Regenerative Energie
Biogas entsteht in einem mehrstufigen Prozeß, der Vergärung oder Faulung, durch die Aktivität von anaeroben Mikroorganismen, d.h. unter Ausschluß von Luft bzw. Sauerstoff. An dem Prozeß sind vielfältige Organismenstämme beteiligt, deren Zusammensetzung sich jeweils aus den spezifischen Prozeßbedingungen ergibt (z.B. Ausgangsstoff der Vergärung, Temperatur, pH-Wert etc.). Da sich die Mikroorganismen insofern an verschiedene Substrate anpassen können, ist fast jede organische Substanz durch Vergärung abbaubar.
Die in der Regel hochmolekulare organische Substanz wird in mehreren Stufen abgebaut zu wenigen niedermolekularen Stoffen bis hin zum Methan. Neben dem Biogas entsteht bei der Prozeßkette als Gärrückstand ein Gemisch aus Wasser, nicht abgebauter organischer Substanz (meist zellulosereiche oder holzige Substanz) sowie nicht organischer Substanz (meist Sand und andere Bodenteilchen, Salz und andere Minerale). Die Vergärung findet im feuchten Milieu statt, die Mikroorganismen benötigen mindestens ca. 50 % Wasser im Ausgangssubstrat.
Die 1. Stufe der Vergärung ist die Hydrolyse. In dieser Phase wird hochmolekulare organische Substanz von Bakterien zu kleineren Einheiten aufgespalten, in der Regel durch Anlagerung bzw. Zwischenlagerung von Wassermolekülen an die Spaltstellen (Hydrolyse). Die Aufspaltung von holziger Substanz (Lignin) ist den Mikroorganismen nur sehr schwer möglich, weshalb Holz insgesamt als in der Vergärung nicht oder nur extrem langsam abbaubar gilt.
Die 2. Stufe der Vergärung ist die Säurebildung. In dieser Phase werden die kleineren Moleküleinheiten von Bakterien zu niedermolekularen organischen Säuren abgebaut, z.B. zu Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Milchsäure, sowie Alkoholen, Kohlendioxid (gering) und Wasserstoff (gering). Das Temperaturoptimum für die Säurebildung liegt bei etwa 30 °C, das pH-Optimum bei etwa pH 6. Im gesamten Prozeß gebildeter und nicht abgeführter Wasserstoff hat eine hemmende Wirkung auf die Säurebildungsphase.
Die 3. Stufe der Vergärung ist die Essigsäurebildung. In dieser Phase werden die niedermolekularen organischen Säuren und Alkohole von Bakterien zu Essigsäure, Kohlendioxid und Wasserstoff abgebaut. Auch auf diesen Prozeß wirkt eine ehöhte Wasserstoffkonzentration hemmend.
Die 4. Stufe der Vergärung ist die Methanbildung. In dieser Phase werden Essigsäure, Kohlendioxid und Wasserstoff von Bakterien zu Methan umgesetzt, Kohlendioxid ist hierbei im Überschuß und verbleibt als Rest im Gasgemisch. Aufgrund verschiedener Mikroorganismengruppen ergeben sich für diesen Prozeß - wie für viele andere biologische Prozesse auch - zwei Temperaturoptima, der mesophile Bereich (ca. 35 °C) und der thermophile Bereich (ca. 55 °C). Das pH-Optimum liegt bei etwa pH 7, so daß eine kontinuierliche Verarbeitung der Zwischenprodukte erforderlich ist, um einer Versäuerung es Prozesses entgegenzuwirken.
