Mit dem Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft rückt die sichere Beherrschung der damit verbundenen Risiken zunehmend in den Fokus. Wasserstoff gilt als Schlüsseltechnologie der Energiewende – zugleich stellt er aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften besondere Anforderungen an Explosionsschutz, Arbeitssicherheit und Anlagenbetrieb. Eine verlässliche Gasüberwachung bildet dabei ein Fundament für einen sicheren und regelkonformen Einsatz in Industrie, Energieerzeugung und Infrastruktur.
Wasserstoff, das kleinste Element des Periodensystems, wird seit Jahrzehnten in industriellen Prozessen genutzt. Neu ist jedoch die wachsende Bedeutung als Energieträger zur Dekarbonisierung von Industrie, Mobilität und Energieversorgung. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrolyseuren, Speicherlösungen und wasserstoffbasierten Anwendungen steigen auch die sicherheitstechnischen Anforderungen an Planung, Betrieb und Überwachung entsprechender Anlagen.
Besondere physikalische Eigenschaften erfordern angepasste Sicherheitskonzepte
Wasserstoff ist farb- und geruchlos, extrem leicht und weist eine sehr hohe Diffusionsgeschwindigkeit auf. Bereits kleinste Leckagen können dazu führen, dass sich das Gas rasch im Raum verteilt und explosionsfähige Atmosphären entstehen. Hinzu kommt eine sehr niedrige Zündenergie: Schon geringfügige Funken oder elektrostatische Entladungen können eine Entzündung auslösen.
Diese Kombination macht deutlich, dass etablierte Sicherheitskonzepte aus anderen Gasapplikationen nicht ohne Weiteres vollständig übertragbar sind. Die Gasüberwachung muss speziell auf Wasserstoff ausgelegt sein, und zwar sowohl hinsichtlich der eingesetzten Sensorik als auch in Bezug auf die Platzierung der Messstellen und die Systemarchitektur.
Stationäre Gaswarnsysteme als erste Schutzlinie
In der Praxis kommen zur Überwachung von Wasserstoff überwiegend fest installierte, stationäre Gaswarnsysteme zum Einsatz. Sie ermöglichen eine kontinuierliche 24/7-Überwachung der Raumluft oder von Prozessströmen und erkennen entstehende Wasserstoffkonzentrationen frühzeitig. Ziel ist es, Gefährdungen für Menschen, Umwelt und Anlagen zu minimieren, noch bevor kritische Zustände erreicht werden.
Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei den spezifischen Randbedingungen vor Ort. Dazu zählen unter anderem Ex-Zoneneinteilungen, klimatische Einflüsse, bauliche Gegebenheiten, mögliche Querempfindlichkeiten durch andere Gase sowie die Zugänglichkeit der Messstellen. Ebenso entscheidend ist die Auswahl des geeigneten Messbereichs und des passenden Sensorprinzips.
Fokus Explosionsschutz: Überwachung der unteren Explosionsgrenze
Der überwiegende Teil der Wasserstoffüberwachung dient dem Explosionsschutz. In diesen Anwendungen geht der Messbereich typischerweise bis zur unteren Explosionsgrenze (UEG), die bei Wasserstoff bei 4 Vol.-Prozent liegt. Ziel ist es, bereits deutlich unterhalb dieses Wertes Alarme auszulösen und Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Für diesen Einsatz eignen sich insbesondere Wärmetönungssensoren. Sie detektieren Wasserstoff, indem das Gas am Sensor oxidiert beziehungsweise „verbrannt“ wird. Voraussetzung für dieses Messprinzip ist die Anwesenheit von Sauerstoff im Messgas. Infrarot-Absorption als anderes, bei brennbaren Gasen verbreitete Sensorprinzip ist für Wasserstoff ungeeignet, da Wasserstoff keine Absorption im infraroten Spektralbereich aufweist.
Messung höherer Konzentrationen und kleinster Leckagen
Neben der klassischen UEG-Überwachung existieren weitere Anwendungsfälle, die andere Messbereiche erfordern. Ein Sonderfall ist der Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD bzw. TCD). Dieses Messprinzip basiert auf der kontinuierlichen Erfassung der Wärmeleitfähigkeit des Gases und eignet sich insbesondere für Konzentrationen im höheren Volumenprozentbereich, etwa in Prozessanwendungen.
Für die Detektion kleinster Undichtigkeiten kommen elektrochemische Sensoren zum Einsatz. Sie ermöglichen die Messung von Wasserstoff im ppm-Bereich und eignen sich besonders zur frühzeitigen Leckageerkennung. Das Messsignal entsteht dabei durch eine substanzspezifische chemische Reaktion im Sensor, deren Intensität proportional zur Gaskonzentration ist.
Die Auswahl des geeigneten Sensorprinzips hängt stets von der konkreten Fragestellung ab: Geht es um Explosionsschutz, um die Ortung von Leckagen oder um eine einfache Prozessüberwachung? Spezialisierte Anbieter wie etwa ExTox Gasmess-Systeme können an dieser Stelle bei der Auswahl für unterschiedliche Anwendungen unterstützen und die am besten geeignete Variante von Wasserstoffsensoren identifizieren.
Flexible Messkonzepte für anspruchsvolle Einbausituationen
Doch nicht in allen Anwendungen ist eine direkte Messung mit Transmittern oder Sensoren an der gewünschten Stelle möglich. Beengte Platzverhältnisse, hohe Temperaturen, Feuchtigkeit oder aggressive Umgebungsbedingungen können eine direkte Installation erschweren oder unmöglich machen.
Für solche Fälle bieten spezialisierte Hersteller wie ExTox Gasmess-Systeme auch integrale Messkonzepte mit Messgasförderung und -konditionierung an. Dabei wird eine Gasprobe über Leitungen zur eigentlichen Messeinheit geführt, dort aufbereitet und analysiert. Konditionierungsschritte wie Entfeuchtung oder Filtration tragen dazu bei, stabile und reproduzierbare Messwerte zu erzielen und die Lebensdauer der Sensorik zu erhöhen.
Wartung und Instandhaltung als Bestandteil der Sicherheit
Gaswarnanlagen sind sicherheitsrelevante Systeme. Auch wenn sie für den Feldbetrieb möglichst wartungsarm ausgelegt werden, sind sie keineswegs wartungsfrei. Messfunktion, funktionale Sicherheit und Zuverlässigkeit lassen sich nur durch regelmäßige Prüfungen, Kalibrierungen und Wartungsarbeiten dauerhaft sicherstellen.
In der Praxis bedeutet dies, dass Gaswarnsysteme in festgelegten Intervallen durch qualifiziertes Fachpersonal überprüft werden müssen. Regelwerke der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, etwa die BG-RCI-Merkblätter T021 und T023, geben hierfür klare Empfehlungen zu Prüfarten und -zyklen. Service- und Wartungskonzepte unterstützen Betreiber dabei, Sicherheit und Verfügbarkeit in Einklang zu bringen.
Ergänzende Anforderungen an Planung und Systemauslegung
Mit der zunehmenden Verbreitung von Wasserstoffanwendungen rücken bereits in der Planungsphase einer Anlage sicherheitstechnische Fragestellungen stärker in den Vordergrund. Dazu zählt nicht nur die Auswahl geeigneter Messprinzipien, sondern auch die systematische Festlegung von Messpunkten, Alarmschwellen und Reaktionsketten. Die Platzierung der Sensorik orientiert sich dabei an typischen Leckagequellen wie Ventilen, Flanschen, Dichtungen oder Armaturen sowie an der Strömungs- und Lüftungssituation im Raum.
Da Wasserstoff aufgrund seiner geringen Dichte bevorzugt nach oben steigt, werden Messstellen häufig oberhalb potenzieller Austrittsstellen vorgesehen. Gleichzeitig müssen Zugänglichkeit für Wartung und Kalibrierung sowie mechanischer Schutz der Komponenten berücksichtigt werden. Eine enge Abstimmung zwischen Anlagenplanern, Sicherheitsfachkräften und Betreibern ist daher unerlässlich, um ein wirksames und zugleich praxisgerechtes Überwachungskonzept zu realisieren.
Alarmmanagement und Anbindung an Sicherheitsfunktionen
Ein weiterer zentraler Aspekt ist das Alarmmanagement. Gaswarnsysteme ermöglichen die Definition mehrstufiger Alarmschwellen, etwa für Vorwarnung und Hauptalarm. Bereits bei niedrigen Konzentrationen können so organisatorische oder technische Maßnahmen angestoßen werden, beispielsweise die Aktivierung von Lüftungssystemen oder die Warnung des Bedienpersonals. Bei höheren Konzentrationen lassen sich automatisiert sicherheitsrelevante Funktionen wie Anlagenabschaltungen oder Prozessunterbrechungen auslösen.
Die Einbindung der Gaswarntechnik in übergeordnete Sicherheits- und Leitsysteme spielt dabei eine entscheidende Rolle. Über standardisierte Schnittstellen lassen sich Mess- und Alarminformationen in bestehende Infrastrukturen integrieren, sodass Betreiber einen konsistenten Überblick über sicherheitsrelevante Zustände erhalten und schnell reagieren können.
Fazit
Der industrielle Einsatz von Wasserstoff eröffnet große Potenziale für eine klimafreundliche Energie- und Prozesslandschaft. Gleichzeitig erfordert er ein hohes Maß an sicherheitstechnischer Sorgfalt. Eine zuverlässige, anwendungsgerechte Gasüberwachung bildet dabei die Grundlage für Explosionsschutz und Arbeitssicherheit. Entscheidend sind das Verständnis der besonderen Eigenschaften von Wasserstoff, die Auswahl geeigneter Sensorik, eine durchdachte Systemauslegung sowie klar definierte Wartungs- und Prüfkonzepte, bei denen Spezialisten wie etwa ExTox Gasmess-Systeme die nötige Unterstützung leisten. So lässt sich Wasserstoff langfristig sicher und wirtschaftlich in industrielle Anwendungen integrieren.
