乳制品废水中的油脂稳定了用于H2向CH4转化的原位中温生物甲烷化过程

电转气（Power-to-Gas）技术正成为将过剩可再生电力整合入能源系统的关键策略，其途径是将绿色氢气转化为甲烷。然而，生物原位生物甲烷化的实际应用仍受到运行和设计要求的限制，而这些要求与大多数现有厌氧消化基础设施并不兼容。 本研究表明，一种稳定且高效的中温（37 ℃）原位生物甲烷化过程可以通过底物诱导的微生物筛选来驱动，而无需依赖持续供氢。共消化来自污水处理厂的污泥与从乳制品废水中回收的富脂油脂的厌氧消化器，形成了一个预适应的产氢营养型菌群，能够在中温条件下实现有效的 CO2-H2 转化。长期运行证实了该微生物结构的稳健性和持续性。 在补加 H2 后，在常压且无需沼气回流的条件下，甲烷浓度最高可达 82%，氢气向甲烷的转化效率最高可达 90%，甲烷产率达到 1.64 NLCH4·L^-1·d^-1。基于 16SrRNA 的微生物群落分析表明，乳脂油共消化选择性富集了产氢营养型产甲烷菌，尤其是 Methanospirillum，同时富集了诸如 Syntrophomonas 等共生型脂肪酸降解菌，从而促进了高效的种间氢转移。 重要的是，该脂质共底物使产氢营养型代谢途径能够在不依赖氢气可获得性的情况下建立并保持长期稳定性，从而缓解了与可再生能源间歇性供应相关的挑战。总体而言，这些发现对原位生物甲烷化通常依赖高温条件、持续供氢、加压和气体回流的普遍认识提出了挑战，表明由底物驱动的微生物筛选可以替代传统工程要求，如高温运行或反应器改造，从而为中温原位生物甲烷化提供了一种更简单且可扩展的策略。

电转气（Power-to-Gas）技术正成为将过剩可再生电力整合入能源系统的关键策略，其途径是将绿色氢气转化为甲烷。然而，生物原位生物甲烷化的实际应用仍受到运行和设计要求的限制，而这些要求与大多数现有厌氧消化基础设施并不兼容。本研究证明了一种稳定且高效的中温（37 ℃）原位生物甲烷化过程，该过程由底物诱导的微生物筛选驱动，而非依赖连续供氢。将污水处理厂的污泥与从乳制品废水中回收的富脂油脂共同消化的厌氧消化器，形成了一个预适应的亲氢菌群，能够在中温条件下实现有效的 CO2-H2 转化。长期运行证实了该微生物结构的稳健性和持久性。在添加 H2 后，在常压、无沼气回流条件下，甲烷浓度最高可达 82%，氢气向甲烷的转化效率最高可达 90%，甲烷生产率达到 1.64 NLCH4·L^-1·d^-1。基于 16S rRNA 的微生物群落分析表明，乳制品油脂共消化可选择性富集亲氢产甲烷菌，尤其是 Methanospirillum，并富集 Syntrophomonas 等共生型脂肪酸降解菌，从而促进高效的种间氢转移。重要的是，该脂质共底物使亲氢产甲烷途径得以在独立于氢气可用性的条件下建立并长期稳定维持，从而缓解了与可再生能源间歇性供给相关的挑战。总体而言，这些发现挑战了原位生物甲烷化对高温条件、连续供氢、加压和气体回流的普遍依赖，表明由底物驱动的微生物筛选可以替代传统工程要求，如高温运行或反应器改造，从而为中温原位生物甲烷化提供一种更简单且可扩展的策略。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.09.731101v1?rss=1

🏷️ 生物甲烷化 厌氧消化 产氢营养型产甲烷菌 乳制品废水 微生物群落 种间氢转移