¿Qué es la digestión anaerobia?

La digestión anaeróbica es un proceso biológico mediante el cual las bacterias descomponen el material orgánico en compuestos más básicos sin requerir oxígeno como componente del proceso. Se cree que estas bacterias aparecieron en la Tierra hace aproximadamente 3,800,000,000 años y fueron la forma de vida dominante en el planeta antes de que aparecieran las plantas. A medida que la vida de la planta surgió hace unos 3.200.000.000 de años, la digestión anaeróbica continuó en entornos naturales donde el oxígeno estaba ausente, como pantanos, suelos con agua acumulada y en suelos constantemente cubiertos por agua como lagos y ríos. Los procesos biológicos de la digestión anaeróbica requieren que varios tipos de bacterias descompongan la materia orgánica en una serie de cuatro pasos, que incluyen hidrólisis, fermentación, acetogénesis y metanogénesis.

A partir de 2011, el uso principal para la digestión anaeróbica por parte de la industria humana es producir gas metano para la generación de combustible y electricidad. Esto se realiza en instalaciones de tratamiento de residuos que procesan residuos agrícolas como estiércol o residuos municipales. La industria cervecera también depende de la digestión anaeróbica para descomponer los subproductos orgánicos de la producción de cerveza en combustible de metano que de otro modo tendría que ser eliminado por los sistemas municipales de tratamiento de aguas residuales.

El proceso de digestión anaeróbica en la naturaleza también es instrumental en la generación de una forma de energía renovable conocida como gas natural. Aunque el gas natural es un combustible fósil, consiste en aproximadamente 80% de metano junto con otros gases relacionados, como el propano y el butano, y es más fácilmente generado por la tierra que otros combustibles fósiles como el petróleo. Es un combustible fósil que a menudo se deposita junto con otros combustibles fósiles, como el carbón y el petróleo.

Los reactores industriales de biomasa que procesan desechos de biomasa como el estiércol para generar combustible generalmente producen menos gas metano como porcentaje en volumen que el contenido en el gas natural. La producción típica de un volumen establecido de biogás de un digestor es del 50% al 80% de metano con una cantidad significativa de gas residual en forma de dióxido de carbono del 20% al 50%. También se generan otros gases traza en el proceso que tienen cierto valor comercial, como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, y también se generan gases tóxicos que deben eliminarse de manera segura, incluidos el sulfuro de hidrógeno y el monóxido de carbono.

Los procesos biológicos necesarios para que la digestión de los desechos tenga lugar de manera efectiva pueden ser complejos y depender de condiciones estrictamente controladas. La temperatura es una preocupación importante en el proceso ya que las bacterias que descomponen los desechos prosperan mejor en diferentes niveles. Algunas de las bacterias son mesofílicas, prosperan a una temperatura moderada de 98 ° Fahrenheit (36.7 ° Celsius), y algunas son termofílicas y prosperan a una temperatura óptima más alta de 130 ° Fahrenheit (54.4 ° Celsius).

Las condiciones deben modificarse para la temperatura, el pH y otros factores como la relación agua versus sólido de la mezcla de biomasa y la relación carbono / nitrógeno, ya que el material orgánico también se degrada químicamente. Los dos tipos principales de bacterias que se usan en la digestión anaeróbica son las bacterias acetogénicas y metanogénicas y, aunque se usan en conjunto, cada una tiene condiciones de vida únicas en las que prosperan. Las bacterias acetogénicas producen el acetato químico durante la digestión anaerobia y las bacterias metanogénicas producen metano.

El material de biomasa se lleva a través de cuatro etapas para una recuperación efectiva de metano. La etapa de hidrólisis utiliza agua para descomponer sólidos o semisólidos en compuestos más simples, y luego se usa fermentación o acidogénesis para descomponer las estructuras de la cadena de carbohidratos en compuestos más básicos como amoníaco, hidrógeno y ácidos orgánicos. La acetogénesis se usa luego como el tercer paso en el proceso, donde las bacterias acetogénicas convierten los ácidos orgánicos en ácido acético junto con otros subproductos como el hidrógeno y el dióxido de carbono. El paso final de la metanogénesis utiliza bacterias metanogénicas para combinar estos productos finales primarios de acetato, hidrógeno y dióxido de carbono en metano, que luego puede usarse como combustible.