Wasserstoff ist aus der heutigen Zeit, besonders im Sinne der Energiewende, nicht mehr wegzudenken und findet in immer mehr Branchen Anwendung. Die Wasserstoff-Wertschöpfungskette birgt jedoch Risiken.

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Sicherer Umgang mit Wasserstoff Welche Risiken gibt es bei der Wasserstoffnutzung?

21.04.2022

Ob in der Logistik, der Heizenergie oder im Energiemix zur Dekarbonisierung der Industrie – Wasserstoff spielt eine wichtige Rolle und wird als Schlüsselelement für eine erfolgreiche Energiewende angesehen. Bei Produktion, Speicherung und Transport von Wasserstoff gibt es jedoch spezielle Sicherheitsrisiken. Um diese zu bewältigen, braucht es Expertenwissen in allen Phasen des Prozesses.

Wasserstoff ist der einzige Energieträger mit großem Anwendungspotenzial, der zur Speicherung, zum Transport und zur Verteilung von Energie über weite Strecken und zwischen Sektoren eingesetzt werden kann.

Grüner Wasserstoff – hergestellt aus Wind- oder Sonnenenergie – kann dort produziert werden, wo Energie erzeugt wird und zur Ergänzung der Energieversorgung verteilt werden. Auch als Grundsubstanz bei der Herstellung von Ammoniak und Düngemitteln lässt sich grüner Wasserstoff verwenden. Dies wurde bisher durch Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen abgedeckt.

Wasserstoff findet aktuell in immer mehr Branchen Anwendung. Es ist zu erwarten, dass innerhalb der nächsten zehn Jahre wasserstoffbetriebene Verkehrsmittel, hybride Wasserstoffheizungen, mit Wasserstoff gewonnene Industriewärme, Futtermittel oder Stromerzeugung noch wesentlich umfassender eingesetzt werden.

Risiken kennen und bewerten

Wasserstoff birgt im Vergleich zu anderen Brennstoffen keine großen neuen Risiken. Im Prinzip ist die Wasserstoff-Brennstoffzelle eine sichere Komponente. Probleme entstehen entlang der Wasserstoff-Wertschöpfungskette, zum Beispiel beim Befüllen von Tanks, beim Transport oder bei der Wartung.

Die spezifischen Herausforderungen unterscheiden sich je nach Anwendung. Die hohen Anforderungen in Sachen Sicherheit betreffen jedoch alle Anwendungen gleichermaßen. Dazu zählen sämtliche Maßnahmen, die die Sicherheit bei Installation, Wartung und beim Betrieb von Anlagen und Geräten gewährleisten.

Zu den besonders kritischen Risikofaktoren gehören folgende Eigenschaften des kleinsten aller Moleküle:

  • Explosivität: Wasserstoff kann in seiner Reinform nicht explodieren. Das Risiko entsteht jedoch, wenn Wasserstoff in Kontakt mit Luft gerät. Treffen Wasserstoff und Sauerstoff aufeinander, reagieren sie explosiv. Diese Gefahr besteht, wenn Wasserstoff in einer Konzentration zwischen 4 und 77 Volumenprozent in der Luft liegt. Das bedeutet: Wenn Wasserstoff entweicht, kann bereits ein statischer Funke an der Kleidung ausreichen, um eine Explosion auszulösen.

  • Unsichtbare Flamme: Die Wasserstoff-Flamme ist sehr blass und bei Tageslicht nicht oder kaum sichtbar. Sie gibt wenig von der Infrarotstrahlung ab, die Menschen als Wärme wahrnehmen und kann daher nicht als solche empfunden werden. Es ist wenig wahrscheinlich, dass die Wasserstoff-Flamme Gegenstände in der Nähe entzündet. Sie emittiert jedoch erhebliche ultraviolette Strahlung. Daher sind spezielle UV-Detektoren erforderlich, um auf das Vorhandensein von Wasserstoff-Flammen hinzuweisen.

  • Leckagen: Aufgrund seiner geringen Molekülgröße und niedrigen Viskosität kann Wasserstoff schnell aus Druckgasleitungen und -behältern austreten. Neben der richtigen Auslegung und Konstruktion sind Instandhaltung und regelmäßige Inspektionen unbedingt notwendig, um die Sicherheit einer Anlage zu gewährleisten. Stationäre Gasmesstechnik und Frühwarnsysteme sorgen für zusätzliche Sicherheit.

  • Permeation: Wasserstoff ist das kleinste aller Moleküle und kann leicht durch Materialien dringen und diese in manchen Fällen verspröden. Die richtige Auswahl, Handhabung und Instandhaltung von Materialien sind entscheidend. Aus diesem Grund werden für Lagertanks in der Regel Edelstahl und Verbundwerkstoffe verwendet.

  • CO-Alarme: Kohlemonoxid (CO)-Sensoren reagieren querempfindlich auf Wasserstoff. CO-Sensoren in der Nähe von Wasserstoff sollten für diesen kompensiert sein, damit Querempfindlichkeit und Fehlalarme auf ein Minimum reduziert werden. Andernfalls können aufgrund von Wasserstoff falsche CO-Alarme auftreten.

  • Gaswolken: Wie Ammoniak und Methan hat auch Wasserstoff eine geringere Dichte als Luft und bildet bei Undichtigkeiten Gaswolken an Innendecken. Gasmesstechnik wird daher in der Regel oben installiert. Methan/Wasserstoff-Gemische können Wasserstoff-Wolken über Methan bilden. Detektoren für Wasserstoff sollten deshalb oben und für Methan (IR) unter möglichen Wasserstoff-Wolken installiert werden. Alternativ sollten CatEx-Sensoren verwendet werden.

  • Geruchlos und farblos: Wasserstoff hat keinen Geruch und keine Farbe, ist also für den Menschen nicht wahrnehmbar. Bei Methan wird dieses Problem durch die Zugabe von Duftstoffen entschärft. Ob dies auch bei Wasserstoff möglich ist, wird derzeit erst erforscht. Gas- und Leckagedetektoren sind hier unerlässlich.

Sicherheit durch Planung

Die zahlreichen Risiken sollten Unternehmen dennoch nicht davon abhalten, Wasserstoff umfassend einzusetzen. Es gibt Möglichkeiten, diese Risiken entscheidend zu verringern. Bevor sie in die Wasserstoffnutzung einsteigen, müssen Unternehmen eine individuelle Risikobewertung durchführen. Diese Bewertung ist unerlässlich, um durch Planung und entsprechende Richtlinien einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Es existiert hierfür kein Standard-Risikoprofil: Je nach Infrastruktur gibt es unterschiedliche Risiken. Bei einer entsprechenden Risikobewertung müssen die spezifischen Herausforderungen identifiziert, Kennzahlen zur Risikobewertung definiert und die Risiken auf ein akzeptables Niveau reduziert werden.

Gasmess- und Warnsysteme sind ein Schlüsselelement in der Risikokontrolle. Unternehmen und Organisationen müssen diese anwenden, um den gesetzlichen und behördlichen Anforderungen sowie den eigenen Richtlinien gerecht zu werden. Es gilt also: Erst ist die gründliche Analyse durchzuführen, dann die Planung und Umsetzung einschließlich der Installation von Gasmess- und Warnsystemen und der Schulung des Personals.

Bewertungskriterien

Bei der Bewertung werden beispielsweise die geplanten Lagerorte untersucht. Je nach identifiziertem Risiko ist die Platzierung spezifischer Detektoren notwendig. Eine wichtige Überlegung ist dabei, wohin das Gas im Falle eines Austritts gelangt, also etwa, ob sich Wasserstoffwolken unbemerkt unter der Decke bilden können.

Effiziente Störfallvorsorge bedeutet auch, die Gaswarngeräte in ein internes Alarmmanagement zu integrieren. Gibt es beispielsweise ein effektives Lüftungssystem, das durch einen Alarm aktiviert werden kann? Moderne Technologien wie ein Flammen- und Gas-Mapping helfen dabei, geeignete Lösungen für spezifische organisatorische Anforderungen zu entwickeln.

Wichtig ist auch die Planung eines Notfall- und Gefahrenabwehrkonzepts, das die Präventionsmaßnahmen flankiert. Dazu gehören unter anderem ein Rettungs- und Notfalltraining mit klaren Ablaufplänen einschließlich Erster Hilfe, Behandlung und Bergung, die Gefahrenabwehr (zum Beispiel durch die Feuerwehr) und die Wiederfreigabe von Räumen (durch Freimessen). Innerhalb dieses Konzepts gilt es auch, die Mitarbeiter im Umgang mit Wasserstoff speziell zu schulen.

Regulatorische Rahmenbedingungen

Die gesetzlichen Rahmenbedingungen für die Arbeit mit Wasserstoff sind streng. In Deutschland unterliegt beispielsweise jedes Unternehmen, das mit Wasserstoff umgeht, der Gefahrstoffverordnung und den Technischen Regeln für Gefahrstoffe.

Betreiber von wasserstoffbetriebenen Straßenbahnen oder Bussen müssen Vorschriften für das Abstellen ihrer Fahrzeuge beachten. Wasserstoffsensoren sind Pflicht, um Hohlräume wie Radkästen auf Gas zu prüfen. Die Tanks müssen im Freien entleert werden. Um statische Entladungen zu vermeiden, müssen Vorkehrungen zur Erdung von Bauteilen getroffen werden, zum Beispiel indem der Boden in Arbeitsbereichen leitfähig ist. Große Raffinerien und Chemieanlagen, die regelmäßig mit brennbaren Gasen oder Chemikalien umgehen, sind mit den Risiken einer unsachgemäßen Erdung vertraut. Für viele neue Anwenderunternehmen von Wasserstoffenergie gilt das nicht unbedingt.

Fundierte Kenntnisse der Anforderungen und Normen für den Explosionsschutz sind für die Auswahl der richtigen Schutzmaßnahmen wie Gaswarnsysteme unerlässlich. Zudem gilt es Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften zum Schutz der Mitarbeiter zu berücksichtigen.

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