Pencernaan anaerobik adalah proses biologis dimana bakteri memecah bahan organik menjadi senyawa yang lebih basa tanpa memerlukan oksigen sebagai komponen dari proses tersebut. Bakteri ini diyakini telah muncul di Bumi sekitar 3,800,000,000 tahun yang lalu dan merupakan bentuk kehidupan yang dominan di planet ini sebelum tumbuhan muncul. Ketika kehidupan tanaman muncul sekitar 3,200,000,000 tahun yang lalu, pencernaan anaerobik berlanjut di lingkungan alami di mana oksigen tidak ada seperti rawa, tanah yang tergenang air, dan di tanah yang terus-menerus tertutup air seperti danau dan sungai. Proses biologis pencernaan anaerobik mengharuskan beberapa jenis bakteri menguraikan bahan organik dalam serangkaian empat langkah, termasuk hidrolisis, fermentasi, asetogenesis, dan metanogenesis.
Pada 2011, penggunaan utama untuk pencernaan anaerobik oleh industri manusia adalah untuk menghasilkan gas metana untuk bahan bakar dan pembangkit listrik. Hal ini dilakukan di fasilitas pengolahan limbah yang mengolah limbah pertanian seperti pupuk kandang atau limbah kota. Industri pembuatan bir juga bergantung pada pencernaan anaerobik untuk memecah produk sampingan organik dari produksi bir menjadi bahan bakar metana yang jika tidak harus dibuang oleh sistem pengolahan air limbah kota.
Proses pencernaan anaerobik di alam juga berperan dalam menghasilkan bentuk energi terbarukan yang dikenal sebagai gas alam. Meskipun gas alam adalah bahan bakar fosil, ia terdiri dari sekitar 80% metana bersama dengan gas terkait lainnya seperti propana dan butana, dan lebih mudah dihasilkan oleh bumi daripada bahan bakar fosil lainnya seperti minyak bumi. Ini adalah bahan bakar fosil yang sering disimpan bersama bahan bakar fosil lainnya seperti batu bara dan minyak.
Reaktor biomassa industri yang memproses limbah biomassa seperti pupuk kandang untuk menghasilkan bahan bakar umumnya menghasilkan lebih sedikit gas metana dalam persentase volume daripada yang terkandung dalam gas alam. Output khas dari volume biogas yang ditetapkan dari digester adalah 50% hingga 80% metana dengan sejumlah besar gas buangan dalam bentuk karbon dioksida pada 20% hingga 50%. Gas jejak lainnya juga dihasilkan dalam proses yang memiliki beberapa nilai komersial seperti hidrogen, nitrogen, dan oksigen, dan gas beracun yang harus dibuang dengan aman juga dihasilkan termasuk hidrogen sulfida dan karbon monoksida.
Proses biologis yang diperlukan agar pencernaan limbah dapat berlangsung secara efektif dapat menjadi kompleks dan bergantung pada kondisi yang dikontrol secara ketat. Suhu menjadi perhatian utama dalam proses ini karena bakteri yang memecah limbah berkembang paling baik pada tingkat yang berbeda. Beberapa bakteri bersifat mesofilik, tumbuh subur pada suhu sedang yaitu 98° Fahrenheit (36.7° Celcius), dan sebagian lagi bersifat termofilik dan berkembang pada suhu optimal yang lebih tinggi yaitu 130° Fahrenheit (54.4° Celcius).
Kondisi harus diubah untuk suhu, pH, dan faktor lain seperti rasio air versus padat dari campuran biomassa dan rasio karbon/nitrogen karena bahan organik juga terdegradasi secara kimiawi. Dua jenis utama bakteri yang digunakan dalam pencernaan anaerobik adalah bakteri asetogenik dan metanogenik, dan, meskipun digunakan bersama-sama, masing-masing memiliki kondisi kehidupan yang unik di mana mereka berkembang. Bakteri asetogenik menghasilkan asetat kimia selama pencernaan anaerobik dan bakteri metanogenik menghasilkan metana.
Bahan biomassa diambil melalui empat tahap untuk pemulihan metana yang efektif. Tahap hidrolisis menggunakan air untuk menguraikan padatan atau semi padat menjadi senyawa yang lebih sederhana, dan kemudian fermentasi atau asidogenesis digunakan untuk memecah struktur rantai karbohidrat menjadi senyawa yang lebih basa seperti amonia, hidrogen, dan asam organik. Asetogenesis kemudian digunakan sebagai langkah ketiga dalam proses, di mana bakteri asetogenik mengubah asam organik menjadi asam asetat bersama dengan produk sampingan lebih lanjut seperti hidrogen dan karbon dioksida. Langkah terakhir dari metanogenesis menggunakan bakteri metanogenik untuk menggabungkan produk akhir utama asetat, hidrogen, dan karbon dioksida menjadi metana, yang kemudian dapat digunakan untuk bahan bakar.