BIODIGESTEUR: À QUOI SERT-IL, TYPES, AVANTAGES, INCONVÉNIENTS - ENVIRONNEMENT - 2024

Un biodigesteur est un réservoir fermé dans lequel le méthane et l'engrais organique sont générés à partir de la fermentation anaérobie de matière organique. Le fondement biologique est la décomposition de la matière organique par l'action des bactéries par hydrolyse, acidification, acétanogenèse et méthanogenèse.

Le biodigesteur fournit les conditions contrôlées nécessaires au processus de biodigestion. Après ce processus, le biogaz (méthane, dioxyde de carbone, azote et sulfure d'hydrogène), le biosol (engrais solide) et le biol (engrais liquide) sont obtenus comme produits finaux.

Système de biogaz. Source: Renergon International AG

L'opération de base commence par l'ajout de déchets organiques et d'eau dans un récipient hermétique, dans lequel le processus de fermentation anaérobie est généré. Le biogaz est ensuite extrait pour stockage, utilisation directe ou comme engrais.

Les trois types de base de biodigesteurs selon leur système de chargement sont discontinus, semi-continus et continus. Les biodigesteurs par lots sont chargés de déchets organiques une seule fois dans chaque processus de production, puis l'engrais est extrait pour démarrer un autre cycle.

Ceux de charge semi-continue, sont chargés en périodes régulières en extrayant la quantité d'engrais équivalente au volume chargé. Les systèmes continus sont des installations industrielles avec une charge permanente de matière organique, ainsi que l'extraction de biogaz et d'engrais.

Parmi les avantages des biodigesteurs, il y a la bonne gestion des déchets organiques, leur recyclage et la réduction des risques environnementaux. De plus, de l'énergie (biogaz) et des engrais organiques sont produits, ce qui génère une valeur économique et environnementale.

Cependant, il existe également certains inconvénients tels que la consommation d'eau, la difficulté à maintenir des températures idéales et la présence de substances nocives (sulfure d'hydrogène, siloxènes). Il met également en évidence l'accumulation de matière première à proximité de la zone et les risques d'explosion.

Vous pouvez construire un biodigesteur maison relativement peu coûteux et traiter les déchets de cuisine organiques. Cela ne nécessite qu'un fût avec un couvercle hermétique et certains matériaux de plomberie (tuyaux en PVC, robinets, entre autres).

À plus grande échelle, dans les maisons des zones rurales, le système le plus économique et relativement facile à construire est la saucisse. Ce système se compose essentiellement d'un sac en polyéthylène scellé avec les connexions correspondantes.

Pourquoi est-ce

- Traitement et recyclage des déchets organiques

Les biodigesteurs sont des alternatives technologiques très utiles du point de vue de la gestion durable des déchets organiques et de la production d'énergie renouvelable. Par exemple, ils offrent une alternative pour le recyclage des déchets organiques solides et liquides, qui sont transformés en matière première pour le biodigesteur.

Le recyclage des déchets organiques de cette manière réduit son impact polluant et génère des économies dans sa gestion. Les biodigesteurs sont utilisés pour le traitement des eaux usées, le traitement des déchets organiques solides urbains et les déchets agricoles et d'élevage.

- Production de biogaz et de biofertilisants

Le processus de digestion anaérobie génère du biogaz et des engrais organiques en tant que produits.

Biogaz

Le biogaz contient environ 60% de méthane, qui est un combustible à haute teneur en calories et peut être utilisé pour la production d'énergie. Il peut être utilisé pour la cuisson, la production d'énergie électrique (turbines à gaz), le déplacement de moteurs ou le chauffage.

Biofertilisants

Les biofertilisants issus de biodigesteurs sont obtenus dans un état (biosol) et liquide (biol) avec des niveaux élevés de macro et micronutriments. Les macronutriments basiques (phosphore, azote et potassium) peuvent être obtenus isolément du biol par des procédés d'ultrafiltration et d'osmose inverse.

Biol contient des quantités significatives d'hormones de croissance utiles pour le développement des plantes telles que l'acide indole-acétique, les gibbérellines et les cytokinines, entre autres.

Comment ça marche

Le biodigesteur fonctionne en générant un processus de biogazéification par digestion anaérobie, en décomposant la matière organique hydratée et en l'absence d'air. Cela se produit grâce à un processus de fermentation dont les principaux produits sont le méthane (CH4) et le dioxyde de carbone (CO2).

- Chargement du biodigesteur et agitation

Elle est effectuée à travers le réservoir de chargement, qui consiste en un réservoir dans lequel la matière organique est préparée pour être ajoutée par le tube de chargement au biodigesteur.

Traitement de la matière organique et de la charge

Le biodigesteur doit être périodiquement alimenté avec de la matière organique et suffisamment d'eau pour sa capacité de charge. En ce sens, 25% du volume du biodigesteur doit être laissé libre pour l'accumulation du gaz produit.

À leur tour, le type et la qualité de la matière organique influenceront également la productivité et l'utilisation ou non de déchets solides et liquides comme engrais. Certains déchets organiques peuvent causer des problèmes dans le processus de fermentation, comme les résidus d'agrumes qui peuvent trop acidifier le milieu.

Le matériau doit être broyé ou réduit à la plus petite taille possible, et pour faciliter la fermentation, le mélange doit contenir 75% d'eau et 25% de matière organique. Il doit être agité périodiquement afin de garantir l'homogénéité du processus de fermentation dans le mélange.

Température et temps de rétention

Le temps de rétention de la matière organique dans le biodigesteur pour réaliser sa fermentation complète dépendra du type de celui-ci et de la température. Plus la température ambiante est élevée, plus la fermentation sera rapide (par exemple, à 30 ºC, la recharge du biodigesteur peut prendre environ 20 jours).

- Digestion anaérobique

Digestion anaérobique. Source: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Les bactéries agissent dans le processus qui nécessite des conditions environnementales appropriées telles que l'absence d'air, des températures supérieures à 20 ° C (idéalement 30-35 ° C) et un milieu peu acide. Dans ces conditions, trois phases se développent:

Hydrolyse

Les bactéries hydrolytiques agissent dans ce processus qui sécrètent des enzymes extracellulaires. Par conséquent, les chaînes complexes de glucides, de protéines et de lipides sont décomposées en morceaux solubles plus petits (sucres, acides aminés et graisses).

Étape d'acidification ou de fermentation

Les composés solubles de la phase précédente sont fermentés en acides gras volatils, alcools, hydrogène et CO2.

Acétanogenèse

Les bactéries acétogènes entrent en jeu et oxydent les acides organiques comme source de carbone. Ils génèrent de l'acide acétique (CH3COOH), de l'hydrogène (H2) et du dioxyde de carbone (CO2) et des odeurs désagréables sont produites par la présence de sulfure d'hydrogène.

Formation de méthane ou phase méthanogène

Dans la dernière phase, les bactéries méthanogènes agissent qui décomposent les produits de l'acétanogenèse, générant du méthane. Dans la nature, ces bactéries agissent dans les marais, les milieux aquatiques et dans l'estomac des ruminants.

A l'issue de cette phase le mélange contient du méthane (45 à 55%), du dioxyde de carbone (40 à 50%), de l'azote (2 à 3%) et du sulfure d'hydrogène (1,5 à 2%).

- Décharge du biodigesteur

Le taux de production de biogaz et d'engrais dépend du type de biodigesteur, de la matière organique qui l'alimente et de la température. Le biogaz s'accumule dans la partie supérieure du biodigesteur et est extrait par des tuyaux vers des réservoirs de stockage.

Une fois la fermentation terminée, la boue (un mélange de solides et de liquide) est extraite par des tuyaux. La décharge est produite par le principe des vases communicants, c'est-à-dire que lors du chargement de nouveau matériau, la pression fait sortir le surplus par le côté opposé.

Le rapport entre la quantité de matière introduite (déchets organiques et eau) et le produit de sortie (biosol et biol) est proche de 1: 0,9. Cela équivaut à un rendement de 90%, où la proportion la plus élevée correspond au biol (liquide).

- Biogaz: purification

Le gaz produit doit être purifié pour éliminer ou réduire la teneur en sulfure d'hydrogène et en eau à l'aide de pièges pour piéger les deux composés. Ceci est nécessaire pour réduire le risque d'endommagement de l'équipement en raison de la puissance corrosive de ces composants.

Piège à eau

L'eau emportée par le biogaz précipite lorsque le tuyau s'ouvre dans un espace plus grand et le gaz continue à travers un autre étranglement. Ce tuyau se termine dans un grand récipient hermétique pour contenir l'eau qui est ensuite extraite par un robinet de vidange en partie basse.

Piège à sulfure d'hydrogène

Le processus d'extraction du sulfure d'hydrogène du biogaz est similaire à celui du piège à eau, mais le piège inséré dans le chemin du tuyau doit contenir des copeaux de fer ou des éponges. Lorsque le biogaz traverse le lit de fer, le sulfure d'hydrogène réagit avec lui et précipite.

- Engrais: séparation et compostage

Le mélange de biosol et de biol est soumis à un processus de décantation afin de séparer les deux composants. Le biosol peut être utilisé seul ou suivre un processus de mélange avec compostage pour une utilisation ultérieure comme engrais solide.

Biol est utilisé comme engrais foliaire liquide ou ajouté à l'eau d'irrigation, ce qui le rend très utile dans les systèmes hydroponiques.

Les types

Production de biogaz en Allemagne. Source: Volker Thies (Asdrubal)

Les biodigesteurs sont classés en fonction de leur périodicité de chargement et de leur forme structurelle. En raison de sa fréquence de chargement, nous avons:

- Discontinu

Le système discontinu ou discontinu consiste en un réservoir hermétique qui est complètement chargé et qui n'est pas rechargé tant qu'il n'a pas cessé de produire du biogaz. Le gaz s'accumule dans un collecteur flottant fixé au sommet du réservoir (gazomètre).

Ce type de biodigesteur est utilisé lorsque la disponibilité des déchets organiques est intermittente.

- Semi-continu

Contrairement au système discontinu, le chargement et le déchargement sont effectués à certains moments du processus de production de biogaz. Selon son système de construction, il existe trois types de base:

Biodigesteur ballon ou saucisse

Il est également appelé taïwanais et consiste en une fosse plate revêtue de béton où un sac ou une bouteille en polyéthylène est installé. Les connexions pour l'entrée des déchets organiques et la sortie du biogaz doivent être installées dans ce sac.

Le cylindre est rempli d'eau et d'air et plus tard, la charge de déchets organiques est ajoutée.

Biodigesteurs à dôme fixe

C'est le soi-disant biodigesteur chinois et se compose d'un réservoir souterrain construit en brique ou en béton. Le réservoir est un cylindre vertical aux extrémités convexes ou arrondies et dispose d'un système de chargement et de déchargement.

Le biogaz s'accumule dans un espace aménagé à cet effet sous le dôme supérieur. Le biodigesteur fonctionne avec une pression de biogaz variable en fonction de sa production.

Biodigesteur à dôme flottant

Appelé biodigesteur hindou, il se compose d'un réservoir cylindrique souterrain avec un système de chargement et de déchargement. Il est construit en brique ou en béton et dans sa partie supérieure se trouve un réservoir flottant (gazomètre) dans lequel s'accumule le biogaz.

Le gazomètre en acier inoxydable ou en fibre de verre revêtu de plastique flotte au-dessus du mélange grâce au biogaz accumulé. Il présente l'avantage de maintenir une pression de gaz constante.

Par la suite, le gazomètre monte et descend en fonction du niveau du mélange et de la quantité de biogaz. Par conséquent, il nécessite des rails latéraux ou une tige de guidage centrale pour éviter les frottements avec les parois.

- Continu

Dans ce cas, le chargement et le déchargement du biodigesteur est un processus continu, qui nécessite une disponibilité permanente de déchets organiques. Ce sont de grands systèmes industriels généralement utilisés pour le traitement des eaux usées communautaires.

Pour cela, des systèmes de réservoir de collecte, des pompes de transfert vers des biodigesteurs et l'extraction d'engrais sont utilisés. Le biogaz est soumis à un système de filtrage et distribué par compression pour garantir sa distribution aux utilisateurs.

avantage

Recyclage et pollution

L'installation d'un biodigesteur permet le recyclage des déchets organiques, réduisant ainsi la pollution de l'environnement et obtenant des produits utiles. Dans le cas des zones rurales, il est particulièrement important pour la gestion des excréments animaux dans les systèmes d'élevage.

Obtention de biogaz

Le biogaz représente une source d'énergie efficace et économique, principalement dans les zones où la disponibilité d'autres sources d'énergie n'est pas accessible. Dans les zones rurales des pays économiquement défavorisés, la cuisine se fait avec du bois de chauffage, ce qui a un impact sur l'environnement.

La disponibilité du biogaz peut contribuer à réduire la demande de bois de chauffage et donc avoir un impact positif sur la conservation de la biodiversité.

Production d'engrais

Les engrais organiques solides (biosol) et liquides (biol) sont obtenus grâce à des biodigesteurs. Ces engrais ont un impact environnemental moindre et réduisent les coûts de production agricole.

Santé

En permettant une bonne gestion des déchets organiques, les risques qu'ils présentent pour la santé sont réduits. Il a été déterminé que 85% des agents pathogènes ne survivent pas au processus de biodigestion.

Par exemple, les coliformes fécaux à 35 ° C sont réduits de 50 à 70% et les champignons de 95% en 24 heures. Par conséquent, étant un processus fermé, les mauvaises odeurs sont réduites.

Désavantages

Disponibilité de l'eau

Le système est exigeant en termes de disponibilité en eau, car un mélange est nécessaire. En revanche, le biodigesteur doit être proche de la source de matière première et du site de consommation de biogaz.

Température

Le biodigesteur doit maintenir une température constante proche de 35 ° C et comprise entre 20 et 60 ° C. Par conséquent, un apport externe de chaleur peut être nécessaire.

Sous-produits nocifs

Il peut produire du sulfure d'hydrogène (H2S), toxique et corrosif, et des siloxènes dérivés du silicone contenus dans les produits cosmétiques et dans le mélange de déchets organiques. Ces siloxènes génèrent du SiO2 (dioxyde de silicium), qui est abrasif pour les machines et les composants.

La présence et la concentration de ces sous-produits dépendent de la matière première utilisée, de la proportion d'eau et de substrat solide, entre autres facteurs.

Accumulation de déchets

Il est nécessaire d'accumuler les déchets à proximité du biodigesteur, ce qui entraîne des problèmes logistiques et sanitaires qui doivent être résolus.

Risques d'explosion

Comme il s'agit d'un système générateur de gaz combustible, cela implique un certain risque d'explosion si les précautions appropriées ne sont pas prises.

Frais

Bien que l'entretien et le fonctionnement du biodigesteur soient relativement peu coûteux, les coûts d'installation et de construction initiaux peuvent être relativement élevés.

Comment faire un biodigesteur maison

Home biodigester. Source: Kevinsooryan

Un biodigesteur nécessite comme éléments de base et un réservoir pour la fermentation, le chargement et le déchargement des tuyaux avec leurs robinets respectifs. De plus, des réservoirs pour le biogaz et les engrais sont nécessaires.

Il est important de noter que l'ensemble du système doit être étanche à l'air pour éviter les fuites de gaz. En outre, le système doit être construit en matériaux inoxydables tels que le PVC ou l'acier inoxydable pour éviter les dommages causés par l'eau et le sulfure d'hydrogène.

- Cuve de fermentation

Un baril ou un réservoir en plastique peut être utilisé dont la capacité dépendra de la quantité de déchets organiques à traiter. Ce réservoir doit avoir un couvercle hermétique ou, à défaut, le couvercle doit être scellé avec de la colle plastique résistante aux hautes températures.

Le réservoir doit avoir quatre trous et toutes les installations qui y sont effectuées doivent être scellés avec du silicone haute température.

Couvercle de chargement

Ce trou est au centre du bouchon du réservoir, il doit mesurer au moins 4 pouces de long et un bouchon sanitaire fileté doit être installé. Ce bouchon sera connecté à un tube PVC de 4 pouces qui entrera verticalement dans le réservoir jusqu'à 10 cm avant le fond.

Cette entrée servira à charger les déchets organiques préalablement déchiquetés ou déchiquetés.

Trou de vidange d'effluent 1

Il est important de se rappeler que 25% de l'espace du réservoir doit être laissé libre pour l'accumulation de gaz, donc un trou doit être ouvert sur le côté à ce niveau. Dans ce trou, un adaptateur de réservoir avec un segment de tuyau en PVC de 2 pouces de 15 cm de long sera installé avec un robinet d'arrêt.

La fonction de ce drain est de permettre au biol surnageant de s'échapper une fois que le réservoir est rechargé par le couvercle de chargement. Le biol doit être stocké dans des conteneurs appropriés pour une utilisation ultérieure.

Trou d'évacuation des effluents 2

Ce second drain doit aller au fond de la cuve afin d'extraire la partie la plus dense du produit fermenté (biosol). De même, un segment de tuyau en PVC de 2 pouces de 15 cm de longueur avec un robinet d'arrêt sera utilisé.

Sortie de biogaz

Un trou de 1/2 pouce sera découpé dans le dessus du réservoir pour installer un tuyau en PVC de diamètre égal à l'aide d'un adaptateur de réservoir. Ce tuyau aura un robinet d'arrêt à la sortie.

- Système de sortie et de purification du biogaz

Le tube de sortie du biogaz doit mesurer au moins 1,5 m de long, afin d'insérer les systèmes d'extraction d'eau et de sulfure d'hydrogène sur son trajet. Ce tube peut ensuite être prolongé si nécessaire pour transférer le gaz vers son lieu de stockage ou d'utilisation.

Extraction d'eau

Pour évacuer l'eau de la sortie, le tuyau doit être interrompu à 30 cm pour insérer un récipient en plastique ou en verre avec un couvercle hermétique. Le tube de transfert de gaz doit avoir une dérivation à travers une connexion en T, pour que le gaz pénètre dans le récipient.

De cette manière, le gaz remplit le récipient, l'eau se condense et le gaz continue son chemin à travers le tuyau.

Extraction de sulfure d'hydrogène

Après le piège à eau, un segment de tuyau de 4 pouces est inséré dans les 30 cm suivants au moyen des réductions correspondantes. Ce segment doit être rempli de copeaux de fer ou d'éponges métalliques commerciales.

Le sulfure d'hydrogène réagira avec le métal et précipitera, tandis que le biogaz continuera son voyage vers le conteneur de stockage ou le lieu d'utilisation.

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