Waterstofauto in parkeergarage

Algemene beschrijving

Onder een appartementencomplex bevindt zich een parkeergarage met parkeerplaatsen voor de bewoners van het appartementencomplex. De parkeergarage is enkellaags en ligt voor een deel in de grond (halfverdiept). Een van de bewoners is in het bezit van een waterstofauto en parkeert deze in de ondergrondse parkeergarage. De benzineauto die naast de waterstofauto geparkeerd staat, wordt in brand gestoken. Door warmtestraling ontbranden de banden van de waterstofauto, waardoor deze ook in brand komt te staan (‘traveling fire’). De thermische beveiligingen (TPRD) op de waterstoftanks worden een voor een geactiveerd en met tussenpozen komt bij iedere tank de inhoud ervan vrij. De vrijgekomen waterstof ontsteekt meteen, waardoor waterstoffakkels ontstaan die aan de achterzijde onder de waterstofauto uitkomen. De fakkels werken in op de betonnen vloer van de parkeergarage.

Effecten

Fakkel

Bij een waterstoffakkel die ontstaat na het activeren van een TPRD, komt in enkele minuten tijd zeer veel energie in de vorm van warmte vrij*. Het brandvermogen is sterk afhankelijk van de TPRD-diameter (zie ook: Fire and explosion hazards of alternative fuel vehicles in tunnels en Deliverable 1.2 HyTunnel – Report on hydrogen hazards and risks in tunnels and similar confined spaces), maar zal snel afnemen doordat de druk, en dus de hoeveelheid vrijkomend gas, snel afneemt. Beginwaardes van zo’n 25 – 29 MW zijn mogelijk. Ter vergelijking: het brandvermogen van één auto is gemiddeld 4 à 5 MW en van twee auto’s kan dat oplopen tot 10 MW (zie ook: Distribution analysis of the fire severity characteristics of single passenger road vehicles using heat release rate data en Modern vehicle hazards in parking structures and vehicle carriers). Een groot deel van de warmte die vrijkomt bij het verbrandingsproces blijft echter in de waterstoffakkel zitten, waardoor overdracht van warmte bij een waterstoffakkel eerder plaatsvindt door rechtstreeks contact met een object, dan door warmtestraling naar de omgeving (zie ook: Hydrogen Fuel Cell Electric VehicleTunnel Safety Study).

Een waterstoffakkel duurt bij een volle tank enkele minuten, maar de lengte van de fakkel neemt snel af doordat de druk in de waterstoftank afneemt. Dit is te zien in Figuur 1 voor een onbelemmerde uitstroom uit een horizontaal gerichte TPRD. In werkelijkheid is de TPRD naar beneden gericht, al dan niet onder een hoek van 30 of 45 graden (zie Figuur 5).

NB.
*Als de TPRD faalt, zal de waterstoftank exploderen. De druk in de tank neemt weinig toe, omdat het polymere omhulsel van een waterstoftank warmte slecht geleid. De waterstoftank faalt omdat het polymere omhulsel degradeert onder invloed van warmte waardoor het zijn sterkte verliest. Dit scenario zal beschreven worden als het Scenarioboek aangevuld wordt met nieuwe scenario’s (zie ook: Waterstofincidenten in besloten ruimtes).

In een parkeergarage wordt de uitstroom belemmerd door de botsing van de waterstoffakkel met de vloer, waardoor deze maximale lengte niet bereikt zal worden. Hierdoor neemt de uitstroomsnelheid af en in combinatie met het stijgend vermogen van het waterstof in de waterstoffakkel, zal de fakkel zich ook naar boven richten.

Betonspat

Beton geleidt warmte niet goed. Als een betonnen constructie van een parkeergarage echter lang genoeg wordt aangestraald door brand, kan deze zo heet worden dat stukken beton afbreken. Dit wordt betonspat genoemd. Betonspat wordt veroorzaakt door het uitzetten van vocht in het beton waardoor grote spanningen ontstaan (zie ook: Spatmechanisme nader geanalyseerd). In het slechtste geval komt de wapening bloot te liggen en kan de sterkte van de constructie worden aangetast.

Een waterstoffakkel zal een betonnen obstakel kortdurend verwarmen, waardoor de mate van opwarming minder groot is dan als het obstakel langdurig verwarmd wordt zoals bij een autobrand. Experimenten laten zien dat bij waterstoffakkels de mate van betonspat beperkt is tot de eerste 3 cm en dat betonnen constructies hierdoor niet verzwakt of vervormd worden (zie ook: Deliverable D4.4 Results of the deferred experimental programme and associated activities). Deze resultaten moeten gezien worden als een eerste indicatie, omdat bij de experimenten de betonnen monsters niet mechanisch belast zijn.

Figuur 90 op pagina 106, uit het rapport Deliverable D4.4 Results of the deferred experimental programme and associated activities, laat de temperatuurmetingen op en in een betonmonster tijdens en na aanstraling door een waterstoffakkel zien. Gegevens waterstoftank: 700 bar, 49 L, 2 mm TPRD. De afstand tussen de uitstroomopening en het betonmonster wordt op basis van foto’s in het rapport geschat op zo’n 20 cm.

Een waterstoffakkel zal van zichzelf dus niet leiden tot verregaande betonspat, maar dat kan wel optreden als een (benzine- en/of de waterstof)auto brandt. Een betonnen constructie kan dan lang genoeg aangestraald en opgewarmd worden (> 30 minuten) waardoor scheurtjes in het beton ontstaan en mogelijk ook betonspat.

Als een waterstofauto in brand staat, kunnen meerdere waterstoffakkels ontstaan. Deze fakkels kunnen na elkaar branden, maar ook tegelijkertijd. Dit hangt af van de ligging van de TPRD’s op de waterstoftanks ten opzichte van de brand in de waterstofauto. Verwacht wordt dat een betonnen constructie ook onder deze omstandigheden niet verzwakt of vervormd wordt. Hiervoor is de tijdsduur van aanstraling te kort en daarnaast stralen de waterstoffakkels het beton elk op een andere plek aan (‘hotspots’). Geschat wordt dat de afstand tussen de hotspots minimaal 50 cm is, omdat de TPRD’s zo ver uit elkaar zitten.

Dit is te zien in het opengewerkte interieur van de Toyota Miray. De TPRD’s zijn verwerkt in het installatie-onderdeel aan de kopse kant van de gele waterstoftanks. De TPRD van de voorste tank is naar beneden gericht; die van de middelste tank schuin naar achteren.

Kans van optreden

De volgende gebeurtenissen zijn nodig om een waterstoffakkel te krijgen:

1. Een brand dicht bij een waterstofauto in een parkeergarage. In dit scenario is uitgegaan van een brand in een benzineauto die naast de waterstofauto geparkeerd staat;
2. De TPRD van de waterstoftank in de waterstofauto wordt geactiveerd door de warmte die afkomt van de brand in de waterstofauto. De TPRD faalt niet.

Gebeurtenis 1.

Jaarlijks zijn er in Nederland zo’n 5.000 autobranden (zie Tabel 1). Omdat er nog te weinig data beschikbaar zijn van branden met waterstofauto’s wordt aangenomen dat de kans dat een waterstofauto in brand raakt niet groter is dan die voor een benzine- of dieselauto (de aanname is gebaseerd op expert judgement van de onderzoekers van het NIPV, omdat er nog te weinig data is over branden met waterstofauto’s). Ook is niet bekend hoeveel van deze branden in parkeergarages plaatsvonden.
Er van uit gaande dat alle branden in parkeergarages autobranden waren en dat steeds maar één voertuig bij de brand betrokken was, wordt het aandeel geschat (aannames hierbij zijn dat alle branden in parkeergarages autobranden waren en dat steeds maar één voertuig bij de brand betrokken was) op 5 tot 50 autobranden per jaar (zie ook: Beantwoording vragen van de leden Beckerman en Laçin (beiden SP) over brandgevaar in parkeergarages en onder woningen en The fire safety of car parks – Focussing on structural damage en Modern vehicle hazards in parking structures and vehicle carriers).
De kans dat een auto in brand raakt in een parkeergarage, varieert dan van 5,2 x 10^-7 tot 5,2 x 10^-6 per jaar. Deze cijfers komen overeen met gegevens uit Nieuw-Zeeland over de periode 2005 – 2012 (zie ook: Development of fire scenarios for car parking buildings using risk analysis).
Voor een normcommissie van de NEN is onderzocht wat de kans op een brand in een parkeergarage is. Over de periode 2006 – 2016 bleek deze kans 7,1 x 10^-7 per m² te zijn (zie ook: The fire safety of car parks – Focussing on structural damage).

Tabel 1 Data voor afleiding van de jaarlijkse kans dat een auto in brand raakt

*Zie ook: Aantal autobranden blijft stijgen en Aantal autobranden daalt voor het eerst in jaren in 2021.
**Betreft aantal personenauto’s en lichte bedrijfsauto’s, zie ook: Aantal motorvoertuigen, 1990-2021.

Gebeurtenis 2.

In de literatuur zijn nauwelijks gegevens bekend over de betrouwbaarheid van een TPRD (zie ook: Protocol aanpassing rekenmethodieken Externe Veiligheid). Daarom wordt vaak gebruikgemaakt van gegevens die afkomstig zijn van veiligheidssystemen die qua werking overeenkomen met die van een TPRD. Voorbeelden hiervan zijn:

• Waarschijnlijkheid van functioneren van TPRD is 0,999 per aanspraak op basis van gegevens uit de procesindustrie (zie ook: Handleiding Risicoberekeningen Bevi). De werking van de TPRD wordt vergeleken met die van een automatisch inbloksysteem. Dat is een systeem waarbij de detectie van het lek en het sluiten van de inblokafsluiters automatisch plaatsvindt. Actie van een operator is niet nodig.
• Waarschijnlijkheid van functioneren van TPRD is 0,994 per aanspraak op basis van gegevens voor breekplaten (zie ook: The EU FireComp project and risk assessment of hydrogen composite storage applications using bow-tie analysis);
• Waarschijnlijkheid van functioneren van TPRD is minimaal 0,9 per aanspraak op basis van gegevens uit experimenten, zekerheid van 94 % (zie ook: Risk Assessment of hydrogen fuel cell electric vehicles in tunnels).

Zelfredzaamheid en handelingsperspectief

Aanwezige personen in de parkeergarage zijn na het ontstaan van de autobranden en de fakkelbrand op zichzelf en/of op anderen aangewezen. Snel reageren is bevorderlijk, waarbij vluchten de voorkeur heeft. Dit kan onder dekking van objecten als muren. Schuilen in een parkeergarage is af te raden, gezien de rookontwikkeling (zie ook: Brandbestrijding in ondergrondse parkeergarages).

Randvoorwaarden

Onderstaande factoren beïnvloeden de mate van zelfredzaamheid en zijn locatie-afhankelijk.

Het verloop van het ongevalsscenario:

• Het volledig uitbranden van een auto duurt 45-60 minuten.
• Een waterstoffakkel duurt bij een volle waterstoftank minder dan drie minuten en de fakkel zal snel in lengte en intensiteit afnemen.

Herkenbaarheid van het scenario:

• Een waterstofauto is aan de buitenkant niet als zodanig herkenbaar.
• Een autobrand is direct waarneembaar voor de aanwezigen in de parkeergarage.
• De brand van de waterstofauto verhevigt op het moment dat de TPRD zich opent en waterstof vrijkomt.
• De waterstoffakkel zorgt (kortstonding) voor veel geluid, wat het scenario waarneembaar maakt.

Tijdens experimenten is gezien dat waterstoffakkels die op beton of op geteerd wegdek branden, een oranje-achtige gloed hebben. De gloed is niet afkomstig van verbrande deeltjes omdat er dan zwarte rook te zien zou moeten zijn (zie ook: Deliverable D4.4 Results of the deferred experimental programme and associated activities).

Mate van bewustzijn van de gevaren:

• Intuïtief weten mensen dat ze niet te dicht bij een brand moeten komen.
• Weinig mensen kennen de gevaren van waterstof.

Gesteldheid van personen:

• Minder valide mensen zijn mogelijk niet in staat te vluchten.
• Mensen kunnen uit nieuwsgierigheid naar de brand gaan.
• Mensen kunnen naar de brand gaan om deze proberen te blussen.

Aanwezige voorzieningen:

• Mogelijkheden om van de bron af te vluchten.

Optreden multidisciplinaire hulpverlening

Brandweer, geneeskundige zorg, politie en gemeente starten hun reguliere taken als omschreven in de algemene informatie behorende bij dit scenarioboek. Voor dit scenario zijn onderstaande aspecten van belang.

Brandweerzorg

Relevante factoren

Aangenomen wordt dat de brand in de benzineauto opgemerkt wordt door mensen of door veiligheidssystemen die de brandweer alarmeren. Het bestrijden van een brand in een parkeergarage is om een aantal redenen moeilijk voor de brandweer (zie ook: Brandbestrijding in ondergrondse parkeergarages).

• Het zicht kan beperkt zijn door de rook.
• Door de rook is de brand lastig te lokaliseren.
• De hittebelasting in een parkeergarage is groot.
• De aanvalswegen zijn lang.
• Communicatiemiddelen kunnen wegvallen.
• Het is onzeker of de constructie van de parkeergarage het houdt.

Redding en bestrijding

De brandweer kan door het slechte zicht niet goed zien of een alternatief voortgedreven voertuig (waterstofauto, elektrische auto) betrokken is bij een brand in een parkeergarage. De brandweer kan pas een inzet plegen als hier duidelijkheid over is. Bij een brand in of bij een waterstofauto komt daar nog bij dat de brandweer rekening moet houden met het ontstaan van één of meerdere waterstoffakkels (zie ook: Aandachtskaart Bestrijding incidenten – Voertuigbrand met H₂.  

De fakkelbrand van dit scenario is van korte duur en bedreigt de parkeergarage en de mogelijke gebouwlagen erboven zelf veel minder dan een brand van de waterstofauto of de brand in de naastgelegen benzineauto. Doordat er sprake is van een ‘traveling fire’, is er geen sprake meer van een standaardbrand in een parkeergarage.

De brandweer moet ter plaatse de afweging maken of een inzet verantwoord is en in hoeverre mensen gered of geëvacueerd kunnen worden. Hiervoor bestaat echter (nog) geen procedure. Als een inzet niet veilig gedaan kan worden, zal de brandweer de parkeergarage niet betreden en de brand aldaar niet actief bestrijden. De nadruk voor de brandweerzorg komt dan te liggen op het voorkomen van branduitbreiding, het veilig stellen van de omgeving en op het blussen van secundaire branden.

Als een inzet wel mogelijk wordt geacht, zal de brandweer ervoor moeten zorgen dat effecten geminimaliseerd worden (rookverspreiding, opwarmen van de bouwconstructie) en dat de werkcondities verbeterd worden (zicht en temperatuur).

Capaciteit

Op voorhand is niet te zeggen welke inzet nodig is bij een brand in een parkeergarage. Dit hangt af van de aanwezigheid van bebouwing boven de parkeergarage, de aanwezigheid van voorzieningen en de aanwezigheid van alternatief voortgedreven voertuigen. Als een inzet naar de mening van de brandweer veilig gedaan kan worden, is de aanwezigheid van een specialistisch peloton nodig. Dat peloton bestaat uit één extra Officier van Dienst (OvD) en uit onder andere een blusrobot, ventilatoren en een extra (dedicated) tankautospuit (zie ook: Brandbestrijding in ondergrondse parkeergarages). Tabel 2 geeft enkele interventiemogelijkheden.

Tabel 2 Interventiemogelijkheden bij een brand in een parkeergarage

Tabel 2 is een ingekorte versie van de tabel die in het rapport ‘Brandbestrijding in ondergrondse parkeergarages’ staat. Er kunnen voorwaarden en omstandigheden zijn waardoor de inzetstrategie anders wordt dan in Tabel 2 voorgesteld (zie ook: Brandbestrijding in ondergrondse parkeergarages).

Inzettijd

• Als een brand in een parkeergarage bestreden wordt, is het verstandig dat de meldkamer na 30 minuten een sein aan de OvD geeft. Dit is voor de OvD het signaal om te kijken of de inzet succesvol is, dan wel of er moet worden opgeschaald naar een specialistische inzet;
• Na 90 minuten kan de meldkamer nogmaals de OvD een seintje geven. Dit moet voor de OvD een trigger zijn om te kijken of er moet worden opgeschaald naar het scenario ven een parkeergarage in brand.

Optreden politie

• In het gunstigste geval kan de politie zorgen voor het ontruimen van bovengelegen woningen, bedrijven en/of winkels. In andere gevallen is deze taak voor de brandweer, waardoor opschaling met een basispeloton brandbestrijding noodzakelijk kan zijn (zie ook: Brandbestrijding in ondergrondse parkeergarages);
• Afzetten van in- en uitgangen van de parkeergarage.

Maatregelen

Kansbeperkend

• Beperken van de kans op brandstichting (cameratoezicht, toegangspassen).
• Detectiesysteem (H2-meter, CO-meter die kruisgevoelig is voor H2).

Effect en gevolgbeperkend

• Uitbreiding van brand beperken door:
  • De aanwezigheid van een automatisch sprinklersysteem.
  • Het vergroten van de onderlinge afstand tussen geparkeerde auto’s.
• Beschermen van beton tegen betonspat door*:
  • Toepassen van brandwerende beplating of spuitwerkkleding.
  • Toevoegen van polypropyleenfibers aan het beton.
• Vergroten inzetmogelijkheden brandweer door**:
  • Ventilatie.Centrale afschakelmogelijkheid.
  • Aanwijzen van parkeerplekken voor alternatief aangedreven voertuigen, bijvoorbeeld op basis van de bereikbaarheid voor de brandweer of op basis van het beperken van effecten.

NB.
*Een sprinkler zal betonspat – als rechtstreeks gevolg van de waterstoffakkel – waarschijnlijk niet voorkomen of beperken. Het koelend vermogen van de waterdruppels dicht bij de fakkel is daarvoor te klein (zie ook: Final report on analytical, numerical and experimental studies on fires, including innovative prevention and mitigation strategies).
**Zie ook: Brandveiligheid van parkeergarages met elektrisch aangedreven voertuigen.

Voorbeeld

Het NIPV heeft geen beeld en/of filmmateriaal gevonden van een waterstoffakkel in een parkeergarage.