Wasserstoffsicherheit

In der Wasserstoff-Sicherheitsforschung werden Methoden und Werkzeuge entwickelt und untersucht, die dazu beitragen sollen, neue Wasserstofftechnologien sicher einzuführen und zu betreiben. Wie bei allen brennbaren Gasen besteht auch bei der Nutzung von Wasserstoff die Möglichkeit von Unfällen, weshalb die spezifischen Eigenschaften von Wasserstoff besondere Beachtung erfordern. Als im Jahr 2021 neu hinzugekommenes Projektteam des LLEC liegt die Aufgabe darin, das Augenmerk besonders auf Sicherheitsaspekte und Schnittstellen zu neuen oder sich weiter entwickelnden Technologien zu richten.

Ein besonders hilfreiches Tool ist hierbei die numerische Strömungssimulation (CFD = Computational Fluid Dynamics). Sie ermöglicht z.B. die Verteilung von Wasserstoff in einem Raum zu simulieren. Zudem wird der quell-offene CFD-Code OpenFOAM® genutzt, der speziell für die Anforderungen in der Wasserstoffsicherheit angepasst wird. Dadurch kann für konkrete Anlagen aufgezeigt werden, wie sich bei Auftreten einer Undichtigkeit Wasserstoff im Raum verteilt, an welchen Stellen sich potentiell brennbare Gasgemische bilden können und ob diese mit den vorhandenen Sensoren erfasst werden. Auf diese Art kann bspw. der Nachweis erbracht werden, dass eine vorgesehene Raumlüftung ausreicht, um brennbare Gasgemische zuverlässig zu verhindern.

Sollte es der Fall sein, dass eine Lüftung nicht ausreichend ist, kann der Einsatz katalytischer Rekombinatoren dazu beitragen, dass sich keine brennbaren Gasgemische bilden können. Für diese – insbesondere aus der nuklearen Sicherheit bekannten – Geräte, die gasförmigen Wasserstoff katalytisch mit umgebendem Sauerstoff zu Wasser oxidieren, werden numerische Modelle entwickelt, die es ermöglichen, das Betriebsverhalten in Ausbreitungssimulationen zu berücksichtigen. Für die Modellentwicklung dienen Versuchsanlagen im Wasserstofflabor, in denen die Funktionsweisen unterschiedlicher Komponenten eines Rekombinators getestet und analysiert werden.

Im Rahmen des Projekts werden zunächst eine Übersicht über die im LLEC eingesetzten Wasserstoff-Technologien (Elektrolyseure, Brennstoffzellen, LOHC-Reaktoren etc.) und die hierfür vorhandenen Regelwerke und Empfehlungen erstellt. Anhand verschiedener Kriterien, die z.B. Aspekte wie die eingesetzten Wasserstoffmengen und das wissenschaftliche Entwicklungspotenzial berücksichtigen, erfolgt eine Priorisierung der Anlagen. Für ausgewählte Anlagen werden folglich CFD-Modelle erstellt und Szenarien definiert, die einer genaueren Analyse unterzogen werden. Hierzu werden bei Bedarf die vorhandenen Modelle weiterentwickelt.