PicoGC: ein neues Mikro-GC-Gerät zur Analyse von Erdgas

Micronit GmbH hat sich mit Pollution Analysegeräten in einem Projekt namens PicoGC zusammengeschlossen. Ziel dieses Projekts ist es, ein neues MEMS-basiertes Gerät zu entwickeln, das alle analytischen Funktionen der Gaschromatographie integriert und eine bessere Leistung als aktuelle Mikro-GC-Geräte aufweist.

Miniaturisierte Gaschromatographie-(microGC)-Systeme bieten das Potenzial für die schnelle Analyse organischer Proben in einer kompakten und stromsparenden Einheit. PicoGC integriert auf Chip-Ebene alle wichtigen Teile von Gaschromatographiegeräten, nämlich den Injektor, die Analysesäule und den Detektor. Zu beachten ist, dass alle diese Teile, die zusammen das lebenswichtige Herzstück des Gerätes bilden, ausschließlich aus Glas und Silizium gefertigt sind. Dabei kommen modernste Ätz- und Bondtechniken zum Einsatz. Dieses Mikrogaschromatographiegerät wird speziell im Erdgasfeld eingesetzt und wird Anwendungen wie Heizwertberechnungen, Geruchsdetektion und Schlammprotokollierung umfassen. Leistungsstarke Trennsäulen und eine hervorragende Gesamttechnik ermöglichen eine enorme Steigerung der Empfindlichkeit und Linearität in diesem neuen Gerät. 

Höhere Genauigkeit in der Messung der Zusammensetzung von Naturgas

Die unterschiedliche Zusammensetzung von Naturgas kann zu einer ungewissen Wärmeübertragungsleistung führen. Die Prävalenz von z.B. Wasser im Gas führt zu Ineffizienzen im Verbrennungsprozess. Aufgrund der hohen Temperaturen bei der Verbrennung wandelt sich Wasser in Dampf um. Die für die Verdampfung des Wassers erforderliche Energie wird nicht als Wärme freigesetzt. Mit anderen Worten: Der Dampf speichert einen kleinen Teil der verfügbaren Energie. Dadurch wird die Wärmeübertragungsleistung des Gases leicht reduziert und der Energieverbrauch erhöht. Die Gesamtmenge der bei der Verbrennung einer Brennstoffeinheit freigesetzten Wärme wird als höherer Heizwert (HHV) bezeichnet. Die Energiemenge, die nach Abzug der "verlorenen" Wärme durch Wasserverdampfung übrig bleibt, wird als Niederer Heizwert (LHV) bezeichnet. Durch die Analyse der Gaszusammensetzung kann die LHV berechnet werden. PicoGC strebt eine präzisere Steuerung in Echtzeit der LHV an.

Darüber hinaus können Wasserdampf- und auch Schwefelkomponenten im Gas Korrosions- oder Kondensationsprobleme in den Rohrleitungen verursachen. PicoGC führt Echtzeitmessungen von Schwefelverbindungen und Wasser durch, was von großer Bedeutung ist, um eine angemessene Gasqualität und Energieeffizienz zu gewährleisten. Auf diese Weise ermöglicht die genaue Bestimmung der Gaszusammensetzung nicht nur einen effizienteren Verbrennungsprozess, sondern ist auch im Hinblick auf die Integrität der Rohrleitung wertvoll. 

Präzisere Geruchsstoffanalyse

Da Erdgas an sich geruchlos ist und brennbar ist, werden Geruchsstoffe in das Gas eingespritzt, so dass es von jeder Person mit normalem Geruchssinn wahrgenommen werden kann. Die Art des Duftstoffes und die verwendeten Mengen variieren von Land zu Land, je nach den örtlichen Vorschriften. Für Verteiler und Transporteure wird ein wichtiges Merkmal von PicoGC die Fähigkeit sein, jede Art von Geruchsstoff, der in Gas verwendet wird, auch bei sehr niedrigen Werten zu erkennen. Dies ist ein großer Fortschritt, da derzeit keines der Messsysteme über die entsprechende Empfindlichkeit verfügt. Darüber hinaus ermöglicht PicoGC eine Online-Analyse von Duftstoffen, so dass keine Analysen in externen Labors erforderlich sind. 

Analyse der Schlammprotokollierung in Echtzeit

Für Explorations- und Produktionsdienstleister liegt der Hauptvorteil von PicoGC in der Analyse der Naturgaszusammensetzung im Schlammbereich. Schlammproduzenten erstellen eine detaillierte Aufzeichnung eines Bohrlochs, indem sie die Gesteinsschnitte untersuchen, die von der Bohrvorrichtung an die Oberfläche gebracht werden. Auf diese Weise wird die Geologie von Gasformationen ausgewertet, wodurch der gesamte organische Gehalt des Gesteins bestimmt werden kann. Dies hilft Geologen, die produktivsten Schichten zu finden und vermeidet Bohrungen an der falschen Stelle. Die Schlammprotokollierung wird derzeit auf dem Bohrgelände auf Oberflächenniveau durchgeführt. Die aktuelle Analysedauer beträgt mehrere Minuten. PicoGC verspricht eine enorme Verkürzung der Analysezeit. Diese Verkürzung der Analysezeit ist durch die dünnere und kürzere Analysesäule möglich. Weitere Verbesserungen des Gerätes sind seine hohe Präzision, seine Robustheit und seine geringe Größe. 

Was trägt Micronit GmbH zur Entwicklung von PicoGC bei?

Während des Entwicklungsprozess von PicoGC konnte ein sehr breites Spektrum der bei Micronit GmbH verfügbaren Verfahren eingesetzt werden. Dazu gehören PECVD, Trockenätzen von Silizium und Oxid, Nassätzen von Silizium und Glas, verschiedene Verbindungstechniken (anodisch, direkt und klebend), Lift-off, Mikrosandstrahlen und vereinzeln. Darüber hinaus konnte Micronit sehr unterschiedliche Materialien zur Herstellung von Chips wie Glas, Silizium und Polymere verwenden und kombinieren. Dabei galt es, angepasste Lösungen anzuwenden, wie z.B.:

-Bildung von spannungsarmen Schichtkombinationen

-Trockenätzen verschiedener Kanalgeometrien auf demselben Wafer

-Umgang mit sehr empfindlichen Strukturen.

Für die zukünftige kommerzielle Fertigung wird Micronit auch für die Skalierung des Herstellungsprozesses der Chips verantwortlich sein.

Das PicoGC Projekt wird durch das Europäische Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020  unter der Zuwendungsvereinbarung 756439 gefördert.

Weitere Informationen sind auf der Projektwebseite http://picogc-project.eu/ zu finden. 

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