Biogazownia jest zakładem przetwarzającym odpady lub surowce organiczne, m.in. takie jak kiszonki zbóż i traw, odpady z produkcji mięsa, odpady poubojowe, odpady z produkcji żywności, a także przeterminowana żywność. Co do zasady w biogazowni można poddać fermentacji wszelkiego rodzaju substraty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, z wyjątkiem drewna. W biogazowni realizowany jest proces fermentacji, w którym powstaje biogaz, składający się z ok. 55-65% metanu i 35-45% dwutlenku węgla. Gazom tym towarzyszy para wodna oraz śladowe zanieczyszczenia, przede wszystkim w postaci siarkowodoru i amoniaku.
Biogazownia może pracować jako instalacja przetwarzająca określone surowce, np. kiszonkę z kukurydzy. Bardzo często biogazownia jest jednak również instalacją, w której utylizuje się odpady organiczne. Mogą w niej być przetwarzane zarówno odpady „bezpieczne”, jak i np. uboczne produkty pochodzenia zwierzęcego kategorii 2 i 3, w tym odpady poubojowe, padłe sztuki, krew, treści żołądkowe. Dla odpadów kategorii 2 na etapie dozowania wymagana jest sterylizacja, tj. obróbka termiczna w temperaturach 120-133°C, parą pod ciśnieniem 0,3 MPa przez 20 minut, natomiast odpady kategorii 3 higienizuje się rozdrabniając je do ziaren poniżej 12 mm i utrzymując przez co najmniej godzinę w temperaturze 70°C.
W przypadku, gdy biogazownia ma pracować jako instalacja utylizacyjna, bardzo ważne jest zapewnienie tzw. uniwersalności substratowej, tj. warunków procesu, które umożliwiają po pierwsze przeróbkę szerokiego spektrum surowców, a po drugie pozwalają na ich częste zmiany. Taką możliwość daje zastosowanie tzw. akceleratora biotechnologicznego, oferowanego w technologii firmy Biogas-System S.A., którym jest dodatkowy zbiornik, gdzie substraty są poddawane hydrolizie w środowisku kwaśnym jeszcze przed skierowaniem do zasadniczych reaktorów fermentacyjnych.
Istotnym ważnym czynnikiem operacyjnym jest zapewnienie wysokiej dyspozycyjności biogazowni. Duży wpływ ma na to sposób mieszania masy reakcyjnej w zbiornikach. W technologii Biogas-System zbiorniki wyposażone są w mieszadła umieszczone w pionowej centralnej rurze pośrodku zbiornika, przez którą następuje przetłaczanie masy z góry na dół. W ten sposób w całej objętości zbiornika wymuszana jest konwekcja. Wlot do rury w jej górnej części znajduje się nieco poniżej lustra cieczy, dzięki czemu zasysany jest do niej ewentualny kożuch i piana, z kolei wylot mieszaniny w dolnej części zbiornika jest tak ukształtowany, że omywa ona całe dno, przez co nie następuje sedymentacja osadów. Dzięki temu biogazownia utrzymuje wysoką dyspozycyjność, przekraczającą 8200 godzin w ciągu roku, a ewentualne serwisowanie mieszadła, dzięki jego lokalizacji w centralnej rurze, nie wymaga opróżniania zbiorników i może być dokonane wciągu kilku godzin, bez konieczności wstrzymywania pracy biogazowni na długie tygodnie, jak to ma miejsce w tradycyjnych układach.
Biogaz poddawany jest procesowi osuszania i oczyszczania ze wspomnianych zanieczyszczeń śladowych. Następnie może być spalany w kotłach w celu produkcji ciepła bądź kierowany na jednostki kogeneracyjne w celu produkcji energii elektrycznej, której towarzyszy też produkcja ciepła. Istnieje również możliwość tzw. trigeneracji, tj. jednoczesnej produkcji elektryczności, ciepła i chłodu. Pozostałość poreakcyjna, w postaci ustabilizowanej i pozbawionej patogenów masy pofermentacyjnej, ma postać zawiesiny, która może być stosowana jako bezpieczny i wartościowy nawóz organiczny lub środek użyźniający glebę. Docelowo, w związku z planowanymi regulacjami unijnymi, nawożenie pofermentem zastąpi rozlewanie gnojowicy na polach.
W tradycyjnym modelu biogazownia pracuje jako źródło liniowe. Wykorzystuje się tutaj niewątpliwą zaletę biogazowni, jaką jest stabilność pracy. W przeciwieństwie do takich odnawialnych źródeł energii, jak turbiny wiatrowe, czy fotowoltaika, prawidłowo eksploatowana biogazownia produkuje prąd elektryczny przez cały czas z taką samą wydajnością (mocą), niezależnie od umiejscowienia, pory dnia, pory roku czy pogody. Jako źródło liniowe jednostka produkująca prąd pracuje w sposób ciągły, przetwarzając cały wytwarzany w procesie fermentacji biogaz na energię elektryczną (oraz ciepło, którego część jest wykorzystywana na potrzeby własne biogazowni). Energia elektryczna najczęściej oddawana jest poprzez przyłącze do sieci energetycznej, co jest źródłem przychodów dla podmiotu prowadzącego biogazownię. Oprócz tego może on zarabiać np. na przyjmowaniu odpadów do utylizacji, które są surowcem do biogazowni.
Istnieje też możliwość innego rodzaju eksploatacji biogazowni – jako źródła szczytowego. W tym modelu instalacja produkuje biogaz bez przerwy, podobnie jak w źródle liniowym. Jest to konieczne z tego względu, że procesy fermentacji są procesami długotrwałymi. W modelu szczytowym biogazownia nie produkuje jednak energii elektrycznej cały czas. Biogaz jest gromadzony w dodatkowych zbiornikach gazowych, a jednostka kogeneracyjna jest uruchamiana tylko okresowo. Ma ona większą moc, stąd całkowita ilość energii elektrycznej wyprodukowanej w długiej perspektywie czasowej jest taka sama jak dla źródła liniowego, jednak produkcja prądu elektrycznego jest podejmowana wówczas, gdy przykładowo:
istnieje duże zapotrzebowanie na energię elektryczną w sieci, np. w okresie letnim, gdy uruchamiane są duże ilości jednostek klimatyzatorów,
istnieje zapotrzebowanie na energię związane z brakiem produkcji z innych źródeł OZE (np. w nocy nie ma produkcji z farm fotowoltaicznych, w zimie przy małym nasłonecznieniu produkcja ta jest ograniczona, w czasie dobrej bezwietrznej pogody energii nie produkują farmy wiatrowe itd.),
operator biogazowni chce sprzedawać energię wówczas, gdy jest ona droższa i może w ten sposób uzyskać wyższe przychody.
Przedstawione powyżej warianty pracy biogazowni – jako źródło liniowe lub szczytowe – stanowią korzystny czynnik stabilizujący pracę sieci energetycznej, zapewniając albo stały strumień energii z odnawialnych źródeł, albo uzupełniając występujące okresowo braki energii w sieciach. Dodatkowo biogazownie jako jednostki o mocach kilkuset kilowatów lub kilku megawatów, przyczyniają się do rozproszenia systemu energetycznego, co jest czynnikiem niewątpliwie pożądanym i podnoszącym niezawodność całego systemu zasilania.
Innym, bardziej zaawansowanym sposobem wykorzystania biogazu jest jego oczyszczanie z dwutlenku węgla (który następnie może być zastosowany np. do celów spożywczych czy do hodowli roślin). Otrzymany (bio)metan jest gazem o właściwościach odpowiadających gazowi sieciowemu i może być zatłaczany do sieci, bądź sprężany i w takiej postaci sprzedawany jako bio-CNG lub transportowany np. w miejsce, gdzie znajdują się jednostki kogeneracyjne większej mocy. Najwyższy stopień skompresowania uzyskujemy skraplając biogaz. W miarę obniżania się temperatury jako pierwszy wykrapla się dwutlenek węgla, a potem metan. Powstały produkt jest zamiennikiem gazu skroplonego (bio-LNG) i może być stosowany jako paliwo do kotłów lub do silników, w tym samochodowych.
Zastosowanie biogazu w działalności gospodarczej ma jeszcze jeden bardzo istotny aspekt. W Polsce większość energii jest nadal produkowana z surowców kopalnych, takich jak węgiel kamienny, czy gaz ziemny. Powoduje to obarczenie prowadzonej działalności i wytwarzanych produktów wysoką wartością współczynnika śladu węglowego. Nawet częściowe zastąpienie klasycznych paliw biogazem lub użycie energii elektrycznej wyprodukowanej z biogazu pozwala na obniżenie tej wartości. Ma to znaczenie nie tylko dla dużych firm, ale również małych przedsiębiorców, którzy chcąc być dostawcami dla większych graczy rynkowych, coraz częściej są pytani o ślad węglowy w prowadzonej działalności, a oferty składane np. w przetargach mogą zyskać dodatkowe punkty, jeśli oferent wylicza swój ślad węglowy i przyjmuje on korzystnie niskie wartości.
