MultiSens

Effizientere Nutzung von biogenen Reststoffen durch den Einsatz funkbasierter Multipositionssensoren in Biogasanlagen

01.09.2011

31.08.2013

FKZ-Nr.:

03KB059

Im beantragten Projekt soll ein drahtloses Sensorsystem entwickelt werden, welches die Realisierung einer Multipositionssensorik in Biogasreaktoren erlaubt. Die Sensoren sollen durch eine Aufhängung im Kopfraum in der Höhe variabel positioniert werden können und damit zur datenbasierten, positionsabhängigen Beschreibung verschiedener Parameter über den Prozessverlauf genutzt werden. Funk soll hierbei zur Datenübertragung im Kopfraum sowie zur dreidimensionalen Ortung des Sensorkopfes während der Datenerfassung bzw. Probenahme genutzt werden. Das Multipositionssensorikmodul besteht dabei aus miniaturisierten Sensoren, die für den Einsatz in Biogasreaktoren optimiert werden. Ziel ist es, mit den beschriebenen Werkzeugen Messdaten zu generieren, die Gradienten in Reaktoren beschreiben und – kombiniert mit einer Regressionsanalyse – zu einer Optimierung der Prozessauslegung und -steuerung führen können.

Das Verbundprojekt beschäftigt sich mit dem Aufbau eines Multipositionssensors zum Monitoring der Flüssigphase in Biogasreaktoren. Anders als bisher richtet sich die Anwendung auf die Untersuchung des Kerns der Flüssigphase, während Proben bisher fast ausschließlich durch Probennahme am Rand des Reaktors gewonnen werden. Durch die Verbesserung von Mikrosensoren und die intelligente Verknüpfung von Ortung und drahtloser Datenübertragung soll ein prozessanalytisches Werkzeug entstehen, was sich für den Einsatz in Biogasreaktoren eignet und zu einem verbesserten Verständnis von Gradienten im Kern der Flüssigphase sowie vorallem auch zu einer optimierten Kontrolle beitragen kann. Insbesondere sollen Prozessstörungen frühzeitig erkannt und lokalisiert und daraus Rückschlüsse über eine optimierte Betriebsweise gezogen werden.

Biogas

Im Forschungsvorhaben werden bereits als Prototyp bestehende Funkverstärker mit Mikrosensoren insbesondere in Feldversuchen an einer Biogasanlage auf ihren Einsatz getestet und die Anforderungen abgestimmt. Die Schaffung einer Mehrparameter-messsonde mit miniaturisierten und speziell für die Applikation optimierten Sensoren zur Bestimmung von pH-Wert, Redoxpotenzial sowie optional der Leitfähigkeit stellt einen zentralen Bestandteil dar. Wegen der für chemosensorische Messungen extremen Umgebungsbedingungen innerhalb des Reaktormediums genügen insbesondere weder konventionelle Redox- noch Referenzelektroden den hohen Ansprüchen im Vorhaben, die u.a. in einer Maximierung der bedienerfreundlich zu gestaltenden Wartungsintervalle der Messtechnik bestehen. Zudem wird ein anwendungsgerechtes System mit Sender und Empfänger zur Ortung und Datenerfassung entwickelt. Gleichzeitig erfolgt eine ausführliche Charakterisierung der Gradienten in einer realen Anlage mit offenem Vorvergärer. Alle relevanten Prozessparameter aus üblich gewonnenen Proben und zusätzlich aus Proben, die durch Lanzen aus dem Kern der Flüssigphase entnommen wurden, werden im Labor ermittelt. Dadurch kann ein Abbild des physiologischen Zustandes der Zelle erlangt und entscheidende Einflussparameter ermittelt werden. Mit den gewonnenen Daten werden Regelstrategien implementiert und die Nutzung des Konzeptes als prozessanalytisches Werkzeug (PAT) in einer Studie demonstriert.

Die Aufgabe des Kurt-Schwabe-Instituts besteht darin eine Multiparametersonde zu entwickeln. Diese soll unter den extremen Umgebungsbedingungen im Reaktormedium den pH-Wert, das Redoxpotenzial und optional die Leitfähigkeit bestimmen. Eine wesentlich zu lösende Aufgabe wird die Entwicklung der langlebigen Referenzelektrode sein.