６］
前記Ｈ２除去プロセスが、少なくとも１つの圧力スイング吸着プロセスを含む、上記［１１］に記載の方法。
［１７］
前記Ｈ２除去プロセスが、少なくとも１つの膜分離モジュールを含む、上記［１１］に記載の方法。
［１８］
前記Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分が、工業的供給源から誘導される、上記［１１］に記載の方法。
［１９］
前記工業的供給源が、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅、および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセスからなる群から選択される、上記［１８］に記載の方法。
［２０］
少なくとも１つの発酵生成物が、エタノール、アセテート、ブタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、ラクテート、ブテン、ブタジエン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３－ヒドロキシプロピオネート、イソプレン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、１－プロパノール、モノエチレングリコール、イソブテン、およびＣ６～Ｃ１４アルコールからなる群から選択される、上記［１１］に記載の方法。
［２１］
前記１つ以上の発酵生成物が、ディーゼル燃料、ジェット燃料、ガソリン、プロピレン、ナイロン６－６、ゴム、および／または樹脂のうちの少なくとも１つの成分にさらに変換される、上記［２０］に記載の方法。
［２２］
少なくとも１つの発酵生成物が、微生物バイオマスである、上記［１１］に記載の方法。
［２３］
前記微生物バイオマスが処理されて、動物用飼料の少なくとも１つの成分を生成する、上記［２２］に記載の方法。
本願明細書に記載の発明は、以下の態様を包含し得る。
［１］
１つ以上の発酵生成物の生成方法であって、
ａ．ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を、１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含有する液体栄養培地を含む接種リアクタに提供することと、
ｂ．前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、接種材料を生成することと、
ｃ．前記接種材料の少なくとも一部分を、バイオリアクタシステムに送ることであって、前記バイオリアクタシステムが、液体栄養培地中に１つ以上のＣ１固定微生物の培養物を含有する少なくとも１つのバイオリアクタを備える、送ることと、
ｄ．Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質を、前記バイオリアクタシステムに送ることと、
ｅ．前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質を発酵させて、少なくとも１つの発酵生成物を生成することと、を含む、方法。
［２］
前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［３］
前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が、０．５未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［４］
前記ＣＯに富むＣ１含有ガス状基質が、０．０２：１～１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［５］
前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質が、少なくとも１．１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［６］
前記Ｈ２に富むＣ１含有ガス状基質が、１．１：１～６：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１］に記載の方法。
［７］
前記Ｃ１固定微生物が、カルボキシド栄養性細菌である、上記［１］記載の方法。
［８］
前記カルボキシド栄養性細菌が、ムーレラ（Ｍｏｏｒｅｌｌａ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）、ルミノコッカス（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ）、アセトバクテリウム（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ユーバクテリウム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、ブチリバクテリウム（Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）、オキソバクター（Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ）、メタノサルシナ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）、およびデスルホトマキュラム（Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ）からなる群から選択される、上記［７］に記載の方法。
［９］
前記カルボキシド栄養性細菌が、クロストリジウムオートエタノゲヌム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ）である、上記［７］に記載の方法。
［１０］
前記バイオリアクタシステムが、１つ以上の二次バイオリアクタに連結された１つ以上の一次バイオリアクタを備える、上記［１］に記載の方法。
［１１］
１つ以上の発酵生成物の生成方法であって、
ａ．Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分を、接種リアクタに、かつ前記Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分を、バイオリアクタに送ることと、
ｂ．前記Ｃ１含有ガス状基質を、前記接種リアクタ内で発酵させて、接種材料を生成することと、
ｃ．前記接種材料の少なくとも一部分を、少なくとも１つのバイオリアクタに送ることと、
ｄ．前記Ｃ１含有ガス状基質を、前記バイオリアクタ内で発酵させて、少なくとも１つの発酵生成物を生成することと、を含み、
ｅ．前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、前記接種リアクタに送られる前に、少なくとも１つのＨ２除去プロセスに供される、方法。
［１２］
前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、１未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１１］に記載の方法。
［１３］
前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、０．８未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１１］に記載の方法。
［１４］
前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、０．５未満：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１１］に記載の方法。
［１５］
前記接種リアクタに送られる前記Ｃ１含有ガス状基質が、０．０２：１～１：１のＨ２：ＣＯモル比で、Ｈ２を含む、上記［１１］に記載の方法。
［１６］
前記Ｈ２除去プロセスが、少なくとも１つの圧力スイング吸着プロセスを含む、上記［１１］に記載の方法。
［１７］
前記Ｈ２除去プロセスが、少なくとも１つの膜分離モジュールを含む、上記［１１］に記載の方法。
［１８］
前記Ｃ１含有ガス状基質の少なくとも一部分が、工業的供給源から誘導される、上記［１１］に記載の方法。
［１９］
前記工業的供給源が、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプ製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製造、コークス製造、嫌気性または好気性消化、合成ガス、天然ガスの抽出、石油の抽出、アルミニウム、銅、および／または合金鉄の製造および／または精製のための冶金プロセス、地質学的貯留池、ならびに触媒プロセスからなる群から選択される、上記［１８］に記載の方法。
［２０］
少なくとも１つの発酵生成物が、エタノール、アセテート、ブタノール、ブチレート、２，３－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、ラクテート、ブテン、ブタジエン、メチルエチルケトン、エチレン、アセトン、イソプロパノール、脂質、３－ヒドロキシプロピオネート、イソプレン、脂肪酸、２－ブタノール、１，２－プロパンジオール、１－プロパノール、モノエチレングリコール、イソブテン、およびＣ６～Ｃ１４アルコールからなる群から選択される、上記［１１］に記載の方法。
［２１］
前記１つ以上の発酵生成物が、ディーゼル燃料、ジェット燃料、ガソリン、プロピレン、ナイロン６－６、ゴム、および／または樹脂のうちの少なくとも１つの成分にさらに変換される、上記［２０］に記載の方法。
［２２］
少なくとも１つの発酵生成物が、微生物バイオマスである、上記［１１］に記載の方法。
［２３］
前記微生物バイオマスが処理されて、動物用飼料の少なくとも１つの成分を生成する、上記［２２］に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
