Aus der Forschung lernen: Vorstellung des Netzwerkes “HySafe” Dr.-Ing. Thomas JORDAN Institut für Kern- und Energietechnik Forschungszentrum Karlsruhe.

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1 Aus der Forschung lernen: Vorstellung des Netzwerkes “HySafe” Dr.-Ing. Thomas JORDAN Institut für Kern- und Energietechnik Forschungszentrum Karlsruhe GmbH im Karlsruhe Institut für Technologie KIT Fachmeeting Wasserstoffsicherheit, H2 Expo, Hamburg, 23. Oktober 2008 Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft 1. Sicherheit von Wasserstoff 2. Integration / Koordination internationaler Sicherheitsforschung mit „HySafe“ 3. Ausbildungsangebote

2 UNFÄLLE MIT WASSERSTOFF Stockholm 1984 H 2 -Quelle 180 Nm 3 16 Verletzte, beschädigte Fahrzeuge u. Gebäude im Umkreis von 90 m Köln 2005 Norwegen 1984 Detonation von ~5 kg, 2 Tote, Zerstörung des gesamten Industriegebäudes Was wäre wenn…?

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

4 SPEZIFISCHE GEFAHREN MIT LH 2 -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) keine Zündung langsame Deflagration Detonation keine Zündung langsame Deflagration schnelle Deflagration Detonation ohne Freisetzung mit Freisetzung LH 2 ohne Freisetzung mit Freisetzung Zwischenfälle mit GH 2 führen überwiegend zur Zündung und schnellen Deflagrationen Zwischenfälle mit LH 2 zünden wesentlich seltener als solche mit GH 2 (Gemischbildung) 0 10 20 30 40 50 60 70 Anteil an Zwischenfällen mit GH 2 [%] schnelle Deflagration GH 2 0 10 20 30 40 50 60 70 Anteil an Zwischenfällen mit LH 2 [%]

7 ZWISCHENFÄLLE MIT WASSERSTOFF: PERSONENSCHÄDEN GH 2 LH 2 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Zahl der betroffenen Personen pro Zwischenfall mit GH 2 Verletzte Todesfälle 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Zahl der betroffenen Personen pro Zwischenfall mit LH 2 Freisetzung ohne Zündung Freisetzung und Feuer Freisetzung und Explosion Keine Freisetzung ohne Zündung Freisetzung und Feuer Freisetzung und Explosion Keine Freisetzung Verletzte Todesfälle Wesentlich weniger Verletzte mit LH 2 als mit GH 2, aber vergleichbare Anzahl an Todesopfern Fazit: Es treten alle Verbrennungsregimes auf, Konsequenzen hängen von vielen verschiedenen Einflussparametern ab, systematische Analyse notwendig

8 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 Zeitraum NoE Start:03/2004 Dauer: 5 years  02/2009 Übergang zur International Association HySafe (eigen finanzierte AISBL nach belgischem Recht) Budget Gesamt > 13 M€ [EC Beitrag 7 M€]

9 HySafe Consortium Forschungszentrum Karlsruhe GmbHDE L’Air LiquideFR Federal Inst for Materials Research and TestingDE BMW Forschung und Technik GmbHDE Building Research Establishment LtdUK Commissariat à l’Energie AtomiqueFR Det Norske Veritas ASNO Fraunhofer-Gesellschaft ICTDE Forschungszentrum Jülich GmbHDE GexCon ASNO The UKs Health and Safety LaboratoryUK Foundation INASMETES Inst Nat de l’Environm industriel et des RISquesFR European Commission - JRC - Inst for EnergyNL National Center for Scientific Research DemokritosEL Norsk Hydro ASANO Risø National LaboratoryDK TNONL University of CalgaryCA University of PisaIT Universidad Politécnica de MadridES University of UlsterUK VOLVO Technology CorporationSE Warsaw University of TechnologyPL Russian Research Centre Kurchatov InstituteRUS

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

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 VERBRENNUNGSREGIMES VON H 2 -LUFT Laminare Flamme v  1m/s, Ma << 1 Turbulente Flamme v  300 m/s, Ma  1 (Quasi-) Detonation v > 1000 m/s, Ma >1

13 ÜBERDRÜCKE VON H 2 -LUFT - FLAMMEN overpressure ratio (p-p)/p max00 Maximale akzeptable statische Last für typische Wandstrukturen t p p max p0p0 Laminare Deflagration Turbulente DeflagrationDetonation “Explosion”

14 BOS 15 % H 2 /air w/o obstacles Flame velocity vs. distance “HyTunnel” – Pretests Results

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

16 HyTunnel-Simulation Zündfähige Wolke bei Freisetzung von 5 kg LH2

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

18 Andere “unglaubwürdige” Szenarien?

19 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 der involvierten Risiken Nano-strukturiertes, vorzykliertes, H2 beladenes Alanat; Systemdruck 10 bar T=120 °C (Zeitgleicher Ausschnitt aus Hochgeschwindigkeitsvideo (links) Infrarot-Video (rechts)) “HyNano” – Sichere Speichermaterialien

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

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

22 WEITERE INFORMATIONEN  …  www.hysafe.net

23 DANKE UND SCHLUSS Danke an die EC NoE 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!