嫌気性消化とは何ですか？

嫌気性消化は、プロセスの構成要素として酸素を必要とせずに細菌が有機物質をより塩基性の化合物に分解する生物学的プロセスです。 これらのバクテリアは、約38億年前に地球に出現したと考えられており、植物が出現する前の惑星の生命の支配的な形態でした。 約32億年前に植物の生命が発生したため、沼地、浸水した土壌などの酸素が存在しない自然環境、および湖や川などの水で常に覆われた地面で嫌気性消化が継続しました。 嫌気性消化の生物学的プロセスでは、いくつかのタイプの細菌が、加水分解、発酵、酢酸生成、およびメタン生成を含む一連の4つのステップで有機物を分解する必要があります。

2011年現在、人間の産業による嫌気性消化の主な用途は、燃料および発電用のメタンガスを生産することです。 これは、肥料や都市ごみなどの農業廃棄物を処理する廃棄物処理施設で行われます。 醸造業界はまた、嫌気性消化に依存して、ビール生産の有機副産物をメタン燃料に分解します。そうでなければ、都市の廃水処理システムで廃棄する必要があります。

自然界での嫌気性消化のプロセスは、天然ガスとして知られる再生可能エネルギーの生成にも役立ちます。 天然ガスは化石燃料ですが、プロパンやブタンなどの他の関連ガスとともに約80％のメタンで構成されており、石油などの他の化石燃料よりも地球によって容易に生成されます。 化石燃料であり、石炭や石油などの他の化石燃料と一緒にしばしば堆積します。

肥料のようなバイオマス廃棄物を処理して燃料を生成する産業バイオマス反応器は、一般に、天然ガスに含まれるものよりも体積パーセントで少ないメタンガスを生成します。 ダイジェスターからの一定量のバイオガスの典型的な出力は、50％から80％のメタンであり、20％から50％の二酸化炭素の形でかなりの量の廃ガスがあります。 水素、窒素、酸素などの商業的価値を持つ他の微量ガスもプロセスで生成され、硫化水素や一酸化炭素など、安全に廃棄する必要がある有毒ガスも生成されます。

廃棄物の消化を効果的に行うために必要な生物学的プロセスは複雑で、厳密に制御された条件に依存する場合があります。 廃棄物を分解するバクテリアはさまざまなレベルで最もよく成長するため、温度はプロセスの主要な関心事です。 いくつかのバクテリアは中温性で、華氏98度（摂氏36.7度）の適度な温度で繁殖し、いくつかは好熱性で、華氏130度（摂氏54.4度）のより高い最適温度で繁殖します。

有機材料も化学的に分解されるため、温度、pH、およびバイオマス混合物の水対固体比、炭素/窒素比などの他の要因の条件を変更する必要があります。 嫌気性消化で使用される主な2種類の細菌は、酢酸生成菌とメタン生成菌であり、タンデムで使用されますが、それぞれが独自の生活条件で繁栄します。 酢酸生成細菌は嫌気性消化中に化学酢酸塩を生成し、メタン生成細菌はメタンを生成します。

バイオマス材料は、効果的なメタン回収のために4つの段階を経て取得されます。 加水分解段階では水を使用して固体または半固体をより単純な化合物に分解し、次に発酵または酸生成のいずれかを使用して、炭水化物鎖構造をアンモニア、水素、有機酸などのより塩基性の化合物に分解します。 次に、酢酸生成はプロセスの3番目のステップとして使用され、酢酸生成細菌は有機酸を酢酸や水素や二酸化炭素などの副生成物に変換します。 メタン生成の最終ステップでは、メタン生成細菌を使用して、酢酸、水素、二酸化炭素のこれらの主要な最終生成物を組み合わせてメタンにし、燃料に使用できるようにします。