Luft ist nicht gleich Sauerstoff

11. Oktober 2007 – Wasserstoff ist leichter als Luft. Das gilt auch für Gemische von Wasserstoff mit Umgebungsluft. Das hat sich mittlerweile herumgesprochen. Aber diese simple Feststellung führt mitunter zu übertriebener Unachtsamkeit, was in Einzelfällen verheerende Folgen haben kann. Denn Gasgemische aus Sauerstoff und Wasserstoff können sich durchaus auch mal am Boden ansammeln. Das Beispiel eines Großbrandes in einer Chemiefabrik belegt, dass stets auf die genaue Gemischzusammensetzung zu achten ist.
Wasserstoff ist ein chemisches Element und gehorcht somit den chemischen und physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Hat man mit Wasserstoff zu tun, sollte man sich daher mit diesen Gesetzmäßigkeiten gut auskennen und die Sicherheitsregeln stets gewissenhaft beherzigen.

Obwohl diese Grundsätze allseits bekannt sind, ist es unlängst in einer Chemiefabrik zu einem Feuer gekommen, bei dem lange Zeit der tatsächliche Grund für die Entzündung nicht ausfindig gemacht werden konnte. Es war aus zunächst ungeklärter Ursache während der Nachtschicht ein Feuer ausgebrochen. Die unverzüglich vor Ort erscheinende Werkfeuerwehr konnte zwar das Schlimmste verhindern – die Flammen griffen nicht auf umliegende Gebäude über -, aber trotzdem fielen viele Chemikalien dem Feuer zum Opfer. Nach Unternehmensangaben ging der Brandschaden in die Millionen.

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Anschließend untersuchten Brandexperten der Kriminalpolizei den Unglücksort, und auch von Seiten der Versicherung wurde ein Brandsachverständiger hinzugezogen: Dr.-Ing. Henry Portz aus Fellbach-Oeffingen. Der Diplom-Ingenieur für Brandschutz und öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Brand- und Explosionsursachen untersuchte die Anlage und stellte fest: ?Die Sicherheitsbestimmungen wurden alle erfüllt. Wasserstoff trat lediglich an einer einzigen Stelle aus, wie es auch vorgesehen war. Dort wurde der Wasserstoff durch eine starke Lüftungsanlage unschädlich gemacht.?

Erst als Portz eine Reihe von Berechnungen und Experimenten vollzog, fand er eine Erklärung, die eigentlich offensichtlich, gleichzeitig aber auch überraschend ist: Wasserstoff (H2) ist das leichteste aller Elemente und auch nach der Durchmischung mit Umgebungsluft steigt er nach oben. Wird Wasserstoff jedoch mit reinem Sauerstoff (O2) vermischt, können diese Gemische durchaus schwerer als Luft sein. Hierbei ist sehr genau zwischen Sauerstoff und Luft zu unterscheiden, denn reiner Sauerstoff ist schwerer als Luft.

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Der Deutsche Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e.V. (DWV) wies in einer Stellungnahme darauf hin, dass Sauerstoff-Wasserstoff-Gemische bis zu einem Anteil von 10,5 Vol.-% Wasserstoff schwerer als Luft sind. Der DWV-Geschäftsführer Dr. Ulrich Schmidtchen erklärte: ?Wenn der Wasserstoffanteil 4 % überschreitet, ist das Gemisch explosionsfähig. Allerdings geht bei der Anwesenheit von Sauerstoff in einer Konzentration von mindestens 90 % die eigentliche Gefahr wohl eher von diesem aus. Was die restlichen Prozente ausmacht, dürfte ein Effekt zweiter Ordnung sein. Wenn gerade kein Wasserstoff da ist, findet der Sauerstoff etwas anderes, um damit zu reagieren. Es ist erstaunlich, was in Gegenwart von konzentriertem Sauerstoff so alles brennt, und das durchaus explosionsähnlich.?

O2-H2-Gemische, wie sie zum Beispiel bei der elektrolytischen Verzinkung auftreten, können sich also bei einem bestimmten Mischungsverhältnis am Boden ansammeln. Ähnlich ist es bei Wasserstoff-Chlorwasserstoff-Gemischen, wie sie bei der Auflösung von Metallen in Salzsäure sowie bei der Bearbeitung von Reinstsilizium auftreten, wenn diese aus weniger als 22,3 Vol.-% Wasserstoff bestehen. Werden keine geeigneten Gegenmaßnahmen ergriffen, kann es in Bodennähe zu Entzündungen kommen. Eine Absaugung an der Decke hilft in solchen Fällen wenig.

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