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Die Folgeversion von MET 4 für Windows wird als eine der Neuerungen ein Gemischmodul enthalten. In diesem Artikel möchten wir Ihnen dieses neue Hilfsmittel anhand von Brandgasen vorstellen.
Die Bedeutung von Brandgasen
"Mehr als 60 % aller Toten bei Bränden sterben durch Vergiftung mit akut toxischen Gasen. Bei jedem Feuer entstehen große Rauchgasmengen, die in erster Linie das unsichtbare, geruchlose und äußerst giftige Kohlenmonoxid (CO) enthalten. Bei Vorhandensein von Kunststoffen wird zusätzlich ein Giftgascocktail mit Blausäure (HCN), Salzsäure (HCl), Ammoniak (NH3), Stickoxiden (NOx) und vielen weiteren Gasen gebildet. Deshalb ist der Schutz von Einsatzpersonal und Bevölkerung vor den akut-toxischen und weiteren, latent gefährlichen Giftstoffen äußerst wichtig." [Basmer, Zwick].
Brandgase als Gemisch
Gasgemische treten bei Störfällen häufig auf. Die Situation bei einem Brand ist besonders komplex, da eine Vielzahl von Gasen entstehen können. Die Reaktionsgeschwindigkeiten der chemischen Teilreaktionen sind meist konzentrations-, druck- und temperaturabhängig. Weil viele Brandprozesse exotherm verlaufen, d.h. Wärme wird an die Umgebung abgegeben, entsteht eine Rückkopplung: Die entstehende Wärme beeinflusst direkt wiederum die Reaktionsgeschwindigkeiten. Diese Kopplung macht es schwierig bei einem konkreten Störfall die Zusammensetzung der Brandgase abzuschätzen.
Die Behandlung von Brandgasen in der aktuellen Version von MET
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In der MET-Version 3.0 oder 4.0 wird bei der Wahl eines Brandes die Toxizität der Brandgase grundsätzlich als ungefährlicher eingestuft als die brennbare in Brand geratene Substanz. Konkret wird angenommen, dass ein Teil der Ausgangssubstanz nicht abbrennt und so die Komponente in den Brandgasen darstellt, die die Gesamttoxizität bestimmt.
Der Massenanteil der Ausgangssubstanz, der nicht abbrennt wird bestimmt in dem die Ausgangssubstanz mit einem Divisor geteilt wird (dieser ist für sehr gut brennbare Substanzen = 5):
Masse der Ausgangssubstanz in der Brandgaswolke = Masse der Ausgangssubstanz / x
Diesem Verfahren liegt die Annahme zu Grunde, dass die Brandgase weniger toxisch sind als die Ausgangssubstanz. Diese Näherung trifft vorallem für Brände zu bei denen der Ausgangstoff sehr toxisch ist, wie z.B. Blausäure.
Die Grenzen des heutigen Ansatzes
Der heutige Ansatz in MET ist zweckmässig, weil die Thermik die Brandgase in die Höhe treibt und diese in vielen Fällen genügend verdünnt werden, so dass akut toxische Auswirkungen auf Menschen nicht beobachtet werden.
Es gibt aber Fälle wo die Thermik z.B. durch Löschmassnahmen gemindert wird oder das Ausbreiten der Brandgase nach oben eingeschränkt ist. In diesen Fällen oder auch dann wenn die Brandgase toxischer sind als der Ausgangsstoff führt die bisherige Lösung in MET zu einer Unterschätzung der Gefahr.
Diese Einschränkung besteht dann nicht, wenn der Benutzer das Brandgasgemisch formuliert und als neue Substanz "Brandgasgemisch von xy" in MET eingibt. Diese Arbeit ist jedoch zeitaufwenig und wird deshalb kaum durchgeführt.
Brandgase im neuen MET Gemischmodul
Brandgase im neuen MET Gemischmodul können mit 2 unterschiedlichen Methoden erfasst werden. Beiden Methoden ist dabei gemeinsam, dass nur die Gaskomponenten erfasst werden die entweder für das Gasvolumen und/oder die Gesamttoxizität einen wesentlichen Beitrag leisten. Physikalische und toxische Eigenschaft des Gemisches werden dort wo möglich aus den einzelnen Eigenschaften der Gaskomponenten ermittelt. Diese Gemischeigenschaften werden dann für die eigentliche Ausbreitungsrechung verwendet.
Methode 1: Brandgaszusammensetzungen aus Messungen
In MET kann die Brandgaszusammensetzung eingegeben werden. Diese Methode ist bei Brandgaszusammensetzungen die auf Grund von Messungen/Literaturdaten hinreichend bekannt sind anwendbar. Als Beispiel ist auf der nächsten Bildschirmmaske die Brandgaszusammensetzung von Polyvinylchlorid PVC dargestellt:
Methode 2: Ableitung der Brandgaskomponenten aus der chemischen Struktur
Das Modul kann auch automatisch, auf Grund von Mustererkennung eine Bruttoreaktionsgleichung aus einer Datenbank wählen, die Brandgutsubstanz in die chemische Gleichung einsetzten und dann die Brandgaszusammensetzung ableiten. Das Modell ermittelt dabei die Stöchiometrie der chemischen Bruttoreaktionsgleichung automatisch. Der Vorteil dieser Methode ist, dass eine schnelle erste Abschätzung der Gefahren durch die entstehenden Brandgase gemacht werden kann, auch wenn für die Substanz keine gemessenen Brandgaszusammensetzungen bekannt sind. Mit genügend empirische Daten vorliegen kann zudem jeweils eine Bruttoreaktionsgleichung definiert werden für Fälle mit den Randbedingungen Sauerstoffüberschuss oder Sauerstoffmangel.
Ausblick
Der Einbezug von Brandgasgemischen ermöglicht Gefahrenabschätzungen, die bisher nicht oder nur unter grösserem Zeitaufwand möglich waren (z.B. Ein Brand mit Polyvinylchlorid). Die Methode mit der Wahl der Bruttoreaktionsgleichung auf Grund der chemischen Struktur erlaubt eine schnelle erste Abschätzung der Gefahren durch die entstehenden Brandgase, auch wenn für die Substanz keine gemessenen Brandgaszusammensetzungen bekannt sind.
In Teil 2 werden diese zwei Methoden auf Störfällen mit chemisch reaktiven Substanzen angewandt, z.B. bei der Freisetzung von Thionylchlorid, Phosphortrichlorid oder Titantetrachlorid.
Literatur
