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Methanbildung

Der mikrobiologische Abbau organischer Substrate zu Biogas kann grob in vier Teilprozessen unterteilt werden. Die vier Hauptprozesse umfassen Hydrolyse, Acidogenese (Versäuerung), Acetogenese (Essigsäurebildung) und Methanogenese.  

Hydrolyse

Wasserunlösliche Biopolymere müssen zuerst durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen und ihre ausgeschiedene Exoenzyme in monomere Strukturen oder in wasserlösliche Teilstücke abgebaut werden. Kohlenhydrate wie Stärke und Zellulose werden in Zuckermonomere aufgespalten, Fette in Glycerin und langkettige Fettsäuren. Proteine werden zuerst durch proteolytische Enzyme in Poly- und Oligopeptide und anschließend durch Peptidasen in Aminosäuren zerlegt. Oft ist die Hydrolyse der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Biogasproduktion. Dies betrifft vor allem schwer abbaubare (zellulosereiche) Substrate.

Versäuerung (Acidogenese)

Hydrolyse und Versäurerung finden gleichzeitig statt, weshalb diese beiden Schritte auch unter dem Begriff der Vorversäuerung zusammengefasst werden. Die in der Hydrolyse entstandenen, niedermolekularen Verbindungen werden zu kurzkettigen organischen Säuren, Alkoholen, H2 und CO2 umgesetzt. Bei diesem Umsetzungsschritt gewinnen die fakultativ anaeroben Mikroorganismen erstmals Energie. In dieser Phase werden bereits 20 % des Gesamtanteils an Essigsäure gebildet.

Essigsäurebildung (Acetogenese Phase)

In der dritten Stufe werden organische Säuren und Alkohole durch obligat H2-bildende acetogene Mikroorganismen primär zu Essigsäure, bzw. zu dem gelösten Salz (dem Acetat), H2 und CO2 umgesetzt.

Methanbildung (Methanogene Phase)

Strikt anaerobe methanogene Mikroorganismen produzieren Methan nach zwei möglichen Reaktionsmechanismen. Essigsäure (CH3COOH) kann zu Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) abgebaut werden, durch diesen Reaktionsweg werden etwa 70 % des Methans gewonnen. Im zweiten möglichen Reaktionsweg (ca. 30 %) entsteht Methan durch Reduktion von CO2 mit H2. Diese Reaktionen dienen den methanogenen Mikroorganismen als Energiequelle.