Biogasgeneratoren kunnen organisch afval omzetten in elektrische en thermische energie. Dit is fundamenteel te danken aan een compleet functioneel systeem dat bestaat uit biochemische gasproductie, gaszuivering, energieconversie en energieterugwinning. Deze subsystemen werken synergetisch onder de gecombineerde effecten van fysische, chemische en thermodynamische principes en vormen een stabiele en efficiënte basis voor energieconversie.
De eerste functionele basis is de anaerobe vergisting en gasproductie van biomassa. Organische materialen zoals vee- en pluimveemest, keukenafval, oogststro en gemeentelijk slib ondergaan hydrolyse, verzuring en methanogenese in een gesloten reactor onder mesofiele (35-38 graden) of hoge temperaturen (55-58 graden) door de werking van microbiële gemeenschappen. Dit proces produceert uiteindelijk biogas, voornamelijk bestaande uit methaan (CH₄) met kooldioxide (CO₂) en kleine onzuiverheden. Dit proces zet de chemische energie die is opgeslagen in vast of vloeibaar organisch materiaal om in het thermische potentieel van brandbaar gas, waardoor een brandstofbron voor energieopwekking ontstaat.
De tweede basis is gaszuivering en stabiele levering. Ruw biogas bevat schadelijke componenten zoals waterstofsulfide, vocht, fijnstof en siloxanen. Directe toegang tot het verbrandingssysteem kan leiden tot corrosie van apparatuur, katalysatorvergiftiging en overmatige emissies. Het zuiveringsproces maakt gebruik van ontzwavelingstorens, condensaatafscheiders, deeltjesfilters en actieve kooladsorptie-apparaten om onzuiverheden stap voor stap te verwijderen, waardoor de gassamenstelling en -druk voldoen aan de verbrandingsvereisten van de eenheid en een continu en regelbaar gastoevoersysteem wordt gevormd om de stabiele werking van volgende krachtbronnen te garanderen.
De derde fundamentele laag is de omzetting van thermische energie in mechanische energie in elektrische energie. Het gezuiverde biogas wordt gemengd met een geschikte hoeveelheid lucht en komt voor verbranding in de verbrandingskamer van een gasverbrandingsmotor of gasturbine terecht. Het vrijgekomen gas met hoge- temperatuur en hoge- druk drijft de zuiger of turbine aan om te roteren, waardoor de omzetting van thermische energie in mechanische energie wordt voltooid. Deze mechanische energie wordt via de krukas of hoofdas naar de generator overgebracht, waarbij elektrische energie wordt afgegeven via elektromagnetische inductie. Dit proces vormt de kern van de energieconversie van biogasgeneratoren en de efficiëntie ervan wordt beperkt door de verbrandingsorganisatie, het beheer van de warmte-uitwisseling en de niveaus van belastingafstemming.
De vierde fundamentele laag is de terugwinning van afvalwarmte en het gebruik van energiecascades. Het hoge- uitlaatgas van de verbrandingsmotor transporteert, samen met het koelwater van de cilindervoering, een grote hoeveelheid lage- warmte-energie. Deze warmte-energie kan worden teruggewonnen via een warmtewisselaar en worden gebruikt voor verwarming en isolatie van de anaerobe vergister, voor het leveren van warm water voor productie en huishoudelijk gebruik, of voor stadsverwarming. Dit verbetert de benuttingsgraad van de primaire energie van het systeem aanzienlijk, waardoor de energieopwekking wordt getransformeerd van een geïsoleerd energie-outputpunt naar een knooppunt voor een uitgebreide energievoorziening.
De vijfde basislaag is het controle- en veiligheidsborgingssysteem. Automatische drukregeling, stroombewaking, ontstekingsregeling, netsynchronisatie en veiligheidsuitschakeling- zorgen voor een veilige werking van de unit onder omstandigheden van fluctuerende gassamenstelling, belastingsveranderingen of noodsituaties. Een centraal monitoringsysteem maakt gegevensverzameling, beheer op afstand en vroegtijdige waarschuwing bij fouten mogelijk.
Daarom is de functionele basis van een biogasgenerator een meerfasig, samenwerkingssysteem dat bestaat uit biochemische gasproductie, gaszuivering, stroomconversie, gebruik van restwarmte en intelligente regeling. Elke fase is onderling afhankelijk en onmisbaar en zorgt gezamenlijk voor de efficiënte en stabiele omzetting van afval in schone energie.