生物制造是一个复杂的过程，需要平衡各种条件才能取得成功——从选择合适的微生物到确定适当的开发规模。每一步都为如何最大化产量、容积效率和经济效益奠定了基础。

气体发酵是能源领域的一项强大工具。随着行业领导者和初创公司通过乙醇、生物柴油和可持续航空燃料（SAF）等绿色燃料来推动地球脱碳，气体发酵作为一种新兴技术，有望彻底改变脱碳努力。

通过利用微生物，下一代生物燃料可以从更可持续且更具成本效益的原料中生产：

- 工业废料

- 纤维素生物质

- 合成气（合成气体）

- 藻类资源

- 气体——H₂、CO₂、CO

气体发酵能够将废物和温室气体转化为高价值燃料。然而，气体在发酵介质中难以溶解，导致以下问题：

- 产量低

- 气体转移有限

- 重现性差

- 生产成本高

- 容积效率低

以下五个关键的气体发酵考虑因素将帮助您最大化产量和容积效率，从而实现经济效益。

1. 选择合适的微生物

选择合适的微生物来生产所需的生化物质具有挑战性。细菌、酵母或藻类因其较短的表达时间、易于大规模生产和更一致的批次而优于更复杂的细胞。如今，制造商面临的一个主要挑战是：“如何让我们的微生物更高效地消耗气体？”

通过基因改造微生物的代谢途径，可以提高微生物的生产率和摩尔产量，将碳和其他元素导向所需的生物产品而非生物质。这种方法还可以通过有针对性的基因改造，解决某些发酵副产物带来的可行性风险。

2. 考虑原料来源

制造商必须权衡原料成本与其生物产品的市场价值。来自钢铁厂和水泥生产的二氧化碳对生物制造商来说变得越来越经济实惠。氢气、合成气和其他气态碳原料正在或即将变得比传统的培养原料（如果糖）更便宜。当今的工艺设计应考虑这些长期前景，以利用未来更便宜的原料。

3. 设计可扩展的工艺

在低体积的平行生物反应器中进行小规模实验有助于快速建立工艺特性，但这些条件并不总是直接适用于大规模生产，通常需要调整。详尽的分析、模拟和建模对于防止工厂规模的问题至关重要。

操作模式是另一个关键考虑因素。分批补料处理可以延长对数生长期，从而增加生物量和初级代谢产物的生产。虽然连续发酵运行较慢，但它减少了频繁设置和清洁的需求，最终优化了摩尔产量和整体效率。

4. 创造理想条件

忽视生物反应器设计通常会导致成本增加和错失改进工艺参数的机会。关键参数包括温度、pH值和溶解氧。随着生物燃料/SAF行业开始利用气体发酵，气体转移——气体进入液体的运动——已成为限制底物可用性和容积效率的关键瓶颈。

加压反应器条件可以解决这一挑战，正如亨利定律所描述的那样。生物反应器容器中的较高压力增强了从气相到液相的质量转移，进一步促进微生物生长，并通过增加底物可用性来提高容积效率。高压、自动化、平行生物反应器是一项新兴技术，使制造商能够在发酵开发中实现更高的气体转移率。

5. 自动化过程控制

在整个过程中保持适当的氧气和原料气体水平至关重要。自动化和严格控制并保持理想生物燃料/SAF发酵的条件，从而确保更高的产量和生产率，同时避免昂贵的人为错误。

具有定制化的实验步骤设计、广泛参数控制和内置安全关闭功能的强大软件使科学家能够自动化并运行短期到长期的发酵过程，同时保持生物反应的精细平衡。

通过实施这些策略，研究人员和生产厂家可以克服发酵的挑战，实现具有成本效益的生产，从合成气和CO₂等来源生产高价值产品。