[發(fā)明專利]改善的發(fā)酵中的碳捕獲

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710501073.2
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN107723255A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 西蒙·大衛(wèi)·奧克利
• 申請（專利權(quán)）人: 朗澤科技新西蘭有限公司
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P7/06;C12P7/54;C12M1/107;C12R1/145
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11285
• 代理人: 張廣育,孫占華

本申請為分案申請，其原申請的申請日為2010年4月29日，申請?zhí)枮?01080029403.9，名稱為“改善的發(fā)酵中的碳捕獲”。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于改善總體的碳捕獲和/或改善過程(包括微生物發(fā)酵)的總體效率的系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明涉及改善碳捕獲和/或改善過程(包括包含CO的合成氣底物的微生物發(fā)酵)的效率。

發(fā)明背景

乙醇正迅速成為世界各地主要的富氫液體運送用燃料。2005年乙醇的全球消費量估計為122億加侖。由于歐洲、日本、美國和一些發(fā)展中國家對乙醇的興趣增加，燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的全球市場也預(yù)計將在未來大幅增長。

例如，在美國，乙醇用于生產(chǎn)E10(在汽油中加入10％乙醇的調(diào)和物)。在E10調(diào)和物中，乙醇組分作為充氧劑，提高燃燒效率并減少空氣污染物的產(chǎn)生。在巴西，乙醇既作為混入汽油的充氧劑又作為獨自的純?nèi)剂希瑵M足約30％的運送用燃料的需求。此外，在歐洲，圍繞溫室氣體(GHG)排放后果的環(huán)境問題一直刺激歐洲聯(lián)盟(EU)為成員國設(shè)定可持續(xù)的運送用燃料(如生物量乙醇)的強制消費目標。

絕大多數(shù)的燃料乙醇通過傳統(tǒng)的利用從農(nóng)作物中取得的碳水化合物(如從甘蔗中提取的蔗糖或從谷類作物中提取的淀粉)作為主要碳源的基于酵母發(fā)酵的過程進行生產(chǎn)。然而，這些碳水化合物原料的成本受其作為人類食品或動物飼料的價值的影響，而且用于乙醇生產(chǎn)的淀粉或蔗糖生產(chǎn)作物的栽培不是在所有地區(qū)都是經(jīng)濟上可持續(xù)發(fā)展的。因此，開發(fā)將更低成本和/或更豐富的碳資源轉(zhuǎn)化成燃料乙醇的技術(shù)是非常有意義的。

CO是有機材料(如煤或石油及石油衍生產(chǎn)品)不完全燃燒的主要的低成本高能副產(chǎn)品。例如，據(jù)報道，澳大利亞的鋼鐵行業(yè)每年生產(chǎn)并釋放超過50萬公噸CO到大氣中。附加地或替代地，可以通過含碳材料(如煤炭、石油和生物量)的氣化生產(chǎn)富CO的氣流(合成氣)。通過利用各種方法(包括熱解、焦油裂解和煤焦氣化)進行氣化可以將含碳材料轉(zhuǎn)化成氣體產(chǎn)品，包括CO、CO₂、H₂和較少量的CH₄。還可以在蒸汽轉(zhuǎn)化過程(如甲烷或天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化)中產(chǎn)生合成氣。

可以利用催化過程將主要由CO和/或CO和氫氣(H₂)組成的氣體轉(zhuǎn)化成各種燃料和化學品。也可以利用微生物將這類氣體轉(zhuǎn)化成燃料和化學品。雖然這些生物過程通常比化學反應(yīng)慢，相比催化過程，它們卻有幾個優(yōu)勢，包括更高的特異性、更高的產(chǎn)量、更低的能源成本和更大的抗毒性。

微生物將CO作為唯一的碳源進行生長的能力于1903年首次被發(fā)現(xiàn)。這后來被確定為利用自養(yǎng)生長的乙酰輔酶A(乙酰CoA)生化途徑(也稱Woods-Ljungdahl途徑和一氧化碳脫氫酶/乙酰輔酶A合酶(CODH/ACS)途徑)的生物體的特性。大量的厭氧生物體(包括一氧化碳營養(yǎng)生物體、光合生物體、產(chǎn)甲烷生物體和產(chǎn)乙酸生物體)已被證明將CO代謝為各種最終產(chǎn)品，即CO₂、H₂、甲烷、正丁醇、乙酸鹽和乙醇。當利用CO作為唯一的碳源時，所有這些生物體產(chǎn)生這些最終產(chǎn)品中的至少兩個。

厭氧細菌(如那些來自梭狀芽孢桿菌屬的細菌)已被證實通過乙酰CoA生化途徑從CO、CO₂和H₂生產(chǎn)乙醇。例如，WO 00/68407、EP 117309、專利號為5,173,429、5,593,886和6,368,819的美國專利、WO 98/00558和WO 02/08438中描述了從氣體生產(chǎn)乙醇的不同的揚氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株。細菌自產(chǎn)乙醇梭菌種(Clostridium autoethanogenum sp)也已知從氣體生產(chǎn)乙醇(Abrini等人,Archives of Microbiology 161,pp345-351(1994))。

然而，由微生物通過氣體發(fā)酵生產(chǎn)乙醇通常伴隨著副產(chǎn)物乙酸鹽和/或乙酸的產(chǎn)生。由于一些現(xiàn)有的碳通常轉(zhuǎn)化成乙酸鹽和/或乙酸而非乙醇，利用這種發(fā)酵過程生產(chǎn)乙醇的效率或許不甚理想。此外，除非所述乙酸鹽/乙酸副產(chǎn)物可用于某種其他目的，否則，這可以構(gòu)成垃圾處理問題。乙酸鹽/乙酸由微生物轉(zhuǎn)化成甲烷，因此有可能加劇GHG排放。

WO2007/117157和WO2008/115080，其披露內(nèi)容以引用的方式并入本文，描述了通過包含一氧化碳的氣體的厭氧發(fā)酵生產(chǎn)醇，特別是乙醇的方法。WO2007/117157描述的作為發(fā)酵過程的副產(chǎn)物生產(chǎn)的乙酸鹽被轉(zhuǎn)化成氫氣和二氧化碳氣體，其一或兩者都可用于厭氧發(fā)酵過程。