Sicherheitsaspekte bei der
 Verwendung von Wasserstoff:


Grundsätzlich ist der Umgang mit Wasserstoff nicht gefährlicher, sondern einfach anders als der mit Benzin. Natürlich ist Wasserstoff, ebenso wie das heutige Benzin, unter gewissen Bedingungen gefährlich. Um eine ebenso hohe Sicherheit für Wasserstoffspeicher zu gewährleisten wie bei Benzintanks, wurden daher umfangreiche Tests durchgeführt. In sorgfältigen sicherheitsanalytischen Studien, Labor- und Feldexperimenten wurde vorweggenommen, was später im alltäglichen Umgang mit dem Energieträger Wasserstoff passieren kann. Jedoch muss bei den Sicherheitsaspekten zwischen den verschiedenen Speichermethoden für Wasserstoff differenziert werden, da hier erhebliche Unterschiede vorliegen:


Druckgas-Wasserstoffspeicher:     


In Drucktanks liegt Wasserstoff gasförmig vor, was sicherheitstechnisch gesehen die gefährlichste Form von Wasserstoff ist. Im Vergleich mit Erdgas ist Wasserstoff um ein vielfaches flüchtiger und dazu leichter als Luft. Im Freien führt dies dazu, dass das Wasserstoffgas schnell entweicht und sich nicht um das Fahrzeug ansammelt, sondern rasch nach oben steigt. In geschlossenen Räumen kann es dagegen wie bei Erdgas zu einer Bildung und Ansammlung eines explosiven Luft-Gas-Gemisches kommen.

Die Automobilhersteller verbauen bei ihren Konzeptfahrzeugen aus diesem Grund Wasserstoffsensoren, die bei einer Leckage im Leitungssystem sofort sämtliche Ventile schließen und die Gaszufuhr unterbrechen. Dennoch werden wasserstoffbetriebene Fahrzeuge mit Drucktanks voraussichtlich den gleichen Sicherheitsvorlagen unterliegen wie erdgasbetriebene Fahrzeuge und nicht in geschlossenen Räumen geparkt werden dürfen.

Um die Sicherheit der Drucktanks an sich zu untersuchen und mit heutigen Benzintanks vergleichen zu können, führte Dr. Michael Swain von der University of Miami in Florida einen Versuch mit jeweils einem wasserstoff- und einem benzinbetriebenen Fahrzeug durch:

Bei beiden Fahrzeugen wurde eine Leckage am Tank verursacht (ein 1,6 mm Loch in der Benzinleitung, eine undichte Verbingungsstelle in der Wasserstoffleitung). Anschließend wurde in unmittelbarer Nähe ferngezündet. Die folgenden Ausschnitte der Videodokumentation verdeutlichen das Ergebnis der Studie:


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Auf der linken Seite steht das Fahrzeug mit Wasserstofftank, auf der rechten Seite das Fahrzeug mit einem normalen Benzintank.

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Bei beiden Fahrzeugen erfolgt die Zündung in unmittelbarer Umgebung der Leckage.

Am Leck des wasserstoffbetriebenen Fahrzeuges entsteht durch das mit hohem Druck ausströmende Gas eine hohe Stichflamme.

Beim benzinbetriebenen Fahrzeug gerät die Benzinlache unter dem Fahrzeug in Brand.

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Der Wasserstoff-Druck nimmt ab, die Flamme wird kleiner.

Das Benzinfeuer breitet sich aus.

1 min, 30 sec

Das Wasserstoffgas ist nahezu vollständig ausgeströmt, die Flamme wird schnell kleiner. Die Temperatur im Inneren des wasserstoffbetriebenen Fahrzeuges geht nach einem Spitzenwert von 19,4° C wieder zurück, die Spitzentemperatur der Heckscheibe beträgt 47° C.

Am benzinbetriebenen Fahrzeug entzünden sich Reifen und Kunststoffteile der Karosserie.

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Das Feuer am wasserstoffbetriebenen Fahrzeug ist vollständig erloschen, das Fahrzeug bleibt bis auf die Umgebung des Lecks unversehrt.

Das Benzinfeuer hat auf den Innenraum übergegriffen, das Fahrzeug steht vollständig in Flammen.



Während beim benzinbetriebenen Fahrzeug ein kleines Loch ausschlaggebend für den Brand war, hätten zum Brand am wasserstoffbetriebenen Fahrzeug gleich 4 Sicherheitssysteme auf einmal ausfallen müssen!

Crashtests an Fahrzeugen mit Gasdrucktanks sind bisher noch nicht erfolgt. Da die Tanks jedoch in der Regel wie auch Benzintanks im geschützten Bereich zwischen den Hinterrädern liegen, muss ein Aufprall äußerst heftig und ungünstig erfolgen, um die Tanks mechanisch zu beschädigen. Bei solch einem Unfall, bei dem die Tanks mechanisch beschädigt würden, sind jedoch die Überlebenschancen für die Insassen durch den starken Aufprall allein schon äußerst gering, so dass bisher keine tiefgehenden Versuche durchgeführt wurden.


Flüssigwasserstoff-Speicher:     


Deformation des Tanks durch massive GegenständeIn einem mehrjährigen Programm wurden von der BMW Group verschiedene schwere Unfälle nachgestellt und getestet, wie sich der Flüssigwasserstoff-Tank dabei verhält. So wurden gefüllte Tanks, deren Sicherheitsventile man absichtlich blockiert hatte, unter hohem Druck zerstört. Die für diesen Extremfall vorgesehene Sollbruchstelle im Innentank sorgte dafür, dass der gespeicherte Wasserstoff dosiert abgeblasen wurde.

In weiteren Tests wurden mit flüssigem Wasserstoff gefüllte Fahrzeugtanks auf einem Prüfstand Brandtests unterzogen. Über eine Stunde lang wurden die Tanks dabei vollständig von fast 1.000 Grad Celsius heißen Flammen umschlossen. Auch hier zeigten die Tanks ein gutmütiges Verhalten: Der verdampfte Wasserstoff entwich langsam und kaum wahrnehmbar über die Sicherheitsventile.

Berstversuche am WasserstofftankIm letzten Teil der Worst-Case-Untersuchungen wurden Automobiltanks mit flüssigem Wasserstoff durch massive Gegenstände deformiert und erheblich beschädigt. In keinem Fall kam es zur Explosion des Tanks.

Aber nicht nur die Tanks, auch komplette Fahrzeuge mussten sich bewähren. So wurden BMW Wasserstofffahrzeuge Crashtests nach aktuellen Normen unterzogen, bspw. dem Frontal-Crash nach US-Spezifikation mit vorgeschriebenen 56 km/h Aufprallgeschwindigkeit, dem Heck-Crash mit 100 und 40 Prozent Überdeckung sowie dem Seiten-Crash im verwundbarsten Bereich, am Einfüllstutzen zum Wasserstoff-Tank. Alle Anforderungen wurden dabei einwandfrei erfüllt und der Beweis erbracht, dass der Betrieb mit Wasserstoff genauso sicher ist wie mit Benzin.
 


Metallhydrid-Speicher:     


Die Metallhydrid-Speicherung bietet einen sehr hohen Sicherheitsstandard: Da der Wasserstoff chemisch an das entsprechende Metall gebunden ist, kann kein Gas aus dem Speicher entweichen, sich in geschlossenen Räumen - bspw. Tiefgarage - ansammeln und somit ein explosives Wasserstoff-Luft-Gemisch bilden. Denn nur bei Zuführung von Wärme wird das Gas aus dem Metallhydrid gelöst und zu den Brennstoffzellen geleitet.

Sollte das Fahrzeug im Falle eines Unfalles Feuer fangen und dadurch der Speicher großer Wärme ausgesetzt sein, so entweicht der Wasserstoff über Sicherheitsventile und brennt kontrolliert ab. Bei Bränden im Bereich der Gasleitungen oder der Brennstoffzelle ist der Speicher zudem durch Rückschlagventile geschützt.



Methanol-Speicher:     


Methanol verhält sich generell wie Benzin. Auch die Lagerung, Betankung und der Umgang mit Methanol unterscheidet sich kaum von der Handhabung von Benzin. Methanol ist leicht entzündlich, Methanoldämpfe bilden zusammen mit Luft ein explosives Gemisch.

Gefährlich ist zudem die kaum sichtbare bläuliche Flamme beim Verbrennen von Methanol, da Brände erst relativ spät bemerkt und schwer bekämpft werden können. Auch ist auslaufendes Methanol im Falle eines Unfalles äußerst umweltschädlich und gefährdet sehr stark das Grundwasser, was die Vorteile von Methanol bei der Handhabung und Infrastruktur aus umweltspezifischer Sicht wieder relativiert.



GNF-Speicher:     


Da diese Art der Speicherung bisher noch nicht realisiert wurde, sind genaue Aussagen über die Sicherheit von GNF-Speichersystemen nicht möglich. Sollten die Speicher allerdings in der geplanten Form von auswechselbaren Kartuschen vorliegen, wäre diese Art der Wasserstoff-Speicherung sehr sicher: Ein Freisetzen des Wasserstoffes würde nur durch kontrolliertes Erhöhen des anliegenden Druckes erfolgen, eine mechanische Zerstörung des Speichers hätte keine Folgen. Brandgefährdet wären hier nur die Teile des Treibstoffsystems, die mit dem gasförmigen Wasserstoff in Verbindung kommen, also hauptsächlich Treibstoffleitungen, die jedoch über Sensoren und Rückschlagventile geschützt werden können.


Natriumborhydrid-Speicher:     


Sowohl der Ausgangsstoff Natriumborhydrid als auch das Endprodukt Natriummetaborat (vergleichbar mit Borax) sind nicht entflammbar und ungiftig, so dass diese Art der Wasserstoffspeicherung und -bereitstellung äußerst sicher ist. Eine Freisetzung von Wasserstoffgas ist unkontrolliert nicht möglich - bspw. bei Berührung des Natriumborhydrids mit Wasser - da zur Reaktion zusätzlich das Katalysatormetall benötigt wird. Brandgefährdet wären auch hier nur mit dem gasförmigem Wasserstoff in Kontakt stehende Leitungen und Komponenten.    


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