摘要：本文主要介绍微生物与电能和石油的联系，分析微生物对这两者利用提高的贡献，还介绍了一些虽然还不成熟，但还是很有潜力的微生物提供能量给我们的方法。

关键词：本源微生物、剩余油开采、脱硫工艺、微生物发电

本源微生物：本源微生物是指存在与油藏中较为稳定的微生物群落。本源微生物驱油是在注水开采原油过程中周期性地注入氧气和氮、磷营养物质，激活油藏中原油微生物的一种采油技术。与目前通常采用的外源微生物采油技术相比，本源微生物采油不存在适应性、变异退化等问题，减少了菌种的开发、生产等步骤。工艺简单，投资少，成本低。

剩余油：由于技术原因以前开采时不能开采的剩余部分。[1]

革兰氏阴性菌：细胞壁较薄，厚度为10nm。其结构较复杂，分外壁层和内壁层。[2]

摘要：本文主要介绍微生物与电能和石油的联系，分析微生物对这两者利用提高的贡献，还介绍了一些虽然还不成熟，但还是很有潜力的微生物提供能量给我们的方法。

今天的世界有一个共同的忧虑，那就是能源危机。

石油、电能、水力、煤炭等老一代能源现在面临着一个走向枯竭的问题，特别是石油，它是现代工业的血液，当今社会几乎都依赖于它而发展，但是对它的地球上储藏量的保守估计是最多用到本世纪中叶，围绕着石油危机，世界经济的走势几乎由石油的供应量来决定，为了多争取拥有一些石油各经济大国使出了浑身解数，甚至运用了暴力手段。

电能也是相同的，现在中国以燃煤发电为主，但是煤炭储量却加快减少，而且燃煤发电污染相对比较严重；水力发电污染较少，但先期投资比较大，而且时间长，见效慢；核能发电优点多但技术复杂……

面对已经不多的石油我们要如何充分的利用？对于各项发电技术的优点如何整和？都是现代科技研究的重点，而微生物技术给我们打开了一扇新的大门。

石油与微生物

1. 本源微生物采油技术为剩余油开采开路

大庆油田现已进入高含水开发阶段，寻找和开发剩余油非常重要[3]。最近，一项由长江大学科研人员多年攻关研发，工艺简单、成本低廉的剩余油开采技术——本源微生物采油(MEOR)技术，正在日趋成熟并广泛应用，为剩余油开采提供了新的途径。

据了解，俄罗斯采用聚合物驱油，增产1吨原油的额外成本是30美元，而用本源微生物技术采油，增产1吨原油的额外成本是5到10美元，我国大庆油田三次采油，增产1吨原油的额外成本约为200到300元，由此可见本源MEOR在成本上的优势。早在2001年，长江大学科研人员在大港孔店油田首次开展本源微生物驱油矿场应用试验，同时定期取样分析研究其生化指标和生产动态变化情况。发现本源菌激活后增加了3到5个数量级，微生物代谢最终产物醋酸根和碳酸氢根浓度增加1到2个数量级，原油性质及流动性均有改善，生物甲烷气含量增加。进一步分析研究表明，这些生物化学指标变化与原油产量增加呈现正相关系。2004年扩大应用到3个区块。截至目前，这家油田累计增产原油约2.2万吨，投入产出比为1:13.2，取得了明显效益。此外，本源微生物采油技术对油藏环境无二次污染，对人体健康和环境无毒害，是一种绿色环保的工艺技术。此项技术的创新点在于，在研究俄罗斯原有技术基础上，在国际上首次对高温和低蜡稠油油藏开展本源MEOR技术研究，并用分子生态学方法对油藏微生物群落结构进行了研究，发现存在许多未培养微生物资源，它在石油烃共降解中可能起着积极作用。

2. 新型石油微生物脱硫工艺[4]

石油脱硫是很重要的，含硫量的高低也决定了燃烧后对大气的污染程度。液化石油气固体碱脱硫精制新工艺[5]，是目前新研发的脱硫新技术之一，但是作为化学脱硫方法总是难逃废渣的处理问题。而我这里介绍的石油微生物脱硫工艺对环境的影响要小的多。

日前，中国科学院过程工程研究所研究员刘会洲等，利用一种革兰氏阴性菌--德氏假单胞菌R-8开展石油微生物脱硫研究，发现它对多种硫化物具有代谢能力，并通过固定化细胞的形式，进一步提高其脱硫活性，具有很好的工业脱硫应用前景。

汽油、柴油等石油产品，燃烧后排出大量的二氧化硫，是酸雨产生的主要原因之一。机动车尾气，即光化学烟雾型大气污染，更是我国城市大气污染的主要来源。目前，工业上广泛采用的加氢脱硫法(HDS)对带有取代基的二苯并噻吩(DBT)类杂环化合物的脱硫效率很低。相比催化加氢脱硫，微生物脱硫大幅降低设备投资、运行费用方面的投入，而且废液排放很少，更符合环保要求。

在微生物脱硫研究方面，中国科学院过程工程所已开展多年研究工作。为发展更好的生物脱硫方法，研究人员分别从我国南方和北方地区的气田、油田和煤田采集样品，通过初筛和多次复筛，得到5株高效DBT专一脱硫菌株。分类鉴定发现，筛选到的德氏假单胞菌R-8，是革兰氏阴性菌。

刘会洲指出，国际上已报道的专一脱硫微生物，绝大多数属于革兰氏阳性菌。然而研究表明，它们在溶剂耐受能力方面不如革兰氏阴性菌，因此进行工业油品脱硫时，革兰氏阴性菌具有更好的应用前景。初步研究表明，德氏假单胞菌R-8能脱除含硫量为261mg/L的加氢脱硫柴油中72%的硫，对含硫量为1807mg/L的高含硫柴油的脱硫率可以达到77%。

他们又研究了各种环境条件对微生物活性和脱硫速率的影响，以及分散剂、助溶剂、破乳剂对微生物的毒性，从而优化反应条件，提高了脱硫速率。并在生物反应器内实现了对微生物的高密度培养。所建立的工艺，廉价、有效，而且可以大批量培养。最后，刘会洲等采用固定化细胞的形式，进行DBT和高含硫柴油的脱硫实验；改进固定化方法和条件，进一步提高细胞脱硫活性。模拟实验显示，固定化细胞经过500小时以上使用，脱硫活性没有明显下降。实验证明，固定化细胞再生方便，是生物脱硫工业化的最佳选择。

为深化成果，研究人员从红平红球菌LSSE8-1和戈登氏菌LSSEJ-1中成功扩增得到了脱硫相关基因的片断，并进行了序列测定，目前正展开微生物脱硫工程菌的构建工作。

3. 微生物与电能

电能作为现代能源的支柱性能源，它的产生形式多种多样，水利发电，核能发电都可以说是比较清洁的发电方式，但是建设时间长，偶发性事件可能性大。最近先后在日本和俄罗斯发生了核电站事故，10日，日本关西电力公司承认，该公司位于福井县的美滨核电站蒸气泄漏事故的原因是由于发生破裂事故的配水管自1976年该机组开始投入生产以来的27年中，从未进行过检查而导致管道老损，管壁过薄，最终在不堪高压的情况下发生了破裂事故。[6]

我现在要介绍一种自然界本身所特有的，污染可由环境自身调节的方法。

微生物发电未来供电新模式[7]

利用微生物发电其实已不新奇，很多国家都已致力于研发微生物电池，其原理是将微生物产生的化学能转换为电能。

目前广泛使用的沼气发电也是微生物发电原理的间接应用之一(微生物分解垃圾，产生沼气，再利用沼气发电)。利用微生物发电成本低、对环境的污染小、可应用的领域十分广阔。因此也吸引了各国研究人员潜心钻研这一课题，生物排泄物、白蚁的胃液、牛的胃液都曾被科学家用以探求微生物发电的可能性。微生物发电这一令人期待的发电模式正逐渐显现出巨大的潜力。

3.1 牛胃液中微生物可产生电能

据西班牙皇家化学学会新近公布的一项研究报告宣称，牛胃液中所含的细菌群在分解植物纤维的过程中能够产生电力，电能约与一节5号电池相当。 来自俄亥俄州大学的科学家安·克瑞斯提解释说：“牛的胃液本身不能够当作电能来源，而是胃液中一种微生物能够分解产生电能。这种微生物在反刍消化草等饲料中大量的纤维素过程中，就能够产生大量的电子。”经过大量研究，克瑞斯提发现，半公升牛的瘤胃胃液中含有的微生物能够产生600毫伏的电能。于是，克瑞斯提设计了一个特殊的实验器材来深入证明。

牛羊等反刍动物都有两个胃，牛的第一个胃被称为瘤胃。瘤胃分泌的胃液中含有大量微生物，当牛进食含有大量植物纤维的食物时，胃液中的微生物便将植物纤维分解，分解过程中便产生了电子。科学家利用针头和玻璃除菌箱将牛的胃液导出，并模拟牛的消化过程，利用胃液中的微生物成功产生了电力。半公升牛的瘤胃胃液中含有的微生物约能产生600毫伏的电能。这种微生物在牛的粪便中也有，而牛的粪便又可以直接给燃料电池提供能量。用牛粪制成的燃料充电电池每节电池能够产生300到400毫伏的电能。

如果生物体内的微生物能够成功地应用于发电，那无疑将给能源匮乏的人类社会带来巨大效益。但科学家们也宣称目前这种利用生物体内微生物发电的模式能产生的电能还很小，何时能投入商业运营遥遥无期。

3.2 微生物变太空“粪”为太空“电”

目前载人飞船上天，宇航员在太空飞行中的排泄物要被带回地球。如果有朝一日人类能踏上火星，那么往返火星与地球之间就需要四年的时间。粗略估算，在此期间，6名宇航员将会“制造”出6吨多的排泄物垃圾。这些废物垃圾该如何处置呢？

日前科学家正在研究利用“泥菌”[8]属微生物将这些太空垃圾变废为宝。即让“泥菌”属微生物“吃下”人类的排泄物，产出来电能。

具体做法是将这种“泥菌”属微生物放在一个特别设计的燃料电池里，这块电池的燃料不是氢，而是人类的排泄物。“泥菌”吞食下排泄物后，分解出电子，随后电子被转移到电池的一极，当电子流向电池另一极时，碰撞出电流。但目前这种理想的太空粪电池还尚未飞上太空，科学家称目前的困难在于如何让泥菌产出的电子转移到电池上去。如果这一设想真的能变为现实，那么受益的将不仅是宇航员，人类的排泄物都可变废为利了。

3.3 三大难题困扰微生物发电的应用

不久的将来，微生物发电能否成为人类社会供电新模式？中科院微生物研究所研究员江宁认为，虽然目前微生物电池的研究很热，但在可以预见的将来，人类社会利用微生物产生电能的可能性不大。江宁介绍说，目前主要有三大难题困扰着微生物发电的应用。

如欲将发电模式投入商业运营，首先产生的电量要足够大，而目前利用微生物发电所产生的电量都微乎其微。其次电能的产生过程要简单。再次发电的工作环境要稳定，比如不受温度的变化。

而利用微生物发电的研究还处于实验室工作环境中。以牛胃液中微生物发电为例，牛胃液中的微生物在牛胃这样一个复杂的环境中才能生存，此外实验室中通过庞大的器皿、恒定唯一的条件才将牛胃液中的微生物转化为电能。如此庞大复杂的过程，如何投入商业运营，需要做的研究太多了。

小结：微生物对于石油能源各个方面的应用是现在比较热门的，因为微生物技术相对于传统的物理化学技术来说，污染小，产生二次污染的可能性也小的多。本源微生物，在我的理解上类似于活性污泥中的特有菌种，水处理中我们对排污口的自然产生的菌种，它对该污水的处理有针对性的，石油工艺中的本源微生物也对该地区的石油有针对性。而对于这种本源微生物的培养和我们所学的微生物简单培养是相近的，C、N比也是常规的比例，这说明我们以前对这种本源微生物在石油方面的结合并不十分紧密，在这个领域内我们对微生物太过忽略了，从这个侧面而言微生物的研究可以扩展的更广一些。

微生物脱硫技术，对于我们而言可能更专业了一点，但是在大力强调环境保护的今天这是很有前景的。汽油、柴油等石油产品，燃烧后排出大量的二氧化硫，是酸雨产生的主要原因之一。机动车尾气，即光化学烟雾型大气污染，更是我国城市大气污染的主要来源。通过生物脱硫一方面减少了硫对大气的污染，另一方面它的产生的废弃物可以由自然自身净化，不产生二次污染。

微生物在发电上的开发还只是一个起步，而且相对于其它的比较成熟的发电工艺它的发电量还是很小的，可实用性也不是很强，但是在一些特殊场合还是有它的价值的，如太空，虽然现在以太阳能电池(太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作 的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段[9])为主，但是它的缺点是使用的太阳能接收板的面积太大，要从地球上带入太空成本太高，而上面我们所提到的“泥菌”体积也就小的多，在相同体积上产生的电能“泥菌”要多的多，从另一方面来说“泥菌”发电在地球上的应用还有待提高。

微生物是我们借助显微镜才能看到的世界，对他们的了解并不完全，还有很大的空间。解决能源问题现在的科学家对新能源的开发已经是不遗余力，而通过这个小小的饿微生物我们可以看到一个大的世界，通过它我们可以对现有的技术进行改良，也可以由于对微生物的进一步了解而对世界能源问题有新的开发角度。

参考文献：

[1] 俞启泰,关于剩余油研究的探讨[J],石油勘探与开发,1997,24(2)：46-50

[2] 周群英,高延耀, 环境工程微生物学[M],高等教育出版社,北京,2000, p26 ,

[3] 魏纪德,林春明,杜庆龙,张同意,大庆油田剩余油的影响因素及分布,石油与天然气地质, 2001,22(1):57-59

[4] 张璋,新型石油微生物脱硫工艺,科学网，http://www.sciencetimes.com.cn/col33/col51/article.htm1?id=1788

[5] 段永锋, 固体碱脱除硫化物性能研究[硕士学位论文],石油大学(华东),山东东营,2004

[6] 刘洪亮, 丛云峰, 电站蒸气泄漏, http://www.gzepb.gov.cn/gnxw/200408100010.htm

[7] 罗中云,徐笛,牛胃液中微生物可产生电能,北京科技报, 2005-09-26   http://bjsn.bjyouth.com/view.jsp?oid=6383798

[8] 诸葛健,王正祥,工业微生物实验技术手册,北京:中国轻工业出版社,1994, p72

[9] 北京市青年联合会, 北京市科学技术协会,什么是太阳能电池? http://www.bjkp.gov.cn/gkjqy/nykx/k104102.htm