Aus der Forschung lernen: Vorstellung des Netzwerkes “HySafe” Dr.-Ing. Thomas JORDAN Institut...

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


mJ

Zündenergie

0

20

40

60

80

100

120

140


MJ/

kg

Verbrennungswärme

0

10

20

30

40

50

60

70

80


OEG

-UEG

(%)

Brennbarkeitsbereich

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3


m/s

Laminare Brenngeschwindigkeit

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12


1/m

m

Detonations- sensitivität

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7


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


SICHERHEITSRELEVANTE EIGENSCHAFTEN GH2

0

20

40

60

80

100

120

140


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

http://www.hysafe.net/PGC

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!

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