Warum Brandrauch brennbar ist

HERAUSFORDERUNG FÜR DIE FEUERWEHR Früher waren die Phänomene Backdraft und Flashover vielleicht überzogene Illusionen aus utopischen Katastrophenschutzfilmen. Heute sind sie im Feuerwehralltag schon harte Realität und halten viele unserer Führungskräfte in Atem. Und immer wieder hören wir, da und dort wäre es zu einem schlagartigen Ausbreitungsphänomeim Zuge eines Brandgeschehens gekommen. Doch nur die wenigsten dieser gefährlichen Ereignisse werden auch fachlich sauber dokumentiert. Außerdem herrschen über diesen Problemkreis viele Missverständnisse und Fehlmeinungen vor. BLAULICHT will Licht ins Dunkel dieses Meinungswirrwarrs bringeVon LFR Univ.-Lektor Dr. Otto Widetschek, Graz

Wollen sie mitreden? Dann lesen sie diese Dokumentation, in welcher wir die Phänomene Backdraft & Flashover erstmals unter Beachtung aller naturwissenschaftlich bekannten Fakten genauer unter die Lupe nehmen!

TEIL 3: WARUM BRANDRAUCH BRENNBAR IST: Um den Mechanismus eines Feuersprungs zu verstehen, müssen wir uns einige elementare Grundkenntnisse des Verbrennungsvorganges in Erinnerung rufen. Es ist eine Binsenweisheit: Ein Streichholz selbst brennt nicht, sondern wird durch den Zündvorgang thermisch so aufbereitet, dass brennbare Gase und Dämpfe entstehen. Erst diese brennen nun und erzeugen eine Flamme.

AM BEISPIEL EINER KERZE

Am Beispiel einer Kerze kann dies, wie folgt, genauer veranschaulicht werden. Man unterscheidet dabei dwichtige Flammenzonen:

Gaszone

Diese bildet sich um den Docht der Kerze. Sie stellt die Zone der thermischen Aufbereitung des Brennstoffes (hier: Paraffin-Moleküle = Kohlenwasserstoff-Verbindungdar und ist als dunkler Kern sichtbar. Hier herrschen Temperaturen zwischen 300 und 500 °C. Die Gaszone besitzt einen blauen Rand. Das ist die Zone der unvollständigen Verbrennung, da in diesem Bereich Sauerstoffmangel herrscht.

Glühzone

In der Glühzone werden die Brennstoff-Moleküle in Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) bzw. niedermolekulare Bruchstücke des Paraffins zerlegt. Der entstandene Kohlenstoff (Ruß) glüht charakteristisch und gibt dieser Zone ihren Namen.

Verbrennungszone

Sie stellt einen unsichtbaren Flammensaum dar (Sauerstoffüberschuss) in welchem Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) mit dem Luftsauerstoff (O) verbrannt werden. Hier herrschen Temperaturen bis 1.100 °C.

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Warum Brandrauch brennbar ist

AUCH DER RAUCH IST WICHTIG!

Was jedoch lange Zeit nicht mit der erforderlichen Sorgfalt beachtet wurde, ist der Brandrauch. Man wusste zwar, dass er äußerst giftig und ätzend sein kann und die Sicht der Einsatzkräfte vor allem bei Innenangriffen stört. Darüber hinaus aber machte man sich keine Gedanken. Zurück zu unserer brennenden Kerze: Es entsteht also nicht nur eine Flamme, sondern es ist - je nach Sauerstoffangebot - eine mehr oder weniger intensive Rauchentwicklung festzustellen. Indiesen Rauchgasen befinden sich neben Brandrauchaerosolen (Rußund diversen Verbrennungsprodukten auch teilweise verbrannte Substanzen (Pyrolyseprodukte) und unverbrannte Brennstoff-Moleküle. Dies ist grundsätzlich auch bei anderen brennbaren Stoffeso.

Feuer & Rauch: Am Beispiel einer Kerze

CHAOS-REAKTION

Ein Brand kann als „Chaosreaktion“ beschrieben werden, bei welcher der vorhandene brennbare Stoff in eine nicht unmittelbar überschaubare Zahl von Umwandlungsprodukten überführt wird. Der dabei entstehende physikalisch-chemische „stoffliche Cocktail“ kann in allen Einzelheiten nicht nachvollzogen werden. Der Verbrennungsvorgang läuft im Grunde nach folgender allgemeiner Formel ab:

Brennbarer Stoff + Luftsauerstoff > Verbrennungsprodukte + Energie

Ein Teil der Verbrennungsenergie wird für Pyrolyse- und Crackvorgänge verbraucht, bei denen die brennbare Substanz zu niedermolekularen Bruchstücken abgebaut wird. Letztere können wiederum in der Flammenhitze über Radikalmechanismen zu neuen Verbindungen weiterreagieren (De-Novo-Synthese).

EXPLOSIVE PYROLYSEPRODUKTE

Die wichtigsten Pyrolysegase und Kohlenmonoxid

Was für die Möglichkeit einer Rauchdurchzündung wichtigist: Die bei der Verbrennung entstehende Wärme kann Gaoder Dampfmoleküle in Abhängigkeit von der vorhandeneTemperatur mehr oder weniger spalten. Wenn dies unter Abwesenheit von Sauerstoff bzw. Sauerstoffmangel stattfindet, spricht man von einer Pyrolyse. Dabei werden, wie beim Erdöl, langkettige Moleküle gecrackt, wobei kurzkettige Pyrolysegase wie Methan, Ethan, Propan und Butan entstehen. Dieser Vorgang ist nicht nur bei Kunststoffen feststellbar, sondern in ähnlicher Weise auchbei Kohle und Holz. Damit hat man beispielsweise früher Stadtgas bzw. Holzgas erzeugt. Pyrolysegase werden bei Anwesenheit von Sauerstoff sofort vollständig verbrannt. Wenn jedoch ein Sauerstoffmangel eintritt, sind sie im Verein mit dem dann ebenfalls in verstärktem Maße gebildeten Kohlenmonoxid die beste Voraussetzung für eizündfähiges und sogar explosibles Brandgasgemisch.

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GEFÄHRLICHER RAUCHCOCKTAIL

Früher habe ich einmal, um die Toxizität des Brandrauches anschaulich zu beschreiben, das Bild des „Giftcocktails“ kreiert. Nach neueren Erkenntnissen muss diese Darstellung jedoch erweitert werden. Ich spreche nun von einem „gefährlichen Rauchcocktail“, in welchem sich folgende Hauptkomponenten befinkönnen:

Oxide und diverse flüchtige Verbrennungsprodukte (CO2, CO, SO2, NOX, HCN, HCl, NH3etc.). Diese Substanzen sind in erster Linie für die Toxizität des Brandrauches verantwortlich.

Pyrolyse(Crack)produkte, das sind durch thermische Spaltung unter Sauerstoffmangel erzeugte Substanzen (CH4, C2H6, C3H8, C4H10 etc.). Diese sind mit CO vor allem für die Brennbarkeit des Rauches zuständig.

Langzeitgifte (PAK, Dioxine, Furane etc.). Kontaminationsgefahr (Sanierungsmaßnahmen sind erforderlich)!

Brandaerosole, Ruß etc.

WIE EIN FLASHOVER ENTSTEHT!

Mit fortlaufender Zeit heizen sich die Rauchgase auf und werden durch die bis über 1.000 °C hohen Temperaturen im Deckenbereich thermisch aufbereitet (aus größeren Molekülen entstehen besser brennbkleinere Moleküle). Dann kommt bei Sauerstoffzufuhr die kritische Phase, in welcher bestimmte lokale Rauchgasströme zu brennen beginnen: Es bilden sich Flammenzungen, die sich an der Decke des Raumentlang schlängeln. Im Englischen spricht man von so genannten dancing angels (tanzenden Engeln). Daverbunden ist in der Regel ein plötzliches Entflammen von brennbaren Einrichtungsgegenständen (TischeSessel, Polstermöbel, Textilien etc.), wenn diese auf Zündtemperaturen von über 300 °C aufgeheizt sind (vor allem durch Rückstrahlung der heißen Brandgase ein). Jetzt sind alle Voraussetzungen für den Feuersprung (Flashover) gegeben: Die Rauchgase entzünden sich und die Einrichtungsgegenstände entflammen innerhalb kürzester Zeit. Dadurch entsteht eine Flammenwalze, vor der es kein entrinnen gibt

Der „Gefährliche Rauchcocktail“ kann auch brennen!

Durch vielfachen „Molekülbruch“ wird der Brandrauch brennbarer.

DAMOKLESSCHWERT BRANDRAUCH!

Zusammenfassend können wir daher sagen: Nicht die Stoffe selbst brennen, sondern die aus ihnen durchWärme austretenden Gas- bzw. Dampfmoleküle. Bei Holz, Textilien aber vor allem bei Kunststoffen könnelangkettige Moleküle freigesetzt werden, welche jedoch erst thermisch aufbereitet werden müssen. Weiterspielt auch der vorhandene Sauerstoffgehalt eine dominante Rolle, denn es kommt meist erst bei Luftzufuzum richtigen Gemisch. Dadurch zündet der Brandrauch auch nicht sofort, er schwebt jedoch wie ein explosives Damoklesschwert über den Köpfen unserer Einsatzkräfte, welche im Innenangriff ins Gebäude

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Warum Brandrauch brennbar ist

vorgehen. Daraus folgt aber eine wichtige Erkenntnis: Es kann bei Einsätzen in Bauwerken faktisch überaund zu jeder Zeit zu einer Rauchdurchzündung kommen! Um mit STS zu sprechen: Das „Böse“ ist immer überall!

Der Brandrauch ist brennbar (zu erkennen an den links und rechts

hochschlagenden Flammenzungen). Phänomen Flashover (schematische Darstellung).

Stand 2005 LITERATURHINWEISE

CIMOLINO U. u. a.: Atemschutz – Sicheres und effizientes Vorgehen, Suchverfahren, Notfalltraining, Kapitel 1.5 Brandbekämpfuim Innenangriff von SÜDMERSEN J.; Ecomed-Verlag, 4. Auflage, Landsberg, 2004.

Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft: Richtlinien zur Brandschadensanierung (VdS 2357); VdS SchadenverhüKöln, 2002.

MESSER GRIESHEIM, Gase-Handbuch, 3. Auflage, 1989.

WIDETSCHEK O.: Flashover – Herausforderung für die Feuerwehr; BLAULICHT, Heft 10/1996, Graz.

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