Monitorização de CO₂ e metano na produção de biogás com soluções de sensores avançados

A produção de biogás é um componente crítico do panorama das energias renováveis, oferecendo uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis. Derivado de resíduos orgânicos, tais como resíduos agrícolas, resíduos alimentares e lamas de águas residuais, o biogás é composto principalmente por metano (CH₄) e dióxido de carbono (CO₂), juntamente com quantidades vestigiais de outros gases. A monitorização das concentrações de metano e dióxido de carbono no biogás é essencial para otimizar os processos de produção, garantir a segurança e atingir os objectivos ambientais e económicos. A PST fabrica uma gama de sensores de biogás com capacidade de medição de dois gases.

O papel do metano na produção de biogás

O metano é o principal vetor energético do biogás, representando normalmente 50-70% da sua composição. A sua concentração está diretamente relacionada com o rendimento energético do biogás. Uma produção eficiente de biogás tem como objetivo maximizar o teor de metano, uma vez que níveis mais elevados de metano se traduzem numa maior produção de energia por unidade de volume.

Nos sistemas de biogás dos aterros sanitários, o metano é produzido através da decomposição anaeróbia dos resíduos orgânicos. Do mesmo modo, nas instalações de compostagem, embora o objetivo principal seja a estabilização dos resíduos orgânicos, as condições anaeróbias controladas podem também gerar metano como subproduto. A monitorização dos níveis de metano nestes ambientes assegura uma captação eficiente de energia e reduz as emissões.

Factores como a qualidade da matéria-prima, a atividade microbiana e as condições do reator influenciam a produção de metano em todos os sistemas de biogás. A monitorização dos níveis de metano fornece informações em tempo real sobre estas variáveis, permitindo aos operadores ajustar parâmetros como a temperatura, o pH e a composição da matéria-prima para otimizar a produção.

O impacto do CO₂ na produção de biogás

Embora o CO₂ seja um subproduto natural da digestão anaeróbia, a sua concentração deve ser cuidadosamente gerida. Altos níveis de CO₂ diluem o conteúdo energético do biogás, tornando-o menos eficiente como combustível. Além disso, nas aplicações em que o biogás é transformado em biometano para injeção nas redes de gás natural, o excesso de CO₂ aumenta o custo e a complexidade do processo de transformação. A gestão eficaz do CO₂ garante uma recuperação óptima da energia, minimizando os impactos ambientais.

Aplicações de sensores de biogás: Aterro sanitário e compostagem

Recuperação de gás de aterro

Os aterros sanitários são uma das fontes mais significativas de biogás, muitas vezes referido como gás de aterro. Os materiais orgânicos dos resíduos dos aterros decompõem-se anaerobicamente ao longo do tempo, produzindo uma mistura de metano e CO₂. A captura e utilização deste gás evita a libertação descontrolada de metano, um potente gás com efeito de estufa, ao mesmo tempo que gera energia renovável. A monitorização dos níveis de metano e CO₂ é fundamental nestes sistemas para maximizar a recuperação de energia e garantir a conformidade com os regulamentos ambientais.

Instalações de compostagem

A compostagem centra-se normalmente na decomposição aeróbica; no entanto, as bolsas anaeróbicas dentro das pilhas de compostagem podem gerar metano e CO₂. Ao monitorizar as emissões de gases, os operadores podem gerir melhor o processo de compostagem, garantindo níveis ideais de oxigénio para minimizar a produção não intencional de metano ou, em alternativa, capturar o metano como uma fonte de energia valiosa em configurações controladas.

Benefícios da monitorização contínua do biogás

Otimização de processos

A monitorização em tempo real do metano e do CO₂ permite aos operadores afinar o processo de digestão anaeróbia, maximizando o rendimento e a qualidade do biogás. Os sensores e analisadores de biogás podem fornecer feedback contínuo, reduzindo o risco de ineficiências dispendiosas ou falhas no sistema.

Segurança

O metano é altamente inflamável e as concentrações não controladas podem representar um risco significativo de explosão. A monitorização assegura que os níveis de metano permanecem dentro dos limites operacionais seguros, protegendo o pessoal e o equipamento.

Adicionalmente, o dióxido de carbono (CO₂) apresenta sérios perigos para além da sua capacidade de deslocar o oxigénio (O₂) em espaços confinados. Embora o CO₂ não seja inflamável, ele é tóxico em altas concentrações:

O CO₂ é mais pesado do que o ar, o que significa que pode acumular-se sem ser detectado em áreas baixas ou mal ventiladas, agravando ainda mais o risco de deslocamento de oxigénio. A monitorização contínua não só atenua estes riscos, fornecendo alertas precoces, como também garante que os ambientes de trabalho permanecem em conformidade com as normas de segurança, protegendo tanto a saúde humana como a integridade operacional.

Conformidade e impacto ambiental

Os quadros regulamentares para a produção de biogás exigem frequentemente limites específicos de teor de metano e CO₂ para cumprir as normas de segurança e ambientais. A monitorização assegura a conformidade com estes regulamentos. A monitorização é vital para aplicações de aterro e compostagem para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e apoiar os objectivos de mitigação das alterações climáticas.

Eficiência económica

Os processos de melhoramento do biogás, como a separação por membranas ou a adsorção por oscilação de pressão, são dispendiosos. A monitorização exacta das concentrações de metano e CO₂ permite um controlo preciso das operações de melhoramento, minimizando os resíduos e maximizando as margens de lucro.

Desafios em aplicações de aterro e compostagem

Limitações de potência

Muitos aterros sanitários situam-se em locais remotos sem acesso a eletricidade fiável. Os sensores instalados nestas áreas têm de ser alimentados por baterias, o que limita as suas capacidades de consumo de energia. Esta restrição afecta a capacidade do sensor para incorporar caraterísticas como o aquecimento interno, tornando-o mais suscetível a factores ambientais.

Factores ambientais

A condensação é um problema significativo em ambientes de aterro. As flutuações de temperatura provocam a acumulação de humidade no interior dos sensores, o que pode prejudicar a funcionalidade do sensor e levar a leituras imprecisas.

H₂S e Corrosão

O sulfureto de hidrogénio (H₂S) é um subproduto comum na produção de biogás. Quando o H₂S se combina com a água da condensação, forma ácido sulfúrico (H₂SO₄). O ácido sulfúrico é altamente corrosivo e pode danificar componentes de aço inoxidável, incluindo as partes ópticas dos sensores, levando à falha do equipamento e ao aumento dos custos de manutenção.

Soluções de sensores de biogás PST

Capacidade de medição dupla de gás

Our sensores avançados pode medir simultaneamente o CO₂ e o metano utilizando um único dispositivo. Esta dupla capacidade não só reduz os custos do equipamento, como também aumenta a exatidão dos dados, fornecendo uma visão abrangente da composição do gás em tempo real.

Compensação de biogás ativo

Em ambientes com mistura de gases, a presença de um gás pode interferir com a medição de outro. Os nossos sensores incluem um fator de compensação de biogás ativo, uma tecnologia que ajusta as leituras para ter em conta a presença de vários gases. Isto garante medições precisas, o que é fundamental para a segurança e eficiência.

Materiais anti-corrosão

Para combater os efeitos corrosivos do ácido sulfúrico, os nossos sensores são construídos com materiais e revestimentos especializados que resistem à corrosão. Isto prolonga a sua vida útil e reduz a necessidade de substituições frequentes.

Atenuação da condensação

Compreendendo os desafios colocados pela condensação, concebemos os nossos sensores com medidas preventivas para ajudar a evitar o aparecimento de condensação. Alguns modelos incluem filtros hidrofóbicos ou mecanismos internos que reduzem a acumulação de condensação, garantindo um desempenho consistente.

Eficiência da bateria

Os nossos sensores estão optimizados para um baixo consumo de energia, o que os torna ideais para aplicações em aterros sanitários remotos com pouca eletricidade. Proporcionam um elevado desempenho sem esgotar rapidamente as baterias, assegurando uma monitorização contínua durante períodos prolongados.

Certificação anti-deflagrante e segurança

O funcionamento em ambientes com gases inflamáveis, como o metano, exige normas de segurança rigorosas. Os nossos sensores estão disponíveis com certificação à prova de fogo, o que significa que foram concebidos para evitar a ignição dos gases circundantes. Esta certificação é fundamental para mitigar os riscos de explosão e garantir a segurança do pessoal e do equipamento. Os Sensores de Gás Duplo PST possuem a seguinte certificação:

• Certificação Industrial Ex d IIC, Certificação Mining M1 disponível para todas as variantes
• Certificação SIL1 (Safety Integrity Level 1) disponível para todas as variantes

Resumo

O biogás representa uma via promissora para as energias renováveis, mas o seu potencial só pode ser plenamente realizado com uma monitorização precisa e fiável dos níveis de CO₂ e metano. O nosso tecnologia avançada de sensores aborda os desafios únicos dos ambientes de aterro e compostagem - ultrapassando as limitações de energia, atenuando a condensação, resistindo à corrosão do sulfureto de hidrogénio e garantindo a segurança com a certificação à prova de fogo.

Para mais informações:

Sensores para aplicações de biogás

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