Wasserstoff als Antrieb

Transkript

1 1 Malte Jahn Regierungspräsidium Stuttgart Ref. 54.5

2 2 Inhalt: Rückblick Eigenschaften von Wasserstoff Ausblick Arbeitsschutz in Werkstätten Explosionsschutz Zulassungsverfahren

3 Rückblick Entdeckung des Wasserstoffs (Henry Cavendish) 1807/1813 Patent/Fahrt des ersten (wasserstoffgetriebenen) Kraftfahrzeuges (Francois Isaac Rivaz) 1839 Brennstoffzelle (Sir William Groove) 1860 Hippomobile (Etienne Lenoir) 1898 Verflüssigung von Wasserstoff (James Dewar) 1909 Ammoniaksynthese nach Haber-Bosch 1937 Absturz des Luftschiffs Hindenburg 1966 Electrovan (GM), Brennstoffzellenfahrzeug mit flüssigem Wasserstoff Versuchsfahrzeuge mit Wasserstoffverbrennungsmotor und tiefkaltem Wasserstoff

4 Eigenschaften 4 Benzin Methan Propan Wasserstoff UEG (%, Luft) ,1 4 OEG (%, Luft) ,5 75,6 Flammpunkt C ,8 Minimale Zündenergie mj 0,8 0,3 0,25 0,017 Dichte 20 C 1 bar 0,7-0,78 kg/l 0,718 kg/m 3 2,01 kg/ m 3 0,089 kg/ m 3 Siedepunkt C -161,5 C -42 C -252,7 C Kritische Temperatur - 82,5 C 96,6 C - 239,3 C Kritscher Druck 45 bar 42,4 bar 13 bar Diffusionskoeffizient cm 2 /s 0,16 0,12 0,61

5 5 Eigenschaften: Brennt mit kaum sichtbarer Flamme relativ geringe infra-rot Strahlung

6 Eigenschaften 6 Negativer Joul-Thomsen Koeffizient (im Hochdruckbereich) Gas erwärmt sich beim Entspannen!

7 Korrosion an Werkstoffen 7 Wasserstoffversprödung bei Stählen : -Adsorption des Wasserstoffs an der Oberfläche - Wasserstoff kann an Metalloberlächen dissoziieren - Eindringen in das Metall in atomarer Form - beschleunigte Spannungsrisskorrosion - Re-Kombination an Fehlstellen im Gefüge - Entkohlung Einflüsse sind insb.: - Druck, Temperatur - Reinheit (Inhibition durch Sauerstoff) - plastische Verformung

8 Werkstoffe 8 Verwendung finden z.b.: -austenitische Edelstähle mit hohem Nickelanteil - Aluminiumlegierungen - Kupferlegierungen - verschiedene Elastomere (z.t. Einschränkungen bei tiefen Temperaturen) - verschiedene Kunststoffe (z.t. Einschränkungen bei tiefen Temperaturen) Gusseisen ist ungeeignet.

9 2013/0012COM 9 Vorschlag der Kommission für eine Richtlinie über den Aufbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe: -Artikel 5: Netz öffentlich zugänglicher Wasserstofftankstellen (300 km) + technische Spezifikationen nach Anhang III - Anhang III: Gasförmigen Wasserstoff, Normen ISO/TS 20100:2008 (Wasserstofftankstellen), ISO (Reinheit des Wasserstoffs), ISO (Befüllalgorythmen), ISO (Fahrzeugkupplungen), alle Normen sollen bis zur Verabschiedung einschlägiger EN-Normen verwendet werden, was nach den Vorstellungen der Kommission 2014 erfolgen soll.

10 Wasserstofftankstelle Elektrolyse-Speicher-Verdichter-Füllanlage 10

11 Herkunft/Speicher/Verwendung 11 Herkunft (heute): - 40% Nebenprodukt (z.b. Rohölraffinierprozesse, Chlor-Alkali- Elektrolyse) -60% werden eigens erzeugt z.b.: Reformierung (CH H 2 O CO 2 + 4H 2 ), Cracken, Elektrolyse Speicherung: - Flüssig: Tiefkalt (<-252,7 C), Energiebedarf der Verflüssigung: real ca. 30 % des Heizwertes, Boil-Off Gas - Gasförmig: In Fahrzeugen bis 700 bar, Tanktypen 1 bis 4

12 Herkunft/Speicher/Verwendung 12 Tanksysteme: Typ 1: Stahlflaschen (Chrom-Molybdän-Stahl) Typ 2: Innenliner aus Metall (Stahl oder Aluminium) teilweise von einem Netz aus Kohlenstofffasern umgeben (für die Festigkeit) Typ 3: Innenliner aus Metall vollständig von einem Netz aus Kohlenstofffasern umbeben Typ 4: Innenliner aus Kunststoff

13 Herkunft/Speicher/Verwendung 13 Fahrzeug: - Brennstoffzelle + Elektroantrieb - Wasserstoff-Verbrennungsmotor - Wasserstoff-Methan-Gemische für Verbrennungsmotoren andere Projekte: Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse + - Erzeugung von Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid - Beimischung von Wasserstoff in das Erdgasnetz - Speicherung von Wasserstoff und Verstromung in BHKW

14 Zulassung von Fahrzeugen 14 Verordnung EG Nr. 79/2009 über die Typengenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen Regelt grundlegende Anforderungen an die Typengenehmigung wasserstoffbetriebener Kraftfahrzeuge, z.b.: - Leck vor Bruch - Anforderungen an Behälter (Typ 1 bis 4) - Anforderungen an wasserstoffführende Bauteile Detaillierte Anforderungen an die Behälter und deren Prüfung ergeben sich aus der Verordnung EU Nr. 406/2010

15 Wartung und Werkstatt 15 - Keine Odorierung bei Wasserstoff! Undichtigkeiten mit Gassensor oder Lecksuchspray aufspüren - Geringe Mindestzündenergieen, Zündung auch durch statische Entladung Erdung der Fahrzeuge - Auslösung der wärmegesteuerten Entspannungseinrichtung der Druckbehälter bei 100 bis 110 C Vorsicht bei Heißarbeiten

16 Wartung und Werkstatt 16 BGI 5108 Wasserstoffsicherheit in Werkstätten : -Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge können unter bestimmten Bedingungen als betriebsmäßig dicht angesehen werden -Bei Arbeiten an wasserstoffführenden Leitungen diese Entspannen und Entleeren - Inertisieren mit Helium (Flüssigwasserstoff) oder Stickstoff - Besondere Anforderungen an Wasserstoffwerksätten in Entwicklungsbereichen (insb. Explosionsschutz und Lüftung) BGI/GUV-I 8686 Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen

17 Explosionsschutz 17 Explosionsschutz: Grundsätzlich und eher allgemein: BGR 104 recht detaillierte Beispielliste: Technische Überwachung (TÜ), Bd. 43 (2002), Nr. 11/12, Seite 56 ff. Tankstellen für gasförmigen Wasserstoff: VdTÜV-Merkblatt 514 (Anforderungen an Wasserstofftankstellen)

18 18 Explosionsschutz (Werkstatt)

19 19 Explosionsschutz (Tankstelle) Vd-TÜV 514 Ex-Zonen bei Verdichtern in Räumen, Zone 1 oder 2, abhängig von Schutzmaßnahmen Ex-Zone 2 bei Pufferbehältern in Räumen Ex-Zone 2 im Gehäuse der Zapfsäule An Füllkupplung: Rest-Gasvolumen < 0,03 Normliter Keine gefährliche Explosionsfähige Atmosphäre Ex-Zonen um Austrittsöffnung von Abblaseleitungen

20 20 Explosionsschutz (Elektrolyse, Speicher) - Ex-Zonen um Armaturen (z.b. 1 m Zone 1, nach oben aufgeweitet 3 x 3 m Zone 2) - Abblaseleitungen können einen erheblichen, gerichteten Sicherheitsabstand (nach TRB 610 Ziffer 2.16) aufweisen (z.b. 17 m), mindestens 3 m - Ex-Zonen um Armaturen von Fahrzeugen zur Anlieferung von Wasserstoff

21 21 Zulassungsverfahren - Wasserstofftankstellen sind Füllanlagen im Sinne der BetrSichV, und bedürfen einer Erlaubnis nach 13 BetrSichV, dies gilt auch für mobile Füllanlagen - Erzeugung von Wasserstoff (auch durch Elektrolyse) kann eine Anlage nach Ziffer 4.1 der 4. BImSchV darstellen und ist immissionsschutzrechtlich genehmigungsbedürftig

22 22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit