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 Neue Sensortechnik für E-Auto-Batterien
08.12.2016 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Siliziumsolarzelle des ISFH erzielt 25% Wirkungsgrad mit passivierenden POLO Kontakten
08.12.2016 | Institut für Solarenergieforschung 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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie