Qu'est-ce que la digestion anaérobie?
La digestion anaérobie est un processus biologique par lequel une bactérie décompose une matière organique en un composé plus basique sans nécessiter d’oxygène. On pense que ces bactéries sont apparues sur Terre il y a environ 3 800 000 000 d'années et constituaient la forme de vie dominante sur la planète avant l'apparition des plantes. La digestion anaérobie s'est poursuivie dans les environnements naturels où l'oxygène était absent, tels que les marécages, les sols gorgés d'eau, et dans les sols constamment recouverts d'eau, tels que les lacs et les rivières. Les processus biologiques de la digestion anaérobie exigent que plusieurs types de bactéries décomposent les matières organiques en une série de quatre étapes, y compris l'hydrolyse, la fermentation, l'acétogénèse et la méthanogenèse.
Depuis 2011, l'industrie humaine a principalement recours à la digestion anaérobie pour produire du méthane comme carburant et pour produire de l'électricité. Cela se fait dans des installations de traitement des déchets qui traitent des déchets agricoles tels que du fumier ou des déchets municipaux. L’industrie brassicole s’appuie également sur la digestion anaérobie pour décomposer les sous-produits organiques de la production de bière en méthane qui devrait sinon être éliminé par les systèmes de traitement des eaux usées municipaux.
Le processus de digestion anaérobie dans la nature joue également un rôle déterminant dans la génération d’une forme d’énergie renouvelable appelée gaz naturel. Bien que le gaz naturel soit un carburant fossile, il contient environ 80% de méthane ainsi que d'autres gaz apparentés tels que le propane et le butane, et il est plus facilement généré par la Terre que d'autres combustibles fossiles tels que le pétrole. C'est un combustible fossile qui est souvent déposé aux côtés d'autres combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole.
Les réacteurs à biomasse industriels qui traitent les déchets de biomasse tels que le fumier pour générer du combustible produisent généralement moins de méthane en pourcentage en volume que ce qui est contenu dans le gaz naturel. La production typique d'un volume défini de biogaz issu d'un digesteur est de 50% à 80% de méthane avec une quantité importante de gaz résiduaire sous forme de dioxyde de carbone à 20% à 50%. D'autres traces de gaz générées dans le processus ont également une valeur commerciale, telles que l'hydrogène, l'azote et l'oxygène, et des gaz toxiques doivent être éliminés en toute sécurité, notamment du sulfure d'hydrogène et du monoxyde de carbone.
Les processus biologiques nécessaires à une digestion efficace des déchets peuvent être complexes et reposer sur des conditions strictement contrôlées. La température est une préoccupation majeure dans le processus car les bactéries qui décomposent les déchets se développent mieux à différents niveaux. Certaines des bactéries sont mésophiles et prospèrent à une température modérée de 36,7 ° C (98 ° F). Certaines sont thermophiles et se développent à une température optimale supérieure de 54,4 ° C (130 ° F).
Les conditions doivent être modifiées en fonction de la température, du pH et d'autres facteurs tels que le rapport eau / solide du mélange de biomasse et le rapport carbone / azote, car la matière organique est également dégradée chimiquement. Les deux principaux types de bactéries utilisées dans la digestion anaérobie sont les bactéries acétogènes et méthanogènes. Bien qu’elles soient utilisées en tandem, chacune d’entre elles présente des conditions de vie uniques dans lesquelles elle se développe. Les bactéries acétogènes produisent l'acétate chimique lors de la digestion anaérobie et les bactéries méthanogènes produisent le méthane.
La biomasse est soumise à quatre étapes pour une récupération efficace du méthane. L'étape d'hydrolyse utilise de l'eau pour décomposer des solides ou des semi-solides en composés plus simples, puis la fermentation ou l'acidogenèse est utilisée pour décomposer les structures de chaînes de glucides en composants plus basiques tels que l'ammoniac, l'hydrogène et les acides organiques. L’acétogenèse est ensuite utilisée comme troisième étape du processus, au cours de laquelle les bactéries acétogènes convertissent les acides organiques en acide acétique, ainsi que d’autres sous-produits tels que l’hydrogène et le dioxyde de carbone. La dernière étape de la méthanogénèse utilise des bactéries méthanogènes pour combiner ces produits finaux primaires, à savoir l’acétate, l’hydrogène et le dioxyde de carbone, en méthane, qui peut ensuite être utilisé comme carburant.