La digestión anaerobia no es un solo paso, sino una cadena de cuatro fases bioquímicas encadenadas: hidrólisis (rotura de macromoléculas), acidogénesis (producción de AGV), acetogénesis (producción de acetato e hidrógeno) y metanogénesis (producción de metano). Cada fase la ejecuta un grupo microbiano distinto y a velocidades muy distintas: la acidogénesis es la más rápida; la hidrólisis limita los sustratos fibrosos y la metanogénesis, los solubles. Entender qué ocurre en cada una es la base para diagnosticar por qué un digestor se desestabiliza. En conjunto, el proceso puede convertir el 90-95 % de la DQO entrante en metano.
La digestión anaerobia se describe a menudo como «convertir materia orgánica en biogás», pero por dentro es una secuencia ordenada de cuatro fases bioquímicas. Cada una la lleva a cabo un grupo de microorganismos diferente, y todas dependen de la anterior.
Conocer esas fases no es teoría: es lo que permite entender por qué un digestor produce menos, por qué se acidifica o por qué un sustrato fibroso apenas rinde. Este artículo recorre las cuatro con sus reactivos, productos, microorganismos y velocidades relativas.
Todo parte del proceso global descrito en qué es la digestión anaerobia.
Visión general: por qué dividir el proceso en cuatro fases
La materia orgánica compleja (proteínas, carbohidratos, lípidos) no se convierte en metano de un salto. Ninguna arquea metanogénica puede «comerse» una molécula de celulosa o una proteína: solo utilizan sustratos muy simples (acetato, hidrógeno, CO₂).
Por eso el proceso se organiza como una cadena trófica: cada grupo microbiano transforma el producto del anterior en algo más simple, hasta llegar al metano. Dividirlo en cuatro fases (hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis, metanogénesis) permite localizar dónde falla el proceso cuando algo va mal.
Fase 1 · Hidrólisis: rotura de macromoléculas
En la hidrólisis, las bacterias hidrolíticas secretan enzimas extracelulares (celulasas, proteasas, lipasas) que rompen las macromoléculas en sus monómeros: los carbohidratos en azúcares, las proteínas en aminoácidos y los lípidos en ácidos grasos y glicerol.
Es una fase extracelular y relativamente lenta. Para sustratos lignocelulósicos (paja, estiércol fibroso, restos vegetales) la hidrólisis es la fase limitante de todo el proceso: si la fibra no se rompe, el resto de la cadena se queda sin alimento. Por eso muchos pretratamientos (mecánicos, térmicos, enzimáticos) actúan precisamente aquí. Suele ser la etapa limitante del proceso global de biodigestión si el sustrato tiene un alto porcentaje lignocelulósico.
Fase 2 · Acidogénesis: producción de AGV
Los monómeros liberados en la hidrólisis los fermentan las bacterias acidogénicas, que producen ácidos grasos volátiles (AGV) (acetato, propionato, butirato), además de hidrógeno, CO₂ y alcoholes.
Es la fase más rápida de todas: las bacterias acidogénicas crecen deprisa (hasta 10 g DQO/g células·día). Ese desequilibrio de velocidades es clave: si la acidogénesis se dispara y las fases siguientes no siguen el ritmo, los AGV se acumulan, el pH baja y el digestor se acidifica.
Los productos típicos se reparten en torno a acetato (60-70 %), propionato (15-25 %) y butirato (5-15 %).
Fase 3 · Acetogénesis: producción de acetato e hidrógeno
Las bacterias acetogénicas convierten los AGV más largos (propionato, butirato) y otros intermedios en acetato, hidrógeno y CO₂, que son ya los sustratos directos de las metanogénicas.
Esta fase tiene una particularidad termodinámica: la oxidación del propionato y el butirato solo es favorable si la presión parcial de hidrógeno se mantiene muy baja. Por eso las acetogénicas dependen de que las metanogénicas retiren el H₂ de forma continua. Esa cooperación obligada es la sintrofia, y es uno de los equilibrios más frágiles del digestor.
Fase 4 · Metanogénesis: producción de metano
En la última fase, las arqueas metanogénicas producen el metano por dos rutas: la acetoclástica (a partir de acetato, en torno al 70 % del metano) y la hidrogenotrófica (a partir de H₂ y CO₂, alrededor del 30 %).
Son los microorganismos más lentos y más sensibles del sistema: crecen despacio, son estrictamente anaerobios y les afectan el pH, la temperatura, el amonio y el H₂S. Para sustratos solubles y de fácil degradación, la metanogénesis es la fase limitante. Se detalla en el post sobre la metanogénesis.
Velocidades relativas y fase limitante según sustrato
Como ya se adelantó anteriormente, no hay una única «fase lenta»: depende del sustrato.
- En sustratos fibrosos o lignocelulósicos (paja, estiércol sólido) manda la hidrólisis: romper la fibra es lo que cuesta.
- En sustratos solubles y fácilmente degradables (azúcares, sueros, grasas) la hidrólisis es rápida y el cuello de botella pasa a la metanogénesis, que no da abasto.
Identificar cuál es la fase limitante de tu sustrato es lo que orienta la solución: pretratamiento si es la hidrólisis, o más tiempo de retención y control fino si es la metanogénesis.
Implicaciones operativas: por qué cada fase importa en el control
La utilidad práctica de este esquema es diagnóstica. Un desequilibrio entre fases se traduce en señales medibles:
- Si la acidogénesis va por delante de la metanogénesis, se acumulan AGV y sube el cociente FOS/TAC: el digestor se está acidificando.
- Si sube el propionato en particular, suele apuntar a un problema en la acetogénesis (H₂ elevado, sobrecarga).
- Una caída de producción de metano con AGV bajos sugiere que el cuello de botella está antes, en la hidrólisis.
En conjunto, un proceso bien equilibrado con un sustrato biodegradable, convierte el 90-95 % de la DQO entrante en metano. La microbiología del digestor explica qué comunidades sostienen cada fase.
| Fase | Microorganismos | Sustrato → producto | Velocidad |
|---|---|---|---|
| Hidrólisis | Bacterias hidrolíticas | Macromoléculas → monómeros | Lenta (limita fibrosos) |
| Acidogénesis | Bacterias acidogénicas | Monómeros → AGV, H₂, CO₂ | Muy rápida |
| Acetogénesis | Bacterias acetogénicas | AGV → acetato, H₂, CO₂ | Media (depende del H₂) |
| Metanogénesis | Arqueas metanogénicas | Acetato / H₂+CO₂ → CH₄ | Lenta (limita solubles) |
Preguntas frecuentes sobre las fases de la digestión anaerobia
¿Cuáles son las 4 fases de la digestión anaerobia?
Son, en orden: hidrólisis (rotura de macromoléculas en monómeros), acidogénesis (fermentación de esos monómeros a ácidos grasos volátiles, hidrógeno y CO₂), acetogénesis (conversión de los AGV en acetato, hidrógeno y CO₂) y metanogénesis (producción de metano a partir de acetato o de hidrógeno y CO₂). Cada fase la ejecuta un grupo microbiano distinto y depende de la anterior.
¿Cuál es la fase limitante de la digestión anaerobia?
Depende del sustrato. En sustratos fibrosos o lignocelulósicos (paja, estiércol sólido, restos vegetales) la fase limitante es la hidrólisis: romper la fibra es lo más lento. En sustratos solubles y fácilmente degradables (azúcares, grasas, sueros) la hidrólisis es rápida y el cuello de botella pasa a la metanogénesis, que es la fase con los microorganismos más lentos.
¿Qué son los AGV y por qué importan?
Los AGV (ácidos grasos volátiles) son los ácidos orgánicos de cadena corta (acetato, propionato, butirato) que produce la acidogénesis. Importan porque son el intermedio central del proceso: si las fases posteriores no los consumen al mismo ritmo al que se producen, se acumulan, el pH baja y el digestor se acidifica. Por eso su concentración, y el cociente FOS/TAC, es uno de los indicadores de estabilidad más usados.
¿Cuánto tiempo tarda cada fase?
No hay un tiempo fijo, sino velocidades muy distintas. La acidogénesis es la más rápida (las bacterias implicadas crecen muy deprisa), mientras que la hidrólisis de fibra y la metanogénesis son lentas y marcan el ritmo global. En la práctica, ese ritmo se gobierna con el tiempo de retención hidráulica (TRH) del digestor, que suele ir de pocos días (sustratos solubles) a 20-40 días o más (sustratos fibrosos).
Smallops y el equilibrio entre fases
Cuando un digestor pierde rendimiento, casi siempre hay una fase desincronizada. En Smallops localizamos cuál con un Diagnóstico de Excelencia Operativa y ajustamos alimentación y control para reequilibrarlas.
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Referencias y normativa
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Gerardi, M.H. (2003). The Microbiology of Anaerobic Digesters. John Wiley & Sons.
Vavilin, V.A. et al. (2008). Hydrolysis kinetics in anaerobic degradation of particulate organic material. Waste Management, 28 (6), 939-951. → doi.org/10.1016/j.wasman.2007.03.028
Pavlostathis, S.G. & Giraldo-Gomez, E. (1991). Kinetics of anaerobic treatment. Critical Reviews in Environmental Control, 21 (5-6), 411-490.