Anaerobinis skaidymas yra biologinis procesas, kurio metu bakterijos skaido organines medžiagas į bazinius junginius, nereikalaujant deguonies kaip proceso sudedamosios dalies. Manoma, kad šios bakterijos atsirado Žemėje maždaug prieš 3,800,000,000 3,200,000,000 XNUMX XNUMX metų ir buvo dominuojanti gyvybės forma planetoje prieš pasirodant augalams. Augalams susiformavus maždaug prieš XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX metų, anaerobinis virškinimas tęsėsi natūralioje aplinkoje, kur nebuvo deguonies, pavyzdžiui, pelkėse, vandeniu užmirkusiuose dirvožemiuose ir žemėje, kurią nuolat dengia vanduo, pavyzdžiui, ežeruose ir upėse. Biologiniai anaerobinio virškinimo procesai reikalauja, kad kelių tipų bakterijos suskaidytų organines medžiagas keturiais etapais, įskaitant hidrolizę, fermentaciją, acetogenezę ir metanogenezę.
Nuo 2011 m. žmonių pramonė daugiausia anaerobiniam skaidymui naudoja metano dujas, skirtas kurui ir elektros gamybai. Tai atliekama atliekų apdorojimo įrenginiuose, kuriuose apdorojamos žemės ūkio atliekos, pavyzdžiui, mėšlas ar komunalinės atliekos. Alaus pramonė taip pat remiasi anaerobiniu skaidymu, kad organiniai šalutiniai alaus gamybos produktai suskaidytų į metano kurą, kuris kitu atveju turėtų būti pašalintas į komunalinių nuotekų valymo sistemas.
Gamtoje vykstantis anaerobinio skaidymo procesas taip pat padeda generuoti atsinaujinančios energijos formą, žinomą kaip gamtinės dujos. Nors gamtinės dujos yra iškastinis kuras, jas sudaro apie 80 % metano kartu su kitomis susijusiomis dujomis, tokiomis kaip propanas ir butanas, ir jas žemė gamina lengviau nei kitas iškastinis kuras, pavyzdžiui, nafta. Tai iškastinis kuras, dažnai nusodinamas kartu su kitu iškastiniu kuru, taip pat anglimi ir nafta.
Pramoniniai biomasės reaktoriai, apdorojantys biomasės atliekas, pavyzdžiui, mėšlą, kad sukurtų kurą, paprastai išskiria mažiau metano dujų tūrio procentais, nei yra gamtinėse dujose. Tipiškas nustatyto tūrio biodujų išeiga iš katilinės yra nuo 50 % iki 80 % metano, su dideliu išmetamųjų dujų kiekiu anglies dioksido pavidalu – nuo 20 % iki 50 %. Proceso metu taip pat susidaro kitų dujų pėdsakų, kurie turi tam tikrą komercinę vertę, pavyzdžiui, vandenilis, azotas ir deguonis, taip pat susidaro toksiškos dujos, kurias reikia saugiai pašalinti, įskaitant vandenilio sulfidą ir anglies monoksidą.
Biologiniai procesai, būtini, kad atliekos būtų virškinamos efektyviai, gali būti sudėtingi ir priklausyti nuo griežtai kontroliuojamų sąlygų. Temperatūra kelia didelį susirūpinimą procese, nes atliekas skaidančios bakterijos geriausiai klesti skirtingu lygiu. Kai kurios bakterijos yra mezofilinės, klesti esant vidutinei 98° Farenheito (36.7° Celsijaus) temperatūrai, o kai kurios yra termofilinės ir klesti aukštesnėje optimalioje 130° Farenheito (54.4° Celsijaus) temperatūroje.
Sąlygos turi būti pakeistos atsižvelgiant į temperatūrą, pH ir kitus veiksnius, pvz., vandens ir kietųjų medžiagų santykį biomasės mišinyje ir anglies/azoto santykį, nes organinė medžiaga taip pat yra chemiškai skaidoma. Du pagrindiniai bakterijų tipai, naudojami anaerobiniam virškinimui, yra acetogeninės ir metanogeninės bakterijos, ir, nors jos naudojamos kartu, kiekviena turi unikalias gyvenimo sąlygas, kuriomis jos klesti. Acetogeninės bakterijos gamina cheminį acetatą anaerobinio virškinimo metu, o metanogeninės bakterijos gamina metaną.
Biomasės medžiaga imama keturiais etapais efektyviam metano regeneravimui. Hidrolizės stadijoje naudojamas vanduo kietosioms ar pusiau kietoms medžiagoms skaidyti į paprastesnius junginius, o tada fermentacija arba acidogenezė naudojama angliavandenių grandinės struktūroms suskaidyti į baziškesnius junginius, tokius kaip amoniakas, vandenilis ir organinės rūgštys. Tada acetogenezė naudojama kaip trečiasis proceso etapas, kai acetogeninės bakterijos organines rūgštis paverčia acto rūgštimi kartu su kitais šalutiniais produktais, tokiais kaip vandenilis ir anglies dioksidas. Paskutiniame metanogenezės etape metanogeninės bakterijos sujungia šiuos pirminius galutinius acetato, vandenilio ir anglies dioksido produktus į metaną, kuris vėliau gali būti naudojamas kurui.