Expérimentation et modélisation des performances d’un réacteur pour la production d’une énergie renouvelable

Abstract

Ce travail présente à la fois des tests expérimentaux et modélisation pour la production de biogaz basé sur le ratio de Co-digestion (RCD) de déchet de cuisine avec de la bouse de vache sans inoculum externe. Pour cela, les épluchures de légumes ont été utilisées comme substrat et la bouse de vache a été utilisée comme co-substrat. Des réacteurs en triple ont été préparés. Les concentrations en matière volatile (MV) de pelure de légumes étaient de 12, 8, 6 et 4 g MV/l avec une même concentration de bouse de vache (4 g de MV/l) ce qui correspond à un RCD de 3:1, 2:1, 1,5:1 et 1:1 . deux modèles mathématique sont utilisés, le premier (modèle A) est inspiré de modèle AM2 ce modèle nous a aidées d’approfondir nos connaissances sur l’évolution de processus, et de connaitre l’effet de chaque paramètre sur les performances du processus en générale. Mais comme notre objectif principal c’est la production du Méthane qui représente une source d’énergie renouvelable. Pour cette raison, un nouveau modèle mathématique (modèle B) correspondant au procédé de méthanisation biotechnologique basé uniquement sur le (RCD) et (MV) pour décrire et prédire la production du méthane a été implémenté sous Matlab Simulink. Les résultats expérimentaux indiquent que la production de méthane cumulée optimale de 2000 ml a été générée dans le réacteur contenant un (RCD) de 3:1 ce qui correspond à un rendement en méthane de 170 ml de CH4 /g MV. C’est-à-dire une amélioration entre 23 et 26% par rapport à tous les autres (RCD). Les résultats expérimentaux ont été confirmés par le nouveau modèle mathématique. Après avoir appliqué la nouvelle idée proposée en convertissant les constantes (Rm, L et Gm) en fonctions (Rm =f1 (RCD), L=f2(RCD) et Gm = f3 (MV) et en les reliant les unes aux autres en utilisant la relation de Gambertz. Le nouveau modèle a pu prédire le méthane produit en utilisant seulement deux entrées : matière volatil (MV) et rapport substrat/co-substrat (RCD). L'analyse de la variance (ANOVA) entre les résultats expérimentaux et de modélisation a montré qu'il n'y a pas de différence statistiquement significative, avec un niveau de signification de 0,05. Enfin, la nouvelle idée inventée peut être une clé pour d’autres recherches

This work examined both experimental and modelling for biogas production based on co-Digestion Ratio (RCD) of vegetable peel with cow dung without external inoculum. For this, vegetable peel was used as a substrate and cow dung was used as a co-substrate. Reactors in triplicate were prepared. The vegetable peel concentrations were 12, 8, 6 and 4 gVS/l with the same cow dung concentration (4 g of VS/l) which corresponds to a RCD of 3:1, 2:1, 1.5:1 and 1:1. Two models are used, the first (model A) is inspired by the AM2 model. This model has helped us to deepen our knowledge on the evolution of processes, and to know the effect of each parameter on the performance of the process in general. But as our main objective is the production of Methane which represents a source of renewable energy. For this reason, new mathematical model (model B ) corresponding to the biotech anaerobic digestion process based only on the (RCD) and (VS) to describe and predict methane production, was implemented under Matlab Simulink. The experimental results indicate that the optimal cumulative methane production of 2000 ml was generated in the reactor containing a (RCD) of 3:1 which corresponds to a methane yield of (170 ml CH4/ g VS). i.e., an improvement between 23 and 26% comparing to all other RCD. The experimental results were confirmed by the new mathematical model. After applying the invented new idea by converting the constants (Rm, L and Gm) into functions (Rm =f1 (RCD), L=f2(RCD) and Gm = f3 (VS ) and relating them to each other using the Gambertz relation. The new model was able to predict the methane produced using only two inputs: volatile solid (VS) and substrate/co-substrate ratio (RCD). Analysis of the variance (ANOVA) between the experimental and modelling results showed that there is no statistically significant difference, with a significance level of 0.05. Finally, the invented new idea can be a key to another different researchs.