De rol van kwaliteitscontroles bij de samenstelling en duurzaamheid van aardgas

De rol van kwaliteitscontroles bij de samenstelling en duurzaamheid van aardgas

Egbert van der Wouden
Cover Image

Aardgas is al heel lang wereldwijd een belangrijke energiebron voor huishoudelijk en industrieel gebruik. Recente trends in de energievoorziening hebben echter in veel landen tot veranderingen geleid in de samenstelling van het geleverde gas. Daardoor wordt het steeds belangrijker om de samenstelling van dat gas te meten. Ook weten we inmiddels dat er voor kleinschalige applicaties een behoefte bestaat aan een 'in-line' meettechnologie.

In Nederland is bijvoorbeeld in de jaren vijftig van de vorige eeuw een groot gasveld ontdekt in de buurt van Slochteren dat tientallen jaren voor een gestage aanvoer van gas heeft gezorgd. Sinds enige tijd begint die gasvoorraad echter uitgeput te raken en moet het energienet van gas uit andere bronnen worden voorzien.

Aardgas

Methaan is het belangrijkste bestanddeel (zo'n 75-95%) van alle aardgas, uit welke bron dan ook. Het resterende deel bestaat meestal uit een mix van hogere alkanen, zoals ethaan en propaan, en fracties stikstof en koolstofdioxide. De exacte samenstelling is vooral afhankelijk van de herkomst van het gas. Als een netwerk met verschillende soorten gas wordt gevoed, zal de samenstelling in de loop van de tijd dus veranderen. Daarnaast zorgen ook andere recente trends voor fluctuaties in de gassamenstelling.

Trends in de samenstelling van gas

Aardgas is bijzonder geschikt om een rol te spelen bij het bevorderen van hernieuwbare energie. Via hernieuwbare energie uit bijvoorbeeld biogascentrales kan het geproduceerde gas na behandeling aan het energienet worden toegevoegd. De samenstelling van biogas is echter afhankelijk van het materiaal waarmee het geproduceerd wordt en dat is niet altijd hetzelfde.

Lees ons blog over Biogas Purification Testing voor meer informatie over de adsorptieprocessen die gebruikt worden voor de zuivering van biogas of aardgas.

Een andere belangrijke trend is P2G (Power to Gas). Bij dit procedé wordt elektriciteit uit hernieuwbare bronnen (zoals zonne- of windenergie) gebruikt om gas te produceren dat vervolgens als energiedrager fungeert. Dat kan waterstof zijn die via elektrolyse is geproduceerd, of synthetisch methaan (door een koolstofdioxide- en een waterstofbron via elektrolyse te combineren).

Een groot probleem bij hernieuwbare energie is de slechte afstemming tussen vraag en aanbod. Die afstemming kan verbeterd worden door elektrische energie in chemische energie om te zetten middels de productie van verbrandingsgassen en die daarna aan het nationale energienet toe te voegen. Hier komt de grote buffercapaciteit van de beschikbare gasnetwerken goed van pas.

Al deze ontwikkelingen dragen ertoe bij dat de samenstelling van het gas in de distributienetten steeds meer aan verandering onderhevig is. De samenstelling en kwaliteit van gas hangen nauw met elkaar samen. Wanneer bijvoorbeeld het percentage inerte gassen toeneemt (zoals stikstof of koolstofdioxide), vermindert de hoeveelheid geproduceerde energie - de calorische of verbrandingswaarde - die bij verbranding vrijkomt. En de aanwezigheid van waterstof in aardgas kan van invloed zijn op verbrandingseigenschappen als temperatuur en verbrandingssnelheid.

Meten van de samenstelling

Nu de chemische samenstelling voortdurend verandert, is het des te belangrijker om die samenstelling ook meetbaar te maken. In het verleden was er maar één enkel instroompunt en was één meting voldoende om de samenstelling in het downstream-netwerk te analyseren. Moderne netwerken zijn echter veel meer met elkaar verstrengeld en de gassen worden op meerdere locaties gemixt. Het is dan ook noodzakelijk om de samenstelling op elk instroompunt te meten, niet alleen met het oog op de kwaliteitscontrole, maar ook vanuit een kostentechnisch perspectief. Op deze manier kunnen de leveranciers ervoor zorgen dat de consumenten de kwaliteit krijgen die ze nodig hebben, maar dat ze ook uitsluitend betalen voor de verwarmingscapaciteit van het gas en niet voor het volume dat ze ontvangen.

De huidige standaardmethode voor het meten van de gaskwaliteit is gaschromatografie. Deze methode is weliswaar bijzonder nauwkeurig, maar ook traag en duur. Alternatieven zoals calorimetrie zijn ook duur en hebben een grote omvang, wat het lastig maakt ze in kleinschalige toepassingen te gebruiken.

Om op toekomstige trends in te kunnen spelen, is een meettechnologie nodig die zowel in-line als in kleinschalige applicaties gebruikt kan worden. De sensoren moeten daarom niet alleen compact en rendabel zijn, maar ook in staat zijn om de samenstelling van gassen uiterst nauwkeurig te meten.

Nieuwe oplossing voor gas compositie metingen

In samenwerking met:

  • TNO (Nederlandse organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek),
  • Venne Electronics (een Nederlandse producent van elektronische producten), en
  • de Nederlandse energienetbeheerders Alliander en Gasunie, heeft Bronkhorst een nieuwe oplossing voor gas compositie metingen ontwikkeld die eenvoudig geïntegreerd kan worden in veel installaties, voor een breed scala aan toepassingen.

Probesensor concept na verwijdering van de beschermende behuizing Probesensor concept na verwijdering van de beschermende behuizing

De werking van het concept is gebaseerd op de absorptie van een gascomponent op een speciale coating die is aangebracht op een structuur van onderling gekoppelde elektrodes. De absorptie is evenredig aan de concentratie en heeft een verandering in elektronische eigenschappen tot gevolg die gemeten kan worden als een variatie van de (elektrische) capaciteit van de coating.

DIE sensor (sensor met klein siliciumcircuit) met onderling gekoppelde elektrodes en coatings DIE sensor (sensor met klein siliciumcircuit) met onderling gekoppelde elektrodes en coatings.

Het concept wordt momenteel in het Nederlandse aardgasnetwerk getest in nauwe samenwerking met netbeheerders en projectpartners Alliander en Gasunie.

methane concentratie

Linksboven; Methaanconcentratie in het Nederlandse energienet gemeten met het concept en een gaschromatograaf.

Op basis van de componenten zoals die op de verschillende coatings worden gemeten, kan de verbrandingswaarde worden berekend. In combinatie met de geïntegreerde druk- en temperatuursensor kunnen ook andere belangrijke parameters voor de kwaliteit van het aardgas in kaart worden gebracht, zoals de Wobbe-index, het propaanequivalent of de norm voor de verbrandingslucht.

Door deze parameters in te zetten als input voor het controlesysteem kunnen gebruikers hun processen optimaliseren om zo hun efficiënte te verbeteren, verontreinigende uitstoot terug te dringen en de netbelasting te beheren. Deze methode kan bijvoorbeeld toegepast worden bij:

  • het controleren van de gaskwaliteit in het nationale energienet;
  • het procesbeheer bij de productie van biogas/synthetisch gas;
  • en bij het beheer van gasmotoren en gasbranders.

Wilt u meer weten over de manier waarop de geur van aardgas kan worden beïnvloed? Ga dan naar ons blog How Mass Flow Controllers make our gas smell. Of lees het verhaal over de Controlled supply of odorant to natural gas.