ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА Пошибаевой Александры Романовны

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА
на диссертационную работу Пошибаевой Александры Романовны
на тему «Биомасса бактерий как источник углеводородов нефти»,
представленной на соискание ученой степени кандидата химических наук по
специальности 02.00.13 – Нефтехимия
Актуальность работы
В настоящее время органическая (осадочно-миграционная, биогенная)
теория
является
Существует
доминирующей
несколько
мировой
альтернативных
теорией
гипотез
происхождения
происхождения
нефти.
нефти
из
неорганического вещества на сверхбольших глубинах. В настоящее время
основное внимание в осадочно-миграционной теории образования углеводородов
нефти уделяется термическим и термокаталитическим процессам преобразования
исходного органического вещества. Хотя признается участие микроорганизмов в
образовании углеводородов нефти, как правило, им отводится роль преобразования
органического вещества лишь на начальном этапе при его фоссилизации
(захоронении). В биогенной теории происхождения нефти считается, что
углеводороды возникли из органического вещества, представляющего собой
остатки живых организмов, обитавших на Земле в прошлые геологические эпохи.
Учитывая этапы эволюции живых организмов, можно предположить, что
первичным источником нефти являются прокариоты, а именно, археи и бактерии.
По всей вероятности, процессы образования нефти из биомассы остатков
прокариотических организмов продолжаются и в настоящее время. С учётом
широкого распространения прокариот и высокой скорости их размножения,
происходит накопление огромных количеств органического вещества, которое
может быть источником углеводородов. Однако этот вопрос практически не
исследован.
Вместе с тем, понимание процессов нефтеобразования имеет большое
теоретическое и практическое значение с точки зрения поисков нефтяных
месторождений и возобновления запасов нефти. В настоящее время запасы нефти
считаются исчерпаемыми, что делает поставленную проблему еще более
актуальной.
Цель и задачи исследования
Цель диссертационной работы А.Р. Пошибаевой состояла в моделировании
процессов образования нефтяных углеводородов из биомассы бактерий.
Основным
направлением
проведенных
исследований
являлось:
культивирование биомассы штаммов бактерий и исчерпывающее выделение ее
растворимой части, проведение термолиза и термокаталитических превращений
нерастворимой части биомассы бактерий, идентификация углеводородов в
растворимой части и в продуктах термолиза и термокаталитических превращений
нерастворимой части биомассы бактерий и изучение закономерностей их
распределения.
Достоверность
полученных
результатов
исследований
и
выводов,
сформулированных в диссертации, обеспечивается использованием современных
методов анализа – капиллярной газо-жидкостной хроматографии и хроматомассспектрометрии, а также представительным объемом фактического материала,
изучение которого проводилось с применением методик, разработанных в рамках
работы с применением методик микробиологического культивирования штаммов
бактерий, термолиза и термокаталитических нерастворимой части биомассы
исследуемых бактерий.
Научная новизна и основные результаты работы состоят в том, что:
• Впервые показано, что растворимая и нерастворимая части биомассы бактерий
являются источником нефтяных углеводородов.
• Установлено, что в растворимой части биомассы бактерий Arthrobacter sp. RV
и Pseudomonas aeruginosa RM среди насыщенных углеводородов-биомаркеров
образуются только н-алканы и соответствующие им жирные кислоты,
циклические углеводороды-биомаркеры в растворимой части данных штаммов
бактерий отсутствуют.
• Впервые установлено, что в продуктах термолиза и термокаталитических
превращений нерастворимой части бактерий образуются те же насыщенные
углеводороды-биомаркеры (н-алканы, изопренаны, стераны, терпаны), которые
присутствуют в нефтях.
• Впервые
найдено,
что
в
результате
термолиза
нерастворимой
части
Arthrobacter sp. RV и Pseudomonas aeruginosa RM, образуются только
протоадамантаноиды.
В
продуктах
термокаталитических
превращений
биомассы этих бактерий обнаружены углеводороды алмазоподобного строения
– адамантаны С10–С13 и диамантаны С14–С16.
2
Оценка содержания диссертации, ее завершенности
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка
использованной литературы. Содержание диссертации изложено на 124 страницах;
включает 35 рисунков, 12 таблиц и перечень использованной литературы из 180
наименований.
Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи
работы,
научная
новизна,
практическая
значимость
диссертационного
исследования и перечислены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе - литературном обзоре основное внимание уделено
насыщенным УВ нефти – углеводородам-биомаркерам (н-алканам, изопренанам,
стеранам, терпанам) и преобразованным углеводородам (в частности, адамантанам
и диамантанам), а также их происхождению в нефти. Проведен сопоставительный
анализ имеющихся в литературе данных по углеводородному составу биосферы
(эукариотических и прокариотических организмов) и нефти. Из литературных
источников следует, что как эукариотические, так и прокариотические организмы
способны
к
синтезу
углеводородов,
которые
как
таковые
или
в
виде
гидрированных аналогов, входят в состав нефти, а именно - н-алканы, алкены,
алкадиены,
изопреноиды,
а
прокариоты
и
циклоалканы
(циклопентаны,
циклогексаны, гопаны). В научных публикациях полностью отсутствуют данные о
наличии
углеводородов
алмазоподобного
строения
прокариотических
и
эукариотических организов, хотя они найдены во всех нефтях мира. Также в
литературе отсутствуют данные по закономерностям распределения УВ различных
классов, синтезированных как прокариотами, так и эукариотами на молекулярном
уровне. Основное внимание в биогенной теории образования нефти, как правило,
уделяется эукариотическим организмам, а прокариотам отводят роль лишь в
начальном этапе преобразования эукариотического органического вещества.
Несмотря на то, что в настоящее время внимание исследователей уделяется
термическим и термокаталитическим процессам превращения исходного ОВ, в
частности,
керогена,
однако
отсутствуют
данные
по
термолизу
и
термокаталитическим превращениям нерастворимой части прокариот и эукариот с
последующим изучением образовавшихся соединений.
В главе 2 - экспериментальной части диссертационной работы приведены
объекты и методы исследования, представлено описание схемы исследования,
3
оборудование, использованного в работе для исследований.
Экспериментальные результаты и их обсуждение изложены в третьей и
четвертой главах.
В третьей главе приведены результаты и их обсуждение по исследованию
углеводородов и кислот, образующихся в растворимой части биомассы бактерий.
Экспериментально установлены образующиеся индивидуальные н-алканы и
кислоты
из обоих видов бактерий. Получен интересный результат синтеза
штаммами бактерий Arthrobacter sp. RV и Pseudomonas aeruginosa RM
непредельного нерегулярного изопренана – сквалена, который отсутствует в
нефтях.
По результатам этих исследований сформулирован вывод 2.
Глава 4 – основная - посвящена изучению образования углеводородов при
термолизе и термокатализе нерастворимой части бактериальной биомассы.
Установлено, что в обоих случаях образуются углеводороды, присутствующие в
нефтях: н-алканы, изопренаны, стераны, терпаны и алмазоподобные. Установлено
различное молекулярно-массовое распределение этих соединений в продуктах
термолиза (унимодальное) и термокаталитического превращения (бимодальное)
нерастворимой части биомассы бактерий. При выполнении этой части работы
неожиданно установлено образование регулярного изопренана С17 с высоким
относительным содержанием 24 (Pseudomonas aeruginosa RM) и 57 % (Arthrobacter
sp. RV) при термолизе и 9 % при термокаталитическом превращении, который
отсутствует практически во всех нефтях мира.
Распределение образующихся регулярных стеранов С27 – С29 имеет такое же
молекулярно-массовое, что и в нефтях, генерированных органическим веществом в
глинистых отложениях. Как при термолизе, так и при термокаталитическом
превращении исследуемых штаммов бактерий образуется значительно больше
тритерпанов, чем стеранов.
Результаты исследований данного раздела четвертой главы послужили
основой для формулирования второго защищаемого положения и третьего
вывода.
Вызывает интерес детально изученный состав углеводородов - адамантанов,
диамантанов, образующихся при термолизе нерастворимой части биомассы
бактерий. Автором экспериметально установлено и доказано образование
4
протоадамантанов и пртотодиамантанов. Несмненно, эта часть исследований
вызывает уважение и является подтверждением высокого уровня работы.
На основе полученных в этом разделе 4й главы экспериментальных данных и
их теоретического объяснения сформулировано третье защищаемое положение и
вывод 4.
Основным результатом исследований, изложенных в главах 3 и 4, является
установление возможности образования углеводородов нефти из биомассы
бактерий.
Как при комнатной температуре, так и в результате термолиза и
термокаталитических превращений нерастворимой части биомассы - аналога
керогена, происходит преобразование органического вещества бактерий в
глубинной биосфере Земли и, как следствие, накопление углеводородов нефти.
Эти обобщенные результаты отражены в первом защищаемом положении.
Вопросы и замечания по работе
1. На основе каких соображений из всего многообразия бактерий для
исследований выбраны 2 штамма - Arthrobacter sp. RV и Pseudomonas aeruginosa
RM?
2. Объясните выбор сред различного состава для культивирования
Pseudomonas aeruginosa RM и Arthrobacter sp. RV. Играют ли какую либо роль
каждый из компонентов среды?
3. Чем вызваны условия экстракции (УЗ) и время 15 ч лиофильной
биомассы? Чем обусловлены существенные различия в распределении н-алканов в
экстрактах, полученных через разное время?
4. Следовало бы объяснить причины различного распределения н-алканов в
продуктах термолиза (унимодальное) и термокаталитического превращения
(бимодальное) нерастворимой части биомассы бактерий.
5. Как можно объяснить отсутствие регулярного изопренана С17 в нефтях,
если в работе показано его образование при термолизе и термокаталитическом
превращении нерастворимой части биомассы Pseudomonas aeruginosa RM и
Arthrobacter sp. RV.
6. Будут ли получены схожие результаты при использовании других видов
микроорганизмов, в частности, сульфатредуцирующих?
7. В работе следовало бы дать сравнение распределения углеводородов,
полученных из биомассы бактерий, и аналогичных в нефтях.
5