Lithium-Ionenbatterien (Transaktionsbatterien) – Brandgefährlich

Lithium-Ionenbatterien (Transaktionsbatterien) –

Brandgefährlich

Tobias Keller, Verkehrspolitischer Sprecher der AfD im Sächsischen Landtag, 2021

 

 

BEV = Elektrofahrzeuge mit wiederaufladbarer Batterie (battery electric vehicle)

ICEV = Fahrzeuge mit Verbrennungsmotorantrieb (internal combustion engine vehicle)

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Zusammenfassung und Einleitung der Studie

Erkenntnislage aus dem Projekt – Stand August 2020

chronologische Gefahrendarstellung in Brandfällen

umweltrelevante Aussagen zu Löschwasser und Kühlwasser

Entsorgung der Batterien bzw. Brandwracks

Empfehlung aus dem Forschungsprojekt

Hilfreiche Links zum Thema

Einleitung

Erkenntnisse zu Problematiken mit Elektrofahrzeug-Batterien in und für Sachsen

Leistungsfähige Li-Ionenbatterien (Akkus) nutzen wir seit vielen Jahren und in rasant zunehmenden Umfang in unterschiedlichsten Geräten wie Smartphones, Laptops, Akku-Werkzeugen etc. … der Presse entnehmen wir leider regelmäßig Berichte zu Spontanbränden.

Von technischen Geräten, ausgehend von den integrierten Li-Ionenbatterien.

Unter der berechtigten Devise der Klimarettung konzentriert sich die deutsche Regierung seit ca. 2 Jahren fast ausschließlich auf die Förderung von Kraftfahrzeugen betrieben durch Li-Ionenbatterien.

Die rasante Zunahme batteriebetriebener Kraftfahrzeuge birgt jedoch auch erhebliche Umweltrisiken im Fall von Bränden durch Selbstentzündungen, Unfall, beim Löschvorgang bis hin zur Entsorgung.

Batteriebedingt entstehen bei Bränden sehr hohe Konzentrationen von kritischen Schadstoffen.

Wir haben daher ein Forschungsprojekt, das sich u.a. mit den Schadstoffwerten beschäftigt, ausgewertet, nachfolgend vereinfacht und mit eigenen Betrachtungen dargestellt:

Europäisches Forschungsprojekt (Studie)

„Risikominimierung von Elektrofahrzeugbränden in unterirdischen Verkehrsinfrastrukturen“

Erstellt auf Antrag der Arbeitsgruppe Tunnelforschung (AGT) Schweiz: AGT 2018/006

Stand August 2020

Den Link zur Gesamtstudie finden Sie auf Seite 6.

Zusammenfassung und Einleitung der Studie:

„Elektrofahrzeugbrände mit Lithium-Ionen-Batterien führen zu neuartigen Schadstoffemissionen.

Die vorliegende Studie belegt, dass sich dadurch die toxikologischen Risiken inunterirdischen Verkehrsinfrastrukturen verändern, weil diese Schadstoffe in Bränden von konventionellen Fahrzeugen nicht auftreten. Die batteriespezifischen Kontaminationen werden zwar keine nachhaltigen technischen Betriebsbeeinträchtigungen in Tiefgaragen oder Straßentunneln zur Folge haben; sie machen aber einen vorsichtigen Umgang mit Lösch- und Kühlwasser zwingend erforderlich.

Die experimentellen Erkenntnisse wurden nach wissenschaftlichen Grundsätzen hergeleitet. Das Experiment wurde in den unterirdischen Anlagen der Versuchs-Stollen Hagerbach AG durchgeführt, die eine reale Umgebung für Brandversuche mit einem Bezug sowohl zu Tiefgaragen, als auch zu Straßentunneln bieten. Da die vorliegende Studie auf den Versuchen eines Vorgängerprojekts aus dem Jahre 2018 aufbaut, wurde dasselbe Versuchsmaterial wie damals verwendet.

Das Experiment konzentrierte sich auf die maximale Beschädigung einer Lithium-Ionen-Batterie (Typ NMC), die in einem rein batteriebetriebenen und für den Verkehr zugelassenen Fahrzeug zur Anwendung kommt (Stand 2019). Dabei lag die Analyse von Brandrückständen und deren Auswirkung für Infrastrukturen im Zentrum. Es wurden weder Brand- oder Crashtests mit ganzen Elektrofahrzeugen durchgeführt, noch wurden Analysen zur Eintretenswahrscheinlichkeit unternommen.

Die Hypothese, dass die Emissionen von Elektrofahrzeugbränden in unterirdischen Verkehrsinfrastrukturen zu nachhaltigen Auswirkungen führen, kann nicht pauschal bestätigt werden.

Die Studie kommt zum Schluss, dass eine technische Beeinträchtigung von typischen Infrastrukturkomponenten in Tiefgaragen und in Straßentunneln praktisch ausgeschlossen werden kann. Die batteriespezifischen Emissionen eines Elektrofahrzeugbrandes werden aber zu Kontaminationen führen, die in toxikologischer Hinsicht für die Dekontaminations- und Entsorgungsarbeiten von Bedeutung sind.

Aufgrund der Erkenntnisse können sechs risikomindernde Maßnahmen abgeleitet werden, die primär organisatorischer Natur sind; zwei davon werden als dringend erachtet.

Das bei einem Elektrofahrzeugbrand anfallende Lösch- und Kühlwasser ist stark kontaminiert. Da die Konzentrationen von Lithium und der Schwermetalle Kobalt, Nickel und Mangan derzeitige Grenzwerte für die Einleitung in die Kanalisation um ein Vielfaches überschreiten, muss eine entsprechende Vorbehandlung in der Praxis zwingend umgesetzt werden. Die Anwendung der aktuellen Grundsätze für ABC-Einsätze sind hierfür ausreichend. Hinsichtlich des Kühlwassers, das typischerweise in der Nachbehandlung von ausgebrannten Batterien anfällt, ist zudem die Definition eines standardisierten Umgangs erforderlich.

Die weiteren Empfehlungen umfassen zusätzliche präventive Maßnahmen, die einen angemessenen Umgang mit der sich verändernden Risikolandschaft erlauben.

Lithium-Ionen-Speicher führen nicht nur im mobilen Anwendungsbereich zu veränderten Risiken. Stationäre Speicheranlagen von Gebäuden basieren auf derselben Technologie und werden immer zahlreicher in Untergeschossen installiert, wo sich die betriebs- und sicherheitstechnische Situation ähnlich gestaltet. Die spezifischen Risiken, insbesondere potenzielle Schadensausmasse sind weitgehend unklar und sollten ebenfalls experimentell untersucht werden.“

Erkenntnislage aus dem Projekt – Stand August 2020

chronologische Gefahrendarstellung in Brandfällen

Betrachtung des Forschungsprojektes:

Batterien in Elektroautos, sogenannte Li-Ionenbatterien, stellen im Havariefall eine Bedrohung für die Umwelt durch giftige Schadstoffe und lebensbedrohliche Situationen für Beteiligte durch Stromschläge dar. (vgl. S. 65/66)

Li-Ionen Batterien werden aber auch als Speicher von Solaranlagen betrieben und stehen damit ohne besondere Auflagen in vielen privaten Gebäuden. Ein Batteriebrand wird auch als „thermisches Durchgehen“ bezeichnet. Havarierte Li-Ionen Batterie/Elektrofahrzeug-Batterien gelten generell als nicht löschbar; im Havariefall kann man lediglich die begonnenen unkontrollierbaren chemischen Reaktionen unter fachmännischer Beobachtung abklingen lassen. (S.19 ff )

Als einziges „Löschmittel“ wird derzeit Wasser benannt, welches die chemischen Reaktionen (allg. Batteriebrand genannt) aber nicht stoppt, sondern nur dauerhaft kühlt (vgl. S. 19 und 60).

Elektrofahrzeug-Batterien fangen nicht selbststätig an zu brennen. Auslöser ist in der Regel ein Stressereignis/Havarie. Havarie Ursachen bei Elektrofahrzeug-Batterien können sein
(vgl. S. 19 und 66):

  • Beschädigungen durch Unfall und ähnliche mechanische Einwirkungen (Stressereignisse),
  • Selbstentzündung durch Produktionsfehleroder während des Ladeprozesses
  • Ladung einer bereits beschädigten Batterie,
  • zu hohe Ströme bei Ladung oder Entladung (unabhängig von Ladeleistung),
  • Überladung, Tiefentladung (unabhängig von Ladeleistung),
  • Ungleichmäßige elektrische Zellladungsverteilung,
  • Ladung bei kalter Umgebung (<0 °C) und hohen Strömen,
  • Überhitzung, Kälte, Nässe und Kurzschlüsse

Gefahrendarstellung in Brandfällen

Bei einem Batteriebrand bestehen grundsätzlich chemische Gefährdungen, die die Sicherheit von Personen wesentlich beeinträchtigen. Dazu zählen Personen wie Ersthelfer und „private/unkundige“ Brandbekämpfer mit fehlenden oder unzureichenden Schutzvorkehrungen.

Freigesetzte Schwermetallstäube überschreiten maximale Konzentrationswerte, bei denen eine exponierte Person nach 30 Minuten schwere oder dauerhafte Schäden erleidet (vgl. S. 57/58 und 13). In geschlossen Räumen (wie Werkhallen, Einzelgaragen, Tiefgaragen) werden die chemischen Bestandteile einer Lithiumbatterie mit dem Löschwasser zu einer Wasserstoffanreicherung führen. Wasserstoff stellt in Konzentrationen zwischen 4 und 77% ein zündfähiges, explosives Gas dar (vgl. S. 20 und 63/64).

Des Weiteren reagieren die chemischen Bestandteile einer brennenden Lithiumbatterie mit Löschwasser zu hochgiftiger Flusssäure (= Fluorwasserstoff). (vgl. S. 64) Aufgrund der Toxizität (Giftigkeit) von Flusssäure und des damit verbundenen Schadenpotenzials für Mensch und Umwelt werden angemessene Vorsichtsmaßnahmen, wie großzügige Lüftung und Löschwasserrückhaltung, im Brandfall angezeigt.

Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Flusssäure

https://www.chemie.de/lexikon/Fluorwasserstoffsäure.html

Umweltrelevante Aussagen zu Löschwasser und Kühlwasser

Umweltrelevante Probleme mit Löschwasser (vgl. S.59 und 64)

Wasser, welches zur Brandbekämpfung eingesetzt wurde, ist sehr stark mit batteriespezifischen Substanzen und insbesondere Schwermetallen kontaminiert. Es wird daher dringend empfohlen, bei jedem BEV-Brand die Einsatzregeln und Grundsätze für ABC-Einsätze anzuwenden, anfallende Abfälle sowie Abwässer gemäß den Vorgaben umwelt- und fachgerecht zu entsorgen.

Die Konzentrationen von Lithium und der Schwermetalle Kobalt, Nickel und Mangan im Löschwasser übersteigt die Grenzwerte für die Einleitung in die Kanalisation um ein Vielfaches, eine entsprechende Vorbehandlung (Grenzwertherstellung) des Löschwassers vor Einleitung in Abwassermedien ist in der Praxis zwingend umzusetzen.

Löschwasser Analysewerte Beispiele: (vgl. S.48)

Die Schwermetalle Kobalt, Nickel und Mangan können in Konzentrationen von 36 mg/l nachgewiesen werden.

Die analysierten Schwermetallgehalte überschreiten die zulässigen Einleitwerte, für Industrieabwässer um Faktoren von 20 bis 70 (zu Werten Kanalisation Schweiz) und für Trinkwasser teils um Faktoren von 700 bis 1.800 fache (zu definierten Schweizer Grenzwerten).

Einige Schadstoffe sind krebserzeugend, toxisch und in der Umwelt nicht abbaubar, die Bedeutung einer fachgerechten Entsorgung ist deshalb unerlässlich. (vgl. S.60)

Umweltrelevante Probleme mit Kühlwasser (vgl. S.60 und 65)

Ein Ruhezeit im Kühlwasser wird mit mindestens 2 Tagen beschrieben. Kühlwasser, welches zum „Abklingen“ eines Elektrofahrzeug-Batterie-Brandes genutzt wurde, ist extrem hoch mit Schwermetallen und batteriespezifischen Substanzen kontaminiert.

Je gekühltem PKW fallen ca. 20m3 kontaminiertes Abwasser an. Diese Kühlwässer sind zwingend umwelt- und fachgerecht zu entsorgen.

Die Konzentrationen von Lithium und der Schwermetalle Kobalt, Nickel und Mangan im Löschwasser übersteigt die Grenzwerte für die Einleitung in die Kanalisation um ein Vielfaches, eine entsprechende Vorbehandlung des Kühlwassers vor der Einleitung in Abwassermedien ist zwingend umzusetzen.

Löschwasser Analysewerte Beispiele: (vgl. S.48)

Die Schwermetalle Kobalt, Nickel und Mangan können in Konzentrationen von 50 bis 55 mg/l nachgewiesen werden. Die analysierten Schwermetallgehalte überschreiten die zulässigen Einleitwerte, für Industrieabwässer um Faktoren von 30 bis 100 (zu Werten Kanalisation Schweiz) und für Trinkwasser teils um Faktoren von 1.000 bis 2.800 fache (zu definierten Schweizer Grenzwerten).

Einige Schadstoffe sind krebserzeugend, toxisch und in der Umwelt nicht abbaubar, die Bedeutung einer fachgerechten Entsorgung ist deshalb unerlässlich. (vgl. S.60 und 64)

Entsorgung der Batterien bzw. Brandwracks, Empfehlung aus dem Forschungsprojekt

Entsorgung der Batterien bzw. Brandwracks

Augenscheinlich abreagierte Batteriemodule sind auf verbliebenes reaktives Material zu untersuchen.

Wird in einem Batteriemodul noch reaktives Material festgestellt, dann muss dieses sofort unschädlich gemacht werden. Wobei im Projekt davon ausgegangen wird, dass die endgültige Unschädlichmachung von reaktivem Restmaterial nur durch eine kontrollierte Fortsetzung des Batteriebrandes oder einer umgehenden Verbrennung des Brandwracks bzw. Batterie in einer Verbrennungsanlage erfolgen kann. (vgl. S.34)

(Anmerkung) Da nach einem Batteriebrand eine Trennung der Batterie vom Fahrzeug nicht sinnvoll erscheint (gesamtes Brandwrack ist kontaminiert) oder nicht realisierbar ist, scheidet das verbrennen für Transporter, Busse und LKW in einer Verbrennungsanlage aus.

Beschädigte aber nicht vollständig abreagierte Zellen einer Lithium-Ionen-Batterie können wiederholt und ohne Vorzeichen erneut aufflammen und gesundheitsschädliche Substanzen freisetzen. (vgl. S. 65)

Nicht vollständig abreagierte Batteriezellen können durchaus noch relevante Zellspannungen aufweisen, die sich besonders im Verbund mit anderen, möglicherweise noch intakten Batteriezellen, zu lebensgefährlichen Gleichspannungen akkumulieren können. Durch die beschädigte Batterie kann diese Gleichspannung auf Fahrzeugteile übertragen werden und so Personen gefährden, die in Kontakt mit den betroffenen Fahrzeugen kommen. (vgl. S. 66)

Empfehlung aus dem Forschungsprojekt: (vgl. u.a. S. 65)

Aufgrund der potenziellen Gefährdungen für Mensch und Umwelt ist ein einheitliches Vorgehen für den Umgang mit wassergekühlten BEV-Wracks zu definieren.

  • Festschreibung wo und durch wen gekühlte Brandwracks gelagert werden.
  • Welche zertifizierten Entsorger für Kühlwasser gibt es in welcher Entsorgerdichte?
  • Welche zertifizierten Entsorger für Brandwracks gibt es in welcher Entsorgerdichte?
  • Prozesse des Transports sowie der Lagerung und insbesondere der Entsorgung müssen in Form eines Leitfadens beschrieben und Verantwortungen klar zugewiesen werden.
  • Mögliche Beteiligte, wie Feuerwehren, Abschleppdienste, Autoverwerter, Schrotthändler, Verbrennungsanlagenbetreiber etc., müssen frühzeitig in die Erarbeitung der verbindlichen Handlungsanweisungen eingebunden werden.

Hilfreiche Links zum Thema

zitierte Forschungsprojekt/Studie – Stand August 2020:

Erstellt auf Antrag der Arbeitsgruppe Tunnelforschung (AGT) Schweiz: AGT 2018/006

„Risikominimierung von Elektrofahrzeugbränden in unterirdischen Verkehrsinfrastrukturen“

https://plus.empa.ch/images/2020-08-17_Brandversuch-

Elektroauto/AGT_2018_006_EMob_RiskMin_Unterird_Infrastr_Schlussbericht_V1.0.pdf

Elektrofahrzeug-Batterie-Brand anschauen – 10 Minuten WDR-Beitrag 19.05.2020:

Ausarbeitung:

Büro Tobias Keller

Mitglied des Sächsischen Landtag

Verkehrspolitischer Sprecher

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