Anaerob nedbrytning är en biologisk process där bakterier bryter ner organiskt material till mer basiska föreningar utan att behöva syre som en del av processen. Dessa bakterier tros ha dykt upp på jorden för ungefär 3,800,000,000 3,200,000,000 XNUMX XNUMX år sedan och var den dominerande livsformen på planeten innan växter dök upp. När växtlivet uppstod för omkring XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX år sedan fortsatte den anaerobiska rötningen i naturliga miljöer där syre saknades såsom träsk, vattenfyllda jordar och i mark som ständigt var täckt av vatten som sjöar och floder. De biologiska processerna för anaerob matsmältning kräver att flera typer av bakterier bryter ner organiskt material i en serie av fyra steg, inklusive hydrolys, fermentering, acetogenes och metanogenes.
Från och med 2011 är den mänskliga industrins huvudsakliga användning för anaerob rötning att producera metangas för bränsle- och elproduktion. Detta görs i avfallsbehandlingsanläggningar som behandlar jordbruksavfall såsom gödsel eller kommunalt avfall. Bryggeriindustrin förlitar sig också på anaerob rötning för att bryta ner organiska biprodukter från ölproduktionen till metanbränsle som annars skulle behöva bortskaffas av kommunala avloppsvattenreningssystem.
Processen med anaerob rötning i naturen är också avgörande 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 som kol och olja.
Industriella biomassareaktorer 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 rötkammare är 50 % till 80 % metan med en betydande mängd avgas i form av koldioxid på 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 bortskaffas på ett säkert sätt genereras också inklusive svavelväte och kolmonoxid.
De biologiska processer som är nödvändiga för att avfallsrötning ska kunna ske effektivt kan vara komplexa och förlita sig på strikt kontrollerade förhållanden. Temperaturen är ett stort bekymmer i processen då de bakterier som bryter ner avfallet trivs bäst på olika nivåer. Några av bakterierna är mesofila, frodas vid en måttlig temperatur på 98 ° Fahrenheit (36.7 ° Celsius), och några är termofila och trivs vid en högre optimal temperatur på 130 ° Fahrenheit (54.4 ° Celsius).
Förhållandena måste ändras för temperatur, pH och andra faktorer som förhållandet mellan vatten och fast material i biomassablandningen och förhållandet kol/kväve eftersom det organiska materialet också bryts ned kemiskt. De två huvudtyperna av bakterier som används i anaerob matsmältning är acetogena och metanogena bakterier, och även om de används tillsammans, har var och en unika livsvillkor 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 metanutvinning. Hydrolyssteget använder vatten för att sönderdela fasta ämnen eller halvfasta ämnen till enklare föreningar, och sedan används antingen fermentering eller acidogenes för att bryta ner kolhydratkedjestrukturer till 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.