El mecanismo detrás de una de las primeras etapas de la creación de carbón puede no ser lo que se ha pensado durante mucho tiempo, muestra una nueva investigación en la Universidad Estatal de Pensilvania.
Al observar los grupos metoxilo en muestras de carbón de todo el mundo y usar isótopos estables, los científicos detrás de este nuevo estudio descubrieron que el material orgánico eventualmente se convierte en carbón y produce metano a través de la acción microbiana.
En su opinión, este hallazgo tiene implicaciones para la recuperación de combustible de metano de algunos yacimientos de carbón.
En un artículo publicado en la revista Science, los investigadores explican que un grupo metoxilo consiste en un átomo de carbono con tres átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno puede unirse a cualquier número de lugares en una molécula más grande. En el caso del carbón, se une a un átomo de carbono en uno de los arreglos de anillos del carbón.
Con base en este proceso, se entiende que el carbón se forma cuando la materia vegetal en los bosques de humedales cae al agua y se entierra rápidamente. El material orgánico comienza como turba, se convierte en lignito, luego subbituminoso, bituminoso y finalmente antracita a medida que se entierra más profundamente y se concentra más en carbono. El carbón de antracita es principalmente carbono, mientras que el lignito sigue siendo muy vegetal.
Según Max Lloyd, autor principal del estudio, la mayoría de los carbones que se usan hoy en día en lugares como India y China son lignitos o subbituminosos porque estos son los únicos tipos disponibles fácil y económicamente, pero estos carbones producen la mayor cantidad de gases de efecto invernadero cuando se queman. .
Como solución a este problema, los pozos de metano en estos lechos de carbón (metano de lecho de carbón (CBM)) son atractivos como puente para alejarse de los combustibles fósiles. El problema es que los pozos de producción de CBM a menudo tienen una vida útil limitada.
“El desafío para la producción de metano en capas de carbón es que la creación de pozos es muy costosa y el pozo puede secarse en un mes”, dijo Lloyd. “No sabemos por qué. Los productores agregan más microbios o más nutrición (para los microbios), pero eso solo funciona si esos son los factores limitantes, no si el carbón mismo es el factor limitante”.
Lloyd originalmente estaba observando la abundancia de grupos metoxilo en árboles vivos o recientemente muertos cuando consultó a su colega Elizabeth Trembath-Reichert, quien estaba trabajando en microbios que consumen grupos metilo en el carbón. Después de que confirmaron, utilizando dos métodos, que las observaciones eran reales, Lloyd comenzó a buscar lo mismo en el carbón de todo el mundo.
Los grupos metoxilo en el carbón se convierten en metano, pero según los investigadores, no se sabe bien cómo se forma el metano a partir del carbón. Para comprender mejor este proceso, observaron los isótopos estables de carbono en los grupos metoxilo que quedaron.
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Los isótopos estables son las formas no radiactivas de un elemento que contienen un número variable de neutrones en su núcleo. Los isótopos de carbono que contienen 12 y 100 los neutrones son casi idénticos, excepto que el carbono 13, aunque menos abundante en la naturaleza, es un poco más pesado. Lloyd explicó que los organismos biológicos generalmente preferirán un isótopo a otro, por lo que lo que queda en la fuente diferirá de los porcentajes de los isótopos que normalmente se encuentran.
Él y sus colegas, por lo tanto, observaron los grupos metoxilo en todo, desde la madera hasta el carbón bituminoso, y notaron que el perfil de los isótopos no coincidía con lo que se encontraría si la creación de metano hubiera ocurrido debido al calor, la acidez o las reacciones catalíticas, pero ellos coincidió con los patrones esperados de la acción microbiana.
“Resulta que los microbios aeróbicos son excelentes para degradar los anillos del carbón, pero los microbios anaeróbicos no tienen una buena manera de desarmar los anillos”, dijo Lloyd. “Entonces, una de las únicas cosas que les queda por hacer a los anaerobios es cortar las porciones de metoxilo”.
Estos grupos metoxilo liberados luego se convierten en metano. Pero, una vez que todos los radicales metoxilo disponibles se separan de los anillos, los microbios no pueden llegar a nada más y la reacción se detiene y el pozo se seca.
“Lo realmente interesante es que estos microbios están liberando enzimas para cortar el metoxilo”, dijo el científico. “Están degradando la estructura extracelularmente, lo cual es limitante porque el carbón no es una solución y el microbio no puede llegar fácilmente a todas partes en la estructura del carbón”.
Según Lloyd y sus colegas, el agotamiento de los grupos metoxilo en el carbón a lo largo del tiempo apunta a que el propio carbón es el factor limitante en la producción de metano. Por lo tanto, agregar más microbios o nutrientes no producirá más metano y sería necesario otro enfoque.
