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

partially uses “energy at source”, id est the energy generated in the plant 
from the combustion of biogas. However, 50% of the electricity required 
for the slurry mixing and storage processes come from an external source 
- the medium voltage power grid under Polish conditions. The electricity 
used to heat the fermentation tank comes entirely from an external 
source. Using energy for its consumption significantly reduces the cu-
mulative demand of the system. This value is deducted from the total 
generated electricity fed to an external grid, however, it is not included 
as a source of environmental burdens. The benefit is only the net energy 
value fed to the grid. In the CED calculation, the reference was made to 
the functional unit used in the entire research, id est 100 kWh (360 MJ) 
of the standard electricity generated. The CED analysis results indicate 
that the energy demand from an external source to produce 360 MJ of 
electricity by using a hybrid pump (94.6 MJ) decreased by almost 30% 
compared to a conventional hydraulic pump (128.0 MJ) in the feedstock 
mixing system with raw biogas. However, due to the selected energy mix 
for Poland, the main source of electricity is coal combustion in coal-fired 
power plants (almost 97% share in total energy demand). 
5. Conclusions 
The implementation of the innovative technology based on the 
hybrid pump designed by the Institute of Technology and Life Sciences, 
National Research Institute, Poznan Branch in a mono-substrate agri-
cultural biogas plant can contribute to the implementation of the pos-
tulates outlined in the European Commission’s documents on the 
development of renewable energy sources and the aim of achieving 
climate neutrality by 2050 (
European Commission, 2020
). The results of 
the LCA show that:
1. The use of the innovative mixing technology with a hybrid pump 
increased the percentage yield of methane in biogas by about 10% 
compared to a hydraulic pump usually applied in such cases. 
2. The positive impact of the innovative system results from lower en-
ergy demand and a higher biogas yield allowing more electricity and 
heat to be generated with the same amount of substrate, that is an 
increase in the plant efficiency.
3. The environmental performance of the biogas plant with the hybrid 
pump installed is more favourable than with conventional one 
including all chosen impact categories.
4. The application of the hybrid pump in the tested biogas plant 
reduced the Cumulative Energy Demand (CED) ratio by almost 30% 
compared to a conventional hydraulic pump. 
The development of biogas plants in Poland is also necessary to 
change the Polish energy mix, in which coal-fired power plants still play 
a key role. This consequently determines the impact of systems, even 
potentially environmentally beneficial ones, which require the grid 
electricity for their operation. The proposed mixing solution (hybrid 
pump) is ultimately to be the standard proposed solution for mixing 
fermentation pulp by the company involved in the project and it will be 
commercially offered. This solution is also included in the new financial 
perspective of the Common Agricultural Policy Reform (CAP) for 
2023–2027 implemented based on the evaluation of the achieved effects 
and intended objectives (reduction of greenhouse gas emissions, manure 
management). The forecast includes proposed solutions to mitigate 
climate change and is also adapted to the policy of sustainable energy 
production in line with the EU guidelines.