Sichere Nutzung von Wasserstoff möglich

Die Forscher sind sich darüber einig, dass sich die Sicherheitseigenschaften von Wasserstoff von denen anderer gasförmiger Energieträger wie beispielsweise Erdgas, Propan oder Benzindämpfen erheblich unterscheiden. Wasserstoff ist leichter als Luft, breitet sich also bevorzugt nach oben aus, verteilt sich wegen seiner hohen Diffusivität außerdem schneller. Wasserstoff hat eine extrem kleine Zündenergie, die eine spontane Zündung des Gemischs begünstigt. Ein Nachteil ist auch, dass Wasserstoff eine hohe Brenngeschwindigkeit hat, durch die sich das Schadenspotenzial erhöhen kann. Diese Unterschiede erfordern spezielle Sicherheitskonzepte, weil Unfälle mit Wasserstoff völlig anders ablaufen können als jene mit konventionellen Brenngasen. Die Ermittlung der andersartigen Gefahrenpotenziale und deren Beherrschung setzt umfangreiche Untersuchungen mit dem künftigen Energieträger Wasserstoff voraus.

"Das 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", erklärt Wolfgang Breitung, Leiter der Abteilung Strömung und Verbrennung im Institut für Kern- und Energietechnik IKET des Forschungszentrums Karlsruhe. "Da sich Wasserstoff anders verhält als etwa fossile Brennstoffe, müssen Gegenmaßnahmen sinnvoll untersucht werden", so der Wissenschaftler. Denn nur so könne ein akzeptierbares Restrisiko erreicht werden. Eine Arbeitsgruppe führte zum Beispiel Modelluntersuchungen zur Ausbreitung von Wasserstoff aus undichten Tanks in Garagen durch. Berechnungen haben ergeben, dass bei kleinen Leckagen (mit einer Freisetzung von rund drei Litern Gas pro Sekunde) praktisch kein brennbares Gemisch entsteht.

"Zur Beherrschung höherer Leckraten sind passive oder aktive Sicherheitsmaßnahmen erforderlich und mit einfachen Mitteln realisierbar", so der Forscher. Andere Modellrechnungen haben die Freisetzung von Wasserstoff nach einem Unfall im Tunnel untersucht. "Die Ergebnisse zeigen, dass nur ein kurzzeitiges Potenzial für Explosionen besteht, sonst ist nur ein langsamer Abbrand zu erwarten ist." Das Gesamtrisiko eines solchen Unfalls mit Wasserstoff sei damit nicht größer als bei einem mit Benzin betriebenen Fahrzeug.

"Um die genauen Risiken der neuen Technologie genau unter die Lupe zu nehmen, haben wir eine Reihe von Versuchsanordnungen durchgeführt", erklärt Breitung. Teilergebnisse der Modellrechnungen wurden im Wasserstofftechnikum des Forschungszentrums Karlsruhe überprüft. Die bisher erzielten experimentellen Ergebnisse zeigen generell eine sehr gute Übereinstimmung mit Modellrechnungen.