Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen Teil 8.2.3

Teil 8.2.3 | Lachenbildung und Verdampfung

Bei der Entstehung einer LH2-Lache kann im Gegensatz zu FlĂŒssigkraftstoffen wie Benzin oder Diesel davon ausgegangen werden, dass kein Kraftstoff in den Untergrund dringt, weil durch den Leidenfrost-Effekt die FlĂŒssigkeit beim Kontakt mit dem warmen Boden verdampft und gleichzeitig die obere Erdschicht gefriert. Langfristige UmweltschĂ€den entstehen demnach nicht. Zur Entstehung einer Lache kann es kommen, wenn:

  • ein Leck im LH2-Tank unterhalb des FlĂŒssigkeitsspiegels entsteht
  • ein LH2-Tank komplett zerstört wird
  • eine LH2-Kraftstoffleitung auf- oder abreißt und die Rohrbruchsicherung nicht funktioniert

Wenn flĂŒssiger Wasserstoff schneller austritt, als er verdunsten kann, bildet sich eine Lache, von der wiederum eine Gaswolke ausgeht. Die LachengrĂ¶ĂŸe ist somit auch abhĂ€ngig von der Energiezufuhr und von der Beschaffenheit des Untergrundes.

Die fĂŒr die Verdampfung benötigte Energie kommt vor allem aus dem Untergrund. Die zu Anfang entstehende Isolationsschicht (Leidenfrost-Effekt) hĂ€lt nur kurz. Sobald dieser dĂŒnne Film verschwunden ist, steigt der Energietransport vom Boden in Richtung FlĂŒssigkeit und es kommt je nach Struktur, OberflĂ€che und Wassergehalt des Bodens zu einer recht zĂŒgigen Vereisung. Dabei spielen der Energieeintrag durch Konvektion (Luftbewegung) und WĂ€rmestrahlung, beispielsweise von der Sonne oder umliegenden Objekten, eine wesentliche Rolle. Die Strahlungsenergie von einer möglichen brennenden H2-Gaswolke in Richtung der Lache kann etwa 8,5 bis 12 Kilowatt pro Quadratmeter betragen. [Dienhart, 1995]

Durch die AbkĂŒhlung der Umgebungsluft kann es unter UmstĂ€nden dazu kommen, dass sich Stickstoff und Sauerstoff verflĂŒssigen oder gar verfestigen. Sobald der flĂŒssige Wasserstoff jedoch verdampft ist, erwĂ€rmen sich auch diese Stoffe wieder und werden gasförmig. Da die Dichte von tiefkaltem GH2 (1,34 g/l bei T = 20 K) höher ist als die von Luft, wird das Gas nicht sofort aufsteigen. Sobald die Gastemperatur um zwei Kelvin angestiegen ist, verfĂŒgt es ĂŒber die gleiche Dichte wie Luft (1,18 g/l). Wegen des dann immer noch großen Temperaturunterschiedes erwĂ€rmt sich der Wasserstoff anschließend rasch weiter und wird schnell sehr viel leichter als Luft (0,082 g/l bei Umgebungstemperatur). Die Aufstiegsgeschwindigkeit von GH2 bei Umgebungstemperatur liegt zwischen 1,2 und neun Metern pro Sekunde.

Am Rand der entstehenden Gaswolke vermischt sich GH2 mit Luft und dem darin enthaltenen Wasserdampf, so dass die Gasdichte dort durchaus Ă€hnlich der Luftdichte ist und sich dieses Gemisch nicht so rasch nach oben bewegt. Durch diese VerdĂŒnnung wird die untere ZĂŒndgrenze schnell unterschritten, so dass dann keine Gefahr mehr von der Wolke ausgeht, da sie sich nicht mehr entzĂŒnden kann.

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Technik von gestern, heute und morgen

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen. Bewusst leicht verstÀndlich gehalten und beschrieben. Es soll technikinteressierten als ein umfangreiches Literaturverzeichnis dienen.

Die grundlegend ĂŒberarbeitete Neuauflage unseres Buches zu diesem Thema ist hier erhĂ€ltlich. Aktuelle Entwicklungen wurden ergĂ€nzt, Überholtes entfernt. Neben den jĂŒngsten Trends vermittelt dieses Buch – wie schon seine VorgĂ€nger – die grundlegenden physikalischen ZusammenhĂ€nge, denn diese gelten ja bei allem Wandel nach wie vor.

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