Wist je dat waterstof het meest voorkomende element in het universum is? Het is een zeer brandbaar maar erg licht gas, dat onder hoge druk een erg hoge energiedichtheid is. Daarom is het opwekken en gebruiken van waterstof niet zonder risico’s. Incidenten met waterstof kunnen grote impact hebben. Hieronder gaan we dieper in op de verschillende veiligheidsaspecten rondom waterstof.
Hoge diffusiecoëfficiënt
Door de kleine omvang van het molecuul kan waterstof in of zelfs door materialen heen diffunderen. Dit verhoogt de kans op lekkage. Daarom is slechts een beperkt aantal materialen geschikt om in combinatie met waterstof te worden gebruikt. De hoge diffusiecoëfficiënt in lucht heeft als voordeel dat in een open ruimte het waterstofgas zich snel zal vermengen. Daarmee wordt het als het ware verdund. Het risico op een explosie wordt zo verkleind.
Verbrossing
Diffusie van waterstof kan in bepaalde materialen leiden tot negatieve veranderingen van de materiaaleigenschappen. Dit fenomeen staat bekend als ‘waterstofverbrossing’. Doordat waterstof in de haarscheurtjes van het materiaal opgesloten raakt, verzwakt het materiaal. Het gevolg is dat het bros wordt.
Lichter dan lucht
Waterstofgas is veertien keer lichter dan lucht en heeft met een relatieve dampdichtheid van 0,0695 g/l. Wanneer gasvormig waterstof in een gesloten ruimte vrijkomt, zal het zich snel verspreiden en verzamelen in het hoogste punt. Het risico bestaat dat een explosie plaatsvindt als gevolg van ophoping bovenin een afgesloten ruimte.
Hoge ontstekingskans
Waterstof heeft een hoge ontstekingskans vanwege de lage ontstekingsenergie. Om waterstof te kunnen ontsteken, is slechts een kleine hoeveelheid energie nodig (0,02 mJ). De wrijving van kledingstukken kan al voldoende zijn om deze hoeveelheid energie op te wekken. Bovendien kan een mengsel van waterstof en lucht over een zeer breed gebied worden ontstoken (volume- percentage van 4 % tot 75 %). Om ophoping van statische lading in de constructies te vermijden, worden elektrisch goed geleidende materialen toegepast. Ook hoort te worden gezorgd voor zogeheten potentiaalvereffening. Deze neutraliseert de spanningsverschillen en voorkomt gevaarlijke situaties. De zelfontbrandingstemperatuur van waterstof is 571 graden Celsius.
De kans op directe ontsteking is bij vloeibare waterstof iets lager dan bij gasvormige waterstof. Vloeibare waterstof wordt thermisch geïsoleerd en onder lage druk bewaard, zodat de snelheid en bijbehorende energie waarmee waterstof uitstroomt, lager is en vertraagde ontsteking plaatsvindt. Koude waterstof kan na verdamping alsnog op afstand ontsteken.
Nauwelijks zichtbare vlam
Waterstof heeft een kleurloze, nauwelijks zichtbare vlam en vrijwel geen warmtestraling. Dat maakt het effectief bestrijden van een waterstofbrand een stuk moeilijker. Een waterstofbrand is niet goed door de mens te signaleren. Met speciale warmtebeeldcamera’s of UV-meting is een vlam te detecteren. Hierbij moet rekening worden gehouden met externe invloeden op de apparatuur, zoals zonlicht of lasactiviteiten in de omgeving. Het blussen van een waterstofbrand kan ongewenst zijn, omdat na blussing een explosieve gaswolk kan ontstaan die opnieuw kan ontsteken. Een bluswatergordijn over een waterstofbrand is een ideaal middel om de vlam zichtbaar te maken (deze kleurt onder een watergordijn oranje). Bij een grotere lekkage in een leiding bij een druk van 700 bar kunnen in het geval van brand nagenoeg onzichtbare en krachtige fakkelbranden voorkomen met reikwijdtes van meer dan 1 meter.
Waterstof wordt warmer door uitzetting
In tegenstelling tot veel andere moleculen wordt waterstof juist warmer als het uitzet. Dit effect wordt ook wel een omgekeerd Joule-Thompson effect genoemd.
Cryogene vloeistof
Vloeibare waterstof is een cryogene vloeistof die bij vrijkomen, ook in gasvormige toestand, in eerste instantie naar de bodem zakt. Na verdamping stijgt het waterstofgas op. Waterstof wordt onder druk gezet en gekoeld tot –252,8 graden Celsius (bij 1 013 mbar). Bij blootstelling aan de omgevingslucht kunnen zuurstof en stikstof uit de omgevingslucht condenseren. Vloeibare waterstof kan bij zeer snelle verdamping zorgen voor bevriezingsgevaar.
