Brand- und Explosionsgefahren bei der Handhabung von Nanostäuben

Status:

abgeschlossen 01/2015

Zielsetzung:

Ziele des Projektes sind das Ermitteln und Überprüfen, in welchen Branchen und bei welchen Verfahren und Anlagen es bei der Handhabung von Nanostäuben zu einer Gefährdung durch Brände und Explosionen kommen kann, ob bei der Handhabung und Herstellung von Nanostäuben von einer größeren Gefahr als bei Mikrostäuben auszugehen ist sowie das Ableiten sicherer Betriebsparameter. Im Rahmen des Projektes sollen außerdem die für die Untersuchung des Brenn- und Explosionsverhaltens entsprechender Stäube erforderlichen Voraussetzungen geschaffen werden. Hierzu sind abhängig von den unterschiedlichen Prüfverfahren u. U. Änderungen oder Optimierungen von Versuchsapparaturen (ggf. Neuentwicklung) und Probenvorbereitung hinsichtlich Gesundheitsschutz und Vermeidung der Änderung der Korngrößenverteilung gegenüber dem Zustand zum Zeitpunkt der Probennahme erforderlich. Durch Agglomeration (bzw. Koagulation) könnte das Brenn- und Explosionsverhalten in der Weise beeinflusst werden, dass es zu einer Unterschätzung des tatsächlichen Gefahrenpotenzials kommen könnte. Sowohl Explosionsgefahren durch in Luft aufgewirbelte Stäube als auch Gefahren durch abgelagerten Staub, wie z. B. Brände als Folge einer Selbstentzündung, sollen betrachtet werden.

Aktivitäten/Methoden:

Zu diesem Zweck wurden einerseits potenziell gefährdete Bereiche untersucht und bewertet. Wesentlicher Fokus der Arbeiten im Projektzeitraum lag darüber hinaus bei der Untersuchung der Brand- und Explosionsgefahren möglichst kritisch einzustufender nanoskalig hergestellter Stäube. Dazu wurden im Vorfeld Voruntersuchungen hinsichtlich des Gesundheitsschutzes, der Eignung der Prüfapparaturen usw. durchgeführt. Dank der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Glovebox-System konzipiert, mit dessen Hilfe nanoskalige Stäube untersucht werden können. Für die Brand- und Explosionsuntersuchungen wurden verschiedene nanoskalig hergestellte Metallstäube (Aluminium, Eisen, Kupfer, Zink, Titan), Carbon Nanotubes und ein Zellulosestaub (Mikropartikel mit Anteilen von nanoskaligen Partikeln) ausgewählt. Bei den Untersuchungen sollte das kritischste Brand- und Explosionsverhalten der Nanostäube erfasst werden. Das bedeutet, dass alle Maßnahmen ergriffen worden, um den Kontakt der Proben mit Sauerstoff vor dem Versuchsbeginn möglichst zu vermeiden.

Ergebnisse:

Die Testergebnisse haben gezeigt, dass sich selbst nahezu unpassivierte Nanostäube in ihrer Explosionsheftigkeit dennoch nicht grundsätzlich kritischer verhalten (maximaler Explosionsdruck, maximaler zeitlicher Druckanstieg) als es bislang von sehr feinen Stäuben im Mikrometerbereich bekannt ist. Dennoch ist beispielsweise das untersuchte Nanokupfer brennbar und gemäß Definition explosionsfähig. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Passivierung auf das Brand- und Explosionsverhalten von metallischen Nanostäuben untersucht. Die Ergebnisse der Versuche verdeutlichen, dass der Kontakt mit dem Luftsauerstoff über einen kurzen Zeitraum (mehrere Minuten) zu keiner signifikanten Änderung der Kenngrößen führt. Dies bedeutet, dass das Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Brand- und Explosionskenngrößen auch für die untersuchten Nanostäube konservative Ergebnisse liefert – zumindest bis zu den untersuchten Partikelgrößen. Mit abnehmender Primärpartikelgröße können je nach Staubart insbesondere unpassivierte Nanostäube sehr zündempfindlich reagieren. Für wesentlich kleinere Primärpartikelgrößen als die in dieser Studie untersuchten (unter 50 nm) ist damit zu rechnen, dass weitere Materialien pyrophor reagieren könnten.

Stand: