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Mecanismo de criação de carvão descoberto
Os pesquisadores analisaram grupos metoxila em amostras de carvão de todo o mundo e usaram isótopos estáveis para mostrar que o material orgânico eventualmente se transforma em carvão por meio da ação microbiana.
Por Pennsylvania State University - 11/11/2021


Max Lloyd, professor assistente de pesquisa de geociências na Penn State, testou amostras de todo o mundo. À esquerda estão a madeira, a linhita, o carvão sub-betuminoso e o carvão betuminoso. Crédito: Patrick Mansell, Penn State

O mecanismo por trás de um dos primeiros estágios da criação do carvão pode não ser o que pensávamos, de acordo com uma equipe de pesquisadores que descobriu que os micróbios eram responsáveis ​​pela formação do carvão e produção de metano nessas áreas, o que tem implicações para a recuperação do metano. de alguns campos de carvão.

Os pesquisadores analisaram grupos metoxila em amostras de carvão de todo o mundo e usaram isótopos estáveis para mostrar que o material orgânico eventualmente se transforma em carvão por meio da ação microbiana.

Um grupo metoxila consiste em um átomo de carbono com três átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. O átomo de oxigênio pode se ligar a qualquer número de lugares em uma molécula maior. No caso do carvão, ele se liga a um átomo de carbono em um dos arranjos de anéis do carvão.

"Se você fizesse uma pesquisa com geoquímicos, a maioria diria que o carvão foi criado por temperatura, ácidos ou catalisadores", disse Max K. Lloyd, professor assistente de pesquisa em geociências da Penn State. "Mas nossos resultados são inconsistentes com esses mecanismos. Eles mostram que os micróbios estão consumindo diretamente grupos metoxila do carvão, transformando o carvão e produzindo metano ."

O carvão se forma quando a matéria vegetal das florestas pantanosas cai na água e é rapidamente enterrada. A matéria orgânica começa como turfa, torna-se lignita, depois sub-betuminosa, betuminosa e finalmente antracita, à medida que é enterrada mais profundamente e se torna mais concentrada em carbono. O carvão antracito é principalmente carbono, enquanto a linhita ainda é muito vegetal.

De acordo com Lloyd, a maior parte do carvão usado hoje em lugares como Índia e China é lignito ou sub-betuminoso, porque são os únicos tipos facilmente e baratos disponíveis, mas esses carvões produzem as maiores quantidades de gases de efeito estufa quando queimados. Como solução para esse problema, os poços de metano nessas camadas de carvão - metano de leito de carvão (CBM) - são atraentes como uma ponte para longe dos combustíveis fósseis, mas "os poços de produção de CBM costumam ter vida útil limitada", observam os pesquisadores hoje (novembro 12) em Ciências .

"O desafio para a produção de metano de leito de carvão é que criar poços é muito caro e o poço pode secar em um mês", disse Lloyd. "Não sabemos por quê. Os produtores adicionam mais micróbios ou mais nutrição (para os micróbios), mas isso só funciona se esses forem os fatores limitantes, não se o próprio carvão for o fator limitante."

Lloyd estava originalmente olhando para a abundância de grupos de metoxila em árvores vivas ou recentemente mortas, quando conversou com uma colega de pós-graduação da Caltech, Elizabeth Trembath-Reichert, agora professora assistente na Escola de Exploração Terrestre e Espacial da Universidade do Arizona, que era trabalhando em micróbios que consomem grupos metil no carvão. Depois que eles confirmaram, usando dois métodos, que as observações eram reais, Lloyd começou a procurar a mesma coisa no carvão de todo o mundo.
 
Grupos metoxila no carvão são transformados em metano, mas como o metano se forma a partir do carvão é pouco conhecido, de acordo com os pesquisadores. Para entender melhor esse processo, os pesquisadores analisaram os isótopos estáveis ​​de carbono nos grupos metoxila deixados para trás.

Isótopos estáveis ​​são as formas não radioativas de um elemento que contém um número variável de nêutrons em seu núcleo. Os isótopos de carbono que contêm 12 e 13 nêutrons são quase idênticos, exceto que o carbono 13, embora menos abundante na natureza, é ligeiramente mais pesado. Os organismos biológicos geralmente preferem um isótopo ao outro, de modo que o que é deixado para trás na fonte original difere das porcentagens dos isótopos normalmente encontrados.

Quando Lloyd e seus colegas analisaram grupos metoxila em tudo, desde madeira a carvão betuminoso, eles descobriram que o perfil dos isótopos não correspondia ao que seria encontrado se a criação de metano tivesse ocorrido devido ao calor, acidez ou reações catalíticas, mas eles fizeram corresponder aos padrões esperados da ação microbiana.

"Acontece que os micróbios aeróbicos são ótimos para degradar os anéis do carvão, mas os micróbios anaeróbicos não têm uma boa maneira de desmontar os anéis", disse Lloyd. "Então, uma das únicas coisas que os anaeróbios podem fazer é cortar as porções de metoxila."

Esses grupos metoxila liberados são então convertidos em metano. Mas, uma vez que todos os radicais metoxila disponíveis são separados dos anéis, os micróbios não conseguem chegar a mais nada e a reação para e o poço seca.

"O que é realmente interessante é que esses micróbios estão liberando enzimas para cortar o metoxil", disse Lloyd. "Eles estão degradando a estrutura extracelularmente, o que é limitante porque o carvão não é uma solução e o micróbio não pode chegar facilmente a qualquer lugar na estrutura do carvão."

De acordo com os pesquisadores, o esgotamento dos grupos metoxila no carvão ao longo do tempo indica que o próprio carvão é o fator limitante na produção de metano. Portanto, adicionar mais micróbios ou nutrientes não produzirá mais metano e outra abordagem seria necessária.

 

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