Explosionsfähige Atmosphären: Drohnenflug, wo ein einziger Funke tödlich sein kann

Eine Explosion braucht drei Dinge zugleich: Brennstoff (brennbares Gas, Dampf oder Staub), Sauerstoff und eine Zündquelle. Ein Gas brennt nur, wenn es in einem bestimmten Bereich mit Luft gemischt ist (zwischen der unteren und der oberen Explosionsgrenze, UEG und OEG). In einer Anlage lassen sich Brennstoff und Sauerstoff nicht vollständig ausschließen, deshalb beruht die Sicherheit darauf, Zündquellen fernzuhalten. Eine Drohne ist ein Bündel von Zündquellen.

Die internationale Normenreihe IEC 60079 und die EU-ATEX-Richtlinien stufen Orte danach ein, wie oft und wie lange eine explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist: Zone 0/1/2 für Gase, Zone 20/21/22 für Stäube. Japan verwendet dasselbe Konzept und nennt die Gaszonen 0種場所, 1種場所 und 2種場所. Jede Zone legt fest, welches Explosionsschutzniveau eingebrachte Betriebsmittel erfüllen müssen.

Zu den Schutzarten gehören Eigensicherheit (Ex i), die die Energie im Stromkreis unter die Zündschwelle des Gases begrenzt; druckfeste Kapselung (Ex d), die eine innere Explosion einschließt; und Überdruckkapselung (Ex p), die das Gehäuse mit sauberer Luft füllt. Betriebsmittel müssen außerdem zur Gasgruppe (IIA/IIB/IIC) und zu einer maximalen Oberflächentemperatur (Temperaturklasse T1–T6) passen. In Japan müssen explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, grundsätzlich eine Bauartprüfung (型式検定) bestehen.

Explosionsfähige Atmosphären begegnen Ihnen rund um Anlagenteile in Prozessanlagen, an Flanschen und Ventilen von Anlagenrohrleitungen, in und auf den Dächern von Lagertanks, in Kanalisationen, wo sich Methan und Schwefelwasserstoff sammeln, und in Bergwerken mit Methan und Kohlenstaub. All das sind Orte, die für Menschen gefährlich sind – weshalb Drohnen dort gewünscht sind – und zugleich Orte, an denen die Vorbereitung vor dem Einflug einer Drohne am aufwendigsten ist.

• Zuerst die Zonenzeichnung besorgen: Legen Sie die Flugroute über die Zonenzeichnung (Einteilung explosionsgefährdeter Bereiche) des Betreibers. Start, Landung und Akkuwechsel finden immer in nicht explosionsgefährdeten Bereichen statt.
• In den Arbeitsfreigabeschein aufnehmen: Eine Drohne wird oft wie das Einbringen einer Zündquelle oder elektrischer Betriebsmittel behandelt. Tragen Sie Fluggerät, Akkus, Flugbereich und Zeit in den Freigabeschein ein und fliegen Sie erst nach der Genehmigung.
• Gas vor dem Einflug, während des Flugs und bis zum Ende messen: Messen Sie brennbares Gas (in % der UEG), Sauerstoff sowie Schwefelwasserstoff oder Kohlenmonoxid. Viele Standorte stellen nach eigenen Standards die Arbeit ein, wenn brennbares Gas einen festgelegten Anteil der UEG (z. B. 10 %) überschreitet.
• Abbruchkriterien zuerst festlegen: Wo landet das Fluggerät, wenn ein Gasalarm ertönt? Planen Sie die Bergung eines akkubetriebenen Fluggeräts, das innerhalb einer Zone niedergeht.
• Akkus im Griff behalten: Verwenden Sie nie beschädigte oder aufgeblähte Packs, laden Sie außerhalb der Ex-Zonen und rechnen Sie bei jedem abgestürzten Akku mit einem thermischen Durchgehen.

In Japan beschränken das Arbeitsschutzgesetz (Industrial Safety and Health Act) und seine Verordnung elektrische Betriebsmittel an explosions- oder brandgefährdeten Orten, und explosionsgeschützte Betriebsmittel unterliegen der Bauartprüfung. Für den Drohneneinsatz in petrochemischen Komplexen und ähnlichen Anlagen haben die Fire and Disaster Management Agency, das Ministry of Health, Labour and Welfare und das Ministry of Economy, Trade and Industry gemeinsam Leitlinien herausgegeben (Erstausgabe 2019, Ver3.0 im Jahr 2022), die den Umgang mit explosionsgefährdeten Bereichen und die Betriebsbedingungen regeln. Außenflüge unterliegen zusätzlich den luftfahrtrechtlichen Flugregeln. Prüfen Sie die Verfahren für Luftfahrt, Arbeitsschutz und Feuerwehr (Gefahrstoffe) jeweils gesondert.

In Europa decken die ATEX-Richtlinien sowohl Geräte (2014/34/EU) als auch Arbeitsstätten (1999/92/EG) ab; international betreibt IECEx ein Zertifizierungssystem für explosionsgeschützte Betriebsmittel. Verwandt: Sauerstoffmangel & giftige Gase, enge Räume, Hitze, Vorschriften weltweit.

• Flugfähige explosionsgeschützte Drohnen: Akku, Motoren und Funk in eigensicherer oder druckfester Kapselung sprengen das Gewichts- und Flugzeitbudget; nur wenige Fluggeräte haben eine Zertifizierung erreicht.
• In laufenden Zone-0/1-Bereichen: Der Wunsch, ohne Abschaltung hineinzuschauen, ist groß, doch Abschalten und Gasfreimachen bleiben die Regel.
• Verzögerung und Verzerrung bei Gasmesswerten: Detektoren brauchen Zeit zum Ansprechen, und der Propellerwind verwirbelt das Gas. Ort und Zeitpunkt der Messung stimmen daher nicht unbedingt mit Ort und Zeitpunkt des Fluggeräts überein.
• Bergung nach einem Absturz: Wer holt ein Fluggerät zurück, das in einer Ex-Zone abstürzt, und wie? Viele Anlagen haben dafür noch kein Verfahren.

Leichte eigensichere Akkus und Elektronik sind praxistauglich geworden, und zertifizierte Fluggeräte drehen Routinerunden über Zone-2-Bereichen. Sie tragen Gasdetektoren; finden sie ein Leck, ziehen sie sich selbstständig aus der Zone zurück und melden Ort und Konzentration an die Betreiber. Nur in Zone-0-Tanks bleibt die Regel „abschalten, entleeren, zuerst messen“ – und eine so klare Linie ist genau das, was Menschen schützt. Das ist der Ausblick der Redaktion.