Sicherheitsmaßnahmen für den Energieträger Ammoniak

Ammoniak (NH3) ist bereits heute weltweit eine der wichtigsten Grundchemikalien. So wurden 2022 global laut Statista schätzungsweise 150 Mio. Tonnen NH3 produziert. Ein Großteil dieser chemisch hergestellten Ammoniakmengen kommt in der Düngemittelindustrie zum Einsatz. Seit Jahrzehnten wird NH3 dort sicher gelagert, transportiert und genutzt. Im Zuge der Energiewende erhält das Gas eine neue Rolle: Grünes Ammoniak ist als Energieträger und Transportmedium für Wasserstoff in aller Munde. Das Gas bietet einige Vorteile gegenüber dem Wasserstofftransport, da es sich bereits bei -33 °C verflüssigen lässt und gleichzeitig eine deutlich höhere Energiedichte als flüssiger Wasserstoff besitzt (11,4 GJ/m3 gegenüber 8,52 GJ/m3).

Für den Transport lässt sich bestehende Infrastruktur nutzen, da die Tanks beispielsweise aufgrund des niedrigeren Dampfdrucks geringeren Anforderungen entsprechen müssen.

Ist Ammoniak sicherer als Wasserstoff?

Darüber hinaus werden vermeintliche Sicherheitsvorteile von Ammoniak gegenüber Wasserstoff diskutiert. Während im Umgang mit Wasserstoff die Explosionsgefahr das zentrale Sicherheitsrisiko darstellt, steht diese bei Ammoniak (wasserfrei) weniger im Vordergrund. Dies ist auf die höhere untere Explosionsgrenze (UEG) von 14 Vol.-% gegenüber 4 Vol.-% und die niedrigere OEG von 32,5 Vol.-% gegenüber 77 Vol.-% sowie die höhere Mindestzündenergie von 14 mJ gegenüber 0,016 mJ zurückzuführen.
Bei der Produktion, dem Transport und der Nutzung von Ammoniak stehen jedoch andere Sicherheitsherausforderungen wie die Toxizität im Fokus, die durchaus komplex sind. Für eine sichere Handhabung des Gefahrstoffs benötigen Anwender ein effektives Sicherheitskonzept.

Bevor sie jedoch konkrete Sicherheitsmaßnahmen entwickeln, müssen Unternehmen eine individuelle Risikoanalyse und Gefährdungsbeurteilung durchführen, die im deutschen Arbeitsschutzgesetz und den damit verbundenen Verordnungen und Regelwerken der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) verankert sind. Eine Risikoanalyse umfasst zum Beispiel die Definition des Schutzziels, die Identifikation von Gefahren sowie deren Analyse und Bewertung. Auf dieser Basis werden anschließend Schutzmaßnahmen definiert, welche die Eintrittswahrscheinlichkeit einer Gefahrensituation oder das Ausmaß des möglichen Schadens minimieren.

Die individuellen Gefährdungen durch Ammoniak unterscheiden sich je nach Anwendung. Dennoch sind die folgenden grundlegenden Risikofaktoren im Umgang mit NH3 besonders zu beachten:

• Toxizität: Ammoniak ist gemäß des H-Satzes  331 beim Einatmen giftig und wirkt als Zellgift, das die Schleimhäute angreift. So können Ammoniakdämpfe zu Schäden an Augen, Nase oder Rachen führen und Lungenödeme auslösen. Auch für Wasserorganismen ist NH3 mit langfristiger Wirkung sehr giftig, H-Satz 410.
• Arbeitsplatzgrenzwert: Der Arbeitsplatzgrenzwert für Ammoniak liegt in Deutschland gemäß der TRGS 900 bei 20 ppm bzw. 14 mg/m3. Bei einer kurzfristigen Exposition darf der messtechnische Mittelwert über 15 min nicht über 40 ppm liegen.
• Ätzend: Ammoniak verursacht gemäß des H-Satzes 314 schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.
• Erfrierungen: Flüssiges Ammoniak wird oftmals im kalten oder tiefkalten Zustand gelagert. Leckagen oder kalte Oberflächen können im Umgang mit dem Gefahrstoff daher zu Erfrierungen oder Kälteverbrennungen führen.
• Entzündbarkeit: Ammoniak ist gemäß des H-Satzes 221 als entzündbares Gas eingestuft und kann bei Konzentrationen oberhalb der UEG von 14 Vol.-% entzündet werden. Darüber hinaus wird der H-Satz 280 aufgeführt: Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren.

Stationäre Gaswarnsysteme erkennen Ammoniak-Leckagen frühzeitig

Für eine sichere Handhabung des Energieträgers sind neben der individuellen Risikoanalyse insbesondere die richtige Ausrüstung und zielgerichtete Schutzmaßnahmen entlang der gesamten Ammoniak-Wertschöpfungskette von hoher Bedeutung. Stationäre Gaswarnsysteme sind ein fester Bestandteil des Sicherheitskonzepts, um Leckagen frühzeitig zu detektieren und die Bildung explosionsfähiger Atmosphären bei hohen Gasaustritten zu verhindern. Der PEX 3000 von Dräger detektiert brennbare Gase in Konzentrationen unterhalb der unteren Explosionsgrenze (100 % UEG) und erhöht so den Explosionsschutz.

Zur Detektion kleiner Ammoniak-Leckagen eignet sich der Gasdetektor Polytron 7000 mit einem elektrochemischen NH3-Sensor. Elektrochemische Sensoren zeigen ein schnelles Ansprechverhalten und eine hohe Genauigkeit. So misst der NH3-Sensor bereits kleine Ammoniakkonzentrationen im ppm-Bereich, auch unterhalb der geltenden Arbeitsplatzgrenzwerte.

Beim Auftreten kritischer Gaskonzentrationen werden Mitarbeitende in der Regel sowohl optisch als auch akustisch gewarnt. Darüber hinaus können automatisiert Gegenmaßnahmen wie das Einschalten von Lüftungen oder Schließen von Ventilen eingeleitet werden. Zur Ortung der Leckagen kommen ergänzend tragbare Gasmessgeräte, zum Beispiel das X-am 5800 zum Einsatz. Ausgestattet mit einer Teleskopsonde können tragbare Gasmessgeräte auch verwinkelte und schwer zugängliche Bereiche erreichen.

Atem- und Körperschutz gehören zum Ammoniak-Sicherheitskonzept

Neben der Detektion von Leckagen und dem Explosionsschutz ist die passende persönliche Schutzausrüstung im Umgang mit Ammoniak von entscheidender Bedeutung. Mobile Gasmessgeräte werden direkt am Körper getragen und überwachen konstant die Umgebungsluft. Bei kritischen Konzentrationen werden die Träger akustisch, optisch und durch eine spürbare Vibration alarmiert.

Bei Arbeiten mit dem Verdacht auf gefährliche Konzentrationen in der Umgebungsluft kann abhängig vom Sauerstoffgehalt auf filtrierenden oder isolierenden Atemschutz zurückgegriffen werden. Halbmasken sind besonders für kurze Einsätze geeignet, da sie einen geringen Atemwiderstand und ein breites Sichtfeld aufweisen. Für längere Einsätze sollten Gebläsefiltergeräte wie das X-plore 8000 eingesetzt werden, die in Kombination mit einem Helm, einer Haube oder einem Visier für einen konstanten Luftstrom ohne Tragezeitbegrenzung sorgen.

Auch der Augen- und Körperschutz ist eine effektive Schutzmaßnahme gegen den ätzenden und teilweise tiefkalten Gefahrstoff. Chemikalienschutzanzüge in Kombination mit dem passenden Hand- und Fußschutz schützen die Mitarbeitenden im Umgang mit Ammoniak. Im Falle kritischer Ammoniakkonzentrationen in der Umgebungsluft greift das individuell implementierte Notfallmanagement, das regelmäßig trainiert wird. Mithilfe von Fluchthauben können die Mitarbeitenden sicher aus dem Gefahrenbereich evakuiert werden. Die Parat 4700 schützt auf der Flucht mindestens 15 min vor toxischen Industriegasen, Dämpfen und Partikeln. Die Anforderungen der Norm DIN 58647-7 für Fluchtgeräte werden genauso erfüllt wie der EN-Standard 14387:2004.

Schutzmaßnahmen anhand der Schutzziele und Risiken festlegen

Effektive Schutzkonzepte basieren auf den individuell durchgeführten Gefährdungsbeurteilungen der Betreiber von Industrieanlagen. Abhängig von den Schutzzielen sowie der analysierten und bewerteten Risiken werden geeignete Schutzmaßnahmen implementiert. Der zielgerichtete Einsatz eines stationären Gaswarnsystems, die Nutzung mobiler Gasmessgeräte sowie die Bereitstellung von Körper- und Atemschutz unterstützen im sicheren Umgang mit Ammoniak entlang der gesamten Wertschöpfungskette.