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27.04.2015

Inline-Messsystem für Biogasanlagen: Mit Gaschromatographie Störungen schneller erkennen


Das Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik (KSI) und das Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte der Humboldt-Universität (IASP) legten in einem Forschungsprojekt den Grundstein für ein Inline-Messsystem, das Essig-, Propion- und Buttersäure direkt in der Anlage erfasst. Die Forscher zeigten auch, dass die Essigsäurekonzentration Prozessinstabilitäten deutlich eher und intensiver anzeigt als der pH-Wert. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über dessen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert.

Eine kontinuierliche Überwachung der Konzentrationen organischer Säuren direkt in der Biogasanlage ist derzeit nicht Stand der Technik. Stattdessen müssen Proben entnommen und im Labor analysiert werden - eine schnelle Reaktion auf Prozessstörungen, die durch hohe Säuregehalte angezeigt werden, ist so nicht möglich. Dem Forscherteam von KSI und IASP gelang es nun, die Grundlagen eines Messsystems zu entwickeln, das mit Essig-, Propion- und Buttersäure die wichtigsten organischen Säuren direkt im Biogasprozess erfasst. Das System beruht auf dem Prinzip der membranfreien Gasextraktion gelöster und flüchtiger Komponenten mit anschließender chromatographischer Auftrennung der einzelnen Bestandteile. Diese werden in einem nachgeschalteten Flammenionisations-Detektor analysiert.

In dem Projekt gelang es, mit dem System Essigsäure in einer thermophilen Laboranlage sechs Wochen und in einer mesophilen Praxisanlage vier Wochen lang erfolgreich zu messen. Weitere ebenfalls inline aufgezeichnete Betriebsparameter wie der pH-Wert sowie die CO2-, H2- und CH4-Konzentration wurden mit der Säurekonzentration korreliert. Auch mit äußeren Stressbedingungen, z.B. einer Fütterungsumstellung oder inhomogenen Substraten, ließ sich der gemessene Säuregehalt in Verbindung bringen. Nicht zuletzt gewannen die Forscher dadurch auch neue, grundlegende Erkenntnisse zu den biochemischen Prozessen in Biogasanlagen. Es konnte detailliert gezeigt werden, dass der Verlauf der Essigsäurekonzentration Prozessinstabilitäten deutlich eher und intensiver anzeigt als der pH-Wert und deshalb für die Prozessoptimierung und die sichere Vermeidung von Komplikationen im Gärprozess geeignet ist.

Zur Messung von Propion- und Buttersäure ist das Messsystem grundsätzlich genauso nutzbar, stößt aber an die Nachweisgrenzen des Messsystems, da diese Säuren in deutlich niedrigeren Konzentrationen im Prozess vorliegen.

Das Messsystem bietet eine vergleichsweise hohe Langzeitstabilität bei geringem Wartungs- und Kalibrieraufwand. Für mittelständische Unternehmen im Bereich Mess- und Sensortechnik böte es sich an, auf dieser Basis innovative, marktfähige Produkte und Anwendungen zu entwickeln. Insgesamt können der Betreiber oder die automatische Anlagensteuerung mit Hilfe des neuen Messsystems potenziell schneller auf Prozessstörungen reagieren - ein Weg zu mehr Effizienz bei der Biogaserzeugung.

—> Abschlussbericht (Teil 1)

—> Abschlussbericht (Teil 2)

Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)




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