(57)【要約】【課題】短期間でメタン生成量を増大させることが可能な微生物を用いたメタン生成方法を提供すること。【解決手段】炭化水素系の地下資源及び前記地下資源からメタンを生成する微生物群が存在する地層内に、前記微生物群を活性化させる栄養源を供給する栄養源供給工程を有する微生物を用いたメタン生成方法。【選択図】図１
2019071791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の地下資源及び前記地下資源からメタンを生成する微生物群が存在する地層内に、前記微生物群を活性化させる栄養源を供給する栄養源供給工程を有する
ことを特徴とする微生物を用いたメタン生成方法。
【請求項２】
炭化水素系の地下資源が存在する地層内に、前記地下資源からメタンを生成する微生物群を供給する微生物群供給工程を有する
ことを特徴とする微生物を用いたメタン生成方法。
【請求項３】
前記地層内に前記微生物群を活性化させる栄養源を供給する栄養源供給工程を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の微生物を用いたメタン生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を用いた地層内メタン生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地層内の炭化水素系資源を回収するために、熱攻法、ガス攻法、ケミカル攻法、微生物攻法等といった様々な増進回収法の開発が進められている。この中でも微生物攻法は、地層内で微生物が自ら増殖して拡散していくこと、及び増進回収に必要な化学物質や溶媒を自ら代謝することから、高効率化、低コスト化が可能な攻法として期待されている。
【０００３】
微生物攻法としては、例えば、地層内からメタン生成機能を持つ微生物を採取して地上で増殖させた後に地下に再圧入し、優勢、優占化したメタン生成微生物により石油系地下資源から生成されたメタンを回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／１１８５７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に係る方法では、地層内から微生物群を採取して増殖させた後に地層内に再圧入する必要があり、微生物群によって地下資源からメタンが生成されるまでに長い期間を要する。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、短期間でメタン生成量を増大させることが可能な微生物を用いたメタン生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の微生物を用いたメタン生成方法によれば、炭化水素系の地下資源及び前記地下資源からメタンを生成する微生物群が存在する地層内に、前記微生物群を活性化させる栄養源を供給する栄養源供給工程を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、短期間でメタン生成量を増大させることが可能な微生物を用いたメタン生成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法を説明するための図である。
【図２】実施例１及び比較例１におけるメタン生成量及び容器中のアセテート量を例示する図である。
【図３】実施例１における生成メタン中の炭素の安定同位体比の測定結果を例示する図である。
【図４】第２の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法を説明するための図である。
【図５】実施例２及び比較例２におけるメタン生成量及び容器中のアセテート量を例示する図である。
【図６】実施例２における生成メタン中の炭素の安定同位体比の測定結果を例示する図である。
【図７】実施例２における測定前後の各原油成分量を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１１】
[第１の実施形態]
第１の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法は、炭化水素系の地下資源及び地下資源からメタンを生成する微生物群が存在する地層内に微生物群を活性化させる栄養源を供給することで、メタン生成量を短期間で増大させることができる。
【００１２】
図１は、第１の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法を説明するための図である。
【００１３】
第１の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法では、図１に示すように、地下資源１１及び地下資源１１からメタンを生成する微生物群１２が存在する地層内に、微生物群１２を活性化させる栄養源１００を供給する。
【００１４】
地下資源１１は、例えば、原油、シェールオイル、サンドオイル等の石油系の炭化水素資源や、褐炭、泥炭、亜瀝青炭等の石炭系の炭化水素資源であり、地層内に埋蔵されている。
【００１５】
微生物群１２は、地層内に生息し、上記したような炭化水素系の地下資源１１からメタンを生成する。微生物群１２は、例えば、共生する多数種の微生物を含み、鎖式炭化水素あるいは環式炭化水素を嫌気的に分解してその過程で生成する有機酸等を還元することでメタンを生成する。微生物群１２としては、メタンの生成に関与するあらゆる微生物を利用することができる。
【００１６】
栄養源１００は、例えば、Biotin、p-ABA（p-aminobenzoic  acid）、Pantothenate，Ca  salt、Pyridoxine-HCl、Nicotinic  acid、Thiamine-HCl・2H2O、Lipoic（Thioctic）  acid、Folic  acid、B12、Riboflavin等のビタミン群から選択される少なくとも一種以上のビタミンを含む。また、栄養源１００は、例えば、FeCl2、CoCl2、MnCl2・4H2O、ZnCl2、H3BO3、NiCl2、AlCl3、Na2MoO4・2H2O、CuCl2等の金属群から選択される少なくとも一種以上の金属を含む。栄養源１００は、ビタミン及び金属の何れか一方のみであってもよく、ビタミン及び金属の両方を含んでもよい。なお、栄養源１００は、上記にて例示したビタミン群及び金属群に限られるものではなく、微生物群１２を活性化させることが可能であれば、上記以外の物質を含んでもよい。
【００１７】
栄養源１００は、上記したビタミンや金属を含む混合溶液の状態で、例えばポンプ等により導管を通じて地層内に圧入され、地下資源１１と共に地層内に存在する微生物群１２に供給される。栄養源１００が供給されることで、微生物群１２が活性化して地下資源１１からのメタンの生成が促進される。
【００１８】
微生物群１２により地下資源１１から生成されたメタン１３は、例えば、地上から地下資源１１に通じるように設けられている導管を通じて地上にて回収される。
【００１９】
上記したように、第１の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法よれば、地層内で地下資源１１からメタンを生成する微生物群１２に栄養源１００を供給することで、微生物群１２を活性化させて短期間でメタン生成量を増大させることが可能になる。
【００２０】
次に実施例及び比較例について説明する、なお、本発明は以下で説明する実施例に限定されるものではない。
【００２１】
（実施例１）
実施例１として、原油１００ｍｌ、油層水３００ｍｌ、栄養源２５０ｍｌ、及び構成炭素の全てを安定同位体１３Ｃで標識化したトルエン５μｌを１Ｌステンレス容器に入れ、容器内の圧力及び温度をそれぞれ５ＭＰａ、５５℃に保ってメタン生成量、容器中のアセテート量、及び生成メタン中の炭素の安定同位体比（１３Ｃ／１２Ｃ）を測定した。
【００２２】
なお、実施例１において使用した原油及び油層水は、同じ油田から採取したものであり、原油からメタンを生成する微生物群を含んでいる。栄養源は、ビタミン群（Biotin、p-ABA（p-aminobenzoic  acid）、Pantothenate，Ca  salt、Pyridoxine-HCl、Nicotinic  acid、Thiamine-HCl・2H2O、Lipoic（Thioctic）acid、Folic  acid、B12、Riboflavin）及び金属群（FeCl2、CoCl2、MnCl2・4H2O、ZnCl2、H3BO3、NiCl2、AlCl3、Na2MoO4・2H2O、CuCl2）を含む溶液である。また、栄養源には、上記したビタミン群及び金属群に加えて、NH4Cl、KH2PO4、MgCl2・6H2O、CaCl2・2H2O2を添加した。
【００２３】
（比較例１）
比較例１として、原油１００ｍｌ、油層水７００ｍｌを１Ｌステンレス容器に入れ、容器内の圧力及び温度をそれぞれ５ＭＰａ、５５℃に保ってメタン生成量及び容器中のアセテート量を測定した。
【００２４】
なお、比較例１において使用した原油及び油層水は、実施例１において使用した原油及び油層水と同じものであり、原油からメタンを生成する微生物群を含んでいる。
【００２５】
図２は、実施例１及び比較例１におけるメタン生成量及び容器中のアセテート量を例示する図である。図２に示されるグラフは、横軸が測定開始からの経過日数、縦軸がメタン生成量及び容器中のアセテート量である。
【００２６】
また、図３は、実施例１における生成メタン中の炭素の安定同位体比の測定結果を例示する図である。図３に示されるグラフは、横軸が測定開始からの経過日数、縦軸が生成メタン中の炭素の安定同位体比である。
【００２７】
図２に示されるように、実施例１では、メタンが測定開始から約６０日までの間に約４ｍＭ、約６０日以降に約２ｍＭ生成された。容器中のアセテート量は、測定開始から約２０日までの間に約２ｍＭまで増加したが、その後は定量下限値以下に減少した。
【００２８】
これに対して、比較例１では、約１５０日以降において微量のメタンが生成された。ただし、比較例１におけるメタンの生成量は約０．４ｍＭ以下であり極微量であった。また、比較例１では、容器中のアセテート量はほぼゼロであった。
【００２９】
このように、実施例１では、栄養源を添加したことにより微生物群が活性化し、短期間でメタン生成量が増大したことが分かる。なお、実施例１において測定開始から約２０日までの間に容器中のアセテート量が増加したが、これは易分解性の揮発性脂肪酸等の低炭素鎖を持つ成分が活性化した微生物群によって酢酸に分解されたために生じたものと考えられる。
【００３０】
また、実施例１において測定開始から約６０日までの間に生成された約４ｍＭのメタンは、容器中のアセテート量が減少した期間とほぼ合致しているため、主に揮発性脂肪酸等の分解由来であると考えられる。
【００３１】
一方、実施例１において約６０日以降に生成された約２ｍＭのメタンは、図３に示されるように、約２８０日以降に生成メタン中の炭素の安定同位体比が増加して約２ａｔｍ％に達したことから、主に原油中のトルエン、その他原油成分の分解由来と考えられる。
【００３２】
以上で説明したように、第１の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法によれば、微生物群に栄養源を供給することで、微生物群を活性化させて短期間でメタン生成量を増大させることが可能になる。
【００３３】
[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００３４】
第２の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法では、地下資源からメタンを生成する微生物群が存在しない地層内に、地下資源からメタンを生成する微生物群を供給する。もしくは、地下資源からメタンを生成する微生物群が存在しても量が少ないか活性が低くメタンが十分に生成されない地層内に、他の地層内から採取した微生物群を供給する。このように地下資源が存在する地層内に微生物群を供給することで、短期間でのメタン生成を可能にする。また、地層内に微生物群を活性化させる栄養源が不足している場合には、微生物群と共に栄養源を地層内に供給することで、短期間でメタン生成量を増大させることができる。
【００３５】
図４は、第２の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法を説明するための図である。
【００３６】
第２の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法では、図４に示すように、地下資源２１が存在する地層内に、微生物群２１０及び必要に応じて微生物群２１０を活性化させる栄養源２２０を供給する。
【００３７】
地下資源２１は、例えば、原油、シェールオイル、サンドオイル等の石油系の炭化水素資源や、褐炭、泥炭、亜瀝青炭等の石炭系の炭化水素資源であり、地層内に埋蔵されている。
【００３８】
微生物群２１０は、上記したような炭化水素系の地下資源２１からメタンを生成する。微生物群２１０は、例えば、共生する多数種の微生物を含み、有機物を嫌気的に分解してその過程で生成する有機酸等を還元することで、地下資源２１からメタンを生成する。微生物群２１０としては、メタンの生成に関与するあらゆる微生物を利用することができる。
【００３９】
微生物群２１０は、例えば、地下資源２１が存在する地層とは異なる地層内から採取され、基質（原油）、水、及び栄養源を含む培養液において培養された後に、地下資源２１が存在する地層内に供給される。微生物群２１０は、例えば、地層内と同様に嫌気的条件で温度が約５５℃に保たれた培養タンクにおいて常圧又は加圧環境で培養され、培養液の状態でポンプ等により導管を通じて地層内に圧入され、地下資源２１に供給される。
【００４０】
また、微生物群２１０と共に、栄養源２２０を地層内に圧入してもよい。栄養源２２０を供給することで、地下資源２１に供給した微生物群２１０を活性化させて短期間でメタン生成量を増大させることが可能になる。
【００４１】
栄養源２２０は、第１の実施形態において例示した栄養源１００と同様であり、微生物群２１０を活性化させるビタミンや金属等を含む。栄養源２２０は、上記したビタミンや金属を含む混合溶液の状態で、例えばポンプ等により微生物群２１０を含む培養液と共に地層内に圧入され、地下資源２１に供給される。栄養源２２０が供給されることで、微生物群２１０が活性化して短期間でメタン生成量が増大する。
【００４２】
微生物群２１０により生成されたメタン２２は、地上から地下資源２１に通じるように設けられている導管を通じて地上にて回収される。
【００４３】
上記したように、第２の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法よれば、地下資源２１からメタンを生成する微生物群２１０を地層内に供給することで、微生物群２１０により地下資源２１からメタンを短期間で生成させることが可能になる。また、微生物群２１０と共に栄養源２２０を地層内に供給することで、微生物群２１０を活性化させて短期間でメタン生成量を増大させることが可能になる。
【００４４】
次に実施例及び比較例について説明する、なお、本発明は以下で説明する実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（実施例２）
実施例２として、原油１００ｍｌ、油層水３００ｍｌ、栄養源２６０ｍｌ、微生物群を含む培養液４０ｍｌ、及び構成炭素の全てを安定同位体１３Ｃで標識化したトルエン５μｌを１Ｌステンレス容器に入れ、容器内の圧力及び温度をそれぞれ５ＭＰａ、５５℃に保ってメタン生成量、容器中のアセテート量、及び生成メタン中の炭素の安定同位体比を測定した。
【００４６】
なお、実施例２において使用した原油及び油層水は、同じ油田から採取したものである。栄養源は、ビタミン群（Biotin、p-ABA（p-aminobenzoic  acid）、Pantothenate，  Ca  salt、Pyridoxine-HCl、Nicotinic  acid、Thiamine-HCl・2H2O、Lipoic（Thioctic）  acid、Folic  acid、B12、Riboflavin）及び金属群（FeCl2、CoCl2、MnCl2・4H2O、ZnCl2、H3BO3、NiCl2、AlCl3、Na2MoO4・2H2O、CuCl2）を含む溶液である。また、栄養源には、上記したビタミン群及び金属群に加えて、NH4Cl、KH2PO4、MgCl2・6H2O、CaCl2・2H2O2を添加した。
【００４７】
微生物群は、原油及び油層水とは異なる油田から採取し、基質（原油）、水、及び栄養源を含む培養液において、圧力５ＭＰａ、温度５５℃の環境下で培養したものを用いた。
【００４８】
（比較例２）
比較例２として、原油１００ｍｌ、油層水４００ｍｌ、栄養源３００ｍｌを１Ｌステンレス容器に入れ、容器内の圧力及び温度をそれぞれ５ＭＰａ、５５℃に保ってメタン生成量及び容器中のアセテート量を測定した。
【００４９】
なお、比較例２において使用した原油、油層水、及び栄養源は、実施例２において使用した原油、油層水、及び栄養源と同じものである。
【００５０】
図５は、実施例２及び比較例２における生成量及び容器中のアセテート量を例示する図である。図５に示されるグラフは、横軸が測定開始からの経過日数、縦軸がメタン生成量及び容器中のアセテート量である。
【００５１】
図６は、実施例２における生成メタン中の炭素の安定同位体比の測定結果を例示する図である。図６に示されるグラフは、横軸が測定開始からの経過日数、縦軸が生成メタン中の炭素の安定同位体比である。
【００５２】
また、図７は、実施例２における測定前後の各原油成分量を例示する図である。
【００５３】
図５に示されるように、実施例２では、メタンが測定開始から約４０日までの間に約１０ｍＭ生成され、約４０日から約２５０日までの間はほぼ生成されなかった。また、約２５０日から約７５０日までの間に約４０ｍＭのメタンが生成された。アセテートは測定開始時から約２０日までの間に約５ｍＭ減少し、その後は定量下限値以下となった。
【００５４】
これに対して、比較例２では、メタンは測定開始から約５０日までの間ではほぼ生成されず、５０日以降から約２００日までの間で約１０ｍＭ生成された。また、メタンは約２００日から約７５０日までの間ではほとんど生成されなかった。比較例２において、アセテートは測定開始時から約２０日までの間に約１０ｍＭまで増加し、約２０日から約２００日までの間に減少した。アセテートは、約２００日以降には定量下限値以下となった。
【００５５】
図７に示されるように、実施例２において、測定前後でトルエンが約４５ｍＭから約７ｍＭに減少した（図７下段の左グラフ）が、他の成分にはほとんど変化がなかった。
【００５６】
このように、実施例２では、微生物群及び栄養源を供給したことで、栄養源により活性化した微生物群による原油からのメタン生成が行われ、短期間でメタン生成量が増大していることが分かる。
【００５７】
なお、実施例２において測定開始から約４０日までの間に生成された約１０ｍＭのメタンは、容器中のアセテート量が減少した期間とほぼ合致しているため、主に揮発性脂肪酸等の分解由来であると考えられる。
【００５８】
一方、実施例２において約２５０日から約７５０日までの間に生成された約４０ｍＭのメタンは、約２９０日以降に生成メタン中の炭素の安定同位体比が増加して約１．３ａｔｍ％まで達していること（図６）、測定前後で原油成分中のトルエンの減少が観測されていること（図７）、またトルエンの減少量から化学量論的に計算されるメタン生成量とほぼ合致することから、主に原油中のトルエン分解由来と考えられる。
【００５９】
また、比較例２において測定開始から約２０日までの容器中のアセテート量増加は、易分解性の揮発性脂肪酸等の低炭素鎖を持つ成分が、活性化した微生物群によって酢酸に分解されたために生じたものと考えられる。また、比較例２において約５０日から約２００日までの間に生成された約１０ｍＭのメタンは、容器中のアセテート量が減少した期間とほぼ合致しているため、主に揮発性脂肪酸等の分解由来であると考えられる。
【００６０】
なお、実施例２では、微生物群と共に栄養源を原油に供給したが、地中に栄養源が存在する場合はその存在量を差し引いて栄養源を供給してもよい。あるいは、栄養源を与えずに微生物群のみを供給してもよい。この場合にも、供給した微生物群が原油からメタンを生成することで、短期間でメタン生成量が増大する。
【００６１】
また、原油及び油水層と同じ地層から採取した微生物群を培養したものを地層内に再度供給してもよいが、原油及び油水層とは異なる地層から採取した微生物群を用いることが好ましい場合がある。これは、一般に原油及び油水層と同じ地層から採取した微生物群は地質学的期間を経て自身の代謝経路に合致した地下資源は既に分解を完了しており、原油及び油水層とは異なる地層から採取した他の代謝経路を持つ微生物群を用いなければ、現在残存している地下資源を分解できない場合があるためである。
【００６２】
以上で説明したように、第２の実施形態における微生物を用いたメタン生成方法では、微生物群、または微生物群及び栄養源を地下資源に供給することで、短期間でメタンの生成量を増大させることが可能になる。
【００６３】
以上、実施形態に係る微生物を用いた地層内メタン生成方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１１、２１  地下資源
１２，２１０  微生物群
１３、２２  メタン
１００、２２０  栄養源
【図１】
2019071791.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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