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Die vier Phasen der anaeroben Vergärung: Wie wandelt dieser Prozess Abfall in erneuerbare Energie um?
Wenn wir über die Zukunft der Abfallwirtschaft und erneuerbarer Energien sprechen, ist die anaerobe Vergärung eine überzeugende Technologie. Es handelt sich dabei um ein System biochemischer Prozesse, die biologisch abbaubare organische Stoffe in einer sauerstoffarmen Umgebung zersetzen. Diese Prozesse tragen nicht nur zur Reduzierung des Abfallvolumens bei, sondern wandeln ihn auch in nutzbare Energie um, etwa in Gase wie Methan und Kohlendioxid. In diesem Artikel werden wir uns die vier Hauptphasen der anaeroben Vergärung genauer ansehen: Hydrolyse, Versauerung, Acetogenese und Methanogenese. Die einzelnen Stufen sind miteinander verbunden und bilden ein wirksames System, wodurch eine Abfallwiederverwendung und Energiegewinnung erreicht wird.
Der erste Schritt im anaeroben Verdauungsprozess ist die Hydrolyse, bei der komplexe organische Moleküle in einfachere, lösliche Moleküle umgewandelt werden.
Hydrolyseprozess
In den Anfangsstadien der anaeroben Vergärung zerlegen Bakterien im Organismus komplexe organische Polymere, wie etwa Kohlenhydrate, die in lösliche Derivate zerlegt werden müssen, die von anderen Bakterien genutzt werden können. Dieser Vorgang wird Hydrolyse genannt und die Hydrolyseprodukte wie Monosaccharide, Aminosäuren und Fettsäuren können nachfolgenden Bakterien direkt als Energiequelle zur Verfügung gestellt werden.
Versäuerungsphase
Darauf folgt die Ansäuerungsphase, in der säureproduzierende Bakterien die verbleibende organische Substanz weiter zersetzen und dabei flüchtige Fettsäuren, Ammoniak, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff produzieren. Dieser Vorgang ähnelt dem Ranzigwerden von Milch und ermöglicht die weitere Umwandlung der organischen Stoffe in Reaktionsprodukte, um im nächsten Schritt den Bedarf der Bakterien zu decken.
Die mikrobielle Aktivität in der Ansäuerungsphase ist ein wichtiger Teil des gesamten anaeroben Vergärungsprozesses und kann die Bildung von Essigsäure wirksam fördern.
Phase der Acetat-Herstellung
Im dritten Schritt verwerten acetogene Bakterien die im Versäuerungsschritt entstandenen organischen Säuren und produzieren hauptsächlich Essigsäure, Kohlendioxid und Wasserstoff. Diese Produkte werden im letzten Schritt in Methan umgewandelt und tragen so zusätzlich zur Energieerzeugung bei.
Methanogene Phase
Die letzte Phase ist die Methanogenese, in der methanogene Archaeen die Produkte der vorherigen Phasen, nämlich Acetat und andere Zwischenprodukte, verwenden und in Methan, Kohlendioxid und Wasser umwandeln. Diese Produkte stellen den Hauptbestandteil des Biogases dar, das aus Systemen zur anaeroben Vergärung freigesetzt wird. Der Prozess ist sehr pH-empfindlich und muss normalerweise bei einem pH-Wert zwischen 6,5 und 8 durchgeführt werden.
Die mikrobielle Gemeinschaft leistet in jeder Phase wichtige Beiträge zur Förderung des effizienten Betriebs des gesamten anaeroben Vergärungssystems.
Anwendung der anaeroben Vergärungstechnologie
Aufgrund der steigenden Nachfrage nach erneuerbarer Energie wird die Technologie der anaeroben Vergärung zunehmend in der Abfallwirtschaft und Energieerzeugung eingesetzt. Mithilfe dieser Technologie lassen sich verschiedene biologisch abbaubare Abfälle in nutzbare Energie wie etwa Methan umwandeln. Zudem werden die Kosten dieser Technologie durch neue Forschungen und Fortschritte laufend gesenkt. Regierungen weltweit, insbesondere die des Vereinigten Königreichs und Deutschlands, haben ihre große Besorgnis über diese Technologie zum Ausdruck gebracht und ihre Unterstützung dafür zum Ausdruck gebracht.
Zukunftsaussichten
Am Beispiel des Hochdruck-Vergärungssystems lässt sich mit dieser neuen Technologie der Methangehalt weiter steigern, was wiederum die Effizienz der Abfallumwandlung in Energie verbessert. Mit dem Fortschritt in Wissenschaft und Technik wird die Anwendung der anaeroben Vergärung ein größeres Entwicklungspotenzial haben.
Vielseitige Fortschritte haben die anaerobe Vergärung zu einer Schlüsseltechnologie nicht nur für die Ressourcenrückgewinnung, sondern auch für die Energiewiederverwendung gemacht.
Bei unserer Suche nach einer nachhaltigen Zukunft müssen wir uns zwangsläufig fragen: Können technologische Fortschritte Abfallwirtschaft und erneuerbare Energien einander näher bringen und dadurch unsere Lebensweise verändern?
