La conception du biogaz diffère en fonction des matériaux disponibles et de l’échelle de production. Le biogaz est un type de biocarburant formé par la décomposition anaérobie, ou sans oxygène, de matières organiques par des bactéries. Les matières organiques comprennent généralement les déchets animaux et végétaux, et les cultures énergétiques, ou les cultures qui sont cultivées dans le but exprès de produire du carburant. Le gaz formé à partir de ce procédé peut être utilisé à des fins de chauffage ou, sous sa forme concentrée, pour la propulsion de véhicules. Bien que la conception du biogaz diffère dans les détails, la plupart des usines de biogaz ont des composants de principe similaires, y compris un digesteur et un gazomètre.
Le digesteur est un conteneur hermétique dans lequel les déchets sont déversés et décomposés, et le gazomètre est un réservoir qui capte les gaz émis par le lisier. Les bactéries présentes dans le digesteur décomposent les déchets et, au fur et à mesure de leur décomposition, des gaz tels que le monoxyde de carbone, le méthane, l’hydrogène et l’azote sont libérés. Pour faciliter une décomposition rapide avec une production de gaz optimale, le réservoir est maintenu entre les températures de 29°C et 41°C (84.2°F-105.8°F). Il est préférable de maintenir le lisier dans le réservoir à un pH légèrement basique pour assurer une décomposition plus rapide. Dans une tentative de neutralisation de la suspension, le matériau aura tendance à émettre plus de dioxyde de carbone acide, un produit de décomposition souhaité.
Grâce à un système sous pression, les gaz libérés dans le digesteur sont conduits dans un trou dans le tambour du gazomètre. La conception du biogaz du support de gaz est spécialisée pour permettre au gaz de s’écouler librement dans le support tout en empêchant tout gaz capté de s’échapper dans le digesteur ou dans l’environnement extérieur. Ceci est important, à la fois pour l’efficacité et pour la sécurité, car beaucoup de ces gaz sont combustibles et peuvent provoquer des explosions lorsqu’ils sont mélangés avec de l’oxygène ou d’autres gaz. Le lisier à l’intérieur du réservoir doit également être agité de temps en temps pour éviter la formation d’une croûte dure au-dessus des déchets. Une croûte peut piéger les gaz dans la boue et entraver la capacité de la machine à exploiter les gaz.
La conception du biogaz peut varier en fonction de la quantité de gaz nécessaire, de la quantité de déchets à portée de main et si le digesteur est construit pour une alimentation par lots ou une alimentation continue. Les systèmes d’alimentation par lots utilisent principalement des déchets solides qui sont ajoutés au réservoir en plusieurs versements, et les modèles d’alimentation continue alimentent en liquide le digesteur en continu. Une conception de biogaz peut placer une usine au-dessus ou au-dessous du sol, bien qu’il y ait des avantages et des inconvénients aux deux modèles. Une installation de biogaz hors sol est plus facile à entretenir et peut bénéficier du chauffage solaire, mais nécessite plus d’investissements en construction car elle doit être construite pour gérer la pression interne du digesteur. Une usine de biogaz souterraine est moins chère à construire et plus facile à alimenter, mais plus difficile à nettoyer et à réparer.
Le biogaz est souvent préféré aux sources d’énergie fossiles, comme le pétrole ou le charbon, pour des raisons à la fois environnementales et économiques. L’augmentation de la concentration de carbone dans l’atmosphère est devenue un enjeu central dans la problématique du réchauffement climatique. Bien que le biogaz et les combustibles fossiles émettent du carbone, les combustibles fossiles libèrent du carbone qui a été enfoui pendant de nombreuses années dans la biomasse ancienne et effectivement retiré du cycle du carbone. Le carbone libéré lors de la production et de l’utilisation du biogaz n’a été stocké sous forme de matière organique que récemment et fait toujours partie du cycle. Par conséquent, il ne perturbe pas autant la concentration de carbone dans l’atmosphère lorsqu’il est libéré.
Les partisans de la production de biogaz préfèrent également le biogaz aux combustibles fossiles, car il s’agit d’une source d’énergie renouvelable à faible coût qui utilise des matériaux autrement gaspillés. La conception du biogaz peut s’adapter à des sites à petite échelle, ce qui en fait une option viable pour les régions des pays en développement. Les critiques de la conception du biogaz soutiennent que les cultures vivrières cultivées à des fins de production de biogaz créeront une pénurie alimentaire mondiale. Les biocarburants peuvent également provoquer la déforestation, la pollution de l’eau, l’érosion des sols et un impact négatif sur les pays producteurs de pétrole.