Proces premeny organických substrátov na bioplyn (bioplyn)

Proces premeny organických substrátov na bioplyn pozostáva zo štyroch fáz

 Hydrolýza  v bioplynových staniciach     

Proces rozrušenia polymérových reťazcov  umožňujúci  ich prechod do roztoku ako monomérov sa nazýva hydrolýza.

Hydrolytické baktérie depolymerizujú komplexné molekuly (cukry, lipidy, proteíny) na jednoduché cukry a aminokyseliny na oxid uhličitý, vodík, amoniak a organické kyseliny za použitia enzýmov ako amyláza, lipáza, proteáza, celuláza

. Vzhľadom na komplexnú štruktúru lignocelulózy v poľnohospodárskom odpade, ktorá len pomaly podlieha degradácii v anaeróbných podmienkach býva hydrolýza často limitujúcim faktorom výroby bioplynu 

. 

Vláknina je degradovateľná len do určitej miery, preto približne 25 percent bioplynového potenciálu v kravskom hnoji zostáva nevyužitých 

Acidogenéza  v bioplynových staniciach       

Jednoduché sacharidy, mastné kyseliny a aminokyseliny z hydrolýzy sú transformované buď na karboxylové kyseliny a alkoholy, alebo vodík, oxid uhličitý a amoniak .

Acetogenéza  v bioplynových staniciach    

Vstupujú do procesu acetogénne baktérie, ktoré konvertujú vyššie mastné  kyseliny na kyselinu octovú a zároveň produkujú podobne vedľajšie produkty ako acidogénne baktérie . Za hlavných producentov kyseliny octovej sa považujú Clostridium aceticum, Acetobacter woodii, Clostridium termoautotrophicum, ktoré su kolektívne označované ako acetogénne baktérie. Kyselina octová je kľúčovým medziproduktom metanogenézy a hlavným prekurzorom metánu . 

Metanogenéza  v bioplynových staniciach    

V poslednom kroku metanogénne archaeobaktérie využívajú oxid uhličitý ako zdroj uhlíka a vodík ako katalyzátor získavania energie, čoho vedľajším produktom je metán, alebo ešte častejšie využívajú kyselinu octovú na priamu produkciu bioplynu . Kyslík inhibuje tvorbu metánu . Termofilné metanogény využívajúce vodík výkazujú optimum rastu pri teplote v rozmedzí 55 ^OC až 70 ^OC . Niektoré druhy sú však schopné rásť aj pri teplote vyššej ako 90 ^OC .  V súčasnosti jediné známe mikrorganizmy podieľajúce sa na priamej konverzii kyseliny octovej na metán sú identifikované ako rody Methanosarcina a Methanosaeta zo skupiny Archaea .

Tieto dve skupiny sa navzájom líšia jednak morfologicky a fyziologicky, ale aj svojou afinitou na kyselinu octovú . Methanosarcina je jediná skupina využívajúca všetky tri doposiaľ známe metabolické dráhy metanogenézy.

 Väčšina z nich využíva na výrobu metánu vodík z oxidom uhličitým alebo kyselinu octovú. Navyše pri tretej dráhe dokážu metabolizovať jednouhlíkové molekuly ako metylamín a metanol.

Rozličné typy reaktorov alebo ich oddelení prijímajú rozličné typy substrátov s rozličnými koncentráciami, čo má za následok rozvoj rôznych mikrobiálnych kultúr, pretože typ substrátu a jeho koncentrácia úplné predurčujú zloženie biomasy

. 

Proces sa uskutočňuje v reaktoroch opatrených zariadeniami, ktoré umožňujú rozmiešavať vstupný substrát, zohrievať ho, merať množstvo biomasy a bioplynu. Kontrolovaná metanogenéza  vyžaduje udržovanie stálych podmienok  ako teplota, zloženie substrátu, doba vyhnívania, vyťaženie vyhnívacej nádrže, miešanie biomasy a obsah toxických látok.