Da kommt noch was … Lithiumakkus

6. Juni 2021 |

Über die letzten beiden Jahrzehnte trat ein Leichtmetall zunehmend ins Rampenlicht, ohne das heute kaum noch irgendwelche tragbaren Elektronikgeräte funktionieren würden. Auch in der Fahrzeugtechnik und in Spielzeug bzw. Sportgerät hält es vermehrt Einzug. Die Rede ist natürlich vom Lithium, dessen Salze derzeit die erforderlichen hohen Energiedichten der Akkus ermöglichen. Viel Energie auf kleinem Raum bringt bekanntlich immer auch Gefahren mit sich, wenn sich diese Energie unkontrolliert frei- bzw. umsetzt. Die gespeicherte elektrische Energie bildet dabei nicht einmal die Hauptsorge, sondern die in der Akkuzelle potentiell vorhandene chemische Reaktionsenergie. Wir wollen die Gefahren dieser Technologie heute einmal etwas beleuchten.

Enge Grenzen des sicheren Betriebes
Lithiumzellen beinhalten hochreaktive Stoffe und können durch mechanische, thermische und elektrische Einflüsse beschädigt werden; wir haben hierzu bereits Beispiele in unseren Brandgefahren veröffentlicht. Es gibt bei der Lithiumtechnik nur ein sehr kleines Fenster von Temperatur-, Spannungs- und Stromwerten, das einen sicheren Betrieb gewährleistet:

Bei vom Hersteller konfektionierten Akkus und dem dafür vorgesehenen Verbraucher und Ladegerät werden diese Grenzen i.d.R. von Schutzschaltungen überwacht und sicher eingehalten. So wurden bei den Millionen im Umlauf stehenden Akkuwerkzeugen bisher keine massierten Brandausbrüche auf Baustellen festgestellt. Insbesondere ungeregelt betriebene Akkus wie im Modellbaubereich neigen aber zu gefährlichen Defekten, weil die Grenzen des sicheren Betriebes oft nicht eingehalten werden und weil natürlich auch Bastler mit unterschiedlichem Hintergrundwissen und Gefahrenbewußtsein am Werk sind. Viele Schäden bilden sich schleichend und sind nicht sofort erkennbar, wirken sich aber unbedingt irgendwann aus. Das Versagensausmaß der beschädigten Zellen ist dabei nicht vorherzusagen, es kann von einem Kapazitätsverlust bis hin zur spontanen Inbrandsetzung führen.

Große chemische Energie
In einer einzelnen der verbreiteten Standardzellen vom Typ 18650 steckt je nach Ladezustand eine chemische Energie, die bei unkontrollierter Freisetzung der von 1,77 g TNT entspricht! Die chemisch gespeicherte Energie beträgt etwa das sieben- bis elffache der elektrisch gespeicherten Energie. Bei größeren Paketen wie beispielsweise Fahrradakkus, die aus einer Vielzahl solcher Zellen bestehen, kommt so eine beträchtliche Energiemenge zusammen, die sich im Falle einer unerwünschten Reaktion Bahn bricht. Bei einem abgebrannten Großakku für den Antrieb eines Omnibusses (hier allerdings keine Pakete von Rundzellen) war beispielsweise der Betonboden der Abstellhalle unterhalb des Akkus bis in 30 cm Tiefe zerstört, die Stahlarmierung teilweise geschmolzen. Wir dürfen leider aus rechtlichen Gründen kein Bild dazu veröffentlichen. Die freisetzbaren Energiemengen bei einem Brand sind jedenfalls beträchtlich.

Gefahren der Einsatzstelle
Beim Brand eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs denken wohl die meisten hauptsächlich an die Gefahr des Stromschlages. Zwei weitere Gefahren – zusätzlich zu den immer vorhandenen Atemgiften – spielen aber eine deutlich wichtigere Rolle. Es sind dies die Gefahren der Ausbreitung und der chemischen Stoffe.

Ausbreitung I: Brennende Lithiumakkus können flüssiges Metall wegschleudern und Personen treffen bzw. andere brennbare Teile in weiterer Umgebung in Brand setzen und bauliche Strukturen in der Nähe durch massive Hitzefreisetzung schwächen. Weiterhin spült das eingesetzte Löschwasser Schadstoffe aus den beschädigten Akkus heraus und verteilt sie u.U. weitläufig.
Ausbreitung II: Durch Hitze beschädigte Akkus, auch wenn sie sich aktuell nicht auffällig zeigen, können u.U. noch weiter reagieren; für wie lange, ist nicht sicher bestimmbar. Ein bereits für gelöscht gehaltener Brand kann so auch nach längerer Zeit erneut aufflammen. Hierdurch ergeben sich insbesondere Probleme für den späteren Transport zur Entsorgung, welche nochmal ein ganz spezielles Thema ist. Brandbeschädigte Lithiumakkus stellen ein unberechenbares Gefahrgut dar.
Chemische Stoffe: Schon die regulär in den Zellen vorhandenen Stoffe können eine weite Bandbreite von Gefahren bedeuten; sie können ätzend, giftig, wassergefährdend, brandfördernd, brennbar sein und mit Wasser gefährlich reagieren. Die Verbrennungsprodukte aus solchen Zellen können u.a. Phosphorsäure, Fluorwasserstoff (etwa 150 l gasförmiger Stoff pro kWh Batteriekapazität) und daraus gebildete Flußsäure sein, die sehr gefährlich werden können.

Elektro-Pkw brennt: Feuerwehr, was tun?
Für Kleinakkus, wie sie in Spielzeugen oder auch noch in Fahrrädern verwendet werden, ergeben sich für den laufenden Feuerwehreinsatz keine besonderen Probleme, sehr wohl allerdings für die spätere Entsorgung nicht gänzlich ausgebrannter Zellen. Wenn aber der Akku eines Fahrzeugs in Brand gerät, steht die Feuerwehr vor dem Problem, daß sie an das eigentliche Brandgeschehen nur schwierig Löschwasser anbringen kann, weil die Akkus meist unten am Fahrzeug und dann natürlich gekapselt eingebaut sind. Hierfür gab es schon einige Lösungsansätze, u.a. wurde mit Löschlanzen experimentiert, die in die Akkus hineingetrieben wurden; mit Abrollbehältern, die geflutet wurden und wochenlang herumstanden, bis der Akku abreagiert hatte. Aktuell wird gerade an einer Berieselung von außen zur Wärmeabfuhr experimentiert und es gibt eine Art Löschdecke, die man über das ganze Fahrzeug breitet.

Die Lösung ist Stand heute noch nicht gefunden. Alle diese Ansätze werfen die Frage auf, welcher Aufwand bei weiterer Verbreitung dieser Technologie getrieben werden soll und welche negativen Effekte man in Kauf zu nehmen bereit ist. Gegen zusätzliche Beschädigung durch das Einschlagen von Löschlanzen kann man trefflich anführen, daß dies erst recht eine brandauslösende Reaktion provoziert. Wieviele solche Löschcontainer bräuchte ein Landkreis, mit wievielen derart zu behandelnden Fahrzeugen wäre pro Woche zu rechnen? Kann das ablaufende bzw. aufgefangene Wasser der öffentlichen Kläranlage zugeführt oder muß es als Sondermüll entsorgt werden?

Dem Verfasser blitzt gerade ein Gedanke auf. Nachdem ein Fahrzeugbrand fast immer einen Totalschaden darstellt, wäre es vielleicht besser, die Umgebung zu schützen und das Ding bestmöglich abbrennen zu lassen. Dann könnten keine weiteren Brandgefahren mehr vom Akku ausgehen. Dann kommt aber schon das nächste Problem um die Ecke, Stichwort Faserverbundwerkstoffe und ihre schädlichen Bruchstücke…

Quellen