Quo vadis Wasserstoff?

Wasserstoff ist hochentzündlich und leicht flüchtig, was besondere Anforderungen an Lagerung, Transport und Handhabung stellt. Gleichzeitig bieten sich zahlreiche Chancen, von sauberer Energie über neue Arbeitsplätze bis hin zur industriellen Revolution. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Facetten von Wasserstoff – von den Risiken bis hin zu den Möglichkeiten, die diese innovative Technologie für unsere Gesellschaft birgt.

Green Hydrogen (gängige Nomenklatur: grau, blau, türkiser, roter & grüner H₂)

Green Hydrogen => grüner Wasserstoff (in RFNBO-Qualität: renewable fuels of non biological origin =strombasierter Kraftstoff als eine Art synthetischer Kraftstoff; PtX) wird als ein Baustein für die Energiewende und Schlüssel zur Klimaneutralität gesehen. Die EU-Ziele liegen bis 2030 bei 42% und bis 2035 bei 60%. Parallel dazu existiert die österreichische Wasserstoffstrategie aus 2022 (nationale Zielsetzung 2.3).

Wasserstoff und Arbeitssicherheit

Klimaneutraler Wasserstoff ist ein wichtiger Wegbereiter für das österreichische Ziel der Klimaneutralität 2040. Durch seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten kann Wasserstoff sowohl helfen, Klimaneutralität in schwer zu dekarbonisierenden Sektoren, als auch den Weg hin zu einem erneuerbaren Energiesystem unterstützen, dies bringt Wasserstoff in den Fokus und somit ist auch eine Sicherheitsbetrachtung von Wasserstoff erforderlich.

Eigenschaften von Wasserstoff

• Hochentzündlich und explosiv: Wasserstoff hat einen breiten Zündbereich in der Luft und kann sich bei niedrigen Temperaturen entzünden. Bereits eine kleine Menge kann in Verbindung mit Sauerstoff explosive Gemische bilden.
• Leicht flüchtig: Da Wasserstoff das kleinste Molekül ist, kann es durch viele Materialien hindurch diffundieren, was die Gefahr von Leckagen erhöht.
• Farblos, geruchlos und geschmacklos: Im Gegensatz zu anderen brennbaren Gasen wie Erdgas hat Wasserstoff keine natürlichen Erkennungsmerkmale, was die Erkennung von Leckagen erschwert.

Wasserstoff (H) ist das leichteste chemische Element und besonders reaktionsfreudig gegenüber Sauerstoff bei einer gleichzeitig hohen gewichtsspezifischen Energiedichte (120 MJ/kg). Das Wasserstoffmolekül (H2) ist ein besonders leichtes (Gasdichte 0,1 (Luft = 1)), farb- und geruchloses Gas, welches aus sehr kleinen Teilchen besteht.

Bezugspunkt Umwelt

• Wasserstoffproduktion: Die Umweltauswirkungen hängen stark von der Art der Produktion ab. "Grauer" Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird, führt zu CO₂-Emissionen, während "grüner" Wasserstoff, der durch Elektrolyse unter Verwendung erneuerbarer Energien produziert wird, klimafreundlich ist.
• Transport und Lagerung: Wasserstoff muss unter hohem Druck oder in flüssiger Form bei extrem niedrigen Temperaturen (-253°C) gelagert werden, was energetisch aufwändig ist und Risiken birgt. Leckagen könnten zu lokalen Umweltbelastungen führen, insbesondere wenn Wasserstoff in die Atmosphäre gelangt.
• Bei Wasserstoffbränden ist das Löschen mit Standard-Löschmitteln meist nicht möglich.
  • Es besteht ein hohes Diffusions- und Effusionsvermögen (Durchdringen von Feststoffen), dadurch sind manche Stahlsorten und Gusseisen nicht für Wasserstoff geeignet, da sie gegenüber Wasserstoff nicht dicht sind.

Bezugspunkt Arbeitssicherheit

Neben dem ArbeitnehmerInnenschutzgesetz (ASchG) und der Arbeitsstättenverordnung (AStV) ist beispielsweise auch die Verordnung explosionsfähiger Atmosphären (VEXAT) hier extrem wichtig. Die VEXAT regelt den Explosionsschutz in Arbeitsstätten, wo brennbare Stoffe mit Sauerstoff und Zündquelle zusammenkommen können.

Wasserstoff stellt primär eine Explosionsgefahr dar (Flammpunkt -240°C, Zündtemperatur 560°C): In geschlossenen Räumen oder an schlecht belüfteten Orten kann sich Wasserstoff bei einer Leckage ansammeln und eine Explosionsgefahr darstellen. Besonders in industriellen Umgebungen ist das Risiko erhöht.

• Bei Planung und Errichtung der Anlage muss diese Explosionsgefahr bereits berücksichtigt werden.
  • Sekundärer Explosionsschutz wird aufgrund der geringen benötigten Zündenergien von Wasserstoff häufig nur sehr schwer möglich sein. Zum Vergleich: die Mindestzündenergie von Wasserstoff beträgt 0,019 mJ, jene von Methan 0,28 mJ – das ist fast ein Faktor 20.
  • Die untere Explosionsgrenze (UEG) ist bei Wasserstoff bei 4 Vol%
  • Die obere Explosionsgrenze (OEG) Explosionsgrenze liegen bei Wasserstoff bei 77 Vol%.
• Kälteverbrennungen: Flüssiger Wasserstoff kann bei Kontakt mit Haut oder Gewebe schwere Kälteverbrennungen verursachen. Entsprechende Schutzkleidung und Schulungen sind daher unerlässlich.
• Druckbehälter: Wasserstoff wird oft in Druckbehältern bei sehr hohem Druck (bis zu 700 bar) gelagert, was ein erhebliches Risiko bei Beschädigung oder unsachgemäßer Handhabung darstellt.
• Detektion und Wartung: Da Wasserstoff schwer zu detektieren ist, sind fortschrittliche Sensoren und regelmäßige Wartung notwendig, um Leckagen rechtzeitig zu erkennen und zu verhindern.

Beim Umgang mit Wasserstoff ist oft spezielle PSA notwendig, z.B. ableitfähiges Schuhwerk, ableitfähige Schutzkleidung und ableitfähige Handschuhe. Außerdem können Zündquellen wirken, die über „das übliche Maß“ hinausgehen, und die Dichtheit der Wasserstoff beinhaltenden Anlagen bzw. Apparate spielt wegen des leichten Entweichens von Wasserstoff eine besonders große Rolle. Bei Heißarbeiten muss auf einen ausreichenden Abstand zum Manipulations- bzw. Lagerbereich von Wasserstoff geachtet werden, da Funken bei Wasserstoff eine effektive Zündquelle sind und bis zu 10 Meter weit fliegen können.

• Sichere Lagerung und Transport: Geeignete Materialien und Technologien müssen verwendet werden, um Wasserstoff sicher zu lagern und zu transportieren. Dazu gehören spezielle Druckbehälter und Leitungen, die für den Umgang mit Wasserstoff geeignet sind.
• Schulung und Schutzmaßnahmen: Mitarbeiter*innen, die mit Wasserstoff arbeiten, müssen umfassend unterwiesen und geschult und mit geeigneter Schutzkleidung ausgestattet werden. Notfallpläne und regelmäßige Sicherheitsübungen sind ebenfalls wichtig.
• Leckagedetektion: Der Einsatz von speziellen Wasserstoffdetektoren, die Leckagen schnell erkennen, ist entscheidend für die Arbeitssicherheit.