Energiespeicher WasserstoffEin Forschungsvorhaben untersuchte die Auswirkungen von Wasserstoffzusätzen zum Erdgas mit Blick auf den Explosionsschutz. Dabei wurden sicherheitstechnische Kenngrößen für Erdgas-Wasserstoff-Gemische bestimmt.https://etem.bgetem.de/5.2022/etem/energiespeicher-wasserstoffhttps://etem.bgetem.de/@@site-logo/logo_etem_magazin.png
Energiespeicher Wasserstoff
Ein Forschungsvorhaben untersuchte die Auswirkungen von Wasserstoffzusätzen zum Erdgas mit Blick auf den Explosionsschutz. Dabei wurden sicherheitstechnische Kenngrößen für Erdgas-Wasserstoff-Gemische bestimmt.
Die Power-to-Gas-Technologie und der Arbeitsschutz
Rohrleitung zur Einspeisung von Wasserstoff in ein Erdgasnetz. Ein wesentliches Schutzziel für diese Rohrleitung ist deren Dichtheit. (Bildquelle: Gasunie Deutschland Transport Services GmbH)
Im Zuge der Energiewende werden neue Technologien entwickelt, die auch für den Arbeitsschutz neue Fragestellungen aufwerfen. Ein Beispiel ist die Power-to-Gas-Technologie, wo überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien durch Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff umgewandelt werden kann. Dieser Wasserstoff kann als „chemischer Energiespeicher“ dienen und rückverstromt oder in das Erdgasnetz eingespeist werden (siehe Abbildung oben). Geplant ist eine Beimischung von Wasserstoff zum Erdgas bis zu 20 Vol.-% (Mol-%).
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurden die Auswirkungen von Wasserstoffzusätzen zum Erdgas für den Konzentrationsbereich bis 10 Vol.-% im Hinblick auf den Explosionsschutz untersucht. Dabei wurden auch die sicherheitstechnischen Kenngrößen für Erdgas-Wasserstoff-Gemische bestimmt.
Leider sind in der wissenschaftlichen Literatur eine Vielzahl von Verfahren und experimentellen Aufbauten zur Bestimmung von Sicherheitstechnischen Kenngrößen (STK) und entsprechend unterschiedliche Werte für dieselben Gase und Gasgemische zu finden. Deshalb sollten im Vorhaben die sicherheitstechnischen Kenngrößen nach den harmonisierten europäischen Normen (soweit vorhanden) im Rahmen der Atmosphere Explosive (ATEX)-Richtlinien bestimmt werden.
Von besonderem Interesse waren diejenigen Kenngrößen, die für reines Methan (Erdgas) und Wasserstoff deutliche Unterschiede aufweisen. Bei zahlreichen Netzbetreibern werden solche Power-to-Gas-Anlagen bereits im technischen Maßstab betrieben. Der Betreiber muss hierfür ein Explosionsschutzkonzept erstellen, für das er verlässliche Aussagen zu den sicherheitstechnischen Kenngrößen benötigt.
Projektbeteiligte des Forschungsvorhabens waren
die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM),
die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH (DBI-GUT) und
die Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM).
Im Rahmen der Untersuchungen wurden folgende Kenngrößen für Erdgas-Wasserstoff-Gemische bestimmt:
Explosionsgrenzen und Sauerstoffgrenzkonzentrationen (auch für Biogas),
Explosionsdrücke und KG-Werte,
Normspaltweiten und Explosionsgruppe.
Zudem wurden die Gasausbreitung an Abblase- und Entspannungsleitungen und der Einfluss von Wasserstoffbeimischungen auf Gaswarngeräte betrachtet.
Normspaltweiten von Gemischen aus Methan und Wasserstoff (Messwerte der PTB [1] mit Trendlinie verbunden)