Die Einspeisung von Biomethan in öffentliche Gasnetze ist ein zentraler Baustein der Energiewende, zugleich aber auch technisch anspruchsvoll und sicherheitskritisch. Schwankende Gaszusammensetzungen, variierende Substrate in der Biogaserzeugung und zunehmend strengere normative Vorgaben stellen Netz- und Anlagenbetreiber vor erhebliche Herausforderungen. Um die Gasqualität zuverlässig zu überwachen, Grenzwerte einzuhalten und eine hohe Einspeiseverfügbarkeit sicherzustellen, sind Gasmess- und Überwachungsketten erforderlich, die über abrechnungsrelevante Gasbeschaffenheitsmesssysteme hinausgehen. Sie müssen auch die einzuspeisenden Gasmengen auf nicht zulässige Gasbegleitstoffe überwachen.
Biomethan zwischen Aufbereitung und Netzeinspeisung
Am Anfang der Biomethaneinspeisung steht die Erzeugung von Rohbiogas in der Biogasanlage. Dessen Zusammensetzung variiert je nach eingesetzten Substraten und Prozessführung erheblich. In nachgeschalteten Aufbereitungsstufen – etwa durch Aminwäsche, Druckwasserwäsche, Druckwechseladsorption oder Membrantechnologien – wird das Rohbiogas zu Biomethan veredelt. Das Ziel besteht darin, den Methananteil auf mindestens 96 Volumenprozent anzuheben und unerwünschte Bestandteile wie Kohlendioxid, Schwefelverbindungen oder Feuchtigkeit weitgehend zu entfernen.
Unmittelbar vor der Einspeisung in das öffentliche Gasnetz erfolgt die eichrechtlich relevante Gasbeschaffenheitsmessung mittels Prozess-Gaschromatograph. Diese liefert die Grundlage für Abrechnung und Energiebilanzierung, arbeitet jedoch diskontinuierlich in zeitlichen Intervallen. Genau an dieser Schnittstelle zwischen Aufbereitung und Netzeinspeisung zeigt sich, wie wichtig eine zusätzliche, kontinuierliche Überwachung der Gaszusammensetzung ist.
Zeitkritische Abweichungen frühzeitig erkennen
„Die klassische Gasbeschaffenheitsmessung ist für die Abrechnung und den Nachweis unverzichtbar, reagiert jedoch nicht in Echtzeit“, erläutert Mario Maur, zuständig für den technischen Vertrieb bei ExTox Gasmess-Systeme, einem Spezialisten für Gaswarn- und Gasmesssysteme. „Wenn sich die Gasqualität zwischen zwei Messzyklen verändert, können bereits erhebliche Mengen Gas ins Netz gelangt sein.“ Gerade bei hohen Durchflussgeschwindigkeiten können wenige Minuten ausreichen, um lokale Störungen bei Endverbrauchereinrichtungen auszulösen.
Aus diesem Grund setzen viele Netzbetreiber auf ergänzende Überwachungssysteme, die kontinuierlich messen und als sicherheitstechnisches Frühwarnsystem fungieren. Sie erfassen relevante Parameter fortlaufend und ermöglichen ein sofortiges Eingreifen bei Grenzwertüberschreitungen.
Normative Anforderungen und kritische Gasparameter
Die Einspeisung von Biomethan unterliegt klaren Vorgaben aus dem DVGW-Regelwerk, insbesondere der DVGW G 260, die Grenzwerte für zentrale Parameter wie Methan, Kohlendioxid, Sauerstoff, Wasserstoff und weitere Begleitstoffe definiert. Das Ziel besteht darin, sicherzustellen, dass das eingespeiste Biomethan hinsichtlich Brennwert und Wobbeindex mit dem im Netz vorhandenen Erdgas vergleichbar bleibt und keine schädigenden Gasbegleitstoffe in die Gasverteilnetze geleitet werden.
„Für Netzbetreiber steht nicht nur die Einhaltung einzelner Grenzwerte im Fokus, sondern der Nachweis, dass dauerhaft normkonformes Gas eingespeist wird“, betont Klaus-H. Bardenhagen, Ingenieur bei KHB-Ingenieurservice. „Abweichungen können sicherheitsrelevant sein und im schlimmsten Fall zu Versorgungsunterbrechungen führen.“
Besonders kritisch sind dabei Sauerstoff, Schwefelwasserstoff und Wasserstoff. Sauerstoff kann beispielsweise bei der biologischen Entschwefelung eingesetzt werden und ins Biomethan durchschlagen. Schwefelwasserstoff ist hochkorrosiv und gefährdet Leitungen sowie Endgeräte. Wasserstoff gewinnt zunehmend an Bedeutung, da höhere Zumischungen zulässig sind, was zugleich neue messtechnische Herausforderungen mit sich bringt.
Schwankende Substrate, schwankende Gasqualität
Die zunehmende Nutzung unterschiedlicher Substrate in der Biogaserzeugung verschärft diese Herausforderungen. Während früher überwiegend nachwachsende Rohstoffe verwendet wurden, werden heute verstärkt Gülle, Mist oder organische Abfälle eingesetzt. Diese beeinflussen die Biogaszusammensetzung teils erheblich.
„Je nach Substrat und Betriebsprozesszustand können sich die Anteile von Wasserstoff oder Schwefelwasserstoff deutlich verändern“, erklärt Bardenhagen. „Die Messtechnik muss damit umgehen können, ohne bei jeder Schwankung Fehlalarme auszulösen.“ Robustheit, Stabilität und intelligente Auswertung sind daher entscheidende Kriterien.
Gasanalyse mit kontinuierlicher Überwachung
In der Praxis haben sich Gasanalysen etabliert, die die eichrechtliche Gasbeschaffenheitsmessung durch eine kontinuierliche Überwachung sicherheitsrelevanter Parameter ergänzen. An dieser Stelle kommen Lösungen wie beispielsweise von ExTox zum Einsatz. Sie sind unmittelbar vor dem Prozess-Gaschromatographen positioniert und überwachen das Gas permanent auf kritische Abweichungen.
„Die Systeme dienen zur Ergänzung der klassischen Messung“, so Mario Maur. „Sie liefern kontinuierliche Informationen zur Gasqualität und ermöglichen es, im Bedarfsfall sofort zu reagieren.“ Dadurch lassen sich Risiken minimieren und gleichzeitig die Einspeiseverfügbarkeit erhöhen.
Kombination unterschiedlicher Sensor-Technologien
Dieses Konzept basiert technisch auf der Kombination verschiedener Messprinzipien. So erfassen Infrarotsensoren beispielsweise Kohlendioxid und Methan, Wärmeleitfähigkeitsdetektoren dienen der Wasserstoffmessung und elektrochemische Sensoren überwachen Sauerstoff und Schwefelwasserstoff. Durch die intelligente Verknüpfung dieser Technologien ist eine präzise und stabile Analyse auch bei komplexen Gasgemischen möglich.
Ein besonderer Fokus liegt auf der rechnerischen Kompensation von Querempfindlichkeiten. „Gerade bei hohen Wasserstoffanteilen kann es zu erhöhten und somit fehlerhaften H2S-Konzentrationsmessungen kommen“, erläutert Mario Maur. „Durch zusätzliche Referenzmessungen lassen sich diese Effekte jedoch zuverlässig herausrechnen, sodass genaue H2S-Messwerte zur Verfügung stehen.“
Verfügbarkeit durch Wartung und Service absichern
Neben der Messtechnik selbst spielt die Verfügbarkeit der Systeme eine zentrale Rolle. Automatische Kalibrierungen mit Prüfgasen, interne Selbstüberwachungsfunktionen und ein redundanter Aufbau kritischer Sensoren sorgen für eine hohe Betriebssicherheit. Regelmäßige Wartungen minimieren ungeplante Ausfälle und selbst im Störungsfall ist durch das flächendeckende Servicenetz ein rasches Eingreifen gewährleistet.
Die Überwachungssysteme werden in der Regel in die vorhandene Prozessleittechnik der Einspeiseanlage eingebunden. Über standardisierte Schnittstellen wie 4 bis 20 mA oder Profinet werden die Messwerte übertragen, visualisiert und mit Grenzwerten verknüpft. Während des Anlagenbetriebs können automatisierte Abschaltungen oder Prozessanpassungen ausgelöst werden, während Statusinformationen an übergeordnete Fernwirksysteme weitergegeben werden.
Fazit
Für die sichere und normgerechte Einspeisung von Biomethan ist mehr erforderlich als eine reine Abrechnungsmessung. Schwankende Gasqualitäten, neue Substrate sowie steigende Anforderungen an Sicherheit und Verfügbarkeit machen kontinuierliche Überwachungskonzepte unverzichtbar. Durch die Kombination verschiedener Sensortechnologien, intelligente Auswertung und vorausschauende Wartung lassen sich Risiken minimieren und die Einspeiseverfügbarkeit nachhaltig erhöhen. Gasmess- und Überwachungssysteme wie ExTox Gasmess-Systeme leisten somit einen entscheidenden Beitrag zur stabilen Integration von Biomethan in die bestehenden Gasnetze.
