Lucht: Levensgevaarlijk! (Deel 1)

Lucht: van levensbelang of levensgevaarlijk?

Dat wij als mens überhaupt kunnen leven in een atmosfeer die uit lucht bestaat is op zijn minst opmerkelijk te noemen. Wat dat betreft heeft de evolutie een bijzondere taak verricht. Lucht bestaat, zoals waarschijnlijk bekend, uit ongeveer 79% stikstof (door chemici aangeduid met de molecuulformule N2) en 21% zuurstof (O2). Laat dit voor de mens nou net twee levensgevaarlijke moleculen zijn! Het is uitsluitend deze uitgebalanceerde verhouding die het voor de mens ongevaarlijk maakt of zelfs onontbeerlijk. Elke (minimale) verandering in de verhouding tussen deze twee gassen geeft een aanzienlijk risico. In de chemische industrie wordt veelvuldig gebruik gemaakt van deze twee gassen, maar ook hier geldt, alleen in een heel specifieke verhouding. Aangezien het zulke normale gassen zijn worden de gevaren ervan vaak onderschat of zelfs niet onderkend, zeker als er routinematig mee wordt gewerkt. Ik vind het daarom van (levens)belang om uit te leggen wat die gevaren dan inhouden. In deze blog zal ik zuurstof belichten, in een volgende blog stikstof.

De functionaliteit van zuurstof

Zuurstof wordt gebruikt in een oxidatieproces, in de volksmond ook wel verbranding genoemd. Indien ijzer roest, reageren de ijzeratomen met zuurstof uit de lucht tot het bruine ijzeroxide. In feite verbrandt het ijzer dus (heel langzaam). Organismen gebruiken ook zuurstof uit de lucht om suikers (glucose) te verbranden en daarmee energie op te wekken. Even in eenvoudige “Jip en Janneke” chemische taal:

Suiker + O2 → H2O + CO2 + Energie

Voor de niet chemici onder ons: H2O is water en CO2 is kooldioxide. Hierbij komt energie vrij; voor de mens om te kunnen bewegen, ademhalen, na te denken enzovoort. In de chemische industrie kan je suiker vervangen door brandstof. De reactiewarmte wordt gebruikt om processen op te warmen voor chemische reacties en scheiding zoals destillatie et cetera.

De risico’s van zuurstof

Zodra de concentratie aan zuurstof in de lucht toeneemt, stijgt het risico op brandgevaar aanzienlijk. In dit filmpje is te zien wat er gebeurt als iemand zijn kleding met een ontstekingsbron in aanraking komt in een zuurstofrijke atmosfeer. Helaas zijn er toch regelmatig incidenten te betreuren waarbij mensen omkomen door brand in zuurstofrijke omgevingen. De eerst geplande bemande vlucht naar de maan is zo’n voorbeeld: bij een test voor de Apollo 1, die als eerste raket voor dit doel ingezet zou worden, ontstond op 21 januari 1967 in de cabine, die 100% zuurstof bevatte, een brand. Alle drie de bemanningsleden kwamen om. In de industrie zijn ook diverse incidenten te betreuren geweest in zuurstofrijke omgevingen: in of bij fabrieken die zuurstof produceren of bij bijvoorbeeld laswerkzaamheden waar zuurstof wordt gebruikt. Waar niet bij stil wordt gestaan is dat er ook mensen zijn die medische zuurstof toegevoerd krijgen en die daarnaast gewoon een sigaret opsteken (ik kan het me niet voorstellen, last van je ademhaling en dan ook nog een sigaret opsteken, maar goed ze schijnen te bestaan). Sterker nog, het volgende Amerikaanse filmpje laat zien dat er aanzienlijk veel mensen zijn die dit doen.

Mocht je iemand kennen die extra zuurstof krijgt toegediend en ook rookt, weet je wat je te doen staat.

Zuurstof in de industrie

In chemische plants  (= fabrieken) waar zuurstof wordt geproduceerd gelden strenge eisen waaraan een installatie moet voldoen, qua ontwerp, installatie en bediening. Om die reden zijn de risico’s in dit soort fabrieken beperkt. Nog even kort een stukje  procestechnologische achtergrond: Indien de zuurstof wordt geproduceerd, wordt het vaak ook vaak via een compressor op druk gebracht om het vervolgens via een pijpleiding bij het proces af te leveren. De juiste selectie van het materiaal van de apparaten en de leidingen is essentieel voor een veilige plant. Pure zuurstof mag gerust door een goedkope stalen buis stromen, mits de druk en de snelheid niet te hoog zijn. Indien er hogere snelheden in de leiding of apparaten voorkomen, wordt roestvast staal (duurder dan staal) of een speciale legering zoals Monel (peperduurder dan staal) toegepast. Het punt is dat bij hogere drukken en snelheden in stalen apparatuur minuscuul kleine ijzerdeeltjes vrijkomen die spontaan, explosief, gaan branden. Als dat eenmaal brand gaat de rest vanzelf mee (je zou kunnen zeggen dat de apparatuur explosief snel roest), met alle gevolgen van dien. Dit fenomeen heet in goed Nederlands impingement en is bij de bedrijven die met zuurstof werken (als het goed is) bekend. Het klinkt logisch, maar toch blijft het goed opletten. Ik heb een keer in een plant ontdekt dat er een klep verroest was, terwijl deze in een roestvast stalen systeem zou moeten zitten. Als het net nieuw is zie je namelijk niet makkelijk of iets van staal, roestvaststaal of Monel is, zeker niet als de schilder net is langs geweest.

Nu ik een tipje van de sluier heb opgelicht over de gevaren van zuurstof, tenslotte nog even een filmpje van iemand die mijn blog niet heeft gelezen (maar wel de Nobelprijs voor onwaarschijnlijke wetenschap heeft gewonnen en het wereldrecord heeft gevestigd in het snelst aansteken van een barbecue: …2 seconden)

De meest opwindende uitspraak in de wetenschap die wijst op nieuwe ontdekkingen, is niet “Eureka!” (“Ik heb het gevonden!”), maar “Dat is grappig…” Isaac Asimov

…een volgende keer de gevaren van stikstof

0 antwoorden

Plaats een Reactie

Meepraten?
Draag gerust bij!

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *