Staubexplosion: Wie der Transport von Pulver sicherer werden kann
Die elektrostatische Aufladung von Staubpartikeln ist ein großes Risiko beim Transport von pulverförmigen Stoffen. Forschende des PTB haben nun einen Weg gefunden, wie sich diese reduzieren lässt.
Foto: PTB
Manchmal braucht es nicht einmal einen externen Zündfunken: Denn allein durch elektrostatische Aufladung können Pulver- und Staubteilchen Funken entstehen lassen. Sowohl in Industrieanlagen als auch in Getreidemühlen sind diese Effekte gefürchtet und haben teilweise sogar zu katastrophalen Staubexplosionen geführt. Forschende der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben nun nach eigener Aussage den Schlüssel zur Vermeidung gefährlicher Aufladungen gefunden. Sie haben untersucht, wie sich die elektrostatische Aufladung von Pulver, beispielsweise beim Strömen durch eine Rohrleitung, verhindern lässt. Vereinfacht beschrieben liegt die Lösung darin, die Fließmechanismen zu kontrollieren.
Wie entstehen Staubexplosionen und wie lassen sie sich vermeiden?
Wenn Partikel aus dem gleichen Material, aber unterschiedlicher Größe zusammenstoßen, können sie sich bipolar aufladen. Das bedeutet, dass die ursprünglich elektrisch neutralen Teilchen einen negativ und einen positiv geladenen Pol entwickeln. Im Extremfall kann diese elektrische Ladung zu einer Explosion führen.
Lesen Sie auch: Löschsysteme an Bord großer Schiffe sind oft unzureichend Simon Jantac, Wissenschaftler in der PTB, erklärt: „Wir haben festgestellt, dass Turbulenzen die Pulveraufladung drastisch reduzieren können. In Zukunft können unsere Erkenntnisse zu sichereren Konstruktionen von Rohren, Schläuchen und Rohrleitungssystemen führen.“ Zu der Erkenntnis kamen er und sein Team durch eine an der PTB entwickelte Simulationslösung. Diese verknüpft nach eigenen Angaben erstmals bislang fragmentiertes Wissen aus Turbulenzforschung, Partikeltechnologie und Elektrostatik und eröffnet somit neue Wege, die Sicherheit industrieller Pulverprozesse zu gewährleisten. Die in „Physical Review Letters“ veröffentlichte Studie ist das vorläufige Ergebnis des Projekts „Preventing Explosions: How do Powder Flows Electrify?“.
Sicherheit in Prozessen: Turbulenzen beeinflussen die Pulveraufladung
Der multiphysikalische Ansatz der Simulation erlaubt einen neuen Blickwinkel auf die größenabhängige bipolare Pulveraufladung. Er machte einen zentralen Aspekt deutlich: Turbulenzen, also Verwirbelungen beim Schütten oder Fließen von Pulver, sorgen dafür, dass Teilchen unterschiedlicher Größe voneinander getrennt werden. Die Folge: Die Teilchen kollidieren somit seltener und in der Folge entsteht viel weniger elektrische Aufladung. Die vorgestellte Berechnungsmethode und die Ergebnisse werden deshalb als wichtiger Schritt zur Lösung eines kritischen Problems der industriellen Prozesssicherheit betrachtet.
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Langfristig soll das vom Europäischen Forschungsrat im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union geförderte Forschungsprojekt ein Open-Source-Werkzeug bereitzustellen, das die Vorhersage, Bewertung und Begrenzung elektrostatischer Ladungen ermöglicht. Es soll nicht nur Unfälle in Industrieanlagen verhindern, sondern auch helfen, die Physik anderer Arten von elektrisierenden Pulverströmen zu verstehen.
