【手続補正書】
【提出日】平成24年12月17日(2012.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の化合物を生成するためのプロセスであって、膜によって隔てられているアノードおよびカソードを有する生物電気化学システムを準備する工程であって、前記アノードおよび前記カソードは互いに電気的に接続されている、工程と、酸化を前記アノードで発生させ、かつ還元を前記カソードで発生させ、これにより前記カソードで還元当量を生産する工程と、前記還元当量を微生物の培養物に与える工程と、二酸化炭素を微生物の前記培養物に与える工程であって、これによって前記微生物が前記１以上の化合物を生産する工程と、前記１以上の化合物を回収する工程と、を含む、プロセス。
【請求項２】
前記１以上の化合物を形成する前記微生物はカソード区画の中に存在し、前記プロセスは、酸化を前記アノードで発生させ、かつ還元を前記カソードで発生させる工程であって、二酸化炭素は前記カソード区画へと供給され、かつ前記微生物は前記１以上の化合物を生産する工程と、前記１以上の化学物質を前記カソード区画から回収する工程と、を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記二酸化炭素は、前記カソードから還元当量を受け取るかまたは前記カソード区画の中に存在する前記微生物への炭素含有供給物質として働き、かつ前記二酸化炭素は、前記微生物へと供給される唯一の炭素含有供給成分を構成するか、または前記二酸化炭素は、前記カソードから還元当量を受け取るかまたは前記カソード区画の中に存在する前記微生物への炭素含有供給物質として働き、かつ前記二酸化炭素は、前記微生物によって、他の有機物質と併用して使用され、前記化学物質が生成され、前記有機物質は、好ましくは、グリセロール、グルコース、乳酸塩もしくは乳酸エステル、酪酸塩もしくは酪酸エステル、またはこれらのうちの２以上の混合物から選択される、請求項１または請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記カソード区画に与えられ、または前記カソード区画から還元当量を受け取る前記微生物は、１以上の選択された微生物種を含有する明確な微生物培養物を含み、好ましくは、前記微生物種は、前記カソードの中で増殖したときに、顕著な量のメタンを生成しない、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記微生物は、混合された、非選択的な培養物を含み、前記プロセスは、前記カソード区画におけるメタンの形成を抑制しながら、前記１以上の化学物質を前記カソード区画で生成する工程、および前記１以上の化学物質を前記カソード区画から回収する工程をさらに含み、前記メタンの形成は、前記メタンの形成を抑制するかまたはメタン生成生物の活性を抑制する１以上の化学物質を前記カソード区画に加えること、低滞留時間が前記カソード区画で使用されるように前記カソード区画を運転すること、前記カソード区画を５．５未満などの低ｐＨで運転すること、または前記カソード区画を定期的に空気、酸素もしくは過酸化水素に曝露すること、のうちの１以上によって任意に抑制される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記生物電気化学システムは、バイオアノードおよびバイオカソードを含むか、または前記生物電気化学システムは、バイオカソードだけを用いて運転される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記アノード区画で形成される生成物のうちの１つは二酸化炭素であり、この二酸化炭素は前記カソード区画への供給物として使用されるか、またはカソード区画に供給されている二酸化炭素の流れは、バーナーもしくはボイラーからのオフガス流にまたは煙道ガス流に由来するか、または前記カソード区画に供給されている二酸化炭素の流れは、メタンおよび二酸化炭素の混合物を含有するバイオガスを含むか、または前記カソードに供給されている二酸化炭素の流れは炭層または層に由来し、この際、炭酸塩に富む流体が炭層から前記カソード区画を通ってポンプ輸送されるか、または二酸化炭素は、前記生物電気化学システムの前記アノードから、拡散または輸送によって、前記カソード区画に与えられる、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項８】
アニオン交換膜が前記アノード区画を前記カソード区画から隔て、好ましくは、炭酸水素イオンが前記カソード区画で生成し、その後、前記アニオン交換膜を通って前記アノード区画へと移動し、これにより、前記微生物を死滅させる可能性がある、前記カソード区画におけるｐＨおよび／または塩分の上昇を回避するか、または前記アノードおよび前記カソードを隔てる膜は多孔質膜を含み、前記多孔質膜は、液体およびイオンが前記多孔質膜を通過することは許容するが、微生物が前記多孔質膜を通過することは防止し、好ましくは、前記アノードは、バイオアノードとして運転され、廃棄物の流れは、前記アノードへの供給物質として使用され、通常の運転の間は、液体は、前記多孔質膜を通って前記アノードから前記カソードチャンバーの中へと通過し、アノード反応で生成されるプロトンは、前記膜を通って前記カソード区画へと運搬され、カソード反応で生成されるヒドロキシルイオンと式（４）：
【化１】
2012512326.tif 000001
に従って反応し、これによりカソード区画における望ましくないｐＨの上昇が回避され、前記プロセスは、好ましくは、前記カソードチャンバーの中のｐＨおよび塩濃度が安定に留まり恒常性が維持されるように運転されるか、または前記アノードおよび前記カソードを隔てる膜はバイポーラ膜を含み、前記バイポーラ膜は、好ましくはアニオン交換層の上にあるカチオン交換層から構成され、前記アニオン交換層は、前記アノードチャンバーに向けられ、前記カチオン交換層はカソードチャンバーに向けられ、そのため、電流が流れるとき、水は前記バイポーラ膜の層の間を拡散し、プロトンおよびヒドロキシルイオンへと分裂され、前記ヒドロキシルイオンは、前記アニオン交換層を通って前記アノードチャンバーへと移動し、そこで前記ヒドロキシルイオンは、前記アノード反応におけるプロトン生成を補い、前記プロトンは前記カチオン交換層を通って前記カソードチャンバーへと移動し、そこで前記プロトンは前記カソード反応におけるヒドロキシルイオン生成（またはプロトン消費）を補う、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項９】
酸溶液が前記アノード区画に与えられ、前記アノード反応は、プロトン生成反応を含み、前記膜は、カチオン交換膜を含み、プロトンは前記カチオン交換膜を通って移行し、前記カソード反応で生成されるヒドロキシルイオンとの反応に供される、請求項６に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記アノードの流出物は二酸化炭素を含有し、前記アノードからの流出物は、前記カソードにガスとして供給するためのガス状の二酸化炭素を回収するためのストリップ塔または膜ユニットに送られ、任意に、前記アノードからの流出物は、前記アノード流出物からの二酸化炭素の分離を可能にするための膜ユニットに通され、前記膜ユニットは前記膜の他方の側で液体の流れを有し、そのため、分離される前記二酸化炭素は、前記膜の他方の側の流体へと溶け込み、前記二酸化炭素は、溶解した形態で前記カソードに与えられ、前記アノード流体の他方の側で前記膜ユニットを通過する流体は、任意にカソード流体を含み、任意に、前記アノード流出物は、二酸化炭素が、前記アノード流出物の有機の構成成分と一緒に通過することを許容するための膜ユニットを通して、第２の液体へと送られ、前記第２の流体は、前記有機物の還元が起こる前記カソードへと送られる、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１１】
化学物質の混合物が前記カソード区画の中で形成され、前記プロセスは、化合物の混合物を前記カソード区画から除去する工程、および前記化合物の混合物を２以上の流れへと分離する工程をさらに含む、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記カソード区画は、前記カソードを収容する第１の区画であって、前記第１の区画は酸化還元シャトルを含む、第１の区画と、１以上の微生物を含有する第２の区画とを含み、前記酸化還元シャトルは前記第１の区画で還元され、還元された酸化還元シャトルは前記第２の区画に与えられ、前記第２の区画は、前記還元された酸化還元シャトルを電子供与体として使用して前記１以上の化学物質の形成を促す微生物を含有し、任意に、前記還元された酸化還元シャトルは、前記第２の区画で酸化された酸化還元シャトルへと変換され、前記酸化された酸化還元シャトルは前記第１の区画へと戻される、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１３】
形成される化合物としては、
−  メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノールなどのアルコール、
−  ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸などのカルボン酸、
−  １，３−プロパンジオールおよび１，２−プロパンジオールなどのジオール、
−  ポリ−β−ヒドロキシ酪酸（ＰＨＢ）などのバイオポリマー、
−ブタノール
が挙げられ、前記生物電気化学システムは、前記カソードに、式（２）：
【化２】
2012512326.tif 000002
に従ってブタノールを生産する化学独立栄養成長細菌を含む、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記生物電気化学システムは、電気回路の中に電力供給装置をさらに含み、好ましくは、
０〜１０Ｖの間、好ましくは０〜１．５Ｖの間、より好ましくは０〜１．０Ｖの間の電圧が前記アノードと前記カソードとの間に印加され、０〜１０，０００Ａ／（ｍ３−生物電気化学電池）の間、好ましくは１０〜５，０００Ａ／（ｍ３−生物電気化学電池）の間、より好ましくは１００〜２５００Ａ／（ｍ３−生物電気化学電池）の間の前記生物電気化学電池における体積電流密度、および／または０〜１，０００Ａ／（ｍ２−膜表面積）の間の、好ましくは１〜１００Ａ／（ｍ２−膜表面積）の間、より好ましくは２〜２５Ａ／（ｍ２−膜表面積）の間の単位面積当たりの電流密度が得られる、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１５】
グリセロールが加えられ、生成物の形成は１，３−プロパンジオールまたはブタノールを含み、かつグリセロールが前記カソード区画に、前記アノード区画に、またはその両方に加えられ、前記グリセロールは、前記生物電気化学システムに入る前にプロピオン酸塩またはプロピオン酸エステルへと部分的に変換されてもよく、その後、グリセロールおよびプロピオン酸塩またはプロピオン酸エステルの混合物として前記カソードに加えられてもよい、請求項３に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記カソードから前記微生物への電子の輸送を可能にする酸化還元メディエーターが前記カソード流体に加えられ、前記酸化還元メディエーターは、好ましくは、メチルビオローゲン、ニュートラルレッド、フェナジンカルボキシアミド、アミドブラックまたはこれらのうちの２以上の混合物から選択される、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のプロセス。