Lanzatech-微生物发酵

1、Lanzatech-微生物发酵1，LanzaTech成立于2005年初，致力于开发能将钢铁行业废气转换为成本最低的燃料乙醇的专有技术，并将其商业化。LanzaTech已经将其工艺开发计划的范围拓展至包括其他工业废气和气化产生的合成气。如今该公司拥有一个强大的国际技术团队以及不断快速发展的专利组合，并且在将其工艺从试点转向商业规模方面正取得快速进展。新西兰LanzaTech公司于2010年8月24日宣布，通过采用该公司的气体发酵方法从废气生产出2、3-丁二醇(2,3-BD)，2,3-BD是用于制取聚合物、塑料和烃类燃料的关键构筑模快。LanzaTech公司CEODr.JenniferHolmgr

2、en表示，该公司是第一次验证这一平台化学品可通过气体发酵来生产，2,3-BD可从工业排放的废气源来生产。LanzaTech的微生物气体发酵工艺可潜在减少通过石油和重要食品资源生产化学品。传统的聚合物和塑料生产方法要求一般通过石油裂化或者食糖发酵来制作化学基础材料。但是，LanzaTech的工艺使用非食物、低价值气体原料，包括钢铁厂、炼油厂和煤炭厂等产生的工业废气、垃圾产生的合成气以及重整天然气。该工艺可以通过出售高价值产品提供巨大的经济回报，同时限制工业温室气体排放。”这种以生物制造为特征的先进生产方式是国际上物质加工方式的重要发展方向， 是从源头上解决资源短缺与环境污染问题的新型工业发展模式

3、， 对缓解目前的资源 能源及环境危机，推进节能减排， 提高制造业的可持续发展能力具有重要作用。 2， 微生物发酵利用CO作为能源和碳源代谢生成燃料和化学品二十年前已有研究。能够利用CO代谢的细菌于1903年发现找到。其中产乙酸菌Acetogenic bacteria研究较多，它可以通过乙酰辅酶A把以CO或CO2+H2，代谢合成乙醇、乙酸，和其他产物。 原理：首先CO在水汽转移生物反应中通过CO-脱氢酶被氧化为CO2。最后合成的能量被作为铁氧化还原蛋白捕获。Additional reducing equivalents （还原当量）can also be created from hydroge

4、n via a hydrogenase（氢化酶）。然后CO2与甲基结合，通过具有双功能酶的CO-脱氢酶或乙酰辅酶A合成酶与另一个CO分子结合生成乙酰辅酶A。微生物发酵利用CO、CO2和H2产生有机酸和醇主要通过乙酰辅酶A途径完成的，也就是Wood-Ljungdahl途径，以纪念Harland G. Wood 和Lars G. Ljungdahl两位科学家在阐明该途径上所做的贡献该途径包含两个分支： 甲基分支和羰基分支， 由这两个分支得到的甲基和羰基在酶的催化下与辅酶 结合，生成重要的中间产物乙酰辅酶 ， 再由乙酰辅酶 进一步转化为有机酸和醇。乙酰辅酶 可直接转化为乙酸和乙醇， 丁酸和丁醇则产生

5、自丁酰辅酶 。从合成气（CO、CO2和H2）到有机酸和醇，反应过程中CO-脱氢酶是一个非常关键的酶，它是一个双功能酶，既能催化CO氧化成CO2的可逆反应，又能催化甲基、CO和辅酶A生成乙酰辅酶。 微生物发酵过程中虽然CO作为微生物生长和生成代谢产物的唯一碳源和能量，但是同样也需要其他营养元素。比较有名的硫磺，铁，镍和锌盐等，对于涉及CO固化和乙醇或乙酸综合体的金属酶是必不可少的。其他如铜、钨，钼、锰被认为是对细菌有益的金属离子，仅需痕量就可。对于有些产乙酸菌因缺少某些维生素B也被发现为营养缺陷型，最佳试验条件可以成功改善乙醇产量。特别是一定的磷酸盐，钴和一定量的维生素B，最佳镍浓度都可以增加乙

6、醇生产，减少副产品乙酸生成。众所周知PH值也是影响微生物发酵代谢产物的因素之一。3，合成气发酵是一个多相的反应过程， 包括气体底物、 培养液和微生物细胞等气、 液、 固三相。由于CO和 2在水中的溶解度低，因此在发酵反应中应获得较高的体积传质速率KLa。不同的发酵反应器可以通过传质能力提供可靠的参数来提高KLa。对传质节能的高要求促进了生物反应器系统的创新，比如，微泡生成器，固定化中空纤维膜等。和提高传质效率一样，要实现工艺工程的经济化：1，气体预处理最小化，保证气体可以溶解以供微生物消耗，而且是在大型反应池中，而不仅仅是在示范厂的小型反应池中。2，废水回用3，减少代谢产物分离提取成本（开发有

7、效的，成本较低的分离纯化技术）。4，生物反应器传质的混合性和均质性也需要考虑LanzaTech为利用粮食资源生产乙醇的技术提供一种具有战略意义的重要替代技术，并通过综合利用钢厂尾气降低碳排放，既响应中国新能源政策，又符合节能减排的国家战略。4，总部在伊利诺斯州莱尔市（Lisle）的Ineos Bio（英力士生物）公司， 和总部设在沃沦维尔（Warrenville）的Coskata（克斯卡塔）和LanzaTech公司,都使用细菌制造燃料或化学物质，而且都是从一氧化碳和氢的混合物来制造。Coskata公司一个倍受瞩目的合成气制高级醇工艺是正由美国Coskata公司开发，Coskata公司的主要支持

8、者有两个，一个是通用汽车公司，另一个是硅晶片大企业家Vinod Khosia，在美国引起了业界裉大的关注。Coskata工艺并不是一个纯合成气制乙醇化学工艺，事实上它是一个复合工艺，在前端采用气化工艺，在后端采用有机微生物将合成气转化为乙醇。气化工艺允许使用不同的原料。Coskata公司将该工艺的目标定位于处理市政垃圾、农森废料，甚至蔗糖加工废料。公司希望能够以50美元/公吨的价格采购原料，生产出100加仑乙醇。该公司宣称，其有机微生物对乙醇的针对选择性远远高于任何化学催化系统，也不需要对合成气进行变换以达到期望的碳氢比。Coskata公司还宣称，他们的有机微生物具有极强的耐硫等毒害物的能力，

9、因此，合成气只需稍稍清洗一下就行了。作为微生物工艺，一般都工作在较低的温度下，所以就节省了工艺加热所需的燃料费用。反应产物出合成工序后用一个膜分离装置将乙醇分离出，其它的液体返回反应器。 直到目前，该工艺仍然只停留在实验室阶段，然而，2009年10月，在宾州Madison建立了一套中试装置。该装置每年可生产40000加仑(115t)乙醇，投资约2500万美元。Coskata公司计划到2012年将其产能扩大至15-30万t/a，项目投资约3-4亿美元，目前正在与各个合作方协商之中。Ineos公司是世界上最大的化学公司之一，Ineos去年6月专门建立了一个INEOS Bio部以对生物质制乙醇工艺进

10、行工业化研发。和Coskata公司一样，INEOS Bio的工艺也是一个气化与生物合成的复合装置，但与Coskata公司不一样的是，INEOSBio工艺采用常规的高温吹氧气化装置，生成的合成气经热交换器冷却后进人生物反应器，用发酵工艺选择性地生产乙醇，回收的热量用于发电或该工艺的其它工序。INEOS公司期望其工业化装置能在2011年运行，项目地点在伊利诺斯州的Schneider，投资约2.85亿美元，每天处理1万t垃圾，年产乙醇51.5万t。LanzaTech（兰扎技术）公司是极少数美国以外的开发乙醇工艺的公司，该公司位于新西兰，其目标是将钢铁厂含CO的废气经发酵工艺生产乙醇，该公司已经在奥克

11、兰附近建立了一个中试工厂。它使用特定生物，它天生就可以用一氧化碳生产乙醇。该公司对这种生物进行了改良，从而以“商业利率”生产燃料，这种微生物也可以靠一氧化碳和氢的混合气体生存，这种混合气体称为合成气，LanzaTech公司最近也宣布，它也改造了一种微生物，可以生产2、3-丁二醇（butanediol），这是一种化学前体，可用于制备甲基乙基酮（MEK：methyl ethyl ketone）溶剂，这种溶剂可用于写字板马克笔和生产塑料和纺织品。这同一种化学物质可以产生丁烷（butanes）和丁二烯（butadiene），它们随后可以用来制造各种塑料和碳氢燃料。5, 新西兰LanzaTech公司于2

12、010年11月17日宣布，与美国西北太平洋国家实验室（PNNL）签约合作研发合同，将采用LanzaTech公司合成气衍生的2,3-丁二醇(2,3-BDO)，作为喷气燃料的替代。该项目将得到美国能源部和LanzaTech公司给予投资的支持。新西兰LanzaTech已经与全球最大的钢铁生产商之一韩国浦项制铁公司（Posco）签署了谅解备忘录，涉及利用LanzaTech的气体发酵技术来将浦项制铁公司的烟气转化为乙醇和其他增值产品。浦项制铁公司是韩国一家企业集团，涉足于钢铁、电力、能源、工程和建筑领域，2010年粗钢产量为3370万吨。2010年6月新西兰清洁技术公司LanzaTech与中国最具竞争力的钢铁联合企业宝钢以