CH₄ daalt, CO₂ stijgt: wat betekent dit en hoe zoekt u de oorzaak?

Een daling van het methaangehalte bij een stijging van CO₂ in biogas is een signaal om te controleren, maar geen diagnose. De meest voorkomende biologische oorzaak is een verstoring van het evenwicht tussen de fasen van de vergisting: zuurvormende bacteriën produceren vluchtige vetzuren (VZV) sneller dan methanogene archaea deze verbruiken, waardoor de pH daalt en het methaangehalte afneemt. Maar het kan net zo goed een meetfout, een verandering van het substraat of luchtinslag zijn. Daarom gaat men altijd te werk volgens de volgende volgorde: meting, trend, procesparameters, oorzaak.

Eerste stap: is de meting betrouwbaar

Voordat men begint met het aanpassen van de dosering, moeten artefacten worden uitgesloten:

• Kalibratie van de analysator. Drift van de sensor, een versleten elektrochemische sensor of het ontbreken van kalibratie kunnen een verlaagd CH₄-gehalte veroorzaken.
• Condensaat en vocht in de meetleiding. Het gas kan verdund of verstoord worden door condens.
• Aanwezigheid van O₂ en N₂. Als de stijging van CO₂ niet overeenkomt met de daling van CH₄ (de som van CH₄+CO₂ daalt), en er verschijnt zuurstof en stikstof, komt er lucht binnen (bijvoorbeeld door biologische ontzwaveling, lekkages of het werk van de ventilator). Zie Biologische ontzwaveling.
• Plaats van monstername. De gassamenstelling verschilt tussen de vergister, de opslag en de toevoer naar de WKK.

Tweede stap: trend en context

Een momentopname is niet voldoende. Het CH₄- en CO₂-gehalte moet worden vergeleken met de hoeveelheid gas, dosering, veranderingen in het substraat, temperatuur en druk. Een goede praktijk is om te vergelijken met de typische variabiliteit van de samenstelling zoals beschreven in de tekst Variabiliteit van samenstelling en hoeveelheid biogas: de samenstelling hangt van nature af van het substraat, dus een nieuwe partij kuilvoer of afval met een hoog koolhydraatgehalte kan tijdelijk de samenstelling van het biogas verschuiven (inclusief het CO₂-aandeel).

Derde stap: procesparameters

Indicatoren voor VZV en alkaliteit moeten als trend worden geïnterpreteerd, niet als een enkele drempelwaarde; drempelwaarden zijn afhankelijk van de installatie en het substraat (zie VZV in de biogasinstallatie). De meting van de pH en de bufferende rol ervan wordt beschreven in de tekst pH in de vergister.

Mogelijke biologische oorzaken

1. Overbelasting met organische lading. Te snelle verhoging van de dosis gemakkelijk fermenteerbare substraten.
2. Verandering in substraatsamenstelling. Toename van het aandeel koolhydraten of vetten.
3. Remstoffen. Ammoniak, waterstofsulfide, desinfectiemiddelen, antibiotica in drijfmest.
4. Tekort aan spoorelementen. Zie Spoorelementen.
5. Temperatuur- of mengstoringen. Vooral in de winter na een storing in de verwarming; zie Warmtebalans van de biogasinstallatie in de winter.
6. Verkorte verblijftijd. Te intensieve dosering of te snelle afvoer.

Wat te doen

De reactie hangt af van de diagnose. Een typische set maatregelen omvat het beperken of tijdelijk stopzetten van de dosering van de meest reactieve substraten, het herstellen van stabiele parameters (temperatuur, mengen), frequentere monstername en analyses, en bij verzuring de maatregelen zoals beschreven in de tekst over verzuring van de vergister. Middelen die aan de vergister worden toegevoegd (buffers, additieven) worden gekozen op basis van analyses en aanbevelingen van het laboratorium, niet "op het oog". Abrupte veranderingen in de dosering in beide richtingen verslechteren de situatie.

Hoe het risico te beperken

• Breng veranderingen in doseringen en substraten geleidelijk aan.
• Houd een regelmatig schema aan voor analyses van VZV, alkaliteit, pH en ammoniumstikstof.
• Kalibreer de analysator volgens plan en houd een logboek van veranderingen bij.
• Stel alarmdrempels vast voor de gassamenstelling en hoeveelheid gas, evenals een escalatieprocedure.
• Gebruik BMP-gegevens voor nieuwe substraten voordat hun aandeel wordt verhoogd; zie Wat is BMP.

Hoe een eenvoudige responsprocedure op te stellen

Een installatie kan een korte interne procedure aannemen: een alarmdrempel voor de daling van CH₄ (bijvoorbeeld een afwijking van het gemiddelde van de afgelopen dagen), een volgorde van controles (meting, hoeveelheid gas, dosering, laboratoriumparameters), beslissingsbevoegde personen en voorwaarden voor het inschakelen van een laboratorium of procesadviseur. Op deze manier is de reactie niet afhankelijk van wie er toevallig dienst heeft. De procedure moet ook aangeven hoe lang de trend wordt geobserveerd voordat de dosering wordt aangepast, om overmatige reacties op een enkele meting te voorkomen.

Wat niet te doen

• Verhoog de dosering niet om de daling van de gasproductie te compenseren. Bij overbelasting verergert dit het probleem.
• Voeg geen chemicaliën toe aan de vergister zonder analyse en aanbevelingen.
• Negeer de trend niet met de aanname dat de analysator een fout heeft gemaakt, zonder de kalibratie te controleren.
• Voer niet meerdere veranderingen tegelijkertijd door, want dan is niet duidelijk welke werkte.