Erdgas
Was Erdgas aus allen Quellen gemeinsam hat, ist, dass es zum Großteil aus Methan besteht. In der Regel liegt der Methangehalt zwischen 75 und 99%. Der Rest der Mischung besteht typischerweise aus höheren Alkanen, wie Ethan und Propan, und Anteilen von Stickstoff und Kohlendioxid. Die genaue Zusammensetzung hängt von der Quelle des Gases ab, so dass sich die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Erdgases ändern, wenn ein Gasversorgungsnetz mit Gas aus einer Vielzahl verschiedener Quellen gespeist wird. Darüber hinaus tragen andere aktuelle Faktoren zu den Schwankungen in der Zusammensetzung bei.
Biogas und andere erneuerbare Energien
Erneuerbare Energien werden zunehmend wichtiger und damit auch der Einsatz von Biogas als Methanquelle. Biogas aus erneuerbaren Energiequellen in Biogasanlagen kann nach entsprechender Aufbereitung in das Netz eingespeist werden. Die Zusammensetzung des Biogases hängt jedoch vom Ausgangsmaterial ab, das nicht immer gleich ist und zusätzlich auch jahreszeitlichen Schwankungen unterliegt.
Ein weiterer wichtiger Trend ist Power to Gas (Strom zu Gas oder P2G); hier wird Strom, der aus erneuerbaren Quellen wie Sonne oder Wind erzeugt wird, zur Erzeugung eines Gases als Energieträger genutzt. Dies kann Wasserstoff sein, der durch Elektrolyse erzeugt wird, oder synthetisches Methan durch Kombination von Kohlendioxid und Wasserstoff aus der Elektrolyse.
Ein wichtiger Faktor bei erneuerbaren Energien ist allerdings das Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage. Wie Sie sich vorstellen können, wird Solarenergie nur tagsüber produziert. Die Überführung von elektrischer Energie in chemische Energie durch die Erzeugung brennbarer Gase und deren Einspeisung in das nationale Netz kann dazu beitragen, dieses Ungleichgewicht auszugleichen, indem die große Pufferkapazität der verfügbaren Gasnetze genutzt wird. Jüngste Forschungen in den Niederlanden haben gezeigt, dass das derzeitige Gasnetz in den Niederlanden mit relativ begrenzten Modifikationen mehrere zehn Prozent Wasserstoff aufnehmen kann.
All diese Faktoren führen zu zunehmenden Veränderungen der Gaszusammensetzung im Netz. Zusammensetzung und Qualität sind stark korreliert; steigende Mengen an Inertgasen wie Stickstoff oder Kohlendioxid reduzieren die bei der Verbrennung entstehende Energiemenge, auch Brennwert genannt. Das Vorhandensein von Wasserstoff im Erdgas kann die Flammeneigenschaften wie Temperatur und Flammgeschwindigkeit stark verändern. All diesem muss zukünftig Rechnung getragen werden.
Bestimmung der Zusammensetzung
Bei sich ändernden chemischen Zusammensetzungen wird es immer wichtiger, den Brennwert und die Komponenten zu messen. Mit nur einem einzigen Einspeisepunkt genügte eine Messung, um die Zusammensetzung im nachgelagerten Netzwerk zu analysieren. Im heutigen Netz sind die Netze stärker miteinander verflochten und haben mehrere Stellen, an denen Gase gemischt werden. An jedem Einspeisepunkt ist es deswegen notwendig, die Zusammensetzung zu messen, nicht nur für die Qualitätskontrolle, sondern auch für steuerliche Zwecke. Auf diese Weise können die Lieferanten sicherstellen, dass die Verbraucher die Qualität erhalten, die sie benötigen, und die Verbraucher bezahlen nicht für das erhaltene Volumen, sondern für den Brennwert des Gases.
Der aktuelle Standard für die Bestimmung der Gasqualität ist die Gaschromatographie; dieses Verfahren ist sehr genau, aber auch langsam und teuer. Alternative Methoden wie die Kalorimetrie sind ähnlich teuer und haben außerdem einen relativ hohen Platzbedarf, was die Implementierung in kleinen Anlagen erschwert. All dies führt zu einem Bedarf an Messtechnik, die sowohl inline als auch in kleinen Anwendungen eingesetzt werden kann. Dies erfordert Sensoren, die kompakt und kostengünstig und vorzugsweise die Zusammensetzung messen können.