Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Liegt ein zündfähiges Gemisch vor, passiert zunächst nichts. Es müsste zusätzlich noch ausreichend Energie zugeführt werden, damit es tatsächlich zu einer Entzündung kommt. Die dafür benötigte minimale Energiemenge liegt bei Wasserstoff im Vergleich zu anderen Kraftstoffen zwar zehnmal niedriger (0,017 mJ). Absolut gesehen ist die Energie jedoch bei allen Kraftstoffen sehr gering. Der Funken einer statischen Aufladung beinhaltet bereits eine ausreichende Energiemenge zur Entzündung jeglichen Kraftstoffgemisches. Trotzdem sollte überall dort, wo gegebenenfalls Wasserstoff austreten könnte, jegliche Zündquelle vermieden werden. Elektrogeräte, Mobiltelefone, aber auch Schuhe ohne Gummisohle sind daher zu vermeiden.

Wird die erforderliche Mindestzündenergie unter Anwesenheit von Sauerstoff bereitgestellt, so verbrennt das Gasgemisch zu Wasser und gibt bis zu 90 Prozent der Energie, die vorher zur Spaltung des Wassers aufgebracht wurde, wieder ab. Bei seiner Verbrennung entsteht durch die Reaktion mit Luftstickstoff Stickstoffoxid sowie Wasser in Form von Wasserdampf. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen entstehen keine Schwefeloxide, keine Kohlenwasserstoffe, kein Kohlenstoffmonoxid und kein Kohlenstoffdioxid (CO₂), da weder Schwefel noch Kohlenstoff im Wasserstoff enthalten sind.

Selbst wenn Wasserstoff (oder ein anderes Gas) austritt, heißt das noch lange nicht, dass es zu einer gefährlichen Explosion kommen muss. Maßgeblich ist, wie viel Zeit bis zu einer möglichen Entzündung vergeht. Bei einer raschen Entzündung unmittelbar nach der Freisetzung liegt noch nicht überall das „optimale“ Mischungsverhältnis mit Luft vor, so dass bei der Verbrennung nicht der gesamte Energieinhalt freigesetzt wird und somit weniger Schaden angerichtet werden kann.

Bei einer verzögerten Entzündung kann eine komplette Durchmischung von Wasserstoff mit der Umgebungsluft zu einer sehr viel stärkeren Explosion führen.

Experimente haben gezeigt, dass in den meisten Unglücksfällen mit verflüssigten Gasen (z. B. Propan) eine Explosion der entstandenen Gaswolke nach fünf bis 20 Minuten stattfand. Erkenntnisse aus Propanversuchen sind nicht einfach auf Wasserstoff zu übertragen, weil ganz erhebliche Unterschiede zwischen den Gasen bestehen. Trotzdem sei erwähnt, dass sich zwischen der Freisetzung und der Entzündung in den meisten Fällen (85 Prozent) ein Teil des Gases so weit vermischt hat, dass nicht mehr überall ein zündfähiges Gemisch vorliegt. Es nimmt dann lediglich ein Anteil von 0,1 bis 10 Prozent der Gaswolke an der Explosion teil. In solch einem Fall handelt es sich um eine sogenannte Deflagration (umgangssprachlich als Verbrennung bezeichnet), bei der lediglich thermische Energie und eine schwache Druckwelle entstehen. Bei den restlichen 15 Prozent findet eine andere Art der Deflagration statt, bei der ungefähr 60 Prozent der Verbrennungsenergie in kinetische Energie in Form einer Druckwelle umgewandelt werden.

Deutlich mehr Schaden kann eine Detonation anrichten. Wasserstoff kann jedoch nur dann detonieren, wenn er von drei Seiten eingedämmt ist, zum Beispiel in einem einseitig geschlossenen Rohr. Freie Gaswolken können kaum detonieren, es sei denn, sie sind extrem groß. Außerdem liegt die untere Detonationsgrenze mit 18 Vol.-% relativ hoch, so dass sich der flüchtige Wasserstoff in der Regel mit der Umgebungsluft vermischt hat, bevor diese Grenze erreicht ist. Andere Kraftstoffe verfügen im direkten Vergleich dazu über eine deutlich niedrigere Detonationsgrenze (Benzin: 1,1 Vol.-%, Propan: 2,5 Vol.-%).