Wat is anaërobe spijsvertering?
Anaerobe vergisting is een biologisch proces waarbij bacteriën organisch materiaal afbreken in meer basische verbindingen zonder zuurstof als onderdeel van het proces. Aangenomen wordt dat deze bacteriën ongeveer 3.800.000.000 jaar geleden op aarde zijn verschenen en de dominante vorm van leven op de planeet waren voordat planten verschenen. Terwijl het plantenleven ongeveer 3.200.000.000 jaar geleden ontstond, ging de anaërobe vergisting door in natuurlijke omgevingen waar zuurstof afwezig was, zoals moerassen, met water overgeladen bodems, en in grond die voortdurend bedekt is met water zoals meren en rivieren. De biologische processen van anaërobe vergisting vereisen dat verschillende soorten bacteriën organisch materiaal in een reeks van vier stappen ontleden, waaronder hydrolyse, fermentatie, acetogenese en methanogenese.
Vanaf 2011 is het belangrijkste gebruik voor anaërobe vergisting door de menselijke industrie de productie van methaangas voor de opwekking van brandstof en elektriciteit. Dit gebeurt in afvalverwerkingsinstallaties die landbouwafval zoals mest of stedelijk afval verwerken. De brouwindustrie vertrouwt ook op anaërobe vergisting om organische bijproducten van de bierproductie af te breken in methaanbrandstof die anders zou moeten worden verwijderd door gemeentelijke systemen voor de behandeling van afvalwater.
Het proces van anaërobe vergisting in de natuur is ook belangrijk voor het genereren van een vorm van hernieuwbare energie die bekend staat als aardgas. Hoewel aardgas een fossiele brandstof is, bestaat het voor ongeveer 80% uit methaan samen met andere gerelateerde gassen zoals propaan en butaan, en wordt het gemakkelijker door de aarde gegenereerd dan andere fossiele brandstoffen zoals aardolie. Het is een fossiele brandstof die vaak wordt afgezet naast andere fossiele brandstoffen, zoals steenkool en olie.
Industriële biomassareactoren die biomassa-afval zoals mest verwerken om brandstof te produceren, produceren over het algemeen minder methaangas als volumepercentage dan wat zich in aardgas bevindt. De typische output van een bepaald volume biogas uit een vergister is 50% tot 80% methaan met een aanzienlijke hoeveelheid afvalgas in de vorm van koolstofdioxide bij 20% tot 50%. Andere sporengassen worden ook gegenereerd in het proces die enige commerciële waarde hebben, zoals waterstof, stikstof en zuurstof, en giftige gassen waarvan veilig moet worden afgevoerd, worden ook gegenereerd, inclusief waterstofsulfide en koolmonoxide.
De biologische processen die nodig zijn om afvalgisting effectief te laten plaatsvinden, kunnen complex zijn en afhankelijk zijn van strikt gecontroleerde omstandigheden. Temperatuur is een belangrijk aandachtspunt in het proces, omdat de bacteriën die het afval afbreken, het beste op verschillende niveaus gedijen. Sommige bacteriën zijn mesofiel, gedijen bij een gematigde temperatuur van 98 ° Fahrenheit (36,7 ° Celsius), en sommige zijn thermofiel en gedijen bij een hogere optimale temperatuur van 130 ° Fahrenheit (54,4 ° Celsius).
De omstandigheden moeten worden gewijzigd voor temperatuur, pH en andere factoren, zoals de verhouding water versus vaste stof van het mengsel van biomassa en de verhouding koolstof / stikstof, aangezien het organische materiaal eveneens chemisch wordt afgebroken. De twee belangrijkste soorten bacteriën die worden gebruikt bij anaërobe vertering zijn acetogene en methanogene bacteriën, en hoewel ze tegelijkertijd worden gebruikt, hebben ze elk unieke levensomstandigheden waaronder ze gedijen. Acetogene bacteriën produceren het chemische acetaat tijdens anaerobe vergisting en methanogene bacteriën produceren methaan.
Biomassamateriaal wordt in vier fasen doorlopen voor effectieve methaanwinning. De hydrolysetrap gebruikt water om vaste stoffen of halfvaste stoffen af te breken tot eenvoudiger verbindingen, en vervolgens wordt ofwel fermentatie of acidogenese gebruikt om koolhydraatketenstructuren af te breken in meer basische verbindingen zoals ammoniak, waterstof en organische zuren. Acetogenese wordt vervolgens gebruikt als de derde stap in het proces, waarbij acetogene bacteriën de organische zuren omzetten in azijnzuur samen met andere bijproducten zoals waterstof en kooldioxide. De laatste stap van methanogenese maakt gebruik van methanogene bacteriën om deze primaire eindproducten van acetaat, waterstof en koolstofdioxide te combineren tot methaan, dat vervolgens kan worden gebruikt als brandstof.