Cos'è la digestione anaerobica?
La digestione anaerobica è un processo biologico in base al quale i batteri suddividono il materiale organico in composti più di base senza richiedere ossigeno come componente del processo. Si ritiene che questi batteri siano apparsi sulla Terra circa 3.800.000.000 di anni fa ed erano la forma di vita dominante sul pianeta prima che apparissero le piante. Poiché la vita vegetale è nata circa 3.200.000.000 di anni fa, la digestione anaerobica è continuata in ambienti naturali in cui l'ossigeno era assente come paludi, terreni universi e in terreno costantemente coperto da acqua come laghi e fiumi. I processi biologici della digestione anaerobica richiedono che diversi tipi di batteri decompongono la materia organica in una serie di quattro fasi, tra cui idrolisi, fermentazione, acetogenesi e metanogenesi. Questo viene fatto nelle strutture per il trattamento dei rifiuti che elaborano rifiuti agricoli comeletame o rifiuti municipali. L'industria della birra si basa anche sulla digestione anaerobica per abbattere sottoprodotti organici della produzione di birra in combustibile con metano che altrimenti dovrebbe essere eliminato dai sistemi di trattamento delle acque reflue municipali.
Il processo di digestione anaerobica in natura è anche determinante nel generare una forma di energia rinnovabile nota come gas naturale. Sebbene il gas naturale sia un combustibile fossile, è costituito da circa l'80% di metano insieme ad altri gas correlati come propano e butano, ed è più prontamente generato dalla terra rispetto ad altri combustibili fossili come il petrolio. È un combustibile fossile che viene spesso depositato accanto ad altri combustibili fossili come carbone e olio.
Reattori di biomassa industriale che elaborano i rifiuti di biomassa come il letame per generare carburante generalmente producono meno gas metano in percentuale in volume rispetto a quanto contenuto in gas naturale. L'uscita tipica diUn set di volume di biogas da un digestore è del 50% all'80% di metano con una quantità significativa di gas di scarto sotto forma di anidride carbonica dal 20% al 50%. Altri gas di traccia sono anche generati nel processo che hanno un certo valore commerciale come idrogeno, azoto e ossigeno e i cui gas tossici devono essere eliminati in modo sicuro sono generati tra cui idrogeno solforato e monossido di carbonio.
I processi biologici necessari affinché la digestione dei rifiuti avvenga efficacemente possono essere complessi e fare affidamento su condizioni rigorosamente controllate. La temperatura è una delle principali preoccupazioni nel processo poiché i batteri che scompongono i rifiuti prosperano meglio a diversi livelli. Alcuni batteri sono mesofili, che prosperano a una temperatura moderata di 98 ° Fahrenheit (36,7 ° Celsius) e alcuni sono termofili e prosperano a una temperatura ottimale più elevata di 130 ° Fahrenheit (54,4 ° Celsius).
Le condizioni devono essere modificate per la temperatura, il pH e altri fattori come l'acqua rispetto al rapporto solidodella miscela di biomassa e del rapporto di carbonio/azoto come materiale organico è anche degradato chimicamente. I due principali tipi di batteri utilizzati nella digestione anaerobica sono i batteri acetogenici e metanogenici e, sebbene siano usati in tandem, ognuno ha condizioni di vita uniche in cui prosperano. I batteri acetogenici producono l'acetato chimico durante la digestione anaerobica e i batteri metanogenici producono metano.
Il materiale di biomassa viene assunto attraverso quattro fasi per un efficace recupero di metano. Lo stadio di idrolisi utilizza acqua per decomporre solidi o semi-solidi in composti più semplici, quindi la fermentazione o l'acidogenesi viene utilizzata per abbattere le strutture della catena dei carboidrati in composti più basici come ammoniaca, idrogeno e acidi organici. L'acetogenesi viene quindi utilizzata come terza fase del processo, in cui i batteri acetogeni convertono gli acidi organici in acido acetico insieme a ulteriori sottoprodotti come l'idrogeno e l'anidride carbonica. Il passo finale del metanogeneSIS utilizza batteri metanogenici per combinare questi prodotti finali primari di acetato, idrogeno e anidride carbonica nel metano, che possono quindi essere utilizzati per il carburante.