Biogas là gì? Cơ chế hình thành biogas ra sao?

Biogas là gì? Cơ chế hình thành biogas?

Biogas và cơ chế hình thành biogas

1. Biogas là gì?

Biogas hay còn gọi là khí sinh học là một dạng khí hỗn hợp được sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của phân động vật và những hợp chất hữu cơ lên men dưới tác động của các vi sinh vật.

Hỗn hợp khí biogas (hay khí sinh học biogas) được sinh ra gồm: khí metan (CH4) chiếm hơn 60%,  khí cacbonic (CO2) chiếm khoảng 30% và các khí khác như N2, H2, H2S,...

Trong đó khí metan (CH4) là chủ yếu và là khí tạo ra năng lượng khí đốt nhờ khả năng gây cháy. Lượng biogas sinh ra còn phụ thuộc vào quá trình phân huỷ sinh học, loại phân, tỷ lệ phối trộn với nước và nhiệt độ môi trường,...

Đặc tính của khí sinh học biogas:

- Khí biogas với trọng lượng riêng khoảng 0,95 Kg/m3có thể thay đổi do tỉ lệ khí CH4 trong hỗn hợp.

- Biogas có tính dễ cháy nếu được hòa lẫn theo đúng tỷ lệ, thường là 1/9 – 1/10 so với không khí.

2. Cơ chế hình thành khí sinh học trong hệ thống hầm biogas

Phân và các chất hữu cơ dưới tác động của các vi sinh vật trong môi trường hiếm khí sẽ bị phân huỷ thành các chất hoà tan và chất khí. Qua nhiều quá trình phản ứng, phần lớn các chất khí được chuyển hoá thành metan và khí cacbonic. Một phần nhỏ các nguyên tố khác như nitơ (N), phốt pho (P),... cũng bị thất thoát qua quá trình phân huỷ từ hầm biogas. Sự phân huỷ kỵ khí diễn ra qua nhiều giai đoạn, với sự tham gia của nhiều chủng loại. Đó là sự phân hủy tinh bột, protein và lipiqn thành acid amin, glyxerol, acid béo, methylamine, cùng với các chất khác,…

Và cuối cùng là liên kết cao phân từ mà nó khó có thể phân hủy được bởi các vi sinh vật yếm khí như xenlulozơ, lignin.

Quá trình hình thành biogas có thể diễn ra theo 2 giai đoạn với 2 con đường khác nhau:

Con đường thứ nhất:

- Giai đoạn 1:

+ Acid hoá xenlulozơ: (C6H10O5)n + nH2O -> 3nCH3COOH

+ Tạo muối:

Các bazơ (như NH4OH)  sẽ kết hợp với acid bazơ:

CH3COOH + NH4OH -> CH3COONH4 + H2O

- Giai đoạn 2:

+ Lên men metan nhờ sự thuỷ phân của của muối hữu cơ

CH3COONH4 + H2O -> CH4  + CO2 + NH4OH

Con đường thứ hai:

- Giai đoạn 1:

+ Cũng như giai đoạn 1 của con đường thứ nhất, là sự Acid hoá xenlulozơ: (C6H10O5)n + nH2O -> 3nCH3COOH

+ Thuỷ phân acid tạo ra CO2 và H2:

CH3COOH + 2H2O -> 2CO2 + 4H2

- Giai đoạn 2:

Tổng hợp metan với một số trực khuẩn khi sử dụng CO2 và H2:

CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O