Wasserstoff – das unterschätzte Spurengas
Dr. C. Nylander, Sensistor Technologies AB, Linköping, Schweden
Wasserstoff, die häufigste und leichteste gasförmige Substanz im Universum, kommt in der Erdatmosphäre nur in Spuren vor. Das macht ihn zum idealen Indikator bei der Lecksuche und Dichtheitsprüfung von unter Gasinnendruck stehenden Behältnissen oder Verpackungen. Die neuen hochsensiblen Wasserstoffdetektoren von Sensor Data weisen selbst geringste Mengen dieses Spurengases schnell und einfach nach. So lassen sich gegenüber den aufwändigeren Vakuum- oder Helium-Dichtheitsprüfungen erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen erzielen.
Die Hintergrundkonzentration eines Spurengases in der Luft ist einer der beschränkenden Faktoren für die Empfindlichkeit und Effizienz von Gasdetektoren. Die natürliche Konzentration von Wasserstoff ist mit 0,5 ppm zehnmal niedriger als die des Heliums, dem zweitleichtesten gebräuchlichen Spurengas. Unter allen Gasen besitzt Wasserstoff die größte Molekülgeschwindigkeit (Diffusionsgeschwindigkeit) sowie die niedrigste Dichte und Viskosität. Diese Eigenschaften machen es extrem einfach, das Gas zu injizieren und gleichmäßig im Prüfling zu verteilen oder es aus der Arbeitsumgebung wieder auszulüften. Wasserstoff, der aus Lecks oder auf anderen Wegen in die Arbeitsumgebung austritt, sammelt sich weit weniger stark an, als andere Spurengase. Es ist daher sehr viel einfacher, mit Wasserstoff zu arbeiten als mit Helium.
Prüfung ohne Vakuum
Bei der integralen Lecksuche kommt der Prüfling unter eine Glocke, in der ein Ventilator die Luft umwälzt. Statt einen Gasdetektor über die gesamte Oberfläche des Prüflings zu führen, misst man hier nur die Wasserstoffkonzentration in der Glocke – bei normalem atmosphärischen Druck. Das Verfahren arbeitet deutlich schneller als herkömmliche Vakuum-Methoden, da keine Pumpe zum Erzeugen des Vakuums oder zum Sammeln des Spurengases erforderlich ist. Der Helium-Lecktest dagegen erfordert häufig ein Vakuum, um die Hintergrundkonzentration zu reduzieren – bei der Verwendung von Wasserstoff als Spurengas ist dies nur äußerst selten notwendig.
Wasserstoff - ein sicheres Prüfgas
Eine verbreitete Fehleinschätzung ist das Brand- und Explosionspotenzial von Wasserstoff. In Luft oder Sauerstoff ist Wasserstoff brennbar, wenn seine Konzentration zwischen 4 und 75 Prozent liegt – der Explosionsbereich liegt zwischen 18 und 60 Prozent. Vorverdünnte Wasserstoff/Stickstoff-Mischungen für die Lecksuche kommen nicht einmal in die Nähe dieser Konzentrationsbereiche. Eine geeignete Konzentration stellt die Mischung von 5 Prozent Wasserstoff und 95 Prozent Stickstoff, ein nicht brennbares Gas, dar. Diese Industrie-Qualität liefern die meisten Industriegas-Lieferanten, und zwar zu einem Bruchteil des Preises von Helium. Auch spezielle Wasserstoff-Mischungen sind zu günstigen Preisen möglich. Die 5-Prozent-Mischung ist gemäß ISO 10156 als nicht brennbar klassifiziert. Dieser internationale Standard beschreibt, wie die Brennbarkeitsgrenzwerte von Gasgemischen zu bestimmen sind und dass Gemische mit weniger als 5,7 Prozent Wasserstoff als nicht brennbar gelten.
Zusammenfassung
Die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff sind sehr viel günstiger als die von Helium. Deshalb lässt er sich wesentlich einfacher in Testobjekte einbringen und schneller mit Luft oder technischen Gasen vermischen, als alle anderen Spurengase. Bei industriellen Anwendungen, bei denen es auf hohe Empfindlichkeit, Geschwindigkeit, Einfachheit, Verlässlichkeit und geringe Kosten ankommt, bietet er entscheidende technische und wirtschaftliche Vorteile.
| Luft | Wasserstoff | Helium | |
| Molekulargewicht: | 29g/mol | 2g/mol | 4g/mol |
| Dichte: | 1,2g/l | 0,09g/l | 0,18g/l |
| Viskosität: | 183 µpois | 87 µpois | 194 µpois |
| Hintergrundkonzentration: | 100% | 0,5 ppm | 5 ppm |