Entwurf und Aufbau eines robusten Gassensorsystems für Biogasanlagen

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Für eine nachhaltige und treibhausgasneutrale Energieversorgung sind flexibel einsetzbare erneuerbare Energiequellen erforderlich. Biogas kann dabei eine zentrale Rolle als wetter- und standortunabhängige Energiequelle spielen. Aktuell fehlt jedoch eine kosteneffiziente Technologie zur Messung der Biogaszusammensetzung, die für die aktive Steuerung der Ausbeute und Stabilität der Prozessbiologie notwendig ist. In dieser Arbeit wurden neue Technologien für den selektiven und empfindlichen Nachweis der wichtigsten Biogaskomponenten (Methan, Kohlendioxid, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff) entwickelt. Der entscheidende Gehalt an Methan und Kohlendioxid wurde photoakustisch im Bereich von 0 - 70% gemessen. Ein in-situ Messsystem mit einer optischen Weglänge von 1 mm erreichte eine absolute Auflösung von 1900 ppm für Kohlendioxid und 4500 ppm für Methan bei 1 Hz Messfrequenz. Das System zeigte keine Querempfindlichkeiten gegenüber Luftfeuchte, und Temperaturschwankungen wurden durch geeignete Kompensationstechniken eliminiert. Der selektive Nachweis von Schwefelwasserstoff wurde durch die Phasenübergangsreaktion von Kupfer(II)oxid zu Kupfersulfid ermöglicht. Wasserstoff als Prozessstabilitätsparameter wurde durch die Kombination der Messung des elektrischen Schichtwiderstandes und der Wärmeleitfähigkeit erfasst. In Feldtests wurde die Praxistauglichkeit des Photoakustiksystems in einer Biogasanlage untersucht, wobei die Ergebnisse m