01.10.2019
Bersten eines CNG-Behälters

Typ-III-CNG-Behälter, Zustand t = 0,1 s nach Bersten, Fragmente des Aluminiumliners (weiße Pfeile) und Reste der Composite-Wicklung (rote Pfeile)

Quelle: BAM, Fachbereich Konstruktiver Brand- und Explosionsschutz Gase

Weltweit gab es im Jahr 2018 ca. 25 Mio. Fahrzeuge, welche komprimiertes Erdgas (engl. Compressed Natural Gas - CNG) als Treibstoff verwenden. In Deutschland stellen ca. 100.000 mit Erdgas angetriebene Fahrzeuge derzeit noch einen sehr geringen Anteil (0,15 %) an allen Kraftfahrzeugen dar. Vielfach werden hier Fahrzeuge im innerstädtischen Bereich, wie z.B. für den Abfalltransport oder auch Busse, mit CNG betrieben.

Im Fahrzeug wird CNG meist in Composite-Behältern bei einem Druck von p = 200 bar gespeichert. Die am meisten verbreiteten Fahrzeugspeicher sind dabei Behälter vom Typ III (Aluminiumliner mit Composite-Wicklung) oder aber Typ-IV-Behälter (Kunststoffliner mit Composite-Wicklung). Kommt es zu einem Wärmeeintrag in den Behälter (z.B. Fahrzeugbrand) steigt der Innendruck. Zur Verhinderung eines Behälterversagens sind diese mit einer Sicherung versehen. Bei einem Brand mit gleichzeitiger Fehlfunktion dieser Sicherheitseinrichtung, z.B. unfallbegingt, ist ein Bersten des Behälters jedoch wahrscheinlich.

Der Beitrag stellt zunächst 15 Unglücksfälle vor, bei denen es zu einem solchen Versagen von CNG-Tanks infolge eines Brandes kam. Um die Auswirkungen zu quantifizieren, wurde ein umfangreiches Testprogramm bestehend aus 21 Versuchen mit CNG-Behältern ohne Sicherheitseinrichtung entwickelt. Zunächst wurden je 5 Behälter Typ III und Typ IV mit hydraulischen Bersttests hinsichtlich ihres Versagensdrucks unter Umgebungstemperatur getestet. Im Anschluss wurden 8 Versuche mit Typ-III-Tanks und 3 Versuche mit Typ-IV-Tanks durchgeführt, bei denen diese jeweils mit einem Benzinpoolfeuer bis zum Versagen unterfeuert wurden. Neben mehreren Flammen- und Behältertemperaturen wurden auch der Behälterinnendruck und die -temperatur als Messwerte erfasst. Nach dem Bersten des Tanks wurde die auftretende Druckwirkung auf die Umgebung sowie jedes wiederauffindbare Fragment dokumentiert (Wurfweite, Wurfrichtung, Masse).

Es hat sich gezeigt, dass mit dem gewählten Versuchsaufbau ein Versagen der Typ-III-Behälter verglichen mit den Typ-IV-Tanks mit deutlich destruktiveren Auswirkungen einhergeht. Insgesamt konnten im Nahbereich Überdrücke bis p = 0,41 bar (Abstand 7 m) und Fragmentwurfweiten von über l > 300 m festgestellt werden. Die Ergebnisse sollen unter anderem dazu dienen, Vorschriften und Richtlinien für Feuerwehr- und Rettungskräfte dahingehend zu überarbeiten, dass bei Einsätzen in Verbindung mit CNG-Tanks die Sicherheit der Einsatzkräfte weiter erhöht werden kann.

Hazards from failure of CNG automotive cylinders in fire
Rico Tschirschwitz, Daniel Krentel, Martin Kluge, Enis Askar, Karim Habib, Harald Kohlhoff, Simone Krüger, Patrick P. Neumann, Michael Rudolph, André Schoppa, Sven-Uwe Storm, Mariusz Szczepaniak
erschienen im Journal of Hazardous Materials, 2019, Volume 367, Pages 1-7
BAM, Fachbereich Konstruktiver Brand- und Explosionsschutz Gase, Fachbereich Explosionsschutz Gase, Stäube, Fachbereich Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren, Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen, Fachbereich Reaktionsfähige Stoffe und Stoffsysteme, Abteilung Gefahrgutumschließungen