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Wie hoch ist die Gefahr von Trocken­eis?

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Die Beför­de­rung von Trocken­eis, z. B. zu Kühl­zwe­cken, kann durch das entste­hende Kohlen­di­oxid zur Ersti­ckungs­ge­fahr führen. Unter welchen Bedin­gun­gen es zu einer Gefähr­dung kommen kann und welche Mengen Kohlen­di­oxid pro Zeit entste­hen, wurde seitens der BG RCI ermit­telt. Was bei der Beför­de­rung von Trocken­eis im Pkw zu beach­ten ist und was in Unter­wei­sun­gen thema­ti­siert werden sollte, wird im Folgen­den beschrie­ben.

Dipl.-Chem. Mirja Telg­mann

Trocken­eis ist ein bewähr­tes Kühl­mit­tel, das beispiels­weise zur Kühlung von Versand­stü­cken während der Beför­de­rung einge­setzt wird. Da während der Kühlung große Mengen Kohlen­di­oxid entste­hen, ist die Bildung einer ersti­cken­den Kohlen­di­oxid­at­mo­sphäre möglich.
Im Juli 2013 ereig­nete sich in Wies­ba­den ein Unfall, bei dem ein bekann­ter Gastro­nom bei der Beför­de­rung von Trocken­eis durch Ersti­cken ums Leben kam. Der 58-Jährige hat in seinem priva­ten Pkw sechs Behäl­ter Trocken­eis beför­dert. Die Fens­ter des Pkw waren verschlos­sen, die Klima­an­lage war ange­schal­tet. Die Staats­an­walt­schaft geht von einem tragi­schen Unglücks­fall durch unsach­ge­mä­ßen Umgang mit Trocken­eis aus. [1]
Entspre­chend der Durchführungsrichtlinien-Gefahrgut (RSEB) ist davon auszu­ge­hen, dass von Versand­stü­cken, die Trocken­eis als Kühl­mit­tel enthal­ten, kein Risiko hinsicht­lich der Ersti­ckungs­ge­fahr ausgeht. Dies wider­spricht jedoch dem eingangs erwähn­ten Unfall.
Es ist unzu­rei­chend bekannt, wie die Gefahr, die von Trocken­eis bei der Beför­de­rung ausgeht, einzu­schät­zen ist. Weiter­hin ist unklar, was unter einer „ausrei­chen­den“ Belüf­tung zu verste­hen ist.
Die BG RCI hat ermit­telt, unter welchen Bedin­gun­gen eine Ersti­ckungs­ge­fahr bei der Beför­de­rung von Versand­stü­cken mit Trocken­eis entste­hen kann. Im Fokus steht die Beför­de­rung von Versand­stü­cken mit Trocken­eis im geschlos­se­nen Pkw unab­hän­gig davon, ob das Trocken­eis als Kühl­mit­tel einge­setzt wird.
Was ist Trocken­eis?
Trocken­eis ist festes Kohlen­di­oxid und wird als Kühl­mit­tel beispiels­weise in der Gastro­no­mie und in der chemi­schen Indus­trie einge­setzt. Es subli­miert bei Atmo­sphä­ren­druck bei –78,48 °C ohne zu schmel­zen, das heißt, es tritt nicht im flüs­si­gen Aggre­gat­zu­stand auf. Die Subli­ma­tion erfolgt rück­stands­frei, sodass während der Kühlung große Mengen Kohlen­di­oxid entste­hen, das aufgrund seiner Eigen­schaf­ten nicht wahr­ge­nom­men wird. Kohlen­di­oxid (CO2) ist ein farb- und geruchs­lo­ses, nicht brenn­ba­res Gas. Es hat im Vergleich zur Luft eine größere Dichte, d. h. es ist schwe­rer als Luft und sammelt sich bevor­zugt am Boden an.
Beim Subli­mie­ren von einem Kilo­gramm Trocken­eis entste­hen ca. 541 Liter gasför­mi­ges Kohlen­di­oxid. Beim Über­gang vom festen (Trocken­eis) in den gasför­mi­gen Zustand erfolgt eine Volu­men­än­de­rung um den Faktor 845.
Der Arbeits­platz­grenz­wert (AGW) für Kohlen­di­oxid (8-Stunden-Mittelwert) entspricht einer Konzen­tra­tion von 0,5 Vol-%. [2] Die Auswir­kun­gen verschie­de­ner Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tio­nen (CO2-Konzentrationen) in der Atem­luft sind in Tabelle 1 aufge­führt. [3]
Kohlen­di­oxid kann den Sauer­stoff der Luft verdrän­gen, sodass es theo­re­ti­sch aufgrund des Sauer­stoff­man­gels zu einer Gefähr­dung kommen kann. Expe­ri­men­tell wird fest­ge­stellt, dass die bei der Kühlung mit Trocken­eis entste­hen­den Mengen Kohlen­di­oxid zu höhe­ren Auswir­kun­gen im Vergleich zu den Auswir­kun­gen durch Sauer­stoff­man­gel führen.
Wie wird Trocken­eis verpackt?
Trocken­eis wird übli­cher­weise in isolier­ten Verpa­ckun­gen (Kühl­bo­xen) beför­dert. Diese dürfen nicht herme­ti­sch verschlos­sen sein, sodass das entste­hende Kohlen­di­oxid entwei­chen kann. Die Verwen­dung von herme­ti­sch verschlos­se­nen Verpa­ckun­gen kann zum Druck­auf­bau und folg­lich zum Bers­ten der Verpa­ckung führen.
Unter­liegt Trocken­eis den Gefahr­gut­vor­schrif­ten?
Trocken­eis (UN 1845) unter­liegt nicht den Gefahr­gut­vor­schrif­ten für den Stra­ßen­ver­kehr – sofern es nicht als Kühl­mit­tel verwen­det wird. Wenn Produkte während der Beför­de­rung mit Trocken­eis gekühlt werden, ist die neue Sonder­vor­schrift 5.5.3 ADR anzu­wen­den. Diese stellt Anfor­de­run­gen an die Unter­wei­sung der Mitar­bei­ter, an Versand­stü­cke (Verpa­ckung und Kenn­zeich­nung), an die Doku­men­ta­tion sowie an die Fahr­zeug­kenn­zeich­nung.
Die RSEB stel­len klar, dass die Sonder­vor­schrift 5.5.3 ADR nur ange­wen­det werden soll, wenn eine tatsäch­li­che Ersti­ckungs­ge­fahr besteht. Diese muss durch eine Gefähr­dungs­be­ur­tei­lung ermit­telt werden.
Wie Gefähr­dun­gen vermei­den?
Die Besei­ti­gung der Gefah­ren­quelle, das heißt Trocken­eis durch andere Kühl­mit­tel zu erset­zen, ist wünschens­wert, jedoch in vielen Fällen nicht möglich. Die Verwen­dung von Fahr­zeu­gen, deren Lade­flä­che oder Lade­raum vom Führer­haus getrennt ist, ist sehr zu empfeh­len.
Wie hoch ist die Ersti­ckungs­ge­fahr im Pkw („Worst-Case-Prinzip“)?
Zur Abschät­zung des Gefähr­dungs­fak­tors Kohlen­di­oxid bei der Beför­de­rung von Trocken­eis wurden verschie­dene Versu­che durch­ge­führt.
In einem geschlos­se­nen Pkw mit einem Volu­men von ca. 5 m³ wurde Trocken­eis im Koffer­raum (offen zum Fahr­gast­raum) verteilt (siehe Abb. 1). Über einen länge­ren Zeit­raum wurden die Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tio­nen im Pkw unter verschie­de­nen Lüftungs­zu­stän­den (ohne Lüftung, mit Umluft und mit Außen­luft­zu­fuhr) ermit­telt. Das Trocken­eis wurde unver­packt verwen­det um den schlimmst­mög­li­chen Fall zu simu­lie­ren.
Die Mess­ge­räte wurden im Fußraum des Fahrer­sit­zes, auf dem Fahrer­sitz sowie an der Kopf­stütze posi­tio­niert (siehe Abbil­dun­gen 2 und 3).
Im Pkw bildete sich ohne Belüf­tung inner­halb weni­ger Minu­ten eine lebens­ge­fähr­li­che, ersti­ckende Kohlen­di­oxid­at­mo­sphäre. Bei Umluft-Lüftung ohne Außen­luft­zu­fuhr (Stufe 3 von 7, Rich­tung Fußraum, Kopf und Scheibe) wurden sofort ersti­ckende Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tio­nen erreicht.
Die Mess­ergeb­nisse des Versuchs mit Außenluftzufuhr-Lüftung (Stufe 3 von 7, Rich­tung Fußraum, Kopf und Scheibe) zeigt Abbil­dung 4. Die Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tion ist gegen die Zeit aufge­tra­gen. Die Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tion sank zunächst an allen Mess­po­si­tio­nen ab, da die einströ­mende Frisch­luft das Kohlen­di­oxid verdrängte. Die Werte an der Kopf­stütze lagen bereits zu Beginn unter­halb des AGW und sind folg­lich unbe­denk­lich. Ab Minute 75 stie­gen die Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tio­nen an allen Mess­po­si­tio­nen stark an und über­schrei­ten inner­halb weni­ger Minu­ten den AGW. Der Hinter­grund für dieses abrupte Stei­gen der Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tion ist der Ausfall der Außenluftzufuhr-Lüftung durch die unbe­ab­sich­tigt voll­stän­dig entla­dene Auto­bat­te­rie. An diesem nicht beab­sich­tig­ten Lüftungs­aus­fall wird deut­lich, dass ohne Frisch­luft­zu­fuhr inner­halb weni­ger Minu­ten die Bildung einer lebens­ge­fähr­li­chen, ersti­cken­den Kohlen­di­oxid­at­mo­sphäre im Pkw erfolgt.
Während der Versu­che herrsch­ten sommer­li­chen Tempe­ra­tu­ren. Aus diesem Grund und da Trocken­eis übli­cher­weise nicht unver­packt beför­dert wird, sind dies Betrach­tun­gen des schlimmst­mög­li­chen Falls.
Nun stellt sich die Frage, wie viel Kohlen­di­oxid aus einem korrekt verpack­ten, isolier­ten Versand­stück entweicht. Hierzu wurde ein weite­rer Versuch durch­ge­führt.
Wie viel Kohlen­di­oxid entsteht pro Zeit?
Die Menge an Kohlen­di­oxid, die pro Zeit aus einem isolier­ten Versand­stück entweicht, wurde durch den Verlust der Masse des Trocken­ei­ses ermit­telt. In eine Verpa­ckung mit 6,9 L Innen­vo­lu­men und einer ca. 4,8 cm star­ken Styro­po­ri­so­lie­rung wurde 4,35 kg Trocken­eis (Block­ware) einge­füllt. Die Masse der verschlos­se­nen Verpa­ckung wurde in größe­ren Zeit­ab­stän­den gemes­sen. In Abbil­dung 5 ist die Netto­masse gegen die Zeit aufge­tra­gen.
Die gute Isolier­wir­kung der Verpa­ckung wurde bestä­tigt, da Temperatur-Schwankungen im Wech­sel Tag-Nacht nicht zu einem unre­gel­mä­ßi­gen Subli­mie­ren des Kohlen­di­oxids führ­ten.
Pro Stunde subli­mier­ten durch­schnitt­lich 60 g Trocken­eis aus der Verpa­ckung. Dabei wurden ca. 32,4 Liter gasför­mi­ges Kohlen­di­oxid aus der Verpa­ckung frei­ge­setzt. Diese Menge entspricht etwa dem Anteil an Kohlen­di­oxid der natür­li­chen mensch­li­chen Atem­luft, der in einer Stunde ausge­at­met wird.
Befin­det sich ein solches Versand­stück für die Dauer einer Stunde in einem Pkw (ca. 5 m³ Innen­vo­lu­men) ohne Belüf­tung, ist die Entwick­lung einer Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tion von 0,65 Vol-% möglich. Bei klei­ne­ren Pkw kann die Konzen­tra­tion nach einer Stunde sogar höher liegen. Diese Konzen­tra­tion über­schrei­tet bereits den Arbeits­platz­grenz­wert von 0,5 Vol-%.
Gene­rell soll­ten Versand­stü­cke mit Trocken­eis erst kurz vor Fahrt­an­tritt in den Pkw verla­den werden, um eine Anrei­che­rung von Kohlen­di­oxid zu verhin­dern.
Die beispiel­hafte Verpa­ckung ist vergleichs­weise klein. In der Praxis werden häufig größere oder mehrere kleine Versand­stü­cke beför­dert. Es muss berück­sich­tigt werden, dass bei der Beför­de­rung von größe­ren Mengen Trocken­eis folg­lich mehr Kohlen­di­oxid frei­ge­setzt wird. Weiter­hin muss berück­sich­tigt werden, dass mehrere oder größere Versand­stü­cke einen großen Teil des Innen­vo­lu­mens des Pkw verdrän­gen. Folg­lich führt mehr entste­hen­des Kohlen­di­oxid aufgrund des gerin­ge­ren Innen­vo­lu­mens schnel­ler zu höhe­ren Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tio­nen.
Eine Verpa­ckung von guter Quali­tät und Isolier­wir­kung ist für die Beför­de­rung von Trocken­eis erfor­der­lich, da bei einer guten Isolie­rung weni­ger Trocken­eis mit der Zeit subli­miert als bei unver­pack­tem Trocken­eis.
Schluss­fol­ge­rung
Bei unver­pack­tem Trocken­eis im Pkw ohne Frisch­luft­zu­fuhr ist inner­halb weni­ger Minu­ten die Entwick­lung einer lebens­ge­fähr­li­chen, ersti­cken­den Kohlen­di­oxid­at­mo­sphäre zu erwar­ten. Ein Aufent­halt im Pkw mit unver­pack­tem Trocken­eis ohne Außen­luft­zu­fuhr ist zu verhin­dern. Wenn die Lüftung im Pkw funk­ti­ons­fä­hig und auf Außen­luft­zu­fuhr (mitt­lere Stufe) einge­stellt ist, wird selbst bei der Beför­de­rung von unver­pack­tem Trocken­eis der Arbeits­platz­grenz­wert von Kohlen­di­oxid unter­schrit­ten. Die Beför­de­rungs­dauer ist in diesem Fall nicht rele­vant. Bei einer Beför­de­rung von ordnungs­ge­mäß verpack­ten Versand­stü­cken mit guter Isolier­wir­kung werden erheb­lich klei­nere Kohlen­di­oxid­kon­zen­tra­tio­nen erreicht, sodass der AGW nicht erreicht wird. Folg­lich liegt eine „gute“ oder „ausrei­chende“ Belüf­tung vor, wenn die Lüftung funk­ti­ons­fä­hig und auf Außen­luft­zu­fuhr, mitt­lere Stufe, einge­stellt ist.
Während der Beför­de­rung können zeit­wei­lige Aufent­halte erfol­gen, z. B. aufgrund eines Verkehrs­staus. Wenn die Zündung – und damit einher­ge­hend auch die Lüftung – ausge­schal­tet wird, ist die Bildung einer ersti­cken­den Kohlen­di­oxid­at­mo­sphäre möglich. Dies kann durch das Zufüh­ren von Frisch­luft, beispiels­weise durch das früh­zei­tige Öffnen der Fens­ter, verhin­dert werden.
Werden Versand­stü­cke in einen Pkw gela­den und die Fahrt nicht sofort ange­tre­ten, muss der Pkw vor Fahrt­an­tritt z. B. durch das Öffnen mehre­rer Türen für einige Zeit gut belüf­tet werden.
Einige moderne Pkw verfü­gen über eine Klima­au­to­ma­tik, die auto­ma­ti­sch unter bestimm­ten Bedin­gun­gen von Außen­luft­zu­fuhr auf Umluft-Lüftung schal­tet, z. B. bei erhöh­ter Schad­stoff­kon­zen­tra­tion, beim Einle­gen des Rück­wärts­gangs und/oder bei Akti­vie­rung der Schei­ben­rei­ni­gung. In diesem Fall muss die Klima­au­to­ma­tik vor Antritt der Fahrt deak­ti­viert werden.
Hinsicht­lich einer mögli­chen Ersti­ckungs­ge­fahr durch Trocken­eis müssen regel­mä­ßige Unter­wei­sun­gen erfol­gen, um das Gefah­ren­be­wusst­sein der Beschäf­tig­ten zu schu­len und ein sicher­heits­ge­rech­tes Verhal­ten zu fördern.
Wird die Beför­de­rung von Versand­stü­cken mit Trocken­eis zur Routine, kann das Verant­wor­tungs­be­wusst­sein schwin­den, da die Gefahr nicht wahr­nehm­bar ist. Auch Zeit­druck durch eine hohe Arbeits­be­las­tung und Stress können sich nega­tiv auf das Gefah­ren­be­wusst­sein auswir­ken. Um dem vorzu­beu­gen, sind regel­mä­ßige Unter­wei­sun­gen durch­zu­füh­ren, die das Sicherheits- und Verant­wor­tungs­be­wusst­sein der Beschäf­tig­ten fördern.
Check­liste für Unter­wei­sun­gen
  • Wird erst kurz vor Fahrt­an­tritt bela­den?
  • Ist die Ladung ausrei­chend gesi­chert?
  • Ist die Lüftung auf Außen­luft­zu­fuhr und mindes­tens auf mitt­lere Stufe gestellt?
  • Verfügt der Pkw über eine Klima­au­to­ma­tik, die auto­ma­ti­sch auf Umluft-Lüftung schal­tet? Wenn ja, Klima­au­to­ma­tik deak­ti­vie­ren!
  • Werden nach Fahrt­pau­sen, in denen der Pkw verlas­sen wird, vor der Weiter­fahrt die Türen geöff­net und einige Zeit abge­war­tet?
  • Läuft bei länge­rem Halt, z. B. im Verkehrs­stau, die Lüftung mit Außen­luft­zu­fuhr weiter, oder werden alter­na­tiv die Fens­ter geöff­net um eine gute Belüf­tung sicher­zu­stel­len?
  • Wird nach Errei­chen des Ziel­or­tes unver­züg­lich entla­den?
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Dipl.-Chem. Mirja Telg­mann Berufs­ge­nos­sen­schaft Rohstoffe und chemi­sche Indus­trie Fach­be­reich Tech­ni­sche Ausschüsse
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