Research Abstract
二酸化炭素濃度は石油貯留層におけるメタン生成経路を選択する決定因子である
深部地下の地層は炭素回収および貯留の候補地だが、地下の微生物群集がどのように応答しているのかは解明されていない。本稿で眞弓らは、微小生態系を構築し、炭素回収・貯留によるCO2分圧が上昇するとメタン生成速度が2倍になることを明らかにした。
Carbon dioxide concentration dictates alternative methanogenic pathways in oil reservoirs
2013年6月13日 Nature Communications 4 : 1998 doi: 10.1038/ncomms2998
深部地下の地層（例えば、高温の石油貯留層）は、二酸化炭素（CO2）回収・貯留技術の候補地である。しかしながら、CO2回収・貯留によって生じるCO2分圧の上昇に対して、地下の微生物群集がどのように応答するのか、ほとんどわかっていなかった。今回我々は、高温石油貯留層から採取した試料を用いて、油層の環境（55℃、5 MPa）を模擬する高温高圧培養実験を行った。その結果、CO2分圧の高低にかかわらず、メタン生成が確認された。しかし、CO2分圧が高い条件下では、メタン生成速度が加速され、低分圧条件に比べ2倍以上になった。安定同位体トレーサー実験と分子生物学的解析の結果、高CO2分圧条件では、現場油層環境（低CO2分圧条件）で一般的にみられる酢酸酸化と水素資化性メタン生成の共役経路から、酢酸資化性メタン生成経路へと劇的に切り替わることが分かった。今回の成果は、CO2回収・貯留技術によって、深部地下環境での微生物によるエネルギー資源の生成が増進される可能性を示唆しており、地球温暖化やエネルギー枯渇問題の緩和に貢献する基盤研究として期待される。
眞弓 大介1, Jan Dolfing2, 坂田 将1, 前田 治男3, 宮川 喜洋3, 五十嵐 雅之3, 玉木 秀幸4, 竹内 美緒1, Cindy H. Nakatsu5 & 鎌形 洋一4, 6
- 独立行政法人 産業技術総合研究所 地圏資源環境研究部門
- ニューカッスル大学 土木工学・地球科学部（英国）
- 国際石油開発帝石株式会社
- 独立行政法人産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門（筑波）
- パデュ−大学（米国）
- 独立行政法人産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門（札幌）
Deep subsurface formations (for example, high-temperature oil reservoirs) are candidate sites for carbon capture and storage technology. However, very little is known about how the subsurface microbial community would respond to an increase in CO2 pressure resulting from carbon capture and storage. Here we construct microcosms mimicking reservoir conditions (55 °C, 5 MPa) using high-temperature oil reservoir samples. Methanogenesis occurs under both high and low CO2 conditions in the microcosms. However, the increase in CO2 pressure accelerates the rate of methanogenesis to more than twice than that under low CO2 conditions. Isotope tracer and molecular analyses show that high CO2 conditions invoke acetoclastic methanogenesis in place of syntrophic acetate oxidation coupled with hydrogenotrophic methanogenesis that typically occurs in this environment (low CO2 conditions). Our results present a possibility of carbon capture and storage for enhanced microbial energy production in deep subsurface environments that can mitigate global warming and energy depletion.
