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Regelwerk; BGI/GUV-I / DGUV-I

BGI 5108 / DGUV-Information 209-072 - Wasserstoffsicherheit in Werkstätten
Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) Information

(Ausgabe 10/2009aufgehoben)



Zur aktuellen Fassung


Die in dieser BG-Information (BGI) enthaltenen technischen Lösungen schließen andere, mindestens ebenso sichere Lösungen nicht aus, die auch in technischen Regeln anderer Mitgliedstaaten der Europäischen Union oder der Türkei oder anderer Vertragsstaaten des Abkommens über den Europäischen Wirtschaftsraum ihren Niederschlag gefunden haben können.

Hinweis:
Der Einfachheit und Lesbarkeit halber wurde in der vorliegenden Schrift die männliche Form gewählt. Selbstverständlich sind weibliche Personen gleichermaßen angesprochen.

Berufsgenossenschaftliche Informationen (BG-Informationen) enthalten Hinweise und Empfehlungen, die die praktische Anwendung von Regelungen zu einem bestimmten Sachgebiet oder Sachverhalt erleichtern sollen.

Vorbemerkung

Diese BG-Information wurde vom Fachausschuss "Metall und Oberflächenbehandlung" der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) und der Berufsgenossenschaft der Straßen-, U-Bahnen und Eisenbahnen (BG BAHNEN) unter Beteiligung der führenden deutschen Pkw- und Nutzfahrzeughersteller erarbeitet und wird vom Fachausschuss "Metall und Oberflächenbehandlung" und der BG BAHNEN herausgegeben.

Der Unternehmer hat für die Instandsetzung von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen in Werkstätten nach § 2 der Unfallverhütungsvorschrift "Grundsätze der Prävention" (BGV A1) die erforderlichen Maßnahmen zur Verhütung von Arbeitsunfällen, Berufskrankheiten und arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren sowie für eine wirksame Erste Hilfe zu treffen. Die Maßnahmen sind im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung nach § 5 des Arbeitsschutzgesetzes ( ArbSchG) zu ermitteln. Dabei sind insbesondere die sich aus der Benutzung von Arbeitsmitteln nach der Betriebssicherheitsverordnung ( BetrSichV) sowie der sich durch die Verwendung von Arbeitsstoffen unter Berücksichtigung der Arbeitsumgebung ergebenden Gefährdungen zu berücksichtigen.

Diese BG-Information enthält ausschließlich Sicherheitsanforderungen, die das Verhalten der Versicherten betreffen. Hinweise, Erläuterungen und beispielhafte Lösungsansätze sollen die verantwortlichen Unternehmer bei der Erfüllung ihrer Pflichten unterstützen.

Diese BG-Information enthält die wesentlichen Gefährdungen und Sicherheitsmaßnahmen, über die die Versicherten nach § 4 der Unfallverhütungsvorschrift "Grundsätze der Prävention" (BGV A1) zu unterweisen sind. Eine Auswahl der zu berücksichtigenden Vorschriften und Regeln enthält der Anhang. Anforderungen an bauliche Anlagen, technische Einrichtungen und Arbeitsmittel sowie Sicherheitsmaßnahmen bei der Verwendung von Arbeitsstoffen sind grundsätzlich in staatlichen Arbeitsschutzvorschriften vorhanden. Auch hierzu sind die wichtigsten Vorschriften und Regeln im Anhang aufgeführt.

In dieser BG-Information werden Serienfahrzeuge behandelt. Für Fahrzeuge in Versuchsbetrieben (vor dem "SOP" [Start of Production]) gelten abweichende Regelungen. Hierzu sind die Gefährdungen zu ermitteln und daraus entsprechende Sicherheitsmaßnahmen abzuleiten. Grundsätzliche Anforderungen sind in Kapitel 6 beschrieben.

Im Kraftfahrzeugbereich werden Spannungen oberhalb von 25 Volt AC bzw. 60 Volt DC mit dem Begriff Hochvolt bezeichnet. Der Fachausschuss "Elektrotechnik" hat im BGI-Entwurf "Elektrotechnische Arbeiten an Hochvolt-Systemen in Fahrzeugen" Regeln für die "Qualifikationen der Personen" für Arbeiten an Kraftfahrzeugen mit HV-Systemen erarbeitet. Auf diese Regel sowie auf weitere gültige Regelungen und Normen wird im Anhang verwiesen.

Neben den Erfahrungen, die bei den Mitgliedsunternehmen der Berufsgenossenschaften, den Berufsgenossenschaften selbst und den Fahrzeugherstellern vorliegen, wurde zur Erstellung dieser BG-Information eine Literaturstudie erstellt, die das Unfallgeschehen im Zusammenhang mit Wasserstoffsystemen darstellt. Weiter wurden zur Ermittlung der Gefahr drohenden Menge in Werkstätten umfangreiche Zündversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Literaturstudie und der Versuche wurden in diese BG-Information eingearbeitet.

1 Grundlagen zur Wasserstofftechnik

Die Diskussion über Wasserstofftechnologie weckt bei vielen Menschen immer noch ein ungutes Gefühl. Dieses aber zu Unrecht, denn die Wasserstofftechnologie wird seit langem sicher beherrscht.

Unumgänglich ist die Kenntnis der Grundlagen der Wasserstofftechnik, um die besonderen spezifischen Gefährdungen beim Umgang mit Wasserstofffahrzeugen im Betrieb und in der Instandhaltung beurteilen zu können. Aus den Grundlagen ist aber auch die Erkenntnis abzuleiten, dass man unter Beachtung der entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen mit Wasserstofffahrzeugen einen mit anderen gasbetriebenen Fahrzeugen vergleichbaren sicheren Betrieb gewährleisten kann.

Die Wasserstofftechnologie wird auch bei Omnibussen im Linienverkehr erprobt.

Den sicheren Ruf, den sich die Wasserstofftechnologie mit den Brennstoffzellen erworben hat, gilt es zu festigen. Daher ist insbesondere eine sichere Instandsetzung eine wichtige Voraussetzung, wobei die Rahmenbedingungen einen sorgfältigen Umgang mit diesem Energieträger erfordern. Häufig wird in der Wasserstofftechnologie der Vergleich zum Erdgas gezogen, dennoch gibt es in der Anwendung beider Technologien wesentliche Unterschiede, die auch zu einer unter schiedlichen Werkstattausstattung führt.

Fahrzeuge verschiedener Hersteller werden inzwischen in größerer Stückzahl erprobt.
Dieses geschieht auf Prüfständen und im Flottenversuch.

2 Eigenschaften von Wasserstoff

Wasserstoff im Vergleich mit anderen Energieträgern

Eigenschaft Wasserstoff Erdgas (CH4) Benzin Diesel
Aussehen farblos farblos farblos bis leicht bernsteinfarben leicht bernsteinfarben
Geruch geruchlos odoriert charakteristisch/ unangenehm charakteristisch/ unangenehm
Molmasse 2,02 g/mol 16,04 g/mol ~ 107 g/mol ~ 120 - 320 g/mol
Zustand bei 20 °C gasförmig gasförmig flüssig flüssig
Dichte (20 °C, 1 bar) 0,089 kg/m3 0,718 kg/m3 0,7 - 0,78 kg/l 0,84 - 0,88 kg/l
Relative Dichte, gasf. (Luft=1) 0,070 0,55 Flüssigkeit Flüssigkeit
Siedepunkt -252,7°C -161,5 °C 30 °C - 215 °C 170 °C - 390 °C
Kritische Temperatur/ Kritischer Druck - 239,3 °C/
13 bar
- 82,5 °C/
45 bar
267 - 296 °C/
24 - 27 bar
** 617,7 °C/
21,1 bar
Dampfdruck bei 20°C entfällt entfällt 0,78 bar ** 0,001 bar
Löslichkeit in Wasser (20°C, 1 bar) 1,6 mg/l 26 mg/l nicht löslich nicht löslich
Flammenfarbe unsichtbar (ultravioletter Bereich) sichtbar sichtbar sichtbar
Flammpunkt entfällt entfällt -20 °C >55 °C
Zündtemperatur 560 °C 595 °C 220 °C 250 °C
Zündgrenzen (in Luft): UEG/OEG 4/77 Vol.-% 5/15 Vol.-% 0,6/8 Vol.-% 0,6/6,5 Vol.-%
Detonationsgrenze (11) 18 % - 59 % 6,3 % - 13,5 % 1,1 % - 3,3 % entfällt
Verbrennungsgeschwindigkeit 102 - 346 cm/s 43 cm/s 40 cm/s entfällt
Mindestzündenergie 0,02 mJ 0,28 mJ 0,24 mJ entfällt
Verdampfungswärme 445,4 kJ/kg 509,9 kJ/kg 309 kJ/kg 544 - 785 kJ/kg
Wärmeleitfähigkeit Gas * 1,897 mW/cmK 0,33 mW/cmK 0,12 mW/cmK entfällt
Wärmeleitfähigkeit Flüssigkeit 1 mW/cmK 1,86 mW/cmK 1,31 mW/cmK 1,5 mW/cmK
Unterer Heizwert 2,995 kWh/Nm3 9,968 kWh/Nm3 42,5 MJ/kg 43 MJ/kg
Oberer Heizwert 39,4 kWh/kg 13,9 kWh/kg 46,7 MJ/kg 45,9 MJ/kg
* Normbedingungen; ** n-Decan


Wasserstoff (H2) ist ein unter Normalbedingungen farbloses, geruchloses und ungiftiges Gas. Bei -252,7 °C und Normaldruck kondensiert Wasserstoff zu einer farblosen Flüssigkeit, bei -259,2 °C kristallisiert er zu einem weißen Feststoff. Flüssiger Wasserstoff ist farb- und geruchlos. Ein Liter flüssiger Wasserstoff ergibt ca. 850 l gasförmigen Wasserstoff bei Normaldruck und Normaltemperatur.

Wasserstoffgas hat eine Dichte von 0,09 kg/m3 und ist das leichteste Gas im Periodensystem. Wasserstoff ist etwa 14-mal leichter als Luft und somit leicht flüchtig. Wird Wasserstoff freigesetzt, steigt dieser sehr schnell nach oben, verteilt sich beim Aufstieg sehr schnell und diffundiert stark. In Hallen kann er sich unter der Hallendecke unter ungünstigen architektonischen Gegebenheiten und Lüftungsbedingungen sammeln und muss zügig abgeführt werden, da man sich sehr schnell der unteren Explosionsgrenze nähert. In einem solchen Fall muss der Wasserstoff schnell und ohne wirksame Zündquellen abgeführt werden. Dieses ist nur erforderlich, wenn erhebliche Mengen H2 schlagartig austreten können.

Bei geringen Wasserstoffmengen ist eine sehr schnelle Diffusion zu erwarten. Die konkrete Bedeutung dieser Eigenschaften wird im Kapitel 5 "Anforderungen an und Maßnahmen in Werkstätten" beschrieben.

Im Unterschied zu Erdgas wird bei Wasserstoffgas keine Odorierung (Zusatz von Geruchsstoffen) vorgenommen, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass die zugesetzten Geruchsstoffe unerwünschte Nebeneffekte hervorrufen. Undichtigkeiten können daher nur mit Gassensoren oder Lecksuchspray aufgespürt werden.

Erdgas hat gegenüber Wasserstoff einen recht geringen Explosionsbereich. Beim Wasserstoff lässt sich bereits theoretisch ab einem Anteil von 4 Vol.-% ein Gemisch mit Luft entzünden (UEG = 4 Vol.-%), in der Praxis sind jedoch mehr als 6 % erforderlich, um eine nennenswerte Reaktion zu erhalten. Die obere Explosionsgrenze von 77 Vol.-% ermöglicht noch die Zündung eines sehr fetten Gemisches mit Luft. Die Bandbreite der Explosionsgrenzen von Wasserstoff ist so mit sehr viel problematischer als die von Erdgas. Ein Wasserstoff-Luft-Gemisch innerhalb der Explosionsgrenzen kann mit einer sehr geringen Mindestzündenergie ab 0,02 mJ zur Zündung gebracht werden. Erdgas hingegen benötigt 0,28 mJ als Mindestzündenergie. In der Praxis liegen jedoch ohnehin die meisten potentiellen Zündquellen, wie z.B. statische Entladung, über dem Mindestwert von Erdgas oder Benzin-Luft-Gemischen, sodass dies keinen wesentlichen Unterschied bedeutet.

3 Stand der Speichertechnik

Für den mobilen Einsatz werden derzeit fast ausschließlich zwei Speicherlösungen eingesetzt:

3.1 Art der Speicherung flüssig/gasförmig

Die Speicherung von komprimiertem Wasserstoff (CGH2) in faserverstärkten Druckbehältern erfolgt bei 350 bzw. 700 bar bei +15 °C. Flüssiger Wasserstoff (LH2) wird in vakuumisolierten Speicherbehältern bei -253°C gespeichert. Die eingesetzten Speichersysteme umfassen bei CGH2 einen bzw. mehrere Druckbehälter, bei LH2 wird meist nur ein Speicherbehälter eingesetzt.

Flüssiger Wasserstoff lässt sich auf engem Raum speichern. Hier ein Beispiel für einen zylindrischen doppelwandigen LH2-Tank mit 7,78 kg Tankinhalt.

3.2 Speichermengen Pkw/Bus

Die Speicherdichten betragen für CGH2 24 kg/m3 bei 350 bar bzw. 40,2 kg/m3 bei 700 bar sowie ca. 70 kg/m3 für LH2. Typische Speichermengen im Pkw liegen aktuell im Bereich von 1,5 kg bis 11 kg (CGH2 bis 700 bar und LH2). In Linienbussen betragen die Speichermengen bis zu ca. 50 kg (CGH2 bis 350 bar).

Dieser Speicher ist für kleine Pkw geeignet. Hier ein Beispiel für einen CGH2-Tank mit einer Speicherdichte von 40,2 kg/m3 bei 700 bar.

Beim Betanken von Fahrzeugen mit CGH2-Tanks können in den Speicherbehältern des Tanksystems Temperaturen im Bereich der maximal erlaubten Arbeitstemperatur der Komponenten von +85 °C auftreten. Aufgrund von Temperaturerhöhungen kommt es zu Druckerhöhungen im Behälter, die den Nennbetriebs druck von 350 bar auf 438 bar bzw. von 700 bar auf 875 bar ansteigen lassen. Dies entspricht dem höchstzulässigen Betriebsdruck der Behälter.

3.3 Gasführende Komponenten

Als "wasserstoffführende Komponenten" werden der Wasserstoffbehälter und alle anderen Teile des Fahrzeugs bezeichnet, die in direktem Kontakt mit Wasserstoff stehen oder die Bestandteile eines Systems sind, das aufgrund der Verwendung von Wasserstoff in das Fahrzeug eingebaut ist.

Vereinfachter Aufbau eines CGH2-Systems - Prinzipdarstellung

Vereinfachter Aufbau eines LH2-Systems - Prinzipdarstellung

3.4 Sicherheitseinrichtungen der Fahrzeuge

Die erforderlichen Sicherheitseinrichtungen sowie die technischen Anforderungen und Bedingungen, die an sie gestellt werden, sind ausführlich in den im Anhang aufgeführten Normen und Regeln für die Zulassung von Fahrzeugen und von spezifischen Komponenten für Fahrzeuge, die Wasserstoff als Kraftstoff verwenden, beschrieben.

Diese Normen und Regeln sind derzeit für die Erteilung der allgemeinen Betriebserlaubnis nach § 20 StVZO für Fahrzeuge mit Druckgasanlagen und Speichersystemen mit Wasserstoff in Deutschland relevant.

Die CGH2- Druckbehälter sind auf dem Fahrzeugdach untergebracht. Für Arbeiten auf dem Dach sind besondere Maßnahmen zur Absturzsicherung zu treffen.

Die wesentlichen Sicherheitseinrichtungen der beiden Speichertechniken sind im Folgenden kurz beschrieben.

CGH2-Anlagen:

LH2-Anlagen:

Für Arbeiten in Lackierkabinen wird ein möglichst geringer Restdruck empfohlen, welcher vom Fahrzeughersteller mitgeteilt wird.

3.5 Spannungsführende Teile

Hochvolt-Leitungen (HV) werden in der Farbe orange ausgeführt, Hochvolt-Komponenten werden oft mit einem Aufkleber als Hinweis auf die HV versehen. Dies gewährleistet im Havariefall Rettungs- und Bergungskräften zusätzliche Sicherheit. Die Thematik Hochvolt-Systeme in Kraftfahrzeugen wird in diesem Leitfaden nicht näher behandelt, hierzu wird auf die BGI "Elektrotechnische Arbeiten an Hochvolt-Systemen in Fahrzeugen" (zurzeit Entwurf) verwiesen.

4 Explosionsschutz in Werkstätten

4.1 Gefährdungsbeurteilung und abgeleitete Explosionsschutzmaßnahmen

Aufgrund der Anforderungen der Betriebssicherheitsverordnung ( BetrSichV) ist grundsätzlich eine Gefährdungsbeurteilung erforderlich. Dieses schließt eine Beurteilung der explosionsgefährdeten Bereiche sowie der Fahrzeuge mit ein. Aus der durchgeführten Gefährdungsbeurteilung, bei der der Unternehmer einen großen Gestaltungsspielraum besitzt, werden angemessene Schutzmaßnahmen abgeleitet und anschließend im Explosionsschutzdokument festgehalten. Die Mitarbeiter sind regelmäßig über die auftretenden Gefährdungen zu unterweisen. Die Unterweisungen sind zu dokumentieren, für besonders kritische Bereiche sind schriftliche Betriebsanweisungen ebenfalls erforderlich.

Die Erstellung von Explosionsschutzdokumenten ist auch für alle anderen Bereiche mit Explosionsgefährdung, z.B. Lackierkabinen, erforderlich. Das Explosionsschutzdokument ist stets auf dem aktuellen Stand zu halten.

Die Gefährdungsbeurteilung ist nach Auslegung des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales (BMAS) auch für Fahrzeuge durchzuführen.

Für alle Werkstätten ist eine Gefährdungsbeurteilung durchzuführen und zu dokumentieren.

Explosionsgefährdete Bereiche werden nach Häufigkeit und Dauer des Auftretens von gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in die Zonen 0, 1 und 2 unterteilt. Für Wasserstofffahrzeuge ergibt sich damit folgende Einstufung:

Die Eigenschaften von Wasserstoff wurden eingangs beschrieben und unterscheiden sich von den konventionellen Kraftstoffen. Dennoch ist bei der Einteilung der Zonen aufgrund der geringen Dichte, der hohen Diffusion von Wasserstoff und den damit verbundenen Eigenschaften mit Augenmaß vorzugehen.

In Kfz-Werkstätten, in denen nicht ausgeschlossen werden kann, dass Wasserstoff aus den fahrzeugseitigen Systemen austritt, sind sinnvollerweise primäre Schutzmaßnahmen wie H2-Sensoren zur Erkennung und eine Abluftanlage zur Vermeidung bzw. Einschränkung der Bildung explosionsfähiger Atmosphäre vorzusehen.

4.2 Potenzialausgleich

Aufgrund des Potenzialgefälles des Fahrzeuges zu seiner Umgebung besteht grundsätzlich die Gefahr einer elektrostatischen Entladung. Daher ist an den Fahrzeugen in der Werkstatt ein geeigneter Potenzialausgleich vorzusehen. Der Potenzialausgleich ist zum gesamten Bauwerk einschließlich dem Fußboden vorzusehen. Dieser ist zwingend bei der Instandsetzung der Gasanlage, sofern vor Beginn der Arbeiten keine Inertisierung der Gasanlage stattgefunden hat, zu nutzen. Das einfache Wechseln von Komponenten oder von Karosserieteilen ist jedoch ohne Erdung möglich. Die im Fahrbetrieb entstehenden elektrostatischen Aufladungen können so vor der Instandsetzung sicher abgeleitet werden, entscheidend sind jedoch die örtlichen Gegebenheiten.

CGH2- Fahrzeuge sind im Normalbetrieb dicht, Wasserstoffemissionen also nicht zu erwarten.

Beim Tanken und in der Werkstatt sollen die Fahrzeuge an einen Potenzialausgleich angeschlossen werden.

5 Anforderungen an und Maßnahmen in Werkstätten

5.1 Einfahrt in Werkstätten mit Wasserstofffahrzeugen

Wie beschrieben, sind Fahrzeuge mit komprimiertem Wasserstoff betriebsmäßig dicht. Fahrzeuge mit Flüssigwasserstoffspeicherung, die über ein sicheres "Boiloff-Management" verfügen, werden unter diesem Aspekt gleich behandelt. Ein sicheres "Boiloff-Management" sorgt durch Verdünnung oder katalytische Umsetzung der betriebsbedingten Wasserstoffabgabe dafür, dass diese keinerlei Gefahr mehr für die Umgebung darstellt. Somit können grundsätzlich Fahrzeuge mit beiden Speichertypen ohne weitere Maßnahmen in Werkstätten eingefahren werden.

Es ist jedoch sicherzustellen, dass keine Schädigung von wasserstoffführenden Teilen (z.B. durch Unfall) vorliegt und/oder das fahrzeugeigene H2-Überwachungssystem keine Warnhinweise auf eventuelle Leckagen gibt. Im Falle einer Schädigung von wasserstoffführenden Teilen, einschließlich des Tanksystems oder einer diagnostizierten Wasserstoffleckage durch fahrzeugeigene oder externe H2-Gassensorik, ist das Tanksystem außerhalb der Werkstatt zu entleeren. Im Fall einer Schädigung von wasserstoffführenden Teilen ist der Tank vom Leitungssystem zu trennen und das System zu entleeren. Die Entleerung ist an einem geeigneten Platz, bevorzugt Freigelände, gemäß Herstellerangabe durchzuführen. Während der Entleerung sind Zündquellen fernzuhalten. Die Definition, ab wann der Tank als leer angesehen werden kann, ist den Herstellerinformationen zu entnehmen.

Nach Einfahrt in eine Werkstatt sollen Fahrzeuge mit Flüssigwasserstoffspeicherung an einen Potenzialausgleich angeschlossen werden, sofern die Werkstatt über keinen ableitfähigen Boden verfügt. CGH2-betankte Fahrzeuge bedürfen zum Abstellen in Werkstätten keiner weiteren Maßnahmen.

Im Zweifelsfall (schlechter Fahrzeugzustand, unbekannte Herkunft, mechanische Schädigung unbekannten Ausmaßes, spannungsfreie Fahrzeuge) sind Hohlräume am Fahrzeug wie Motorraum, Innenraum, Radkästen, Kofferraum sowie Tankstutzen und Tankzuführung mit einem H2-Handsensor auf evt. Wasserstoff austritt zu überprüfen (sofern ohne Demontage erreichbar), um die Einfahrt von Fahrzeugen mit Wasserstoffleckagen zu verhindern.

Die Eingangsprüfung eines Fahrzeuges sollte mit einem H2-Handsensor durchgeführt werden.

5.2 Routinearbeiten (nach BGR 157)

Wie dargestellt, werden wasserstoffbetriebene Fahrzeuge als betriebsmäßig dicht angesehen, sofern die notwendigen Sicherheitsmaßnahmen eingehalten werden. Für ausreichende Belüftung mit mindestens dreifachem Luftwechsel ist zu sorgen, was aber Gegenstand der für Werkstätten geltenden BG-Regel "Fahrzeug-Instandhaltung" (BGR 157) ist und somit keinen zusätzlichen Aufwand darstellt. Routinearbeiten, wie das Wechseln oder Nachfüllen von Betriebsstoffen oder das Austauschen nicht wasserstoffführender Teile bedürfen keiner besonderen Maßnahmen. Ausgenommen sind hiervon Arbeiten, die starke Funkenbildung und/oder Wärmeeintrag in der Nähe von gasführenden Teilen und Leitungen hervorrufen (z.B. Schweiß-, Schleif- und Trennarbeiten). Diese erfordern zwingend eine Inertisierung des Leitungs- und/oder Tanksystems.

Elektrische Gefährdungen von Wasserstofffahrzeugen, Hybrid-Fahrzeugen und Elektrofahrzeugen, welche hochvoltführende Komponenten gemäß der Definition "Hochvolt-Systeme" enthalten und deren Service und Handhabung werden im BGI-Entwurf "Elektrotechnische Arbeiten an Hochvolt-Systemen in Fahrzeugen" behandelt.

5.3 Arbeiten an gasführenden Teilen und Leitungen

Arbeiten an wasserstoffführenden Teilen und Leitungen sind bauteilspezifisch zu unterscheiden. Entscheidend für das mögliche Gefahrenpotenzial ist das im Bauteil vorhandene Gasvolumen, die vorliegende Druckstufe und der Aggregatzustand.

Wasserstoffführende Leitungen in Fahrzeugen können grundsätzlich in zwei Kategorien eingeteilt werden:

Vor Beginn der Arbeiten an wasserstoffführenden Teilen und Leitungen sollte ein Hinweis über den Zustand der Befüllung (Befüllt/Entleert/Inertisiert) gut sichtbar am bzw. im Fahrzeug angebracht werden. In jedem Fall ist den Anweisungen des Fahrzeugherstellers für Arbeiten an wasserstoffführenden Teilen Folge zu leisten. Es ist sicherzustellen, dass vor Aufnahme der Arbeiten die Kenntnisnahme der fahrzeugspezifischen Eigenheiten und Anweisungen erfolgt ist. Da Wasserstoff sehr leicht entzündlich ist, sind Zündquellen zu vermeiden. Hierzu gehört das Tragen ableitfähigen Schuhwerks, das durch das Tragen von geeigneten Sicherheitsschuhen erreicht wird. Als Kleidung ist langärmelige, nicht synthetische Kleidung empfohlen. Der Boden sollte ableitfähig sein; ist dies nicht gewährleistet, sind Ersatzmaßnahmen umzusetzen.

5.3.1 Arbeiten an wasserstoffführenden Leitungen

Die vom Tanksystem wegführenden Niederdruckleitungen zur Versorgung des Antriebssystems führen nach dem Stand der Technik einen Wasserstoffdruck von < 30 bar. Im Niederdruckbereich wird zusätzlich noch zwischen den "class 1" - (4,5 - 30 bar) und den "class 2" - Komponenten (< 4,5 bar) unterschieden.

Das Öffnen von wasserstoffführenden Leitungen sollte nach Möglichkeit nach Entleerung der Leitungen erfolgen. Sollte dies aus technischen Gründen im Einzelfall nicht möglich sein, kann bis zu einem Leitungsvolumen von 60 Normlitern (NL) 1 langsam und vorsichtig das Öffnen von Rohrverbindungen auch ohne Entleerung oder Inertisierung erfolgen. Hierbei ist für eine gute Belüftung zu sorgen. Auch sind zusätzlich Gehörschutz und Schutzbrille zu tragen. Im Nahfeld um das Fahrzeug (< 2 m Radius) sollen sich keine weiteren Personen aufhalten. Untersuchungen haben ergeben, dass bei einer Entzündung der Wasserstoffmengen bis zur angegebenen Größe von 60 NL bleibende Gesundheitsschäden eher unwahrscheinlich sind. Um einer Zündung von austretendem Wasserstoff durch statische Entladung entgegenzuwirken, muss der Boden im Arbeitsbereich leitfähig sein, oder alternativ muss eine Erdungsleitung an die leitfähige Kraftstoffleitung angeschlossen werden, die in den Potenzialausgleich des Gebäudes eingebunden wird.

5.3.2 Arbeiten an wasserstoffführenden Teilen

Arbeiten an wasserstoffführenden Bauteilen (z.B. Ventilen) sind generell analog zu Kapitel 5.3.1 durchzuführen. Besonderes Augenmerk gilt hier den herstellerspezifischen Anweisungen zum Umgang mit diesen Komponenten und deren spezifischen Gefahrenpotenzialen. An bestimmten Komponenten darf nur nach erfolgter Inertisierung gearbeitet werden. Der Hersteller gibt hier genaue Anweisungen, wann welche Teilbereiche oder gar das Gesamtsystem zu inertisieren sind.

Bei Arbeiten an wasserstoffführenden Komponenten sind insbesondere die herstellerspezifischen Anweisungen zu beachten.

5.3.3 Arbeiten am Tanksystem

Generell, unabhängig vom Medium, dürfen unter hohem Druck stehende Leitungen keinesfalls geöffnet werden. Die frei werdende Druckenergie hat ein sehr hohes Gefährdungspotenzial, welches lebensgefährlich ist. Dies gilt jedoch für jedes Gas unter Druck, selbst Druckluft, und ist nicht wasserstoffspezifisch.

Gleiches gilt für Leitungen, die unter flüssigem Wasserstoff stehen. Bei ihnen wird das Gefährdungspotenzial durch die tiefkalte Temperatur (-253 °C) hervorgerufen.

Auf die Wichtigkeit, die Bedienungsanleitung und Arbeitsanweisungen des Fahrzeugherstellers sorgfältig zur Kenntnis zu nehmen, kann nicht oft genug hingewiesen werden. Eine unbeabsichtigte Öffnung von Leitungen unter Hochdruck oder flüssigem Wasserstoff ist unbedingt zu vermeiden. Unwissenheit kann zu erheblichen Unfällen führen und kann keine Entschuldigung darstellen.

Arbeiten am Tanksystem, an zugehörigen Füllstutzen und hochdruckführenden Leitungen gehören zu den Arbeiten, die besonderer Sorgfalt bedürfen. Sie sind generell nur bei entleertem oder inertisiertem Tanksystem bzw. bei teilentleerten oder teilinertisierten Gasanlagenteilen erlaubt.

Gewisse Arbeiten an Leitungen und Komponenten können auch bei gefülltem Tank und lediglich entleerten Leitungen stattfinden. Wird an entleerten hochdruckführenden Leitungen gearbeitet, ohne den Tankbehälter vorher zu entleeren, ist dafür Sorge zu tragen, dass ein Öffnen des Tanksystems, und damit einer Beaufschlagung der Leitungen mit Hochdruck, nicht möglich ist (z.B. redundantes manuelles Absperren der Behälterventile). Arbeiten an Systembauteilen, die sich in Strömungsrichtung hinter dem redundant abschließbaren Zylinder befinden (z.B. Befüllnippel, Ventile oder Druckregler) können somit gefahrlos erfolgen.

Einige Arbeiten an Tanksystemen können ggf. auch bei gefülltem Tank und lediglich entleerten Leitungen stattfinden.

Nach Arbeiten an Tanksystemen werden Lecktester eingesetzt.

Die Inertisierung kann beispielsweise im Falle von LH2 mit Helium, bei CGH2 mit Helium oder Stickstoff erfolgen.

Reparaturen sind wegen der bereits beschriebenen spezifischen Eigenschaften von Wasserstoff nur mit Teilen und Materialien zugelassen, die explizit durch den Hersteller der Fahrzeuge freigegeben sind und nur nach dessen Prozedur. Vorsicht ist auch beim Einbau des Tanksystems geboten, da sich die CGH2-Tanks beim Befüllen auf bis zu 700 bar (bei 15 °C) um mehrere Millimeter ausdehnen können. Die Einbauvorschriften und die vorgegebenen Drehmomente sind besonders zu beachten.

5.3.4 Wiederinbetriebnahme

Nach allen durchgeführten Arbeiten an wasserstoffführenden Teilen und Leitungen einschließlich des Tanksystems ist grundsätzlich eine Dichtheitsprüfung nach Herstelleranweisung durchzuführen. Das bei Druckgas-Fahrzeugen erprobte und zugelassene Verfahren mit Schaum bildenden Mitteln kann hier unter Umständen nicht ausreichen.

Die gasführenden Leitungen und Teile sind nach Herstelleranweisung mit Inertgas zu prüfen. Anschließend ist das System nach Anweisung auf Wasserstoff umzuspülen. Unter Wasserstoff ist gemäß den Herstellerinstruktionen eine weitere Dichtheitsprüfung durchzuführen. Hierbei werden mindestens alle gelösten Verbindungen mittels H2- Leckprüfer oder geeignetem Lecksuchspray beim Betrieb der Anlage (geöffnete Tankventile) geprüft.

Im Rahmen einer Ausgangsprüfung können auch mobile Lecktester bei der Prüfung wasserstoffführender Leitungen eingesetzt werden.

Es ist sicherzustellen, dass die Betriebsanweisung des Lecktesters bekannt ist und dass der Lecktester für das zu prüfende Gas (N2/He/H2) geeignet ist. Die Arbeiten und das Ergebnis der Leckprüfung sind von einer qualifizierten Person zu protokollieren. Sollte Wasserstoff unmittelbar an einer Verbindungsstelle detektiert werden, sind die tanknahen Ventile umgehend zu schließen (z.B. Zündschlüssel abziehen). Sollte mittels mobilem H2-Lecktester im Anschluss bereits im Nahfeld des Fahrzeuges Wasserstoff festgestellt werden, ist der Gefahrenbereich zu räumen und gemäß Gefahrenabwehrplan zu agieren.

5.4 Qualifikationen

Der Einsatz von Wasserstoff in Kraftfahrzeugen ist eine relativ neue Technologie, die merkliche Unterschiede zu konventionellen Fahrzeugen aufweist.

Durch die Verschiedenartigkeit und Komplexität der Antriebskonzepte sind umfassende Qualifizierungen zum Einsatz von Wasserstofftechnologie in Kraftfahrzeugen durch unabhängige Institutionen erforderlich. Dieses umfasst mindestens die Gasanlagenprüfung (GAP) mit einer Zusatzausbildung für Wasserstoff. Produktspezifische Schulungen einzelner Fahrzeugtypen sind jedoch zusätzlich erforderlich.

Für die Diagnose und die Reparatur von H2-Fahrzeugen sind besondere Zusatz-Qualifikationen notwendig.

Für Arbeiten an der Gasanlage ist eine besondere Ausbildung der Mitarbeiter erforderlich, die mit einem Zertifikat abschließt. Diese umfasst neben der fachlichen Ausbildung am Fahrzeug und der Fehlerdiagnostik mittels moderner, computergestützter Diagnosewerkzeuge die Prüfung, die Interpretation von Warn- und Fehlermeldungen des Fahrzeuges sowie das Erkennen und Suchen von Leckagen. Zudem ist die Kenntnis von Ventilen, Druckminderern, defekten Gasleitungen und der sicheren Montage und Demontage von Fittings, dem Erkennen defekter Verschraubungen etc. von besonderer Wichtigkeit. Die Mitarbeiter müssen in die Nutzung von mobilen Gasdetektoren eingewiesen werden und diese Detektoren sicher handhaben können.

Ein Sicherheitstraining, wie es beispielsweise Hersteller von Fahrzeugen oder Wasserstoff erzeugenden Unternehmen anbieten, ist Grundlage für alle Routinearbeiten und weiterführenden Arbeiten an Tanksystemen und gasführenden Leitungen und Teilen.

5.5 Betriebsanweisungen

Im Betrieb sind den Mitarbeitern die spezifischen Betriebs- und Gefahrstoffanweisungen zugänglich zu machen. Diese müssen vor dem Arbeitsbeginn zur Kenntnis genommen werden.

Eine spezielle Unterweisung der Mitarbeiter am Fahrzeug - mit praktischen Inhalten - ist zwingend vor Aufnahme der Tätigkeit an H2-Fahrzeugen vorzunehmen.

Überdies ist ein Alarmplan zu erstellen und mit den Mitarbeitern zu besprechen. Nur so ist die Grundlage für ein richtiges Verhalten im Notfall, z.B. Gas austritt an einem Fahrzeug in der Werkstatt, gegeben.

5.6 Unterweisung

Unterwiesen werden muss über mögliche Gefährdungen. Als relevante Unterweisungspunkte sind denkbar:

Das Tragen von Persönlicher Schutzausrüstung (PSA) mindert wirksam die Folgen, wenn Probleme auftreten. Abhängig von der jeweiligen Werkstattsituation kann folgende PSa sinnvoll eingesetzt werden:

Auf die spezifischen Gefährdungen muss im Einzelnen eingegangen werden. So dürfen bei LH2-Fahrzeugen keine nicht isolierten Bauteile der Gasanlage ohne Handschuhe berührt werden. Weiter ist die Inertisierung der Gasanlagen sowie das sichere Abblasen im Freien ein wichtiger Punkt. Da erfahrungsgemäß viele Probleme durch Fahrlässigkeit im Umgang mit offenen Flammen entstehen (insbesondere Rauchen und Schweißen), ist hier eine besonders konsequente Personalführung notwendig.

Ein wichtiger Unterweisungspunkt sind z.B. Wasserstoffsensoren im Fahrzeug.

5.7 Besonderheiten

Werden Kraftfahrzeuge zerlegt und Ersatzteile dem Verwertungskreislauf zugeführt, ist besonderes Augenmerk auf die Lagerung der Tanks zu legen. Sie sind an geeigneter Stelle, möglichst im Freien, sicher zu entleeren. Der Explosionsschutz ist dabei zu beachten. Nur entleerte und inertisierte Tanks dürfen innerhalb eines Gebäudes ohne weitere Schutzmaßnahmen gelagert werden.

6 Anforderungen an die Wasserstoffwerkstatt in Entwicklungsbereichen

Bei Versuchsfahrzeugen kann nicht immer sichergestellt werden, dass kein Wasserstoff freigesetzt wird. Deswegen ist es aus Gründen des primären Explosionsschutzes erforderlich, diese an eine mit dem Fahrzeug verbundene Abblasleitung, welche stetig steigend über Dach geführt wird, anzuschließen.

Da Wasserstoff durch menschliche Sinne nicht wahrgenommen werden kann, sollte als weitere primäre Schutzmaßnahme die Werkstatt mit Wasserstoffsensoren ausgestattet sein. Diese Sensoren sind im Deckenbereich der Werkstatt anzuordnen und sollen im Alarmierungsfall optisch und akustisch warnen. Die Warnsysteme sind unter Berücksichtigung der Wochenenden mit entsprechender Redundanz auszulegen, um das Versagen des Alarmsystems durch einen internen Fehler der Anlage zu vermeiden. Darüber hinaus ist das Warnsystem mit einem vorhandenen Lüftungs- oder Entrauchungssystem so zu koppeln, dass im Alarmfall eine starke Lüftung eingeschaltet wird und/oder, sofern die Konstruktion des Hallendaches diese Möglichkeit bietet, zusätzliche Entlüftungsöffnungen freigegeben werden. Das Lüftungssystem und die Entlüftungsöffnungen müssen an den höchsten Punkten im Deckenbereich angeordnet sein.

In Versuchswerkstätten sind die Bedingungen der Be- und Entlüftung besonders zu beachten.

Bei einer Alarmierung wird die gesamte elektrische Anlage mit Ausnahme der explosionsgeschützten Installationen abgeschaltet. Dieses betrifft auch die üblicherweise im Deckenbereich angebrachte Beleuchtung, die bis auf eine explosionsgeschützte Notbeleuchtung ebenfalls abzuschalten ist. Die Lüftung gehört zum "Notsystem" und darf nicht mit abgeschaltet werden. Die Sensorik an der Hallendecke kann nur größere austretende Gasmengen erfassen. Für Arbeiten am Fahrzeug wird zusätzlich ein mobiles Gerät empfohlen.

Die Lüftungsanlage ist für eine starke Entlüftung zu dimensionieren, damit im Alarmfall der Wasserstoff aus dem Deckenbereich schnell abgeführt werden kann.

Gleich nach der Einfahrt in die Werkstatt wird die Releaseleitung auf dem Busdach angeschlossen.

Da diese Lüftung im Gefahrfall ein Wasserstoff-Luft-Gemisch absaugt, muss die Abluftanlage explosionsgeschützt ausgelegt sein. Allerdings besteht hier die Möglichkeit, den Lüfterantrieb auf dem Dach außerhalb der Lüftungskanäle anzuordnen, was die Kosten deutlich verringert. Bei kleinen Werkstätten ist auch die Frischluftzufuhr zu beachten: Bei starker Saugleistung des bzw. der Dachlüfter muss im Fußbodenbereich für eine geeignete Frischluftnachströmung gesorgt werden. Sofern ortsfeste Systeme Alarm geben, sollte die Feuerwehr diese Bereiche nur mit einem Ortskundigen betreten.

Nach den bereits vorliegenden Erfahrungen lassen sich für H2-Fahrzeuge einige allgemeingültige Sicherheitskonzepte ableiten. In allen Werkstätten wurden Wasserstoffsensoren installiert, die bei spätestens 0,8% H2 (entspricht 20% der UEG) einen Voralarm und beim zweifachen dieses Wertes den Hauptalarm auslösen.

Kommt es zu einem Hauptalarm, werden folgende Maßnahmen eingeleitet:

Wird Voralarm ausgelöst, kann dieser selbsttätig wieder aufgehoben werden, sobald die Wasserstoffkonzentration wieder unter den festgelegten Wert fällt. Der Hauptalarm muss, abhängig vom Sicherheitskonzept, jedoch manuell quittiert und zurückgesetzt werden. Sichergestellt werden muss, dass im Alarmfall nur die explosionsgeschützten Einrichtungen wie Lüftung, Gaswarnanlage und Notbeleuchtung am Netz verbleiben.

Da bei LH2- Fahrzeugen ohne Boiloff-Management ständig Wasserstoffgas an die Umgebung abgegeben wird, sind diese Fahrzeuge als betriebsmäßig undicht zu betrachten. Dadurch sind besondere Sicherheitsmaßnahmen in Werkstätten, Wartungs- und Abstellhallen erforderlich. Da an den Austrittsöffnungen dieser Fahrzeuge immer ein zündfähiges Gemisch entstehen kann, ist hier eine ständige sichere Abführung des Wasserstoffes erforderlich, und es sind besondere Explosionsschutzmaßnahmen zu treffen.


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Vorschriften und Regeln Anhang


ECE-Regelungsentwürfe für Wasserstoff-Fahrzeuge (CGH2):

ECE-Regelungsentwürfe für Wasserstoff-Fahrzeuge (LH2):

Bildnachweis:
BG BAHNEN ( =>, =>, =>, =>, =>, =>, =>, =>)
BMW Group ( =>, =>, =>, =>)
FORD-Werke AG ( =>, =>, =>, =>, =>)
MAN Nutzfahrzeuge AG ( =>, =>)
Adam Opel GmbH ( =>, =>)

___________

1 Als Orientierungshilfe: 60 NL sind etwa 3 m Rohrlänge bei 10 mm Innendurchmesser oder 50 cm bei 1"-Rohr; jeweils bei 16 bar Leitungsdruck.


ENDE

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