Anaerobinen digestio on biologinen prosessi, jossa bakteerit hajottavat orgaanisen materiaalin emäksisemmiksi yhdisteiksi ilman, että prosessin komponentti tarvitsee happea. Näiden bakteerien uskotaan ilmestyneen maapallolle noin 3,800,000,000 3,200,000,000 XNUMX XNUMX vuotta sitten ja ne olivat hallitseva elämänmuoto planeetalla ennen kasvien ilmestymistä. Kun kasvien elämä syntyi noin XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX vuotta sitten, anaerobinen mädätys jatkui luonnollisissa ympäristöissä, joissa happea ei ollut, kuten suot, vesialueet ja maaperä, joka oli jatkuvasti veden peittämä, kuten järvet ja joet. Anaerobisen hajoamisen biologiset prosessit edellyttävät, että useat bakteerityypit hajottavat orgaanista ainetta neljän vaiheen sarjassa, mukaan lukien hydrolyysi, käyminen, asetogeneesi ja metanogeneesi.
Vuodesta 2011 lähtien teollisuuden pääasiallinen käyttö anaerobisessa hajotuksessa on metaanikaasun tuottaminen polttoaineen ja sähkön tuotantoon. Tämä tehdään jätteenkäsittelylaitoksissa, joissa käsitellään maatalousjätettä, kuten lantaa tai yhdyskuntajätettä. Panimoteollisuus luottaa myös anaerobiseen mädätykseen hajottaakseen oluen tuotannon orgaaniset sivutuotteet metaanipolttoaineeksi, joka muuten olisi hävitettävä yhdyskuntajätevesien käsittelyjärjestelmissä.
Luonnon anaerobisen hajoamisen prosessi on myös tärkeä tekijä uusiutuvan energian muodon tuottamisessa, joka tunnetaan maakaasuna. Vaikka maakaasu on fossiilinen polttoaine, se koostuu noin 80% metaanista ja muista siihen liittyvistä kaasuista, kuten propaanista ja butaanista, ja maa tuottaa sitä helpommin kuin muut fossiiliset polttoaineet, kuten maaöljy. Se on fossiilinen polttoaine, joka usein sijoitetaan muiden fossiilisten polttoaineiden, kuten hiilen ja öljyn, rinnalle.
Teolliset biomassareaktorit, jotka käsittelevät biomassajätettä, kuten lantaa, polttoaineen tuottamiseksi, tuottavat yleensä vähemmän metaanikaasua tilavuusprosentteina kuin mitä maakaasu sisältää. Tyypillinen määrä asetetun määrän biokaasua keittimestä on 50–80% metaania, ja huomattava määrä hiilidioksidin muodossa olevaa jätekaasua on 20–50%. Prosessissa syntyy myös muita kaasuja, joilla on jonkin verran kaupallista arvoa, kuten vetyä, typpeä ja happea, ja syntyy myös myrkyllisiä kaasuja, jotka on hävitettävä turvallisesti, mukaan lukien rikkivety ja hiilimonoksidi.
Biologiset prosessit, jotka ovat välttämättömiä jätteen hajotuksen tehokkaaksi suorittamiseksi, voivat olla monimutkaisia ja tukeutua tiukasti valvottuihin olosuhteisiin. Lämpötila on suuri huolenaihe prosessissa, koska jätettä hajottavat bakteerit kukoistavat parhaiten eri tasoilla. Jotkut bakteerit ovat mesofiilisiä, kukoistavat kohtuullisessa lämpötilassa 98 ° Fahrenheit (36.7 ° C), ja jotkut ovat termofiilisiä ja menestyvät korkeammassa optimaalisessa lämpötilassa, 130 ° Fahrenheit (54.4 ° C).
Olosuhteita on muutettava lämpötilan, pH: n ja muiden tekijöiden suhteen, kuten biomassaseoksen vesi vs. kiinteä suhde ja hiili/typpisuhde, koska myös orgaaninen aine hajoaa kemiallisesti. Kaksi päätyyppiä bakteereja, joita käytetään anaerobisessa ruoansulatuksessa, ovat asetogeeniset ja metanogeeniset bakteerit, ja vaikka niitä käytetään rinnakkain, jokaisella on ainutlaatuiset elinolosuhteet, joissa ne menestyvät. Asetogeeniset bakteerit tuottavat kemiallisen asetaatin anaerobisen hajotuksen aikana ja metanogeeniset bakteerit metaania.
Biomassamateriaali otetaan läpi neljässä vaiheessa, jotta metaani saadaan talteen tehokkaasti. Hydrolyysivaiheessa käytetään vettä kiinteiden aineiden tai puolikiinteiden aineiden hajottamiseen yksinkertaisempiin yhdisteisiin, ja sitten joko käymistä tai happogeneesiä käytetään hiilihydraattiketjurakenteiden hajottamiseen emäksisemmiksi yhdisteiksi, kuten ammoniakiksi, vedyksi ja orgaanisiksi hapoiksi. Asetogeneesiä käytetään sitten prosessin kolmannena vaiheena, jossa asetogeeniset bakteerit muuttavat orgaaniset hapot etikkahapoksi yhdessä muiden sivutuotteiden, kuten vedyn ja hiilidioksidin kanssa. Metanogeneesin viimeinen vaihe käyttää metanogeenisiä bakteereja yhdistämään nämä asetaatin, vedyn ja hiilidioksidin ensisijaiset lopputuotteet metaaniksi, jota voidaan sitten käyttää polttoaineena.