In deze blog gaan we het hebben over de analyse van biogas. Hiervoor willen we nog even ingaan op de afzonderlijke gascomponenten die ontstaan in een biogasinstallatie.
De twee belangrijkste componenten zijn methaan en kooldioxide in een procentuele verhouding van ongeveer 50/50. Andere bestanddelen zijn waterdamp, zuurstof, stikstof, ammoniak, waterstof en waterstofsulfide. Methaan is de belangrijkste component, want zoals reeds vermeld in de vorige blogbijdrage over biogas, is methaan de belangrijkste energiedrager. Methaan verbrandt met zuurstof en wordt omgezet in koolstofdioxide en water met een laag gehalte aan vervuilende stoffen.
Om de best mogelijke kwaliteit van het ruwe biogas te verkrijgen, kunnen de concentraties van de ongewenste componenten van het biogas door passende maatregelen worden verlaagd. In de volgende paragraaf wordt beschreven welke factoren een negatief effect hebben op biogas en welke maatregelen genomen kunnen worden om deze tegen te gaan.
Welke factoren hebben een negatief effect op de kwaliteit van het biogas?
1. Vocht
In principe is het vocht zelf, niet het grote probleem. Het zijn de verontreinigende stoffen in het vocht die bij gasgebruik leiden tot klep-, lager- en leidingschade in en om de motor. Bij onderzoeken zijn de volgende schadelijke bestanddelen vastgesteld:
De opgegeven waarden gemeten bij een biogasinstallatie dienen als voorbeeld, en kunnen per installatie verschillen.
De hoeveelheid vocht in het biogas is afhankelijk van de gastemperatuur. In de vergister wordt het biogas verzadigd met waterdamp. Als de temperatuur van het biogas wordt verlaagd, condenseert een deel van de waterdamp en kan zo worden gescheiden van de gasstroom. Het ontvochtigen van het biogas kan worden gerealiseerd met behulp van elektrische koelunits of ondergrondse gasleidingen.
2. Waterstofsulfide
Waterstofsulfide ontstaat door de afbraak van eiwitrijke verbindingen in het substraat. De concentratie van dit gas ligt meestal tussen 0 en 1.500 ppm (10.000 ppm komt overeen met 1 Vol.%). Enerzijds leidt deze agressieve verbinding tot corrosie van onderdelen van de installatie. Anderzijds komt bij de verbranding in de warmtekrachtkoppeling (WKK) zwaveldioxide vrij, wat weer leidt tot corrosie op de armaturen en de motor. De meeste fabrikanten van de warmtekrachtkoppelingen en ketels stellen grenswaarden voor waterstofsulfide, die niet mogen worden overschreden om corrosieschade te voorkomen.
In het algemeen geldt: biogas moet worden ontzwaveld om de concentratie zo laag mogelijk te houden.
Hoe kun je waterstofsulfide in biogas verminderen?
Mogelijkheid 1 – zuurstof toevoegen
Door zuurstof aan het substraat toe te voeren, is het mogelijk om waterstofsulfide om te zetten in elementaire zwavel en zo de concentratie te verlagen. Dit proces is gebruikelijk in agrarische biogasinstallaties. Monitoring is belangrijk bij deze methode. Dit betekent dat ook aan het einde van het stroomtraject voor voldoende zuurstoftoevoer moet worden gezorgd, zodat daar concentratiestijging door sulfidevorming wordt voorkomen. Het zuurstofaandeel mag echter niet te hoog zijn, omdat anders onderdelen van de installatie kunnen corroderen en omdat methaanproducerende bacteriën beter werken in een zuurstofarme omgeving.
Mogelijkheid 2 – ijzersulfaat
Door toevoeging van ijzersulfaat wordt het waterstofsulfide gebonden, wat leidt tot verlaging van de concentratie. De basis van de H₂S-binding door middel van ijzerzouten is de hoge affiniteit van ijzer voor sulfiden. Ongeacht de vorm waarin het ijzer is gebonden of oxidatietoestand, in aanwezigheid van sulfiden wordt altijd ijzersulfide (FeS) gevormd. Door de lage oplosbaarheid van FeS kunnen concurrerende reacties met andere stoffen in het water worden uitgesloten.
Mogelijkheid 3 – actief koolfilter
Het biogas wordt door een speciale actieve kool geleid. De hoofdbestanddelen methaan en kooldioxide gaan door de actieve kool. De waterstofsulfide wordt door een chemische reactie van de actieve kool omgezet in zwavel en waterstof en veroorzaakt daardoor geen schade aan de motor en zorgt zo voor een zo storingsvrij mogelijke werking. Hoe lang de actieve kool de waterstofsulfide kan omzetten, hangt af van de concentratie van de H₂S en de biogasvolumestroom.
Meting
Met behulp van ultramoderne infraroodtechnologie kunnen metingen van zeer lage concentraties (ppm-bereik) tot 100 Vol.% methaan en CO₂ worden gebruikt. Door de elektrochemische sensoren voor zuurstof en waterstofsulfide kunnen ook deze concentraties worden bepaald.
De volgende meetbereiken zijn hiermee gedekt:
Methaan: 0 – 100 Vol.% CH4
Kooldioxide: 0 – 100 Vol.% CO₂
Zuurstof: 0 – 25 Vol.% O₂ (optioneel)
Waterstofsulfide: 0 – 2.000 ppm H₂S (optioneel)
Na het selecteren van het menupunt voor biogasmeting begint de inloopfase van de sensor. Dit duurt ongeveer 25 seconden en moet altijd in de frisse omgevingslucht worden gedaan. Na de inloopfase van de sensor geeft het apparaat de actuele meetwaarden weer. Deze moeten in frisse lucht “0” zijn (met uitzondering van O₂ en CO₂). Voor het verkrijgen van exacte resultaten tijdens de meting worden slangen en adapters van perfecte kwaliteit gebruikt. Gasdichte verbindingen van het meetpunt naar het meetapparaat voorkomen dat de omgevingslucht de meetresultaten vervalst. Een mobiel gasmeetapparaat voor het analyseren van het biogas geeft u de mogelijkheid om op meerdere punten van de biogasinstallatie metingen te doen. Nauwkeurige metingen op geselecteerde meetpunten maken het gemakkelijker om maatregelen voor de optimalisering van de installatie te beoordelen.
We selecteren verschillende meetpunten. De eerste meting doen wij met onze GOLIATH op de over- en onderdrukbeveiliging van de vergister.
Voor en na het actieve koolfilter voeren we nog een meting uit. Het is goed om de verzadiging van de actieve kool in de gaten te houden.
In een andere blogpost over biogas gaan we in op lekdetectie in biogasinstallaties en laten we in dit verband verschillende methoden zien, waaronder detectie op afstand met een GasCam.