Was ist die minimale Zündenergie?
Die Mindestzündenergie (Minimum Ignition Energy, MIE) ist ein Maß für die niedrigste Energiemenge, die von einem elektrischen Funken übertragen wird, der einen dispergierten Kraftstoff oder eine anderweitig brennbare Verbindung in Luft entzündet. Die Bedingungen müssen ideal sein, damit die Explosion mit MIE-Werten stattfindet. Es können jedoch nur geringfügig höhere Zündwerte erforderlich sein, um das Gemisch ansonsten zu zünden. Der Funken, der in solchen Fällen eine Explosion verursacht, kann entweder von einer elektrostatischen Entladung (ESD) herrühren, bei der eine latente Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei Objekten in unmittelbarer Nähe besteht, oder von einem stromführenden Stromkreis, der einen Lichtbogen oder Kurzschluss erfährt Schaltkreisentladungsereignis. Das Verständnis der verbrennungschemischen Prozesse, die zu minimalen Zündenergieereignissen führen, ist sowohl im Bereich der Brandbekämpfung als auch in Branchen wichtig, in denen flüchtige Verbindungen gespeichert und verwendet werden, beispielsweise beim Betrieb von Flugzeugen.
Flüchtige Kraftstoffe und Lösungsmittel sowie andere Chemikalien, von denen bekannt ist, dass sie sehr niedrige Mindestzündenergiewerte aufweisen, umfassen Acetylen und Wasserstoff mit 0,017 Millijoule, Ethylen mit 0,08 Millijoule und Methan mit 0,3 Millijoule. Diese Chemikalien müssen auf engstem Raum mit äußerster Sorgfalt gehandhabt werden, da sie bei normalem atmosphärischem Druck und normaler Temperatur auch niedrige Verdampfungspunkte aufweisen. Einer der kostspieligsten und tödlichsten US-Verkehrsluftunfälle, der Flug der TWA 800 im Juli 1996, 12 Minuten nach dem Start in New York City, New York, wurde auf eine mögliche Explosion der Mindestzündenergie im Treibstofftank des Mittelflügels zurückgeführt . Ungefähr 50 Gallonen (189 Liter) Flugkraftstoff, der als Jet A bekannt ist und zu diesem Zeitpunkt im Tank aufbewahrt wurde, wurden versehentlich von Klimaanlagen direkt unter dem Tankbereich erwärmt, die einen Teil des Kraftstoffs verdampften. Mit zunehmender Höhe des Flugzeugs erhöhte der verringerte Luftdruck die Verdunstung bis zu dem Punkt, an dem Überdruck und ein möglicherweise unbekannter Funkenzustand eine Explosion verursachten, die den Kraftstofftank selbst zersplitterte und das Flugzeug zerstörte.
Einige andere Arten von Verbindungen, die als Feinstaub in der Luft dispergiert sind, von pulverförmigen Metallen über Getreidemehl bis hin zu festen Brennstoffen wie Kohle und Schwefel, weisen ebenfalls niedrige Mindestzündenergiewerte auf. Die MIE für Aluminium beträgt 15 Millijoule und für Magnesium 40 Millijoule. Kohle reicht von einem Wert von 30 bis 60 Millijoule und Mehl auf Getreidebasis entzündet sich bei 240 Millijoule. Eine Staubexplosion kann sogar mit einer zufälligen Mischung von Bodenresten auftreten, die in die Luft gespült werden, wenn diese in einer erwärmten Umgebung gut verteilt sind. Bei einer Luftfeuchtigkeit unter 80% besteht die Gefahr einer Entzündung in einem Bereich von 0,2 Millijoule bis 10 Joule. und die Umgebungstemperatur beträgt 59 ° bis 77 ° Fahrenheit (15 ° bis 25 ° Celsius).
Andere Verbindungen, von denen bekannt ist, dass sie niedrige Mindestzündenergiewerte haben, die deutlich unter denen von 1 Millijoule liegen, umfassen Brennstoffe vom Propantyp, Eisenstaub und Schwefelkohlenstoff. Diese niedrigen Werte sind signifikant im Vergleich zum Energieniveau, das aus üblichen Funkenquellen erzeugt wird. Ein statischer elektrischer Funken entlädt typischerweise ungefähr 22 Millijoule Energie, und eine Zündkerze in einem Automobil entlädt ungefähr 25 Millijoule Energie mit jedem Verbrennungszyklus.