Gasanalyse

Gasanalyse von H2S, CH4, CO2 und O2 in Biogasanlagen

Biogas besteht hauptsächlich aus Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2) und Schwefelwasserstoff (H2S). Insbesondere die H2S-Messung stellt in der Biogasanalyse eine große Herausforderung dar.  Die Wi.Tec-Sensorik GmbH hat für diesen Einsatzbereich einen hochgenauen und langzeitstabilen H2S-Gassensor auf Basis der UVLED Technologie entwickelt.

Schwefelwasserstoff (H2S) ist ein unerwünschter Bestandteil von Biogas, der vor allem bei der Verarbeitung tierischer Abfälle entsteht. Die Nutzung von Biogas wird durch diese Komponente eingeschränkt und muss daher unbedingt entfernt werden. Insbesondere die Verbrennung in Gasmotoren wird durch das H2S beeinträchtigt und kann zur Zerstörung der Motoren führen (SO2-Bildung).
Weiterhin ist H2S giftig und schädlich für die Umwelt. Die Messung dieser Komponente ist daher eine wichtige Aufgabe und Voraussetzung zur umweltfreundlichen Nutzung von Biogas. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf nach einer zuverlässigen H2S-Messtechnik, um den Einsatz von Biogasanlagen zu forcieren. Die aktuell eingesetzten elektrochemischen Gassensoren erfüllen zwar einige Anforderungen, sind aber durch chemische Zersetzungsprozesse nicht langzeitstabil und wartungsarm zu betreiben.

Mit einem innovativen Ansatz (NDUV-Technologie), auf der Basis von UV-Leuchtdioden (UV-LEDs), gelang es der Wi.Tec-Sensorik GmbH, im Rahmen eines DBU -Forschungsprojektes, einen praxistauglichen H2S Gassensor (ULTRA.sens) zu entwickeln.

NDUV ULTRA.sens H2S

Schwefelwasserstoff besitzt eine breite Absorptionsbande im UV-Bereich zwischen 160 und 260 nm, sodass die H2S-Gasmessung bei unterschiedlichen Wellenlängen erfolgen kann. Wi.Tec nutzt für die Messung bei 204 nm eine langzeitstabile Gasentladungslampe (EDL), mit der Konzentrationen im Spurenbereich möglich sind (0-100 ppm H2S). Bei einer Wellenlänge von ca. 230 nm können H2S-Konzentrationen in einem Messbereich von 0 - 2000 ppm sowie Messbereiche im Vol.%-Bereich realisiert werden. Hier eignen sich miniaturisierte UVLEDs als Strahlungsquellen, die eine wesentlich geringere Leistungsaufnahme haben und nicht thermostatisiert werden müssen. Dies ist vor allem bei tragbaren Gasmessgeräten von Vorteil. Weiterhin lässt sich die UVLED elektronisch modulieren. Durch eine variabel einstellbares Puls-Breiten-Verhältnis lässt sich dadurch die Lebensdauer der UVLED signifikant verlängern. Eine Lebensdauer von >5 Jahre ist daher auch im Dauerbetrieb problemlos zu realisieren. Im Vergleich zu elektrochemischen Gassensoren findet bei diesem physikalischen Verfahren kein Verbrauch statt, sodass ein wartungsfreier Betrieb über einen langen Zeitraum möglich wird. Dies ist für den Anwender von großem Nutzen (Cost of Owership).


NDIR INFRA.sens CH4 / CO2

Die hochselektive Gasanalyse erfolgt mittels NDIR-Technologie (INFRA.sens). Der INFRA.sens nutzt die bekannten Absorptionsbanden für Methan und Kohlendioxid im Bereich 3 - 5 µm. Die Strahlungsquelle ist ein Schwarzkörperstrahler, der im Frequenzbereich von 1 - 10 Hz moduliert werden kann. Um eine optimale Linearität zu erreichen, wird eine 20 mm lange Analysenküvette (AK20) verwendet, die mit einer speziellen Goldschicht überzogen ist. Die Goldschicht hat ein hohes Reflexionsvermögen und führt zu einem optimalen Signalpegel auf der Detektorseite. Weiterhin schützt die Goldschicht vor Korrosion. Der IR-Detektor befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite und besteht aus 4 Elementen. Interferenzfilter dienen dazu, die gasspezifischen Spektralanteile für die jeweiligen Detektoren herauszufiltern. Die Interferenzfilter haben eine sehr schmale Bandbreite und einen effizienten Sperrgrad. Dies führt zu einer sehr hohen Selektivität und vernachlässigbaren Querempfindlichkeiten zu anderen Gaskomponenten. Die CH4- und CO2-Konzentrationen (z.B. 0 - 100 Vol.%) werden simultan in einem INFRA.sens erfasst.

Die gesamte Signalverarbeitung erfolgt in einer elektronischen Auswerteeinheit (Basisplatine), die sich unterhalb der optischen Einheit befindet. Die Datenübertragung erfolgt über eine RS232-Schnittstelle. CAN-Interface, MODBUS (Option) und Analogausgang 0-10V (Option) sind ebenfalls verfügbar.

Sauerstoff-Messung O2

Zusätzlich befindet sich in diesem Aufbau auch ein elektrochemischer (EC) Sauerstoffsensor (galvanische Zelle) zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Gasgemisch. Der O2.sensD hat einen Messbereich von 0 - 25 Vol.% O2 und ist sehr selektiv für Sauerstoff, selbst in Anwesenheit anderer Gase in hohen Konzentrationen. Im Vergleich zu physikalischen Gassensoren ist die Lebensdauer von elektrochemischen Gassensoren, aufgrund der chemischen Reaktionen im Sensor, begrenzt. Die Lebensdauer wird daher in Vol.%-h angegeben. Die typische Sensorlebensdauer beträgt >500.000 Vol.-%-h. In Gegenwart von 10 - 20 Vol.% Sauerstoff beträgt die berechnete Lebensdauer ca. 3 - 6 Jahre. Der O2.sensD kann über eine I2C-Schnittstelle mit der INFRA.sens-Elektronik kommunizieren. Im Vergleich zu einer analogen Übertragung gewährleistet die I2C-Schnittstelle eine verlustfreie und hochauflösende Messwertübertragung.

Weiterhin ist H2S giftig und schädlich für die Umwelt. Die Messung dieser Komponente ist daher eine wichtige Aufgabe und Voraussetzung zur umweltfreundlichen Nutzung von Biogas. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf nach einer zuverlässigen H2S-Messtechnik, um den Einsatz von Biogasanlagen zu forcieren. Die aktuell eingesetzten elektrochemischen Gassensoren erfüllen zwar einige Anforderungen, sind aber durch chemische Zersetzungsprozesse nicht langzeitstabil und wartungsarm zu betreiben.

Mit einem innovativen Ansatz (NDUV-Technologie), auf der Basis von UV-Leuchtdioden (UV-LEDs), gelang es der Wi.Tec-Sensorik GmbH, im Rahmen eines DBU -Forschungsprojektes, einen praxistauglichen H2S Gassensor (ULTRA.sens) zu entwickeln.

NDUV ULTRA.sens H2S

Schwefelwasserstoff besitzt eine breite Absorptionsbande im UV-Bereich zwischen 160 und 260 nm, sodass die H2S-Gasmessung bei unterschiedlichen Wellenlängen erfolgen kann. Wi.Tec nutzt für die Messung bei 204 nm eine langzeitstabile Gasentladungslampe (EDL), mit der Konzentrationen im Spurenbereich möglich sind (0 - 100 ppm H2S). Bei einer Wellenlänge von ca. 230 nm können H2S-Konzentrationen in einem Messbereich von 0 - 2.000 ppm sowie Messbereiche im Vol.%-Bereich realisiert werden. Hier eignen sich miniaturisierte UVLEDs als Strahlungsquellen, die eine wesentlich geringere Leistungsaufnahme haben und nicht thermostatisiert werden müssen. Dies ist vor allem bei tragbaren Gasmessgeräten von Vorteil. Weiterhin lässt sich die UVLED elektronisch modulieren. Durch eine variabel einstellbares Puls-Breiten-Verhältnis lässt sich dadurch die Lebensdauer der UVLED signifikant verlängern. Eine Lebensdauer von >5 Jahre ist daher auch im Dauerbetrieb problemlos zu realisieren. Im Vergleich zu elektrochemischen Gassensoren findet bei diesem physikalischen Verfahren kein Verbrauch statt, sodass ein wartungsfreier Betrieb über einen langen Zeitraum möglich wird. Dies ist für den Anwender von großem Nutzen (Cost of Owership).

NDIR INFRA.sens CH4 / CO2

Die hochselektive Gasanalyse erfolgt mittels NDIR-Technologie (INFRA.sens). Der INFRA.sens nutzt die bekannten Absorptionsbanden für Methan und Kohlendioxid im Bereich 3 - 5 µm. Die Strahlungsquelle ist ein Schwarzkörperstrahler, der im Frequenzbereich von 1 - 10 Hz moduliert werden kann. Um eine optimale Linearität zu erreichen, wird eine 20 mm lange Analysenküvette

[1] Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU

Wi.tec stellt auf der SENSOR+TEST 2024 aus: Halle 1, Stand 1-353

Mehr Informationen

 

Teilen
SENSOR+TEST 2024

Herzlich Willkommen zur SENSOR+TEST-Sonderausgabe

Herzlich Willkommen zur SENSOR+TEST-Sonderausgabe

Liebe Leserinnen, liebe Leser,

vom 11. bis 13. Juni 2024 begrüßt die SENSOR+TEST ihre Aussteller und Besucher wieder in Nürnberg. In diesem Jahr wird dabei ein noch größeres internationales Interesse erwartet.

Besonders spannend: Zum ersten Mal dreht sich in der "Calibration Area" alles rund um die Kalibriertechnik und hierbei vor allem um die Digitalisierung.

Auch wir von dem messweb-Redaktionsteam freuen uns auf spannende Themen der Ausstellung und Begegnungen mit Ihnen! Sichern Sie sich heute schon Ihren kostenlosen Eintrittsgutschein.

Eine gute Zeit bis dahin wünscht

Ihr messweb-Team

Drucksensoren

Drucksensoren mit frontbündiger Membran

Drucksensoren mit frontbündiger Membran

Drucksensoren mit frontbündiger Membran von Micro Sensor eignen sich für die Druckmessung von viskosen Medien wie Tinte, Lack oder Schlamm.

mehr lesen

Sauerstoffsensoren

Sauerstoffsensoren für vielfältige Anwendungen

Sauerstoffsensoren für vielfältige Anwendungen

Figaro Engineeing präsentiert seine bleifreien O2-Sensoren auf der SENSOR+TEST in Halle 1, Stand 1-561

 

mehr lesen

Jobs4Automation

Ihre Stellenanzeige in der Jobbörse auf der SENSOR+TEST 2024

Ihre Stellenanzeige in der Jobbörse auf der SENSOR+TEST 2024

Wie gewohnt wird es wieder eine Jobbörse des Herausgebers von messweb.de auf der SENSOR+TEST 2024 geben. Buchen Sie bitte die Schaltung der Stellenanzeigen, um daran teilzunehmen. SENSOR+TEST Vor Halle 1

mehr lesen
Anzeige

SENSOR+TEST 2024

Treffen Sie ADDITIVE auf der SENSOR+TEST 2024 in Nürnberg!

Treffen Sie ADDITIVE auf der SENSOR+TEST 2024 in Nürnberg!

Sprechen Sie mit ADDITIVE über Datenanalyse, mathematische Modellierung und Simulation, Maschinelles Lernen, Predictive Analysis und Predictive Maintenance sowie Big-Data-Analysen. Erleben Sie Lösungen mit unseren Softwareprodukten Origin, Minitab, Mathematica und ADDITIVE Cloud-Services.

mehr lesen

Sensorik

Arrow Electronics zeigt "Sensors for Everything"

Arrow Electronics zeigt "Sensors for Everything"

Arrow Electronics stellt auf der SENSOR+TEST 2024 vom 11. bis 13. Juni in Nürnberg innovative Technologien vor, die gemeinsam mit Herstellern und Unternehmen aus dem Technologie-Ökosystem von Arrow entwickelt wurden.

mehr lesen

Optische Messsysteme

Optische Schwingungsmessung: Maßgeschneiderte Messdienstleistungen für präzise Analysen

Optische Schwingungsmessung: Maßgeschneiderte Messdienstleistungen für präzise Analysen

Polytec ermöglicht mit seinen PolyXpert Dienstleistungsangebot den einfachen Zugang zur hochgenauen Schwingungsmessung. Dank Auftragsmessungen und Mieten können Kunden kurzfristig und unkompliziert modernste Messtechnik nutzen, ohne sofort in die eigene Ausrüstung investieren zu müssen.

mehr lesen

Sensortelemetrie

Hochtemperaturtelemetrie für die berührungslose Messung an rotierenden Komponenten

Hochtemperaturtelemetrie für die berührungslose Messung an rotierenden Komponenten

Die Erfassung von Temperaturen an rotierenden Teilen gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Gewährleistung der Betriebsfestigkeit.

mehr lesen

GO>>ing

„Wir revolutionieren den Gassensor-Markt“

„Wir revolutionieren den Gassensor-Markt“

Mit einer völlig neuen Technologie drängt die FaradaIC Sensors GmbH in den Markt der elektrochemischen Gassensoren. Rainer Ihra berichtet über Vorteile und Einsatzmöglichkeiten.

mehr lesen

Drucksensoren

Piezoresistive Miniaturdrucksensoren

Piezoresistive Miniaturdrucksensoren

Piezoresistive Miniaturdrucksensoren der Serie 8500 von ENDEVCO sind so konzipiert, dass sie sowohl den dynamischen als auch den statischen Druck hochgenau messen.

mehr lesen

Piezoelektrische Sensoren

Grundlage für applikationsspezifische Auslegung

Grundlage für applikationsspezifische Auslegung

Das Messeteam von PI Ceramic berät auf der SENSOR+TEST in Halle 1, Stand 1-355 gerne zu kundenspezifischen Anforderungen.

mehr lesen

Kraftaufnehmer

Speziallösungen im Vordergrund

Speziallösungen im Vordergrund

GTM zeigt auf der SENSOR+TEST 2024 zum Beispiel Hochlastkraftaufnehmer Serie RF zur Prüfung von Windenergieanlagen.

mehr lesen