Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sichere Nutzung von Wasserstoff ist machbar

24.03.2006


Die Ausbreitung von Wasserstoff aus undichten Tanks in Garagen und die daraus resultierenden Gefahren simulieren Modellrechnungen des Forschungszentrums Karlsruhe.


Außenansicht des Wasserstoff-Versuchszentrums am Forschungszentrum Karlsruhe. Im Vordergrund die beiden großen Druckkammern, in denen Freisetzungs- und Verbrennungsexperimente durchgeführt werden können.


Forschungszentrum Karlsruhe forscht zu Risiken der Wasserstofftechnologie


Explodierende Garagen, schwere Explosionen nach Unfällen in Tunnels oder Handys, die in die Luft fliegen - so sehen Horrorszenarien aus, wenn künftig Wasserstofftechnologien flächendeckend in unseren Alltag Einzug halten. Um Wasserstoff als akzeptierten Energieträger in Arbeits- und Wohnumgebungen einsetzen zu können, sind sichere Produkte gefragt. Tatsächlich sind die potenziellen Gefahren oft mit überschaubarem Aufwand beherrschbar. Das ist das Ergebnis von Experimenten und Modellrechnungen im Forschungszentrum Karlsruhe.

Die Sicherheitseigenschaften von Wasserstoff unterscheiden sich von denen anderer gasförmiger Energieträger, beispielsweise Erdgas, Propan oder Benzindämpfen, erheblich:


o Wasserstoff ist leichter als Luft, breitet sich also bevorzugt nach oben aus.

o Wasserstoff verteilt sich wegen seiner hohen Diffusivität schneller.

o Wasserstoff hat eine extrem kleine Zündenergie, die eine spontane Zündung des Gemischs begünstigt.

o Wasserstoff ist über einen sehr großen Konzentrationsbereich brennbar, der Ausbrand einer Wasserstoff-Luft-Mischung ist deshalb beinahe vollständig.

o Wasserstoff hat eine hohe Brenngeschwindigkeit, durch die sich das Schadenspotenzial erhöhen kann.

Diese Unterschiede erfordern spezielle Sicherheitskonzepte, weil Unfälle mit Wasserstoff völlig anders ablaufen können als Unfälle mit konventionellen Brenngasen. Die Ermittlung der andersartigen Gefahrenpotenziale und deren Beherrschung setzt umfangreiche Untersuchungen mit dem künftigen Energieträger Wasserstoff voraus.

"Unser Ziel ist, grundlegende experimentelle Daten und verifizierte theoretische Rechenmodelle zu entwickeln, um fundierte Sicherheitsregeln und Standards für den alltäglichen Umgang mit Wasserstoff als Energieträger ableiten zu können", erläutert Dr. Wolfgang Breitung, Leiter der Abteilung Strömung und Verbrennung im Institut für Kern- und Energietechnik des Forschungszentrums Karlsruhe. "Wir wollen damit den Endverbraucher von sicherheitstechnischen Einschränkungen entlasten."

So führte eine Arbeitsgruppe Modelluntersuchungen zur Ausbreitung von Wasserstoff aus undichten Tanks in Garagen durch. Die Berechnungen ergaben, dass bei geringen Leckagen (bis rund 0.3 g Wasserstoff pro Sekunde, was der Freisetzung von rund 3 Litern Gas pro Sekunde entspricht) praktisch kein brennbares Gemisch entsteht. Derartige Leckraten wären also ungefährlich. Zur Beherrschung höherer Leckraten sind passive oder aktive Sicherheitsmaßnahmen erforderlich und mit einfachen Mitteln realisierbar. So könnte der Wasserstoff durch Abluftkanäle in der Decke ins Freie geleitet, durch Katalysatoren gezielt abgebaut oder durch Ventilatoren besser verteilt und abgeführt werden.

Andere Modellrechnungen untersuchten die Freisetzung von Wasserstoff nach einem Unfall im Tunnel: Die Ergebnisse zeigen, dass nur ein kurzzeitiges Potenzial (< 1 Minute) für Explosionen besteht, sonst ist nur eine langsame Deflagration zu erwarten. Das Gesamtrisiko eines solchen Unfalls mit Wasserstoff wäre damit nicht größer als bei einem benzinbetriebenen Fahrzeug.

Teilergebnisse der Modellrechnungen wurden im Wasserstofftechnikum des Forschungszentrums Karlsruhe überprüft. Das Wasserstofftechnikum wurde mit Unterstützung der deutschen Industrie im Forschungszentrum aufgebaut und ging im Herbst 2004 in Betrieb. Die bisher erzielten experimentellen Ergebnisse zeigen generell eine sehr gute Übereinstimmung mit Modellrechnungen.

Analoge numerische Simulationen werden auch für die Ausbreitung und Verbrennung von Wasserstoff in industriellen Großanlagen, beispielsweise Kernkraftwerken oder künftigen Fusionskraftwerken (ITER) durchgeführt.

Die Arbeiten sind eingebunden in die "HyTech-Group" des Forschungszentrums Karlsruhe. Hier sind die Aktivitäten verschiedener Arbeitsgruppen im Bereich Wasserstofftechnologie gebündelt. Neben der Wasserstoffsicherheit arbeitet das Forschungszentrum intensiv an den Themen stationäre und mobile Wasserstofferzeugung, Wasserstoffspeicherung sowie der Technologiebewertung. Die "HyTech-Group" ist Teil des EU-weiten Network of Excellence "HySafe", das vom Forschungszentrum Karlsruhe koordiniert wird.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.

Inge Arnold | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzk.de

Weitere Berichte zu: Energieträger Leckrate Wasserstoff

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Ein leistungsfähiges Lasersystem für anspruchsvolle Experimente in der Attosekunden-Forschung
19.07.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Solarenergie unterstützt Industrieprozesse
17.07.2017 | FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie