Gefährdungsbetrachtung von PEM-Brennstoffzellen hinsichtlich des Einsatzes in explosionsgefährdeten Betriebsstätten (PDF)

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Beurteilung von Zündgefahren, welche von einer
Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle vor dem Hintergrund des Einsatzes in explosi-
onsgefährdeten Betriebsstätten ausgehen. Die Ergebnisse der Einschätzung des Gefähr-
dungspotentials dienen als Grundlage zur Entwicklung eines möglichen Explosionsschutz-
konzeptes.
Unter Würdigung der Methodik einer Risikobeurteilung wird zunächst eine geeignete
Vorgehensweise für eine Zündgefahrenbeurteilung der innovativen Technologie entwickelt.
Über eine analytische, rein theoretische Betrachtung erfolgt die Identifikation wirksamer
Zündquellen und deren Ursachen. Dabei werden die zur Verfügung stehenden Informationen
unter Berücksichtigung von möglichen Fehlerzuständen einbezogen. Die Darstellungsform
der Ergebnisse der Gefahrenidentifikation hinsichtlich potentieller Zündquellen geschieht
anhand eines Ereignisablaufdiagramms. Daraus sind die verschiedenen Kausalitätsketten
ersichtlich, die zum Auftreten einer potentiellen Zündquelle für eine die Brennstoffzelle
umgebende explosionsfähige Atmosphäre führen können.
Die Einbindung der Ergebnisse experimenteller Versuche an Brennstoffzellentestanord-
nungen ermöglicht eine qualitativ orientierte Einschätzung der Auftrittswahrscheinlichkeit
wirksamer Zündquellen. Es werden verschiedene Fehlerszenarien des Ereignisablaufdiag-
ramms nachgestellt, um deren Kritikalität festzustellen. Dabei werden die Auswirkungen
einer explosionsartigen Verbrennungsreaktion innerhalb einer Brennstoffzellentestanord-
nung, die Entzündbarkeit von Wasserstoff/Luft-Gemischen während des Brennstoffzellenbe-
triebs, die Zündfähigkeit innerer Zündquellen und das Erwärmungsverhalten bei Brenngas-
übertritt, Kurzschluss und Eduktverarmung untersucht.
Auf Grundlage der Zündgefahrenbeurteilung erfolgt die Entwicklung eines Explosions-
schutzkonzeptes, welches die Auftrittswahrscheinlichkeit wirksamer Zündquellen in ausrei-
chendem Maße reduziert.