Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Biogasanlagen bilden einen wichtigen Baustein einer umweltfreundlichen und zukunftorientierten Energieversorgung. Ein Rohstoff f\u00fcr die Biogasgewinnung, organischer Abfall, in gro\u00dfen Mengen g\u00fcnstig verf\u00fcgbar, speziell angebaute energiereiche Pflanzen werden aber auch eingesetzt. Dadurch gelangt nur soviel CO2 in die Atmosph\u00e4re, wie dieser vorher durch Pflanzen entzogen wurde. Biogas besteht zu fast 100 Vol. % aus einem Methan\/Kohlendioxid-Gemisch; Methan ist der Energietr\u00e4ger, Kohlendioxid ein nutzloses Begleitgas. Ziel ist ein m\u00f6glichst hoher Methangehalt und daf\u00fcr wird eine zuverl\u00e4ssige und robuste Online-Gasanalyse ben\u00f6tigt. Die Analyse umfasst die Gase Methan, Kohlendioxid, Sauerstoff und Schwefelwasserstoff.
\nDie Methankonzentration sollte mindestens 60 Vol. % betragen, die des Kohlendioxids 40 Vol. % nicht \u00fcberschreiten. Schwefelwasserstoff entsteht als St\u00f6rgas bei der Verg\u00e4rung schwefelhaltiger Fermente, wie z. B. von G\u00fclle. Da es die Blockheizkraftwerke sch\u00e4digt, muss seine Konzentration begrenzt werden. Daf\u00fcr wird kontinuierlich ein geringe Menge Luft in den Fermenter gepumpt. Den Sauerstoff nutzen Mikroorganismen zum Abbau des H2S. Sauerstoff dagegen den G\u00e4rprozess, seine Konzentration muss \u00fcberwacht und gering gehalten werden.
\nDie zur Zeit angebotene Messtechnik stammt haupts\u00e4chlich von Firmen, die Ger\u00e4te f\u00fcr die chemische und petrochemische Industrie herstellen. Bei diesen Anwendungen sind bestimmet Kriterien mit aufwendigen Zulassungsverfahren und teuren Ausstattungen gefordert, so dass die sich daraus ergebenen hohen Ger\u00e4tepreise einen breiten Einsatz in der Biogastechnologie verhindern. Ziel des Projektes war es, geeignete Messverfahren und Komponenten auszuw\u00e4hlen um die geforderten Eigenschaften Zuverl\u00e4ssigkeit, geringer Preis und robuster Aufbau zu erreichen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie entscheidende Senkung der Herstellkosten wurde erreicht, indem die Konzentrationen der Gase Methan und Kohlendioxid nicht, wie allgemein \u00fcblich, mit zwei teuren Infrarotmesssystemen bestimmt werden, sondern deren Mischungsverh\u00e4ltnis mit einem sehr preisg\u00fcnstigen W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeitssensor.
\nDiese L\u00f6sung ist m\u00f6glich, weil Biogas zu ca. 99 Vol. % aus diesen beiden Gasen besteht und damit quasi ein bin\u00e4res Gemisch darstellt. Sauerstoff, der sich in der Startphase des G\u00e4rprozesses im Fermenter befindet, wird vom Sauerstoffsensor gemessen und bei der Auswertung des W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeitssensors ber\u00fccksichtigt.
\nDer Schwefelwasserstoffsensor kann nicht f\u00fcr Dauermessungen eingesetzt werden, daher wird nur periodisch, in einem Abstand von ca. 30 Minuten gemessen. Nach jeder Messung werden die Sensoren mit Luft gesp\u00fclt.
\nEine bakterizide Beschichtung der Sensorkammer sowie die Verwendung bakterizider Filter verhindert die Verseuchung der Messeinrichtung durch Mikroorganismen, die vom Biogas mitgerissen werden. Damit wird die Lebensdauer der Gassensoren deutlich erh\u00f6ht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Das Gasanalyseger\u00e4t wurde im Anschluss an das Projekt an zwei unterschiedlichen Biogasanlagen f\u00fcr mehrere Wochen erfolgreich getestet. Die Messungen wurden mit denen eines Parallelger\u00e4tes verglichen, das die Methan- und die Kohlendioxidkonzentrationen mit zwei getrennten Infrarot-Messsystemen bestimmt. Beide Ger\u00e4te zeigten die gleiche Methankonzentration an, bei der Kohlendioxidkonzentration zeigte das Vergleichsger\u00e4t einen h\u00f6heren Wert an. Die Summe der gemessenen Methan- und Kohlendioxid-Anteile \u00fcberstieg bei dem Vergleichsger\u00e4t 100 Vol. %, bei dem Gasanalyseger\u00e4t nicht.
\nDer Grund liegt in der Physik der Messtechnik. Jeder Sensor besitzt einen Messfehler, der sich zwar mit einem entsprechenden Auswand verringern aber nicht verhindern l\u00e4sst. Je mehr Sensoren ein Messsystem besitzt, umso gr\u00f6\u00dfer wird zwangsl\u00e4ufiger der Gesamtmessfehler.
\nMit dem Austausch zweier Infrarotmesssysteme gegen einen W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeitssensor ist nicht nur der Preis verringert sondern auch prinzipiell die Messgenauigkeit erh\u00f6ht worden. Bei der letzten Aussage muss allerdings ber\u00fccksichtigt werden, dass W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeitssensoren meist eine gr\u00f6\u00dfere Querempfindlichkeit zum Wasserdampf aufweisen als optische Systeme. Dieser Nachteil kann mit einem kleinen Messgastrockner eliminiert werden. Messgastrockner werden f\u00fcr die optischen Gasanalyseger\u00e4te stan-dardm\u00e4\u00dfig eingesetzt, um Kondensatbildung im Sensor zu verhindern. Kondensat f\u00fchrt bei den optischen System in der Regel zu einer so gravierenden Verschmutzung, dass der Sensor ausgetauscht werden muss. W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeitssensoren sind gegen Verschmutzungen weitgehend resistent.
\nDa der W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeitssensor prinzipiell f\u00fcr alle Gase geeignet ist ergibt sich ein weiterer Kostenvorteil gegen\u00fcber den optischen Messsystemen. Anstatt ihn mit zwei unterschiedlichen Testgasen, 100 Vol. % Methan und 100 Vol. % Kohlendioxid, zu kalibrieren, l\u00e4sst sich der Sensor auch mit Luft und 100 Vol. % Methan kalibrieren. Damit ergeben sich auch langfristige Vorteile des W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeitssensors.
\nDie periodische Gasanalyse, bedingt durch den Schwefelwasserstoffsensor, l\u00e4sst sich mit den Anforderungen der Biogasproduktion vereinbaren, da der G\u00e4rprozess ausgesprochen tr\u00e4ge verl\u00e4uft.
\nDie bakterizide Beschichtung der Messkammer ist dauerhaft und wird verst\u00e4rkt durch zus\u00e4tzliche Filter, die direkt vor den Sensoren angeordnet sind. Die Filter werden bei jedem Sensorwechsel erneuert.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00dcber das Ger\u00e4t wurde in der Zeitung Neue Westf\u00e4lische am 16. M\u00e4rz 2002 in einem Artikel der Serie Wachstum mit Sonne Wind und Wasser berichtet. Bereits im Januar 2002 wurde der Prototyp des Ge-r\u00e4tes im F\u00f6rderverein EnergiKompetenzZentrum Ost-Westfalen-Lippe, jetzt Energie Impuls OWL e. V., vorgestellt und fand reges Interesse.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das entwickelte Ger\u00e4t ist ein wichtiger Meilenstein bei der Etablierung der Gasmesstechnik in Biogasanlagen und damit f\u00fcr deren Effizienzsteigerung. Hohe Energieertr\u00e4ge f\u00f6rdern die Verbreitung der Biogastechnik, was mittelfristig auch zu geringeren Investitionskosten f\u00fchren wird. Der n\u00e4chste Schritt aber muss die Entwicklung geeigneter Regelalgorithmen sein, damit die gewonnen Messdaten optimal genutzt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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