Was ist eine anaerobe Verdauung?
anaerobe Verdauung ist ein biologischer Prozess, bei dem Bakterien organisches Material in basischere Verbindungen zerlegen, ohne als Komponente des Prozesses Sauerstoff zu benötigen. Es wird angenommen, dass diese Bakterien vor ungefähr 3.800.000.000 Jahren auf der Erde aufgetreten sind und die dominierende Lebensform des Planeten waren, bevor Pflanzen auftraten. Als die Pflanzenleben vor rund 3.200.000.000 Jahren auftrat, wurde in natürlichen Umgebungen, in denen Sauerstoff fehlte, wie Sümpfe, Wasserböden und in den Boden ständig von Wasser wie Seen und Flüssen bedeckten Sauerstoff. Die biologischen Prozesse der anaeroben Verdauung erfordern, dass verschiedene Arten von Bakterien organische Stoffe in einer Reihe von vier Schritten zersetzen, einschließlich Hydrolyse, Fermentation, Acetogenese und Methanogenese. Dies geschieht in Abfallbehandlungsanlagen, die landwirtschaftliche Abfälle verarbeiten, wie z.Gülle oder kommunaler Abfall. Die Brauindustrie stützt sich auch auf anaerobe Verdauung, um organische Nebenprodukte der Bierproduktion in Methanbrennstoff zu zerlegen, die sonst durch kommunale Abwasserbehandlungssysteme entsorgt werden müssten.
Der Prozess der anaeroben Verdauung in der Natur ist auch maßgeblich an der Erzeugung einer Form erneuerbarer Energie, die als Erdgas bekannt ist. Obwohl Erdgas ein fossiler Brennstoff ist, besteht es aus etwa 80% Methan zusammen mit anderen verwandten Gasen wie Propan und Butan und wird von der Erde leichter erzeugt als andere fossile Brennstoffe wie Erdöl. Es ist ein fossiler Brennstoff, der oft neben anderen fossilen Brennstoffen wie Kohle und Öl abgelagert wird.
industrielle Biomassereaktoren, die Biomasseabfälle wie Mist zur Erzeugung von Kraftstoff verarbeiten, produzieren im Allgemeinen weniger Methangas als Prozentsatz für Volumen als das, was in Erdgas enthalten ist. Der typische Ausgang vonEin eingestelltes Volumen von Biogas aus einem Fermenter beträgt 50% bis 80% Methan mit einer signifikanten Menge Abfallgas in Form von Kohlendioxid bei 20% bis 50%. Andere Spurengase werden auch im Prozess erzeugt, der einen gewissen kommerziellen Wert wie Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff und giftige Gase aufweisen, die sicher entsorgt werden müssen, einschließlich Wasserstoffsulfid und Kohlenmonoxid.
Die biologischen Prozesse, die für die effektive Abfallverdauung erforderlich sind, können komplex sein und sich auf streng kontrollierte Bedingungen verlassen. Die Temperatur ist ein Hauptanliegen in diesem Prozess, da die Bakterien, die den Abfall abbauen, auf verschiedenen Ebenen am besten gedeiht. Einige der Bakterien sind mesophil und gedeihen bei einer moderaten Temperatur von 98 ° Fahrenheit (36,7 ° Celsius) thermophil und gedeihen bei einer höheren optimalen Temperatur von 130 ° Fahrenheit (54,4 ° Celsius).
Bedingungen müssen für Temperatur, pH und andere Faktoren wie das Wasserverhältnis verändert werdendes Biomassegemisches und des Kohlenstoff/Stickstoffverhältnisses, wenn das organische Material ebenfalls chemisch abgebaut wird. Die beiden Haupttypen von Bakterien, die in der anaeroben Verdauung verwendet werden, sind acetogene und methanogene Bakterien, und obwohl sie zusammen verwendet werden, hat jeweils einzigartige Lebensbedingungen, unter denen sie gedeihen. Acetogene Bakterien produzieren das chemische Acetat während der anaeroben Verdauung und methanogene Bakterien produzieren Methan.
Biomassematerial wird in vier Stufen für eine effektive Methanrückgewinnung übernommen. Das Hydrolysestadium verwendet Wasser, um Feststoffe oder Halb-Solide in einfachere Verbindungen zu zersetzen, und dann wird entweder die Fermentation oder die Säureogenese verwendet, um Kohlenhydratkettenstrukturen in basischere Verbindungen wie Ammoniak, Wasserstoff und organische Säuren zu zerlegen. Die Azetogenese wird dann als dritter Schritt im Prozess verwendet, bei dem die organischen Säuren zusammen mit weiteren Nebenprodukten wie Wasserstoff und Kohlendioxid die organischen Säuren in Essigsäure umwandeln. Der letzte Schritt von MethanogenSIS verwendet methanogene Bakterien, um diese primären Endprodukte von Acetat, Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan zu kombinieren, das dann für Kraftstoff verwendet werden kann.