BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Hoàng Lan
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ HÓA THAN CỦA HỆ VI SINH VẬT
TỪ BỂ THAN SÔNG HỒNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Hà Nội - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Hoàng Lan
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÍ HÓA THAN CỦA HỆ VI SINH VẬT
TỪ BỂ THAN SÔNG HỒNG
Ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 9420201
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nguyễn Lan Hương
Hà Nội - 2022
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu, kết quả,
hình ảnh nêu trong Luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất
cứ công trình của tác giả nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh
Hoàng Lan
ii
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Lan
Hương, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại Học Bách
Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu
để tôi hoàn thiện Luận án này. Để hoàn thành Luận án này, tôi vô cùng cảm ơn
PGS.TS. Tô Kim Anh, không chỉ là người thầy mà còn là người truyền cảm hứng
để tôi hoàn thành luận văn còn rất xa lạ với tôi cũng như phần lớn cán bộ làm sinh
học.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô, đồng nghiệp của tôi trong Viện công
nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm và Viện tiên tiến Khoa học và Công nghệ
đã luôn giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình nghiên cứu Luận án và trong cuộc
sống hàng ngày.
Xin trân trọng cảm ơn Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Liên đoàn
Vật lý địa chất, Liên đoàn INTERGEO và các chuyên gia trong lĩnh vực địa chất đã
tạo điều kiện để tôi cùng tập thể cán bộ Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ
Thực phẩm và Viện tiên tiến Khoa học và Công nghệ được tham gia thực hiện một
chuyên đề nghiên cứu khoa học rất khó, đa ngành và sự thành công của nó đã đóng
góp một sản phẩm khoa học quan trọng trong việc bảo vệ và khai thác nguồn năng
lượng của Việt Nam.
Nhân dịp này tôi rất muốn gửi lời cám ơn đến TS. Phùng Thị Thủy, không có chị
nhiều khi tôi muốn bỏ cuộc. Nhưng trên tất cả chị đã luôn đồng hành và động viên
để tôi có thể hoàn thành công việc đến ngày hôm nay. Cám ơn TS. Nguyễn Đức
Dũng, không có bạn không thể có được những bức ảnh không chỉ đẹp mà còn thể
hiện được một phần nghiên cứu quan trọng của đề án Khí hóa sinh học than ngầm.
Cám ơn TS. Phạm Thị Mai Phương, các kết quả phân tích của em đã đóng góp
không nhỏ vào thành công chung của nghiên cứu này. Cám ơn TS. Lê Quang Hòa,
người đã gác lại rất nhiều bận rộn để dành thời gian đọc và đưa ra những góp ý sâu
sắc cho các nghiên cứu trong Luận án.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Hội đồng cấp Bộ môn và Hội đồng
cấp Cơ sở đã cho tôi những góp ý vô cùng quý báu để hoàn thiện bản luận án này.
Để hoàn thiện Luận án này tôi không thể không nói lời cảm ơn chân thành
nhất đến bạn bè tôi, những người đã luôn động viên, chia sẻ và khích lệ tôi. Xin
dành lời cám ơn đặc biệt cho người bạn thân tôi, TS. Trần Ngọc Hân, người không
chỉ là bạn, là đồng nghiệp mà còn là người dẫn dắt khoa học của tôi.
Trong sâu thẳm trái tim, tôi xin dành tất cả lòng biết ơn và tình yêu đến gia đình
tôi, là chỗ dựa và niềm tin vững chắc để tôi có thể kiên trì theo đuổi những ước mơ
của mình, là nơi sẻ chia mọi niềm vui và nỗi buồn, lo lắng và trăn trở, thất bại cũng
như thành công.
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CÁM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC HÌNH VẼ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ix
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA THAN BẰNG VI SINH
VẬT 5
1.1 Hiện trạng khai thác, sử dụng than truyền thống và các giải pháp thay thế trong tình
hình mới 5
1.2 Tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng giải pháp khí hóa than ngầm bằng vi sinh
vật trên thế giới 8
1.2.1 Lịch sử ra đời 8
1.2.2 Tình hình nghiên cứu và triển khai giải pháp khí hóa than ngầm bằng vi sinh vật trên
thế giới 9
1.2.2.1 Tăng cường sinh học quá trình chuyển hóa sinh học than thành khí methane 10
1.2.2.2 Kích thích sinh học quá trình chuyển hóa sinh học than thành khí methane 10
1.2.3 Tình hình triển khai ứng dụng giải pháp khí hóa than ngầm bằng vi sinh vật trên thế
giới – các ví dụ tiêu biểu 12
1.2.3.1 Triển khai ứng dụng tại công ty Luca Technologies, Inc. 12
1.2.3.2 Triển khai ứng dụng tại công ty Next Fuel, Inc. 13
1.2.3.3 Triển khai ứng dụng tại công ty Ciris Energy, Inc. 13
1.2.3.4 Triển khai ứng dụng tại công ty Artech 14
1.3 Quá trình hình thành khí than trong tự nhiên 14
1.3.1 Quá trình hình thành và bản chất sinh học than 14
1.3.1.1 Quá trình hình thành than 14
1.3.1.2 Bản chất sinh học và các dạng vật chất hữu cơ trong than 18
1.3.2 Sự thay đổi về các điều kiện môi trường trong quá trình hình thành than 22
1.3.3 Quá trình hình thành khí methane trong bể than 24
1.3.3.1 Cơ chế hình thành và tích tụ khí trong quá trình bùn hóa 24
1.3.3.2 Cơ chế hình thành và tích tụ khí trong quá trình than hóa 26
1.3.4 Hệ vi sinh vật và con đường chuyển hóa than thành khí 27
1.3.4.1 Đa dạng sinh học và metagenomics 27
1.3.4.2 Hệ vi sinh vật và con đường chuyển hóa than thành khí 28
1.3.4.1 Mối quan hệ hợp dưỡng trong quần xã vi sinh vật chuyển hóa than thành khí methane 31
1.3.4.2 Hệ vi sinh vật tham gia chuyển hóa than thành khí methane tại một số bể than lớn trên thế
giới 33
1.4 Bể than Sông Hồng và vùng nghiên cứu 35
Chương 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 40
2.1 Đối tượng nghiên cứu 40
2.2 Hóa chất và thiết bị sử dụng 40
2.2.1 Hóa chất 40
2.2.2 Thiết bị sử dụng 42
2.3 Thiết kế thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu 42
2.3.1 Phương pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu than và nước 42
2.3.1.1 Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu nước ngầm để phân tích vi sinh và phân tích hóa lý 42
2.3.1.2 Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu than để phân tích vi sinh 43
2.3.2 Phương pháp xác định đặc tính hóa lý than và nước 43
2.3.3 Phương pháp phân tích cấu trúc than 43
2.3.4 Phương pháp phân tích hình ảnh 46
