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Aus der Forschung lernen: Vorstellung des Netzwerkes “HySafe”

Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft. Aus der Forschung lernen: Vorstellung des Netzwerkes “HySafe”. Sicherheit von Wasserstoff Integration / Koordination internationaler Sicherheitsforschung mit „HySafe“ Ausbildungsangebote.

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Aus der Forschung lernen: Vorstellung des Netzwerkes “HySafe”

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Presentation Transcript

  1. Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz-Gemeinschaft Aus der Forschung lernen:Vorstellung des Netzwerkes “HySafe” • Sicherheit von Wasserstoff • Integration / Koordination internationaler Sicherheitsforschung mit „HySafe“ • Ausbildungsangebote Dr.-Ing. Thomas JORDAN Institut für Kern- und Energietechnik Forschungszentrum Karlsruhe GmbHim Karlsruhe Institut für Technologie KIT Fachmeeting Wasserstoffsicherheit, H2 Expo, Hamburg, 23. Oktober 2008

  2. UNFÄLLE MIT WASSERSTOFF Norwegen 1984 Stockholm 1984 Köln 2005 Was wäre wenn…? Detonation von ~5 kg, 2 Tote, Zerstörung des gesamten Industriegebäudes H2-Quelle 180 Nm3 16 Verletzte, beschädigte Fahrzeuge u. Gebäude im Umkreis von 90 m

  3. 140 Verbrennungswärme 120 100 80 MJ/kg 60 40 20 0 Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf 140 Verbrennungswärme(Infrarot) 120 100 80 MJ/kg 60 40 20 0 Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf SICHERHEITSRELEVANTE EIGENSCHAFTEN GH2 1,5 • Sicherheitsrelevante Eigenschaften von • Wasserstoff • - Erdgas trocken • - Propan • - Benzindampf 5 Dichte 1,0 Auftrieb 0,5 4 0,0 3 -0,5 3 kg/m -1,0 rLuft-r Gas(kg/m3) 2 -1,5 -2,0 1 -2,5 -3,0 Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf 0 Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf -3,5 0,7 80 0,35 Diffusionskoeffizient Zündenergie Brennbarkeitsbereich 0,6 70 0,3 F=1 60 0,5 0,25 50 0,4 /s 0,2 OEG-UEG (%) 2 mJ 40 cm 0,3 0,15 30 0,2 0,1 20 0,1 0,05 10 0 0 0 Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf 0,12 3 Detonations- sensitivität Laminare Brenngeschwindigkeit 0,1 2,5 F=1 F=1 0,08 2 1/mm 0,06 m/s 1,5 0,04 1 0,02 0,5 0 0 Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf Wasserstoff Erdgas trock. Propan Benzindampf

  4. SPEZIFISCHE GEFAHREN MIT LH2 • -253°C Kaltverbrennungen, Erfrierungen, Materialdegeneration (Tiefkaltversprödung NDTT) • 780 x Volumenzunahme beim Verdampfen  Erstickung • Pool kann durch Kryopumpeneffekt O2 einlagern  Spontanzündungen möglich

  5. Grösste Unfalldatenbank HySafe/HIAD > 250 H2 spezifische Fälle

  6. ZWISCHENFÄLLE MIT WASSERSTOFF: FOLGEN • Störfällen werden unterschieden in: • ohne Freisetzung ( Wasserstoff verbleibt in Speicherbehälter oder Prozessanlage) • mit Freisetzung, (Wasserstoff wird in Umgebung freigesetzt, oder in für Menschen • zugängliche Räume) LH2 GH2 schnelle Deflagration 70 70 [%] keine Zündung [%] ohne Freisetzung 2 60 2 60 ohne Freisetzung mit Freisetzung 50 50 mit Freisetzung langsame Deflagration 40 40 schnelle Deflagration Anteil an Zwischenfällen mit GH 30 30 Anteil an Zwischenfällen mit LH langsame Deflagration 20 20 keine Zündung 10 10 Detonation Detonation 0 0 • Zwischenfälle mit GH2 führen überwiegend zur Zündung und schnellen Deflagrationen • Zwischenfälle mit LH2 zünden wesentlich seltener als solche mit GH2 (Gemischbildung)

  7. ZWISCHENFÄLLE MIT WASSERSTOFF: PERSONENSCHÄDEN Verletzte Verletzte GH2 2,5 2,5 LH2 Todesfälle Todesfälle 2 2 2 2 1,5 1,5 Zahl der betroffenen Personen pro Zwischenfall mit LH Zwischenfall mit GH Zahl der betroffenen Personen pro 1 1 0,5 0,5 0 0 Freisetzung ohne Zündung Freisetzung und Feuer Freisetzung ohne Zündung Freisetzung und Feuer Freisetzung und Explosion Keine Freisetzung Freisetzung und Explosion Keine Freisetzung • 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

  8. Integration der EU Forschung mit NoE HySafe Konsortium • 24 Partner aus 12 europäischen Ländern + Kurchatov Institute, Russland + University of Calgary, Kanada • 13 Forschungsinstitute, 7 Industriepartner, 5 Universitäten • ~150 Wissenschaftler aktiv beteiligt Budget Gesamt > 13 M€ [EC Beitrag 7 M€] Zeitraum NoE Start: 03/2004 Dauer: 5 years  02/2009 Übergang zur International Association HySafe (eigen finanzierte AISBL nach belgischem Recht)

  9. HySafe Consortium

  10. Internationale Einbettung von HySafe IEA HIA Task 19 RC&S ISO/IEC CEN/CENELEC Inform HFP + JTI Guide HyApproval AdvisoryCouncil NorthAmerica HyPer HYTHEC Japan Co-ordinate NATURALHY HyTrain StorHy HyCourse HyWays HyFire R&D E&T HySAFEST

  11. FORSCHUNGS-SCHWERPUNKTE • Freisetzungen in (teilweise) geschlossenen Räumen • Sensorik und Unfallfolgenbeherrschung Festgelegt durch eine - PIRT Studie - Expertenbefragung- State-of-the-art Studie zur Prioritisierung von Arbeiten  interne Projekte InsHyde und HyTunnel Kommunikation der ggw. Ausrichtung

  12. Laminare Flamme Turbulente Flamme (Quasi-) Detonation v 1m/s, Ma << 1 v  300 m/s, Ma  1 v > 1000 m/s, Ma >1 VERBRENNUNGSREGIMES VON H2-LUFT

  13. 100 FZK-Rohr (geschlossen) RUT vented 10 FLAME vented planar model,12%H 2 planar model,28%H 2 pmax- p0 p0 1 0.1 p p max p0 t 0.01 7 10 100 1000 Flammengeschwindigkeit (m/s) ÜBERDRÜCKE VON H2-LUFT - FLAMMEN max00 Maximale akzeptable statische Last für typische Wandstrukturen overpressure ratio (p-p)/p Laminare Deflagration Turbulente Deflagration Detonation “Explosion”

  14. “HyTunnel” – Pretests Results BOS 15 % H2/air w/o obstacles Flame velocity vs. distance

  15. HyTunnel – Experimente Große Versuchsanlage (5.7 x 1.6 x 0.6 m) - Belüftungsverhältnis a = 0.46 (Schichtdicke d = 0.15 m) Folien-Öffnung

  16. HyTunnel-Simulation Zündfähige Wolke beiFreisetzung von 5 kg LH2

  17. Wasserstoff-Tankstellen Ein Beitrag zum EC Projekt HyApproval „Handbook for the safe installation/operation of a HRS“ (weitere Infos auf http://www.hyapproval.org)

  18. Andere “unglaubwürdige” Szenarien?

  19. Prinzipielles Verständnis für die Sicherheitseigeschaften nano-skaliger Festkörperspeicher-Materialien und –Systeme Entwicklung neuer Testmethoden für das Material und die Systeme Beschreibung der Reaktionsmechanismen Entwicklung von Methoden zur Reduktion derinvolvierten Risiken “HyNano” – Sichere Speichermaterialien Nano-strukturiertes, vorzykliertes, H2 beladenes Alanat; Systemdruck 10 bar T=120 °C (Zeitgleicher Ausschnitt aus Hochgeschwindigkeitsvideo (links) Infrarot-Video (rechts))

  20. SCHULUNGSMATERIAL for details see www.hysafe.net/PGCor www.hysafe.net/eAcademy or www.ehammertraining.us/energy/hydrogen/controller.cfm

  21. Einladung zur 3. Int. Conference on Hydrogen Safety September 16-18th, 2009 Ajaccio, Korsika, Frankreich Scientists & Sponsors Contact: ICHS@hysafe.org

  22. WEITERE INFORMATIONEN  …  www.hysafe.net

  23. 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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