Introduction
Un digesteur de biogaz est fabriqué en construisant un réservoir sans oxygène ou une chambre couverte où le fumier, les déchets alimentaires ou d'autres matières organiques se décomposent et produisent du biogaz, principalement du méthane et du dioxyde de carbone. Le coût et le rendement dépendent du volume des matières premières, du type de digesteur, de la température, du temps de rétention, de la capture du gaz, du choix du générateur et de la manière dont l'exploitation agricole utilise le digestat.
Pour une exploitation agricole, la question essentielle n'est pas de savoir si le fumier peut produire du gaz. C'est possible. La question la plus difficile est de savoir si le flux de fumier, la demande de chaleur, la consommation d'électricité, la main-d'œuvre et le prix de l'énergie locale justifient la construction d'un digesteur.
Un rapide contrôle de la réalité
- Les digesteurs de biogaz ont besoin d'une alimentation organique régulière, et non de déchets occasionnels.
- Une digestion chaude et contrôlée produit généralement du gaz de manière plus fiable qu'un stockage à froid.
- Le rendement dépend de la quantité de fumier, des matières volatiles, de la température et du temps de rétention.
- Le coût comprend les réservoirs, les couvercles, les pompes, le chauffage, la manipulation du gaz, la sécurité, les autorisations et l'entretien.
- La gestion du digestat est importante car les restes de matière ont encore une valeur nutritive.
Commencer par la matière première, pas par le réservoir
De nombreuses idées de digesteurs qui n'aboutissent pas commencent par la conception d'une cuve. Les meilleurs projets commencent par la matière première.
Demandez :
- Quelle est la quantité de fumier produite quotidiennement ?
- Est-il raclé, rincé ou recouvert de paille ?
- Quelle est la quantité d'eau mélangée ?
- L'offre est-elle régulière tout au long de l'année ?
- Des déchets alimentaires, des eaux usées de laiterie, des résidus de culture ou d'autres matières seront-ils ajoutés ?
- Les contaminants tels que les pierres, le sable, le plastique ou la literie posent-ils problème ?
Guide de Penn State Extension sur le biogaz issu du fumier explique que les systèmes de taille agricole comprennent la manutention du lisier, une chambre de digestion, un équipement de chauffage et d'agitation, la manutention des gaz et un réservoir d'effluents. En d'autres termes, le digesteur est un système, et non un tonneau enterré avec un tuyau.
Choisir un type de digesteur adapté au fumier
Lagune couverte
Un lagunage couvert peut fonctionner lorsque le fumier est déjà traité comme un liquide et que le climat est suffisamment chaud pour permettre une production de gaz utile. C'est généralement plus simple qu'un réservoir chauffé, mais la production peut chuter par temps froid.
Digesteur à écoulement piston
Un digesteur à écoulement piston convient au fumier laitier plus épais, avec une litière limitée et une teneur en matières solides prévisible. Le fumier se déplace dans le digesteur sous forme de masse plutôt que d'être brassé comme une soupe.
Digesteur à mélange complet
Un digesteur à mélange complet utilise l'agitation et peut traiter un fumier plus dilué. Il nécessite généralement plus d'équipement, plus de contrôle de la chaleur et plus de gestion.
Petits modèles à dôme fixe ou à tambour flottant
Les petits digesteurs domestiques ou villageois peuvent produire du gaz pour la cuisine lorsque le climat, les matières premières et le fonctionnement quotidien sont favorables. Ils ne sont pas automatiquement adaptés à une exploitation laitière ou bovine commerciale.
Comment construire le système en étapes pratiques
Étape 1 : Dimensionnement de l'apport journalier
Calculez le volume quotidien de fumier ou de matières premières organiques. Ce volume détermine la taille de la cuve, la capacité de la pompe et la production de gaz attendue. Un digesteur trop petit est surchargé et devient instable. Un digesteur trop grand coûte trop cher et risque de ne pas rester suffisamment chaud.
Étape 2 : Préparation du lisier
Le fumier peut nécessiter une dilution, un mélange, un criblage ou une séparation du sable avant la digestion. Le sable et les gravillons sont des ennemis silencieux car ils se déposent dans les cuves et réduisent le volume de travail.
Étape 3 : Construction d'une chambre de digestion sans air
La digestion anaérobie nécessite des conditions sans oxygène. La chambre doit être étanche, solide et capable de supporter la pression, la corrosion et l'accès pour l'entretien.
Étape 4 : Contrôle de la température et du temps de rétention
Les microbes ont besoin de temps et d'une température adéquate. Penn State note qu'une digestion rapide et une production efficace de gaz se produisent dans des plages de température limitées, la digestion mésophile se produisant généralement autour de 95 degrés Fahrenheit.
Étape 5 : Capter, nettoyer et utiliser le gaz
Le biogaz peut contenir du méthane, du dioxyde de carbone, de l'humidité, du sulfure d'hydrogène et des gaz à l'état de traces. En fonction de son utilisation, il peut être nécessaire d'éliminer l'humidité, de contrôler le soufre, de réguler la pression, d'installer des pare-flammes et de sécuriser la tuyauterie.
Étape 6 : Stocker et utiliser le digestat
Le digestat restant contient encore des éléments nutritifs. Il peut être séparé en solides et en liquides, stocké, épandu sur les champs ou utilisé dans le cadre d'un plan de gestion des éléments nutritifs.
Coût d'un digesteur de biogaz
Il n'y a pas de réponse honnête à un chiffre pour le coût, car le même "digesteur" peut désigner une petite unité de production de gaz de cuisine, une lagune couverte ou un système énergétique chauffé à l'échelle de l'exploitation.
Les facteurs de coût sont les suivants :
Un digesteur bon marché qui ne tient pas compte de la sécurité du gaz, de la corrosion et du digestat peut s'avérer coûteux par la suite.
Estimer la production sans se tromper
La production de biogaz dépend des matières volatiles, de l'efficacité de la digestion, de la température et de la consistance de l'alimentation. Plus de fumier ne signifie pas toujours proportionnellement plus d'énergie utilisable si le système est froid, surchargé, mal mélangé ou présente des fuites de gaz.
Penn State donne un exemple historique d'un digesteur produisant environ 1 460 000 pieds cubes de biogaz par an à partir du fumier de 100 vaches. Cet exemple est utile en tant que référence d'échelle, mais ne constitue pas une garantie pour toutes les exploitations.
Pour estimer votre propre production, vous devez
- volume journalier de fumier
- les matières solides du fumier et les matières volatiles
- pourcentage de méthane attendu
- temps de rétention
- température de fonctionnement
- hypothèses de pertes de gaz
- l'efficacité du générateur ou du brûleur
- indemnité d'immobilisation
Le rendement qui importe est l'énergie utilisable après les pertes, et non le gaz théorique dans le digesteur.
Ce que la plupart des gens sous-estiment
La charge de travail cachée n'est pas la construction du digesteur. C'est de le faire fonctionner tous les jours.
Quelqu'un doit gérer les matières premières, les pompes, la température, les indices de pH, la pression des gaz, les condensats, l'entretien des générateurs, les plaintes relatives aux odeurs, le stockage du digestat et les contrôles de sécurité. Un digesteur, c'est de la biologie, de la plomberie et des équipements énergétiques. Si l'une de ces parties est négligée, le système peut perdre rapidement de sa puissance.
Quand un digesteur de biogaz agricole prend tout son sens
Un digesteur a plus de chances de convenir lorsque :
- le volume de fumier est stable
- l'exploitation traite déjà le fumier sous forme de lisier
- la demande d'électricité ou de chaleur est élevée
- il existe une utilisation fiable du biogaz
- le digestat peut être bien géré
- les subventions, les incitations ou les prix de l'énergie améliorent le délai de récupération.
- une personne de la ferme peut s'occuper de l'exploitation quotidienne
Il est moins probable qu'il convienne lorsque le fumier est saisonnier, que les matières premières sont sales, que l'utilisation de l'énergie est faible, que la main-d'œuvre est déjà sollicitée ou que les autorisations sont difficiles à obtenir.
Questions avant de construire
Puis-je fabriquer un digesteur de biogaz à la maison ?
Oui, de petits digesteurs peuvent être construits pour le gaz de cuisine dans les climats appropriés, mais la sécurité et l'hygiène du gaz doivent être prises au sérieux. Les systèmes à l'échelle de la ferme nécessitent des études et des autorisations.
Quelle quantité de biogaz le fumier de vache produit-il ?
Elle varie en fonction des solides, de l'alimentation, de la dilution de l'eau, de la température et de la conception du digesteur. Il est préférable d'utiliser les tests de fumier locaux et les calculs de conception plutôt qu'un chiffre générique.
Le digestat a-t-il encore une odeur ?
Le digestat a souvent une odeur différente de celle du fumier brut et peut être plus facile à manipuler, mais il n'est pas exempt d'odeurs et doit toujours être stocké et géré au champ.
Un générateur est-il nécessaire ?
Le biogaz peut être brûlé pour la chaleur, utilisé pour la cuisine dans les petits systèmes, ou valorisé dans les systèmes avancés. Un générateur n'est qu'une des possibilités d'utilisation.
Conclusion
La construction d'un digesteur de biogaz commence par des calculs sur le fumier, et non par de l'enthousiasme pour la construction. L'exploitation a besoin d'une matière première régulière, d'un type de digesteur adapté, d'une manipulation sûre du gaz, d'un contrôle de la chaleur et d'un plan pour le digestat.
Le coût et le rendement n'ont de sens que s'ils sont combinés. Un digesteur qui produit du gaz mais pose des problèmes de main-d'œuvre, d'odeurs, de sécurité ou de nutriments n'est pas un bon système. Un digesteur bien adapté peut transformer le traitement des déchets en énergie utilisable et en un meilleur contrôle des nutriments.
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