Метаногенез — основа получения биогаза

Деградация органических веществ при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором углеродные связи постепенно разрушаются под действием различных групп микроорганизмов [11, C 18].

Согласно современным воззрениям, анаэробное превращение практически любого сложного органического вещества в биогаз проходит через четыре последовательных стадии:

— гидролиз сложных биополимерных молекул (белков, липидов, полисахаридов и др.) на более простые мономеры: аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.;

— ферментация (брожение) образовавшихся мономеров до еще более простых веществ — низших кислот и спиртов, при этом образуются также углекислота и водород;

— ацетогенная стадия, на которой образуются непосредственные предшественники метана: ацетат, водород, углекислота;

— метаногенная стадия, которая ведет к конечному продукту расще пления сложных органических веществ — метану.

Первичные анаэробы разлагают органические вещества до предшественников метана: водорода и углекислоты, ацетата, метанола, метиламидов, формиата. Ввиду субстратной специфичности метаногенов их развитие без трофической связи с бактериями предыдущих стадий невозможно. В свою очередь, метановые бактерии, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробами, определяют возможность и скорость реакций, осуществляемых этими бактериями.

Центральным метаболитом, осуществляющим регуляторную функцию в метанообразующем сообществе, является водород. За счет поддержания низкого парциального давления водорода в системе становится возможным его межвидовой перенос, меняющий метаболизм первичных анаэробов в сторону образования непосредственных предшественников метана. Если водород из системы не удаляется, то образуются более восстановленные продукты — летучие жирные кислоты и спирты. Метаболизм этих соединений осуществляется синтрофными бактериями, для жизнедеятельности которых необходимо связывание образующегося водорода метановыми бактериями.

Физические свойства биогаза позволяют судить о возможностях его использования. Объемная теплота сгорания, температура воспламенения и предел воспламеняемости определяются в основном содержанием СН4, поскольку незначительное количество Н2 и H2S на этот показатель почти не оказывает влияния.

Биогаз успешно применяется как топливо. Его можно сжигать в горелках отопительных установок, водогрейных котлов, газовых плит, использовать в холодильных установках абсорбционного типа, в инфракрасных излучателях, в автотракторных двигателях, в газовом цикле Отто (с искровым зажиганием) и газодизельном цикле (с впрыскиванием небольшой дозы запального дизельного топлива). Карбюраторные двигатели легко переводятся на газ: достаточно заменить карбюратор на смеситель.

При производстве электроэнергии из биогаза в электрический ток преобразуется всего 30% его энергоресурса, остальная часть — отбросная теплота. Ее можно использовать при нагревании воды для бытовых нужд и содержания скота, отопления жилых помещений и теплиц, подогрева воздуха для сушилок, а также при регулировании микроклимата в животноводческих помещениях и нагрева навоза до нужной температуры брожения в биогазовых реакторах [2,C.120].