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Gaschromatograph sichert grüne Energie

Qualitätsüberwachung für nachwachsende Energie
Gaschromatograph sichert grüne Energie

Gaschromatograph sichert grüne Energie
Mit dem Gaschromatographen MicroSAM CV von Siemens gelingt die gleichzeitige Messung von zahlreichen und gesetzlich vorgeschriebenen chemischen Anteilen in Biomethan aus Biogasanlagen
Die Verteuerung fossiler Energieträger macht regenerative Energien wie Biogas wirtschaftlich interessant. Doch erst jetzt kommen für die vorgeschriebene Qualitätssicherung bzgl. Zusammensetzung und Brennwert Messsysteme wie der für Biogas zertifizierte Gaschromatograph auf den Markt. Damit kann Biogas in Blockheizkraftwerken (BHKWs) in Strom und Wärme umgewandelt oder direkt in das öffentliche Gasnetz eingespeist werden.

Der Autor: Dr. Stefan Malcharek Produktmanager MicroSAM-Produktfamilie, Siemens

Die Biogaserzeugung durch den anaeroben, mikrobiellen Abbau von organischen Substanzen in sogenannten „Biogasanlagen“ gewinnt insbesondere vor dem Hintergrund der Verknappung und Verteuerung fossiler Energieträger zunehmend an Bedeutung. Das erzeugte Biogas kann z. B. in BHKWs in Strom umgewandelt oder nach der Aufreinigung zum sogenannten Biomethan in das öffentliche Gasnetz eingespeist werden. Der Vorteil der öffentlichen Einspeisung liegt auf der Hand: Zum einen ermöglicht dies die räumliche Entkopplung zwischen Produktion und Verwertung, zum anderen wird hierdurch das Problem eliminiert, dass die Verstromung mit BHKWs aufgrund des dort nicht nutzbaren Abwärmeanteils Einbußen im Wirkungsgrad hat.
Allerdings müssen bei der Einspeisung in das öffentliche Gasnetz hohe Qualitätsanforderungen erfüllt werden. Diese Qualitätsanforderungen beziehen sich einerseits auf die Analysentechnik, aber auch auf das einzuspeisende Gas. Die Anforderungen an die Gasbeschaffenheit bzw. Zusammensetzung von Gasen aus regenerativen Quellen sind in den Arbeitsblättern G 260 „Gasbeschaffenheit“ und G 262 „Nutzung von Gasen aus regenerativen Quellen in der öffentlichen Gasversorgung“ der DVGW festgehalten. Dies bedeutet, sollte das hergestellte Biogas in das öffentliche Gasnetz eingespeist werden, muss es den Anforderungen des DVGW-Arbeitsblattes G 260 entsprechen. Informationen und Anforderungen über die Messgeräte zur Bestimmung des Energiegehaltes von Biomethan werden detailliert in der technischen Richtlinie G14 der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) beschrieben.
Bis zum heutigen Zeitpunkt existierten leider keine geeigneten Messgeräte, die zuverlässig die wesentlichen Bestandteile von aufbereitetem Biogas vor der Einspeisung in ein Gasnetz analysieren konnten. Aus diesem Grund legte die PTB in der erwähnten Richtlinie G14 fest, dass bestehende Anlagen mit typischen Erdgas-Gaschromatographen (GC) ausgestattet werden müssen. Voraussetzung ist jedoch, dass ein Grenzwert von Sauerstoff und Wasserstoff mit 1,0 bzw. 0,2 % überwacht werden kann. Sollten diese Grenzwerte z. B. durch Schwankungen im Fermentationsprozess überschritten werden, so ist eine Einspeisung nicht möglich und das Gas wird in solchen Fällen häufig über eine Fackel entsorgt.
Bestens Bio-gerüstet
Aufgrund der jahrelangen und engen Zusammenarbeit zwischen den Entwicklern der Marquis GmbH für Mess- und Regeltechnik in Witten/Ruhr und des Siemens-Geschäftsbereichs Prozessanalytik des Sektors Industrie ist es nun gelungen, nach der Zertifizierung des im Markt bereits eingeführten Gaschromatographen MicroSAM NG (Natural Gas) nun ein weiteres Zertifikat für die eichamtliche Messung von Biomethan zu erhalten.
Der hierfür eingesetzte MicroSAM CV (Calorific Value) deckt mit seiner Messtechnik alle wichtigen Anforderungen für diese Analytik ab. Mehrere Detektoren von der Größe eines Fingernagels ermöglichen eine perfekte Funktionskontrolle des Gaschromatographen. Hinzu kommen die Live-Dosierung und Live-Schaltung, die eine hochpräzise Dosierung und Kontrolle des Gasstroms innerhalb des Gaschromatographen ermöglichen.
Das im Gaschromatographen integrierte MEMS-(Micro Electro Mechanical Systems-)Analysenmodul überzeugte die Experten bei Marquis insbesondere durch das intelligente Plug-and-Play-Prinzip sowie seine analytische Trennleistung. Die Tabelle zeigt Komponenten und Konzentrationsbereiche, für die der Gaschromatograph bei der Einspeisung von aufgereinigtem Biogas eingesetzt wird.
Integriert in ein Marquis-System besteht diese eichamtliche Messeinheit aus der Montageplatte mit Gaschromatographen, Lastrelais für Magnetventile, Schaltverstärker- und Leuchtmeldereinheit, LAN-Switch und Datenverwaltungseinheit. Dem gesamten System können insgesamt bis zu drei Probenströme automatisch zugefügt werden. Aufgrund einer Sicherheitsschaltung, der sogenannten Double-Block-and-Bleed-Gasaufschaltung, fließt die Probe unverfälscht zum Gaschromatographen. Der aktuell zu vermessende Probenstrom wird mit einer Lampe visualisiert, wobei Proben- und Bypassfluss jeweils über einen Schwebekörperdurchflussmesser mit Ventil angezeigt und eingestellt werden.
Der besondere Nutzen dieser Gesamtlösung für Kunden und Produzenten von Biomethan, neben der hohen Genauigkeit der Analyse und daher auch des Gas-Brennwertes, ist die erstmalige Bereitstellung einer Technologie, die alle gängigen Komponenten im Biomethan bestimmt. Auch die Anwendung der Messung eines mit Flüssiggas konditionierten Biogases ist mithilfe eines solchen Systems möglich, da hierzu die Komponenten Propan und Butan bestimmt werden müssen. Durch eine optimierte Kombination von Aufbereitung und Zumischung eines Propan/Butan-Gemisches und/oder Luft kann Biomethan den Brenngaseigenschaften von Erdgas angepasst werden. Nur vergleichbare Brenngaseigenschaften von Biomethan mit Erdgas erlauben die Einspeisung von Biomethan in das öffentliche Erdgasnetz.
Aufgrund der oben angegebenen Vorteile dieser Lösung ist es auch nicht verwunderlich, dass in den technischen Richtlinien der eichamtlichen Messungen für Übergabestationen (G14) Folgendes vermerkt ist: „Sobald zugelassene Brennwertmessgeräte wie z. B. Gaschromatographen mit Sauerstoff- und Wasserstoffdetektion existieren, müssen diese in neuen Anlagen eingesetzt werden.“
Trotz des wachsenden Energiebedarfes gilt es, die fossilen Energieträger zu schonen, soweit es technisch möglich ist und bezahlbar bleibt. Somit wird die Erzeugung von Biomethan als nachwachsender Energieträger zunehmend wichtiger – und dabei spielt die Analytik dieses Gases eine zentrale Rolle.
Online-Info: www.cav.de/c0811
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