Sicherheit für die Wasserstoff-Wirtschaft

Eine neue, in enger Zusammenarbeit mit der Industrie entstandene Versuchsanlage des Forschungszentrums Karlsruhe gibt europaweite Impulse für die Sicherheit beim flächendeckenden Umgang mit Wasserstoff

Mit einem Info-Event für Medienvertreter und Partner aus der Wirtschaft nimmt das Forschungszentrum Karlsruhe heute eine neue Großanlage für die Wasserstoff-Sicherheitsforschung in Betrieb. Die Anlage wurde mit Unterstützung namhafter Automobilhersteller und Energieversorger errichtet und von diesen auch mitfinanziert. Die damit eröffneten experimentellen Möglichkeiten ergänzen das langjährige Know-how des Forschungszentrums bei der computergestützten Simulation von Wasserstoff-Unfällen. Im Verbund ist dies die größte und vielseitigste Einrichtung ihrer Art in Europa. Von ihr sind wesentliche Beiträge zu einer Sicherheitsarchitektur für den flächendeckenden, tagtäglichen Umgang mit dem Energieträger Wasserstoff zu erwarten.

Ob flüssigwasserstoffgetriebener PKW, brennstoffzellengespeistes Mobiltelefon oder dezentraler Hausspeicher für Strom und Wärme – der Energieträger Wasserstoff schickt sich an, den Alltag zu erobern. Wenn jedoch immer mehr Menschen mit dem leicht entzündlichen, geruchlosen Gas umgehen, werden auch die Sicherheitsaspekte immer wichtiger. Im Hinblick auf eine künftige, flächendeckende Wasserstoff-Wirtschaft bestehen hier, anders als bei rein industriellen Anwendungen, noch erhebliche Wissens- und Informationslücken. Um Wasserstoff beim Verbraucher durchzusetzen, sind handhabbare und vor allem sichere Produkte gefragt.

Den Anstoß zum neuen Wasserstoff-Versuchszentrum gab eine Reihe namhafter Automobilhersteller und Energieversorger, die nach einer Testeinrichtung für ihre Wasserstoff-Entwicklungen suchten. Den Ausschlag für das Forschungszentrum Karlsruhe gab dabei vor allem die langjährige Expertise der Zentrums-Wissenschaftler bei der computergestützten Simulation des Wasserstoff-Verhaltens. In dem neuen Versuchszentrum, das zu großen Teilen mit Mitteln aus der Industrie finanziert worden ist, können ab sofort die unterschiedlichsten Freisetzungs- und Verbrennungsszenarien experimentell überprüft werden.

Das Technikum besteht aus einer 450 qm großen Halle und einem Freigelände, auf dem zwei große Druckkammern aus massivem Stahl installiert sind. Im Innern der Halle befinden sich verschiedenartige Explosionsrohre sowie ein voluminöser Prüfstandsraum. „Hier können große Brennstoffzellen und ganze Fahrzeuge getestet werden“, erläutert Dr. Wolfgang Breitung, Leiter der Arbeitsgruppe „Strömung und Verbrennung“ am Institut für Kern- und Energietechnik (IKET) des Forschungszentrums Karlsruhe. Ihren Kunden verhelfen die Wasserstoff-Experten des IKET zu einem dem Umgang mit fossilen Energieträgern vergleichbaren Sicherheitsstandard und, damit einhergehend, zu einer erhöhten Produktakzeptanz.

Vorbereitet und ergänzt werden die Testreihen von computergestützten Simulationen. Mithilfe eines Ensembles am Institut für Kern- und Energietechnik entwickelter und experimentell überprüfter 3D-Programme lassen sich die unterschiedlichsten Freisetzungs- und Verbrennungsszenarien modellieren. Die Software berechnet, wie Wasserstoff sich in geschlossenen Räumen (z. B. in Garagen, Tunneln oder Heizungskellern) ausbreitet und wie die jeweiligen Verbrennungsprozesse verlaufen. Durch solche numerischen Simulationen kann die Sicherheitssituation gezielt überprüft und verbessert werden. Bei der heimischen Garage beträfe dies etwa die Position von Sensoren oder Schutzmaßnahmen wie Öffnungen im Dach.

Die Arbeiten am Forschungszentrum Karlsruhe zur Wasserstoff-Sicherheit sind eingebettet in das europaweite, vom Forschungszentrum koordinierte Netzwerk HySafe (für „Safety of Hydrogen as an Energy Carrier“). An diesem von der Europäischen Union geförderten „Network of Excellence“ wirken 24 europäische und ein kanadischer Partner aus insgesamt 13 Staaten mit. „HySafe soll dazu beitragen, den Umgang mit Wasserstoff sicherer zu machen“, sagt Koordinator Dr. Thomas Jordan (IKET), „und zwar durch neue Methoden zur Beschreibung von Freisetzungsszenarien, die Standardisierung von Risikoanalysen und den Aufbau einer internationalen Datenbank für Wasserstoff-Unfälle.“ Darüber hinaus will die EU mit HySafe bei der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie im internationalen Wettbewerb Boden gutmachen und das Vertrauen der Öffentlichkeit in den Energieträger Wasserstoff fördern.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.