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 de años y eran la forma de vida dominante en el planeta antes de que aparecieran las plantas. A medida que la vida vegetal surgió hace alrededor de 3,200,000,000 de años, la digestión anaeróbica continuó en entornos naturales donde el oxígeno estaba ausente, como pantanos, suelos anegados 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 de 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 se basa en 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 de tratamiento de aguas residuales municipales.
El proceso de digestión anaeróbica en la naturaleza también es fundamental para generar una forma de energía renovable conocida como gas natural. Aunque el gas natural es un combustible fósil, se compone de aproximadamente un 80% de metano junto con otros gases relacionados como el propano y el butano, y la tierra lo genera más fácilmente 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 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 de 50% a 80% de metano con una cantidad significativa de gas residual en forma de dióxido de carbono al 20% a 50%. En el proceso también se generan otros gases traza que tienen algún valor comercial, como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, y también se generan gases tóxicos que deben eliminarse de forma segura, incluidos el sulfuro de hidrógeno y el monóxido de carbono.
Los procesos biológicos que son necesarios para que la digestión de desechos se lleve a cabo 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 a diferentes niveles. Algunas de las bacterias son mesófilas, prosperan a una temperatura moderada de 98 ° Fahrenheit (36.7 ° Celsius), y algunas son termófilas y prosperan a una temperatura óptima más alta de 130 ° Fahrenheit (54.4 ° Celsius).
Deben modificarse las condiciones de temperatura, pH y otros factores como la proporción de agua frente a sólidos de la mezcla de biomasa y la proporción de carbono / nitrógeno, ya que el material orgánico también se degrada químicamente. Los dos tipos principales de bacterias que se utilizan en la digestión anaeróbica son las bacterias acetogénicas y metanogénicas y, aunque se utilizan en conjunto, cada una tiene condiciones de vida únicas en las que prosperan. Las bacterias acetogénicas producen el acetato químico durante la digestión anaeróbica y las bacterias metanogénicas producen metano.
El material de biomasa pasa por cuatro etapas para una recuperación eficaz del metano. La etapa de hidrólisis usa agua para descomponer sólidos o semisólidos en compuestos más simples, y luego se usa la fermentación o la acidogénesis para descomponer las estructuras de la cadena de carbohidratos en compuestos más básicos como amoníaco, hidrógeno y ácidos orgánicos. La acetogénesis se utiliza luego como el tercer paso del proceso, donde las bacterias acetogénicas convierten los ácidos orgánicos en ácido acético junto con otros subproductos como hidrógeno y 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.