煤炭学报

作者：王乾, 高富博, 丁锐, 赵伟仲, 王小勇, 张雪珂, 杨嘉文,

关键词：煤系气开发, 煤系泥页岩, 原位厌氧发酵, 外源CO₂, CO₂甲烷化工厂,

煤系气增产与CO2资源化利用的有机结合契合国家“双碳”目标，亦可助推我国煤系气大产业建设与循环化发展。研究发现，煤系泥页岩除了具有煤系气储层属性和厌氧发酵产甲烷底物属性外，还可驱动CO2生物甲烷化的发生，具有潜在的“CO2甲烷化工厂”属性。然而，针对含外源CO2的煤系泥页岩厌氧发酵系统的研究仍缺乏，制约了该技术的发展和应用。以义马煤田中侏罗统煤系泥页岩为研究对象，通过原位温压条件下的厌氧发酵试验，探讨外源CO2注入对煤系泥页岩厌氧发酵系统生物甲烷产出的影响。结果表明：外源CO2注入后，煤系泥页岩厌氧发酵系统的微生物群落结构与代谢功能发生了显著改变，生物甲烷的产出始终以氢营养型产甲烷途径为主，发酵后期有机质降解产生的乙酸被利用，有效延长了产甲烷周期。受外源CO2注入影响，发酵系统的生物甲烷产量明显提升，累计生物甲烷产量达常压发酵系统的2.12倍，增产效果显著。在发酵系统内以Clostridium_sensu_stricto_1为主的产氢菌的介导下，外源CO2注入后产生的H+借助铁氧还蛋白氢化酶等氢化酶的“催化电极”作用与电子结合生成了大量H2，实现了H2的内源供应并为氢营养型产甲烷菌提供了丰富的底物。然而，发酵系统内挥发性脂肪酸的积累对细菌和古菌群落均产生了明显的酸抑制效应，导致菌群多样性、丰度降低，代谢活性减弱，使得发酵系统在具有充足的CO2与H2条件下，产甲烷反应仍于30 d终止。因此，探索有效的缓解酸抑制的方法对提升该系统的应用潜力至关重要。基于上述发现，提出煤系泥页岩具有“CO2甲烷化工厂”属性。该“工厂”以外源CO2为原料、以煤系泥页岩孔裂隙为反应空间、以泥页岩有机质为激活剂、以产甲烷菌群为廉价劳动力，最终生成甲烷作为绿色产品，为煤系气的增产和CO2的资源化利用提供高效协同途径。

来源：2026年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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