L'objectif de notre projet est de récupérer les déchets organiques, notamment les excréments de chiens, de vaches et de chevaux, ainsi que les déchets de cuisine et de les recycler. Le méthane est un gaz à effet de serre nocif qui peut potentiellement être exploité comme carburant renouvelable à combustion propre.
Convertissez les déchets organiques ménagers et les excréments en méthane. Ce projet a débuté avec du fumier de vache et des boues biodigérées provenant du digesteur anaérobie de notre municipalité locale afin de créer un digesteur anaérobie à petite échelle pour la cour. Le processus par lequel la décomposition des matières organiques crée un gaz inflammable. Ce produit est du méthane, qui est un combustible propre qui peut être utilisé pour le chauffage, la cuisine ou l’éclairage naturel. Ce projet attend actuellement des résultats mesurables.
Contents
Comprendre le marché
Inspirée par le projet Park Spark de Cambridge, Massachusetts, créé par un étudiant du MIT, l'idée de recycler les crottes de chien dans le parc canin local est un moyen efficace de produire de l'énergie propre à partir de déchets.
Les matériaux nécessaires:
- Fût de 55 gallons, de qualité alimentaire, en métal
- Hélice de bateau
- Barre d'armature
- Manivelle
- Diverses vannes de gaz
- Chambre à air ou ballon pour mesurer la collecte de méthane
- Divers tubes métalliques
- Accès au matériel de soudage
- Vanne de vidange
- Tuyau en PVC
Déclaration objectif
L'objectif de notre projet est de récupérer les déchets organiques, notamment les excréments de chiens, de vaches et de chevaux, ainsi que les déchets de cuisine et de les recycler. Le méthane est un gaz à effet de serre nocif qui peut potentiellement être exploité comme carburant renouvelable à combustion propre.
Calendrier proposé
- Mercredi 29 février - Soudage terminé des accessoires sur le canon.
- Samedi 3 mars – Matière organique dans le méthane de construction des barils.
- Samedi 7 avril – Dans un délai de deux mois, mettre en place des installations de gaz à combustion propre et de stockage de gaz.
- Dimanche 6 mai - Poursuite de la surveillance du dispositif de détection de gaz gonflable.
Critère 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 capacité pédagogique et d'esthétique.
| Critères | Contraintes | Notre poids (0-10) |
|---|---|---|
| Maintenabilité | Doit être capable de maintenir la fonctionnalité avec moins de 0,5 heure de travail humain par semaine | 7 |
| Sécurité | Doit pouvoir fonctionner sans risque de blessure pour les utilisateurs ou les observateurs | dix |
| Réplicabilité | Doit être fabriqué à partir de matériaux faciles à trouver | dix |
| Efficacité | Doit produire suffisamment de méthane par activité anaérobie pour maintenir une flamme constante | dix |
| Capacité de stockage | Doit pouvoir être stocké et maintenir sa fonction dans un environnement humide tel que le comté de Humboldt, en Californie | 6 |
| Facilité d'utilisation | Doit convenir à partir d'une tranche d'âge de 12 ans et plus sans la surveillance d'un adulte | 7 |
| Transportabilité | Doit pouvoir être transporté à des fins éducatives | 2 |
| Justice sociale | 50 % des matériaux doivent provenir d'une source recyclée | 6 |
| Valeur pédagogique | Doit être capable de fournir une compréhension de la fonctionnalité et de l'utilisation de l'appareil, dans un délai de visualisation de deux minutes. | 9 |
| Esthétique | Doit être agréable à regarder et avoir l’air professionnel | 8 |
| Mise en œuvre | Contrainte de temps de 8 semaines pour la construction afin que les bactéries aient suffisamment de temps pour dégrader les déchets et produire du gaz | dix |
| Simplicité | La nécessité d'avoir un plan de construction avec des matériaux facilement disponibles est un critère souhaité. | 8 |
Conception
Nous recherchions une conception relativement simple et abordable qui pourrait être facilement reproduite avec les ressources locales. Nous avons acquis les fournitures auprès des quincailleries locales, des parcs à bois de revente, des agriculteurs du quartier et des casses. Le coût final était inférieur à 200 $. La structure principale se compose d’un baril d’huile de qualité alimentaire de 55 gallons avec quatre accessoires importants.
- Le premier est un bec verseur constitué d'un tuyau en PVC de 4 pouces pour les déchets à insérer dans le biodigesteur supérieur.
- Deuxièmement, une tige d'agitation pour remuer le mélange de boue. Il est construit à partir d'une hélice de bateau soudée, d'un quart de barre d'armature et d'un volant.
- Troisièmement, un tuyau doit être soudé au sommet du tambour pour que le méthane s'échappe, puis nous avons fixé une vanne à deux voies pour la collecte du méthane ou la combustion du gaz comme vous le souhaitez.
- Enfin, une vanne de drainage est fixée au fond du tambour pour la libération de l'engrais.
Collecte de matières organiques
Après avoir assemblé le mini-digesteur, l’étape suivante consiste à collecter les matières organiques. Nous avons choisi d'utiliser des tourtes à la vache car elles ont la teneur en humidité et l'équilibre méthane-carbone idéaux.
- Collection
Chris dit à Jess où trouver la prochaine tarte.
Chris est prêt à se déchaîner à la collecte.
Jess n'est pas très satisfaite de l'odeur du premier chargement.
Frais
| Quantité | Matériel | Source | Coût ($) | Total ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Fût de qualité alimentaire de 55 gallons | Bois de revente | 40h00 | 40h00 |
| 1 | Robinet à tournant sphérique de 1 pouce | Bois de revente | 20h00 | 20h00 |
| 1 | Bâtonnet à caca | Parc à ferraille d'Arcata | 20h00 | 20h00 |
| 1 | Tuyau en PVC de 4 pouces x 4 pieds avec dessus refermable | Matériel Ace | 30h00 | 30h00 |
| 1 | Roulement scellé | Matériel Ace | 10h00 | 10h00 |
| 1 | Vanne 2 voies et conduite de gaz | Matériel Ace | 20h00 | 20h00 |
| 1 | Brûleur de gril et réservoir de gaz gonflable | Matériel Ace | 20h00 | 20h00 |
| Coût total | ~160,00 $ | |||
Discussion
Au début du semestre, nous échangeions nos idées en essayant de déterminer quel type de design nous allions adopter. Une fois que nous avons trouvé un plan pour le digesteur, nous avons commencé à chercher le matériel nécessaire à sa construction. Nous avons visité des quincailleries locales et obtenu l'aide d'experts sur les vannes et les conduites de gaz. Nous nous sommes ensuite dirigés vers Re-Sale Lumber pour obtenir des tuyaux en PVC et notre baril de 55 gallons. Une fois tous les matériaux rassemblés, l’assemblage était l’étape suivante. Nous avons pu convaincre un ami soudeur de nous aider à souder 4 trous dans le canon en échange d'un paquet de 12 rubans bleus Pabst. Une fois les trous percés dans le canon, nous avons commencé à collecter les autres composants et à réfléchir aux moyens de les fixer de manière étanche. Nous sommes arrivés à la conclusion que l'époxy serait le moyen le plus économique de fixer les différentes pièces, car nous avions un surplus sous la main. Une fois le biodigesteur entièrement construit, l’étape suivante consistait à le remplir. À notre grande surprise, faire du porte-à-porte pour tenter de localiser des propriétaires de vaches disposés à partager leurs crottes a pris un peu plus de temps que prévu. Une fois la bouse de vache collectée, nous avons rempli le biodigesteur ce jour-là et mélangé à de l'eau avec du lisier préfabriqué provenant du biodigesteur du marais de traitement d'Arcata. Il y a trente jours, nous avons commencé notre mélange et nous attendons toujours la collecte en observant des flux mineurs dans le conteneur de stockage de gaz. Une fois la bouse de vache collectée, nous avons rempli le biodigesteur ce jour-là et mélangé à de l'eau avec du lisier préfabriqué provenant du biodigesteur du marais de traitement d'Arcata. Il y a trente jours, nous avons commencé notre mélange et nous attendons toujours la collecte en observant des flux mineurs dans le conteneur de stockage de gaz. Une fois la bouse de vache collectée, nous avons rempli le biodigesteur ce jour-là et mélangé à de l'eau avec du lisier préfabriqué provenant du biodigesteur du marais de traitement d'Arcata. Il y a trente jours, nous avons commencé notre mélange et nous attendons toujours la collecte en observant des flux mineurs dans le conteneur de stockage de gaz.
Prochaines étapes
Nous prévoyons de poursuivre nos déchets ménagers vers le digesteur. Nous prévoyons également d'ajouter un meilleur réservoir de gaz, nous étions juste à court de fonds au milieu du semestre et espérons y investir plus d'argent lorsque les fonds de l'été seront économisés. Nous espérons toujours pouvoir faire un barbecue pour nos amis avec le repas entièrement cuisiné au gaz fait maison.
Conclusions
Même si nous avons pu nous procurer nos matériaux localement et respecter notre budget, nos estimations de temps pour la collecte des gaz ont été sous-évaluées. Il faut suffisamment de temps et disposer d'installations hermétiques pour assurer une collecte efficace du méthane. Le comté de Humboldt ne bénéficie pas de conditions météorologiques idéales pour favoriser la digestion anaérobie grâce à la lumière du soleil. Comme une température d’au moins 110 degrés est nécessaire, une source de chaleur provenant du méthane, une fois qu’une quantité suffisante en aura été collectée, sera le moyen le plus efficace de chauffer le digesteur. Nos plans incluent la poursuite du suivi du projet au-delà de la durée du semestre afin de boucler ainsi le cycle du méthane.
Revue de littérature
Revue de la littérature - Jess B.
Biomimétisme, innovation inspirée par la nature , par Janine M. Benyus
Ce livre décrit les avantages de l'imitation de la nature dans les processus naturels tels que la façon de décomposer les déchets, la façon de produire des adhésifs puissants et d'innombrables autres innovations, afin de réaliser des innovations de pointe pour améliorer notre monde moderne. Il existe d’innombrables exemples de la manière dont différentes fermes et organisations utilisent cette technologie. L'un d'entre eux est particulièrement intéressant pour ce projet, une section décrivant les agriculteurs d'herbe élevant du bétail dans le Midwest. Au lieu de gérer le système selon un modèle traditionnel où les céréales sont apportées aux vaches, ces agriculteurs laissent le troupeau paître dans les champs. La symbiose de ces vaches et de leurs tourtières sur les terres des agriculteurs permet un nouveau type de gestion, où les agriculteurs « se considèrent désormais comme des récolteurs solaires --- transformant la lumière du soleil en herbe, puis en viande et en lait.[1] Certaines informations supplémentaires et bénéfiques que j'ai extraites de cette section du livre étaient que dans des conditions microbiennes saines, une tourte à la vache devrait se décomposer en trois semaines dans un environnement chaud.
Berceau à berceau , par William McDonough et Michael Braungart
Décrire les moyens permettant aux industries de boucler leur cycle de production est pertinent pour toutes les entreprises. "Aujourd'hui, grâce à notre connaissance croissante de la Terre vivante, le design peut refléter un nouvel esprit. En fait, écrivent les auteurs, lorsque les concepteurs utilisent 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 fructueusement » (MBDC). [2] Avoir un cycle en boucle fermée en construisant un bio-digesteur est le moyen ultime d'équilibrer l'absorption des déchets biologiques et de fournir en même temps un combustible propre.
Le manuel Humanure, un guide pour le compostage du fumier humain par Joseph Jenkins
Une excellente lecture sur la façon dont la nature de la relation de l'homme avec ses propres déchets devrait changer et sur les multiples raisons pour lesquelles elle devrait devenir davantage un cycle en boucle fermée. Ce livre contient une multitude d'informations sur les détails les plus fins de ce projet. Sans doute ce texte sera-t-il évoqué à maintes reprises. La section que j’ai trouvée la plus utile et la plus intéressante concernait les boues d’épuration. En plus de l'objectif de notre projet, nous inclurons la capacité de créer un feu à partir du méthane, un excellent sous-produit d'un engrais riche qui sera disponible après quelques mois de digestion. Il cite à quel point ce système est bien meilleur dans des endroits comme Duisberg, en Allemagne, où une station d'épuration vieille de 100 ans composte plus de 100 tonnes d'ordures ménagères par jour (Jenkins 231). De nombreuses autres villes proposent des « biobins » pour collecter les déchets de compostage ménager. Le livre implique que nous devons nous attendre à une collecte avancée des déjections par les municipalités et donne les statistiques suivantes sur l'innovation américaine en matière de boues d'épuration. "En 1988, rien qu'aux États-Unis, 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 1 000 installations en 1988 à près de 3 800 en 2000 et ce nombre ne fera qu'augmenter. " (Jenkins 231)[3]
Processus et appareils au gaz méthane par Oliver W. Boblitz
Cet article intéressant évalué par des pairs est la demande de brevet américain pour un biodigesteur ayant l'intention de produire du méthane. Les schémas sont un peu plus grands que la taille du projet que nous entreprenons, cependant, ils contiennent des informations pertinentes sur le fonctionnement du processus de dégradation du méthane. Spécifiquement cité, la bouillie doit rester entre un pH de 6 et 8 ; maintenu entre une température de 100 et 140 degrés F et chauffer la bouillie de cette manière pendant 10 jours maximum pour atteindre les effets souhaités. La mise en œuvre d’une collecte solaire pour le chauffage serait quelque chose à considérer. [4]
Revue de la littérature - Josh Bancroft
Le digesteur de méthane construit sur la ferme Foster Brothers à Middlebury, dans le Vermont, a été conçu dans le but de transformer quelque chose de négatif en une opportunité positive. Les frères ont conçu un système de huit pieds de profondeur avec un réservoir souterrain en ciment. Le processus anaérobie décompose les excréments de plus de 350 vaches et libère du méthane. Un tuyau transfère le méthane vers une autre pièce pour éliminer le sulfure d’hydrogène présent dans le gaz, c’est ce qui donne l’odeur du caca. Le méthane plus propre est ensuite acheminé vers un moteur à combustion interne relié à un générateur produisant 360 000 kWh d'électricité pour faire fonctionner l'ensemble de la ferme.
Les frères ont quelques problèmes avec le projet. Lors de la mise en œuvre de l'idée d'un digesteur, ils ont reçu de nombreuses propositions. Ils devaient choisir le meilleur pour leur ferme. Ils ont rejeté des propositions farfelues telles qu’un système nécessitant sept acres de réservoirs. Une idée originale des frères était de vendre l'électricité produite à la communauté environnante, mais ils ont finalement compris que la perte économique était trop grande 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, dérivé de plantes et d’algues anciennes. Le méthane est produit naturellement dans les décharges et peut également être produit dans un centre de traitement des eaux usées où se produit la décomposition naturelle des déchets humains. L’utilisation de digesteurs de méthane est une excellente idée pour récolter ce gaz naturel. Il est formidable de voir l’utilisation de digesteurs dans les pays sous-développés, leur offrant une source de carburant alternative très bon marché pour éclairer et chauffer leurs maisons.
Il est regrettable que les digesteurs de méthane ne soient pas aussi largement utilisés dans les pays développés, car il y a tellement d'énergie potentielle gaspillée. Le gaz naturel pourrait alimenter votre maison en électricité, chauffer votre eau et chauffer votre maison pour une fraction du coût d'utilisation du gaz fourni par une entreprise telle que PG&E. [6]
Les bactéries se développent en l’absence de lumière et d’oxygène. Cette bactérie aide à digérer les matières organiques et produit ainsi un sous-produit du gaz naturel. Lorsque le gaz est mélangé à de l’oxygène, il peut être utilisé comme carburant. J'ai trouvé très cool que la chaleur produite par le gaz brûlant « puisse être utilisée avec un moteur thermique, qui convertit l'énergie thermique en énergie mécanique ou électrique ». (Mulvaney p. 36) [7] Le biogaz devrait être plus présent dans la vie quotidienne. Dans certains endroits comme Arcata, l’énergie solaire n’est pas la meilleure option comme source d’énergie alternative. Mais quelles que soient les conditions météorologiques, une énergie alternative peut toujours être produite avec un digesteur.
Le méthane est un gaz naturel créé par la décomposition anaérobie de matières organiques. Le processus anaérobie se produit naturellement dans les zones marécageuses. Cela fonctionne ici parce que le plan d’eau est étanche à l’air et qu’une boue marécageuse retient l’oxygène. Le processus anaérobie se déroule en trois étapes. Tout d’abord, un groupe de micro-organismes transforme la matière organique en un autre groupe d’organismes qui formeront des acides organiques. Des bactéries se formeront alors et achèveront le processus de transformation du matériau en boue qui libérera du méthane [8].
Revue de la littérature - Chris DeFoney
DIGESTION ANAÉROBIE : Ceci résume le processus de digestion commençant par la création de bactéries fermentatives créant des bactéries acidifiantes et de l'acétate à partir de matière organique. Les aliments ou les excréments à plus haute valeur énergétique contiennent du sucre et leur dégradation plus rapide peut en fait créer trop d'acide, ce qui inhibe les bactéries en raison d'un pH élevé, ce qui peut arrêter la digestion anaérobie. Mais tant que vous commencez avec une grande quantité de bactéries fermentatives présentes dans les carburants à faible énergie comme la bouse de vache, les bactéries produisant du méthane consommeront tout l'acétate et les acides formés lors de la première étape de la digestion, dégageant du méthane, du Co2 et d'autres gaz. Ce bref chapitre a également donné la plage de températures d'apparition des bactéries méthane et une bonne idée du temps nécessaire pour produire des quantités de méthane à différentes températures. [9]
Alimentation des vaches : cet article concernait un grand digesteur de méthane construit dans une ferme de vaches à Birdport dans le Vermont, mesurant 72 pieds sur 100 pieds à 14 pieds de profondeur et pompant 1,75 million de kWh par an. Cette ferme a eu la chance de recevoir la subvention d'énergie renouvelable de l'USDA pour le développement rural, qui a lancé ce programme d'alimentation des vaches puissant et rentable. Ce système a été connecté à un réseau local dans le centre du Vermont et les clients peuvent choisir les percentiles de leur facture d'énergie qu'ils souhaitent qu'ils soient alimentés par Cow Power. Il s’agit de l’un des programmes de ce type les plus réussis au pays et je prévois que sa popularité continuera de croître à l’avenir. [dix]
Le livre suivant que j'ai lu donnait des informations très spécifiques sur la construction et la mise en œuvre d'un biodigesteur de jardin et sur les ratios eau/fumier recommandés pour le lisier. Le mélange recommandé est de 50 % d'eau et 50 % de fumier, mais le poids total sera d'environ 90 % d'eau et le lisier devrait être moins gros en morceaux. Si le mélange est bon, avec un pH compris entre 7 et 8, la production de méthane devrait démarrer d'ici 8 à 10 jours. Le fumier de vache, de poulet, de cheval et de porc est tous recommandé car il a un bon rapport carbone/azote et contient des bactéries fermentatives. [11]
Enfin, j'ai étudié les valeurs économiques du biogaz et les bénéfices pour la santé publique. Dans l’environnement, 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, d'énergie mécanique ou pour compléter le gaz naturel. Les biodigesteurs sont utilisés partout dans le monde et se développent rapidement dans les pays de plus en plus pauvres, ce qui est un bon signe pour notre génération et cette formidable technologie. [12]
Les références
- ^ Benyus, Janine M. Biomimétisme : Innovation inspirée par la nature. New York : Harper Collins, 1997.
- ^ McDonough, William et Michael Braungart. Cradle to Cradle : refaire notre façon de fabriquer les choses. New York : North Point, 2002. Imprimé.
- ^ Jenkins, Joseph. Le manuel de l'humanité. Grove City, Pennsylvanie : Chelsea Green Publishing, 2005.
- ^ Boblitz, Oliver W. «Procédé et appareil au gaz méthane». Google. Bio-Gas Corporation, 3 septembre 1976. Web. < http://www.google.com/patents?hl=fr >..
- ^ Pahl, Greg. "Biomasse". Dans Le manuel de l'énergie citoyenne : des solutions communautaires à une crise mondiale. White River Junction, Vermont : Chelsea Green Pub. Co., 2007. 177-178.
- ^ Chiras, Daniel D. "Qu'y a-t-il à l'horizon?". Dans Le guide du propriétaire sur les énergies renouvelables : atteindre l'indépendance énergétique grâce à l'énergie solaire, éolienne, biomasse et hydroélectrique. Gabriola, Colombie-Britannique : New Society, 2006. 283-284.
- ^ Mulvaney, Dustin. « Biogaz ». Dans l'énergie verte, un guide de A à Z. Thousand Oaks, Californie : Sage Publications, 2010. 36-38.
- ↑ . Économiseurs d'énergie : fonctionnement de la digestion anaérobie (récupération de méthane) . index.cfm/mytopic=30003 (consulté le 10 février 2012).
- ^ Lusk, P.. Récupération du méthane à partir des fumiers animaux : le recueil d'opportunités actuel. Golden, Colorado : Laboratoire national des énergies renouvelables, 1998. Imprimé.
- ^ Pahl, Greg. Le manuel de l'énergie citoyenne : des solutions communautaires à une crise mondiale. White River Junction, Vermont : Chelsea Green Pub. Co., 2007. Imprimé.
- ^ Doerr, Beth et Nate Lehmkuhl. DIGESTEURS DE MÉTHANE. North Fort Myers : Note technique Echo, 2001. Imprimé.
- ↑ Digesteurs anaérobies | Centre pour les solutions climatiques et énergétiques. Centre pour les solutions climatiques et énergétiques | Travailler ensemble pour l’environnement et l’économie. Centre pour les solutions climatiques et énergétiques, 9 février 1211. Web. 13 février 2012. < http://www.c2es.org/technology/factsheet/anaerobic-digesters >.