Abschnitt 2 - 2 Eigenschaften von Wasserstoff
Tabelle 1 Wasserstoff im Vergleich mit anderen Energieträgern
| Eigenschaft | Wasserstoff | Erdgas (CH4) | Benzin | Diesel |
|---|---|---|---|---|
| Aussehen | farblos | farblos | farblos bis leicht bernsteinfarben | leicht bernsteinfarben |
| Geruch | geruchslos | odoriert | charakteristisch/unangenehm | charakteristisch/unangenehm |
| Molmasse | 2,02 g/mol | 16,04 g/mol | ~ 107 g/mol | ~ 120-320 g/mol |
| Zustand bei 20 °C | gasförmig | gasförmig | flüssig | flüssig |
| Dichte (20 °C, 1 bar) | 0,08 kg/m3 | 0,718 g/m3 | 0,7-0,78 kg/l | 0,84-0,88 kg/l |
| Relative Dichte, gasf. (Luft = 1) | 0,070 | 0,55 | Flüssigkeit | Flüssigkeit |
| Siedepunkt | 20,3 K = -252,7 °C | -161,5 °C | 30 °C-215 °C | 170 °C-390 °C |
| Kritische Temperatur/kritischer Druck | -239,3 °C /13 bar | -82,5 °C /45 bar | 267-296 °C /24-27 bar | ** 617,7 °C /21,1 bar |
| Dampfdruck bei 20 °C | entfällt | entfällt | 0,78 bar | ** 0,001 bar |
| Löslichkeit in Wasser (20 °C, 1 bar) | 1,6 mg/l | 26 mg/l | Nicht löslich | Nicht löslich |
| Flammenfarbe | unsichtbar (ultra-violetter Bereich) | sichtbar | sichtbar | sichtbar |
| Flammpunkt | entfällt | entfällt | -20 °C | > 55 °C |
| Zündtemperatur | 560 °C | 595 °C | 220 °C | 250 °C |
| Zündgrenzen (in Luft): UEG/OEG | 4/77 Vol.-% | 5/15 Vol.-% | 0,6/8 Vol.-% | 0,6/6,5 Vol.-% |
| Detonationsgrenze | (11) 18 % -59 % | 6,3 % -13,5 % | 1,1 % -3,3 % | |
| Verbrennungsgeschwindigkeit | 102 - 346 cm/s | 43 cm/s | 40 cm/s | |
| Mindestzündenergie | 0,02 mJ | 0,28 mJ | 0,24 mJ | |
| Verdampfungswärme | 445,4 kJ/kg | 509,9 kJ/kg | 309 kJ/kg | 544-785 kJ/kg |
| Wärmeleitfähigkeit Gas * | 1,897 mW/cm K | 0,33 mW/cm K | 0,12 mW/cm K | |
| Wärmeleitfähigkeit Flüssigkeit | 1 mW/cm k | 1,86 mW/cm K | 1,31 mW/cm K | 1,5 mW/cm K |
| Unterer Heizwert | 2,995 kWh/Nm3 | 9,968 KWh/Nm3 | 42,5 MJ/kg | 43 MJ/kg |
| Oberer Heizwert | 39,4 kWh/kg | 13,9 kWh/kg | 46,7 MJ/kg | 45,9 MJ/kg |
Wasserstoff (H2) ist ein unter Normalbedingungen farbloses, geruchloses und ungiftiges Gas. Bei -252,7 °C und Normaldruck kondensiert Wasserstoff zu einer farblosen Flüssigkeit, bei -259,2 °C kristallisiert er zu einem weißen Feststoff. Flüssiger Wasserstoff ist farb- und geruchlos. Ein Liter flüssiger Wasserstoff ergibt bei Normaldruck und Normaltemperatur ca. 850 l gasförmigen Wasserstoff.
Wasserstoffgas hat eine Dichte von 0,09 kg/cm3 und ist das leichteste Gas im Periodensystem. Wasserstoff ist etwa 14-mal leichter als Luft und somit leicht flüchtig. Wird Wasserstoff freigesetzt, steigt er sehr schnell nach oben, verteilt sich beim Aufstieg sehr schnell und diffundiert stark. In Hallen kann er sich unter ungünstigen architektonischen Gegebenheiten und Lüftungsbedingungen unter der Hallendecke sammeln und muss zügig abgeführt werden, da sonst sehr schnell die untere Explosionsgrenze erreicht ist. Der Wasserstoff muss dabei ohne wirksame Zündquellen abgeführt werden. Aufgrund der schnellen Diffusion des Wasserstoffs ist das nur erforderlich, wenn erhebliche Mengen H2 schlagartig austreten.
Bei geringen Wasserstoffmengen ist eine sehr schnelle Diffusion zu erwarten. Die konkrete Bedeutung dieser Eigenschaften wird im Abschnitt 5 "Anforderungen an und Maßnahmen in Werkstätten" beschrieben.
Im Unterschied zu Erdgas wird bei Wasserstoffgas keine Odorierung (Zusatz von Geruchsstoffen) vorgenommen, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass die zugesetzten Geruchsstoffe unerwünschte Nebeneffekte haben. Undichtigkeiten können daher nur mit Gassensoren oder Lecksuchspray aufgespürt werden.
Erdgas hat im Vergleich mit Wasserstoff einen recht geringen Explosionsbereich. Ein Wasserstoff/Luft-Gemisch lässt sich theoretisch bereits ab einem Anteil von 4 Vol.-% Wasserstoff entzünden (UEG = 4 Vol.-%), in der Praxis sind jedoch mehr als 6 % Wasserstoff erforderlich, um eine nennenswerte Reaktion zu erhalten. Die obere Explosionsgrenze von 77 Vol.-% ermöglicht noch die Zündung eines sehr fetten Gemischs mit Luft. Die Bandbreite der Explosionsgrenzen von Wasserstoff ist somit sehr viel problematischer als die von Erdgas.
Ein Wasserstoff/Luft-Gemisch innerhalb der Explosionsgrenzen kann mit einer sehr geringen Mindestzündenergie ab 0,02 mJ zur Zündung gebracht werden. Erdgas hingegen benötigt 0,28 mJ als Mindestzündenergie. In der Praxis liegen jedoch ohnehin die meisten potenziellen Zündquellen, zum Beispiel statische Entladung, über dem Mindestwert von Erdgas oder Benzin-Luft-Gemischen, sodass der Unterschied nicht wesentlich ist.
Normbedingungen,
n-Decan