Explosionsverhalten von verschiedenen Methan/Wasserstoff-Mischungen in Rohrleitungen

Im Übergang zur klimaneutralen Kreislaufwirtschaft ist der Ersatz von Erdgas als Energieträger ein wichtiger Schritt. Eine Methode ist dabei schrittweise den Wasserstoffanteil im Erdgasnetz zu erhöhen. Diese Methode hat den Vorteil, dass nur wenige Änderungen an der Infrastruktur benötigt werden. Es muss sichergestellt sein, dass die vorhandenen Sicherheitseinrichtungen auch mit erhöhtem Wasserstoffanteil wie vorgesehen funktionieren. Darüber hinaus treten bei Methan normalerweise nur Deflagrationen (schwächere Explosionen) auf. In Wasserstoffatmosphäre können Deflagrationen hingegen sehr leicht zu den deutlich stärkeren Detonationen umschlagen. Das macht den Umgang mit Methan/Wasserstoff-Gemischen aus sicherheitstechnischer Betrachtung besonders. Daher wurden Untersuchungen mit einem Wasserstoffanteil von bis zu 80-100% bei 1,1 bis 2 bar durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass bei geringen Überdrücken (bis 1,6 bar absolut) eine deutlich stärkere Abhängigkeit des Explosionsverlaufs vom Mischungsverhältnis vorlag als am oberen Ende des untersuchten Druckbereichs (1,6-2,0 bar absolut). Ab einem Methananteil von etwa 25% in der gegebenen Versuchskonfiguration (Rohrlänge bis 6,5 m) ist zudem keine Detonation mehr zu befürchten. Die Anlauflänge für eine Detonation liegt demnach für geringere Wasserstoffanteile bei über 6,5 m.

Arnas Lucassen, Enrico Tampieri, Stefan H. Spitzer and Ernesto Salzano
"Admixture of Hydrogen to Pipelines - Experimental work on DDT without obstacles” Proceedings of the 29th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems, Paper 108, 2023.