Η αναερόβια χώνευση είναι μια βιολογική διαδικασία κατά την οποία τα βακτήρια διασπούν το οργανικό υλικό σε πιο βασικές ενώσεις χωρίς να απαιτείται οξυγόνο ως συστατικό της διαδικασίας. Αυτά τα βακτήρια πιστεύεται ότι εμφανίστηκαν στη Γη περίπου πριν από 3,800,000,000 χρόνια και ήταν η κυρίαρχη μορφή ζωής στον πλανήτη πριν από την εμφάνιση των φυτών. Καθώς η ζωή των φυτών προέκυψε πριν από περίπου 3,200,000,000 χρόνια, η αναερόβια χώνευση συνεχίστηκε σε φυσικά περιβάλλοντα όπου το οξυγόνο απουσίαζε, όπως βάλτοι, εδάφη με νερό, και στο έδαφος συνεχώς καλυμμένο από νερό όπως λίμνες και ποτάμια. Οι βιολογικές διεργασίες της αναερόβιας χώνευσης απαιτούν αρκετούς τύπους βακτηρίων να αποσυνθέτουν την οργανική ύλη σε μια σειρά τεσσάρων βημάτων, συμπεριλαμβανομένης της υδρόλυσης, της ζύμωσης, της ακετογένεσης και της μεθανογένεσης.
Από το 2011, η κύρια χρήση για την αναερόβια χώνευση από την ανθρώπινη βιομηχανία είναι η παραγωγή αερίου μεθανίου για παραγωγή καυσίμων και ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό γίνεται σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας απορριμμάτων που επεξεργάζονται γεωργικά απόβλητα όπως κοπριά ή αστικά απόβλητα. Η βιομηχανία ζυθοποιίας βασίζεται επίσης στην αναερόβια χώνευση για τη διάσπαση των οργανικών υποπροϊόντων της παραγωγής μπύρας σε καύσιμο μεθανίου, το οποίο διαφορετικά θα έπρεπε να απορριφθεί από τα δημοτικά συστήματα επεξεργασίας λυμάτων.
Η διαδικασία της αναερόβιας χώνευσης στη φύση είναι επίσης καθοριστική για την παραγωγή μιας μορφής ανανεώσιμης ενέργειας γνωστής ως φυσικό αέριο. Αν και το φυσικό αέριο είναι ορυκτό καύσιμο, αποτελείται από περίπου 80% μεθάνιο μαζί με άλλα σχετικά αέρια όπως το προπάνιο και το βουτάνιο, και παράγεται πιο εύκολα από τη γη από άλλα ορυκτά καύσιμα όπως το πετρέλαιο. Είναι ένα ορυκτό καύσιμο που συχνά εναποτίθεται μαζί με άλλα ορυκτά καύσιμα, όπως ο άνθρακας και το πετρέλαιο.
Οι βιομηχανικοί αντιδραστήρες βιομάζας που επεξεργάζονται απόβλητα βιομάζας όπως η κοπριά για να παράγουν καύσιμο γενικά παράγουν λιγότερο αέριο μεθάνιο ως ποσοστό κατ’ όγκο από αυτό που περιέχεται στο φυσικό αέριο. Η τυπική παραγωγή ενός καθορισμένου όγκου βιοαερίου από έναν χωνευτήρα είναι 50% έως 80% μεθάνιο με σημαντική ποσότητα απαερίων υπό μορφή διοξειδίου του άνθρακα σε 20% έως 50%. Άλλα ίχνη αερίων παράγονται επίσης στη διαδικασία που έχουν κάποια εμπορική αξία, όπως υδρογόνο, άζωτο και οξυγόνο, και παράγονται επίσης τοξικά αέρια των οποίων πρέπει να διατίθενται με ασφάλεια, συμπεριλαμβανομένου του υδρόθειου και του μονοξειδίου του άνθρακα.
Οι βιολογικές διεργασίες που είναι απαραίτητες για την αποτελεσματική πέψη των απορριμμάτων μπορεί να είναι πολύπλοκες και να βασίζονται σε αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες. Η θερμοκρασία είναι μια σημαντική ανησυχία στη διαδικασία καθώς τα βακτήρια που διασπούν τα απόβλητα ευδοκιμούν καλύτερα σε διαφορετικά επίπεδα. Μερικά από τα βακτήρια είναι μεσόφιλα, ευδοκιμούν σε μέτρια θερμοκρασία 98° Φαρενάιτ (36.7° Κελσίου), και μερικά είναι θερμόφιλα και ευδοκιμούν σε υψηλότερη βέλτιστη θερμοκρασία 130° Φαρενάιτ (54.4° Κελσίου).
Οι συνθήκες πρέπει να αλλάζουν για τη θερμοκρασία, το pH και άλλους παράγοντες όπως η αναλογία νερού προς στερεά του μείγματος βιομάζας και η αναλογία άνθρακα/αζώτου καθώς το οργανικό υλικό αποικοδομείται επίσης χημικά. Οι δύο κύριοι τύποι βακτηρίων που χρησιμοποιούνται στην αναερόβια χώνευση είναι τα ακετογόνα και τα μεθανογόνα βακτήρια και, αν και χρησιμοποιούνται παράλληλα, το καθένα έχει μοναδικές συνθήκες διαβίωσης κάτω από τις οποίες ευδοκιμούν. Τα ακετογόνα βακτήρια παράγουν τη χημική ουσία οξικό κατά την αναερόβια χώνευση και τα μεθανογόνα βακτήρια παράγουν μεθάνιο.
Το υλικό βιομάζας λαμβάνεται σε τέσσερα στάδια για αποτελεσματική ανάκτηση μεθανίου. Το στάδιο της υδρόλυσης χρησιμοποιεί το νερό για την αποσύνθεση στερεών ή ημιστερεών σε απλούστερες ενώσεις και στη συνέχεια είτε η ζύμωση είτε η οξεογένεση χρησιμοποιείται για τη διάσπαση των δομών της αλυσίδας των υδατανθράκων σε πιο βασικές ενώσεις όπως η αμμωνία, το υδρογόνο και τα οργανικά οξέα. Στη συνέχεια, η ακετογένεση χρησιμοποιείται ως το τρίτο βήμα στη διαδικασία, όπου τα ακετογόνα βακτήρια μετατρέπουν τα οργανικά οξέα σε οξικό οξύ μαζί με περαιτέρω υποπροϊόντα όπως το υδρογόνο και το διοξείδιο του άνθρακα. Το τελικό στάδιο της μεθανογένεσης χρησιμοποιεί μεθανογόνα βακτήρια για να συνδυάσει αυτά τα πρωτεύοντα τελικά προϊόντα οξικού, υδρογόνου και διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο.