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Abt. 5 Wasserstoff als Antrieb 14.03.2013
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Wasserstoff als Antrieb
Malte JahnRegierungspräsidium Stuttgart
Ref. 54.5
Inhalt:
• Rückblick• Eigenschaften von Wasserstoff• Ausblick• Arbeitsschutz in Werkstätten• Explosionsschutz• Zulassungsverfahren
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Abt. 5 Wasserstoff als Antrieb 14.03.2013
Abt. 5 Wasserstoff als Antrieb 14.03.2013
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Rückblick1766 Entdeckung des Wasserstoffs (Henry Cavendish)
1807/1813 Patent/Fahrt des ersten (wasserstoffgetriebenen) Kraftfahrzeuges (Francois Isaac Rivaz)
1839 Brennstoffzelle (Sir William Groove)
1860 Hippomobile (Etienne Lenoir)
1898 Verflüssigung von Wasserstoff (James Dewar)
1909 Ammoniaksynthese nach Haber-Bosch
1937 Absturz des Luftschiffs „Hindenburg“
1966 Electrovan (GM), Brennstoffzellenfahrzeug mit flüssigem Wasserstoff
1971-1978 Versuchsfahrzeuge mit Wasserstoffverbrennungsmotor und tiefkaltem Wasserstoff
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Eigenschaften
Benzin Methan Propan Wasserstoff
UEG (%, Luft) 15 5 2,1 4OEG (%, Luft) 8 15 9,5 75,6Flammpunkt °C -20 -188 -104 -270,8Minimale Zündenergie mJ
0,8 0,3 0,25 0,017
Dichte 20°C 1 bar 0,7-0,78 kg/l 0,718 kg/m3 2,01 kg/ m3 0,089 kg/ m3
Siedepunkt 30-215 °C -161,5 °C -42 °C -252,7 °CKritische Temperatur - 82,5 °C 96,6 °C - 239,3 °C
Kritscher Druck 45 bar 42,4 bar 13 bar
Diffusionskoeffizient cm2/s
0,16 0,12 0,61
Eigenschaften:
• Brennt mit kaum sichtbarer Flamme
• relativ geringe infra-rot Strahlung
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Abt. 5 Wasserstoff als Antrieb 14.03.2013
Abt. 5 Wasserstoff als Antrieb 14.03.2013
6Eigenschaften
Negativer Joul-Thomsen Koeffizient(im Hochdruckbereich)
Gas erwärmt sich beim Entspannen!
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Korrosion an WerkstoffenWasserstoffversprödung bei Stählen :-Adsorption des Wasserstoffs an der Oberfläche- Wasserstoff kann an Metalloberlächen dissoziieren- Eindringen in das Metall in atomarer Form- beschleunigte Spannungsrisskorrosion- Re-Kombination an Fehlstellen im Gefüge- Entkohlung
Einflüsse sind insb.:- Druck, Temperatur- Reinheit (Inhibition durch Sauerstoff)- plastische Verformung
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Werkstoffe
Verwendung finden z.B.:-austenitische Edelstähle mit hohem Nickelanteil- Aluminiumlegierungen- Kupferlegierungen- verschiedene Elastomere (z.T. Einschränkungen bei tiefen Temperaturen)- verschiedene Kunststoffe (z.T. Einschränkungen bei tiefen Temperaturen)
Gusseisen ist ungeeignet.
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2013/0012COM
Vorschlag der Kommission für eine Richtlinie über den Aufbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe:
-Artikel 5: Netz öffentlich zugänglicher Wasserstofftankstellen (300 km) + technische Spezifikationen nach Anhang III
- Anhang III: Gasförmigen Wasserstoff, Normen ISO/TS 20100:2008 (Wasserstofftankstellen), ISO 14687-2 (Reinheit des Wasserstoffs), ISO 20100 (Befüllalgorythmen), ISO 17268 (Fahrzeugkupplungen), alle Normen sollen bis zur Verabschiedung einschlägiger EN-Normen verwendet werden, was nach den Vorstellungen der Kommission 2014 erfolgen soll.
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10WasserstofftankstelleElektrolyse-Speicher-Verdichter-Füllanlage
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Herkunft/Speicher/Verwendung
Herkunft (heute): - 40% Nebenprodukt (z.B. Rohölraffinierprozesse, Chlor-Alkali-Elektrolyse)-60% werden eigens erzeugt z.B.: Reformierung (CH4 + 2 H2O
CO2 + 4H2), Cracken, Elektrolyse
Speicherung:- Flüssig: Tiefkalt (<-252,7 °C), Energiebedarf der Verflüssigung: real ca. 30 % des Heizwertes, Boil-Off Gas- Gasförmig: In Fahrzeugen bis 700 bar, Tanktypen 1 bis 4
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Herkunft/Speicher/Verwendung
Tanksysteme:Typ 1: Stahlflaschen (Chrom-Molybdän-Stahl)Typ 2: Innenliner aus Metall (Stahl oder Aluminium) teilweise von einem Netz aus Kohlenstofffasern umgeben (für die Festigkeit)Typ 3: Innenliner aus Metall vollständig von einem Netz aus Kohlenstofffasern umbebenTyp 4: Innenliner aus Kunststoff
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Herkunft/Speicher/Verwendung
Fahrzeug:- Brennstoffzelle + Elektroantrieb- Wasserstoff-Verbrennungsmotor- Wasserstoff-Methan-Gemische für Verbrennungsmotoren
andere Projekte:Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse +
- Erzeugung von Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid- Beimischung von Wasserstoff in das Erdgasnetz- Speicherung von Wasserstoff und Verstromung in BHKW
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14Zulassung von Fahrzeugen
Verordnung EG Nr. 79/2009 über die Typengenehmigungvon wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen
Regelt grundlegende Anforderungen an die Typengenehmigung wasserstoffbetriebener Kraftfahrzeuge, z.B.:
-„Leck vor Bruch“- Anforderungen an Behälter (Typ 1 bis 4)
- Anforderungen an wasserstoffführende Bauteile
Detaillierte Anforderungen an die Behälter und deren Prüfung ergeben sich aus der Verordnung EU Nr. 406/2010
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Wartung und Werkstatt
- Keine Odorierung bei Wasserstoff! Undichtigkeiten mit Gassensor oder Lecksuchspray aufspüren- Geringe Mindestzündenergieen, Zündung auch durch statische Entladung Erdung der Fahrzeuge- Auslösung der wärmegesteuerten Entspannungseinrichtung der Druckbehälter bei 100 bis 110°C Vorsicht bei Heißarbeiten
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Wartung und Werkstatt
BGI 5108 „Wasserstoffsicherheit in Werkstätten“:-Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge können unter bestimmten Bedingungen als betriebsmäßig dicht angesehen werden-Bei Arbeiten an wasserstoffführenden Leitungen diese Entspannen und Entleeren- Inertisieren mit Helium (Flüssigwasserstoff) oder Stickstoff- Besondere Anforderungen an Wasserstoffwerksätten in Entwicklungsbereichen (insb. Explosionsschutz und Lüftung)
BGI/GUV-I 8686 „Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen“
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Explosionsschutz Explosionsschutz:Grundsätzlich und eher allgemein: BGR 104
recht detaillierte Beispielliste: Technische Überwachung (TÜ),Bd. 43 (2002), Nr. 11/12, Seite 56 ff.
Tankstellen für gasförmigen Wasserstoff: VdTÜV-Merkblatt 514 (Anforderungen an Wasserstofftankstellen)
Explosionsschutz (Werkstatt)
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Explosionsschutz (Tankstelle)Vd-TÜV 514
• Ex-Zonen bei Verdichtern in Räumen, Zone 1 oder 2, abhängig von Schutzmaßnahmen
• Ex-Zone 2 bei Pufferbehältern in Räumen• Ex-Zone 2 im Gehäuse der Zapfsäule• An Füllkupplung: Rest-Gasvolumen < 0,03
Normliter Keine gefährliche Explosionsfähige Atmosphäre
• Ex-Zonen um Austrittsöffnung von Abblaseleitungen
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Explosionsschutz (Elektrolyse, Speicher)
- Ex-Zonen um Armaturen (z.B. 1 m Zone 1, nach oben aufgeweitet 3 x 3 m Zone 2)
- Abblaseleitungen können einen erheblichen, gerichteten Sicherheitsabstand (nach TRB 610 Ziffer 2.16) aufweisen (z.B. 17 m), mindestens 3 m
- Ex-Zonen um Armaturen von Fahrzeugen zur Anlieferung von Wasserstoff
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Zulassungsverfahren- Wasserstofftankstellen sind Füllanlagen im
Sinne der BetrSichV, und bedürfen einer Erlaubnis nach § 13 BetrSichV, dies gilt auch für mobile Füllanlagen
- Erzeugung von Wasserstoff (auch durch Elektrolyse) kann eine Anlage nach Ziffer 4.1 der 4. BImSchV darstellen und ist immissionsschutzrechtlich genehmigungsbedürftig
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Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit
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