[发明专利]生物质液化到气体发酵

说明书

技术领域

总体而言，本发明涉及通过微生物发酵来制备产物、特别是醇的方法。具体而言，本发明涉及自生物质液化所伴随的工业气体制备发酵产物的方法。本发明提供了一种通过由生物质液化过程如烘焙或热解所产生的气态底物的微生物发酵来制备至少一种发酵产物的方法。

背景技术

可使用催化工艺来将主要由CO和/或CO和氢气(H₂)组成的气体转化为各种燃料和化学品。也可使用微生物来将这些气体转化为燃料和化学品。虽然通常比化学反应慢，但这些生物过程比催化过程具有若干优势，包括较高的专一性、较高的收率、较低的能源成本和较高的抗中毒性。

微生物以CO作为唯一碳源生长的能力最先于1903年被发现。后来确定这是一种生物属性，即利用乙酰辅酶A(乙酰CoA)自养生长的生化途径(也称Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合成酶(CODH/ACS)途径)。包括一氧化碳营养的、光合作用的、产甲烷的和产乙酸的有机体在内的数量众多的厌氧生物已显示可将CO代谢为多种最终产物，即CO₂、H₂、甲烷、正-丁醇、乙酸盐和乙醇。除这些产物外，本发明人已在先前证实，通过使用特定的微生物或表达特定基因的那些发酵可获得许多其它有用的碳基产物。

厌氧细菌，如来自梭菌属的那些，已经证实将自CO、CO₂和H₂经由乙酰CoA生化途径产生乙醇。例如，自气体产生乙醇的各种杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)菌株见述于WO 00/68407、EP 117309、US专利第5,173,429号、第5,593,886号和第6,368,819号、WO 98/00558及WO02/08438中。还已知细菌自产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum sp)从气体产生乙醇(Abrini等人，Archives of Microbiology 161,pp 345-351(1994))。

虽然通过微生物来发酵含CO和H₂的底物的方法是已知的，但放大和整合这些方法到工业环境中的潜能几乎尚未被探索。石油化工厂和炼油厂产生大量的CO作为“废的”副产物。目前，显著比例的废气被送往火炬(烧掉)或者用作燃料源，其二者均产生不期望的温室气体CO₂。相应地，存在通过利用由此产生的废气和能量以用于发酵中来制备期望的产物同时减少从工业厂房的气态碳排放从而改善工业过程的潜能。

生物质的液化可能是获得有价值的液体产品的一种经济的方式。生物质可以是任何类型的木质生物质、农业废料、纸浆和造纸废料、城市固体废弃物、或煤/焦炭。生物质转化的三种关键方法为烘焙、热解和气化。

烘焙涉及在不存在空气或氧的情况下使生物质经受较低温度(150-300℃)。挥发性物质将产生并然后被驱除，从而产生类似于煤的致密富碳固体。所产生的气流含有CO和CO₂。

热解为在无氧的参与下有机材料在高温下(通常在高于450-500℃的温度下)的热化学分解。其涉及化学组成和物理相的同时改变，并且是不可逆的。热解可刻画为“快”或“慢”或是介于两者之间，描述反应条件下的相对时间。将产生气体、液体和固体产物，相对的量取决于温度和反应时间。快速热解将使液体收率最大化但更具挑战性。

生物质的气化涉及使用氧气/空气/流来产生合成气。

本发明的一个目的是提供一种整合的方法和/或系统，所述方法和/或系统包括生物质液化和气体发酵来制备有用的产物，或至少为公众提供可用的选择。

发明内容

总体而言，本发明特别是提供通过包含CO的底物的微生物发酵来制备产物的方法。

在第一个方面，本发明提供了一种制备至少一种产物的方法，所述方法包括：

i)向含至少一种一氧化碳营养的产乙酸微生物的培养物的生物反应器提供包含CO的底物；和

ii)使所述培养物在所述生物反应器中发酵以产生所述至少一种发酵产物，

其中，步骤(i)的底物源自一种或多种生物质液化过程。

在一个特别的实施例中，包含CO的底物还包含CO₂和/或H₂。

在一个特别的实施例中，包含CO的底物为合成气。