Forschungszentrum Karlsruhe in der HelmholtzGemeinschaft Aus der Forschung

Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft Aus der Forschung lernen: Vorstellung des Netzwerkes “Hy. Safe” 1. Sicherheit von Wasserstoff 2. Integration / Koordination internationaler Sicherheitsforschung mit „Hy. Safe“ 3. Ausbildungsangebote Dr. -Ing. Thomas JORDAN Institut für Kern- und Energietechnik Forschungszentrum Karlsruhe Gmb. H im Karlsruhe Institut für Technologie KIT Fachmeeting Wasserstoffsicherheit, H 2 Expo, Hamburg, 23. Oktober 2008

UNFÄLLE MIT WASSERSTOFF Norwegen 1984 Stockholm 1984 Köln 2005 Was wäre wenn…? Detonation von ~5 kg, 2 Tote, Zerstörung des gesamten Industriegebäudes H 2 -Quelle 180 Nm 3 16 Verletzte, beschädigte Fahrzeuge u. Gebäude im Umkreis von 90 m

SICHERHEITSRELEVANTE EIGENSCHAFTEN GH 2 0, 3 r. Luft-r Gas (kg/m 3) Propan 0, 1 0, 05 Wasserstoff Erdgas trock. Propan 0 Benzindampf 2, 5 Laminare Brenngeschwindigkeit 2 F=1 120 80 F=1 70 Wasserstoff Erdgas trock. Propan 60 50 40 30 0 Benzindampf Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf 0, 12 Verbrennungswärme (Infrarot) Detonationssensitivität 0, 1 0, 08 1/mm MJ/kg 0, 5 20 F=1 0, 06 0, 04 0, 02 0 00 Benzindampf Brennbarkeitsbereich 60 40 Propan Benzindampf 10 80 1 Wasserstoff Erdgas trock. Propan 20 100 1, 5 -2, 0 -3, 0 Wasserstoff Erdgas trock. -3, 5 140 3 -1, 5 Zündenergie 0, 15 0, 1 -1, 0 Benzindampf 0, 2 -0, 5 OEG-UEG (%) m. J cm 2/s Wasserstoff Erdgas trock. 0, 25 0, 4 0, 0 -2, 5 0, 3 0 m/s 2 0, 35 Diffusionskoeffizient Auftrieb 0, 5 3 0 0, 5 0 1, 0 1 0, 7 0, 6 1, 5 Dichte 4 kg/m 3 Sicherheitsrelevante Eigenschaften von - Wasserstoff - Erdgas trocken - Propan - Benzindampf 5 Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf

SPEZIFISCHE GEFAHREN MIT LH 2 -253°C Kaltverbrennungen, Erfrierungen, Materialdegeneration (Tiefkaltversprödung NDTT) 780 x Volumenzunahme beim Verdampfen Erstickung Pool kann durch Kryopumpeneffekt O 2 einlagern Spontanzündungen möglich

Grösste Unfalldatenbank Hy. Safe/HIAD > 250 H 2 spezifische Fälle

ZWISCHENFÄLLE MIT WASSERSTOFF: FOLGEN Störfällen werden unterschieden in: - ohne Freisetzung ( Wasserstoff verbleibt in Speicherbehälter oder Prozessanlage) - mit Freisetzung, (Wasserstoff wird in Umgebung freigesetzt, oder in für Menschen zugängliche Räume) LH 2 schnelle Deflagration 70 60 50 ohne Freisetzung mit Freisetzung 40 langsame Deflagration 30 20 10 0 keine Zündung Detonation Anteil an Zwischenfällen mit LH 2 [%] Anteil an Zwischenfällen mit GH 2 [%] GH 2 70 60 50 keine Zündung ohne Freisetzung mit Freisetzung 40 30 20 10 schnelle langsame Deflagration Detonation 0 • Zwischenfälle mit GH 2 führen überwiegend zur Zündung und schnellen Deflagrationen • Zwischenfälle mit LH 2 zünden wesentlich seltener als solche mit GH 2 (Gemischbildung)

Verletzte 2, 5 GH 2 Todesfälle 2 1, 5 1 0, 5 0 Freisetzung Keine ohne und Freisetzung Zündung Feuer Explosion Zahl der betroffenen Personen pro Zwischenfall mit LH 2 Zahl der betroffenen Personen pro Zwischenfall mit GH 2 ZWISCHENFÄLLE MIT WASSERSTOFF: PERSONENSCHÄDEN Verletzte 2, 5 LH 2 Todesfälle 2 1, 5 1 0, 5 0 Freisetzung Keine ohne und Freisetzung Zündung Feuer Explosion • Wesentlich weniger Verletzte mit LH 2 als mit GH 2, aber vergleichbare Anzahl an Todesopfern • Fazit: Es treten alle Verbrennungsregimes auf, Konsequenzen hängen von vielen verschiedenen Einflussparametern ab, systematische Analyse notwendig

Integration der EU Forschung mit No. E Hy. Safe Konsortium ● 24 Partner aus 12 europäischen Ländern + Kurchatov Institute, Russland + University of Calgary, Kanada ● 13 Forschungsinstitute, 7 Industriepartner, 5 Universitäten ● ~150 Wissenschaftler aktiv beteiligt Budget Gesamt > 13 M€ [EC Beitrag 7 M€] Zeitraum No. E Start: 03/2004 Dauer: 5 years 02/2009 Übergang zur International Association Hy. Safe (eigen finanzierte AISBL nach belgischem Recht)

Hy. Safe Consortium Forschungszentrum Karlsruhe Gmb. H L’Air Liquide Federal Inst for Materials Research and Testing BMW Forschung und Technik Gmb. H Building Research Establishment Ltd Commissariat à l’Energie Atomique Det Norske Veritas AS Fraunhofer-Gesellschaft ICT Forschungszentrum Jülich Gmb. H Gex. Con AS The UKs Health and Safety Laboratory Foundation INASMET Inst Nat de l’Environm industriel et des RISques European Commission - JRC - Inst for Energy National Center for Scientific Research Demokritos Norsk Hydro ASA Risø National Laboratory TNO University of Calgary University of Pisa Universidad Politécnica de Madrid University of Ulster VOLVO Technology Corporation DE FR DE DE UK FR NO DE DE NO UK ES FR NL EL NO DK NL CA IT ES UK SE

Internationale Einbettung von Hy. Safe RC&S ISO/IEC CEN/CENELEC Inform HFP + JTI Hy. Approval Hy. Per IEA HIA Task 19 Guide Advisory Council HYTHEC NATURALHY Stor. Hy Japan Coordinate Hy. Ways R&D North America Hy. SAFEST Hy. Course Hy. Fire Hy. Train E&T

FORSCHUNGS-SCHWERPUNKTE Freisetzungen in (teilweise) geschlossenen Räumen Sensorik und Unfallfolgenbeherrschung Festgelegt durch eine - PIRT Studie - Expertenbefragung - State-of-the-art Studie zur Prioritisierung von Arbeiten interne Projekte Ins. Hyde und Hy. Tunnel Kommunikation der ggw. Ausrichtung

VERBRENNUNGSREGIMES VON H 2 -LUFT Laminare Flamme v 1 m/s, Ma << 1 Turbulente Flamme v 300 m/s, Ma 1 (Quasi-) Detonation v > 1000 m/s, Ma >1

ÜBERDRÜCKE VON H 2 -LUFT - FLAMMEN 100 FZK-Rohr (geschlossen) RUT vented FLAME vented planar model, 12%H 2 planar model, 28%H 2 10 pmax-max 00 p 0 1 p 0. 1 Maximale akzeptable statische Last für typische Wandstrukturen pmax p 0 t overpressure ratio (p-p)/p 0. 01 7 10 Laminare Deflagration 100 Flammengeschwindigkeit (m/s) Turbulente Deflagration “Explosion” 1000 Detonation

“Hy. Tunnel” – Pretests Results BOS 15 % H 2/air w/o obstacles Flame velocity vs. distance

Hy. Tunnel – Experimente Große Versuchsanlage (5. 7 x 1. 6 x 0. 6 m) - Belüftungsverhältnis a = 0. 46 (Schichtdicke d = 0. 15 m) Folien-Öffnung

Hy. Tunnel-Simulation Zündfähige Wolke bei Freisetzung von 5 kg LH 2

Wasserstoff-Tankstellen Ein Beitrag zum EC Projekt Hy. Approval „Handbook for the safe installation/operation of a HRS“ (weitere Infos auf http: //www. hyapproval. org)

Andere “unglaubwürdige” Szenarien?

“Hy. Nano” – Sichere Speichermaterialien Prinzipielles Verständnis für die Sicherheitseigeschaften nano -skaliger Festkörperspeicher-Materialien und –Systeme (i) Entwicklung neuer Testmethoden für das Material und die Systeme (ii) Beschreibung der Reaktionsmechanismen (iii) Entwicklung von Methoden zur Reduktion der involvierten Risiken Nano-strukturiertes, vorzykliertes, H 2 beladenes Alanat; Systemdruck 10 bar T=120 °C (Zeitgleicher Ausschnitt aus Hochgeschwindigkeitsvideo (links) Infrarot-Video (rechts))

SCHULUNGSMATERIAL for details see www. hysafe. net/PGC or www. hysafe. net/e. Academy or www. ehammertraining. us/energy/hydrogen/controller. cfm

Einladung zur 3. Int. Conference on Hydrogen Safety September 16 -18 th, 2009 Ajaccio, Korsika, Frankreich Scientists & Sponsors Contact: ICHS@hysafe. org

WEITERE INFORMATIONEN … www. hysafe. net

DANKE UND SCHLUSS Danke an die EC No. E Hy. Safe is co-funded by the European Commission within the 6 th Framework Programme (2002 -2006); Contract n°: SES 6 -CT-2004 -502630. Danke an alle Hy. Safe Kollegen… … und an Sie, für Ihr Durchhaltevermögen!