Biogas ist eine erneuerbare Energiequelle, die durch die Vergärung von organischen Materialien gewonnen wird.
Der Gärprozess beginnt mit der Zugabe von organischen Materialien in den Fermenter. Dies können verschiedene Arten von Biomasse sein, wie zum Beispiel tierische Exkremente, Pflanzenreste, Lebensmittelabfälle oder Energiepflanzen wie Mais oder Gras. Das organische Material wird zusammen mit Wasser in den Fermenter gegeben, um optimale Bedingungen für die anaerobe Bakterienkultur zu schaffen, die den Gärprozess durchführt.
Nachdem das organische Material in den Fermenter gegeben wurde, wird der Behälter luftdicht verschlossen, um sicherzustellen, dass keine Sauerstoffzufuhr stattfindet. Dies ist wichtig, da der Gärprozess unter anaeroben Bedingungen abläuft, bei denen die Bakterien die organischen Stoffe abbauen und Biogas produzieren. Der Fermenter wird während des Gärprozesses auf einer konstanten Temperatur gehalten, die für die Aktivität der Bakterien geeignet ist, normalerweise zwischen 35 und 40 Grad Celsius.
Der Gärprozess selbst besteht aus mehreren aufeinanderfolgenden Stufen. Zunächst erfolgt die Hydrolyse, bei der komplexe organische Moleküle in einfachere Verbindungen aufgespalten werden. Anschließend folgt die Acidogenese, bei der die Produkte der Hydrolyse in organische Säuren umgewandelt werden. In der dritten Stufe, der Acetogenese, werden die organischen Säuren in Essigsäure umgewandelt. Schließlich findet in der Methanogenese die Umwandlung von Essigsäure in Methan statt, das den Hauptbestandteil des Biogases bildet.
Der Gärprozess im Fermenter dauert in der Regel mehrere Tage bis Wochen, je nach Art der verwendeten Biomasse und den spezifischen Bedingungen im Fermenter.
Abb. 1: Prinzipieller Aufbau einer Biogasanlage
Gasanalyse
Gassensorik spielt in der Biogastechnik eine wichtige Rolle bei der Überwachung und Steuerung von Biogasanlagen. Die Produktion von Biogas aus organischer Materie erfordert eine genaue Überwachung des Gasgehalts, um sicherzustellen, dass die Anlage effizient und sicher funktioniert.
Gassensoren werden verwendet, um die Konzentrationen von Gasen wie Methan (CH4), Kohlenstoffdioxid (CO2) und Schwefelwasserstoff (H2S) zu messen. Diese Messungen sind wichtig, um sicherzustellen, dass die optimalen Bedingungen für die Biogasproduktion vorliegen. Zum Beispiel muss sichergestellt werden, dass die Methankonzentration hoch genug ist, um eine effiziente Stromerzeugung zu ermöglichen, und dass die Schwefelwasserstoff-Konzentration nicht zu hoch ist, um Korrosion und Schäden an der Anlage zu vermeiden.
Abb. 2: INFRA.sens zur simultanen Gasanalyse von Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) in Biogas
Gassensoren werden auch verwendet, um sicherzustellen, dass die Abluft aus der Biogasanlage sicher entfernt wird, ohne die Umgebungsluftqualität zu beeinträchtigen. Hierbei spielen Sensoren eine wichtige Rolle, indem sie die Konzentrationen von Schadstoffgasen messen und Alarme auslösen, wenn die Konzentrationen gefährliche Werte erreichen.
Zusätzlich werden Sensoren verwendet, um den Gasfluss und den Gasdruck in der Biogasanlage zu überwachen. Diese Messungen sind wichtig, um sicherzustellen, dass die Anlage effizient funktioniert und dass keine Leckagen vorliegen, die die Sicherheit beeinträchtigen können.
Weiterhin ist der Methangehalt von Biomethan sehr wichtig, da es in das Erdgasnetz eingespeist wird und daher bestimmte Qualitätsanforderungen erfüllen muss.
Schwefelwasserstoff H2S
Schwefelwasserstoff entsteht bei der Fermentierung tierischer Abfälle (Gülle, Mist) und Abfällen von Lebensmitteln (z.B. aus der Gastronomie, Kantinen usw.). Je nach Zusammensetzung der Biomasse im Fermenter können die H2S-Konzentrationen bis zu 1 Vol.-% betragen. Da Schwefelwasserstoff ein hochgiftiges und korrosives Gas ist, muss es von dem Biogas getrennt werden. Sowohl das Biomethan, das in das Erdgasnetz eingespeist wird, als auch das Biogas, das dem Gasmotor zur Verfügung gestellt wird, darf nur wenige ppm H2S enthalten. Daher stehen zwei unterschiedliche Versionen des ULTRA.sens für diese Applikation zur Verfügung:
- Hoher H2S Bereich mit Messbereichen von 0.1000ppm, 0-5000ppm und 0-5 Vol.-%
- Niedriger H2S Bereich 0-100ppm mit einer Auflösung <1ppm H2S in Biogas
Abb. 3: ULTRA.sens Schwefelwasserstoffsensor (H2S) zur Analyse von Biogas
Insgesamt ist die Gassensorik ein wichtiger Teil der Biogastechnik, der dazu beiträgt, die Effizienz und Sicherheit von Biogasanlagen zu gewährleisten. Mit fortschreitender Technologie und der Entwicklung neuer Sensortechnologien wird die Gassensorik auch in Zukunft eine wichtige Rolle in der Biogastechnik spielen.