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Sauerstoffindex

Der Sauerstoffindex eines festen Materials (z. B. ein Kunststoff oder Holz) ist ein Maß für seine Brennbarkeit, d. h. für seine Neigung zu einer Verbrennung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Er ist definiert als der prozentuale Sauerstoffanteil (nach Volumen bzw. Teilchenzahl) eines Gemischs von Sauerstoff und Stickstoff, in dem ein Prüfkörper unter genormten Bedingungen brennen kann. Je niedriger der Sauerstoffindex ist, desto stärker brennbar ist ein Material.

Der Sauerstoffindex eines Materials kann von diversen Eigenschaften abhängen – beispielsweise von seinem Heizwert, weil eine hohe Hitzeentwicklung natürlich die weitere Verbrennung unterstützen kann. Von Bedeutung ist aber auch die Flüchtigkeit des Materials; ein sehr festes, schwer verdampfendes Material kann schwer brennbar sein, selbst wenn es einen hohen Heizwert aufweist. Ein hoher Gehalt von chemisch gebundenem Sauerstoff in einem Material (z. B. Holz) führt nicht unbedingt zu einem niedrigen Sauerstoffindex; er führt zwar tatsächlich zu einem geringeren notwendigen Sauerstoffgehalt für eine Verbrennung, jedoch tendenziell auch zu einem niedrigeren Heizwert.

Prüfverfahren für die Ermittlung des Sauerstoffindex

Für die Messung wird der Prüfkörper aus dem Material in eine spezielle Prüfkammer eingebracht, der ein Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch mit zunächst hohem Sauerstoffanteil zugeführt wird. Anfangs dient eine Zündflamme der Entzündung des Materials; diese wird dann entfernt. Der Sauerstoffgehalt wird danach zunehmend reduziert bis zu dem Wert, für den die Verbrennung erlischt. Mit mehreren Versuchen findet man schließlich den Sauerstoffgehalt, für den noch 50 % der Prüfkörper brennen. Natürlich hängt das Resultat von den genauen Prüfbedingungen ab, z. B. von der Temperatur im Inneren des Prüfkörpers, von der Geometrie, dem Volumenstrom des zugeführten Gasgemisches usw.; deswegen wird ein standardisiertes Prüfverfahren verwendet, und der unter anderen Bedingungen nötige Sauerstoffanteil für eine Verbrennung kann deutlich anders sein.

Praktische Bedeutung des Sauerstoffindex

Der Sauerstoffindex kann für diverse Festbrennstoffe ermittelt werden, spielt allerdings in der Verbrennungstechnik eine weniger wichtige Rolle als im Zusammenhang mit Brandschutz. Beispielsweise kann die Brandgefahr in Brennstofflagern, in Maschinen (z. B. Hackern für die Herstellung von Holzhackschnitzeln) oder im Zusammenhang mit Möbeln und Vorhängen in einem Wohnraum mithilfe des Sauerstoffindex besser beurteilt werden. Wenn etwa der Sauerstoffindex eines brennbaren Stoffs deutlich oberhalb von 21 (Prozent) liegt, also oberhalb des Volumenanteils des Sauerstoffs in der normalen Umgebungsluft, sollte kaum eine Brandgefahr bestehen, zumindest wenn die Umgebungsbedingungen einigermaßen denen in der Prüfkammer entsprechen – was allerdings oft nicht der Fall ist. Beispielsweise wird die Brandgefahr erhöht, wenn aufsteigende heiße Verbrennungsgase das Material von unten her erhitzen.

Es gibt Lagerhallen, in denen der Sauerstoffgehalt unter den Sauerstoffindex der typischerweise gelagerten Materialien auf z. B. 15 % abgesenkt wird, um die Brandgefahr erheblich zu reduzieren; Arbeiter können sich trotzdem auch ohne Atemschutz für begrenzte Zeit dort aufhalten, solange sie nicht schwer körperlich arbeiten müssen.

Die Wirkung von Flammschutzmitteln kann durch die bewirkte Erhöhung des Sauerstoffindex eines Materials (z. B. eines Wärmedämmmaterials) quantifiziert werden.

Siehe auch: Verbrennung, Brennstoff, Festbrennstoff