通过稳定同位素技术发现煤炭产生的机制或与之前认为的不同
研究员 Max Lloyd 测试了来自世界各地的样本。从左边开始是木材、褐煤、次烟煤和烟煤。
宾夕法尼亚州立大学的新研究显示,煤炭产生的最初阶段之一背后的机制可能与人们长期以来认为的不同。
通过观察世界各地煤炭样本中的甲氧基基团并使用稳定同位素,这项新研究背后的科学家发现,有机物质最终会变成煤,并通过微生物作用产生甲烷。
在他们看来,这一发现对从某些煤田回收甲烷燃料具有重要意义。
在《科学》杂志上发表的一篇论文中,研究人员解释说,甲氧基基团由一个带有三个氢原子的碳原子与一个氧原子相连组成。氧原子可以附着在一个较大分子中的任何地方。在煤的情况下,它附着在煤的一个环状排列中的一个碳原子上。
基于这一过程,人们了解到,当湿地森林中的植物物质落入水中并被迅速掩埋时,就会形成煤。有机材料从泥炭开始,变成褐煤,然后是亚烟煤、烟煤,最后是无烟煤,因为它埋得更深,碳含量更高。无烟煤主要是碳,而褐煤仍然是植物性的。
据该研究的主要作者Max Lloyd说,今天在印度等地使用的大多数煤炭都是褐煤或亚烟煤,因为只有这些类型的煤炭容易获得且便宜,但这些煤炭在燃烧时产生的温室气体量最大。
作为这个问题的解决方案,这些煤层中的甲烷井(煤层气(CBM))是用来摆脱化石燃料的好方案。问题是煤层气生产井的寿命通常有限。
"煤层气生产面临的挑战是建造井的成本非常高,而且井可能会在一个月内干涸,"劳埃德说。"我们不知道为什么。生产者添加更多微生物或更多营养(对微生物而言),但这只有在这些是限制因素时才有效,如果煤炭本身是限制因素,则无效。"
"煤层甲烷生产面临的挑战是,打井非常昂贵,而且井可能在一个月内就干了,"劳埃德说。"我们不知道为什么。生产者添加更多的微生物或更多的营养(为微生物),但这只在这些是限制因素的情况下有效,而不是在煤炭本身是限制因素的情况下。"
微生物用于从煤中创造甲烷前体分子的过程。(图片由宾州州立大学Max Lloyd提供)。
Lloyd最初是在研究活树或最近枯死的树木中甲氧基基团的丰度,当时他咨询了他的同事Elizabeth Trembath-Reichert,后者正在研究消耗煤中甲基的微生物。在他们用两种方法证实观察结果是真实的之后,劳埃德开始在世界各地的煤炭中寻找同样的东西。
研究人员说,煤炭中的甲氧基基团被转化为甲烷,但对甲烷如何从煤炭中形成却知之甚少。为了更好地了解这一过程,他们研究了留下的甲氧基基团中碳的稳定同位素。
稳定同位素是一种元素的非放射性形式,在其原子核中含有不同数量的中子。含有12个和13个中子的碳同位素几乎是相同的,只是碳13虽然在自然界中含量较少,但略重一些。劳埃德解释说,生物体一般会偏爱一种同位素而不是另一种,因此源中留下的同位素将不同于通常发现的同位素的百分比。
因此,他和他的同事们研究了从木材到烟煤的所有物质中的甲氧基基团,并注意到同位素的分布与由于热量、酸度或催化反应而产生甲烷的情况不符,但他们确实符合微生物作用的预期模式。
劳埃德说:"事实证明,好氧微生物非常善于降解煤中的环,但是厌氧微生物没有好的方法来分解环。"因此,留给厌氧菌的唯一事情之一就是切断甲氧基部分。"
这些游离的甲氧基基团随后被转化为甲烷。但是,一旦所有可用的甲氧基自由基都从环上被剪掉,微生物就无法获得其他东西,反应就会停止,井就会枯竭。
"真正有趣的是,这些微生物正在释放酶来切断甲氧基,"这位科学家说。"它们在细胞外降解结构,这是有局限性的,因为煤不是溶液,而且微生物不容易在煤结构中随处可见。"
据劳埃德和他的同事说,随着时间的推移,煤炭中甲氧基基团的耗尽表明煤炭本身是甲烷生产的限制性因素。因此,添加更多的微生物或营养物质不会产生更多的甲烷,必须采用另一种方法。
别光忙着叠猫大战,618薅羊毛要点在此又是一年618,又到了各大电商巅峰对决的日子了。你的12只30级猫集齐了吗?你的京喜红包又是否抢的够多了呢?小编相信,诸位一定都在紧锣密鼓的做着各种攻略,只等时机一到,就加入这场大
夏至啦!避暑问题正式提上议程啦今天夏至,是北半球白昼时长达到顶峰的一天!我们也将迎来一年中热到融化的一段时间。因此,又到了将如何避暑?如何科学度过夏日?这一问题提出来的时候了!既然问题出现了!那么解决的方案自然
8月没几天了,您的豪华假期套餐即将开启8月的尾声,意味着9月的到来。而9月开始后,便有一份超级豪华的假期套餐亟待领取中秋节休假日期9月13日15日国庆节休假日期10月1日7日合计10天的假期,恰逢初秋的到来,天气凉爽适
智能来袭爱尔威智能轮椅MBW412爱尔威作为一家高新科技企业,一直以研发AI机器人智造物联网传感技术多维度智能产品为核心,目前已拥有专利合计357项,PCT专利4项软件著作权18项国内发明专利授权30项国际发明专利
小暑将至,大暑未来,还不赶紧出去嗨本周日我们将迎来本年度第十一个节气小暑小暑的到来,标志着两件事1出梅这之后江淮流域的梅雨季节即将结束,不用忍受潮湿不干的衣物烦人的雨季包中沉重的雨伞的日子,终于快要到来了!2入伏说
新人新气象!职场小鲜肉的商务旅行指南还有几天,19年新一届大学新生就要入学了。想必此时,应届毕业生也已相继进入了职场,从学生成长为了职场小鲜肉,为各大公司的办公室注入了全新的活力。或许总有骨灰级老员工抱怨这一届新人不
走过很多地方,中秋只想陪你回家又是一年中秋至!按照传统,值此佳节,便是当归的时候了往日,人们的出行都有着各自不同的目标踩着智能滑板车爱尔威Z5去寻觅美食。它小巧的车型,无论街道宽窄,都能灵活穿行,总能发现那些不
七夕礼物如何撩动她的心7月已经结束,8月接踵而至。随之而来的便是七夕。小编仅有一句话想问那些不再单身的男性友人们你的礼物准备好了吗?就算还没来得及准备,也别慌!小编给你们整理了一份七夕送礼保命清单,助小
都听我的!新学期新打扮,不能忽略脚下装备终于迎来开学季Itstimetobacktoschool!8月的最后一天,意味着美好暑假的结束也意味着是时候以崭新面貌迎接开学新生活啦!对于自由度较高的大学生来说,重新回归校园,与
你以为垃圾拎得清就完事儿了?自从7月1日过后,上海人民的生活重心就发生了变化。而一切的源头正是因为上海市生活垃圾管理条例的正式实施。以前,没事上网搜索的是哪里好吃哪里好玩现在则是XXXX究竟是什么垃圾以致于不
8月8日这么热的天,就快结束了今天是8月8日,一个特别的日子。但别误会,小编说的可不是88会员节。而是立秋。立秋,是二十四节气中的第13个节气。正如谚语所说立秋之日凉风至,从这一天开始,气温将会逐渐下降,暑去凉