KR20240093941A - 수소 부화 합성가스로부터 제품을 만드는 친환경 방법 - Google Patents
수소 부화 합성가스로부터 제품을 만드는 친환경 방법 Download PDFInfo
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Abstract
산소화 생성물, 동물 사료, 및 비료를 제조하는 "친환경(green)" 방법들이 개시된다. 바람직한 산소화 생성물은, 에탄올, 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 본 방법들은, 석탄, 천연가스, 및/또는 바이오매스의 처리로부터 생성될 수 있는 합성가스(synthesis gas, 또는 syngas)를 사용한다. 합성가스는, 수소, 일산화탄소, 및/또는 이산화탄소의 일부 조합을 함유한다. 본 방법은, 합성가스를, 산업 공정으로부터의 퍼지(테일) 가스와, 및/또는, 예를 들어 재생가능 원천으로부터 생성된, 수소 가스와, 혼합하는 단계를 수반한다. 그 결과 발생된 혼합물은, 수소-풍부 가스를 발효시키는 데 매우 적합한 미생물에 의해 발효되는 H2-부화 합성가스이다. 본 방법으로부터의 부생성물도 회수될 수 있다. 본 개시는 또한, 각각 재료 비료 및 동물 사료를 제조하는 방법들을 제공한다. 퍼지 가스를 용도 변경하여 이것들이 환경으로 방출되지 않도록 함으로써, 및/또는 재생가능 원천으로부터의 수소를 사용함으로써, 본 개시된 방법들은 환경 친화적이다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 2022년 10월 28일에 출원된 미국 특허 출원 제18/050,910호에 대한 우선권을 주장하고, 이 출원은 2021년 10월 29일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제63/273,594호의 이익을 주장하고, 이 출원들 모두는 그 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
미생물을 사용하여, 글루코스 및 자당과 같은, 특정 탄수화물을, 발효를 통해, 연료 및 화학물질과 같은, 다양한 제품으로 전환시키는 것이 바람직하다. 탄수화물 발효를 통한 에탄올 생산의 대안은 합성가스(syngas) 발효이다. 합성가스는 전형적으로, 탄소질 재료의 가스화, 천연가스의 개질, 및/또는 혐기성 생물반응기(발효기)로부터의, 또는 다양한 산업적 방법으로부터의, 바이오가스로부터 유래된다. 가스 기질(gas substrate)은 통상적으로 일산화탄소, 수소 및 이산화탄소를 포함하며, 통상적으로 수증기, 질소, 메탄, 경질 탄화수소, 암모니아, 및 황화수소와 같은 다른 성분들을 함유한다.
합성가스 발효는 미생물 공정으로, 1차 탄소와 에너지원이 합성가스로부터 제공된다. 통상적으로 아세토겐(acetogen)으로 지칭되는, 이들 미생물은, 환원성 아세틸-CoA 경로(우드-융달 대사경로(Wood-Ljungdahl pathway))에서, 합성가스에 존재하는, 작은 화학물질 빌딩 블록(chemical building blocks)을 활용하여, 에탄올 및/또는 아세트산을 생성한다. 합성가스의 발효는 주로 에탄올과 아세트산을 형성한다. 이 과정에는 상당한 양의 수소 및/또는 일산화탄소가 필요하다. 일산화탄소, 이산화탄소, 및 수소를 에탄올과 아세트산으로 전체적으로 전환하기 위한 균형 화학 반응식(balanced chemical equations)은 다음과 같다:
에탄올 생성
아세트산 생성
균형 화학 방정식에 의해 설명되는 바와 같이, 일산화탄소와 이산화탄소는 모두 탄소의 주요 원천으로서 사용되며, 일산화탄소와 수소에 존재하는 전자(electron)에 의해 촉진될 수 있다.
기후 변화는 계속 우려되는 문제이다. 제조업에서 배출된 온실가스는, 지구 표면의 평균 기온을 높이는 데 기여한다. 기후 변화에 대한 우려가 증가함에 따라, 탄소 배출량을 줄이는 화학물질과 연료를 생산하기 위한 추가적인 방법들이 필요하다.
이해될 수 있는 바와 같이, 이러한 배경 설명은 독자를 돕기 위해 본 발명자들에 의해 작성되었으며, 선행 기술에 대한 참조로 받아들여져서는 안 되며, 표시된 문제점들 중 임의의 것이 해당 기술 분야에서 인식되었다는 표시로 받아들여져서는 안된다. 설명된 원리는, 일부 관점들 및 구현예들에서, 다른 시스템에 내재된 문제들을 완화할 수 있지만, 이해될 수 있는 바와 같이, 보호되는 혁신의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의되고, 본 개시의 임의의 구현예들의 능력에 의해 정의되지 않으며, 본 명세서에서 언급된 임의의 특정 문제를 해결한다.
본 개시는, 미생물에 의한 발효를 사용하여, 에탄올, 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들의 조합과 같은, 산소화 생성물(oxygenated products)을 제조하는 방법을 제공한다. 본 개시는 또한, 비료와 같은 토지 사용 적용분야를 위한 재료를 제조하는 방법뿐만 아니라, 동물 사료를 제조하는 방법도 제공한다. 이 방법은, 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및/또는 이산화탄소(CO2)의 일부 조합을 함유하는 합성가스(syngas)를 사용한다. 합성가스는 석탄, 천연가스, 석유-유래물, 도시 고형 폐기물(이하 "MSW": municipal solid waste), 및/또는 바이오매스의 처리를 포함하는 다양한 공급원으로부터 생산될 수 있다. 석탄-유래 H2-부화 합성가스는 "의도에 따른" 합성가스의 형태일 수 있으며, 이는 통상적으로 하류 제품의 생산을 위한 공급원료로서 생산된다는 것을 의미한다. 대조적으로, "퍼지 가스"는 통상적으로 유닛 작업에서 부생성물로서 생성되는 폐가스를 의미한다. 퍼지 가스는 연료 가치(열을 발생시키기 위한 연소에 의해)로서 사용될 수 있지만, 통상적으로 분리 공정을 통해 퍼지 가스를 추가적으로 처리하는 것은 경제적이지 않다.
놀랍고 예상외로, 합성가스는 수소(H2) 가스로 부화되어 H2-부화 합성가스를 형성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 온실가스 배출을 생성할 산업 퍼지 가스는, 합성가스를 부화시켜 수소 부화 합성가스를 생산하도록 용도변경된다.
유리하게는, 본 개시의 방법은 "친환경" 기술로서 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 다양한 산업 공정에서 발생하는 수소 풍부 퍼지 가스(때때로 공정의 꼬리 끝의 폐기물 흐름이기 때문에 "테일 가스"라고도 지칭됨)는 H2-부화 합성가스를 제조하기 위해 임의의 원천(예를 들어, 석탄)에서 유래된 합성가스와 혼합될 수 있다. 수소 풍부 퍼지 가스는 합성가스 단독에 비해 혼합 시 H2-부화 합성가스에서 더 높은 비율(다른 가스에 비해)의 수소 가스를 가능하게 하는 가스를 의미한다. 합성가스와 수소 풍부 산업 퍼지(테일) 가스의 혼합물은, 본 명세서에서 H2-부화 합성가스(또는, 기질 가스)로서 지칭되며, 이는 본 명세서에 설명된 바와 같이 발효될 수 있다. 산업 퍼지(테일) 가스의 예는, 예를 들어, 암모니아 합성, 메탄올 합성, 아세트산, 에틸렌의 에틸렌 옥사이드로의 산화의 생산 공정에서 배출되는 퍼지 가스를 포함되지만, 이에 국한되지는 않는다. 이러한 산업 테일 가스는 석탄을 공급원료로 사용할 수 있는 곳에서 생산될 수 있다. 이러한 공정은 석탄 처리 공장과 함께 배치되어, 석탄 유래 합성가스와 산업 테일 가스의 블렌딩을 촉진할 수 있다. 따라서, 공동 배치(co-location)란 합성가스 생산과 산업 테일 가스 생산이 파이프라인 거리 내에 배치되어, 관류 파이프들(flow-through pipes)을 통해 전달될 수 있음을 의미한다.
일부 구현예들에서, 풍력, 태양 에너지, 또는 이들의 조합과 같은 환경 친화적이고 재생가능 원천에 의해 생산된 수소 가스는, 수소 가스를 사용하여 합성가스를 부화시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 재생가능 원천(예를 들어, 태양 또는 바람)을 사용하여 전기를 생성하고 전기분해를 실행하여 물로부터 수소를 생산할 수 있다. 재생가능한 전기의 사용은 모든 화합물이 재생가능 원천에서 공급될 수 있다는 점에서 "친환경" 기술로 간주될 수 있다.
H2-부화 합성가스는, 임의의 적합한 방식(예를 들어, 압축기 또는 송풍기를 통해)으로, 발효 유체 및 미생물을 함유하는 생물반응기 내로 전달되어 발효액(fermentation broth)을 형성한다. H2-부화 가스는 바람직하게는 미생물을 사용하여 발효될 수 있으며, 미생물은 H2-부화 합성가스를 효율적으로 발효시켜 발효액의 산소화 생성물(oxygenated product)을 생성하는 데 매우 적합하도록 선택된다. 예를 들어, 미생물은 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아(acetogenic carboxydotrophic bacteria), 예를 들어, 클로스크리듐(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코커스(Pyrococcus), 유박테리움(Eubacterium), 데술포박테리움(Desulfobacterium), 카르복스도테르무스(Carboxvdothermus), 아세토게니움(Acetogenium), 아세토박테리움(Acetobacterium), 아세토아나에로비움(Acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 또는 이들의 임의의 조합의 형태일 수 있다.
산소화 생성물은 당해 기술분야에서 이해될 바와 같이 임의의 적합한 수단에 의해 발효액으로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 산소화 생성물은 분별 증류, 증발, 투과증발(pervaporation), 가스 스트리핑(gas stripping), 상 분리, 및 추출 발효(extractive fermentation)(예를 들어, 액체-액체 추출을 포함), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합에 의해 분리될 수 있다. 박테리아는 원심분리 또는 여과와 같은 임의의 적합한 고체/액체 분리 기술을 통해 발효액으로부터 제거된다. 발효액의 나머지 구성요소는 생성물 흐름을 정제하기 위해 증류와 같은 액체/액체 또는 액체/증기 분리 공정으로 처리될 수 있다. 나머지 고체들은 통합되어, 예를 들어, 시장 상황 및 규제 승인에 따라, 비료 및/또는 동물 사료로 사용될 수 있다.
결과적으로, 본 개시의 방법은 "친환경"이고 환경 친화적이다. 일부 구현예들에서, 산업 테일 가스는 오염 제어와 관련하여 용도가 변경된다. 대기로 방출하기 위해 산업 테일 가스를 태우는 대신, 테일 가스를 포집하고, 산소화 생성물, 동물 사료, 및/또는 비료를 생산하는 데 사용되는 합성가스에 테일 가스를 축적하여(그 안의 상대적인 수소 가스 함량을 증가시키기 위해) 용도를 변경한다. 테일 가스의 수소는, 예를 들어, 메탄올 또는 암모니아로부터 유래될 수 있다. 일부 구현예들에서, 풍력 및/또는 태양 에너지와 같은 환경 친화적인 원천들로부터 수소를 삽입함으로써 합성가스 내 수소 함량이 증가된다. 더욱이, 산소화 생성물이 에탄올인 경우, 에탄올은 무독성이고 대기 오염을 감소시키기 때문에 친환경 연료로 간주되므로 추가적인 환경적 이점이 있다. 이러한 점에서, 연료에 에탄올을 사용하면 온실가스 배출을 줄이는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 일 양태에 있어서, 본 개시는 산소화 생성물의 제조 방법을 제공하며, 여기서 본 방법은 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아를 사용한다. 본 방법은 CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 2개를 포함하는 합성가스를 제공하는 단계를 포함한다. 특히, 예를 들어, 합성가스를 H2 풍부 가스(예를 들어, 산업 테일 가스 및/또는 재생가능하게 생산된 수소 가스)와 블렌딩함으로써 합성가스가 수소 가스로 부화되어 H2-부화 합성가스를 형성한다. H2-부화 합성가스는 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아로 발효되어(예를 들어, 생물반응기에서 발효액을 형성하기 위한 액체 매질에서), 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성한다. 산소화 생성물은 본 명세서에서 논의된 것과 같은 공지된 기술에 의해 발효액으로부터 분리될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 합성가스의 H2 함량을 부화시켜, 적어도 약 50 vol%의 H2를 갖는 산소화 생성물을 제조하는 방법을 제공한다. 본 방법은 CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계를 포함한다. 합성가스로부터의 H2 함량은 부화되어, 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 갖는 H2 부화 합성가스를 형성한다. 특히, 예를 들어, 합성가스를 H2 풍부 가스(예를 들어, 산업 테일 가스 및/또는 재생가능하게 생산된 수소 가스)와 블렌딩함으로써 합성가스는 수소 가스로 부화되어, H2-부화 합성가스를 형성한다. H2-부화 합성가스는 박테리아와 함께 발효되어(예를 들어, 생물반응기에서 발효액을 형성하기 위한 액체 매질에서), 발효액에서 산소화 생성물을 생성한다. 산소화 생성물은 본 명세서에 논의된 것과 같은 공지된 기술에 의해 발효액으로부터 분리될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 개시는, H2-부화 합성가스가 적어도 약 5.7의 e/C를 갖는 산소화 생성물을 제조하는 방법을 제공한다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, e/C는, 합성가스 성분들, 즉 H2와 CO로부터 제공되는, 반응에 이용가능한 총 전자 수를, 합성가스 내 C-탄소의 총 몰수로 나누어 계산된 비율이다. H2와 CO는 각각 화학 반응에 이용가능한 분자당 2개의 전자를 함유한다. CO2는 탄소 균형에 포함되지만 화학 반응에 전자를 제공하지는 않는다. CH4에도 또한 'C'와 전자들이 함유되어 있지만, 합성가스 발효에서 불활성 화합물로 간주되므로 e/C 계산에는 포함되지 않는다. e/C는 가스 혼합물의 수소 함량을 나타내는데, 이는 수소는 전자에 기여하지만 탄소는 그렇지 않기 때문이다. 본 방법은 CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계를 포함한다. H2-부화 합성가스는 적어도 약 5.7, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0의 e/C를 갖도록 기질 가스 중의 H2 함량이 부화된다. 특히, 예를 들어, 합성가스를 H2 풍부 가스(예를 들어, 산업 테일 가스 및/또는 재생가능하게 생산된 수소 가스)와 블렌딩함으로써 합성가스가 수소 가스로 부화되어, H2-부화 합성가스를 형성한다. H2-부화 합성가스는 박테리아와 함께 발효되어(생물반응기에서 발효액을 형성하기 위한 액체 매질 중에서), 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성한다. 산소화 생성물은 본 명세서에 논의된 것과 같은 공지된 기술에 의해 발효액으로부터 분리될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 산소화 생성물을 재생가능하게 제조하는 방법을 제공한다. 본 방법은 CO, CO2 및 H2 화합물둘 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계를 포함한다. 재생가능 원천으로부터의 H2는 합성가스와 블렌딩되어 H2-부화 합성가스를 형성한다. H2의 재생가능 원천은 전기를 생성하여 전기분해를 실행하고 재생가능 수소를 생산한다. H2의 재생가능 원천은, 예를 들어, 태양 에너지, 풍력, 또는 이들의 조합일 수 있다. H2-부화 합성가스는 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은 박테리아로 발효되어(예를 들어, 생물반응기에서 발효액을 형성하기 위한 액체 매질에서), 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성한다. 산소화 생성물은 본 명세서에 논의된 것과 같은 공지된 기술에 의해 발효액으로부터 분리될 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시는 동물 사료를 제조하는 방법을 제공한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 동물 사료는, 예를 들어, 수경 재배(어류 사료), 가금류 사료, 소 사료, 돼지 사료, 조류 사료, 등과 같은 임의의 적합한 유형일 수 있다. 본 방법은 CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계를 포함한다. H2-부화 합성가스 내의 H2 함량을 부화시켜, 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7의 e/C, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0의 e/C를 갖는, H2-부화 합성가스를 형성한다. 특히, 예를 들어, 합성가스를 H2 풍부 가스(예를 들어, 산업 테일 가스 및/또는 재생가능하게 생산된 수소 가스)와 블렌딩함으로써 합성가스는 수소 가스로 부화되어, H2-부화 합성가스를 형성한다. H2-부화 합성가스는 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은 박테리아로 발효되어(예를 들어, 생물반응기에서 발효액을 형성하기 위한 액체 매질에서), 발효액 내에서 산소화 생성물과 고체 부생성물을 생성한다. 산소화 생성물은 발효액으로부터 분리되어 산소화 생성물이 고갈된 발효액을 생성한다. 산소화 생성물은 본 명세서에 논의된 것과 같은 공지된 기술에 의해 발효액으로부터 분리될 수 있다. 발효액, 및/또는 산소화 생성물이 고갈된 발효액으로부터의 고체 부생성물은 제거되어(예를 들어, 원심분리 또는 여과에 의해), 농축된 생물고형물 분획 및 정화된 스트림 여과물(clarified stream filtrate)을 생성하고, 농축된 생물고형물은 동물 사료로 사용하기에 효과적이다. 정화된 스트림 여과물은 선택적으로(optionally) 폐수로 처리되거나 또는 원할 경우 공정으로 다시 재순환될 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시는 비료를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계를 포함한다. 합성가스는 H2로 부화되어, 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7의 e/C, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0의 e/C를 갖는, H2-부화 합성가스를 형성한다. 특히, 예를 들어, 합성가스를 H2 풍부 가스(예를 들어, 산업 테일 가스 및/또는 재생가능하게 생산된 수소 가스)와 블렌딩함으로써 합성가스는 수소 가스로 부화되어, H2-부화 합성가스를 형성한다. H2-부화 합성가스는 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은 박테리아로 발효되어(예를 들어, 생물반응기에서 발효액을 형성하기 위한 액체 매질에서), 발효액 내에서 산소화 생성물과 고체 부생성물을 생성한다. 산소화 생성물은 발효액으로부터 분리되어 산소화 생성물이 고갈된 발효액을 생성한다. 산소화 생성물은 본 명세서에 논의된 것과 같은 공지된 기술에 의해 발효액으로부터 분리될 수 있다. 발효액, 및/또는 산소화 생성물이 고갈된 발효액으로부터의 고체 부생성물은 제거되어(예를 들어, 원심분리 또는 여과에 의해), 농축된 생물고형물 분획 및 정화된 스트림 여과물을 생성하고, 농축된 생물고형물은 동물 사료로 사용하기에 효과적이다. 정화된 스트림 여과물은 선택적으로(optionally) 폐수로 처리되거나 또는 원할 경우 공정으로 다시 재순환될 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 이전 양태들은 위의 설명에 의해 제한되지 않는다. 하위 양태들은, 도면 및 실시예, 등을 취하여, 아래의 상세한 설명에 설명되어 있다. 추가적으로 이해될 수 있는 바와 같이, 성분, 성분 유형, 양, 및 특성뿐만 아니라, 본 명세서에 기술된 다른 파라미터, 범위, 및 다른 세부사항을 포함하는 다양한 하위 양태들이 위의 양태들과 관련하여 완전히 고려되며, 그러한 하위 양태들은, 직접적으로 모순되거나 명시적으로 제외되지 않는 한, 목적하는 바에 따라 이전 단락의 양태들에 통합될 수 있다.
도 1은 본 개시의 구현예들에 따른 합성가스 생산 및 정화의 과정을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 개시의 구현예들에 따라 메탄올을 사용하여 아세트산 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 구현예들에 따른 석탄 가스화를 통한 에틸렌 글리콜 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 구현예들에 따라 수소가 풍부한 산업 테일 가스와 석탄 유래 합성가스를 혼합함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 구현예들에 따라 수소가 풍부한 산업 테일 가스를 폐 이산화탄소 함유 스트림으로 개질함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 구현예들에 따른 일산화탄소가 풍부한 산업 테일 가스의 발효에 직접 공급하여 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 본 개시의 구현예들에 따라 물-가스 전환(water gas shift)에 의해 일산화탄소가 풍부한 산업 테일 가스를 개질함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 구현예에 따라 개질 일산화탄소가 풍부한 산업 테일 가스를 재생가능 수소와 혼합(재생가능 수소로 탄소 고정)함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 개시의 구현예들에 따라 메탄올을 사용하여 아세트산 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 구현예들에 따른 석탄 가스화를 통한 에틸렌 글리콜 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 구현예들에 따라 수소가 풍부한 산업 테일 가스와 석탄 유래 합성가스를 혼합함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 구현예들에 따라 수소가 풍부한 산업 테일 가스를 폐 이산화탄소 함유 스트림으로 개질함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 구현예들에 따른 일산화탄소가 풍부한 산업 테일 가스의 발효에 직접 공급하여 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 본 개시의 구현예들에 따라 물-가스 전환(water gas shift)에 의해 일산화탄소가 풍부한 산업 테일 가스를 개질함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 구현예에 따라 개질 일산화탄소가 풍부한 산업 테일 가스를 재생가능 수소와 혼합(재생가능 수소로 탄소 고정)함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올 생산의 공정을 도시하는 흐름도이다.
본 개시의 구현예들은 산소화 생성물, 비료와 같은 토지 적용 재료, 및/또는 동물 사료를 제조하는 "친환경" 방법을 제공한다. 일부 구현예들에서, 특정 공장 폐배출물을 용도 변경하여, 자연 환경으로 배출되는 대신, 바이오 연료, 화학물질, 동물 사료, 및 비료와 같은 목적하는 제품의 생산에 사용함으로써, 탄소 배출을 줄일 수 있다.
일부 구현예들에서, 태양 에너지 및 풍력과 같은 "친환경", 재생가능 원천에서 나오는 수소 가스는, 연료, 화학물질, 동물 사료, 및 비료의 생산에 사용된다. 일부 구현예들에서, 동물 사료는 어류 사료, 가금류 사료, 소 사료, 돼지 사료, 조류 사료, 등의 형태일 수 있다. 놀랍게도, 예상외로, 본 발명자들이 발견한 바와 같이, 물로부터 수소를 형성하기 위해 전기분해에서 "친환경" 전력원을 사용하면, 오염물질로서 CO2를 생성하는 물-가스 전환 반응(관례적으로 석탄 기반 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해 사용됨)의 필요성을 피할 수 있다. 유리하게는, 물-가스 전환 반응의 사용을 피하고 미생물 발효를 사용함으로써, 무엇보다도, 합성가스로부터 H2S 및 CO2의 제거를 보장하기 위한 추가 단계들의 필요성이 불필요해진다. 놀랍게도, 예상외로, 본 발명의 구현예들에 따라, 발명자들이 발견한 바와 같이, H2S의 존재는 황의 보충 공급원에 대한 필요성을 상쇄하는데 사용될 수 있기 때문에 공정의 효율성을 향상시킨다. 또한 발명자들이 발견한 바와 같이, 본 공정은 CO2의 존재에 의해 반드시 바람직하지 않게 영향을 받는 것은 아니며, 또한 "정화" 단계의 필요성이 더 이상 필요하지 않다.
산소화 생성물, 동물 사료 및 비료의 제조 방법
석탄으로부터 유래된 특정 조성을 갖는 합성 가스(syngas)가 출발 재료로서 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 통상적으로, 가스화 과정 동안 석탄이 산화되면서 합성가스를 생성하게 된다. 합성가스는, 예를 들어, 가스화 공정의 유형에 따라, 일정 비율로 일산화탄소, 수소 및/또는 이산화탄소를 함유한다. 본 발명자들이 밝혀낸 바에 따르면, 놀랍게도 예상외로, 합성가스는 산업 퍼지 가스(폐가스)와 혼합되어, 수소 가스 함량의 비율을 높이도록, 및/또는 발효 대상인 그 결과 발생된 H2-부화 합성가스 내의 특히 더 높은 e/C(CO/H2:CO2의 비율로 더 높은 수소 함량을 나타냄)를 달성하도록, 할 수 있다. 퍼지 가스는 H2-부화 합성가스 중의 수소 함량 또는 e/C를 증가시키도록 선택된다. 예를 들어, 퍼지 가스는 메탄올, 암모니아, 및/또는 코크 오븐 가스의 생산으로부터 유래될 수 있지만, 이에 국한되지는 않는다. 일부 구현예들에서, 아세트산, 에틸렌 글리콜, 철강 공장 가스, 및/또는 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스의 생산으로부터 나오는 퍼지 가스가 합성가스에 첨가되어 수소 함량을 제어할 수 있다. 일부 구현예들에서, 합성가스는 목적하는 수소 가스 함량 및/또는 e/C를 달성하기 위해, 예를 들어, 풍력, 태양 에너지 또는 이들의 조합과 같은 재생가능 원천을 사용하여 전기분해에 의해 얻어진, 수소 가스와 혼합된다.
통상적으로, H2-부화 합성가스는 발효 유체와 박테리아를 함유하는 임의의 목적하는 크기 또는 유형의 생물반응기 내로 공급되어 발효액을 형성한다. 일부 구현예들에서, 생물반응기는 산업 규모이며, 예를 들어, 수만, 수십만, 또는 심지어 백만 리터 이상의 용량을 갖는다. 생물반응기는 당해 기술분야에서 이해될 수 있는 바와 같이 임의의 적합한 유형의 디자인일 수 있다. 생물반응기는 임의의 적합한 형태, 예를 들어, 적합한 혼합 능력을 갖는 탱크일 수 있다. 일부 구현예들에서, 생물반응기는 생물반응기에 첨가된 구성 성분들의 혼합을 촉진하기 위해 교반기(예를 들어, 임펠러)를 함유한다. 대안적으로, 액체를 펌핑하거나 및/또는 가스를 생물반응기 내로 주입함으로써 임펠러 없이 혼합을 달성할 수 있다. 예를 들어, 탱크는 원통형 또는 다른 형상일 수 있고 교반기(예를 들어, 임펠러)는 모터 구동될 수 있다. 예를 들어, 가스 발효의 경우, 생물반응기는 연속 교반 탱크 반응기(CSTR), 버블 컬럼, 에어 리프트 반응기, 등의 형태일 수 있다.
적어도 물, H2-부화 합성가스, 미생물, 영양분, 및 비타민을 포함하는 성분들을 생물반응기에 첨가하고, 그 안에서 발효액을 형성하여, 발효 공정이 가능하도록 한다. 각각의 성분은, 임의의 적합한 방식으로, 예를 들어, 펌프, 가스 노즐, 고체계량 또는 다른 목적하는 기술의 도움으로 재순환되거나 새로운 스트림을 통해, 생물반응기로 전달될 수 있다. 물은 영양분과 다른 성분들을 전달하는 전달제로서 유용하다. 이는 또한, 생물반응기의 매질로서도 매우 적합한데, 왜냐하면 쉽게 교반될 수 있고, 현탁액에서 미생물의 성장을 가능하게 하는 동시에 다양한 성분들의 후속 분리를 수용할 수 있기 때문이다.
일부 구현예들에서, 발효 유체는 약 95% 내지 약 99%의 물, 약 0.01% 이하의 비타민, 약 1% 내지 약 2.5%의 영양분(여기서 모든 양은, 당해기술 분야의 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, 100 ml당 성분의 중량을 기준으로 함)을 함유한다. 발효 유체에 포함시키기에 유용한 비타민 및 영양분은 공지되어 있다(예를 들어, 비타민 및 영양분에 대한 설명이 본 명세서에서 인용에 의해 통합되어 있는 미국특허 번호 6,340,581 B1 참조).
발효 동안, 박테리아는 산소화 생성물뿐만 아니라 부생성물인 생물고형물을 형성하기 위해 우드-융달 경로(Wood-Ljungdahl pathway)를 따라 H2-부화 합성가스에 존재하는 H2, CO 및 CO2를 전환하도록 기능한다. 이와 관련하여, 탄소는 CO 및/또는 CO2에 의해 제공된다. 에너지는 CO 및/또는 H2에 의해 제공된다.
박테리아와 산소화 생성물은 발효액으로부터 각각 분리된다. 박테리아는 원심분리나 여과를 통해 분리될 수 있다. 일부 구현예들에서, 산소화 생성물은 분별 증류, 증발, 투과증발, 가스 스트리핑, 상 분리, 및 추출 발효(예를 들어, 액체-액체 추출 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함함)에 의해 분리된다. 생물고형물과 산소화 생성물을 제거한 후, 생성된 정화된 흐름은 반응기로 되돌아가거나, 또는 호기성 또는 혐기성 소화에 의해 처리될 수 있다.
온실가스 배출을 증가시키고 탄소 발자국을 높이는 대신, 퍼지 가스는 H2-부화 합성가스에 혼합되고 본 명세서에 설명된 바와 같이 발효되어 화학물질과 연료를 생산한다. 따라서, 본 개시의 구현예들은 탄소 포집 및 온실 가스 감소 및 그에 따른 탄소 발자국 감소를 통해 중요한 친환경 기술을 제공한다.
본 개시의 방법에는, 예를 들어, 산소화 생성물을 제조하는 방법, 동물 사료를 제조하는 방법, 및 비료를 제조하는 방법이 포함된다. 본 방법은 CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계를 포함한다. 합성가스는 수소로 부화되어(본 명세서에 기술된 바와 같이, 합성가스를, 산업 테일 가스 또는 재생가능 원천으로부터의 수소 가스와 블렌딩함으로써), (a) H2-부화 합성가스 내의 H2 함량은 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2이거나; 및/또는 (b) H2-부화 합성가스는 적어도 약 5.7, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0의 e/C를 갖는다. H2-부화 합성가스는 생물반응기에서 발효액을 형성하는 액체 매질에서 H2-부화 합성가스를 발효시키는 데 적합한 미생물(예를 들어, 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아)에 의해 발효되어, 발효액에서 산소화 생성물을 생성한다. 산소화 생성물은, 예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같은, 공지된 기술에 의해 발효액으로부터 회수될 수 있다.
일부 구현예들에서, H2-부화 합성가스는 적어도 약 5.7, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0의 e/C를 갖는다. H2-부화 합성가스는 임의의 적합한 e/C, 예를 들어, 약 5.7 내지 6.0, 또는 5.7 내지 6.1, 또는 5.7 내지 6.2, 또는 5.7 내지 6.3, 또는 5.7 내지 6.4, 또는 5.7 내지 6.5, 또는 5.7 내지 6.6, 또는 5.7 내지 6.7, 또는 5.7 내지 6.8, 또는 5.7 내지 6.9, 또는 5.7 내지 7.0, 또는 5.7 내지 7.1, 또는 5.7 내지 7.2, 또는 5.7 내지 7.3, 또는 5.7 내지 7.4, 또는 5.7 내지 7.5, 또는 5.7 내지 7.6, 또는 5.7 내지 7.7, 또는 5.7 내지 7.8, 또는 5.7에서 7.9, 또는 5.7 내지 8의 e/C를 가질 수 있다.
일부 구현예들에서, 산소화 생성물을 제조하는 방법은 재생가능한 H2를 사용한다. 이와 관련하여, H2 가스는 재생가능 원천들(산업 퍼지 가스 대신에 또는 그에 추가적으로)로부터 합성가스에 첨가되어, H2-부화 합성가스를 형성한다. H2 가스는 태양 에너지, 풍력, 또는 이들의 조합과 같은 적합한 재생가능 원천 에 의해 제공될 수 있다. H2의 재생가능 원천은 전기를 생성하고 전기분해를 실행하여 재생가능 수소를 생산한다. 따라서, 본 방법은 CO, CO2 및 H2 화합물들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; 재생가능 원천으로부터의 H2를 H2-부화 합성가스에 첨가하여 H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; H2-부화 합성가스를 액체 매질에서 미생물(예를 들어, 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아)로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성하는 단계;를 포함한다. 산소화 생성물은, 예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같은, 공지된 기술에 의해 발효액으로부터 회수될 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 산소화 화합물을 제조하는 공정의 부생성물은 포획되어 비료 및/또는 동물 사료와 같은 응용분야를 위해 사용될 수 있다. 이러한 점에서, H2-부화 합성가스는 미생물(예를 들어, 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아)에 의해 발효된 후, 산소화 생성물, 및 생물고형물을 함유한 고체 부생성물이 발효액 내에서 생성된다. 산소화 생성물은 발효액으로부터 회수되어 의도된 용도에 맞게 준비될 수 있다. 고체 부생성물은 산소화 생성물의 제거 전 또는 후에, 예를 들어, 원심분리 및 필터 프레스, 등을 통해 제거되어, 케이크(cake) 및 정화된 스트림 여과물을 생성할 수 있다. 정화된 스트림 여과물은 추가 발효 사이클을 위해 발효 유체 내로 다시 재순환될 수 있다. 케이크는 생물고형물 입자의 덩어리이며 비료 및/또는 동물 사료(선택적으로(optionally), 건조 단계 후에)로 사용하는 데 효과적일 수 있다. 동물 사료와 비료의 각각의 조성은, 주로 미생물 단백질 및/또는 탄수화물로 구성되어 있기 때문에, 통상적으로 유사하다. 일부 구현예들에서, 동물 사료 및/또는 비료는, 단백질(예를 들어, 약 30 wt% 내지 약 90 wt%, 예를 들어, 약 60 wt% 내지 약 90 wt%), 지방(예를 들어, 약 1 wt% 내지 12 wt%, 예를 들어, 약 1 wt% 내지 약 3 wt%), 탄수화물(예를 들어, 약 5 wt% 내지 약 60 wt%, 예를 들어, 약 15 wt% 내지 약 60 wt%, 또는 약 5 wt% 내지 약 15 wt%) 및/또는 소듐, 포타슘, 구리, 등과 같은 미네랄(예를 들어, 약 1 wt% 내지 약 20 wt%, 예를 들어, 약 1 wt% 내지 약 3 wt%)을 함유한다. 예를 들어, 동물 사료 및/또는 비료는, 약 86%의 단백질, 약 2%의 지방, 약 2%의 미네랄, 및 약 10%의 탄수화물을 함유할 수 있다.
따라서, 동물 사료를 제조하는 방법에서, 본 방법은: (a) CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 합성가스의 H2 함량을 부화시켜(본 명세서에서 기술된 바와 같이, 합성가스를, 예를 들어, 산업 테일 가스 및/또는 재생가능 원천으로부터의 수소 가스와, 블렌딩함으로써), 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2 까지의, 예를 들어 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol% 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2 까지의, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7의, 예를 들어 약 5.7 내지 약 8.0의, e/C 까지의, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; (c) 액체 매질에서, H2-부화 합성가스를, 아세트산 생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은, 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 발효액 내에 산소화 생성물 및 고체 부생성물을 생성하는 단계; (d) 발효액으로부터 산소화 생성물을 제거하여, 산소화 생성물-고갈 발효액(oxygenated product-depleted broth)을 생성하는 단계; 및 (e) 발효액 및/또는 산소화 생성물-고갈 발효액으로부터 고체 부생성물을 제거하여, 케이크 및 정화된 스트림 여과물을 생성하는 단계로서, 케이크는 습식 또는 건식 동물 사료로서 사용하기에 효과적인, 단계;를 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 단계 (d) 및 단계 (e)는 어느 순서로든 수행될 수 있다. 일부 구현예들에서, 본 방법은 케이크를 건조하는 단계를 더 포함하고, 건조된 케이크는 건식 동물 사료로서 효과적이다. 일부 구현예들에서, 케이크는 안정성을 강화하거나, 및/또는 운반 및/또는 저장의 용이성을 위해, 건조되지만, 선택적으로(optionally) 사용 전에 물과 혼합될 수 있다.
동물 사료는 양식업(어류 사료), 가금류 사료, 소 사료, 돼지 사료, 조류 사료, 등의 형태일 수 있다. 어류 사료의 경우, 일부 구현예들에서, 유리하게는, 어류 사료는 수은과 같은 금속의 고함량을 피할 수 있다. 일부 구현예들에서, 바람직하게는, 어류 사료는 수은과 같은 금속의 함량이 높지 않으면서, 아미노산의 함량은 상대적으로 높도록 제조될 수 있다.
비료를 제조하는 방법에 있어서, 본 방법은: (a) CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 합성가스의 H2 함량을 부화시켜(본 명세서에서 기술된 바와 같이, 합성가스를, 산업 테일 가스 또는 재생가능 원천으로부터의 수소 가스와, 블렌딩함으로써), 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2 까지의, 예를 들어 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol% 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2 까지의, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7의, 예를 들어 약 5.7 내지 약 8의, e/C 까지의, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; (c) 액체 매질에서, H2-부화 합성가스를, 아세트산 생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은, 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 발효액 내에 산소화 생성물 및 고체 부생성물을 생성하는 단계; (d) 발효액으로부터 산소화 생성물을 제거하여, 산소화 생성물-고갈 발효액을 생성하는 단계; 및 (e) 발효액 및/또는 산소화 생성물-고갈 발효액으로부터 고체 부생성물을 제거하여, 케이크 및 정화된 스트림 여과물을 생성하는 단계로서, 케이크는 습식 또는 건식 비료로서 사용하기에 효과적인, 단계;를 포함한다. 단계 (d) 및 단계 (e)는 어느 순서로든 수행될 수 있다. 일부 구현예들에서, 본 방법은 케이크를 건조하는 단계를 더 포함하고, 건조된 케이크는 건식 비료로서 효과적이다. 일부 구현예들에서, 케이크는 안정성을 강화하거나, 및/또는 운반 및/또는 저장의 용이성을 위해, 건조되지만, 선택적으로(optionally) 사용 전에 물과 혼합될 수 있다.
합성가스
합성가스는 탄소, 수소, 산소를 함유하는 다양한 원천들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 유용한 탄소/수소/산소 재료에는, 석탄, 바이오매스, MSW와 같은 폐기 재료와 같이, 가스화될 수 있는 재료, 및 천연가스가 포함된다. 부화된 천연 가스와 같은 특정 원천들은 액화되어 장거리에 걸쳐 유익하게 운송될 수 있지만, 인시투적으로 생성되어 현장에서 파이프로 연결될 수도 있다.
임의의 적합한 원천으로부터 얻어지며 임의의 적합한 비율의 일산화탄소/수소/이산화탄소를 함유하는 합성가스가 사용될 수 있다. 그러나, 통상적으로, 합성가스는 본 명세서에 기술된 바와 같이, H2-부화 합성가스보다 수소 함량이 더 낮을 것이다. 전형적으로, 합성가스 원천은 적어도 약 2, 예를 들어, 약 2 내지 약 5.7의 e/C를 갖는다. 이와 관련하여, e/C는 탄소 원자에 대한 총 전자 수의 비율을 나타내며 합성가스는 통상적으로(H2-부화 합성가스와 비교하여) 더 낮은 e/C를 가질 것이다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 예를 들어, 산업 테일 가스 및/또는 재생가능 원천으로부터의 수소와 블렌딩되어, 생성된 H2-부화 합성가스는, 합성가스 단독의 수소 함량 및/또는 e/C보다 높은 수소 함량 및/또는 e/C에 의해 특징지워진다.
합성가스는 바람직하게는 석탄 의존 공정으로부터 유래될 수 있다. H2 부화를 위한 이 방법은 특히 석탄 유래 합성가스는 감소된 e/C를 갖기 때문에 유용하다. 합성가스 내의 CO:H2:CO2의 정확한 비율은 출발 재료 및, 예를 들어, 존재하는 경우, 가스화 후 수행된 물-가스 전환의 정도에 따라 달라질 것이다.
수소 함량은 H2-부화 합성가스의 수소 함량보다 낮을 것이지만, 합성가스는 통상적으로 임의의 적합한 수소 함량을 가질 수 있다(즉, 합성가스가 산업 테일 가스 및/또는 재생가능 원천으로부터의 수소 가스와 혼합된 후). 예를 들어, 일부 구현예들에서, 합성가스는 약 5 vol% 내지 약 80 vol%의 H2, 또는 약 50 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를 함유한다.
합성가스는 통상적으로 임의의 적합한 일산화탄소 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 85 vol%의 CO, 예를 들어, 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를 함유한다. 일부 구현예들에서, 합성가스는 블렌딩된 H2-부화 합성가스와 비교하여 더 높은 일산화탄소의 상대적인 부피 백분율을 가질 것이다.
합성가스는 통상적으로 임의의 적합한 이산화탄소 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2 또는 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유한다. 일부 구현예들에서, 합성가스는 블렌딩된 H2-부화 합성가스와 비교하여 더 높은 이산화탄소의 상대적인 부피 백분율을 가질 것이다.
산업 퍼지(테일) 가스
일부 구현예들에서, 합성가스는 산업 퍼지 가스와 블렌딩되어 H2-부화 합성가스를 형성한다. 퍼지 가스는 통상적으로 많은 화학물질 또는 재료의 생산 중에 배출되는 배기가스이다. 퍼지 가스는 배기 스트림의 일부이기 때문에 테일 가스라고도 한다. 석탄 유래 퍼지 가스의 사용은, 그 풍부함 및 지속적인 공급으로 인해, 본 개시의 구현예들에서 특히 유용하다.
예를 들어, 화학반응 균형, 고효율, 및 정상적이고 안정적인 작동, 등을 유지하기 위해, 화학 공정 중 부반응에 의해 발생된 가스 또는 원료 혼합 가스의 나머지 성분들은, 더 이상 화학 공정에서 사용될 수 없는 저등급 가스 성분들의 전부 또는 일부에 대해, 연속적 또는 주기적으로 생산 유닛의 외부로 종종 배출된다. 저급 가스 성분들이란 유효 가스 성분의 함량이 낮고 불순물의 함량이 높은 것을 말한다. 이 과정에서 배출되는 가스 부분을 퍼지 가스라고 한다. 예를 들어, 암모니아 합성, 메탄올 합성, 아세트산, 에틸렌의 에틸렌 옥사이드로의 산화, 등의 생산 공정에서 다수의 퍼지 가스들이 배출된다. 퍼지 가스는 사고, 비정상 생산, 장비 청소, 교체 및 다른 공정들로 인해 일시적으로 배출되는 가스와는 다르다.
예를 들어, 퍼지 가스는 메탄올 생산으로부터 유래될 수 있다. 메탄올 생산으로부터 발생하는 퍼지 가스의 예시적인 조성이 표 1에 제시되어 있다. 메탄올 생산으로부터 유래된 퍼지 가스의 잠재적 부피는, 메탄올 톤당 약 300 Nm3이다(메탄올 톤당 약 0.05 톤 에탄올에 해당). 메탄올 생산으로부터 유래되는 퍼지 가스의 잠재적 에탄올 생산량은 중국에서만 최대 250 만톤-에탄올(2019년 메탄올 생산량 5,000 만톤을 기준으로 하여)이다. 메탄올 생산으로부터 유래된 퍼지 가스의 현재 용도에는 플레어(flare)에서의 연소, 에너지 회수(BTU 가치)를 위한 폐열 보일러에서의 연소, 및 수소 회수가 포함된다. 본 개시의 일부 구현예들에 따른, 메탄올 생산으로부터의 퍼지 가스의 대표적인 조성이 표 1에 제공되어 있다.
| 성분 | 부피% |
| H2 | 65 내지 80% |
| CO | 3 내지 5% |
| CO2 | 5 내지 7% |
| CH4 | 1 내지 3% |
| N2 | 5 내지 10% |
| H2O | 0.5 내지 1% |
| MeOH | 0.5 내지 1% |
| Ar | - |
| 기타 | - |
또 다른 예로서, 퍼지 가스는 또한 합성 암모니아 생산으로부터 유래될 수 있다. 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스의 조성은 표 2에 제공되어 있다. 합성 암모니아 생산으로부터 유래된 퍼지 가스의 잠재적 부피는, 암모니아 톤당 약 100 Nm3이다(암모니아 톤당 에탄올 약 0.02 톤에 해당). 합성 암모니아 생산으로부터 유래된 퍼지 가스의 잠재적 에탄올 생산량은 중국에서만 최대 150 만톤(2019년 암모니아 생산량 7,000 만톤 기준)이다. 합성 암모니아 생산으로부터 유래된 퍼지 가스의 현재 용도에는 플레어에서의 연소, 에너지 회수(BTU 가치)를 위한 폐열 보일러에서의 연소, 및 수소 회수가 포함된다. 본 개시의 일부 구현예들에 따른, 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스의 대표적인 조성이 표 2에 제공되어 있다.
| 성분 | 부피% |
| H2 | 60 내지70% |
| CO | - |
| CO2 | - |
| CH4 | 5 내지10% |
| N2 | 20 내지 25% |
| H2O | - |
| 암모니아 | < 200 ppm |
| Ar | 3 내지 8% |
| 기타 | - |
석탄의 가스화로부터 합성가스를 제조하는 구현예가 도 1에 반영되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 석탄(110)은 산소(130)의 도입과 함께 가스화(120)되어 CO 풍부 합성가스(140)를 생성한다. 이 합성가스는 H2 함량을 증가시키기 위해 물-가스 전환(150)을 거친 후, 산 가스 제거(160)를 거친다. 산 가스는 황화수소(H2S), 이산화탄소(CO2) 또는 관련된 산 가스들을 함유하는 가스 혼합물을 지칭한다. 산 가스 제거는 세 가지 스트림: 즉, 화학적 전환에 적합한 정제된 형태의 합성가스(190), H2S 풍부 스트림(170), 및 CO2가 부화된 산 가스 스트림(180)을 생성한다. 산 가스의 구성은 표 3에 나열되어 있다. 미정제 산 가스에 대한 현재 용도에는 대기로의 배출(석탄 화학 산업의 주요 온실 가스로서)이 포함된다. 또한, 정제된 산 가스는 음료, 드라이아이스 제조를 위한 CO2로서 사용된다. 본 개시의 일부 구현예들에 따라, 산 가스에 대한 대표적인 조성이 표 3에 제공되어 있다.
| 성분 | 부피% |
| H2 | <0.1% |
| CO | <0.5% |
| CO2 | 95 내지 99% |
| CH4 | <0.1% |
| N2 | <0.5% |
| Ar | <0.1% |
| 기타 | - |
일부 구현예들에서, 퍼지 가스는 아세트산 생산으로부터 유래될 수 있다. 일부 구현예들에 따라, 메탄올을 사용한 아세트산 생산의 공정은 도 2에서 볼 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 메탄올(210)과 CO(220)는 카르보닐화(230) 및 정제(240)를 거쳐 아세트산(250)을 생성한다. 카르보닐화(230) 동안 고압 퍼지 가스(260)가 생성되고, 정제(240) 동안 저압 퍼지 가스(270)가 생성된다. 아세트산 생산으로부터 유래된 퍼지 가스의 현재 용도에는 플레어에서의 연소 및 에너지 회수(BTU 가치)를 위한 폐열 보일러에서의 연소가 포함된다. 고압 퍼지 가스 및 저압 퍼지 가스에 대한 대표적인 조성이, 본 개시의 일부 구현예들에 따라, 각각 표 4 및 5에 제공된다.
| 성분 | 부피% |
| H2 | 1 내지2% |
| CO | 70 내지 80% |
| CO2 | 4 내지 5% |
| CH4 | 6 내지 7% |
| N2 | 4 내지 10% |
| Ar | - |
| CH3OH | < 0.01% |
| 기타 | - |
| 성분 | 부피% |
| H2 | 1 내지 2% |
| CO | 60 내지 70% |
| CO2 | 10 내지 15% |
| CH4 | 8 내지 10% |
| N2 | 7 내지 10% |
| Ar | - |
| CH3OH | < 0.01% |
| 기타 | - |
일부 구현예들에 따르면, 퍼지 가스는 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래될 수 있다. 일부 구현예들에 따른, 석탄 가스화를 통한 에틸렌 글리콜 생산의 공정은 도 3에서 볼 수 있다. 공기(305)는 공기 분리(310)를 거쳐 석탄(315)의 가스화(320)에 사용된다. 그런 다음 가스화된 재료는 가스 분리(350)를 거쳐 CO(365)와 혼합되어 카르보닐화(375)를 수행하며, 이는 CO 풍부 퍼지 가스(370) 스트림을 생성한다. 카르보닐화 후 재료는 메틸 니트레이트 회수(380)를 거치거나, H2(355)를 사용하여 수소화(330)를 거치며, 이는 H2-풍부 퍼지 가스(345)를 생성한다. 그런 다음, 생성물은 정제되어(335) 에틸렌 글리콜(340)을 생성한다. 본 개시의 일부 구현예들에 따른, CO 풍부 퍼지 가스 및 H2-풍부 퍼지 가스에 대한 대표적인 조성이 각각 표 6 및 7에 제공되어 있다. 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래된 퍼지 가스의 현재 용도에는 플레어에서의 연소 및 에너지 회수(BTU 가치)를 위한 폐열 보일러에서의 연소가 포함된다.
| 성분 | 부피% |
| H2 | 1 내지 2% |
| CO | 65 내지 75% |
| CO2 | 5 내지 10% |
| CH4 | 5 내지 10% |
| N2 | 5 내지 10% |
| Ar | - |
| 기타 | - |
| 성분 | 부피% |
| H2 | 70 내지 80% |
| CO | 3 내지 5% |
| CO2 | 5 내지 10% |
| CH4 | 5 내지 10% |
| N2 | 5 내지 10% |
| Ar | - |
| 기타 | - |
일부 구현예들에서, 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스가 퍼지 가스로 사용될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예들에 따른, 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스에 대한 대표적인 조성이 표 8에 제공되어 있다. 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스의 잠재적 부피는 칼슘 카바이드 톤당 약 400 Nm3이다(칼슘 카바이드 톤 당 약 0.1 톤 에탄올에 해당). 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스의 잠재적 에탄올 생산량은 중국에서만 최대 300 만톤(2019년 칼슘 카바이드 생산량 3,000 만톤을 기준으로)이다. 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스의 현재 용도에는 에너지 회수(BTU 가치)를 위한 폐열 보일러에서의 연소, 코크 건조, 및 전력 발생이 포함된다.
| 성분 | 부피% |
| H2 | 2 내지 10% |
| CO | 75 내지 85% |
| CO2 | 2 내지 10% |
| CH4 | 2 내지 4% |
| N2 | 1 내지 8% |
| O2 | < 0.5% |
| 기타 | 1 내지 5% |
일부 구현예들에서, 코크 오븐 가스(COG)가 퍼지 가스로 사용될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예들에 따른, 코크 오븐 가스의 대표적인 조성이 표 9에 제시되어 있다. 코크 오븐 가스의 잠재량은 코크 톤당 약 420 Nm3(칼슘 카바이드 톤 당 약 0.08 톤-에탄올에 해당)이다. 코크 오븐 가스의 잠재적 에탄올 생산량은 중국에서만 최대 3,600 만톤(2019년 칼슘 카바이드 생산량 4억 5천만 톤을 기준으로)이다. 코크 오븐 가스의 현재 용도에는 코크 오븐 가열을 위한 연소(BTU 가치)(전체 COG의 40 내지 45%), 전력 발생, 및 암모니아/메탄올/NG 합성이 포함된다.
| 성분 | 부피% |
| H2 | 55 내지 60% |
| CO | 5 내지 8% |
| CO2 | 1.5 내지 3% |
| CH4 | 25 내지 28% |
| N2 | 3 내지 7% |
| O2 | < 0.5% |
| C2H2 | 2 내지 4% |
일부 구현예들에서, 예를 들어, e/C를 낮추기 위해, 철강 공장 가스(SMG)가 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에 따른, 철강 공장 가스에 대한 대표적인 조성이 표 10에 제공되어 있다. 예를 들어, 철강 공장 가스는 철강 생산 동안 용광로로부터 생산될 수 있다. 소량의 H2와 함께 CO와 CO2가 포함되어 있다. 일부 구현예들에서, SMG는 특정 e/C를 달성하기 위해 합성가스 및 수소 풍부 가스와 함께 추가적인 (제3) 입력 가스로서 사용될 수 있다.
| 성분 | 부피% |
| H2 | 2 내지 5% |
| CO | 20 내지 25% |
| CO2 | 20 내지 25% |
| CH4 | 2 내지 5% |
| N2 | 40 내지 50% |
| Ar | - |
본 개시의 구현예들에 따르면, 산업 테일 가스는 미생물 발효에 의한 에탄올 생산을 위해 사용될 수 있다. 산소화 생성물(예를 들어, 에탄올)은, 메탄올 퍼지 가스, 암모니아 퍼지 가스, 코크 오븐 가스(COG), 등과 같은, H2 풍부 산업 테일 가스들을 사용한 미생물 발효에 의해 생산될 수 있다. 수소가 풍부한 산업 테일 가스를, 석탄 유래 합성가스와 혼합함으로써, 미생물 발효에 의한 에탄올을 생산하는 공정의 구현예들이 도 4에 제시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, H2-풍부 산업 테일 가스들(410)은 석탄 유래 합성가스(420)와 혼합되어, 예를 들어, 약 5.7 이상(예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0)의 e/C를 갖는 가스(430)를 생성한다. 그런 다음, 수소 부화 합성가스(430)는 미생물 발효(440)를 위한 탄소 및 에너지의 원천으로 사용되어, 에탄올(450)과 미생물 단백질(460)이 생성된다. 발효액은 반응기로부터 제거되고 에탄올(450)은 증류와 같은 기술에 의해 회수된다. 미생물 단백질(460) 중에 풍부한 생물고형물도 또한 제거된 발효액으로부터 회수된다.
수소 풍부 산업 테일 가스와, 산 가스(역 물-가스 전환(reverse water gas shift)에 의한 탄소 고정)와 같은 폐 CO2-함유 스트림을 사용하여 개질함으로써 미생물 발효에 의해 에탄올을 생산하는 공정이 도 5에 제공되어 있다. 역 물-가스 전환은, 가역적 물-가스 전환 반응 균형을 역으로 이동시키는 것을 지칭하고, 고온의 시작 균형에서 높은 H2 및 CO2 함량으로 인해 평형에서 더 높은 CO 농도를 초래한다. 도 5에 도시된 바와 같이, H2 풍부 산업 테일 가스들(510)은 폐 CO2 함유 스트림(520)과 혼합되고, 역 물-가스 전환을 거쳐 6.0의 e/C를 갖는 가스(530)를 생성한다. 스팀(540)이 방출된다. 가스는 본 개시의 구현예들에 따라 미생물 발효(550)를 거치고, 발효액은 반응기로부터 제거되고, 에탄올(560)은 증류와 같은 기술에 의해 회수된다. 미생물 단백질(570) 중에 부화된 생물고형물 또한 제거된 발효액으로부터 회수된다.
에탄올은, 예를 들어, 아세트산 퍼지 가스, 칼슘 카바이드 퍼니스 가스, 철강 공장 가스, 등과 같은, CO가 풍부한 산업 테일 가스들을 사용하여 미생물 발효에 의해 생산될 수 있다. 일산화탄소가 풍부한 산업 테일 가스를 발효에 직접 공급하여 미생물 발효에 의한 에탄올을 생산하는 공정이 도 6에 제시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, CO-풍부 산업 테일 가스들(610)은 본 개시의 구현예들에 따라 미생물 발효(620)를 거친다. 발효액은 반응기로부터 제거되고 에탄올(630)은 증류와 같은 기술에 의해 회수된다. 미생물 단백질(640) 중에 부화된 생물고형물들은 또한 제거된 발효액으로부터 회수된다.
물-가스 전환에 의해 일산화탄소가 풍부한 산업 테일 가스를 개질함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올을 생산하는 대표적인 공정이 도 7에 제시되어 있다. 물-가스 전환은 CO와 수증기가 H2와 CO2로 전환되어 평형 상태에서 H2 농도가 높아지는 것을 의미한다. 물-가스 전환 반응의 반대를 "역 물-가스 전환"이라고 하고, CO2와 H2가 반응하여 CO와 H2O를 형성한다. 이와 관련하여, 역 물-가스 전환을 위해 H2를 첨가하는 것은, 반응에서 H2가 모두 소비된다면, H2가 직접적으로 증가하지 않을 것이다. CO2의 양은 역 물-가스 전환 반응의 결과로 감소할 것이며, 선택적으로(optionally) 과잉 H2가 첨가되면, H2는 그러한 첨가를 통해 증가하여, 수소의 전체 상대적인 양이 증가한다. 도 7에 도시된 바와 같이, CO-풍부 산업 테일 가스들(710)은 스팀(720)과 결합되고 물-가스 전환을 수행하여, 예를 들어, 적어도 약 5.7(예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0)(730)의 e/C를 갖는 가스를 생성한다. 가스는 본 개시의 구현예들에 따라 미생물 발효(740)를 거친다. 발효액은 반응기로부터 제거되고 에탄올(750)은 증류와 같은 기술을 통해 회수된다. 미생물 단백질(760) 중에 부화된 생물고형물 또한 제거된 발효액으로부터 회수된다.
재생가능 H2와 혼합함으로써 미생물 발효에 의한 에탄올을 생산하는 공정(재생가능 H2로 탄소 고정)을 도 8에 제시하였다. 도 8에 도시된 바와 같이, CO-풍부 산업 테일 가스들(810)은 재생가능 H2(태양 에너지/풍력)(820)와 결합되고 혼합되어, 예를 들어, 적어도 약 5.7(예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0)의 e/C를 갖는 가스(830)를 생성한다. CO2(840)가 방출된다. 가스는 본 개시의 구현예들에 따라 미생물 발효(850)를 거친다. 발효액은 반응기로부터 제거되고 에탄올(860)은 증류와 같은 기술에 의해 회수된다. 미생물 단백질(870) 중에 부화된 생물고형물들도 또한 제거된 발효액으로부터 회수된다.
재생가능 수소 가스 원천
합성가스는 수소 가스로 부화되어, 적어도 부분적으로 "친환경" 기술로부터 유래되는 H2 부화 합성가스를 형성할 수 있다. 합성가스는 임의의 적합한 방식으로 임의의 적합한 원천으로부터 수소와 블렌딩되어, H2-부화 합성가스를 제조하며, 이는 본 명세서에 기술된 바와 같이 차례로 발효될 수 있다.
본 개시의 구현예들에 따르면, 산업 퍼지 가스는 수소 부화 합성가스를 생산하기 위해 용도가 변경된다. 추가적으로, 일부 구현예들에서, 환경 친화적인, 재생가능 원천들(예를 들어, 풍력, 태양 에너지, 또는 이들의 조합)에 의해 생산된 수소 가스는, 수소 가스를 사용하여 합성가스를 부화시키는 데 사용될 수 있다. 놀랍게도 예상외로, 본 발명자들이 발견한 바와 같이, 이 공정은 완화되어야 할 과도한 CO2를 바람직하지 않게 형성하는 수성가스 전환 반응의 사용을 유리하게 피할 수 있다.
이와 관련하여, 합성가스 중의 수소 함량을 향상시키기 위해 전통적으로 물-가스 전환이 사용되어 왔다. 예를 들어, 바이오매스, MSW, 또는 석탄 기반 합성가스의 종래의 문제는, CO 함량이 높고, 수소 함량이 상대적으로 낮아, 여러 공정들을 복잡하게 한다는 것이다. 전통적으로, 이 문제를 회피하기 위해, CO를 CO2로 전환하는 대신 합성가스의 수소 함량을 증가시키는 물-가스 전환 반응이 사용되었다. 이러한 점에서, 물-가스 전환 반응은, CO와 수증기를 H2와 CO2로 전환하여, 평형 상태에서 더 높은 H2 농도를 초래하는 것을 의미한다.
물-가스 전환 반응은 일산화탄소와 스팀 사이의 발열 반응으로, 이산화탄소와 수소를 형성한다. 통상적으로, 전형적인 산업 응용 분야에서, 물-가스 전환 반응은 2단계 공정(two-stage process)으로 수행된다. 단계들은 관례적으로 "고온" 단계와 "저온" 단계로 나누어진다. 고온 단계는 약 320 내지 450 ℃ 범위의 철 기반 촉매를 통해 수행된다. 저온 단계는 약 150 내지 250 ℃ 범위에서 구리 기반 촉매를 통해 수행된다.
물-가스 전환 반응을 사용하면 수소의 수준이 증가하지만, 일정량의 CO2도 필연적으로 생성된다. CO2는 온실가스이며, 이를 포집하고 사용하는 방법은 제한되어 있다. 물-가스 전환 반응에 의해 생성된 CO2가 모두 소비되지 않으면, 공정은 순 CO2 생산자가될 위험이 있다. 그에 따라, 추가적인 공정들(예를 들어, 탄소 포집)를 통해 잉여 CO2를 완화할 필요가 있으며, 그에 의해 공정에 더 많은 복잡성과 단계들이 도입된다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 발명자들이 발견한 바와 같이, 재생가능 수소의 사용을 통해 수소의 양을 직접 조정함으로써 물-가스 전환 기술을 피할 수 있다. 이 공정을 통해, 재생가능 수소를 첨가하면 수소 함량의 특이적 조절(specific adjustments)을 가능하게 할 수 있기 때문에 물-가스 전환 반응을 피할 수 있다. 이를 통해 통상적으로 잉여 CO2를 생성하는 물-가스 전환 반응을 사용하지 않고 수소의 양을 허용가능한 범위로 조정할 수 있다. 중요한 것은, 합성가스의 전환을 위한 이전의 재생가능한 합성가스 사용(Wang et al.)과 달리, 일산화탄소영양을 통한 발효를 위한 재생가능 수소 강화된 합성가스의 사용은, 강화된 합성가스 스트림으로부터 H2S 또는 CO2의 제거를 필요로 하지 않는다. 실제로, H2S는, 호모아세트산생성 일산화탄소영양에 의해 황의 보충 원천에 대한 필요성을 상쇄하는 데 도움이 될 수 있다는 점에서, 공정의 효율성을 향상시킨다.
일부 구현예들에서, 재생가능 수소는, 폐기물 공급원료, 예를 들어, MSW로부터 형성된 합성가스에 첨가된다. MSW는, 달리 사용되지 않으면, 통상적으로 매립되거나 소각되기 때문에, 쉽게 입수가능하고 쉽게 조달할 수 있는 공급원료이다. MSW를 소각하면, CO2와 미립자(예를 들어, 그을음)가 방출되는 반면, 매립하면 MSW가 미생물로 전환되어, 결과적으로 "바이오가스"가 방출된다. 바이오가스는 H2S, CO2, 및 메탄(CH4)의 혼합물이다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, CO2는 오염물질이고, H2S는 가연성, 부식성 및 독성이 있으며, CH4는 CO2보다 더 위험한 온실가스로 간주된다. 예를 들어, MSW 형태의, 바이오매스로부터 형성된 합성가스를 제조하는 것은, 그렇지 않으면 매장 및/또는 소각에 의해 방출될 수 있는 이러한 오염물질 및 미립자의 방출을 바람직하게 방지할 수 있다.
MSW의 가스화는 전형적으로 1:1에 더 가까운 H2:CO 비율(대략 3 이하의 e/C를 가짐)을 갖는 합성가스를 생성하며, 이는 또한, 1:1에 가까운 H2:CO 비율을 초래하는 가스화를 위한 대부분의 기질(예를 들어, 석탄 및 바이오매스)과 일치한다. 이런 점에서, MSW로부터 제조된 합성가스는, 에탄올 생산에 바람직하게 효율적인 것으로 간주되도록 강화된 H2 함량을 필요로 할 것이다.
임의의 적합한 양의 수소가 합성가스에 첨가되어, H2-부화 합성가스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 부화(enriching)는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 합성가스에 첨가하는 단계를 포함하여, H2-부화 합성가스 내에서 H2의 양을, 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 60 vol% 내지 약 70 vol%까지 증가시킨다.
일부 구현예들에서, 합성가스는 수소 가스와 블렌딩되어, 적어도 약 5.7의 값, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0의 값까지의 e/C에 의해 특징지워지는, H2-부화 합성가스를 제조한다.
본 발명의 구현예들에 따른, 수소 가스의 생산은 임의의 재생가능 원천으로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 재생가능 원천은, 태양광 패널 배열, 풍력 터빈을 함유하는 농장, 또는 이들의 조합의 형태일 수 있다. 통상적으로, 재생가능 원천은 전기를 생산할 수 있으며, 이 전기는 물을 수소와 산소로 전환하기 위해 전기분해 공정이 수행되는 장소로 전송될 수 있다. 수소는, 예를 들어, 수소 배관, 수소 액화 및 탱크 차량 운송, 및 다른 수소 저장 및 운송 기술을 통해, 합성가스 생산 위치로 전달될 수 있다.
통상적으로, 태양광 패널 및 풍력 터빈과 같은 원천은 재생가능한 전력 원천으로 사용될 수 있다. 풍력 및 태양광 전력은 공지된 기술을 사용하여 임의의 적합한 방식으로 생산될 수 있다. 예를 들어, 육상 또는 해상 풍력 터빈은 회전자 주위에 있는 터빈의 프로펠러 모양의 블레이드를 통해 사용될 수 있다. 터빈의 블레이드는 회전자를 회전시키는 공기역학적 힘을 생성한다. 발전기는 회전자의 기계적 (운동) 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 태양광 기술의 경우, 태양광은, 광전지 패널, 또는 태양 복사, 등을 집중시키는 거울 등을 사용하는, 적합한 방식으로 전기 에너지로 전환된다. 에너지는 셀 내의 내부의 전기장에 반응하여 움직이는 전하를 생성하여, 전기가 흐르도록 허용한다. 재생가능 원천으로부터 전기를 생성하기 위한 기술은 해당 분야에 잘 알려져 있으며, 재생가능하게 전기를 생성하기 위한 임의의 적합한 기술 또는 배열이 본 개시의 구현예들에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 및 특허 공개 번호 2,360,791 A; 7,709,730B2; 7,381,886B1; 7,821,148B2; 8,866,334B2; 9,871,255B2; 9,938,627B2; 및 2022/0145479 A1를 참조한다.
일부 구현예들에서, 본 개시에 따른 방법에서 사용되는 전기는 그것의 재생가능성이 문서화되도록 할 수 있으며, 바람직하게는 적절한 단체에 의해 "청정(clean)" 전력으로서 지정될 수 있다. 재생에너지의 경우, 바람직하게는, 사용되고 있는 전력과 동일한 양의 전력이 전력망으로 회송된다. 물은 바람직하게는 재생가능한 것으로 간주되기 때문에, 재생가능한 전력과 함께 사용될 때, 생산된 수소도 또한, 본 개시의 일부 구현예들에 따라 재생가능한 것으로 간주된다.
일단 공급되면, 전기는, 예를 들어, 전기분해를 통해, 수소를 생산하는 데 사용되며, 전기 분해는, 물을, 목적하는 수소 및 산소로 분리한다. 이 방법은 전기분해를 통해 재생가능 수소의 생산을 가능하게 하며, 수소는 합성가스를 부화시키는 데 사용되므로, 이는 물-가스 전환을 사용하지 않고 과잉 CO2 생산을 완화할 필요 없이, 산소화 생성물(에탄올과 같은)을 생산하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 본 발명자들이 발견한 바와 같이, 재생가능 수소의 사용을 통해 수소의 양을 직접 조정함으로써 물-가스 전환 기술을 피할 수 있다. 재생가능 수소를 추가하면 물-가스 전환 반응을 사용하지 않고 잉여 CO2를 생성하지 않고도 수소의 양을 허용가능한 범위로 특히 조정할 수 있다. 또한, 구현예들에 따르면, 합성가스로부터 H2S 및 CO2와 같은 성분의 제거를 보장하기 위한 추가 단계들이 필요하지 않다. 예를 들어, H2S는 촉매 경로에 의한 메탄올 생산에 부정적인 영향을 미칠 수 있지만, 구현예들에 따르면, 본 명세서에 개시된 바와 같은 공정에는 부정적인 영향을 미치지 않는다. 특히, H2S의 존재는 유기체의 황의 원천으로 사용될 수 있으므로, 본 공정과 관련된 비용과 노동력을 바람직하게 절감할 수 있다. 그 결과, 유리하게는, 본 공정에서 더 적은 단계들 및 난관들을 거쳐 에탄올과 같은 산소화 생성물을 생산하는 데 더 적합한 합성가스가 형성된다.
H2-부화 합성가스
본 개시의 구현예들에 따르면, 합성가스는 산업 퍼지 가스 및/또는 재생가능 원천으로부터의 수소 가스와 블렌딩되어 H2-부화 합성가스를 형성한다. 결과적으로, H2-부화 합성가스의 수소 함량 및/또는 e/C는, 합성가스 단독의 수소 함량 및/또는 e/C보다 높다. 일부 구현예들에서, H2가 풍부한 테일 가스는, 석탄에서 메탄올 생산까지의 퍼지 가스, 석탄에서 합성 암모니아 생산까지의 퍼지 가스와 같은, 석탄 유래된 화학 생산 공정으로부터의 퍼지 가스, 석탄에서 아세트산 생산까지의 퍼지 가스, 석탄에서 에틸렌 글리콜 생산까지의 퍼지 가스, 석탄에서 합성 천연 가스 생산까지의 퍼지 가스, 석탄에서 액체 생산까지의 퍼지 가스, 코크 오븐 가스, 또는 이들의 조합으로부터 유래된다.
H2-부화 합성가스는 통상적으로 임의의 적합한 수소 함량을 가질 수 있지만, 수소 함량은, 상대적 부피 기준으로, 합성가스에 비해, H2-부화 합성가스에서 더 높을 것이다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, H2-부화 합성가스는 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유한다.
전형적으로, H2-부화 합성가스는 적어도 약 5.7의 e/C를 갖는다. 일부 구현예들에서, H2-부화 합성가스는 약 8 이하, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8.0의 e/C를 갖는다. 이와 관련하여, H2-부화 합성가스는 통상적으로 합성가스에 비해 더 높은 e/C를 갖게 되는데, 이는 H2-부화 합성가스의 H2 함량이 더 높기 때문이다.
H2-부화 합성가스는 통상적으로 임의의 적합한 일산화탄소 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 50 vol%의 CO, 예를 들어, 약 25 vol% 내지 약 35 vol%의 CO를 함유한다. 일부 구현예들에서, H2-부화 합성가스는, 수소 부화가 없는 합성가스에 비해, 상대적으로 낮은 일산화탄소 부피 백분율을 가질 것이다.
H2-부화 합성가스는 통상적으로 임의의 적합한 이산화탄소 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2 또는 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유한다. 일부 구현예들에서, H2-부화 합성가스는 합성가스에 비해 상대적으로 낮은 이산화탄소 부피 백분율을 가질 것이다.
미생물
임의의 적합한 미생물, 예를 들어, 더 높은 함량의 수소 가스들을 함유하는(예를 들어, 적어도 약 50 vol%의 수소 가스를 함유하는) 발효 가스에 매우 적합한 박테리아가, 본 개시의 방법에서의 발효를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 박테리아는 아세트산생성 일산화탄소영양생물이다. 이러한 미생물은 공동 양도되어 계류 중인 미국 출원 제63/136,025호 및 제63/136,042호에 기술되어 있으며, 이 문헌들은 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
예를 들어, 일부 구현예들에서, 본 개시의 방법에서 발효에 사용되는 미생물은, 클로스트리디움(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코커스(Pyrococcus), 유박테리움(Eubacterium), 데술포박테리움(Desulfobacterium), 카르복스도테르무스(Carboxvdothermus), 아세토게니움(acetogenium), 아세토박테리움(acetobacterium), 아세토아나에로비움(Acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 또는 이들의 조합을 포함하는 박테리아의 형태이다. 이들 박테리아는, 미국 특허 번호 6,340,581 B1에 논의된 바와 같이, 우드-융달 대사 경로(Wood-Ljungdahl metabolic pathway)의 존재를 특징으로 한다.
산소화 생성물
본 명세서에 기술된 바와 같이, 발효 시, 미생물은 본 개시의 구현예들에서 산소화 생성물을 생성한다. 산소화 생성물은 분별 증류, 증발, 투과증발, 가스 스트리핑, 상 분리 및 추출 발효(예를 들어, 액체-액체 추출) 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 기술에 의해 발효액으로부터 회수될 수 있다.
본 명세서에 기술된 방법에 의해부터 제조될 수 있는 목적한 바와같은 임의의 적합한 산소화 생성물이 생성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 산소화 생성물은 에탄올이다. 일부 구현예들에서, 산소화 생성물은, 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이다. 일부 구현예들에서, 본 방법은 산소화 생성물을 발효액으로부터 분리하는 단계를 더 포함한다.
특히 목적하는 산소화 생성물의 생산은, 당해 기술분야의 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, 발효 공정을 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 아세트산 생성 일산화탄소영양 미생물은 자연 상태에서 아세테이트를 만들 수 있지만, 조건들을 조작하여 에탄올을 만들 수 있다. 예를 들어, 발효액의 pH는 약 5.3 이하(예를 들어, 약 4.8 이하)로 감소될 수 있으며, 비타민 B5의 양은 제한되어 미생물의 성장을 억제하고 더 많은 에탄올의 생산을 허용할 수 있다. 프로피오네이트, 부티레이트, 아세트산, 부탄올, 및 프로판올과 같은 다른 산소화 화합물은, 대안적인 일산화탄소영양 유기체를 사용하여 아세트산 생성 일산화탄소영양 미생물을 조작하여(예를 들어, 미국 특허 공개 번호 2011/0236941 A1 참조), 공동 배양의 사용(예를 들어, 미국특허 번호 9,469,860 B2 및 미국 특허 공개 번호 2014/0273123 A1 참조) 또는 당해 기술 분야의 통상의 기술자의 기술 수준 내에 있는 구성요소들의 추가 또는 변형에 의해, 제조될 수 있다.
동일 지역화(Co-Localization)
필수는 아니지만, 산소화 생성물 및/또는 공급 생성물을 형성하기 위한 생산 공정의 일부 구현예들에서 동일 지역화(co-localization)가 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 동일 지역화는 재생가능 수소의 사용을 수반할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 동일 지역화(co-localization)에는, 단일 사이트에 있는 하나의 중앙 집중식 영역에, 또는 서로 매우 근접하게(예를 들어, 약 50 마일 이내에, 예를 들어, 약 10 마일 또는 약 5 마일 이내에) 다양한 부분 공정들(component processes)을 배치하는 것이 포함된다. 예를 들어, 이에는, 단일 사이트에 또는 서로 매우 근접하게, 합성가스 생산, 퍼지(테일) 가스의 생산, 합성가스의 수소 부화, 발효, 전기분해(존재하는 경우), 전기 생산(존재하는 경우, 예를 들어, 태양 에너지 및/또는 풍력에 의해), 및/또는 산소화 생성물의 분리를 배치하는 것이 포함될 수 있다.
구현예들에서, 합성가스 생산, 퍼지(테일) 가스의 생산, 합성가스의 수소 부화, 발효, 및/또는 산소화 생성물의 분리 공정은 임의의 적합한 배열로 동일 지역화(co-localized)될 수 있다. 예를 들어, 구현예들에서, 합성가스 생산 및 퍼지(테일) 가스 생산 공정은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스 생산 및 합성가스의 수소 부화 공정은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스 생산 및 발효 공정은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스 생산 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 퍼지(테일) 가스의 생산 및 합성가스의 수소 부화 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 퍼지(테일) 가스의 생산 및 발효 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 퍼지(테일) 가스의 생산 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스의 수소 부화 및 발효 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스의 수소 부화 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 발효 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다.
H2-부화 합성가스를 형성하기 위해 재생가능 수소가 합성가스에 첨가되는 구현예들에서, 합성가스 생산, 합성가스의 수소 농축, 발효, 전기분해, 전기 생산, 및/또는 산소화 생성물의 분리 공정들은 임의의 적합한 배열로 동일 지역화될 수 있다. 예를 들어, 구현예들에서, 합성가스 생산 및 합성가스의 수소 부화 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스 생산 및 발효 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스 생산 및 전기분해 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스 생산 및 전기 생산 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스 생산 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스의 수소 부화 및 발효 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스의 수소 부화 및 전기분해 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스의 수소 부화 및 전기 생산 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스의 수소 부화 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 발효 및 전기분해 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 발효 및 전기 생산 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 발효 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 전기분해 및 전기 생산 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 전기분해 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 전기 생산 및 산소화 생성물의 분리 공정들은 동일 지역화된다.
구현예들에서, 합성가스 생산, 퍼지 가스 생산, 수소를 이용한 합성가스 부화 및 발효 공정들이 동일 지역화된다. 구현예들에서, 발효, 전기분해, 합성가스 생산, 및 수소를 이용한 합성가스 부화, 뿐만 아니라 전기 원천은 동일 지역화된다. 구현예들에서, 합성가스 생산, 합성가스의 수소 부화, 발효 공정들, 및 산소화 생성물의 분리는 동일 지역화된다. 구현예들에서, 생산 공정들의 모든 양태들은 동일 지역화된다.
일부 구현예들에서, 동일 지역화 방법은, 전기분해를 사용하여 수소 생산을 생성하기 위해, 전기를 공급하는 것(예를 들어, 재생 불가능하거나 재생가능한 원천으로부터)을 포함한다. 그러나, 전기는 효율적으로 생산되고 송전선을 통해 장거리 운송될 수 있기 때문에, 이 공정에 공급되는 전기는 현장에서 가까운 곳에서 생산될 수 있거나, 또는 송전선을 통해 운송될 수 있으며 여전히 본 개시의 구현예들에 따른 생성물을 제조하기 위한 동일 지역화된 공정으로 간주될 수 있다. 바람직한 경우, 예를 들어 플랜트 자체 전력망의 유지가 경제적으로 유익한 위치들에서는(예를 들어, 과세(over-taxed)되는 경우, 또는 불안정한 지역 전력망이 정전에 취약한 경우), 직접 전송 라인이 사용될 수 있다.
양태들(Aspects)
본 발명은 하기의 예시적인 양태들에 의해 추가적으로 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기의 양태들에 의해 제한되지는 않는다.
(1) 산소화 생성물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은: (a) CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 합성가스 내 H2 함량을 부화시켜 H2 부화 합성가스를 형성하는 단계; 및 (c) 액체 매질에서 H2-부화 합성가스를 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성하는 단계;를 포함하는, 방법.
(2) 양태 1에 있어서, 상기 합성가스는 약 5 vol% 내지 약 80 vol%의 H2, 또는 약 50 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(3) 양태 1 또는 2에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 85 vol%의 CO, 예를 들어, 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(4) 양태 1 또는 2에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 0 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(5) 양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(6) 양태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(7) 양태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 50 vol%의 CO, 예를 들어, 약 25 vol% 내지 약 35 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(8) 양태 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 0 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(9) 양태 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(10) 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 8의, 또는 약 2 내지 약 6.0의, e/C를 갖는, 방법.
(11) 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 8의, 또는 약 2 내지 약 5.7의, e/C를 갖는, 방법.
(12) 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 6의, 또는 약 2 내지 약 5.7의, e/C를 갖는, 방법.
(13) 양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 6 이하, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 6의, e/C를 갖는, 방법.
(14) 양태 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 에탄올인, 방법.
(15) 양태 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합인, 방법.
(16) 양태 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 상기 발효액으로부터 산소화 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
(17) 양태 16에 있어서, 상기 산소화 생성물은 분별 증류, 증발, 투과증발(pervaporation), 가스 스트리핑(gas stripping), 상 분리, 및 추출 발효(extractive fermentation)(예를 들어, 액체-액체 추출을 포함), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합에 의해 분리되는, 방법.
(18) 양태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 박테리아는, 클로스트리디움(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코커스(Pyrococcus), 유박테리움(Eubacterium), 데술포박테리움(Desulfobacterium), 카르복스도테르무스(Carboxvdothermus), 아세토게니움(acetogenium), 아세토박테리움(acetobacterium), 아세토아나에로비움(acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 방법.
(19) 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 부화는 상기 합성가스를 H2-풍부 테일 가스(H2-rich tail gas)와 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
(20) 양태 19에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(21) 양태 18 또는 19에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는, 석탄으로부터의 메탄올 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 아세트산 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 에틸렌 글리콜 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 천연 가스 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 액체 생산으로부터의 퍼지 가스, 코크 오븐 가스, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합과 같은, 석탄 유래 화학물질 생산 공정으로부터의 퍼지 가스로부터 유래되는, 방법.
(22) 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화(enriching)는 H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 수행하여, 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(23) 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스(H2-rich industrial tail gas)를 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환 반응을 일으켜서 CO2를 CO로 전환시키고, 선택적으로(optionally) 과량의 H2를 첨가하여 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(24) 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 물-가스 전환을 일으켜서, 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(25) 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 물-가스 전환을 일으켜서, 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(26) 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 8.0의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(27) 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(28) 양태 1 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 석탄 유래 합성가스인, 방법.
(29) 양태 26 또는 27에 있어서, 상기 H2에 대한 상기 재생가능 원천은 태양 에너지, 풍력, 또는 이들 중 둘 이상의 조합이며, 예를 들어, 재생가능 원천(즉, 태양 또는 바람)은 재생가능 수소를 생산하기 위한 전기분해를 실행하기 위한 전기를 발생시키는, 방법.
(30) 산소화 생성물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은: (a) CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 상기 합성가스의 H2 함량을 부화시켜, 적어도 약 50 vol%의 H2를, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를, 갖는 H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; 및 (c) 액체 매질에서 상기 H2-부화 합성가스를 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액(broth)을 형성하여 상기 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성하는 단계;를 포함하는, 방법.
(31) 양태 30에 있어서, 상기 합성가스는 약 5 vol% 내지 약 80 vol%의 H2, 또는 약 50 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(32) 양태 30 또는 31에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 85 vol%의 CO, 예를 들어, 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(33) 양태 30 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 0 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(34) 양태 30 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(35) 양태 30 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 50 vol%의 CO, 예를 들어, 약 25 vol% 내지 약 35 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(36) 양태 30 내지 35 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(37) 양태 30 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 8의, e/C를 갖는, 방법.
(38) 양태 30 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 6의, e/C를 갖는, 방법.
(39) 양태 30 내지 38 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 6이하의, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 6의, e/C를 갖는, 방법.
(40) 양태 30 내지 39 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물이 에탄올인, 방법.
(41) 양태 30 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합인, 방법.
(42) 양태 30 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
(43) 양태 42에 있어서, 상기 산소화 생성물은 분별 증류, 증발, 투과증발, 가스 스트리핑, 상 분리 및 추출 발효(예를 들어, 액체-액체 추출을 포함), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합에 의해 분리되는, 방법.
(44) 양태 30 내지 43 중 어느 하나에 있어서, 상기 박테리아는, 클로스트리디움(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코커스(Pyrococcus), 유박테리움(Eubacterium), 데술포박테리움(Desulfobacterium), 카르복스도테르무스(Carboxvdothermus), 아세토게니움(acetogenium), 아세토박테리움(acetobacterium), 아세토아나에로비움(acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 방법.
(45) 양태 30 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 부화(enriching)는, 상기 합성가스를 H2-풍부 테일 가스(H2-rich tail gas)와 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
(46) 양태 45에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(47) 양태 45 또는 46에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는, 석탄으로부터의 메탄올 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 아세트산 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 에틸렌 글리콜 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 천연 가스 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 액체 생산으로부터의 퍼지 가스, 코크 오븐 가스, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합과 같은, 석탄 유래 화학물질 생산 공정으로부터의 퍼지 가스로부터 유래되는, 방법.
(48) 양태 30 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 수행하여, 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(49) 양태 30 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 0 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 수행하여, 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(50) 양태 30 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스(H2-rich industrial tail gas)를 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환 반응을 일으켜서 CO2를 CO로 전환시키고, 선택적으로(optionally) 과량의 H2를 첨가하여 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(51) 양태 30 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 물-가스 전환 반응을 일으켜서, 상기 e/C를, 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(52) 양태 30 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 물-가스 전환 반응을 일으켜서, 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(53) 양태 30 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능한 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여, 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(54) 양태 30 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능한 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여, 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(55) 양태 53 또는 54에 있어서, H2의 상기 재생가능 원천은, 태양 에너지, 풍력, 또는 이들의 조합이며, 예를 들어, 재생가능 원천(즉, 태양 또는 바람)은 재생가능 수소를 생산하기 위한 전기분해를 실행하기 위한 전기를 발생시키는, 방법.
(56) 양태 30 내지 54 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 석탄 유래 합성가스인, 방법.
(57) 양태 30 내지 56 중 어느 하나에 있어서, 상기 박테리아는 아세트산생성 일산화탄소영양생물인, 방법.
(58) 산소화 생성물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은: (a) CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 상기 합성가스의 H2 함량을 부화시켜, 적어도 약 5.7의, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8의, e/C를 갖는, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; 및 (c) 액체 매질에서 상기 H2-부화 합성가스를 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액(broth)을 형성하여 상기 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성하는 단계;를 포함하는, 방법.
(59) 산소화 생성물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은: (a) CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 상기 합성가스의 상기 H2 함량을 부화시켜, 적어도 약 5.7의, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 6의, e/C를 갖는, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; 및 (c) 액체 매질에서 상기 H2-부화 합성가스를 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여 상기 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성하는 단계;를 포함하는, 방법.
(60) 양태 58에 있어서, 상기 합성가스는 약 5 vol% 내지 약 80 vol%의 H2, 또는 약 50 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(61) 양태 58 또는 60에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 85 vol%의 CO, 예를 들어, 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(62) 양태 58 내지 61 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(63) 양태 58 내지 61 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 0 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(64) 양태 58 내지 63 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(65) 양태 58 내지 64 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 기질 가스는 약 3 vol% 내지 약 50 vol%의 CO, 예를 들어, 약 25 vol% 내지 약 35 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(66) 양태 58 내지 65 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(67) 양태 58 내지 65 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(68) 양태 58 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 6의, e/C를 갖는, 방법.
(69) 양태 58 내지 68 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 에탄올인, 방법.
(70) 양태 58 내지 69 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합인, 방법.
(71) 양태 58 내지 70 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 상기 산소화 생성물로부터 상기 물을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
(72) 양태 71에 있어서, 상기 산소화 생성물은 분별 증류, 증발, 투과증발, 가스 스트리핑, 상 분리 및 추출 발효(예를 들어, 액체-액체 추출을 포함), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합에 의해 분리되는, 방법.
(73) 양태 57 내지 72 중 어느 하나에 있어서, 상기 박테리아는, 클로스트리디움(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코커스(Pyrococcus), 유박테리움(Eubacterium), 데술포박테리움(Desulfobacterium), 카르복스도테르무스(Carboxvdothermus), 아세토게니움(acetogenium), 아세토박테리움(acetobacterium), 아세토아나에로비움(acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 방법.
(74) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 부화는, 상기 합성가스를 H2-풍부 테일 가스와 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
(75) 양태 74에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(76) 양태 74 또는 75에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는, 석탄으로부터의 메탄올 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 아세트산 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 에틸렌 글리콜 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 천연 가스 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 액체 생산으로부터의 퍼지 가스, 코크 오븐 가스, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합과 같은, 석탄 유래 화학물질 생산 공정으로부터의 퍼지 가스로부터 유래되는, 방법.
(77) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 수행하여, 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(78) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 0 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 수행하여, 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(79) 양태 71 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스를 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환 반응을 일으켜서, 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(80) 양태 71 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 0 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스를 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환 반응을 일으켜서, 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(81) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 물-가스 전환 반응을 일으켜서, 상기 e/C를, 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(82) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 물-가스 전환 반응을 일으켜서, 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(83) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재상가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여, 상기 e/C를, 약 5.7 내지 약 8의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(84) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여, 상기 e/C를, 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(85) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여, 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(86) 양태 83 또는 84에 있어서, H2에 대한 상기 재생가능 원천은 태양 에너지, 풍력, 또는 이들의 조합이며, 예를 들어, 재생가능 원천(즉, 태양 또는 바람)은 재생가능 수소를 위한 전기분해를 실행하기 위한 전기를 발생시키는, 방법.
(87) 양태 58 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 석탄 유래 합성가스인, 방법.
(88) 양태 58 내지 87 중 어느 하나에 있어서, 상기 박테리아는 아세트산생성 일산화탄소영양생물인, 방법.
(89) 산소화 생성물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은: (a) CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 재생가능한 원천으로부터의 H2를 합성가스에 첨가하여 H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; 및 (c) 액체 매질에서 상기 H2-부화 합성가스를 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여 상기 발효액 내에서 산소화 생성물을 생성하는 단계;를 포함하는, 방법.
(90) 양태 90에 있어서, 상기 박테리아는 아세트산생성 일산화탄소영양생물인, 방법.
(91) 양태 90에 있어서, 상기 합성가스는 약 5 vol% 내지 약 80 vol%의 H2, 또는 약 50 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(92) 양태 89 내지 91 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 85 vol%의 CO, 예를 들어, 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(93) 양태 89 내지 92 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(94) 양태 89 내지 92 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(95) 양태 89 내지 94 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(96) 양태 89 내지 95 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 50 vol%의 CO, 예를 들어, 약 25 vol% 내지 약 35 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(97) 양태 89 내지 96 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(98) 양태 89 내지 96 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(99) 양태 89 내지 98 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 6의, e/C를 갖는, 방법.
(100) 양태 89 내지 99 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 6이하의, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 6의, e/C를 갖는, 방법.
(101) 양태 89 내지 100 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 에탄올인, 방법.
(102) 양태 89 내지 101 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합인, 방법.
(103) 양태 89 내지 102 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
(104) 양태 103에 있어서, 상기 산소화 생성물은, 분별 증류, 증발, 투과증발, 가스 스트리핑, 상 분리, 및 추출 발효(예를 들어, 액체-액체 추출을 포함), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합에 의해 분리되는, 방법.
(105) 양태 89 내지 104 중 어느 하나에 있어서, 상기 박테리아는, 클로스트리듐, 무렐라, 피로코커스, 유박테리움, 데술포박테리움, 카르복스도테르무스, 아세토게늄, 아세토박테리움, 아세토아나에로비움, 부티리박테리움, 펩토스트렙토코커스, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 방법.
(106) 양태 89 내지 105 중 어느 하나에 있어서, H2를 위한 상기 재생가능 원천은, 태양 에너지, 풍력, 또는 이들의 조합이고, 예를 들어, 재생가능 원천(즉, 태양 또는 바람)은 전기분해를 실행하여 재생가능 수소를 생성하기 위한 전기를 발생시키는, 방법.
(107) 양태 89 내지 106 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 합성가스에 대한 H2의 상기 첨가는 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는, 방법.
(108) 양태 89 내지 107 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 합성가스에 대한 H2의 첨가는 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지 증가시키는, 방법.
(109) 양태 89 내지 108 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 석탄 유래 합성가스인, 방법.
(110) 동물 사료를 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법: (a) CO, CO2, 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 상기 합성가스 내의 상기 H2 함량을 부화시켜, 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol% 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7의, 예를 들어 약 5.7 내지 약 6의 e/C를 갖는, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; (c) 상기 H2-부화 합성가스를, 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은 박테리아로, 액체 매질에서 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 상기 발효액에서 산소화 생성물 및 고체 부생성물을 생성하는 단계; (d) 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 제거하여, 산소화 생성물-고갈 발효액을 생성하는 단계; 및 (e) 상기 발효액 및/또는 상기 산소화 생성물-고갈 발효액으로부터 상기 고체 부생성물을 제거하여, 케이크 및 정화된 스트림 여과물을 생성하는 단계로서, 상기 케이크는 동물 사료로서 사용하기에 효과적인, 단계.
(111) 양태 110에 있어서, 상기 방법은 상기 케이크를 건조하는 단계를 더 포함하고, 상기 건조된 케이크는 건조 동물 사료로서 효과적인, 방법.
(112) 양태 110 또는 111에 있어서, 상기 동물 사료는 단백질, 지방, 탄수화물, 및/또는 미네랄을 함유하고, 예를 들어, 약 30 wt% 내지 약 90 wt%의 단백질, 약 1 wt% 내지 약 12 wt%의 지방, 약 5 wt% 내지 약 60 wt%의 탄수화물(예를 들어, 약 15 wt% 내지 약 60 wt%, 또는 약 5 wt% 내지 약 15 wt%), 및/또는, 소듐, 포타슘, 구리 등과 같은, 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 미네랄을 함유하고, 예를 들어, 약 86%의 단백질, 약 2%의 지방, 약 2%의 미네랄, 및/또는 약 10%의 탄수화물을 함유하는, 방법.
(113) 양태 110 내지 112 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 5 vol% 내지 약 80 vol%의 H2, 또는 약 50 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(114) 양태 110 내지 113 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 85 vol%의 CO, 예를 들어, 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(115) 양태 110 내지 114 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(116) 양태 110 내지 114 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(117) 양태 110 내지 116 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(118) 양태 110 내지 117 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 50 vol%의 CO, 예를 들어, 약 25 vol% 내지 약 35 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(119) 양태 110 내지 118 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(120) 양태 110 내지 118 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(121) 양태 110 내지 120 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 6의, e/C를 갖는, 방법.
(122) 양태 110 내지 121 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 6 이하의, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 6의, e/C를 갖는, 방법.
(123) 양태 110 내지 122 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 에탄올인, 방법.
(124) 양태 110 내지 123 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합인, 방법.
(125) 양태 110 내지 124 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
(126) 양태 125에 있어서, 상기 산소화 생성물은, 분별 증류, 증발, 투과증발, 가스 스트리핑, 상 분리, 및 추출 발효(예를 들어, 액체-액체 추출 포함), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합에 의해 분리되는, 방법.
(127) 양태 110 내지 126 중 어느 하나에 있어서, 상기 박테리아는, 클로스트리듐, 무렐라, 피로코커스, 유박테리움, 데술포박테리움, 카르복스도테르무스, 아세토게늄, 아세토박테리움, 아세토아나에로비움, 부티리박테리움, 펩토스트렙토코커스, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 방법.
(128) 양태 110 내지 127 중 어느 하나에 있어서, 상기 부화는 상기 합성가스를 H2-풍부 테일 가스와 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
(129) 양태 128에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는, 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(130) 양태 128 또는 129에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는, 석탄 유래 화학물질 생산 공정으로부터의 퍼지 가스, 예를 들어 석탄으로부터의 메탄올 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 아세트산 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 에틸렌 글리콜 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 천연 가스 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 액체 생산으로부터의 퍼지 가스, 코크 오븐 가스, 또는 이들의 조합으로부터 유래되는, 방법.
(131) 양태 110 내지 129 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 일으켜서 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(132) 양태 110 내지 129 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스가 적어도 약 0 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 일으켜서 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(133) 양태 110 내지 132 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스를 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 일으켜서 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(134) 양태 110 내지 129 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 상기 합성가스에 스팀을 첨가하여 물-가스 전환을 일으켜서 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(135) 양태 110 내지 129 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 상기 합성가스에 스팀을 첨가하여 물-가스 전환을 일으켜서 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(136) 양태 110 내지 129 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 8의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(137) 양태 110 내지 129 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(138) 양태 110 내지 129 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(139) 양태 110 내지 138 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 석탄 유래 합성가스인, 방법.
(140) 양태 138 또는 139에 있어서, 상기 H2의 상기 재생가능 원천은 태양 에너지, 풍력, 또는 이들의 조합인, 방법.
(141) 비료를 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법: (a) CO, CO2, 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 상기 합성가스 내의 상기 H2 함량을 부화시켜, 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 8의 e/C를 갖는, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; (c) 상기 H2-부화 합성가스를, 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은 박테리아로, 액체 매질에서 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 상기 발효액에서 산소화 생성물 및 고체 부생성물을 생성하는 단계; (d) 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 제거하여 산소화 생성물-고갈 발효액을 생성하는 단계; 및 (e) 상기 발효액 및/또는 상기 산소화 생성물-고갈 발효액으로부터 상기 고체 부생성물을 제거하여 케이크 및 정화된 스트림 여과물을 생성하는 단계로서, 상기 케이크는 비료로서 사용하기에 효과적인, 단계.
(142) 비료를 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법: (a) CO, CO2, 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계; (b) 상기 합성가스 내의 상기 H2 함량을 부화시켜, 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 6의 e/C를 갖는, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; (c) 상기 H2-부화 합성가스를, 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은 박테리아로, 액체 매질에서 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 상기 발효액에서 산소화 생성물 및 고체 부생성물을 생성하는 단계; (d) 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 제거하여 산소화 생성물-고갈 발효액을 생성하는 단계; 및 (e) 상기 발효액 및/또는 상기 산소화 생성물-고갈 발효액으로부터 상기 고체 부생성물을 제거하여 케이크 및 정화된 스트림 여과물을 생성하는 단계로서, 상기 케이크는 비료로서 사용하기에 효과적인, 단계.
(143) 양태 141에 있어서, 상기 방법은 상기 케이크를 건조하는 단계를 더 포함하고, 상기 건조된 케이크는 건조 비료로서 효과적인, 방법.
(144) 양태 141 또는 143에 있어서, 상기 비료는 단백질, 지방, 탄수화물, 및/또는 미네랄을 함유하고, 예를 들어, 약 30 wt% 내지 약 90 wt%의 단백질, 약 1 wt% 내지 약 12 wt%의 지방, 약 5 wt% 내지 약 60 wt%의 탄수화물(예를 들어, 약 15 wt% 내지 약 60 wt%, 또는 약 5 wt% 내지 약 15 wt%), 및/또는, 소듐, 포타슘, 구리 등과 같은, 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 미네랄을 함유하고, 예를 들어, 약 86%의 단백질, 약 2%의 지방, 약 2%의 미네랄, 및/또는 약 10%의 탄수화물을 포함하는, 방법.
(145) 양태 141 내지 144 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 5 vol% 내지 약 80 vol%의 H2, 또는 약 50 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(146) 양태 141 내지 145 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 85 vol%의 CO, 예를 들어, 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(147) 양태 141 내지 145 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 85 vol%의 CO, 예를 들어, 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(148) 양태 141 내지 147 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(149) 양태 141 내지 148 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(150) 양태 141 내지 149 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 50 vol%의 CO, 예를 들어, 약 25 vol% 내지 약 35 vol%의 CO를 함유하는, 방법.
(151) 양태 141 내지 150 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2, 예를 들어, 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를 함유하는, 방법.
(152) 양태 141 내지 151 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 8의 e/C를 갖는, 방법.
(153) 양태 141 내지 151 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 2의, 예를 들어, 약 2 내지 약 6의 e/C를 갖는, 방법.
(154) 양태 141 내지 153 중 어느 하나에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는 약 6 이하의, 예를 들어, 약 5.7 내지 약 6의 e/C를 갖는, 방법.
(155) 양태 141 내지 154 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은 에탄올인, 방법.
(156) 양태 141 내지 155 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소화 생성물은, 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합인, 방법.
(157) 양태 141 내지 156 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
(158) 양태 157에 있어서, 상기 산소화 생성물은, 분별 증류, 증발, 투과증발, 가스 스트리핑, 상 분리, 및 추출 발효(예를 들어, 액체-액체 추출 포함), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합에 의해 분리되는, 방법.
(159) 양태 141 내지 158 중 어느 하나에 있어서, 상기 박테리아는, 클로스트리듐, 무렐라, 피로코커스, 유박테리움, 데술포박테리움, 카르복스도테르무스, 아세토게늄, 아세토박테리움, 아세토아나에로비움, 부티리박테리움, 펩토스트렙토코커스, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 방법.
(160) 양태 141 내지 159 중 어느 하나에 있어서, 상기 부화는 상기 합성가스를 H2-풍부 테일 가스와 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
(161) 양태 160에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는 적어도 약 50 vol%의 H2, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를 함유하는, 방법.
(162) 양태 160 또는 161에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는 석탄 유래 화학물질 생산 공정으로부터의 퍼지 가스, 예를 들어, 석탄으로부터의 메탄올 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 아세트산 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 에틸렌 글리콜 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 천연 가스 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 액체 생산으로부터의 퍼지 가스, 코크 오븐 가스, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합으로부터 유래되는, 방법.
(163) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 일으켜서 CO2를 CO로 전환시키고, 선택적으로(optionally) 과량의 H2를 첨가하여, 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 8의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(164) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 일으켜서 CO2를 CO로 전환시키고 선택적으로(optionally) 과량의 H2를 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 하는 단계를 포함하는, 방법.
(165) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 0 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 일으켜서 CO2를 CO로 전환시키고 선택적으로(optionally) 과량의 H2를 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 8의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(166) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 0 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스 및 스팀을 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환을 일으켜서 CO2를 CO로 전환시키고 선택적으로(optionally) 과량의 H2를 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(167) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 성가 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스를 상기 합성가스에 첨가하여 역 물-가스 전환 반응을 일으켜서 CO2를 CO로 전환시키고 선택적으로(optionally) 과량의 H2를 첨가하여 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(168) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 상기 합성가스에 스팀을 첨가하여 물-가스 전환을 일으켜서 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 8의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(169) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 상기 합성가스에 스팀을 첨가하여 물-가스 전환을 일으켜서 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(170) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 상기 합성가스에 스팀을 첨가하여 물-가스 전환을 일으켜서 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(171) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 6의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(172) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능한 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 H2의 양을 적어도 약 50 vol%, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
(173) 양태 141 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성가스는 석탄 유래 합성가스인, 방법.
(174) 양태 171 또는 172에 있어서, 상기 H2의 상기 재생가능 원천은 태양 에너지, 풍력, 또는 이들의 조합인, 방법.
주목되는 바와 같이, 앞의 양태들은 예시적이며 제한적이다. 다른 예시적인 조합들은 본 명세서의 설명 전체로부터 명백하다. 또한, 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 다양한 양태들이 본 명세서에 제공된 다른 양태들과의 다양한 조합으로 사용될 수 있다.
다음 실시예들은 본 개시를 추가적으로 설명하지만, 물론 어떤 방식으로든 그 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
이 실시예는, 석탄으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해, 합성 메탄올 생산과 관련된 퍼지 가스의 사용을 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
합성 메탄올의 생산에는, 65 내지 80%의 H2를 함유하는 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 1 참조). 석탄 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)를, 합성 메탄올 생산으로부터 유래된 퍼지 가스와 혼합하여, e/C가 5.96인 혼합된 합성가스를 발생시킨다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3일 이하의 수력학적 체류 시간(hydraulic retention time: HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐(carboxytrophic homoacetogen)을 함유하는 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 제거된 발효액으로부터 에탄올이 회수된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물(biosolids)이 제거된 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 비료로서 토지에 적용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 석탄 유래 합성가스 및 합성 메탄올 퍼지 가스의 혼합물로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 2
이 실시예는, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해, 합성 메탄올 생산과 관련된 퍼지 가스의 사용을 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
합성 메탄올의 생산에는, 65 내지 80%의 H2를 함유하는 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 1 참조). 바이오매스 또는 도시 폐기물 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)를, 합성 메탄올 생산으로부터 유래된 퍼지 가스와 혼합하여, e/C가 5.96인 혼합 합성가스를 발생시킨다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐을 함유하는 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 제거된 발효액으로부터 에탄올이 회수된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 비료로서 토지에 적용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스 및 합성 메탄올 퍼지 가스의 혼합물로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 3
이 실시예는, 석탄으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해, 합성 암모니아 생산과 관련된 퍼지 가스의 사용을 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
합성 암모니아의 생산에는, 60 내지 70%의 H2를 함유하는 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 2 참조). 석탄 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)를, 합성 암모니아 생산으로부터 유래된 퍼지 가스와 혼합하여, e/C가 5.96인 혼합 합성가스를 발생시킨다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐을 함유하는 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 제거된 발효액으로부터 에탄올이 회수된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 비료로서 토지에 적용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 석탄으로부터 유래된 합성가스 및 합성 암모니아 퍼지 가스의 혼합물로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 4
이 실시예는, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해, 합성 암모니아 생산과 관련된 퍼지 가스의 사용을 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다. 합성 암모니아의 생산에는, 60 내지 70%의 H2를 함유하는 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 2 참조). 바이오매스 또는 도시 고체 폐기물 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)를, 합성 암모니아 생산으로부터 유래된 퍼지 가스와 혼합하여, e/C가 5.96인 혼합 합성가스를 발생시킨다. 그 다음, 이 합성가스는 6 미만의 pH 및 3일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐을 함유하는 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 비료로서 토지에 적용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스 및 합성 암모니아 퍼지 가스의 혼합물로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 5
이 실시예는, 석탄으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해, 합성 에틸렌 글리콜 생산과 관련된 퍼지 가스의 사용을 사용하는 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
합성 아세틱 에틸렌 글리콜의 생산에는 70 내지 80%의 H2를 함유하는 H2-풍부 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 7 참조). 석탄 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)는 합성 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래된 H2-풍부 퍼지 가스와 혼합되어, e/C가 5.96인 혼합 합성가스를 발생시킨다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 제거된 발효액으로부터 에탄올을 회수한다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 석탄으로부터 유래된 합성가스 및 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래된 H2-풍부 퍼지 가스의 혼합물로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 6
본 실시예는, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해 합성 에틸렌 글리콜 생산과 관련된 H2-풍부 퍼지 가스이 사용을 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
합성 아세틱 에틸렌 글리콜의 생산에는 70 내지 80%의 H2를 함유하는 H2-풍부 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 7 참조). 바이오매스 또는 도시 고체 폐기물 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)는 합성 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래된 H2-풍부 퍼지 가스와 혼합되어 e/C가 5.96인 혼합 합성가스를 발생시킨다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스 및 합성 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래된 H2-풍부 퍼지 가스의 혼합물로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 7
이 실시예는, 석탄으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해 코크 오븐 가스를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
코크 오븐 가스는 55 내지 60%의 H2를 함유한다(예를 들어, 표 9 참조). 석탄 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)는 코크 오븐 가스와 혼합되어 e/C가 5.96인 혼합 합성가스를 발생시킨다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 제거된 발효액으로부터 에탄올이 회수된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 석탄 및 코크 오븐 가스로부터 유래된 합성가스의 혼합물로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 8
이 실시예는, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해 코크 오븐 가스를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
코크 오븐 가스는 55 내지 60%의 H2를 함유한다(예를 들어, 표 9 참조). 바이오매스 또는 도시 고체 폐기물 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)를 코크 오븐 가스와 혼합되어, e/C가 5.96인 혼합 합성가스를 발생시킨다. 그 다음, 이 합성가스는 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스 및 코크 오븐 가스의 혼합물로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 9
이 실시예는, 효율적인 에탄올 생산에 적합한 합성가스를 생성하기 위해 CO2-풍부 퍼지 가스 및 고 H2 퍼지 가스의 사용을 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
석탄의 가스화에는 95 내지 99%의 CO2 %를 함유하는 "산 가스(acid gas)" 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 3 참조). 합성 메탄올의 생산에는 65 내지 80%의 H2를 함유하는 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 1 참조). 그 다음, 이 CO2-풍부 퍼지 가스는 H2-풍부 퍼지 스트림과 혼합되고, 역 물-가스 전환(reverse water gas shift)을 거쳐, e/C가 5.96인 CO-부화 가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 제거된 발효액으로부터 에탄올이 회수된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, CO2-풍부 산 가스 및 합성 메탄올 생산으로부터의 퍼지 가스로부터 유래된 혼합 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 10
이 실시예는, 효율적인 에탄올 생산에 적합한 합성가스를 생성하기 위해 CO2-풍부 퍼지 가스와 고 H2 퍼지 가스를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
석탄의 가스화에는 95 내지 99%의 CO2 %를 함유하는 "산 가스" 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 3 참조). 합성 암모니아의 생산에는 60 내지 70%의 H2를 함유하는 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 2 참조). 그 다음, CO2-풍부 산 가스는 H2-풍부 퍼지 스트림과 혼합되고, 역 물-가스 전환을 거쳐, e/C가 5.96인 CO-부화 가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 제거된 발효액으로부터 에탄올이 회수된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, CO2-풍부 산 가스 및 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스로부터 유래된 혼합 역 물-가스 전환 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 11
이 실시예는, 효율적인 에탄올 생산에 적합한 합성가스를 생성하기 위해 CO2-풍부 퍼지 가스 및 고 H2 퍼지 가스를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
석탄의 가스화에는 98.8%의 CO2 %를 함유하는 "산 가스" 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 3 참조). 코크 오븐 가스는 55 내지 60%의 H2를 함유한다(예를 들어, 표 9 참조). 그 다음, CO2-풍부 산 가스는 H2-풍부 코크 오븐 가스와 혼합되고, 역 물-가스 전환을 거쳐, e/C가 5.96인 CO-부화 가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 제거된 발효액으로부터 에탄올이 회수된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, CO2-풍부 산 가스 및 코크 오븐 가스로부터 유래된 혼합 역 물-가스 전환 합성가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 12
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 CO-풍부 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
칼슘 카바이드 퍼니스 퍼지 가스는 75 내지 85%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 8 참조). 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 13
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 역 물-가스 전환된 CO-풍부 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
칼슘 카바이드 퍼니스 퍼지 가스는 75 내지 85%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 8 참조). 이 합성가스는 스팀과 혼합되고 물-가스 전환을 거쳐, e/C가 5.96인 합성가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해, 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스는, 효율적으로 에탄올로 전환되는 합성가스로, 물-가스 전환을 통해 전환된다.
실시예 14
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 CO-풍부 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스 및 재생가능 H2를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
칼슘 카바이드 퍼니스 퍼지 가스는 75 내지 85%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 8 참조). 이 가스는, 친환경 에너지를 사용하는 전기분해로부터 유래된 재생가능한 H2와 혼합되어, e/C가 5.96인 합성가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 칼슘 카바이드 퍼니스 테일 가스 및 재생가능 H2의 혼합으로부터 유래된 합성가스는 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 15
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 합성 아세트산 생산으로부터 유래된 CO-풍부 퍼지 가스를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
합성 아세트산의 생산과 관련된 고압 퍼지 가스는 70 내지 80%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 4 참조). 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 합성 아세트산 생산으로부터 유래된 퍼지 가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 16
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 아세트산 합성으로부터 유래된 역 물-가스 전환 CO-풍부 퍼지 가스의 사용을 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
아세트산의 합성 생산으로부터 유래된 고압 퍼지 가스는 70 내지 80%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 4 참조). 이 합성가스는 스팀과 혼합되고, 물-가스 전환을 거쳐, e/C가 5.96인 합성가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 합성 아세트산 퍼지 가스는, 효율적으로 에탄올로 전환되는 합성가스로, 물-가스 전환을 통해 전환된다.
실시예 17
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 합성 아세트산 생산으로부터 유래된 퍼지 가스 및 재생가능 H2를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
칼슘 카바이드 퍼니스 퍼지 가스는 70 내지 80%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 8 참조). 이 가스는, 친환경 에너지를 사용하는 전기분해로부터 유래된 재생가능 H2와 혼합되어, e/C가 5.96인 합성가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 에탄올은 증류를 통해 반응기로부터 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 아세트산 합성으로부터의 칼슘 퍼지 가스와 재생가능 H2의 혼합으로부터 유래된 합성가스는 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 18
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 합성 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래된 CO-풍부 퍼지 가스를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
합성 에틸렌 글리콜 생산과 관련된 퍼지 가스는 65 내지 75%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 6 참조). 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 합성 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래된 퍼지 가스는 발효를 통해 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 19
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 아세트산 합성으로부터 유래된 역 물-가스 전환 CO-풍부 퍼지 가스의 사용을 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
에틸렌 글리콜의 합성 생산으로부터 유래된 퍼지 가스는 65 내지 75%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 6 참조). 이 합성가스는 스팀과 혼합되고, 물-가스 전환을 거쳐, e/C가 5.96인 합성가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 합성 에틸렌 글리콜 퍼지 가스는, 에탄올로 효율적으로 전환되는 합성가스로, 물-가스 전환을 통해 전환된다.
실시예 20
이 실시예는, 에탄올 생산을 위해 합성 에틸렌 글리콜 생산으로부터 유래된 퍼지 가스 및 재생가능 H2를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
에틸렌 글리콜 생산으로부터의 퍼지 가스는 65 내지 75%의 CO를 함유한다(예를 들어, 표 6 참조). 이 가스는, 친환경 에너지를 사용하는 전기분해로부터 유래된 재생가능 H2와 혼합되어, e/C가 5.96인 합성가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 에틸렌 글리콜 합성으로부터의 퍼지 가스와 재생가능 H2의 혼합으로부터 유래된 합성가스는 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 21
이 실시예는, 석탄으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해 재생가능 H2를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
석탄 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)는, 친환경 에너지를 사용하는 전기분해로부터 유래된 재생가능 H2와 혼합되어, e/C가 5.96인 합성가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 석탄 유래 합성가스와 재생가능 H2의 혼합으로부터 유래된 합성가스는 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 22
이 실시예는, 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키기 위해 재생가능 H2를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
바이오매스 또는 도시 폐기물 가스화로부터의 합성가스(H2:CO:CO2:CH4, 각각 37:38:21:4%)는, 친환경 에너지를 사용하는 전기분해로부터 유래된 재생가능 H2와 혼합되어, e/C가 5.96인 합성가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
그 결과가 실증하는 바와 같이, 재생가능 H2는 재생가능 원천으로부터 유래된 합성가스의 수소 함량을 부화시키는 데 사용되며, 이 합성가스는 에탄올로 효율적으로 전환된다.
실시예 23
이 실시예는, 효율적인 에탄올 생산에 적합한 합성가스를 생산하기 위해 석탄 가스화로부터 유래된 CO2-풍부 퍼지 가스와 재생가능 H2를 사용하기 위한 공정들을 실증하는 실험예 및 비교예 실험들을 제시한다.
석탄의 가스화에는 98.8%의 CO2 %를 함유하는 "산 가스" 퍼지 가스가 수반된다(예를 들어, 표 3 참조). 이 CO2-풍부 퍼지 가스는, 재생 에너지를 사용한 가수분해로부터 유래된 H2와 혼합되고, 역 물-가스 전환을 거쳐, e/C가 5.96인 CO-부화 가스를 생성한다. 그 다음, 이 합성가스는, 6 미만의 pH 및 3 일 이하의 수력학적 체류 시간(HRT)에서 작동되는 일산화탄소영양 호모아세토겐 함유 생물반응기에서의 정상 상태 연속 발효에 공급된다. 그 다음, 증류를 통해 반응기로부터 에탄올이 제거된다.
제거된 발효액 및 세포는 폐수 처리로 보내지거나, 또는 생물고형물은 제거되고 발효액은 반응기로 회송된다. 회수된 생물고형물은 폐수 처리 또는 매립지 투입을 통해 폐기된다. 대안적으로, 생물고형물은 농축 및 건조되어 동물 사료로서 사용되거나, 또는 토지에 비료로서 사용된다.
이 결과가 실증하는 바와 같이, 석탄 가스화와 관련된 CO2-풍부 퍼지 가스 및 재생가능 H2는 역 물-가스 전환을 거쳐, 에탄올로 효율적으로 전환되는 합성가스를 생성할 수 있다.
본 명세서에 인용된 간행물, 특허출원 및 특허를 포함한 모든 참고문헌은, 마치 각각의 참고문헌이 인용에 의해 통합되도록 개별적으로 및 명시적으로 지시되고 그 전체가 본 명세서에 기술된 것과 동일한 정도로, 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
본 발명을 설명하는 맥락에서(특히 다음 청구범위의 맥락에서) 단수 용어 및 "적어도 하나" 및 유사한 지시어의 사용은, 본 명세서에서 달리 표시되거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는 한, 단수 및 복수 둘 다를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 항목들의 목록이 뒤따르는 "적어도 하나의"라는 용어의 사용(예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나")은, 본 명세서에서 달리 표시되거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는 한, 나열된 항목들로부터 선택된 하나의 항목(A 또는 B)을 의미하거나, 또는 또는 나열된 항목들 중 어느 둘 이상의 조합(A 및 B)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. "포함하는(comprising)", "갖는(having)", "포함하는(including)" 및 "함유하는(containing)"이라는 용어는, 달리 표시되지 않는 한, 비제한적 용어(open-ended terms)(즉, "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미함)인 것으로 해석된다. 본 명세서에서 값들의 범위들을 언급하는 것은, 본 명세서에서 다르게 표시되지 않는 한, 그 범위 내에 속하는 각각의 개별 값들을 개별적으로 언급하는 간략한 방법일 뿐이며, 각각의 개별 값은 본 명세서에 개별적으로 언급된 것처럼 본 명세서에 포함된다. 본 명세서에 기술된 모든 방법들은, 본 명세서에 달리 표시되거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에 제공된 임의의 그리고 모든 예들 또는 예시적인 표현(예를 들어, "와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이며, 달리 청구되지 않는 한, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 명세서의 어떤 표현도, 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자에게 알려진 최상의 모드를 포함하는 본 발명의 바람직한 구현예들이 본 명세서에서 설명되었다. 이러한 바람직한 구현예들의 변형예들은 앞에서 설명된 설명을 읽음으로써 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자들은 당해 기술분야의 통상의 기술자가 그러한 변형을 적절하게 사용할 것으로 기대하고, 본 발명자들은 본 발명이 본 명세서에 특히 설명된 것과 다르게 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은, 해당 법률이 허용하는 바에 따라, 본 명세서에 첨부된 청구범위에 인용된 주제의 모든 변형 및 균등물을 포함한다. 더욱이, 위에서 설명된 요소들의 모든 가능한 변형들의 임의의 조합은, 본 명세서에 달리 명시되거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는 한, 본 발명에 포함된다.
Claims (36)
- 산소화 생성물(oxygenated product)을 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법:
a. CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스(syngas)를 제공하는 단계;
b. 상기 합성가스의 H2 함량을 부화(enriching)시켜 H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; 및
c. 액체 매질에서 상기 H2-부화 합성가스를 아세트산생성 일산화탄소영양 박테리아(acetogenic carboxydotrophic bacteria)로 발효시켜, 상기 산소화 생성물을 함유하는 발효액(broth)을 생성하는 단계. - 산소화 생성물을 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법:
a. CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계;
b. 상기 합성가스의 H2 함량을 부화시켜, 적어도 약 50 vol%의 H2를, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를, 갖는 H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; 및
c. 액체 매질에서 상기 H2-부화 합성가스를 박테리아로 발효시켜, 상기 산소화 생성물을 함유하는 발효액을 생성하는 단계. - 산소화 생성물을 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법:
a. CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계;
b. 상기 합성가스의 H2 함량을 부화시켜, 적어도 약 5.7의, 예를 들어 약 5.7 내지 약 8.0의, e/C를 갖는 H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; 및
c. 액체 매질에서 상기 H2-부화 합성가스를 박테리아로 발효시켜, 상기 산소화 생성물을 함유하는 발효액을 생성하는 단계. - 산소화 생성물을 재생가능하게(renewably) 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법:
a. CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계;
b. 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 H2-부화 합성가스를 형성하는 단계; 및
c. 액체 매질에서 상기 H2-부화 합성가스를 박테리아로 발효시켜, 상기 산소화 생성물을 함유하는 발효액을 생성하는 단계. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 약 5 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를, 또는 약 50 vol% 내지 약 80 vol%의 H2를, 함유하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 약 3 vol% 내지 약 85 vol%의 CO를, 예를 들어 약 10 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를, 함유하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 약 0 vol% 내지 약 45 vol%의 CO2를, 예를 들어 약 3 vol% 내지 약 25 vol%의 CO2를, 함유하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는, 적어도 약 50 vol%의 H2를, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를, 함유하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는, 약 3 vol% 내지 약 50 vol%의 CO를, 예를 들어 약 25 vol% 내지 약 35 vol%의 CO를, 함유하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는, 약 0 vol% 내지 약 15 vol%의 CO2를, 예를 들어 약 3 vol% 내지 약 5 vol%의 CO2를, 함유하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는, 적어도 약 2.0의, 예를 들어, 약 2.0 내지 약 8 또는 약 2.0 내지 약 6.0의, e/C를 갖는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 H2-부화 합성가스는, 약 6 이하의, 예를 들어 약 5.7 내지 약 6.0의, e/C를 갖는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소화 생성물은 에탄올인, 방법.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소화 생성물은, 아세트산, 부티레이트, 부탄올, 프로피오네이트, 프로판올, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합인, 방법.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 분별 증류, 증발, 투과증발(pervaporation), 가스 스트리핑(gas stripping), 상 분리, 및 예를 들어, 액체-액체 추출을 포함하는 추출 발효(extractive fermentation), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합에 의해, 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박테리아는 아세트산생성 일산화탄소영양생물(acetogenic carboxydotroph)인, 방법.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박테리아는, 클로스트리디움(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코커스(Pyrococcus), 유박테리움(Eubacterium), 데술포박테리움(Desulfobacterium), 카르복스도테르무스(Carboxvdothermus), 아세토게니움(acetogenium), 아세토박테리움(acetobacterium), 아세토아나에로비움(acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부화는 상기 합성가스를 H2-풍부 테일 가스(H2-rich tail gas)와 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 H2-풍부 테일 가스는, 적어도 약 50 vol%의 H2를, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2를, 함유하고, 또한 상기 H2-풍부 테일 가스는, 석탄으로부터의 메탄올 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 암모니아 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 아세트산 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 에틸렌 글리콜 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 합성 천연 가스 생산으로부터의 퍼지 가스, 석탄으로부터의 액체 생산으로부터의 퍼지 가스, 코크 오븐 가스(coke oven gas), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합과 같은, 석탄 유래 화학물질 생산 공정으로부터의 퍼지 가스로부터 유래되는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 15 vol%의 CO2를 함유하고, 상기 부화는, H2-풍부 산업 테일 가스(H2-rich industrial tail gas)를 상기 합성가스에 첨가하여 역 물 가스 전환 반응(reverse water gas shift reaction)을 일으켜서 CO2를 CO로 전환시키고, 선택적으로(optionally) 과량의 H2를 첨가하여 H2의 양을 적어도 약 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 석탄 유래 합성가스인, 방법.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 8.0의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 22 항에 있어서, H2의 상기 재생가능 원천은 재생가능한 수소를 생산하기 위한 전기분해를 실행하기 위한 전기를 발생시키는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스 내의 H2의 농도는 황화수소의 제거 없이 부화되는, 방법.
- 제 4 항, 및 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, H2의 상기 재생가능 원천은 도시 폐기물로부터 형성되는, 방법.
- 제 4 항, 제 21 항, 제 22 항, 및 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 물 가스 전환 반응을 배제하는, 방법.
- 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발효 및 전기분해 단계들은 동일 지역화(co-localized)되는, 방법.
- 동물 사료를 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법:
a. CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계;
b. 상기 합성가스의 H2 함량을 부화시켜, 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2 까지의, 예를 들어 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol% 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2 까지의, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7의, 예를 들어 약 5.7 내지 약 8의, e/C 까지의, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계;
c. 액체 매질에서, 상기 H2-부화 합성가스를, 아세트산 생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은, 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 상기 발효액 내에 산소화 생성물 및 고체 부생성물을 생성하는 단계;
d. 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 제거하여, 산소화 생성물-고갈 발효액(oxygenated product-depleted broth)을 생성하는 단계; 및
e. 상기 발효액 및/또는 상기 산소화 생성물-고갈 발효액으로부터 상기 고체 부생성물을 제거하여, 케이크(cake) 및 정화된 스트림 여과물(clarified stream filtrate)을 생성하는 단계로서, 상기 케이크는 동물 사료로서 사용하기에 효과적인, 단계. - 비료를 제조하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법:
a. CO, CO2 및 H2 성분들 중 적어도 둘을 포함하는 합성가스를 제공하는 단계;
b. 상기 합성가스의 H2 함량을 부화시켜, 예를 들어, (i) 적어도 약 50 vol%의 H2 까지의, 예를 들어 약 50 vol% 내지 약 85 vol%, 약 50 vol% 내지 약 70 vol% 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2 까지의, 및/또는 (ii) 적어도 약 5.7의, 예를 들어 약 5.7 내지 약 8의, e/C 까지의, H2-부화 합성가스를 형성하는 단계;
c. 액체 매질에서, 상기 H2-부화 합성가스를, 아세트산 생성 일산화탄소영양 박테리아와 같은, 박테리아로 발효시켜, 생물반응기에서 발효액을 형성하여, 상기 발효액 내에 산소화 생성물 및 고체 부생성물을 생성하는 단계; 및
d. 상기 발효액으로부터 상기 산소화 생성물을 제거하여, 산소화 생성물-고갈 발효액을 생성하는 단계; 및 상기 발효액 및/또는 상기 산소화 생성물-고갈 발효액으로부터 상기 고체 부생성물을 제거하여, 케이크 및 정화된 스트림 여과물을 생성하는 단계로서, 상기 케이크는 비료로서 사용하기에 효과적인, 단계. - 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 케이크를 건조하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 e/C를 약 5.7 내지 약 8의 값까지 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 적어도 약 35 vol%의 CO를 함유하고, 상기 부화는, 재생가능 원천으로부터의 H2를 상기 합성가스에 첨가하여 상기 H2의 양을 적어도 50 vol%의 H2까지, 예를 들어, 약 50 vol% 내지 약 70 vol%, 또는 약 60 vol% 내지 약 70 vol%의 H2까지, 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 31 항 또는 제 32 항에 있어서, 상기 H2의 상기 재생가능 원천은 태양 에너지, 풍력, 또는 이들의 조합인, 방법.
- 제 28 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성가스는 석탄 유래인, 방법.
- 제 29 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비료는, 단백질, 지방, 탄수화물, 및/또는 미네랄을, 예를 들어, 약 30 wt% 내지 약 90 wt%의 단백질, 약 1 wt% 내지 약 12 wt%의 지방, 약 5 wt% 내지 약 60 wt%의 탄수화물(예를 들어, 약 15 wt% 내지 약 60 wt%, 또는 약 5 wt% 내지 약 15 wt%), 및/또는, 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 소듐, 포타슘, 구리, 등과 같은 미네랄을, 예를 들어, 약 86%의 단백질, 약 2%의 지방, 약 2%의 미네랄, 및/또는 약 10%의 탄수화물을, 함유하는, 방법.
- 제 28 항, 및 제 30 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동물 사료는, 단백질, 지방, 탄수화물, 및/또는 미네랄을, 예를 들어, 약 30 wt% 내지 약 90 wt%의 단백질, 약 1 wt% 내지 약 12 wt%의 지방, 약 5 wt% 내지 약 60 wt%의 탄수화물(예를 들어, 약 15 wt% 내지 약 60 wt%, 또는 약 5 wt% 내지 약 15 wt%), 및/또는, 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 소듐, 포타슘, 구리, 등과 같은 미네랄을, 예를 들어, 약 86%의 단백질, 약 2%의 지방, 약 2%의 미네랄, 및/또는 약 10%의 탄수화물을, 함유하는, 방법.
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