E305 backyard biodigester/fr

Notre projet vise à collecter et recycler les déchets organiques, notamment les excréments de chiens, de vaches et de chevaux, ainsi que les déchets de cuisine. Le méthane, un gaz à effet de serre nocif, pourrait être exploité comme combustible renouvelable propre.

Transformer les déchets organiques ménagers et les excréments en méthane. Ce projet a débuté avec du fumier de vache et des boues biodigestées provenant du digesteur anaérobie de notre municipalité, afin de créer un petit digesteur anaérobie pour notre jardin. La décomposition des matières organiques produit un gaz inflammable : le méthane. Ce gaz est un combustible propre qui peut être utilisé pour le chauffage, la cuisson ou l’éclairage naturel. Ce projet est actuellement en attente de résultats concrets.

Comprendre le marché

Inspirée par le projet Park Spark de Cambridge (Massachusetts), créé par un étudiant du MIT, l'idée de recycler les excréments de chiens au parc canin local est un moyen efficace de produire de l'énergie propre à partir de déchets.

Matériel nécessaire :

• fût métallique de 55 gallons, de qualité alimentaire
• hélice de bateau
• Barres d'armature
• manivelle
• Diverses vannes à gaz
• chambre à air ou ballon pour mesurer la collecte de méthane
• tubes métalliques divers
• Accès au matériel de soudage
• vanne de vidange
• tuyau en PVC

l'énoncé des objectifs

Notre projet vise à collecter et recycler les déchets organiques, notamment les excréments de chiens, de vaches et de chevaux, ainsi que les déchets de cuisine. Le méthane, un gaz à effet de serre nocif , pourrait être valorisé comme combustible renouvelable propre.

proposée de la chronologie

• Mercredi 29 février - Soudage des fixations sur le canon terminé.
• Samedi 3 mars - Matières organiques dans les barils : production de méthane.
• Samedi 7 avril - Dans un délai de deux mois, mettre en place des installations de stockage et de production de gaz propre.
• Dimanche 6 mai - Poursuite de la surveillance du dispositif de détection de gaz gonflable.

Critères d'évaluation

Ces critères ont été choisis comme moyen d'évaluer le projet en fonction de considérations de maintenance, de sécurité, de reproductibilité, d'efficacité, de potentiel éducatif et d'esthétique.

du design

Nous recherchions une conception relativement simple et abordable, facilement reproductible avec des ressources locales. Nous nous sommes procuré les matériaux dans des quincailleries, des scieries, auprès d'agriculteurs du quartier et dans des déchetteries. Le coût final s'est élevé à moins de 200 $. La structure principale est constituée d'un fût d'huile alimentaire de 208 litres (55 gallons) auquel sont fixés quatre éléments essentiels.

1. Le premier est une descente de gouttière construite en tuyau PVC de 4 pouces destinée à introduire les déchets dans le biodigesteur supérieur.
2. Le deuxième élément est une tige d'agitation pour mélanger la boue. Elle est fabriquée à partir d'une hélice de bateau soudée, d'un morceau de fer à béton de 6 mm et d'une manivelle.
3. Troisièmement, un tuyau doit être soudé au sommet du fût pour permettre au méthane de s'échapper, puis nous avons fixé une vanne à deux voies pour la collecte du méthane ou la combustion du gaz selon les besoins.
4. Enfin, une vanne de vidange est fixée au fond du fût pour évacuer l'engrais.

Collection de matières organiques

Après l'assemblage du mini-digesteur, l'étape suivante consiste à collecter la matière organique. Nous avons choisi d'utiliser des bouses de vache car elles présentent une teneur en humidité idéale et un équilibre parfait entre méthane et carbone.

• Collection
• 
  Chris indique à Jess où trouver la prochaine tarte.
• 
  Chris est prêt à mettre le feu à la collecte.
• 
  Jess est loin d'être satisfaite de l'odeur de la première lessive.

Coûts

la discussion

Au début du semestre, nous avons échangé des idées pour déterminer le type de conception à adopter. Une fois le plan du digesteur établi, nous avons commencé à chercher le matériel nécessaire à sa construction. Nous avons visité des quincailleries locales et obtenu des conseils d'experts concernant les vannes et les conduites de gaz. Nous nous sommes ensuite rendus chez Re-Sale Lumber pour acheter des tuyaux en PVC et notre fût de 208 litres. Une fois tous les matériaux réunis, l'assemblage a pu commencer. Nous avons réussi à convaincre un ami soudeur de percer quatre trous dans le fût en échange d'un pack de douze bières Pabst Blue Ribbon. Après avoir percé les trous, nous avons rassemblé les autres composants et réfléchi à des solutions pour les fixer de manière étanche. Nous avons conclu que l'époxy serait la solution la plus économique, car nous en avions en stock. Une fois le biodigesteur entièrement construit, il ne restait plus qu'à le remplir. À notre grande surprise, le porte-à-porte pour trouver des éleveurs de vaches disposés à partager leur fumier a pris plus de temps que prévu. Une fois le fumier collecté, nous avons rempli le biodigesteur le jour même et l'avons mélangé à de l'eau avec un peu de boue préparée à l'avance dans le biodigesteur de la station d'épuration d'Arcata. Nous avons commencé le mélange il y a trente jours et attendons toujours la collecte, tout en observant de légères variations dans le réservoir de gaz.

Étapes suivantes :

Nous prévoyons de continuer à acheminer nos déchets ménagers vers le digesteur. Nous envisageons également d'installer une cuve à gaz plus performante ; nous avons manqué de fonds en milieu de semestre et espérons pouvoir y consacrer davantage d'argent une fois les économies de l'été réalisées. Nous espérons toujours organiser un barbecue pour nos amis, avec un repas entièrement préparé grâce à notre propre gaz.

des conclusions

Bien que nous ayons pu nous approvisionner localement et respecter notre budget, nos estimations de temps pour la collecte du gaz étaient insuffisantes. Un temps suffisant, ainsi qu'une installation étanche, sont nécessaires pour une collecte efficace du méthane. Le comté de Humboldt ne bénéficie pas de conditions climatiques idéales pour favoriser la digestion anaérobie par l'ensoleillement. Une température d'au moins 43 °C (110 °F) étant requise, l'utilisation de la chaleur produite par le méthane, une fois une quantité suffisante collectée, constituera la méthode la plus efficace pour chauffer le digesteur. Nous prévoyons de poursuivre le suivi du projet au-delà de la fin du semestre afin de boucler le cycle du méthane.

de la littérature

Revue de littérature - Jess B.

Biomimétisme, innovation inspirée par la nature , par Janine M. Benyus

Ce livre décrit les avantages de s'inspirer de la nature pour reproduire des processus naturels tels que la décomposition des déchets, la production d'adhésifs performants et d'innombrables autres innovations, afin de parvenir à des innovations de pointe pour améliorer notre monde moderne. Il présente de nombreux exemples d'exploitations agricoles et d'organisations utilisant cette technologie. L'un d'eux, particulièrement pertinent pour ce projet, décrit l'élevage de bovins en pâturage dans le Midwest américain. Au lieu de gérer le système selon un modèle traditionnel où les vaches sont nourries de céréales, ces éleveurs laissent leur troupeau paître librement dans les champs. La symbiose entre ces vaches et leurs bouses sur les terres agricoles permet un nouveau type de gestion, où les éleveurs « se considèrent désormais comme des producteurs d'énergie solaire, transformant la lumière du soleil en herbe, puis en viande et en lait » (Benyus 45). ^{[ 1 ]} J'ai également appris, dans cette section, que dans des conditions microbiologiques saines, une bouse de vache se décompose en trois semaines dans un environnement chaud.

De berceau en berceau , par William McDonough et Michael Braungart

Décrire comment les industries peuvent boucler leur cycle de production est pertinent pour toutes les entreprises. « Aujourd'hui, grâce à notre connaissance croissante du vivant, la conception peut refléter un nouvel esprit. En effet, écrivent les auteurs, lorsque les concepteurs exploitent l'intelligence des systèmes naturels — l'efficacité du cycle des nutriments, l'abondance de l'énergie solaire —, ils peuvent créer des produits, des systèmes industriels, des bâtiments, voire des plans régionaux qui permettent à la nature et au commerce de coexister harmonieusement » (MBDC). ^{[ 2 ]} La mise en place d'un cycle fermé par la construction d'un biodigesteur est la solution optimale pour équilibrer la gestion des déchets biologiques et produire simultanément un combustible propre.

Le Manuel du compostage des excréments humains, un guide sur le compostage des excréments humains par Joseph Jenkins

Un ouvrage passionnant qui explore l'évolution de notre rapport aux déchets et présente de multiples arguments en faveur d'un système en circuit fermé. Ce livre regorge d'informations détaillées sur ce projet. Nul doute qu'il sera consulté à maintes reprises. La section que j'ai trouvée la plus utile et intéressante traite des boues d'épuration. Outre l'objectif de notre projet, nous prévoyons de produire du feu à partir du méthane, un excellent sous-produit qui deviendra un engrais riche après quelques mois de digestion. L'ouvrage cite l'exemple de Duisbourg, en Allemagne, où une station d'épuration centenaire composte plus de 100 tonnes de déchets ménagers par jour (Jenkins 231). De nombreuses autres villes proposent des « biobines » pour la collecte des déchets compostables ménagers. Le livre suggère que nous devons nous attendre à une collecte plus poussée des déchets organiques par les municipalités et présente les statistiques suivantes sur l'innovation en matière de traitement des boues d'épuration aux États-Unis. « En 1988, aux États-Unis seulement, il n’y avait que 49 installations de compostage de boues municipales en activité. En 1997, il y en avait plus de 200. L’industrie américaine du compostage est passée de moins de 1000 installations en 1988 à près de 3800 en 2000 et ce nombre ne fera qu’augmenter » (Jenkins 231) ^{[ 3 ].}

Procédé et appareil de production de gaz méthane par Oliver W. Boblitz

Cet article intéressant, évalué par des pairs, présente une demande de brevet américain pour un biodigesteur destiné à la production de méthane. Les schémas sont légèrement plus grands que le projet que nous menons, mais ils contiennent des informations pertinentes sur le mécanisme de dégradation du méthane. Il est notamment indiqué que la suspension doit être maintenue à un pH compris entre 6 et 8, à une température comprise entre 100 et 140 degrés Fahrenheit, et chauffée de cette manière pendant une durée maximale de 10 jours pour obtenir les effets souhaités. L'utilisation de l'énergie solaire pour le chauffage est une option à envisager. ^{[ 4 ]}

Revue de littérature - Josh Bancroft

Le digesteur de méthane construit sur la ferme des frères Foster à Middlebury, dans le Vermont, a été conçu dans le but de transformer un inconvénient en une opportunité. Les frères ont conçu un système de 2,4 mètres de profondeur avec une cuve en béton souterraine. Le processus anaérobie décompose les déjections de plus de 350 vaches et libère du méthane. Un tuyau transporte ce méthane vers une autre pièce pour éliminer le sulfure d'hydrogène qu'il contient, responsable des mauvaises odeurs. Le méthane ainsi purifié est ensuite acheminé vers un moteur à combustion interne relié à un générateur produisant 360 000 kWh d'électricité pour alimenter toute la ferme.

Les frères ont rencontré quelques difficultés avec le projet. Lors de la mise en œuvre de l'idée d'un digesteur, ils ont reçu de nombreuses propositions. Ils ont dû choisir la meilleure pour leur ferme. Ils ont rejeté des propositions extravagantes, comme un système nécessitant sept acres de réservoirs. Une idée initiale des frères était de vendre l'électricité produite à la communauté environnante, mais ils se sont rendu compte avec le temps que la perte économique était trop importante et ont finalement décidé d'utiliser l'énergie pour alimenter la ferme et les maisons situées sur la propriété. ^{[ 5 ]}

Le méthane est le principal composant du gaz naturel, issu de la décomposition de plantes et d'algues anciennes. Il est produit naturellement dans les décharges et peut également l'être dans les stations d'épuration où se produit la décomposition naturelle des déchets humains. L'utilisation de digesteurs de méthane est une excellente solution pour exploiter ce gaz naturel. Il est remarquable de constater que ces digesteurs sont utilisés dans les pays en développement, leur offrant ainsi une source d'énergie alternative et très bon marché pour l'éclairage et le chauffage des habitations.

Il est regrettable que les digesteurs de méthane ne soient pas plus répandus dans les pays développés, car un potentiel énergétique considérable est ainsi gaspillé. Le gaz naturel pourrait alimenter vos foyers en électricité, chauffer votre eau et votre maison pour un coût bien inférieur à celui du gaz fourni par une entreprise comme PG&E. ^{[ 6 ]}

Les bactéries se développent en l'absence de lumière et d'oxygène. Elles contribuent à la digestion des matières organiques, produisant ainsi du gaz naturel. Mélangé à de l'oxygène, ce gaz peut servir de combustible. J'ai trouvé fascinant que la chaleur dégagée par la combustion du gaz « puisse être utilisée dans un moteur thermique, qui convertit l'énergie thermique en énergie mécanique ou électrique » (Mulvaney, p. 36) ^{[ 7 ].} Le biogaz devrait être plus présent dans notre quotidien. Dans certaines régions, comme Arcata, l'énergie solaire n'est pas la meilleure option comme source d'énergie alternative. Mais quelles que soient les conditions météorologiques, il est possible de produire de l'énergie alternative grâce à un digesteur.

Le méthane est un gaz naturel issu de la décomposition anaérobie de matières organiques. Ce processus se produit naturellement dans les zones marécageuses. Il y est possible car la masse d'eau est hermétiquement fermée par une boue épaisse qui empêche l'oxygène de pénétrer. La décomposition anaérobie se déroule en trois étapes. Premièrement, un groupe de micro-organismes transforme la matière organique en un autre groupe d'organismes qui formeront des acides organiques. Des bactéries se développent ensuite et achèvent la transformation de la matière en une boue qui libérera du méthane ^{[ 8 ].}

Revue de la littérature - Chris DeFoney

DIGESTION ANAÉROBIE : Ce chapitre résume le processus de digestion, qui débute par la fermentation bactérienne et la production d’acétate à partir de matières organiques. Les aliments riches en énergie ou les excréments contiennent du sucre et se décomposent plus rapidement, ce qui peut engendrer une acidité excessive et inhiber les bactéries en raison d’un pH élevé, pouvant ainsi stopper complètement la digestion anaérobie. Cependant, si l’on part d’un substrat pauvre en énergie comme la bouse de vache, riche en bactéries fermentaires, ces dernières consommeront l’acétate et les acides produits lors de la première étape de la digestion, libérant du méthane, du CO₂ et d’autres gaz. Ce bref chapitre indique également la plage de températures optimale pour l’apparition des bactéries méthanogènes et donne une idée du temps nécessaire à la production de méthane à différentes températures. ^{[ 9 ]}

Énergie bovine : Cet article portait sur un grand digesteur de méthane construit dans une ferme bovine à Birdport, dans le Vermont. Mesurant 22 m de long sur 30 m de large et 4,3 m de profondeur, il produisait 1,75 million de kWh par an. Cette ferme a eu la chance de recevoir une subvention du Département de l'Agriculture des États-Unis (USDA) pour le développement rural, ce qui a permis de lancer ce programme d'énergie bovine performant et rentable. Ce système a été raccordé au réseau électrique local du centre du Vermont et les clients peuvent choisir la part de leur facture d'électricité qu'ils souhaitent voir alimentée par cette énergie. Il s'agit de l'un des programmes les plus réussis du genre aux États-Unis et je suis convaincu que sa popularité continuera de croître. ^{[ 10 ]}

Le livre suivant que j'ai lu fournissait des informations très précises sur la construction et la mise en œuvre d'un biodigesteur domestique, ainsi que sur les proportions recommandées d'eau et de fumier pour la préparation du lisier. Le mélange recommandé est composé à parts égales d'eau et de fumier, mais le poids total sera d'environ 90 % d'eau et le lisier devra être homogène. Si le mélange est correct, avec un pH compris entre 7 et 8, la production de méthane devrait commencer en 8 à 10 jours. Les fumiers de vache, de poulet, de cheval et de porc sont tous recommandés car ils présentent un bon rapport carbone/azote et contiennent des bactéries fermentaires. ^{[ 11 ]}

Enfin, j'ai examiné la valeur économique du biogaz et ses avantages pour la santé publique. Sur le plan environnemental, la combustion du méthane contribue à réduire les gaz à effet de serre, les déchets organiques, les odeurs et les agents pathogènes. La digestion anaérobie est une technologie neutre en carbone permettant de produire du biogaz qui peut être utilisé pour le chauffage, la production d'électricité, l'énergie mécanique ou en complément du gaz naturel. Les biodigesteurs sont utilisés partout dans le monde et leur utilisation se développe rapidement dans les pays en développement, ce qui est très encourageant pour notre génération et cette technologie prometteuse. ^{[ 12 ]}

les références