Wasserstoff ist Bestandteil des Wassers und beinahe aller organischen Verbindungen. Dieses Gas kommt in sämtlichen lebenden Organismen vor –findet aber auch häufige Verwendung in Industrie und anderen Bereichen.
Grund genug zu schauen, was sich überhaupt hinter dem chemischen Symbol H verbirgt und was bei der Nutzung von Wasserstoff zu beachten ist.
Inhaltsverzeichnis
Eigenschaften von Wasserstoff
Bevor wir zur Verwendung und Sicherheitshinweisen bezüglich Wasserstoffs kommen, zunächst einige grundlegende Informationen zu dessen Eigenschaften.
Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff steht im Periodensystem in der 1. Periode und der 1. IUPAC-Gruppe.
H ist das chemische Element mit der geringsten Atommasse. Sein häufigstes Isotop (auch bekannt als Protium) enthält kein Neutron, sondern besteht aus nur einem Proton und einem Elektron. Aufgrund der üblichen auf der Erde herrschenden Bedingungen kommt hier nicht dieser atomare Wasserstoff H vor, sondern der molekulare Wasserstoff H2. Dabei handelt es sich um ein farb- und geruchloses Gas. Bei bestimmten chemischen Reaktionen kommt es zu einem vorrübergehenden atomaren Auftreten von Wasserstoff. Dies wird als naszierender Wasserstoff bezeichnet.
Wasserstoff ist das häufigste chemische Element in der Sonne und den großen Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Es stellt 75% der gesamten Masse beziehungsweise 93% aller Atome des Sonnensystems. Es wird vermutet, dass im gesamten Weltall der Anteil an Wasserstoff noch viel höher sei. Der Bestandteil von Sternen ist zu großen Teilen Wasserstoff-Plasma. Auch in der Sonne ist Wasserstoff enthalten. Dies macht den größten Teil der gesamten Masse unseres Sonnensystems aus. Außerhalb der Sternensysteme ist Wasserstoff auch ein Bestandteil von Gaswolken. Diese können molekular und nicht ionisiert sowie ionisiert auftreten.
Auf der Erde ist der Anteil an Wasserstoff wesentlich geringer. Im Gegensatz zu dem Vorkommen im All liegt der irdische Wasserstoff überwiegend gebunden und nur selten in reiner Form als unvermischtes Gas vor. Bei der bekanntesten Verbindung handelt es sich um Wasser. In dieser Form bedeckt er über zwei Drittel der Erdoberfläche. Darüber hinaus sind Erdgase wie z.B. Methan sowie Erdöl wichtige wasserstoffhaltige Verbindungen auf der Erde. Weiterhin enthält mehr als die Hälfte aller bisher bekannten Minerale Wasserstoff. In der Erdatmosphäre liegt er hauptsächlich als gasförmiges Wasser, also als Wasserdampf vor. Aufgrund der hohen thermischen Geschwindigkeit der Moleküle und des großen Anteils an Sauerstoff in der Atmosphäre, liegt in der Atmosphäre ein niedriger Anteil von molekularem Wasserstoff vor.
Herstellung von Wasserstoff
Durch die Reaktion verdünnter Säuren mit unedlen Metallen wie z.B. Zink können im Labor kleinere Mengen molekularen Wasserstoffs gewonnen werden. Auch durch die Reaktion von Wasser mit Alkalimetallen kann molekularer Wasserstoff hergestellt werden. Dabei handelt es sich allerdings um eine sehr kostspielige Methode. Das wichtigste Verfahren zur industriellen Gewinnung von molekularem Wasserstoff ist die Dampfreformierung. Dabei werden unter hoher Temperatur und hohem Druck Kohlenwasserstoffe mit Wasser versetzt. Als Folge entsteht Synthesegas, wobei es sich um ein Gemisch aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff handelt. Anschließend kann das Mengenverhältnis der Reaktionsprodukte eingestellt werden.
Atomarer Wasserstoff kann durch Energiezufuhr aus dem molekularen Element gewonnen werden. Dies erfolgt auf folgende Weise:
- Erhitzung auf mehrere tausend Grad
- elektrische Entladung bei hoher Stromdichte und niedrigem Druck
- Bestrahlung mit Ultraviolettlicht
- Beschuss mit Elektronen bei 10 bis 20 Elektronenvolt oder Mikrowellenstrahlung
Allerdings ist der Zustand des atomaren Wasserstoffs nur von kurzer Dauer, denn er reagiert sehr schnell wieder zu molekularem Wasserstoff.
Ist Wasserstoff gefährlich?
Bei Wasserstoff handelt es sich um ein hochentzündliches Gas und ist daher von der deutschen Gefahrstoffverordnung als Gefahrstoff eingestuft.
In geringen Mengen ist Wasserstoff für Menschen ungiftig. In hohen Konzentrationen können allerdings Bewegungsstörungen auftreten, die zur Bewusstlosigkeit und schließlich zum Erstickungstod führen.
Wo kommt Wasserstoff zum Einsatz?
Jedes Jahr wird weltweit mehr als 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff für zahllose Anwendungen produziert. Es kommt in vielen unterschiedlichen Gebieten vor. Einige davon präsentieren wir Ihnen an dieser Stelle.
Luft- und Raumfahrt
Gasförmiger Wasserstoff wird in der Raumfahrt als Energiequelle eingesetzt. Er fungiert als Brennstoff für Raketen und wird in Weltraumumgebungen bei der Stromerzeugung für Lebenserhaltungssysteme und Computer verwendet.
Automobil- und Transportausrüstungen
In Wärmebehandlungsöfen reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff und sorgt dafür, dass Stahl eine glänzende Oberfläche erhält. Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit wird er weiterhin zum schnellen Abkühlen von Werkstücken eingesetzt. Auch als alternativer Brennstoff kommt Wasserstoff zum Einsatz und sorgt für die Verringerung unerwünschter Emissionen.
Raffinerien
Wasserstoff ist aus heutigen Erdöl-Raffinerien nicht mehr wegzudenken. Mit seiner Hilfe erfolgt die Weiterverarbeitung von schwerem Rohöl zu Kraftstoffen.
Tipp von GASPROFI-Geschäftsführer Sascha Busch:Sie haben weitere Fragen rund um den sicheren Umgang mit verschiedenen Gas und gasführenden Teilen? Dann empfehlen wir Ihnen unser Gaslexikon. Dort beantworten wir die wichtigsten und häufigsten Fragen rund um Schutzgase, Druckminderer & Co.
Metallverarbeitung
Zur Verbesserung des Plasmaschweißens und -schneidens von nichtrostenden Stählen kommt häufig ein Wasserstoff-Argon-Gemisch zum Einsatz. Außerdem kann Wasserstoff verwendet werden, um Metalle möglichst rein zu gewinnen.
Landwirtschaft
Aus Stickstoff und Wasserstoff kann Ammoniak hergestellt werden, was wiederum die Basis für wichtige Düngemittel bildet.
Fetthärtung
Gehärtetes Fett entsteht dadurch, dass die Doppelbindungen in den Fettsäure-Ketten der Fettmoleküle von Pflanzenfett mit Wasserstoff abgesättigt werden. Die entstandenen Moleküle haben einen höheren Schmelzpunkt, wodurch das Produkt fest wird.
Kühlmittel
Auch als Kühlmittel findet das chemische Element mit dem Symbol H oftmals Verwendung. Insbesondere in Kraftwerken und industriellen Anlagen schützt Wasserstoff die Anlage vor Überhitzung. Wegen der hohen Wärmekapazität eignet sich flüssiger Wasserstoff als Cryogen, also als Kühlmittel für extrem tiefe Temperaturen. Auch größere Wärmemengen können von flüssigem Wasserstoff gut absorbiert werden, bevor eine merkliche Erhöhung in seiner Temperatur auftritt.
Wasserstoff als Energiespeicher
Wissenschaftler und Politiker suchen bereits seit den 1970er-Jahren nach neuen Wegen in der Energiewirtschaft und experimentieren in diesem Zuge mit Wasserstoff. Dieser ist interessant, weil er nahezu emissionsfrei und unabhängig von den fossilen Energieträgern Kohle und Erdöl ist.
Allerdings muss man, um Wasserstoff als Energieträger nutzen zu können, das Gas erst aus Wasser oder Methan gewinnen. Das geschieht zum Beispiel durch Elektrolyse: Bei diesem Verfahren trennt man mit Strom Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff und fängt die aufsteigenden Gase auf. Außerdem ist es problematisch, dass manche Techniken der Wasserstoffwirtschaft mit fossilen Energieträgern wie Erdgas arbeiten. Bei den Umwandlungsprozessen kann Kohlendioxid entstehen. So wird aus einem umweltfreundlichen Rohstoff letztlich ein wenig ökologisches Endprodukt.
Informationen zu Wasserstoffflaschen
Nach DIN EN 1089-3 müssen Wasserstoffflaschen mit roter Flaschenschulter und rotem Flaschenkörper als Gefahrstoff gekennzeichnet werden. Siehe hierzu auch unseren Beitrag zur Farbkennzeichnung von Gasflaschen.
Wasserstoffflaschen und TÜV-Prüfung
Wasserstoffflaschen haben eine 10-jährige Prüffrist, eine neue TÜV-Plakette ist also alle 10 Jahre erforderlich. Nach der bestandenen Prüfung wird das neue Datum eingeprägt oder aufgeklebt.
Hinweis von Gefahrgutbeauftragter André Gensmann:Sollten Sie bei der Handhabung mit Wasserstoff oder anderen Gasflaschen Fragen haben, so kontaktieren Sie immer einen Fachmann. Sie erreichen uns per Mail (info(at)gasprofi.de), Telefon (0228 – 7675 7675) oder in unserem Ladenlokal in Bonn (Immenburgstraße 40, 53121 Bonn).
Wie transportiere und lagere ich Wasserstoff richtig?
Wasserstoff wird gasförmig in Druckgasflaschen oder tiefkalt verflüssigt in vakuumisolierten Tanks transportiert und gelagert (Siedepunkt -253 ° C). Zu Transport und Lagerung von Wasserstoffflaschen gibt es folgende Hinweise zu beachten:
- Bewahren Sie die Behälter bei weniger als 50 Grad an einem gut belüfteten Ort ohne Brandgefahr und entfernt von Wärme und Zündquellen auf.
- Verhindern Sie das Eindringen von Wasser in den Gasbehälter.
- Sorgen Sie für Korrosionsschutz.
- Lagern Sie die Behälter aufrechtstehend und sichern Sie sie gegen Umfallen.
- Prüfen Sie die gelagerten Flaschen regelmäßig auf Lecks.
- Halten Sie die Ventile sauber und stets geschlossen.
- Entfernen Sie die Ventilschutzkappe nicht, bevor die Flasche an eine Wand, einen Labortisch oder auf einen Flaschenständer gestellt wurde und zum Gebrauch bereits ist. Nach Gebrauch sollten Sie diese möglichst direkt wieder aufsetzen.
- Entfernen Sie das Produktetikett nicht, da dies der Identifizierung des Inhalts der Gasflasche dient.
- Benutzen Sie für den Transport (selbst auf kurzen Strecken) immer einen Flaschenwagen oder einen anderen geeigneten Handwagen.
- Transportieren Sie Gasflasche möglichst nicht in Fahrzeugen, deren Laderaum nicht von der Fahrerkabine getrennt ist.
- Sorgen Sie für ausreichende Lüftung während des Transports.
- Informieren Sie sich vor dem Transport über die möglichen Gefahren der Ladung kennen und darüber, was bei einem Unfall oder Notfall zu tun ist.
- Transportieren Sie Wasserstoffflaschen niemals in Passagier- und Frachtflugzeugen.
Sicherheitshinweise zum Umgang mit Wasserstoff
- Unter Druck befindliche Gase sollten Sie nur handhaben, wenn Sie entsprechend geschult sind.
- Tragen Sie beim Umgang mit Wasserstoff stets eine Schutzbrille mit Seitenschutz sowie Schutzhandschuhe gegen mechanische Risiken.
- Verwenden Sie möglichst flammensichere antistatische Schutzkleidung.
- Atmen Sie das Gas nicht ein.
- Stellen Sie die sachgerechte Erdung aller Geräte und Anlagenteile sicher.
- Vermeiden Sie den Rückfluss von Wasser, Säuren oder Laugen.
- Versehen Sie Gasanlagen mit Sicherheitsventilen.
- Prüfen Sie das gesamte Gassystem regelmäßig auf Lecks.
- Lagern Sie Wasserstoff nicht in einfachen Metalltanks, da Gas durch die Gefäßwände austreten kann und die Gefahr der Selbstentzündung besteht.
- Halten Sie Wasserstoffflaschen von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen einschließlich elektrostatischen Entladungen fern.
- Rauchen Sie nicht in der Nähe von Wasserstoffflaschen.
- Achten Sie auf den Einsatz von nicht funkenerzeugenden Werkzeugen.
- Falls ein Druckbehälter einmal überhitzt ist, sollten Sie diesen mit Wassersprühstrahl aus geschützter Position kühlen.
- Entsteht durch ausströmendes Gas ein Brand, dürfen Sie diesen nicht löschen, bis Sie die Undichtigkeit gefahrlos beseitigen können.
- Im Falle eines Brandes sollten Sie zum Löschen einen Wassersprühstrahl oder Wassernebel sowie trockenes Pulver verwenden. Verwenden Sie bitte kein Kohlendioxid oder einen Wasserstrahl.
- Sorgen Sie dafür, dass schadstoffbelastetes Löschwasser nicht in die Kanalisation gelangt.
- Tritt unbeabsichtigt Gas aus: Stoppen Sie den Gasaustritt, räumen Sie das Gebiet, beseitigen Sie Zündquellen und sorgen Sie für ausreichend Lüftung.
- Verwenden Sie Wasserstoff nicht zur Befüllung von Luftballons, da dadurch die Gefahr einer Explosionsgefahr besteht.
Fazit
Wasserstoff ist ein vielseitig einzusetzendes Gas. Je nach Verwendungszweck gibt es jedoch bestimmte Dinge zu beachten. Wenn Sie allgemeine sicherheitsrelevante Fragen zu Gasen haben, dann laden Sie sich doch unser kostenloses E-Book zum sicheren Umgang mit Gas herunter.
Die entsprechenden Flaschen sowie das passende Zubehör erhalten Sie bei uns im Ladenlokal und im GP24-Shop. Auch bei Fragen zu Wasserstoff und Wasserstoffflaschen helfen wir Ihnen als Fachhändler natürlich gerne weiter. Sie erreichen uns via Mail (info(at)gasprofi.de), Telefon (0228 – 7675 7675) oder in unserem stationären Handel (Immenburgstraße 40, 53121 Bonn). Wir helfen Ihnen auch bei der Entsorgung von Gasflaschen weiter.