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

Table 2 
Impact values of the studied scenarios in selected impact categories in reference 
to FU.
impact category 
Unit 
S01 
S02 
Acidification 
molc H+ eq 
0.071 
0.054 
Terrestrial eutrophication 
molc N eq 
0.131 
0.108 
Climate change 
kg CO
2 
eq 
126.049 
109.016 
Freshwater ecotoxicity 
CTUe 
124.122 
88.743 
Land use 
kg C deficit 
6.380 
4.633
Table 3 
Environmental impact values of unit processes for scenario S02 in selected 
impact categories in reference to FU.
impact category 
Unit 
slurry 
storage 
anaerobic 
digestion 
electricity 
production 
Acidification 
molc H+
eq 
0.003 
0.026 
0.025 
Terrestrial 
eutrophication 
molc N 
eq 
0.005 
0.032 
0.071 
Climate change 
kg CO
2 
eq 
1.427 
4.448 
103.141 
Freshwater 
ecotoxicity 
CTUe 
3.933 
40.692 
44.117 
Land use 
kg C 
deficit 
0.161 
1.640 
2.832
E. Wrzesi´nska-Jędrusiak et al.

---

Journal of Cleaner Production 349 (2022) 131420
8
The global warming potential (GWP, climate change) is the most 
common impact category and it is presented in basically all the studies in 
this field (
Esteves et al., 2019
). Results for the global warming potential 
presented in this study differ from other studies published by, for 
example (
Lij´o et al., 2015
). This may be due to various factors such as a 
type of feedstock, the amount of methane in the biogas produced, or the 
energy efficiency of a cogeneration system. In addition, methodological 
aspects such as a definition of system boundaries, a consideration of 
avoided burdens from the slurry management (
Jury et al., 2010
) or the 
use of heat waste should be taken into consideration. For the scenarios 
S01 and S02 studied, the avoided burden approach was not applied due 
to the different goals of the study directed to the environmental per-
formance aspect of the innovative hybrid pump tested. In addition, the 
GWP studies did not previously consider biogenic CO
2 
or CO
2 
uptake, 
the calculations of which were introduced in the updated IPCC method 
in 2021. On the other hand, if we compare the results for carbon dioxide 
emissions from the combustion of fossil fuels the results are similar to 
(
Saracevic et al., 2019
) for biogas systems with comparable electric 
power. 
The application of the hybrid pump reduces the environmental 
impact of the biogas plant with reference to the conventional hydraulic 
pump by an average ratio of 44:56 (
Fig. 6
). Depending on the impact 
category, this ratio is variable. The greatest differences in the impact 
were observed for the land use, freshwater ecotoxicity and acidification 
categories, while the slightest differences in the environmental burden 
were noted for the terrestrial eutrophication and climate change cate-
gories. The results, therefore, indicate that the mixing of the contents of 
the fermentation chamber in the biogas plant is one of the parameters 
that not only has a significant impact on the efficiency of the fermen-
tation process but also the generation of environmental burdens of the 
biogas plant. 
Research on an innovative mixing system with a hybrid pump has 
shown an increase in methane yield of 10% in the biogas (
Karim et al., 
2005
). conducted similar research on the effect of mixing on biogas 
production. The research was conducted at a laboratory scale, mixing 
was conducted by recirculating biogas, using a rotor agitator and by 
recirculating the fermentation mass (
Karaeva et al., 2015
). The 
fermentation process of cow slurry with a dry mass content of 5%, 10% 
and 15% was analysed. Experiments were conducted at a controlled 
temperature of 35 
◦
C and a hydraulic retention time of 16.2 days. The 
research results showed that the non-mixing and mixing of the contents 
of the fermentation chamber, when fed with 5% slurry, had no effect on