Hvad er Anaerob fordøjelse?
Anaerob fordøjelse er en biologisk proces, hvor bakterier nedbryder organisk materiale til mere basiske forbindelser uden at kræve ilt som en del af processen. Disse bakterier antages at have vist sig på Jorden for ca. 3.800.000.000 år siden og var den dominerende livsform på planeten, før planter dukkede op. Da plantelivet opstod for omkring 3.200.000.000 år siden, fortsatte anaerob fordøjelse i naturlige miljøer, hvor ilt var fraværende, som sumpe, vandregistreret jord og i jorden konstant dækket af vand som søer og floder. De biologiske processer ved anaerob fordøjelse kræver, at flere typer bakterier nedbrydes organisk stof i en serie på fire trin, herunder hydrolyse, gæring, acetogenese og methanogenese.
Fra 2011 er den vigtigste anvendelse til menneskelig industri ved anaerob fordøjelse at producere metangas til brændstof og elproduktion. Dette gøres i affaldsbehandlingsanlæg, der behandler landbrugsaffald som husdyrgødning eller kommunalt affald. Bryggeriindustrien er også afhængig af anaerob fordøjelse for at nedbryde organiske biprodukter af ølproduktion til metanbrændstof, som ellers skulle bortskaffes af kommunale spildevandsrensningssystemer.
Processen med anaerob fordøjelse i naturen er også medvirkende til at generere en form for vedvarende energi kendt som naturgas. Selvom naturgas er et fossilt brændstof, består den af ca. 80% metan sammen med andre beslægtede gasser såsom propan og butan og genereres lettere af jorden end andre fossile brændstoffer såsom olie. Det er et fossilt brændstof, der ofte deponeres sammen med andre fossile brændstoffer såvel som kul og olie.
Industrielle biomasse-reaktorer, der behandler biomasseaffald som gødning til generering af brændstof producerer generelt mindre metangas som volumenprocent end hvad der er indeholdt i naturgas. Den typiske produktion af et bestemt volumen biogas fra en digester er 50% til 80% methan med en betydelig mængde affaldsgas i form af kuldioxid ved 20% til 50%. Andre sporgasser genereres også i processen, der har en vis kommerciel værdi, såsom brint, nitrogen og ilt, og toksiske gasser, som skal deponeres sikkert, genereres også inklusive svovlbrinte og carbonmonoxid.
De biologiske processer, der er nødvendige for, at spaltning fordøjes effektivt, kan være komplekse og er afhængige af strengt kontrollerede forhold. Temperatur er et stort problem i processen, da de bakterier, der nedbryder affaldet, trives bedst på forskellige niveauer. Nogle af bakterierne er mesofile og trives ved en moderat temperatur på 98 ° Fahrenheit (36,7 ° Celsius), og nogle er termofile og trives ved en højere optimal temperatur på 130 ° Fahrenheit (54,4 ° Celsius).
Betingelserne skal ændres med hensyn til temperatur, pH og andre faktorer som vandforholdet mellem faststofforholdet i biomasseblandingen og carbon / nitrogenforholdet, da det organiske materiale også nedbrydes kemisk. De to hovedtyper af bakterier, der bruges til anaerob fordøjelse, er acetogene og methanogene bakterier, og selvom de bruges i tandem, har hver unikke levevilkår, under hvilke de trives. Acetogene bakterier producerer det kemiske acetat under anaerob fordøjelse, og methanogene bakterier producerer methan.
Biomassemateriale føres gennem fire trin for effektiv genanvendelse af metan. Hydrolysetrinnet bruger vand til at nedbryde faste stoffer eller halvfaste stoffer til enklere forbindelser, og derefter bruges enten fermentering eller acidogenese til at nedbryde kulhydratkædestrukturer i mere basiske forbindelser som ammoniak, hydrogen og organiske syrer. Acetogenese bruges derefter som det tredje trin i processen, hvor acetogene bakterier omdanner de organiske syrer til eddikesyre sammen med yderligere biprodukter som brint og kuldioxid. Det sidste trin i methanogenese bruger methanogene bakterier til at kombinere disse primære slutprodukter af acetat, brint og kuldioxid til methan, som derefter kan bruges til brændstof.