HLSG-CH4

Projektbeschreibung

Die EU-Methanstrategie zeigt auf, wie die Methan-Emissionen in den Sektoren Landwirtschaft, Abfall und Energie besser erfasst und weiter reduziert werden sollen. In der Methanstrategie kündigt die Kommission neben Vorschriften zur Messung und Berichterstattung von Methan-Emissionen auch Maßnahmen zur besseren Erkennung und Reparatur von Leckagen in der Gasinfrastruktur an. Im Bereich der Spurengas-Analytik werden verschiedene Sensortechnologien kommerziell vertrieben, wobei insbesondere die Querempfindlichkeit und die Umgebungsbedingungen die Einsatzmöglichkeiten und Lebensdauer der Sensorsysteme stark einschränken. Für die Analyse von Spurengasen können konventionelle optische Gassensoren nur eingeschränkt für ausgewählte Gase mit hohen Absorptionsraten angewendet werden. Dies ist unter anderem durch die Geometrie der eingesetzten Gasmesszellen im Sinne der resultierenden Absorptionsstrecke begründet. Im Rahmen des Projektes soll ein hohlleiterbasiertes Verfahren und Sensorsystem entwickelt werden, was die Erfassung kleiner Methan-Gaslecks und flächiger anthropogener Methangasemissionen ermöglicht. Die Innovation von »HLSG-CH4« liegt in dem integrativen Ansatz einen Hohlleiter und Resonator geometrisch und messtechnisch so zu adaptieren, dass ein mobiles kompaktes Messsystem entsteht. Anwendung wird diese Messtechnik im Kontext der Emissionsminderung in der aktuellen Erdgastechnik und im wachsenden Biomethanmarkt finden.
 

Motivation 

Der anthropogene Anteil des Treibhauseffektes wächst in den letzten Jahrzehnten und beeinflusst zunehmend das Weltklima mit gravierender Auswirkung auf verschiedene Ökosysteme. Das »Global Warming Potential« (GWP; CO2 = 1) auf einer 20-Jahres-Skala von Methan beträgt 84 (GWP20). Neben Kohlenstoffdioxid ist Methan das bedeutsamste Treibhausgas, dessen Konzentration in der Atmosphäre jährlich mit zuletzt wachsender Dynamik ansteigt. Als bedeutsamste anthropogene Quellen gelten Landwirtschaft, Deponien, Bergbau, Öl- und Gasförderung. Im Weiteren kommt es zu ungewollten Emissionen durch Verfahrensschritte und Lecks bei Biogasanlagen. Für Methankonzentrationen im Bereich der Explosionsschwelle sind verschiedene Messsysteme verfügbar. Auch bei der Gasleckdetektion können höhere Gaskonzentrationen mittels Mikrobolometerkamera erfasst werden. Häufig tritt Methan großflächig als Spurengas aus und kann mit bestehenden Sensorsystemen nur eingeschränkt selektiv mobil erfasst werden. Es ist absehbar, dass ab 2023 Gasversorger europaweit gesetzlich bedingt zum Emissionsmessungen an Gasanlagen verpflichtet werden. Insbesondere Verdichter/ Kompressoren sind hinsichtlich ihres Emissionsverhalten bisher (wenn überhaupt) nur mit extrem hohem Aufwand kontrollierbar. Dazu sind Messungen unterhalb von 1 ppm notwendig, was bisher nicht abgebildet werden kann.

Ziele

Durch das zu entwickelnde Messsystem soll eine sichere und selektive Detektion von Methankonzentrationsänderungen im Spurenbereich ab 100 ppb in der Atmosphäre, in einem kompakten mobilen Handgerät, ermöglicht werden. Das System soll im Weiteren eine zeitaufgelöste Erfassung von Methan-Spurengasemissionen ermöglichen, um Quellen zu charakterisieren und Lösungsansätze für Maßnahmen zur Emissionsminderung zu erarbeiten. Die bisher am Markt befindlichen mobilen Systeme arbeiten im Bereich von Methankonzentrationen >= 1 ppm.