Softwaregestützte Berechnung von Schadstoffausbreitungen in der Luft

Giftstoffe in der Atmosphäre ­schädigen Mensch und Natur. Nach einer Aufnahme über die Atemwege oder die Haut reicht die Bandbreite beim Menschen von einer reinen ­Geruchsbelästigung bis hin zur ­Gesundheitsgefährdung mit Todesfolge. Mit einer Software von ­Vomatec lässt sich der Bereich ­ermitteln und in einer Wolken­darstellung anschaulich darstellen, wie sich die Schadstoffe verbreiten.

Nicht immer gehen Gefährlichkeit und geruchliche Wahrnehmung Hand in Hand. Für die Gefährlichkeit entscheidend sind neben Toxizität und Persistenz des freigesetzten Stoffes vor allem Konzentration und Dauer der Luftverschmutzung. Bei einer Ausbreitung von bestimmten Giftstoffarten in der Atmosphäre kann es auch zu nennenswerten Schädigungen von Werkstoffen und hochwertigen Materialien (Metalloberflächen, Gebäudefassaden) kommen. Ursache von schädlichen Luftbeimengungen können neben Gefahrstoffunfällen unter anderem auch Großbrände sein.

Der Wind trägt die Schadstoffe in Abhängigkeit von der Windstärke rasch weiter. Zu einer radikalen Durchmischung kommt es außerdem durch Temperaturunterschiede in den verschiedenen Schichten der Atmosphäre. Am Boden freigesetzte Schadstoffe können dadurch leicht in große Höhen transportiert werden.

Vorausberechnung der Schadstoff­freisetzung
Wie lässt sich aber der gefährdete Bereich nach einem Unfall oder Brand mit Schadstofffreisetzung schnell ermitteln? Vor Ort durchführbare, softwaregestützte Vorausberechnungen sind hier die Lösung. Voraussetzung ist dabei eine leichte Handhabbarkeit des Computerprogramms und ein rasch vorliegendes ungefähres Berechnungsergebnis, das anschließend durch Messungen verifiziert wird. Die Messtrupps vor Ort können der Einsatzleitung mit einem derartigen Werkzeug einen aktuellen Überblick über den Gefährdungsgrad geben. Der weitere Einsatz kann auf dieser Grundlage effektiv geplant und durchgeführt sowie angemessene Maßnahmen zügig eingeleitet werden.

Als Basis für aussagekräftige Berechnungen müssen fundierte Informationen zu den chemischen Eigenschaften des Stoffes und ein Mindestmaß an aktuellen Umgebungsdaten vorliegen. Je genauer die Berechnungen zu einer Schadstoffausbreitung sein sollen, desto mehr Umgebungsparameter müssen zur Verfügung stehen. Hierzu zählen unter anderem Geländeerhebungen, Gebäude, unterschiedliche Luftströmungen in verschiedenen Höhen und dergleichen. Diese Parameter sind häufig nicht schnell verfügbar. Im Sinne der Praktikabilität ist einer ungefähren aber zeitsparenden Berechnung der Vorzug zu geben.
Eine Auswahl umfangreicher und detaillierter Stoffdatenbanken ist erhältlich. Angaben zu Eigen­schaften chemischer Stoffe wie Grenzwerte und molare Masse sind hier auf einem aktuellen Stand der Wissenschaft. Über Informationen zum ausgetretenen Stoff verfügt möglicherweise auch die zuständige Leitstelle. Relevante Umgebungsparameter wie Windstärke und -richtung oder auch Menge und derzeitiger Zustand des freigesetzten Stoffes (tiefkaltes Gas, Brand etc.) können für die Berechnungen am Einsatzort oder von der Leitstelle aus ermittelt und eingegeben werden.

Anschauliche Wolkendarstellung
Eine besonders anschauliche Darstellungsform der Berechnungsergebnisse ist eine Wolke mit Begrenzungspunkten, die entsprechend durchgeführter Messungen auf den tatsächlichen Sachverhalt angepasst werden können. Die Software könnte dann sowohl zur Berechnung als auch zur Dokumentation der Schadstoffausbreitung dienen. Der Verlauf ließe sich am besten mit Hilfe einer „Schnappschuss"-Funktion dokumentieren durch die jederzeit Bilder mit den Stoff- und Umgebungsdaten als Datei mit Zeitstempel gespeichert werden können und beispielsweise für einen Versand per E-Mail zur Verfügung stehen.

Eine Wolkendarstellung ohne Bezugsgröße ist aber wertlos. Raster, Maßstabsanzeigen und Längenangaben machen die Ausdehnung der Wolke erst sichtbar. Wenn Landkarten und Stadtpläne hinterlegt sind, können die Wolken nicht nur in ihrer Ausdehnung berechnet, sondern auch auf der Karte ausgerichtet werden. Die Aussagekraft der Darstellung wird nochmals erhöht durch das Einfügen der Messpunkte und der gemessenen Werte in die Grafik. Sinnvoll ist dabei die Einführung von Messpunktkategorien, wie z. B. „Messpunkt geplant", „Messpunkt negativ" und „Messungen unterhalb der Grenzwerte" usw. Eine farbliche Kennzeichnung erleichtert die schnelle Einschätzung der Lage nach Gefährdungsgrad.

Die Berechnungsergebnisse für die Verteilung des Schadstoffes in gesundheitsgefährdender Konzentration sind im Übrigen nicht immer identisch mit den Vorausberechnungen für die geruchliche Wahrnehmbarkeit. Für bestimmte Stoffarten sollten daher entsprechend zwei Wolkenausdehnungen parallel angezeigt werden.

Im Einsatz bei der Feuerwehr Werl
Die Freiwillige Feuerwehr Werl arbeitet bereits seit einigen Jahren mit einer entsprechenden Software. Installiert auf dem Messleitfahrzeug des Kreises Soest dient Vomatec SSA bei Gefahrstoffunfällen zur Berechnung von Schadstoffausbreitungen und zur Lagedarstellung von Messeinsätzen. Die Software kommt auch in der Ausbildung zum Einsatz. „Aus unserem Messleitlehrgang ist Vomatec SSA nicht mehr wegzudenken. Zweimal pro Jahr wenden 30 Feuerwehrleute in dem 14-tägigen Kurs das Softwareprogramm an und erlernen so die Grundlagen der softwaregestützten Messleitung", so der Stadtbrandinspektor und Wehrleiter der FF Werl Herr Karsten Korte.

Ein besonderer Pluspunkt für die Feuerwehr ist die einfache Handhabung des Programms. „Dank der übersichtlichen Bedienoberfläche und der durchdachten Struktur genügt eine kurze Einweisung der Anwender und es gibt auch in Stresssituationen während der Einsätze keine Unsicherheiten", berichtet Herr Korte aus seinen Erfahrungen.

Bewährung bei Gefahrgutunfall
Unter Beweis gestellt wurde dies unter anderem bei einem Gefahrgutunfall mit Ameisensäure. Nach der Befüllung eines Lagertanks mit Flüssigfutter auf dem Gelände eines Raiffeisenmarktes klagten Mitarbeiter über eine ungewöhnliche und sehr erhebliche Geruchsbelästigung. Die erste Erkundung der Feuerwehr ergab, dass aus dem Tank ca. 2.000 Liter Fütterungssäure ausgetreten waren, die zu 75 % aus Ameisensäure und zu 25 % aus Milchsäure bestand. Der hohe Ameisensäureanteil ließ ein stark ätzendes Luft-Säure-Gemisch entstehen. Der Raiffeisenmarkt wurde komplett geräumt und abgesperrt. Die Einsatzkräfte installierten eine Umfüll- und Pumpeinrichtung, gleichzeitig wurde ein Dekontaminationsplatz aufgebaut, während sich ein erster Messtrupp mit Chemikalienschutzanzügen (CSA) ausrüstete.

Die Software stellte alle vorhandenen Informationen zum Messeinsatz in einer Karte mit Messpunkten dar (wo wurde gemessen, welche Werte liegen vor, wie liegen sie im Vergleich zu den Grenzwerten?). Abhängig von der jeweils gemessenen Konzentration unterschieden sich die Punkte farblich voneinander. Auf einen Blick ließen sich so besonders gefährdete Bereiche identifizieren und der Gefährdungsgrad insgesamt einschätzen. Sobald die ersten Messergebnisse ausgewertet waren, sendete die Einsatzleitung Arbeitstrupps in den Tanklagerraum, die die ausgetretene Flüssigkeit abpumpten. Parallel dazu wurde die Luftkonzentration ständig an verschiedenen Stellen mit Messgeräten überwacht.

Der Abschnittsleiter „Messen" konnte der Einsatzleitung jederzeit einen guten Überblick über die Ausbreitung des Schadstoffes, bzw. über den bisherigen Verlauf des Messeinsatzes liefern. Sie war Grundlage für ein effektives Aussenden weiterer Messtrupps. Insgesamt wurden fünf Trupps unter CSA unter Berücksichtigung der jeweils vorliegenden Messergebnisse gezielt ausgesendet. Herr Korte fasst zusammen: „Das Programm leistet einen nicht zu unterschätzenden Beitrag für den Bereich Messleitung".