นาข้าวสร้างมีเธนได้อย่างไร?

นาข้าวเป็นหนึ่งในแหล่งที่สำคัญของมีเธน (CH4) ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพซึ่งมีศักยภาพภาวะโลกร้อนสูงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ในระยะเวลาอันสั้น ในฐานะผู้จัดหามีเธนการทำความเข้าใจว่าพายข้าวผลิตมีเธนไม่เพียง แต่มีความสำคัญต่อความรู้ทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงโอกาสทางธุรกิจที่อาจเกิดขึ้นในการจับก๊าซมีเทนและการใช้

สภาพแวดล้อมข้าวเปลือกข้าว

โดยทั่วไปแล้วข้าวจะปลูกในทุ่งน้ำท่วม สภาพน้ำท่วมสร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมือนใคร (ออกซิเจน - ฟรี) สภาพแวดล้อม ในสภาพดินแอโรบิกปกติออกซิเจนพร้อมใช้งานและสารอินทรีย์จะสลายตัวผ่านชุดของกระบวนการแอโรบิก อย่างไรก็ตามเมื่อดินถูกน้ำท่วมชั้นน้ำทำหน้าที่เป็นอุปสรรคป้องกันไม่ให้ออกซิเจนกระจายเข้าสู่ดิน เป็นผลให้ดินกลายเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนอย่างรวดเร็วสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสำหรับมีเธน - ผลิตจุลินทรีย์

สารอินทรีย์ในดินข้าวข้าวมาจากแหล่งต่าง ๆ พืชข้าวมีส่วนสำคัญของสารอินทรีย์จำนวนมากผ่านสารหลั่งรากและการสลายตัวของใบและลำต้นที่ร่วงหล่น นอกจากนี้เกษตรกรมักจะเพิ่มปุ๋ยอินทรีย์เช่นปุ๋ยคอกหรือตกค้างพืชในทุ่งนาเพื่อปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดิน อุปทานอินทรีย์ที่อุดมสมบูรณ์นี้ทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงสำหรับกระบวนการผลิตมีเธน

methanogenesis ในนาข้าว

การผลิตก๊าซมีเทนในนาข้าวเป็นกระบวนการจุลินทรีย์หลายขั้นตอนที่เรียกว่า methanogenesis มันดำเนินการโดยกลุ่มอาร์เคียที่เรียกว่าเมทาโนเจน จุลินทรีย์เหล่านี้มีภาระผูกพันในการใช้แอนแอโรบิสซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถอยู่รอดและทำงานได้ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน

ขั้นตอนแรกใน methanogenesis คือการสลายของสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนเป็นสารประกอบที่ง่ายกว่า สิ่งนี้ทำโดยกลุ่มของแบคทีเรียผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการหมัก แบคทีเรียหมักสลายคาร์โบไฮเดรตโปรตีนและไขมันเป็นโมเลกุลขนาดเล็กเช่นกรดไขมันระเหย (VFAs), ไฮโดรเจน (H2) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)

มีสองเส้นทางหลักสำหรับการผลิตมีเธนในนาข้าว อย่างแรกคือเส้นทางไฮโดรจีโนโทรฟิค ในเส้นทางนี้ methanogens ใช้ไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารตั้งต้น ปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O

ทางเดินที่สองคือทางเดิน acetoclastic ที่นี่ Methanogens ใช้ acetate (ประเภทของ VFA) เป็นสารตั้งต้น ปฏิกิริยามีดังนี้:
CH3COOH → CH4+ CO2

ความสำคัญสัมพัทธ์ของเส้นทางทั้งสองนี้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการเช่นประเภทของสารอินทรีย์คุณสมบัติของดินและระยะการเจริญเติบโตของข้าว โดยทั่วไปทางเดิน acetoclastic มีความโดดเด่นมากขึ้นในระยะแรกของการเจริญเติบโตของข้าวเมื่อมีความเข้มข้นของอะซิเตทในดินในขณะที่ทางเดินไฮโดรโทโทรฟิคมีความสำคัญมากขึ้นในภายหลัง

ปัจจัยที่มีผลต่อการผลิตมีเธนในนาข้าว

มีหลายปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออัตราการผลิตมีเธนในนาข้าว

อุณหภูมิ: Methanogens มีความไวต่ออุณหภูมิ อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ methanogenesis ในนาข้าวอยู่ที่ประมาณ 30 - 35 ° C เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นในช่วงนี้กิจกรรมการเผาผลาญของ methanogens ก็เพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การผลิตมีเธนที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตามหากอุณหภูมิสูงเกินไปอาจเป็นอันตรายต่อ methanogens และการผลิตมีเธนอาจลดลง

การจัดการน้ำ: ระดับน้ำในนาข้าวมีผลกระทบโดยตรงต่อการผลิตมีเธน น้ำท่วมอย่างต่อเนื่องส่งเสริมสภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจนและส่งเสริมการผลิตมีเธน ในทางตรงกันข้ามน้ำท่วมหรือการระบายน้ำเป็นระยะสามารถลดการปล่อยก๊าซมีเทน เมื่อดินถูกระบายออกออกซิเจนเข้าสู่ดินและการสลายตัวของแอโรบิกของสารอินทรีย์จะเข้ามาลดกิจกรรมของ methanogens

การใช้ปุ๋ย: ประเภทและปริมาณของปุ๋ยที่ใช้ในนาข้าวยังสามารถส่งผลกระทบต่อการผลิตมีเธน ปุ๋ยอินทรีย์ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เป็นแหล่งของสารอินทรีย์สำหรับ methanogens เพิ่มการปล่อยก๊าซมีเทน ในทางกลับกันปุ๋ยอนินทรีย์สามารถมีเอฟเฟกต์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นปุ๋ยที่ใช้ไนโตรเจนบางครั้งสามารถยับยั้งการเกิด methanogenesis โดยส่งผลกระทบต่อชุมชนจุลินทรีย์ในดิน

ความหลากหลายของข้าว: พันธุ์ข้าวที่แตกต่างกันสามารถมีรูปแบบการหลั่งรากที่แตกต่างกันและลักษณะการเจริญเติบโตซึ่งอาจมีผลต่อการผลิตมีเธน ข้าวพันธุ์บางชนิดอาจปล่อยสารอินทรีย์ลงไปในดินผ่านรากของพวกเขาให้สารตั้งต้นมากขึ้นสำหรับ methanogens และนำไปสู่การปล่อยก๊าซมีเทนที่สูงขึ้น

การปล่อยก๊าซมีเทนจากนาข้าวและผลกระทบทั่วโลก

นาข้าวคาดว่าจะมีส่วนร่วมประมาณ 11% ของการปล่อยก๊าซมีเทนของมนุษย์ทั่วโลก เมื่อพิจารณาถึงความต้องการข้าวที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นปริมาณการปล่อยก๊าซมีเทนจากนาข้าวเป็นสาเหตุของความกังวล มีเธนมีศักยภาพภาวะโลกร้อนทั่วโลกประมาณ 28 - 36 เท่าของคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วงระยะเวลา 100 ปีและความเข้มข้นในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

อย่างไรก็ตามมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่านาข้าวไม่ได้เป็นเพียงแหล่งที่มาของการปล่อยก๊าซมีเทน พวกเขายังให้ความมั่นคงด้านอาหารสำหรับประชากรส่วนใหญ่ของโลก ดังนั้นการหาวิธีลดการปล่อยก๊าซมีเทนจากพายข้าวโดยไม่ต้องเสียสละการผลิตข้าวเป็นความท้าทายที่สำคัญ

มีเธนจับและใช้ประโยชน์

ในฐานะผู้จัดหามีเธนมีโอกาสที่อาจเกิดขึ้นในการจับและใช้ก๊าซมีเทนที่เกิดขึ้นในนาข้าว มีเธนเป็นแหล่งพลังงานที่มีค่า มันสามารถใช้สำหรับความร้อนการผลิตไฟฟ้าหรือเป็นเชื้อเพลิงขนส่ง

วิธีหนึ่งในการจับมีเธนจากทายข้าวคือการใช้งานของเครื่องย่อยชีวภาพ อุปกรณ์เหล่านี้สามารถรวบรวมมีเธนที่ผลิตในข้าวข้าวและแปลงเป็นก๊าซชีวภาพซึ่งสามารถใช้สำหรับการใช้พลังงานที่หลากหลาย อีกทางเลือกหนึ่งคือการพัฒนาการจัดการน้ำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและการปฏิบัติทางการเกษตรที่ไม่เพียง แต่สามารถลดการปล่อยก๊าซมีเทน แต่ยังจับก๊าซมีเทนที่ผลิตได้

หากคุณมีความสนใจในการสำรวจศักยภาพของมีเธนจากพายข้าวหรือแหล่งอื่น ๆ เรานำเสนอผลิตภัณฑ์มีเธนที่มีคุณภาพสูง เราให้ก๊าซมีเธน-มีเธน 5n, และก๊าซ CH4ที่เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพที่เข้มงวด ไม่ว่าคุณจะอยู่ในอุตสาหกรรมพลังงานสาขาการวิจัยหรือภาคอื่น ๆ ที่ต้องการมีเธนเราพร้อมที่จะหารือเกี่ยวกับความต้องการเฉพาะของคุณและจัดหาโซลูชั่นที่กำหนดเอง ติดต่อเราเพื่อเริ่มการอภิปรายการจัดซื้อจัดจ้างและสำรวจความเป็นไปได้ของการทำงานร่วมกัน

การอ้างอิง

Conrad, R. (1999) Methanogenic Archaea: ความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับระบบนิเวศในการอนุรักษ์พลังงาน Naturwissenschaften, 86 (10), 489 - 497
Cai, Z. , Mosier, AR, & Wassmann, R. (1997) การปล่อยก๊าซมีเทนจากทุ่งข้าว: ผลของปุ๋ยไนโตรเจน ชีววิทยาและความอุดมสมบูรณ์ของดิน, 24 (4), 331 - 337
Wassmann, R. , Pathak, H. , & Neue, Hu (2000) การปล่อยก๊าซมีเทนทั่วโลกจากทุ่งข้าว: ภาพรวมของแบบจำลองการจำลองและการใช้งาน การขี่จักรยานสารอาหารในระบบเกษตร, 58 (2), 131 - 145