PRACA DYPLOMOWA

W Polsce powstaje około 13,5 mln Mg odpadów komunalnych rocznie, z czego do

obiektów odzysku i unieszkodliwiania trafia 12,2 mln Mg, natomiast reszta

(ok. 10%) trafia do środowiska w sposób niekontrolowany [23]. Krajowy Plan

Gospodarki Odpadami wydziela 18 strumieni odpadów komunalnych. Do

odpadów ulegających biodegradacji zalicza się:

➢ odpady kuchenne;

➢ odpady zielone;

➢ papier i tekturę (nieopakowaniowe);

➢ opakowania z papieru i tektury.

Ilość wytwarzanych odpadów komunalnych uzależniona jest od typu zabudowy:

miejskiej lub wiejskiej. Różnice dla odpadów organicznych są znaczne, gdyż z

terenów miejskich pochodzi 5-krotnie więcej bioodpadów niż z wiejskich

[Tabela 1], gdzie są one w większości wykorzystywane w indywidualnych

gospodarstwach domowych.

Tabela 1. Bilans odpadów organicznych w Polsce w 2000 r. na terenach miejskich i wiejskich [23]

Lp.	Strumienie odpadów komunalnych		Ilość odpadów
						Tereny miejskie		Tereny wiejskie		Ogółem
						10^3 t/rok	%	10^3 t/rok	%	10^3 t/rok	%
1.	Odpady kuchenne ulegające biodegradacji		2164	21,3	330	9,9	2494	18,5
2.	Odpady zielone		240	2,4	62	1,9	302	2,2
3.	Papier i tektura (nieopakowaniowe)		687	6,8	159	4,8	845	6,3
4.	Opakowania z papieru i tektury		996	9,8	230	6,9	1226	9,1
5.	Razem	Odpady organiczne	4087	40,3	781	23,5	4867	36,1
				Odpady komunalne	10164	100,0	3339	100,0	13503	100,0

METAN

wartość opałowa 11 954 kcal/kg = 50,05 MJ/kg

ciepło spalania 13 264 kcal/kg = 55,53 MJ/kg

Jego wartość opałowa to ok. 35,8 MJ/Nm3, co oznacza, że biogaz o średniej zawartości metanu na poziomie 60% posiada wartość opałową: 21,5 MJ/Nm3.

monosacharydy (cukry proste),

glukoza, fruktoza, mannoza, galaktoza - C₆H₁₂O₆

disacharydy (dwucukry):

sacharoza. maltoza (cukier słodowy), laktoza - C₁₂H₂₂O₁₁

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O -^{roztwór kwasu, enzymy (inwertaza)}-> C₆H₁₂O₆(glukoza) + C₆H₁₂O₆(fruktoza)

polisacharydy (wielocukry):

skrobia (krochmal), celuloza (błonnik), glikogen - (C₆H₁₀O₅)_n, n>200

fragmenty glikozydowe: C₆H₁₀O₅ (C₆H₇O₂(OH)₃)

hydroliza:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O -^{roztwór kwasu, enzymy}-> n(C₆H₁₂O₆)

Bacillus methanigenus

W procesie fermentacji powstaje także przyjazny środowisku i dobrze wchłaniany przez rośliny nawóz organiczny.

Biogazownie typu NaWaRo, wykorzystujące jako substrat rośliny specjalnie na ten cel uprawiane. Najczęściej substratem dla takich instalacji są kiszonki z całych roślin kukurydzy, zbóż, traw. Zaletami stosowania wsadu roślinnego jest wysoka wydajność produkcji biogazu i dostępność substratu niemal w każdym rejonie. Zespoły prądotwórcze silniki LOMBARDINI diesel, seria L 2,2-33 kVA 50 Hz, 1500 i 3000 obr/min - silniki diesel Lombardini, czterosuwowy - chłodzenie powietrzem (seria TE) lub cieczą (seria WT) - prędkość obrotowa 3000 obr./min (seria 30L) i 1500 obr/min (seria15L) - napięcie jednofazowe 230 V (seria MS i ME) oraz trójfazowe (seria TS i TE)400/230 V z dostępnym przewodem neutralnym - współczynnik mocy 0.8 - system filtrów powietrza i paliwa - elektryczny rozrusznik 12V - mechaniczny regulator prędkości obrotowej - podgrzewacz bloku silnika - prądnica synchroniczna, bezszczotkowa, z samoregulacją - napięcie wyjściowe 230 V lub 400/230V - częstotliwość 50Hz - mechaniczny/elektroniczny regulator napięcia - klasa izolacji H - stopień ochrony IP21 - automatyczna ładowarka akumulatorów (w zespołach z rozruchem automatycznym) - wyłącznik stanowiący zabezpieczenie zwarciowe i przeciążeniowe - przystosowany do pracy z urządzeniami UPS true on-line

Fermentacja jest to złożony, wieloetapowy, biochemiczny proces rozkładu związków organicznych (przede wszystkim zawierających grupę hydroksylową - (-OH)) bez udziału tlenu. Najczęściej jest to beztlenowy rozkład węglowodanów (organiczne związki: węgla, wodoru i tlenu - C_mH_2nO_n lub C_m(H₂O)_n), przeprowadzany przez niektóre bakterie lub grzyby (drożdże, pleśnie). Produktami fermentacji są mniej złożone związki organiczne oraz energia zmagazynowana w chemicznych wiązaniach wysokoenergetycznych.

Substancjami, które znacznie przyspieszają, a niekiedy wręcz umożliwiają fermentację są wytworzone przez liczne drobnoustroje - enzymy (wielkocząsteczkowe, najczęściej białkowe, biokatalizatory zwiększające wydajność specyficznych reakcji chemicznych poprzez obniżenie ich energii aktywacji).

Fermentacja, jako charakterystyczne dla małych organizmów wewnątrz komórkowe „oddychanie beztlenowe” (anaerobowe) ma w stosunku do „oddychania tlenowego” małą wydajność energetyczną. Przetwarzane są duże ilości związków organicznych, ale osiągany energetyczny zysk jest niewielki. Oznacza to, że w wyniku fermentacji nie zostaje wykorzystany cały potencjał energetyczny rozkładanego związku. Tak więc organiczne produkty powstające w procesie fermentacji zawierają jeszcze wiele niewykorzystanej energii chemicznej.

Istnieje wiele rodzajów fermentacji: mlekowa, masłowa, mannitowa, propionowa. Niektóre procesy powstawania związków organicznych z wykorzystaniem mikroorganizmów w biotechnologii są tradycyjnie określane jako fermentacja pomimo zachodzenia w warunkach tlenowych. Przykładem może tu być fermentacja octowa (produkcja kwasu octowego) lub fermentacja cytrynowa (produkcja kwasku cytrynowego). Jednak z punktu widzenia energetycznego wykorzystania powstałych w wyniku fermentacji produktów na szczególną uwagę zasługują dwa rodzaje fermentacji: alkoholowa i metanowa.

Fermentacja alkoholowa rozumiana jest najczęściej jako metoda produkcji alkoholu etylowego (etanol), która zachodzi w wodnym roztworze cukrów pod wpływem enzymów wytwarzanych przez drożdże (zymaza), najlepiej w temperaturze (34÷37)ºC. W uproszczeniu reakcję rozpadu, przykładowo glukozy, do etanolu i dwutlenku węgla, można zapisać jako: C₆H₁₂O₆ -^zymaza-> 2C₂H₅OH + 2CO₂. W procesie fermentacji otrzymuje się kilkunastoprocentowy wodny roztwór etanolu zawierający również niewielkie ilości: gliceryny, kwasu bursztynowego, kwasu octowego, jak również estry i wyższe alkohole (o większej ilości atomów węgla). W wyniku rektyfikacji (destylacji kaskadowej) uzyskać można ponad 95% wodny roztwór alkoholu etylowego (spirytus).

W procesie fermentacji alkoholowej produkowany jest głównie alkohol etylowy do celów spożywczych. Etanol do celów przemysłowych jest często produkowany poprzez bezpośrednią syntezę (synteza Fischera-Tropscha) z gazu syntezowego (mieszanina tlenku węgla (CO) i wodoru (H₂)): 2CO + 4H₂ -^xxxxx-> C₂H₅OH + H₂O. Metoda ta może być tańsza od fermentacji i można uzyskać czystszy chemicznie etanol.

W produkcji alkoholu na drodze fermentacji decydujący wpływ na jej koszt ma wartość wsadu, natomiast w syntezie Fischera-Tropscha produkcja gazu syntezowego, która jest relatywnie tania gdy gaz syntezowy jest generowany z gazu ziemnego, natomiast zdecydowanie droższa przy zgazowaniu paliw stałych: węgla lub biomasy roślinnej (głównie drzewnej), czy też odpadów.

Istnieją również inne technologie produkcji alkoholu etylowego, które łączą w sobie fermentację z metodą techniczną.

Z gazu syntezowego, w temperaturze ok. 300^oC i ciśnieniu 25 MPa w obecności katalizatora (tlenek: cynku (ZnO), chromu (Cr₂O₃) lub magnezu (MnO₂)), można też otrzymać alkohol metylowy (metanol - spiritus drzewny) - CO + 2H₂ -^ZnO-> CH₃OH.

Na drodze fermentacji nie tylko cukrów ale również celulozy (bakteria Clostridium Acetobutylicum) można otrzymać również alkohol butylowy (butanol) - C₆H₁₀O₅ ---> C₄H₉OH + 2CO₂. Butanol charakteryzuje się tym, że jego właściwości są zbliżone do właściwości benzyny i można go stosować jako paliwo do silników z zapłonem iskrowym bez jakichkolwiek modyfikacji silnika.

Paliwo	Wartość energetyczna	Ciepło parowania	RON	MON
Benzyna	32 MJ/l	0.36 MJ/kg	91-99	81-89
Butanol	29.2 MJ/l	0.43 MJ/kg	96	78
Etanol	19.6 MJ/l	0.92 MJ/kg	130	96
Metanol	16 MJ/l	1.2 MJ/kg	136	104

Butanol może być wykorzystany jako paliwo dla silników wewnętrznego spalania. Ponieważ jego właściwości zbliżone są do benzyny (patrz tabela), butanol może być użyty w 100% jako zamiennik benzyny bez konieczności modyfikacji silnika^[4].

Jako że wszystkie alkohole zawierają w cząsteczce atomy tlenu, mieszanka paliwowo-powietrzna musi być bogatsza w paliwo niż w przypadku benzyny czy innych paliw węglowodorowych. To z kolei ogranicza zastosowanie paliwa alkoholowego do nowoczesnych silników benzynowych z wtryskiem, które automatycznie (przez komputer sterujący silnikiem) regulują skład mieszanki i ilość wtryskiwanego paliwa. Ponieważ każdy silnik ma ograniczony zakres regulacji składu mieszanki paliwowo-powietrznej, nie można mieszać benzyny z alkoholem w dowolnych proporcjach. Ponieważ butanol w porównaniu do etanolu zawiera mniej tlenu w przeliczeniu na jednostkę masy, można go dodawać do benzyny więcej. I tak jak typowe mieszanki etanolu z benzyną mają 5-20% tego alkoholu, tak mieszanki z butanolem mogą mieć go 8-32%.

Lepkość butanolu jest kilka razy wyższa niż w przypadku benzyny (przy 20°C 3,64 cSt w porównaniu do 0,4-0,8 cSt), co może powodować kłopoty z układem paliwowym (np. z dobrym rozpyleniem paliwa przez wtryskiwacze).

Istnieje ryzyko, że butanol nie będzie odpowiedni dla niektórych elementów układu paliwowego (np. uszczelek) i może powodować ich rozmiękanie bądź rozpuszczanie.

Na dzień dzisiejszy nie ma samochodów (silników) zdolnych pracować na 100% butanolu.

Przypisy:
(1) źródło [1] nie precyzuje, czy chodzi o wartość opałową czy ciepło spalania

4CO + 8H₂ --> C₄H₉OH + 3H₂O.

Fermentacja metanowa jest to wieloetapowy zespół przemian biochemicznych, w wyniku których następuje biologiczny rozkład substancji organicznych przeprowadzany w warunkach beztlenowych przez bakterie anaerobowe (beztlenowe). W wyniku fermentacji metanowej złożone substancje organiczne są stopniowo rozkładane do prostszych związków. Między innymi powstaje gaz (biogaz), który jest głównie mieszaniną: metanu (CH₄) i dwutlenku węgla (CO₂), śladowych ilości gazów, takich jak: siarkowodór (H₂S), amoniak (NH₃) oraz przefermentowany osad o wysokim stopniu zmineralizowania. Proporcje metanu i dwutlenku węgla w biogazie zależą głównie od rodzajów substancji ulegających rozkładowi (substrat). Przy fermentacji węglowodanów (cukrowce i sacharydy) metan i dwutlenek węgla pozostają w stosunku objętościowym 1/1, w przypadku fermentacji: białek, tłuszczów lub aminokwasów stosunek objętościowy metanu do dwutlenku węgla jest ok. 7/3.

W procesie fermentacji metanowej wyróżnia się cztery zasadnicze etapy, w których wiodącą rolę spełniają różne grupy bakterii wymagających różnych warunków środowiskowych oraz częściowo ze sobą współpracujących (syntrofia).

Pierwszy etap fermentacji metanowej to hydroliza, podczas której następuje katalityczny rozpad złożonych cząsteczek związków chemicznych na mniejsze fragmenty w reakcji z wodą. Przy katalitycznym udziale enzymów (amylaza, proteaza, lipaza) wydzielanych przez bakterie z grupy względnych beztlenowców (Enterobacterium, Streptocoscus), węglowodany, tłuszcze i białka (polimery) są rozbijane (depolimeryzacja) do prostszych związków i substancji (monomery i dimery) rozpuszczalnych w wodzie, takich jak: cukry proste (monocukry), kwasy tłuszczowe i aminokwasy. Węglowodany takie jak: skrobia, sacharoza, pektyny, celuloza i hemicelulozy, rozkładane są na cukry proste, natomiast: tłuszcze, lipidy, trójglicerydy do: gliceryny (glicerol), cholesterolu i wyższych kwasów tłuszczowych (od C₁₅), z kolei białka do aminokwasów.

Najszybciej hydrolizie ulegają niektóre węglowodany (do kilku godzin), zdecydowanie wolniej białka i tłuszcze (do kilku dni), natomiast najwolniej i niecałkowicie celuloza.

W drugim etapie - kwasogeneza (acidogenic phase - faza kwaśna) półprodukty uzyskane w wyniku hydrolizy są przetwarzane przez specjalistyczne mikroorganizmy w procesach metabolicznych (przemiana materii w żywych organizmach) do krótkołańcuchowych kwasów organicznych głównie tłuszczowych: masłowy (butanowy - CH₃(CH₂)₂COOH), walerianowy (pentanowy - CH₃(CH₂)₃COOH), kapronowy (heksanowy - CH₃(CH₂)₄COOH) oraz kwasy: mrówkowy (metanowy - HCOOH), octowy (etanowy - CH₃COOH), propionowy (propanowy - CH₃CH₂COOH). W ograniczonym zakresie dochodzi tu do tworzenia innych substancji, takich jak: alkohole (metanol, etanol), aldehydy (np. octowy - CH₃CHO) oraz wodór (H₂) i dwutlenek węgla (CO2), jak również: siarkowodór (H₂S) i amoniak (NH₃), które odpowiadają w tej fazie procesu za intensywny zapach.

Bakterie fazy kwaśnej, będące fakultatywnymi beztlenowcami, zużywają przypadkowo wprowadzony do procesu tlen, stwarzając dogodne warunki do rozwoju obligatoryjnych beztlenowców (Pseudomonas, Bacillus, Clostridium).

http://www.bbizeneris.pl/pl/rynek/biogaz/biogaz-z-zastosowaniem-biomasy-roslinnej--technologia.html

W trzecim etapie - faza octanowa (acetogenic phase - octanogeneza) z kwasów organicznych oraz alkoholi powstaje kwas octowy (CH₃COOH). Reakcje zachodzące w fazie octanowej są endotermiczne. Przykładowo degradacja do kwasu octowego: kwasu propionowego - CH₃CH₂COOH + 2H₂O -^{bakterie octowe}-> CH₃COOH + 3H₂ + CO₂, wymaga dostarczenia 76,11 kJ/mol, natomiast alkoholu etylowego - CH₃(CH₂)OH + H₂O -^{bakterie octowe}-> CH₃COOH + 2H₂, wymaga dostarczenia 9,6 kJ/mol [Wiley].

W tym samym czasie, organiczny azot i związki siarki może być mineralizowany (rozkład substancji do prostych stałych związków nieorganicznych) do siarkowodoru przez produkowanie amoniaku.

Ostatni etap fermentacji metanowej to metanogeneza. Realizowany on jest przez metanogeny, zwane tradycyjnie bakteriami metanogennymi, które według obecnych klasyfikacji nie są zaliczane do bakterii, są to archeowce, u których głównym produktem oddychania jest metan.

Metan w ok. (27÷30)% powstaje w wyniku redukcji dwutlenku węgla i wodoru: CO₂ + 4H₂ -^metanogeny-> CH₄ + 2H₂O (-136 kJ/mol) oraz w ok. 70% w wyniku rozpadu kwasu octowego: (CH₃COOH -^metanogeny-> CH₄ + CO₂ (-36 kJ/mol).

Niewielkie ilości metanu oraz dwutlenku węgla i amoniaku mogą powstać ze związków zawierających azot, takie jak białka, które po hydrolizie tworzą aminy fermentujące według schematu: 4(CH₃)₃N + 6H₂O ---> 9CH₄ + 3CO₂ + 4NH₃

Trimetyloamina

Teoretyczną wydajność fermentacji metanowej można opisać równaniem Buswell'a (1930 r.): C_cH_hO_oN_nS_s + yH₂O ---> xCH₄ + (c−x)CO₂ + nNH₃ + sH₂S,
gdzie: x=1/8(4c+h-2o-3n-2s), y=1/4(4c-h-2o+3n+3s) [Wiley].

Przykładowe reakcje:

węglowodany (glukoza): C₆H₁₂O₆ ---> 3CH₄ + 3CO₂;

tłuszcze: C₁₂H₂₄O₆ + 3H₂O ---> 7.5CH₄ + 4.5CO₂;

białka: C₁₃H₂₅O₇N₃S + 6H₂O ---> 6.5CH₄ + 6.5CO₂ + 3NH₃ + H₂S.

Te wyspecjalizowane organizmy są bardzo wrażliwe na zakłócenia procesu (np. silne wahania temperatury).

Podczas fermentacji odpadów stałych tylko ok. połowa substancji organicznych ulega rozkładowi. Pozostała ilość złożonych substancji organicznych nie ulega biodegradacji z powodu braku odpowiednich enzymów depolimeryzacyjnych, ponieważ nie ma organizmów, które by je potrafiły wyprodukować. [AJ]

Główne zarysy technologii fermentacji metanowej zostały ustalone, a następ­nie udoskonalone, w latach trzydziestych dwudziestego wieku w Niemczech i Sta­nach Zjednoczonych Ameryki Północnej. Nowoczesną technologie zastosowano w dużych oczyszczalniach ścieków miejskich i przemysłowych. Kiedy powstały duże bezściółkowe fermy hodowlane, skorzystano z wypracowanych technologii i adaptowano sprawdzone rozwiązania do fermentacji metanowej płynnych odcho­dów zwierzęcych lub roślinnych odpadów rolniczych [91

Schemat powstawania biogazu

Tablica 1. Ilość i jakość biogazu otrzymywanego z różnych surowców.

W zależności od surowca biogaz jest otrzymywany z:

• osadów ściekowych - nadmierny osad czynny, osad z osadników wstępnych, skratki;

• ścieków lub odpadów przemysłowych - gorzelni, wytwórni drożdży;

• odpadów płynnych z przetwórstwa rolniczego - spożywczego, wywary z gotowania mięs, zbitki z zakładów jajczarskich, wytłoki z owoców, treści żołądków i jelit, osady z rzeźni i procesów spożywczych, przeterminowane mleko [1];

• odchodów zwierzęcych - gnojówka, gnojowica, obornik, wody gnojowe [2,7];

• odpadów organicznych - traw, słomy, liści buraków, liści ziemniaków, łętów ziemniaczanych, kukurydzy, przeterminowanych i zepsutych kiszonek, resztek pożniwnych takich jak słoma pszenna, słoma żytnia, słoma rzepakowa, organiczna frakcja odpadów komunalnych;

• roślin energetycznych - poplony, zboża, trawy, miscantus, gigantea.

W pierwszej fazie (hydroliza), nierozpuszczalne w wodzie związki, jak: celuloza, białka,

i tłuszcze są rozbite do monomerów (woda - rozpuszczalne fragmenty) przez exoenzymes

(hydrolaza) fakultatywnych i obowiązkowo beztlenowych bakterii. Faktycznie, kowalentne

więzi są rozdzielone w reakcji chemicznej z wodą (Rysunek 2.2 ).

Hydroliza węglowodanów ma miejsce w granicach kilku godzin, hydrolizy

białek i lipidy w granicach kilku dni. Lignocellulose i lignina są zdegradowane tylko

powoli i niezupełnie.

Fakultatywne beztlenowe drobnoustroje biorą tlen rozpuszczony w wodzie

i tak spowoduj niski redoks potencjalny konieczny dla obowiązkowo beztlenowego

drobnoustroje.

Pierwszy etap fermentacji - glikoliza przebiega prawie tak samo jak w przypadku oddychania tlenowego, tzn. jej produktem jest pirogronian. Różnica zaznacza się w kolejnym etapie - pirogronian zamiast wejść do cyklu Krebsa, ulega dekarboksylacji (cząsteczka pomniejsza się o CO₂) i powstaje aldehyd octowy. Związek ten jest następnie redukowany przez wodór uzyskany w procesie glikolizy. W efekcie tworzy się alkohol etylowy (etanol).

Warto pamiętać, że drożdże należą do organizmów, które nie są bezwzględnymi beztlenowcami. To oznacza, że mogą być aktywne także w warunkach tlenowych. Jeśli w środowisku życia drożdży obecny będzie tlen, to fermentacja zostanie zastąpiona oddychaniem tlenowym i drożdże nie będą wytwarzać etanolu.  Sumarycznie procesy kryjące się pod nazwą fermentacji alkoholowej można zapisać za pomocą takiego oto uproszczonego równania:

C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2P_i   → 2 C₂H₅OH + 2 ATP + 2 CO₂

gdzie:

C₆H₁₂O₆ to glukoza

ADP to  adenozynodifosforan

P_i to reszta kwasu ortofosforowego

C₂H₅OH to etanol, czyli alkohol etylowy

ATP to adenozynotrifosforan, nośnik i magazyn energii chemicznej

CO₂ to dwutlenek węgla

Fermentację alkoholową wykorzystuje się różnych gałęziach przemysłu, do których należą: piwowarstwo, winiarstwo, gorzelnictwo. Stosuje się ją także w procesie  kandyzowania owoców.

ALKOHOLOWA FERMENTACJA, etanolowa fermentacja, enzymatyczny proces beztlenowego rozkładu sacharydów (w zasadzie → heksoz) na alkohol etylowy i dwutlenek węgla, dostarczający różnym drobnoustrojom i roślinom energii magazynowanej w postaci kwasu → adenozynotrifosforowego (ATP); przebiega wg ogólnej reakcji: C₆H₁₂O₆ + 2ADP + 2Pn → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP (Pn — fosforan nieorg.). W pierwszej fazie fermentacji alkoholowej skrobia i różne heksozy kosztem 1 lub 2 cząsteczek ATP są przekształcane w fruktozo-1,6-bisfosforan; w drugiej fazie z tego związku, wg ogólnej reakcji: C₆H₁₀O₆∙2(PO₃^-2) + 2NAD + 4ADP → 2CH₃COCOOH + 2NADH₂ + 4ATP, powstaje kwas pirogronowy; w trzeciej fazie z tego kwasu przez odszczepienie CO₂ tworzy się aldehyd octowy, który ulega redukcji (z udziałem NADH₂) do alkoholu etylowego; w komórkach zwierząt kwas pirogronowy jest redukowany do kwasu mlekowego (→ glikoliza); w obecności tlenu trzecia faza ulega zahamowaniu, a cały proces zwolnieniu (efekt Pasteura), gdyż kwas pirogronowy powstający w drugiej fazie jest spalany w cyklu → Krebsa, znacznie wydajniejszym energetycznie. Fermentacja alkoholowa przeprowadzana przez drożdże jest wykorzystywana np. do produkcji napojów alkoholowych, przy wypieku ciasta.

BIOGAZ, gaz palny stanowiący mieszaninę metanu (ok. 2/3 objętości) i dwutlenku węgla; tworzy się podczas beztlenowego rozkładu (fermentacji) substancji org. (w obecności bakterii metanowych); biogaz powstający w warunkach naturalnych, gł. z celulozy, jest zw. gazem błotnym lub gnilnym; otrzymywany z odpadów roślinnych, odchodów zwierzęcych, ścieków przem. i komunalnych jest stosowany jako gaz opałowy (wartość opałowa 20-27 MJ/m³), a pozostałość — nieprzefermentowana biomasa — stanowi cenny nawóz. Biogaz jest w wielu krajach wykorzystywany z powodzeniem do celów energ., np. w Chinach, Indiach, w Europie (gł. w Szwajcarii, Francji, Niemczech) oraz w USA, gdzie 1985 udział energii uzyskiwanej z biogazu stanowił 4,5% ogólnego zapotrzebowania.

METANOWE BAKTERIE, beztlenowe bakterie, gł. z rodziny Methanobacterium i Methanosarcina, wytwarzające metan przez redukcję dwutlenku węgla podczas beztlenowych procesów fermentacji, zachodzących w dennych mułach wód, bagien, ścieków, w glebach podmokłych, także w przewodzie pokarmowym przeżuwaczy; towarzyszą → metanotroficznym bakteriom; wydzielane przez b.m. produkty gazowe (gł. metan) mogą ulec samozapaleniu, dając tzw. błędne ogniki, niekiedy obserwowane nad bagnami; w praktyce b.m. są wykorzystywane do produkcji biogazu.

ATP - Odgrywa ważną rolę w biologii komórki, jako wielofunkcyjny koenzym i molekularna jednostka w wewnątrzkomórkowym transporcie energii. Stanowi nośnik energii chemicznej używanej w metabolizmie komórki. Powstaje jako magazyn energii w procesach fotosyntezy i oddychania komórkowego.

Rodzaj powstających związków zależy od składu enzymatycznego jaki zawierają komórki oraz od typu przetwarzanych substancji.

Fermentacja - to proces beztlenowych przemian enzymatycznych związków chemicznych (przede wszystkim zawierających grupę hydroksylową) której efektem jest uzyskanie energii, najczęściej pod postacią ATP. Proces umożliwia uzyskanie energii użytecznej metabolicznie - ATP - w warunkach beztlenowych organizmom stale lub okresowo żyjącym w warunkach beztlenowych. Fermentacje przeprowadzane są przez liczne drobnoustroje lub wytworzone przez nie enzymy.

Niektóre procesy produkcji związków organicznych z wykorzystaniem mikroorganizmów w biotechnologii określane są nazwa fermentacja pomimo zachodzenia w warunkach tlenowych. Przykładem jest fermentacja octowa przebiegająca z dostępem tlenu.

Do najważniejszych rodzajów fermentacji należą:

fermentacja alkoholowa C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂,

fermentacja cytrynowa (tlenowa) 3C₆H₁₂O₆ + 9O₂ + pleśnie Aspergillus niger → 2C₆H₈O₇ + 6CO₂ + 10H₂O + kcal,

fermentacja masłowa C₆H₁₂O₆ + bakterie masłowe → CH₃CH₂CH₂COOH + 2CO₂ + 2H₂ + ok. 15 kcal/mol (63 kJ/mol), (glukoza + bakterie masłowe → kwas masłowy),

fermentacja mlekowa C₆H₁₂O₆ + bakterie mlekowe → 2CH₃CHOHCOOH + 22,5 kcal, (cukier prosty + bakterie mlekowe → kwas mlekowy + energia),

fermentacja mannitowa (zwana też "śluzową" lub "gumową")

fermentacja metanowa

fermentacja octowa (tlenowa) C₂H₅OH + O₂

fermentacja propionowa

Fermentacja anaerobowa inaczej fermentacja beztlenowa to proces fermentacji bez dostępu tlenu.

Typowym przykładem fermentacji beztlenowej jest fermentacja alkoholowa, fermentacja metanowa lub fermentacja mlekowa.

---