La seguridad del hidrógeno abarca la producción, la manipulación y el uso seguros del hidrógeno , en particular el combustible gaseoso e hidrógeno líquido . La principal preocupación al trabajar con hidrógeno es la inflamabilidad .
El hidrógeno posee la calificación más alta de NFPA 704 de 4 en la escala de inflamabilidad porque es inflamable cuando se mezcla incluso en pequeñas cantidades con aire ordinario; la ignición puede ocurrir en una proporción volumétrica de hidrógeno a aire tan baja como 4% debido al oxígeno en el aire y la simplicidad y propiedades químicas de la reacción. Sin embargo, el hidrógeno no tiene clasificación de peligro innato de reactividad o toxicidad . El almacenamiento y uso de hidrógeno plantea desafíos únicos debido a su facilidad de fuga como combustible gaseoso , ignición de baja energía , amplia gama de mezclas combustibles de aire y combustible, flotabilidad y su capacidad para fragilizar metales.eso debe tenerse en cuenta para garantizar un funcionamiento seguro. El hidrógeno líquido plantea desafíos adicionales debido a su mayor densidad y las temperaturas extremadamente bajas necesarias para mantenerlo en forma líquida.
Diamante de fuego NFPA 704 |
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Resumen
- Durante más de 40 años, la industria ha utilizado hidrógeno en grandes cantidades como producto químico industrial y combustible para la exploración espacial . Durante ese tiempo, la industria ha desarrollado una infraestructura para producir, almacenar, transportar y utilizar hidrógeno de forma segura.
- El hidrógeno gaseoso es un combustible de muy alta potencia. Se quema con una velocidad increíble y puede producir una fuerza increíble y se usa principalmente para aplicaciones que requieren grandes cantidades de energía instantánea, como cohetes y vuelos espaciales . Por ejemplo, se utilizó para impulsar el transbordador espacial .
- El hidrógeno líquido se utiliza a veces como combustible de hidrógeno extremadamente condensado.
- El hidrógeno gaseoso se puede utilizar como refrigerante para generadores eléctricos en centrales eléctricas. Esto se debe a su alta conductividad térmica y baja "resistencia al viento", lo que reduce las pérdidas por fricción y turbulencia.
- El hidrógeno también se utiliza como materia prima en procesos industriales, incluida la producción de amoníaco y metanol .
Códigos y normas de hidrógeno
Los códigos y estándares de hidrógeno son códigos y estándares (RCS) para vehículos con celdas de combustible de hidrógeno , aplicaciones de celdas de combustible estacionarias y aplicaciones de celdas de combustible portátiles .
Además de los códigos y normas para los productos de tecnología del hidrógeno , existen códigos y normas para la seguridad del hidrógeno, para la manipulación segura del hidrógeno [3] y el almacenamiento de hidrógeno .
- Norma para la instalación de sistemas de energía de pila de combustible estacionaria ( Asociación Nacional de Protección contra Incendios )
Pautas
El estándar ANSI / AIAA actual para las pautas de seguridad del hidrógeno es AIAA G-095-2004, Guía para la seguridad de los sistemas de hidrógeno e hidrógeno. [4] Dado que la NASA ha sido uno de los mayores usuarios de hidrógeno del mundo, esto se desarrolló a partir de las directrices anteriores de la NASA, NSS 1740.16 (8719.16). [5] Estos documentos cubren tanto los riesgos que plantea el hidrógeno en sus diferentes formas como cómo mejorarlos.
Encendido
- "Las mezclas de hidrógeno y aire pueden encenderse con un aporte de energía muy bajo, 1/10 de lo que requirió encender una mezcla de gasolina y aire. Como referencia, una chispa invisible o una chispa estática de una persona puede causar una ignición".
- "Aunque la temperatura de autoignición del hidrógeno es más alta que la de la mayoría de los hidrocarburos, la menor energía de ignición del hidrógeno hace más probable la ignición de las mezclas de hidrógeno y aire. La energía mínima para la ignición por chispa a presión atmosférica es de aproximadamente 0,02 milijulios".
Mezclas
- "Los límites de inflamabilidad basados en el porcentaje de volumen de hidrógeno en el aire a 14,7 psia (1 atm, 101 kPa) son 4,0 y 75,0. Los límites de inflamabilidad basados en el porcentaje de volumen de hidrógeno en oxígeno a 14,7 psia (1 atm, 101 kPa) son 4.0 y 94.0 ".
- "Los límites de detonabilidad del hidrógeno en el aire son del 18,3 al 59 por ciento en volumen" [6] [7]
- "Las llamas dentro y alrededor de una colección de tuberías o estructuras pueden crear turbulencias que provoquen que una deflagración se convierta en una detonación , incluso en ausencia de un confinamiento grave".
(A modo de comparación: límite de deflagración de la gasolina en el aire: 1,4–7,6%; de acetileno en el aire, [8] 2,5% a 82%)
Fugas
- El hidrógeno es inodoro, incoloro e insípido, por lo que la mayoría de los sentidos humanos no ayudarán a detectar una fuga. En comparación, el gas natural también es inodoro, incoloro e insípido, pero la industria agrega un olor que contiene azufre llamado mercaptano para que sea detectable por las personas. Actualmente, todos los olores conocidos contaminan las pilas de combustible (una aplicación popular del hidrógeno). Sin embargo, dada la tendencia del hidrógeno a aumentar rápidamente, una fuga de hidrógeno en el interior se acumularía brevemente en el techo y eventualmente se movería hacia las esquinas y lejos de los lugares donde las personas podrían estar expuestas a él. Por esa y otras razones, la industria a menudo usa sensores de hidrógeno para ayudar a detectar fugas de hidrógeno y ha mantenido un alto historial de seguridad usándolos durante décadas. Los investigadores están investigando otros métodos que podrían usarse para la detección de hidrógeno: trazadores, nueva tecnología de olores, sensores avanzados y otros. [9]
- Las fugas de hidrógeno pueden favorecer la combustión a velocidades de flujo muy bajas, tan bajas como 4 microgramos / s. [10]
Hidrógeno líquido
- "El aire atmosférico condensado y solidificado, o las trazas de aire acumuladas en la fabricación, contaminan el hidrógeno líquido , formando así una mezcla inestable. Esta mezcla puede detonar con efectos similares a los producidos por el trinitrotolueno (TNT) y otros materiales altamente explosivos"
El hidrógeno líquido requiere una tecnología de almacenamiento compleja, como los contenedores especiales con aislamiento térmico, y requiere un manejo especial común a todas las sustancias criogénicas . Esto es similar al oxígeno líquido , pero más grave . Incluso con contenedores con aislamiento térmico, es difícil mantener una temperatura tan baja y el hidrógeno se escapará gradualmente. (Por lo general, se evaporará a una tasa del 1% por día. [11] )
Prevención
El hidrógeno se acumula debajo de los techos y voladizos, donde constituye un peligro de explosión; Cualquier edificio que contenga una fuente potencial de hidrógeno debe tener buena ventilación, fuertes sistemas de supresión de ignición para todos los dispositivos eléctricos y, preferiblemente, estar diseñado para tener un techo que pueda volar de manera segura lejos del resto de la estructura en caso de explosión. También ingresa a las tuberías y puede seguirlas hasta sus destinos. Las tuberías de hidrógeno deben ubicarse por encima de otras tuberías para evitar que esto ocurra. Los sensores de hidrógeno permiten la detección rápida de fugas de hidrógeno para garantizar que se pueda ventilar el hidrógeno y localizar la fuente de la fuga. Al igual que en el gas natural, se puede agregar un olor a las fuentes de hidrógeno para permitir que las fugas se detecten por el olor. Si bien las llamas de hidrógeno pueden ser difíciles de ver a simple vista, aparecen fácilmente en los detectores de llamas UV / IR . Más recientemente, se han desarrollado detectores Multi IR, que tienen una detección aún más rápida en llamas de hidrógeno. 1 2 Se pueden agregar indicadores quimiocrómicos a las cintas de silicona con fines de detección de hidrógeno. DetecTape H2: detector visual de fugas de hidrógeno de bajo coste
Incidentes
El hidrógeno es extremadamente inflamable. [12] Sin embargo, esto se ve mitigado por el hecho de que el hidrógeno se eleva rápidamente y, a menudo, se dispersa antes de la ignición, a menos que el escape esté en un área cerrada y sin ventilación. Las demostraciones han demostrado que un incendio de combustible en un vehículo impulsado por hidrógeno puede quemarse por completo con poco daño al vehículo, en contraste con el resultado esperado en un vehículo a gasolina. [13]
Desastre de Ahlhorn. El 5 de enero de 1918, un incendio detonó un zepelín de hidrógeno dentro de un hangar en Alemania. La explosión resultante se sintió a 40 kilómetros de distancia y destruyó varios hangares y zepelines vecinos en su interior. [ cita requerida ]
Desastre de Hindenburg . 6 de mayo de 1937. Cuando el zepelín Hindenburg se acercaba al aterrizaje en la Estación Aérea Naval de Lakehurst , un incendio detonó una de las celdas de hidrógeno de popa, rompiendo las celdas vecinas y provocando que la aeronave cayera al suelo en popa primero. El infierno luego viajó hacia la popa, explotando y encendiendo las células restantes. A pesar de que 4 estaciones de noticias registraron el desastre en una película y los testimonios de testigos presenciales sobrevivientes de la tripulación y las personas en tierra, la causa del incendio inicial nunca se determinó de manera concluyente. [ cita requerida ]
En enero de 2007, una explosión de hidrógeno comprimido durante la entrega en la planta de carbón del río Muskingum (propiedad y operada por AEP ) causó daños importantes y mató a una persona. [14] [15] Para obtener más información sobre incidentes relacionados con el hidrógeno, visite la página de informes de incidentes de hidrógeno y lecciones aprendidas del DOE de EE. UU. [dieciséis]
Durante el accidente nuclear de Fukushima de 2011 , tres edificios de reactores resultaron dañados por explosiones de hidrógeno. Las barras de combustible revestidas de Zircaloy expuestas se calentaron mucho y reaccionaron con el vapor, liberando hidrógeno . [17] [18] Los contenedores se llenaron con nitrógeno inerte, lo que evitó que el hidrógeno se quemara en el contenedor. Sin embargo, el hidrógeno se filtró de la contención al edificio del reactor, donde se mezcló con el aire y explotó. [19] Para evitar más explosiones, se abrieron orificios de ventilación en la parte superior de los edificios restantes del reactor.
En 2015, se produjo una explosión en la refinería de Formosa Plastics Group en Taiwán debido a una fuga de hidrógeno de una tubería. [20] No hay más detalles disponibles.
En febrero de 2018, de camino a una estación de hidrógeno FCV , un camión que transportaba unos 24 tanques de hidrógeno comprimido se incendió. Esto provocó la evacuación inicialmente de un área de radio de una milla de Diamond Bar , un suburbio de Los Ángeles, CA. El incendio estalló en el camión alrededor de la 1:20 pm en la intersección de South Brea Canyon Road y Golden Springs Drive, según un despachador del Departamento de Bomberos del Condado de Los Ángeles . [21] [22] [23] [24] La Junta Nacional de Seguridad en el Transporte ha iniciado una investigación. [25]
En agosto de 2018, un camión de reparto que transportaba hidrógeno líquido se incendió en Veridam [26] en El Cajon CA. [27]
En mayo de 2019, una fuga de hidrógeno provocó una explosión en AB Specialty Silicones en Waukegan, Illinois , que mató a cuatro trabajadores e hirió gravemente a un quinto. [28] [29]
También en mayo de 2019, un tanque de hidrógeno explotó matando a 2 e hiriendo a 6 en Gangneung, Corea del Sur en el Tecnoparque de Gangwon. [30] [31]
En junio de 2019, ocurrió un incidente en las instalaciones de Air Products and Chemicals, Inc. en Santa Clara, California. La instalación de trasvase de hidrógeno tuvo una explosión durante la carga de un camión cisterna que estaba siendo alimentado. [32] Esto resultó en el cierre temporal de varias estaciones de servicio de hidrógeno en el área de San Francisco. [33]
En junio de 2019 , la estación de servicio Uno-X en Noruega experimentó una explosión, [34] que provocó el cierre de todas las estaciones de servicio de hidrógeno Uno-X y una interrupción temporal de las ventas de vehículos con celda de combustible en Noruega. [35] Según los resultados de la investigación preliminar, ni el electrolizador ni el dispensador utilizados por los clientes tuvieron nada que ver con este incidente. Por lo tanto, la división de electrolizadores volverá a funcionar como de costumbre. [36] [37] 27 de junio de 2019 Nel ASA anuncia que la causa raíz del incidente ha sido identificada como un error de ensamblaje de un tapón específico en un tanque de hidrógeno en la unidad de almacenamiento de alta presión. [38]
En diciembre de 2019, una explosión de gas en una instalación de Airgas en Waukesha, Wisconsin, lesionó a un trabajador y causó fugas en 2 tanques de almacenamiento de hidrógeno. [39] [40] [41]
El 7 de abril de 2020, se produjo una explosión en la planta de combustible de hidrógeno OneH2 en Long View, Carolina del Norte , que causó daños importantes a los edificios circundantes. La explosión se sintió a varios kilómetros de distancia y dañó unas 60 viviendas. No se informó de heridos por la explosión. El incidente sigue bajo investigación. [42] [43] [44] [45] La empresa publicó un comunicado de prensa: Los sistemas de seguridad del hidrógeno funcionaron eficazmente y evitaron lesiones en la explosión de la planta. [46]
El 11 de junio de 2020, se produjo una explosión en Praxair Inc., 703 6th St. Texas City, Texas , una planta de producción de hidrógeno. [47] [48]
El 30 de septiembre de 2020, un camión cisterna de hidrógeno se estrelló y explotó en la ciudad de Changhua , Taiwán, matando al conductor. [49]
Ver también
- Fragilidad por hidrógeno
- Economía de hidrógeno
- Hidrógeno comprimido
- Hidrógeno líquido
- Oxihidrógeno
- Granizado de hidrógeno
- Hidrógeno metálico
- Análisis de gas disuelto
Referencias
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enlaces externos
- Seguridad del hidrógeno y la celda de combustible
- Primer programa educativo superior del mundo en ingeniería de seguridad del hidrógeno