Dieser Artikel behandelt die wichtigsten Aspekte der Staubexplosionsgefahr wie:

Zündung

Ein brennbarer Stoff, der aus feinen Partikeln besteht, wie zum Beispiel Mehl, Zucker oder Kohlenstaub, kann sich aufwirbeln und mit der Luft vermischen. Es entsteht eine nebelähnliche Staubwolke, die explosiv sein kann. Manchmal handelt es sich auch um ein hybrides Gemisch. In diesem Fall hat sich die Staubwolke mit einem brennbaren Gas vermischt. Hybride Gemische sind besonders gefährlich. Sie können bereits bei niedrigen Konzentrationen explodieren. Hybride Gemische sind zudem leicht entzündlich und die Reaktion ist oft sehr heftig. Ein Beispiel ist Sojabohnestaub, bei dem der Sojabohnestaub mit Hexan vermischt wird, das aus der Soja freigesetzt wird.

Wenn eine Staubwolke entsteht, beispielsweise beim Entladen von Schüttgut, vermischt sich der Staub mit der Luft. Das Staub-Luft-Gemisch kann entzündet werden und eine Staubexplosion verursachen. Die Druckwelle, die aus dieser Explosion entsteht, lässt oft noch mehr Staub aufwirbeln, der wiederum mit der Luft vermischt wird. Dies kann dann zu einer sogenannten „sekundären“ Druckwelle führen. Die sekundäre Druckwelle ist oft noch stärker als die „primäre“ Explosion. Dieser Mechanismus kann mehrmals hintereinander auftreten.

Durch die Staubexplosion kann auch ein Brand im Staub entstehen, der nicht an der Explosion teilgenommen hat oder im Material, aus dem der Staub stammt.

Um eine Staubwolke zu entzünden, ist mindestens eine bestimmte Energiemenge erforderlich. Dies wird als minimale Zündenergie bezeichnet. Eine Staubwolke kann entzündet werden, wenn sie mit einer heißen Oberfläche in Kontakt kommt. Die niedrigste Temperatur einer vertikal stehenden Oberfläche, um eine Staubwolke zu entzünden, wird als minimale Zündungstemperatur bezeichnet.

Für die Verbrennung von brennbaren Stoffen ist Sauerstoff erforderlich. Normalerweise wird dieser Sauerstoff aus der Luft entnommen. Unter einer bestimmten Menge an Staub ist es nicht möglich, das Staub-Luft-Gemisch zu entzünden. Das Gemisch ist dann zu mager. Diese Grenze wird als „untere Explosionsgrenze“ bezeichnet, auch Low Explosion Level (LEL) genannt, mit der Einheit g/m³. Für viele organische Stoffe liegt diese untere Explosionsgrenze im Bereich von 50 g/m³ bis 100 g/m³. Wenn der genaue Wert nicht bekannt ist, geht man oft davon aus, dass Explosionsgefahr bei einem LEL von über 20 g/m³ besteht.

Wenn sich eine Staubschicht auf einer warmen Oberfläche absetzt, kann eine Zündung auch bei einer deutlich niedrigeren Temperatur als der LEL stattfinden. Die niedrigste Temperatur, bei der dies möglich ist, wird als Glimmtemperatur bezeichnet. Diese Glimmtemperatur wird für eine 5 mm dicke Staubschicht auf einer warmen Platte festgelegt. Eine dickere Staubschicht kann bei noch niedrigeren Temperaturen entzündet werden. Vor dem Glimmen kann auch Schwelbrand in einer Staubschicht auftreten. Dies führt dazu, dass die Temperatur in der Staubschicht steigt und die Glimmtemperatur und/oder der LEL schneller erreicht werden.

Theoretisch ist es auch möglich, dass das Staub-Luft-Gemisch zu viel brennbaren Staub enthält. In diesem Fall handelt es sich um ein zu reiches Gemisch. Dies wird auch als Ultimate Explosion Level (UEL) bezeichnet. Über der UEL würde eigentlich keine Explosion mehr auftreten, aber da Staub-Luft-Gemische im Allgemeinen nicht homogen sind, gibt es in der Staubwolke oft Bereiche, die unter der UEL-Grenze liegen. In diesen Bereichen kann dann doch eine Explosion auftreten.

Brand, Glimmen und Schwelbrand sind indirekte Ursachen für eine Zündung und eine Explosion. Elektrische Ströme, elektrostatische Aufladung und mechanische Mechanismen können Funken verursachen, die direkt ein Staub-Luft-Gemisch zur Explosion bringen. Die relevantesten Zündquellen für Staubexplosionen sind heiße Oberflächen, Flammen, Selbstentzündung, mechanische Funken, Schweißfunken, elektrische Installationen und statische Elektrizität.

Im Hinblick auf die Explosivität hat ein Gas-Luft-Gemisch andere Eigenschaften als ein Staub-Luft-Gemisch. Ein Gas-Luft-Gemisch mischt sich besser und ist homogener als ein Staub-Luft-Gemisch. Bestimmend für die Zündung eines Gas-Luft-Gemisches sind der Durchfluss des brennbaren Gases, die Dichte des Gases und die vorhandene Belüftung. Ein Staub-Luft-Gemisch kann nur dann explosiv werden, wenn es turbulent mit der Luft vermischt wird. Außerdem stellt eine Staubschicht eine latente Gefahr dar. Zu einem „beliebigen“ Zeitpunkt kann der Staub aufwirbeln und eine explosive Staubwolke bilden.