Sicherheit

Hier sollen beide Aspekte von Sicherheit erläutert werden:

  • Sicherheit der Energieversorgung.
  • Sicherheit vor Unfällen mit Wasserstoff.

Infolge der hohen Importabhängigkeit unserer Energieträger ist die Sicherheit unserer Energieversorgung stets gefährdet. Das schränkt auch unsere politische Unabhängigkeit ein. In einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft stammt dagegen sämtliche Energie aus der Region. Selbst bei Ausfall von Sonne Wind und Wasser ist die Energieversorgung auf allen Teilmärkten stets gesichert, denn mit der Biomasse steht ein Energieträger bereit, mit dem sich Wasserstoff “just in time” produzieren lässt. Das ist wie früher als unsere Kohlekraftwerke den Strom sekundengenau dem Bedarf anpassen konnten, weil die Kohle ja vor der Tür lag.

Anders als Kohlekraftwerke, müssen die Wasserstoff-Fabriken nicht auf den Spitzenbedarf ausgelegt werden, weil die vorhandenen Gasspeicher im Gasnetz den Wasserstoff über Wochen und Monate puffern können. Da Wasserstoff die Grundlage für Strom, Wärme und Mobilität ist, ist damit die gesamte Energieversorgung gesichert - nicht nur die Stromversorgung.

 

Ängste

Die Bevölkerung weiß so gut wie nichts über den sicheren Umgang mit Wasserstoff. Auf Wissenslücken reagiert jeder Mensch, genetisch bedingt, mit Ablehnung und Ängsten. Um diese Wissenslücken zu füllen, sollen die sicherheitsrelevanten Eigenschaften von Wasserstoff erläutert werden.

Zunächst ist zur Kenntnis zu nehmen, dass unsere Ängste im Wesentlichen von der Nazipropaganda beeinflusst sind. Deshalb hier eine kurze Aufklärung.

Ende der “Hindenburg” 1937 in Lakehurst

Die Bilder zeigen die Katastrophe  des Luftschiffes “Hindenburg” in Lakehurst aus dem Jahre 1937 ein. Ursächlich war aber nicht der Wasserstoff. Die Katastrophe wäre mit einer unbrennbaren Heliumfüllung nicht viel anders abgelaufen. Ursächlich war vielmehr der Anstrich der Außenhaut. Mit den in diesem Anstrich enthaltenen Komponenten, baut man heute Feststoffraketen. Kein Wunder, dass die Außenhaut wie Zunder gebrannt hat. Eine Explosion hat nicht stattgefunden. Von den 97 Passagieren sind 35 umkekommen, die meisten durch brennendes Dieselöl, das von den Motoren genutzt wurde. Da ein deutsches High-Tech-Produkt zu dieser Zeit aber keinen Konstruktionsfehler haben durfte, haben die Nazis kurzerhand den Amerikanern die Schuld gegeben, weil diese kein Helium liefern wollten. Eine Nazilüge dominiert seitdem unser Gefühl in Bezug auf Wasserstoff.

Diffusion und Versprödung

Selbst von technisch orientierten Personen werden oft Horrorgeschichten über die Diffusionseigenschaften von Wasserstoff erzählt. Sicher, Wasserstoff diffundiert schneller durch poröses Material. Es macht auch Stahl unter bestimmten Voraussetzungen spröde, doch keine dieser Bedingungen trifft auf die vorhandene Erdgas-Infrastruktur zu. Die spödemachenden Bedingungen sind folgende:

  • Es muss sich um einen Stahl handeln der zur Wasserstoffversprödung neigt.
  • Die Oberfläche muss metallisch blank sein, also keine Oxidhaut haben.
  • Das Bauteil muss ständig wechselnden Zugbeanspruchungen ausgesetzt sein, damit sich metallisch blanke Oberflächen immer neu bilden können.

Rohre ohne Oxidhaut kann man nicht herstellen, weil sie während der Herstellung mit Luft in Berührung kommen und sofort eine stabile Oxidhaut bilden. Metallische blanke Stellen lassen sich nur beim Betrieb von Rohren durch wechselnde mechanische Beanspruchung herbeiführen, etwa durch Biegen und wechselnde Druckbeanspruchung. Dazu muss jedoch ein Anriss im Rohr vorhanden sein. Bei stark wechselnder Druckbeanspruchung wird der Riss immer tiefer. Dabei entstehen an den Korngrenzen kurzzeitig metallisch blanke Bereiche in die dissotiierter atomarer Wasserstoff eindringen kann. Ist genügend Wasserstoff vorhanden rekombiniert dieser zu molekularem Wasserstoff und weitet dabei das Metallgitter auf. Der Stahl zerbröselt an dieser Stelle. Man nennt das Wasserstoffversprödung. Solche Bedingungen lassen sich nur mit einem ungeeigneten spröden Werkstoff in großen Hochdruckleitungen oberhalb 40 bar herbeiführen, denn in kleinen Rohrleitungen ist die Beanspruchung wegen der genormte Mindestwandstärke zu gering. Große Hochdruckleitungen werden auch heute nicht bei wechselndem Druck betrieben, weil die Risse auch beim Betrieb mit Erdgas wachsen. Für eine Wasserstoffwirtschaft wären diese transnationalen Leitungen überdies entbehrlich, weil der Bio-Wasserstoff in der Region erzeugt und verbraucht wird. In diesen Regionen sind nur kleine Leitungen unter 25 bar in Gebrauch, die zudem aus nicht gefährdetem Stahl bestehen.

Leckagen im Rohrnetz

Damit Wasserstoff in nennenswerten Mengen durch Metallrohre diffundier kann, müssen dies porös oder rissig sein. Rohrleitungen im Erdgasnetz sind jedoch weder porös noch rissig. Auch die in den Städten verlegten Kunststoffleitungen können mit Wasserstoff betrieben werden, ohne dass die leicht erhöhten Leckagen ein Sicherheitsrisiko oder eine wirtschaftliche Belastung darstellen. Die Leckrate im europäischen Erdgasnetz betragt ca. 0,1% der transportierten Energie. Die Leckagen werden zum größten Teil von Gussrohren aus der Kaiserzeit verursacht, die mit einfachen Muffendichtungen ineinander gesteckt sind. Die Leckrate bei Umstellung dieses Netzes auf Wasserstoff lässt sich aus den Stoffwerten errechnen. Danach sinkt die Leckrate von 0,1% der transportierten Energie bei Wasserstoff auf 0,04%. Es gibt aber nichts, was sich nicht noch verbessern lässt. Im Wasserstoffnetz wären das vor allem die Dichtungen an den Armaturen.

Gefahr im Keller

Wasserstoff in geschlossenen Räumen ist fast genauso gefährlich wie Erdgas. Die bei einer Explosion freigesetzte Energie ist bei Wasserstoff zwar geringer, man sollte es aber nicht darauf ankommen lassen. Mit einem briefmarkengoßerm Stück einer platinbeschichteten Elektrode aus einer Brennstoffzelle, die an der Kellerdecke befestigt ist, lassen sich Explosionen zuverlässig verhindern. Wasserstoff-Leckagen werden einfach weggeglüht. Wenn Wasserstoff allerdings schlagartig in großen Mengen freigesetzt wird, wirkt so etwas wie eine Zündquelle.

Wasserstoff kann auch bei kleinsten Konzentrationen einfach detektiert werden. So ein Gerät kostet nicht mehr als ein Rauchmelder und sieht auch so aus. Wenn es sein muss, ist auch ein schwefelfreies Odorierungsmittel einsetzbar. Dann riecht es bei Leckagen nach Gas, wie früher. Von dieser archaischen unzuverlässigen Methode sollte man sich im 21. Jahrhundert verabschieden.

Gefahr auf der Straße

Im Freien kann Wasserstoff nicht zur Explosion gebracht werden. Die plötzliche Freisetzung großer Wasserstoffmengen in Fahrzeugen ist bei den heutigen Drucktanks von 700 bar extrem unwahrscheinlich, weil diese Behälter fast unzerstörbar sind. Auch beim Abriss der Leitungen werden aus diesen Behältern keine Raketen. Durch den innenliegenden Druckminderer tritt der Wasserstoff nur ganz langsam aus und brennt mit fast unsichtbarer Flamme ohne nennenswerte Wärmestrahlung ab.. Es ist kaum vorstellbar, dass dann noch jemand im Fahrzeug verbrennt. In der Abbildung wurden die Tanks von einem Wasserstoff-PKW (links) und einem Benzin-PKW (rechts) durchschossen. Nach 2 Minuten, 20 Sekunden ist der Innenraum des Benzin-PKW explodiert. Die imaginären Insassen des Wasserstoff-PKW hätten ohne Schaden aussteigen können. Die Karosserie war kaum Wärmer geworden als in der Sommersonne. Einen Film davon können Siet hier sehen. Mit Wasserstoff im Straßenverkehr wird es danach weniger Tote durch Treibstoffe geben als heute.

Fazit

Die Installation einer Wasserstoffwirtschaft führt zu einem Gewinn an Sicherheit auf allen Gebieten.

aktualisiert: 05.07.2014

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