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Verkehrsunfälle unter Beteiligung von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen wie LPG („Autogas“, Liquefied Petroleum Gas), CNG (Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas) oder CGH2 (Compressed Gas Hydrogen, komprimierter Wasserstoff), bergen neue, komplexe Risiken für Passagiere, Einsatzkräfte und deren Umfeld. Im Rahmen des Projektes „CoFi-ABV“ beschäftigt sich die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unter Berücksichtigung komplexer Brand- und Explosionsszenarien mit einer ganzheitlichen Betrachtung der Auswirkungen des unfallbedingten Versagens von Gasbehältern für alternative Kraftstoffe. Ein wichtiger Teil des Forschungsvorhabens umfasst Entwicklung, Aufbau und Validierung einer unbemannten Flugplattform (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) zur Ferndetektion von Gaswolken. Für das sogenannte gassensitive Mini-UAV wird ein robuster Open-Path-Gasdetektor auf einer Sensorbewegungsplattform in Form eines modifizierten Kamera-Gimbals, integriert. Ziel ist es, ein leistungsfähiges und robustes Werkzeug zu entwickeln, welches Einsatzkräften im Falle eines Unfalls als Hilfe zur Abschätzung der Gefahr durch Gaswolken, ihrer Ausbreitung und der notwendigen Absperrbereiche zur Verfügung steht. Dieser Artikel ist der zweite der Reihe und legt, nach Projektvorstellung im ersten Teil, nun den Schwerpunkt auf das gassensitive Mini-UAV.
A 400 m² soil test field with gas injection system was built up for the purpose of large-scale validation, optimization, and characterization of a novel comprehensive monitoring method for underground gas storage areas. The method combines gas sensing technology with linear form factor for in-situ monitoring of gases in soil with the mapping capabilities of Computed Tomography (CT) to reconstruct time-series of gas distribution maps based on samples of orthogonally-aligned linear gas sensors. Several injection experiments with carbon dioxide (CO2) at different days with varying boundary conditions indicates the potential of the method for, e.g., rapid leakage detection with respect to Carbon Capture and Storage (CCS) issues.
Flüssige und komprimierte Gase sind in Deutschland, Europa und der Welt vielfältig als alternative Kraftstoffe im Einsatz. Diese werden unter teilweise hohem Druck in robusten Behältern an Bord gespeichert. Ein Versagen des Treibstoffbehälters im Schadensfall sollen verschiedene Sicherheitseinrichtungen, auch bei einem eventuell unfallbedingt auftretenden Fahrzeugbrand, verhindern. Sind diese Sicherheitseinrichtungen unfallbedingt beschädigt oder liegen die Belastungen dieser Einrichtung außerhalb ihres Auslegungsbereichs, ist ein Versagen des Behälters dennoch möglich. Dadurch kann es zur Bildung eines explosionsfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs mit den entsprechenden Folgen für Fahrgäste, Einsatzkräfte und Umfeld kommen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) untersucht im Forschungsprojekt "CoFi-ABV" mit umfangreichen zerstörenden Versuchsreihen im Realmaßstab die Folgen des unfallbedingten Versagens von Behältern für alternative Kraftstoffe und Maßnahmen zur Reduktion dieser Folgen im Rahmen einer ganzheitlichen Auswirkungsbetrachtung. Dieser Beitrag ist der Start einer Reihe und soll die Problemstellung sowie die Projektinhalte umfassend erläutern.
A monitoring method is introduced that creates twodimensional (2D) maps of the soil gas distribution. The method combines linear gas sensing technology for in-situ monitoring of gases in soil with the mapping capabilities of Computed Tomography (CT) to reconstruct spatial and temporal resolved gas distribution maps. A weighted iterative algebraic reconstruction method based on Maximum Likelihood with Expectation Maximization (MLEM) in combination with a source-by-source reconstruction approach is introduced that works with a sparse setup of orthogonally-aligned linear gas sensors. The reconstruction method successfully reduces artifact production, especially when multiple gas sources are present, allowing the discrimination between true and non-existing so-called ghost source locations. Experimental validation by controlled field experiments indicates the high potential of the proposed method for rapid gas leak localization and quantification with respect to Pipeline or underground gas storage issues.
Concept for investigating mechanical and thermal impacts on distributed subsurface gas monitoring
(2016)
A multifunctional sensor in line shape was developed and introduced in previous work for measuring of gas concentrations, temperature change, and strain. A current field study focuses on a spatially distributed monitoring of subsurface CO 2 gas storage sites in near real time.
Mechanical impacts, e.g., caused by construction work, denudation, and seismic activity, can affect the integrity of underground gas storage sites. Thermal or moisture impacts, e.g., caused by weather conditions, can influence the gas Distribution behavior. In this paper, we briefly describe the setup of a CO 2 injection soil test field. This setup contains actuating elements for the investigation of mechanical and thermal impacts on distributed subsurface gas monitoring. A concept is given for evaluating these impacts and first experimental results are presented.
Gas sensors in linear form based on the measuring principle of gas selective permeability through a membrane were developed and introduced for the detection and quantification of gas concentrations. A current field study focuses on measuring CO2 concentrations for a spatially distributed monitoring of subsurface CO2 gas storage sites in near real time. A 400 m² test site and a corresponding laboratory system were built up to characterize, validate, and optimize the sensor. A calibration routine was developed, which can be applied subsequently to underground installation. First measurement results indicate the potential of the method.
Geogenic gases from natural sources, carbon dioxide (CO2) from a geological repository (carbon capture and storage - CCS) or a leaking gas pipeline can present serious risks in industrial and urban areas. To extend the lead time for risk treatment in such critical regions, reliable detection of gases within the shallow subsurface is required to observe critical gas accumulations before degassing into the atmosphere.
A near real-time monitoring approach is introduced to determine the volumetric expansion of a leakinggas in the subsurface. Considering the pressure relaxation with the ambient air pressure, the approach enables the forecasting of the final size of a pressurized gas body in terms of characteristic lengths. According to theoretical basics, such a characteristic length, which enables us to perform a gas (safety) measurement based on a purely geometrical measure, behaves independently of subsurface properties,i.e., it enables a reliable quantification of the escaping gas irrespective of its heterogeneous or changingflow path distribution. A field test for a 10 l/min pinhole leakage injected into a 10 m long, 0.4 m wide, 0.95 m deep soil-filled trench that was equipped with linear sensors shows the lateral-vertical volumetric gas expansion along these sensors, and demonstrates the applicability of the characteristic length approach.