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Organisationseinheit der BAM
Die Einführung von Wasserstoff als sicherer Energieträger braucht eine robuste Wissensbasis, darauf aufgebaute Werkzeuge zur Auslegung und Sicherheitsbewertung von Wasserstofftechnologien und ein international harmonisiertes Regelwerk. Viele der innovativen Technologien implizieren Wasserstoff bei hohen Drücken und/oder kryogenen Temperaturen, mit denen in verteilten Anwendungen erstmalig private Nutzer in Kontakt kommen. Um überkonservative, teure Sicherheitslösungen zu vermeiden, gleichzeitig aber die Einsetzbarkeit und Sicherheit von Wasserstoffanwendungen zu demonstrieren und die Akzeptanz für die Technologie aufrecht zu halten, muss auch die Sicherheitsforschung mit den Trends der technologischen Entwicklung Schritt halten, oder sie besser noch antizipieren. So beschreibt dieser Überblicksartikel nicht nur den gegenwärtigen Stand der Kenntnisse und Technik bezüglich Wasserstoffsicherheit, sondern auch ihre Weiterentwicklung.
In Gasphasen aus Ethylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO), die bei technischen Alkoxylierungsreaktionen vorkommen, können auch ohne den Zutritt von Luft Zerfallsreaktionen stattfinden, die explosionsartig mit einer vielfachen Temperatur- und Drucksteigerung verlaufen. Zur Abschätzung der Auswirkungen solcher Explosionen wurden die Explosionsdrücke und die zeitlichen Druckanstiege von reinem EO und EO/PO-Gemischen bei Temperaturen von 100°C bis 200°C und Drücken von 1 - 10 bar in einem 3-dm³-Behälter und punktuell in einem 100-dm³-Behälter experimentell bestimmt.
Die Kenntnisse der Einflüsse von Druck, Temperatur und Oxidationsmittel auf sicherheitstechnische Kenngrößen wie Explosionsgrenzen sind eine notwendige Voraussetzung, um zu entscheiden, ob mit den bei atmosphärischen Bedingungen geltenden Kenngrößen eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten ist. Dies wird anhand von Beispielen erklärt und die Konsequenzen für die praktische Anwendung in der Industrie diskutiert.
In der Prozesstechnik kommt es immer wieder zu Zündungen durch Druckstöße mit Gasen. Bekannt ist dieses Phänomen vom Umgang mit Sauerstoff im Kontakt mit nicht geeigneten Materialien. Aber auch andere Gase, z. B. Acetylen, können durch schnelle Kompression gezündet werden. In der vorliegenden Arbeit werden, in Fortführung früherer Untersuchungen in Rohren, solche Zündvorgänge mit Hilfe von Zündtemperaturen abgeschätzt.
Sicherheitstechnische Kenngrößen bilden die Grundlage des Brand- und Explosionsschutzes. Sie müssen daher stets auf dem neuesten Stand, verlässlich und schnell verfügbar sein. Diese Anforderungen erfüllt die Datenbank CHEMSAFE, ein Gemeinschaftsprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e. V. Die Datenbank enthält von Fachleuten bewertete Kenngrößen von etwa 3000 brennbaren Flüssigkeiten, Gasen und Stäuben sowie von etwa 2800 Gemischen.
Grundlegende Anforderungen des Brand- und Explosionsschutzes im weitesten Sinn und entsprechende sicherheitstechnische Standards werden in europäischen Richtlinien und Normen beschrieben. Der Beitrag skizziert beispielhaft aktuelle Entwicklungen und in einigen Fällen deren Auswirkungen auf das entspechende nationale Regelwerk.
Für die sicherheitstechnische Beurteilung von Sterilisationsprozessen wurden die Explosionsgrenzen von Gasgemischen aus Ethylenoxid, Inertgas und Luft experimentell bestimmt. Die Messungen sind mit Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf bei 20 und 100 °C sowie bei 0,4 und 1,0 bar durchgeführt worden. Mit Hilfe der Daten wurde ein halbempirisches Modell entwickelt, mit dem die Explosionsfähigkeit von Prozessgasgemischen berechnet werden kann.