هضم لاهوائي

الهضم اللاهوائي أو الهضم من دون أكسجين هو عملية تحلل حيوي بطريقة طبيعية للمواد العضوية في غياب الأكسجين.
الطريقة المتبعة في إنتاج الغاز الحيوي من المواد العضوية القابلة للتحلل الحيوي باستخدام الكائنات الحية الدقيقة في غياب الأوكسجين.National Non-Food Crops Centre. "NNFCC Renewable Fuels and Energy Factsheet: Anaerobic Digestion", Retrieved on 2011-11-22  يستخدم الهضم اللاهوائي إما للتخلص من النفايات العضوية (مثل روث الحيوانات أو الفضلات البشرية) أو لإنتاج الغاز الحيوي.

يتواجد في المستنقعات والرّواسب للمواد العضوية وحقول الأرز والجهاز الهضمي لبعض الحيوانات، والتي تشير عادة إلى «نشاط لاهوائي». مثال: بعض الحشرات كالنمل الأبيض أو بعض الفقاريات كالحيوانات المجترة.
تم اكتشاف غاز المستنقعات من قبل العالم ألساندرو فولتا في عام 1776.
و المادة العضوية المتحللة تتواجد على شكل غاز حيوي (بأكثر من 90 ٪) ويستخدم الباقي لنمو وصيانة الكائنات الحية الدقيقة.
ويمكن القول أن «التحكم في كل من غاز الميثان وعملية الميكروبيولوجية الطبيعية يسمح بإنتاج غاز الميثان انطلاقا من العناصر المسببة للتلوث».
لا يزال الإنسان يبحث عن فهم للظاهرة حتى يتسنى له السيطرة عليها وبالتّالي إمكانية إسراع العملية وذلك لتلبية حاجات معينة مثل تحويل المواد العضوية في النفايات (الصلبة والسّائلة) لغاية إنتاج الغاز المستخدم كمصدر للطاقة.
الهضم اللاهوائي يستخدم بشكل واسع كمصدر للطاقة المتجددة.تتضمن العملية إنتاج الغاز الحيوي والذي يتألف من الميثان وثاني أوكسيد الكربون ومقدار ضئيل من الغازات الملوثة. الغاز الحيوي يمكن أن يستخدم مباشرة كوقود لمحركات الغاز التي تنتج الحرارة والطاقة،GE Jenbacher Biogas Engines, www.clarke-energy.com, accessed 15.04.11  أو تطويره ليصبح مشابه لجودة الغاز الطبيعي.المادة المغذية التي تنتج أيضاً من هذه العملية يمكن استخدامها كسماد.
عملية الهضم الهوائى تلعب دوراً مهماً في دورة الكربون ويمكن أن يساهم في تغيير المناخ
يمكن للكميات الهائلة للميثان المتواجدة في شكل هيدرات الميثان في التربة المتجمدة والرواسب البحرية إذا تسربت بطريقة فجئية أن تسرع الاحتباس الحراري.

 العملية 

العديد من البكتيريا والمتعضيات الحيوية تؤثر في عملية الهضم لاهوائي، ومن ضمنها بكتيريا المشكلة للحمض (أستروجونAcetogen)والمشلكة للميثان البكتيريا القديمة (ميثانوجونMethanogen)، هذه الكائنات تعزز عدد من العمليات الكيميائية قي تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز حيوي.National Non-Food Crops Centre. Evaluation of Opportunities for Converting Indigenous UK Wastes to Fuels and Energy (Report), NNFCC 09-012  

غاز الأوكسجين يبعد من التفاعل بواسطة حافظة فيزيائية.يستخدم الميكروب الهوائي مستقبلات الكترون من المصدر ماعدا غاز الأوكسجين.هذه المستقبلات يمكن أن تكون مواد عضوية ويمكن أن تتضمن أكسيد غير عضوي.عندما الأوكسجين من المصدر في النظام الهضم لاهوائي ينشأ عن المادة العضوية فقط، المركبات المتوسطة هي أوائل الكحولات، ألدهيات والأحماض العضوية، بالإضافة إلى ثنائي أوكسيد الكربون.ووجود خليط خاص من الميثان، المركبات المتوسطة تتحول إلى مركبات نهائية جيدة من الميثان، ثنائي أوكسيد الكربون، وأثار من كبريتيد الهدروجين.Adapted from Beychok, M. (1967) Aqueous Wastes from Petroleum and Petrochemical Plants, First edition, John Wiley & Sons, LCCN 67019834 في النظام الهضم اللاهوائي، غالبية الطاقة الكيميائية موجودة في أول المركبات التي تحرر بواسطة البكتيريا القديمة على شكل غاز الميثان.Fergusen, T. & Mah, R. (2006) Methanogenic bacteria in Anaerobic digestion of biomass, p49

عدد الكائنات الدقيقة غير الهوائية عادة ماتأخذ فترة جيدة من الوقت لتأسس نفسها وتصبح في فعالية كاملة.لذلك، ممارسة شائعة تستخدم لتقديم الكائنات الدقيقة من المواد مع العدد الحالي منها، يطلق على هذه العملية اسم«نثر البذور» في الهاضم، عادة تنجز هذه العملية بإضافة حمأة مياه المجاري أو السوائل المائية للقطيع.The biogas plant, unu.edu. Retrieved 5.11.07. 

 خطوات العملية 
الخطوات الأربع لعملية الهضم لاهوائي تتضمن حلمهة،،،توليد الميثان.توصف العملية كلها على أنها تفاعل كيميائي، حيث المواد العضوية مثل سكر العنب يهضم حيوياً إلى ثنائي أوكسيد الكربون وميثان بواسطة عمل الكائنات الدقيقة.Anaerobic digestion, waste.nl. Retrieved 19.08.07. 
<div style="text-align: center; margin: 1em 10%; border: 1px solid; max-width: 450px;">
C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4
</center>
</div>

 الحلمهة
في معظم الحالات، تصنع الكتلة الحيوية من بوليمرات عضوية كبيرة، من أجل أن تدخل البكتيريا إلى مكان الطاقة في المادة، هناك سلاسل مع الأوكسجين يجب أن تكسر إلى مكونات أساسي أصغر حجما، هذه المكونات، أو الجزيئات، مثل السكر، تكون متيسرة للبكتيريا الأخرى.عملية كسر هذه السلاسل وتحويلها إلى جزيئات تدعى حلمهة، لذلك حلمهة مكونات هذه الجزيئات البوليمرية عالية الوزن تكون ضرورية في أول خطوة في الهضم لاهوائي.Sleat, R. & Mah, R. (2006) Hydrolytic Bacteria in Anaerobic digestion of biomass, p15 تحلمه المكونات العضوية المعقدة إلى سكر أحادي، حمض أميني،حمض دهني.

 النواتج 
النواتج الرئيسية الثلاثة لعملية الهضم لاهوائي هي الغاز الحيوي، المواد الصلبة، الماء.Feasibility study concerning anaerobic digestion in Northern Ireland, eunomia.co.uk , Retrieved 19.08.07. Abstract from Operation of Municipal Wastewater Treatment Plants Manual of Practice-MOP 11 Fifth Edition, e-wef.org. Retrieved 19.08.07. Anaerobic Digestion – An Introduction and Commercial Status in the US – As of 2006, anaerobic-digestion.com. Retrieved 07.12.14 
 الغاز الحيوي 

+ التركيب النموذجي للغاز الحيوي مكون صيغة % ميثان  50–75 ثنائي أوكسيد الكربون  25–50 نتروجين  0–10 هيدروجين  0–1 كبريتيد هيدروجين  0–3 أوكسجين  0–0 المصدر: www.kolumbus.fi, 2007Basic Information on Biogas, www.kolumbus.fi. Retrieved 2.11.07. 
الغاز الحيوي هو الناتج النهائي من تغذية البكتيريا بالمواد القابلة للتحلل (تنجز عملية إخراج الغاز في الهضم لاهوائي بواسطة بكتيريا قديمة(كائن حي صغير في فرع مختلف تماما من شجرة علم الوراثة العرقي لحياة البكتيريا)، ومعظم الغاز الحيوي ميثان وثنائي أوكسيد الكربون،, Beginners Guide to Biogas. Retrieved 04.10.15. How Anaerobic Digestion (Methane Recovery) Works, eere.energy.gov. Retrieved 19.08.07.  مع نسبة صغيرة من الهيدروجين وثلاثي كبريتيد الهيدروجين.(أثناء إنتاجه، يطلق الغاز الحيوي بخار الماء، مع جزء صغير من بخار الماء بسبب حرارة الغاز الحيوي). ينتج معظم الغاز الحيوي خلال منتصف عملية الهضم، بعد نمو البكتيريا، وتتناقص كلما استهلكت المواد القابلة للتحلل.Anaerobic digestion briefing sheet, foe.co.uk. Retrieved 24.10.07.  الغاز عادة مايكون في أعلى الهاضم في فقاعة غاز أو ينقى ويخزن في خزان غاز بجانب المنشأة.

يمكن أن يُحرق الميثان الموجود في الغاز الحيوي لينتج الحرارة والكهرباء معا، عادة بمحرك متردد أو تروبين صغيرGE Energy – Jenbacher Gas Engines for Power Generation, power-technology.com. Retrieved 19.08.07.  وفي ترتيب لتوليد مشترك حيث الكهرباء والحرارة الضائعة تستخدم في تسخين الهاضم أو المباني.الكهرباء الزائدة يمكن أن تباع إلى المزودين أو توضع في الشبكة المحلية.تعتبر الكهرباء المنتجة من قبل الهضم لاهوائي طاقة متجددة ويمكن أن تدعمها الحكومات.work3.pdf UK Biomass Strategy 2007, defra.gov.uk , Retrieved 19.08.07.   لايسهم الغاز الحيوي في زيادة نسبة غاز ثنائي أوكسيد الكربون في طبقات الجو لأن الغاز لايطلق مباشرة في الهواء ويأتي ثنائي أوكسيد الكربون الموجود في المادة العضوية بدورة كربونية قصيرة.

قد يحتاج الغاز الحيوي إلى عملية تنقية أو معالجة قبل استخدامه كوقود.What is anaerobic digestion?, afbini.gov.uk. Retrieved 24.10.07.   كبريتيد الهدروجين، منتج سام وهو يتشكل من كبريتات الموجودة في مدخلات الهاضم، ويحرر بنسبة ضئيلة من الغاز الحيوي، وكالات البيئية الوطني الفعالة، مثل وكالة حماية البيئة الأمريكية أووكالة البيئة الإنكليزية وويلزية، تضع شروط صارمة بخصوص مستويات كبريتيد الهدروجين في الغازات، واذا كانت المستويات عالية من كبريتيد الهدروجين، فإن معدات تنقية وتنظيف الغاز (مثل معالجة الغاز بالأمين) تكون ضرورية للوصول إلى المستويات القانونية المسموح بها في الغاز.Removal of hydrogen sulfide from anaerobic digester gas, U.S. Patent, patentstorm.us. Retrieved 17.08.07.   إضافة كلوريد الحديد الثنائي إلى خزانات الهضم يقلل من إنتاج كبريتيد الهدروجين.Abstract from Online Measurement of Dissolved and Gaseous-Hydrogen Sulfide in Anaerobic Biogas Reactors, cheric.org. Retrieved 24.10.07.  

 انظر أيضاً 

 كائن هوائي
 معالجة مياه الصرف الصحي
 كلفة الكهرباء بحسب مصدر الطاقة المولدة منه
 معايير جودة مياه الصرف الصحي
 تطهير المياه
 إغناء الماء

 مراجع 

*
تصنيف:إدارة المخلفات المتفككة حيويا
تصنيف:إنتاج الهيدروجين
تصنيف:تقنيات الغازات
تصنيف:تقنيات مستدامة
تصنيف:تقنية المياه
تصنيف:تقنية محطات الطاقة
تصنيف:صرف صحي
تصنيف:طاقة متجددة
تصنيف:معالجة ميكانيكية حيوية
تصنيف:هندسة بيئية
تصنيف:وقود حيوي