La biométhanisation souterraine, qui convertit l'hydrogène et le dioxyde de carbone en méthane avec la catalyse des méthanogènes dans les formations géologiques, présente un grand potentiel d'utilisation et de séquestration du dioxyde de carbone, de production de gaz naturel renouvelable et de stockage d'énergie à grande échelle. Cependant, la conversion efficace de l'hydrogène et du dioxyde de carbone dans un environnement de réservoir complexe n'a pas été explorée. Pour résoudre ce problème, un nouveau modèle biogéochimique est développé pour la biométhanisation souterraine qui prend en compte les facteurs de l'environnement du réservoir (par exemple, le pH, la température et la salinité) et intégré dans le logiciel PHREEQC. Le modèle biogéochimique est validé par une expérience en laboratoire et utilisé pour étudier les effets des paramètres du réservoir et des paramètres d'injection sur l'efficacité de la biométhanisation dans les réservoirs de gaz appauvris. Les résultats montrent que l'efficacité de la biométhanisation est de 94,2 % après 360 jours dans les réservoirs de grès et de carbonate. La biométhanisation souterraine peut être achevée en 30 jours si la biomasse initiale et le taux de croissance spécifique optimal augmentent et que le taux de désintégration diminue. De plus, le rapport optimal de l'hydrogène et du dioxyde de carbone injectés pour la biométhanisation est supérieur à 4:1 et augmente avec la pression totale s'il est supérieur à 70 atm. Pour améliorer l'efficacité de la biométhanisation, cette étude suggère d'utiliser l'énergie géothermique et de pré-injecter des méthanogènes hautement actifs cultivés au sol avant l'injection de gaz mélangés.

La biometanización subterránea, que convierte el hidrógeno y el dióxido de carbono en metano con la catálisis de metanógenos en formaciones geológicas, tiene un gran potencial para la utilización y el secuestro de dióxido de carbono, la producción de gas natural renovable y el almacenamiento de energía a gran escala. Sin embargo, no se ha explorado la conversión eficiente de hidrógeno y dióxido de carbono en un entorno de yacimiento complejo. Para abordar este problema, se desarrolla un nuevo modelo biogeoquímico para la biometanización subterránea que considera los factores ambientales del yacimiento (por ejemplo, pH, temperatura y salinidad) y se integra en el software PHREEQC. El modelo biogeoquímico se valida con un experimento de laboratorio y se utiliza para investigar los efectos de los parámetros del yacimiento y los parámetros de inyección sobre la eficiencia de la biometanización en yacimientos de gas agotados. Los resultados muestran que la eficiencia de biometanización es del 94,2% después de 360 días tanto en yacimientos de arenisca como de carbonato. La biometanización subterránea se puede completar en 30 días si la biomasa inicial y la tasa de crecimiento específica óptima aumentan y la tasa de descomposición disminuye. Además, la proporción óptima de hidrógeno inyectado y dióxido de carbono para la biometanización es superior a 4:1 y aumenta con la presión total si está por encima de 70 atm. Para mejorar la eficiencia de la biometanización, este estudio sugiere utilizar energía geotérmica y preinyectar metanógenos altamente activos cultivados en el suelo antes de la inyección de gas mixto.

Underground biomethanation, which converts hydrogen and carbon dioxide to methane with the catalysis of methanogens in geological formations, has great potential for carbon dioxide utilization and sequestration, renewable natural gas production, and large-scale energy storage. However, the efficient conversion of hydrogen and carbon dioxide in a complex reservoir environment has not been explored. To address this issue, a novel biogeochemical model is developed for underground biomethanation that considers reservoir environment factors (e.g. pH, temperature, and salinity) and integrated into PHREEQC software. The biogeochemical model is validated with a laboratory experiment and utilized to investigate the effects of reservoir parameters and injection parameters on biomethanation efficiency in depleted gas reservoirs. Results show that the biomethanation efficiency is 94.2% after 360 days in both sandstone and carbonate reservoirs. Underground biomethanation can be completed in 30 days if initial biomass and optimum specific growth rate increase and decay rate decreases. Additionally, the optimal ratio of injected hydrogen and carbon dioxide for biomethanation is greater than 4:1 and increases with total pressure if it is above 70 atm. To improve the biomethanation efficiency, this study suggests utilizing geothermal energy and pre-injecting highly active methanogens cultured on the ground before mixed gas injection.

إن الميثان الحيوي تحت الأرض، الذي يحول الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى ميثان مع تحفيز مولدات الميثان في التكوينات الجيولوجية، لديه إمكانات كبيرة لاستخدام ثاني أكسيد الكربون وعزله، وإنتاج الغاز الطبيعي المتجدد، وتخزين الطاقة على نطاق واسع. ومع ذلك، لم يتم استكشاف التحويل الفعال للهيدروجين وثاني أكسيد الكربون في بيئة خزان معقدة. لمعالجة هذه المشكلة، تم تطوير نموذج كيميائي حيوي جديد للميثان الحيوي تحت الأرض يأخذ في الاعتبار عوامل بيئة الخزان (مثل درجة الحموضة ودرجة الحرارة والملوحة) ودمجها في برنامج PHREEQC. يتم التحقق من صحة النموذج الكيميائي الجيولوجي الحيوي من خلال تجربة معملية ويتم استخدامه للتحقيق في تأثيرات معلمات الخزان ومعلمات الحقن على كفاءة الميثان الحيوي في خزانات الغاز المستنفد. تظهر النتائج أن كفاءة الميثان الحيوي تبلغ 94.2 ٪ بعد 360 يومًا في كل من خزانات الحجر الرملي والكربونات. يمكن إكمال الميثان الحيوي تحت الأرض في غضون 30 يومًا إذا زادت الكتلة الحيوية الأولية ومعدل النمو النوعي الأمثل وانخفض معدل الاضمحلال. بالإضافة إلى ذلك، فإن النسبة المثلى لحقن الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون للميثان الحيوي أكبر من 4:1 وتزداد مع الضغط الكلي إذا كانت أعلى من 70 ضغط جوي. لتحسين كفاءة الميثان الحيوي، تقترح هذه الدراسة استخدام الطاقة الحرارية الأرضية ومولدات الميثان النشطة للغاية التي تم استزراعها على الأرض قبل حقن الغاز المختلط.