Entwurf und Aufbau eines robusten Gassensorsystems für Biogasanlagen

Entwurf und Aufbau eines robusten Gassensorsystems für Biogasanlagen von Bierer,  Benedikt
Für eine zukünftig nachhaltige und treibhausgasneutrale Energieversorgung werden flexibel einsetzbare erneuerbare Energiequellen benötigt. Biogas kann hier eine zentrale Rolle als wetter- und standortunabhängige Energiequelle spielen.Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit neue Technologien für den selektiven und empfindlichen Nachweis der wichtigsten Biogaskomponenten Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2), Wasserstoff (H2), Schwefelwasserstoff (H2S) erforscht.Der für den Brennwert des Biogases entscheidende Gehalt an CH4 und CO2 wurde photoakustisch gemessen. Dazu wurde ein in-situ Messsystem entwickelt und charakterisiert, das mit einer optischen Weglänge von 1 mm für bei Kanäle eine absolute Auflösung von 1900 ppm für CO2 und 4500 ppm für CH4 bei 1 Hz Messfrequenz erreicht. Zum selektiven Nachweis von H2S mit MEMS-basierten Metalloxidsensoren im Bereichvon 500 ppb bis 5 ppm wurde die Phasenübergangsreaktion von Kupfer(II)oxid(CuO) zu Kupfersulfid (CuS) verwendet. Dieser Bereich eignet sich, um den Restgehaltdes Gases nach der Aufwertung von Biogas zu Biomethan zu untersuchen. H2 als Prozessstabilitätsparameter wurde durch die selektivitätssteigernde Kombination der Messung des elektrischen Schichtwiderstandes des Gassensors und der Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 40 bis 3000 ppm gemessen. Im Feldtest in einer repräsentativen Biogasanlage wurde die Praxistauglichkeit des Photoakustiksystems untersucht und mit den Messergebnissen kommerzieller Messtechnik verglichen. Die hier erarbeiten Ergebnisse können so die Grundlage für eine zukünftig flexible Biogasprozessteuerung bilden.
Aktualisiert: 2021-12-20
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