Meting van methaanemissies uit biogasinstallaties: tracergas, drones, OGI-camera’s en satellieten

Methaanemissies uit biogasinstallaties worden gemeten met enkele elkaar aanvullende methoden: met een optische gasbeeldcamera (OGI) worden lekken gelokaliseerd, met de tracergasmethode en pluimanalyse wordt de totale emissie van de installatie bepaald, met drones met laseranalysatoren worden moeilijk bereikbare plaatsen gecontroleerd, en satellieten detecteren uitsluitend de grootste lekken. De keuze van de methode hangt af van het doel: willen wij het totale methaanverlies kennen of concrete lekken vinden. Een betrouwbaar resultaat vereist vaststelling van de meetgrenzen, geschikte weersomstandigheden en een beoordeling van de onzekerheid.

Lokaliserende methoden (puntbronnen)

1. OGI-camera – beeldt de methaanwolk af in infrarood; maakt het mogelijk snel kleppen, membraandaken en flenzen te controleren. Vereist een gekwalificeerde operator en goede omstandigheden (wind, temperatuurcontrast), en kwantitatieve waarden zijn moeilijk te verkrijgen.
2. Draagbare detectoren – meten de concentratie bij de bron; een Ex-uitvoering is vereist in explosiegevaarlijke zones.
3. Schuimvormende oplossing – eenvoudige test van verbindingen.
4. Drones met analysatoren – maken meting boven tanks en daken mogelijk, ook moeilijk bereikbare.

Kwantitatieve methoden (totale emissie)

1. Tracergasmethode – in de buurt van de installatie wordt een bekende gasstroom vrijgegeven (bijv. acetyleen of N₂O), en mobiele analysatoren meten de concentraties van dit gas en van methaan in de pluim achter de installatie. De verhouding van de concentraties maal de bekende stroom geeft de methaanemissie. De methode wordt veel toegepast in meetcampagnes in Europa; de onzekerheid ervan hangt af van de omstandigheden en het aantal passages.
2. Inverse dispersiemodellering – laseranalysatoren op een lijn of stationair en windgegevens dienen om de bronsterkte te berekenen met een model van gasverspreiding.
3. Balansmethoden – vergelijking van de hoeveelheid geproduceerd biogas met de benutte en schatting van de verliezen; een onnauwkeurige methode voor kleine verliezen, maar eenvoudig.
4. Metingen in kamers en tanks – meetkamers, analyse vanaf het oppervlak van open tanks.

Satellieten en grote schalen

Satellietsystemen detecteren grote lekken, doorgaans van enkele tientallen tot enkele honderden kg CH₄ per uur (afhankelijk van het systeem en de omstandigheden). Een installatie met een productie van 2,2 miljoen m³ methaan per jaar verliest bij een verlies van 1% 22.000 m³, oftewel gemiddeld 2,75 m³/h ≈ 2 kg CH₄/h (22.000 m³/jaar × 0,717 kg/m³ ≈ 15,8 t/jaar; 15,8 t/jaar ÷ 8000 h ≈ 2 kg/h). Dergelijke lekken zijn minstens tientallen malen kleiner dan de detectiedrempel van satellieten, dus satellieten dienen voor het opsporen van storingen en grote emittenten, maar niet voor de controle van typische verliezen van biogasinstallaties.

Onzekerheid en omstandigheden

Het resultaat hangt af van windrichting en -snelheid, stabiliteit van de atmosfeer, afstand, geometrie van de installatie (of alle bronnen binnen de pluim vallen), emissies van naburige objecten (bijv. stal, stortplaats), tijdstip van de meting (emissies veranderen in de loop van de dag, bijv. na het lossen) en bediening. In rapporten moeten de methode, tijd, omstandigheden, onzekerheid en de meegenomen bronnen worden vermeld.

Voorbeeld van een berekening met de tracergasmethode

Uitgangspunten: acetyleen is als tracergas vrijgegeven in een hoeveelheid van 0,5 kg/h, dus 500 g/h ÷ 26 g/mol ≈ 19,2 mol/h. Na integratie van de passages door de pluim bedraagt de molaire verhouding van het overschot aan CH₄ tot het overschot aan tracergas 2,5. Methaanstroom: 2,5 × 19,2 ≈ 48 mol/h, oftewel 48 × 16 g/mol ≈ 0,77 kg CH₄/h. Bij 8000 h is dat ca. 6,2 t per jaar, wat overeenkomt met ca. 0,4% van de methaanproductie in een installatie met 2,2 miljoen m³ CH₄ per jaar (ca. 1580 t). De gegevens zijn illustratief; in de praktijk moeten achtergrond, meerdere passages en onzekerheid worden meegenomen.

Hoe een campagne te plannen

1. Definieer het doel (totale emissie of lokalisatie).
2. Kies de methode en een uitvoerder met ervaring in biogas.
3. Stel de periode vast (enkele dagen onder verschillende omstandigheden en bedrijfsfasen).
4. Bereid de gegevens van de installatie voor (productie, schema van voeding en afname).
5. Voer na de meting een lokalisatie met een OGI-camera uit en repareer de lekken.
6. Herhaal de meting na de reparaties om het effect te beoordelen.

Interpretatie van de resultaten

Het resultaat van de meting van de totale emissie is raadzaam te betrekken op de methaanproductie tijdens de meting, om een procentuele verliesindicator te verkrijgen. Een enkele meting is soms niet representatief, omdat emissies veranderen in de loop van de dag en het seizoen (bijv. hoger in de zomer uit digestaat, hoger na storingen). Daarom wordt aanbevolen enkele campagnes per jaar uit te voeren of de metingen te combineren met continue monitoring van de dichtheid. Controleer bij het vergelijken van resultaten met andere installaties of dezelfde methode en definitie van de installatiegrenzen is gehanteerd.

Samenvatting

Metingen van methaanemissies worden steeds belangrijker vanuit regelgevend en certificeringsoogpunt. Het beste is kwantitatieve en lokaliserende methoden te combineren en de resultaten te beschouwen als uitgangspunt voor herstelmaatregelen.