H.E.L 生物燃料和可持續航空燃料zui大化發酵量產的五大挑戰—BioXplorer

生物制造是一個復雜的過程，需要平衡各種條件才能取得成功——從選擇合適的微生物到確定適當的開發規模。每一步都為如何最大化產量、容積效率和經濟效益奠定了基礎。

氣體發酵是能源領域的一項強大工具。隨著行業領導者和初創公司通過乙醇、生物柴油和可持續航空燃料（SAF）等綠色燃料來推動地球脫碳，氣體發酵作為一種新興技術，有望徹底改變脫碳努力。

通過利用微生物，下一代生物燃料可以從更可持續且更具成本效益的原料中生產：

- 工業廢料

- 纖維素生物質

- 合成氣（合成氣體）

- 藻類資源

- 氣體——H?、CO?、CO

氣體發酵能夠將廢物和溫室氣體轉化為高價值燃料。然而，氣體在發酵介質中難以溶解，導致以下問題：

- 產量低

- 氣體轉移有限

- 重現性差

- 生產成本高

- 容積效率低以下五個關鍵的氣體發酵考慮因素將幫助您zui大化產量和容積效率，從而實現經濟效益。

1. 選擇合適的微生物

選擇合適的微生物來生產所需的生化物質具有挑戰性。細菌、酵母或藻類因其較短的表達時間、易于大規模生產和更一致的批次而優于更復雜的細胞。如今，制造商面臨的一個主要挑戰是：“如何讓我們的微生物更高效地消耗氣體？”

通過基因改造微生物的代謝途徑，可以提高微生物的生產率和摩爾產量，將碳和其他元素導向所需的生物產品而非生物質。這種方法還可以通過有針對性的基因改造，解決某些發酵副產物帶來的可行性風險。

2. 考慮原料來源

制造商必須權衡原料成本與其生物產品的市場價值。來自鋼鐵廠和水泥生產的二氧化碳對生物制造商來說變得越來越經濟實惠。氫氣、合成氣和其他氣態碳原料正在或即將變得比傳統的培養原料（如果糖）更便宜。當今的工藝設計應考慮這些長期前景，以利用未來更便宜的原料。

3. 設計可擴展的工藝

在低體積的平行生物反應器中進行小規模實驗有助于快速建立工藝特性，但這些條件并不總是直接適用于大規模生產，通常需要調整。詳盡的分析、模擬和建模對于防止工廠規模的問題至關重要。操作模式是另一個關鍵考慮因素。分批補料處理可以延長對數生長期，從而增加生物量和初級代謝產物的生產。雖然連續發酵運行較慢，但它減少了頻繁設置和清潔的需求，最終優化了摩爾產量和整體效率。

4. 創造理想條件

忽視生物反應器設計通常會導致成本增加和錯失改進工藝參數的機會。關鍵參數包括溫度、pH值和溶解氧。隨著生物燃料/SAF行業開始利用氣體發酵，氣體轉移——氣體進入液體的運動——已成為限制底物可用性和容積效率的關鍵瓶頸。

加壓反應器條件可以解決這一挑戰，正如亨利定律所描述的那樣。生物反應器容器中的較高壓力增強了從氣相到液相的質量轉移，進一步促進微生物生長，并通過增加底物可用性來提高容積效率。高壓、自動化、平行生物反應器是一項新興技術，使制造商能夠在發酵開發中實現更高的氣體轉移率。

5. 自動化過程控制

在整個過程中保持適當的氧氣和原料氣體水平至關重要。自動化和嚴格控制并保持理想生物燃料/SAF發酵的條件，從而確保更高的產量和生產率，同時避免昂貴的人為錯誤。

具有定制化的實驗步驟設計、廣泛參數控制和內置安全關閉功能的強大軟件使科學家能夠自動化并運行短期到長期的發酵過程，同時保持生物反應的精細平衡。

通過實施這些策略，研究人員和生產廠家可以克服發酵的挑戰，實現具有成本效益的生產，從合成氣和CO?等來源生產高價值產品。

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