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

3. Life cycle inventory 
3.1. Mass and energy balance 
For the analysed variants of the fermentation mass mixing technol-
ogy, both with a hybrid (hydraulic-pneumatic) pump and with a 
standard hydraulic pump, a mass balance determining the mass of each 
substrate and product at individual stages of biogas production, and an 
energy balance were conducted (
Fig. 4
). 
The first stage specified was the slurry storage. It was assumed that 
1095 Mg of slurry could be used per year. It was determined that during 
this time the following emissions of ammonia, methane and carbon di-
oxide should be expected for a 30 m
3 
tank as follow: 0.081, 15.05 and 
12.66 kg/year (
Fig. 4
). 
Based on the semi-technical scale tests, it was estimated that a biogas 
volume of 22,009.5 m
3 
could be obtained for the mixing technology 
using a hydraulic pump (conventional mixing) and 26,411.4 m
3 
for the 
mixing technology using a hybrid pump (innovative mixing). For the 
innovative mixing technology using a hybrid pump, the methane con-
tent was around 10% greater compared to the conventional mixing. In 
these quantities, methane and carbon dioxide were isolated as the main 
components. Based on the composition of the biogas generated by both 
technologies, it was determined that 9.02 Mg CH
4 
and 18.41 Mg CO
2 
could be obtained per year with the conventional mixing and 12.26 Mg 
CH
4 
and 18.16 Mg CO
2 
with the innovative mixing. 
A by-product of the methane fermentation process is digestate, the 
mass of which was estimated based on calculations based on the prin-
ciple of conservation of mass. The annual residual mass is expected to 
equal 1,067.56 Mg for the traditional mixing and 1,064.58 Mg for the 
innovative mixing. 
The methane produced in the fermentation process was used in the 
analysed system as fuel in the cogeneration system. Therefore, potential 
emissions resulting from the biogas combustion were calculated. For the 
predetermined quantities of methane, it was calculated that 36.10 Mg of 
oxygen was annually needed to completely burn methane produced by 
the traditional technology and 49.05 Mg for the hybrid technology. For 
the hybrid technology, the higher oxygen demand results from the 
greater amount of fuel in the form of methane. Products of methane 
combustion include carbon dioxide, water vapour and nitrogen oxides. 
According to the stoichiometry of the methane combustion reaction, 
emissions of 24.82 Mg CO
2
; 20.30 Mg H
2
O are expected to occur in the 
conventional technology. In contrast, the innovative technology was 
calculated to emit 33.72 Mg CO
2
; 27.59 Mg H
2
O. In the case of fuel 
combustion in engines, including those equipped with cogeneration 
systems. Based on the technical data of the cogeneration system, it was 
determined that the annual emissions of nitrogen oxides would not 
exceed 9.07 kg in the conventional technology and 12.32 kg in the 
innovative technology. In addition, it was foreseen that carbon dioxide 
included in biogas (18.41 Mg for the conventional technology and 18.16 
Mg for the innovative technology, respectively) would also be emitted 
with flue gases from the cogeneration system. However, it should be 
borne in mind that carbon dioxide produced both in the methane 
fermentation process and by the combustion of methane contained in