JP6396068B2 - Method for producing methane gas in the formation from coal and / or diatomite contained in the formation - Google Patents
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Description
本発明は、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法に関し、特に、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素とを反応させて地層中に炭素化合物を生成させ、当該炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物によりメタンガスを地層中において製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing methane gas from a coal and / or diatomite contained in a formation, and more particularly, to react a coal and / or diatomite contained in a formation with hydrogen peroxide in the formation. The present invention relates to a method for producing methane gas in a formation by a microorganism that produces a carbon compound and produces methane using the carbon compound as a substrate.
化石燃料は何億年を経て生成した有限の資源であるが、現状の先進国の経済や生活は化石燃料に依存しているため、今後数十年で枯渇するといわれている。現在使用されている主な化石燃料として、石炭、石油、天然ガスなどがあり、近年、メタンハイドレートやシェールガスなどの利用も検討されているが、石油への依存度が高いという現状に変化はなく、発展途上国の経済拡大も手伝って、石油の消費は年々増加していることから、特に石油資源の枯渇の早まりが懸念されている。 Fossil fuels are a finite resource produced over hundreds of millions of years, but because the current economy and life of developed countries depend on fossil fuels, they are said to be depleted in the coming decades. The main fossil fuels currently in use include coal, oil, and natural gas. In recent years, the use of methane hydrate and shale gas has been studied, but the current situation is that the dependence on oil is high. However, as the consumption of oil has been increasing year by year, helping to expand the economy in developing countries, there is a particular concern about the early depletion of oil resources.
また、石炭については、世界の一次エネルギーの約3割、電源別発電量の約4割を占めており、可採年数は他の化石燃料よりも長く、133年といわれていることから、今世紀における重要なエネルギー資源とされている。しかしながら、石油や天然ガスと比較して、石炭は燃焼した際の二酸化炭素や酸性雨の原因となるNOxやSOxの排出量が多く、環境制約上の課題があるといわれているうえ、我が国においては、そのほとんどを輸入に頼っている。さらに、我が国における地下1200m以浅の浅部炭層における石炭の埋蔵量が約270億トンといわれているのに対し、地下1000〜3000mの深部非可採炭層における石炭埋蔵量は3000億トン以上、3000m以深の深部非可採炭層における石炭埋蔵量は3兆トン以上との報告がある(非特許文献1)。 As for coal, it accounts for about 30% of the world's primary energy and about 40% of power generation by power source, and it is said that the harvestable period is 133 years longer than other fossil fuels. It is considered as an important energy resource. However, compared to oil and natural gas, coal emits more carbon dioxide and NOx and SOx that cause acid rain when burned. Most of them rely on imports. Furthermore, in Japan, coal reserves in shallow coal seams shallower than 1200 m are said to be about 27 billion tons, whereas coal reserves in deep non-recoverable coal seams 1000 to 3000 m below 300 million tons and 3000 m There is a report that the coal reserves in deeper non-recoverable coal layers deeper than that are 3 trillion tons or more (Non-Patent Document 1).
一方、メタンは、油田やガス田から採掘されエネルギー源として有用な天然ガスの主成分である。メタンは広く自然界に存在し、地下環境においては微生物によるメタン生成が行われている。例えば、石炭層や珪藻岩(珪藻土)層においては世界各地で微生物起源のメタンが検出されている(非特許文献2)。 On the other hand, methane is a main component of natural gas extracted from oil and gas fields and useful as an energy source. Methane exists widely in nature and methane is produced by microorganisms in the underground environment. For example, in coal and diatomite (diatomite) layers, methane originating from microorganisms has been detected in various parts of the world (Non-Patent Document 2).
そこで従来、微生物を用いてメタンを生産する方法が開発されている。例えば、アンモニウム塩を含有せず、還元剤としてL−システイン塩酸塩を含有する培地により共培養可能な紅色非硫黄細菌と水素資化性メタン生成菌とを、二酸化炭素含有ガス存在下で共培養してメタンガスを得る方法(特許文献1)や、有機性廃棄物を可溶化槽で高温好気性菌を添加して可溶化し、その際同時にアンモニアストリッピングを行った原料をメタン発酵槽に供給し、嫌気性微生物によりメタン発酵させるという方法(特許文献2)、バイオマスを酸発酵させた後に、メタン発酵させることにより、メタン発酵の残渣を含む残泥を気体で加圧した後、常圧に戻し、浮上した残渣を含む分画を酸発酵に利用するメタン生成方法(特許文献3)、メタン発酵液から採取した試料の単位体積当たりのDNA量から求めたバクテリア数+アーキア数をモニタリングして制御する、メタン発酵関連微生物群によりバイオマスをメタン発酵させてメタンを製造する方法(特許文献4)、海藻を熱処理することにより骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養してメタンを生成させる方法(特許文献5)などを挙げることができる。また、メタン生成微生物群が利用可能な有機物の生成方法として、過酸化水素と石炭とを反応させ、短時間において石炭質量の数十%(最大で約80%)の有機物を生成する方法が開示されている(非特許文献3)。 Therefore, methods for producing methane using microorganisms have been developed. For example, red non-sulfur bacteria and hydrogen-utilizing methanogens that can be co-cultured in a medium containing no ammonium salt and containing L-cysteine hydrochloride as a reducing agent are co-cultured in the presence of carbon dioxide-containing gas. To obtain methane gas (Patent Document 1) and solubilize organic waste in a solubilization tank by adding high-temperature aerobic bacteria, and at the same time, feed the raw material that has been subjected to ammonia stripping to the methane fermentation tank Then, the method of fermenting methane with anaerobic microorganisms (Patent Document 2), after acid fermentation of biomass, methane fermentation to pressurize the residual mud containing residues of methane fermentation with gas, and then to normal pressure Method of producing methane using fractions containing residues that have been returned and floated for acid fermentation (Patent Document 3), the number of bacteria determined from the amount of DNA per unit volume of the sample collected from the methane fermentation broth Monitoring and controlling the number of archaea, a method of producing methane by fermenting biomass with methane fermentation-related microorganisms (Patent Document 4), heat treating seaweed to lower the molecular weight of skeletal polysaccharides and viscous polysaccharides Thereafter, a method of culturing methanogenic bacteria using heat-treated seaweed as a substrate to produce methane (Patent Document 5) can be mentioned. In addition, as a method for producing an organic substance that can be used by the methane-producing microorganism group, a method is disclosed in which hydrogen peroxide and coal are reacted to produce an organic substance of several tens% (up to about 80%) of the coal mass in a short time. (Non-Patent Document 3).
可採年数の長い化石燃料である石炭または珪藻岩(珪藻土)と過酸化水素とを反応させて有機物を生成し、生成した有機物をメタン生成微生物群に供してメタンを製造する方法が考えられるが、炭鉱施設を建設して採掘した石炭または珪藻岩(珪藻土)を過酸化水素と反応させ、それにより得られた有機酸をメタン生成微生物群に供してメタンを製造する方法では、コストがかかり過ぎるうえに製造できるメタンの量も限られることが想定でき、メタンの製造方法として有効な方法とは言い難い。 There is a method of producing methane by reacting coal or diatomite (diatomaceous earth), which is a long-lived fossil fuel, with hydrogen peroxide to produce organic matter, and using the produced organic matter to a group of methanogenic microorganisms. The method of producing methane by constructing a coal mine facility and reacting mined coal or diatomite (diatomaceous earth) with hydrogen peroxide and supplying the resulting organic acid to the methane-producing microorganism group is too expensive. Moreover, it can be assumed that the amount of methane that can be produced is limited, and it is difficult to say that this is an effective method for producing methane.
そこで、地下すなわち地層中でメタンを生成してエネルギー資源として回収する方法が考えられるが、メタン生成プロセスを加速させてエネルギー資源として回収するためには、根源物質からメタン生成微生物が利用可能な物質までの分解プロセスが速度論的にボトルネックとなってしまう。このメタン生成プロセスについてはいくつかの仮説が提唱されているようであるが、実験的に証明されていないのが実情である。また、地層中においては、断層帯などの特別な環境を除き、微生物が生育することができる空間が非常に限られている。通常、微生物は地層中のわずかな亀裂の中に棲息しているが、この亀裂をバイオリアクターとして利用する場合、基質となる有機物と微生物との接触効率や微生物の増殖数に限界が生じてしまう。 Therefore, a method of generating methane underground and in the geological formation and recovering it as an energy resource is conceivable. However, in order to accelerate the methane generation process and recover it as an energy resource, a substance that can use methanogenic microorganisms from the source material is available. The decomposition process up to is a kinetic bottleneck. Several hypotheses seem to have been proposed for this methane production process, but the actual situation has not been proved experimentally. In the formation, except for special environments such as fault zones, the space where microorganisms can grow is very limited. Usually, microorganisms live in a few cracks in the formation, but when this crack is used as a bioreactor, there are limits to the contact efficiency between the organic substance and the microorganisms and the growth number of microorganisms. .
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、採炭工程を経ずに石炭や珪藻岩(珪藻土)をガス資源に転換して回収することができることから、採炭が困難な深度の石炭や珪藻岩(珪藻土)をガス資源として回収することができ、また、褐炭などの低品位な石炭をガス資源として回収することができ、また、メタンガスは石炭と比べて燃焼時にCO2やNOX、SOXの発生量が少ないことから、環境への影響がより小さいエネルギー資源として回収することができる、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and coal and diatomite (diatomaceous earth) can be recovered by converting them into gas resources without going through a coal mining process. Coal and diatomite (diatomaceous earth) at difficult depths can be recovered as gas resources, and low-grade coal such as lignite can be recovered as gas resources, and methane gas is more combustible than coal. Production of methane gas from coal and / or diatomite contained in the formation, which can be recovered as an energy resource with less impact on the environment due to the small amount of CO 2 , NO X , and SO X generated It aims to provide a way to do.
本発明者らは、鋭意研究の結果、上述した、メタン生成プロセスを加速させてエネルギー資源として回収するためには根源物質からメタン生成微生物が利用可能な物質までの分解プロセスが速度論的にボトルネックとなるということを解消し、さく井、さく井した井戸の周囲における亀裂の存在、前記井戸からの過酸化水素溶液の注入、炭素化合物の生成、空間の生成およびメタン生成微生物の存在、さらには還元剤や塩基性溶液の注入により、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造することができることを見出し、下記の各発明を完成した。 As a result of diligent research, the present inventors have determined that the above-described decomposition process from a source material to a material that can be used by methanogenic microorganisms is a kinetic bottle in order to accelerate the methanogenesis process and recover it as an energy resource. Eliminates the bottleneck, the presence of cracks around the wells and wells, the injection of hydrogen peroxide solution from the wells, the formation of carbon compounds, the formation of spaces and the presence of methanogenic microorganisms, and even reduction It has been found that methane gas can be produced in the formation from coal and / or diatomite contained in the formation by injection of an agent and a basic solution, and the following inventions have been completed.
地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法であって、地上から石炭および/または珪藻岩を含む地層へ向けてさく井する工程と、必要に応じて前記さく井して得られた1または2以上の井戸の周囲に亀裂を生じさせる工程と、前記さく井して得られた1または2以上の井戸から過酸化水素溶液を注入して地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素とを反応させて炭素化合物を生成させるとともに空間を生成させる工程と、前記さく井して得られた1または2以上の井戸から前記生成させた炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物を投入する工程、および前記反応後に残存する石炭および/または珪藻岩から前記生成させた炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物を誘導する工程の、少なくともいずれかの工程とを有する前記方法。 A method of producing methane gas from coal and / or diatomite contained in the formation in the formation, the step of drilling from the ground toward the formation containing coal and / or diatomite, and the drilling as necessary. And a step of generating cracks around one or more wells obtained in the above, a hydrogen peroxide solution is injected from one or more wells obtained by the wells, and coal contained in the formation and / or Alternatively, diatomite and hydrogen peroxide are reacted to generate a carbon compound and a space is generated, and methane is formed from the one or more wells obtained by the wells as the substrate. A step of introducing a microorganism to be produced, and a micro-organism that produces methane from the carbon compound produced from the coal and / or diatomite remaining after the reaction as a substrate The step of inducing, said method comprising at least one step.
前記さく井して得られた1または2以上の井戸から還元剤を注入する工程を有する、(1)に記載の方法。 The method according to (1), comprising a step of injecting a reducing agent from one or more wells obtained by the well.
前記さく井して得られた1または2以上の井戸から塩基性溶液を注入する工程を有する、(1)または(2)に記載の方法。 The method according to (1) or (2), comprising a step of injecting a basic solution from one or more wells obtained by the well.
地上から石炭および/または珪藻岩を含む地層へ向けてさく井する工程が、水圧破砕法を用いて地上から石炭および/または珪藻岩を含む地層へ向けてさく井する工程である、(1)から(3)のいずれか一項に記載の方法。 The step of drilling from the ground toward the formation containing coal and / or diatomite is a step of drilling from the ground toward the formation containing coal and / or diatomite using the hydraulic fracturing method (1) to ( The method according to any one of 3).
本発明に係る地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法によれば、採炭工程を経ずに石炭や珪藻岩(珪藻土)をガス資源に転換して回収することができるうえ、採炭が困難な深度の石炭や珪藻岩(珪藻土)をガス資源として回収することができる。また、褐炭などの低品位な石炭をガス資源として回収することができ、さらに、メタンガスは石炭と比べて燃焼時にCO2やNOX、SOXの発生量が少ないことから、環境への影響がより小さいエネルギー資源として回収することができる。さらに、諸外国においては、炭層メタンが非在来型のエネルギー資源とされて、商業生産が盛んに行われているが、本発明によって、それにより枯渇した炭層ガス鉱床を再生することができる。 According to the method of producing methane gas from coal and / or diatomite contained in the formation according to the present invention, coal and diatomite (diatomaceous earth) are converted into gas resources and recovered without going through a coal mining process. In addition, coal and diatomite (diatomite), which are difficult to mine, can be recovered as gas resources. In addition, low-grade coal such as lignite can be recovered as a gas resource, and methane gas generates less CO 2 , NO x , and SO x during combustion compared to coal, which has an impact on the environment. It can be recovered as a smaller energy resource. Further, in other countries, coal seam methane is regarded as an unconventional energy resource, and commercial production is actively performed. However, according to the present invention, a coal seam gas deposit that has been depleted can be regenerated.
以下、本発明に係る地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a method for producing methane gas in the formation from coal and / or diatomite contained in the formation according to the present invention will be described in detail.
本発明に係る地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法の第1実施形態は、
(I)地上から石炭および/または珪藻岩を含む地層へ向けてさく井する工程(さく井工程)、
(II)必要に応じて前記さく井して得られた1または2以上の井戸の周囲に亀裂を生じさせる工程(亀裂発生工程)、
(III)さく井して得られた1または2以上の井戸から過酸化水素溶液を注入して地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素とを反応させて炭素化合物を生成させるとともに空間を生成させる工程(炭素化合物・空間生成工程)、
(IV)さく井して得られた1または2以上の井戸から炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物を投入する工程、および反応後に残存する石炭および/または珪藻岩から炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物を誘導する工程の、少なくともいずれかの工程(微生物投入・誘導工程)
以上(I)〜(IV)の工程を有している。
The first embodiment of the method for producing methane gas in the formation from coal and / or diatomite contained in the formation according to the present invention,
(I) A process of drilling from the ground toward a formation containing coal and / or diatomite (sakui process),
(II) a step of generating cracks around one or more wells obtained by drilling as necessary (crack generation step),
(III) A hydrogen peroxide solution is injected from one or more wells obtained by drilling and reacting coal and / or diatomite contained in the formation with hydrogen peroxide to produce a carbon compound. Steps for generating space (carbon compound / space generation step),
(IV) A step of introducing a microorganism that produces methane from one or more wells obtained by drilling using a carbon compound as a substrate, and methane from a coal and / or diatomite remaining after the reaction using a carbon compound as a substrate. At least one of the steps for inducing the microorganisms to be generated (microbe input / induction step)
The above steps (I) to (IV) are included.
本発明は、「地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法」すなわち地下の閉鎖空間において地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを製造する方法」である。上述した通り、地下すなわち地層中でメタンを生成してエネルギー資源として回収する方法の場合、メタン生成プロセスを加速させてエネルギー資源として回収することが好ましいが、根源物質からメタン生成微生物が利用可能な物質までの分解プロセスが速度論的にボトルネックとなってしまううえ、地層中においては、断層帯などの特別な環境を除き、微生物が生育することができる空間が非常に限られており、微生物は通常、地層中のわずかな亀裂の中に棲息しているが、この亀裂をバイオリアクターとして利用する場合、基質となる有機物と微生物との接触効率や微生物の増殖数に限界が生じてしまうという非常に困難な課題を有するが、本第1実施形態の工程(I)〜(IV)により、これらが解消される。すなわち、本第1実施形態は、地下の閉鎖空間を有効活用しつつ、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩を炭素化合物に転換し、そのまま地下の閉鎖空間において空間を確保しつつ微生物によりメタンを発生させ、回収するというメタンの製造方法である。 The present invention is “a method for producing methane gas from coal and / or diatomite contained in the formation”, that is, a method for producing methane gas from coal and / or diatomite contained in the formation in a closed underground space. It is. As described above, in the case of a method for generating methane in the underground, that is, in the formation and recovering it as an energy resource, it is preferable to recover the energy resource by accelerating the methane generation process. In addition to the kinetic bottleneck, the decomposition process up to the material has a very limited space where microorganisms can grow in the formation, except for special environments such as fault zones. Usually lives in a few cracks in the formation, but if this crack is used as a bioreactor, there will be a limit to the contact efficiency between the organic substance and the microorganism and the growth number of the microorganism. Although there are very difficult problems, these are solved by the steps (I) to (IV) of the first embodiment. That is, in the first embodiment, while effectively utilizing the underground closed space, the coal and / or diatomite contained in the formation is converted to a carbon compound, and the microorganisms are secured as it is in the underground closed space. This is a method for producing methane by generating and recovering methane.
「石炭」とは、一般には、数千年前から数億年前の樹木が微生物による腐食作用を受けた後、地中において穏やかな温度と数十〜数百気圧の圧力を受け、長年月の間、石炭化作用といわれる脱水素、脱メタン、脱炭酸反応を受け、C、H、Oの3元素を主成分とする天然の有機高分子物質に変化したものをいうが、炭素含有量が70重量%以下の石炭を亜炭、同70重量%〜77重量%付近の石炭を褐炭、同77重量%〜83重量%付近の石炭を亜瀝青炭、同83重量%〜90重量%付近の石炭を歴青炭、同90重量%以上の無煙炭と分類することが可能である。また、一般的にいわれる石炭である亜炭、褐炭、亜瀝青炭、歴青炭(瀝青炭)、原料炭、無煙炭の他、オイルコークスおよびカーボン・グラファイトなどの炭素を多く含有する廃棄物が含まれる。 In general, “coal” means that after several thousand years to hundreds of millions of years ago, trees were subjected to corrosive action by microorganisms, and then subjected to mild temperatures and pressures of tens to hundreds of atmospheres in the ground. In the meantime, it has been changed to a natural organic polymer substance mainly composed of three elements of C, H, and O after undergoing dehydrogenation, demethane, and decarboxylation reactions, which are said to be coalification, Coal with 70 wt% or less is lignite, coal with 70 wt% to 77 wt% is lignite, coal with 77 wt% to 83 wt% is subbituminous coal, and coal is 83 wt% to 90 wt% Can be classified as bituminous coal and anthracite over 90% by weight. In addition to lignite, lignite, subbituminous coal, bituminous coal (bituminous coal), raw coal and anthracite, which are commonly called coal, wastes containing a large amount of carbon such as oil coke and carbon / graphite are included.
「珪藻岩(珪藻土)」とは、一般には、主に珪藻の殻からなる軟質の岩石または土壌をいい、シリカを主成分とするが、シリカ以外にもアルミナ、酸化鉄、アルカリ金属の酸化物等が含まれていることが多い。また、ポーラスを有することから高い空隙率を有し、ケーク嵩密度が0.2〜0.45程度のものが多い。 "Diatomite (diatomaceous earth)" generally refers to soft rocks or soils mainly composed of diatom shells, mainly composed of silica, but also oxides of alumina, iron oxide and alkali metals in addition to silica. Etc. are often included. Moreover, since it has a porous material, it has a high porosity and has a cake bulk density of about 0.2 to 0.45.
本第1実施形態において、(I)のさく井工程における「さく井」とは、地中に略円筒状の穴を掘削する作業のことをいい、「ボーリング」または「試錐」と置換可能に用いられる。本第1実施形態において、さく井の手法は特に限定されないが、例えば、ロータリー・ボーリングマシン、パーカッション・ボーリングマシンまたはロータリー・パーカッション・ボーリングマシンなどのボーリングマシンを用いてさく井する方法の他、水圧破砕法を利用してさく井する方法などを挙げることができる。なお、(II)の亀裂発生工程の要否を考慮すれば、水圧破砕法を用いてさく井する方法が好ましい。また、(I)のさく井工程における「地層」とは、地表に現れていない地層をいう。 In the first embodiment, “saku well” in the drilling process of (I) refers to an operation of excavating a substantially cylindrical hole in the ground, and is used interchangeably with “boring” or “bore”. . In the first embodiment, the drilling method is not particularly limited. For example, in addition to a drilling method using a boring machine such as a rotary boring machine, a percussion boring machine, or a rotary percussion boring machine, a hydraulic fracturing method is used. The method of drilling using can be mentioned. In consideration of the necessity of the crack generation step (II), a method of drilling using a hydraulic fracturing method is preferable. In addition, the “stratum” in the well process of (I) refers to a strata that does not appear on the ground surface.
(II)の亀裂発生工程において、「亀裂を生じさせる」手法は特に限定されないが、上述した通り、水圧破砕法を用いてさく井する場合に、必要に応じて水圧破砕法を用いて亀裂を生じさせるのが好ましい。 In the crack generation step of (II), the method of “creating a crack” is not particularly limited. However, as described above, when drilling using the hydraulic fracturing method, a crack is generated using the hydraulic fracturing method as necessary. It is preferable to do so.
(III)の炭素化合物・空間生成工程において、「過酸化水素溶液」は特に限定されないが、例えば過酸化水素水の他、メタノール、エタノール、エチレングリコール、アセトン、酢酸などからなる群より選ばれる少なくとも1種の有機溶媒に過酸化水素を溶解させた溶液を挙げることができ、さらに、これら有機溶媒と水とを混和させた溶媒に過酸化水素を溶解させた溶液を挙げることができる。過酸化水素水としては市販の過酸化水素水溶液の他、これを水などで適当に希釈して用いることもでき、さらには所望により、硫酸鉄、塩化鉄、酢酸鉄、または硝酸鉄などの通常の鉄(II)塩を過酸化水素溶液に添加したものを用いることができる。 In the carbon compound / space generation step of (III), the “hydrogen peroxide solution” is not particularly limited. For example, in addition to hydrogen peroxide solution, at least selected from the group consisting of methanol, ethanol, ethylene glycol, acetone, acetic acid and the like. A solution in which hydrogen peroxide is dissolved in one kind of organic solvent can be given, and a solution in which hydrogen peroxide is dissolved in a solvent in which these organic solvent and water are mixed can be mentioned. As the hydrogen peroxide solution, in addition to a commercially available aqueous hydrogen peroxide solution, it can be used by appropriately diluting it with water or the like, and, if desired, a normal solution such as iron sulfate, iron chloride, iron acetate, or iron nitrate. A solution obtained by adding an iron (II) salt of hydrogen peroxide to a hydrogen peroxide solution can be used.
また、(III)の炭素化合物・空間生成工程において、「過酸化水素溶液を注入」とは、過酸化水素溶液が地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と反応できるように地上から地層中へ届けることができる態様であれば特に限定されないが、例えば、さく井して得られた1または2以上の井戸から過酸化水素溶液を注ぎ込むような態様の他、任意の媒体によって過酸化水素溶液を地上から地層中へ届けることができる態様、過酸化水素溶液を噴霧するような態様で地上から地層中へ届けることができる態様などを挙げることができる。 In the (III) carbon compound / space generation process, “injecting hydrogen peroxide solution” means that the hydrogen peroxide solution can be reacted with coal and / or diatomite contained in the formation from the ground. Although it is not particularly limited as long as it can be delivered to the surface, for example, in addition to an aspect in which the hydrogen peroxide solution is poured from one or more wells obtained by drilling, the hydrogen peroxide solution is added by an arbitrary medium. The aspect which can be delivered to the formation from the ground, the aspect which can be delivered to the formation from the ground in the form which sprays the hydrogen peroxide solution, etc. can be mentioned.
また、(III)の炭素化合物・空間生成工程において、「炭素化合物」とは、一般には有機化合物の他、一酸化炭素や二酸化炭素などの酸化物、硫化炭素や二硫化炭素などの硫化物、窒化炭素などの窒化物および四塩化炭素などのハロゲン化物を包含する無機炭素化合物;炭化カルシウムなどのイオン性炭化物、炭化ケイ素などの共有結合性炭化物および遷移金属などの結晶格子の隙間に炭素が侵入した侵入型炭化物を包含する炭化物;炭酸カルシウムなどの炭酸塩;シアン化カリウムやジシアンなどの炭素を含むシアン化合物;ニッケルカルボニルやジコバルトオクタカルボニルなどのカルボニル化合物;カルベン錯体をいうが、本発明における炭素化合物としては、これらのうちの、メタンを除く地層中の有機物と過酸化水素との完全または不完全な反応により現れるものや現れると考えられるものをいい、そのような炭素化合物としては、例えば、一酸化炭素や二酸化炭素などの無機炭素化合物;ギ酸や酢酸、酪酸などのカルボン酸、メタノールやエタノール、プロパノール、ブタノール、シクロペンタノールなどのアルコール類、モノメチルアミンやジメチルアミンなどのメチルアミン、ジメチルスルフィドやトリスルフィドなどのスルフィド、単糖やオリゴ糖、多糖などの糖質、各種アミノ酸、各種タンパク質、各種脂肪酸や脂肪族直鎖炭化水素などの脂質、アルカンやアルケン、アルキン、水溶性または脂溶性の芳香族炭化水素(例えば、安息香酸やベンゼン、アルキルベンゼン、キシレン、トルエンなど)などの炭化水素およびフミン酸・フルボ酸を包含する低分子ないし高分子の有機化合物;を挙げることができる。 In the carbon compound / space generation step (III), the “carbon compound” generally means an organic compound, an oxide such as carbon monoxide or carbon dioxide, a sulfide such as carbon sulfide or carbon disulfide, Inorganic carbon compounds including nitrides such as carbon nitride and halides such as carbon tetrachloride; ionic carbides such as calcium carbide, covalently bonded carbides such as silicon carbide, and carbon intrusions in crystal lattices such as transition metals Carbides including invasive carbides; carbonates such as calcium carbonate; cyanide compounds containing carbon such as potassium cyanide and dicyan; carbonyl compounds such as nickel carbonyl and dicobalt octacarbonyl; carbene complexes; Of these, the organic matter in the formation excluding methane and hydrogen peroxide completely Or, what appears to be due to an incomplete reaction or what is considered to appear. Examples of such carbon compounds include inorganic carbon compounds such as carbon monoxide and carbon dioxide; carboxylic acids such as formic acid, acetic acid and butyric acid, Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol and cyclopentanol, methylamines such as monomethylamine and dimethylamine, sulfides such as dimethyl sulfide and trisulfide, carbohydrates such as monosaccharides, oligosaccharides and polysaccharides, various amino acids, Carbonization of various proteins, lipids such as various fatty acids and aliphatic linear hydrocarbons, alkanes, alkenes, alkynes, water-soluble or fat-soluble aromatic hydrocarbons (for example, benzoic acid, benzene, alkylbenzene, xylene, toluene, etc.) Low content including hydrogen and humic and fulvic acids Or organic compounds of high molecular; can be mentioned.
また、(III)の炭素化合物・空間生成工程において、「空間を生成させる」とは、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩を過酸化水素と反応させ、当該反応により石炭および/または珪藻岩を減少させることで空間を生成させる場合の他、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩以外の成分が過酸化水素と反応することで空間が生成される場合や、さく井して得られた1または2以上の井戸から過酸化水素溶液を注入することで新たな亀裂などが生じ、空間が生成される場合などが含まれる。 Further, in the carbon compound / space generation step of (III), “to generate a space” means that coal and / or diatomite contained in the formation is reacted with hydrogen peroxide, and the reaction causes coal and / or diatom. In addition to generating space by reducing rocks, space can be generated by reacting hydrogen peroxide with components other than coal and / or diatomite contained in the formation, or obtained by drilling. In addition, a case where a new crack or the like is generated by injecting the hydrogen peroxide solution from one or more wells and a space is generated is included.
(IV)の微生物投入・誘導工程において、「炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物」とは、炭素化合物を資化してメタンを生成する微生物の他、炭素化合物を初期物質として結果的にメタンを生成することができる複数の微生物の組み合わせ(微生物群)が含まれる。そのような微生物としては、例えば、公益財団法人北海道科学技術総合振興センター(通称;ノーステック財団)幌延地圏環境研究所(通称;H−RISE)地下微生物環境研究グループが、地下環境から採取した各種メタン生成微生物について集積培養および継代培養を繰り返して維持したメタン生成微生物である「H−RISE微生物」、または既報(Shimizu et al.,J.Environ.Biotechnol.,Vol.12,No.1,2012)に従い採取された「未殺菌の石炭および/または珪藻岩に存在する微生物」などを挙げることができる。 In the microorganism input / induction process of (IV), “microorganism that produces methane using a carbon compound as a substrate” refers to a microorganism that assimilate a carbon compound to produce methane, and as a result, methane as an initial substance. A combination of microorganisms (group of microorganisms) capable of producing Examples of such microorganisms were collected from the underground environment by the Horonobe Geo-Environmental Research Institute (commonly known as H-RISE), the Hokkaido Science and Technology Promotion Center (commonly known as Northtech Foundation). “H-RISE microorganism”, which is a methanogenic microorganism in which accumulation culture and subculture are repeatedly maintained for various methanogenic microorganisms, or previously reported (Shimizu et al., J. Environ. Biotechnol., Vol. 12, No. 1). , 2012), “microorganisms present in unsterilized coal and / or diatomite”, and the like.
また、「H−RISE微生物」としては、下記の属レベルの微生物を挙げることができる。
古細菌;
Methanosarcina,Methanosalsum,Methermicoccus,Methanoculleus,Methanocorpusculum,Methanofollis,Methanobacterium,Thermoplasma,
真正細菌;
[Firmicutes門]Acetobacterium,Alkalibacter,Alkaliphilus,Anaerosporobacter,Anaerotruncus,Anaerofilum,Anaerovorax,Bacillus,Blautia,Caldanaerobius,Caloramator,Clostridium,Christensenella,Dehalobacter,Dehalobacterium,Desulfotomaculum,Eubacterium,Erysipelothrix,Faecalibacterium,Flavonifractor,Geosporobacter,Desulfonispora,Gracilibacter,Hydrogenoanaerobacterium,Lutispora,Megasphaera,Mogibacterium,Moorella,Natronincola,Oscillibacter,Parasporobacterium,Papillibacter,Pelotomaculum,Pelospora,Peptoniphilus,Pseudoflavonifractor,Robinsoniella,Ruminococcus,Sedimentibacter,Soehngenia,Staphylococcus,Syntrophomonas,Tepidanaerobacter,Tissierella,Thermoanaerobacterium,Trichococcus,
[Bacteroidetes門]Alkaliflexus,Anaerorhabdus,Bacteroides,Chryseobacterium,Meniscus,Paludibacter,Solitalea,
[Spirochaetes門]Spirochaeta,Sphaerochaeta,
[Actinobacteria門]Actinotalea,Atopobium,Cellulomonas,Conexibacter,Dietzia,Oryzihumus,Rubrobacter,Streptomyces,
[Tenericutes門]Acholeplasma,Spiroplasma,Spiroplasma,
[Nitrospirae門]Leptospirillum,
[Dictyoglomi門]Dictyoglomus,
[Ruminobacillus門]Ruminobacillus,
[Proteobacteria門]Acidithiobacillus,Acinetobacter,Alishewanella,Desulfomicrobium,Desulfuromonas,Desulfonatronum,Desulfovibrio,Geobacter,Halomonas,Hydrogenophaga,Pelobacter,Perlucidibaca,Pseudomonas,Serratia,Shewanella,Thiomicrospira
Examples of the “H-RISE microorganism” include the following genus level microorganisms.
Archaea;
Methanosarcina, Methanosalsum, Thermicoccus, Methanoculus, Methanocorpusculum, Methanofollis, Methanobacterium, Thermoplasma,
Eubacteria;
[Firmicutes Gate] Acetobacterium, Alkalibacter, Alkaliphilus, Anaerosporobacter, Anaerotruncus, Anaerofilum, Anaerovorax, Bacillus, Blautia, Caldanaerobius, Caloramator, Clostridium, Christensenella, Dehalobacter, Dehalobacterium, Desulfotomaculum, Eubacterium, Erysipelothrix, Faecalibacterium, Flavonifractor, Geosporobacter, Desulfonispora, Gracilibacter, Hy rogenoanaerobacterium, Lutispora, Megasphaera, Mogibacterium, Moorella, Natronincola, Oscillibacter, Parasporobacterium, Papillibacter, Pelotomaculum, Pelospora, Peptoniphilus, Pseudoflavonifractor, Robinsoniella, Ruminococcus, Sedimentibacter, Soehngenia, Staphylococcus, Syntrophomonas, Tepidanaerobacter, Tissierella, Thermoanaerobacterium, Trichococc s,
[Bacteroidetes Gate] Alkaliflexus, Anaerohabdus, Bacteroides, Chryseobacterium, Meniscus, Palladibacter, Solitaire,
[Spirochaetes Gate] Spirochaeta, Sphaerochaeta,
[Actinobacteria Gate] Actinotalea, Atopobium, Cellulomonas, Conexibacter, Dietzia, Oryziumus, Rubrobacter, Streptomyces,
[Tenercutetes Gate] Acholplasma, Spiroplasma, Spiroplasma,
[Nitrospirae Gate] Leptospirillum,
[Dictylomi Gate] Dictyoglomus,
[Ruminobacillus gate] Ruminobacillus,
[Proteobacteria Gate] Acidithiobacillus, Acinetobacter, Alishewanella, Desulfomicrobium, Desulfuromonas, Desulfonatronum, Desulfovibrio, Geobacter, Halomonas, Hydrogenophaga, Pelobacter, Perlucidibaca, Pseudomonas, Serratia, Shewanella, Thiomicrospira
さらに、「未殺菌の石炭および/または珪藻岩に存在する微生物」としては、下記の属レベルの微生物を挙げることができる。
古細菌;
Archaeoglobus,Methanoculleus,Methanobacterium,Methanobacteria,Methanolobus,Methanocorpusculum,Methanosarcina,Methanococcus,Methanocalculus,Methanocaldococcus,Methanothermococcus,Methanobrevibacter,Methanomethylovorans,Methanomicrobium,Methanotorris,Methermicoccus,Sulfophobococcus,Thermococcus,
真正細菌;
[Proteobacteria門]Achromobacter,Acidiphilium,Acidocella,Acidovorax,Acinetobacter,Aeromonas,Afipia,Arcobacter,Aquaspirillum,Azoarcus,Campylobacter,Citorobacter,Comamonas,Burkholderia,Burkholderiaceae,Dechloromonas,Delftia,Desulfomicrobium,Desulfovibrio,Desulfuromonas,Desulfuromusa,Geobacter,Halomonas,Herminiimonas,Hydrogenophaga,Janthinobacterium,Marinobacter,Massilia,Methylobacter,Methylocapsa,Methylotenera,Nitrincola,Novosphingobium,Pelobacter,PhylloBacterium,Pseudomonas,Ralstonia,Rhizobiales,Rhodobacter,Roseobacter,Sphingomonas,Shewanella,Stenotrophomonas,Sulfurospirillum,Syntrophus,Thiobacillus,Thiomonas,Variovorax,
[Bacteroidetes門]Bacteroides,
[Firmicutes門]Acetobacterium,Acidoaminobacter,Acloleplasma,Actinobacteria,Anoxynatronum,Bacillus,Clostridium,Desulfotomaculum,Dethiosulfatibacter,Exiguobacterium,Fusibacter,Geobacillus,Geobacillus,Geosporobacter,Nostocoida,Sedimentibacter,Soehngenia,Syntrophomonas,Thermotalea,
[Actinobacteria門]Anthrobacter
Furthermore, examples of the “microorganisms present in unsterilized coal and / or diatomite” include the following genus-level microorganisms.
Archaea;
Archaeoglobus, Methanoculleus, Methanobacterium, Methanobacteria, Methanolobus, Methanocorpusculum, Methanosarcina, Methanococcus, Methanocalculus, Methanocaldococcus, Methanothermococcus, Methanobrevibacter, Methanomethylovorans, Methanomicrobium, Methanotorris, Methermicoccus, Sulfophobococcus, Thermococcus,
Eubacteria;
[Proteobacteria Gate] Achromobacter, Acidiphilium, Acidocella, Acidovorax, Acinetobacter, Aeromonas, Afipia, Arcobacter, Aquaspirillum, Azoarcus, Campylobacter, Citorobacter, Comamonas, Burkholderia, Burkholderiaceae, Dechloromonas, Delftia, Desulfomicrobium, Desulfovibrio, Desulfuromonas, Desulfuromusa, Geobacter, Halomonas, Herminimonas, Hydrogenophaga, Jant inobacterium, Marinobacter, Massilia, Methylobacter, Methylocapsa, Methylotenera, Nitrincola, Novosphingobium, Pelobacter, PhylloBacterium, Pseudomonas, Ralstonia, Rhizobiales, Rhodobacter, Roseobacter, Sphingomonas, Shewanella, Stenotrophomonas, Sulfurospirillum, Syntrophus, Thiobacillus, Thiomonas, Variovorax,
[Bacteroidetes Gate] Bacteroides,
[Firmicutes Gate] Acetobacterium, Acidoaminobacter, Acloleplasma, Actinobacteria, Anoxynatronum, Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum, Dethiosulfatibacter, Exiguobacterium, Fusibacter, Geobacillus, Geobacillus, Geosporobacter, Nostocoida, Sedimentibacter, Soehngenia, Syntrophomonas, Thermotalea,
[Actinobacteria gate] Anthrobacter
また、(IV)の微生物投入・誘導工程において、「微生物を誘導する」とは、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩に付着している微生物を用いるという趣旨である。 In the (IV) microorganism introduction / induction step, “inducing microorganisms” means that microorganisms adhering to coal and / or diatomite contained in the formation are used.
本発明に係る地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法の第2実施形態は、上述した(I)〜(IV)の工程の他、
(V)さく井して得られた1または2以上の井戸から還元剤を注入する工程(還元剤注入工程)
を有し、以上(I)〜(V)の工程を有している。
In the second embodiment of the method for producing methane gas in the formation from coal and / or diatomite contained in the formation according to the present invention, in addition to the steps (I) to (IV) described above,
(V) A step of injecting a reducing agent from one or more wells obtained by drilling (reducing agent injection step)
And have the steps (I) to (V) above.
「還元剤」とは、一般には、酸化還元反応において他の物質を還元するとともに自らは酸化される物質であり、(V)の還元剤注入工程においては、炭素化合物を基質とした場合のメタンを生成する微生物によるメタンの生成速度を向上させるものであれば、有機系還元剤であっても無機系還元剤であってもよく、特に限定されないが、有機系還元剤としては、例えば、ヒドラジン、ホルムアルデヒド、メタノール、クエン酸およびその塩(例えば、クエン酸ナトリウム、クエン酸マグネシウム)、シュウ酸およびその塩、グルコース、エチレングリコール、L−アスコルビン酸、アルキルアミン類、アリールアミン類、アルカノールアミン類、ヒドロキシアミン、ピロール、アニリンなどを挙げることができ、無機系還元剤としては、例えば、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸アンモニウムなどの亜硫酸塩;亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、亜硫酸水素アンモニウムなどの亜硫酸水素塩;システイン、硫化ナトリウムなどの硫酸塩;ピロ亜硫酸塩、亜二チオン酸塩、三チオン酸塩、四チオン酸塩、チオ硫酸塩、亜硝酸塩、ジメチルスルホキサイド、二酸化チオ尿素、亜リン酸塩、アミノ酸やエタノールアミンなどの窒素含有有機化合物などを挙げることができる。なお、これら還元剤は1種のみ用いてもよく2種以上用いてもよい。 In general, the “reducing agent” is a substance that reduces other substances in the oxidation-reduction reaction and oxidizes itself. In the reducing agent injection step (V), methane in the case of using a carbon compound as a substrate is used. The organic reducing agent may be either an organic reducing agent or an inorganic reducing agent as long as it improves the methane production rate by the microorganisms that produce the organic reducing agent. Examples of the organic reducing agent include hydrazine. , Formaldehyde, methanol, citric acid and salts thereof (for example, sodium citrate, magnesium citrate), oxalic acid and salts thereof, glucose, ethylene glycol, L-ascorbic acid, alkylamines, arylamines, alkanolamines, Hydroxyamine, pyrrole, aniline, etc. can be mentioned, and examples of inorganic reducing agents include Sulfites such as sodium sulfite, potassium sulfite and ammonium sulfite; bisulfites such as sodium bisulfite, potassium bisulfite and ammonium bisulfite; sulfates such as cysteine and sodium sulfide; pyrosulfite, dithionite, Examples thereof include trithionate, tetrathionate, thiosulfate, nitrite, dimethyl sulfoxide, thiourea dioxide, phosphite, nitrogen-containing organic compounds such as amino acids and ethanolamine. These reducing agents may be used alone or in combination of two or more.
また、(V)の還元剤注入工程において、「還元剤を注入」とは、石炭および/または珪藻岩と過酸化水素との反応箇所および/またはその周縁へ届けることができる態様であれば特に限定されないが、例えば、さく井して得られた1または2以上の井戸から還元剤を注ぎ込むような態様の他、任意の媒体によって還元剤を地上から地層中へ届けることができる態様、還元剤を噴霧するような態様で地上から地層中へ届けることができる態様などを挙げることができる。 Further, in the reducing agent injection step (V), “injecting reducing agent” is particularly an aspect that can be delivered to the reaction site of coal and / or diatomite and hydrogen peroxide and / or the periphery thereof. Although it is not limited, for example, in addition to the mode in which the reducing agent is poured from one or more wells obtained by drilling, the mode in which the reducing agent can be delivered from the ground to the formation by any medium, the reducing agent The aspect etc. which can be delivered to the formation from the ground in the aspect which sprays can be mentioned.
また、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素との反応により酸素が生成し、地下圏は酸化的な環境になるが、地下圏には酸化的となった環境を還元的環境に復元するメカニズムが存在し、例えば、地層中の有機物が酸素との酸化反応で酸素を消費するとともに有機酸を生成する反応の他、酸素濃度の上昇に伴う地層中の黄鉄鉱(FeS2)の溶解による、下記反応式(i)に示すような酸素濃度の上昇を抑制する反応を挙げることができるが、これらのような反応を誘導する工程もまた、(V)の還元剤注入工程に包含される。
(i)2FeS2+2H2O+7O2 → 2Fe2 ++2SO4 2−+4H+
In addition, oxygen is generated by the reaction of coal and / or diatomite contained in the formation with hydrogen peroxide, and the underground becomes an oxidative environment, but the underground becomes reductive. There is a mechanism to restore the environment. For example, organic matter in the formation consumes oxygen in the oxidation reaction with oxygen and generates an organic acid, as well as pyrite (FeS 2 ) in the formation as the oxygen concentration increases The reaction that suppresses the increase in the oxygen concentration as shown in the following reaction formula (i) due to the dissolution of A can be exemplified, but the step of inducing such a reaction is also included in the reducing agent injection step of (V). Is included.
(I) 2FeS 2 + 2H 2 O + 7O 2 → 2Fe 2 + + 2SO 4 2− + 4H +
本発明に係る地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法の第2実施形態は、上述した(I)〜(IV)または(I)〜(V)の工程の他、
(VI)さく井して得られた1または2以上の井戸から塩基性溶液を注入する工程(塩基性溶液注入工程)
を有し、以上(I)〜(IV)および(VI)、または以上(I)〜(VI)の工程を有している。
The second embodiment of the method for producing methane gas in the formation from coal and / or diatomite contained in the formation according to the present invention is the above-described steps (I) to (IV) or (I) to (V). And
(VI) A step of injecting a basic solution from one or more wells obtained by drilling (basic solution injection step)
And (I) to (IV) and (VI), or (I) to (VI).
(VI)の塩基性溶液注入工程において、「塩基性溶液」としては、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素とを反応させて炭素化合物を生成させた結果生じた酸性環境を中和して、炭素化合物を基質とした場合のメタンを生成する微生物によるメタンの生成速度を向上させるものであれば特に限定されないが、そのような物質としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどの水溶液;炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ炭酸塩やアルカリ炭酸水素塩の水溶液;あるいはエタノールアミン、ジエタノールアミン、ホルムアミドなどの塩基性有機化合物を含む溶液などを挙げることができる。なお、「塩基性溶液を注入」については、上述した「還元剤を注入」と同義である。 In the basic solution injection step of (VI), as the “basic solution”, an acidic environment generated as a result of reacting coal and / or diatomite contained in the formation with hydrogen peroxide to form a carbon compound Is not particularly limited as long as it improves the methane production rate by microorganisms that produce methane when a carbon compound is used as a substrate. Examples of such substances include sodium hydroxide, water, and the like. Aqueous solutions such as potassium oxide and ammonia; aqueous solutions of alkali carbonates and alkali hydrogen carbonates such as ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate and potassium hydrogen carbonate; or ethanolamine, diethanolamine, formamide, etc. Examples include a solution containing a basic organic compound. Note that “injecting a basic solution” has the same meaning as “injecting a reducing agent” described above.
また、地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素との反応により水素イオン(H+)濃度が上昇して地下圏のpHは低下するが、地下圏にはpHの低下を抑制するメカニズムが存在し、例えば、下記反応式(ii)または(iii)に示すような炭酸水素イオンのpH緩衝能と鉱物との溶解反応を挙げることができるが、これらのような反応を誘導する工程もまた、(V)の還元剤注入工程に包含される。
(i)地下水中の炭酸水素イオン(HCO3 −)は、以下の反応によりpHの低下を抑制する。
HCO3 −+H+ → CO2+H2O
(ii)地層中のカルサイト(CaCO3)は、以下の溶解反応によりpHの低下を抑制する。
CaCO3+2H+ → Ca2++H2O+CO2
In addition, the reaction of coal and / or diatomite contained in the formation with hydrogen peroxide increases the hydrogen ion (H + ) concentration and lowers the pH of the underground, but suppresses the decrease in pH in the underground. For example, the pH buffering ability of bicarbonate ions and the dissolution reaction with minerals as shown in the following reaction formula (ii) or (iii) can be mentioned, but these reactions are induced. The step is also included in the reducing agent injection step (V).
(I) Hydrogen carbonate ions (HCO 3 − ) in groundwater suppress the decrease in pH by the following reaction.
HCO 3 − + H + → CO 2 + H 2 O
(Ii) Calcite (CaCO 3 ) in the formation suppresses the decrease in pH by the following dissolution reaction.
CaCO 3 + 2H + → Ca 2+ + H 2 O + CO 2
以下、本発明に係る地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩からメタンガスを地層中において製造する方法について、実施例に基づいて説明する。なお、本発明の技術的範囲は、これらの実施例によって示される特徴に限定されない。 Hereinafter, a method for producing methane gas in the formation from coal and / or diatomite contained in the formation according to the present invention will be described based on Examples. Note that the technical scope of the present invention is not limited to the features shown by these examples.
<実施例1>炭素化合物の生成と想定メタン埋蔵量の算出
(1)炭素化合物の生成
石炭や珪藻岩(珪藻土)に含まれている有機物(Sedimentary Organic Matter;SOM)が酸化されることにより、炭素化合物である溶存有機炭素(Dissolved Organic Carbon;DOC)や有機酸(酢酸やギ酸など)が生成されるといわれている。そこで石炭や珪藻岩(珪藻土)と過酸化水素溶液とを反応させて炭素化合物であるDOCや有機酸(酢酸やギ酸)が生成できるかどうかの検討を行った。
<Example 1> Generation of carbon compounds and calculation of assumed methane reserves (1) Generation of carbon compounds By oxidizing organic matter (Sedimentary Organic Matter: SOM) contained in coal and diatomite (diatomaceous earth), It is said that dissolved organic carbon (DOC) and organic acids (such as acetic acid and formic acid) that are carbon compounds are produced. Therefore, we examined whether DOC and organic acids (acetic acid and formic acid), which are carbon compounds, can be generated by reacting coal or diatomite (diatomaceous earth) with a hydrogen peroxide solution.
[1−1]使用した石炭や珪藻岩(珪藻土)
使用した石炭または珪藻岩(珪藻土)は、褐炭、亜瀝青炭、歴青炭および珪藻質泥岩であり、褐炭は幌延および小石の露頭から採取された天北炭田の試料(宗谷夾炭層、新第三紀)、亜瀝青炭は釧路コールマイン株式会社の坑内で採取された試料(春採夾炭層、古第三紀)、歴青炭は空知炭礦株式会社の露天掘りの採掘現場から採取された試料(美唄層、古第三紀)、珪藻質泥岩は独立行政法人日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究所センターから採取された試料(声問層、新第三紀)をそれぞれ用いた。以下、幌延および小石の露頭から採取された褐炭をそれぞれ「幌延褐炭」、「小石褐炭」と称する。
[1-1] Used coal and diatomite (diatomaceous earth)
Coal or diatomite (diatomite) used was lignite, subbituminous coal, bituminous coal, and diatomaceous mudstone. Ki), sub-bituminous coal is a sample collected in the mine of Kushiro Coalmine Co., Ltd. (Spring Mining Coal Formation, Paleogene), bituminous coal is a sample collected from the open-pit mining site of Sorachi Coal Co., Ltd. (Biei Samples (voice layer, Neogene) collected from Horonobe Underground Research Laboratory Center of Japan Atomic Energy Agency, respectively. Hereinafter, the lignites collected from Horonobe and pebbles outcrops are called "Horonobe lignite" and "Pebble lignite", respectively.
[1−2]有機酸濃度とpHの測定
試料である幌延褐炭、小石褐炭、亜瀝青炭、歴青炭および珪藻質泥岩はそれぞれ風乾後、自動乳鉢を用いて粒径106μm以下に粉砕した。得られた粉末試料0.5gをそれぞれ100mL容三角フラスコに入れ、超純水または濃度0.3%(w/v)の過酸化水素溶液をそれぞれ75mL添加して軽く撹拌することにより反応溶液を調製し、アルミホイルでフラスコの口を軽く覆い、室温(22℃)で静置した。これらの反応溶液を定期的に2.22mLずつ採取し、pH、DOC濃度、酢酸濃度およびギ酸濃度を測定した。反応溶液のDOC濃度はTOC−VCSH(島津製作所社)により、酢酸およびギ酸の濃度は761 Compact IC(Metrohm社)により、それぞれ測定した。各試料と超純水(MQ)との反応溶液のpHの値および各試料と濃度0.3%(w/v)の過酸化水素溶液との反応溶液のpHの値を下記の表1に示し、各試料におけるDOC濃度、酢酸濃度およびギ酸濃度をそれぞれ図1〜8に示す。
[1-2] Measurement of Organic Acid Concentration and pH Samples Horonobe lignite, pebbled lignite, subbituminous coal, bituminous coal and diatomaceous mudstone were each air-dried and then pulverized to a particle size of 106 μm or less using an automatic mortar. Put 0.5 g of the obtained powder sample into a 100 mL Erlenmeyer flask, add 75 mL each of ultrapure water or hydrogen peroxide solution with a concentration of 0.3% (w / v), and gently stir the reaction solution. Prepared, lightly covered the mouth of the flask with aluminum foil, and allowed to stand at room temperature (22 ° C.). These reaction solutions were periodically taken at 2.22 mL, and pH, DOC concentration, acetic acid concentration and formic acid concentration were measured. The DOC concentration of the reaction solution was measured by TOC-V CSH (Shimadzu Corporation), and the acetic acid and formic acid concentrations were measured by 761 Compact IC (Metrohm). Table 1 below shows the pH value of the reaction solution of each sample and ultrapure water (MQ) and the pH value of the reaction solution of each sample and a hydrogen peroxide solution having a concentration of 0.3% (w / v). The DOC concentration, the acetic acid concentration, and the formic acid concentration in each sample are shown in FIGS.
[1−3]試験結果
表1に示すように、小石褐炭および珪藻質泥岩においては、超純水(MQ)を添加した場合のpHの値と濃度0.3%(w/v)の過酸化水素溶液を添加した場合のpHの値とでは、ほとんど差がないことが示された。また、図1〜10に示すように、各試料におけるDOC濃度、酢酸濃度およびギ酸濃度は、超純水(MQ)との反応溶液よりも濃度0.3%(w/v)の過酸化水素溶液との反応溶液で高いことが示された。また、濃度0.3%(w/v)の過酸化水素溶液との反応溶液におけるDOC濃度の最大値は、それぞれ、図1に示すように幌延褐炭において約350mg/L(図1)、図2に示すように小石褐炭において約80mg/L、図3に示すように亜瀝青炭において約70mg/L、図4に示すように歴青炭において約30mg/L、図5に示すように珪藻質泥岩において約30mg/Lであった。また、濃度0.3%(w/v)の過酸化水素溶液との反応溶液における酢酸濃度およびギ酸濃度の最大値は、図6に示すように幌延褐炭においてそれぞれ約10mg/gおよび約13mg/g、図7に示すように小石褐炭においてそれぞれ約3mg/gおよび約2mg/g、図8に示すように亜瀝青炭においてそれぞれ約7mg/gおよび約2mg/g、図9に示すように歴青炭においてそれぞれ約2.5mg/gおよび約1mg/g、図10に示すように珪藻質泥岩においてそれぞれ約1.4mg/gおよび約0.7mg/gであることが示された。
[1-3] Test results As shown in Table 1, in pebble lignite and diatomaceous mudstone, the pH value and the concentration of 0.3% (w / v) when ultrapure water (MQ) was added were exceeded. It was shown that there was almost no difference from the pH value when the hydrogen oxide solution was added. Moreover, as shown in FIGS. 1-10, the DOC concentration, the acetic acid concentration, and the formic acid concentration in each sample are hydrogen peroxide having a concentration of 0.3% (w / v) than the reaction solution with ultrapure water (MQ). It was shown to be high in the reaction solution with the solution. In addition, the maximum value of the DOC concentration in the reaction solution with the hydrogen peroxide solution having a concentration of 0.3% (w / v) is about 350 mg / L for Horonobe brown coal as shown in FIG. 2 is about 80 mg / L for pebble lignite, about 70 mg / L for subbituminous coal as shown in FIG. 3, about 30 mg / L for bituminous coal as shown in FIG. 4, and diatomaceous matter as shown in FIG. It was about 30 mg / L in mudstone. Further, the maximum values of the acetic acid concentration and the formic acid concentration in the reaction solution with the hydrogen peroxide solution having a concentration of 0.3% (w / v) are about 10 mg / g and about 13 mg / g in Horonobe brown coal, respectively, as shown in FIG. g, about 3 mg / g and about 2 mg / g, respectively, for pebbles lignite as shown in FIG. 7, about 7 mg / g and about 2 mg / g, respectively, for subbituminous coal, as shown in FIG. 8, bitumen as shown in FIG. It was shown to be about 2.5 mg / g and about 1 mg / g for charcoal, respectively, and about 1.4 mg / g and about 0.7 mg / g for diatomaceous mudstone as shown in FIG.
以上の結果から、石炭や珪藻岩(珪藻土)と過酸化水素溶液とを反応させて炭素化合物であるDOCや有機酸が生成できること、同じ褐炭でも採取場所の違いにより過酸化水素溶液との反応性が異なること、および石炭や珪藻岩(珪藻土)と過酸化水素溶液との反応において反応時間を長期間とすることでDOCや有機酸の生成量の増加が見込まれることが明らかとなった。 From the above results, it is possible to produce DOC and organic acids, which are carbon compounds, by reacting coal and diatomite (diatomaceous earth) with hydrogen peroxide solution. It has been clarified that the production amount of DOC and organic acid is expected to be increased by increasing the reaction time in the reaction between coal and diatomite (diatomaceous earth) and hydrogen peroxide solution.
(2)想定メタン埋蔵量の算出
実施例1(1)[1−2]における各試料と濃度0.3%(w/v)の過酸化水素溶液との反応溶液にて得られた酢酸およびギ酸の濃度と次式とを用いて、想定メタン埋蔵量を算出した。その結果を図11に示す。
CH3COOH→CH4+CO2
4HCOOH→CH4+3CO2+2H2O
(2) Calculation of estimated methane reserves Acetic acid obtained in a reaction solution of each sample in Example 1 (1) [1-2] and a hydrogen peroxide solution having a concentration of 0.3% (w / v) and Estimated methane reserves were calculated using the concentration of formic acid and the following formula. The result is shown in FIG.
CH 3 COOH → CH 4 + CO 2
4HCOOH → CH 4 + 3CO 2 + 2H 2 O
図11に示すように、反応100日目における想定メタン埋蔵量は、幌延褐炭で3.7m3/t、小石褐炭で0.92m3/t、亜瀝青炭で1.7m3/t、歴青炭で0.60m3/tであった。また、珪藻質泥岩では0.32m3/tであった(図示しない)。 As shown in FIG. 11, the assumed methane reserves on the 100th day of the reaction are 3.7 m 3 / t for Horonobe lignite, 0.92 m 3 / t for pebbled lignite, 1.7 m 3 / t for subbituminous coal, and bitumen. The charcoal was 0.60 m 3 / t. In the case of diatomaceous mudstone, it was 0.32 m 3 / t (not shown).
一般的なシェールガス鉱床におけるガス埋蔵量は0.5〜3m3/t、炭層ガス鉱床におけるガス埋蔵量は0.8〜15m3/tとの報告がある(Jenkins et al.,J.Pet.Technol.,February(2008),pp92−99)。当該報告と以上の結果から、石炭および/または珪藻岩(珪藻土)を含む地層における想定メタン埋蔵量は、炭層ガス鉱床における埋蔵量およびシェールガス鉱床における埋蔵量と匹敵するないし近似することが明らかとなった。 It has been reported that gas reserves in common shale gas deposits are 0.5-3 m 3 / t and gas reserves in coalbed gas deposits are 0.8-15 m 3 / t (Jenkins et al., J. Pet). Technol., February (2008), pp 92-99). From the report and the above results, it is clear that the assumed methane reserves in the formation containing coal and / or diatomite (diatomaceous earth) are comparable or close to the reserves in the coal bed gas deposit and the shale gas deposit. became.
<実施例2>閉鎖空間における有機酸の作成と微生物を用いたメタンの生成
酸素を遮断した閉鎖空間において、石炭および/または珪藻岩と過酸化水素溶液とを反応させて炭素化合物を生成させた後、微生物を用いてメタンを生成させることができるかどうかの検討を行った。
<Example 2> Preparation of organic acid in closed space and generation of methane using microorganisms In a closed space where oxygen was cut off, coal and / or diatomite and hydrogen peroxide solution were reacted to generate a carbon compound. Later, it was examined whether methane could be produced using microorganisms.
(1)試料の調製
使用した石炭または珪藻岩として、2011年6月10日および2013年6月23日に天塩演習林の林番223の河床露頭から採取された褐炭を使用した。これら褐炭を採取後速やかに真空パックして、実験に使用するまで4℃にて保存した。実験直前に嫌気チャンバー内において、これら褐炭をオートクレーブ滅菌済みのステンレス製乳鉢やタガネなどを用いて0.5mm以下に粉砕し、それぞれ5gずつ秤量して試料とした。
(1) Preparation of sample As coal or diatomite used, lignite collected from the riverbed outcrops of No. 223 of Teshio Forest on June 10, 2011 and June 23, 2013 was used. These lignites were vacuum packed immediately after collection and stored at 4 ° C. until used for experiments. Immediately before the experiment, these brown coals were crushed to 0.5 mm or less using an autoclave-sterilized stainless steel mortar or chisel, and weighed 5 g each to prepare a sample.
嫌気チャンバー内において180℃にて2時間乾熱滅菌をした100mLバイアル瓶に試料を収容した後、上述した基礎培地50mLを添加してオートクレーブ滅菌済みのアルミシールで封印した。続いて、嫌気ガス置換装置を用いて、体積比が4:1のN2−CO2混合ガスにて5回の減圧と加圧を繰り返すことによりヘッドスペースをほぼ完全に置換した。 After the sample was stored in a 100 mL vial bottle that had been sterilized by dry heat at 180 ° C. for 2 hours in an anaerobic chamber, 50 mL of the basal medium described above was added and sealed with an autoclave-sterilized aluminum seal. Subsequently, using an anaerobic gas replacement device, the head space was almost completely replaced by repeating the depressurization and pressurization five times with an N 2 —CO 2 mixed gas having a volume ratio of 4: 1.
(2)培養に用いた微生物
[2−1]H−RISE微生物
公益財団法人北海道科学技術総合振興センター(通称;ノーステック財団)幌延地圏環境研究所(通称;H−RISE)地下微生物環境研究グループが、地下環境から採取した各種メタン生成微生物について集積培養および継代培養を繰り返して維持したメタン生成微生物を「H−RISE微生物」とした。具体的には、珪藻岩の深部地下水(Shimizu et al.,Geobiology,Vo4,pp203−213,2006)、石炭層層の深部地下水(Shimizu et al.,Geobiology,Vo5,pp423−433,2007)、油ガス井の生産水(Shimizu et al.,Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,Vo75,pp1835−1837,2011)を微生物接種源として、各0.1mLを20mLのJCM262培地(http://www.jcm.riken.JP/)に接種して培養した。培養容器はブチルゴム栓とアルミシールで密栓した50mL容のバイアル瓶を使用した。嫌気ガス置換装置を用いて、体積比が4:1のH2−CO2混合ガスにて5回の減圧と加圧(200kPa)を繰り返すことによりヘッドスペースをほぼ完全に置換した。これらを30℃および37℃の恒温槽で35日間培養後、各培養液を当量混合した後、2,000×g、4℃、20分間の条件で遠心分離し、培養液上清を除いた沈殿物である微生物細胞部分をH−RISE微生物とした。なおH−RISE微生物は、上記各培養液を同様の条件で継代培養することにより維持している。
(2) Microorganisms used for culturing [2-1] H-RISE microorganisms Hokkaido Science and Technology Promotion Center (commonly known as Northtech Foundation) Horonobe Geosphere Research Institute (commonly known as H-RISE) The methanogenic microorganism maintained by repeated accumulation and subculture of various methanogenic microorganisms collected from the underground environment was designated as “H-RISE microorganism”. Specifically, deep underground water of diatomite (Shimizu et al., Geobiology, Vo4, pp203-213, 2006), deep underground water of coal formation (Shimizu et al., Geobiology, Vo5, pp 433-433, 2007), Oil and gas well production water (Shimizu et al., Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, Vo75, pp1835-1737, 2011) is used as a microorganism inoculum, and 0.1 mL each is 20 mL of JCM262 medium (http: //www.jcm .Riken.JP /) and inoculated. The culture vessel used was a 50 mL vial bottle sealed with a butyl rubber stopper and an aluminum seal. Using an anaerobic gas replacement device, the head space was almost completely replaced by repeating the decompression and pressurization (200 kPa) five times with a H 2 —CO 2 mixed gas having a volume ratio of 4: 1. These were cultured for 35 days in a constant temperature bath at 30 ° C. and 37 ° C., and each culture solution was mixed in an equivalent amount, and then centrifuged at 2,000 × g, 4 ° C. for 20 minutes to remove the culture supernatant. The microbial cell part which is a precipitate was designated as H-RISE microorganism. The H-RISE microorganism is maintained by subculturing each of the above culture solutions under the same conditions.
[2−2]H−RISE微生物の分析
先ずはH−RISE微生物のうちの石炭由来の微生物および未殺菌の石炭由来の微生物の分析を行った。具体的には、PowerSoil DNA Isolation Kit(MO BIO社)を用いてDNAをバルクで抽出した後、下記の内容のPCR法(Touch Down法)により当該バルクDNA中の微生物群集構造の組成を下記の次世代シーケンス法により求めた。
[2-2] Analysis of H-RISE microorganisms First, among the H-RISE microorganisms, coal-derived microorganisms and unsterilized coal-derived microorganisms were analyzed. Specifically, after DNA is extracted in bulk using PowerSoil DNA Isolation Kit (MO BIO), the composition of the microbial community structure in the bulk DNA is expressed by the following PCR method (Touch Down method). It was determined by the next generation sequencing method.
Genome Sequencer FLXシステム(GS FLX+;ロシュ・ダイアグノスティックス社)を用いて、物理的に断片化したDNAからライブラリーを作製してemulsion PCR法により増幅した後、20万個相当の各断片から約500〜700bpの配列をパイロシーケンス法により一度に解析することにより行った。なお、PCR産物の高速シーケンスはタカラバイオ株式会社ドラゴンジェノミクスセンターに外部委託した。 Using the Genome Sequencer FLX system (GS FLX +; Roche Diagnostics), a library was prepared from physically fragmented DNA and amplified by emulsion PCR. The analysis was performed by analyzing a sequence of about 500 to 700 bp at a time by the pyrosequencing method. The high-speed sequencing of PCR products was outsourced to Takara Bio Inc. Dragon Genomics Center.
(a)使用したprimer set;
primer A:5’−CGT ATC GCC TCC CTC GCG CCA TCA G−3’(配列番号1)にタグ配列およびrRNA forward primerを付加したもの
primer B:5’−CTA TGC GCC TTG CCA GCC CGC TCA G−3’(配列番号2)にrRNA reverse primerを付加したもの
(A) used primer set;
primer A: 5′-CGT ATC GCC TCC CTC GCG CCA TCA G-3 ′ (SEQ ID NO: 1) added with tag sequence and rRNA forward primer primer B: 5′-CTA TGC GCC TTG CCG CC 3 '(SEQ ID NO: 2) added with rRNA reverse primer
(b)対象が古細菌の場合のforward primerおよびreverse primer;
A519−539F:5’−CAG CCG CCG CGG TAA HAC CRC−3’(配列番号3)
A947R:5’−TCC AAT TRA RCC GCA SGC−3’(配列番号4)
(B) forward primer and reverse primer when the subject is an archaea;
A519-539F: 5′-CAG CCG CCG CGG TAA HAC CRC-3 ′ (SEQ ID NO: 3)
A947R: 5′-TCC AAT TRA RCC GCA SGC-3 ′ (SEQ ID NO: 4)
(c)対象がバクテリアの場合のforward primerおよびreverse primer;
B515−532F:5‘−GTG CCA GCA GCC GCG GTA−3’(配列番号5)
B969R:5’−GTA AGG TTC YTC GCG T−3’(配列番号6)
(C) forward primer and reverse primer when the subject is a bacterium;
B515-532F: 5′-GTG CCA GCA GCC GCG GTA-3 ′ (SEQ ID NO: 5)
B969R: 5′-GTA AGG TTC YTC GCG T-3 ′ (SEQ ID NO: 6)
(d)PCR法の条件
94℃にて7分間の1サイクルを行った後、95℃にて1分間、65−56℃にて1分間(アニーリング温度を1サイクルごとに1℃ずつ下がるように設定)および72℃にて2分間を10サイクル行い、さらに94℃にて1分間、55℃にて1分間、および72℃にて2分間を20サイクル行って、72℃にて10分間の最後の伸長反応を行った。
(D) PCR method conditions After one cycle of 7 minutes at 94 ° C., 1 minute at 95 ° C., 1 minute at 65-56 ° C. (so that the annealing temperature is lowered by 1 ° C. per cycle) Setting) and 10 cycles of 2 minutes at 72 ° C, followed by 20 cycles of 94 ° C for 1 minute, 55 ° C for 1 minute, and 72 ° C for 2 minutes, followed by 72 ° C for 10 minutes The elongation reaction was performed.
[2−3]属レベルで同定したH−RISE微生物
以上、本実施例2[2−2]の結果から、属レベルで同定したH−RISE微生物は下記の通りである。
古細菌;
Methanosarcina,Methanosalsum,Methermicoccus,Methanoculleus,Methanocorpusculum,Methanofollis,Methanobacterium,Thermoplasma,
真正細菌;
[Firmicutes門]Acetobacterium,Alkalibacter,Alkaliphilus,Anaerosporobacter,Anaerotruncus,Anaerofilum,Anaerovorax,Bacillus,Blautia,Caldanaerobius,Caloramator,Clostridium,Christensenella,Dehalobacter,Dehalobacterium,Desulfotomaculum,Eubacterium,Erysipelothrix,Faecalibacterium,Flavonifractor,Geosporobacter,Desulfonispora,Gracilibacter,Hydrogenoanaerobacterium,Lutispora,Megasphaera,Mogibacterium,Moorella,Natronincola,Oscillibacter,Parasporobacterium,Papillibacter,Pelotomaculum,Pelospora,Peptoniphilus,Pseudoflavonifractor,Robinsoniella,Ruminococcus,Sedimentibacter,Soehngenia,Staphylococcus,Syntrophomonas,Tepidanaerobacter,Tissierella,Thermoanaerobacterium,Trichococcus,
[Bacteroidetes門]Alkaliflexus,Anaerorhabdus,Bacteroides,Chryseobacterium,Meniscus,Paludibacter,Solitalea,
[Spirochaetes門]Spirochaeta,Sphaerochaeta,
[Actinobacteria門]Actinotalea,Atopobium,Cellulomonas,Conexibacter,Dietzia,Oryzihumus,Rubrobacter,Streptomyces,
[Tenericutes門]Acholeplasma,Spiroplasma,Spiroplasma,
[Nitrospirae門]Leptospirillum,
[Dictyoglomi門]Dictyoglomus,
[Ruminobacillus門]Ruminobacillus,
[Proteobacteria門]Acidithiobacillus,Acinetobacter,Alishewanella,Desulfomicrobium,Desulfuromonas,Desulfonatronum,Desulfovibrio,Geobacter,Halomonas,Hydrogenophaga,Pelobacter,Perlucidibaca,Pseudomonas,Serratia,Shewanella,Thiomicrospira
[2-3] H-RISE Microorganisms Identified at the Genus Level As described above, the H-RISE microorganisms identified at the genus level from the results of Example 2 [2-2] are as follows.
Archaea;
Methanosarcina, Methanosalsum, Thermicoccus, Methanoculus, Methanocorpusculum, Methanofollis, Methanobacterium, Thermoplasma,
Eubacteria;
[Firmicutes Gate] Acetobacterium, Alkalibacter, Alkaliphilus, Anaerosporobacter, Anaerotruncus, Anaerofilum, Anaerovorax, Bacillus, Blautia, Caldanaerobius, Caloramator, Clostridium, Christensenella, Dehalobacter, Dehalobacterium, Desulfotomaculum, Eubacterium, Erysipelothrix, Faecalibacterium, Flavonifractor, Geosporobacter, Desulfonispora, Gracilibacter, Hy rogenoanaerobacterium, Lutispora, Megasphaera, Mogibacterium, Moorella, Natronincola, Oscillibacter, Parasporobacterium, Papillibacter, Pelotomaculum, Pelospora, Peptoniphilus, Pseudoflavonifractor, Robinsoniella, Ruminococcus, Sedimentibacter, Soehngenia, Staphylococcus, Syntrophomonas, Tepidanaerobacter, Tissierella, Thermoanaerobacterium, Trichococc s,
[Bacteroidetes Gate] Alkaliflexus, Anaerohabdus, Bacteroides, Chryseobacterium, Meniscus, Palladibacter, Solitaire,
[Spirochaetes Gate] Spirochaeta, Sphaerochaeta,
[Actinobacteria Gate] Actinotalea, Atopobium, Cellulomonas, Conexibacter, Dietzia, Oryziumus, Rubrobacter, Streptomyces,
[Tenercutetes Gate] Acholplasma, Spiroplasma, Spiroplasma,
[Nitrospirae Gate] Leptospirillum,
[Dictylomi Gate] Dictyoglomus,
[Ruminobacillus gate] Ruminobacillus,
[Proteobacteria Gate] Acidithiobacillus, Acinetobacter, Alishewanella, Desulfomicrobium, Desulfuromonas, Desulfonatronum, Desulfovibrio, Geobacter, Halomonas, Hydrogenophaga, Pelobacter, Perlucidibaca, Pseudomonas, Serratia, Shewanella, Thiomicrospira
(3)H−RISE微生物の培養
属レベルで同定した上記H−RISE微生物をJCM262培地で培養し、接種源とした。接種源を20,000×g、4℃、20分間の条件で遠心分離し、上清を完全に除去した後に後述する基礎培地を1mL加え、フィルター付きピペットチップによりフラッシングを行うことにより微生物を再懸濁してから100mL容バイアル瓶内に調製した後、後述する反応溶液に接種した。嫌気ガス置換装置を用いて、体積比が4:1のH2−CO2混合ガスにて5回の減圧と加圧(200kPa)を繰り返すことによりヘッドスペースをほぼ完全に置換した。これらを30℃および37℃の恒温槽でこれらを30℃および37℃の恒温槽で35日間培養した。
(3) Culture of H-RISE Microorganism The above-mentioned H-RISE microorganism identified at the genus level was cultured in a JCM262 medium and used as an inoculum source. The inoculum is centrifuged at 20,000 × g and 4 ° C. for 20 minutes, and after removing the supernatant completely, 1 mL of basal medium described later is added, and the microorganism is reconstituted by flushing with a pipette tip with a filter. The suspension was prepared in a 100 mL vial and then inoculated into the reaction solution described below. Using an anaerobic gas replacement device, the head space was almost completely replaced by repeating the decompression and pressurization (200 kPa) five times with a H 2 —CO 2 mixed gas having a volume ratio of 4: 1. These were cultured in a 30 ° C. and 37 ° C. thermostat for 35 days in a 30 ° C. and 37 ° C. thermostat.
基礎培地は無機塩培地(Synthetic Low Salts;SL培地)とした。その内容は下記の通りであり、Trace element solutionであるSL−10を用いて1Lに調製した。なお、Trace vitaminsは添加しなかった。
NH4Cl 0.5g
MgCl2・6H2O 0.5g
CaCl2・2H2O 0.14g
K2HPO4 0.14g
KCl 0.1g
NaCl 0.6g
Fe(NH4)2(SO4)2・6H2O 0.002g
NaHCO3 2.5g
The basal medium was an inorganic salt medium (Synthetic Low Salts; SL medium). The content was as follows, and it was adjusted to 1 L using SL-10 which is a trace element solution. Trace vitalamines were not added.
NH 4 Cl 0.5g
MgCl 2 · 6H 2 O 0.5g
CaCl 2 · 2H 2 O 0.14 g
K 2 HPO 4 0.14 g
KCl 0.1g
NaCl 0.6g
Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 · 6H 2 O 0.002 g
NaHCO 3 2.5 g
(4)褐炭と過酸化水素溶液との反応溶液の調製
本実施例2(1)で調製した褐炭粉末50gと、濃度1%(v/v)または3%(v/v)の過酸化水素溶液500mLとを、1L容耐圧ガラスボトルに収容して30℃の条件下、マグネチックスターラーで6日間撹拌しながら反応させた。その後、17,700×g、40分間、4℃にて遠心分離を行い、上清をデカンテーションでガラス製ビーカーに移してpH7に調製した。
(4) Preparation of reaction solution of lignite and hydrogen peroxide solution 50 g of lignite powder prepared in Example 2 (1) and hydrogen peroxide having a concentration of 1% (v / v) or 3% (v / v) 500 mL of the solution was placed in a 1 L pressure-resistant glass bottle and allowed to react under stirring at 30 ° C. with a magnetic stirrer for 6 days. Thereafter, the mixture was centrifuged at 17,700 × g for 40 minutes at 4 ° C., and the supernatant was decanted into a glass beaker to adjust to
濃度1%(v/v)過酸化水素の反応溶液と濃度3%(v/v)過酸化水素の反応溶液のpHはそれぞれ4.05、2.80であり、5N NaOHをそれぞれ0.45mL、4mLを加えていずれの反応溶液もpHを7に調整した後、17,700×g、40分間、4℃にて再度遠心分離を行い、清澄化した上清を採取した。 The pH of the reaction solution of 1% (v / v) hydrogen peroxide and that of 3% (v / v) hydrogen peroxide are 4.05 and 2.80, respectively, and 5N NaOH is 0.45 mL each. 4 mL was added to adjust the pH of each reaction solution to 7, and then centrifuged again at 17,700 × g for 40 minutes at 4 ° C. to collect the clarified supernatant.
(5)反応溶液への微生物接種によるメタンの生成
本実施例(4)で調製した濃度1%(v/v)過酸化水素の反応溶液と濃度3%(v/v)過酸化水素の反応溶液を基質として、それぞれ100mL容ブチル栓およびアルミキャップ付のガラス製バイアル瓶に50mLずつ取り分け、それぞれ、褐炭粉末5g、および培養した本実施例2(2)のH−RISE微生物を加えた後、オートクレーブ滅菌済みのアルミシールで封印し、嫌気ガス置換装置を用いて、体積比が4:1のN2−CO2混合ガスにて5回の減圧と加圧を繰り返すことによりヘッドスペースをほぼ完全に置換した。そのまま30℃にて培養を行い、ヘッドスペース中のメタン濃度を7日間隔で測定した。また、比較対照として、濃度1%(v/v)過酸化水素の反応溶液と濃度3%(v/v)過酸化水素の反応溶液の代わりに1mMの酢酸または4mMの酢酸を用いた。濃度1%(v/v)過酸化水素の反応溶液または1mMの酢酸を基質として、これらにH−RISE微生物を加えた場合のメタンの生成量を培養日数とともに示したグラフを図12に示し、濃度3%(v/v)過酸化水素の反応溶液または4mMの酢酸を基質として、これらにH−RISE微生物を加えた場合のメタンの生成量を培養日数とともに示したグラフを図13に示す。
(5) Production of methane by inoculating microorganisms into reaction solution Reaction of reaction solution of 1% (v / v) hydrogen peroxide with concentration of 3% (v / v) hydrogen peroxide prepared in Example (4) The solution was used as a substrate, and 50 mL each was dispensed into a glass vial with a 100 mL butyl stopper and an aluminum cap. After adding 5 g of brown coal powder and the cultured H-RISE microorganism of Example 2 (2), Sealed with an autoclave sterilized aluminum seal, and an anaerobic gas replacement device is used to repeat the depressurization and
図12および図13に示すように、H−RISE微生物を微生物接種源とした場合は、酢酸を基質とした場合と比較して過酸化水素の反応溶液を基質とした方がメタンの生成量は多かったことが明らかとなった。 As shown in FIG. 12 and FIG. 13, when the H-RISE microorganism is used as the microorganism inoculation source, the amount of methane produced is greater when the reaction solution of hydrogen peroxide is used as a substrate than when acetic acid is used as a substrate. It became clear that there were many.
以上の結果から、酸素を遮断した閉鎖空間において、石炭および/または珪藻岩と過酸化水素溶液とを反応させて炭素化合物を生成させた後、微生物を用いてメタンを生成させることができることが明らかになった。 From the above results, it is clear that in a closed space where oxygen is blocked, methane can be produced using microorganisms after reacting coal and / or diatomite with a hydrogen peroxide solution to produce a carbon compound. Became.
<実施例3>還元剤によるメタン生成への効果 <Example 3> Effect of reducing agent on methane production
酸素を遮断した閉鎖空間において、石炭および/または珪藻岩と過酸化水素溶液とを反応させて炭素化合物を生成させた後、微生物を用いてメタンを生成させるに際し、還元剤を添加することによる効果を検討した。 Effect of adding a reducing agent on the production of methane using microorganisms after producing carbon compounds by reacting coal and / or diatomite with hydrogen peroxide solution in a closed space where oxygen is blocked It was investigated.
実施例1(1)で生成した酢酸を基質として100mL容ブチル栓およびアルミキャップ付のガラス製バイアル瓶9本に50mLずつ取り分け、それぞれ、還元剤としてシステインまたは硫化ナトリウム、微生物接種源として実施例2(2)のH−RISE微生物、実施例2(2)のH−RISE微生物および珪藻岩(珪藻土)、または実施例2(2)のH−RISE微生物および褐炭を下記のように組み合わせた。
(A)還元剤なし+H−RISE微生物
(B)還元剤(システイン)+H−RISE微生物
(C)還元剤(硫化ナトリウム)+H−RISE微生物
(D)還元剤なし+H−RISE微生物+珪藻岩(珪藻土)
(E)還元剤(システイン)+H−RISE微生物+珪藻岩(珪藻土)
(F)還元剤(硫化ナトリウム)+H−RISE微生物+珪藻岩(珪藻土)
(G)還元剤なし+H−RISE微生物+褐炭
(H)還元剤(システイン)+H−RISE微生物+褐炭
(I)還元剤(硫化ナトリウム)+H−RISE微生物+褐炭
50 mL of the acetic acid produced in Example 1 (1) as a substrate was divided into 9 glass vials with 100 mL butyl stoppers and aluminum caps, respectively, cysteine or sodium sulfide as a reducing agent, and Example 2 as a microorganism inoculum. The H-RISE microorganism of (2), the H-RISE microorganism and diatomite (diatomaceous earth) of Example 2 (2), or the H-RISE microorganism and lignite of Example 2 (2) were combined as follows.
(A) No reducing agent + H-RISE microorganism (B) Reducing agent (cysteine) + H-RISE microorganism (C) Reducing agent (sodium sulfide) + H-RISE microorganism (D) No reducing agent + H-RISE microorganism + diatomite (diatomaceous earth) )
(E) Reducing agent (cysteine) + H-RISE microorganism + diatomite (diatomaceous earth)
(F) Reducing agent (sodium sulfide) + H-RISE microorganism + diatomite (diatomaceous earth)
(G) No reducing agent + H-RISE microorganism + brown coal (H) reducing agent (cysteine) + H-RISE microorganism + brown coal (I) reducing agent (sodium sulfide) + H-RISE microorganism + brown coal
なお、酢酸の濃度は10mM、還元剤であるシステインおよび硫化ナトリウムの終濃度は20mg/L、珪藻岩(珪藻土)および褐炭の添加量は5g/50mLであった。珪藻岩は2011年4月にJAEAのURL地下250m水平坑道から採取された岩塊を,褐炭は2011年6月23日に天塩演習林の林番223の河床露頭から採取されたものをそれぞれ使用した。これらの岩石試料は採取後速やかに真空パックされ,実験に使用するまで−20℃で保存された。岩石試料は実験の直前に嫌気チャンバー内でオートクレーブ滅菌済みのステンレス製乳鉢やタガネなどで0.5mm以下に粉砕された。岩石を微生物接種源としない場合は,嫌気チャンバー内で100mL容のバイアル瓶に岩石試料5gを加えた後にブチルゴム栓とアルミシールで封入後、オートクレーブを用いて121℃、1時間の滅菌操作を6回行った。これまでこの滅菌方法により微生物の繁殖が生じたことがないため,完全に滅菌できていると考えられる。当該バイアル瓶9本をオートクレーブ滅菌済みのアルミシールで封印し、嫌気ガス置換装置を用いて、体積比が4:1のN2−CO2混合ガスにて5回の減圧と加圧を繰り返すことによりヘッドスペースをほぼ完全に置換した。そのまま30℃にて培養を行い、ヘッドスペース中のメタン濃度を7日間隔で測定した。(A)〜(C)の場合の結果を図14に、(D)〜(F)の場合の結果を図15に、(G)〜(I)の場合の結果を図16にそれぞれ示す。 The concentration of acetic acid was 10 mM, the final concentrations of cysteine and sodium sulfide as reducing agents were 20 mg / L, and the addition amounts of diatomite (diatomaceous earth) and lignite were 5 g / 50 mL. Diatomite used is the rock mass collected from the JAEA URL 250m underground tunnel in April 2011, and lignite is taken from the riverbed outcrop of No. 223 in the Teshio Forest on June 23, 2011. did. These rock samples were vacuum packed immediately after collection and stored at −20 ° C. until used for experiments. The rock sample was pulverized to 0.5 mm or less in an anaerobic chamber immediately before the experiment with an autoclave-sterilized stainless steel mortar or chisel. If rocks are not used as a source of microorganism inoculation, add 5 g of a rock sample to a 100 mL vial in an anaerobic chamber, seal with a butyl rubber stopper and an aluminum seal, and then sterilize at 121 ° C for 1 hour using an autoclave. I went twice. Until now, this sterilization method has never caused the growth of microorganisms, so it can be considered that sterilization has been completed. Nine vials are sealed with an autoclave-sterilized aluminum seal, and the pressure reduction and pressurization are repeated 5 times with an N 2 -CO 2 mixed gas with a volume ratio of 4: 1 using an anaerobic gas displacement device. Almost completely replaced the headspace. The culture was performed at 30 ° C. as it was, and the methane concentration in the head space was measured at intervals of 7 days. The results for (A) to (C) are shown in FIG. 14, the results for (D) to (F) are shown in FIG. 15, and the results for (G) to (I) are shown in FIG.
図14〜図16に示すように、還元剤として硫化ナトリウムを加えた場合は、微生物接種源をH−RISE微生物とする場合において実験開始から21日目、H−RISE微生物および珪藻岩(珪藻土)とする場合において実験開始から28日目、H−RISE微生物および褐炭とする場合において実験開始から21日目には、概ねメタン生成反応がプラトーに達した。また、還元剤としてシステインを加えた場合は、微生物接種源をH−RISE微生物とする場合において実験開始から42日目、H−RISE微生物および珪藻岩(珪藻土)とする場合において実験開始から35日目、H−RISE微生物および褐炭とする場合において実験開始から21日目には、概ねメタン生成反応がプラトーに達した。一方、還元剤を加えない場合は、微生物接種源をH−RISE微生物および褐炭とする場合においてのみ、実験開始から28日目に概ねメタン生成反応がプラトーに達した。 As shown in FIGS. 14 to 16, when sodium sulfide is added as a reducing agent, the H-RISE microorganism and diatomite (diatomaceous earth) on the 21st day from the start of the experiment when the microorganism inoculation source is H-RISE microorganism In the case of the above, on the 28th day from the start of the experiment, and in the case of the H-RISE microorganism and lignite, the methanogenic reaction generally reached a plateau on the 21st day from the start of the experiment. In addition, when cysteine is added as a reducing agent, 42 days from the start of the experiment when the microorganism inoculation source is the H-RISE microorganism, 35 days from the start of the experiment when the H-RISE microorganism and diatomite (diatomite) are used. In the case of using eyes, H-RISE microorganisms and lignite, the methanogenic reaction generally reached a plateau on the 21st day from the start of the experiment. On the other hand, when no reducing agent was added, the methanogenic reaction generally reached a plateau on the 28th day from the start of the experiment only when the microorganism inoculation source was H-RISE microorganisms and lignite.
以上の結果から、酸素を遮断した閉鎖空間において、石炭および/または珪藻岩と過酸化水素溶液とを反応させて炭素化合物を生成させた後、還元剤を添加して微生物を接種した方が、還元剤を添加しない場合と比較してメタンの生成速度が向上することが明らかとなった。 From the above results, it is better to inoculate microorganisms by adding a reducing agent after reacting coal and / or diatomite with a hydrogen peroxide solution to produce a carbon compound in a closed space where oxygen is blocked. It became clear that the production rate of methane was improved compared to the case where no reducing agent was added.
<実施例4>地層中においてのメタンガスの生成
宗谷夾炭層(新第三紀)、春採夾炭層(古第三紀)、美唄層(古第三紀)、声問層(新第三紀)の各層の地上から石炭および/または珪藻岩を含む地層へ向けて1または2以上の井戸をさく井し、必要に応じてさく井して得られた1または2以上の井戸の周囲に亀裂を生じさせる。
<Example 4> Production of methane gas in the strata Soya 夾 coal formation (Neotertiary), spring mining coal formation (Paleogene), Biei formation (Paleogene), voice formation (Neotertiology) Drill one or more wells from the ground of each layer toward the formation containing coal and / or diatomite, and if necessary, create cracks around one or more wells obtained by drilling .
さく井して得られた1または2以上の井戸から過酸化水素溶液を注入して地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素とを反応させて炭素化合物を生成させるとともに空間を生成させ、さく井して得られた1または2以上の井戸から生成させた炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物を投入し、または炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物とともにもしくは炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物とは別に未殺菌の石炭および珪藻岩の少なくともいずれかを投入もしくは誘導することにより、メタンを生成することができる。 A hydrogen peroxide solution is injected from one or more wells obtained by drilling and reacting coal and / or diatomite contained in the formation with hydrogen peroxide to generate carbon compounds and create spaces. The microorganisms that produce methane using the carbon compound produced from one or more wells obtained by drilling as a substrate are added, or together with the microorganism that produces methane using the carbon compound as a substrate or the carbon compound as a substrate In addition to microorganisms that generate methane, methane can be generated by introducing or inducing at least one of unsterilized coal and diatomite.
また、宗谷夾炭層(新第三紀)、春採夾炭層(古第三紀)、美唄層(古第三紀)、声問層(新第三紀)の各層の地上から石炭および/または珪藻岩を含む地層へ向けて1または2以上の井戸をさく井する際、水圧破砕法を用いることで、当該作成と同時に、さく井して得られた1または2以上の井戸の周囲に亀裂を生じさせることができる。また、メタンの生成速度を促進するために、さく井して得られた1または2以上の井戸から過酸化水素溶液を注入して地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素とを反応させて炭素化合物を生成させるとともに空間を生成させた後、還元剤を注入することができる。さらに、さく井して得られた1または2以上の井戸から過酸化水素溶液を注入して地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素とを反応させて炭素化合物を生成させるとともに空間を生成させた後、塩基性溶液を注入して中性にすることで、メタン生成までの所要時間を短縮させることができる。 In addition, coal and / or diatoms from the ground of each layer of the Soya Pass Coal Formation (Neogene), Spring Mining Coal Formation (Paleogene), Biei Formation (Paleogene), and Voice Formation (Neotertiary) When one or more wells are drilled toward the formation containing rocks, the hydraulic fracturing method is used to cause cracks around one or more wells obtained by drilling simultaneously with the creation. be able to. In addition, in order to accelerate the production rate of methane, hydrogen peroxide solution is injected from one or more wells obtained by drilling, and coal and / or diatomite contained in the formation and hydrogen peroxide are injected. After making it react and producing | generating a carbon compound and producing | generating space, a reducing agent can be inject | poured. Furthermore, a hydrogen peroxide solution is injected from one or more wells obtained by drilling, and coal and / or diatomite contained in the formation is reacted with hydrogen peroxide to generate carbon compounds and space. After the formation of, the basic solution is injected to neutralize the time required for methane production.
Claims (4)
地上から石炭および/または珪藻岩を含む地層へ向けてさく井する工程と、
前記さく井して得られた1または2以上の井戸の周囲に亀裂を生じさせる工程と、
前記さく井して得られた1または2以上の井戸から過酸化水素溶液を注入して地層中に含まれる石炭および/または珪藻岩と過酸化水素とを反応させて炭素化合物を生成させるとともに空間を生成させる工程と、
前記炭素化合物を生成させるとともに空間を生成させる工程の後に、前記さく井して得られた1または2以上の井戸から還元剤を注入する工程と、
前記さく井して得られた1または2以上の井戸から前記生成させた炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物を投入する工程、および前記反応後に残存する石炭および/または珪藻岩から前記生成させた炭素化合物を基質としてメタンを生成する微生物を誘導する工程の、少なくともいずれかの工程と
を有する前記方法。 A method for producing methane gas in a formation from coal and / or diatomite contained in the formation,
A process of drilling from the ground toward the formation containing coal and / or diatomite;
A step of causing a crack around the one or more wells obtained by the well sinking, well drilling,
A hydrogen peroxide solution is injected from one or two or more wells obtained by the wells, and the carbon and / or diatomite contained in the formation is reacted with hydrogen peroxide to generate a carbon compound and the space. A step of generating,
After the step of generating the carbon compound and generating the space, injecting a reducing agent from one or more wells obtained by the well;
The step of introducing a microorganism that produces methane using the produced carbon compound as a substrate from one or two or more wells obtained by the drilling, and the production from the coal and / or diatomite remaining after the reaction. And a method of inducing a microorganism that produces methane using a carbon compound as a substrate.
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