ความปลอดภัยของไฮโดรเจน

ความปลอดภัยของไฮโดรเจน (อังกฤษ: Hydrogen Safety) หมายถึงความปลอดภัยในการผลิต การจัดการและการนำไปใช้ เนื่องจากมันรั่วไหลง่าย จุดประกายได้ง่าย เบาและกัดกร่อนวัตถุอื่นๆ ยิ่งถ้าเป็นของเหลว มันจะมีความหนาแน่นสูงและไม่เสถียรที่อุณหภูมิต่ำ สรุปแล้ว สิ่งที่ควรระวังคือ

• ไม่มีสีไม่มีกลิ่น
• ใข้พลังงานในการจุดประกายไฟต่ำ
• ให้เปลวไฟอุณหภูมิสูง
• ไม่สามารถเห็นเปลวไฟได้ในเวลากลางวัน
• แก๊สที่รั่วติดไฟได้เอง
• ขนาดโมเลกุลเล็กมากทำให้รั่วไหลได้ง่าย กระจัดกระจายง่าย
• ข้อจำกัดของความสามารถลุกเป็นไฟในส่วนผสมกับอากาศมีพิกัดกว้างมาก‎
• สามารถกระจายเข้าไปในสารอื่นและกัดกร่อนสารนั้น
• ของเหลวที่ 20K มีภาวะเย็นยิ่งยวด เย็นกว่าไนโตรเจน อ๊อกซิเจนหรืออาร์กอน
• ไม่ช่วยดำรงชีวิต (ทำให้ขาดอากาศหายใจ)แต่ไม่เป็นพิษ

Hydrogen codes and standards

ใช้สำหรับยานพาหนะที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิง, การใช้งานกับเซลล์เชื้อเพลิงที่อยู่กับที่และงานที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงเคลื่อนที่ และผลิตภัณฑ์ที่ใช้ไฮโดรเจนเทคโนโลยี เพื่อความปลอดภัยในการใช้งาน การจัดการและการเก็บรักษาไฮโดรเจน

• มาตรฐานสำหรับการติดตั้งระบบพลังงานเซลล์เชื้อเพลิงอยู่กับที่(สมาคมการป้องกันอัคคีภัยแห่งชาติ)

Guidelines

การจุดระเบิด

"ส่วนผสมไฮโดรเจน-อากาศ สามารถจุดระเบิดได้ด้วยการใส่พลังงานที่ต่ำมาก เพียง 1 ใน 10 ของที่ส่วนผสมแก๊สโซลีน-อากาศต้องการเท่านั้น เพียงการสปาร์คของไฟฟ้าสถิตย์ระหว่างคนต่อคน ก็สามารถจุดระเบิดได้แล้ว"

"ถึงแม้ว่าการจุดระเบิดได้เองของไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่าของสารไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่ แต่ด้วยพลังงานเพียงน้อยนิดส่วนผสมไฮโดรเจน-อากาศก็สามารถจุดระเบิดได้ มันต้องการพลังงานที่ความดันบรรยากาศเพียง 0.02 millijoules เท่านั้น"

ส่วนผสม

"ข้อจำกัดของความสามารถลุกเป็นไฟขึ้นอยู่กับเปอร์เซนต์ของไฮโดรเจนในอากาศโดยปริมาตร ที่ 14.7 psi(1 atm, 101 kPa) มีค่าเท่ากับ 4.0 และ 75.0. ข้อจำกัดของความสามารถลุกเป็นไฟขึ้นอยู่กับเปอร์เซนต์ของไฮโดรเจนในอ๊อกซิเจนโดยปริมาตร ที่ 14.7 psi(1 atm, 101 kPa) มีค่าเท่ากับ 4.0 และ 94.0" "ข้อจำกัดของความสามารถทำให้ระเบิดของไฮโดรเจนในอากาศคือ 18.3 ถึง 59 เปอร์เซนต์โดยปริมาตร" "เปลวไฟภายในและรอบๆท่อส่งแก๊สหรืออาคารอาจผสมผสานทำให้เกิดการรวมตัวจนทำให้เกิดการระเบิดได้ แม้ว่าอยู่ในที่จำกัดก็ตาม" (ตัวอย่างเปรียบเทียบ: Deflagration limit ของ gasoline in air: 1.4–7.6%; ของ acetylene in air: 2.7 - 82%)

การรั่วไหล

การรั่วไหล การกระจาย และการลอย: เป็นผลมาจากความยากในการเก็บไฮโดรเจน มันกระจายไปทั่ว แล้วไปผสมกับสารติดไฟแม้ในระยะห่างจากจุดที่รั่ว

มันรั่วง่ายเพราะมีความหนืดต่ำ น้ำหนักเบา อัตราการรั่วของไฮโดรเจนเหลวเป็นประมาณ 100 เท่าของเชื้อเพลิง JP-4, 50 เท่าของน้ำและ 10 เท่าของไนโตรเจนเหลว

การรั่วของไฮโดรเจนทำให้เกิดการเผาใหม้แม้ในอัตราการไหลต่ำๆเพียง 4 ไมโครกรัมต่อวินาที

ไฮโดรเจนเหลว

"อากาศที่ถูกอัดความดันและถุกทำให้เป็นของแข็งเมื่อเข้าไปผสมกับไฮโดรเจนเหลว จะกลายเป็นส่วนผสมที่ไม่เสถียร ส่วนผสมนี้อาจระเบิดที่มีผลเหมือนกับผลที่ได้จาก trinitrotoluene (TNT) และสารระเบิดแรงสูงอื่นๆ" ไฮโดรเจนเหลวต้องการเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ที่ซับซ้อน เช่น บรรจุภัณฑ์ที่มีฉนวนความร้อนพิเศษและต้องการการจัดการพิเศษเหมือนกับสารความเย็ยยิ่งยวดชนิดอื่น คล้ายกับของอ๊อกซิเจนเหลว แต่วิกฤตกว่า แม้ว่าจะใช้บรรจุภัณฑ์ที่มีฉนวนความร้อนแล้วก็ตาม มันยังยากที่จะเก็บไว้ที่อุณหภูมิที่ต่ำขนาดนั้น ไฮโดรเจนจะค่อยๆรั่วออกไป (ประมาณว่า 1% ต่อวัน)

การป้องกัน

ไฮโดรเจนที่รั่ว มักจะไปรวมตัวกันที่เพดานใต้หลังคาเป็นภัยระเบิดได้ อาคารที่เก็บควรจะต้องมีการระบายอากาศที่ดี มีระบบการระงับการจุดระเบิด และควรจะออกแบบให้หลังคาเมื่อถูกระเบิดปลิวไปอย่างปลอดภัย ทำการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจจับไฮโดรเจนที่รั่ว และเพื่อหาร่องรอยการรั่ว เติมกลิ่นลงไปให้สามารถรู้สึกได้โดยการดม เปลวไฟไฮโดรเจนยากที่จะมองเห็นด้วยตาเปล่า ควรติดตั้งตัวจับ UV/IR flame detector

อุบัติเหตุ

สื่อสิ่งพิมพ์จะรู้สึกกลัวในความรุนแรงของเชื้อเพลิงที่อันตรายนี้ ความจริงแล้ว ไฮโดรเจนจะลอยขึ้นอย่างรวดเร็วและกระจัดกระจายไปก่อนที่จะจุดระเบิด ถ้าไม่อยู่ในที่อับหรือที่มีการระบายอากาศไม่ดี ก็ไม่ค่อยน่ากลัวเท่าไร เรามองไม่เห็นไฮโดรเจน เราจึงไม่รู้จะสู้กับมันอย่างไร

เมื่อคราวที่เกิดปัญหาที่โรงไฟฟ้าปรมาณูที่ฟูกิชิมาเมื่อปี 2011 อาคาร reactor 4 หลังถูกทำลายโดยการระเบิดของไฮโดรเจน ปลอกหุ้มแท่งเชื้อเพลิงที่โผล่ออกมาร้อนมากและทำปฏิกิริยากับไอน้ำ ปลดปล่อยไฮโดรเจนออกมาอีก อุปกรณ์ความปลอดภัยที่ติดตั้งไว้เพื่อเผาไฮโดรเจนที่เกิดไหม่นี้ไม่ทำงานเพราะกระแสไฟฟ้าดับ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดระเบิดขึ้นอีก ช่องระบายอากาศด้านบนของอาคาร reactor ที่ยังเหลืออยู่ ต้องถูกเปิดออกเพื่อระบายไฮโดรเจนออกไป

ดูเพิ่ม

• Hydrogen embrittlement
• เศรษฐกิจไฮโดรเจน
• Compressed hydrogen
• ไฮโดรเจนเหลว
• Slush hydrogen
• Metallic hydrogen
• Dissolved gas analysis

อ้างอิง

1. [1], ความสามารถในการติดไฟ
2. [2], ภัยร้ายไฮโดรเจน