Variabiliteit van samenstelling en hoeveelheid biogas: waar schommelingen van CH₄ vandaan komen en hoe ze te meten

Biogas uit agrarische installaties bevat doorgaans 50–65% methaan en 35–50% kooldioxide, evenals sporen van waterstofsulfide, ammoniak, waterdamp en soms stikstof en zuurstof. Samenstelling en hoeveelheid zijn niet constant: ze veranderen in de loop van het etmaal (na dosering), in de loop van weken (na een verandering van het mengsel of de toestand van het proces) en in de loop van het jaar (kwaliteit van het kuilvoer, temperatuur). Inzicht in de bronnen van de variabiliteit is een voorwaarde voor een juiste beoordeling van de werking van de installatie en voor de keuze van de eindapparatuur (WKK, opwerking).

Wat het CH₄-gehalte beïnvloedt

Niet te verwarren: het aandeel CH₄ in biogas is niet hetzelfde als de methaanopbrengst per kg oDS. Gas met toegevoegde lucht heeft een lager CH₄-aandeel, hoewel de hoeveelheid methaan gelijk is.

Dagelijkse variabiliteit

Na dosering van vers substraat neemt de gasproductie in de loop van enkele uren toe, bereikt een piek en daalt vóór de volgende dosis. Installaties met dosering een tot twee keer per etmaal hebben grotere schommelingen dan die met continue dosering. Een membraandak egaliseert de schommelingen voor de motor, maar snelle veranderingen van de samenstelling kunnen de ontsteking beïnvloeden. Controleer of in de meetgegevens een herhaalbaar dagpatroon voorkomt; het ontbreken ervan kan wijzen op een probleem met de meting.

Seizoensvariabiliteit

In de zomer heeft kuilvoer vaak een andere samenstelling (afhankelijk van de oogst), in de winter neemt de warmtevraag toe. De buitentemperatuur beïnvloedt condensatie en volumemeting als de gasmeter niet is gecompenseerd. Veranderingen in de kwaliteit van het kuilvoer tussen partijen (bijv. begin en einde van een silo, openen van een nieuwe kuil) kunnen de opbrengst met enkele tot ruim tien procent verschuiven.

Hoe correct te meten

1. Debiet: thermische of vortex-gasmeters met temperatuur- en drukcompensatie; reken om naar Nm³ (0 °C, 1013 mbar) of geef duidelijk de referentieomstandigheden aan.
2. Samenstelling: CH₄/CO₂-analyzers (IR), O₂ (elektrochemisch of paramagnetisch), H₂S (elektrochemisch). Zorg voor drogen van het monster of een correctie voor vocht.
3. Bemonsteringspunt: op een representatieve plaats, na drogen, met een bemonsteringsleiding zonder dode ruimten.
4. Kalibratie: met ijkgassen volgens de aanbevelingen van de fabrikant (doorgaans om de enkele maanden tot een jaar), met een logboek.
5. Middeling: leg gegevens vast met korte intervallen en bereken met het debiet gewogen daggemiddelden.

Voorbeeld van normalisatie

De gasmeter geeft 250 m³/h aan bij 38 °C en een druk van 1020 mbar abs. Reken om naar Nm³: 250 × (273,15/311,15) × (1020/1013,25) ≈ 250 × 0,8779 × 1,0067 ≈ 221 Nm³/h. Het verschil van ca. 12% vloeit uitsluitend voort uit de meetomstandigheden; indien genegeerd overschat het de productie en verstoort het vergelijkingen. Bovendien heeft met waterdamp verzadigd gas een lager aandeel “droog” gas — als de analyzer droog gas meet en de gasmeter vochtig, moet met het vochtgehalte rekening worden gehouden (bij 38 °C neemt waterdamp enkele procenten van het volume in).

Betekenis voor de eindapparatuur

Een gasmotor heeft een beperkt bereik van de aanvaardbare calorische waarde en methaanwaarde; een daling van CH₄ onder de drempel van de fabrikant leidt tot vermindering van het vermogen of uitschakeling. Opwerkingsinstallaties vereisen stabiele ingangsomstandigheden, waaronder controle van O₂ en H₂S. De variabiliteit van de gashoeveelheid beïnvloedt de dimensionering van de gasopslag en de fakkel.

Wat te doen als de samenstelling “zweeft”

1. Controleer de kalibratie en het bemonsteringspunt.
2. Leg de gasgegevens naast dosering, FOS/TAC en pH.
3. Controleer de luchttoevoer voor de biologische ontzwaveling.
4. Beoordeel of een verandering van het mengsel de oorzaak is.
5. Start bij een aanhoudende daling van CH₄ de procedure voor diagnose en bestrijding van verzuring of remming.

Goede gasgegevens zijn de basis van alle volgende beslissingen: energiebalans, afrekeningen, KPI's en beoordeling van de gevolgen van technologische wijzigingen.

Gegevens van enkele maanden — hoe ze te lezen

Een grafiek van de daggemiddelden van CH₄ over het hele jaar toont doorgaans een band van “normale” variabiliteit met een breedte van enkele procentpunten. Buiten deze band treden vereist verklaring: verandering van substraat, storing van de analyzer, verzuring. Als de band zeer breed is, is dat een signaal dat het proces instabiel is of de meting onbetrouwbaar. Het is ook goed het gas van verschillende punten te vergelijken (hoofdvergister, onderste vergister, opslag), want elke tank heeft een iets andere samenstelling.

Invloed op de afrekening

De variabiliteit van de samenstelling beïnvloedt de hoeveelheid energie in het gas bij hetzelfde volume. Afrekeningen en rapportages moeten gebaseerd zijn op energie (genormaliseerd volume × CH₄-gehalte × calorische waarde), en niet op het volume biogas alleen. Een verschil van 3 procentpunten CH₄ is ongeveer 5–6% energie bij een typische samenstelling.