Анаэробное сбраживание (метановое брожение)

Анаэробное сбраживание (метановое брожение) - процесс биологического разложения органических веществ с выделением свободного метана под воздействием микроорганизмов в условиях отсутствия кислорода.

В результате данного процесса, сходного с компостированием, также уменьшается масса и объем исходного сырья.

Главным отличием от компостирования и преимуществом анаэробного сбраживания является возможность получения в ходе процесса энергии, т.к. в процессе анаэробного сбраживания выделяется так называемый биогаз.

Стадии процесса

• протекает под воздействием ацетогенных бактерий;
• органические соединения (белки, углеводы, жиры), которые присутствуют в биомассе, начинают распадаться на простейшие органические соединения (аминокислоты, сахара, жирные кислоты) под действием гидролитических ферментов;

2 стадия - Гидролизное окисление

• гидролизное окисление части простейших органических соединений под воздействием гетероацетогенных бактерий;
• в результате получается ацетат, диоксид углерода и свободный водород;
• другая часть органических соединений с полученным на 2 стадии ацетатом образует простейшие органические кислоты;
• полученные вещества являются питательной средой для метанообразующих бактерий 3 стадии.

3 стадия

• протекает по 2^м процессам, вызванным различными группами бактерий4
• эти 2 группы бактерий преобразуют питательные соединения 2^й стадии в метан СН₄, воду H₂O и диоксид углерода.

Классификация бактерий, участвующих в метановом брожении

По своим пищевым потребностям бактерии разделяются на 3 типа:

• гидролизные или ацетогеные; к этому типу принадлежат протеолитические, целлюлолитические, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы,
• гомоацетатные бактерии,
• метаногенные бактерии — хемолитотрофные бактерии Зй стадии, перерабатывающие оксид углерода и водород на метан и воду стадия А, и бактерии стадии В — ниткоподобные палочки, кокки и ланцетоподобные, которые перерабатывают муравьиную и уксусную кислоты, а также метанол на метан и оксид углерода.

Кроме природных субстратов, анаэробные популяции расщепляют фенолы и сернистые соединения. В зависимости от состава раствора биомассы и вида бактерий в биологическом реакторе будет происходит изменение значений рН, температуры и редокс-потенциала среды.

Сырье

Почти любой органический материал может быть переработан с помощью анаэробного сбраживания.

Однако, если целью является производство биогаза, то уровень гниения является ключевым фактором его успешного применения.

Чем более гнилостный (усваиваемый) материал, тем выше выход газа из системы.

Сырье может включать биоразлагаемые отходы, такие как макулатура, обрезки травы, остатки пищи, сточные воды и отходы животноводства.

Анаэробные реакторы

• изначально были предназначены для работы с осадком сточных вод и навозом
• при этом они не являются материалом с наибольшим потенциалом для анаэробного переваривания, поскольку биологически разлагаемый материал уже имеет большую часть энергии, поглощенной животными, которые его произвели;
• поэтому многие варочные котлы работают с кодигестией двух или более видов сырья.

Например, в фермерском варочном котле, использующем молочный навоз в качестве основного сырья, производство газа может быть значительно увеличено путем добавления второго сырья, например травы и кукурузы.

Дигесторы

Перерабатывают выделенные энергетические культуры, могут достигать высоких уровней деградации и производства биогаза.

Системы только навозной жижи, как правило, дешевле, но генерируют гораздо меньше энергии, чем те, которые используют сельскохозяйственные культуры, такие как кукуруза и травяной силос.

Производство электроэнергии

Метан и энергия, производимые в установках анаэробного сбраживания, могут быть использованы для замены энергии, получаемой из ископаемого топлива, и, следовательно, для сокращения выбросов парниковых газов, поскольку углерод в биоразлагаемом материале является частью углеродного цикла.

После модернизации с использованием вышеуказанных технологий биогаз (трансформированный в биометан) может быть использован в качестве автомобильного топлива в адаптированных транспортных средствах.