Kas ir anaerobā gremošana?

Kopš 2011. gada cilvēku rūpniecībā anaerobās pārstrādes galvenais izmantojums ir metāna gāzes ražošana degvielas un elektroenerģijas ražošanai. To veic atkritumu apstrādes iekārtās, kurās apstrādā lauksaimniecības atkritumus, piemēram, kūtsmēslus vai sadzīves atkritumus. Alus darīšanas nozare paļaujas arī uz anaerobo pārstrādi, lai sadalītu alus ražošanas organiskos blakusproduktus metāna degvielā, kas pretējā gadījumā būtu jālikvidē ar sadzīves notekūdeņu attīrīšanas sistēmām.

Anaerobās gremošanas process dabā ir arī noderīgs atjaunojamās enerģijas veida, kas pazīstams kā dabasgāze, radīšanā. Lai gan dabasgāze ir fosilais kurināmais, tā sastāv no aptuveni 80% metāna kopā ar citām radniecīgām gāzēm, piemēram, propānu un butānu, un to zemē ģenerē vieglāk nekā citus fosilos kurināmos, piemēram, naftu. Tas ir fosilais kurināmais, kas bieži tiek nogulsnēts kopā ar citiem fosilajiem kurināmajiem, kā arī, piemēram, oglēm un naftu.

Rūpnieciskie biomasas reaktori, kas apstrādā biomasas atkritumus, piemēram, kūtsmēslus, lai iegūtu degvielu, parasti ražo mazāk metāna gāzes tilpuma procentos nekā dabasgāzē. Tipisks noteikta tilpuma biogāzes izvade no bioreaktora ir 50% līdz 80% metāna ar ievērojamu daudzumu izplūdes gāzu oglekļa dioksīda veidā 20% līdz 50% apmērā. Procesā rodas arī citas mikrogāzes, kurām ir zināma komerciāla vērtība, piemēram, ūdeņradis, slāpeklis un skābeklis, un rodas arī toksiskas gāzes, kuras ir droši jāiznīcina, tostarp sērūdeņradis un oglekļa monoksīds.

Bioloģiskie procesi, kas nepieciešami efektīvai atkritumu sagremošanai, var būt sarežģīti un balstīties uz stingri kontrolētiem apstākļiem. Temperatūra ir galvenā problēma šajā procesā, jo baktērijas, kas sadala atkritumus, vislabāk attīstās dažādos līmeņos. Dažas baktērijas ir mezofīlas un plaukst mērenā 98 ° Fārenheita (36.7 ° C) temperatūrā, bet dažas ir termofīlas un plaukst augstākā optimālā temperatūrā 130 ° Fārenheita (54.4 ° C) temperatūrā.

Jāmaina apstākļi attiecībā uz temperatūru, pH un citiem faktoriem, piemēram, biomasas maisījuma ūdens un cietās vielas attiecību un oglekļa/slāpekļa attiecību, jo organiskais materiāls arī ķīmiski sadalās. Divi galvenie baktēriju veidi, ko izmanto anaerobajā šķelšanā, ir acetogēnās un metanogēnās baktērijas, un, lai gan tās tiek izmantotas kopā, katrai no tām ir unikāli dzīves apstākļi, kādos tās attīstās. Acetogēnās baktērijas ražo ķīmisko acetātu anaerobās gremošanas laikā, un metanogēnās baktērijas ražo metānu.

Biomasas materiāls tiek izmantots četros posmos efektīvai metāna reģenerācijai. Hidrolīzes stadijā izmanto ūdeni, lai sadalītu cietās vai puscietās vielas vienkāršākos savienojumos, un pēc tam tiek izmantota fermentācija vai acidoģenēze, lai sadalītu ogļhidrātu ķēdes struktūras bāziskākos savienojumos, piemēram, amonjakā, ūdeņradi un organiskās skābes. Pēc tam acetoģenēzi izmanto kā procesa trešo posmu, kurā acetogēnās baktērijas pārvērš organiskās skābes etiķskābē kopā ar citiem blakusproduktiem, piemēram, ūdeņradi un oglekļa dioksīdu. Metanoģenēzes pēdējā posmā izmanto metanogēnas baktērijas, lai šos primāros galaproduktus acetātu, ūdeņradi un oglekļa dioksīdu apvienotu metānā, ko pēc tam var izmantot degvielai.