Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Wasserstoff (H₂) ist von sich aus bestrebt, zusammen mit Sauerstoff (O₂) zu Wasser (H₂O) zu reagieren. Nach der Entzündung wird dabei wie bei jeder Verbrennung oder Explosion Energie freigesetzt (exotherme Reaktion). Ob es zu einer Verbrennung oder einer Knallgasreaktion kommt, hängt vom Mischungsverhältnis ab. In Luft unter atmosphärischem Druck liegt die Zündfähigkeit bei einem Volumenanteil zwischen vier Prozent (untere Zündgrenze) und 77 Prozent (obere Zündgrenze) Wasserstoff. Aber erst ab einem Volumenanteil von 18 Prozent ist das Gemisch explosionsfähig.

Am stärksten ist die Reaktion bei einer Mischung aus reinem Wasserstoff und reinem Sauerstoff im Verhältnis von 2:1. Bei Entzündung ertönt ein lauter Knall.

Die Knallgasprobe hingegen ist eine Nachweisreaktion, um die Anwesenheit von Wasserstoff zu überprüfen. Entzündet man das zu überprüfende Gas, beispielsweise durch einen Funken oder ein Streichholz, und ertönt ein pfeifendes Geräusch oder ein „Plopp“, weiß man, dass ein Wasserstoff-Luft-Gemisch vorlag. Zudem schlagen sich bei diesem Vorgang Wassertröpfchen im Inneren des Reagenzglases nieder.

Wasserstoff spielte auch eine Rolle bei der Kernreaktorkatastrophe im japanischen Atomkraftwerk Fukushima I. Dort war es infolge eines Erdbebens sowie eines Tsunamis am 12. März 2011 in Block 1 wiederholt zu Wasserstoffexplosionen gekommen. Am 14. März explodierte es in Block 3 und am 15. März in Block 2.

Normalerweise ist in Siedewasserreaktoren gar kein Wasserstoff vorhanden – weder gasförmig noch flüssig. Der Wasserstoff hat sich hier erst infolge der Kernschmelze gebildet.

Der Deutsche Verband für Wasserstoff- und Brennstoffzellen (DWV) geht davon aus, dass das Hüllmaterial der Brennstäbe, Zirkonium, bei den hohen Temperaturen mit dem Sauerstoff aus dem umgebenden Wasserdampf reagiert hat und Wasserstoff übrig geblieben ist. Möglich, aber unwahrscheinlich ist auch, dass sich der Wasserstoff durch Thermolyse gebildet hat, das heißt, dass eine Aufspaltung des Wasserdampfes durch hohe Temperaturen erfolgt ist.

Unabhängig davon, auf welchen chemischen Pfaden der Wasserstoff bei diesem Unglück nun entstanden ist, steht fest, dass sich das freigesetzte Wasserstoffgas mit dem Luftsauerstoff vermengt hat, so dass ein zündfähiges Gemisch entstanden ist. Dieses Gemisch entzündete sich, wodurch die Gebäudehüllen der Gebäude 1 und 3 abgesprengt wurden.