沼氣的成分主要為甲烷（50%~60%）和二氧化碳（40%~50%），經(jīng)脫碳（二氧化碳）后可得到與天然氣品質(zhì)相當的生物天然氣，以便利用現有的天然氣輸送和終端利用設施進(jìn)行安全高值利用。目前工業(yè)應用的沼氣脫碳制備生物天然氣的工藝主要有高壓水洗、物理吸收、化學(xué)吸收、變壓吸附、膜分離等。這些方法的本質(zhì)是將二氧化碳從沼氣中分離出并排放到大氣中，是一種拋棄式脫碳，這不僅造成溫室氣體排放，而且極大地浪費了二氧化碳資源。如果進(jìn)行二氧化碳加氫甲烷化脫碳，則可以利用二氧化碳資源提高生物天然氣產(chǎn)量，是一種利用式脫碳。二氧化碳甲烷化反應所需的氫氣供給目前已經(jīng)不是主要障礙，氫氣可來(lái)源于風(fēng)電、光電、水電的電解水獲得，由于電能較難儲存，可通過(guò)電制氣的方式實(shí)現能量?jì)Υ妗Ｄ壳皻W洲已經(jīng)開(kāi)始研究“Power to Gas”戰略計劃的可行性。
中國科學(xué)院成都生物研究所碩士研究生朱獻濮在李東博士的指導下，開(kāi)展高溫原位加氫甲烷化制備生物天然氣研究，直接將氫氣通入豬糞厭氧消化反應器內，平均甲烷產(chǎn)率從未加氫階段的222 L/kg VS提高至292 L/kg VS，平均相對甲烷含量從66%提高至83%。通過(guò)微生物多樣性分析表明，嚴格氫營(yíng)養型產(chǎn)甲烷菌Methanoculleus、 Methanobrevibacter、 Methanobacterium是高溫原位加氫甲烷化系統的主要產(chǎn)甲烷菌，且外源氫氣的加入會(huì )弱化同型產(chǎn)乙酸菌與氫營(yíng)養型產(chǎn)甲烷菌之間的互營(yíng)協(xié)作關(guān)系，而作為種間電子傳遞載體的甲酸鈉的加入有助丙酸降解產(chǎn)乙酸，從而保證系統的穩定。該研究為生物天然氣生產(chǎn)提供新的思路。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目課題、中科院國合局對外合作重點(diǎn)項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )等的支持。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Cleaner Production期刊上。