Während Kanada die Erforschung sauberer Energien vorantreibt, wird Wasserstoff als wichtiger Energieträger intensiv auf seine potenziellen Einsatzmöglichkeiten in der Stromerzeugung, im Fernverkehr und in der Energiespeicherung untersucht. Wie jeder Brennstoff muss Wasserstoff jedoch sicher gehandhabt werden, und aufgrund seiner hohen Entflammbarkeit dürfen die Sicherheitsrisiken nicht ignoriert werden.

Obwohl die unbeabsichtigte Freisetzung und Entzündung von Wasserstoff aus einem Sicherheitsbehälter selten vorkommt, kann dies potenziell zu einer Explosion im Freien an einer Wasserstofftankstelle, in einer Industrieanlage oder sogar während des Transports führen. Im Vergleich zu Explosionen in geschlossenen Räumen hat eine Explosion im Freien größere potenzielle Auswirkungen auf die Öffentlichkeit, weshalb es entscheidend ist, dieses Risiko zu minimieren.

Um Wasserstoffexplosionen im Freien besser zu verstehen und zu verhindern, nutzt ein Forschungsteam der Chalk River Laboratories computergestützte Modellierung. Die Druck- und Stoßwellen einer Wasserstoffexplosion können Objekte in ihrem Weg zerstören. Das Team entwickelte ein fortschrittliches Computermodell, das die Auswirkungen einer Explosion im Freien auf nahegelegene Strukturen simuliert. Als Vergleichsbasis dienen Daten aus realen Experimenten mit kontrollierten Wasserstoffexplosionen in der Nähe von Stahlbetonwänden.

Dieses Modell ist einzigartig, da es Wissen aus verschiedenen Disziplinen wie Strömungsdynamik, Thermodynamik, Strukturmechanik und Chemie vereint. Yuqing Ding, Materialwissenschaftler an den Canadian Nuclear Laboratories (CNL), erklärt, dass viele empirische Modelle chemische Prozesse aufgrund ihrer Komplexität ignorieren. Das Modell des Teams hingegen berücksichtigt vereinfachte chemische Reaktionen und bildet so das wahre Verhalten von Explosionen effektiv ab. Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit tatsächlichen Versuchsergebnissen ergab eine gute Übereinstimmung und bestätigte die Fähigkeit des Modells, zuverlässige Informationen für Sicherheits-, Risiko- und Konstruktionsbewertungen zu liefern.

Mithilfe virtueller Simulationen ermöglicht die Arbeit des Teams eine präzise und effiziente Vorhersage der durch Explosionen erzeugten Kräfte, ohne dass kostspielige und zeitaufwändige physikalische Tests oder der Einsatz von Supercomputern erforderlich sind. Da Wasserstoff zu einem Eckpfeiler der sauberen Energiezukunft Kanadas werden soll, sind diese Werkzeuge für das Risikomanagement und die Stärkung des öffentlichen Vertrauens von entscheidender Bedeutung.

Diese Forschung wurde durch das Federal Nuclear Science and Technology (FNST) Work Program der Atomic Energy of Canada Limited (AECL) finanziert. Dieses Programm verbindet Bundesorganisationen, Ministerien und Behörden mit der nuklearwissenschaftlichen Expertise und den Einrichtungen des Chalk River Laboratory. Im Rahmen dieses Programms führen Forscher Projekte durch, die die Kernaufgaben und Prioritäten der kanadischen Regierung in den Bereichen Gesundheit, Sicherheit, Energie und Umwelt unterstützen.