Procesul Microbiologic de Descompunere a Materiei Organice

AD reprezintă un proces microbiologic de descompunere a materiei organice, în lipsa

oxigenului, întâlnit în multe medii naturale și aplicat astăzi la scară mare pentru producerea

de biogaz în reactoare-cisternă, etanșe împotriva pătrunderii aerului, în mod obișnuit

denumite digestoare. O largă varietate de microorganisme sunt implicate în procesul anaerob,

în urma căruia rezultă două produse finale: biogazul și digestatul. Biogazul este un gaz

combustibil, care constă din metan, dioxid de carbon, și cantități mici de alte gaze și

microelemente. Digestatul reprezintă substratul descompus anaerob, bogat în macro- și

micronutrienți și care poate fi utilizat, prin urmare, drept îngrășământ pentru plante.

Producerea și colectarea biogazului rezultat în urma unui proces biologic a fost pentru prima

dată documentat în Marea Britanie în anul 1895 (METCALF & EDDY, 1979). De atunci,

acest proces a fost continuu dezvoltat și aplicat pe scară largă, în scopul tratării apelor

reziduale și a stabilizării nămolurilor. Criza energetică de la începutul anilor ’70 a adus o

nouă provocare cu privire la utilizarea combustibililor regenerabili, inclusiv a biogazului

rezultat din procesele AD. Interesul pentru biogaz a crescut până astăzi, datorită eforturilor

globale de înlocuire a combustibililor fosili utilizați pentru producerea energiei cu unii

regenerabili, precum și a necesității găsirii unor soluții sustenabile pentru tratamentul și

reciclarea gunoiului de origine animală și a deșeurilor organice.

În prezent, cea mai importantă aplicație a proceselor AD o reprezintă producerea de biogaz în

instalații speciale, prin procesarea substraturilor provenite din agricultură, precum gunoiul

animal, reziduurile vegetale, culturile energetice sau deșeurile organice rezultate din

activitățile agro-industriale și din industria alimentară. Conform Agenției Internaționale

pentru Energie (IEA), un număr de câteva mii de fabrici agricole care utilizează procesul AD

sunt funcționale în Europa și în America de Nord. Multe dintre acestea sunt reprezentate de

instalații avansate din punct de vedere tehnologic, construite la scară mare, numărul lor

cunoscând o creștere considerabilă în ultimii ani. Numai în Germania, mai mult de 3.700 de

fabrici pentru biogaz funcționau în anul 2007. În Asia, câteva milioane de digestoare mici,

simple, pentru biogaz, sunt funcționale în țări precum China, India, Nepal și Vietnam, acestea

producând combustibil pentru gătit și iluminat.

Lanțurile de procese prezentate au loc în paralel, în spațiu și timp, în interiorul tancului de

digestie. Viteza procesului de descompunere totală este determinată de reacția cea mai lentă

din lanț. În cazul fabricilor de biogaz care procesează substraturi vegetale care conțin

celuloză, hemiceluloză și lignină, etapa de hidroliză este etapa determinantă de viteză. În

procesul de hidroliză este implicată o varietate mare de bacterii, acesta realizându-se prin

intermediul unor exoenzime bacteriene care atacă materia particulată, nedizolvată. Produsele

rezultate în urma hidrolizei sunt ulterior descompuse/digerate de către bacteriile implicate în

proces și utilizate, apoi, în cadrul propriului metabolism.

3.2.2 Acidogeneza

În timpul etapei de acidogeneză, produșii de hidroliză sunt transformați de către bacteriile

acidogene (fermentative) în substraturi metanogene. Glucidele simple, aminoacizii și acizii

grași sunt degradați până la acetat, dioxid de carbon și hidrogen (70%) precum și la acizi

grași volatili (VFA) și alcooli (30%).

3.2.3 Acetogeneza

În timpul acetogenezei, produșii rezultați din acidogeneză, care nu pot fi transformați direct

în metan de către bacteriile metanogene, sunt transformați în substraturi metanogene. VFA și

alcoolii sunt oxidați la substraturi metanogene, precum: acetat, hidrogen și dioxid de carbon.

Atât VFA, cât și alcoolii cu lanț de atomi de carbon mai lung de o unitate sunt oxidați până la

acetat și hidrogen. Producerea hidrogenului conduce la creșterea presiunii sale parțiale.

Acesta poate fi privit ca un “produs rezidual” al acetogenezei și inhibă metabolismul

bacteriilor acidogene. În timpul metanogenezei, hidrogenul este transformat în metan.

Acidogeneza și metanogeneza se desfășoară de obicei în paralel, ca simbioză a două grupe de

microorganisme.