Wenn in der Industrie von explosionsfähigen Atmosphären die Rede ist, entsteht häufig sofort das Bild von brennbaren Gasen oder Lösungsmitteldämpfen. Es gibt jedoch ein ebenso schwerwiegendes und deutlich weniger sichtbares Risiko: brennbarer Schwebstaub. Eine Wolke aus Mehl, Puderzucker oder einem pharmazeutischen Hilfsstoff kann unter bestimmten Bedingungen eine Explosion mit verheerenden Folgen auslösen.
Dieser Artikel beleuchtet die wichtigsten Industriezweige, in denen brennbare Stäube zur Bildung von ATEX-zonierten Bereichen führen. Er erläutert, welche technischen Parameter das Risiko bestimmen und welche Verpflichtungen die geltenden Vorschriften – insbesondere die Norm EN 17348:2022 – den Betreibern dieser Anlagen sowie den Auftraggebern von Dienstleistungen in solchen Umgebungen auferlegen.
Warum Staub genauso gefährlich ist wie ein Gas.
Ein einzelnes Staubpartikel brennt nicht von selbst. Die Gefahr entsteht, wenn der Staub in ausreichender Konzentration in der Luft aufgewirbelt wird: In diesem Zustand vergrößert sich die Kontaktfläche zum Sauerstoff exponentiell, und das Gemisch kann bereits durch eine minimale Zündenergie entzündet werden – mitunter genügt eine gewöhnliche elektrostatische Entladung oder die Reibung eines metallischen Werkzeugs.
- KSt (bar·m/s): Explosionskennwert. Er misst die Geschwindigkeit des Druckanstiegs während einer Explosion. Je höher der KSt-Wert, desto heftiger verläuft die Deflagration.
Die technischen Parameter, die das Gefährdungsniveau eines Staubes bestimmen, sind:
- Pmax (bar): maximaler Explosionsdruck. Er gibt den höchsten Druck an, der während einer Explosion erreicht wird.
- MIE (mJ): Mindestzündenergie. Je niedriger der MIE-Wert, desto empfindlicher reagiert der Staub auf schwache Zündquellen.
- MEC (g/m³): Mindestexplosionskonzentration. Unterhalb dieses Schwellenwertes besteht keine Explosionsgefahr; oberhalb davon kann bei Vorhandensein einer Zündquelle eine Explosion auftreten.
- MIT (°C): Mindestzündtemperatur der Staubwolke.
Die ATEX-Richtlinie klassifiziert brennbare Stäube anhand ihres KSt-Wertes in drei Staubexplosionsklassen: St 1 (KSt ≤ 200 bar·m/s), St 2 (KSt > 200 bis 300 bar·m/s) und St 3 (KSt > 300 bar·m/s). Die meisten in der Industrie gebräuchlichen Stäube fallen in die Klassen St 1 oder St 2. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sie ungefährlich sind: Sie erfordern weiterhin eine ATEX-Zoneneinteilung sowie geeignete Schutz- und Kontrollmaßnahmen.
Lebensmittelindustrie: der Industriezweig mit der größten Risikofläche.
Die Lebensmittelindustrie ist vermutlich der Industriezweig mit der größten Anzahl an Anlagen, in denen durch brennbare Stäube ATEX-Zonen entstehen. Dies liegt vor allem daran, dass dort täglich mit Rohstoffen in Pulver- oder Feingranulatform gearbeitet wird, die ein hohes Explosionspotenzial aufweisen.
Mehl und Getreideerzeugnisse.
Weizenmehl weist typischerweise einen KSt-Wert von 50 bis 100 bar·m/s und eine MIE von weniger als 100 mJ auf. In Mühlen oder industriellen Bäckereien stellen Lagersilos, pneumatische Fördersysteme, Mischer und Schlauchfilter dauerhafte Bereiche der Zonen 20 oder 21 dar. Die Reinigung dieser Anlagen erfordert den Einsatz von zertifizierten ATEX-Absaugsystemen.
Zucker
Puderzucker zählt hinsichtlich seines KSt-Wertes zu den explosionsfähigsten industriell verwendeten Stäuben und kann Werte von über 150 bar·m/s erreichen. Seine Mindestzündtemperatur als Staubwolke ist mit etwa 350 °C vergleichsweise niedrig, wodurch er besonders empfindlich gegenüber Reibungswärme ist. Zuckerraffinerien, Süßwarenfabriken und Anlagen zur Verpackung von Puderzucker arbeiten täglich mit Zone-20-Bereichen im Inneren ihrer Prozessanlagen.
Kakao und Schokolade.
Kakaopulver weist KSt-Werte im Bereich von 75 bis 150 bar·m/s auf. In Kakaoverarbeitungsbetrieben und Schokoladenfabriken bestehen umfangreiche Zone-21-Bereiche in den Bereichen Mahlen, Sieben und Verpacken. Darüber hinaus können die im Kakao enthaltenen Fette Ablagerungen auf Oberflächen bilden, die nach dem Austrocknen zu feinem, hoch brennbarem Staub werden.
Stärke und Stärkemehle.
Maisstärke kann KSt-Werte von über 200 bar·m/s erreichen und fällt damit in die Staubexplosionsklasse St 2. Gleichzeitig weist sie eine sehr niedrige Mindestzündenergie (MIE) auf. Sie zählt zu den Referenzstäuben, die häufig für Explosionsprüfungen verwendet werden. Stärkefabriken, Hersteller von stärkehaltigen Klebstoffen sowie die Papierindustrie, die Stärke in ihren Produktionsprozessen einsetzt, gehören eindeutig zu dieser Risikokategorie.
Milchpulver und Molkenpulver.
Milchstäube (Magermilchpulver, Molkenpulver, Whey-Proteine) weisen KSt-Werte im Bereich von St 1 bis St 2 sowie eine niedrige Mindestzündenergie (MIE) auf, deren Wirkung durch den Fettgehalt zusätzlich verstärkt wird. Sprühtrocknungsanlagen (Spray Drying) stellen in ihrem Inneren dauerhaft Zone-20-Bereiche dar. Unfälle in Milchpulver-Trocknungsanlagen zählen historisch zu den häufigsten Ursachen von Staubexplosionen in der europäischen Lebensmittelindustrie.
Gewürze und Aromen.
Einige gemahlene Gewürze – wie Pfeffer, Paprikapulver oder Zimt – weisen ein erhebliches Explosionspotenzial auf. Ihre feine Partikelgröße, die niedrige Mindestzündenergie (MIE) und ihre hohe Entzündlichkeit führen dazu, dass Anlagen zur Vermahlung und Verpackung von Gewürzen der Pflicht zur ATEX-Zoneneinteilung unterliegen.
Pharmazeutische Industrie: höchste Anforderungen in kontrollierten Umgebungen.
Die pharmazeutische Industrie arbeitet mit Stäuben von extrem feiner Partikelgröße – viele davon mikronisiert – in Umgebungen, die sowohl die Anforderungen der ATEX-Richtlinien als auch der GMP-Richtlinien (Good Manufacturing Practice) erfüllen müssen. Diese doppelte Anforderung macht das Management von klassifizierten Bereichen besonders komplex.
Pharmazeutische Wirkstoffe (APIs).
Viele pharmazeutische Wirkstoffe in Pulverform sind brennbar. Ihre typische Partikelgröße – bei mikronisierten Produkten liegt der D50-Wert häufig unter 10 µm – macht sie zu Stäuben mit extrem niedriger Mindestzündenergie (MIE), die teilweise unter 1 mJ liegt. Das bedeutet, dass bereits eine geringfügige elektrostatische Entladung ausreichen kann, um eine Zündung auszulösen. Wägekabinen, Mischlinien und Kapselfüllanlagen sind daher häufig als Zone 21 eingestuft.
Pulverförmige Hilfsstoffe.
Laktose, mikrokristalline Cellulose (MCC), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Mannit, pharmazeutische Maisstärke – die meisten in der pharmazeutischen Formulierung verwendeten festen Hilfsstoffe sind in Pulverform brennbar. Laktose beispielsweise kann einen KSt-Wert von 80 bis 120 bar·m/s erreichen und weist eine Mindestzündenergie (MIE) von weniger als 100 mJ auf.
Pigmente und Farbstoffe für Beschichtungen.
Bei der Beschichtung von Tabletten werden pulverförmige Pigmente eingesetzt – beispielsweise Titandioxid, Eisenoxide oder Aluminiumlackpigmente –, die unter bestimmten Bedingungen in den Bereichen zur Herstellung von Beschichtungssuspensionen zur Bildung klassifizierter Bereiche führen können. In diesen Prozessschritten können daher ATEX-Zonen entstehen, die entsprechende Schutz- und Kontrollmaßnahmen erfordern.
Zusätzliches Risiko: Wechselwirkung mit Lösungsmitteln.
In Prozessen, bei denen Stäube und organische Lösungsmittel kombiniert werden – beispielsweise bei der Nassgranulation oder bei Beschichtungsverfahren mit alkoholischen Lösungen –, kann gleichzeitig das Risiko einer explosionsfähigen Gas- bzw. Dampfatmosphäre (Zonen 1/2) und einer explosionsfähigen Staubatmosphäre (Zonen 20/21/22) bestehen. Die Klassifizierung dieser Bereiche sowie die Auswahl der dort eingesetzten Betriebsmittel müssen dieser doppelten Gefährdung Rechnung tragen.
Weitere Industriezweige mit Risiken durch brennbare Stäube.
Mischfuttermittel und Tierernährung.
Anlagen zur Herstellung von Mischfuttermitteln arbeiten mit Rohstoffen wie Sojamehl, Fischmehl, Vitaminzusätzen und gemahlenem Getreide, die in Förder-, Misch- und Verpackungssystemen großflächige Zone-21-Bereiche entstehen lassen. Obwohl dieser Industriezweig in der ATEX-Fachliteratur häufig weniger Beachtung findet, weist er in der Praxis eine erhebliche Anzahl von Staubexplosionsereignissen auf.
Holzindustrie und Biomasse.
Holzstaub weist typischerweise KSt-Werte von 80 bis 120 bar·m/s auf. Anlagen zur Herstellung von MDF-Platten, Spanplatten, Werften sowie Betriebe zur Produktion von Biomassepellets müssen die ATEX-Vorschriften in ihren Holzstaub-Absaugsystemen einhalten. Insbesondere Filteranlagen, Förderstrecken, Silos und Bearbeitungsmaschinen stellen Bereiche dar, in denen explosionsfähige Staubatmosphären entstehen können und entsprechende Schutzmaßnahmen erforderlich sind.
Pulvermetallurgie und metallverarbeitende Industrien.
Aluminium, Magnesium, Titan und andere Metalle in feiner Pulverform sind außerordentlich explosionsfähig. Einige von ihnen erreichen KSt-Werte von über 300 bar·m/s (St 3) und weisen gleichzeitig sehr niedrige Mindestzündenergien (MIE) auf. Anlagen der Pulvermetallurgie, Gießereien mit Schleif- und Polierprozessen sowie Betriebe der additiven Fertigung (metallischer 3D-Druck) arbeiten in ihren Metallpulver-Handhabungssystemen häufig mit Zone-20-Bereichen.
Anforderungen der Norm: EN 17348:2022 und ihre Auswirkungen auf Absaugsysteme
Die europäische Norm EN 17348:2022, die seit März 2023 in Kraft ist, legt die technischen Anforderungen fest, die industrielle Absaugsysteme erfüllen müssen, wenn sie in explosionsfähigen Atmosphären mit brennbaren Stäuben eingesetzt werden. Mit ihrem Inkrafttreten hat sich ein grundlegender Paradigmenwechsel vollzogen: Es reicht nicht mehr aus, dass ein Staubsauger lediglich über eine ATEX-Kennzeichnung verfügt.
Zu den Anforderungen, die die Norm an das Gesamtsystem stellt, gehören:
- Filtration mit wirksamer Rückhaltung von Feinstpartikeln, einschließlich der submikronischen Fraktion pharmazeutischer Stäube.
- Kontrolle elektrostatischer Aufladungen sowie dokumentierte Erdung aller leitfähigen Komponenten
- Funkenfreie Konstruktionsmaterialien
- Schutz vor gefährlichen Staubablagerungen in internen Komponenten
- Systemauslegung angepasst an die spezifischen Eigenschaften des jeweiligen Staubes, insbesondere hinsichtlich KSt-Wert, Pmax, Mindestzündenergie (MIE) und Mindestexplosionskonzentration (MEC).
- Validierung des gesamten Systems durch qualifiziertes Fachpersonal
- Konforme technische Dokumentation, einschließlich Bedienungsanleitungen, Zertifikaten und Wartungsaufzeichnungen.
Die Nichteinhaltung der EN 17348:2022 kann zum Verlust des Versicherungsschutzes, zu zivil- oder strafrechtlicher Haftung im Falle eines Unfalls sowie zu Sanktionen durch die Gewerbeaufsicht oder die zuständigen Industrieaufsichtsbehörden führen.
Wie Lagupres in Anlagen mit brennbaren Stäuben vorgeht
Bei Lagupres verfügen wir über mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Durchführung von Arbeiten in industriellen Umgebungen mit explosionsfähigen Atmosphären. Unsere technische Kompetenz reicht von der Risikobewertung bis zur Ausführung der Dienstleistung und umfasst unter anderem:
- Analyse der Staubart und Ermittlung ihrer explosionsrelevanten Kenndaten.
- ATEX-Zoneneinteilung in der Anlage (Zonen 20, 21 und 22).
- Auslegung des Absaugsystems gemäß EN 17348:2022, abgestimmt auf die spezifischen Eigenschaften des jeweiligen Staubes.
- Durchführung der Arbeiten mit zertifizierten Geräten und durch Fachpersonal, das für Tätigkeiten in explosionsfähigen Atmosphären qualifiziert ist.
- Erstellung des Explosionsschutzdokuments (DPCE – Explosionsschutzdokument) oder Unterstützung des technischen Teams des Kunden bei dessen Ausarbeitung.
- Schulung von Bedienern und Instandhaltungstechnikern im sicheren Umgang mit den Systemen.
- Präventive und korrektive Instandhaltung mit entsprechender Dokumentation und lückenloser Nachweisführung.
Wenn in Ihrer Anlage mit einem der in diesem Artikel beschriebenen Stäube gearbeitet wird und Sie Fragen zur ATEX-Zoneneinteilung oder zur Konformität Ihres Absaugsystems haben, kontaktieren Sie uns unverbindlich.