Production de biogaz à partir de déchets

Comprendre la production de biogaz à partir de déchets

Vous travaillez en tant qu’ingénieur environnemental pour une municipalité qui envisage d’installer une usine de production de biogaz à partir de ses déchets organiques. Votre tâche est d’évaluer la faisabilité et l’efficacité de cette installation. Pour cela, vous devez effectuer les calculs suivants :

Estimation de la Production de Biogaz :
- La municipalité produit quotidiennement 5 000 kg de déchets organiques.
- On estime que chaque kilogramme de déchets organiques peut produire en moyenne 0.25 m³ de biogaz.
- Calculez le volume total de biogaz qui peut être produit quotidiennement.
Conversion en Énergie :
- 1 m³ de biogaz peut produire environ 6 kWh d’énergie.
- Déterminez la quantité totale d’énergie qui peut être générée quotidiennement à partir du biogaz produit.
Comparaison avec les Besoins Énergétiques :
- La municipalité a besoin de 40 000 kWh d’énergie par jour pour alimenter ses bâtiments publics.
- Calculez le pourcentage des besoins énergétiques de la municipalité qui peut être couvert par l’énergie produite à partir du biogaz.
Impact sur la Réduction des Émissions de CO2 :
- La combustion de biogaz produit environ 60% moins de CO2 que les combustibles fossiles.
- Si la municipalité utilisait des combustibles fossiles pour produire 40 000 kWh d’énergie, calculez la réduction des émissions de CO2 réalisée en utilisant le biogaz à la place.

Réflexion : Après avoir effectué ces calculs, réfléchissez aux avantages et aux inconvénients potentiels de l’installation d’une telle usine de biogaz, en tenant compte des aspects économiques, environnementaux et sociaux.

Correction : production de biogaz à partir de déchets

1. Estimation de la Production de Biogaz

On souhaite déterminer le volume de biogaz produit quotidiennement à partir des déchets organiques.
Pour ce faire, on utilise le fait que chaque kilogramme de déchet produit 0,25 m³ de biogaz.

Formule:

Volume de biogaz (m³/jour) = Quantité de déchets (kg/jour) \(\times\) Production de biogaz (m³/kg)

Données:

Quantité de déchets organiques : 5 000 kg/jour
Production de biogaz par kg : 0,25 m³/kg

Calcul:

\[ \text{Volume de biogaz} = 5\,000 \, \text{kg} \times 0,25 \, \frac{\text{m}^3}{\text{kg}} \] \[ \text{Volume de biogaz} = 1\,250 \, \text{m}^3/\text{jour} \]

Résultat

La production journalière de biogaz est 1 250 m³.

2. Conversion en Énergie

Il faut convertir le volume de biogaz obtenu en quantité d’énergie.
On sait que 1 m³ de biogaz permet de produire environ 6 kWh d’énergie.

Formule:

Énergie produite (kWh/jour) = Volume de biogaz (m³/jour) \(\times\) Énergie par m³ (kWh/m³)

Données:

Volume de biogaz : 1 250 m³/jour
Énergie par m³ : 6 kWh/m³

Calcul:

\[ \text{Énergie} = 1\,250 \, \text{m}^3 \times 6 \, \frac{\text{kWh}}{\text{m}^3} \] \[ \text{Énergie} = 7\,500 \, \text{kWh/jour} \]

Résultat

La production journalière de biogaz est 1 250 m³.

3. Comparaison avec les Besoins Énergétiques

Il faut convertir le volume de biogaz obtenu en quantité d’énergie.
On sait que 1 m³ de biogaz permet de produire environ 6 kWh d’énergie.

Formule:

\[ \text{Pourcentage couvert} = \left( \frac{\text{Énergie produite (kWh/jour)}}{\text{Besoins énergétiques (kWh/jour)}} \right) \times 100 \]

Données:

Énergie produite par le biogaz : 7 500 kWh/jour
Besoins énergétiques de la municipalité : 40 000 kWh/jour

Calcul:

\[ \text{Pourcentage couvert} = \left( \frac{7\,500}{40\,000} \right) \times 100 \] \[ \text{Pourcentage couvert} = 18,75\% \]

Résultat

L’énergie produite par le biogaz couvre 18,75 % des besoins énergétiques de la municipalité.

4. Impact sur la Réduction des Émissions de CO\(_2\)

La combustion du biogaz produit environ 60 % moins de CO₂ que la combustion de combustibles fossiles pour la même quantité d’énergie.
Si, pour produire 40 000 kWh, la combustion de combustibles fossiles génère une quantité de CO₂ que nous noterons \( Q_{\text{fossile}} \), alors l’utilisation du biogaz ne générera que 40 % de \( Q_{\text{fossile}} \). La réduction des émissions de CO\(_2\) est donc la différence entre \( Q_{\text{fossile}} \) et la quantité réellement émise avec le biogaz.

Formule:

\[ \text{Réduction des émissions} = Q_{\text{fossile}} – Q_{\text{biogaz}} \]

avec

\[ Q_{\text{biogaz}} = 0,4 \times Q_{\text{fossile}} \]

Donc,

\[ \text{Réduction} = Q_{\text{fossile}} – (0,4 \times Q_{\text{fossile}}) \] \[ \text{Réduction} = 0,6 \times Q_{\text{fossile}} \]

Données:

Émissions avec combustibles fossiles pour 40000 kWh : \( Q_{\text{fossile}} \) (valeur non précisée dans l’énoncé)
Réduction attendue : 60% de \( Q_{\text{fossile}} \)

Calcul:

Si on note \( Q_{\text{fossile}} \) la quantité de CO\(_2\) émise avec des combustibles fossiles, alors avec le biogaz, on aura :

\[ Q_{\text{biogaz}} = 0,4 \times Q_{\text{fossile}} \]

La réduction en émissions est donc :

\[ \Delta Q = Q_{\text{fossile}} – Q_{\text{biogaz}} \] \[ \Delta Q = Q_{\text{fossile}} – 0,4\,Q_{\text{fossile}} \] \[ \Delta Q = 0,6\,Q_{\text{fossile}} \]

Exemple Numérique (Hypothétique)

Pour illustrer, supposons que l’utilisation de combustibles fossiles pour 40 000 kWh produit 10 tonnes de CO₂ (cette valeur est hypothétique car l’énoncé ne fournit pas de facteur d’émission précis).
Alors, avec le biogaz, la quantité de CO₂ émise serait :

\[ Q_{\text{biogaz}} = 0,4 \times 10 \, \text{tonnes} \] \[ Q_{\text{biogaz}} = 4 \, \text{tonnes} \]

La réduction des émissions serait :

\[ \Delta Q = 10 \, \text{tonnes} – 4 \, \text{tonnes} \] \[ \Delta Q = 6 \, \text{tonnes} \]

Résultat

L’utilisation du biogaz permettrait de réduire les émissions de CO₂ de 60 % par rapport à l’utilisation de combustibles fossiles pour produire 40 000 kWh.
En d’autres termes, si la combustion fossile génère \( Q_{\text{fossile}} \) kg de CO\(_2\), kg de CO₂, l’utilisation du biogaz réduira cette émission de \( 0,6 \times Q_{\text{fossile}} \) kg de CO₂.

5. Réflexion sur l’Installation d’une Usine de Biogaz

Avantages

Valorisation des déchets : Réduction du volume des déchets organiques en les transformant en énergie utile.
Production d’énergie renouvelable : Diminution de la dépendance aux sources d’énergie fossile.
Réduction des émissions de CO₂ : Moindre impact environnemental grâce à des émissions réduites par rapport aux combustibles fossiles.
Développement local : Possibilité de créer des emplois et de dynamiser l’économie locale.

Inconvénients

Investissement initial important : Coûts élevés pour l’installation et la mise en service de l’usine de biogaz.
Maintenance et gestion technique : Besoin d’une expertise technique pour assurer le bon fonctionnement de l’installation.
Variabilité de la production : La quantité et la qualité des déchets organiques peuvent varier, affectant la production de biogaz.
Impacts locaux potentiels : Risques de nuisances olfactives ou d’autres impacts environnementaux s’ils ne sont pas correctement gérés.

Production de biogaz à partir de déchets

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