Principes fondamentaux de la biologie de la fermentation

La production de biogaz est un processus complexe de fermentation de divers micro-organismes qui nécessite un environnement stable. Dans la pratique, divers facteurs peuvent déséquilibrer la biologie du fermenteur et donc inhiber la production de biogaz.

Le biogaz est le produit d'un processus de décomposition anaérobie. Ce processus peut être divisé en quatre phases. Chacune de ces phases implique différents micro-organismes et différentes enzymes qui travaillent ensemble dans une étroite proximité spatiale et forment une sorte de symbiose.

Au cours de la première étape, la phase d'hydrolyse, les glucides sont décomposés en sucres simples, les protéines en acides aminés et les graisses en acides gras. Les produits de l'hydrolyse sont dégradés au cours de la phase suivante de formation d'acides (acidogenèse), principalement en acides organiques et en alcools inférieurs. La phase de formation de l'acide acétique (acétogenèse) est le lien avec la formation du méthane. Les produits de la formation d'acide sont convertis en acide acétique, en dioxyde de carbone et en hydrogène, qui sont finalement les produits de départ de la formation de méthane (méthanogénèse). Dans un processus sain, toutes ces étapes se déroulent de manière synchrone (voir figure 1).

Pour que toutes ces étapes du processus se déroulent sans heurts, des conditions stables doivent être mises en place. Outre leur fonction de construction de la substance cellulaire, les oligo-éléments sont surtout nécessaires en tant qu'éléments constitutifs des enzymes et des coenzymes, qui sont à leur tour responsables à bien des égards de la catalyse des différentes étapes de réaction du processus décrit ci-dessus. Par exemple, sept enzymes et trois coenzymes interviennent dans l'une des voies de dégradation de la formation du méthane à partir du seul CO2 et du seul H2.

La "loi du minimum" de Liebig s'applique au processus de fermentation (voir figure 2). Elle stipule qu'il est impossible d'obtenir un rendement complet si un seul élément nutritif est déficient. Cependant, un excès de minéraux peut également avoir un effet toxique sur les micro-organismes.

Étant donné que les limites entre l'apport optimal et l'effet toxique sont très proches pour certains éléments, l'analyse exacte et le dosage précis des oligo-éléments sont d'une grande importance dans le processus de formation du méthane. Du point de vue de la protection des sols, une surconcentration de micro- ou de macronutriments devrait également être évitée par principe afin d'exclure toute pollution inutile de l'environnement.

Les enzymes sont des biocatalyseurs spécifiques qui accélèrent les réactions biochimiques ou les rendent possibles.

Lors de la première étape de la formation du biogaz - l'hydrolyse - les ingrédients du substrat (cellulose, hémicellulose, pectine, amidon, protéines, lipides) sont décomposés par les enzymes en substances (sucres, acides aminés, acides gras) qui peuvent traverser la membrane cellulaire. Deux groupes d'enzymes différents sont impliqués dans ce processus.

Ce n'est qu'ensuite que les bactéries impliquées dans le processus de production de biogaz peuvent réaliser les autres étapes de la formation du biogaz.

Si l'on utilise des substrats riches en fibres, le processus de formation du méthane peut être soutenu par des enzymes.

Des enzymes spécifiques de différents groupes actifs soutiennent les processus de dégradation des fibres et de division des molécules dans la phase d'hydrolyse.