Der normierte UN-Gap-Test bildet den Standard zur Bestimmung der Stoßempfindlichkeit und Detonationsfähigkeit energetischer Stoffe, Chemikalien und Gefahrgüter unter Einschluss. Bei diesem Verfahren befindet sich die Probe in einem Stahlrohr und wird über eine definierte Sprengladung initiiert. Die bei einer Zersetzung schlagartig entstehenden Gase führen im eingeschlossenen Volumen zu einem steilen Druckanstieg. Aus der Reaktionskinetik und den mechanischen Auswirkungen auf das Stahlrohr lässt sich präzise auf eine Detonation oder eine deflagrative Umsetzung schließen.
Herausforderungen und Forschungsansätze für kleinskalige Verfahren
Aufgrund des hohen Probenvolumens ist der Standard-UN-Gap-Test extrem ressourcen- und kostenintensiv. Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal erforscht daher im Auftrag des Verbands der Chemischen Industrie (VCI) vorgelagerte Screeningverfahren. Ziel ist es, den experimentellen Aufwand drastisch zu reduzieren und den Gap-Test langfristig durch kleinskalige Prüfmethoden im Mikromaßstab zu ersetzen. Dies ermöglicht belastbare Sicherheitsanalysen zur Stoßempfindlichkeit und Detonationsfähigkeit – insbesondere bei synthetisch aufwendigen oder pharmakologisch hochaktiven Substanzen.
Claudius Zimmermann sagt dazu: „Grundsätzlich gibt es mit dem Trauzl-Test bereits ein vorgelagertes Screening-Verfahren. Dieser ist aber noch nicht vollständig verstanden und liefert mitunter inkonsistente Ergebnisse. Wir möchten den Trauzl-Test deutlich besser verstehen, seine Grenzen und Ergebnisse präzisieren und unter anderem mit diesem Hintergrund ein neu entwickeltes Verfahren vorlegen.“
Expertise an der Schnittstelle von Chemie und Physik
Das Fraunhofer ICT greift hierbei auf fundierte messtechnische und numerische Kompetenzen sowie jahrzehntelange Erfahrung im Umgang mit Explosivstoffen zurück. Ursprünglich als wehrtechnische Forschungseinrichtung gegründet, erweitert das Institut seit Mitte der 1990er-Jahre sein Profil um zivile Fragestellungen. Diese Struktur bietet optimale Voraussetzungen, um kleinskalige Screeningmethoden sowohl für zivile als auch für militärische Anwendungen zu entwickeln. Da Wirkstoffe in der Pharmazeutischen Chemie häufig stickstoffhaltige Funktionalitäten mit intrinsischem Explosionsrisiko aufweisen, erlauben frühzeitige Labortests eine erhebliche Reduktion der Entwicklungskosten.
Standardisierung und erweiterte Sicherheitsforschung
Ein erstes praxisrelevantes Resultat der Kooperation von Fraunhofer ICT, VCI und der Firma Sobbe ist die Definition eines neuen, REACH-konformen Standardzünders für den deutschen Markt gemäß UN Manual of Tests and Criteria (MTC). Dieser garantiert durch exakt kalibrierte Zündladungen moderner, kommerzieller Sprengkapseln eine präzise Reproduzierbarkeit analog zum European Standard Detonator. Neben den ökonomischen Vorteilen liefert dieser mechatronisch und physikalisch fundierte Forschungsansatz tiefere Einblicke in die Stoß- und Detonationsdynamik hochaktiver Chemikalien, was die Arbeitssicherheit bei Synthese, Handling und Analytik nachhaltig steigert.