Aus der Forschung lernen:Vorstellung des Netzwerkes “HySafe”
Dr.-Ing. Thomas JORDANInstitut für Kern- und Energietechnik
Forschungszentrum Karlsruhe GmbHim Karlsruhe Institut für Technologie KIT
Fachmeeting Wasserstoffsicherheit, H2 Expo, Hamburg, 23. Oktober 2008
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz-Gemeinschaft
1. Sicherheit von Wasserstoff2. Integration / Koordination internationaler
Sicherheitsforschung mit „HySafe“3. Ausbildungsangebote
UNFÄLLE MIT WASSERSTOFF
Stockholm 1984
H2-Quelle 180 Nm3
16 Verletzte, beschädigteFahrzeuge u. Gebäudeim Umkreis von 90 m
Köln 2005Norwegen 1984
Detonation von ~5 kg, 2 Tote, Zerstörung des gesamten Industriegebäudes
Was wäre wenn…?
Sicherheitsrelevante Eigenschaften von
- Wasserstoff - Erdgas trocken - Propan - Benzindampf 0
1
2
3
4
5
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
kg/m
3
Dichte
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
mJ
Zündenergie
0
20
40
60
80
100
120
140
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
MJ/
kg
Verbrennungswärme
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
OEG
-UEG
(%)
Brennbarkeitsbereich
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
m/s
Laminare Brenngeschwindigkeit
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
1/m
m
Detonations- sensitivität
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
cm2 /s
Diffusionskoeffizient
=1
=1 =1
-3,5
-3,0
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
Luf
t G
as(k
g/m
3 )
Auftrieb
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
SICHERHEITSRELEVANTE EIGENSCHAFTEN GH2
0
20
40
60
80
100
120
140
Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf
MJ/
kg
Verbrennungswärme(Infrarot)
SPEZIFISCHE GEFAHREN MIT LH2
-253°C Kaltverbrennungen, Erfrierungen, Materialdegeneration (Tiefkaltversprödung NDTT)780 x Volumenzunahme beim Verdampfen ErstickungPool kann durch Kryopumpeneffekt O2 einlagern Spontanzündungen möglich
Grösste Unfalldatenbank HySafe/HIAD
> 250 H2 spezifische Fälle
ZWISCHENFÄLLE MIT WASSERSTOFF: FOLGENStörfällen werden unterschieden in:- ohne Freisetzung ( Wasserstoff verbleibt in Speicherbehälter oder Prozessanlage)- mit Freisetzung, (Wasserstoff wird in Umgebung freigesetzt, oder in für Menschen zugängliche Räume)
keine Zündung
langsameDeflagration
Detonation
keine Zündung
langsameDeflagration
schnelleDeflagration
Detonation
ohne Freisetzung
mit Freisetzung
LH2
ohne Freisetzung
mit Freisetzung
• Zwischenfälle mit GH2 führen überwiegend zur Zündung und schnellen Deflagrationen• Zwischenfälle mit LH2 zünden wesentlich seltener als solche mit GH2 (Gemischbildung)
0
10
20
30
40
50
60
70
Ant
eil a
n Zw
isch
enfä
llen
mit
GH2
[%] schnelle
Deflagration
GH2
0
10
20
30
40
50
60
70
Ant
eil a
n Zw
isch
enfä
llen
mit
LH2 [
%]
ZWISCHENFÄLLE MIT WASSERSTOFF: PERSONENSCHÄDEN
GH2 LH2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Zahl
der
bet
roffe
nen
Pers
onen
pro
Zw
isch
enfa
ll m
it G
H2
Verletzte
Todesfälle
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Zahl
der
bet
roffe
nen
Pers
onen
pro
Zw
isch
enfa
ll m
it LH
2
Freisetzungohne
Zündung
Freisetzungund
Feuer
Freisetzungund
Explosion
KeineFreisetzung
Freisetzungohne
Zündung
Freisetzungund
Feuer
Freisetzungund
Explosion
KeineFreisetzung
Verletzte
Todesfälle
• Wesentlich weniger Verletzte mit LH2 als mit GH2, aber vergleichbare Anzahl an Todesopfern
• Fazit: Es treten alle Verbrennungsregimes auf, Konsequenzen hängen von vielen verschiedenen Einflussparametern ab, systematische Analyse notwendig
Konsortium● 24 Partner aus 12 europäischen Ländern
+ Kurchatov Institute, Russland + University of Calgary, Kanada● 13 Forschungsinstitute, 7 Industriepartner,
5 Universitäten● ~150 Wissenschaftler aktiv beteiligt
Integration der EU Forschung mit NoE HySafe
ZeitraumNoE Start: 03/2004Dauer: 5 years
02/2009 Übergang zur International Association HySafe(eigen finanzierte AISBL nach belgischem Recht)
BudgetGesamt > 13 M€ [EC Beitrag 7 M€]
HySafe Consortium Forschungszentrum Karlsruhe GmbH DEL’Air Liquide FRFederal Inst for Materials Research and Testing DEBMW Forschung und Technik GmbH DEBuilding Research Establishment Ltd UKCommissariat à l’Energie Atomique FRDet Norske Veritas AS NOFraunhofer-Gesellschaft ICT DEForschungszentrum Jülich GmbH DEGexCon AS NOThe UKs Health and Safety Laboratory UKFoundation INASMET ESInst Nat de l’Environm industriel et des RISques FREuropean Commission - JRC - Inst for Energy NLNational Center for Scientific Research Demokritos ELNorsk Hydro ASA NORisø National Laboratory DKTNO NLUniversity of Calgary CAUniversity of Pisa ITUniversidad Politécnica de Madrid ESUniversity of Ulster UKVOLVO Technology Corporation SEWarsaw University of Technology PLRussian Research Centre Kurchatov Institute RUS
CEN/CENELEC
StorHy
HyWays
NATURALHY
NorthAmerica
Japan
ISO/IEC IEA HIA Task 19
AdvisoryCouncil
HyApproval
HyFire
HyTrainHyCourse
HySAFEST E&TR&D
RC&SInternationale Einbettung von HySafe
HFP + JTI
HyPer
HYTHEC
Guide
Co-ordinate
Inform
FORSCHUNGS-SCHWERPUNKTE
Freisetzungen in (teilweise) geschlossenen RäumenSensorik und Unfallfolgenbeherrschung
Festgelegt durch eine - PIRT Studie
- Expertenbefragung- State-of-the-art Studie
zurPrioritisierung von Arbeiten
interne Projekte InsHyde und HyTunnelKommunikation der ggw. Ausrichtung
VERBRENNUNGSREGIMES VON H2-LUFT
Laminare Flamme v 1m/s, Ma << 1
Turbulente Flammev 300 m/s, Ma 1
(Quasi-) Detonationv > 1000 m/s, Ma >1
ÜBERDRÜCKE VON H2-LUFT - FLAMMEN
Maximale akzeptable
statische Last für typische
Wandstrukturen
0.01
0.1
1
10
100
7 10 100 1000Flammengeschwindigkeit (m/s)
FZK-Rohr (geschlossen) RUT ventedFLAME ventedplanar model,12%Hplanar model,28%H
2
2
pmax- p0
p0
t
p pmax
p0
LaminareDeflagration
Turbulente Deflagration Detonation
“Explosion”
BOS 15 % H2/air w/o obstaclesFlame velocity vs. distance
“HyTunnel” – Pretests Results
Große Versuchsanlage (5.7 x 1.6 x 0.6 m)- Belüftungsverhältnis = 0.46 (Schichtdicke = 0.15 m)
Folien-Öffnung
HyTunnel – Experimente
HyTunnel-Simulation
Zündfähige Wolke beiFreisetzung von 5 kg LH2
Ein Beitrag zum EC Projekt HyApproval „Handbook for the safe installation/operation of a HRS“ (weitere Infos auf http://www.hyapproval.org)
Wasserstoff-Tankstellen
Andere “unglaubwürdige” Szenarien?
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 derinvolvierten Risiken
Nano-strukturiertes, vorzykliertes, H2 beladenes Alanat; Systemdruck 10 bar T=120 °C
(Zeitgleicher Ausschnitt aus Hochgeschwindigkeitsvideo (links) Infrarot-Video (rechts))
“HyNano” – Sichere Speichermaterialien
SCHULUNGSMATERIAL
or www.ehammertraining.us/energy/hydrogen/controller.cfm
for details see www.hysafe.net/PGCor www.hysafe.net/eAcademy
Einladung zur 3. Int. Conference on Hydrogen SafetySeptember 16-18th, 2009Ajaccio, Korsika, Frankreich
Contact: [email protected]
Scientists &Sponsors
WEITERE INFORMATIONEN …
www.hysafe.net
DANKE UND SCHLUSS
Danke an die ECNoE HySafe is co-funded by the European Commission within the 6th Framework Programme (2002-2006);Contract n°: SES6-CT-2004-502630.
Danke an alle HySafe Kollegen…
… und an Sie, für Ihr Durchhaltevermögen!