[發明專利]工業廢物中的碳氧化物到生物質和化學產物的化能自養轉換

在審

• 申請號: 201280054776.0
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN103958687A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 布賴恩·塞夫頓
• 申請（專利權）人: 橡樹生物公司
• 主分類號: C12P1/04
• 分類號: C12P1/04
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

相關申請的交叉引用

本申請要求于2011年9月12日提交并且名稱為“Methods?and?Microbes?for?Industrial?Greenhouse?Gas?Capture?and?Production?of?Chemicals?and?Biomass?by?Chemoautotrophic?Microbes”的第61/533672號美國臨時專利申請以及于2012年4月30日提交并且名稱為“Chemoautotrophic?Methods?and?Microbes?for?Carotenoid?Synthesis”的第61/640459號美國臨時專利申請的權益，這兩個美國臨時專利申請通過引用并入本文。

技術領域

本發明總體涉及生物反應器系統，并且更具體地涉及將生物反應器系統用于由從工業廢物流俘獲的碳化能自養合成化學產物的方法。

背景技術

對作為用于生產諸如塑料、化妝品、潤滑劑、粘合劑、涂料、交通運輸燃料以及許多其它的日用品、特制品和精細化學產品之類的產品的主要原料的石油化學產品的依賴日益受到關注，這是由于由此導致的溫室氣體產生以及石油原料的高且可變的成本兩方面的原因。從微生物源獲取的可再生化學產品提供了對于從化石資源獲取的化學產品的在環境上可持續的替代選擇。

微生物需要碳源以存活、生長并生產化學產物。許多工業源產生大量的碳，主要是在廢氣(如，碳氧化物(二氧化碳(CO₂)和一氧化碳(CO))中的一種或兩種)中。來自工業源的碳氧化物主要是由燃燒化石燃料和/或化學產品產生的，并且由于它們對有害的環境條件有貢獻的原因而被歸類為溫室氣體。因此，從工業氣體廢氣(effluent)俘獲碳氧化物既是一種用于生物介導的化學生產以獲得碳的方法，也是一種減少釋放到大氣中的碳氧化物的量的方法。

水泥制造是大氣碳氧化物以及其它溫室氣體的一個主要來源。在水泥生產中，將礦物原料逐漸加熱到越來越高的溫度，引起一系列化學反應發生。這些反應中的一個是煅燒，也稱作焙燒，其中在原料內的含碳酸鹽礦物分解，釋放二氧化碳。碳酸鈣的分解例如表達如下：

CaCO₃→CaO+CO₂.

在甚至更高的溫度下的進一步反應產生“熟料(clinker)”，該熟料是燒結的物質，其隨后被磨碎至用于水泥的適當的細度。

除了在上文的煅燒過程中由碳酸鹽礦物分解所產生的二氧化碳之外，水泥生產也以其它方式產生二氧化碳。例如，機械加工過程(諸如，壓碎和碾碎)以及用于生產最終熟料的高溫，所有這些都傾向于通過燃燒化石燃料來實現。

因此，水泥制造產生至少兩個碳廢物流。第一流主要包括碳酸鹽分解所得的二氧化碳。在該第一流中水蒸氣(蒸汽)是主要雜質，因為在原礦物原料中的水也被驅掉了。其它雜質氣體隨著在原礦物原料中的具體組分、純度和污染物而變化。

第二碳廢物流包括二氧化碳、一氧化碳以及由原料燃料的燃燒而產生的其它氣體，該原料燃料的燃燒例如用于加熱以及使傳送器和研磨器的發動機運行。這些燃料經常是化石燃料，但也可以是由生物質、廢物材料或其它燃料源的燃燒或氣化而獲取的燃料。該氣體在第二流中的準確組分取決于在使用的燃料原料的組分。

第一和第二氣流兩者的組分還受空氣的使用并且有時受其它氣體的使用影響。例如，兩種流都傾向于包括來自大氣的氮和氧，這是因為焙燒通常在空氣中執行并且空氣通常為燃燒提供氧。水泥廠煙道氣還經常包含硫和氮的氧化物(通常稱作SO_x和NO_x)以及硫化氫和其它溫室氣體。

可再生化學產品的生產涉及俘獲碳氧化物并且將其并入化學產物中。微生物系統提供在環境上可持續的、避免溫室氣體的、并且能量、水和碳高度有效的、用于俘獲碳氧化物的化學制造過程。在多數領域中微生物化學生產可以是本地的，并且可以與釋放碳的工業(諸如，水泥制造)位于共同的位置。通過使用從工業廢物流(無論是氣態、液態或固態的廢物)俘獲的碳，能夠生產真正碳中和的、可再生的石油產物替代品。這還減少對于進口化石能源的依賴。