De nouvelles recherches menées par les scientifiques de Texas A&M AgriLife Research montrent que le biochar a le potentiel de faire de la digestion anaérobie du fumier une méthode plus efficace pour débarrasser les fermes des déchets tout en produisant du méthane pour l'énergie.

Le biochar est un charbon de bois artificiel composé de déchets agricoles, notamment de fumier, résidus de culture et graminées fourragères. Il peut être utilisé comme engrais durable et pour filtrer un large éventail de contaminants, y compris les antibiotiques, pesticides et hormones dans les eaux usées et l'eau, ainsi que pour capter les gaz à effet de serre et odorants tels que le dioxyde de carbone et l'ammoniac.

"Effets du biochar dérivé du fumier laitier sur psychrophile, digestions anaérobies mésophiles et thermophiles du fumier laitier" par le Dr Hyun Min Jang, Ingénieur environnement AgriLife Research, Dr Yong-Keun Choi, Chercheur de l'Université d'État de Tarleton et Dr Eunsung Kan, Ingénieur chimiste et environnemental d'AgriLife Research à Stephenville, a été publié récemment dans Technologie des biosources .

L'article traite du potentiel d'utilisation du biochar comme matériau accélérateur pour rendre la digestion anaérobie du fumier laitier plus efficace dans les bioréacteurs pour améliorer la décomposition des déchets et produire du méthane.

La gestion actuelle du fumier d'élevage comprend l'épandage de déchets sur les terres cultivées, dit Kan. Les méthodes actuelles génèrent souvent des odeurs et des gaz à effet de serre et peuvent causer des problèmes écologiques en aval, comme les proliférations d'algues et les eaux souterraines contaminées.

"La valeur de la nouvelle recherche est que le fumier peut être une source de problème, et la digestion anaérobie utilisant le biochar sert à éliminer le fumier tout en produisant du méthane pour alimenter la ferme et éventuellement être vendu aux services publics locaux, " il a dit.

Kan a déclaré que le fumier est une source très riche pour les bactéries impliquées dans la digestion anaérobie, qui comprend les bactéries fermentaires et productrices de méthane, pour convertir le fumier en méthane en biogaz et acides organiques volatils.

Les bactéries méthanogènes présentent un intérêt particulier pour Kan en raison de leur potentiel à produire du méthane à un taux qui pourrait alimenter une ferme. Cependant, les bactéries méthanogènes se sont avérées être le facteur limitant la vitesse de la digestion anaérobie en raison de leurs réponses sensibles aux conditions de fonctionnement telles que les niveaux de température et de pH.

Kan a déclaré que les bioréacteurs utilisés pour effectuer la digestion anaérobie des déchets – les digesteurs – ne fonctionnent bien que lorsque les conditions environnementales sont bonnes pour les deux types de bactéries.

"Parfois, les conditions environnementales rendent difficile l'exploitation de la digestion anaérobie dans les fermes laitières dans des régions telles que le Wisconsin ou le Texas où les variabilités météorologiques sont extrêmes, " a-t-il dit. " Cela rendrait le processus incohérent et difficile à contrôler. "

La digestion anaérobie du fumier entraîne un pH bas et d'autres conditions indésirables dans le bioréacteur, qui ralentissent ou inhibent la croissance et le métabolisme des bactéries méthanogènes lorsque les conditions de fonctionnement ne sont pas optimales, dit Kan.

Jang, l'auteur principal, ont étudié comment l'utilisation du biochar pourrait surmonter ces problèmes de fonctionnement.

Le biochar dérivé du fumier est alcalin avec un pH de 8-9, Kan a dit, et peut agir comme un excellent tampon pour maintenir le pH optimal pour les bactéries méthanogènes, qui est d'environ pH 7. Il contient des niveaux élevés de nutriments et de minéraux pour soutenir une croissance bactérienne élevée, tandis que sa teneur élevée en carbone enrichit la communauté microbienne associée à la digestion anaérobie.

Kan et Jang ont testé jusqu'à présent de faibles ratios biochar/fumier avec des résultats prometteurs. Le fumier laitier mélangé sans biochar et 0,1 à 1 pour cent de biochar a montré que l'ajout de biochar augmentait la production de méthane d'environ 40 pour cent et réduisait le temps de production pour atteindre la production cible de biogaz de 50 à 70 pour cent.

"Il a diminué la phase de latence, qui est le temps qui s'écoule avant le démarrage de la production, et réduit de moitié le temps de production de biogaz à chaque fois que nous ajoutons plus de biochar, " Il a dit. " Le temps de production est un facteur important pour une laiterie avec disons 1, 000 vaches qui produisent 8, 000 kilogrammes de fumier sec chaque jour, mais réduire le temps de digestion signifie également que la taille du bioréacteur anaérobie est réduite de moitié."

La réduction du temps de rétention et de l'empreinte des digesteurs signifierait un coût d'investissement initial inférieur, consommation d'eau, les frais de services publics, les frais d'exploitation et les besoins en terrains, dit Kan.

Mais Kan a déclaré que davantage de recherches sont nécessaires pour comprendre les changements dans les communautés microbiennes avec le biochar et pour déterminer les conditions optimales pour la digestion anaérobie du fumier avant que les chercheurs puissent construire une version à l'échelle qui puisse être testée et éventuellement appliquée à l'échelle pour une laiterie en activité.

Kan pense que la technologie actuelle - les lagunes pour la gestion du fumier laitier - pourrait être améliorée pour devenir des digesteurs anaérobies recouverts et mélangés avec du biochar. L'utilisation de biochar dans des lagunes anaérobies améliorées améliorerait la production de biogaz et réduirait le temps de traitement tout en capturant les gaz à effet de serre et les gaz odorants.

Il a dit qu'il y a de bonnes indications que les chercheurs pourraient optimiser les conditions puis passer à un test pilote sur une laiterie au cours des prochaines années.

"Il y a de bonnes indications que le biochar fera de la digestion anaérobie une solution viable pour une gestion plus efficace du fumier animal avec des opérations plus faciles que les digestions anaérobies conventionnelles, ", a-t-il déclaré. "Lorsque nous optimisons les conditions et passons à la phase de test sur une laiterie, nous saurons alors quel investissement en capital et quelle empreinte seraient nécessaires pour construire des digesteurs durables qui peuvent répondre aux besoins d'élimination, puis l'appliquer à d'autres opérations en fonction de leur capacité."