Deze paragraaf behandelt de biochemische achtergrond van het
vergistingsproces. Aan het vergistingsproces neemt een groot aantal
verschillende micro-organismen deel. Dit proces kenmerkt zicht door anaërobe
omstandigheden, dat wil zeggen dat het proces zich afspeelt in een zuurstofloze
omgeving. De micro-organismen zetten complex, organisch materiaal om in CH4,
CO2, H2O, H2S en NH3.
Figuur: Biogas uit Biomassa.
Het vergistingsproces kan worden opgedeeld in vier fasen.
Deze zijn:
- Fermentatie (zuurvorming,
Acidogenese fase)
- Methanogenese
Figuur: Anaërobe
afbraakketen
Hydrolyse
In de eerste fase van het proces (de hydrolyse)
worden complexe, niet opgeloste biopolymeren (dit zijn vetten, eiwitten en
koolhydraten) omgezet in minder complexe, opgeloste verbindingen door inwerking
van extracellulaire enzymen. Deze enzymen worden gevormd door fermentatieve
bacteriën die deze opgeloste stoffen door de celwand en membraan kunnen
opnemen, Dit kunnen ze niet bij onopgeloste biopolymeren.
Koolhydraten worden ook wel sachariden genoemd. Zij
bestaan uit opgeloste mono- en disachariden en niet opgeloste polysachariden.
De mono- en disachariden kunnen al wel in de bacteriecel worden opgenomen,
daarom is de hydrolyse alleen voor de polysachariden. Hieronder volgen enkele
voorbeelden van sachariden:
Monosachariden:
- druivensuiker (D-glucose);
- vruchtensuiker (D-fructose).
Disachariden:
- biet-/rietsuiker
(sacharose);
Polysachariden:
Eiwitten bestaan uit lange ketens van aminozuren. De
extracellulaire enzymen knippen de ketens tot losse aminozuren. Een kenmerk van
aminozuren is de aanwezigheid van een NH2-groep en een carboxylgroep
(COOH). Een voorbeeld van een aminozuur is alanine.
Vetten zijn opgebouwd uit een glycerolmolecuul en
drie hogere vetzuren.
Voorbeelden hiervan zijn palmatinezuur en
stearinezuur).
Acidogenese
Na het omzetten de niet-opgeloste biopolymeren in
minder complexe, opgeloste verbindingen, volgt de acidogenese ofwel de
verzuringsfase. In de cellen van de fermentatieve bacteriën worden opgeloste
organische verbindingen omgezet in een reeks eenvoudige verbindingen. Een
aantal producten die daarbij vrijkomen zijn:
Deze producten hebben door hun samenstelling een
verzurende invloed op de omgeving. Daarom wordt de fermentatiefase ook wel de
zuurvormende fase genoemd.
Acetogenese
Hierbij vindt biochemische omzetting plaats van de in de fermentatiefase
ontstane organische stoffen. Naast azijnzuur (CH3COOH), koolzuurgas
(CO2) en waterstof (H2) ontstaat er ook nieuw
celmateriaal.
Methanogenese
In deze fase worden azijnzuur, waterstof en koolzuurgas
omgezet in biogas. Dit biogas bestaat voornamelijk uit methaangas (CH4)
en koolzuurgas. Deze fase wordt ook wel de methaanvormende fase genoemd.
Figuur: biogasproductieverloop
|
