مولدهای بیوگاز می توانند زباله های آلی را به انرژی الکتریکی و حرارتی تبدیل کنند. این اساساً به دلیل یک سیستم عملکردی کامل متشکل از تولید گاز بیوشیمیایی، تصفیه گاز، تبدیل توان و بازیابی انرژی است. این زیرسیستم ها تحت تأثیر ترکیبی از اصول فیزیکی، شیمیایی و ترمودینامیکی به طور هم افزایی عمل می کنند و یک پایه تبدیل انرژی پایدار و کارآمد را تشکیل می دهند.
اولین پایه عملکردی هضم بی هوازی و تولید گاز زیست توده است. مواد آلی مانند کود دامی و طیور، ضایعات آشپزخانه، کاه و لجن های شهری تحت هیدرولیز، اسیدی شدن و متانوژنز در یک راکتور بسته تحت شرایط مزوفیل (35-38 درجه) یا دمای بالا (55-58 درجه) از طریق فعالیت جوامع میکروبی قرار می گیرند. این فرآیند در نهایت بیوگاز تولید می کند که عمدتاً از متان (CH4) با دی اکسید کربن (CO2) و ناخالصی های جزئی تشکیل شده است. این فرآیند انرژی شیمیایی ذخیره شده در مواد آلی جامد یا مایع را به پتانسیل حرارتی گاز قابل احتراق تبدیل می کند و منبع سوختی برای تولید برق فراهم می کند.
پایه دوم تصفیه گاز و تامین پایدار است. بیوگاز خام حاوی اجزای مضری مانند سولفید هیدروژن، رطوبت، ذرات معلق و سیلوکسان ها است. ورود مستقیم به سیستم احتراق می تواند منجر به خوردگی تجهیزات، مسمومیت کاتالیزور و انتشار بیش از حد شود. فرآیند تصفیه از برجهای گوگردزدایی، جداکنندههای میعانات، فیلترهای ذرات و دستگاههای جذب کربن فعال برای حذف ناخالصیها گام به گام استفاده میکند، اطمینان حاصل میکند که ترکیب و فشار گاز نیازهای احتراق واحد را برآورده میکند و یک سیستم تامین گاز پیوسته و قابل کنترل را برای تضمین عملکرد پایدار واحدهای برق بعدی تشکیل میدهد.
سومین لایه اساسی تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است. بیوگاز تصفیه شده با مقدار مناسبی هوا مخلوط شده و برای احتراق وارد محفظه احتراق موتور احتراق داخلی گازی یا توربین گاز می شود. گاز آزاد شده در دمای بالا و فشار بالا، پیستون یا توربین را به چرخش سوق می دهد و تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی را تکمیل می کند. این انرژی مکانیکی از طریق میل لنگ یا شفت اصلی به ژنراتور منتقل می شود و انرژی الکتریکی را از طریق القای الکترومغناطیسی تولید می کند. این فرآیند هسته اصلی تبدیل انرژی ژنراتور بیوگاز است و کارایی آن توسط سازمان احتراق، مدیریت تبادل حرارت و سطوح تطبیق بار محدود می شود.
چهارمین لایه اساسی بازیابی گرمای اتلاف و استفاده از آبشار انرژی است. گاز خروجی با دمای بالا از موتور احتراق داخلی، همراه با آب خنک کننده سیلندر، مقدار زیادی انرژی گرمایی درجه پایین- حمل می کند. این انرژی گرمایی را می توان از طریق یک مبدل حرارتی بازیابی کرد و برای گرم کردن و عایق کردن هاضم بی هوازی، تامین آب گرم برای تولید و مصارف خانگی یا گرمایش منطقه ای استفاده کرد. این به طور قابل توجهی نرخ استفاده از انرژی اولیه سیستم را بهبود می بخشد و تولید برق را از یک نقطه خروجی انرژی جدا شده به یک هاب برای تامین انرژی جامع تبدیل می کند.
لایه پنجم پایه، سیستم کنترل و تضمین ایمنی است. تنظیم خودکار فشار، نظارت بر جریان، کنترل احتراق، همگامسازی شبکه، و دستگاههای خاموش{1} ایمن عملکرد ایمن واحد را در شرایط نوسان ترکیب گاز، تغییرات بار، یا شرایط اضطراری تضمین میکنند. یک سیستم مانیتورینگ مرکزی امکان جمع آوری داده ها، مدیریت از راه دور و هشدار زودهنگام خطا را فراهم می کند.
بنابراین، شالوده عملکردی یک مولد بیوگاز یک سیستم چند مرحلهای و مشارکتی است که از تولید گاز بیوشیمیایی، تصفیه گاز، تبدیل نیرو، استفاده از گرمای اتلاف و کنترل هوشمند تشکیل شده است. هر مرحله به یکدیگر وابسته و ضروری است و به طور جمعی تبدیل کارآمد و پایدار زباله به انرژی پاک را تضمین می کند.