熱力學(xué)是一個(gè)涉及能量和其轉(zhuǎn)化的學(xué)科，其原理也廣泛用于發(fā)酵系統(tǒng)的分析。
熱力學(xué)第一定律為能源守恒定律，即能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)消失。因此，可以認(rèn)為能量進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)后只有兩條出路：一是儲(chǔ)存起來(lái)；二是流出此系統(tǒng)。發(fā)酵工藝中的主要能量輸入是發(fā)酵基質(zhì)的有機(jī)分子，當(dāng)這些分子被微生物分解時(shí)，能量可轉(zhuǎn)化為微生物機(jī)體或以熱釋放到周圍環(huán)境中。由此可見，有機(jī)物分解產(chǎn)生的能量推動(dòng)了堆肥化進(jìn)程，使溫度升高，同時(shí)還可干燥濕基質(zhì)。實(shí)際上也正好可以使微生物繼續(xù)獲得能量對(duì)周圍有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解。
熱力學(xué)第二定律則提出了熱量的散失方向，即對(duì)于所有獨(dú)立系統(tǒng)來(lái)講，其熵的變化總是向著無(wú)序增加的狀態(tài)進(jìn)行。發(fā)酵過程中始終伴隨這熱量的散失，熱量一旦損失，就不可逆轉(zhuǎn)，必須靠微生物進(jìn)一步利用有機(jī)碳源來(lái)獲得能量。
有機(jī)物分解產(chǎn)生的熱量使發(fā)酵混合物的水、氣和固體基質(zhì)溫度升高，也驅(qū)動(dòng)了水分隨氣體排出而蒸發(fā)。由于堆垛溫度比周圍環(huán)境溫度要高，熱量會(huì)從暴露于空氣的堆體表面散失。堆垛的隔離效應(yīng)一定程度上可限制熱傳導(dǎo)，并減少了熱損失。條垛或堆體在機(jī)械攪拌下也會(huì)產(chǎn)生熱量損失。
