煤炭生物转化技术概述
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1991
1992 1995 1996
1997
1999 2002 2003 2006 2008
1 煤炭生物转化研究进展
表1 国外煤炭生物液化技术研究进展[7,8]
主要成就 假单胞菌能够利用硬煤生长 真菌在琼脂平板上能将褐煤液化为褐色小液滴 煤炭预处理能加速生物降解 菌株的基因组和cDNA 克隆 第一个解释煤炭溶解的机理：碱性机理 第二个煤炭生物转化机理：螯合剂作用
通过saprotrophic真菌气化煤炭产生了甲烷。
Lenhart等[16]
采用泥炭与牛粪按比例配合后，在室温下进行微生物气化。
张学才[17]
利用沼液为外加菌种源分别进行了褐煤及瘦煤的甲烷产出实验研究，并 获得了重要的成果。
苏现波等[18,19]
利用沼液经逐步驯化得到的外源产甲烷菌群为菌源，在千克级的水平上 ，研究了驯化菌源对不同煤种的气化效果。
王保玉等[20]
采用厌氧培养方法从厌氧污泥样品中富集出了产甲烷菌群，以煤为碳源 对其进行驯化，得到了产甲烷的厌氧菌群。
林海等[21]
采用厌氧培养方法在云南省昭通褐煤样品中成功地培养富集了活性厌氧 细菌，并开展了为期60天的生物气生成模拟实验。
王爱宽等[22,23]
煤炭转 化煤种
2 煤炭生物转化煤种
煤炭生物转化技术概述
目录
1
煤炭生物转化研究进展
2
煤炭生物转化煤种
本
文
3
煤炭转化微生物
目
录
4
煤炭生物转化过程
结 构
5
煤炭生物转化产物分析
6
煤炭生物转化机理
7
煤炭生物转化技术展望
引言
引言
我国属于富煤、贫油、少气的国家。目前，煤炭在我国一次能源的 储量占比 消费中占70%左右，以煤炭为主的能源结构在较长时间内不会改变。
研究者 Fakoussa Cohen、Gabriele Scott等 Boer等 Quigley等 Quigley等 Maka等
Fakoussa
Reiss Hölker等
Frost Doyle等 Ralph等 Hofrichter等 Hölker等 Steinbüchel Hofrichter Steinbuchel Hölker等 Basaran等 Elbeyli等 Oboirien等
多年来，各种煤化程度的煤炭被用于微生物转化试验。试验结果表明，微生 物低阶煤的转化效果最好。
生物转化效果最好
低阶煤
低阶煤主要包括褐煤、风化煤、泥炭等，其 特点是煤化程度低，水分和灰分含量高，热 值低，含有较多的腐植酸，侧链及含氧官能 团多，氧含量高达15%-30%[6]。其中，活性 官能团含量较高以及侧链和桥键较多是低阶 煤分子更容易被微生物分解的主要原因。
煤炭生物 转化研 究进展
煤炭生物转 化研究历程
煤炭生物转 化技术
国外
生物 气化
生物 液化
1 煤炭生物转化研究进展
Potter
1908 发现了细菌在褐煤氧化过程中起到了催化
剂的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用[7]
Galle 1910 分离出能在褐煤中生长的细菌[8]。
Fuchs
1927 报道了能在不同煤中生长的真菌[8]。
研究者 袁红莉[11]
阜新矿业学院 舒兰矿务局科研所
安徽理工大学
进行《褐煤微生物综合肥料》的研究工作，取得了一定的成果 [12]。
酸预处理后的义马褐煤样可被白腐真菌降解，并发现是白腐真 菌释放出来的酶在降解过程中发挥作用。
王龙贵[13]
大连理工大学
用硝酸氧化褐煤，用云芝进行生物降解，经分析表明，煤样溶 解率达30%-60%。
1 煤炭生物转化研究进展
我国从二十世纪九十年代开始开展煤的生物转化研究。主要研究机构有中国农业 大学、阜新矿业学院、安徽理工大学、大连理工大学等，取得了一系列成果。
煤炭生
物转化
国
研究进
内
展
表2 国内煤炭生物液化技术研究进展
机构 中国农业大学
主要成就
利用细菌、真菌等降解褐煤，腐殖酸的成分发生显著变化，降 解后悬浮液施用在盆栽农作物上，有明显效果。
德国的Fakoussa[9]和美国的 Cohen、Gabriele[10]
发现煤炭可以为某些微生物提供生长所需的 物质基础，并且这些微生物可将固体煤炭颗
粒转化为黑色液滴.由此拉开了煤炭生物降
解转化研究的序幕。
煤炭生 物转化 研究进
展
国 外
年份 1981 1982 1986 1987 1988 1989
0.6%
少气
天然 气
5.4%
贫油
石油
94%
富煤
煤炭
我国已探明的能源储量百分比图
引言
• 煤炭作为我国的主要能源，对其进行 生物技术转化有何价值？
• 在我国丰富的煤炭资源中，低阶煤资源储量大、分布广 ，占已发现资源量的58.13%[2]。这些低阶煤直接燃烧热 效率较低，容易形成环境污染，长期露天堆放，又会造 成资源的浪费。由于煤化程度较低，这些低价煤易于进 行气、液转化，而且煤炭转化可有效脱硫除氮，得到清 洁产品，减少SOx，NOx，COx和灰渣等污染物的排放 。因此，立足于我国丰富的煤炭资源，发展煤炭转化技 术，合理开发和充分利用低阶煤资源，对保护环境及确 保油、气安全供应有着重要意义。
韩威[13]
煤炭生
物转化
国
研究进
内
展
国外
国内
1 煤炭生物转化研究进展
表3 国内煤炭生物气化技术研究进展
主要成就
提出将厌氧微生物种群及其所需营养物质注入到煤层中，可促进煤层甲 烷产出，说明煤具有生物气化的潜力。
发现醋酸是甲烷形成过程中的一种重要的中间产物，其向甲烷的转化率 超过70%。
研究人员 Scott[14] Glenn等[15]
煤炭转化技术
煤炭
化学方法 高温高压条件
液体燃 料、化 学品
引言
煤炭
酶或微生物 大分子的氧化作用
清洁经 济有效 的能源 物质
煤的生物转化与物理、化学方法相比，采用微生 物转化煤炭，作用条件温和、方法简单、设备低 廉，更重要的是对环境友好，是一条实现煤炭高 效、清洁利用的新途径[6,7]。
生物和 化学手段 高附加值产品
筛选菌种的鉴定 13C固体NMR的应用 证明螯合剂不能单独起作用 提出煤炭转化的ABC机理 提出液化评价效果的两个指标：液滴产生量和液化率 系统地研究碳源对褐煤溶解的影响 体外系统证明没有漆酶调节下优先聚合腐植酸 LiP同工酶H8的cDNA 的表达 应用分子排阻技术于褐煤溶解产物分子量的测试 研究了MnP对腐植酸的解聚作用 半知真菌中非特异性酯酶参与煤的溶解 生物液化精细化工产品：聚羟烷酸酯（PHA，生物塑料） 煤炭液化机理：ABCDE体系的提出 煤炭转化第一个精细化工产品－PHA 25L生物反应器用于固体基质液化 LC/MS 技术应用于液化产物的研究 GC/MS 技术应用于液化产物的研究 流化床生物反应器应用于煤炭液化研究
1992 1995 1996
1997
1999 2002 2003 2006 2008
1 煤炭生物转化研究进展
表1 国外煤炭生物液化技术研究进展[7,8]
主要成就 假单胞菌能够利用硬煤生长 真菌在琼脂平板上能将褐煤液化为褐色小液滴 煤炭预处理能加速生物降解 菌株的基因组和cDNA 克隆 第一个解释煤炭溶解的机理：碱性机理 第二个煤炭生物转化机理：螯合剂作用
通过saprotrophic真菌气化煤炭产生了甲烷。
Lenhart等[16]
采用泥炭与牛粪按比例配合后，在室温下进行微生物气化。
张学才[17]
利用沼液为外加菌种源分别进行了褐煤及瘦煤的甲烷产出实验研究，并 获得了重要的成果。
苏现波等[18,19]
利用沼液经逐步驯化得到的外源产甲烷菌群为菌源，在千克级的水平上 ，研究了驯化菌源对不同煤种的气化效果。
王保玉等[20]
采用厌氧培养方法从厌氧污泥样品中富集出了产甲烷菌群，以煤为碳源 对其进行驯化，得到了产甲烷的厌氧菌群。
林海等[21]
采用厌氧培养方法在云南省昭通褐煤样品中成功地培养富集了活性厌氧 细菌，并开展了为期60天的生物气生成模拟实验。
王爱宽等[22,23]
煤炭转 化煤种
2 煤炭生物转化煤种
煤炭生物转化技术概述
目录
1
煤炭生物转化研究进展
2
煤炭生物转化煤种
本
文
3
煤炭转化微生物
目
录
4
煤炭生物转化过程
结 构
5
煤炭生物转化产物分析
6
煤炭生物转化机理
7
煤炭生物转化技术展望
引言
引言
我国属于富煤、贫油、少气的国家。目前，煤炭在我国一次能源的 储量占比 消费中占70%左右，以煤炭为主的能源结构在较长时间内不会改变。
研究者 Fakoussa Cohen、Gabriele Scott等 Boer等 Quigley等 Quigley等 Maka等
Fakoussa
Reiss Hölker等
Frost Doyle等 Ralph等 Hofrichter等 Hölker等 Steinbüchel Hofrichter Steinbuchel Hölker等 Basaran等 Elbeyli等 Oboirien等
多年来，各种煤化程度的煤炭被用于微生物转化试验。试验结果表明，微生 物低阶煤的转化效果最好。
生物转化效果最好
低阶煤
低阶煤主要包括褐煤、风化煤、泥炭等，其 特点是煤化程度低，水分和灰分含量高，热 值低，含有较多的腐植酸，侧链及含氧官能 团多，氧含量高达15%-30%[6]。其中，活性 官能团含量较高以及侧链和桥键较多是低阶 煤分子更容易被微生物分解的主要原因。
煤炭生物 转化研 究进展
煤炭生物转 化研究历程
煤炭生物转 化技术
国外
生物 气化
生物 液化
1 煤炭生物转化研究进展
Potter
1908 发现了细菌在褐煤氧化过程中起到了催化
剂的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用[7]
Galle 1910 分离出能在褐煤中生长的细菌[8]。
Fuchs
1927 报道了能在不同煤中生长的真菌[8]。
研究者 袁红莉[11]
阜新矿业学院 舒兰矿务局科研所
安徽理工大学
进行《褐煤微生物综合肥料》的研究工作，取得了一定的成果 [12]。
酸预处理后的义马褐煤样可被白腐真菌降解，并发现是白腐真 菌释放出来的酶在降解过程中发挥作用。
王龙贵[13]
大连理工大学
用硝酸氧化褐煤，用云芝进行生物降解，经分析表明，煤样溶 解率达30%-60%。
1 煤炭生物转化研究进展
我国从二十世纪九十年代开始开展煤的生物转化研究。主要研究机构有中国农业 大学、阜新矿业学院、安徽理工大学、大连理工大学等，取得了一系列成果。
煤炭生
物转化
国
研究进
内
展
表2 国内煤炭生物液化技术研究进展
机构 中国农业大学
主要成就
利用细菌、真菌等降解褐煤，腐殖酸的成分发生显著变化，降 解后悬浮液施用在盆栽农作物上，有明显效果。
德国的Fakoussa[9]和美国的 Cohen、Gabriele[10]
发现煤炭可以为某些微生物提供生长所需的 物质基础，并且这些微生物可将固体煤炭颗
粒转化为黑色液滴.由此拉开了煤炭生物降
解转化研究的序幕。
煤炭生 物转化 研究进
展
国 外
年份 1981 1982 1986 1987 1988 1989
0.6%
少气
天然 气
5.4%
贫油
石油
94%
富煤
煤炭
我国已探明的能源储量百分比图
引言
• 煤炭作为我国的主要能源，对其进行 生物技术转化有何价值？
• 在我国丰富的煤炭资源中，低阶煤资源储量大、分布广 ，占已发现资源量的58.13%[2]。这些低阶煤直接燃烧热 效率较低，容易形成环境污染，长期露天堆放，又会造 成资源的浪费。由于煤化程度较低，这些低价煤易于进 行气、液转化，而且煤炭转化可有效脱硫除氮，得到清 洁产品，减少SOx，NOx，COx和灰渣等污染物的排放 。因此，立足于我国丰富的煤炭资源，发展煤炭转化技 术，合理开发和充分利用低阶煤资源，对保护环境及确 保油、气安全供应有着重要意义。
韩威[13]
煤炭生
物转化
国
研究进
内
展
国外
国内
1 煤炭生物转化研究进展
表3 国内煤炭生物气化技术研究进展
主要成就
提出将厌氧微生物种群及其所需营养物质注入到煤层中，可促进煤层甲 烷产出，说明煤具有生物气化的潜力。
发现醋酸是甲烷形成过程中的一种重要的中间产物，其向甲烷的转化率 超过70%。
研究人员 Scott[14] Glenn等[15]
煤炭转化技术
煤炭
化学方法 高温高压条件
液体燃 料、化 学品
引言
煤炭
酶或微生物 大分子的氧化作用
清洁经 济有效 的能源 物质
煤的生物转化与物理、化学方法相比，采用微生 物转化煤炭，作用条件温和、方法简单、设备低 廉，更重要的是对环境友好，是一条实现煤炭高 效、清洁利用的新途径[6,7]。
生物和 化学手段 高附加值产品
筛选菌种的鉴定 13C固体NMR的应用 证明螯合剂不能单独起作用 提出煤炭转化的ABC机理 提出液化评价效果的两个指标：液滴产生量和液化率 系统地研究碳源对褐煤溶解的影响 体外系统证明没有漆酶调节下优先聚合腐植酸 LiP同工酶H8的cDNA 的表达 应用分子排阻技术于褐煤溶解产物分子量的测试 研究了MnP对腐植酸的解聚作用 半知真菌中非特异性酯酶参与煤的溶解 生物液化精细化工产品：聚羟烷酸酯（PHA，生物塑料） 煤炭液化机理：ABCDE体系的提出 煤炭转化第一个精细化工产品－PHA 25L生物反应器用于固体基质液化 LC/MS 技术应用于液化产物的研究 GC/MS 技术应用于液化产物的研究 流化床生物反应器应用于煤炭液化研究