Vad är Anaerob matsmältning?
Anaerob matsmältning är en biologisk process där bakterier bryter ned organiskt material till mer basiska föreningar utan att syre kräver en del av processen. Dessa bakterier tros ha dykt upp på jorden för ungefär 3 800 000 000 år sedan och var den dominerande livsformen på planeten innan växter dök upp. När växtlivet uppstod för ungefär 3 200 000 000 år sedan, fortsatte anaerob matsmältning i naturliga miljöer där syre var frånvarande, som träsk, vattenloggade jordar och i mark som hela tiden täcktes av vatten som sjöar och floder. De biologiska processerna för anaerob spjälkning kräver att flera typer av bakterier sönderdelas organiskt material i en serie av fyra steg, inklusive hydrolys, jäsning, acetogenes och metanogenes.
Från 2011 är den huvudsakliga användningen för anaerob matsmältning av mänsklig industri att producera metangas för bränsle- och elproduktion. Detta görs i avfallsbehandlingsanläggningar som bearbetar jordbruksavfall som gödsel eller kommunalt avfall. Bryggeriindustrin förlitar sig också på anaerob matsmältning för att bryta ner organiska biprodukter av ölproduktion till metanbränsle som annars skulle bortskaffas av kommunala avloppsreningssystem.
Processen för anaerob matsmältning i naturen är också en viktig faktor för att generera en form av förnybar energi som kallas naturgas. Även om naturgas är ett fossilt bränsle, består den av cirka 80% metan tillsammans med andra relaterade gaser som propan och butan och genereras lättare av jorden än andra fossila bränslen som petroleum. Det är ett fossilt bränsle som ofta deponeras tillsammans med andra fossila bränslen liksom kol och olja.
Industriella biomassreaktorer som bearbetar biomassavfall som gödsel för att generera bränsle producerar i allmänhet mindre metangas i volymprocent än vad som finns i naturgas. Den typiska produktionen av en bestämd volym biogas från en kokare är 50% till 80% metan med en betydande mängd avfallsgas i form av koldioxid vid 20% till 50%. Andra spårgaser genereras också i processen som har ett visst kommersiellt värde såsom väte, kväve och syre, och giftiga gaser som måste deponeras säkert alstras också inkluderande vätesulfid och kolmonoxid.
De biologiska processer som är nödvändiga för att avfallsmältningen ska ske effektivt kan vara komplexa och förlitar sig på strikt kontrollerade förhållanden. Temperaturen är ett stort problem i processen eftersom de bakterier som bryter ned avfallet trivs bäst på olika nivåer. Några av bakterierna är mesofila och trivs vid en måttlig temperatur på 98 ° Fahrenheit (36,7 ° Celsius), och andra är termofila och trivs vid en högre temperatur på 130 ° Fahrenheit (54,4 ° Celsius).
Förhållandena måste ändras för temperatur, pH och andra faktorer som vatten-mot-fastförhållandet för biomasseblandningen och kol / kväve-förhållandet eftersom det organiska materialet också bryts ned kemiskt. De två huvudtyperna av bakterier som används vid anaerob matsmältning är acetogena och metanogena bakterier, och även om de används i tandem har var och en unika levnadsvillkor under vilka de trivs. Acetogena bakterier producerar det kemiska acetatet under anaerob matsmältning och metanogena bakterier producerar metan.
Biomassamaterial tas genom fyra steg för effektiv metanåtervinning. Hydrolyssteget använder vatten för att sönderdela fasta ämnen eller halvfast material till enklare föreningar, och sedan används antingen fermentering eller syregenes för att bryta ner kolhydratkedjestrukturer i mer basiska föreningar som ammoniak, väte och organiska syror. Acetogenes används sedan som det tredje steget i processen, där acetogena bakterier omvandlar de organiska syrorna till ättiksyra tillsammans med ytterligare biprodukter som väte och koldioxid. Det sista steget i metanogenesen använder metanogena bakterier för att kombinera dessa primära slutprodukter av acetat, väte och koldioxid till metan, som sedan kan användas som bränsle.