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Am 11. Dezember 2005 um ca. 6.00 Uhr (UTC) wurden mehrere Explosionen im Buncefield oil Treibstofflager bei Hemel Hempstead, Grafschaft von Hertfordshire nördlich von London registriert.  

Das Buncefield oil Treibstofflager liegt in der Nähe (ca. 15km) zu den Flughäfen London Heathrow und Luton. Es werden neben Heizöl dank der günstigen Lage auch die Treibstoffe Benzin und Kerosin gelagert und verteilt. Die totale Masse umfasst um die 150'000 Tonnen die in 26 Tanks gelagert werden. Die Treibstoffe gelangen über mehrere Pipelines nach Bruncefield. Die Auslieferung erfolgt mit Tankwagen. Die Frequenz liegt bei 400 Tankwagen pro Tag (siehe Total Homepage).    

Die Explosionen und der Brand

Es wurden am 11. Dezember 3 Explosionen registriert. Die Druckwelle der Explosioen konnte bis in 100 Meilen (rund 160 km) Entfernung wahrgenommen werden. Glasbrüche wurden bis in 2 Meilen (3.2 km) Entfernung festgestellt  (siehe RSC Adavancing the Chemical Sciences). Die Feuersäule erreichte eine Höhe von mehr als 60 Meter Höhe. Bei der Explosion wurden 43 Personen verletzt, davon 2 ernsthaft (siehe BBC News). Ca. 2000 Personen wurden evakuiert. Total 20 Tanks gerieten in Brand.

Image produced from the Ordnance Survey Get-a-map service. Image reproduced with kind permission of Ordnance Survey and Ordnance Survey of Northern Ireland.
Satelliten-Foto mit der Ausdehnung der Brandwolke. Quelle: NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), USA.

Vergleich mit Erdölbränden während dem ersten Golfkrieg

Während dem ersten Golfkrieg (1990/1991) wurden über 700 Erdölquellen beginnend am 23.2.1991 in Kuwait entzündet. Die Brände wurden bis Anfangs November 1991 gelöscht.

Messungen haben ergeben, dass ca. 93% [Cofer et al, 1992] resp. 96% [Ferek R.J et al, 1992] des Kohlenstoffs zu Kohlendioxid umgesetzt wurden . Der Anteil des Kohlenmonoxid lag im Bereich von 0 bis 1.5%. Das deutet darauf hin, dass die Verbrennung ziemlich vollständig verlaufen ist, dies im Vergleich zu Bränden in Gebäuden bei denen der Kohlenmonoxidanteil als Faustregel bei etwa 20% des umgesetzten Kohlenstoffs liegt [Gann R.G at al, 2003]. 

Kuwait:  Messungen mit dem Flugzeug in den Brandgaswolken

Die Messungen der Konzentrationen mit einem Flugzeug direkt in verschiedenen Rauchgaswolken an Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan, Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid, Schwefelwasserstoff ergab keine Ueberschreitung der ERPG-2 resp. TEEL-2 Toxizitätswerte (siehe folgende Tabelle [Ferek R.J et al, 1992]):

Gas kleinste mittlere
Konzentration
[µg/m3]
höchste mittlere
Konzentration
[µg/m3]
ERPG-1 oder
TEEL-1
[µg/m3]
ERPG-2 oder
TEEL-2
[µg/m3]
Kohlendioxid 33'000  132'000  54'000'000 
Kohlenmonoxid 21  616  229'000  400'000 
Methan 17  132  196'800  3'280'000 
Schwefeldioxid 40  1300  800  8000 
Stickoxide 29  1'200  18'400 
Schwefelwasserstoff    140  42'000 
Feinstaub <3.5µm   64  1'093 
Russ (Elem.C)  308 














Die Messungen einer weiteren Forschungsgruppe in Kuwait direkt in der Brandgaswolke von Oellachen haben eine prozentuale Umsetzung von 82% des Kohlenstoffs zu Kohlendioxid ergeben [Cofer et al, 1992]. Der Anteil des Kohlenmonoxid lag in diesem Fall im Mittel bei 8.9%. Das deutet darauf hin, dass die Verbrennung in einer Oellache weniger effizient unter Sauerstoffmangel abläuft. Die gefundenen Schwefeldioxidkonzentrationen lagen aber im gleichen Bereich wie in der Tabelle oben.

Die Messwerte in der Tabelle oben zeigen, dass der Toxizitätswert ERPG-1 nur von Schwefeldioxid überschritten wird. In unserem Modell MET wird übrigens der ERPG-1 Wert als Schwellkonzentration verwendet, d.h. alle Konzentrationen, die diese Konzentration unterschreiten werden nicht mehr berücksichtigt.

In der Gaswolke wurden ebenfalls Spuren von Acetylen, Butan, Ethan, Ethylen, Heptan, Hexan, Propan, Propylen, Benzen (= Benzol), Toluol, Xylol gemessen. Weitere Gase, die durch photochemische Reaktionen entstehen, wie Formaldehyd und Ozon, wurden ebenfalls gemessen [Luke W.T. et al, 1992]. Alle diese Gase blieben unterhalb der entsprechenden ERPG-2 Werten. Die ERPG-1 Konzentrationen wurden von Ozon überschritten.

Kuwait: Konzentrationsabnahme von Schwefel- und Stickoxiden

Der Schwefelgehalt im Rohöl in Kuwait beträgt ca. 2 bis 3 Gew%. Die Messungen mit einem Flugzeug ergab jedoch, dass der Schwefelgehalt aufgrund des Schwefeldioxid und Sulfatgehalts in der Gaswolke im Mittel nur etwa 0.5% beträgt [Cofer et al, 1992]. Die Messungen direkt an der Quelle haben jedoch einen Gesamtschwefelgehalt  von ca. 2.2% ergeben, was mit dem Schwefelgehalt im Rohöl gut übereinstimmt. Nach weiteren Untersuchungen konnte eine zeitliche Abnahme des Schwefeldioxid aus der Gaswolke nachgewiesen werden, die bei 6% pro Stunde liegt. Bei Stickoxiden konnte eine Abnahme von 22% pro Stunde gemessen werden. Ein Auswaschen mag in diesem Fall aber die Abnahme nicht erklären, weil die relative Luftfeuchtigkeit weniger als 20% betrug [Ferek et al, 1992].

Kuwait: Vergleich der Messungresultate am Boden mit den Immissionsgrenzwerten

Messungen der Schadstoffkonzentrationen wurden auch durch verschiedene Organisationen am Boden durchgeführt. In der folgenden Tabelle sind einige Gase und die EU- und CH-Immissionsgrenzwerte aufgeführt:

Stoff Konzentration [µg/m3] Immissions-Grenzwerte [µg/m3]
- Mittlere Max. EU Bedeutung EU CH Bedeutung CH
Kohlenmonoxid
Ref 1
800 51'300 10'000 als höchster 8-Stunden-Mittelwert eines Tages 8'000 24-h-Mittelwert; darf höchstens einmal pro Jahr überschritten werden
Kohlenmonoxid
Ref 2
1'058 8'576 10'000 als höchster 8-Stunden-Mittelwert eines Tages 8'000 24-h-Mittelwert; darf höchstens einmal pro Jahr überschritten werden
Ozon 53.4 104.8 120.0 Als höchster 8-Stunden-Mittelwert eines Tages, darf an 25 Tagen im Kalenderjahr, gemittelt über 3 Jahre, überschritten werden, 100 98 % der ½-h-Mittelwerte eines Monats
Schwefeldioxid 23.8 92.8 80.0 Median der Tagesmittelwerte im Jahr, zugeordnet >40 µg/m3 Staub Median der TMW im Jahr 80.0 95 % der ½-h-Mittelwerte eines Jahres
Stickoxide 58.5 86.1 40.0 Immissionsgrenzwert (Gesundheit) Kalenderjahresmittelwert ab 2010 30.0 Jahresmittelwert (arithmetischer Mittelwert)
Benzen
Benzol
7.8 13.1 5.0 Kalenderjahresmittel einzuhalten ab 1.1.2010 - -
Feinstaub 354 3000 50 über 24 Stunden, höchstens 35 Ueberschreitungen im Jahr 50 24-h-Mittelwert; darf höchstens einmal pro Jahr überschritten werden

Quellen der Tabelle:

  • Ref 1: Kohlenmonoxid-Werte gemäss Kuwait Environmental Protection Department Monitoring für Monat Juni 1991 an der Messtelle Reqa. Bei den Maximalwerten handelt es sich um einen 5-Minuten Spitzenwert.
  • Ref 2: Kohlenmonoxid-Werte gemäss "Team from France". 26.3.1991 bis 6.4.1991. Bei den Maximalwerten handelt es sich um einen 5-Minuten Spitzenwert.
  • Alle Messwerte aus US Army Environmental Hygiene Agency, Final Report - Kuwait Oil Fire Risk Assessment, No. 39-26-1192, February 1994
  • EU Immissionsgrenze gemäss "Zusammenstellung von Immissionswerten" des Umweltbundesamt in Dessau
  • CH Immissionsgrenze gemäss Luftreinhalte-Verordnung (LRV) 814.318.142.1
Bilder: Jack Heller, USACHPPM, May 1991

Der Vergleich der mittleren Messresultate mit den Immissionsgrenzwerten zeigt, dass die mittleren Konzentrationen an Stickstoffoxiden, Benzen (= Benzol) und die PM10-Feinstäuben die Immissionsgrenzwerte überschreiten.

Allerdings sind diese Werte (mit Ausnahme der Feinstaubbelastung) vergleichbar mit gemessenen Werten in US Vorstädten und sind im allgemeinen kleiner als in US Grossstädten [USDD, 1994].

Kuwait: PM10-Feinstaubkonzentrationen

Die PM10-Feinstaubkonzentrationen sind in Kuwait oder Saudien Arabien aufgrund von natürlichen Emissionen (aus der Wüste) im Vergleich zu europäsischen Verhältnissen mit einem Immissionsgrenzwert von 50 µm/m3 relativ hoch. Die mittlere PM10 Konzentrationen erreicht an gewissen Orten fast 600 µm/m3. In der folgenden Tabelle sind gemessene PM10-Werte während der Periode Mai und Oktober 1991 aufgeführt [USDD, 1994]:

Ort Mittlere 24h PM10 Konzentration [µg/m3] Maximale 24h PM10 Konzentration [µg/m3]
Ahmadi Hospital, Kuwait 367.5 544.1
Al Eskan Village 271.1 697.5
King Khalid Military City 298.6 923.5
Khobar Towers, Saudi Arabien 267.8 433.8
US Botschaft, Kuwait 670.6 1105.7

Die Analyse der chemischen Zusammensetzung des Feinstaubs zeigte, dass in Kuwait der Staub aus ca. 23% Kohlenstoff und 75% aus Silizium- und Kalziumverbindungen bestand. In Saudia-Arabien, wo der Einfluss der Brandgase klein war, lag der Kohlenstoffanteil bei unter 5%.

Sind die Resultate der Brände während dem 1. Golfkrieg  auf den Buncefield Brandfall übertragbar?

In Kuwait wurde Rohöl  und Methan verbrannt, in Buncefield Heizöl, Benzin und Kerosen. Der Schwefelgehalt bei den Treibstoffen beim Buncefield-Brand dürfte aufgrund von gesetzlichen Bestimmungen deshalb tiefer liegen als bei Rohöl aus Kuwait. In der Schweiz liegt der maximal erlaubte Schwefelgehalt in Benzin bei max. 50 mg/kg. Der Schwefeldioxidausstoss dürfte deshalb pro Kilogramm verbranntem Treibstoff weit kleiner sein. Die verbrannte Menge an Brennstoffen im Fall von Buncefield war wesentlich kleiner und der Brand dauerte nur wenige Tag, während im Fall von Kuwait die Brände mehrere Monate dauerten. Verbrennungsprodukte aufgrund der Umsetzung von Additiven könnten jedoch im Fall von Buncefield eine andere Zusammensetzung ergeben haben. 

Dennoch dürften folgenden Interpretationen für beide Fälle zutreffen:  

 

  • Die Umsetzung des Kohlenstoff zu Kohlendioxid in offenen Erdölbränden ist im Vergleich zu anderen Biomassenbränden z.B. Holzbränden hoch. Der Anteil an Kohlenmonoxid ist deshalb relativ klein.
  • Der akut toxische Konzentrationswert ERPG-2 wurde in Kuwait von keiner gemessenen Brandgaskomponente überschritten. Der ERPG-1-Wert wurde nur bei Schwefeldioxid und Ozon überschritten.
  • Die Messungen am Boden ergaben keine Konzentrationen, die den akut toxischen Konzentrationswert ERPG-2 oder den ERPG-1 überschritten. Die Immissionsgrenzwerte werden z.T. wie für Benzol überschritten, liegen aber im Bereich der Werte wie sie in Grosstädten gemessen werden [USDD, 1994]. 
  • Problematisch bei einem Brand von Erdöl ist vorallem die Feinstaubbelastung, die jedoch nicht akut toxisch wirkt.
  • Eine Abschätzung der toxischen Gefahrendistanzen für einen Erdölbrand macht daher keinen Sinn, weil die Schwellkonzentrationen (ERPG-1) selbst in der Brandgaswolke für die meisten Komponenten unterhalb dieser Grenze liegen. 

Literatur

  • Biever C, Lucky escape after fuel depot explodes, New Scientist 188 (2005) 17
  • Ferek R.J, Hobbs P.V., Herring J.A., Laursen K.K., Weiss R.E, Rasmussen R.A, Chemical Composition of Emissions from the Kuwait Oil Fires, Journal of Geophysical Research, 97 (1992) 14483-14489
  • Gann R.G, Averill J.D, Johnsson E.L., Nyden M.R, Peacock R.D, Smoke Component Yields from Room-scale Fire Tests, National Institute of Standards and Technology Technical Note 1453 (2003), Gaithersburg USA
  • Luke W.T., Kok G.L., Schillawski R.F., Zimmerman P.R., Greenbarg J.P., Kadavanichi M, Trace Gas Measurements in the Kuwait Oil Fire Smoke Plume, Journal of Geophysical Research, 97 (1992) 14499-14506
  • US Army Environmental Hygiene Agency, Final Report - Kuwait Oil Fire Risk Assessment, No. 39-26-1192, February 1994
  • US Department of Defense, "Report of the Defense Science Board Task Force on Persian Gulf War Health Effects," Washington, D.C., June 1994
Highlights

29.12.2016 16:20

Auswertung Umfrage "Aktivierungs- energie"

finden Sie [hier]




21.12.2016 18:22

MET für Windows Version 6.5

Die wichtigsten Neuerungen [mehr]




11.10.2016 15:46

Die App zu MET: Eine Vorschau

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01.07.2016 09:17

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