Wie gefährlich ist Hochdruck-Wasserstoff im Verkehr?
Bericht von Gerhard Wirsig, Juni 2003
Der Mai 2003 war kein Wonnemonat für Druckwasserstoff. Gleich drei Mal sorgte er
international für Schlagzeilen. Der Schweizerische Feuerwehrverband warnte vor
Explosionsrisiken bei Brennstoffzellen-Autos, bei Praxair brannte ein Tank-Lkw und Toyota
rief seine kleine Brennstoffzellen-Flotte wegen eines Wasserstoff-Lecks ins Werk zurück.
Trümmerflug könne bei einer Explosion Unfallopfer und Einsatzkräfte gefährden, warnte
der Schweizerische Feuerwehrverband (SFV) am 7. Mai 2003 bezüglich "alternativen
Kraftstoffen wie Erdgas, Flüssiggas oder Brennstoffzellen". Noch am selben Tag, nach
heftiger Kritik der Schweizer Erdgasindustrie, reduzierte man die Warnung "vor
allem" auf Flüssiggas. Auf Anfrage räumte die Feuerwehr ein, für Brennstoffzellen
habe sich die Warnung hauptsächlich auf theorethische Überlegungen gegründet. Man habe
zur Vorbereitung auf den Ernstfall bereits einen Wasserstoff-Elektrolyseur angeschafft. Es
handelt sich um ein Modell im Spielzeugformat von der Firma Minihydrogen.
Der Deutsche Wasserstoff-Verband (DWV) hält den Vorstoß des SFV für unqualifiziert.
Eigentlich hätte man von dieser Seite etwas mehr Sachverstand erwartet, kommentiert
DWV-Sprecher Ulrich Schmidtchen. Er sieht für Wasserstoff eher Sicherheitsvorteile.
Wasserstoff-Druckbehälter könnten wegen ihrer Stabilität längst nicht so schnell
Schaden nehmen wie etwa Benzintanks. Selbst wenn er entweiche, verflüchtige er sich wegen
der geringen Dichte schnell nach oben. Sogar die Zündung einer freien Gaswolke führe in
der Regel nicht zu einer Detonation, sondern zu einer Deflagration (Verpuffung) mit sehr
viel geringeren Schäden. Auf seiner Website beschreibt der DWV den Effekt als einen
"eher matten Wumms" mit vergleichsweise geringer Druckwelle.
Transportbehälter für Wasserstoff haben Sicherheitsventile, durch die im Brandfall das
Gas entweichen kann, ohne dass die Behälter in Gefahr geraten, so der DWV-Sprecher. In
den USA spielten dabei Schmelzsicherungen eine große Rolle, von denen man aber in Europa
weniger halte. Die Feuerwehr pflege in einem solchen Fall den Behälter zu kühlen und zu
warten, bis der Gasstrom nachlasse. Gewöhnlich blieben H2-Drucktanks auch bei schweren
Unfällen intakt. Ein Schwachpunkt seien eher außen liegende Bedienungselemente, die
daher in besonderen Kästen geschützt würden.
Nach Angaben verschiedener Fachleute ist eine Wasserstoffflamme nahezu unsichtbar, erzeugt
nur eine geringe Wärmestrahlung und emittiert hauptsächlich im nahen UV-Bereich.
Von diesen Erkenntnissen abweichende Erfahrungen machten die Anwohner einer Praxair-Anlage
in der Stadt Ontario nahe Los Angeles. Am 17. Mai 2003 vernahmen sie kurz vor 19 Uhr eine
laute Explosion und sahen vom Firmengelände einen großen Feuerball aufsteigen. Sie
alarmierten das Ontario Fire Department. Nach dem Untersuchungsbericht von Frank
Huddleston vom Bombenkommando der Feuerwehr hatte ein Lkw-Anhänger mit 10
Druckwasserstoff-Flaschen beim Befüllen Gas abgeblasen. Es entwich aus einem etwa 1 Zoll
starken, nach oben gerichteten Abblasrohr am vorderen Ende des Trailers durch Versagen
einer Druckentlastungsscheibe. Huddleston geht mangels einer technischen Zündquelle von
einer elektrostatischen Entladung des Wasserstoffs aus, der mit hoher Geschwindigkeit
durch das Rohr strömte. Der Fülldruck wurde ihm von Praxair mit 140 bar angegeben. Die
Stichflamme erreichte, begleitet von einem donnernden Lärm, zeitweilig eine Höhe von
etwa 30 m und gab eine starke Wärmestrahlung ab. Der Tanktechniker brach die Befüllung
sofort nach der Entzündung ab und versuchte die einzelnen Ventile der Zylinder zu
schließen. Dies gelang ihm bei drei Ventilen, dann musste er wegen der Hitze flüchten.
Nach Rücksprache mit Praxair beschloss man, das Feuer nicht zu löschen, da eine erneute
Zündung des Wasserstoffstrahls befürchtet wurde. Die Tanks wurden stattdessen zwei
Stunden lang mit Wasser gekühlt, um einer Explosion vorzubeugen. Die kleiner werdende
Flamme wurde schließlich mit einem Trockenfeuerlöscher erstickt.
Insgesamt waren etwa 570 m3 Wasserstoff ausgeströmt. Der Feuerwehr war der Füllstand der
Zylinder während des Vorfalls nicht genau bekannt. Dass die Flamme nicht wie zu erwarten
unsichtbar brannte, sondern deutlich orange gefärbt, schreibt man der einbrechenden
Dämmerung zu. Bei dem Vorfall gab es keine Verletzten und an den Druckzylindern, als auch
am Abblasrohr wurde kein sichtbarer Schaden festgestellt. Vor mehreren Jahren ereignete
sich bei Praxair in Ontario ein Vorfall, den die dortige Feuerwehr als identisch
beschreibt, d.h. mit dem gleichen Zylindertyp und der gleichen Art von Druckablassscheibe.
Sie fügt hinzu, dass am 17. Mai kein Notruf von Seiten Praxairs einging. Der Hersteller
technischer Gase mit Hauptsitz in Danbury, Connecticut, war auf Anfrage zu keiner
Stellungnahme bereit.
Nach abweichenden Angaben von Lokalmedien waren sogar rund 900 m3 Wasserstoff verbrannt.
Die Gesamtladung soll 2.800 m3 betragen haben. Dies erklärt die Evakuierung der
Zufahrtsstraße auf der Länge von einer Meile. Inhalt und Füllstand des benachbarten
Kugeltanks wurden nicht erwähnt.
Weniger spektakulär verlief ein Wasserstoffbrand an der Universität Miami im Jahr 2001.
Prof. Dr. Michael R. Swain führte eine vergleichende Leckagesimulation mit einem
Wasserstoff- und einem Benzin-Pkw durch. Der Versuch wurde 3,5 Minuten per Video
dokumentiert. Die Kraftstoffe wurden 3 Sekunden nach Versuchsbeginn entzündet. Das
Benzinleck befand sich unter der Fahrzeugmitte. Nach 3,5 Minuten waren 2,4 l Benzin
ausgelaufen und das Fahrzeug stand fast vollständig in Flammen. Das
Brennstoffzellen-Fahrzeug blies innerhalb von 100 Sekunden 1,5 kg Wasserstoff aus dem
Druckentlastungsventil am Heck ab. Die Stichflamme erhitzte das Heckfenster auf maximal 54
°C, auf der Hutablage wurden knapp 20 °C gemessen. Das Fahrzeug blieb unbeschädigt. Das
Wasserstoffleck wurde nicht unter dem Fahrzeug plaziert, da die installierten H2-Sensoren
den Tank sofort verschlossen hätten. Man hielt vielmehr ein Leck am
Druckentlastungsventil für das schwerste anzunehmende Unfallszenario. Ausströmender
Wasserstoff, der sich dort entzündet, hätte zur Folge, dass das temperaturgesteuerte
Ventil sofort vollständig öffnet und den gesamten Tankinhalt freigibt. Mittels
Spektralanalyse kam Swain der Färbung der Stichflamme auf die Spur. Sie wurde durch
Natrium-haltige Staubpartikel in der Luft hervorgerufen. Da Miami an der Küste liegt,
könnte es sich um Meersalz gehandelt haben.
Eine konkrete Beurteilung zu Druckentlastungsvorrichtungen (Pressure Relief Devices - PRD)
gibt das kanadische Unternehmen Powertech Labs, Inc. nahe Vancouver ab. Powertech-Sprecher
Craig Webster hält für Fahrzeug- und Transporttanks thermisch akitvierte PRD für die
sichersten. Dafür kommen metallische Schmelzsicherungen oder Glasampullen mit einer
Siedeflüssigkeit in Frage. Ein Brand sei die einzig mögliche Ursache, durch die im Tank
ein Überdruck auftreten könne. Eine versehentliche Überfüllung sei nicht möglich, da
Wasserstoff-Tankstellen mit Überdruckventilen ausgerüstet sind. Den Tank selbst gegen
Überdruck zu sichern, etwa durch Berstscheiben, sei nicht sinnvoll, da diese bei einem
halbvollen Tank zum Brandbeginn nicht sofort auslösen. Stationäre Tanks hingegen müssen
sowohl gegen Feuer geschützt werden als auch gegen Überdruck bei unbeabsichtigtem
Überfüllen durch den Kompressor.
Powertech leitet das Projekt Hydrogen 700, in dem 700 bar-Tanks mit zugehörigen
Komponenten getestet, bewertet und standardisiert werden sollen. 700 bar ist die Zielmarke
der Autobauer, mit der Brennstoffzellen-Fahrzeuge eine komfortable Reichweite erzielen
können. Von der Automobilseite nehmen DaimlerChrysler, Ford, Hyundai, Nissan, PSA
Peugeot-Citroen und Toyota teil. Getestet werden zunächst Drucktanks von Dynetek
Industries, Kanada, Lincoln Composites und SCI - Structural Composites Industries, beide
USA. Powertech stellte Mitte 2003 die Schnellbefüllung eines 700 bar-Tanks innerhalb von
40 Sekunden der Öffentlichkeit vor. Die Erhitzung des Tanks wurde als vertretbar
bewertet. Die Wasserstoff-Tankstelle mit 875 bar Vorratsdruck ist seit November 2002 in
Betrieb.
