Vetyräjähdys

Vetyräjähdys on tilanne, jossa kaasuuntunut vety räjähtää hallitsemattomasti yhtyessään happeen. Sitä ei pidä sekoittaa vetypommin räjähdykseen, jossa tapahtuu ydinfuusio.

Vedyn ja ilman sekoitus räjähtää hyvin pienillä energioilla, kymmenesosalla siitä, mitä tarvitaan bensiini–ilma-seoksen räjähtämiseen. Jopa staattisen sähkön aiheuttama näkymätön kipinä ihmisen yllä olevissa keinokuituvaatteissa voi aiheuttaa räjähdyksen.

Räjähdysvaara lyijyakkua ladatessa

Täyteen latautunutta lyijyakkua yliladatessa suljetussa tilassa latausvirta alkaa hajottaa vettä hapeksi ja vedyksi. Nämä lisäävät suljetun akun sisällä painetta ja kun kaasut pääsevät ulos akusta, suljetun tilan happi- ja vetypitoisuudet voivat kasvaa vetyräjähdyksen mahdollistamiin pitoisuuksiin.

Sula rauta ja vesi

Rauta sulaa 1 538 °C lämpötilassa. Jos sulan raudan päälle joutuu vettä, se höyrystyy välittömästi ja rauta kaappaa vedeltä hapen vapauttaen vetyä, joka räjähtää.

$\mathrm {Fe+H_{2}O\longrightarrow \ FeO+H_{2}}$

Tätä rauta-vesihöyry reaktiota käytti ranskalainen kemisti Antoine Lavoisier vuonna 1784 todistaakseen veden koostuvan vedystä ja hapesta. Kokeessaan hän käytti punahehkuun kuumennettua tykin piippua.

Termiitin palaessa ~2 500 °C lämpötilassa tapahtuu reaktio

$\mathrm {Fe_{2}O_{3}+2\ Al\longrightarrow 2\ Fe+Al_{2}O_{3}}$

joka vapauttaa sulaa rautaa. Reaktion tuottama lämpöenergia riittää katkaisemaan vesimolekyylien sisäiset sidokset, joten palavaan termiittiin lisätty vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi, kiihdyttäen reaktiota. Veden lisääminen saattaa myös aiheuttaa seoksen räjähtämisen.

Vetyräjähdys ydinvoimalassa

Mark 1-kiehutusvesireaktorin kaaviokuva. SPF = käytetyn polttoaineen säilytysallas; RPW = reaktoriyksikkö; Ydinpolttoaine vaaleanpunaisella.

Vetyräjähdyksen tarvitsemaa vetyä voi muodostua ydinvoimalassa, jos reaktorin tai käytetyn polttoaineen varastoaltaan jäähdytysjärjestelmä pettää. Tällöin reaktorin tai käytettyjen polttoainesauvojen jälkilämpö kiehuttaa vettä pois ja vedenpinta laskee. Kun polttoainesauvat paljastuvat, ne kuumentuvat entisestään. Polttoaine on ydinvoimaloissa zirkoniummetallisten putkien sisällä. Niiden kuumentuessa ne alkavat hapettua, eli zirkoniumetalli hajottaa vesimolekyylin kaapaten hapen ja vapauttaen vedyn. Kun vedyn osuus ilmasta nousee tarpeeksi, tapahtuu vetyräjähdys.

$\mathrm {Zr+2\ H_{2}O\longrightarrow \ ZrO_{2}+2\ H_{2}}$

Tämä eksoterminen reaktio on hidas alle 1 000 °C lämpötiloissa, mutta nopeutuu lämpötilan noustessa korkeammalle . Vetyräjähdyksiä pyritään estämään poistamalla vetyä suojarakennuksesta rekombinaattoreilla.

Aiheesta muualla

• Hydrogen Safety Pdf (englanniksi)