Anwendungen in der Wasserstoff-Industrie

Das Ziel ist die Sicherheit für alle Anwendungsfälle und alle möglichen Qualifizierungsstufen – vom qualifizierten, geschulten Fachpersonal bei der Herstellung von Wasserstoff bis hin zum Endverbraucher an der Tankstelle – zu gewährleisten. 

Von „funktionaler Sicherheit“ spricht man, wenn die Sicherheit von der korrekten Funktion eines Steuerungssystems abhängt. Detektionstechnologien in Kombination mit sicherer Steuerungstechnik spielen somit eine wichtige Rolle bei der sicheren Nutzung von Wasserstoff zur Vermeidung von Schäden und Unfällen.

Diese Anwendungen reichen von der Wasserstofferzeugung in Elektrolyseuren oder Dampfreformern über die Handhabung von Wasserstoff beispielsweise an Wasserstofftankstellen bis hin zum Wasserstoffverbrauch in Brennstoffzellen, Motoren und Brennern.

Industrial Security beschreibt den Schutz von Produktions- und Industrieanlagen vor beabsichtigten oder unbeabsichtigten Manipulationen. Sie befasst sich somit mit der Sicherheit von Steuerungsnetzen in Produktions- und Industrieanlagen der Fabrikautomation und Prozesssteuerung.

Ein wasserstoffbezogenes Beispiel wäre ein Remote-Access zu einem Wasserstoffproduktionssystem, um dessen Status zu überprüfen. Diese Verbindung muss geschützt werden, sobald diese Fernverbindung die Steuerung oder Änderung des sicherheitsrelevanten Teils des Systems ermöglicht. Ohne Schutz besteht die Möglichkeit, dass jemand ohne Erlaubnis das System verändert und möglicherweise so einen gefährlichen Zustand herbeiführt.

Mit dem Identification and Access Management (I.A.M.) schützen Sie Ihre Daten und Ihre Mitarbeiter in gleichem Maße. Von der Authentifizierung von Nutzern bis zur Daten- und Netzwerksicherheit – wir beraten Sie gern! 

Für Wasserstoff-Elektrolyseure ist die Norm ISO 22734:2019 Wasserstofferzeuger durch Wasserelektrolyse – industrielle, gewerbliche und private Anwendungen das Referenzdokument für Sicherheit. Diese Norm enthält Sicherheitsanforderungen und entsprechende Prüfverfahren für alle Komponenten und Materialien. 

Sicherheitsfunktionen bei Elektrolyseuren:

• Not-Halt
• Spannungsüberwachung
• Stromüberwachung
• Leckerkennung
• Gasdetektion
• Flammen-/Brandmeldung

Die Erkennung von Gasen und Flammen ist obligatorisch, um geeignete Sicherheitsmaßnahmen wie Entlüftung einzuleiten oder den Zugang zu diesem Bereich zu verhindern. 

Das Fehlen einer konstanten Stromquelle kann ein zusätzliches Sicherheitsproblem darstellen (Cross-over-Phänomen). Aus diesem Grund kann ein Fehler im elektrischen Teil – Spannung oder Strom – zu einer möglichen Explosionsgefahr führen.

Die Einrichtung und der Betrieb einer Wasserstofftankstelle (HRS) werden von den örtlichen Behörden genehmigt und unterliegen der Aufsicht durch nationale oder regionale Rechtsvorschriften. Die Norm ISO 19880-1:2020 Gasförmiger Wasserstoff - Tankstellen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen enthält eine Methodik zur Gewährleistung der Sicherheit von Tankstellen. Diese Norm fordert Maßnahmen zur Verringerung des Brand- und Explosionsrisikos. Eine Risikobewertung der gesamten Station ist obligatorisch.

Eine HRS besteht aus Hochdruckkomponenten wie Kompressoren, Ventilen, Rohren und Druckspeichern. Hinzu kommen das Kühlsystem und der Bereich der Wasserstoffversorgung wie Zapfsäulen mit Drücken von 350 oder 700 bar und Temperaturen des von der Zapfsäule abgegebenen Gases von bis zu -40 Grad Celcius (233,15 Kelvin).

Sicherheitsfunktionen bei Wasserstofftankstellen:

• Not-Halt
• Leckerkennung
• Gasdetektion
• Flammen-/Brandmeldung
• Drucküberwachung, Gradientenüberwachung
• Temperaturüberwachung, Gradientenüberwachung

Die Norm ISO 16110-1:2007: Wasserstofferzeuger unter Verwendung von Technologien zur Brennstoffaufbereitung - Teil 1: Sicherheitsnorm erläutert alle wesentlichen Gefahren (EMV, elektrische Aspekte, Hochdruckaspekte, Verhinderung von Explosionen usw.) in Bezug auf die Sicherheit der Wasserstofferzeugung aus fossilen Brennstoffen wie der Dampfreformierung.

Die Dampfreformierung ist das zurzeit bedeutendste Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus kohlenstoffhaltigen Energieträgern und Wasser. Erdgas ist derzeit der wichtigste Rohstoff, es können aber auch Methanol, Biogas oder Biomasse als Ausgangsmaterial eingesetzt werden. Dieser Prozess erfordert hohe Temperaturen, die durch den Einsatz von Gasbrennern erreicht werden. 

Sicherheitsfunktionen:

• Not-Halt
• Brennermanagement
• Leckerkennung
• Gasdetektion
• Flammen-/Brandmeldung
• Drucküberwachung
• Temperaturüberwachung

Die sichere Steuerungen PNOZmulti 2 oder PSS 4000 können sowohl die Steuerung des Brennermanagementsystems als auch die Sicherheitsüberwachung des Prozesses übernehmen. So werden beispielsweise Temperaturen und hohe Drücke sicher überwacht und gesteuert, um unerwartete Situationen zu vermeiden, die zu einer Gefahr führen können.

Bei der Verwendung von 100 % Wasserstoff oder Gemischen aus gasförmigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen, wie z. B. Erdgas, mit Wasserstoff als Brennstoff in Gasbrennern gelten die bestehenden Normen für Brenner mit gasförmigen Brennstoffen.

Diese Normen finden beispielsweise Anwendung:

• EN 298
• IEC/UL 60730-2-5 für Brennersteuerung
• EN 676 für Gasbrenner 
• ISO 13577 für Industrieöfen (Bereich gasförmige Brennstoffe) 

Diese Normen unterscheiden zwischen gasförmigen, flüssigen und festen Brennstoffen, es gibt jedoch keine Unterscheidung nach spezifischen Gasen innerhalb der Gruppe der gasförmigen Brennstoffe. Dadurch sind die bestehenden Normen auch auf Wasserstoff anwendbar.

Das Brenner-Management-System PNOZmulti 2 ist zu 100% einsatzbereit für die Verbrennung von Wasserstoff oder Gemischen aus gasförmigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen.