用于提高碳转化效率的工艺

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年4月9日提交的第63/173,247号美国临时专利申请的权益，其全部内容以引入的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于提高碳转化效率的工艺和方法。确切地说，本公开涉及一氧化碳消耗工艺与工业工艺或与合成气的组合，其中来自工业工艺或合成气的气体经历处理和转化，且通过一氧化碳消耗工艺产生的二氧化碳再循环以提高产物产率。

背景技术

二氧化碳(CO

早已认识到，催化工艺(如费托工艺(Fischer-Tropsch process))可用于将包括CO

这类气体可来源于例如工业工艺，包含来自以下的气体排放物：碳水化合物发酵、气体发酵、水泥制造、制浆造纸、炼钢、炼油及相关工艺、石化生产、焦炭生产、厌氧或好氧消化、气化、天然气开采、原油开采、冶金工艺、铝、铜和/或铁合金的生产和/或精炼、地质储层、费托(Fischer-Tropsch)工艺、甲醇生产、热解、蒸汽甲烷重整、干式甲烷重整、沼气或天然气的部分氧化，和沼气或天然气的自热重整。

为了在如C1固定发酵工艺的CO消耗工艺中优化这些气体的使用，工业气体可需要处理和转化的组合。因此，仍然需要改善工业工艺与CO消耗工艺(包含用于工业气体的处理和转化的工艺)的集成，从而优化碳转化效率。

发明内容

公开了一种用于提高碳转化效率的工艺。工艺包括：a)将含有CO

工业工艺可选自工业工艺选自发酵、碳水化合物发酵、糖发酵、纤维素发酵、气体发酵、水泥制造、制浆造纸、制钢、炼油、石化生产、焦炭生产、厌氧消化、好氧消化、天然气提取、原油提取、地质储层、冶金工艺、铝、铜和/或铁合金的精炼、铝、铜和或铁合金的生产、直接空气捕获或其任何组合；或合成气体工艺是选自煤的气化、精炼残留物的气化、石油焦气化、生物质的气化、木质纤维素材料的气化、废料木的气化、黑液的气化、市政固体废弃物的气化、市政液体废弃物的气化、工业固体废弃物的气化、工业液体废弃物的气化、垃圾衍生燃料的气化、污水的气化、污水污泥的气化、来自废水处理的污泥的气化、沼气的气化、垃圾填埋气的重整、沼气的重整、甲烷的重整、石脑油重整、部分氧化或其任何组合。

富H

富含CO的料流从CO

C1固定微生物可以是一氧化碳营养菌。一氧化碳营养型细菌可以选自包括以下的组：穆尔氏菌属(Moorella)、梭菌属(Clostridium)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、醋杆菌属(Acetobacterium)、真杆菌属(Eubacterium)、丁酸杆菌属(Butyribacterium)、产醋杆菌属(Oxobacter)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)。一氧化碳营养型细菌可为自产乙醇梭菌。

含CO

至少一个去除模块可以选自水解模块、酸性气体去除模块、脱氧模块、催化氢化模块、颗粒去除模块、氯去除模块、焦油去除模块或氰化氢抛光模块。

至少一种发酵产物可以选自乙醇、丁酸酯、2,3-丁二醇、乳酸酯、丁烯、丁二烯、甲基乙基酮、乙烯、丙酮、异丙醇、脂质、3-羟基丙酸酯、萜烯、脂肪酸、2-丁醇、1,2-丙二醇或1-丙醇。发酵产物中的至少一种可进一步转化成柴油、喷气燃料和/或汽油的至少一种组分。至少一种发酵产物可包括微生物生物质。可以处理微生物生物质的至少一部分以产生动物饲料的至少一部分。

富含CO的料流可包括至少一部分氧气，并且富含CO的料流的至少一部分可传递到氧气分离模块以从富含一氧化碳的料流中分离至少一部分氧气。

还公开一种用于改进集成工业发酵系统的工艺经济的工艺。工艺包括：a)将包括水的原料传递到水电解器，其中水的至少一部分转化为H

附图说明

图1A示出工艺集成方案，其描绘去除模块、CO

图2示出工艺集成方案，其描绘去除模块、CO

图3示出工艺集成方案，其描绘在去除模块之前的任选的CO

图4示出工艺集成方案，其描绘在去除模块之后的任选的CO

图5示出工艺集成方案，其描绘在任选的压力模块之后的水电解模块的集成，其中来自水电解模块的气体的一部分在传递到CO消耗工艺之前与来自CO

图6示出工艺集成方案，其描绘在CO

具体实施方式

本发明人已经鉴定，生成CO

术语“工业工艺”是指涉及化学、物理、电气和/或机械步骤的用于产生、转化、精炼、重整、提取或氧化物质的工艺。示例性工业工艺包含但不限于碳水化合物发酵、气体发酵、水泥制造、制浆造纸、炼钢、炼油及相关工艺、石化生产、焦炭生产、厌氧或好氧消化、气化(如生物质、液体废物料流、固体废物料流、市政流、化石资源(包含天然气、煤炭和石油)的气化)、天然气提取、原油提取、冶金工艺，铝、铜和/或铁合金的生产和/或精炼、地质储层、费托工艺、甲醇生产、热解、蒸汽甲烷重整、干式甲烷重整、沼气或天然气的部分氧化、直接空气捕获和沼气或天然气的自热重整。在这些实施例中，可以使用任何便利的方法从工业过程中捕获底物和/或C1碳源，然后将其排放到大气中。

术语“来自工业工艺的气体”、“来自工业工艺的气体源”和“来自工业工艺的气态底物”可互换使用来指代来自工业工艺的废气、工业工艺的副产物、工业工艺的联产物、在工业工艺内再循环的气体和/或在工业设施内用于能量回收的气体。在一些实施例中，来自工业工艺的气体是变压吸附(PSA)尾气。在一些实施例中，来自工业工艺的气体是通过CO

“C1”是指单碳分子，例如CO、CO

“底物”是指碳源和/或能量来源。底物通常呈气态并且包含C1碳源，例如CO、CO

术语“共底物”是指虽然不一定是用于产物合成的主要能量和材料来源，但是当与另一底物(如主要底物)组合时，可以用于产物合成的物质。

“包括CO

如本文所使用的术语“碳捕获”是指从包括CO

术语“增加效率”、“增加的效率”等是指反应的速率和/或输出的增加，如将CO

如本文所用，“反应物”是指存在于化学反应中并且在反应期间被消耗以产生产物的物质。反应物是在化学反应期间经历变化的起始材料。在特定实施例中，反应物包含但不限于CO和/或H

“CO消耗工艺”是指其中CO为反应物；CO被消耗以产生产物的工艺。CO消耗工艺的非限制性实例是C1固定气体发酵工艺。CO消耗工艺可涉及产生CO

“气体料流”是指能够例如从一个模块传递到另一模块、从一个模块传递到CO消耗工艺和/或从一个模块传递到碳捕获装置的任何底物料流。

气体料流通常将不是纯CO

“去除模块”、“污染物去除模块”、“清除模块”、“处理模块”等包含能够从气体料流转化和/或去除至少一种成分的技术。去除模块的非限制性实例包含水解模块、酸性气体去除模块、脱氧模块、催化氢化模块、颗粒去除模块、氯化物去除模块、焦油去除模块和氰化氢抛光模块。

如本文所用，术语“成分”、“污染物”等是指可在气体料流中发现的微生物抑制剂和/或催化剂抑制剂。在特定实施例中，成分包含但不限于含硫化合物、芳香族化合物、炔烃、烯烃、烷烃、链烯、含氮化合物、含磷化合物、微粒物质、固体、氧气、卤代化合物、含硅化合物、羰基、金属、醇、酯、酮、过氧化物、醛、醚、焦油和萘。优选地，通过去除模块去除的成分不包含CO

如本文所用，“微生物抑制剂”是指减慢或阻止特定化学反应或其它过程(包含微生物)的一种或多种成分。在特定实施例中，微生物抑制剂包含但不限于氧气(O

如本文所用，“催化剂抑制剂”、“吸附剂抑制剂”等是指降低化学反应的速率或阻止化学反应的一种或多种物质。在特定实施例中，催化剂抑制剂可包含但不限于硫化氢(H

在某些情况下，通过发酵步骤产生、引入和/或浓缩至少一种去除的成分。这些成分中的一种或多种可存在于发酵后气态底物中。举例来说，可通过发酵步骤产生、引入和/或浓缩呈H

术语“经处理的气体”和“经处理的气体料流”是指已经传递通过至少一个去除模块并且已去除和/或转化一种或多种成分的气体料流。举例来说，“CO

“浓度模块”等是指能够增加气体料流中的特定组分的含量的技术。在特定实施例中，浓度模块是CO

如本文所用，术语“CO

如本文所用，术语“逆水煤气反应单元”/“rWGR单元”是指用于从二氧化碳和氢气产生水的单元或系统，其中一氧化碳作为副产物。术语“水煤气”被定义为主要由一氧化碳(CO)和氢气(H

术语“热催化转化”，另一种合适的CO

如本文所用，术语“部分燃烧系统”是指其中氧气供应部分氧化的氧化物要求的至少一部分的系统，并且其中存在的反应物二氧化碳和水基本上转化为一氧化碳和氢气。

术语“等离子体转化”是指CO

用于CO

术语“电解模块”和“电解器”可互换使用，以指代使用电力来驱动非自发反应的单元。电解技术是本领域中已知的。示例性工艺包含碱性水电解、质子或阴离子交换膜(PEM、AEM)电解和固体氧化物电解(SOE)(Ursua等人，《电气与电子工程师协会会报(Proceedingsof the IEEE)》100(2):410-426,2012；Jhong等人，《化学工程最新意见(Current Opinionin Chemical Engineering)》2:191-199,2013)。术语“法拉第效率”是指参考流动通过电解器并转移到还原产物而不是无关工艺中的电子数量的值。SOE模块在高温下操作。低于电解模块的热中性电压时，电解反应是吸热的。高于电解模块的热中性电压时，电解反应是放热的。在一些实施例中，在不增加压力的情况下操作电解模块。在一些实施例中，电解模块在5到10巴的压力下操作。

“CO

“水电解模块”和“H

H

术语“分离模块”用于指代能够将物质分为两种或更多种组分的技术。举例来说，“O

术语“富含料流”、“富气体”，“高纯度气体”等是指在通过如rWGS单元的模块之后特定组分的比例与进入模块的输入料流中的所述组分的比例相比较大的气体料流。例如，在包括CO

如本文所使用，术语“贫乏料流”、“耗乏气体”等是指在通过如浓度模块或分离模块的模块之后特定组分的比例与进入所述模块的输入料流中所述组分的比例相比较低的气体料流。举例来说，当包括O

在特定实施例中，本公开提供一种集成工艺，其中气体料流的压力能够增加和/或降低。术语“压力模块”是指能够产生(即，增加)或降低气体料流压力的技术。可通过任何合适的方式增加和/或降低气体的压力，例如一个或多个压缩机和/或阀门。在某些情况下，气体料流的压力可低于最优压力，或气体料流的压力可高于最优压力，并且因此可包含降低压力的阀门。压力模块可位于本文所述的任何模块之前或之后。举例来说，可在去除模块之前、在浓度模块之前、在水电解模块之前和/或在CO消耗工艺之前利用压力模块。

“加压的气体料流”是指已通过压力模块的气态底物。“加压的气体料流”也可用来指代满足特定模块的操作压力要求的气体料流。

术语“CO消耗工艺后气态底物”、“CO消耗工艺后尾气”、“尾气”等可互换使用以指代已通过CO消耗工艺的气体。CO消耗工艺后气态底物可包括未反应的CO、未反应的H

术语“期望组成”用于指在例如气体料流的物质中的组分的期望水平和类型。更具体地，如果气体含有特定组分(即，CO、H

虽然底物不必包括任何H

底物还可以包括一定的CO，例如，约1体积％到约80％体积的CO，或1体积％到约30体积％的CO。在一个实施例中，底物包括少于或等于约20体积％的CO。在特定实施例中，底物包括少于或等于约15体积％的CO、少于或等于约10体积％的CO、少于或等于约5体积％的CO或基本上无CO。

可改善底物组成，以提供期望的或最优的H

在H

当CO是乙醇产生的唯一碳源和能量源时，损失一部分碳成为CO

6CO+3H

随着底物中可用的H

5CO+1H

4CO+2H

3CO+3H

底物的组成可能对反应的效率和/或成本有重大影响。举例来说，O

在一些实施例中，在生物反应器中执行CO消耗工艺。术语“生物反应器”包含由一个或多个容器和/或塔或管路布置组成的发酵装置，所述发酵装置包含连续搅拌槽反应器(CSTR)、固定细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、气泡柱、气升式发酵罐、静态混合器、循环回路反应器、如中空纤维膜生物反应器(HFM BR)等膜反应器或适用于气体-液体接触的其它容器或其它装置。反应器优选地适于接收包括CO、CO

在高压下操作生物反应器允许增加从气相到液相的气体质量传递的速率。因此，通常是优选的是，在高于大气压的压力下进行培养/发酵。同样，由于给定气体转化率部分地随底物保留时间而变并且保留时间决定了生物反应器的所需体积，所以使用加压系统可以大大减小所需生物反应器的体积，并且因此大大降低培养/发酵设备的资金成本。这反过来意味着当将生物反应器保持在高压而不是大气压下时，可以减少保留时间，所述保留时间被定义为生物反应器中的液体体积除以输入气体流速。最优反应条件将部分取决于所使用的特定微生物。然而，一般来说，优选的是，在高于大气压的压力下进行发酵。同样，由于给定气体转化率部分地随底物保留时间而变并且实现期望的保留时间又决定了生物反应器的所需体积，所以使用加压系统可以大大减小所需生物反应器的体积，并且因此大大降低发酵设备的资金成本。

除非上下文另有要求，否则本文所用的短语“发酵”、“发酵工艺”、“发酵反应”等旨在涵盖气态底物的生长期和产物生物合成期两者。在某些实施例中，发酵是在不存在碳水化合物底物(如糖、淀粉、木质素、纤维素或半纤维素)的情况下进行。

通常在含有足以允许微生物生长的营养物、维生素和/或矿物质的水性培养基中维持培养。“营养培养基”、“营养物培养基”和“培养基”用于描述细菌生长培养基。优选地，水性培养基是厌氧微生物生长培养基，如最小厌氧微生物生长培养基。合适的培养基是所属领域中众所周知的。术语“营养物”包含可以用于微生物的代谢途径的任何物质。示例性营养素包含钾、维生素B、微量金属和氨基酸。

术语“发酵液”和“培养液”旨在涵盖组分，包含营养物培养基和培养物或一种或多种微生物的混合物。应注意，术语微生物和术语细菌在本文中可互换使用。

本公开的微生物可用气体料流培养以产生一种或多种产物。举例来说，本公开微生物可产生或可被工程化以产生乙醇(WO 2007/117157)、乙酸酯(WO 2007/117157)、丁醇(WO 2008/115080和WO 2012/053905)、丁酸酯(WO 2008/115080)、2,3-丁二醇(WO 2009/151342和WO 2016/094334)、乳酸酯(WO 2011/112103)、丁烯(WO 2012/024522)、丁二烯(WO2012/024522)、甲基乙基酮(2-丁酮)(WO 2012/024522和WO 2013/185123)、乙烯(WO 2012/026833)、丙酮(WO 2012/115527)、异丙醇(WO 2012/115527)、脂质(WO 2013/036147)、3-羟基丙酸酯(3-HP)(WO 2013/180581)、萜烯，包含异戊二烯(WO 2013/180584)、脂肪酸(WO2013/191567)、2-丁醇(WO 2013/185123)、1,2-丙二醇(WO 2014/036152)、1-丙醇(WO2014/0369152)、分支酸衍生产物(WO 2016/191625)、3-羟基丁酸酯(WO 2017/066498)、1,3-丁二醇(WO 2017/0066498)和2,3-丁二醇(WO2016/094334)。除一种或多种目标产物外，本公开的微生物还可以产生乙醇、乙酸酯和/或2,3-丁二醇。在某些实施例中，微生物生物质本身可以被视为产物。这些产物可进一步转化以产生柴油、喷气燃料和/或汽油的至少一种组分。另外，可以进一步处理微生物生物质以产生单细胞蛋白(SCP)。

“微生物”是微观生物，尤其是细菌、古细菌、病毒或真菌。本公开的微生物通常是细菌。如本文所用，对“微生物”的叙述应被视为涵盖“细菌”。

“亲本微生物”是用于生成本公开的微生物的微生物。亲本微生物可以是天然产生的微生物(被称为野生型微生物)或已经过预先修饰的微生物(被称为突变或重组微生物)。本公开的微生物可以被修饰成表达或过表达在亲本微生物中未表达或过表达的一种或多种酶。类似地，本公开的微生物可以被修饰成包括亲本微生物所不含的一种或多种基因。本公开的微生物还可以被修饰成不表达或表达较低量的在亲本微生物中表达的一种或多种酶。在一个实施例中，亲本微生物是自产乙醇梭菌、永达尔梭菌或拉氏梭菌。在一个实施例中，亲本微生物为自产乙醇梭菌LZ1561，其于2010年6月7日根据《布达佩斯条约(BudapestTreaty)》的条款于2010年6月7日保藏在位于德国布伦瑞克省D-38124Inhoffenstraβe 7B的德国微生物菌种保藏中心(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen undZellkulturen GmbH(DSMZ))，并且授予登录号为DSM23693。此菌株在国际专利申请第PCT/NZ2011/000144号中进行了描述，所述国际专利申请以WO 2012/015317公开。

术语“衍生自”表示核酸、蛋白质或微生物从不同的(例如亲本或野生型)核酸、蛋白质或微生物修饰或改编，从而产生新的核酸、蛋白质或微生物。此类修饰或改编通常包括核酸或基因的插入、缺失、突变或取代。一般来说，本公开的微生物衍生自亲本微生物。在一个实施例中，本公开的微生物衍生自自产乙醇梭菌、扬氏梭菌或拉氏梭菌。在一实施例中，本公开的微生物衍生自自产乙醇梭菌LZ1561，其以DSMZ登录号DSM23693保藏。

本公开的微生物可以基于功能特性进一步分类。例如，本公开的微生物可以是或可以衍生自C1固定微生物、厌氧菌、产乙酸菌、产乙醇菌(ethanologen)、一氧化碳营养菌(carboxydotroph)和/或甲烷营养菌。

“伍德-永达尔(Wood-Ljungdahl)”是指如由Ragsdale在《生物化学与生物物理学报(Biochim Biophys Acta)》，1784:1873-1898,2008。可预测地，“伍德-扬达尔微生物”是指包括伍德-永达尔途径的微生物。一般来说，本公开的微生物含有天然伍德-永达尔途径。在本文中，伍德-永达尔路径可以是天然的未经修改的伍德-永达尔路径，或者它可以是有一定程度的基因修饰(例如，过表达、异源表达、敲除等)的伍德-永达尔路径，只要所述伍德-永达尔路径仍然起作用以将CO、CO

“厌氧菌”是生长不需要O

“产乙酸菌”是使用伍德-永达尔通路作为其能量保存和合成乙酰-CoA以及乙酰-CoA衍生产物如乙酸的主要机制的绝对厌氧细菌(Ragsdale,《生物化学与生物物理学学报》,1784:1873-1898,2008)。具体来说，产乙酸菌使用伍德-永达尔路径作为(1)用于从CO

“产乙醇菌”为产生或能够产生乙醇的微生物。通常，本公开的微生物是产乙醇菌。

“自养菌”是能够在没有有机碳的情况下生长的微生物。相反，自养菌使用无机碳源，如CO和/或CO

“一氧化碳营养菌”是能够利用CO作为碳和能量的唯一来源的微生物。通常，本公开的微生物是一氧化碳营养菌。

“甲烷营养菌”是能够利用甲烷作为碳和能量的唯一来源的微生物。在某些实施例中，本公开的微生物是甲烷营养菌或衍生自甲烷营养菌。在其它实施例中，本公开的微生物不是甲烷氧化菌或不衍生自甲烷氧化菌。

表1提供微生物的代表性列表且鉴别其功能特性。

1

2

3

4

5

6

“天然产物”是由未经基因改性的微生物产生的产物。例如，乙醇、乙酸酯和2,3-丁二醇是自产乙醇梭菌、永达尔梭菌和拉氏梭菌的天然产物。“非天然产物”是由经基因改性的微生物产生的产物，而不是由衍生出经基因改性的微生物的未经基因改性的微生物产生的产物。

“选择性”是指目标产物的产量与微生物产生的所有发酵产物的产量的比率。本公开的微生物可以工程化以便以特定选择率或最小选择率产生产物。在一个实施例中，目标产物占由本公开的微生物产生的所有发酵产物的至少约5％、10％、15％、20％、30％、50％或75％。在一个实施例中，目标产物占由本公开的微生物产生的所有发酵产物的至少10％，使得本公开微生物的目标产物选择率为至少10％。在另一个实施例中，目标产物占由本公开的微生物产生的所有发酵产物的至少30％，使得本公开的微生物的目标产物选择率为至少30％。

培养/发酵应该理想地在产生目标产物的适当条件下进行。通常，在厌氧条件下进行培养/发酵。要考虑的反应条件包含压力(或分压)、温度、气体流速、液体流速、培养基pH、培养基氧化还原电势、搅拌速率(如果使用连续搅拌槽反应器)、接种物水平、用于确保液相中的气体不会变成限制的最大气体底物浓度以及避免产物抑制的最大产物浓度。具体地，可以控制底物的引入速率以确保液相中的气体的浓度不会变成限制，因为在气体限制的条件下，产物可能会被培养物消耗。

可以使用本领域已知的任何方法或方法的组合从发酵液中分离或纯化目标产物，所述方法包括例如分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包含例如液-液萃取。在某些实施例中，目标产物通过以下从发酵液中回收：从生物反应器中不断去除培养液的一部分、从培养液分离微生物细胞(宜通过过滤)以及从培养液中回收一种或多种目标产物。可例如通过蒸馏回收醇类和/或丙酮。可例如通过吸附于活性炭上而回收酸。分离的微生物细胞优选地返回到生物反应器中。去除目标产物之后残留的游离渗透物也优选地返回到生物反应器中。可以在游离渗透物返回到生物反应器中之前向其中添加另外的营养素(如维生素B)来补充培养基。

图1A示出用于工业工艺110、一个或多个去除模块120、CO

图1A的CO消耗工艺140可以是气体发酵工艺，并且可在接种器和/或一个或多个生物反应器中发生。举例来说，CO消耗工艺140可以是包括至少一种C1固定微生物的培养物的生物反应器中的气体发酵工艺。在其中CO消耗工艺140是气体发酵工艺的实施例中，可发酵培养物以产生一种或多种发酵产物146和发酵后气态底物，如CO消耗工艺气态底物142。

在一些实施例中，图1A的CO消耗工艺140包括产生CO

在特定实施例中，由图1A的去除模块150去除的至少一种成分由CO消耗工艺140(如气体发酵工艺)产生、引入和/或浓缩。在各种实施例中，由发酵步骤产生、引入和/或浓缩的一种或多种成分包括含硫化合物。在某些情况下，将含硫化合物(如硫化氢)引入到CO消耗工艺140中。发现此硫(以含硫化合物形式存在)降低CO

例如当CO

通常，本文所述的工业工艺通过空气分离得到所需的O

涉及部分氧化反应的若干C1生成工业工艺需要O

如图1B和图1C所示，用于工业工艺、一个或多个去除模块、CO

图2示出用于工业工艺210、去除模块220、CO

在其中CO

在一些实施例中，图2的CO消耗工艺240包括产生CO

图2的CO消耗工艺240可以是气体发酵工艺，并且可在接种器和/或一个或多个生物反应器中发生。举例来说，CO消耗工艺240可以是包括至少一种C1固定微生物的培养物的生物反应器中的气体发酵工艺。在其中CO消耗工艺240是气体发酵工艺的实施例中，可发酵培养物以产生如CO消耗工艺后产物246的一种或多种发酵产物和如CO消耗工艺后气态底物242的发酵后气态底物。

将高纯度的CO

图3示出根据本公开的一个方面的用于工业工艺310与任选的CO

来自CO

在一个或多个去除模块320之前在气体料流314中浓缩CO

在一些实施例中，图3的CO消耗工艺340包括产生CO

图3的CO消耗工艺340可以是气体发酵工艺，并且可在接种器和/或一个或多个生物反应器中发生。举例来说，CO消耗工艺可以是包括至少一种C1固定微生物的培养物的生物反应器中的气体发酵工艺。在其中CO消耗工艺340是气体发酵工艺的实施例中，可发酵培养物以产生如CO消耗工艺后产物346的一种或多种发酵产物和如CO消耗工艺后气态底物342的发酵后气态底物。

在特定实施例中，可将CO

来自CO

在一些实施例中，图4的CO消耗工艺440包括产生CO

图4的CO消耗工艺440可以是气体发酵工艺，并且可在接种器和/或一个或多个生物反应器中发生。举例来说，CO消耗工艺440可以是包括至少一种C1固定微生物的培养物的生物反应器中的气体发酵工艺。在其中CO消耗工艺440是气体发酵工艺的实施例中，可发酵培养物以产生如CO消耗工艺后产物446的一种或多种发酵产物和如CO消耗工艺后气态底物442的发酵后气态底物。

图5示出根据本公开的一个方面的用于工业工艺510与去除模块520、任选的CO

在特定实施例中，本公开提供一个或多个压力模块580以增加来自CO

在各种实施例中，水电解模块1500与O

在某些实施例中，根据本公开的一个方面，本公开集成工业工艺510、任选的CO

图5的CO消耗工艺540产生产物546和CO消耗工艺后气态底物542。CO消耗工艺可以是气体发酵工艺，并且可在接种器和/或一个或多个生物反应器中发生。在其中CO消耗工艺540是气体发酵工艺的实施例中，可发酵培养物以产生如CO消耗工艺后产物546的一种或多种发酵产物和如CO消耗工艺后气态底物542和或544的发酵后气态底物。可将CO消耗工艺后气态底物542传递到去除模块550，以去除和/或转化一种或多种成分558。在CO消耗工艺之后包含CO

本公开大体上提供从气体料流中去除可对下游工艺(例如下游发酵工艺和/或下游模块)有不利影响的成分。在特定实施例中，本公开在各种模块之间提供一个或多个另外的去除模块，以便防止这类不利影响的发生。

在各种情况下，通过CO

图6示出CO

在某些实施例中，根据本公开的一个实施例，本公开集成工业工艺610、任选的CO

取决于所选择的CO

可将气体料流692的至少一部分从另外的去除模块690传递到任选的压力模块680。将来自任选的压力模块680的加压气体料流682传递到CO消耗工艺640。气体料流692可在引入到CO消耗工艺640之前与富H

图6的CO消耗工艺640可产生产物646和CO产生工艺后气态底物642和644。CO消耗工艺可以是气体发酵工艺，并且可在接种器和/或一个或多个生物反应器中发生。在其中CO消耗工艺640是气体发酵工艺的实施例中，可发酵培养物以产生如CO消耗工艺后产物646的一种或多种发酵产物和如CO消耗工艺后气态底物642或644的发酵后气态底物。将CO消耗工艺后气态底物644传递到任选的CO

在各种实施例中，本公开提供一种包括水的电解以提供至少氢气和任选的氧气的集成工艺，其中为水电解工艺供应的电力至少部分地来源于可再生能源。

尽管底物通常是气态的，但是底物也可以替代形式提供。例如，可以使用微泡分散生成器将底物溶解在用包括CO的气体饱和的液体中。作为另外的实例，底物可以被吸附到固体载体上。

生物反应器中的C1固定微生物通常是一氧化碳营养型细菌。在特定实施例中，一氧化碳营养型细菌选自包括以下的组：穆尔氏菌属、梭菌属、瘤胃球菌属、醋杆菌属、真杆菌属、丁酸杆菌属、产醋杆菌属、甲烷八叠球菌属、甲烷八叠球菌属和脱硫肠状菌属。在各种实施例中，一氧化碳营养型细菌是自产乙醇梭菌。

本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)均通过引用特此并入，其程度如同每篇参考文献被单独并且具体地指出通过引用并入并且在本文中被整体阐述。本说明书中对任何现有技术的提及不是并且不应被视为承认现有技术形成了任何国家中所涉及领域中公知常识的一部分。

在描述本发明的上下文中(尤其在随附权利要求书的上下文中)使用术语“一个/种(a/an)”和“所述”以及类似的提及物应解释为涵盖单数和复数，除非本文中另外指明或与上下文明显相矛盾。除非另外指出，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应解释为开放式术语(即，意味着“包括但不限于”)。替代方案(例如，“或”)的使用应被理解为意指替代方案中的一个、两个或其任何组合。如本文所用的，术语“约”是指所指定范围、值或结构的±20％，除非另有指示。

除非另外指明，否则对本文中值范围的叙述仅旨在用作单独地提及落入所述范围内的每个单独数值的简写方法，并且将每个单独数值并入说明书中，如同在本文中单独地叙述一样。例如，除非另有说明，否则任何浓度范围、百分比范围、比率范围、整数范围、尺寸范围或厚度范围都应理解为包含所述范围内的任何整数的值，并且在适当时包含其分数(例如整数的十分之一和百分之一)。除非另有说明，否则比率是摩尔比，且百分比是按重量计的。

除非本文中另有指示或明显与上下文相矛盾，否则本文所描述的所有方法均可以以任何合适的顺序进行。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(即，“如”)的使用仅旨在更好地说明本公开，而不对本公开的范围构成限制。本说明书中的任何语言都不应被解释为将任何未要求保护的元件指示为实践本公开所必须的。

本文描述了本公开的实施例。在阅读前面的描述后，那些实施例的变化对于所属领域的技术人员而言可变得显而易见。诸位发明人预期技术人员可以在适当时采用此类变型，并且诸位发明人旨在使本公开以与本文具体描述的方式不同的其它方式来进行实践。因此，在适用法律允许的情况下，本公开包含所附权利要求中叙述的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或另外明显与上下文相矛盾，否则本公开涵盖上文所描述的要素呈其所有可能变化形式的任何组合。