Microbiological coal biogasification under laboratory conditions – biogas quantity and quality

• Autorzy: Janiga M. , Kapusta P. , Kania M. , Szubert A.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2018.09.03

Warianty tytułu

PL

Mikrobiologiczne zgazowanie węgla w warunkach laboratoryjnych – ilość i jakość biogazu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of experiments consisting in biogasification of hard and brown coals. The process was carried out in closed containers using a microbiological consortium. The influence of various factors on the amount and composition of released gas was checked. Various degasification conditions were tested: hard and brown coal, three different fractions (from 1.4 to 5 mm, from 0.16 to 1.4 mm, and fraction below 0.16 mm), various temperatures (4°C, 20°C, and 40°C), the experiment duration (1, 2, 3, and 4 weeks). Nitrogen and carbon dioxide were the prevailing gas components during the experiments.

PL

W artykule przedstawiono wyniki eksperymentów polegających na biozgazowaniu węgli kamiennych i brunatnych. Proces ten był przeprowadzany w zamkniętych pojemnikach przy wykorzystaniu konsorcjum mikrobiologicznego. Sprawdzono wpływ różnych czynników na ilość i skład wydzielonego gazu. Przetestowane zostały różne warunki degazacyjne: węgiel kamienny i brunatny, trzy różne frakcje (od 1,4 do 5 mm, od 0,16 do 1,4 mm i frakcja poniżej 0,16 mm), różne temperatury (4°C, 20°C i 40°C), czas trwania eksperymentu (1 tydzień oraz 2, 3 i 4 tygodnie). W trakcie eksperymentów dominującymi składnikami gazu były azot i ditlenek węgla.

Słowa kluczowe

EN

hard coal; brown coal; biogasification; microbiological consortium

PL

węgiel kamienny; węgiel brunatny; biozgazowanie; konsorcjum mikrobiologiczne

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 74, nr 9
• Strony: 647--654
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Janiga M.

• Oil and Gas Institute – National Research Institute, ul. Lubicz 25 A, 31-503 Kraków

autor

Kapusta P.

• Oil and Gas Institute – National Research Institute, ul. Lubicz 25 A, 31-503 Kraków

autor

Kania M.

• Oil and Gas Institute – National Research Institute, ul. Lubicz 25 A, 31-503 Kraków

autor

Szubert A.

• KGHM CUPRUM sp. z o.o. (Ltd) Research and Development Centre, ul. Sikorskiwego 2-8, 53-659 Wrocław

Bibliografia

• [1] Aminian K., Rodvelt G.: Evaluation of Coalbed Methane Reservoirs. in Coal Bed Methane. (Ed.): Thakur P., Schatzel S., Aminian K., 2014, pp. 63–91, Doi: 10.1016/C2013-0-15364-0.
• [2] Anderson I, Ulrich L.E., Lupa B., Susanti D., Porat I., Hooper S.D., Lykidis A., Sieprawska–Lupa M., Dharmarajan L., Goltsman E., Lapidus A., Saunders E., Han C., Land M., Lucas S., Mukhopadhyay B., Whitman W.B., Woese C., Bristow J., Kyrpides N.: Genomic characterization of Methanomicrobiales reveals three classes of methanogens. PLoS ONE 2009, vol. 6, no. 4, pp. 1–9, Doi:10.1371/journal.pone.0005797.
• [3] Bergman I., Klarqvist M., Nilsson M.: Seasonal variation in rates of methane production from peat of various botanical origins: effects of temperature and substrate quality. FEMS Microbiology Ecology 2000, vol. 33, pp. 181–189, doi: 10.1111/j.1574-6941.2000.tb00740.x.
• [4] Bertard C., Bruyet B., Gunther J.: Determination of desorbable gas concentration of coal (direct method). Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 1970, vol. 7, pp. 43–65, doi: 10.1016/0148-9062(70)90027-6.
• [5] Bucha M., Pleśniak Ł., Kufka D., Kubiak K., Błaszczyk M., Jędrysek M.O.: Efektywność procesu metanogenezy w eksperymentach fermentacji węgla brunatnego. Bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie 2012, vol. 216, no. 8, pp. 31–34.
• [6] Cohen M.S, Gabriele P.D.: Biodegradation of coal by the fungi Polyporous versicolor and Poria placenta. Appl. Environ. Microbiol. 1982, vol. 44, pp. 23–27.
• [7] Demirel B., Scherer P.: The roles of acetotrophic and hydrogenotrophic methanogens during anaerobic conversion of biomass to methane: a review. Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 2008; vol. 7, pp. 173–190, doi: 10.1007/s11157-008-9131-1.
• [8] Diamond W.P., Schatzel S.J.: Measuring the Gas Content of Coal: A Review. International Journal of Coal Geology 1998, vol. 35, no. 1, pp. 311–331, doi: 10.1016/S0166-5162(97)00040-2.
• [9] Fliegerova K., Mrazek J., Hoffmann K., Zabranska J., Voigt K.: Diversity of anaerobic fungi within cow manure determined by ITS1 analysis. Folia Microbiol (Praha). 2010; vol. 55, pp. 319–325, doi: 10.1007/s12223-010-0049-y.
• [10] Green M.S., Flanegan K.C., Gilcrease P.C.: Characterization of a methanogenic consortium enriched from a coalbed methane well in the Powder River Basin, U.S.A. Int. J. Coal Geol. 2008, vol. 76, pp. 34–45, doi: 10.1016/j.coal.2008.05.001.
• [11] Harris S.H., Smith R.L., Barker C.E.: Microbial and chemical factors influencing methane production in laboratory incubations of low-rank subsurface coals. Int. J. Coal Geol. 2008, vol. 76, pp. 46–51, doi: 10.1016/j.coal.2008.05.019.
• [12] Hofrichter M., Ziegenhagen D., Sorge S., Ullrich R., Bublitz F. Fritsche W.: Degradation of lignite (low–rank coal) by ligninolytic basidiomycetes and their manganese peroxidase system. Appl. Microbiol.Biotechnol. 1999, vol. 52, pp. 78–84, doi: 10.1007/s002530051490.
• [13] Jerrald Saulsberry L., Schafer P.S., Schraufnagel R.A.: A Guide to Coalbed Methane Reservoir Engineering. Gas Research Institute, 1996.
• [14] Jones D.M., Head I.M., Gray N.D., Adams J.J., Rowan A.K., Aitken C.M., Bennett B., Huang H., Brown A., Bowler B.F.J., Oldenburg T., Erdmann M., Larter S.R.: Crude–oil biodegradation via methanogenesis in subsurface petroleum reservoirs. Nature 2008; vol. 451, pp. 176–180, doi: 10.1038/nature06484.
• [15] Jones E.J.P., Voytek M.A., Warwick P.D., Corum M.D., Cohn A.: Bioassay for estimating the biogenic generating potential of coal samples. Int. J. Coal Geol. 2008, vol. 76, pp. 138–50, doi: 10.1016/j.coal.2008.05.011.
• [16] Kania M., Janiga M.: Elementy walidacji metody analitycznej oznaczania w mieszaninie gazowej związków węglowodorowych oraz N2, O2, CO i CO2 za pomocą dwukanałowego, zaworowego chromatografu gazowego AGILENT 7890A. Nafta-Gaz 2011, no. 11, pp. 812–824.
• [17] Kapusta P., Turkiewicz A., Brzeszcz J.: Mikroorganizmy i procesy mikrobiologiczne w przemyśle naftowym. Nafta-Gaz 2009, no. 10, pp. 805–811.
• [18] Kasiński J., Mazurek S., Piwocki M.: Waloryzacja i ranking złóż węgla brunatnego w Polsce. Państwowy Instytut Geologiczny 2006, Warszawa.
• [19] Kissell F.N., McCulloch C.M., Elder C.H., The direct method of determining methane content of coalbeds for ventilation design. US Bur. Mines, 1973, Rep. Invest. 7767, pp. 1–17.
• [20] Kruger M., Beckmann S., Engelen B., Thielemann T., Cramer B.,: Microbial methane formation from hard coal and timber in an abandoned coal mine. Geomicrobiol. J. 2008, vol. 25, pp. 315–321, doi: 10.1080/01490450802258402.
• [21] Lin C.M., Gu L.X., Li G.Y., Zhao Y.Y., Jiang W.S.: Geology and formation mechanism of late Quaternary shallow biogenic gas reservoirs in the Hangzhou Bay area, eastern China. AAPG Bull. 2004; vol. 88, pp. 613–625, doi: 10.1306/01070403038.
• [22] Machnikowska H., Pawelec K., Podgórska A.: Microbial degradation of low rank coals. Fuel Proces. Technol.2002, vol. 77–78, pp. 17–23, doi: 10.1016/S0378-3820(02)00064-4.
• [23] Menger W.M., Kern E.E., Karkalits O.C., Wise D.L., Leuschner A.P.: Microbial process for producing methane from coal. 2000, U.S. Patent No. 6, 143, 534.
• [24] Mochimaru H., Yoshioka H., Tamaki H., Nakamura K., Kaneko N., Sakata S., Imachi H., Sekiguchi Y., Uchiyama H., Kamagata Y.: Microbial diversity and methanogenic potential in a high temperature natural gas field in Japan. Extremophiles 2007; no. 11, pp. 453–461, doi: 10.1007/s00792-006-0056-8.
• [25] Orem W.H., Voytek M.A., Jones E.J., Lerch H.E., Bates A.L.: Organic intermediates in the anaerobic biodegradation of coal to methane under laboratory conditions. Org. Geochem. 2010, vol. 41, pp. 997–1000, doi: 10.1016/j.orggeochem.2010.03.005.
• [26] Osipowicz B., Jablonski L., Siewinski A., Augustyn D., Rymkiewicz A.: Screening tests on the biodegradation of organic coal extract by selected fungi. Bioresour. Technol. 1996, vol. 55, pp. 195–200, doi: 10.1016/0960-8524(96)00193-9.
• [27] Pfeiffer R.S., Ulrich G.A., Finkelstein M.: Chemical amendments for the stimulation of biogenic gas generation in deposits of carbonaceous material. 2010, U.S. Patent No. 7696132.
• [28] Rice D.D., Claypool G.E.: Generation, Accumulation, and Resource Potential of Biogenic Gas. AAPG Bull. 1981, vol. 65, pp. 5–25, doi: 10.1306/2F919765-16CE-11D7-8645000102C1865D.
• [29] Shumkov S., Terekhova S., Laurinavichius K.: Effect of enclosing rocks and aeration on methanogenesis from coals. Appl. Microbiol. Biotechnol. 1999, vol. 52, pp. 99–103, doi: 10.1007/s002530051494.
• [30] Sienkiewicz M., Pytlik A.: Metan z pokładów węgla – stan i perspektywy zagospodarowania surowca na przykładzie polskiej i czeskiej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wiadomości Naftowe i Gazownicze 2013, vol. 187, no. 11, pp. 21–27.
• [31] Strąpoć D., Picardal F.W., Turich C., Schaperdoth I., Macalady J.L., Lipp J.S., Lin Y-S., Ertefai T.F., Schubotz F., Hinrichs K-U., Mastalerz M., Schimmelmann A.: Methane–producing microbial community in a coal bed of the Illinois Basin. Appl. and Environ. Microbiol. 2008, vol. 74, pp. 2424–2432, doi: 10.1128/AEM.02341-07.
• [32] Ulrich G., Bower S.: Active methanogenesis and acetate utilization in Powder River Basin coals. United States. Int. J. Coal Geol. 2008, vol. 76, pp. 25–33, doi: 10.1016/j.coal.2008.03.006.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).