Was ist die minimale Zündenergie?

Die minimale Zündenergie (MIE) ist ein Maß für die niedrigste Energiemenge, die von einem elektrischen Funken übertragen wird, der einen dispergierten Kraftstoff oder eine andere brennbare Verbindung in der Luft entzündet. Bei MIE-Werten müssen die Bedingungen ideal sein, damit die Explosion stattfindet, aber ansonsten sind nur geringfügig höhere Zündwerte erforderlich, um das Gemisch zu entzünden. Der Funke, der in solchen Fällen eine Explosion verursacht, kann entweder von einer elektrostatischen Entladung (ESD) stammen, bei der ein latenter Unterschied im elektrischen Potenzial zwischen zwei Objekten in unmittelbarer Nähe besteht, oder er kann durch einen spannungsführenden Stromkreis verursacht werden, der einen Lichtbogen oder Kurzschluss erfährt Kreislaufentladungsereignis. Das Verständnis von verbrennungschemischen Prozessen, die zu Ereignissen mit minimaler Zündenergie führen, ist im Bereich der Brandbekämpfung sowie in Industrien, die die Speicherung und Verwendung flüchtiger Verbindungen beinhalten, wie zum Beispiel beim Betrieb von Flugzeugen, wichtig.

Flüchtige Brennstoffe und Lösungsmittel und andere Chemikalien, von denen bekannt ist, dass sie sehr niedrige Mindestzündenergiewerte aufweisen, umfassen Acetylen und Wasserstoff bei 0.017 Millijoule, Ethylen bei 0.08 Millijoule und Methan bei 0.3 Millijoule. Diese Chemikalien müssen in engen Räumen mit äußerster Vorsicht gehandhabt werden, da sie alle auch niedrige Verdampfungspunkte bei normalem atmosphärischem Druck und Temperatur aufweisen. Einer der teuersten und tödlichsten US-amerikanischen Verkehrsflugzeugabstürze, der Flug der TWA 800 12 Minuten nach dem Start von New York City, New York, im Juli 1996, wurde einer möglichen Explosion der minimalen Zündenergie im Treibstofftank des Mittelflügels zugeschrieben . Etwa 50 Gallonen (189 Liter) Flugbenzin, bekannt als Jet A, das zu dieser Zeit im Tank gelagert wurde, wurde durch Klimaanlagen direkt unter dem Tankbereich versehentlich erhitzt, wodurch ein Teil des Kraftstoffs verdampft wurde. Als das Flugzeug in die Höhe stieg, erhöhte der reduzierte Luftdruck die Verdampfung so weit, dass Überdruck und ein möglicherweise unbekannter Funkenzustand eine Explosion verursachten, die den Treibstofftank selbst zerbrach und das Flugzeug zerstörte.

Mehrere andere Arten von Verbindungen, die als Feinstaub in der Luft dispergiert werden, von pulverförmigen Metallen über Getreidemehl bis hin zu festen Brennstoffen wie Kohle und Schwefel, neigen ebenfalls zu niedrigen Mindestzündenergiewerten. Der MIE für Aluminium beträgt 15 Millijoule und Magnesium beträgt 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 bei einer zufälligen Mischung von Bodenrückständen auftreten, die in die Luft aufgewirbelt werden, wenn sie in einer beheizten Umgebung gut verteilt sind, mit der Möglichkeit, sich im Bereich von 0.2 Millijoule bis 10 Joule zu entzünden, wenn die Luftfeuchtigkeit unter 80 % liegt und die Umgebungstemperatur beträgt 59° bis 77° Fahrenheit (15° bis 25° Celsius).

Andere Verbindungen, von denen bekannt ist, dass sie niedrige minimale Zündenergiewerte aufweisen, die deutlich unter denen von 1 Millijoule liegen, umfassen Kraftstoffe vom Propantyp, Eisenstaub und Schwefelkohlenstoff. Diese niedrigen Werte sind signifikant im Vergleich zum Energieniveau, das von üblichen Funkenquellen erzeugt wird. Ein statischer elektrischer Funke entlädt typischerweise ungefähr 22 Millijoule Energie, und eine Zündkerze in einem Automobil entlädt ungefähr 25 Millijoule Energie bei jedem Verbrennungszyklus.