煤炭学报

作者：鲍园, 王小婧, 李丹, 胡宜亮, 山拓, 刘向荣,

关键词：煤层气生物工程, 厌氧发酵, 预处理, 孔隙−分子结构, 中间代谢物质, 微生物群落,

煤厌氧发酵技术是通过本/异源微生物降解煤有机质定向转化为甲烷、氢气等清洁能源，其核心科学问题在于揭示“煤结构演化−代谢物质传递−微生物群落响应”的多尺度协同作用机制。系统综述了煤厌氧发酵过程中固液气的演化规律，建立了煤厌氧发酵过程中固液气成分联合表征技术体系。固相成分分析包括煤预处理、孔隙结构和分子结构及其模型构建技术等，不同的预处理技术在实验室条件下能够显著提升生物甲烷产量，增幅范围达到24.98%～2 430.00%，但复杂的地质条件下的原位效应需进一步验证。煤储层孔隙系统作为微生物与煤基质界面反应的拓扑载体，其结构特征在厌氧微生物活动的影响下发生显著变化，微孔占比降低12.38%，而中孔和大孔占比分别增大15.84%和352.89%，孔隙度和渗透率增幅分别达到4.73%～64.90%和33.30%～40.00%。煤分子结构表征及模型构建技术研究为生物气化过程中煤表面官能团、碳骨架和化学键断裂位置提供了直接证据。微生物降解作用导致煤中范德华能降低幅度最大，达到8.74%～9.27%，其次是非共价键能和氢键能。液相成分分析主要包括分子生物学和中间代谢物质分析，分子生物学通过分析煤层微生物的多样性特征及其代谢潜力，突破了对本源微生物生命活动的认知瓶颈，为生物甲烷生成路径研究提供新途径，而中间代谢物质(如溶解性有机质、小分子有机酸和糖类等)的表征为代谢产物传递研究提供了重要的数据支撑。甲烷、氢气、二氧化碳等气相组分的定量表征有助于理解生物气化潜力及甲烷生成途径分析，未来可着重突破多场耦合作用机制解析、代谢网络工程改造及动态环境调控等关键技术，为实现煤层气资源的智能化生物转化与工业化应用提供理论支撑。

来源：2026年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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