Methaanvorming, methaangisting, biogas
Wat is het?
Organisch materiaal wordt in de natuur en onder “menselijk toezicht” onder anaerobe omstandigheden door micro-organismen afgebroken tot methaan en koolstofdioxide.
Methaan, CH4, beter bekend als aardgas, is net als CO2 een broeikasgas. Het houdt de uitstraling van warmte door de aarde tegen en doet dat zelfs 10 tot 20 keer beter dan CO2.
Aan de andere kant wordt de methaangisting met succes toegepast bij rioolwaterzuiveringsinstallaties en mestvergistingsinstallaties.
Het kost minder energie dan de aerobe afbraak van organische stoffen en levert zelfs energie op. Het gewonnen gas (methaan) wordt ook wel biogas genoemd. Als we deze energie gebruiken in plaats van fossiele brandstoffen beperken we het broeikaseffect. Zie ook koolstofkringloop.
Waar?
Op alle plaatsen waar plantenmateriaal zich verzamelt en er geen zuurstof (meer) aanwezig is.
Voorbeelden zijn toendra’s, moerassen, rijstvelden, de bodem van de zee en andere wateren waar plantaardig maar ook dierlijk materiaal is bezonken. Dan zijn er ook de rioolwaterzuivering, de biogasinstallaties en de herkauwers.
In de magen van de koe vindt wordt het gras afgebroken door micro-organismen. Tussenproducten en celmateriaal van de bacteriën kan de koe zelf opnemen. Het methaan wordt uitgescheiden , zo’n 500 liter per koe per dag. Er wordt veel onderzoek gedaan met als doel deze uitstoot te verminderen, bijvoorbeeld door de voeding te aan te passen.
Zoals genoemd wordt de methaangisting ook toegepast in rioolwaterzuiveringen en mestvergistingsinstallaties.
Het kost minder energie dan de aerobe afbraak van organische stoffen en levert zelfs energie op. Het gewonnen gas wordt ook wel biogas genoemd.
Hoe?
Methaan is het eindproduct van een reeks microbiologische omzettingen. Er is eerst voorwerk van andere micro-organismen nodig:
Hieronder een schema van het verloop:
Er zijn drie (stofwisselings)groepen micro-organismen aan het werk:
1.De eerste groep ,de zuurvormende bacteriën, breekt grote moleculen met exo-enzymen af in kleinere stukjes (hydrolyse), neemt deze kleiner moleculen op in de cel en vergist deze tot zuren alcoholen, CO2 en H2. , het proces wordt acidogenese genoemd.
2. Een tweede groep , de azijnzuurvormende bacteriën, verwerkt de diverse zuren tot azijnzuur en CO2 en H2 (voor zover ze daar niet in omgezet zijn), ook wel de acetogenese genoemd.
3. Azijnzuur en CO2 en H2 worden omgezet door de methaan bacteriën in CH2 en CO2 : de methanogenese .
Er zijn verschillende soorten micro-organismen betrokken bij het totale proces. Wil het goed verlopen dan moet er een evenwicht zijn. Loopt stap 1 te snel dan wordt een te grote hoeveelheid zuur gevormd die remmend werkt op de azijnzuurvormende en de methaanvormende micro-organismen. Een overdaad aan waterstof remt de stofwisseling van de azijnzuurvormende micro-organismen. (onderlinge afhankelijkheid van deze twee groepen).De methaan bacteriën moeten de H2 (gelijk)tijdig afvangen anders zal de acetogenese stil liggen. Hiervoor zijn strikt anaerobe omstandigheden noodzakelijk.
De methaanvormers horen allemaal tot de Archae , een aparte groep. De methaanvormig is een unieke anaerobe stofwisseling met zijn eigen unieke enzymen en electronendragers, er is sprake van een electronentransportsysteem en het is evenals de acetogenese in principe een ademhaling (electronentransport, proton motive force, oxidatieve fosforylering). Vaak wordt het hele proces methaangisting genoemd.De methaangisting is een onderdeel van de koolstofkringloop.