DGUV Information 209-072 - Wasserstoffsicherheit in Werkstätten (bisher: BGI 510...

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Abschnitt 2, Eigenschaften von Wasserstoff
Abschnitt 2
Wasserstoffsicherheit in Werkstätten (bisher: BGI 5108)
Titel: Wasserstoffsicherheit in Werkstätten (bisher: BGI 5108)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-072
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 2 – Eigenschaften von Wasserstoff

Wasserstoff im Vergleich mit anderen Energieträgern

EigenschaftWasserstoffErdgas (CH4)BenzinDiesel
Aussehenfarblosfarblosfarblos bis leicht bernsteinfarbenleicht bernsteinfarben
Geruchgeruchlosodoriertcharakteristisch/unangenehmcharakteristisch/unangenehm
Molmasse2,02 g/mol16,04 g/mol|_| 107 g/mol|_| 120 - 320 g/mol
Zustand bei 20 Cgasförmiggasförmigflüssigflüssig
Dichte (20 C, 1 bar)0,089 kg/m30,718 kg/m30,7 - 0,78 kg/l0,84 - 0,88 kg/l
Relative Dichte, gasf. (Luft = 1)0,0700,55FlüssigkeitFlüssigkeit
Siedepunkt-252,7 C-161,5 C30 C - 215 C170 C - 390 C
Kritische Temperatur / Kritischer Druck-239,3 C/13 bar-82,5 C/45 bar267 - 296 C/
24 - 27 bar
** 617,7 C/
21,1 bar
Dampfdruck bei 20 Centfälltentfällt0,78 bar** 0,001 bar
Löslichkeit in Wasser (20 C, 1 bar)1,6 mg/l26 mg/lnicht löslichnicht löslich
Flammenfarbeunsichtbar (ultravioletter Bereich)sichtbarsichtbarsichtbar
Flammpunktentfälltentfällt-20 C> 55 C
Zündtemperatur560 C595 C220 C250 C
Zündgrenzen (in Luft): UEG/OEG4/77 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 %entfällt
Verbrennungsgeschwindigkeit102 - 346 cm/s43 cm/s40 cm/sentfällt
Mindestzündenergie0,02 mJ0,28 mJ0,24 mJentfällt
Verdampfungswärme445,4 kJ/kg509,9 kJ/kg309 kJ/kg544 - 785 kJ/kg
Wärmeleitfähigkeit Gas*1,897 mW/cmK0,33 mW/cmK0,12 mW/cmKentfällt
Wärmeleitfähigkeit Flüssigkeit1 mW/cmK1,86 mW/cmK1,31 mW/cmK1,5 mW/cmK
Unterer Heizwert2,995 kWh/Nm39,968 kWh/Nm342,5 MJ/kg43 MJ/kg
Oberer Heizwert39,4 kWh/kg13,9 kWh/kg46,7 MJ/kg45,9 MJ/kg

* Normbedingungen;

** n-Decan

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 ca. 850 l gasförmigen Wasserstoff bei Normaldruck und Normaltemperatur.

Wasserstoffgas hat eine Dichte von 0,09 kg/m3 und ist das leichteste Gas im Periodensystem. Wasserstoff ist etwa 14-mal leichter als Luft und somit leicht flüchtig. Wird Wasserstoff freigesetzt, steigt dieser sehr schnell nach oben, verteilt sich beim Aufstieg sehr schnell und diffundiert stark. In Hallen kann er sich unter der Hallendecke unter ungünstigen architektonischen Gegebenheiten und Lüftungsbedingungen sammeln und muss zügig abgeführt werden, da man sich sehr schnell der unteren Explosionsgrenze nähert. In einem solchen Fall muss der Wasserstoff schnell und ohne wirksame Zündquellen abgeführt werden. Dieses ist nur erforderlich, wenn erhebliche Mengen H2 schlagartig austreten können.

Bei geringen Wasserstoffmengen ist eine sehr schnelle Diffusion zu erwarten. Die konkrete Bedeutung dieser Eigenschaften wird im Kapitel 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 hervorrufen. Undichtigkeiten können daher nur mit Gassensoren oder Lecksuchspray aufgespürt werden.

Erdgas hat gegenüber Wasserstoff einen recht geringen Explosionsbereich. Beim Wasserstoff lässt sich bereits theoretisch ab einem Anteil von 4 Vol.-% ein Gemisch mit Luft entzünden (UEG = 4 Vol.-%), in der Praxis sind jedoch mehr als 6 % erforderlich, um eine nennenswerte Reaktion zu erhalten. Die obere Explosionsgrenze von 77 Vol.-% ermöglicht noch die Zündung eines sehr fetten Gemisches mit Luft. Die Bandbreite der Explosionsgrenzen von Wasserstoff ist so mit 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 potentiellen Zündquellen, wie z.B. statische Entladung, über dem Mindestwert von Erdgas oder Benzin-Luft-Gemischen, sodass dies keinen wesentlichen Unterschied bedeutet.