La digestion anaérobie est un processus biologique par lequel les bactéries décomposent la matière organique en composés plus basiques sans nécessiter d’oxygène comme composant du processus. On pense que ces bactéries sont apparues sur Terre il y a environ 3,800,000,000 3,200,000,000 XNUMX XNUMX d’années et étaient la forme de vie dominante sur la planète avant l’apparition des plantes. Alors que la vie végétale est apparue il y a environ XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX d’années, la digestion anaérobie s’est poursuivie dans les environnements naturels où l’oxygène était absent, tels que les marécages, les sols gorgés d’eau et dans les sols constamment recouverts d’eau tels que les lacs et les rivières. Les processus biologiques de la digestion anaérobie nécessitent que plusieurs types de bactéries décomposent la matière organique en une série de quatre étapes, dont l’hydrolyse, la fermentation, l’acétogenèse et la méthanogenèse.
Depuis 2011, la principale utilisation de la digestion anaérobie par l’industrie humaine est la production de méthane pour la production de carburant et d’électricité. Cela se fait dans des installations de traitement des déchets qui traitent les déchets agricoles tels que le fumier ou les déchets municipaux. L’industrie brassicole s’appuie également sur la digestion anaérobie pour décomposer les sous-produits organiques de la production de bière en combustible méthane qui devrait autrement être éliminé par les systèmes de traitement des eaux usées municipales.
Le processus de digestion anaérobie dans la nature contribue également à générer une forme d’énergie renouvelable connue sous le nom de gaz naturel. Bien que le gaz naturel soit un combustible fossile, il se compose d’environ 80% de méthane ainsi que d’autres gaz connexes tels que le propane et le butane, et est plus facilement généré par la terre que d’autres combustibles fossiles tels que le pétrole. C’est un combustible fossile qui est souvent déposé à côté d’autres combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole.
Les réacteurs industriels à biomasse qui traitent les déchets de biomasse comme le fumier pour produire du carburant produisent généralement moins de méthane en pourcentage en volume que ce qui est contenu dans le gaz naturel. La sortie typique d’un volume défini de biogaz d’un digesteur est de 50 à 80 % de méthane avec une quantité importante de gaz résiduaire sous forme de dioxyde de carbone à 20 à 50 %. D’autres gaz traces sont également générés dans le processus qui ont une certaine valeur commerciale tels que l’hydrogène, l’azote et l’oxygène, et des gaz toxiques qui doivent être éliminés en toute sécurité sont également générés, notamment le sulfure d’hydrogène et le monoxyde de carbone.
Les processus biologiques nécessaires à la bonne digestion des déchets peuvent être complexes et reposer sur des conditions strictement contrôlées. La température est une préoccupation majeure dans le processus, car les bactéries qui décomposent les déchets se développent mieux à différents niveaux. Certaines bactéries sont mésophiles, prospérant à une température modérée de 98° Fahrenheit (36.7° Celsius), et certaines sont thermophiles et prospèrent à une température optimale plus élevée de 130° Fahrenheit (54.4° Celsius).
Les conditions doivent être modifiées pour la température, le pH et d’autres facteurs tels que le rapport eau/solide du mélange de biomasse et le rapport carbone/azote, car la matière organique est également chimiquement dégradée. Les deux principaux types de bactéries utilisées dans la digestion anaérobie sont les bactéries acétogènes et méthanogènes et, bien qu’elles soient utilisées en tandem, chacune a des conditions de vie uniques dans lesquelles elles se développent. Les bactéries acétogènes produisent l’acétate chimique lors de la digestion anaérobie et les bactéries méthanogènes produisent du méthane.
La biomasse passe par quatre étapes pour une récupération efficace du méthane. L’étape d’hydrolyse utilise de l’eau pour décomposer les solides ou les semi-solides en composés plus simples, puis la fermentation ou l’acidogenèse sont utilisées pour décomposer les structures de la chaîne glucidique en composés plus basiques comme l’ammoniac, l’hydrogène et les acides organiques. L’acétogenèse est ensuite utilisée comme troisième étape du processus, où les bactéries acétogènes convertissent les acides organiques en acide acétique ainsi que d’autres sous-produits comme l’hydrogène et le dioxyde de carbone. L’étape finale de la méthanogenèse utilise des bactéries méthanogènes pour combiner ces produits finaux primaires d’acétate, d’hydrogène et de dioxyde de carbone en méthane, qui peut ensuite être utilisé comme carburant.