KR20230148369A - 바이오공정에 피드 배지를 첨가하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20230148369A
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페트리 테르바스매키
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솔라 푸즈 오와이
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Abstract

바이오공정에 피드 배지를 첨가하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 CO2가 풍부한 기체 흐름을 수용하는 단계; CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 그로부터 불순물을 제거하는 단계; 이산화탄소를 흡수하기 위한 수성 혼합물을 준비하는 단계로서, 상기 수성 혼합물은 수성 혼합물의 0.1 - 50 wt% 범위로 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함하며, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 미생물을 위한 질소 공급원인 단계; 수성 혼합물로의, CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소를 흡수하는 단계로서, 흡수된 이산화탄소와 수성 혼합물이 피드 배지를 형성하는 단계; 및 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 단계를 포함한다.

Description

바이오공정에 피드 배지를 첨가하는 방법 및 시스템
본 개시 내용은 일반적으로 이산화탄소 포집 공정; 보다 구체적으로는 바이오공정에 피드 배지를 첨가하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
이산화탄소(CO2)는 열을 흡수하고 방출하여 지구 온난화를 일으키는 온실가스이다. 지구 평균 대기 CO2 수준은 경고하는 방식으로 우려를 불러일으켰다. 대기 중 CO2 수준은 화산 폭발 등의 자연적 과정, 석탄, 석유 등의 화석 연료 연소, 및 다양한 산업 활동의 결과로서 염화불화탄소 등의 CO2 배출로 인해 증가하고 있다. 이에 대해 전 세계의 정부 기관에서는 대기 중 CO2 저감량의 방출을 하도록 산업계에 제한하고 이를 위한 CO2 재활용(recycling)을 장려하고 있다.
일반적으로 CO2 재활용에는 예를 들어 산업 부수 흐름(예: 연도 기체)과 같은 하나의 공정에서 배출되는 이산화탄소를 포집하고, 별도의 CO2 포집 공정을 갖추고 기체 CO2를 바이오 공정과 같은 다른 공정에 첨가하는 것을 포함한다. 구체적으로, 바이오공정(예: 미생물 배양)에 탄소원으로서 CO2를 추가하려면 수상 성장 배지를 함유하는 바이오반응기에 투입물로서 기체상 CO2의 양이 상대적으로 많이 필요하다.
더욱이 기존의 CO2 재활용 기술은 에너지 요구 사항과 전용 장비를 사용하는 여러 공정 단계 측면에서 복잡성을 초래한다. 예를 들어, 산업 측면 흐름에서 CO2를 포집하려면 에너지가 필요하며, 압축, 감압, 흡수, 탈착, 및 바이오공정에 공급하기 위한 정제된 CO2 기체 재생과 같은 여러 공정 단계가 필요하다. 더욱이, 용매 액체(가장 일반적으로 물, 아민, 염 용액, 암모니아수)쪽으로, CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 CO2를 흡수하고 정제된 기체로서 CO2를 탈착하는 것 외에도 통합 공정에는 바이오공정에 통합되는 동안의 성장 배지(즉, 바이오공정 공급물)로 혼합하는 추가적인 단계가 더 필요하다. 따라서 상기 통합 공정을 에너지 비효율적이고 시간 소모적으로 만든다.
그러므로, 앞선 논의에 비추어 볼 때, 외부 공정으로부터의 CO2를 바이오공정에 통합하는 기존의 기술과 관련된 단점을 극복할 필요가 있다.
요약
본 개시내용은 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 방법을 제공하고자 한다. 본 개시내용은 또한 바이오공정에 피드 배지를 첨가하기 위한 시스템을 제공하고자 한다. 본 발명은 이산화탄소(CO2) 포집 공정 및 이를 바이오공정에 통합하는 기존 문제에 대한 해결책을 제공하고자 한다. 본 개시내용의 목적은 선행 기술에서 직면한 문제를 적어도 부분적으로 극복하는 해결책을 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 개시내용의 구체예는 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 방법을 제공하며, 이 방법은 다음을 포함한다:
(a) CO2가 풍부한 기체 흐름을 수용하는 단계;
(b) CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 그로부터 불순물을 제거하는 단계;
(c) 이산화탄소를 흡수하기 위한 수성 혼합물을 제조하는 단계로서, 상기 수성 혼합물은 수성 혼합물의 0.1 - 50 wt% 범위로 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함하며, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 미생물을 위한 질소 공급원이고, 수성 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 상기 혼합물로 이산화탄소를 흡수하는 단계로서, 상기 수성 혼합물이 흡수된 이산화탄소와 함께 피드 배지를 형성하는 것인 단계; 및
(d) 상기 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 단계.
또 다른 측면에서, 본 개시내용의 구체예는 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 시스템을 제공하며, 이 시스템은 다음을 포함한다:
- CO2가 풍부한 기체 흐름을 제공하기 위한 제1 유입구;
- CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 그로부터 불순물을 제거하는 예비-필터;
- CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소를 흡수하기 위한 흡수 챔버, 및 피드 배지를 형성하기 위해 이산화탄소를 흡수하는 수성 혼합물을 수용하기 위한 제2 유입구로서, 상기 수성 혼합물은 수성 혼합물의 0.1 - 50 wt% 범위의 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함하며, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 미생물을 위한 질소 공급원인 제2 유입구;
- 상기 피드 배지를 바이오공정에 첨가하기 위한 제3 유입구; 및
- 상기 바이오공정을 촉진하기 위한 바이오반응기.
본 개시내용의 구체예는 선행 기술에서 앞서 언급한 문제를 실질적으로 제거하거나 적어도 부분적으로 해결하고, 외부 공급원으로부터 CO2를 포집하고 이를 바이오공정 공급물과 함께 용해시키는 효율적인 방법을 제공한다. 유익하게도, 개시된 방법은 다중 공정 단계(예를 들어 CO2 흡수 단계, CO2 탈착 단계, 기체 CO2 저장 및 CO2 용해)를 제거하여 전체 공정을 위해 장비가 덜 필요하도록 한다.
본 개시내용의 추가적인 측면, 장점, 특징 및 목적은 도면 및 이어지는 첨부된 청구범위와 함께 해석되는 예시적인 구체예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 개시내용의 특징은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 다양한 조합으로 조합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
예시적인 구체예에 대한 다음의 상세한 설명뿐만 아니라 위의 요약은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 더 잘 이해된다. 본 개시내용을 예시할 목적으로, 본 개시내용의 예시적인 구성이 도면에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 특정 방법 및 수단에 제한되지 않는다. 더욱이, 통상의 기술자는 도면이 실제 비율로 그려져 있지 않다는 것을 이해할 것입니다. 가능하다면 유사한 요소는 동일한 번호로 표시되었다.
본 개시내용의 구체예는 이제 단지 예시로서 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 본 개시내용의 구체예에 따라, 바이오공정에 피드 배지를 첨가하는 방법의 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다양한 구체예에 따라, 바이오공정에 피드 배지를 첨가하기 위한 시스템의 개략도이다.
첨부된 도면에서 밑줄 친 숫자는 밑줄 친 숫자가 위치하는 항목 또는 밑줄 그 숫자가 인접한 항목을 나타내기 위해 채용되었다. 밑줄이 없는 숫자는 밑줄이 없는 숫자를 항목에 연결하는 선으로 식별되는 항목과 관련된다. 숫자에 밑줄이 없고 관련 화살표가 있는 경우 밑줄이 없는 숫자는 화살표가 가리키는 일반 항목을 식별하는 데 사용된다.
다음의 상세한 설명은 본 발명의 구체예 및 이들이 구현될 수 있는 방식을 예시한다. 본 개시내용을 수행하는 일부 모드가 개시되었지만, 통상의 기술자는 본 개시내용을 수행하거나 실시하기 위한 다른 구체예도 가능하다는 것을 인식할 것이다.
일 측면에서, 본 개시내용의 구체예는 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 방법을 제공하며, 이 방법은 다음을 포함한다:
(a) CO2가 풍부한 기체 흐름을 수용하는 단계;
(b) CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 그로부터 불순물을 제거하는 단계;
(c) 이산화탄소를 흡수하기 위한 수성 혼합물을 제조하는 단계로서, 상기 수성 혼합물은 수성 혼합물의 0.1 - 50 wt% 범위로 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함하며, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 미생물을 위한 질소 공급원이고, 상기 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 상기 수성 혼합물로 이산화탄소를 흡수하는 단계로서, 상기 수성 혼합물이 흡수된 이산화탄소와 함께 피드 배지를 형성하는 단계; 및
(d) 상기 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 단계.
또 다른 측면에서, 본 개시내용의 구체예는 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 시스템을 제공하며, 이 시스템은 다음을 포함한다:
- CO2가 풍부한 기체 흐름을 제공하기 위한 제1 유입구;
- CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 그로부터 불순물을 제거하는 예비-필터;
- CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소를 흡수하기 위한 흡수 챔버, 및 피드 배지를 형성하기 위해 이산화탄소를 흡수하는 수성 혼합물을 수용하기 위한 제2 유입구로서, 상기 수성 혼합물은 수성 혼합물의 0.1 - 50 wt% 범위의 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함하며, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 미생물을 위한 질소 공급원인 제2 유입구;
- 상기 피드 배지를 바이오공정에 첨가하기 위한 제3 유입구; 및
- 상기 바이오공정을 촉진하기 위한 바이오반응기.
본 개시내용은 바이오공정에 피드 배지를 첨가하기 위한 전술한 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 방법은 외부 공급원으로부터의 공급물 흐름을 투입물로서 활용하여 그로부터 CO2 기체를 흡수하고 흡수된 CO2 기체를 바이오공정 공급물의 일부로서 공급한다. 유익하게도, CO2 포집 공정과 바이오공정의 이러한 통합은 CO2 기체를 바이오공정에 공급하기 전에 CO2 포집 공정에서 기체 압축 및 용해에 필요한 에너지와 비용을 절약한다. 또한, 유익하게도, 중간 단계 수가 적어지면 전용 장비 수가 줄어들어 CO2 기체 뿐만 아니라 바이오공정의 최종 제품을 쉽고 안전하게 처리할 수 있다.
본 개시내용은 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 명세서에서, "바이오공정"라는 용어는 살아있는 세포 또는 그 성분(예를 들어, 미생물, 효소 등)을 사용하여 바이오공정로부터 의도된 생성물을 얻는 공정을 의미한다. 상기 바이오공정에는 세포 배양, 미생물 성장, 생체분자 생산 등이 포함될 수 있다. 상기 시스템은 바이오공정을 촉진하기 위한 바이오반응기를 포함한다. 본 명세서에서, "바이오반응기"라는 용어는 내부의 바이오공정을 지원하고 촉진하기 위한 용기를 의미한다. 또한, 바이오반응기의 부피는 용도에 따라 선택된다. 바이오반응기는 바이오반응기의 내용물에 불활성인 재료로 제조될 수 있다. 일 예에서, 제조에 사용되는 재료는 스테인리스강(예: 304, 316 또는 316L 유형), 기타 적합한 금속 또는 합금, 유리 재료, 섬유, 세라믹, 플라스틱 재료 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 더욱이, 제조 재료는 일반적으로 방수성이고 미생물 농도, 바이오매스 생산, 교반력, 통기력, 작동 압력, 온도 등과 같은 다양한 생물학적, 생화학적 및/또는 기계적 공정의 마모 효과를 견딜 수 있을 만큼 충분히 강하다.
선택적으로, 상기 바이오반응기는 미생물을 배양하도록 구성된다. 미생물은 온도, 압력, pH 등 적절한 환경 조건을 필요로 하며, 바이오반응기는 환경 조건을 제어할 수 있는 수단을 갖추고 있다. 선택적으로, 상기 미생물은 독립영양 미생물, 종속영양 미생물 또는 혼합영양 유기체를 포함하는 군으로부터 선택된다. 선택적으로, 바이오반응기는 호기성 미생물, 혐기성 미생물 또는 조건 혐기성 미생물을 포함하는 군으로부터 선택된 미생물을 배양하도록 구성된다. 특히, 독립 영양 미생물은 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여 유기 탄소 화합물로 전환할 수 있다. 또한, 독립영양미생물은 빛이나 화학물질(화학영양생물)로부터 에너지를 얻어 유기화합물을 생성한다. 종속영양미생물은 유기탄소를 탄소원으로 활용하는 미생물을 말한다. 혼합영양 미생물은 독립영양 및 종속영양 둘다 기능할 수 있는 미생물을 의미한다. 더욱이, 기체 발효 공정과 같은 많은 생물 공정은 화학 에너지를 활용하여 CO2를 다른 유기 화합물로 변환하는 특정 유형의 박테리아를 사용하는 것을 포함한다. 조건혐기성 미생물은 호기성, 무산소, 또는 혐기성 조건에서 기능할 수 있고 다양한 바이오공정에 사용되는 미생물을 의미한다. 여기서, 조건혐기성 미생물은 산소가 있으면 호기호흡에 의해 아데노신-삼인산을 생성하지만, 산소가 없으면 발효나 혐기호흡으로 전환할 수 있다.
상기 방법은 CO2가 풍부한 기체 흐름을 수용하는 단계를 포함한다. 상기 시스템은 CO2가 풍부한 기체 흐름을 제공하기 위한 제1 유입구를 포함한다. 특히, CO2가 풍부한 기체 흐름은 400ppm보다 높은, 즉 대기 중 CO2 농도보다 높은 CO2 농도를 갖는다. 구체적으로, CO2가 풍부한 기체 흐름은 CO2가 풍부한 기체 흐름의 전체 부피의 30%보다 높은 CO2의 농도를 가질 수 있다. 실행 시, CO2가 풍부한 기체의 흐름은 측면 흐름일 수도 있고 산업 공정에서 부산물로 얻어질 수도 있다.
일 구체예에서, CO2가 풍부한 기체는 외부 공급원으로부터 얻어지며, 여기서 외부 공급원은 연소 플랜트이다. 선택적으로, 연소 플랜트를 위한 연료로 사용되는 유기 화합물에는 화석 자원과 목재와 같은 재생 가능한 자원이 모두 포함된다. 유기 화합물의 연소는 CO2가 풍부한 기체의 잠재적인 공급원이라는 것을 이해하여야 한다. 선택적으로, 상기 연소 플랜트는 전력 시설, 중앙 난방 시설, 기타 석탄 기반 시설 중 적어도 하나에서 선택된다. 특히, 석탄 화력 발전소와 같은 전력 시설 및 기타 연소 플랜트는 일반적으로 석탄 연소로 인해 다량의 CO2가 풍부한 기체를 생성한다. 마찬가지로, 중앙 난방 시설은 운영에 화석 연료를 사용하기 때문에 CO2가 풍부한 기체 흐름을 생성한다.
더욱이, CO2가 풍부한 기체는 유기 화합물의 미생물 처리와 같은 다른 잠재적인 경로로부터 얻을 수 있다. 외부 공급원은 혐기성 소화 챔버, 에탄올 생산 시설, 미생물 발효 공정을 위한 바이오에탄올 생산 시설을 포함할 수 있다. 미생물 발효 공정은 예컨대 일반적인 발전소에 비해 더 높은 CO2 농도를 함유하므로 더 높은 CO2 흡수 용량을 허용하고 CO2 흡수 공정을 더 효율적이고 빠르게 만든다. 선택적으로, CO2가 풍부한 기체는 탄산염 함유 미네랄의 프로세싱, 예를 들어 석회석 하소로부터 얻어진다.
선택적으로, CO2가 풍부한 기체의 흐름은 재활용된 기체 흐름을 포함할 수 있는데, 이는 이산화탄소, 물 및, CO2가 풍부한 기체의 흐름으로부터 이산화탄소 또는 바이오공정에서 생성된 이산화탄소를 흡수할 때 생성된 하나 이상의 다수의 불용성 기체 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이다.
미생물 발효 공정은 앞서 언급한 바이오공정(또는 바이오반응기)일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특히, 바이오공정은 공급된 CO2를 활용하고 바이오공정의 부산물로서 사용되지 않은 CO2를 일정량 방출한다. 부산물로서 배출된 CO2는 통합된 CO2 포집 공정에서 CO2를 효율적으로 활용하기 위해 CO2가 풍부한 기체의 공급원으로서 다시 재활용될 수 있다.
상기 방법은 CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 그로부터 불순물을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 처리는 CO2가 풍부한 기체 흐름을 여과하는 단계 및 선택적으로 제거할 불순물을 기준으로 선택된 처리 방법을 포함한다. 이 시스템은 CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 불순물을 제거하는 예비-필터를 포함한다. 특히 불순물은 CO2가 풍부한 기체에 포함된 바람직하지 않은 화학적 화합물을 의미한다. 제거하지 않으면 CO2가 풍부한 기체가 수성 혼합물에 흡수될 때 불순물이 바람직하지 않은 반응을 일으킬 수 있다. 더욱이, 상기 불순물은 예를 들어 황 기체가 미생물의 성장에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 바와 같이 바이오공정에서 바람직하지 않은 반응을 일으킬 수도 있다.
더욱이, CO2가 풍부한 기체를 처리하는 것은 필터링; 예비-스크러빙(pre-scrubbing); 플래시 탱크를 사용하는 것; 탈황; 탄화수소, 산소, 할로겐, 실록산 제거; 고효율 미립자 흡수 필터링으로 여과하는 것 중 하나 이상을 포함한다. 상기 시스템은 예비-스크러버, 플래시 탱크, 흡착기, 마이크로-에어레이터, 고효율 미립자 흡수 필터 중에서 선택된 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. CO2가 풍부한 기체 흐름을 예비-필터로 여과하는 것 외에도 CO2가 풍부한 기체 흐름은 선택된 처리 방법으로 처리할 수 있다. 이에 사용되는 예비-필터 또는 처리 방법은 CO2가 풍부한 기체 흐름에 존재하는 것으로 알려진 불순물을 기준으로 선택되거나 CO2 기체 흐름의 공급원을 기준으로 선택할 수 있다. 상기 처리 방법은 탈황, 즉 유황 기체 제거(흡착 또는 현장 미세 폭기(in-situ micro-aeration)를 통해), 탄화수소, 산소, 할로겐, 실록산 제거 중 적어도 하나에서 선택된다. 상기 예비-필터는 불순물을 제거하기 위한 처리방법을 기준으로 선택된다.
나아가, CO2 흡수 단계 이전에 입자상 불순물을 제거해야 한다. 미립자 불순물의 양과 유형은 여과 단계에 영향을 미칠 수 있고 더 높은 미립자 불순물 농도는 필터링 단계 동안 압력 강하를 증가시켜 기체 압축을 위한 에너지 수요의 증가를 초래할 수 있다는 것을 이해하여야 것이다. 더욱이, 기체상 불순물은 흡수 단계 전이나 후에 제거될 수 있다. 필터링 및/또는 선택된 처리 방법으로 CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하는 것 외에도 예비-스크러버를 사용하여 흡수 단계 전에 입자상 불순물을 제거할 수 있다. 나아가, 플래시 탱크를 사용하여 예컨대 질소(N2)와 같은 용해도가 낮은 다른 기체를 제거할 수 있다. 기체상 불순물의 양과 농도에 따라 예비-스크러버(흡수 단계 전) 또는 플래시 탱크(흡수 단계 후)가 필요한지 여부가 결정되며, 이를 기반으로 사전 스크러버 또는 플래시 탱크의 설계 매개변수가 결정된다는 것을 알아야 한다.
CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하는 것은 일반적으로 예비-필터를 사용하여 여과하는 것을 포함하며 선택적으로 이전에 언급한 다른 선택된 처리 방법으로 보완될 수 있다. 나아가, CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 입자상 불순물을 제거하기 위해 여과 및 선택된 처리 방법 외에도 흡수 단계 전에 예비-스크러버를 사용할 수 있다.
선택적으로, CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하는 것은 고효율 미립자 흡수 필터링(HEPA 필터링)으로 여과하는 것을 포함한다. 특히, CO2가 풍부한 기체는 HEPA 필터링을 거쳐 CO2가 풍부한 기체에서 주어진 직경, 예컨대 0.3마이크로미터(μm) 미만의 불순물을 제거한다. 더욱이 HEPA 필터링은 흡수 챔버에서 의도하지 않은 효과(예: 독성, 병원성, 곰팡이 성장 등)를 일으킬 수 있는 CO2가 풍부한 기체로부터의 먼지, 꽃가루, 곰팡이, 박테리아 및 공기 중 임의의 입자를 적어도 99.97% 제거한다.
상기 방법은 이산화탄소를 흡수하기 위한 수성 혼합물을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 수성 혼합물은 수성 혼합물의 0.1 - 50 wt% 범위로 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함하고, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 미생물을 위한 질소 공급원이다. 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 아민, 암모니아, 또는 무기 질소 염의 수용액으로부터 선택될 수 있다. 특히, 아민, 암모니아, 또는 무기 질소 염은 이산화탄소에 대한 수성 혼합물의 용해도를 증가시켜 더 많은 양의 이산화탄소가 그에 흡수되도록 할 수 있다. 한 예에서, 상기 수성 혼합물은 이산화탄소 흡수 시에 중탄산암모늄을 형성하는 암모니아 수용액, 즉 다음과 같다.
CO2(g) + NH3(수용성) + H2O → (NH4)HCO3 (수용성)
특히, 피드 배지의 무기 질소 염은 바이오공정에서 미생물을 위한 질소 공급원을 형성할 수 있다. 여기서, 수성 혼합물에서 이산화탄소를 흡수하면 CO2가 풍부한 기체에 존재하는 다른 기체로부터 이산화탄소를 분리할 수 있다. 무기 질소 화합물의 농도가 증가하면 본 방법을 통해 포집할 수 있는 CO2의 양이 증가된다. 그러나 중탄산암모늄과 같은 일부 무기 질소 화합물은 농도가 높을수록 더 쉽게 침전될 수 있다. 따라서, 수성 혼합물 내 무기질소 화합물의 최적 범위가 필요하다. 수용액은 예를 들어 수성 혼합물의 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 7.5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 wt%에서 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 7.5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 wt%까지 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함할 수 있다. 유익하게도, 상기 수성 혼합물은 이산화탄소의 물리적 흡수의 효율적인 형태이다. 또한, 유리하게도 수성 혼합물을 사용하면 이산화탄소 흡수 공정 중에 가열이나 증기 생성의 필요성을 제거한다. 더욱이, 수성 혼합물에서 적합한 용매를 첨가하면 반응물 중 하나로 이산화탄소를 사용하는 것과 같이 이산화탄소의 흡수를 향상시키게 된다.
일 구체예에서, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물의 농도는 수성 혼합물의 5 - 10 wt%의 범위이다. 예를 들어, 수성 질소, 예를 들어 암모니아수 농도가 수성 혼합물의 15 wt%를 초과하는 경우, 예를 들어 암모니아를 비롯한 많은 질소가 용액으로부터 휘발될 것이며, 나아가 낮은 농도의 질소는 실험에 따라 더 높은 제거 속도도 가질 수 잇다. 그러나 피드 배지의 무기 질소염은 바이오공정에서 미생물을 위한 질소 공급원을 형성한다. 따라서 무기질소 화합물의 최적 농도는 5wt%, 6wt%, 7wt%, 8wt%에서 8wt%, 9wt%, 10wt%까지 선택된다.
상기 방법은 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터의 이산화탄소를 수성 혼합물로 흡수시키는 단계를 포함하며, 상기 흡수된 이산화탄소를 갖는 수성 혼합물은 피드 배지(feed medium)를 형성한다. 상기 시스템은 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소를 흡수하기 위한 흡수 챔버를 포함한다. 상기 흡수된 이산화탄소는 흡수된 이산화탄소와 혼합되어 피드 배지를 형성하는 수성 혼합물을 받기 위한 제2 유입구와 연결된다. 여기서, 상기 흡수 챔버는 적합한 액체로 흡수(또는 스크러빙)함으로써 기체를 분리하는 데 사용되는 산업용 장비이다. 흡수챔버의 예로는 충전 컬럼, 플레이트 탑, 단순 분무 컬럼, 버블 컬럼, 이젝터-벤추리 스크러버 등의 인라인 장비 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 특히, 수성 배지에서 CO2가 풍부한 기체를 흡수하면 CO2가 풍부한 기체에서 이산화탄소의 상 변화가 가능하고 그 안에 존재하는 다른 기체로부터 분리할 수 있다. 수성 혼합물과 혼합된 흡수된 이산화탄소는 바이오공정에서 미생물을 위한 피드 배지를 형성한다. 앞서 언급한 바와 같이, 바이오공정의 미생물은 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여 유기 탄소 화합물로 전환시킨다. 유익하게도, 수성 혼합물에서 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소를 흡수하면 별도의 재생 및 CO2 포집 공정 없이 피드 배지가 바이오공정에 직접 추가될 수 있으므로 공정의 복잡성과 비용이 줄어든다. 더욱이, 이산화탄소를 피드 배지로서 첨가하면 바이오반응기로의 기체상 유입을 감소시킨다.
선택적으로, 이산화탄소의 흡수는 0 내지 35 ℃ 범위의 온도와 1 내지 200 bar 범위의 압력에서 수행된다. 특히, 상기 온도 및 압력 범위는 수성 혼합물에서 이산화탄소의 최적 용해를 가능하게 한다. 일 예에서, 상기 수성 혼합물은 암모니아 수용액을 포함한다. 이러한 예에서 25 내지 35 ℃ 범위의 온도와 1 내지 10 bar 범위의 압력은 중탄산암모늄의 침전 및 분해를 회피하고(흡수 챔버 또는 인라인 흡수 장치 사용) 수성 혼합물에서 이산화탄소의 용해를 최대화한다. 이산화탄소의 흡수는 예를 들어 섭씨 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30도에서 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35℃까지의 온도에서 수행될 수 있다. 이산화탄소의 흡수는 예를 들어 1, 5, 10, 15, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160 또는 180 bars에서 5, 10, 15, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180 또는 200 bars까지의 압력에서 수행될 수 있다.
선택적으로, 상기 방법은 피드 배지를 여과하여 복수의 고체 불순물로부터 선택된 불순물을 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 선택적으로, 상기 시스템은 복수의 고체 불순물로부터 선택된 불순물을 제거함으로써 피드 배지를 여과하기 위한 필터를 포함한다. 특히, 상기 불순물이 바이오리액터에 유입되지 않고 의도하지 않은 방식으로 바이오공정에 영향을 미치지 않도록 제거된다. 상기 필터는 수성 혼합물에 있는 용매의 분해나 침전으로 인해 발생하는 불순물을 제거한다. 일 예에서, 상기 필터는 암모니아 수용액이 수성 혼합물에 사용되는 경우 피드 배지로부터 임의의 침전된 중탄산암모늄을 제거한다.
선택적으로 필터링은 멸균 필터링이다. 선택적으로 상기 필터는 멸균 필터이다. 특히, 상기 피드 배지는 멸균 여과를 거쳐 피드 배지로부터 주어진 직경, 예를 들어 0.2 마이크로미터(μm) 미만의 불순물을 제거한다. 또한, 상기 멸균 필터링은 바이오반응기에 첨가될 때 바이오공정에서 의도하지 않은 효과(예컨대, 독성, 병원성, 곰팡이 성장 등)를 일으킬 수 있는 오염시키는 미생물을 피드 배지로부터 제거한다.
선택적으로, 상기 방법은 CO2가 풍부한 기체 흐름을 받기 위해 재활용된 기체 흐름을 다시 재활용하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 재활용된 기체 흐름은 이산화탄소, 물, 및 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소 또는 바이오공정에서 생성된 이산화탄소를 흡수할 때 생성된 하나 이상의 다수의 불용성 기체 중 하나 이상을 포함한다. 상기 CO2가 풍부한 기체 흐름은 재활용된 기체 흐름으로 보충된다. 상기 시스템은 하나 이상의 재활용 유닛을 더 포함한다. 선택적으로, 상기 시스템은 제1 유입구에서 필요한 CO2의 농도를 결정하기 위해 이산화탄소, 물 및 흡착 챔버에서 생성된 하나 이상의 복수의 불용성 기체 또는 바이오반응기에서 생성된 이산화탄소의 농도로부터 선택된 하나 이상을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서 요소를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 재활용 유닛은 이산화탄소, 물 및 하나 이상의 복수의 불용성 기체를 재활용하도록 구성되는 흡수 챔버 및 필터에 연통 가능하게 결합될 수 있다. 여기서, 상기 재활용된 이산화탄소는 수성 혼합물에서 흡수될 수 없으므로 재흡수를 위해 흡수 챔버로 재활용된다. 상기 불용성 기체는 질소, 메탄, 이산화탄소가 포함될 수 있지만 이에 국한되지는 않는다. 상기 재활용 장치는 이러한 불용성 기체와 수증기를 제거하고 흡수 챔버로 재활용한다. 유익하게도, 상기 불용성 기체의 재활용은 수 컬럼에서 초기에 흡수되지 않은 미량의 이산화탄소를 효율적으로 흡수할 수 있게 해준다. 게다가, 유익하게도 수증기의 재활용은 수 컬럼을 유지할 수 있게 하고 흡수 챔버에서 이산화탄소 흡수를 위해 정제수를 에너지 집약적으로 지속적으로 공급할 필요가 없도록 해준다. 재활용 유닛 또는 플래시 탱크는 피드 배지로부터 이산화탄소, 물 및 하나 이상의 복수의 불용성 기체가 빠져나가는 것을 허용하기 위해 흡수 챔버에 비해 감소된 압력을 가질 수 있다. 일 예에서, 상기 재활용 유닛의 압력은 흡수 챔버 압력의 25 내지 75% 범위일 수 있다. 상기 하나 이상의 재활용 유닛은 바이오공정 동안 생성된 CO2 함량을 부산물로서 다시 재활용하기 위해 바이오반응기에 추가로 소통 가능하게 연결될 수 있다.
상기 재활용된 기체 흐름에 의해 보충된 CO2가 풍부한 기체 흐름의 전체 부피 중 CO2 농도는 다음 방정식에 의해 결정된다:
, 여기서
X는 재활용된 기체 흐름에 의해 보충된 CO2가 풍부한 기체 흐름의 전체 부피 중 CO2 농도이고,
A는 CO2가 풍부한 기체 흐름의 CO2 농도이고,
B는 CO2가 풍부한 기체 흐름의 유속이고,
C는 재활용된 기체 흐름의 유속이고,
D는 재활용된 기체 흐름의 CO2 농도이다.
상기 재활용된 기체 흐름에 의해 보충된 CO2가 풍부한 기체 흐름을 받을 때 CO2의 농도는 CO2가 풍부한 기체 흐름의 CO2 농도와 CO2가 풍부한 기체 흐름과 재활용된 기체 흐름의 유속에 의존적이다. 이러한 방식으로, 제1 유입구에서 재활용된 기체 흐름에 의해 보충된 CO2가 풍부한 기체 흐름을 받을 때 최적의 CO2 농도를 얻을 수 있다. 외부 공급원으로부터 받은 CO2가 풍부한 기체 흐름은 재활용된 기체 흐름으로 보충된다.
상기 방법은 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 것을 포함한다. 상기 시스템은 피드 배지를 바이오공정에 추가하기 위한 제3 유입구를 포함한다. 흡수된 이산화탄소를 포함하는 피드 배지는 바이오반응기에서 미생물을 위한 탄소원을 제공한다. 상기 피드 배지는 흡수된 이산화탄소와 물을 포함하는 바이오공정을 위한 액체 배지를 제공한다. 상기 바이오반응기는 공급배지와 바이오반응기의 내용물의 균일한 혼합을 보장하기 위해 교반으로 연속 바이오공정을 촉진한다. 또한, 피드 배지의 pH는 바이오반응기에서 미생물의 성장을 허용하는 방식으로 제어된다. 일 구체예에서, 상기 피드 배지는 미생물을 위해 질소원을 제공하는 중탄산암모늄을 추가로 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 수소 기체, 산소 기체, 일산화탄소, 미네랄, 빛 중 하나 이상을 바이오공정에 첨가하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 시스템은 수소 기체, 산소 기체, 일산화탄소, 미네랄 중 하나 이상을 바이오공정에 추가하기 위한 적어도 하나의 제4 유입구; 및 바이오반응기를 조명하기 위해 바이오반응기에 결합된 광원을 추가로 포함한다. 특히, 상기 바이오공정에 수소가스, 산소가스, 일산화탄소, 미네랄, 빛을 첨가하는 것은 바이오공정의 종류와 이에 관여하는 미생물에 기초하여 이루어진다. 예를 들어, 수소가스는 일반적으로 독립영양미생물의 에너지원으로서 사용되며, 기체 발효(즉, 합성가스 발효) 등의 공정에 사용될 수 있다. 특히, 합성가스 발효는 에탄올이나 기타 상용 화학물질을 생산하기 위해 산소 도입을 피해야 하는 혐기성 공정이다. 더욱이, 일산화탄소는 합성가스 발효와 같은 바이오공정에서 추가적인 탄소 및 에너지원으로서 첨가될 수 있다. 호기성 미생물을 이용한 기체발효 등의 바이오공정에는 수소산화균 등 독립영양미생물의 성장을 위해 일산화탄소, 수소가스 및 산소가스를 첨가할 수 있다. 종속 영양 미생물, 광영양 미생물 또는 조건 혐기성 미생물을 포함하는 생물 공정의 경우, 광원에서 나오는 빛은 광합성 활성 방사선(PAR)의 파장이 400 내지 700 nm로 간주되는 생물 공정을 더욱 촉진한다. 게다가, 미생물의 성장과 기능을 돕기 위해 영양분과 미네랄이 바이오반응기에 첨가된다.
상기 바이오공정은 공급된 CO2를 부분적으로 활용하고 활용되지 않은 CO2의 일부를 부산물로서 방출한다는 점을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 상기 부산물 CO2는 바이오공정으로 다시 재활용되어 앞서 언급한 통합 공정을 보다 효율적으로 만들 수 있다. 선택적으로, 바이오반응기 및 압축기에 소통 가능하게 결합된 재활용 장치는 부산물 CO2를 압축기 및 예비-필터를 통해 다시 흡수 챔버로 재활용시키도록 구성된다.
선택적으로, 상기 바이오공정은 바이오반응기로부터 성장한 미생물 바이오매스를 수확하기 위한 배출구를 포함한다.
도면의 상세한 설명
도 1을 참조하면 본 개시내용의 구체예에 따른 바이오공정에 피드 배지를 첨가하는 방법의 단계를 도시하는 흐름도(100)가 도시되어 있다. 단계 (102)에서, CO2가 풍부한 기체 흐름이 받아들여진다. 단계 (104)에서, CO2가 풍부한 기체 흐름은 그로부터 불순물을 제거하기 위해 처리된다. 단계 (105)에서는 이산화탄소 흡수용 수성 혼합물이 제조된다. 단계 (106)에서, CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터의 이산화탄소는 수성 혼합물에 흡수되고, 수성 혼합물은 흡수된 이산화탄소와 함께 피드 배지를 형성한다. 단계 (108)에서, 상기 피드 배지는 바이오공정에 추가된다.
단계 (102), (104), (105), (106) 및 (108)은 단지 예시일 뿐이며, 하나 이상의 단계가 추가되거나, 하나 이상의 단계가 제거되거나, 또는 하나 이상의 단계가 본원 청구항의 범위를 벗어나지 않고 상이한 순서로 제공되는 다른 대안도 제공될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시내용의 구체예에 따라, 바이오공정에 피드 배지를 추가하기 위한 시스템(200)의 개략도가 도시되어 있다. 상기 시스템(200)은 CO2가 풍부한 기체 흐름을 제공하기 위한 제1 유입구(222)를 포함한다. 여기서, CO2가 풍부한 기체의 흐름은 CO2가 풍부한 기체의 흐름을 압축하기 위한 압축기(202)를 거쳐 예비-필터(204)에 제공된다. 상기 예비-필터(204)는 CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 불순물을 제거한다. 상기 시스템(200)은 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소를 수성 혼합물로 흡수시키기 위한 흡수 챔버(206)를 포함한다. 상기 흡수된 이산화탄소는 수성 혼합물을 받기 위한 제2 유입구(208)와 커플링되며, 여기서 수성 혼합물은 흡수된 이산화탄소와 함께 공급 매체를 형성한다. 상기 시스템(200)은 피드 배지를 바이오공정에 첨가하기 위한 제3 유입구(224)를 추가로 포함한다. 상기 피드 배지는 바이오공정을 촉진하는 바이오반응기(210)에 추가된다. 상기 시스템(200)은 수소 기체, 산소 기체, 일산화탄소, 미네랄 중 하나 이상을 바이오공정에 첨가하기 위한 하나 이상의 제4 유입구(212); 및 바이오반응기를 조명하기 위해 바이오반응기에 결합된 광원을 더 포함한다. 더욱이, 상기 시스템(200)은 바이오반응기(210)로부터 재배된 미생물 바이오매스를 수확하기 위한 배출구(214)를 추가로 포함한다.
도 3을 참조하면, 본 개시내용의 구체예에 따라, 바이오공정에 피드 배지를 추가하기 위한 시스템(300)의 개략도가 도시되어 있다. 상기 시스템(300)은 예비-필터(304)를 포함하며, 여기서 CO2가 풍부한 기체의 흐름은 압축기(302)를 통해 예비-필터(304)에 제공된다. 상기 시스템(300)은 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소를 흡수하기 위한 흡수 챔버(306)를 포함한다. 흡수된 이산화탄소는 수성 혼합물을 받기 위한 제2 유입구(320)와 결합되며, 여기서 수성 혼합물은 흡수된 이산화탄소와 함께 피드 배지를 형성한다. 상기 시스템(300)은 흡수 챔버(306) 및 필터(312)에 소통 가능하게 결합된 재활용 유닛(310)을 추가로 포함한다. 상기 재활용 유닛(310)은 이산화탄소가 흡수된 후 펌프(308)를 통해 받은 이산화탄소, 물 및 하나 이상의 복수의 불용성 기체를 압축기(302) 및 예비-필터(304)를 거쳐 흡수 챔버(306)로 다시 재활용하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 상기 시스템(300)은 복수의 고체 불순물로부터 선택된 불순물을 제거함으로써 피드 배지를 여과하기 위한 필터(312)를 포함한다. 여기서, 상기 필터(312)는 멸균필터이다. 상기 필터(312)로부터 여과된 피드 배지는 바이오반응기(314)에 제공된다. 상기 시스템(300)은 수소 기체, 산소 기체, 일산화탄소, 미네랄 중 하나 이상을 바이오공정에 첨가하기 위한 하나 이상의 제4 유입구(316); 및 바이오반응기를 조명하기 위해 바이오반응기에 결합된 광원을 추가로 포함한다. 더욱이, 상기 시스템(300)은 바이오반응기(314) 및 압축기(302)에 소통 가능하게 결합된 재활용 유닛(318)을 추가로 포함한다. 상기 재활용 유닛(318)은 바이오반응기(314)를 통해 부산물로서 받은 이산화탄소를 압축기(302) 및 예비-필터(304)를 거쳐 흡수 챔버(306)로 다시 재활용시키도록 구성된다. 더욱이, 상기 시스템(300)은 바이오반응기(314)로부터 성장시킨 미생물 바이오매스를 수확하기 위한 배출구(320)를 추가로 포함한다.
첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 전술한 본 개시내용의 구체예에 대한 수정이 가능하다. 본 발명을 설명하고 청구하기 위해 사용된 "함유하는", "포함하는", "통합하는", "갖는", "이다"와 같은 표현은 비배타적인 방식으로, 즉 존재한다고 명시적으로 설명되지는 않는 품목, 구성원 또는 구성요소를 허용하는 방식으로 해석되도록 의도된 것이다. 단수에 대한 언급은 또한 복수에 관련된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (22)

  1. 다음을 포함하는, 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 방법:
    (a) CO2가 풍부한 기체 흐름을 수용하는 단계;
    (b) CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 그로부터 불순물을 제거하는 단계;
    (c) 이산화탄소를 흡수하기 위한 수성 혼합물을 제조하는 단계로서, 상기 수성 혼합물은 수성 혼합물의 0.1 - 50 wt% 범위로 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함하며, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 미생물을 위한 질소 공급원인 단계;
    (d) 상기 CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 수성 혼합물로 이산화탄소를 흡수하는 단계로서, 상기 수성 혼합물이 흡수된 이산화탄소와 함께 피드 배지를 형성하는 것인 단계; 및
    (e) 상기 피드 배지를 바이오공정에 첨가하는 단계.
  2. 청구항 1에 있어서, 이산화탄소의 흡수가 0 내지 35℃ 범위의 온도 및 1 내지 200 bar 범위의 압력에서 수행되는 것인 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 피드 배지를 여과하여 복수의 고체 불순물로부터 선택된 불순물을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여과는 멸균 여과인 것인 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 수소 기체, 산소 기체, 일산화탄소, 미네랄, 빛 중 적어도 하나를 바이오공정에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CO2가 풍부한 기체는 외부 공급원로부터 얻어지고, 상기 외부 공급원은 연소 플랜트인 것인 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 외부 공급원은 CO2가 풍부한 기체를 얻기 위한 미생물 발효 공정을 추가로 포함하는 것인 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 재활용된 기체 흐름을 다시 단계 (a)로 재활용시키는 단계를 추가로 포함하고, 여기서 재활용된 기체 흐름은 단계 (d)에서 생성된 이산화탄소, 물 및 하나 이상의 복수의 불용성 기체에서 선택된 적어도 하나 또는 단계 (e)에서 생성된 이산화탄소를 포함하고, 상기 CO2가 풍부한 기체 흐름이 상기 재활용된 기체 흐름에 의해 보충되는 것인 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 재활용된 기체 흐름에 의해 보충된 CO2가 풍부한 기체 흐름의 전체 부피 중 CO2 농도는 다음 방정식에 의해 결정되는 것인 방법:
    , 여기서
    X는 재활용된 기체 흐름에 의해 보충된 CO2가 풍부한 기체 흐름의 전체 부피 중 CO2 농도이고,
    A는 CO2가 풍부한 기체 흐름의 CO2 농도이고,
    B는 CO2가 풍부한 기체 흐름의 유속이고,
    C는 재활용된 기체 흐름의 유속이고,
    D는 재활용된 기체 흐름의 CO2 농도이다.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물의 농도가 상기 수성 혼합물의 5 - 10 wt% 범위인 것인 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CO2가 풍부한 기체를 처리하는 단계는 필터링; 예비-스크러빙; 플래시 탱크의 사용; 탈황화; 탄화수소, 산소, 할로겐, 실록산의 제거; 고효율 미립자 흡수 필터링 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 방법.
  12. 다음을 포함하는, 피드 배지를 바이오공정에 첨가하기 위한 시스템(200, 300):
    - CO2가 풍부한 기체 흐름을 제공하기 위한 제1 유입구(222);
    - CO2가 풍부한 기체 흐름을 처리하여 그로부터 불순물을 제거하는 예비-필터(204, 304);
    - CO2가 풍부한 기체 흐름으로부터 이산화탄소를 흡수하기 위한 흡수 챔버(206, 306), 및 피드 배지를 형성하기 위해 이산화탄소를 흡수하는 수성 혼합물을 수용하기 위한 제2 유입구(208, 320)로서, 상기 수성 혼합물은 수성 혼합물의 0.1 - 50 wt% 범위의 하나 이상의 무기 질소 화합물을 포함하며, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물은 미생물을 위한 질소 공급원인 제2 유입구(208, 320);
    - 상기 피드 배지를 바이오공정에 첨가하기 위한 제3 유입구(224); 및
    - 상기 바이오공정을 촉진하기 위한 바이오반응기(210, 314).
  13. 청구항 12에 있어서, 복수의 고체 불순물로부터 선택된 불순물을 제거함으로써 상기 피드 배지를 여과하기 위한 필터(312)를 추가로 포함하는 것인 시스템(200, 300).
  14. 청구항 12 및 청구항 13에 있어서, 상기 필터(312)는 멸균 필터인 것인 시스템(200, 300).
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 추가로 다음을 포함하는 것인 시스템(200, 300):
    - 수소 기체, 산소 기체, 일산화탄소, 미네랄 중 적어도 하나를 바이오공정에 첨가하기 위한 적어도 하나의 제4 유입구(316); 및
    - 조명을 위해 상기 바이오반응기(210, 314)에 결합된 광원.
  16. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CO2가 풍부한 기체는 외부 공급원으로부터 얻어지고, 상기 외부 공급원은 연소 플랜트인 것인 시스템(200, 300).
  17. 청구항 12 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 공급원은 CO2가 풍부한 기체를 얻기 위한 미생물 발효 공정을 추가로 포함하는 것인 시스템(200, 300).
  18. 청구항 12 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오반응기(210, 314)는 독립영양 미생물, 종속영양 미생물, 혼합영양 미생물, 호기성 미생물, 혐기성 미생물 또는 조건부 혐기성 미생물을 포함하는 군에서 선택된 미생물을 수확하도록 구성된 것인 시스템(200, 300).
  19. 청구항 12 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서, 흡수 챔버(306) 또는 바이오반응기(210, 314) 및 필터(312)에 연통 가능하게 연결된 하나 이상의 재활용 유닛(310, 318) 및 필터(310, 318)를 추가로 포함하는 시스템(200, 300)으로서, 흡수 챔버(206, 306) 내에서 또는 바이오반응기(210, 314)에서 생성된 이산화탄소, 물 및 하나 이상의 복수의 불용성 기체를 전술한 방법의 제1 유입구(222)로 다시 재활용하도록 구성된 것인 시스템(200, 300).
  20. 청구항 19에 있어서, 제1 유입구(222)에서 필수적인 CO2 농도를 결정하기 위해, 흡착 챔버(206, 306)에서 생성된 이산화탄소, 물 및 하나 이상의 복수의 불용성 기체의 농도 중 하나 이상 또는 상기 바이오반응기(210, 314)에서 생성된 이산화탄소의 농도를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서 요소를 추가로 포함하는 시스템.
  21. 청구항 12 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 무기 질소 화합물의 농도는 상기 수성 혼합물의 5 - 10 wt% 범위인 것인 시스템.
  22. 청구항 12 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서, 예비-스크러버, 플래시 탱크(flaxh tank), 흡착기(adsorber), 마이크로-에어레이터, 고효율 미립자 흡수 필터 중 하나 이상을 더 포함하는 것인 시스템.
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