Neues Messsystem für Erdgas entwickelt

15 Dezember 2020

Die Qualität von Erdgas unterliegt starken Schwankungen. Nicht nur unterschiedliche Erdgasvorkommen sind dafür verantwortlich, sondern zunehmend auch die Einspeisung von Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen. Zur Brenngasanalyse hat Fraunhofer IPM zusammen mit der RMA Mess- und Regeltechnik GmbH & Co KG ein Messsystem entwickelt, das neben den enthaltenen Kohlenwasserstoffen nun auch den Wasserstoffanteil im Gas erkennt.

Das Brenngas-Messsystem EcoSpectro, das Fraunhofer IPM im Auftrag der RMA Mess und Regeltechnik GmbH & Co KG entwickelt hat, bestimmt die Hauptbestandteile von Erdgas spektroskopisch. Ein Infrarot (IR)-Spektrometer erkennt die prozentualen Anteile von Methan, Ethan, Propan, Butan und längeren Kohlenwasserstoffketten. Gegenüber der Gaschromatographie hat die Spektroskopie laut Fraunhofer IPM verschiedene Vorteile: „Gaschromatographen sind teuer, vergleichsweise langsam und aufwändig im Betrieb. Das IR-Spektrometer hingegen misst im Sub-Minuten-Takt, arbeitet über Standzeiten von mehreren Monaten ohne Neukalibrierung und kommt ohne Spülgase aus.“ Analysiert werden die Spektren mithilfe chemometrischer Verfahren. Auf diese Weise lassen sich Gaskonzentrationen von über 70 Prozent bis hinunter in den 100-ppm-Bereich (parts per million) bestimmen.
Für den Nachweis regenerativ erzeugter Gase wurde das IR-Spektrometer im Rahmen des Projekts „Gas-Effizienz“ mit einer Zusatz-Sensorik zur Bestimmung des Wasserstoffanteils ausgestattet. Da Wasserstoff aufgrund seiner Molekülstruktur nicht absorptionsspektroskopisch mit Infrarotlicht detektiert werden kann, wurde das Spektrometer um einen Wärmeleitfähigkeitssensor ergänzt.

Über das Projekt Das Projekt „Gas-Effizienz – schnelle Messtechnik zur effizienten Nutzung regenerativ erzeugter Gase“ wurde durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg und aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) in der Förderperiode 2014 bis 2020 mit dem Leitmotiv „Innovation und Energiewende“ gefördert.


Das Spektrometer für die Infrarot-aktiven Bestandteile des Erdgases und der Wärmeleitfähigkeitssensor zur Wasserstoffmessung sind an einem Erdgas-Bypass des Fraunhofer ISE installiert. Das Messgerät befindet sich in einem explosionsgeschützten Koffergehäuse mit Kühlrippen (im Bild rechts unten). © Holger Kock/Fraunhofer IPM