探秘“吃”煤“吐”气的微生物

中国科技网·科技日报记者 王海滨

晋煤集团有一个煤与煤层气共采国家重点实验室，这里有一个科研团队正在进行一项世界级科研项目：“煤地质微生物降解流态化开采研究”。11月13日，科技日报记者走进这所实验室，亲身感受了这个微观世界的奇妙与神秘。

有一种细菌可以“吃”煤“吐”气

走进宽敞明亮的实验室，实验台上摆满了各类器皿，技术人员都在神情专注地观察、记录，一丝不苟地操作。青年工程师刘健和陈林勇正在默契配合做实验，他俩的实验台上有一个细菌培养瓶，黑色的煤粒浸泡在营养液中。刘健说：“这就是正在‘吃’煤产气的实验”，只见瓶口上的管子里“嘟嘟嘟”地连续冒着气泡，把气泡收集到另一个瓶子里，在瓶口一划火柴，气体即可点燃。

“这个气体就是甲烷气，也就是俗称的‘瓦斯’”陈林勇介绍：“营养液里有我们筛选培育的‘产甲烷菌群’，这种菌群可以消化煤而产出气。” 陈林勇说，产甲烷菌是一种远古微生物，可以说它的年龄几乎与地球一般大小。刘健和陈林勇介绍，他们从原始煤层中提取出这样的菌群，然后进行不断的筛选，今年前半年已经选出6株真菌、1株细菌。

他们研究的目标就是，筛选出最优化的微生物菌群，让他们更多更快的“吃”煤“吐”气。陈林勇说：“这些菌群是一个分工协作的群体，他们在代谢过程中各司其职，把煤炭这个大分子，变成小分子，再变成气体分子。”

“吃”煤“吐”气的机理有待破解

刘健介绍，研究认为煤层气有2个成因，一是地球温度压力“热成因说”，另一个就是 “生物成因说”。不同的矿区，这两种成因的煤层气比例不同。现代技术可以具体测出煤层气的两种成因成分和比例数据。

陈林勇说：“由于特殊的环境，煤的微生物生命活力和代谢能力比较缓慢，因而，微生物作用下由煤变气的过程极其漫长和复杂，我们的科研就是分析寻找这个过程的机理。破解这个机理是世界级难题，许多发达国家都在进行相关研究。”

刘健说，如果取得科研突破，就可以将优选的微生物菌群注入煤层，或者将能够激活和促进煤层中菌群代谢的营养液注入煤层，煤层中就可以源源不断地产出煤层气。这样的结果：一是采煤完全变成了采气；二是可以让许多枯竭的煤层气井重新产气；三是从根本上实现黑色煤炭绿色利用。

近年来，晋煤集团已经先后在赵庄、寺河煤矿进行了营养液注入实验。“但都没取得预期效果。”刘健说：“人类筛选培育微生物菌群，在富集优化的过程中，同时也会‘伤害’、‘丢失’一部分菌群，由此就可能影响到煤的降解，影响到产气。”

科研攻关正在进行中

近年来，晋煤集团先后完成了“煤地质产甲烷微生物的分离及成气特征研究”、“褐煤微生物成气过程中关键中间产物及关键步骤研究”等山西省煤层气联合基金项目研究，建立了一整套煤炭生物气化外源菌群的驯化方法，并提出了好氧微生物预处理-厌氧微生物气化的两步法提高煤炭微生物气化效率的方法。目前正在进行“煤地质微生物成气机理研究”等项目。

“我们科研的意义并不在当下，而是长远的未来。”刘健说：“我们的科研环境和条件很好，但我们需要协作攻关。”他介绍，虽然是煤变气的科研，实际上需要煤化工、地质工程、生物学、营养学等多学科交叉协同，形成多专业各类人才的协作团队，才能形成攻关合力。他说，目前他们实验室的科研基本上与国外站在同一水平，但在基础理论研究方面，尤其是微生物与煤的作用机理等方面还有差距。

刘健说，煤炭生物气化研究在全世界范围内都处在一个基础理论研究阶段，由于煤炭它自身的化学成分，微生物很难去降解利用它。也正是因为如此，我们这项研究可能需要几十年甚至更长的时间才能取得突破，但是谁一旦率先攻克，谁将会引领一场能源领域的技术革命。