Environmental performance of the innovative, patented mixing system in an agricultural biogas plant based on lca approach

4. Results and discussion 
4.1. Life Cycle Assessment of biogas plant with two different mixing 
systems 
Depending on the type of impact category, different unit processes 
have a dominant impact on the environment. The highest impacts in the 
land use, freshwater ecotoxicity and acidification categories were 
observed for the anaerobic digestion process (
Table 3
). However, in the 
case of the terrestrial eutrophication and climate change categories, the 
process of electricity production has the highest environmental impact, 
accounting for 52% of the terrestrial eutrophication category and as 
much as 94% of the climate change category, respectively. The share of 
the slurry storage process in all impact categories is negligible at less 
than 10%. For the applied methodological approach, the energy pro-
duction process shows environmental impacts related mainly to the 
emission of CO
2 
and other chemical compounds into the atmosphere 
during the combustion of biogas in the cogeneration engine. 
Table 2 
shows the impact results by impact category and for the two 
most important unit processes by amount of impact. The most significant 
environmental impact values relate to the climate change category and 
amount to 126.049 and 109.016 kg CO
2 
equivalent (eq) for S01 and S02, 
respectively (
Table 2
). 
In this category, the environmental burden directly relates to the 
electricity production process for the operation of the biogas plant and 
amounts to as much as 103.141 kg CO
2 
eq for scenario S02 (
Table 3
). It is 
assumed that for both scenarios only part of the electricity generated at 
the source is used for the biogas plant’s electricity demand, whereas the 
other part of electricity is supplied from the medium-voltage power grid. 
Moreover, not only heat but also grid power is used to heat the digester. 
Further, carbon dioxide emitted into the atmosphere, although it results 
from the processing of biomass, accumulates in the atmosphere and 
contributes to climate change. The environmental burdens in the 
freshwater ecotoxicity category amounting to 124.122 and 88.743 CTUe 
for S01 and S02, respectively, and in the land use category amounting to 
6.380 and 4.633 kg C deficit, respectively (
Table 2
) also relate to the 
electricity production process in CHP unit (
Table 3
). In the land use 
category, the digestion process shows a comparable impact to the 
electricity production process but is still lower (
Table 3
). 
For the tested biogas plant, an in-depth climate change analysis was 
conducted based on the updated IPPC 2021 (100a) method, taking into 
account the breakdown of CO
2 
eq into different types depending on the 
emission source: biogenic CO
2 
eq, uptake CO
2 
eq, fossil CO
2 
eq and land 
use and transformation CO
2 
eq (
Fig. 5
). Therefore, global warming po-
tential research was identified in the entire set of results on impact 
categories. The total climate change indicator value for both scenarios is 
126.104 kg CO
2 
eq and 109.058 kg CO
2 
eq for S01 and S02, respectively. 
The main source of emissions for biogas plants is biogenic CO
2 
eq from 
biogas combustion and renewable energy production. The values are 
103.611 kg CO
2 
eq for S02 with the hybrid pump and 118.420 CO
2 
eq for 
S01. Biogenic carbon dioxide refers to the conversion of biomass to 
biogas and its subsequent combustion. Biogenic carbon released to the 
environment is usually balanced by the absorption of carbon dioxide by 
growing vegetation through photosynthesis (e.g. pig feed). Carbon di-
oxide emissions from the combustion of fossil fuels are 8.242 and 5.848 
kg CO
2 
eq for S01 and S02, respectively, and primarily relate to the use 
of the grid electricity to power biogas plants. 
One important issue that is seldom addressed about CO
2 
emissions is 
its reabsorption or absorption. The calculations indicated that for the 
analysed scenarios, the CO
2 
uptake impact is negative (− 0.562 and 
−
0.404 kg CO
2 
eq for S01 and S02, respectively). This means that part of 
the CO
2 
emitted is re-accumulated in the soil and does not adversely 
affect the increase in the GWP.