通过共培养从二氧化碳产生甲烷的方法技术

一种用于通过二氧化碳的生物转化来产生甲烷的方法，该方法借助于一种或更多种产甲烷细菌与以下的细菌之间的共生来进行：(i)一种或更多种异质自养的蓝细菌和/或微藻，或(ii)一种或更多种硫磺杆菌和/或醋酸杆菌，其中所述异质自养的蓝细菌和/或微藻、或所述硫磺杆菌和/或醋酸杆菌产生对于由所述产甲烷细菌进行的二氧化碳向甲烷的转化所需的分子氢。

Co culture of methane from carbon dioxide

A method of producing methane by bioconversion of carbon dioxide, in which one or more species of methanogenic bacteria are symbiotic with the following bacteria: (I) one or more heterotrophic cyanobacteria and / or microalgae, or (II) one or more species of sulfur bacilli and / or Acetobacter. The molecular hydrogen required for conversion of carbon dioxide from the methane producing bacteria to methane by the heterotrophic cyanobacteria and / or microalgae, or the described sulphur bacilli and / or Acetobacter, is described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过共培养从二氧化碳产生甲烷的方法本专利技术涉及用于从二氧化碳(CO2)开始产生甲烷的方法。因此根据本专利技术的方法允许吸收和处置含有二氧化碳的气体排放物。近年来，气体排放物特别是具有高含量的二氧化碳的气体排放物向大气中的释放已经成为日益迫切的问题，人们和负责处理环境问题的主管部门都强烈感受到这个问题。二氧化碳的大气释放是造成全球水平的气候变化现象(“温室效应”)的主要原因；由于多种多样的且非常活跃的来源例如加热系统、汽车尾气和热电站，二氧化碳的大气释放持续地增加。EEC分析表明，目前释放到大气中的CO2的约34.4％是由热电站产生的并且该百分比在未来注定要进一步增加。而CO2的量在大气中保持基本上不改变持续了几千年，据我们所知，自1880年以来就持续地增加。此外，还由于大面积森林砍伐以及具有调节生态链的能力的生物体浮游动物和浮游植物的减少，我们的行星具有的吸收和处置二氧化碳的能力下降。因此，根据本专利技术的方法寻求减少二氧化碳排放物进入大气中，同时产生是重要能源的原材料。通过生物手段借助于产甲烷细菌(methane-generatingbacteria)的作用来产生甲烷是本领域中已知的工艺并且已经在用于处理固体和液体废物的各种工厂中进行。然而，通过发酵具有非常复杂和不均匀的组成的材料(例如，事实上的废物)来产生甲烷总是伴随着平行发酵(parallelfermentation)，平行发酵降低甲烷收率，产生不需要的气体例如CO2、NOX、SO2等。这些气体除了减慢产甲烷细菌本身的生长，因此减少用于甲烷生成方法的活性生物质之外，还造成所得产物在能量值和热值方面的低质量。因此，本专利技术的目的是提供用于通过二氧化碳的生物转化或由工业过程例如燃烧和发酵所释放的含有二氧化碳的废气的生物转化来产生甲烷的方法。在该目标内，本专利技术的目的是提供如上所述的方法，该方法允许获得具有高纯度的甲烷，其可以有利地被用于产生电力和热能。特别地，本专利技术的目的是提供允许获得甲烷同时减少不需要的气体(特别是SOX和NOX)的含量的方法。本专利技术的另一目的是提供允许以比迄今已知的方法更高的收率获得甲烷的、如上所述的方法。此外，本专利技术的目的是提供以下的方法，其中在与二氧化碳的消除和甲烷的产生同时地，还获得了用于产生腐殖质和腐殖质肥料(humaticfertilizer)的生物材料，该腐殖质和腐殖质肥料被用于农业领域中，用于有机施肥以及污染土壤的开垦。本专利技术的另一目的是提供用于通过二氧化碳的生物转化来产生甲烷的方法，该方法是高度可靠的并且相对容易提供，并且具有有竞争力的成本并且基本上没有工艺废物。该目标以及将在下文变得更加明显的这些和其他目的通过以下方法来实现，在该方法中，通过二氧化碳的生物转化产生甲烷借助于在一种或更多种产甲烷细菌和以下细菌之间的共生来进行：(i)一种或更多种异质自养的蓝细菌(cyanobacteria)和/或微藻，或(ii)一种或更多种硫磺杆菌(sulfobacteria)和/或醋酸杆菌(acetobacteria)，其选自下文详述的非常具体的微生物。由于通过产甲烷细菌产生甲烷需要使用分子氢，因此与异质自养的蓝细菌和/或微藻的共生或与硫磺杆菌和/或醋酸杆菌(产氢微生物)的共生允许使所需的原料持续地并以实际的方式可获得。该方法规定：(i)提供共生培养物，使上述微生物生长直至它们达到稳定状态，在发酵反应器中以与所述发酵反应器的体积成比例的流量鼓泡二氧化碳，以便获得甲烷的产生；以及(ii)将步骤(i)中产生的甲烷捕获并且随后发送至储存器。在根据本专利技术的方法中，使用二氧化碳(CO2)作为原材料。因此，富含二氧化碳但还包含其他气体组分的气体排放物在根据本文所述的方法经受生物转化之前必须经历预处理。为了将二氧化碳与任何其他气体组分分离并且将其从任何污染物的存在中纯化出来所必需的预处理可以通过使用各种已知的用于CO2捕获的技术来进行，例如作为非限制性实例的膜分离、所谓的“变压吸附”和用胺进行涤气。在根据本专利技术的方法中，甲烷产生(“甲烷化”)与二氧化碳的生物转化(或“代谢”)是同时的。甲烷化借助于产甲烷细菌的作用发生，所述产甲烷细菌使用CO2并且根据以下反应产生甲烷：4H2+CO2-->CH4+2H2O；即，4H2+HCO-+H+-->CH4+3H2O通过将分子氢(H2)的氧化与CO2的还原(电子的最终受体)偶联以及借助于连续除去所述H2使NAD再氧化，产甲烷细菌能够进行该反应。然而，通过产甲烷细菌的CO2吸收限于在根据上述反应的甲烷生成反应中使用，因为这些微生物不能利用二氧化碳用于其细胞生长，而是需要更复杂的有机物质。产甲烷细菌实际上不能进行所谓的“碳固定”，因为它们缺乏负责卡尔文循环的第一反应的核酮糖-双磷酸-羧化酶(RuBisCo)。据说，产甲烷细菌需要连续流动的H2以被用作还原剂。为此目的，已经发现H2的源有利地可以由能够合成这种气体的特定微生物组成。因此，根据本专利技术的甲烷化通过在特定的产甲烷细菌和产生H2的特定的微生物之间提供共生培养物来进行。已经确定了两类微生物，它们能够为产甲烷细菌提供产生甲烷所需的分子氢，并且因此两者都可以有效地用于由根据本专利技术的方法提供的共生培养物中。因此已经确定了两种类型的共生：-第一类型的共生：选自下表1中所列的产甲烷细菌的一种或更多种产甲烷细菌和选自下表2中所列的异质自养的蓝细菌的一种或更多种异质自养的蓝细菌和/或选自下表3中所列的微藻的一种或更多种微藻；-第二类型的共生：选自下表1中所列的产甲烷细菌的一种或更多种产甲烷细菌和选自下表4中所列的硫磺杆菌和醋酸杆菌的一种或更多种硫磺杆菌和/或一种或更多种醋酸杆菌。优选地，可以向异养微生物(即，表1、表3和表4中列出的所有微生物以及表2中列出的仅异养微生物)的培养肉汤中加入选自由以下组成的组的一种或更多种酵母的水解产物：酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)(ATCC编号4024938或9896)和费氏接合酵母(Zygosaccharomycesflorentius)(ATCC编号200584)。这些酵母的水解产物实际上含有促进异养微生物的生长的一系列有机物质。如本领域技术人员所熟知的，用酵母水解产物富集培养肉汤通常包括以下步骤：酵母培养(与共生中涉及的微生物分开)，回收这些酵母的有机质(organicmass)和裂解；将所得到的水解产物添加到待富集的培养肉汤中。如已经所述的，产甲烷细菌不能使用CO2作为碳源用于生长，而是需要更复杂的有机化合物。在第一类型的共生中使用的蓝细菌和微藻，严格地说是光能自养型微生物，使用CO2和N2作为养料源，从而进一步促进二氧化碳的消除。因此，如果待处置的二氧化碳的量很大，那么第一类型的共生是优选的。相反，在第二类型的共生中使用的硫磺杆菌和醋酸杆菌尽管能够固氮，但不能以类似于产甲烷细菌的方式使用CO2作为碳源用于生长，并且需要更复杂的有机化合物。考虑到所用微生物的营养需求，由此断定，第一类型的共生必须在两种单独的环境中进行，一种专用于蓝细菌/微藻，并且一种专用于产甲烷细菌；相反，第二类型的共生可以通过在相同环境中培养硫磺杆菌/醋酸杆菌和产甲烷细菌来进行。如下文详细解释的，两种类型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过二氧化碳的生物转化来产生甲烷的方法，所述方法借助于第一微生物和第二微生物之间的共生来进行，其中：所述第一微生物是选自由以下组成的组的一种或更多种产甲烷细菌：嗜热自养甲烷杆菌(ATCC编号29096)、德尔塔甲烷球菌(ATCC编号35294)、万氏甲烷球菌(ATCC编号35089)、甲基拟甲烷球菌(ATCC编号33938)、詹氏甲烷球菌(ATCC编号43067D；43067D‑5)、海沼甲烷球菌(ATCC编号43000)、巴氏甲烷八叠球菌Schnellen(ATCC编号43569)、亨氏甲烷螺菌(ATCC编号27890)、荚膜甲基球菌(ATCC编号33009)、嗜树木甲烷短杆菌(ATCC编号BAA‑1958)、梅氏甲烷八叠球菌(Barker)Mah和Kuhn(ATCC编号BAA‑159)、艾氏甲烷球菌(ATCC编号BAA‑1280)并且所述第二微生物是：(a)选自由以下组成的组的一种或更多种异质自养的蓝细菌和/或微藻：黄花狸藻(ATCC编号16673)、黄色醋微菌(ATCC编号43122)、Cochilliobus cynodontis(ATCC编号24938)、羟基苯甲酸孢霉(ATCC编号700645)、柠檬甲酸弧菌(ATCC编号42791)、紫红红球菌(ATCC编号21198)、热醋穆尔氏菌(ATCC编号49073；39073)、瑞士乳杆菌(ATCC编号55163)、普通小球藻Beijerinck(ATCC编号11468)、普通小球藻(ATCC编号13482、30581、30821、9765)、绿色普通小球藻变种(ATCC编号16487)、蛋白核小球藻(ATCC编号30582)、细小裸藻(ATCC编号12716)、细小裸藻变种(ATCC编号10616)、嗜糖细小裸藻变种(ATCC编号12893)、斜生栅藻(ATCC编号11477)、肋胞藻(ATCC编号11474)、鱼腥藻(ATCC编号27899)或(b)选自由以下组成的组的一种或更多种硫磺杆菌和/或醋酸杆菌：球形红细菌(ATCC编号49419；55304)、凝结芽孢杆菌(ATCC编号10545)、潮湿厌氧醋菌(ATCC编号35199)、嗜硫红细菌(ATCC编号35886)、史氏芽孢杆菌(ATCC编号55404)；其中：‑如果所述第二微生物是一种或更多种异质自养的蓝细菌和/或微藻，则在不同的且相互连接的发酵反应器中培养所述第一微生物和所述第二微生物；‑如果所述第二微生物是一种或更多种硫磺杆菌和/或醋酸杆菌，则在相同的发酵反应器中培养所述第一微生物和所述第二微生物；所述方法包括以下步骤：(i)提供共生培养物，使所述第一微生物和所述第二微生物生长直至达到稳定状态，在每个发酵反应器中以与所述发酵反应器的体积成比例的流量鼓泡二氧化碳，以便通过所述第一微生物获得甲烷的产生；(ii)将步骤(i)中产生的甲烷捕获并且发送至储存器。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.18 IT 1020150000736791.一种用于通过二氧化碳的生物转化来产生甲烷的方法，所述方法借助于第一微生物和第二微生物之间的共生来进行，其中：所述第一微生物是选自由以下组成的组的一种或更多种产甲烷细菌：嗜热自养甲烷杆菌(ATCC编号29096)、德尔塔甲烷球菌(ATCC编号35294)、万氏甲烷球菌(ATCC编号35089)、甲基拟甲烷球菌(ATCC编号33938)、詹氏甲烷球菌(ATCC编号43067D；43067D-5)、海沼甲烷球菌(ATCC编号43000)、巴氏甲烷八叠球菌Schnellen(ATCC编号43569)、亨氏甲烷螺菌(ATCC编号27890)、荚膜甲基球菌(ATCC编号33009)、嗜树木甲烷短杆菌(ATCC编号BAA-1958)、梅氏甲烷八叠球菌(Barker)Mah和Kuhn(ATCC编号BAA-159)、艾氏甲烷球菌(ATCC编号BAA-1280)并且所述第二微生物是：(a)选自由以下组成的组的一种或更多种异质自养的蓝细菌和/或微藻：黄花狸藻(ATCC编号16673)、黄色醋微菌(ATCC编号43122)、Cochilliobuscynodontis(ATCC编号24938)、羟基苯甲酸孢霉(ATCC编号700645)、柠檬甲酸弧菌(ATCC编号42791)、紫红红球菌(ATCC编号21198)、热醋穆尔氏菌(ATCC编号49073；39073)、瑞士乳杆菌(ATCC编号55163)、普通小球藻Beijerinck(ATCC编号11468)、普通小球藻(ATCC编号13482、30581、30821、9765)、绿色普通小球藻变种(ATCC编号16487)、蛋白核小球藻(ATCC编号30582)、细小裸藻(ATCC编号12716)、细小裸藻变种(ATCC编号10616)、嗜糖细小裸藻变种(ATCC编号12893)、斜生栅藻(ATCC编号11477)、肋胞藻(ATCC编号11474)、鱼腥藻(ATCC编号27899)或(b)选自由以下组成的组的一种或更多种硫磺杆菌和/或醋酸杆菌：球形红细菌(ATCC编号49419；55304)、凝结芽孢杆菌(ATCC编号10545)、潮湿厌氧醋菌(ATCC编号35199)、嗜硫红细菌(ATCC编号35886)、史氏芽孢杆菌(ATCC编号55404)；其中：-如果所述第二微生物是一种或更多种异质自养的蓝细菌和/或微藻，则在不同的且相互连接的发酵反应器中培养所述第一微生物和所述第二微生物；-如果所述第二微生物是一种或更多种硫磺杆菌和/或醋酸杆菌，则在相同的发酵反应器中培养所述第一微生物和所述第二微生物；所述方法包括以下步骤：(i)提供共生培养物，使所述第一微生物和所述第二微生物生长直至达到稳定状态，在每个发酵反应器中以与所述发酵反应器的体积成比例的流量鼓泡二氧化碳，以便通过所述第一微生物获得甲烷的产生；(ii)将步骤(i)中产生的甲烷捕获并且发送至储存器。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在达到所述第一微生物和所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：里卡尔多·瑞沃索，
申请(专利权)人：拜瑞威有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT