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 Flüssigkraftstoffen wie Benzin oder Diesel davon ausgegangen werden, dass kein Kraftstoff in den Untergrund dringt, weil durch den Leidenfrost-Effekt die Flüssigkeit beim Kontakt mit dem warmen Boden verdampft und gleichzeitig die obere Erdschicht gefriert. Langfristige Umweltschäden entstehen demnach nicht. Zur Entstehung einer Lache kann es kommen, wenn:

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

Wenn flüssiger Wasserstoff schneller austritt, als er verdunsten kann, bildet sich eine Lache, von der wiederum eine Gaswolke ausgeht. Die Lachengröße ist somit auch abhängig von der Energiezufuhr und von der Beschaffenheit des Untergrundes.

Die für die Verdampfung benötigte Energie kommt vor allem aus dem Untergrund. Die zu Anfang entstehende Isolationsschicht (Leidenfrost-Effekt) hält nur kurz. Sobald dieser dünne Film verschwunden ist, steigt der Energietransport vom Boden in Richtung Flüssigkeit und es kommt je nach Struktur, Oberfläche und Wassergehalt des Bodens zu einer recht zügigen Vereisung. Dabei spielen der Energieeintrag durch Konvektion (Luftbewegung) und Wärmestrahlung, 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 Abkühlung der Umgebungsluft kann es unter Umständen dazu kommen, dass sich Stickstoff und Sauerstoff verflüssigen oder gar verfestigen. Sobald der flüssige Wasserstoff jedoch verdampft ist, erwärmen 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, verfügt es über die gleiche Dichte wie Luft (1,18 g/l). Wegen des dann immer noch großen Temperaturunterschiedes erwärmt 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 ähnlich der Luftdichte ist und sich dieses Gemisch nicht so rasch nach oben bewegt. Durch diese Verdünnung wird die untere Zündgrenze schnell unterschritten, so dass dann keine Gefahr mehr von der Wolke ausgeht, da sie sich nicht mehr entzünden kann.

Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Technik von gestern, heute und morgen

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

Die grundlegend überarbeitete Neuauflage unseres Buches zu diesem Thema ist hier erhältlich. Aktuelle Entwicklungen wurden ergänzt, Überholtes entfernt. Neben den jüngsten Trends vermittelt dieses Buch – wie schon seine Vorgänger – die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge, denn diese gelten ja bei allem Wandel nach wie vor.

Jubiläumsangebot

Jetzt Abonnement abschließen und

WASSERSTOFF-BUCH KOSTENLOS 

sichern.

Sie erhalten eine Ausgabe der 5. Auflage, im Wert von 18,90 €, KOSTENLOS,  zu jedem neu abgeschlossenen HZwei-Abonnement.