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| Max Lloyd, profesor asistente de investigación de geociencias en Penn State, analizó muestras de todo el mundo. Desde la izquierda, madera, lignito, carbón subbituminoso y bituminoso. Crédito: Patrick Mansell, Penn State |
El mecanismo de una de las primeras etapas de la creación del carbón puede no ser el que creíamos, según un equipo de investigadores que descubrió que los microbios eran los responsables de la formación del carbón y la producción de metano en estas zonas, lo que tiene implicaciones para la recuperación del combustible de metano de algunos yacimientos de carbón.
Los investigadores analizaron los grupos metoxilos en muestras de carbón de todo el mundo y utilizaron isótopos estables para demostrar que la materia orgánica acaba convirtiéndose en carbón por acción microbiana.
Un grupo metoxilo está formado por 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 mayor. En el caso del carbón, se une a un átomo de carbono en uno de los anillos del carbón.
"Si se pregunta a los geoquímicos, la mayoría dirá que el carbón fue creado por la temperatura, los ácidos o los catalizadores", dijo Max K. Lloyd, profesor adjunto de investigación en geociencias de Penn State.
"Pero nuestros resultados no concuerdan con esos mecanismos. Demuestran que los microbios consumen directamente los grupos metoxilos del carbón, transformándolo y produciendo metano".
Según Lloyd, la mayor parte del carbón que se utiliza hoy en día en lugares como India y China es lignito o subbituminoso, porque son los únicos tipos fáciles y baratos de conseguir, pero estos carbones son los que más gases de efecto invernadero producen al quemarse. Como solución a este problema, los pozos de metano en estos lechos de carbón -metano de lecho de carbón (CBM)- resultan atractivos como puente para abandonar los combustibles fósiles, sin embargo "los pozos de producción de CBM suelen tener una vida útil limitada", señalan los investigadores hoy en Science.
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| Proceso que utilizan los microbios para crear una molécula precursora del metano a partir del carbón. Los microbios anaeróbicos viven en los espacios de los poros del carbón. Producen enzimas que excretan en el espacio poroso sobre la estructura del carbón. Esa enzima rompe un grupo metoxilo para producir una molécula precursora de metano. Crédito: Max Lloyd, Penn State |
En un principio, Lloyd estaba observando la abundancia de grupos metoxilos en árboles vivos o recientemente muertos, cuando habló con una compañera de estudios en Caltech, Elizabeth Trembath-Reichert, ahora profesora adjunta en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad de Arizona, que estaba trabajando en microbios que consumen grupos metílicos en el carbón. Después de confirmar, mediante dos métodos, que las observaciones eran reales, Lloyd empezó a buscar lo mismo en el carbón de todo el mundo.
Los grupos metoxilos del carbón se convierten en metano, pero, según los investigadores, no se sabe muy bien cómo se forma el metano del carbón. Para entender mejor este proceso, los investigadores observaron los isótopos estables del carbono en los grupos metoxilos que quedan.
Los isótopos estables son las formas no radiactivas de un elemento que contienen un número variable de neutrones en su núcleo. Los isótopos del carbono que contienen 12 y 13 neutrones son casi idénticos, salvo que el carbono 13, aunque menos abundante en la naturaleza, es ligeramente más pesado. Los organismos biológicos suelen preferir un isótopo al otro, por lo que queda en la fuente original diferirá de los porcentajes de los isótopos que se encuentran normalmente.
Cuando Lloyd y sus colegas observaron los grupos metoxilos en todo tipo de materiales, desde la madera hasta el carbón bituminoso, descubrieron que el perfil de los isótopos no coincidía con lo que se encontraría si la creación del metano se hubiera producido debido al calor, la acidez o las reacciones catalíticas, pero sí coincidían con los patrones esperados de la acción microbiana.
Estos grupos metoxilos liberados se convierten en metano. Pero, una vez que todos los radicales metoxilo disponibles se han desprendido 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 Lloyd. "Están degradando la estructura extracelularmente, lo cual es limitante porque el carbón no es una solución y el microbio no puede llegar fácilmente a cualquier parte de la estructura del carbón".
Fuentes, créditos y referencias:
Max Lloyd, Methoxyl stable isotopic constraints on the origins and limits of coal-bed methane, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abg0241