Hva er Anaerob fordøyelse?
Anaerob fordøyelse er en biologisk prosess der bakterier bryter ned organisk materiale til mer basiske forbindelser uten å kreve oksygen som en del av prosessen. Det antas at disse bakteriene dukket opp på jorden for omtrent 3 800 000 000 år siden og var den dominerende livsformen på planeten før planter dukket opp. Da plantelivet oppsto for rundt 3200 000 000 år siden, fortsatte den anaerobe fordøyelsen i naturlige miljøer der oksygen var fraværende, som sumper, vannlogget jordsmonn og i jord som hele tiden var dekket av vann som innsjøer og elver. De biologiske prosessene ved anaerob fordøyelse krever at flere typer bakterier brytes ned organisk materiale i en serie på fire trinn, inkludert hydrolyse, gjæring, acetogenese og metanogenese.
Fra 2011 er den viktigste bruken for anaerob fordøyelse av menneskelig industri å produsere metangass til drivstoff og elektrisitetsproduksjon. Dette gjøres i avfallsbehandlingsanlegg som behandler landbruksavfall som husdyrgjødsel eller kommunalt avfall. Bryggeindustrien er også avhengig av anaerob fordøyelse for å nedbryte organiske biprodukter av ølproduksjon til metanbrensel som ellers måtte avhendes av kommunale avløpsvannsystemer.
Prosessen med anaerob fordøyelse i naturen er også medvirkende til å generere en form for fornybar energi kjent som naturgass. Selv om naturgass er et fossilt brensel, består den av omtrent 80% metan sammen med andre beslektede gasser som propan og butan, og genereres lettere av jorden enn andre fossile brensler som petroleum. Det er et fossilt brensel som ofte blir avsatt sammen med andre fossile brensler, så som kull og olje.
Industrielle biomasse-reaktorer som behandler avfall fra biomasse som husdyrgjødsel for å produsere drivstoff, produserer generelt mindre metangass i volumprosent enn det som er i naturgass. Den typiske produksjonen av et satt volum biogass fra en kokeapparat er 50 til 80% metan med en betydelig mengde avfallsgass i form av karbondioksid ved 20% til 50%. Andre sporgasser genereres også i prosessen som har en viss kommersiell verdi som hydrogen, nitrogen og oksygen, og giftige gasser som må trygt avhendes, genereres også inkludert hydrogensulfid og karbonmonoksid.
De biologiske prosessene som er nødvendige for å fordøye avfallet effektivt, kan være komplekse og stole på strengt kontrollerte forhold. Temperatur er en viktig bekymring i prosessen ettersom bakteriene som bryter ned avfallet trives best på forskjellige nivåer. Noen av bakteriene er mesofile, trives med en moderat temperatur på 98 ° Fahrenheit (36,7 ° Celsius), og noen er termofile og trives med en høyere optimal temperatur på 130 ° Fahrenheit (54,4 ° Celsius).
Forholdene må endres for temperatur, pH og andre faktorer som vannforholdet mellom faststoffforholdet i biomasse-blandingen og karbon / nitrogenforholdet da det organiske materialet også brytes kjemisk. De to hovedtyper av bakterier som brukes i anaerob fordøyelse er acetogene og metanogene bakterier, og selv om de brukes i tandem, har hver unike levekår under hvilke de trives. Acetogene bakterier produserer det kjemiske acetatet under anaerob fordøyelse og metanogene bakterier produserer metan.
Biomassemateriale tas gjennom fire stadier for effektiv utvinning av metan. Hydrolysetrinnet bruker vann for å nedbryte faste stoffer eller halvfaststoff til enklere forbindelser, og deretter brukes enten fermentering eller acidogenese for å bryte ned karbohydratkjedestrukturer i mer basiske forbindelser som ammoniakk, hydrogen og organiske syrer. Acetogenese brukes deretter som det tredje trinnet i prosessen, der acetogene bakterier omdanner de organiske syrene til eddiksyre sammen med ytterligere biprodukter som hydrogen og karbondioksid. Det siste trinnet i metanogenesen bruker metanogene bakterier for å kombinere disse primære sluttproduktene av acetat, hydrogen og karbondioksyd i metan, som deretter kan brukes til brensel.