Anaerobe Prozesse: Gärung & sauerstofffreier Abbau verstehen

Einleitung

Während komplexere Organismen dazu neigen, aerobe Atmung zu betreiben, können einige Mikroorganismen organische Materie effektiv ohne jeglichen Sauerstoff abbauen. Glücklicherweise, da sie Methan produzieren und organische Materialien in Situationen abbauen können, in denen kein Sauerstoff verfügbar ist, wie in stagniertem Wasser.

Gärung

„Anaerob“ bezieht sich auf einen Prozess, der keinen Sauerstoff beinhaltet. Organische Materialien, die ohne Sauerstoff abgebaut werden, führen zu Gärung. Gärung ist der Prozess, bei dem organisches Material durch lebende anaerobe Organismen abgebaut wird. Anaerobe Organismen verwenden Phosphor, Stickstoff und andere Nährstoffe, um Protoplasma zu entwickeln. Anders als aerobe Bakterien verwandeln anaerobe Bakterien organischen Stickstoff in Säuren und Ammoniak. Sie geben Kohlenstoff in Form von Methangas ab. Eine kleine Menge Kohlenstoff verteilt sich als CO2.

Zersetzung organischer Materie

Moore enthalten große Mengen an Methan aufgrund anaeroben Gärung. Wenn organische Materie durch Fäulnis zersetzt wird, entstehen unangenehme Gerüche, die von Schwefelwasserstoff und organischen Verbindungen herrühren, die Schwefel enthalten, wie Mercaptane. Organisches Material, das durch anaerobe Prozesse zersetzt wird, wird schließlich zu Humus.

Humus

Humus ist ein wichtiges Material für Gartenbau und Landwirtschaft. Dieser Humus erfährt eine geringe Oxidation, die das Material nicht negativ als Gartenbau- oder Landwirtschaftshilfe beeinflusst. Organisches Material enthält so viel Energie, dass anaerobe Zersetzung tatsächlich Wärme durch den Prozess erzeugen kann. Die durch den aeroben Prozess erzeugte Wärme kann manchmal hoch genug sein, um Krankheitserreger abzutöten, aber der anaerobe Prozess ist normalerweise nicht heiß genug. Allerdings verlassen Krankheitserreger oft die Umgebung, weil sie für ihr Wachstum ungeeignet ist und biologische Antagonisten vorhanden sind.

Feuchtigkeit

Anaerobe Kompostierung tritt am häufigsten in Umgebungen auf, in denen eine große Menge an Feuchtigkeit vorhanden ist, weil die Feuchtigkeit als Barriere wirkt und verhindert, dass Sauerstoff eindringt. Menschen, die anaerobe Kompostierung betreiben, könnten unangenehme Gerüche bemerken, aber das Eintauchen des Materials in Wasser verursacht, dass die Gase langsamer lösen und in die Atmosphäre eintreten, wodurch die Gerüche reduziert werden.

Anaerobe Verdauung

Die anaerobe Verdauung durchläuft vier Stadien. Das erste Stadium ist Hydrolyse, wenn organisches Material durch Wasser in einfache organische Moleküle zerbricht. Das Wasser bricht die chemischen Bindungen. Als nächstes tritt Gärung oder Acidogenese auf, was die Zersetzung von Kohlenhydraten durch Bakterien, Enzyme, Schimmelpilze und Hefen beschleunigt. Dann wandeln acetogene Bakterien die Produkte der Gärung in einem Prozess namens Acetogenese zu Acetat um. Unterdessen tritt Methanogenese auf, wenn Bakterien Acetat, Wasserstoff und Kohlendioxid abbauen. Methanogene und acetogene Bakterien arbeiten zusammen, wobei die methanogenen Bakterien die Wasserstoffwerte niedrig genug halten, damit die acetogenen Bakterien die Gärungsprodukte abbauen können.

Anwendungen

Die anaerobe Verdauung spielt eine wichtige Rolle in der biologischen Abwasserbehandlung sowie in der Humusproduktion. Dieser Verdauungsprozess wandelt Abwasser­schadstoffe in Kohlendioxid, Methan und kleine Mengen an Biosoliden um. Anaerobe Verdauung kann auch Methan­kraftstoff erzeugen. Da einige Bakterien, die sich in den zersetzenden Materialien befinden, Säuren produzieren, die den pH-Wert senken, müssen Menschen, die anaerobe Zersetzung zur Methangas­produktion verwenden, Natriumbikarbonat hinzufügen, um die Mischung basisch zu halten.