Brandgefährlich: Forschung für den Katastrophenschutz

„Die Anwohner werden gebeten, bis auf weiteres alle Türen und Fenster geschlossen zu halten. Der Grund: Großbrand im nahegelegenen Recycling-Hof.“ So oder so ähnlich ist es nicht selten aus dem Radio zu hören. Meldungen dieser Art lassen Prof. Dr.-Ing. Ulrich Krause aufhorchen. Er hat es genau vor Augen: Die Flammen schlagen aus einer riesigen Halde von brennbaren Materialien: Flüssigkeiten, Metalle, Kunststoffe, Autoreifen, Altbatterien – ein gefährliches, oft unberechenbares Gemisch. Dichte Rauchwolken hängen über dem Gelände. Diese Szenarien kennt der Experte für Anlagentechnik und Anlagensicherheit nur zu genau. Am Institut für Apparate- und Umwelttechnik der Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik beschäftigt er sich unter anderem mit dem Brandverhalten von Feststoffschüttungen, mit Brandsimulationen sowie natur- und ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen des vorbeugenden und abwehrenden Brandschutzes.


Ingenieure sorgen für mehr Sicherheit von Einsatzkräften

In seinem aktuellen Forschungsprojekt AERIUS untersucht Professor Krause, wie durch den richtigen Einsatz des alternativen Löschmittels Druckluftschaum ausgedehnte Großbrände schnell und sicher unter Kontrolle zu bringen sind. Großbrände von Deponien, Treibstofflagern, Energiespeichern, Autoreifen oder großen Lachen brennbarer Flüssigkeiten können katastrophale Folgen haben: Die Rettungskräfte sind stark gefährdet, giftige Stoffe gelangen in die Umwelt, der materielle Schaden geht oft in die Millionen. Deshalb betrachten die Wissenschaftler neben der Löschwirkung auch die Sicherheit der Einsatzkräfte und die Einflüsse auf die Umwelt.

Neu ist das alternative Löschverfahren mit Druckluftschaum nicht. Der mit komprimierter Luft versetzte Löschschaum wurde bereits in den 1930er Jahren entwickelt und auch schon in der Praxis eingesetzt. „Wir wissen, dass sich einige Brände offensichtlich mit Druckluftschaum wesentlich effizienter löschen lassen als mit herkömmlicher Schaumausbringung. Wir wissen aber nicht genau, warum“, stellt Professor Krause fest. „Empirische Beobachtungen belegen trotz der Reduzierung der spezifischen Wärmekapazität von Druckluftschaum auf etwa ein Drittel derer von Wasser für viele Brände einen besseren Löscherfolg. Unser Forschungsprojekt AERIUS soll diese Erfahrungen mit belastbaren Daten unterlegen.“

AERIUS wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung im Programm „Forschung für die zivile Sicherheit“ mit 1,7 Millionen Euro bis Juni 2018 gefördert. „Alternatives Löschmittel Druckluftschaum – komplexe Großschadenslagen vermeiden“ ist der offizielle Titel des Projekts AERIUS, für das sich Verbundkoordinator Professor Krause die Partner Berliner Feuerwehr, Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e. V. (vfdb) Lippetal und die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin gesucht hat. Assoziierte Partner kommen aus der Industrie.

Brandexperten sind ständig auf der Suche nach Löschverfahren, die schneller und sicherer als Wasser und herkömmlicher Löschschaum besonders großflächige Brände eindämmen. Was macht das besondere öffentliche Interesse am Projekt AERIUS aus? „Ein ganz wesentlicher Faktor ist die Verbesserung der Sicherheit der Einsatzkräfte. Durch die neue Anwendungstechnik des Druckluftschaums versprechen wir uns höhere Wurfweiten des Löschstrahls, das heißt, es kann aus größerer Entfernung gelöscht werden“, erläutert Professor Krause. „Das können durchaus bis zu 100 Meter sein. Die Einsatzkräfte sind also der Strahlungswärme deutlich weniger ausgesetzt.


Wissenschaftler nehmen die Schaumblasen unter die Lupe

Zudem wird das Brandgut besser abgedeckt als mit Wasser und damit vom Luftsauerstoff getrennt. Der Schaum bleibt länger haften, auch an abschüssigen Flächen. Druckluft- Löschschaum besteht aus Wasser und 0,2 bis 0,5 Prozent Schaummittel. „Vergleichbar dem Spüli im Abwaschwasser bringt es das Löschwasser zum Schäumen“, verdeutlicht der Wissenschaftler. Auf Einsatzfahrzeugen gibt es dafür eine spezielle Mischkammer, in der mittels eines Kompressors das Wasser-Lösungsmittel-Gemisch mit Druckluft versetzt wird. „Dadurch entstehen viel mehr luftgefüllte Blasen. Auf einen Volumenanteil Wasser kommen sieben Teile Luft. Dass der Brand schneller gelöscht wird, könnte nun am größeren Volumen des Druckluft-Löschschaums und der daher größeren Abdeckung des Brandherdes liegen oder an der niedrigeren Temperatur des Schaums“, führt Professor Krause aus. Deshalb nehmen die Wissenschaftler die Zellgröße der Schaumblasen genau unter die Lupe und untersuchen deren Stabilität. Wie lange bleibt der Schaum erhalten und wie lange deckt er den Brand ab? Und noch einem anderen Gesichtspunkt widmen sie sich: den technischen Eigenschaften, welche die Strahlrohre haben müssen, um die Druckluftschäume optimal auf die Brände auszubringen.


Künstliche Brände als Testobjekte

Foto vom Versuchsaufbau

In 90 Experimenten werden unter genau kontrollierten Bedingungen Holzstapel, später Stapel mit zusätzlichen Kunststoff anteilen, entzündet und dann gelöscht. Eine erste Versuchsreihe mit Modellbränden lief im Juni dieses Jahres in den speziell ausgestatteten Experimentierräumen des Instituts für Brand- und Katastrophenschutz in Heyrothsberge. Das waren Miniaturbrände mit einer hohen Reproduzierbarkeit, bei denen das Löschmittel in immer genau definierten Mengen und den gleichen Abläufen auf den Brand aufgegeben wurde. Ausbreitung, Temperaturen und auftretende Komponenten des Rauchgases wurden vermessen und werden in den kommenden Monaten analysiert. Der zeitliche Verlauf von Masseverlustrate und Wärmefreisetzungsrate ist während der Versuchsreihen dokumentiert worden, um die optimale Applikationsrate zu ermitteln, das heißt, wie viel Druckluftschaum, auf das Volumen bezogen, auf den Brand auszubringen ist. Daraus kann dann unter anderem auch abgeleitet werden, wie viel Löschmittel die Löschfahrzeuge an Bord haben müssen. Anhand der Versuchsergebnisse erarbeiten die Magdeburger Wissenschaftler mathematische Modelle auf strömungsmechanischen Grundlagen, um die Vorgänge beim Löschen im Druckluftschaum simulieren zu können.

Die Auswertung der Versuche im kleinen Maßstab bildet die Grundlage für Experimente unter Realbedingungen. In einer nächsten Versuchsphase werden die in Heyrothsberge durchgeführten Modellversuche unter vergleichbaren Bedingungen und Parametervariationen im Untersuchungsfeld im Maßstab von 1:5 bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin nachgestellt. „Je größer die Brände, desto schwieriger die Reproduzierbarkeit“, weiß Professor Krause. „Das ist eine Herausforderung, denn im nächsten Jahr soll das Löschverfahren von der Berliner Feuerwehr bei Realbrandversuchen angewendet werden.“


Die Umwelt darf nicht vergessen werden

Neben der Sicherheit der Feuerwehreinsatzkräfte ist ein ganz entscheidender Aspekt der Untersuchungen im Projekt AERIUS der Umweltschutz. Brandgase enthalten in der Regel giftige Stoffe. Je schneller also ein Brand eingedämmt ist, desto weniger Rauchgase gelangen in die Umwelt und desto geringer ist die Belastung beispielsweise für Anwohner und Anwohnerinnen. Und einen zweiten positiven Effekt des neuen Löschverfahrens für die Umwelt möchten die Magdeburger Wissenschaftler nachweisen: Weniger Wasseranteil im Löschmittel führt zur Einsparung von Löschwasser, denn Druckluftschaum enthält nur einen Bruchteil Wasser. Und gelangt weniger Löschwasser in den Boden, gelangen mit ihm unter anderem auch weniger giftige Stoffe in Boden und Grundwasser. Eine erste Umweltbilanz zum Einsatz der Druckluftschaum-Löschtechnik erarbeitet die Magdeburger Arbeitsgruppe derzeit. Weniger Löschwasser hat aber auch einen nicht zu vernachlässigenden volkswirtschaftlichen Nutzen: geringere Versicherungsschäden. Oft sind die wirtschaftlichen Verluste durch Löschwasser größer als durch den eigentlichen Brand.

Immer wieder führen Großbrände zu unvorhergesehenen Ereignisketten mit verhängnisvollen Konsequenzen. Brandbekämpfer müssen deshalb bestens auf ihren Einsatz in diesen komplexen Szenarien, insbesondere bei Großbränden, vorbereitet sein. „Die Ergebnisse unserer Forschungen werden zu konkreten Empfehlungen für die Brandbekämpfung mit Druckluftschäumen“, schildert Prof. Dr.-Ing. Ulrich Krause. „Für die unterschiedlichen Schadensszenarien, wie Brände von Tanklagern, Recycling-Höfen, Chemikalienlagern oder Hochspannungsleitungen, werden die Löschwirkungen von Druckluftschaum untersucht, Einsatztaktiken abgeleitet und Handlungshilfen definiert. Die Daten fließen sowohl in Merkblätter der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e. V. als auch in eine DIN-Spezifikation zur Anwendung von Druckluftschäumen ein. Sie sollen Grundlage für die Ausbildung von Feuerwehrleuten sein und auf Fachtagungen und Weiterbildungsveranstaltungen werden sie den aktiven Rettungskräften vorgestellt.“

 

Ines Perl


Wussten Sie schon, dass ...

 

Icon1 - Wussten Sie schon, dass ...  ... 2006 im Industriegebiet Magdeburg-Rothensee in einem Recycling-Unternehmen auf einer Fläche von 7.500 m2 mehrere Tage lang Kunststoff-Pressballen brannten? Die Magdeburger Feuerwehr war mit drei Löschfahrzeugen und ca. 70 Kräften im Einsatz. Zur Brandbekämpfung wurden Schaum und Gel eingesetzt. Um sicherzustellen, dass alle Glutnester gefunden wurden, musste die Halde abgetragen und das brennende Material in kleinen Mengen einzeln gelöscht werden. 

Icon 2 - Wussten Sie schon, dass ...  ... alle zwei Minuten in Deutschland ein Brand gemeldet wird? Fast 400 Menschen sterben jährlich an den Folgen von Feuer (Stand 2013). Wenn es brennt, sollte sofort unter der Notrufnummer 112 die Feuerwehr verständigt werden. Kleine Brände sollten am besten mit einer Löschdecke selbst gelöscht werden. Wenn es brennt, Fenster und Türen schließen, damit kein frischer Sauerstoff an das Feuer kommt und der Rauch nicht in die Fluchtwege gelangt.

Icon 3 - Wussten Sie schon, dass ...  ... drei Faktoren im richtigen Mischungsverhältnis vorhanden sein müssen, damit ein Feuer brennen kann: Brennstoff, Sauerstoff und Wärme (Entzündungstemperatur)? Brandbekämpfung beruht darauf, dem Brand eine oder mehrere seiner Grundvoraussetzungen zu entziehen: den brennbaren Stoff entfernen bzw. den Nachschub an Brennstoff unterbinden, den brennenden Stoff beispielsweise mit Wasser unter seine Zündtemperatur abkühlen und/oder den Sauerstoff durch einfaches Abdecken mit einer Decke oder Überziehen mit einer luftundurchlässigen Schicht, beispielsweise Schaum, vom brennbaren Stoff fernhalten.

Icon 4 - Wussten Sie schon, dass ...  ... Brände zur Klassifizierung entsprechend der Europäischen Norm EN2 in fünf Brandklassen eingeteilt werden? Sie richten sich nach dem brennenden Stoff und sind wichtig für die Auswahl der richtigen Löschmittel durch die Feuerwehr. Brandklasse A steht für Brände von festen Stoffen, hauptsächlich organischer Natur. B sind Brände von flüssigen oder flüssig werdenden Stoffen. C beschreibt Brände von Gasen und D von Metallen. Die Brandklasse F steht für Brände von Speiseölen und –fetten.

Letzte Änderung: 19.11.2018 - Ansprechpartner: Webmaster