Vetyelektrolyysilaitteiston turvallisuus : esiselvitys käyttöönottoon liittyvistä toimenpiteistä oppilaitoksille

Abstract

Vihreän vedyn hyödyntäminen energiasektorilla on noussut ilmasto- ja energiapoliittisissa keskusteluissa mahdolliseksi työkaluksi vihreän siirtymän tavoitteiden toteuttamiseen. Tästä syystä vedyn elektrolyysilaitteiston toiminnan havainnollistaminen prosessitekniikan tutkinto-ohjelmissa on tulevaisuudessa tarpeen. Vety aiheuttaa reaktiivisuutensa vuoksi palo- ja räjähdysvaaraa, joten sen käsittelyssä tulee ottaa huomioon Euroopan unionin tasolla säädellyt Suomen lakiin implementoidut ATEX-direktiivit.

Tampereen ammattikorkeakoulun tilaaman selvitystyön tavoitteena on laatia turvallisuuteen painottuva aineistokokonaisuus vetyelektrolyysilaitteiston käyttöönottoa ja opetusta varten. Tarkoituksena on tutkia kirjallisuusselvityksen avulla aineen ominaisuuksia, prosessiolosuhteita sekä ATEX-direktiivien täytäntöönpanoa teollisuudessa. Räjähdysvaaran olemassaoloa arvioitiin teollisuuden käytäntöjen mukaan, minkä jälkeen kartoitettiin toiminnan aiheuttamaa riskiä laajemmin HAZID-menetelmällä painottaen erityisesti oppilaitosympäristön erityistekijöitä.

Räjähdysvaaran olemassaolon yksiselitteistä arviota ei voitu antaa, sillä tärkeät tiedot esimerkiksi prosessin vetykaasun saannosta eivät olleet tiedossa. Työssä käytiin kuitenkin läpi esimerkin avulla, minkälaisilla toimenpiteillä räjähdysvaarallisen tilan syntymistä voidaan estää ja mitkä tekijät siihen vaikuttavat. Prosessi- laitteiston turvallisuuden katsottiin olevan normaalikäytössä hyvin suunnitellussa tilassa hyvällä tasolla, kunhan tuotettavat ainemäärät pidettäisiin pieninä. Oppilaitosympäristössä on kuitenkin otettava huomioon korkeampi laitteiston väärinkäytön todennäköisyys inhimillisen virheen seurauksena.

Prosessin saannon ollessa tarpeeksi pieni tilan voi pitää räjähdysvaarattomana ilmanvaihdon suunnittelun avulla. Mahdollisina varotoimenpiteinä ehdotettiin myös kaasuilmaisinten asennusta sekä syttymislähteiden kartoitusta laitteiston lähiympäristössä ja tilan korkeimmissa kohdissa. Laitteiston virheellisen käytön mahdollisuutta voitaisiin vähentää suorittamalla toimintovirheanalyysi laitteiston käyttöohjeiden perusteella. Vaikka räjähdyssuojausasiakirjan teko ei olisi välttämätöntä, Pelastuslaitosta tulisi konsultoida tarvittaessa.

The utilization of green hydrogen in the energy sector has been widely considered in the latest climate political discussions and scenarios. Therefore, demonstrating the use of hydrogen electrolysis equipment in educational institutions as a part of process technology education will most likely be necessary. Due to the reactive nature of hydrogen, European ATEX-directives should be taken into consideration regarding both production and handling.

The aim of this study for Tampere University of Applied Sciences was to create material to help with safe demonstration of hydrogen electrolysis in the school laboratory. The objective was to gather information about industrial ATEX-practices and consider to which extent they can be applied when planning the operation of small-scale equipment in a school environment.

The theoretical section contained information about the industrial application of ATEX-directives as well as the chemical nature of hydrogen and the process conditions of electrolysis. The empirical part consisted of a preliminary assessment on the likelihood of an explosive atmosphere developing as well as a broader risk assessment using the HAZID-method.

The results from both studies indicated that the risk from the process equipment alone was not as high as the risk from improper use. Some preventative measures such as ventilation and the use of gas detectors were recommended along with a definitive assessment regarding the likelihood of an explosive atmosphere developing once defining process variables like hydrogen yield are known.