Biogasbildung

Unter anaeroben Bedingungen (Mangel an Luftsauerstoff) verarbeiten Mikroorganismen in einem vierstufigen Prozess (Hydrolyse – Versäuerung – acetogene Phase – methanogene Phase) die organische Substanz zu Biogas und einem Substrat aus Wasser, nicht abgebauter organischer Substanz und anorganischen Bestandteilen.

Abbildung 1: Vereinfachtes Schema der Biogasbildung

Das Bild zeigt vereinfacht den Prozess der Biogasbildung: Die Inhaltsstoffe des Substrates, also Kohlehydrate, Fette und Eiweiße werden mit Hilfe hydrolytischer Bakterien zerlegt in Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren und Basen. Durch fermentative Bakterien erfolgt eine weitere Aufspaltung in Carbonsäuren, Gase und Alkohole. Auf Stufe 3 wandeln acetogene Bakterien diese Stoffe in Essigsäure, Wasserstoff und CO2 um, im letzten Schritt entsteht durch methanogene Bakterien das Rohbiogas, bestehend aus Methan und CO2. Das Bild zeigt vereinfacht den Prozess der Biogasbildung: Die Inhaltsstoffe des Substrates, also Kohlehydrate, Fette und Eiweiße werden mit Hilfe hydrolytischer Bakterien zerlegt in Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren und Basen. Durch fermentative Bakterien erfolgt eine weitere Aufspaltung in Carbonsäuren, Gase und Alkohole. Auf Stufe 3 wandeln acetogene Bakterien diese Stoffe in Essigsäure, Wasserstoff und CO2 um, im letzten Schritt entsteht durch methanogene Bakterien das Rohbiogas, bestehend aus Methan und CO2.

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Das Bild zeigt vereinfacht den Prozess der Biogasbildung: Die Inhaltsstoffe des Substrates, also Kohlehydrate, Fette und Eiweiße werden mit Hilfe hydrolytischer Bakterien zerlegt in Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren und Basen. Durch fermentative Bakterien erfolgt eine weitere Aufspaltung in Carbonsäuren, Gase und Alkohole. Auf Stufe 3 wandeln acetogene Bakterien diese Stoffe in Essigsäure, Wasserstoff und CO2 um, im letzten Schritt entsteht durch methanogene Bakterien das Rohbiogas, bestehend aus Methan und CO2.

1. Stufe: Hydrolyse

Langkettige Stoffe, Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette werden in kürzere Bruchstücke, wie Einfachzucker, Glyzerin, Fettsäuren und Aminosäuren, aufgespalten. Dieses geschieht mit Hilfe von Enzymen, die von Bakterien (hydrolytische Bakterien) produziert werden.

2. Stufe: Versäuerung

Fermentative Mikroorganismen spalten die Zwischenprodukte aus der 1. Stufe auf. Als Endprodukt entstehen überwiegend kurzkettige Fettsäuren, wie Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure. Außerdem kommt es zur Bildung von Milchsäure, Alkoholen, Wasserstoff und Kohlendioxid.

3. Stufe: Acetogenese

In dieser Phase werden einige Produkte der Versäuerungsphase, Propionsäure, Buttersäure, Milchsäure, Alkohole und Glycerin, von den acetogenen Mikroorganismen zu Essigsäure, Wasserstoff und CO2 umgewandelt. Diese Bakterien sind auf die Symbiose mit Methanbakterien angewiesen, da sie Wasserstoff produzieren, aber nur bei niedrigem Wasserstoffgehalt lebensfähig sind.

4. Stufe: Methanbildung

Die methanogenen Bakterien benötigen eine sauerstofffreie Umgebung und reagieren empfindlich auf Licht und Temperaturschwankungen. Das Endprodukt dieser schrittweisen Vergärung ist ein Gasgemisch, das aus Methan, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Wasserdampf besteht.