Biogaz document technique

Les solutions pour la valorisation énergétique de la biomasse
TECHNOLOGIE BIOGAZ BIOECO
Durabilité, simplicité, efficacité
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BIOECO
Bioéco est une société spécialisée dans les équipements de valorisation de la
biomasse. Après 5 ans de recherches, BIOECO a noué un partenariat avec un fabricant
d'équipements biogaz afin d'en assurer la diffusion dans les pays francophones. BIOECO a
sélectionné ce fabricant car ses produits sont très bien adaptés au marché des Pays du
Sud mais aussi du Nord grâce à un coût faible d'installation et un fonctionnement sans
pièces mécaniques ni électriques.
Le Biogaz
Le Biogaz est un gaz composé à 50-70% de CH4 ou méthane (gaz naturel), de CO2
ou gaz carbonique et d'éléments traces.
Le Biogaz a un PCI de 5 à 7 kw/m3.
Le biogaz est produit par la digestion sans oxygène de matière biodégradable
comme les ordures ménagères, les déchets agricoles, typha, déchets abattoirs... Le gaz
peut être utilisé pour la cuisson, la production d'eau chaude, pour faire fonctionner un
moteur, groupe électrogène ect...Le résidu est utilisable en alimentation pour les poissons,
volaille ou en engrais.
10 m3 de déchets (fumier) produisent 300 m3 de gaz durant 40 à 60 jours soit une
moyenne de 5 m3/jour et 0,2 m3/heure. La production du gaz débute environ 3 à 10 jours
après la mise sous eau.
La technologie
Le procédé a été développé et breveté en 2002 par une société Chinoise. La
Chine est le leader mondial de la production de biogaz avec plusieurs millions d'unités en
fonctionnement depuis plus de 30 ans.
Les brevets
La technologie a reçu en 2006 le BlueSky Award décerné par United Nations
Industrial Development Organisation qui récompense chaque année les 10 meilleures
technologies pour l'utilisation des énergies renouvelables.
L'entreprise dispose d'une équipe d'ingénieurs et techniciens qualifiés dans le
domaine du biogaz.
Le procédé est un système à pression hydraulique et est composé d'un corps en
béton de 14 cm d'épaisseur et d'un gazomètre en fibre de verre.
Le corps d'une capacité de 10m3 est composé d'un « estomac » d'un « cou »,
d'une entrée et d'une sortie. La gazomètre est installé à l'intérieur du « cou » du digesteur
et a un diamètre de 1,6 m. Le digesteur et le gazomètre sont noyés dans l'eau
garantissant une étanchéité parfaite et mettant le gaz sous pression.
L'avantage principale des unités est un fonctionnement sans aucune pièce mécanique ni
électrique, sans entretien avec une durée de vie extrêmement longue grâce à une
construction en béton vibré. Un moule permet à n'importe quel maçon de construire un
digesteur en béton en 48h avec 100% de chance de succès. .
Une large gamme
Unité individuelle
Unité de traitement des eaux usées de 500 personnes alimentant un restaurant
Unité de traitement du lisier de 1000 porcs
alimentant 100 familles en gaz
Digesteur de 100 m3
D’autres exemples d’installation sont donnés en annexe
Dans le monde
Népal
Ghana
Kenya
Timor (projet UNDP)
Etats Unis, panama, Madagascar, Chine ect...
Espagne
Les équipements
1.
Le moule
Il est composé de plusieurs parties en métal qui une fois assemblées par un ingénieux
système forme le coffrage. En utilisant ce moule, le digesteur peut être construit en
48h. Le moule est réutilisable à l'infini et peut durer plus de 10 ans.
2.
Le gazomètre
Le gazomètre est réalisé en fibre de verre renforcée et est une pièce principale du
digesteur. Sa fonction est de collecter et stocker sous pression le gaz. Le gazomètre a
un volume de 1,2 m3.
3.
Les accessoires (exemples)
Fourneau 2 gaz
gaz grande taille
Chauffe eau
Lampe
rice cooker
Groupe électrogène
tuyaux, compteurs, jauges, groupes électrogène de 0,6 à 2500 kw , filtration ect...
Les points forts
1/Simple à construire avec 100% de taux de réussite. L'usage du moule permet une
étanchéité parfaite à l'air et à l'eau et réduit considérablement le temps de fabrication.
Aucune compétence n'est nécessaire. Le constructeur doit simplement apprendre en 1
journée comment monter et démonter le moule.
2/ Les équipements sont produits industriellement ce qui permet un vaste développement
des unités dans tous les pays. .
3/ Le digesteur accepte aussi bien de la matière liquide en fonctionnement continue que
de la matière solide (paille, balle de riz...) en fonctionnement discontinue. Le gazomètre
ne pèse que 30 kg et il est facile à enlever. Le trou de 1,5 m laisse un accès facile pour
placer et enlever la matière solide.
4/ Facile à entretenir avec une longue durée de vie. Lorsque le gazomètre fuit, la fuite est
facilement repérée et réparée sur place. Le digesteur a une durée de vie de plus de 30
ans et le gazomètre de plus de 10 ans. Le gazomètre peut être produit localement par les
usines de plasturgie
5/ Parfaite étanchéité à l'air et importante production de gaz du fait du recouvrement
complet de la matière et du gazomètre avec de l'eau.
6/ Sécurité totale pour les utilisateurs et la maintenance. La large ouverture permet de
réparer le digesteur sans risque, de remplir et vider le digesteur sans problème. En cas de
montée en pression, le gaz s' évacuera automatiquement sans risque de dommages.
Équipements et services - prix HT
Tous les équipements sont spécifiques au biogaz
Réchaud biogaz double feu
24 500 Fcfa
Puissance : 2,8 kw
Consommation de gaz : 0,45 m3/h/brûleur
Rendement : 57%
Pression gaz entrée : 1600 Pa
Poids : 4,1 kg
Dimensions : 730 x 410 x 130
Réchaud biogaz 1 feu
Puissance : 2,8 kw
15 700 Fcfa
Consommation de gaz : 0,45 m3/h/brûleur
Rendement : 57%
Pression gaz entrée : 1600 Pa
Poids : 3 kg
Dimensions : 370 x 410 x 130
Réchaud grand modèle
34 500 Fcfa
Puissance : 3,26 kw
Consommation de gaz : 2-3 m3/h
Rendement : 55%
Pression gaz entrée : 1600 Pa
Poids : 6 kg
Dimensions : 600 x 360 x 150
Lampe biogaz
6500 Fcfa
Consommation de gaz : 0,07 m3/h
Poids : 0,5 kg
Dimensions : 310x300x260
Groupe 600w
Groupe 1200 w
Groupe 3500 w
290 000 Fcfa
675 000 Fcfa
1 229 000 Fcfa
voir caractéristiques ci-dessous
Kit Tuyaux, raccords, jauge et filtre
19 500 Fcfa
Compteur
68 000 Fcfa
Jauge
4 000 Fcfa
Filtre à soufre
4 000 Fcfa
Filtre eau et souffre grosses unités
Peut filtrer 20 000 m3 de gaz avant changement de la
matière filtrante
980 000 Fcfa
Gazomètre 1 m3
165 000 Fcfa
Sacs de stokage du gaz
35 à 50 000
Fcfa/m3
O,5 à 200 m3 de capacité
Pompe solaire 10 w de remplissage 26l/mn (inclus
panneau solaire)
Moule complet 10 m3 – Réutilisable
Inclus vibreur béton et accessoires
Location du moule livré + 3 jours appui technique
technicien – prix dégressif selon quantités
Moule pour paroi externe optionnelle digesteur 100 m3
(hauteur 3m , diamètre 6 m; poids 1800 kg) - Réutilisable
Inclus vibreur béton
Moule perdu pour digesteur 100 m3
150 000 cfa
3 900 000 Fcfa
100 000 Fcfa à
150 000 Fcfa / cuve
6 900 000 Fcfa
6 500 000 Fcfa
SERVIVES
Formation, expertise, coordination de projets
Appui en ligne à la préparation et montage de projet
Sur devis
gratuit
Caractéristiques des groupes électrogènes
Type
Puissance
Puissance max
Fréquence
DC Output
Generator Type
Type de moteur
Bore X Stroke
Displacement
Ignition System
Engine oil capacity(L)
Consommation m3/h
Biogas Generator
600W
700W
50HZ
12V 8.3A
Single-phase Brush Motor
CC154F
53 x 38mm
87cc
T.C.I.
0.35
0.84
Biogas Generator.
1200W
1300W
50HZ
12V 8.3A
Single-phase Brush Motor
CC168F
68 x 45mm
163cc
T.C.I.
0.55
01/01/46
Biogas Generator
3500W
4000W
50HZ
12V 8.3A
Single-phase Brush Motor
CC188F
88 x 64mm
389cc
T.C.I.
0.9
03/05/10
Fonctionnement
Pas plus de 6h continue
Pas plus de 6h continue
Pas plus de 6h continue
Standard Equipment
Waterproof European Socket
AC Circuit Breaker
DC Circuit Breaker
V-Type DC Socket
550*400*420mm
25kgs
Biogas/LPG
290 236 F
Waterproof European Socket
AC Circuit Breaker
DC Circuit Breaker
V-Type DC Socket
620*480*480mm
56kgs
Biogas/LPG
675 577 F
Waterproof European Socket
AC Circuit Breaker
DC Circuit Breaker
V-Type DC Socket
710*710*600mm
93kgs
Biogas/LPG
1 229 813 F
Dimensions
Weight
Suitable gas
PRIX
1- Biogas plus de 65% Methane(CH4)
2- Pression du gaz: 2KPA ~ 6KPA
3- Le biogaz doit être désulfurisé et déshydraté – la garantie ne couvre pas un dommage sur un équipement ne respectant pas la qualité du gaz
Matériaux pour la construction et coûts estimatifs
Unité de 10 m3
Ciment 1500 kg
Sable 3 m3
Graviers 4,5 m3 (gros calibre)
Fer a béton diam 6-8 8 kg (couvercle)
PVC Tuyau diam 150 2,6 ml
Cloche Gazomètre
Location/Amortissement moule
1 technicien/maçon (5j)
3 manœuvres
2 à 4 j (creuser fosse)
1 j1/2 (coulage)
1 j 1/2(fabrication briques et démoulage)
140 000 Fcfa
0 à 30 000 Fcfa
20 à 60 000 Fcfa (contrepartie
bénéficiaires possible)
15 000 Fcfa
15 000 Fcfa
165 000 Fcfa
50 000 à 150 000 Fcfa
50 000 Fcfa
60 000 à 100 000 Fcfa (contrepartie
bénéficiaires possible)
Mode d'utilisation
Epuration des eaux usées
Cette solution permet de traiter les eaux usées et de produire du biogaz. Le traitement par
méthanisation va tuer 99,9% des germes patogènes. L'eau peut soit être recyclée dans les
WC ou utilisée en irrigation.
Production de gaz
Le digesteur peut alimenter une ou plusieurs familles. Le gaz peut être transporter sur
plusieurs centaines de mètres. Le digesteur fonctionne en mode continue – on apporte
chaque jour selon le besoin en gaz 30 à 150 kg de matière ou en mode discontinue qui
nécessite alors au moins 2 digesteurs pour ne pas avoir de rupture d'alimentation.
Digesteur de 10 m3 avec 2 gazomètres supplémentaires construit dans le cadre d'un
projet UNDP au Timor alimente 3 familles en gaz.
La matière première
Toute matière animale ou végétale peut être utilisée. Il faut cependant que le C/N
soit équilibré pour garantir une production optimale.
On peut par exemple utiliser un mélange de 15% de bouses de vaches (parcs de
nuit) avec 85% de paille de riz ou résidus de mil. L'apport sera de 30 à 50 kg/jour. Le besoin
en bouse ne représente que la « production » de 5 bovins.
Fonctionnement
Conditions nécessaires pour la production de biogaz
1- Un environnement strictement anaérobie (sans oxygène) : la bactérie qui produit le
méthane est très sensible à l'oxygène et ne peut pas survivre dans un environnement
aérobie.
2- Une quantité suffisante de « semences » de bactéries : les bactéries nécessaires pour la
fermentation proviennent d'un digesteur en fonctionnement, d'une station d'épuration ou
de bouses de vache.
3- Une température correcte : les bactéries peuvent fonctionner entre 8 et 65°c, plus la
température et élevée plus la production est rapide mais moins elle est stable. Le
digesteur étant enterré il ne subit pas de variations importantes de températures.
4- Un PH approprié : un PH neutre est idéal entre 6,8 et 7,5
5 – Un rapport C/N adéquate : un ratio de 20-30 est idéal.
Les applications du biogaz et des résidus
1- Le biogaz avec son composant principal le méthane est une énergie propre et
renouvelable utilisée comme du gaz de cuisson classique, pour faire fonctionner une
lampe, un groupe électrogène...
2- Les résidus sont d'excellents engrais organiques.
Le fonctionnement journalier
La mise en route
1- La bouse de vache ou les résidus d'un digesteur en fonctionnement peuvent être
utilisés. Lors du premier remplissage, 1 m3 de matière pour l'inoculation doit être apporté.
2- Mélanger la matière première à fermenter et « l'innoculum » et remplir le digesteur avec
une concentration de 4 à 6% - 600 kg.
3- Remplir le digesteur avec de l'eau. L'eau doit arriver en haut du digesteur et déborder.
Lorsque vous ajouter de l'eau dans le digesteur, la valve doit être ouverte pour que l'air
contenue dans le gazomètre s'échappe. L'eau utilisée peut être de l'eau de ville, rivière,
eaux usées. La température de l'eau doit être de 20° environ.
4- Test de fonctionnement : après 3 à 10 jours, le digesteur va produire du biogaz. Au
début, le gaz ne peut pas s'enflammer car le % de méthane est trop faible. Dans ce cas,
il faut vider tout le gazomètre et attendre du nouveau gaz jusqu'à ce que le gaz puisse
être utilisé.
5- En cas d'acidification (plus de production de gaz rapidement, baisse rapide, l'eau en
sortir devient jaune...) on peut :
−
Si le PH n'est pas en dessous de 6, le digesteur va ajuster son PH naturellement
mais cela peut prendre du temps. Ajouter de la bouse de vache ou
« innoculum » peut accélérer ce temps
Si le PH est en dessous de 6, retirer du liquide et ajouter de « l'innoculum ».
Ajouter un peu de cendre pour faire remonter les PH.
Si le PH est de 7 est que le digesteur ne produit toujours pas, cela signifie que le
liquide contient des produits chimiques qui tuent les bactéries. Dans ce cas il
faut tout vidanger et recommencer.
Si le PH est de 7 mais que la production est très faible, cela peut-être dû à une
fuite : vérifier les tuyaux et gazomètre.
En dessous de 10°c la production sera très faible
−
−
−
−
L'entretien journalier
1- Pour conserver une production constante il faut ajouter régulièrement de la matière.
2- Dans une digesteur de 10 m3, pour conserver une production de 5m3/jour, il faut 150 kg
de bouse de vache/jour (5 à 10 vaches) ou 30 kg d'un mélange bouse (15%) et paille.
3- En fonctionnement on peut augmenter la concentration à 10%.
Données sur les matières premières
Nombre d'animaux pour assurer une production constante de 3m3/jour
Cochon
Vache
Mouton
Poulet
8
3
32
278
Digesteur 10
m3
Matière première pour produire 1 m3
%
eau
Déjections
cochon
C/N
Production/kg de MS
Matière première pour
produire 1 m3
MS
Frais
82
13
0,25
4,00
22
vache
83
25
0,19
5,26
31
poule
70
0,25
4,00
13
mouton
homme
29
80
3
0,3
3,33
17
Paille de Riz
15
67
0,26
3,84
4,5
Paille de blé
15
87
0,26
3,7
4,3
Tiges de mais
18
53
0,29
3,45
4,3
Herbe
76
26
0,45
2,20
9
Jacinthe
d'eau
93
0,31
3,23
46
Remplissage de matière en fonctionnement discontinu
Lors de la première utilisation remplir avec un mélange de fumier et de matière ou à 100%
avec du fumier.
1- Fermer les valves
2- Ouvrir le couvercle
3- Soulever et enlever le gazomètre.
4 -Débrancher le tuyau de gaz (collier)
5- Remplir de matière (après avoir enlevé la matière fermentée)
6- Rebrancher le tuyau de gaz, reposer le gazomètre et les attaches
7- Refaire le niveau d'eau
8- Poser le couvercle
Le gaz commence à être produit après 3 à 10 jours durant 1 à 2 mois. Un compteur
est installé à la sortie du digesteur pour vérifier la production. Une jauge indique le niveau
de pression dans le système.
Remplissage de matière en fonctionnement continue (liquide)
La matière est ajoutée dans le regard d'entrée (inlet). L'excédent ressort pour la sortie
(oulet).
Gazomètre et tuyau gaz
Niveau d'eau plein
Installation et raccordements des équipements
Le drain (drain well) a pour but de purger l'eau contenue dans le gaz. A la sortie du
digesteur le tuyau est installé avec une légère pente jusqu'au bidon de drainage.
A la sortie du gazomètre une jauge de pression est installée . La pression dans le
système varie de 1 à 2 bar.
Une valve est installée avant chaque équipement gaz.
Un filtre à souffre (desulfurizer) permet de réduire la teneur en souffre.
Sécurité
1- En cas de fuite du gazomètre, le gaz va buller dans l'eau et ne présente aucun
risque d'explosion.
2- Le gaz est stocké sous basse pression (1,6 bar) sous eau. La quantité de gaz
stockée est de 25 kw/m3. En comparaison une bouteille de gaz butane stocke 12 000
kw/m3 sous haute pression ! Le risque est donc incomparable.
3- Tous les équipements utilisés (vannes, tuyaux, réchauds ect...) sont aux normes
internationales en matière d'utilisation du gaz. Les fabricants sont certifiés
4- Une vanne d'arrêt de gaz est installée à la sortie du digesteur. Cette vanne est
sécurisée dans un regard fermé à clé (usage collectif).
5- Une vanne d'arrêt est installée au niveau de chaque appareil utilisant le gaz.
6- Les tuyaux enterrés sont norme CE et sont installés à 0,7 m de profondeur avec
un filet jaune positionné au dessus.
9- L'utilisation des brûleurs requiert les mêmes règles que pour le gaz butane :
− ne pas laisser le brûleur allumé
− ne pas couper ou endommager le tuyau d'arrivée du gaz
− vérifier que le collier de raccord est bien serré
− ne pas se pencher ou toucher la flamme
10- A l'exception des tuyaux enterrés les tuyaux de gaz externes seront changés
tous les 5 ans. Tout tuyau présentant un signe de détérioration doit être remplacé.
11- En cas de surpression le gazomètre va se soulever et évacuer le gaz qui va
buller ne présentant aucun risque pour les utilisateurs.
Entretien des équipements
Les tuyaux de gaz externes doivent être remplacés tous les 5 ans. Une vérification
sera faite de l'état à chaque utilisation.
Les bruleurs doivent être nettoyés régulièrement pour ne pas obstruer les sorties de
gaz.
En cas de fuite du gazomètre, les vannes sont fermées et le gazomètre enlevé et
réparé avec le kit de réparation fournit.
Exemples de prix public HT (base taux change $ au 1er novembre 2010)
Exemple de tarifs hors équipements (non contractuel)
1- Installation familiale 1 à 1,5 m3/jour « clé en main » – 1 digesteur 6 m3 : 530 000 Fcfa
2- Installation familiale 2 à 2,5 m3/jour « clé en main » - 1 digesteur 10 m3 + 1
gazomètre supplémentaire
800 000 Fcfa
3- Installation traitement des eaux usées (300 personnes) 4 digesteurs 3 000 000 Fcfa
4- Installation micro-électrification rurale 0,45 kwh 6h/jour (10 à 40 ménages) : 1
digesteur + 1 gazomètre + groupe + formation 1 jour : 1 500 000 Fcfa
Kit micro électrification : 2 lampes LED 3w + 1 prise pour portable : (en cours)/kit
5- Installation plate forme multifonctionelle moteur dual 16 CV (moulin mil, pompage,
presse huile, électrification…) 3 digesteurs + 3 gazomètres + formation 2 jours (sans
le moteur et équipements) : 3 000 000 Fcfa
Schémas techniques
Exemples de réalisation
1-Unité de 100 m3 au Timor de l’Est alimentée en bouses de vaches. Le Biogaz alimente
deux groupes électrogènes de 15 kW fournissant l’électricité à un village.
2- Unité de traitement composé d’un digesteur de 100 m3 et de 10 réservoirs rigides
biogaz et 4 sacs de stockage du gaz alimentée en eaux usées et déchets de cantines .
Le gaz est utilisé pour la cuisson.
3- Unité de 100 m3 + 9 réservoirs rigides pour le traitement des lisiers de porcs et alimentant
en biogaz une famille (cuisson, chauffage)
4- Unité de 210 m3 composé de 21 cuves de 10 m3 produisant du gaz cuisson et
électricité.