Uit eerdere blogposts over biogas hebben we geleerd dat biogas een van de hernieuwbare energiebronnen is, net als zonne-, water- en windenergie. Naast hernieuwbare grondstoffen zoals maïs en graan, wordt afval van particuliere huishoudens, GFT-afval uit de landbouw, mest en drijfmest uit de veehouderij en ander biologisch afbreekbaar afval gebruikt. Deze zgn. substraten worden in een anaerobe omgeving (zonder zuurstof) biologisch afgebroken door bacteriën, wat energie creëert.
Energie wordt hier gebruikt als verzamelnaam, omdat elektriciteit en warmte kunnen worden opgewekt door verbranding in de warmtekrachtkoppeling, of door een passende gasverwerking aan het aardgasnet kunnen worden ingevoed. Daarnaast kan het ontstane fermentatiesubstraat ook worden gebruikt als meststof in de landbouw. Het methaangehalte is afhankelijk van de samenstelling van het substraat en schommelt tussen de 50 en 75 procent. Hoe hoger het aandeel methaan, hoe geschikter het biogas voor efficiënte warmte- en elektriciteitsopwekking. Conventioneel aardgas is een fossiele brandstof die niet in onbeperkte hoeveelheden beschikbaar is.
Opbouw van een biogasinstallatie
Efficiëntie van een biogasinstallatie
Voor het rendement van een biogasinstallatie is niet alleen de substraatsamenstelling bepalend om zoveel mogelijk methaan te genereren voor energieopwekking. Minstens zo belangrijk is wat op het eerste gezicht een vanzelfsprekend eis lijkt. Een biogasinstallatie moet gasdicht zijn.
Wetenschappers gaan ervan uit dat methaan ongeveer 25 keer krachtiger is dan koolstofdioxide. Zo hebben zelfs kleine hoeveelheden een groot broeikaseffect.
De tweede negatieve impact van een lek in een biogasinstallatie zijn de financiële gevolgen. Als gas vrijelijk de atmosfeer in stroomt, kan het niet meer in energie worden omgezet.
De volgende afbeelding toont een voorbeeld van het geldverlies dat optreedt wanneer een bepaalde gasconcentratie uit de ventilatieopening ontsnapt:
De grafiek toont het geldverlies in het geval van een dichte gasfolie, waarbij de zeer lage gasconcentratie van 250 ppm, gemeten in de afvoerluchtstroom van de container, door de onderste folie van het luchtgedragen dak diffundeert. Als de meerkosten van het substraat zouden worden berekend vanwege een scheur in de folie, zouden de kosten veel hoger zijn.
Technisch voorschrift voor installatieveiligheid 120 – Biogas
De TRAS 120 is een (Duits) technisch reglement over de veiligheidseisen voor biogasinstallaties. In de TRAS120 staat onder meer (uittreksel):
- Dat de dichtheid van membraansystemen moet worden bewaakt. Systemen met een dergelijk membraansysteem dienen te worden gebruikt met een buitenmantel, zodat een constante bewaking van de tussenruimte kan worden gegarandeerd. Als het een enkelwandig membraansysteem is, moet het dagelijks worden gecontroleerd op mechanische schade, minimaal één keer per week op punten zoals de containeraansluiting en inspectieopeningen van het membraan met draagbare gasdetectieapparatuur en minimaal elke zes maanden op lekkage met behulp van methaangevoelige optische methoden.
- Elke drie jaar moet een lektest met een geschikte, methaangevoelige, optische methode worden uitgevoerd.
- Volgens hoofdstuk 3.5 moet de ruimte tussen het gasmembraan en de buitenbekleding worden bewaakt om lekkages in het gasmembraan te detecteren.
- Ondersteuningsluchtbewaking moet plaatsvinden aan de andere kant van de luchtinlaat. De afvoerluchtstroom in de ruimte moet worden gecontroleerd op lekkage van biogas. De meetwaarden moeten dagelijks worden afgelezen en wekelijks geëvalueerd, tenzij dit automatisch gebeurt. De waarden moeten worden gedocumenteerd. Als het systeem valt onder de Verordening Gevaarlijke Incidenten, moet er continu worden gemonitord en moeten de waarden worden vastgelegd.
Meetapparatuur
Om aan de eisen van TRAS 120 te voldoen, is het zinvol om het systeem regelmatig te controleren met een methaangevoelige optische methode. Bij gasvisualisatie door middel van een infraroodcamera wordt gebruik gemaakt van de specifieke gaseigenschappen van organische gassen in bepaalde golflengtebereiken om een bijzonder grote hoeveelheid warmtestraling te absorberen. Het werkbereik van de IR-gascamera is beperkt tot een methaan-specifiek golflengtebereik (7,8 µm) door een smalbandfilter, zodat bij het uittreden van gassen minder straling van de beeldachtergrond de zeer gevoelige, lichtgevoelige focal plane array detector bereikt. De resulterende temperatuurverandering veroorzaakt een stroom van fotonen. Dit wordt in een uitleesschakeling omgezet in een digitaal signaal en vervolgens visueel weergegeven. Uittredend gas is in de vorm van een wolk zichtbaar op het display. Het vastgelegde beeld wordt in real-time weergegeven en kan voor documentatiedoeleinden worden opgeslagen als een filmsequentie.
Uit deze context blijkt dat de basisvereiste voor visualisatie een temperatuurverschil tussen het gas en de achtergrond is. Aangezien de camera een thermische gevoeligheid heeft van <10 mK (Milli-Kelvin), wordt bij gaslekken bij biogasinstallaties eigenlijk altijd aan deze voorwaarde voldaan.
Gascamera’s hebben geen stralingsbron. De in de atmosfeer aanwezige omgevingsstraling wordt opgevangen via een infrarood object, via een banddoorlaatfilter beperkt tot de golflengtekarakteristiek van het gas en geëvalueerd door een gekoelde sensorarray. Als infraroodstraling wordt geabsorbeerd door een methaangaswolk, kan de camera dit in een videosequentie herkennen.
Visualisatie van een GasCam
Regelmatige controle op lekkages
Een andere eis uit de TRAS120 stelt dat de afvoerluchtstroom van de tussenruimte wekelijks moet worden gecontroleerd op lekkage. Hieronder worden twee mogelijkheden getoond om een ongecompliceerde meting te garanderen zonder het gebruik van een klimhulpmiddel of ladder.
Optie 1: meting via een slangaansluiting langs de rand van de container
Zoals op de afbeelding te zien is, wordt er een slangaansluiting aangebracht vanaf de uitblaasopening langs de rand van de container. Met behulp van een gasdetectieapparaat kan een geschikte adapter worden gebruikt om binnen enkele seconden de gasconcentratie in de ruimte te verkrijgen, die via de ventilator naar buiten komt.
Optie 2: meten met een industriële sondeset
Met sondes die in elkaar kunnen worden geschroefd, is het mogelijk om het sondesysteem uit te breiden tot maximaal 5 meter, enerzijds om de gasconcentratie van de afvoerluchtstroom vanaf de grond te meten en anderzijds om te controleren op lekkage op hogere punten, zoals een lucht gedragen dak op een biogasinstallatie.
Met de informatie over lekdetectie en detectie op afstand met behulp van een GasCam sluiten we deze serie blogposts over het onderwerp biogas voorlopig af. De belangrijkste zaken met betrekking tot gasmeting op biogasinstallaties konden worden behandeld. Beginnend met persoonlijke bescherming op biogasinstallaties, hebben we in de tweede blog de analyse behandeld, d.w.z. het meten van de individuele gasconcentraties in het ruwe biogas. In alle bijdragen hebben we problemen in biogasinstallaties behandeld en geprobeerd deze problemen oplossingsgericht aan te pakken. Daarnaast zijn mogelijkheden getoond om te meten met behulp van gasmeetapparatuur.