Messung der Methanemissionen von Biogasanlagen: Tracergas, Drohnen, OGI-Kameras und Satelliten

Methanemissionen von Biogasanlagen werden mit mehreren einander ergänzenden Methoden gemessen: Mit einer optischen Gasbildkamera (OGI) werden Leckagen lokalisiert, mit der Tracergasmethode und der Fahnenanalyse wird die Gesamtemission der Anlage bestimmt, mit Drohnen mit Laseranalysatoren werden schwer zugängliche Stellen überprüft, und Satelliten erfassen lediglich die größten Leckagen. Die Wahl der Methode hängt vom Ziel ab: ob wir den gesamten Methanverlust kennen oder konkrete Undichtigkeiten finden wollen. Ein verlässliches Ergebnis erfordert die Festlegung der Messgrenzen, geeignete Wetterbedingungen und eine Bewertung der Unsicherheit.

Lokalisierende Methoden (Punktquellen)

1. OGI-Kamera – bildet die Methanwolke im Infrarot ab; ermöglicht die schnelle Kontrolle von Ventilen, Membrandächern und Flanschen. Erfordert einen qualifizierten Bediener und gute Bedingungen (Wind, Temperaturkontrast), und quantitative Werte sind schwer zu gewinnen.
2. Tragbare Detektoren – messen die Konzentration an der Quelle; die Ex-Ausführung ist in explosionsgefährdeten Bereichen erforderlich.
3. Schaumbildende Lösung – einfacher Test von Verbindungen.
4. Drohnen mit Analysatoren – ermöglichen Messungen über Behältern und Dächern, auch schwer zugänglichen.

Quantitative Methoden (Gesamtemission)

1. Tracergasmethode – in der Nähe der Anlage wird ein bekannter Gasstrom freigesetzt (z. B. Acetylen oder N₂O), und mobile Analysatoren messen die Konzentrationen dieses Gases und von Methan in der Fahne hinter der Anlage. Das Konzentrationsverhältnis mal bekanntem Strom ergibt die Methanemission. Die Methode wird in Messkampagnen in Europa breit eingesetzt; ihre Unsicherheit hängt von den Bedingungen und der Zahl der Durchfahrten ab.
2. Inverse Ausbreitungsmodellierung – Laseranalysatoren auf einer Messstrecke oder stationär und Winddaten dienen der Berechnung des Quellstroms mit einem Gasausbreitungsmodell.
3. Bilanzmethoden – Vergleich der erzeugten mit der genutzten Biogasmenge und Abschätzung der Verluste; für kleine Verluste ungenau, aber einfach.
4. Messungen in Hauben und Behältern – Messhauben, Analyse von der Oberfläche offener Behälter.

Satelliten und große Maßstäbe

Satellitensysteme erfassen große Leckagen, üblicherweise von mehreren Dutzend bis zu mehreren Hundert kg CH₄ pro Stunde (je nach System und Bedingungen). Eine Anlage mit einer Produktion von 2,2 Mio. m³ Methan jährlich verliert bei einem Verlust von 1% 22.000 m³, also im Mittel 2,75 m³/h ≈ 2 kg CH₄/h (22.000 m³/Jahr × 0,717 kg/m³ ≈ 15,8 t/Jahr; 15,8 t/Jahr ÷ 8000 h ≈ 2 kg/h). Solche Leckagen sind um mindestens einige Dutzend Mal kleiner als die Nachweisgrenze der Satelliten, daher dienen Satelliten dem Erkennen von Störungen und großen Emittenten, nicht aber der Kontrolle typischer Verluste von Biogasanlagen.

Unsicherheit und Bedingungen

Das Ergebnis hängt von Windrichtung und -geschwindigkeit, Stabilität der Atmosphäre, Entfernung, Geometrie der Anlage (ob alle Quellen in der Fahne liegen), Emissionen benachbarter Objekte (z. B. Stall, Deponie), Messzeitpunkt (Emissionen ändern sich im Tagesverlauf, z. B. nach dem Entladen) und Bedienung ab. In Berichten sind Methode, Zeit, Bedingungen, Unsicherheit und berücksichtigte Quellen anzugeben.

Beispiel einer Berechnung mit der Tracergasmethode

Annahmen: Es wurde Acetylen als Tracergas in einer Menge von 0,5 kg/h freigesetzt, also 500 g/h ÷ 26 g/mol ≈ 19,2 mol/h. Nach Integration der Durchfahrten durch die Fahne beträgt das molare Verhältnis des CH₄-Überschusses zum Tracergasüberschuss 2,5. Methanstrom: 2,5 × 19,2 ≈ 48 mol/h, also 48 × 16 g/mol ≈ 0,77 kg CH₄/h. Bei 8000 h sind das ca. 6,2 t jährlich, was ca. 0,4% der Methanproduktion in einer Anlage mit 2,2 Mio. m³ CH₄ jährlich entspricht (ca. 1580 t). Die Daten sind illustrativ; in der Praxis müssen Hintergrund, mehrere Durchfahrten und Unsicherheit berücksichtigt werden.

Wie eine Kampagne zu planen ist

1. Definieren Sie das Ziel (Gesamtemission oder Lokalisierung).
2. Wählen Sie Methode und Auftragnehmer mit Erfahrung im Biogasbereich.
3. Legen Sie den Zeitraum fest (einige Tage unter verschiedenen Bedingungen und Betriebsphasen).
4. Bereiten Sie die Anlagendaten vor (Produktion, Zeitplan von Beschickung und Abnahme).
5. Führen Sie nach der Messung eine Lokalisierung mit der OGI-Kamera durch und beheben Sie die Leckagen.
6. Wiederholen Sie die Messung nach den Reparaturen, um den Effekt zu beurteilen.

Interpretation der Ergebnisse

Das Ergebnis der Gesamtemissionsmessung sollte auf die Methanproduktion zum Zeitpunkt der Messung bezogen werden, um einen prozentualen Verlustindikator zu erhalten. Eine Einzelmessung ist mitunter nicht repräsentativ, da sich Emissionen im Tages- und Jahresverlauf ändern (z. B. höher im Sommer aus dem Gärrest, höher nach Störereignissen). Daher werden mehrere Kampagnen pro Jahr oder die Kombination der Messungen mit einer kontinuierlichen Dichtheitsüberwachung empfohlen. Prüfen Sie beim Vergleich der Ergebnisse mit anderen Anlagen, ob dieselbe Methode und dieselbe Definition der Anlagengrenzen angewendet wurden.

Zusammenfassung

Messungen von Methanemissionen werden aus regulatorischer und zertifizierungsbezogener Sicht immer wichtiger. Am besten kombiniert man quantitative und lokalisierende Methoden und behandelt die Ergebnisse als Ausgangspunkt für Abhilfemaßnahmen.