让微生物做脏活——更不用说提高能源、减少温室气体排放

微生物可以将石油转化为甲烷,科学家可能已经弄清楚如何利用这个过程

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数百万年前,河床底部的微生物消失在地下,被一层又一层的沉积物掩埋。经过数亿年的时间,这些微生物——共生细菌和产甲烷古菌——进化到在这个地下世界中茁壮成长,缓慢地消耗着周围以石油形式存在的丰富碳氢化合物。结果,地球上大量的石油储备被破坏,反而成为了消耗石油的深层微生物生命的“热点”,并用和其他副产品污染了剩余的石油。然而,随着时间的推移,这些微生物完成了它们的盛宴,留下了转化为甲烷的石油——另一种更清洁的化石燃料。现在,研究人员认为他们可能已经弄清楚了这个过程是如何运作的,以及如何加速它以创造一个巨大的新能源。

加拿大卡尔加里大学的石油地质学家史蒂夫·拉特尔说:“你所看到的是相当于当今世界传统石油储量的能源增长。”他是研究微生物过程的团队成员。“如果能够证实,它可能会改变游戏规则。”

拉特尔和他的同事使用试管来演示微生物如何随着时间的推移将石油转化为甲烷。研究人员在《自然》杂志上报告说,这些试管中含有来自北海的未降解石油和来自当今河床沉积物的微生物(习惯于在无氧环境中生存),产生的甲烷和其他副产物水平与全球储层中降解或“重”油的典型水平相同。


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通过将不可回收的重油发酵成甲烷,微生物可以提高能源供应;甲烷可以在发电厂燃烧以产生电力。英国纽卡斯尔大学的微生物生态学家伊恩·黑德说:“在传统的石油储层中,你有35%的石油被开采出来,而65%的石油仍然留在地下。”他是另一个团队成员。“天然气的同等数字是70%和30%。如果我们能将石油转化为甲烷,那么能源的回收率就会提高。”

拉特尔估计,十亿桶重油可以产生一万亿立方英尺的甲烷,而世界至少包含六万亿桶这种石油。团队成员兼纽卡斯尔有机地球化学家马丁·琼斯说:“回收它将消耗更少的能量。” 此外,仅仅了解微生物如何运作,就可以确定特定油田中质量更好的石油。“生物降解模型实际上是确定生物降解油田中最佳质量石油或甜点的关键,”卡尔加里地质学家团队成员珍妮弗·亚当斯指出。

此外,燃烧甲烷(本身是一种强效温室气体)发电产生的二氧化碳比燃烧石油或煤炭要少。“它不是环境友好的,但肯定有所改善,”黑德指出。

研究人员计划在2009年之前,通过向现有储层中添加富含营养的废水,来确定是否可以提高这种微生物转化率。“微生物以石油中的碳氢化合物为食。我们只添加了一些肥料,包括硝酸盐和磷酸盐,以使其生长更快,”黑德说。“这有点像给微生物提供均衡的饮食。”

如果给微生物提供均衡的饮食被证明是有效的,那么大量新的、对气候更友好的化石燃料可能会变得可用。但气体必须在微生物完成工作后迅速回收。“产甲烷作用今天仍然活跃,或者直到最近才活跃,”亚当斯指出。“因为在这些储层中发现的气体很少,这也意味着大部分产生的气体都从这些储层中泄漏了出去。”

从长远来看,直接生产氢气(一种潜在的能源载体,几乎没有已知的环境缺陷)可能是可行的。“抑制产甲烷菌并加速共生菌,再加上一些巧妙的工程设计,可能会实现氢气的生产——但这要困难得多,”拉特尔说。“如果你能从储层中回收分子氢,那么你就获得了一种来自化石燃料的零碳能源。”

与此同时,这个过程显示了微生物的力量,它们可以真正地改变世界。“世界上大部分石油都是由微生物在地质时间尺度上产生的,”黑德说。“非常小的微生物具有全球性的影响。”

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