ARF11 - Optimisation de la production d'énergie effectuée à partir de fumier et de cosubstrats digérés en anaérobiose pour les fermes laitières de taille moyenne

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Chercheuse :

Anna Crolla, Université de Guelph - Campus d'Alfred

Objectifs :

1. Identifier les cosubstrats idéaux pour améliorer la production de biogaz pour les digesteurs dans les fermes de taille moyenne en Ontario.
   

2. Évaluer la production de biogaz améliorée par l'ajout de cosubstrats agricoles et non agricoles au fumier, tant à l'échelle de la ferme que du laboratoire.
   

3. Évaluer les avantages économiques et environnementaux des systèmes de digestion anaérobie dans les fermes d'élevage de taille moyenne.
   

4. Élaborer et mettre sur pied un programme de transfert de technologie qui encouragera le recours aux systèmes digesteurs anaérobie pour les activités d'élevage en Ontario.

Avantages escomptés :

Cette étude servira de référence aux fermes de tout l'Ontario en ce qui a trait à la mise en place de systèmes digesteurs anaérobie. L'utilisation de cosubstrats peut améliorer de façon significative la production de biogaz effectuée à partir du fumier, tout en aidant à traiter et à rejeter certains déchets hautement résistants provenant de l'industrie de la transformation des aliments. La vérification, sur le site des fermes, des avantages économiques, énergétiques et nutritifs, ainsi que des avantages provenant de la diminution des agents pathogènes contribuera à encourager l'adoption de ces technologies dans les fermes d'élevage de taille moyenne. Ce projet fournira des données comparatives économiques et environnementales provenant de trois systèmes digesteurs anaérobies situés dans des fermes de taille moyenne, présentant ainsi aux producteurs des informations claires en ce qui concerne la faisabilité de chaque système.

Sommaire des résultats de recherche :

Les résultats de l'étude préliminaire en laboratoire (biodégradation et potentiel méthane) ont établi que le mélange de fumier avec des cosubstrats organiques riches génèrent de meilleurs rendements que le contrôle de fumier (100 % de fumier liquide de vaches laitières avec de l'inoculum). Le maïs d'ensilage présentant un ratio de masse de 50 % de fumier liquide de vaches laitières et de 50 % de maïs d'ensilage s'est avéré très efficace avec un rendement en biogaz qui était 1,6 fois plus élevé (0,657 m3 kg-1 de solides volatiles totaux, SVT, consommés) que le contrôle de fumier. Pour les tourteaux de canola, on a établi qu'un ratio de 80 % de fumier liquide de vaches laitières et de 20 % de tourteaux de canola produisait un rendement en biogaz de 0,769 m3 kg-1 de SVT consommés; 1,9 fois plus élevé que pour la digestion du contrôle de fumier. Un mélange de 70 % de fumier liquide de vaches laitières et de 30 % de petit-lait aboutit à un rendement en biogaz de 0,652 m3 kg-1 de SVT consommés, ce qui était 1,6 fois plus élevé que le contrôle de fumier. Un mélange de 40 % de fumier liquide de vaches laitières et de 60 % de matières grasses, huiles et graisses (MGHG) a conduit à un rendement en biogaz de 0,742 m3 kg-1 de SVT consommés, soit 1,8 plus élevé que la digestion du contrôle de fumier.

L'addition de 12 % de MGHG dans le système de digestion de fumier de la ferme Fepro a augmenté le taux de charge organique de 3,096 kg de SVT jour-1 m-3, par rapport à un taux de charge de 2,61 kg SVT jour-1 m-3 (fumier seul) et a multiplié la production moyenne de biogaz par 2,9. Avec le mélange de 12 % de MGHG et 88 % de fumier liquide de vaches laitières, le rendement moyen en biogaz et en production d'électricité du système de digestion était de 0,732 ± 0,2 m3 kg-1 de SVT initiaux et de 1213 ± 329 kWh jour-1, respectivement. La ferme Terryland procède également à la digestion de fumier liquide de vaches laitières et d'un mélange de MGHG à un ratio de masse de 8 % par masse de MGHG et de 92 % par masse de fumier liquide de vaches laitières. La teneur en SVT du MGHG est de 93 % de la matière sèche (solides totaux, ST) et le taux de charge organique du système de digestion était de 2,87 kg SVT jour-1 m-3. Le rendement moyen en biogaz s'est avéré de 0,689 ± 0.3 m3 kg-1 de SVT et la production électrique moyenne journalière était de 1844 ± 765 kWh jour-1.

La digestion anaérobie du fumier présente des avantages environnementaux comme la réduction d'odeurs et d'agents pathogènes. La réduction d'odeurs, mesurée par la teneur en acides gras volatiles totaux (AGVT), dans le système de digestion de la ferme Fepro était significative, et ce avec ou sans l'addition de MGHG; soit une réduction de 98 % et de 95 %, respectivement. La réduction d'agents pathogènes était également efficace dans le système de digestion de la ferme Fepro avec une réduction de 3,29 log de E.coli, une réduction de 0,92 log de Salmonella, une réduction de 0,75 log de C. perfringens et une réduction de 1,05 log d'Enterococci. L'addition de 12 % de MGHG a permis de maintenir la réduction d'agents pathogènes dans le même ordre de magnitude.

Un programme de transfert de technologie complet a été élaboré par les partenaires du projet pendant l'étude pour assurer la dissémination des objectifs et des résultats du projet. Les partenaires du projet ont travaillé conjointement avec les membres du MAAARO pour informer les intervenants industriels, comme les producteurs et les ingénieurs, par l'entremise d'ateliers, de tournées, de présentations de conférence sur l'évaluation de cosubstrats pour l'amélioration du rendement en biogaz.

Partenaires du projet : Université de Guelph, Ministère de l'Agriculture, de l'Alimentation et des Affaires rurales de l'Ontario, Agriculture et agroalimentaire Canada, Université d'Ottawa, Producteurs laitiers du Canada, ainsi que les fermes Fepro, Terryland et Pinehedge.