Grüner Wasserstoff: Herausforderung bei der Sicherheitstechnik

Im Zuge der Energiewende wird Wasserstoff immer wichtiger werden – allem voran der per Elektrolyse mit erneuerbarem Strom hergestellte ,,grüne“ Wasserstoff. Gegenwärtig ist der globale Anteil von Elektrolyse-Wasserstoff mit weniger als fünf Prozent noch sehr gering, was insbesondere auf die hohen Produktionskosten zurückzuführen ist. Diese werden aber in Zukunft deutlich sinken.

Der Einstieg in eine ,,Wasserstoff-Wirtschaft‘ ist in vollem Gange. Obwohl die Chemie-Industrie seit Jahrzehnten im Umgang mit Wasserstoff geübt ist, ergeben sich gerade im Bereich der Sicherheitstechnik daraus auch neue Herausforderungen.  Sicherheitstechnisch wichtig ist unter anderem der außergewöhnlich die niedrige Mindest-Zündenergie. Auch wegen der extrem hohen Flammengeschwindigkeit, die etwa achtmal höher ist als die einer Methanflamme, ist ein Wasserstoff-Luft-Gemisch außergewöhnlich herausfordernd.

Zur Explosionsgefahr kommt noch die Tatsache, dass Wasserstoffmoleküle sehr klein sind und eine hohe Diffusionsfähigkeit, auch durch metallische Werkstoffe hindurch besitzen. Daher bestehen an die Dichtheit von Wasserstoffapparaturen besondere Herausforderungen, die aber technisch durchaus beherrschbar sind.

Sicherheitsnormen für Wasserstoff

International existiert etliche von Normen, die die sicherheitsrelevanten Belange der
wichtigsten Elemente in der
Wasserstoff-Wertschöpfungskette – darunter die Elektrolyse –
abdecken.

Maßnahmen des primären Explosionsschutzes sollen dabei insbesondere das Freisetzen von Wasserstoff durch ausreichend dichte Anlagenteile verhindern. Ab- gesichert wird dies durch eine Überwachung der unmittelbaren Umgebung mittels Gasmessgeräten. Die Dichtheit stellt einen bestimmenden Aspekt der meisten Sicherheitskonzepte von Wasserstoffanlagen dar.

In Deutschland sind die beiden Kategorien ,,technisch dicht“ und ,,dauerhaft technisch dicht“ seit vielen Jahren bewährt. Auf europäischer Ebene wurde dieser Notwendigkeit in der neuesten Ausgabe EN 1127-1 Rechnung getragen. Allerdings sind die EN hinsichtlich der Konzepte und einiger Details deutlich von den deutschen Normen abweichend.

Transport und Speicherung

Auch bei der Speicherung, dem Transport und der Rückverstromung von Wasserstoff sind die Anforderungen an die Sicherheitstechnik hoch. Wie bei der Herstellung bestehen jedoch international heute noch keine wirklich ausreichenden Normen und Standards in allen Prozessen.

Die Sicherheitsanforderungen für den Betrieb einer umfassenden Wasserstoff-Infrastruktur sind zwar nicht höher als man sie von den fossilen Energieträgern kennt, aber eben auch nicht geringer – zumindest auf die Explosionsgefahren bezogen. Sicherheitstechnisch günstigere Eigenschaften wie die hohe Flüchtigkeit aufgrund der geringen Dichte stehen ungünstigere Eigenschaften wie die extrem niedrige Mindestzündenergie und der hohe Diffusionskoeffizient entgegen.

Wasserstoff wird zukünftig nicht nur in gut von der Öffentlichkeit abgeschotteten, von geschultem Personal betriebenen Anlagen gehandhabt, sondern viele neue Anwendungen werden dezentral betrieben. So werden Elektrolyseanlagen in der Nähe von Windparks errichtet, umfangreiche Wasserstoff-Belieferungs- und Betankungsnetze entstehen.

Es ist daher sehr zu begrüßen, dass ISO und IEC viele wichtige Aspekte der Sicherheitstechnik entlang der Wasserstoffketten in internationalen Standards behandeln, schreibt Prof Dr.
Thorsten Arnold in der Fachzeitschrift „Chemie Technik“.

Foto: Negro Elkha