Fachbeitrag  Arbeitssicherheit, Explosionsschutz, Gefahrstoffe  

Gase im Arbeitsschutz

Als Gas wird ein Stoff bezeichnet, der unter Standardbedingungen für Druck und Temperatur im Aggregatzustand gasförmig vorliegt. Durch Kühlen werden Gase verflüssigt oder sogar zum Feststoff (Beispiel Trockeneis = gefrorenes Kohlendioxid). Steigt die Temperatur, wird jede Substanz irgendwann gasförmig.

Einige Gase sind unter Normalbedingungen leichter als Luft, andere schwerer. Manche Gase haben einen Geruch oder eine Farbe, viele sind von den menschlichen Sinnen jedoch in keiner Weise wahrnehmbar und dies macht den Umgang mit ihnen so gefährlich.

Verwendung von Gasen

Aus Industrie und Forschung sind Gase und Gasgemische nicht mehr wegzudenken. Viele Branchen benötigen Industriegase (Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Wasserstoff), Brenngase (Methan, Erdgas) dienen der Energiegewinnung, andere als Kältemittel (Ammoniak, Kohlendioxid) und Prüfgase werden in der Messtechnik benötigt. Schutzgase (Argon, Helium) verhindern beim Schweißen, im Labor oder beim Verpacken von Lebensmitteln unerwünschte Reaktionen mit dem Luftsauerstoff. Andere Gase (Phosphin) bekämpfen Mäuse und Schadinsekten in Getreidesilos, fungieren als Treibgase (Propan, Butan, Dimethylether) oder als medizinische Gase für Anästhesie (Lachgas Distickstoffmonoxid, Xenon) oder Beatmung (Sauerstoff). Kohlendioxid sorgt nicht nur für perlende Getränke, sondern auch für besseres Gedeihen in Gewächshäuser und das kontrollierte Reifen von Obst und Gemüse. Einige Gase fungieren gar als Lebensmittelzusatzstoffe.

Die Reinheit von Gasen wird meist in Prozent angegeben, Verunreinigungen auch in ppm. Transport und Lagerung erfolgen überwiegend in flüssiger Form oder komprimiert. Transporte in Containern oder Tanks müssen den Vorschriften von ADR/RID entsprechen. Für kleinere Mengen werden Druckgaszylinder aus Stahl oder Druckdosen aus Aluminium eingesetzt, welche einer Fülle von Regelungen unterliegen (TRG 100, TRG 280, TRB 610 u.a.). Gekennzeichnet werden Gasflaschen durch Farbe, Buchstaben und ggf. Gefahrstoffzeichen.

Gefährdungen durch Gase am Arbeitsplatz

Unabhängig davon, ob Gase Brennstoff sind, als Produktionsmittel dienen oder als Abfall anfallen, es kann zur Gesundheits- und Lebensgefährdung kommen, wenn durch Leckagen, Fehlbedienung, Unfälle usw. Gase in die Umgebungsluft ungewollt freigesetzt werden. Eine Überwachung und frühzeitige Warnung vor unerwünschten Gaskonzentrationen ist daher in vielen Arbeitsbereichen unverzichtbar.
Gase können aus mehreren Gründen gefährlich sein:

1) Explosive Gase

Viele Gase sind zündfähig und brennbar (Methan, Propan, Butan), einige entzünden sich bereits spontan, sobald ihre Konzentration einen relativ niedrigen Wert übersteigt.Es geht nicht nur darum, den Anstieg einer Gaskonzentration bis zur UEG zu vermeiden. Höchst gefährlich ist auch der umgekehrte Fall: Wenn sich in geschlossenen Räumen Gasgemische oberhalb der OEG gebildet haben, können diese durch Luft-Zufuhr - etwa bei Öffnen einer Tür oder Luke - auf explosionsfähige Konzentrationen verdünnt werden.

Was bedeuten UEG und OEG?

  • = Untere / Obere Explosionsgrenze, auch Zündgrenzen genannt
  • definieren die Mindest- und die Maximalkonzentration, bei der ein Gas explodiert
  • sind für jedes Gas und jeden Dampf spezifisch
  • Messgeräte geben Konzentration z.T. in % UEG an

2) Toxische Gase

Einige Gase sind hochgiftig (Kohlenmonoxid, Chlor, Schwefelwasserstoff) und bereits in niedrigen Konzentrationen lebensgefährlich. Insbesondere bei Verbrennungsprozessen entstehen meist giftige Gase. Dazu bedarf es keines Großbrandes, es sind Todesfälle durch Kohlenmonoxid-Vergiftung bekannt aufgrund eines im Innenraum mit Holzkohle betriebenen Tischgrills.

Beispiel Quarantäne-Begasung

Container, aber auch Lebensmittel, Textilien, Möbel und selbst Holzpaletten werden durch giftige Gase schädlingsfrei gemacht. Damit soll das Einschleppen gefürchteter Schadinsekten (Kiefernfadenwürmer, Laubholzbockkäfer u.a.) aus Fernost nach Deutschland verhindert werden. Die Wirkstoffe der Begasungsmittel sind jedoch häufig auch für den Menschen giftig.

Bei Untersuchungen im Hamburger Hafen wurden bedenkliche (über den Arbeitsplatzgrenzwerten liegende) Luftschadstoffkonzentrationen in etwa jedem fünften Importcontainer gefunden (Formaldehyd, Benzol, Phosphorwasserstoff, Methylbromid u.a.). Gesundheitsstörungen beim Beladen und Lagern der Waren können die Folge sein. Betriebe, die Importcontainer oder Waren daraus (insbesondere Textilien und Möbel) erhalten, haben dies in Gefährdungsanalyse und Betriebsanweisungen zu berücksichtigen.

3) Verdrängung von Sauerstoff

Im Prinzip kann jedes andere Gas den Luftsauerstoff verdrängen. Sinkt der Sauerstoffgehalt der Atemluft um nur wenige Prozent, drohen Bewusstlosigkeit und Ersticken binnen Minuten. Insbesondere in abwassertechnischen Anlagen, Silos und Güllebecken kommt es immer wieder zu Todesfällen.

Beispiel Faulgas

Explosive und giftige Faulgase (Stickgase, Deponiegase) entstehen durch biologische Prozesse (Fäulnis, Gärung) überall dort, wo organisches Material in feuchter Umgebung unter Luftabschluss vorkommt. Was in Biogasanlagen kontrolliert der Methangewinnung dient, wird zum Problem in Kanalisationen, Kläranlagen, Güllegruben, auch abwassertechnischen Anlagen der Lebensmittelindustrie (Sammelbehälter, Pumpenschächte, Fettabscheider). Die beiden Hauptbestandteile sind Kohlendioxid und Methan. Besonders tückisch wird Faulgas durch hohe Anteile an Kohlendioxid, da es dadurch schwerer als Luft wird und sich an tieferen Bereichen ansammeln und die Atemluft verdrängen kann.

Die Gefahren werden oft unterschätzt. Immer wieder kommt es bei Reinigungs- oder Reparaturarbeiten zu schweren und tödlichen Unfällen durch Verpuffungen, Sauerstoffmangel und Vergiftungen durch Schwefelwasserstoff. Besonders tragisch: Oftmals begeben sich ungeschützte Helfer bei Rettungsversuchen selbst in Lebensgefahr.

An entsprechenden Arbeitsplätzen sind entsprechende Schutzvorkehrungen, Belüften und Freimessen überlebensnotwendig. Messgeräte sollten mindestens mit Sensoren für Methan, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Sauerstoff ausgerüstet sein, auch weitere gefährliche Gase sind nicht auszuschließen. Infos zur Gefährdungsbeurteilung, den erforderlichen Schutzmaßnahmen und Muster-Betriebsanweisungen liefern die BGI 8594 »Explosionsschutzmaßnahmen bei der Arbeit im Bereich von abwassertechnischen Anlagen«.

4) Überschuss an Sauerstoff

Leicht übersehen wird, dass auch ein Zuviel an Sauerstoff gefährlich ist. Ein erhöhter Sauerstoffgehalt der Luft senkt die Zündtemperatur brennbarer Substanzen und steigert die Brandgefahr massiv. Schon bei 24 Vol-% Sauerstoff können sich z.B. ölgetränkte Lappen selbstentzünden und Textilien schlagartig in Flammen stehen. Selbst schwer entflammbare Schutzanzüge können bei Sauerstoffüberschuss brennen.

5) Radioaktive Strahlung

Ein Sonderfall ist das Radon, ein radioaktives Edelgas, welches in manchen Regionen aus dem Untergrund oder Gebäuden diffundiert und sich bei mangelhafter Lüftung in Innenräumen ansammeln kann. Seine Strahlung stellt den größten Anteil an der natürlichen Strahlenbelastung. Im Vergleich zu den vier vorgenannten spielt diese Gefährdung im Arbeitsschutz eine eher untergeordnete Rolle. Bei gefährdeten Arbeitsplätzen (Bergbau, Radon-Heilbäder) sind die Grenzwerte laut Strahlenschutzverordnung zu beachten.

Die Messung von Gasen
Kanarienvogel

Gaswarnsystem gelb, etwa 25 g leicht
Foto: © enens - Fotolia.com

Eines der ersten Gaswarnsysteme war gelb, etwa 25 g leicht und benötigte weder Stromzufuhr noch Kalibrierung. Da Kanarienvögel sehr empfindlich auf das gefürchtete Grubengas und Sauerstoffmangel reagierten, nahmen Bergleute die Tiere mit unter Tage. Hörte der Vogel auf zu singen oder fiel gar von der Stange, waren die Arbeiter gewarnt und konnten sich in Sicherheit bringen. Aus ähnlichen Gründen haben Kellermeister beim Betreten eines Gärkellers, auch Landwirte beim Öffnen von Silotürmen, bis in die jüngste Zeit oft eine brennende Kerze dabei. Dabei gibt es inzwischen längst weitaus sicherere Gaswarnsysteme.

Heutige Gaswarngeräte nutzen unterschiedlichen Messprinzipien:

Infrarot:

  • nutzt die spezifische Absorption infraroter Strahlung durch das zu messende Gas
  • NDIR = Non-Dispersive Infrarotdetektoren
  • kurze Ansprechzeit, schnelle Methode
  • für Kohlendioxid, brennbare Gase und Dämpfe
  • unempfindlich gegen Katalysatorgifte

elektrochemisch:

  • nutzt die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit von Halbleitermaterialien durch Gase
  • für toxische Gase
  • sensitiv, aber querempfindlich
  • eher für punktgenaue Ortung bei Lecksuche als in der kontinuierlichen Überwachung

katalytisch:

  • nutzt das Prinzip der katalytischen Oxidation
  • kostengünstige Sensoren
  • werden gestört durch Katalysatorgifte (Silikone, Blei, Chlor)
  • derzeit gebräuchlichste Geräte für brennbare Gase bis zur UEG

PID

PID im Einsatz
Foto: © MSA Auer

Photoionisation:

  • nutzt die Ionisierbarkeit unter UV-Licht
  • schnelle Messmethode
  • Detektoren (PID) sind sehr empfindlich
  • Breitbandsensoren für VOC und andere toxische Chemikalien (Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Phosphin, Chlor), nicht spezifisch für einen Schadstoff
  • galten als unhandlich, teuer und nur für Spezialisten, inzwischen zunehmend benutzerfreundlicher

per Wärmeleitfähigkeit

  • relativ geringe Empfindlichkeit der Wärmeleitsensoren
  • nur für hohe Konzentrationen von Gasen mit einer Wärmeleitfähigkeit deutlich über der von Luft (Methan, Wasserstoff)

Geräte zur Gasmessung
MicroIII-G200 der GFG

leichtes ansteckbares Eingasmessgerät
Foto ©: GfG Gesellschaft für Gerätebau mbh

Tragbare Messgeräte gibt es als Eingasmessgeräte oder Mehrgasmessgeräte, welche bis zu sieben Gasgefahren gleichzeitig überwachen. Die Geräte geben bei Überschreiten einer einstellbaren Warnschwelle optischen und akustischen Alarm. Der Trend geht zu leichteren und wartungsärmeren Geräten, die dennoch robust, handlich und wetterfest sind. Auch die Bedienbarkeit verbessert sich und Elektronik nimmt dem Benutzer immer mehr Aufgaben ab (selbsttätige Erkennung der aufgesteckten Sensoren, automatische Kalibrier- und Prüfstationen). Die Geräte nutzen zur Gaszufuhr entweder das Diffusionsprinzip oder es lassen sich mit angeschlossenen Pumpen Gasproben aus schwer zugänglichen Stellen gezielt entnehmen.

Neben den tragbaren, personenbezogenen Messgeräten, die zur PSA gehören, gibt es transportable oder stationäre Geräte zur Prozess- oder Bereichsüberwachung. Gaswarnsysteme erkennen frühzeitig, wenn Konzentrationen sich in Richtung UEG bewegen, und melden jeden kritischen Wert an eine Zentrale. Diese sollte sich an einem ungefährdeten gasfreien Ort befinden, wo Alarme und Abschaltmechanismen ausgelöst und sämtliche Daten aufgezeichnet werden. Ein Zugang unberechtigter Personen zu den Einstellelementen darf nicht möglich sein. Solche Überwachungs- und Warnsysteme (Einrichtungen im Sinne der BetrSichV) sind heute modular aufgebaut, können bis zu mehr als 100 verschiedene Gase überwachen und arbeiten kabellos.

Daneben sind auch die klassischen Gasprüfröhrchen nach wie vor im Einsatz. Hermetisch versiegelte Glaskörper enthalten spezielle Nachweisreagenzien auf einem festen Trägermaterial, die sich durch die zu messende Substanz an einer Grenzschicht verfärben, was über eine Skala eine Konzentrationsbestimmung erlaubt. Es stehen heute Messröhrchen für rund 500 verschiedene gasförmige Substanzen (von Acetaldehyd bis Xylol) zur Verfügung. Sie werden eher für einmalige oder seltene Kurzzeitmessungen verwendet.

Zur Gasüberwachung werden auch Wärmebildkameras mit Infrarot-Detektoren eingesetzt. Sie zeigen per Falschfarben z.B. den Austritt von Methan auch an schwer erreichbaren Stellen von Erdgas- oder Biogasanlagen an, ohne dass Mitarbeiter jeden Flansch und jede Dichtung mit einem Messgerät einzeln überprüfen müssten.

Alle Gerätetypen und Messprinzipien haben ihre Vor- und Nachteile, sie sind mit Bedacht je nach Einsatzzweck auszuwählen. Funktionstests, Wartung und Kalibrierung können Leben retten und dürfen lt. BG-Regeln (T 021 und T 023) nur durch eine »unterwiesene Person« bzw. »qualifiziertes Fachpersonal« durchgeführt werden.

In der Entwicklung sind neuartige Sensoren auf Basis von Nanomaterialien, die weitere Verbesserungen in der Messtechnik bringen sollen. Auch dürfte die nächste Generation mit GPS, Blutetooth und möglicherweise Spracherkennung ausgestattet sein.

Als international bedeutsame Vorschriften erwähnt seien die ATEX-Produktrichtlinie und die ATEX-Betriebsrichtlinie (europäische Regeln zum Explosionsschutz), in Deutschland umgesetzt durch die Explosionsschutzverordnung und die Betriebssicherheitsverordnung. Dort werden Gerätegruppen (I und II), Temperaturklassen für Gase und Dämpfe (T1 bis T6) sowie explosionsgefährdete Bereiche (Zone 0 bis 2) definiert.

Alle weiteren Gesetze, Vorschriften, Richtlinien und Regelwerke zu nennen, die je nach Gas und Anwendungsfall im Arbeitsschutz relevant werden, ist an dieser Stelle nicht möglich. Detaillierte Informationen dazu finden sich in den Anhängen der diversen Schriften des in der Online-Bibliothek von arbeitssicherheit.de verfügbaren berufsgenossenschaftlichen Regelwerks.

Dr. Friedhelm Kring

Weiterführende Informationen

Einige wichtige Schriften des berufsgenossenschaftlichen Regelwerks

  • BGR 104 Regeln zur Vermeidung der Gefahren durch explosionsfähige Atmosphäre
  • BGR 117-1 und BGR 117-2 Behälter, Silos und enge Räume
  • BGR 126 Arbeiten in umschlossenen Räumen von abwassertechnischen Anlagen
  • BGR 500 u.a. zu Arbeiten an Gasleitungen, Betreiben von Anlagen für den Umgang mit Gasen, Betreiben von Silos
  • BGI 518 (T 023) Gaswarneinrichtungen für den Explosionsschutz
  • BGI 559 Instandhaltung von nichtortsfesten Gaswarneinrichtungen
  • BGI 647 (T 022) Gaswarneinrichtungen für den Einsatz auf Deponien
  • BGI 836 (T 021) Gaswarneinrichtungen für toxische Dämpfe/Nebel und Sauerstoff
  • BGI 5033 »Beispielsammlung - Explosionsschutzmaßnahmen bei der Arbeit im Bereich von abwassertechnischen Anlagen«

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