# Biogasfabricage uit afval

Methaan uit aardgas levert in Nederland per jaar ongeveer 1,5·1018 J aan energie.
In 2007 werd in het rapport “Vol gas vooruit!” het doel gesteld dat op korte termijn 3,0% van deze energie wordt geleverd door biogas.
Biogas ontstaat wanneer biomassa door een mengsel van bacteriën wordt afgebroken onder zuurstofarme omstandigheden.
De hoofdbestanddelen van biogas zijn koolstofdioxide en methaan.
De reactiewarmte bij de verbranding van biogas bedraagt gemiddeld –2,0·107 J m–3.
Deze energiewaarde kan vooral worden toegeschreven aan het aanwezige methaan.
Hieronder is een reactievergelijking voor het totale proces van de vorming van biogas uit biomassa weergegeven.
Voor biomassa wordt de verhoudingsformule CcHhOoNnSs gebruikt.
CcHhOoNnSs + y H2O → x CH4 + n NH3 + s H2S + (c-x) CO2
x = 0,125(4c + h − 2o − 3n + 2s)
y = 0,250(4c − h − 2o + 3n + 2s)
Een bepaalde fractie biomassa kan worden voorgesteld met de volgende verhoudingsformule: C38H60O26N3.
Biomassa bestaat voornamelijk uit koolhydraten, vetten en eiwitten.
De vorming van biogas uit biomassa gebeurt in vier stappen.
Deze stappen verlopen tegelijkertijd.
Stap 1: hydrolyse. Tijdens deze stap worden de koolhydraten, eiwitten en vetten met behulp van enzymen buiten de bacteriecellen afgebroken tot suikers, aminozuren, vetzuren en glycerol. De producten van de hydrolyse worden door bacteriën opgenomen.
Stap 2: verzuring. De in stap 1 gevormde stoffen worden in de bacteriën omgezet tot zuren en alcoholen.
Hierbij ontstaan tevens waterstof en koolstofdioxide. Als bijproducten worden ammoniak en waterstofsulfide (H2S) gevormd.
Stap 3: azijnzuurvorming.
Zogenoemde azijnzuurvormende bacteriën zetten de in stap 2 gevormde zuren en alcoholen met water om tot ethaanzuur en waterstof.
Als in een zuur of alcohol een oneven aantal C atomen aanwezig is, ontstaat hierbij tevens CO2.
Bij een even aantal C atomen ontstaat geen CO2.
De reacties in stap 3 kunnen worden voorgesteld als evenwichtsreacties.
In stap 4 wordt door methaanvormende bacteriën ten slotte methaan en CO2 gevormd.
Hierbij verbruiken ze het in stap 2 gevormde waterstof.
In sommige bronnen van biomassa, zoals havenslib, zijn veel sulfaationen aanwezig.
De aanwezigheid van sulfaat-afbrekende bacteriën in een reactor kan dan de methaanproductie verminderen.
Deze bacteriën verbruiken namelijk het aanwezige waterstof om sulfaationen om te zetten tot H2S.
De vergelijking van de halfreactie van het sulfaation is hieronder weergegeven.
SO42– + 10 H+ + 8 e– → H2S + 4 H2O
Het gevormde H2S en het tevens aanwezige HS– zijn bij een hoge concentratie giftig voor de methaanvormende bacteriën.
Om het remmende effect van H2S en HS– op de methaanproductie te onderzoeken werd in een laboratoriumopstelling de methaanproductie van
methaanvormende bacteriën bepaald na toevoeging van verschillende hoeveelheden Na2S.
Dit experiment werd uitgevoerd bij drie pH-waarden, die met behulp van buffers werden ingesteld. De overige omstandigheden werden constant gehouden.
In diagram 1 is het resultaat van de metingen weergegeven.

Bij de gebruikte pH-waarden worden de opgeloste S2- ionen volledig omgezet tot H2S en HS–.

In de oplossing stelt zich het volgende evenwicht in:

Bij pH = 7,10 is een afname van 50% van de methaanvorming gemeten na het toevoegen van 0,20 g Na2S per liter.

Berekend kan worden dat dan de concentratie H2S 0,041 g L–1 bedraagt.

Bij pH = 7,95 is dezelfde afname van de methaanvorming gemeten na het toevoegen van 0,90 g Na2S per liter.

Hoewel in deze proef meer Na2S is toegevoegd, is er toch ongeveer evenveel H2S aanwezig als in de genoemde proef bij pH = 7,10.