Sicherer Umgang mit H2

Wasserstoff und seine Eigenschaften

Wasserstoff ist ein ungiftiges, farb- und geruchloses Gas. Es weist die geringste Atommasse auf und ist leichter als Luft. Im Vergleich mit anderen Energieträgern können die Eigenschaften des Wasserstoffes zu großen Herausforderungen im Umgang führen. (Verlinkung auf die Tabelle der Informationsseite H2-Eigenschaften)

Überblick zu ausgewählten Gefahren im Umgang mit Wasserstoff

• Explosionsbereich

Wasserstoff kann im Gemisch mit einem Oxidationsmittel, in der Regel dem Sauerstoff in der Luft, eine explosionsfähige Atmosphäre bilden. Der Explosionsbereich von Wasserstoff ist sehr breit. Die untere Explosionsgrenze (UEG) liegt bei rund 4 Vol.-% und die obere Explosionsgrenze befindet sich bei rund 77 Vol.-%

• Geringe Mindestzündenergie

Um ein explosionsfähiges Gemisch aus Wasserstoff zu entzünden, wird nur eine sehr geringe Mindestzündenergie benötigt. In Abhängigkeit der Quelle und des Versuchsaufbau zur Ermittlung dieses Kennwertes liegt die Mindestzündenergie in einem Bereich von 0,0,16 mJ bis 0,02 mJ. Gemäß der Sicherheitshinweise der Firma Linde zum Umgang mit Wasserstoff kann diese Energiemenge bereits durch „Rostteilchen, die von einem schnell strömenden Wasserstoffstrahl mitgerissen werden, durch elektrostatische Aufladung oder beim Aufprall auf ein Hindernis einen zündfähigen Funken erzeugen.“ (Linde, Sicherheitshinweise. 13 – Umgang mit Wasserstoff, S. 1)

• Kaum sichtbare Flamme

Wasserstoffflammen sind sehr fahl und im Tageslicht kaum erkennbar. Zur Detektion werden u.a. Wärmebildkameras oder Strohbesen eingesetzt.

• Extrem hohe Flammengeschwindigkeit

Die maximale Flammengeschwindigkeit von Wasserstoff ist ca. 8-fach größer im Vergleich zu Erdgasflammen. Bei Explosionen besteht daher ein höheres Risiko, dass sich eine Deflagration in eine Detonation wandelt.

• Ausbreitung

Wasserstoffflammen breiten sich häufig nach oben aus. Unter bestimmten Bedingungen ist jedoch auch eine Ausbreitung nach unten möglich – z. B. beim Austritt unter hohem Druck.

• Leckagen

Die Größe des Wasserstoffmoleküls bedingt eine geringe Viskosität, hohe Diffusionsraten und demzufolge sehr häufig Leckage.

• Wasserstoffversprödung

Wasserstoff kann in Materialien eindringen und sich einlagern. Die ist ein Vorteil bei der Suche nach Lagerungsmöglichkeiten. Beim Einsatz von Metallen führt dieser Effekt jedoch zu unerwünschten Veränderungen der Werkstoffeigenschaften. Die Einlagerung des Wasserstoffes verändert die Mirkostruktur und folglich die Sprödigkeit. Ein unerwartetes Versagen des Werkstoffes ist möglich.

• Negative Joule-Thompson-Koeffizient

Im Vergleich zu vielen anderen Gasen erwärmt sich Wasserstoff bei isenthalper Entspannung.

• Einsatz hoher Drücke

Um die Speicherdichte von Wasserstoff zu erhöhen, erfolgt eine Komprimierung durch Druck. Übliche Druckstufen sind aktuell 350 bar und 700 bar. Druckstufen bis zu 1.000 bar sind jedoch möglich. Es entsteht ein hohes Gefährdungspotenzial durch die im System gespeicherte Druckenergie.

• Einsatz tiefer Temperaturen

Um die Speicherdichte von Wasserstoff zu erhöhen, können auch sehr tiefe Temperaturen eingesetzt werden. Hierbei sind auch u. a. die Gefahren einer Kaltversprödung zu berücksichtigen.

Realisierung eines sicheren Umganges

Der sichere Umgang mit Wasserstoff erfordert eine detaillierte Berücksichtigung alle jeweils am System auftretenden Gefährdungen unter Betrachtung der vorherrschenden Bedingungen. Die mindestens dafür einzuhaltenden Sicherheitsanforderungen definiert der Gesetzgeber. Folglich bildet sich das Fundament der Sicherheit durch die Berücksichtigung der Wasserstoff- und Systemeigenschaften, der vorherrschenden Gefahren und den dabei zu beachtenden Rechtsrahmen. Dies gilt sowohl für Hersteller von Anlagen oder Komponenten der Wasserstofftechnologie als auch für die späteren Betreibern. Die Realisierung von sicheren Anlagen wird häufig durch eine gute Zusammenarbeit von Herstellern und Betreibern und durch das Vorhandensein von spezifischen Fachwissen erfolgreich unterstützt.