Neuartige Sensoren steigern Effizienz von Biogasanlagen

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Sensor mit Leiterplatte und Energieversorgung sowie Gehäuse mit pH Sensorik zur Überwachung der Silagequalität
Quelle: Volker Mai/ Fraunhofer IZM

Durch innovative Sensoren lässt sich die Effizienz von Biogasanlagen steigern. Das haben nach Angaben der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) zwei Verbundprojekte gezeigt, die vom Bundesagrarministerium gefördert wurden. Die Sensoren zur Überwachung der Biogaserzeugung und des Silierprozesses eignen sich vor allem für Biogasanlagen, die ihren Betrieb, insbesondere ihre Gasproduktion, flexibilisieren wollen. Beide Sensoren liefern wichtige Daten in Echtzeit, die in die Auswertung und Regelung eines automatisierten Anlagenbetriebes einfließen könnten. Die robuste Sensortechnik bietet aber auch konventionell betriebenen Anlagen eine Alternative zu herkömmlicher Mess- und Analysetechnik, um den gesamten Anlagenbetrieb effizienter zu gestalten.

Verbundvorhaben „In-situ“

Im Verbundvorhaben „Innovative in-situ Gasmesstechniklösung für Biogasanlagen“ (In-situ) entwickelten Forscher der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg gemeinsam mit der Firma Dittrich/LogiData Tech ein Sensorsystem zur hochgenauen Detektion von Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2) und Schwefelwasserstoff (H2S). Nach Angaben der FNR hält das robuste Messgerät der hochkorrosiven Umgebung in einer Biogasanlage stand und ist um ein Vielfaches kostengünstiger gegenüber vergleichbaren, am Markt verfügbaren Technologien. Das Sensorsystem ermöglicht eine großflächige, hochaufgelöste Überwachung der Gaszusammensetzung in allen Prozessschritten der Biogasprozesskette und liefert eine schnelle und zuverlässige Datenbasis für die aktive Steuerung einer Biogasanlage.

Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Nutzung photoakustischer Sensoren in sogenannten NDIR-Aufbauten (nicht dispersiver Infrarotsensor) für CO2 und CH4 gleichwertige Messgenauigkeiten mit einem viel kleineren und einfacheren System möglich sind. Der Betrieb der experimentellen Biogasanlage „Unterer Lindenhof“ in Eningen erbrachte den Nachweis der Funktionsfähigkeit. An der Testbiogasanlage erfolgte der direkte Vergleich des entwickelten Gasdetektors mit einer konventionellen Gasanalyse. Dabei stimmten die gemessenen Konzentrationswerte beider Systeme innerhalb festgelegter Toleranzen überein. Gegenüber der konventionellen Messmethode, die alle 30 Minuten einen Messpunkt generiert, liefert die neue Messtechnik die Daten alle 10 Sekunden und kann so schnelle Änderungen der Gaszusammensetzung, z. B. in Folge von Substratzufuhr oder Änderungen der Prozessparameter, genau nachverfolgen.

Verbundvorhaben „EiS“

Ein energieautarker Multisensor zur Bereitstellung ertragsreicher Silagen für den Biogasprozess entstand im Vorhaben „Effizienzsteigerung im Silageprozess (EiS) – Neue Konzepte zur Minimierung von Energieverlusten“ des Julius-Kühn-Instituts und der ESYS GmbH gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration. Der Sensor überwacht wichtige Kenngrößen des Silierprozesses (Verdichtung, PH-Wert und Temperatur) in Echtzeit.

Durch die kugelförmige Konstruktion ist er der FNR zufolge gegen hohe mechanische Belastungen während der Einsilierung geschützt und hermetisch gegen die korrosiven Umgebungsbedingungen im Silostock abgedichtet. Zusätzlich wird die geografische Lage des Sensors während der Einbringphase erfasst und die Daten den unterschiedlichen Positionen im Silostock zugeordnet. Die Datenübertragung erfolgt online, sodass der Fahrer unmittelbar während der Einsilierung auf kritische Bereiche reagieren und während der Entnahme ein Vermischen mit minderwertigen Chargen vermeiden kann. Das System wurde in Labor- und Modellversuchen getestet, kalibriert und erfolgreich in einer Großsiloanlage betrieben.

Die Abschlussberichte der Verbundvorhaben „In-situ“ und „EiS“, weitere Informationen zu den Teilprojekten und die Kontakte zu den einzelnen Projektleitern finden Sie in der Projektdatenbank der FNR unter den Förderkennzeichen 22017014 und 22010615 (In-situ) sowie 22404212, 22403014 und 22403114 (EiS).

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