讓微生物做髒活——更不用說提高能源、減少溫室氣體排放

微生物可以將石油轉化為甲烷,科學家可能已經弄清楚如何利用這個過程

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數百萬年前,河床底部的微生物消失在地下,被一層又一層的沉積物掩埋。經過數億年的時間,這些微生物——共生細菌和產甲烷古菌——進化到在這個地下世界中茁壯成長,緩慢地消耗著周圍以石油形式存在的豐富碳氫化合物。結果,地球上大量的石油儲備被破壞,反而成為了消耗石油的深層微生物生命的“熱點”,並用和其他副產品汙染了剩餘的石油。然而,隨著時間的推移,這些微生物完成了它們的盛宴,留下了轉化為甲烷的石油——另一種更清潔的化石燃料。現在,研究人員認為他們可能已經弄清楚了這個過程是如何運作的,以及如何加速它以創造一個巨大的新能源。

加拿大卡爾加里大學的石油地質學家史蒂夫·拉特爾說:“你所看到的是相當於當今世界傳統石油儲量的能源增長。”他是研究微生物過程的團隊成員。“如果能夠證實,它可能會改變遊戲規則。”

拉特爾和他的同事使用試管來演示微生物如何隨著時間的推移將石油轉化為甲烷。研究人員在《自然》雜誌上報告說,這些試管中含有來自北海的未降解石油和來自當今河床沉積物的微生物(習慣於在無氧環境中生存),產生的甲烷和其他副產物水平與全球儲層中降解或“重”油的典型水平相同。


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透過將不可回收的重油發酵成甲烷,微生物可以提高能源供應;甲烷可以在發電廠燃燒以產生電力。英國紐卡斯爾大學的微生物生態學家伊恩·黑德說:“在傳統的石油儲層中,你有35%的石油被開採出來,而65%的石油仍然留在地下。”他是另一個團隊成員。“天然氣的同等數字是70%和30%。如果我們能將石油轉化為甲烷,那麼能源的回收率就會提高。”

拉特爾估計,十億桶重油可以產生一萬億立方英尺的甲烷,而世界至少包含六萬億桶這種石油。團隊成員兼紐卡斯爾有機地球化學家馬丁·瓊斯說:“回收它將消耗更少的能量。” 此外,僅僅瞭解微生物如何運作,就可以確定特定油田中質量更好的石油。“生物降解模型實際上是確定生物降解油田中最佳質量石油或甜點的關鍵,”卡爾加里地質學家團隊成員珍妮弗·亞當斯指出。

此外,燃燒甲烷(本身是一種強效溫室氣體)發電產生的二氧化碳比燃燒石油或煤炭要少。“它不是環境友好的,但肯定有所改善,”黑德指出。

研究人員計劃在2009年之前,透過向現有儲層中新增富含營養的廢水,來確定是否可以提高這種微生物轉化率。“微生物以石油中的碳氫化合物為食。我們只添加了一些肥料,包括硝酸鹽和磷酸鹽,以使其生長更快,”黑德說。“這有點像給微生物提供均衡的飲食。”

如果給微生物提供均衡的飲食被證明是有效的,那麼大量新的、對氣候更友好的化石燃料可能會變得可用。但氣體必須在微生物完成工作後迅速回收。“產甲烷作用今天仍然活躍,或者直到最近才活躍,”亞當斯指出。“因為在這些儲層中發現的氣體很少,這也意味著大部分產生的氣體都從這些儲層中洩漏了出去。”

從長遠來看,直接生產氫氣(一種潛在的能源載體,幾乎沒有已知的環境缺陷)可能是可行的。“抑制產甲烷菌並加速共生菌,再加上一些巧妙的工程設計,可能會實現氫氣的生產——但這要困難得多,”拉特爾說。“如果你能從儲層中回收分子氫,那麼你就獲得了一種來自化石燃料的零碳能源。”

與此同時,這個過程顯示了微生物的力量,它們可以真正地改變世界。“世界上大部分石油都是由微生物在地質時間尺度上產生的,”黑德說。“非常小的微生物具有全球性的影響。”

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