Energieträger mit Zukunftspotenzial – Lösungen mit optimalem Sicherheitsmaß

„Wasserstoff ist ein sehr flexibler, universell produzierbarer und nutzbarer Energieträger“, sagt Thomas Jordan. Insbesondere mit Strom aus erneuerbaren Energien lässt sich Wasserstoff weitgehend klimafreundlich herstellen. Bei seiner energetischen Nutzung entsteht im Wesentlichen Wasser und keine schädlichen Emissionen. „Wir suchen nach intelligenten und wirksamen Lösungen für eine Wasserstofftechnologie, die frei von nicht akzeptierten Risiken ist“, sagt der Maschinenbauer. „Diese Lösungen sollen ein optimales Sicherheitsmaß bieten, indem sie das Risiko so niedrig wie vernünftigerweise nötig halten, wirtschaftlich attraktiv sind und sinnvolle Schutzvorkehrungen vorsehen, die das Handhaben der Technik nicht unnötig erschweren“, erläutert er.

Wasserstoff, 14-mal leichter als Luft, ist sehr flüchtig und brennt schneller als kohlenstoffbasierte Energieträger. Wird er in abgeschlossenen Räumen mit vielen Strömungshindernissen, wie eng verbauten Rohrsystemen und anderen Elementen, freigesetzt, erhöht sich die Gefahr, dass es zu schnellen Verbrennungen oder gar Explosionen mit hohen Drucklasten kommen kann.  Daher untersucht die Abteilung Wasserstoff den Einfluss unterschiedlicher Sicherheitseinrichtungen, wie Ventilierung oder Wassersprays, auf das Gefährdungspotenzial. Dafür setzen die Forschenden zum Beispiel Simulationen unterschiedlich ausgelegter Anlagen ein. Um die Gefährdungspotenziale in Wasserstoffanlagen besser bewerten zu können, erforscht Jordan mit seinem multidisziplinären Team theoretisch Grundlegendes zum Verhalten des Wasserstoffs und erkundet experimentell die Bedingungen, unter denen es zu einer Entzündung oder heftigen Detonation kommen könnte. Mit dem Wasserstoff-Versuchszentrum HYKA (steht für: Hydrogen Test Center Karlsruhe) verfügt das KIT über eine Infrastruktur im Industriemaßstab für experimentelle Tests zur Wasserstoffsicherheit. Die Ergebnisse fließen in die Entwicklung neuer Teststandards und Simulationswerkzeuge ein, mit denen sich das Verhalten zum Beispiel von Gas- und Staubmischungen sowie von turbulenten reaktiven Strömungen vorhersagen lässt. Ein weiterer anwendungsnaher Forschungsschwerpunkt ist die Sicherheit von kryogenem flüssigen Wasserstoff. Zur Verflüssigung muss Wasserstoff auf rund -250 Grad Celsius herunter gekühlt werden, kann so jedoch durch verringertes Volumen einfacher gespeichert und transportiert werden. Das unfallbedingte Verhalten von Flüssigwasserstoff unterscheidet sich stark von dem des konventionell verdichteten Wasserstoffs. Die besonderen Eigenschaften und sicherheitstechnischen Vorteile von Flüssigwasserstoff, untersuchte die Abteilung mit Partnern in einem EU-Projekt, das sie koordinierte. Diese Eigenschaften müssen nun noch weiter analysiert und in passende Systemlösungen übersetzt werden.

„Wasserstoff ist so sicher wie jeder andere Energieträger, wenn man seine besonderen Eigenschaften kennt und sie bei Design und Betrieb der Technologie berücksichtigt“, so Jordan, der seine Expertise unter anderem in die Internationale Organisation (ISO) einbringt. Die ITES-Abteilung Wasserstoff ist am KIT-Zentrum Energie beteiligt und arbeitet international stark vernetzt mit anderen führenden Forschungseinrichtungen unter anderem in den USA, in Kanada, Japan und Korea zusammen.

Jordan lehrt Wasserstofftechnologien am KIT, vertritt Deutschland seit 2005 in der Hydrogen Safety Task der Internationalen Energieagentur IEA und ist seit 2017 berufenes Mitglied des European Hydrogen Safety Panel. Zudem ist er Mitbegründer – und hatte mehrere Positionen im Vorstand – der International Association for Hydrogen Safety HySafe.(afr)

Der Presseservice des KIT stellt gern Kontakt zwischen Journalisten und Prof. Thomas Jordan her.

Fotonachweis:
Forschungsfoto: KIT
Porträt Prof. Thomas Jordan, ITES: Sandra Göttisheim, KIT