新型三重罐生物反应器中海洋甲烷球菌（Methanococcus maripaludis）高效转化CO2为甲烷的动力学特性与网格级产能优化研究

本文创新性地设计了三重罐生物反应器系统，研究海洋甲烷球菌（Methanococcus maripaludis）在气体渗透模式下的CO2甲烷化动力学特性，通过优化搅拌速率（150 rpm）、H2/CO2比例（4:1）等参数实现97.4%甲烷纯度，为油田碳捕集利用与封存（CCUS-EOR）技术提供了可规模化应用的生物转化方案。

　　

Highlight

本研究采用新型三重罐生物反应器系统，结合气体渗透技术和在线监测功能，探究了海洋甲烷球菌（Methanococcus maripaludis）将CO₂转化为甲烷的动力学特性与工艺优化。

生长特性与反应器配置

反应器采用螺旋缠绕的气体渗透管（图1C）实现H₂/CO₂高效传质。通过监测OD₆₀₀和辅酶F₄₂₀（CoF₄₂₀）含量，发现菌株在优化条件下（150 rpm搅拌、H₂:CO₂=4:1、20 mL·min^?1注气速率）展现92.1%甲烷产率，符合中国天然气网格标准（GB/T 37124–2018）。

连续转化性能

多级连续转化实验显示：甲烷日均产量达10.95 mmol·L^?1·d^?1，纯度稳定在89.4%-97.4%，残余H₂和CO₂均低于2%，完美匹配生物燃气国家标准（NB/T 10489–2021）。

结论

该研究为油田伴生气资源化提供了可放大的生物技术方案，通过精确控制反应器参数与菌株代谢通路，实现了CO₂到网格级甲烷的"一站式"转化。