Il design del biogas differisce in base ai materiali a disposizione e alla scala di produzione. Il biogas è un tipo di biocarburante formato dalla decomposizione anaerobica, o priva di ossigeno, di materiali organici da parte dei batteri. I materiali organici in genere includono rifiuti animali e vegetali e colture energetiche o colture che vengono coltivate espressamente per la produzione di carburante. Il gas formato da questo processo può essere utilizzato per scopi di riscaldamento o, nella sua forma concentrata, per la propulsione di veicoli. Sebbene il design del biogas differisca nei particolari, la maggior parte degli impianti di biogas ha componenti principali simili, tra cui un digestore e un contenitore del gas.
Il digestore è un contenitore ermetico in cui i rifiuti vengono scaricati e decomposti, e il contenitore del gas è un serbatoio che imbriglia i gas emessi dal liquame. I batteri all’interno del serbatoio del digestore scompongono i rifiuti e, mentre si decompongono, vengono rilasciati gas come monossido di carbonio, metano, idrogeno e azoto. Per facilitare una rapida decomposizione con una produzione di gas ottimale, il serbatoio viene mantenuto tra le temperature di 29°C e 41°C (84.2°F-105.8°F). È meglio mantenere l’impasto liquido nel serbatoio a un pH leggermente basico per garantire una decomposizione più rapida. Nel tentativo di neutralizzare l’impasto liquido, il materiale tenderà ad emettere più anidride carbonica acida, un prodotto di decomposizione desiderato.
Attraverso un sistema pressurizzato, i gas rilasciati nel digestore vengono condotti in un foro nel fusto del portagas. Il design del biogas del contenitore del gas è specializzato per consentire al gas di fluire liberamente nel contenitore, impedendo al gas intrappolato di fuoriuscire nel digestore o nell’ambiente esterno. Questo è importante, sia per l’efficienza che per la sicurezza, perché molti di questi gas sono combustibili e possono causare esplosioni se miscelati con ossigeno o altri gas. Anche il liquame all’interno del serbatoio deve essere occasionalmente mescolato per evitare che si formi una crosta dura sopra i rifiuti. Una crosta può intrappolare i gas all’interno del liquame e impedire la capacità del macchinario di sfruttare i gas.
Il design del biogas può variare a seconda della quantità di gas necessaria, della quantità di rifiuti a portata di mano e se il digestore è costruito per l’alimentazione in batch o per l’alimentazione continua. I sistemi di alimentazione batch utilizzano principalmente rifiuti solidi che vengono aggiunti al serbatoio a rate e i modelli di alimentazione continua alimentano continuamente liquidi al digestore. Un progetto di biogas può posizionare un impianto sopra o sotto terra, sebbene ci siano vantaggi e svantaggi per entrambi i modelli. Un impianto di biogas fuori terra è più facile da mantenere e può beneficiare del riscaldamento solare, ma richiede maggiori investimenti nella costruzione perché deve essere costruito per gestire la pressione interna del digestore. Un impianto di biogas interrato è più economico da costruire e più facile da alimentare, ma più difficile da pulire e riparare.
Il biogas è spesso preferito alle fonti energetiche fossili, come petrolio o carbone, per ragioni sia ambientali che economiche. La crescente concentrazione di carbonio nell’atmosfera è diventata una questione centrale nel problema del riscaldamento globale. Sebbene sia il biogas che i combustibili fossili emettano carbonio, i combustibili fossili rilasciano carbonio che è stato sepolto per molti anni nella biomassa antica ed effettivamente rimosso dal ciclo del carbonio. Il carbonio rilasciato durante la produzione e l’utilizzo del biogas è stato immagazzinato sotto forma di materia organica solo di recente e fa ancora parte del ciclo. Pertanto, quando viene rilasciato, non provoca un’alterazione della concentrazione di carbonio nell’atmosfera.
I fautori della produzione di biogas preferiscono anche il biogas ai combustibili fossili perché è una fonte di energia rinnovabile a basso costo che utilizza materiali altrimenti sprecati. La progettazione del biogas può soddisfare i siti su piccola scala, rendendolo un’opzione praticabile per le regioni dei paesi in via di sviluppo. I critici della progettazione del biogas sostengono che le colture alimentari coltivate ai fini della produzione di biogas creeranno una carenza alimentare globale. I biocarburanti possono anche causare deforestazione, inquinamento idrico, erosione del suolo e un impatto negativo sulle nazioni produttrici di petrolio.