Πόσο επικίνδυνα είναι τα οχήματα υδρογόνου για τις οδικές σήραγγες;

Μια ομάδα από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Γκρατς ανέλυσε τον κίνδυνο και τη δυνατότητα ζημιάς των οχημάτων υδρογόνου σε σήραγγες και εξήγαγε συστάσεις. Το συμπέρασμά τους; Οποιαδήποτε ζημιά θα ήταν εκτεταμένη, αλλά η εμφάνισή της είναι απίθανη.
Εκτός από τα ηλεκτρικά οχήματα, τα οχήματα που κινούνται με υδρογόνο θεωρούνται επίσης ως εναλλακτική λύση στα συμβατικά οχήματα. Ωστόσο, η αύξηση του αριθμού τέτοιων αυτοκινήτων με κυψέλες καυσίμου (ηλεκτρικά οχήματα κυψελών καυσίμου – FCEV) θα οδηγούσε επίσης σε εντελώς νέα σενάρια κινδύνου, ειδικά σε σήραγγες. Στο έργο HyTRA, το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Γκρατς (TU Graz) διερεύνησε ποιοι τύποι περιστατικών που αφορούν οχήματα με υδρογόνο σε σήραγγες είναι ρεαλιστικοί, ποιοι κίνδυνοι προκύπτουν για τους ανθρώπους και τη δομή της σήραγγας και ποια μέτρα μπορούν να ληφθούν για την ελαχιστοποίηση αυτών των κινδύνων. Το έργο χρηματοδοτήθηκε από την Αυστριακή Υπηρεσία Προώθησης Έρευνας (FFG), το Ομοσπονδιακό Υπουργείο Προστασίας του Κλίματος, Περιβάλλοντος, Ενέργειας, Κινητικότητας, Καινοτομίας και Τεχνολογίας (BMK) και την ASFINAG.
Μικρή πιθανότητα εμφάνισης, μεγάλη πιθανότητα ζημιάς
Δεν υπάρχουν ουσιαστικά εμπειρικά δεδομένα για πραγματικά ατυχήματα που αφορούν οχήματα που κινούνται με υδρογόνο σε σήραγγες λόγω του χαμηλού μεριδίου κυκλοφορίας τους μέχρι σήμερα. Ως εκ τούτου, μόνο μια πρόχειρη εκτίμηση της πιθανότητας εμφάνισης θα μπορούσε να γίνει με βάση την εμπειρία με οχήματα που κινούνται με φυσικό αέριο, η οποία έδειξε χαμηλή πιθανότητα. Συγκριτικά, η πιθανή έκταση της ζημιάς αναλύθηκε με μεγάλη λεπτομέρεια με βάση πειράματα από το έργο HyTunnel-CS της ΕΕ, το οποίο ολοκληρώθηκε το 2022. Λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας του υδρογόνου και της υψηλής πίεσης στην οποία αποθηκεύεται, τα FCEV έχουν πολύ μεγάλη πιθανότητα ζημιάς.
Σύμφωνα με το ισχύον πρότυπο, το υδρογόνο αποθηκεύεται στα αυτοκίνητα σε πίεση 700 bar και στα φορτηγά και τα λεωφορεία στα 350 bar. Εάν συμβεί ζημιά σε μια δεξαμενή, απελευθερώνεται γρήγορα μεγάλη ποσότητα ενέργειας. αν το υδρογόνο πιάσει φωτιά, καίγεται σε θερμοκρασίες άνω των 2000 βαθμών Κελσίου. Αν και τα ρεζερβουάρ είναι πολύ στιβαρά και καλά προστατευμένα από μηχανικές κρούσεις, δεν αντέχουν σε σύγκρουση από πίσω με φορτηγό. Αυτό το σενάριο θα πρέπει επομένως να αποφευχθεί όσο το δυνατόν περισσότερο.
Τρία σενάρια κινδύνου
Το πιο πιθανό αποτέλεσμα ενός ατυχήματος στο οποίο εμπλέκεται ένα FCEV είναι ότι δεν θα υπάρξει σημαντική επίδραση από το υδρογόνο. Ωστόσο, τρία διαφορετικά σενάρια κινδύνου μπορούν να συμβούν σε περίπτωση σοβαρών ατυχημάτων.
Στην πρώτη περίπτωση, η συσκευή εκτόνωσης θερμικής πίεσης (TPRD) ενεργοποιείται όταν η πίεση αυξάνεται ως αποτέλεσμα θερμικής πρόσκρουσης (π.χ. πυρκαγιά οχήματος), απελευθερώνοντας το υδρογόνο από τη δεξαμενή με ελεγχόμενο πίδακα. Αυτό διατηρεί την πίεση σε ένα ορισμένο επίπεδο και αποτρέπει τη ρήξη της δεξαμενής. Εάν το εκφορτισμένο υδρογόνο αναφλεγεί – κάτι που μπορεί εύκολα να συμβεί όταν αναμιχθεί με αέρα –, η φλόγα κατευθύνεται προς το έδαφος. Ωστόσο, παραμένει επικίνδυνο γιατί το υδρογόνο καίγεται χωρίς χρώμα ή οσμή, αλλά η επικίνδυνη ζώνη είναι περιορισμένη.
Σύμφωνα με το δεύτερο σενάριο, εάν το TPRD αποτύχει, η δεξαμενή μπορεί να εκραγεί, δημιουργώντας ένα κύμα έκρηξης που εξαπλώνεται σε ολόκληρη τη σήραγγα. Έως περίπου. 30 μέτρα υπάρχει κίνδυνος θανάτου, έως περίπου. 300 μέτρα υπάρχει κίνδυνος σοβαρών εσωτερικών τραυματισμών όπως αιμορραγία στους πνεύμονες και πιο μακριά υπάρχει ακόμη κίνδυνος ρήξης των τυμπάνων.
Το τρίτο σενάριο είναι το λιγότερο πιθανό. Εμφανίζεται όταν το υδρογόνο απελευθερώνεται χωρίς να αναφλεγεί. Ως το ελαφρύτερο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα, το υδρογόνο ανεβαίνει και συλλέγεται σε ένα σύννεφο κάτω από την οροφή της σήραγγας. Εάν υπάρχει μια πηγή ανάφλεξης εκεί (π.χ. καυτές λυχνίες ή μια ηλεκτρική πηγή που ενεργοποιεί έναν ανεμιστήρα), ακολουθεί έκρηξη νέφους υδρογόνου, η οποία προκαλεί επίσης ένα κύμα έκρηξης.
Λιγότερη ταχύτητα και επαρκής απόσταση
«Οι έρευνές μας έδειξαν ότι αν και τα σενάρια κινδύνου που αφορούν οχήματα υδρογόνου είναι σχετικά απίθανα, ενέχουν μεγάλες πιθανότητες ζημιάς. Οι σύγχρονες δεξαμενές υδρογόνου κατασκευάζονται τόσο με ασφάλεια που πρέπει να πάνε πολλά στραβά για να διαφύγει το υδρογόνο», λέει ο Daniel Fruhwirt από το Ινστιτούτο Θερμοδυναμικής και Βιώσιμων Συστημάτων Προώθησης στο TU Graz. «Επιπλέον, η υποδομή μεταφορών στις αυστριακές σήραγγες πληροί πιθανώς τις πιο αυστηρές απαιτήσεις στην Ευρώπη. Δεδομένου ότι έχουμε μόνο έναν χειριστή για όλες τις σήραγγες αυτοκινητοδρόμων και αυτοκινητοδρόμων, το επίπεδο ασφάλειας είναι επίσης πολύ ομοιογενές. Όσον αφορά τις υποδομές, δεν υπάρχει σχεδόν κανένας κίνδυνος ζημιάς στη δομή της σήραγγας, αλλά τα ατυχήματα θα ήταν επικίνδυνα για τους ανθρώπους».
Για την ελαχιστοποίηση των κινδύνων, ο Daniel Fruhwirt και η ομάδα του έργου του έχουν προτείνει διάφορα μέτρα.
Μεταξύ αυτών είναι:
• Αυστηρότερα όρια ταχύτητας που παρακολουθούνται με ηλεκτρονικά μέσα
• Ακριβείς έλεγχοι απόστασης που ενημερώνουν τους οδηγούς που ακολουθούν ένα όχημα υδρογόνου
• Όρια ταχύτητας που εμφανίζονται νωρίτερα σε ένα μποτιλιαρίσματα, έτσι ώστε η ταχύτητα να είναι ήδη αρκετά χαμηλή όταν ένα όχημα φτάνει στην ουρά του μποτιλιαρίσματος και να προκληθούν μόνο μικρές ζημιές σε περίπτωση οπίσθιας σύγκρουσης.
«Αυτό που έχει ήδη εφαρμοστεί στα περισσότερα κράτη μέλη της ΕΕ ως αποτέλεσμα των σοβαρών γεγονότων στα τέλη της δεκαετίας του 1990 και στις αρχές της δεκαετίας του 2000, είναι ότι όλες οι σήραγγες σε αυτοκινητόδρομους και αυτοκινητόδρομους μήκους άνω των 500 μέτρων είναι σήραγγες με δύο ξεχωριστές οδεύσεις και γενικά δεν χρησιμοποιούνται πλέον μονές σήραγγες με αμφίδρομη κυκλοφορία. Αυτό μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο», εξηγεί ο Daniel Fruhwirt.