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− | |Tags=biogaz, gaz naturel, digestat, organique, méthaniseur, biodigesteur, pouvoir méthanogène, autonomie, Low-tech Tour France | + | |Tags=biogaz, gaz naturel, digestat, organique, méthaniseur, biodigesteur, pouvoir méthanogène, autonomie, Low-tech Tour France, méthanisation |
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− | {{ | + | {{Introduction |
− | |Introduction=Un biodigestor es una solución técnica de | + | |Introduction=<div class="mw-translate-fuzzy"> |
+ | Un biodigestor es una solución técnica de valorización de residuos orgánicos utilizados para producir un gas combustible (biogás) y un fertilizante (el digestato). La particularidad del biodigestor es que la degradación se logra por bacterias en un ambiente privado de oxígeno : se llama fermentación anaeróbica. | ||
+ | </div> | ||
− | El biogás es una mezcla de gas que contiene principalmente metano | + | El biogás es una mezcla de gas que contiene principalmente metano. Él puede utilizarse para abastecer un quemador de cocina de gas o de caldera o como combustible para motores. |
La fermentación metanogénica que se produce en el biodigestor existe en la naturaleza. Esto es, por ejemplo, lo que sucede en las pantano cuando la materia orgánica se descompone bajo el agua. Las briznas son pequeñas bengalas de biogás. | La fermentación metanogénica que se produce en el biodigestor existe en la naturaleza. Esto es, por ejemplo, lo que sucede en las pantano cuando la materia orgánica se descompone bajo el agua. Las briznas son pequeñas bengalas de biogás. | ||
− | + | La domesticación del biogás existe desdel principio del Siglo XIX y el número y la variedad de biodigestores no dejaron de crecer después. Están especialmente presentes en los países en desarrollo del cinturón tropical donde la pequeña paisanaje se autonomiza en energía gracias a su producción de gas con sus residuos orgánicos. El calor que es un catalizador importante de la fermentación, bajo estas latitudes, de pequeñas unidades son económicamente interesante. | |
− | En | + | <div class="mw-translate-fuzzy"> |
+ | En Francia y en los países desarrollados, donde el coste de la energía es muy bajo en comparación con el de la mano de obra, existen pocos digestores pequeños. Sin embargo, muchas instalaciones industriales equipan plantas de tratamiento de aguas residuales y grandes explotaciones ganaderas. | ||
+ | </div> | ||
− | + | con rangos de producción según la temperatura (psicofílicos: 15-25°C, mesofílicos: 25-45°C o termofílicos: 45 - 65°C). Se estudiarán los biodigestores mesofílicos continuos a 38°C, las soluciones más utilizadas en zonas templadas. | |
− | + | La principal característica de este sistema es su similitud con un sistema digestivo. De la misma manera, se cultiva bacterias, necesita una cierta temperatura para ser eficaz y recibe alimentos regulares. | |
Dans un compost, en milieu aérobie, la décomposition des matières organiques conduit à la formation de gaz (H2S, H2, NH3) et à une production de chaleur importante. Seule la décomposition à l’abri de l’air conduit à la formation du méthane. C’est une des raisons pour laquelle la fermentation a lieu dans une cuve étanche. | Dans un compost, en milieu aérobie, la décomposition des matières organiques conduit à la formation de gaz (H2S, H2, NH3) et à une production de chaleur importante. Seule la décomposition à l’abri de l’air conduit à la formation du méthane. C’est une des raisons pour laquelle la fermentation a lieu dans une cuve étanche. | ||
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Dans ce tutoriel nous allons étudier les différents éléments constituants un biodigesteur (circuit matière et circuit gaz) et comment l’utiliser. | Dans ce tutoriel nous allons étudier les différents éléments constituants un biodigesteur (circuit matière et circuit gaz) et comment l’utiliser. | ||
− | Cette documentation réalisée avec l’association Picojoule retrace la fabrication d’un de leurs prototypes de micro-méthanisation, il ne permet pas l'autonomie en gaz de cuisson mais est une bonne introduction à la biodigestion. Le digesteur semi-enterré d'Hélie Marchand à Madagascar est de plus grande capacité : [[Biodigesteur]] | + | Cette documentation réalisée avec l’association Picojoule retrace la fabrication d’un de leurs prototypes de micro-méthanisation, il ne permet pas l'autonomie en gaz de cuisson mais est une bonne introduction à la biodigestion. Le digesteur semi-enterré d'Hélie Marchand à Madagascar est de plus grande capacité : [[Biodigesteur]] |
Les explications sont largement inspirées du travail de Bernard LAGRANGE dans ses ouvrages Biométhane 1 et 2, que nous vous recommandons vivement ! | Les explications sont largement inspirées du travail de Bernard LAGRANGE dans ses ouvrages Biométhane 1 et 2, que nous vous recommandons vivement ! | ||
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Ce travail est libre et ouvert, n’hésitez pas à le clarifier et le compléter de vos connaissances et expériences. | Ce travail est libre et ouvert, n’hésitez pas à le clarifier et le compléter de vos connaissances et expériences. | ||
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+ | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_sch_ma_biodigesteur.jpg | ||
|Material='''Circuit matière''' | |Material='''Circuit matière''' | ||
* 1 Bidon 60 L | * 1 Bidon 60 L | ||
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* cutter | * cutter | ||
* compresseur | * compresseur | ||
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+ | {{Tuto Step | ||
|Step_Title=Circuit matière - Digesteur | |Step_Title=Circuit matière - Digesteur | ||
− | |Step_Content===== Dimensionnement ==== | + | |Step_Content=====Dimensionnement==== |
+ | |||
Pour une bonne digestion, à 38°C, la matière organique doit passer 30 jours dans le biodigesteur. Nous allons dimensionner le volume du digesteur en fonction des apports réguliers et de cette durée. | Pour une bonne digestion, à 38°C, la matière organique doit passer 30 jours dans le biodigesteur. Nous allons dimensionner le volume du digesteur en fonction des apports réguliers et de cette durée. | ||
Prenons un exemple : l’apport périodique est de 2 litres par jour, la matière devant rester au moins 30 jours, il faut un digesteur de 60 litres minimum. | Prenons un exemple : l’apport périodique est de 2 litres par jour, la matière devant rester au moins 30 jours, il faut un digesteur de 60 litres minimum. | ||
− | ==== Réalisation ==== | + | On considère en moyenne '''1kg de déchets = 1,6L = 1/2h de gaz'''. (Le calcul est fait ici pour des déchets alimentaires de cuisine.) Il faut donc ajuster le calcul en fonction de l'apport quotidien et des besoins en gaz. |
+ | |||
+ | ====Réalisation==== | ||
+ | |||
C’est dans le digesteur qu’a lieu la dégradation bactérienne. Pour avoir une production de méthane il faut des bactéries méthanogènes. Celle-ci se développent en absence d’oxygène, on parle d’un milieu anaérobique. Pour priver la matière organique d’oxygène il suffit de l’immerger dans l’eau. | C’est dans le digesteur qu’a lieu la dégradation bactérienne. Pour avoir une production de méthane il faut des bactéries méthanogènes. Celle-ci se développent en absence d’oxygène, on parle d’un milieu anaérobique. Pour priver la matière organique d’oxygène il suffit de l’immerger dans l’eau. | ||
− | |||
− | * | + | *Faire deux trous en vis-à-vis dans le bidon digesteur. Ils doivent être au tiers de la hauteur, |
− | * | + | *Insérer un passe-paroi matière préalablement graissé dans chacun des deux trous, |
− | * | + | *Graisser l’intérieur des passe-parois matière, |
− | * | + | *Positionner une plaque à l’intérieur du digesteur faisant la séparation entre l’entrée et la sortie. En laissant passer la matière au-dessous et au-dessus elle augmente le parcours de la matière et donc le temps de digestion minimum, |
− | * | + | *Faire un trou dans l’opercule du couvercle pour installer un passe paroi gaz, |
− | * | + | *Installer un passer un passe-paroi gaz au centre de l’opercule d’étanchéité du couvercle. Du téflon sur les filets et un joint plat de chaque côté permettent d’étanchéifier le montage, |
− | * Installer une vanne après le passe-paroi gaz. | + | *Enduire de graisse la collerette de l’opercule et refermer le couvercle, la graisse fait l’étanchéité, le couvercle maintient la pression, |
+ | |||
+ | *Installer une vanne après le passe-paroi gaz. | ||
|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_digesteur_per_age.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_digesteur_per_age.png | ||
|Step_Picture_01=Biodigesteur_domestique_digesteur_passe_paroi.png | |Step_Picture_01=Biodigesteur_domestique_digesteur_passe_paroi.png | ||
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|Step_Picture_04=Biodigesteur_domestique_digesteur_couvercle.png | |Step_Picture_04=Biodigesteur_domestique_digesteur_couvercle.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit matière - Entrée | |Step_Title=Circuit matière - Entrée | ||
|Step_Content=C’est par l’entrée du système, sa bouche, que le biodigesteur est nourri. Le montage sera entièrement réalisé à blanc pour s’assurer de ses bonnes dimensions puis démonté et collé. | |Step_Content=C’est par l’entrée du système, sa bouche, que le biodigesteur est nourri. Le montage sera entièrement réalisé à blanc pour s’assurer de ses bonnes dimensions puis démonté et collé. | ||
− | |||
− | * Faire un | + | *Faire pénétrer un tuyau PVC dans l’une des ouvertures du digesteur, il est inutile qu’il rentre de trop, cela limite la circulation de la matière, |
− | * | + | *Faire un angle à 90° en utilisant deux raccords 45°. Sur des petits diamètres de tube il est préférable d’avoir des angles doux. Un raccord à 90° est vite obstrué et bloque le transit, |
− | * Relier la bouche au digesteur de manière à ce que celle-ci-soit plus haute et que la matière circule par gravité. | + | *Réaliser la bouche à partir de tuyaux de grands diamètres, plus la bouche est large plus il est simple de nourrir proprement le digesteur. Une première fermentation a lieu dans la bouche, un couvercle dévissable ferme le tout, |
+ | |||
+ | *Relier la bouche au digesteur de manière à ce que celle-ci-soit plus haute et que la matière circule par gravité. | ||
|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_small_bouche.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_small_bouche.png | ||
|Step_Picture_01=Biodigesteur_domestique_small_bouche_install_e.png | |Step_Picture_01=Biodigesteur_domestique_small_bouche_install_e.png | ||
|Step_Picture_02=Biodigesteur_domestique_small_bouche_filt_e.png | |Step_Picture_02=Biodigesteur_domestique_small_bouche_filt_e.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit matière - Trop-plein | |Step_Title=Circuit matière - Trop-plein | ||
|Step_Content=Par analogie, le trop-plein représente le terminus du système digestif. A chaque fois que le système est nourri, un même volume de digestat quitte le biodigesteur. Pour faciliter l’entretien une sortie basse est réalisée. Elle permet de vidanger le digesteur. | |Step_Content=Par analogie, le trop-plein représente le terminus du système digestif. A chaque fois que le système est nourri, un même volume de digestat quitte le biodigesteur. Pour faciliter l’entretien une sortie basse est réalisée. Elle permet de vidanger le digesteur. | ||
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|Step_Picture_01=Biodigesteur_domestique_small_trop_plein.png | |Step_Picture_01=Biodigesteur_domestique_small_trop_plein.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit matière - Collage et étanchéité | |Step_Title=Circuit matière - Collage et étanchéité | ||
|Step_Content=Si le système monté à blanc est satisfaisant il faut coller les éléments de PVC entre eux : | |Step_Content=Si le système monté à blanc est satisfaisant il faut coller les éléments de PVC entre eux : | ||
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|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_collage_pvc.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_collage_pvc.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Chaleur et Isolation | |Step_Title=Chaleur et Isolation | ||
|Step_Content===== Chauffage ==== | |Step_Content===== Chauffage ==== | ||
+ | |||
Ce type de biodigesteur est mésophile, c’est-à-dire que les bactéries se développent entre 25°C et 45°C, idéalement à 38°C. Contrairement au compostage, la biodigestion ne génère que très peu de chaleur. Pour atteindre ces températures de travail il faut donc apporter de la chaleur au système. Il est possible de chauffer de nombreuses manières : | Ce type de biodigesteur est mésophile, c’est-à-dire que les bactéries se développent entre 25°C et 45°C, idéalement à 38°C. Contrairement au compostage, la biodigestion ne génère que très peu de chaleur. Pour atteindre ces températures de travail il faut donc apporter de la chaleur au système. Il est possible de chauffer de nombreuses manières : | ||
* par compostage autour du digesteur, | * par compostage autour du digesteur, | ||
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==== Isolation ==== | ==== Isolation ==== | ||
+ | |||
Pour éviter que le biodigesteur soit énergétiquement déficitaire, il est important de très bien l’isoler pour lui apporter un minimum d’énergie calorifique. De plus, une bonne isolation permet de limiter les variations de températures auxquelles les bactéries sont très sensibles. Il est possible d’isoler de nombreuses façons. Nous avons isolé l’enceinte avec des plaques de liège. Il est possible d’utiliser de la paille, très bon isolant à bon marché. | Pour éviter que le biodigesteur soit énergétiquement déficitaire, il est important de très bien l’isoler pour lui apporter un minimum d’énergie calorifique. De plus, une bonne isolation permet de limiter les variations de températures auxquelles les bactéries sont très sensibles. Il est possible d’isoler de nombreuses façons. Nous avons isolé l’enceinte avec des plaques de liège. Il est possible d’utiliser de la paille, très bon isolant à bon marché. | ||
|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_chauffage_et_isolation.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_chauffage_et_isolation.png | ||
|Step_Picture_01=Biodigesteur_domestique_isolation.png | |Step_Picture_01=Biodigesteur_domestique_isolation.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit gaz | |Step_Title=Circuit gaz | ||
|Step_Content=Nous venons d’étudier le circuit de matière organique, de l’entrée à la production du digestat. Un des grands intérêts du biodigesteur est qu’il produit également du biométhane. Dans cette partie nous étudierons les différents éléments du circuit de gaz pour la bonne production et la purification du combustible. | |Step_Content=Nous venons d’étudier le circuit de matière organique, de l’entrée à la production du digestat. Un des grands intérêts du biodigesteur est qu’il produit également du biométhane. Dans cette partie nous étudierons les différents éléments du circuit de gaz pour la bonne production et la purification du combustible. | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit gaz - Digesteur | |Step_Title=Circuit gaz - Digesteur | ||
|Step_Content=C’est dans le digesteur, en dégradant les matières organiques que les bactéries produisent le biométhane. Il est composé de plusieurs gaz en proportions variables, dont : | |Step_Content=C’est dans le digesteur, en dégradant les matières organiques que les bactéries produisent le biométhane. Il est composé de plusieurs gaz en proportions variables, dont : | ||
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|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_digesteur_gaz_small.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_digesteur_gaz_small.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Le méthane | |Step_Title=Le méthane | ||
|Step_Content=Le méthane, CH<sub>4</sub>, est un carbure d’hydrogène de la famille C<sub>n</sub>H<sub>2n+2</sub> tout comme le propane (C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>) ou le butane (C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>). Il est très léger (d=0,55), il ne s’accumule donc pas au sol, au contraire du butane et du propane et diminue les dangers d’explosions. Le gaz naturel est composé principalement de méthane. | |Step_Content=Le méthane, CH<sub>4</sub>, est un carbure d’hydrogène de la famille C<sub>n</sub>H<sub>2n+2</sub> tout comme le propane (C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>) ou le butane (C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>). Il est très léger (d=0,55), il ne s’accumule donc pas au sol, au contraire du butane et du propane et diminue les dangers d’explosions. Le gaz naturel est composé principalement de méthane. | ||
Ligne 208 : | Ligne 224 : | ||
Dans cette application, c’est le méthane qui nous intéresse, nous allons voir comment épurer le biométhane des autres composés. | Dans cette application, c’est le méthane qui nous intéresse, nous allons voir comment épurer le biométhane des autres composés. | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Le dioxyde de carbone | |Step_Title=Le dioxyde de carbone | ||
|Step_Content=La proportion varie en fonction des réactions bactériennes, de la température et des éléments à digérer. Le CO<sub>2</sub> gène la combustion mais ne l’empêche pas. | |Step_Content=La proportion varie en fonction des réactions bactériennes, de la température et des éléments à digérer. Le CO<sub>2</sub> gène la combustion mais ne l’empêche pas. | ||
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|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_bulleur.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_bulleur.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=La vapeur d’eau | |Step_Title=La vapeur d’eau | ||
|Step_Content=Il est souhaitable d’avoir le minimum d’eau à la combustion, celle-ci en dégageant déjà une grande quantité. De plus avec la condensation dans les tuyaux il y a un risque d’obstruction dans les points bas du circuit de gaz : | |Step_Content=Il est souhaitable d’avoir le minimum d’eau à la combustion, celle-ci en dégageant déjà une grande quantité. De plus avec la condensation dans les tuyaux il y a un risque d’obstruction dans les points bas du circuit de gaz : | ||
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|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_collecteur_d_eau.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_collecteur_d_eau.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=L’hydrogène sulfuré | |Step_Title=L’hydrogène sulfuré | ||
|Step_Content=L’hydrogène sulfuré (H<sub>2</sub>S) est combustible mais fortement corrosif par la production d’acide sulfurique. Sa présence est nuisible et nous l’éviterons au maximum par un bon équilibre du pH du biodigesteur. Pour l’éliminer, on fait passer le biométhane à travers de l’oxyde de fer ou de la paille de fer qui sera régénérée par exposition à l’air libre avec départ de souffre. Le charbon de bois ou les billes d’argile peuvent également servir de matériaux filtrant. | |Step_Content=L’hydrogène sulfuré (H<sub>2</sub>S) est combustible mais fortement corrosif par la production d’acide sulfurique. Sa présence est nuisible et nous l’éviterons au maximum par un bon équilibre du pH du biodigesteur. Pour l’éliminer, on fait passer le biométhane à travers de l’oxyde de fer ou de la paille de fer qui sera régénérée par exposition à l’air libre avec départ de souffre. Le charbon de bois ou les billes d’argile peuvent également servir de matériaux filtrant. | ||
|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_filtre_H2S.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_filtre_H2S.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit gaz - Stockage | |Step_Title=Circuit gaz - Stockage | ||
|Step_Content=Dans le digesteur, il est préférable d’avoir une fermentation qui se déroule à pression minimum. Pour cela, le gaz devra être évacué à mesure de son dégagement. A moins d’avoir une consommation continuelle et régulière de gaz, on devra disposer d’une réserve fournissant le gaz aux « pointes » de consommation et le stockant le reste du temps. | |Step_Content=Dans le digesteur, il est préférable d’avoir une fermentation qui se déroule à pression minimum. Pour cela, le gaz devra être évacué à mesure de son dégagement. A moins d’avoir une consommation continuelle et régulière de gaz, on devra disposer d’une réserve fournissant le gaz aux « pointes » de consommation et le stockant le reste du temps. | ||
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|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_gazom_tre.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_gazom_tre.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit gaz - Retour de flamme | |Step_Title=Circuit gaz - Retour de flamme | ||
|Step_Content=Partout où on craint un retour de flamme, placer une boule de paille de fer ou de cuivre sur le parcours du gaz qui, par conduction thermique, étouffe la combustion en abaissant la température. Il ne faut cependant pas trop tasser la paille métallique dans les tuyaux au risque de limiter le bon passage du gaz. | |Step_Content=Partout où on craint un retour de flamme, placer une boule de paille de fer ou de cuivre sur le parcours du gaz qui, par conduction thermique, étouffe la combustion en abaissant la température. Il ne faut cependant pas trop tasser la paille métallique dans les tuyaux au risque de limiter le bon passage du gaz. | ||
Ligne 257 : | Ligne 273 : | ||
|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_retour_de_flamme.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_retour_de_flamme.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit gaz - Combustion | |Step_Title=Circuit gaz - Combustion | ||
|Step_Content===== Réglage des bruleurs ==== | |Step_Content===== Réglage des bruleurs ==== | ||
+ | |||
Comme il est mélangé à du dioxyde de carbone non combustible, le biométhane a un pouvoir calorifique nettement plus faible que le propane, le butane ou le méthane pour un même volume. | Comme il est mélangé à du dioxyde de carbone non combustible, le biométhane a un pouvoir calorifique nettement plus faible que le propane, le butane ou le méthane pour un même volume. | ||
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==== Autres utilisations ==== | ==== Autres utilisations ==== | ||
+ | |||
Le biométhane peut également être utilisé dans des lampes à gaz, des chaudières ou des moteurs à explosions : groupes électrogènes, engins agricoles, voitures… | Le biométhane peut également être utilisé dans des lampes à gaz, des chaudières ou des moteurs à explosions : groupes électrogènes, engins agricoles, voitures… | ||
==== Pression ==== | ==== Pression ==== | ||
+ | |||
Le biodigesteur et le stockage sont à pression atmosphérique pour ne pas ralentir le travail bactérien. Une gazinière biométhane fonctionne avec un gaz à 10 mbar, pour cela : | Le biodigesteur et le stockage sont à pression atmosphérique pour ne pas ralentir le travail bactérien. Une gazinière biométhane fonctionne avec un gaz à 10 mbar, pour cela : | ||
* Installer un compresseur entre le stockage et le bruleur, | * Installer un compresseur entre le stockage et le bruleur, | ||
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|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_gicleur.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_gicleur.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Circuit gaz - étanchéité | |Step_Title=Circuit gaz - étanchéité | ||
|Step_Content=Chaque raccord entre un élément et un tuyau de gaz doit être sécurisé avec un collier de serrage. | |Step_Content=Chaque raccord entre un élément et un tuyau de gaz doit être sécurisé avec un collier de serrage. | ||
Ligne 286 : | Ligne 305 : | ||
Une fois l’ensemble du circuit monté, faire un test d’étanchéité, comme pour le circuit matière, en le mettant sous pression et en aspergeant de l’eau savonneuse sur les jonctions. Si des bulles apparaissent, il y a une fuite. | Une fois l’ensemble du circuit monté, faire un test d’étanchéité, comme pour le circuit matière, en le mettant sous pression et en aspergeant de l’eau savonneuse sur les jonctions. Si des bulles apparaissent, il y a une fuite. | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Utilisation du digesteur - Alimentation | |Step_Title=Utilisation du digesteur - Alimentation | ||
|Step_Content=Le biodigesteur est un système vivant, composé de millions de bactéries, il faut donc lui porter une attention particulière. | |Step_Content=Le biodigesteur est un système vivant, composé de millions de bactéries, il faut donc lui porter une attention particulière. | ||
==== Alimentation régulière ==== | ==== Alimentation régulière ==== | ||
+ | |||
Dans l’idéal le biodigesteur est nourri tous les jours. Il est possible de descendre jusqu’à une fois par semaine. Si le volume de matière à transformer est important, il vaut mieux le répartir sur plusieurs « repas ». | Dans l’idéal le biodigesteur est nourri tous les jours. Il est possible de descendre jusqu’à une fois par semaine. Si le volume de matière à transformer est important, il vaut mieux le répartir sur plusieurs « repas ». | ||
Ligne 299 : | Ligne 319 : | ||
==== Alimentation équilibrée ==== | ==== Alimentation équilibrée ==== | ||
+ | |||
Le biodigesteur est un complément très intéressant au composteur. En effet un compost a pour objectif de créer de l’humus, pour cela il a besoin d’un fort rapport carbone/azote, (entre 20 et 30), avec principalement de la cellulose et des composés ligneux. Un surplus de matière organique putrescible déstructure le compost. | Le biodigesteur est un complément très intéressant au composteur. En effet un compost a pour objectif de créer de l’humus, pour cela il a besoin d’un fort rapport carbone/azote, (entre 20 et 30), avec principalement de la cellulose et des composés ligneux. Un surplus de matière organique putrescible déstructure le compost. | ||
Ligne 316 : | Ligne 337 : | ||
==== pH ==== | ==== pH ==== | ||
+ | |||
En milieu acide, l’activité enzymatique des bactéries est bloquée. Cette acidité est surtout due à l’accumulation d’acides organiques. En milieu basique, les fermentations produisent de l’hydrogène sulfuré (H2S) et de l’hydrogène (H2). La digestion peut s’effectuer entre des pH de 6,6 et 7,6 avec un optimum entre 7 et 7,2. | En milieu acide, l’activité enzymatique des bactéries est bloquée. Cette acidité est surtout due à l’accumulation d’acides organiques. En milieu basique, les fermentations produisent de l’hydrogène sulfuré (H2S) et de l’hydrogène (H2). La digestion peut s’effectuer entre des pH de 6,6 et 7,6 avec un optimum entre 7 et 7,2. | ||
|Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_banane_broy_e.png | |Step_Picture_00=Biodigesteur_domestique_banane_broy_e.png | ||
}} | }} | ||
− | {{ | + | {{Tuto Step |
|Step_Title=Ensemencement | |Step_Title=Ensemencement | ||
|Step_Content=Nous avons vu précédemment que les excréments ont un faible pouvoir méthanogène car déjà digérés. Ils restent cependant importants pour lancer l’activité bactérienne dans le digesteur. | |Step_Content=Nous avons vu précédemment que les excréments ont un faible pouvoir méthanogène car déjà digérés. Ils restent cependant importants pour lancer l’activité bactérienne dans le digesteur. | ||
Ligne 334 : | Ligne 356 : | ||
|Step_Picture_02=Biodigesteur_domestique__table_.png | |Step_Picture_02=Biodigesteur_domestique__table_.png | ||
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|Step_Content=Le digestat issu de biodigesteurs domestiques une fois stabilisé est un fertilisant liquide très riche en azote et minéraux. | |Step_Content=Le digestat issu de biodigesteurs domestiques une fois stabilisé est un fertilisant liquide très riche en azote et minéraux. | ||
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+ | |Notes=''Cette section rassemble les questions les plus fréquemment posées sur ce tutoriel et l'avancement de la réflexion du Low-tech Lab sur ces sujets.'' | ||
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+ | ====Conseils pour les filtres==== | ||
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+ | Les boitiers peuvent être réalisés à partir de bouteilles en PET percées et étanchéifiées. Il est possible de placer le collecteur d'eau dans une zone plus froide pour atteindre plus facilement le point de rosée, par exemple sur le côté extérieur de la porte. | ||
− | + | ====Approvisionnement en matériaux==== | |
− | + | La paille de fer peut être trouvée dans un atelier d’usinage ou sur certaines éponges. Concernant le compresseur, il est possible de s'en passer (comme décrit dans le tutoriel), ou bien d'en utiliser un destiné aux réfrigérateurs. | |
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+ | Le tutoriel sur un digesteur semi-enterré d'Hélie Marchand à Madagascar ( [[Biodigesteur]]) vous donnera plus d'informations pour une production de biogaz à plus grande échelle. Pour avoir une idée du dimensionnement du système à mettre en place, il faut compter en moyenne 1kg de déchets produisent 1 demi-heure de gaz. | ||
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+ | ====Alternance avec d'autres sources de gaz==== | ||
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+ | Pour compléter la production en gaz, on peut vouloir utiliser la gazinière avec d'autres sources de gaz. Si la gazinière est raccordée au gaz de ville, il est facile d'ajouter une vanne de gaz à trois voies, sur laquelle on pourra brancher deux entrées (le biogaz en provenance du méthaniseur, et le gaz naturel en provenance du réseau) que l'on choisira d'ouvrir en fonction des besoins | ||
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+ | Si la gazinière fonctionne avec des bouteilles de propane ou de butane, il faut dans ce cas changer d'injecteur pour l'adapter au gaz utilisé : le méthane requiert un injecteur de type G20, tandis que le gaz en bouteille s'utilise avec des injecteurs G30/G31. Cela est faisable, mais il sera pénible de le changer tous les jours. | ||
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+ | ===Références=== | ||
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+ | *La première édition du tutoriel a été réalisée par Clément Chabot lors de l'escale Biodigesteur du Tour de France des Low-tech. | ||
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+ | *La solution documentée a été réalisée avec Pierre et Thomas de l'association PicoJoule http://www.picojoule.org/ [http://www.picojoule.org/] https://www.facebook.com/Picojoule/?fref=ts | ||
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+ | *Bernard LAGRANGE, Biométhane 1. Une alternative crédible ; 2. principes-techniques, utilisations | ||
+ | *https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_m%C3%A9thanog%C3%A8ne | ||
+ | *https://fr.wikipedia.org/wiki/Biogaz | ||
+ | *"[https://www.terran.fr/biogaz-manuel-pratique-valla-livre-editions-terran.html Le Biogaz - Manuel Pratique]: De la production à l'utilisation"Jean-Philippe Valla, Editions Terran | ||
+ | *Tutoriel de Jean- Philippe Valla: [https://www.latelierpaysan.org/IMG/pdf/metaalaferme-2.pdf Installation Biogaz autoconstruite ou «Comment rouler avec du caca»] | ||
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+ | Comme tout le travail du Low-tech Lab, '''ce tutoriel est participatif''', n'hésitez pas à ajouter les modifications qui vous semblent importantes, et à partager vos réalisations en commentaires. '''Si vous souhaitez nous aider, vous pouvez répondre à [https://framaforms.org/votre-avis-sur-ce-tutoriel-du-low-tech-lab-1589450161 ce formulaire]. Que vous ayiez ou non réalisé cette low-tech, votre réponse nous permettra d'améliorer nos tutoriels. Merci d'avance pour votre aide !''' | ||
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Prototype de Low-tech Lab | Catégories : Habitat, Énergie
Producir gas natural combustible y fertilizante a partir de nuestros residuos orgánicos.
Producir gas natural combustible y fertilizante a partir de nuestros residuos orgánicos.
biogaz, gaz naturel, digestat, organique, méthaniseur, biodigesteur, pouvoir méthanogène, autonomie, Low-tech Tour France, méthanisation es fr 1
Un biodigestor es una solución técnica de valorización de residuos orgánicos utilizados para producir un gas combustible (biogás) y un fertilizante (el digestato). La particularidad del biodigestor es que la degradación se logra por bacterias en un ambiente privado de oxígeno : se llama fermentación anaeróbica.
El biogás es una mezcla de gas que contiene principalmente metano. Él puede utilizarse para abastecer un quemador de cocina de gas o de caldera o como combustible para motores.
La fermentación metanogénica que se produce en el biodigestor existe en la naturaleza. Esto es, por ejemplo, lo que sucede en las pantano cuando la materia orgánica se descompone bajo el agua. Las briznas son pequeñas bengalas de biogás.
La domesticación del biogás existe desdel principio del Siglo XIX y el número y la variedad de biodigestores no dejaron de crecer después. Están especialmente presentes en los países en desarrollo del cinturón tropical donde la pequeña paisanaje se autonomiza en energía gracias a su producción de gas con sus residuos orgánicos. El calor que es un catalizador importante de la fermentación, bajo estas latitudes, de pequeñas unidades son económicamente interesante.
En Francia y en los países desarrollados, donde el coste de la energía es muy bajo en comparación con el de la mano de obra, existen pocos digestores pequeños. Sin embargo, muchas instalaciones industriales equipan plantas de tratamiento de aguas residuales y grandes explotaciones ganaderas.
con rangos de producción según la temperatura (psicofílicos: 15-25°C, mesofílicos: 25-45°C o termofílicos: 45 - 65°C). Se estudiarán los biodigestores mesofílicos continuos a 38°C, las soluciones más utilizadas en zonas templadas.
La principal característica de este sistema es su similitud con un sistema digestivo. De la misma manera, se cultiva bacterias, necesita una cierta temperatura para ser eficaz y recibe alimentos regulares.
Dans un compost, en milieu aérobie, la décomposition des matières organiques conduit à la formation de gaz (H2S, H2, NH3) et à une production de chaleur importante. Seule la décomposition à l’abri de l’air conduit à la formation du méthane. C’est une des raisons pour laquelle la fermentation a lieu dans une cuve étanche.
Dans ce tutoriel nous allons étudier les différents éléments constituants un biodigesteur (circuit matière et circuit gaz) et comment l’utiliser.
Cette documentation réalisée avec l’association Picojoule retrace la fabrication d’un de leurs prototypes de micro-méthanisation, il ne permet pas l'autonomie en gaz de cuisson mais est une bonne introduction à la biodigestion. Le digesteur semi-enterré d'Hélie Marchand à Madagascar est de plus grande capacité : Biodigesteur
Les explications sont largement inspirées du travail de Bernard LAGRANGE dans ses ouvrages Biométhane 1 et 2, que nous vous recommandons vivement !
Ce travail est libre et ouvert, n’hésitez pas à le clarifier et le compléter de vos connaissances et expériences.
Youtube
Circuit matière
Circuit gaz
Pour une bonne digestion, à 38°C, la matière organique doit passer 30 jours dans le biodigesteur. Nous allons dimensionner le volume du digesteur en fonction des apports réguliers et de cette durée.
Prenons un exemple : l’apport périodique est de 2 litres par jour, la matière devant rester au moins 30 jours, il faut un digesteur de 60 litres minimum.
On considère en moyenne 1kg de déchets = 1,6L = 1/2h de gaz. (Le calcul est fait ici pour des déchets alimentaires de cuisine.) Il faut donc ajuster le calcul en fonction de l'apport quotidien et des besoins en gaz.
C’est dans le digesteur qu’a lieu la dégradation bactérienne. Pour avoir une production de méthane il faut des bactéries méthanogènes. Celle-ci se développent en absence d’oxygène, on parle d’un milieu anaérobique. Pour priver la matière organique d’oxygène il suffit de l’immerger dans l’eau.
C’est par l’entrée du système, sa bouche, que le biodigesteur est nourri. Le montage sera entièrement réalisé à blanc pour s’assurer de ses bonnes dimensions puis démonté et collé.
Par analogie, le trop-plein représente le terminus du système digestif. A chaque fois que le système est nourri, un même volume de digestat quitte le biodigesteur. Pour faciliter l’entretien une sortie basse est réalisée. Elle permet de vidanger le digesteur.
Si le système monté à blanc est satisfaisant il faut coller les éléments de PVC entre eux :
Il faut à la suite tester l’étanchéité :
Ce type de biodigesteur est mésophile, c’est-à-dire que les bactéries se développent entre 25°C et 45°C, idéalement à 38°C. Contrairement au compostage, la biodigestion ne génère que très peu de chaleur. Pour atteindre ces températures de travail il faut donc apporter de la chaleur au système. Il est possible de chauffer de nombreuses manières :
Dans notre cas, étant donné le petit volume du système, nous utilisons un chauffe-lit positionné sous le digesteur
Pour éviter que le biodigesteur soit énergétiquement déficitaire, il est important de très bien l’isoler pour lui apporter un minimum d’énergie calorifique. De plus, une bonne isolation permet de limiter les variations de températures auxquelles les bactéries sont très sensibles. Il est possible d’isoler de nombreuses façons. Nous avons isolé l’enceinte avec des plaques de liège. Il est possible d’utiliser de la paille, très bon isolant à bon marché.
Nous venons d’étudier le circuit de matière organique, de l’entrée à la production du digestat. Un des grands intérêts du biodigesteur est qu’il produit également du biométhane. Dans cette partie nous étudierons les différents éléments du circuit de gaz pour la bonne production et la purification du combustible.
C’est dans le digesteur, en dégradant les matières organiques que les bactéries produisent le biométhane. Il est composé de plusieurs gaz en proportions variables, dont :
On y trouve également des traces d’hydrogène, d’oxygène, de monoxyde de carbone, d’azote et d’autre gaz présents en très faibles quantités.
Le méthane, CH4, est un carbure d’hydrogène de la famille CnH2n+2 tout comme le propane (C3H8) ou le butane (C4H10). Il est très léger (d=0,55), il ne s’accumule donc pas au sol, au contraire du butane et du propane et diminue les dangers d’explosions. Le gaz naturel est composé principalement de méthane.
Pour être liquéfié, en vue d’un transport plus commode, il doit être refroidi à -165°C ou comprimé à 400 bars. Cela n’est possible qu’avec des moyens industriels, on le conserve donc dans notre cas à l’état gazeux.
Par rapport à la masse, c’est le meilleur carburant sur le plan calorifique (12 000 Kcal/kg), mais c’est le plus volumineux.
Dans cette application, c’est le méthane qui nous intéresse, nous allons voir comment épurer le biométhane des autres composés.
La proportion varie en fonction des réactions bactériennes, de la température et des éléments à digérer. Le CO2 gène la combustion mais ne l’empêche pas.
Le plus simple est de procéder à un lavage du gaz à l’eau. Le dioxyde de carbone est très soluble (878 cm3/l à 20°C) alors que le méthane l’est très peu (34 cm3/l). Cette eau chargée de CO2 peut être utilisée pour l’irrigation ou pour la culture d’algues comme la spiruline.
Il est souhaitable d’avoir le minimum d’eau à la combustion, celle-ci en dégageant déjà une grande quantité. De plus avec la condensation dans les tuyaux il y a un risque d’obstruction dans les points bas du circuit de gaz :
Le réservoir-bulleur peut jouer le rôle de collecteur d’eau s’il est placé en bas du circuit de gaz.
L’hydrogène sulfuré (H2S) est combustible mais fortement corrosif par la production d’acide sulfurique. Sa présence est nuisible et nous l’éviterons au maximum par un bon équilibre du pH du biodigesteur. Pour l’éliminer, on fait passer le biométhane à travers de l’oxyde de fer ou de la paille de fer qui sera régénérée par exposition à l’air libre avec départ de souffre. Le charbon de bois ou les billes d’argile peuvent également servir de matériaux filtrant.
Dans le digesteur, il est préférable d’avoir une fermentation qui se déroule à pression minimum. Pour cela, le gaz devra être évacué à mesure de son dégagement. A moins d’avoir une consommation continuelle et régulière de gaz, on devra disposer d’une réserve fournissant le gaz aux « pointes » de consommation et le stockant le reste du temps.
Les réservoirs souples de type « vessie » sont intéressants. A l’inverse, utiliser un récipient indéformable peut être dangereux : il faut être en mesure de vider l’air contenu à l’intérieur avant d'y introduire du méthane, le mélange des deux gaz peut être explosif.
Partout où on craint un retour de flamme, placer une boule de paille de fer ou de cuivre sur le parcours du gaz qui, par conduction thermique, étouffe la combustion en abaissant la température. Il ne faut cependant pas trop tasser la paille métallique dans les tuyaux au risque de limiter le bon passage du gaz.
Dans notre cas, pour éviter un retour de flamme vers le digesteur et surtout le ballon de stockage, nous installons de la paille de fer dans le tuyau au plus proche de la gazinière.
Comme il est mélangé à du dioxyde de carbone non combustible, le biométhane a un pouvoir calorifique nettement plus faible que le propane, le butane ou le méthane pour un même volume.
Les appareils qui fonctionnent avec ces gaz ont donc une plus grande admission d’air qu’une gazinière au biométhane.
Pour adapter les bruleurs standards à du biométhane :
OU
ATTENTION : les flammes de méthane sont moins visibles que celle de propane ou butane, il faut faire attention à ne pas se bruler au contact de la gazinière.
Le biométhane peut également être utilisé dans des lampes à gaz, des chaudières ou des moteurs à explosions : groupes électrogènes, engins agricoles, voitures…
Le biodigesteur et le stockage sont à pression atmosphérique pour ne pas ralentir le travail bactérien. Une gazinière biométhane fonctionne avec un gaz à 10 mbar, pour cela :
OU
Chaque raccord entre un élément et un tuyau de gaz doit être sécurisé avec un collier de serrage.
Une fois l’ensemble du circuit monté, faire un test d’étanchéité, comme pour le circuit matière, en le mettant sous pression et en aspergeant de l’eau savonneuse sur les jonctions. Si des bulles apparaissent, il y a une fuite.
Le biodigesteur est un système vivant, composé de millions de bactéries, il faut donc lui porter une attention particulière.
Dans l’idéal le biodigesteur est nourri tous les jours. Il est possible de descendre jusqu’à une fois par semaine. Si le volume de matière à transformer est important, il vaut mieux le répartir sur plusieurs « repas ».
Il est important de broyer les aliments (au couteau, mixeur …) et d’y ajouter leur poids en eau pour :
Le biodigesteur est un complément très intéressant au composteur. En effet un compost a pour objectif de créer de l’humus, pour cela il a besoin d’un fort rapport carbone/azote, (entre 20 et 30), avec principalement de la cellulose et des composés ligneux. Un surplus de matière organique putrescible déstructure le compost.
A l’inverse, les matières humides et putrescibles sont les bienvenues dans un biodigesteur (fruits et légumes en décomposition, épluchures…). Il faut limiter les matières fibreuses, sèches et dures voire les éviter dans un petit digesteur. Ils risquent de boucher la circulation de matière, ils ont également tendance à flotter et à former une écume très difficile à faire disparaitre et, en formant des croutes ou en se déposant au fond, ils utilisent de la place inutilement.
Une alimentation très azotée est idéale, l’azote n’est que très peu présent dans le biométhane mais il participe fortement à sa synthèse via la stimulation de l’activité bactérienne. De plus il permet d’obtenir un fertilisant très riche avec le digestat.
Il est important d’apporter du « vert » au régime du digesteur, si les épluchures ou diverses fanes ne suffisent pas, de l’herbe tondue et broyée complète bien.
Les produits animaliers (viandes, lait, œufs…) doivent être évités dans un biodigesteur, ne montant pas en température comme un compost il ne détruit pas les germes pathogènes.
Les huiles alimentaires ont un très fort pouvoir méthanogène (780 litres de méthane par kilo d’huile !) mais acidifie le biodigesteur. S’il devient trop acide les bactéries vont mourir. A consommer avec modération.
L’eau de cuisson permet de réchauffer le système tout en fluidifiant le transit. Elle est également chargée en amidon (pommes de terre, céréales, pâtes, riz …) apprécié par les bactéries.
L’urine peut être utilisée régulièrement. Les excréments sont acceptés en petites doses mais ils ont un faible pourvoir méthanogène, une grande partie de leur valeur énergétique a été absorbée pendant la digestion.
En milieu acide, l’activité enzymatique des bactéries est bloquée. Cette acidité est surtout due à l’accumulation d’acides organiques. En milieu basique, les fermentations produisent de l’hydrogène sulfuré (H2S) et de l’hydrogène (H2). La digestion peut s’effectuer entre des pH de 6,6 et 7,6 avec un optimum entre 7 et 7,2.
Nous avons vu précédemment que les excréments ont un faible pouvoir méthanogène car déjà digérés. Ils restent cependant importants pour lancer l’activité bactérienne dans le digesteur.
Une vache, à travers ses rots, génère à elle seule entre 60 et 200 litres de biogaz par jour. Nous allons donc récupérer une partie de la flore intestinale du ruminant dans … ses excréments.
Pour lancer la fermentation bactérienne dans le digesteur :
Si l’activité du biodigesteur est arrêtée à cause d’une longue période sans alimentation il faut à nouveau l’ensemencer de la même manière.
La stabilisation de la digestion jusqu’à une production régulière d’un gaz combustible peut durer plusieurs semaines, il est bon de ne pas trop perturber son alimentation.
Le digestat issu de biodigesteurs domestiques une fois stabilisé est un fertilisant liquide très riche en azote et minéraux.
Il peut être appliqué dilué à 10% sur toutes les plantes avec un intervalle d’un mois entre chaque utilisation.
Si des produits animaliers (viandes, lait, œufs…) font partis du régime du biodigesteur il ne faut pas appliquer de digestat sur les fruits et légumes mangés crus (fraises, salades, carottes…). Il trouvera son utilisation dans les vergers ou sur les plantes non-alimentaires.
Vous pouvez télécharger une fiche pédagogique créée par le Low-tech Lab à l'occasion de l'exposition "En Quête d'un Habitat Durable" dans la partie "Fichiers" du tutoriel (onglet au niveau de la section "Outils-Matériaux")
Cette section rassemble les questions les plus fréquemment posées sur ce tutoriel et l'avancement de la réflexion du Low-tech Lab sur ces sujets.
Les boitiers peuvent être réalisés à partir de bouteilles en PET percées et étanchéifiées. Il est possible de placer le collecteur d'eau dans une zone plus froide pour atteindre plus facilement le point de rosée, par exemple sur le côté extérieur de la porte.
La paille de fer peut être trouvée dans un atelier d’usinage ou sur certaines éponges. Concernant le compresseur, il est possible de s'en passer (comme décrit dans le tutoriel), ou bien d'en utiliser un destiné aux réfrigérateurs.
Le tutoriel sur un digesteur semi-enterré d'Hélie Marchand à Madagascar ( Biodigesteur) vous donnera plus d'informations pour une production de biogaz à plus grande échelle. Pour avoir une idée du dimensionnement du système à mettre en place, il faut compter en moyenne 1kg de déchets produisent 1 demi-heure de gaz.
Pour compléter la production en gaz, on peut vouloir utiliser la gazinière avec d'autres sources de gaz. Si la gazinière est raccordée au gaz de ville, il est facile d'ajouter une vanne de gaz à trois voies, sur laquelle on pourra brancher deux entrées (le biogaz en provenance du méthaniseur, et le gaz naturel en provenance du réseau) que l'on choisira d'ouvrir en fonction des besoins
Si la gazinière fonctionne avec des bouteilles de propane ou de butane, il faut dans ce cas changer d'injecteur pour l'adapter au gaz utilisé : le méthane requiert un injecteur de type G20, tandis que le gaz en bouteille s'utilise avec des injecteurs G30/G31. Cela est faisable, mais il sera pénible de le changer tous les jours.
Comme tout le travail du Low-tech Lab, ce tutoriel est participatif, n'hésitez pas à ajouter les modifications qui vous semblent importantes, et à partager vos réalisations en commentaires. Si vous souhaitez nous aider, vous pouvez répondre à ce formulaire. Que vous ayiez ou non réalisé cette low-tech, votre réponse nous permettra d'améliorer nos tutoriels. Merci d'avance pour votre aide !
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