Installation de biogaz: valoriser les déchets organiques de manière rentable

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La hausse des prix de l’énergie oblige à rechercher des alternatives de chauffage. De bons résultats peuvent être obtenus par l’autoproduction de biogaz à partir de matières premières organiques disponibles. Dans cet article, nous parlerons du cycle de production, du dispositif de bioréacteur et des équipements associés..

Installation de biogaz. Recycler les déchets organiques de manière rentable

Soumis aux règles de fonctionnement de base, le réacteur à gaz est totalement sûr et capable de fournir du combustible et de l’électricité même à une petite maison, voire à tout un complexe agro-industriel. Le résultat du travail du bioréacteur n’est pas seulement du gaz, mais aussi l’un des types d’engrais les plus précieux, le principal composant de l’humus naturel.

Comment le biogaz est obtenu

Pour obtenir du biogaz, les matières premières organiques sont placées dans des conditions favorables au développement de plusieurs types de bactéries qui émettent du méthane au cours de leur vie. La biomasse passe par trois cycles de transformation, et à chaque étape différentes souches d’organismes anaérobies participent. L’oxygène n’est pas nécessaire pour leurs fonctions vitales, mais la composition de la matière première et sa consistance, ainsi que la température et la pression interne, sont d’une grande importance. Les conditions avec une température de 40 à 60 ° C à une pression allant jusqu’à 0,05 atm sont considérées comme optimales. La matière première chargée commence à produire du gaz après une activation prolongée, qui prend de plusieurs semaines à six mois.

Installation de biogaz. Recycler les déchets organiques de manière rentable

Le début de la libération de gaz dans le volume calculé indique que les colonies bactériennes sont déjà assez nombreuses.Par conséquent, après 1 à 2 semaines, la matière première fraîche est dosée dans le réacteur, qui est activé presque immédiatement et entre dans le cycle de production.

Pour maintenir des conditions optimales, les matières premières sont périodiquement mélangées, en utilisant une partie de la chaleur du chauffage au gaz pour maintenir la température. Le gaz résultant contient de 30 à 80% de méthane, 15 à 50% de dioxyde de carbone, de petites impuretés d’azote, d’hydrogène et de sulfure d’hydrogène. Pour une utilisation domestique, le gaz est enrichi en éliminant le dioxyde de carbone, après quoi le carburant peut être utilisé dans une large gamme d’équipements électriques: des moteurs de centrales électriques aux chaudières de chauffage..

Quelles matières premières conviennent à la production

Contrairement aux idées reçues, le fumier n’est pas la meilleure matière première pour la production de biogaz. La production de carburant d’une tonne de fumier propre n’est que de 50 à 70 m3 avec une concentration de 28-30%. Cependant, c’est dans les déchets animaux que l’on trouve la plupart des bactéries nécessaires pour démarrer rapidement et maintenir un fonctionnement efficace du réacteur..

Installation de biogaz. Recycler les déchets organiques de manière rentable

Pour cette raison, le fumier est mélangé aux déchets agricoles et alimentaires dans un rapport de 1: 3. Les matières premières végétales suivantes sont utilisées:

Matières premièresProduction de 1 tonne de matières premièresConcentration СН4
Ensilage de tiges et d’épis de maïs400 m350-56%
Ensilage d’herbe et de céréales200 à 230 m349-54%
Pommes de terre fourragères, betteraves, céréales500 à 600 m350 à 65%
Déchets de boulangeries et de l’industrie alimentaire (soja, avoine)700 à 750 m355-58%
Huiles végétales, graisse, glycérine8500 à 1 200 m365 à 68%

Les matières premières ne peuvent pas être simplement versées dans le réacteur, une certaine préparation est nécessaire. Le substrat d’origine est broyé à une fraction de 0,4 à 0,7 mm et dilué avec de l’eau en une quantité d’environ 25 à 30% du poids sec. Dans de grands volumes, le mélange nécessite un mélange plus poussé dans des dispositifs d’homogénéisation, après quoi il est prêt à être chargé dans le réacteur.

Construction de bioréacteur

Les exigences relatives aux conditions de mise en place du réacteur sont les mêmes que pour une fosse septique passive. La partie principale du bioréacteur est le digesteur – un récipient dans lequel se déroule tout le processus de fermentation. Pour réduire le coût de chauffage de la masse, le réacteur est creusé dans le sol. Ainsi, la température du milieu ne descend pas en dessous de 12–16 ° C, et l’écoulement de chaleur formé pendant la réaction reste minime.

Installation de biogaz. Recycler les déchets organiques de manière rentable Schéma d’installation de biogaz: 1 – trémie de chargement des matières premières; 2 – biogaz; 3 – biomasse; 4 – compensateur de réservoir; 5 – trappe pour l’extraction des déchets; 6 – soupape de surpression; 7 – tube à gaz; 8 – joint hydraulique; 9 – aux consommateurs

Pour digesteurs jusqu’à 3 m3 il est permis d’utiliser des conteneurs en nylon. Étant donné que l’épaisseur et le matériau de leurs parois n’interfèrent pas avec la sortie de chaleur, les récipients sont recouverts de couches de polystyrène expansé ou de laine minérale résistante à l’humidité. Le fond de la fosse est bétonné avec une chape de 7-10 cm avec renfort pour éviter que le réacteur ne soit expulsé du sol.

Le matériau le plus approprié pour la construction de grands réacteurs est le béton armé de claydite. Il a une résistance suffisante, une faible conductivité thermique et une longue durée de vie. Avant de couler les parois de la chambre, il est nécessaire de monter un tuyau incliné pour fournir le mélange au réacteur. Son diamètre est de 200-350 mm, l’extrémité inférieure doit être à 20-30 cm du bas.

Dans la partie supérieure du digesteur, il y a un réservoir de gaz – un dôme ou une structure conique qui concentre le gaz au point supérieur. Le support de gaz peut être en tôle, cependant, dans les petites installations, l’arc est en maçonnerie, puis recouvert de treillis d’acier et plâtré. Lors de la construction d’un réservoir de gaz, il est nécessaire de prévoir dans sa partie supérieure un passage étanche de deux tuyaux: pour l’admission de gaz et l’installation d’une soupape de surpression. Un autre tuyau d’un diamètre de 50 à 70 mm est posé pour pomper la masse de déchets.

Installation de biogaz. Recycler les déchets organiques de manière rentable

La cuve du réacteur doit être scellée et résister à une pression de 0,1 atm. Pour ce faire, la surface intérieure du digesteur est recouverte d’une couche continue d’imperméabilisation bitumineuse enduite et une trappe étanche est montée sur le dessus du réservoir de gaz..

Élimination et enrichissement des gaz

Sous le dôme du gasholder, le gaz est détourné à travers un pipeline dans un conteneur avec un joint hydraulique. L’épaisseur de la couche d’eau au-dessus de la sortie du tube détermine la pression de fonctionnement dans le réacteur et est généralement de 250 à 400 mm.

Après le joint d’eau, le gaz peut être utilisé dans les équipements de chauffage et pour la cuisson. Cependant, les moteurs à combustion interne nécessitent une teneur en méthane plus élevée pour fonctionner, de sorte que le gaz est enrichi.

Installation de biogaz. Recycler les déchets organiques de manière rentable

La première étape d’enrichissement consiste à réduire la concentration de dioxyde de carbone dans le gaz. Pour cela, vous pouvez utiliser un équipement spécial qui fonctionne sur le principe de l’absorption chimique ou sur des membranes semi-perméables. À la maison, l’enrichissement est également possible en faisant passer du gaz à travers la colonne d’eau, dans laquelle jusqu’à la moitié du CO est dissous2. Le gaz est atomisé en petites bulles à travers des aérateurs tubulaires, l’eau gazeuse doit être périodiquement éliminée et pulvérisée dans des conditions atmosphériques normales. Dans les complexes de culture de plantes, cette eau est utilisée avec succès dans les systèmes hydroponiques.

Au deuxième stade d’enrichissement, l’humidité du gaz est réduite. Cette caractéristique se trouve dans la plupart des équipements de dressage fabriqués en usine. Les dessicants faits maison ressemblent à un tube en Z rempli de gel de silice.

Utilisation du biogaz: spécificité et équipement

La plupart des modèles modernes d’équipements de chauffage sont conçus pour fonctionner avec du biogaz. Les chaudières obsolètes peuvent être rééquipées relativement facilement en remplaçant le brûleur et le dispositif de préparation air-gaz.

Installation de biogaz. Recycler les déchets organiques de manière rentable

Pour obtenir du gaz sous la pression de service, un compresseur à piston classique avec un réservoir est utilisé, réglé pour fonctionner à une pression de 1,2 fois la pression de conception. La pression est normalisée par un régulateur de gaz, ce qui permet d’éviter les chutes et de maintenir une flamme uniforme.

Les performances du bioréacteur doivent être au moins 50% supérieures à la consommation. Aucun excès de gaz n’est généré lors de la production: lorsque la pression dépasse 0,05-0,065 atm, la réaction est presque complètement ralentie et n’est rétablie qu’après qu’une partie du gaz a été pompée.

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