Co to jest trawienie beztlenowe?

Trawienie beztlenowe jest procesem biologicznym, w którym bakterie rozkładają materiał organiczny na bardziej podstawowe związki, nie wymagając tlenu jako składnika procesu. Uważa się, że bakterie te pojawiły się na Ziemi około 3800 000 000 lat temu i były dominującą formą życia na planecie przed pojawieniem się roślin. W miarę wzrostu żywotności roślin około 3200 000 000 lat, trawienie beztlenowe trwało w naturalnych środowiskach, w których tlen był nieobecny, taki jak bagna, gleby z wodą, a na ziemi stale pokryte wodą, takie jak jeziora i rzeki. Procesy biologiczne trawienia beztlenowego wymagają, aby kilka rodzajów bakterii rozkładało materię organiczną w serii czterech etapów, w tym hydrolizę, fermentację, acetogenezę i metanogenezę.

od 2011 r. Głównym zastosowaniem trawienia beztlenowego przez ludzkie przemysł jest wytwarzanie metanowego gazu na paliwo i elektryczności. Odbywa się to w obiektach oczyszczania odpadów, które przetwarzają odpady rolne, takie jakodpady obornika lub miejskie. Przemysł piwowarski polega również na trawieniu beztlenowym, aby rozbić organiczne produkty uboczne produkcji piwa na paliwo metanu, które w przeciwnym razie musiałyby być pozbyte przez miejskie systemy oczyszczania ścieków.

Proces trawienia beztlenowego w naturze jest również odegrany w generowaniu formy energii odnawialnej znanej jako gaz ziemny. Chociaż gaz ziemny jest paliwem kopalnym, składa się z około 80% metanu wraz z innymi powiązanymi gasami, takimi jak propan i butan, i jest łatwiej generowany przez Ziemia niż inne paliwa kopalne, takie jak ropa naftowa. Jest to paliwo kopalne, które często osadza się obok innych paliw kopalnych, takich jak węgiel i olej.

Reaktory przemysłowe biomasy, które przetwarzają odpady biomasy, takie jak obornik w celu wytworzenia paliwa, generalnie wytwarzają mniej gazu metanu jako procent objętości niż w gazie ziemnym. Typowe wyjścieUstalona objętość biogazu z fermentu wynosi od 50% do 80% metanu ze znaczną ilością gazu odpadowego w postaci dwutlenku węgla na 20% do 50%. Inne śladowe gazy są również generowane w procesie, które mają pewną wartość komercyjną, taką jak wodór, azot i tlen, a toksyczne gazy należy również bezpiecznie usunąć, w tym siarkow wodór i tlenek węgla.

Procesy biologiczne, które są niezbędne do skutecznego trawienia odpadów, mogą być złożone i polegać na ściśle kontrolowanych warunkach. Temperatura jest głównym problemem w procesie, ponieważ bakterie, które rozkładają odpady najlepiej rozwijają się na różnych poziomach. Niektóre bakterie są mezofilne, kwitnące w umiarkowanej temperaturze 98 ° Fahrenheita (36,7 ° Celsjusza), a niektóre są termofilne i kwitną w wyższej optymalnej temperaturze 130 ° Fahrenheita (54,4 ° Celsjusza).

.

Warunki muszą zostać zmienione w przypadku temperatury, pH i innych czynników, takich jak stosunek wody w stosunku do stałegomieszaniny biomasy i stosunku węgla/azotu jako materiału organicznego również degraduje się chemicznie. Dwa główne typy bakterii stosowane w trawieniu beztlenowym są bakterie acetogenne i metanogenne, i chociaż są stosowane w tandemie, każda ma unikalne warunki życia, w których się rozwijają. Bakterie acetogenne wytwarzają chemiczny octan podczas trawienia beztlenowego i bakterii metanogennych wytwarzają metan.

Materiał biomasy przenosi się przez cztery etapy skutecznego odzyskiwania metanu. Stopień hydrolizy wykorzystuje wodę do rozkładu ciał stałych lub pół-stolidów w prostsze związki, a następnie fermentacja lub kwasogeneza stosuje się do rozkładania struktur łańcucha węglowodanów na bardziej podstawowe związki, takie jak amoniak, wodór i kwasy organiczne. Acetogeneza jest następnie stosowana jako trzeci krok w procesie, w którym bakterie acetogenne przekształcają kwasy organiczne w kwas octowy wraz z kolejnymi produktami ubocznymi, takimi jak wodór i dwutlenek węgla. Ostatni krok metanogenuSIS wykorzystuje bakterie metanogenne do połączenia tych pierwotnych produktów końcowych octanu, wodoru i dwutlenku węgla z metanem, które można następnie wykorzystać do paliwa.