Bioplynové stanice, ako jeden z perspektívnych spôsobov spracovania organických odpadov, zaznamenali v poslednej dobe vo svete vďaka svojej ekologickej šetrnosti a energetickej výhodnosti značný rozmach. Anaeróbne procesy, pri ktorých sa tvorí metán sú súborom procesov, kedy mikroorganizmy postupne rozkladajú biologicky rozložiteľnú organickú hmotu bez prístupu kyslíku. Konečnými produktmi sú vzniknutá biomasa, bioplyn (CH4, CO2, H2, N2, H2S) a nerozložiteľný zvyšok organickej hmoty digestát.
Anaeróbna stabilizácia organických materiálov je významnou technológiou pre získanie energie z obnoviteľných zdrojov. Bioplynové stanice slúžia na efektívne zhodnotenie biologicky rozložiteľných odpadov. V bioplynových staniciach dochádza k anaeróbnemu rozkladu substrátov s vysokým obsahom organického uhlíka. Produktom anaeróbneho rozkladu substrátu je bioplyn a digestát. Bioplyn sa spaľuje v kgj za vzniku elektrickej energie a tepla. Digestát sa aplikuje na poľnohospodársku pôdu ako organické hnojivo. Tým sa uzatvára cyklus, čo sa z pôdy vezme sa do pôdy vráti. Anaeróbna fermentácia počas ktorej dochádza k uvoľňovaniu bioplynu sa skladá z viacerých fáz a to: hydrolýza, acidonéza, acetogénéza a metanogenéza. Množstvo a zloženie bioplynu značne ovplyvňuje viacero aspektov, teplota, pH, zloženie substrátu, a prítomnosť toxických a inhibujúcich látok. Pre správny priebeh anaeróbnej fermentácie je dôležité, aby fermentát mal vyvážený pomer organického uhlíku a makro- a mikroživín. Odporúča sa pomer C:N:P = 100:1:0,2. Pri spracovaní organických odpadov je odporúčaný pomer C/N 20-30. Ak je pomer C/N veľmi vysoký, metanogénne mikroorganizmy spotrebujú dusík veľmi rýchlo a nebudú si všímať prítomný uhlík. Ak bude však pomer C/N veľmi nízky, dusík sa bude akumulovať vo forme amoniaku čo spôsobí nárast pH. Vedľa dusíka a fosforu je žiaduca aj prítomnosť stopovych prvkov: Na, K, Ca, Mg, Fe, S, Ni, Co, Mo, Se, W, ktoré sú súčasťou niektorých enzýmových systémov hlavne acetogénnych a metanogénnych baktérii.
Vplyv teploty
Teplota ovplyvňuje anaeróbne procesy podobne ako všetky ostatné biochemické procesy, t.j. s rastúcou teplotou rastie rýchlosť metanizačných procesov. Teplota ovplyvňuje interakciu medzi jednotlivými druhmi anaeróbnych mikroorganizmov. Odozva mikroorganizmov na zmenu teploty je u všetkých druhov kvalitatívne prakticky rovnaká, avšak kvantitatívne môže byť celkom odlišná. To znamená, že zmenou teploty sa mení zastúpenie jednotlivých kmeňov baktérií, čo má za následok porušenie rovnováhy procesu a môže viesť až k úplnému kolapsu procesu. V termofilnej oblasti sa dosahujú vyššie rýchlosti rozkladu organických látok. Nevýhodou termofilu je vyššia spotreba energie na ohrev, nižšia stabilita procesu.Z uvedeného vyplýva, že na udržanie stability procesu je potrebné zaručiť konštantnú teplotu. Zmeny teploty sú tým nebezpečnejšie, čím je kratšia doba zdržania a nižšia koncentrácia biomasy vo fermentore. Pri prechode na inú teplotu je potrebná dlhodobá adaptácia procesu.
Vplyv pH
Koncentrácia vodíkových iónov je dôležitým faktorom ovplyvňujúci priebeh biologických procesov. Rôzne skupiny mikroorganizmov majú rôzne optimálne hodnoty pH pre svoj rast. Mechanizmus pôsobenia pH je zložitý, extrémne nízke, alebo vysoké hodnoty koncentrácie vodíkových iónov pôsobia inhibične na mikroorganizmy. Inhibične však môžu pôsobiť rôzne chemické zlúčeniny, ktorých disociačný stupeň je závislý na pH a inhibične pôsobí ich nedisociovaná forma. Takýmito zlúčeninami sú napr. amoniak, nižšie mastné kyseliny, sulfán, na pH závisí tiež uhličitanová rovnováha biologického systému. Najdôležitejšími tlmivými systémami vo fermentáte sú uhličitanová a amoniakálna (NH3/NH4+) pufračná kapacita. Mierou hodnoty pufračnej kapacity je jej kyselinová neutralizačná kapacita. Táto sa zvyšuje s vyšším obsahom tuhých látok vo fermentáte, bielkovín v substráte a stupňom rozkladu. Čím je vyššia hodnota kyselinovej neutralizačnej kapacity, tým je menšie nebezpečenstvo, že hodnota pH vo fermentotate nadobudne hodnotu v kritickej oblasti. Optimálna produkcia bioplynu sa dosiahne, ak sa pH vstupnej zmesi pohybuje medzi 3,5-6. Hodnota pH tiež pôsobí na zdržnú dobu. Na začiatku fermentácie sa tvorí veľké množstvo organických kyselín čo môže spôsobiť pokles pH na hodnotu pod 7. Tento pokles pH spôsobuje inhibíciu prípadne zastavenie celého procesu fermentácie. Metanogénne baktérie sú veľmi citlivé na pH a nie sú schopné pracovať pod hodnotou 6,8. Pri pokračujúcej degradacií a stúpajúcej koncentrácií amoniaku spôsobenej premenou dusíku môže pH stúpnuť nad 8. Pri ustálenej produkcii metánu sa pH pohybuje medzi hodnotou 7,2-8,2.
Prítomnosť toxických a inhibujúcich látok
Za toxické alebo inhibujúce látky považujeme tie, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú biologický proces. Praktický všetky látky potlačujú biologickú aktivitu ak sú prítomné v dostatočne vysokých koncentráciách. Z tohto hľadiska je presnejšie hovoriť o toxických látkach. Látky alebo prvky, ktoré sú súčasťou biologických buniek a ich enzýmov, alebo môžu byť na ne premenené, pôsobia v nízkych koncentráciách stimulačne a vo vysokých inhibične. Takými látkami sú napr. prvky uvádzané ako stopové prvky. Nepriaznivo pôsobí vyššia koncentrácia ťažkých kovov (Cu, Pb, Cr, Zn a i. ), sulfídy, kyanidy a i. Ďalej sú pre anaeróbne baktérie tiež škodlivé oxidanty – molekulárny kyslík, H2O2 a pod. Koncentrácia látky, pri ktorej sa prejavuje inhibičný efekt, závisí na spôsobe dávkovania, na prítomnosti eventuálneho detoxikantu a na fyziologickom stave biomasy. Jednorazová dávka je nebezpečnejšia pre stabilitu procesu, než kontinuálne dávkovanie. Taktiež aj doba zdržania má rozhodujúci význam pre odolnosť procesu. Dlhá doba zdržania biomasy umožňuje adaptáciu mikroorganizmov na nepriaznivé podmienky, anaeróbnou kultúrou môže byť metabolizovaná celá rada látok predtým uvádzaných ako toxické. Pre tvorbu bioplynu s vysokou koncentráciou metánu sú najdôležitejšie metanogénne baktérie, metán v našej sfére predstavuje hlavný energetický nosič, ktorý spaľujeme v kogeneračných jednotkách za vzniku elektrickej energie a tepla. Metanogénne baktérie zabezpečujú konečný krok v rozklade substrátov. Sú anaeróbne, preto je dôležité aby pri tvorbe bioplynu nebol prítomný kyslík v systéme.
V rôznych oblastiach ľudskej činnosti sa produkuje celý rad organických materiálov, vedľajších produktov či odpadov. Jednou z možností ich využitia je produkcia energie. Takáto forma využitia umožňuje zaujímavé zlepšenie energetickej bilancie samotného producenta týchto materiálov resp. využitie alternatívnych zdrojov energie ich odberateľom, spracovateľom.
