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Misurazione puntuale del biogas in condizioni mobili: GAP100 in azione sul campo

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Gli impianti di biogas sono impianti sensibili: se l’equilibrio biologico nel fermentatore non è corretto, sono inevitabili perdite di efficienza e costosi danni ai costosi impianti di cogenerazione.

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Impianti di biogas in agricoltura: perché le misurazioni puntuali mobili sono fondamentali per l’efficienza e la sicurezza

Gli impianti di biogas agricoli sono reattori biologici complessi. Il liquame, l’insilato e i residui come la polpa di barbabietola da zucchero vengono fermentati anaerobicamente in biogas all’interno dei fermentatori – un processo sensibile alle fluttuazioni di temperatura, ai cambiamenti del substrato e all’ingresso di ossigeno.

Soprattutto negli impianti a due stadi con fermentazione mesofila (circa 35–40 °C) e termofila (circa 50–55 °C), è indispensabile un attento monitoraggio della composizione del gas. Un progetto attualmente in corso presso un’azienda agricola illustra come le misurazioni puntuali mobili effettuate con l’analizzatore di gas portatile GAP100 aumentino l’affidabilità del processo, anche in condizioni climatiche difficili.

Il punto di partenza: 11 punti di misurazione, due fasi di fermentazione, un dispositivo mobile

L’operatore fermenta residui agricoli (liquame, insilato di mais, residui di barbabietola da zucchero) in un impianto a due stadi con controllo parallelo dei processi mesofili e termofili. Ai fini della garanzia della qualità, sono necessarie misurazioni puntuali due volte alla settimana in undici punti di misurazione definiti:

- Fermentatore principale (mesofilico e termofilico)

- Post-digestore

- Serbatoio di stoccaggio del gas (prima e dopo la desolforazione)

- Lato utente (ingresso della cogenerazione dopo il filtro a carbone attivo)

I parametri di misura richiesti: CH₄ (0–100% vol.), CO₂ (0–65% vol.) e O₂ (0–25% vol.). Un’installazione fissa in ciascun punto risulterebbe antieconomica: è proprio qui che uno strumento di misura portatile dimostra appieno i propri punti di forza.

L’H₂S come «valore aggiunto nascosto»: perché la misurazione dell’idrogeno solforato dovrebbe essere obbligatoria

Oltre al CH₄ e al CO₂, l’idrogeno solforato è un parametro fondamentale per la protezione dell’impianto. Il biogas grezzo contiene da 100 a oltre 2.000 ppm di H₂S, a seconda del substrato. Una desolforazione inadeguata può portare, tra l’altro, ai seguenti effetti:

- Corrosione delle tubazioni di trasporto del gas, degli scambiatori di calore e dei componenti dell’impianto di cogenerazione

- Avvelenamento del catalizzatore nel sistema di post-trattamento dei gas di scarico

- Emissioni di SO₂ dopo la combustione, che possono superare i limiti ufficiali

Il GAP100 misura di serie l’H₂S fino a 2.000 ppm tramite un sensore elettrochimico. Ciò consente di verificare direttamente l’efficienza del filtro a carbone attivo: se il contenuto di H₂S aumenta a valle del filtro, è necessario sostituire il filtro prima che i componenti a valle subiscano danni. Il GAP100 è uno strumento di misura di processo per la misurazione puntuale della qualità dei gas e non un dispositivo di protezione individuale o di allarme gas.

Il GAP100 in dettaglio: precisione di misura stazionaria in un alloggiamento portatile

Abbiamo sviluppato il GAP100 come versione portatile dei nostri analizzatori stazionari. Le specifiche tecniche più importanti:

Fondamentale: la pompa integrata e il separatore di condensa con filtro eliminano la necessità di dispositivi esterni aggiuntivi. Il kit di accessori incluso – valigetta di trasporto, tubo di campionamento in PTFE, tubo di campionamento e il software di valutazione GMM – consente l’uso immediato sul campo senza ulteriori acquisti.

Pretrattamento: perché il raffreddatore di gas lato cliente si abbina perfettamente al GAP100

Il biogas è saturo di vapore acqueo ed esce dal fermentatore a una temperatura compresa tra circa 35 e 55 °C, a seconda della fase. Senza essiccazione, la condensa si depositerebbe nel dispositivo di misura, compromettendo il funzionamento della cella di misura NDIR e delle celle elettrochimiche. Nel progetto descritto, un raffreddatore di gas lato cliente è posizionato a monte del GAP100, essiccando il gas campione fino a un punto di rugiada di circa 5 °C.

Poiché la cella di misura del GAP100 è riscaldata a 45 °C ± 2 K, la sua temperatura è significativamente superiore a tale punto di rugiada, per cui non si verifica alcuna ricondensazione all’interno dello strumento. La consueta bassa sovrapressione nel punto di misura rientra nell’intervallo di compensazione della pressione dello strumento. Il condizionamento del gas a monte prolunga inoltre la durata del sensore e mantiene le operazioni di taratura entro l’intervallo annuale previsto.

Zona climatica estrema: misurazione mobile in condizioni invernali

Nel progetto era richiesta l’operatività a temperature ambiente fino a −20 °C. Il GAP100 è specificato dal produttore per un intervallo compreso tra +5 e +45 °C; le temperature inferiori a questo intervallo esulano dalle specifiche del dispositivo. In presenza di gelo, la sensibilità dei sensori elettrochimici diminuisce, la capacità utilizzabile delle batterie agli ioni di litio cala significativamente – la ricarica al di sotto di 0 °C dovrebbe essere evitata poiché danneggia le celle – e la condensa può congelarsi nelle linee di alimentazione. Il dispositivo può essere utilizzato entro i limiti delle specifiche se si rispetta il seguente concetto di impiego:

- Conservazione esclusivamente in un locale o veicolo riscaldato (ad es. container tecnico, edificio operativo)

- Acclimatazione ad almeno +5 °C prima della messa in funzione

- Utilizzo all’aperto solo per brevi periodi, limitatamente al campionamento effettivo nel punto di misura

- Trasporto in una valigetta isolata, mantenendo al caldo la linea del gas campione

- Ispezione visiva per verificare la formazione di condensa/ghiaccio dopo ogni utilizzo

Vantaggi pratici: cosa offrono all’operatore i dati provenienti da 11 punti di misurazione

La raccolta bisettimanale dei quattro componenti principali fornisce un quadro completo dell’impianto:

- Andamento del CH₄ nel fermentatore: indicatore dell’attività biologica e della qualità del substrato

- Rapporto CO₂/CH₄: indicatore precoce di acidificazione o anomalie di processo

- Contenuto di O₂: controllo della desolforazione biologica (dosaggio mirato dell’aria) e rilevamento di perdite

- H₂S a monte e a valle del filtro a carbone attivo: capacità residua del filtro e stato di protezione del sistema di cogenerazione (CHP)

Tutti i valori misurati, compresi i timestamp e l’assegnazione dei punti di misurazione, vengono documentati tramite l’interfaccia RS232 e il software GMM: una solida base per la documentazione operativa e la gestione della manutenzione.

Precisione mobile per i mercati del biogas in crescita

Gli impianti di biogas agricoli costituiscono la spina dorsale della produzione energetica decentralizzata, specialmente nelle regioni con elevati volumi di residui agricoli. Le misurazioni puntuali mobili con il GAP100 offrono agli operatori un approccio economicamente vantaggioso al monitoraggio sistematico dei processi: quattro componenti, precisione di misurazione pari a quella degli strumenti fissi, otto ore di autonomia della batteria e una valigetta completa per l’uso sul campo.

La misurazione standard dell’H₂S è più di un semplice vantaggio: è una componente fondamentale per la sicurezza dell’impianto e sul lavoro. Per le zone climatiche più impegnative, definiamo insieme al cliente un concetto di impiego che rispetti le specifiche del dispositivo, garantendo al contempo valori di misura affidabili. Ciò trasforma un dispositivo standard in una soluzione su misura per la produzione di biogas. Contattateci per la vostra soluzione personalizzata!

Leggi l’articolo originale su freseniusinstruments.com: https://freseniusinstruments.com/blog/22728/mobile-biogas-spot-measurement-gap100-in-field-operation/?lang=en