Bestimmung von Brennwert und Gasbeschaffenheit

Qualität und Brennwert komplexer Gasgemische zuverlässig bestimmen

Erdgas ist ein Naturprodukt und enthält typischerweise zirka 90 Prozent Methan, daneben Ethan, Propan, Butan und weitere Kohlenwasserstoffe sowie Stickstoff und Kohlendioxid. Ins deutsche Erdgasnetz fließt Gas aus verschiedenen Ländern, ergänzt durch Biogas und zukünftig verstärkt auch Wasserstoff, der nach dem Power-to-Gas-Prinzip als Zwischenspeicher für überschüssigen Strom erzeugt wird. Mit der Gaszusammensetzung schwankt der Brennwert. Dieser ist maßgeblich für die Erdgasqualität und bestimmt den Gaspreis.

IR-Spektroskopie ersetzt aufwändige Gaschromatographie

Regelmäßige Messungen an Verteilerstellen im Gasnetz oder bei industriellen Verbrauchern mit kritischen Prozessen geben daher Aufschluss über den tatsächlichen Brennwert des Erdgases. Verwendet wird dabei standardmäßig die Gas-Chromatographie (GC). Diese Messmethode ist vergleichsweise teuer, langsam und aufwändig im Betrieb, da beispielsweise Träger- und Kalibriergase benötigt werden. Fraunhofer IPM hat als Alternative zu GC-Systemen zusammen mit der RMA Mess- und Regeltechnik GmbH & Co. KG in Rheinau ein Messsystem zur Analyse komplexer Gasgemische entwickelt, das auf Basis der Infrarot-Spektroskopie (IR) arbeitet. Das Spektrometer misst die einzelnen Gaskonzentrationen im Minutentakt und ist wartungsarm, da keine Kalibrier- oder Trägergase zum Einsatz kommen. Kohlenwasserstoffe bis C₆, CO₂ und N₂ werden quantitativ mit sehr hoher Genauigkeit bestimmt – eine Herausforderung, da die unterschiedlichen Erdgas-Komponenten in einer sehr breiten Konzentrations-Dynamik vorhanden sind: Methan hat einen Anteil im Bereich von 90 Prozent Ethan und Propan im 1-Prozent-Bereich – die höheren Kohlenwasserstoffe wie Pentane liegen dagegen im Bereich von 0,5 Promille. Alle Komponenten müssen – wenigstens bei abrechnungsrelevanten Anwendungen – mit Genauigkeiten bis in den Sub-Promille-Bereich erfasst werden.