Vojtěch Jankůj: Vodík nemusí být problém, problémem by byla nepřipravenost na krizové situace

V minulém roce jste ve vojenském újezdu Hradiště uskutečnili řadu velkorozměrových zkoušek simulujících výbuch vodíkových technologií. Co bylo jejich cílem? 

Chtěli jsme zdokumentovat rizika situací, které mohou nastat, a připravit na ně bezpečnostní složky. Protože vodík je stále alternativním zdrojem energie, například ve vodíkových automobilech, zaměřili jsme se na rizikové situace, které mohou vzniknout při jeho přepravě a skladování v tlakových lahvích o různých objemech a plněných pod různým pracovním tlakem.

Velkorozměrové zkoušky nám dávají reálný obraz toho, k čemu by mohlo při nestandardních situacích, například při požáru, dojít. Výsledky našich experimentů můžeme následně zahrnout do vzdělávacího curricula našich studentů nebo je využít při vzdělávání a výcviku příslušníků Hasičského záchranného sboru ČR (HZS). Ti mohou díky našim datům upravit nebo doplnit standardní zásahové postupy.  

Proč jste si pro realizaci pokusů vybrali vojenský újezd v Hradišti? 

Do tohoto vojenského prostoru jezdíme dlouhodobě díky spolupráci se speciální jednotkou Policie ČR URNA a potkáváme se tam také s členy HZS z Prahy nebo Technickým ústavem požární ochrany, se kterými naše fakulta dlouhodobě spolupracuje. Jsme velmi rádi, že nám Armáda ČR umožňuje tento prostor využívat, protože je to jedno z mála míst, kde lze experimenty podobného rozsahu uskutečnit. 

Do zkoušek se zapojují i komerční firmy a univerzity, s nimiž často vše ladíme už při návrhu experimentů. Například dubnové zkoušky probíhaly v součinnosti s Univerzitou obrany a využili jsme při nich různé střelné zbraně pro řízené poškození tlakových lahví. Společnost Vítkovice Cylinders pro experiment dodala tlakové lahve, které jsme ve spolupráci s firmou Linde Gas naplnili. Specifikace použitelných zbraní a munice šla z Univerzity obrany.  

Jedním z klíčových pokusů byla série velkorozměrových experimentů zaměřených na chování vodíkových tlakových lahví při požáru. Čím byly tyto experimenty jedinečné? 

Zatímco doposud jsme využívali standardní 200 barové tlakové lahve o objemu 50 litrů, v tomto experimentu jsme měli lahve o objemu 250 litrů, které se vyskytují například v průmyslových objektech jako stacionární zásobníky. Cílem bylo zjistit, jak se bude velká láhev v podmínkách požáru chovat nebo zda se rozšíří nebezpečná zóna. Sledovali jsme chování tlakové lahve až do jejího roztržení. Zaznamenávali jsme teplotu pláště tlakové lahve a vnitřní tlak, protože s rostoucí teplotou pevnost pláště klesá.  

Jaké byly hlavní závěry vašeho měření? 

Zjistili jsme, že u lahve s vyšším objemem došlo při neřízeném výbuchu k mnohem rozsáhlejší fragmentaci pláště – půlmetrový fragment doletěl až do vzdálenosti 700 metrů. Ohrožená zóna je v tomto případě tedy dosti veliká. Standardně je nastavena bezpečná vzdálenost na 300 metrů pro tlakové láhve o objemu 50 l, nyní jsme ji měli více než 800 metrů a sto metrů před nás dopadl kus železa. Další fragmenty letěly jinými směry ještě dál. S rostoucím objemem jsme se tedy dostali do zcela jiných parametrů nebezpečné zóny. 

Při požáru jste zkoušeli i řízené prostřelení tlakové lahve. Je takový postup při požáru obvyklý?  

Tuto metodu jsme testovali u lahví, v nichž se skladuje acetylen. Požár nebo nesprávná manipulace mohou v takovém případě uvnitř nastartovat rozkladné procesy a dojde k nárůstu vnitřního tlaku a teploty, což může pokračovat i po uhašení požáru. S časovým odstupem tedy hrozí riziko samovolného roztržení láhve. Standardní postup je takový, že se láhev po uhašení dlouhodobě ochlazuje a musí se kontrolovat teplota jejího povrchu po dobu 24 hodin. Pokud je tlaková láhev například v průmyslové hale či garáži, musí se odstavit a vytyčit nebezpečná zóna více než 200 metrů. Toto řešení je poměrně náročné, a proto například ve Švédsku vznikla myšlenka, že trénovaní hasiči láhev řízeně prostřelí. Tím okamžitě zastaví rozkladné procesy uvnitř a láhev není potřeba dlouhodobě sledovat. Naši kolegové na základě této zkušenosti navrhli doporučení pro bojový řád HZS pro podobné typy událostí.

Na pokusy s acetylenem jste navázali pokusy se stlačeným vodíkem, při nichž také spolupracujete se speciálními jednotkami na různých krizových scénářích.

Využili jsme různé zbraně umožňující řízené prostřelení lahví, a to jak ze standardního vybavení bezpečnostních složek, tak i další, které se testovaly poprvé díky spolupráci s Univerzitou obrany. Zároveň to byla příležitost ověřit, co je v podobných situacích možné použít. Při řízeném prostřelení sledujeme mimo jiné dosah plamene a možné ohrožení okolí nejen fragmenty, ale i tepelným účinkem. Zásah probíhá, až když je prostor plně zajištěn a vyloučí se riziko sekundárních škod. 

Věnovali jste se také požáru vodíkových vozidel. Jaká doporučení pro jejich likvidaci jste hasičům dali? 

Teorie říká, že k řízenému uvolnění vodíku z přetlakové pojistky lahví dochází při přehřátí nebo při zvýšeném tlaku. Přestože byly v minulosti provedeny experimenty i nějaké simulace, nikde nebylo možné dohledat podrobnější informace, kam a v jaké intenzitě se vodík uvolňuje. Jediná dostupná informace byla, že vodík uniká směrem dolů, ale jak dlouho to trvá a jakým způsobem, jsme nevěděli. Nikde nebyl ani reálný pohled, jak automobil při požáru vypadá.

Pro experiment jsme proto využili plně natlakované vozidlo a při řízeném požáru jsme zjišťovali, kdy a jak daleko dojde k uvolnění plynu z tlakových lahví a jak se požár šíří. Viděli jsme, že pojistka a řízené vypuštění vodíku z tlakové la,hve ve vozidle zareagovaly tak, jak měly, což je super z pohledu uživatele. Současně jsme ale viděli, co se může stát, když v desáté minutě dorazí hasič na místo zásahu a začne hasit hořící auto ze zadní části tak, jak je zvyklý z konvenčních aut. U vodíkových aut tam ale může dojít k řízenému uvolnění vodíku, kvůli tepelné pojistce. Pokud je hašení možné, je proto nutné postupovat z bezpečných úhlů a chladit nádrže i prostor kolem dostatečným množstvím proudů. Právě rozpoznání vodíkových vozidel je jedním z klíčových problémů, protože jsou téměř nerozpoznatelná od vozů konvenčních.

Jak je problematika bezpečnosti vodíkových technologií, například v automobilech, ošetřena? 

Každý výrobce může mít nastavený bezpečnostní systém uvolnění paliva odlišným způsobem a podmínky nemusí být jednotné a unifikované. Jak už jsem zmínil, vodíkové auto nemusí být na první pohled rozpoznatelné, někdo třeba ani neví, že na našich silnicích už jezdí. Proto dáváme tyto informace dohromady pro další školení nejen pro HZS, ale i pro veřejnost. Předtím si ale vše musíme osahat a vidět na vlastní oči. 

Principiálně se není potřeba vodíkových aut obávat jen proto, že je v nich obsažen vodík. Vodíková auta jsou navržena bezpečně (což dokazuje i náš experiment), ale každá nová technologie a typ pohonu přináší nové výzvy a nová rizika, na které je potřeba reagovat a naučit se s nimi pracovat tak, jak je tomu například u rozvoje elektromobility nebo v minulosti s využíváním LPG.

Jaké konkrétní vzdělávací akce nyní chystáte? 

V souvislosti s experimentálním požárem vodíkového vozidla jsme připravili workshop, kdy jsme jednotkám HZS v Ostravě během tří dnů představili naše zkušenosti. Účastníci viděli videa, záznamy pokusů i vodíkové vozidlo. Seznámili jsme je s možnými riziky. Odezva byla výborná. Potvrdilo se nám, že pro hasiče jsou tyto informace nové a potřebují je. 

Další osvěta bude záviset na domluvě a koordinaci dalších činností s HZS ČR. Současně vše zavedeme do našich vzdělávacích materiálů na VŠB-TUO. 

Plánujete další experimenty?

Během letošního roku chceme v podmínkách požáru vyzkoušet vodíkové tlakové lahve s menším objemem, ale vyšším tlakem až 1000 bar. Z hlediska plnění a logistiky je to ale nesmírně náročné a jsou to prozatím jen plány. Pro účely experimentálních testů máme k dispozici ještě dvě vodíková auta. Chtěli bychom nachystat kritický scénář, kdy ventil nouzového vypouštění vodíku nebude fungovat a dojde k neřízenému roztržení lahve. Dalším tématem by mohl být únik vodíku z vodíkového auta v garáži nebo samostatné kompozitní tlakové lahve s vodíkem stlačeným na 700 bar.

Autorka: Martina Šaradínová

Vojtěch Jankůj je akademik a výzkumník na Katedře bezpečnosti práce a procesů Fakulty bezpečnostního inženýrství VŠB-TUO. V současnosti působí také jako proděkan pro vědu a výzkum a je vedoucím a koordinátorem Centra excelence pro bezpečnostní výzkum (CESAR –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ Centre of excellence for safety research) budující mezinárodní pracoviště pro výzkum rizik a bezpečnosti v oblasti technologických procesů. Zaměřuje se především na protivýbuchovou ochranu, chování hořlavých plynů a bezpečnost vodíkových technologií, včetně experimentálního studia výbuchů a požárů tlakových nádob a havarijních scénářů.