Mikroorganizmi u procesu proizvodnje bioplina
Kompleksni mikrobiološki proces se krije iza učinkovite proizvodnje bioplina. Mnoge različite vrste mikroorganizama moraju djelovati zajednički kako bi došlo do proizvodnja bioplina.
Osim toga, ovi mikroorganizmi moraju blisko surađivati. Poremećaj u ovom timskom radu rezultira smanjenjem proizvodnje bioplina i u najgorem slučaju, prestanak procesa proizvodnje bioplina. Kontrola procesa proizvodnje bioplina na efikasan način zahtijeva poznavanje mikrobiologije koja se krije iza samog procesa bioplina i načina kako mikroorganizmi funkcioniraju.
Da bi funkcionirali i rasli, mikroorganizmima treba pristupiti na odgovarajući način za njihovo razmnožavanje odnosno, potrebno im je osigurati adekvatne uvjete rasta i razvoja.
S pristupom na podlogu-supstrat, mikroorganizmi metaboliraju, odnosno izgrađuju nove stanice (anabolizam) i proizvode energiju (metabolizam) za taj rast.
Organski otpadi i nusproizvodi životinjskog podrijetla u anaerobnoj atmosferi proizvodnje bioplina predstavljaju odličan supstrat za različite vrste mikroorganizama. Veći i raznovrsniji sastav organskog materijala-supstrata, dovodi do više komponenti koje su dostupni za rast i razvoj, a time i veću raznolikost organizama koji mogu rasti u takvoj atmosferi.
Međutim nije dobro ukoliko sastav sirovina varira previše s vremena na vrijeme, jer mnogi od mikroorganizama koji se razvijaju tijekom procesa su specifični, tj oni rastu najbolje na određenoj podlozi. Uz podlogu, mikroorganizmi zahtijevaju odgovarajuću okolinu kako bi se razvijali, napredovali i obavljali svoju funkciju. Primjeri važnih čimbenika okruženja za rast su temperatura, pH, sadržaj kisika, itd. Različiti mikroorganizmi imaju različite zahtjeve za tim čimbenicima okruženja kako bi mogli rasti optimalno s time da se mikroorganizmi prilagode okolini.
Kada mikroorganizmi koriste podloge (sirovine-supstrate) oni formiraju nove stanice, ali i razne vrste otpadnih tvari (produkti razgradnje). Inače, otpadne tvari koje izlučuju neki mikroorganizmi isti ih više ne mogu koristiti, ali takve otpadne tvari mogu služiti kao supstrat za neke druge mikroorganizme.
To je tipično za proces proizvodnje bioplina, odnosno niz različitih mikroorganizama koriste jedni od drugih proizvode razgradnje kao podloge-supstrate za svoju hranu. Primjeri otpadnih produkata mikroorganizama u procesu proizvodnje bioplina su visoke masne kiseline (octena, propionska kiselina, itd), ugljični dioksid i vodik. Metan koji je krajnji proizvod procesa proizvodnje bioplina, također je otpadni proizvod nekih mikroorganizama.
Kemijske reakcije koje se odvijaju u procesu anaerobe fermentacije su: hidroliza, acidogeneza, acetogeneza i metanogeneza. Sve faze se odvijaju istodobno, a brzina procesa ovisi o brzini najsporije reakcije.
Na proces anaerobne fermentacije utječe niz parametra koji svojim djelovanjem mogu dovesti do zaustavljanja procesa i nemogućnosti stvaranja metana. Parametri mogu djelovati inhibicijski - smanjena je biološka funkcija (primjer je akumulacija hlapljivih masnih kiselina) i toksično (primjer su teški metali). Prvi i osnovni korak pri proizvodnji je analiza sirovina koje će se koristiti. Osnovni čimbenici su sljedeći: pH, temperatura, vrsta i sastav sirovina, raspoloživost hranjivih tvari, brzina unosa organske tvari u reaktor, miješanje inhibirajuće komponente odnosno prisustvo toksičnih tvari.
Sigurno vođenje procesa na bioplinskom postrojenju podrazumjeva praćenje niza parametara putem mjerenja instrumentima ili fizikalno-kemijskim analizama medija fermentora i sirovina. Ovako prikupljeni podaci daju uvid u stanje biološko-kemijskih procesa u postrojenju, odnosno stabilnu proizvodnju bioplina za kogeneraciju. Zanemarivanje metoda i procedura monitoringa vodi u nesigurnost procesa sa velikim šansama za usporavanje ili potpuni prestanak metanogeneze, što posljedično ima tragične financijske gubitke.
Nemoguće je dati tablicu sa striktnim graničnim vrijednostima za sigurno vođenje procesa svih bioplinskih postrojenja. Numeričke vrijednosti praćenih analitičkih parametara strogo su specifične za svako bioplinsko postrojenje, i ovise o nizu faktora kao što su: temperaturni režim, unos i vrsta sirovina, prosječno vrijeme retencije (volumen fermentora/dnevni unos sirovina), dizajn fermentora, prateća oprema, itd. Osim toga, navedeni parametri utječu na specifičnu mikrofloru u fermentorima, a samim tim i na granične vrijednosti parametara.
Drugim riječima, ono što je granična vrijednost za siguran rad jednog postrojenja može biti sasvim normalna vrijednost za drugo bioplinsko postrojenje. Stoga je neprimjereno uspoređivati analitičke podatke sa različitih postrojenja, kao i davati preporuke sa striktnim granicama za siguran rad postrojenja.
Umjesto strogih granica promatranje treba usmjeriti na promjene vrijednosti ključnih parametara.
Izuzetno je važno konstantno mjeriti i kompilirati podatke, te ih prezentirati u podesnom grafičkom obliku, jer se na ovaj način uočavaju trendovi (u pozitivnom i negativnom smislu), olakšava zaključivanje, te smanjuje vrijeme reakcije.
Gdje god je to moguće i ekonomski opravdano proces praćenja parametara treba automatizirati (on-line praćenje), a podatke kompilirati na način da omogućavaju uvid u međusobnu zavisnost više praćenih elemenata u kronološkom slijedu.