Bilder von schwelenden Kohlehalden aus Indien und China zeigen, wie gefährlich diese für die Natur und den Menschen sein können. Dabei geht es nicht nur um den Verlust von wertvollen Rohstoffen, sondern auch um die Gefahr vor größeren Explosionen. Denn bereits 30 Gramm Kohlenstaub auf einen Kubikmeter Luft können eine explosive Mischung ergeben. In Deutschland stehen Halden deshalb unter ständiger Beobachtung.

Simulationen im Labor

Um die Vorgänge im Inneren von Rohstoffhalden besser verstehen zu können, untersucht der Wissenschaftler Martin Schmidt von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung seit mehreren Jahren die Selbstentzündung und Ausbreitung von Schwelbränden in Kohleflözen, Halden oder Recyclinglagern. Immerhin 80 Prozent aller Schüttgüter sind brennbar und können sich selbst entzünden. Was in der Natur Monate oder Jahre dauert, wird im Labor beschleunigt. In aufwändigen Simulationen versucht Schmidt mit seinem Team, Methoden zu finden, die die natürliche Selbstentzündung verhindern.

Anhand von Eisenwolle zeigen die Forscher welche Prozesse im Inneren von Halden ablaufen. Im Labor verbrennt das Eisen und oxidiert dabei zu Eisenoxid. Ähnliches passiert im Inneren einer Halde mit der Kohle. Auch hier kommt es zur Oxidation. Das heißt, das Material reagiert mit dem eingeschlossenen Sauerstoff und setzt bei diesem Prozess Wärme frei. Und das passiert schon bei normalen Umgebungstemperaturen.

Wasser als Brandbeschleuniger

Wichtig ist jedoch noch ein zweiter Aspekt: Da eine Kohlenhalde ein schlechter Wärmeleiter ist, wird die durch Oxidation entstehende Wärme nur wenig nach außen abgeführt, und es kommt zu einem Hitzestau. Die Temperatur im Kern der Halde steigt immer weiter an, bis die Kohle sich schließlich von selbst entzündet. Hat sich die Kohle einmal entzündet, ist es schwierig, den Schwelbrand im Inneren der Halde zu löschen. Wasser, das haben die Forscher herausgefunden, ist dabei als Löschmittel eher ungeeignet. Denn ähnlich wie bei einer Pfanne mit heißem Fett, kann Wasser hier eher als eine Art Brandbeschleuniger wirken. Im Experiment wollen die Forscher dieses Phänomen genauer untersuchen.

Ein mit Kohle gefülltes Versuchsrohr simuliert die Bedingungen in der Halde im kleinen Maßstab. Durch große Heizröhren wird der Probe von allen Seiten gleichmäßig Wärme zugeführt, anschließend geben die Wissenschaftler Wasser hinzu. Das Ergebnis: Der Hitzestau im Innern der Probe verstärkt sich, das Brandrisiko steigt.

Hitzestau im Innern

Mittlerweile haben die Forscher eine Erklärung für das Problem gefunden. Da der Brandherd im Inneren sitzt, kann das Wasser den Brand nicht direkt löschen, sondern muss über die Oberfläche nach unten weitergegeben werden. Durch die oberflächliche Wasserzugabe wird der Hitzestau im Innern der Probe jedoch verstärkt, da die Hitze jetzt noch schlechter abgeleitet werden kann.

Brandexperten setzen deshalb auf flüssigen Beton als Löschmittel. Dieser wird durch Rohre in der Halde möglichst gezielt am Brandherd injiziert, um so eine Ausbreitung zu verhindern. Schwelbrände können so bekämpft werden. Ziel der Experten ist es jedoch, durch Prävention und regelmäßige Kontrolle Brände bereits im Keim ihrer Entstehung zu ersticken.