Wat is het methaangetal en waarom is het van belang voor een biogasmotor?

Het methaangetal (MN) is een maat voor de weerstand van gasvormige brandstof tegen kloppende verbranding in een motor met vonkontsteking: hoe hoger het getal, hoe kleiner het risico op kloppen. De schaal is gedefinieerd door referentiemengsels: zuiver methaan heeft een MN van 100, en waterstof een MN van 0. Het methaangetal van een onderzocht gas is gelijk aan het volumepercentage methaan in een mengsel met waterstof, dat onder vastgestelde testomstandigheden dezelfde neiging tot kloppen vertoont. Analoog aan het octaangetal voor benzine.

Wat verhoogt of verlaagt het

Aardgas, dat bijmengsels van hogere koolwaterstoffen bevat, heeft een lager methaangetal dan zuiver methaan. Biogas, dat voornamelijk bestaat uit methaan en grote hoeveelheden CO₂, heeft doorgaans een hoger methaangetal dan aardgas. Biogas met een typische samenstelling heeft een MN in de orde van 120–140 bij berekeningen; het bereik hangt af van het CO₂-gehalte en de berekeningsmethode, dus het is een indicatieve waarde. Deze waarde overschrijdt de schaal van 0–100, omdat het berekende getal voor gassen met een groot aandeel inerte gassen boven de 100 kan uitkomen.

Hoe wordt het bepaald

Directe meting vereist een gespecialiseerde testmotor, daarom wordt MN in de praktijk berekend uit de gassamenstelling (chromatografie). Er bestaan verschillende rekenmethoden: een daarvan wordt beschreven in de bijlage bij norm EN 16726 betreffende de kwaliteit van gas van groep H, en motorfabrikanten gebruiken eigen methoden die voor dezelfde samenstelling verschillende resultaten geven. Daarom moet men bij het vergelijken van waarden weten welke methode is gebruikt. Er bestaat geen universele definitie voor de berekeningen, en de motorfabrikant kan zijn eigen methode vereisen.

Belang voor de CHP-motor

Een gasmotor heeft een toelaatbaar bereik voor het methaangetal, gedefinieerd door de fabrikant. Als het gas een te lage MN heeft, loopt de motor het risico op kloppende verbranding, wat zuigers en lagers beschadigt. In zo’n situatie vermindert de besturing de belasting, vertraagt de ontsteking of verarmt het mengsel. Voor biogas is het risico van een lage MN klein, omdat CO₂ als ballast fungeert. Een vaker voorkomend probleem is een lage stookwaarde, verontreinigingen (waterstofsulfide, siloxanen, vocht) en variabiliteit in de samenstelling; zie Variabiliteit in samenstelling en hoeveelheid biogas en Onderhoud van WKK-motoren.

Waar het methaangetal praktisch van belang is

• Mengen van biogas met ander gas, bijvoorbeeld toevoeging van propaan aan biomethaan om de calorische waarde te bereiken die vereist is bij invoeding in het net; dit kan het MN veranderen.
• Voeden van CNG-motoren met biomethaan. Norm EN 16723-2 (CNG-brandstof voor transport) bevat eisen, waaronder voor het methaangetal; zie Biomethaan in transport.
• Waterstof toegevoegd aan gas. Bijmenging van H₂ verlaagt het MN, wat van belang is voor stationaire motoren.
• Verandering in samenstelling bij storing in de ontzwaveling of tijdens procesverstoringen. Een daling van methaan bij een stijging van CO₂ verhoogt doorgaans het MN.

Wat te doen in de praktijk

1. Het door de motorfabrikant toegestane MN-bereik kennen en de methode volgens welke dit is opgegeven.
2. Meting van de gassamenstelling uitvoeren (continue analysator of periodieke chromatografie) en het MN berekenen met dezelfde methode.
3. Bij verandering van brandstof of toevoeging (bijv. waterstof, propaan) de invloed op het MN met de fabrikant bespreken.
4. Symptomen van kloppende verbranding noteren (geluid, vermogensverlies, opname van klopsensor) en deze correleren met de gassamenstelling.

Voorbeeld: hoe de gassamenstelling het MN beïnvloedt

Een mengsel van methaan met toevoeging van ethaan of propaan heeft een lager methaangetal dan zuiver methaan, terwijl toevoeging van CO₂ het verhoogt. Daarom kunnen twee gassen met dezelfde stookwaarde een verschillend MN hebben als ze qua samenstelling verschillen. Biogas uit een vergister, waarvan de hoofdcomponenten CH₄ en CO₂ zijn, gedraagt zich in dit opzicht anders dan netgas, waarin hogere koolwaterstoffen aanwezig zijn. Na opwerking tot biomethaan wordt het meeste CO₂ verwijderd, waardoor het methaangetal daalt tot een niveau vergelijkbaar met zuiver methaan, en na eventuele toevoeging van propaan om de calorische waarde te corrigeren, daalt het nog verder. Bij motoren die op biomethaan draaien, is het daarom belangrijk de uiteindelijke gassamenstelling te kennen, niet alleen het methaangehalte.