Durch intelligentes 24/7-Full-Service-System
Kostensenkung bei der Biogas-Analyse
Ob Klär- oder Recyclinganlagen: Wo biologische Reststoffe vergoren werden, soll die daraus entstehende Energie am besten ebenfalls genutzt werden. Betreiber industrieller Abfall-Biogasanlagen können das Biogas vor Ort in Strom und Wärme umsetzen oder zu Biomethan aufbereiten und ins Gasnetz einspeisen. Von größter Wichtigkeit ist jedoch die permanente Gasanalyse zur Überwachung des Methan-, Kohlendioxid und Sauerstoffgehalts sowie der Spurengase wie Schwefelwasserstoff, denn Fehlfunktionen der Anlage, die zu spät erkannt und nicht sofort behoben werden, können zu hohem Reparaturaufwand bis zu immens kostenintensiven Maschinenschäden führen. Allerdings erfordert die regelmäßige Wartung und Kalibrierung vor Ort geschultes Personal; Reparaturen und Ersatzteile sind für viele Betreiber ein jährlich wiederkehrender, ärgerlicher Kostenfaktor. Vor diesem Hintergrund bietet das Bielefelder Unternehmen Chemec als eines der ganz wenigen Spezialunternehmen in Europa Gasanalyseanlagen mit einer vollständig durchdachten Selbsttest- und vollautomatischer Kalibrierfunktion an, inklusive automatischer Erinnerungsmeldung, Fernwartungsoption, Ersatzteilversand mit einer Schritt-für-Schritt Tauschanleitung auf dem intuitiven, selbsterklärenden Display.
Eckard Brandau steht regelmäßig in Kontakt mit vielen Betreibern von Biogasanlagen. Seit 20 Jahren entwickeln er und seine Firma in Bielefeld Gasanalysegeräte wie auch einen kontinuierlich weiterentwickelten Service rund um die Kalibrierung, Wartung und Ersatzteil- und Referenzgasversorgung. Konsequente Nachhaltigkeit ist die Leitlinie seines Unternehmens. „Lieber einmal ein paar hundert Euro in etwas Zubehör investieren und sich Arbeit sparen, als jedes Jahr mehrere Tausend Euro für Reparaturen und Ersatzteile ausgeben müssen“, lautet seine erste Empfehlung.
Brandau ist Geschäftsführer und langjährig erfahrener Entwickler von Analysegeräten für Biogasanlagen auf der Basis von Wärmeleitfähigkeits- und elektrochemischen Gassensoren. Die Geräte sind übersichtlich und modular aufgebaut, so dass auch ein Austausch von Komponenten mit einfacher Schritt-für-Schritt-Anleitung auch von ungeschultem Personal und ohne Werkzeug durchgeführt werden kann. Ein übersichtliches, intuitives und selbsterklärendes Display ermöglicht eine korrekte und fehlerfreie schrittweise Durchführung der erforderlichen Aktionen. Alle verwendeten Materialien sind auf Langlebigkeit ausgerichtet, die Komponenten bestehen aus rostfreiem Stahl oder extrem robusten Kunststoffsorten.
Regelmäßige Kalibrierung
Die meisten Gassensoren müssen regelmäßig durch Abgleich mit einem Referenzgas kalibriert und auf korrekte Funktion überprüft werden. Wie oft, ist abhängig von den verwendeten Sensoren, den Gasen, den Gaskonzentrationen sowie der Messfrequenz. Die Genauigkeit der Messergebnisse und damit die Kalibrierung der Sensoren ist unerlässlich, will man eine Fehlsteuerung der Anlage, ineffiziente Gasverwertung und nicht zuletzt Schäden an Motoren und Aufbereitungstechnik in sechsstelliger Höhe durch unerkannten Schwefelwasserstoff in die Energieanlagen vermeiden.
Für eine Kalibrierung durch einen technischen Service wird schnell mal ein vierstelliger Eurobetrag fällig, nicht so jedoch mit dem Auto-Kalibriermodul. Während eine manuelle Kalibrierung jederzeit möglich ist, führen die Anlagen diese in einstellbaren Abständen selbsttägig durch und melden jeweils das Ergebnis oder geben Alarm bei Abweichungen – denn viele elektrochemische Sensoren müssen nach etwa zwei Jahren ersetzt werden. Sensormodule können auch von ungeschultem Personal gegen neue getauscht werden. „Es ist fast so leicht wie das Auswechseln einer Druckerpatrone“, so Brandau. „Das System erkennt das neue Modul und integriert es automatisch.
Eine Besonderheit und aufgrund eines unternehmenseigenen Patents nur beim Unternehmen erhältlich: Der praktisch wartungsfreie GAS Thermograph, ein auf der Wärmeleitfähigkeitsmessung basierender Sensor zur Bestimmung des Methangehalts im Gasgemisch. Dieses Modul muss – anders als die Modelle aller anderen Anbieter – nur einmal alle vier Jahre kalibriert werden.
Automatisch erfolgt auch die Meldung, bevor das Referenzgas zur Neige geht. Während andere Gaslieferanten jedoch oft mehrere Wochen Lieferzeit benötigen oder den Auftrag für eine einzelne Flasche gar nicht annehmen wollen, hält das Unternehmen immer ein Kontingent an Referenzgasflaschen vor und liefert innerhalb einer Woche.
Kondenswasser, ein Killer für die gesamte Anlage
Biogas verlässt den Fermenter mit einer Temperatur von circa 40 Grad Celsius und wasserdampfgesättigt. Beim Abkühlen in den Leitungen entsteht Wasserkondensat, das – zum Beispiel durch Abkühlung auf vier Grad Celsius – unbedingt aus dem Gasstrom entfernt werden muss.
Bei Außentemperaturen im Frostbereich kann sich in Leitungen und Messstrecken dennoch Kondensat bilden, das von der Probenpumpe mitgerissen wird und in die Sensoren gelangt. Pumpe und Sensoren werden durch das Wasserkondensat in ihrer Funktion beeinträchtigt oder zerstört, was einen weiteren kostenträchtigen Wartungsfall auslöst. Deshalb installiert das Unternehmen vor jedem Gaseingang eine mechanische, somit wartungsfreie Kondensatfalle.
Stromschwankungen verfälschen Messergebnis
Mehrere Minuten dauert ein Routine-Messvorgang der Gasanalyse. Eine auch nur kurz schwankende oder gar unterbrochene Stromversorgung macht zum einen die Messergebnisse unbrauchbar, kann aber auch die Elektronik dauerhaft beschädigen – angesichts der zunehmenden Kontinuitätsschwierigkeiten im Stromnetz eine weitere ernstzunehmende Kostenfalle. Ein robustes USV-Modul sorgt dafür, dass im Falle eines Spannungsabfalls die laufenden Messungen korrekt abgeschlossen und beendet und keine neuen gestartet werden, bis die externe Stromversorgung wieder stabil ist.
Option auf Fernwartung mit IT-Sicherheit und Datenschutz
Wenngleich die Möglichkeit der Fernwartung einen außerordentlichen Kostenvorteil gegenüber dem zeitfressenden und teuren Vor-Ort-Einsatz eines Servicetechnikers darstellt, widerstrebt vielen Anlagenbetreibern die Einrichtung einer solchen Funktion, weil sie einen externen Zugriff in das eigene IT-System ermöglichen würde. Das Unternehmen begegnet diesem Zielkonflikt mit einer Fernwartungseinrichtung über einen separaten Rechner, der nicht mit dem Firmennetzwerk verbunden ist. Das Gasanalysesystem kann regelmäßig einen automatischen Selbsttest durchführen und das Ergebnis über die separate Verbindung an den Servicerechner des Unternehmens senden. Auf diese Weise wird eine lückenlose Überwachung der Funktionsfähigkeit der Anlage durch den Hersteller gewährleistet, während das IT-Netzwerk des Betreibers unangetastet bleibt.
Geschäftsführer Brandau, der selbst zahlreiche Wartungs- und Servicevorgänge für Biogas-Anlagenbetreiber absolviert hat und regelmäßig Gespräche mit Betreibern führt, hat sowohl die Analyseeinheit selbst wie auch das Service-System und den Umfang für die Kunden seiner Anlagen immer wieder verbessert und perfektioniert. Seine Erfahrungswerte fasst er so zusammen: „Wartung ist essenziell! Man kann allein dadurch über die Jahre ein Vielfaches an Geld einsparen, was die Anlage ursprünglich gekostet hat.“
Biogas hat sich abseits der Landwirtschaft inzwischen als eigenes Energiegeschäftsfeld von Stadtwerken, Entsorgern, Industrieunternehmen und spezialisierten Projektentwicklern bewährt.
Typische nichtlandwirtschaftlichen Biogas‑Akteure
- Kommunale und industrielle Kläranlagen (Klärgas aus Faulung von Klärschlamm, teils mit Einspeisung als Biomethan oder Nutzung im BHKW).
- Kommunale und private Abfallwirtschaft (Vergärungsanlagen für Bioabfälle aus der Biotonne, Marktabfälle, Speisereste, teilweise in Kombination mit Kompostierung).
- Lebensmittel‑ und Getränkeindustrie (z.B. Schlachthöfe, Molkereien, Zucker‑ und Stärkeindustrie, Brauereien), die eigene Reststoffe in Werksanlagen oder in Kooperation mit externen Betreibern vergären.
- Papier und Zellstoffindustrie; deren Abwässer und Papierschlämme enthalten viel organische Fracht (u.a. Stärke, Zellulosefasern, organische Säuren), die sich anaerob zu Biogas umsetzen lässt.
- Spezialisierte Biogas‑ und Biomethanbetreiber/Projektgesellschaften, die Anlagen oft unabhängig von einem landwirtschaftlichen Betrieb planen, finanzieren und betreiben (z.B. Energieversorger‑Tochter, Stadtwerke, Biogas‑Projektentwickler)
- Energieversorger und Stadtwerke, die Biogas‑/Biomethananlagen betreiben oder Biomethan einkaufen und in eigene Netze/BHKW/KWK‑Anlagen integrieren.
- Betreiber großer Biomethan‑/Bio-LNG‑Parks, die Biogas zu Biomethan bzw. Kraftstoff (Bio‑CNG/Bio‑LNG) aufbereiten, oft mit gemischten Inputstoffen (Energiepflanzen, Gülle, Abfälle).
Wichtige Mess-Parameter für die kontinuierliche Überwachung für Betriebssicherheit und Prozessstabilität bei der Biogas-Erzeugung:
1 – Prozessgas im Fermenter / Rohbiogas
Diese Messungen sind zwar nicht alle explizit gesetzlich „im Detail aufgezählt“, werden aber faktisch von Genehmigungsbehörden, Versicherern und im Rahmen der Technikregeln vorausgesetzt, um einen sicheren und stabilen Betrieb nachzuweisen.
- Methan (CH₄), zur Beurteilung von Gasqualität und energetischem Wertes.
- Kohlendioxid (CO₂), gemeinsam mit CH₄ zur Kontrolle des Abbauprozesses.
- Schwefelwasserstoff (H₂S), wegen Korrosion und Gesundheitsgefahr; relevant für Entschwefelungsanlagen.
- Sauerstoff (O₂), Sicherheitsrelevanz (Explosionsgrenzen, Lufteintrag).
- Wassergehalt/Temperatur/Druck, für Material- und Komponentenschutz.
2 – Anforderungen bei Einspeisung ins Gasnetz (Biomethan)
Sobald Biogas aufbereitet und ins öffentliche Gasnetz eingespeist werden soll, greifen die technischen Regeln (unter anderem DVGW‑Arbeitsblätter G 260, G 262, G 685), die sehr konkrete Gasanalyse‑Pflichten vorgeben.
- Brennwert und Wobbe‑Index (= zentraler Kennwert in der Gasmesstechnik, der die Austauschbarkeit verschiedener Brenngase, zum Beispiel Erdgas H und L, Propan, Biogas bewertet um auszudrücken: „Wie viel nutzbare Leistung kommt bei einem gegebenen Gasstrom tatsächlich am Brenner an?“)
- Exakte Zusammensetzung (CH₄, CO₂, N₂, O₂, ggf. H₂, Edelgase) per Gaschromatographie.
- Schwefelverbindungen (H₂S, Gesamt‑Schwefel) = korrosions- und netzrelevant.
- Wassergehalt (Taupunkt), zum Schutz des Netzes.Partikel/Feststoffe, Öle/Aerosole – Gas muss „technisch frei“ von Staub, Nebel, Flüssigkeiten sein.
- Grenzwerte für Begleitstoffe (Ammoniak, Siloxane u.a.), je nach Netzbetreiber-Vorgabe.