Das Grubengas aus Kohleflözen wurde innerhalb der letzten Jahre zunehmend für die Produktion von Strom und Wärme genutzt (Thielemann et al. 2004). Global verursacht der Kohlebergbau etwa 7% der jährlichen Methanemissionen in die Atmosphäre (Denman et al. 2007). Die Kohlenstoff- und Wasserstoffisotopien des Methans in den Minenatmosphären zeigten, dass das Methan thermogenen und biogenen Ursprungs ist (Thielemann et al. 2004).
Das Ziel dieser Studie war der Nachweis der rezenten mikrobiellen Methanproduktion. Die verantwortlichen Mikroorganismen sollten identifiziert und physiologisch charakterisiert werden. Die aktiven methanogenen Archaeen sollten identifiziert und quantitativ erfasst werden, aber auch die aktiven Bakterien, die die methanogenen Prozesse begleiten. Für die folgenden geochemischen und mikrobiologischen Untersuchungen wurde Steinkohle und Grubenholz aus stillgelegten Kohleschächten zweier Zechen im Ruhrgebiet in Deutschland entnommen und unter in situ Bedingungen inkubiert.
Unsere Untersuchungen zeigten, dass die mikrobielle Methanproduktion eine rezente Methan-Ressource darstellt. Das Methan in den Minenatmosphären wies eine Gaszusammensetzung auf, die biogenen und thermogenen Ursprungs ist, wobei der biogene Anteil mit bis zu 80% überwiegt. Identische Isotopien wurden auch in den in situ Methanemissionen aus der Kohle und dem Grubenholz sowie in den Langzeitinkubationen nachgewiesen. Die Langzeitinkubationen, in denen Kohle und Holz als alleinige Kohlenstoffquelle vorhanden waren, zeigten eine konstante Methanproduktion über eine Inkubationszeit von 9 Monaten mit einer höheren Methanproduktion in den Holzinkubationen. In den mit methanogenen Substraten, Acetat und H2+CO2 angereicherten Kulturen wurde vorwiegend die acetoclastische Methanogenese stimuliert. Die Methanemissionsraten aus dem Holz waren 3-4mal höher im Vergleich zur Kohle.
An der Methanbildung in diesem Minensystem ist eine komplexe Lebensgemeinschaft aktiv involviert. Phylogenetische Analysen zeigten die Präsenz einer Gemeinschaft aus Holz abbauenden Pilzen (Ascomyceten und Basidiomyceten) und fakultativ anaerober Bakterien (Proteobacteria, Bacteroidetes, Tenericutes, Actinobacteria, Chlorobi und Chloroflexi). Die Archeen wurden von Vertretern der Methanosarcinales und der Crenarchaeen repräsentiert. Die methanogene Gemeinschaft in den Anreicherungen und in den Originalproben wurde von den Methanosarcinales, nahe verwandt mit Methanosarcina barkeri, dominiert. Die acetoclastische Methanbildung erfolgte nicht nur in den Acetat Anreicherungen sondern auch in den H2+CO2 Stimulationen von Kohle und Holz. H2+CO2 wurde hauptsächlich von den Acetogenen, nahe verwandt mit Pelobacter acetylenicus und Clostridium sp., genutzt. Diese bildeten Acetat welches dann den Methanogenen zur Verfügung steht. Obwohl Methanosarcina sp. dafür bekannt ist sowohl H2+CO2 als auch Acetat für die Methanogenese zu nutzen, verwerteten die von uns identifizierten das leichter zugängliche Acetat als den thermodynamisch günstigeren Wasserstoff. Die mikrobielle Gemeinschaft scheint sehr gut an die geringen Wasserstoff Konzentrationen in den Kohleminen angepasst zu sein und nuzten Acetat als Hauptvorstufe für das biogene Methan.
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