HY.AIR Energy
In einem Tiefkühllager in Friedrichsgabekoog ist eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle in das Brandschutzsystem integriert worden. Die weltweit erstmalige Kombination ist durch die Verwendung von grünem Wasserstoff emissionsfrei.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ In einem Tiefkühllager von Westhof Bio wird der Brandschutz über eine sauerstoffreduzierte Atmosphäre gewährleistet.
■ Bestandteil des Brandvermeidungssystems ist eine mit grünem Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle. Sie stellt über den Prozess Abluft mit einer Sauerstoffkonzentration von 5 bis 8 Vol.-% und einer Stickstoffkonzentration von 94 bis 91 Vol.-% zur Verfügung.
■ Im Gegensatz zu klassischen Sauerstoffreduzierungsanlagen für Brandvermeidungssysteme mit hohem Stromverbrauch stellt die Brennstoffzelle Strom zur Verfügung.
Aus der Lebenserfahrung wissen wir: Trotz Sorgfalt entstehen Situationen, bei denen die Voraussetzungen für Verbrennung vorliegen – ein brennbarer Stoff, Sauerstoff und Zündenergie treffen zeitlich und räumlich im geeigneten Mischungsverhältnis zusammen. In Lagergebäuden gehören brennbare Stoffe meist zur Nutzung und Zündenergie ist schon aufgrund der installierten Technik vorhanden. Hier kann eine Brandvermeidungsstrategie sein, den Luftsauerstoffgehalt durch die gezielte Zufuhr von Stickstoff soweit abzusenken, dass eine „brandsichere“ Atmosphäre entsteht.
Denn unterhalb einer bestimmten Sauerstoffkonzentration kann kein offenes Feuer entstehen, die Entwicklung eines Vollbrands wird unterdrückt. Brandfolgeschäden durch eine starke Rauchgasentwicklung oder Löschmitteleinsatz sind im Vergleich zu konventionellen Löschmethoden ausgeschlossen. Alle technischen Anlagen und Prozesse bleiben verfügbar, Betriebsunterbrechungen werden auf ein Minimum reduziert. Der gefahrfreie Aufenthalt von Personen und ein Arbeiten in den Räumlichkeiten sind aber trotzdem möglich.
Stickstoff muss möglichst günstig sein
Wesentlich für den Betrieb von Brandvermeidungssystemen ist die kosteneffiziente Stickstofferzeugung vor Ort. Für das neue Tiefkühllager der Bio-Frosterei von Westhof Bio am Standort Friedrichsgabekoog erstellt Minimax den VdS-anerkannten Brandschutz deshalb mit einer Sauerstoffreduzierungsanlage auf modernstem Niveau. Hierfür wird auch eine wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle von HY.AIR Energy zur Stickstofferzeugung eingesetzt. Die Kombination ist weltweit erstmalig und durch die Verwendung von grünem Wasserstoff emissionsfrei.
Für große bis sehr große Schutzbereiche, etwa Tiefkühl-Hochregallager, kann ein solches Hybridsystem den Stickstoff mit hoher Effizienz produzieren. Denn bei klassischen Sauerstoffreduzierungsanlagen werden ein Druckluftkompressor, eine Druckluftaufbereitung und ein Stickstoffgenerator (beispielsweise Druckwechsel-Adsorption, Oxeo EcoPrevent PG) benötigt, um dauerhaft den Sauerstoffgehalt im Schutzbereich abzusenken. Das verursacht laufende Kosten, die bereits nach wenigen Jahren höher als die ursprüngliche Investition sein können. Ein Konzept mit wasserstoffbasierter Brennstoffzelle, wie Oxeo EcoPrevent FC, kann dann durch die drei Outputs sauerstoffarme Abluft, Strom und Wärme deutlich wirtschaftlicher sein.
Sauerstoffreduzierte Atmosphäre
Während der Energiebereitstellung entsteht in einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle saubere Abluft, die prozessbedingt einen geringeren Sauerstoffgehalt als die Umgebungsluft hat. Sie kann verwendetet werden, in Räumen oder Gebäudeteilen eine Schutzatmosphäre zu schaffen, bei der kein Brände entstehen können. Die spezifische Sauerstoffkonzentration, die für die Unterbindung der Entflammbarkeit benötigt wird, ist abhängig von den zu schützenden Materialien. Die natürliche Atmosphäre hat einen Sauerstoffgehalt von knapp 21 Vol.-%. Bei einem Niveau von etwa 17 Vol.-% O2 sind Brandrisiken bereits deutlich reduziert, bei 15 Vol.-% O2 sind die meisten Feststoffe bereits komplett brandsicher.
Der Aufenthalt in einer sauerstoffreduzierten Atmosphäre ist mit einem Aufenthalt in der Höhe vergleichbar. In sauerstoffreduzierten Bereichen dürfen gemäß DGUV-Information 205-006 (Arbeiten in sauerstoffreduzierter Atmosphäre, zuletzt aktualisiert in Januar 2019) keine ständigen Arbeitsplätze eingerichtet werden. In der Risikoklasse 1 mit einer Sauerstoffkonzentration von unter 17 Vol.-% und minimal 15 Vol.-% gehören zu den Sicherheitsmaßnahmen eine vorherige (gemäß dem DGUV Grundsatz G 28 „Arbeiten in sauerstoffreduzierter Atmosphäre“) und danach regelmäßige arbeitsmedizinische Untersuchung (wie vor) und eine Unterweisung der Mitarbeiter und nach 4 h Aufenthalt eine Pause von 30 min außerhalb der sauerstoffreduzierten Bereiche.
Minimax
Brennstoffzelle HY.AIR 80
In dem von HY.AIR Energy gelieferten 20-Fuß-Plug-and-play-Container befinden sich die Brennstoffzelle HY.AIR 80 und ein Ablufttrockner, was bei Tiefkühllagern besonders wichtig ist (der Taupunkt ist von − 20 bis 30 °C individuell einstellbar), die Steuerungstechnik und alles was zur Übergabe von Strom und Wärme notwendig ist. Am Westhof-Bio-Standort kommt der grüne Wasserstoff per Trailer, der vor Ort an die HY.AIR 80 angeschlossen wird. Der von GP Joule aus Nordfriesland gelieferte 100 % grüne Wasserstoff wird im eFarm-Projekt ausschließlich aus regionaler erneuerbarer Energie gewonnen. Bei anderen Projektvoraussetzungen wären auch statische Wasserstofftanks möglich.
Mit dem grünen Energieträger sind auch der von der Brennstoffzelle erzeugte Strom und die Wärme nahezu emissionsfrei, der kombinierte Wirkungsgrad erreicht über 90 %. Die Anlage hat bis zu 80 kW elektrische Ausgangsleistung (10 bis 65 kW netto, 80 kWp für 30 min) und bis zu 100 kW thermische Ausgangsleistung (60…70 °C im Vorlauf, max. 45 °C im Rücklauf) und kann Netzparallel- oder im Inselbetrieb (Notstrom) gefahren werden und ermöglich eine Schutzatmosphäre für bis zu 100 000 m3 Luftvolumen. Die sauerstoffarme Abluft (DN 80) steht mit einem Volumenstrom 35 bis 250 m3/h mit einer Zusammensetzung 5 bis 8 Vol.-% O2 und 94 bis 91 Vol.-% N2 zur Verfügung (1 Vol.-% sonstige Gase).
Die Betriebsergebnisse der ersten hybriden, wasserstoffbetriebenen Brandvermeidungsanlage wollen Minimax und HY.AIR Energy für die Weiterentwicklung nutzen.
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