Brandgefahr Lithium-Ionen-Akkus

Die leistungsstarken Lithium-Ionen-Akkus sind ein industrieübergreifendes Thema. Nicht nur in Notebooks, Mobiltelefonen und im Bereich der Elektromobilität setzen Hersteller auf die derzeit effektivsten Speicher für elektrische Energie. Für die ­Industrie gilt es aber hinsichtlich der Lagerung neue Brandschutz­konzepte zu entwickeln, denn diese birgt neue Risiken. Der weltweit ­erste Großversuch zur Brandgefährdung bei der Massenlagerung von ­Lithium-Ionen-Akkus zeigte, dass ohne Schutzmaßnahmen beispielsweise Lagerstätten in wenigen ­Minuten in Flammen stehen können.

Als Energiespeicher für Geräte des alltäglichen Gebrauchs und für Elektrofahrzeuge sind die leistungsstarken Lithium-Ionen-Akkus vielfältig einsetzbar. Die neue Technik dominiert den Markt für Akkus, denn sie sind klein und haben im Vergleich zu anderen Akkus eine höhere Speicherkapazität. Neben kleineren Akkumulatoren für die Telekommunikations- und IT-Branche wie für Smartphones und Notebooks dienen leistungsstärkere Varianten beispielsweise auch als Energiespeicher für umweltfreundliche Elektroautos, Hybridfahrzeuge und werden auch in der Luftfahrttechnik eingesetzt. Umso größer die Leistungskapazität der Lithium-Ionen-Akkumulatoren allerdings ist, umso wahrscheinlicher ist auch das Brandrisiko. So kann es beispielsweise aufgrund eines technischen Defekts zu einer unkontrollierten und beschleunigten Abgabe der chemisch gespeicherten Energie kommen, welche dann eine Selbstentzündung verursacht. Aber auch die Lagerung der Akkus bedeutet bereits ein erhöhtes Risiko. Die Brandlast ist aufgrund der chemischen Zusammensetzung erheblich höher als bei herkömmlichen Akkus.

Auf Brandrisiken einstellen
In Zeiten globaler Lieferketten kann ein Lagerhallenbrand für ein Unternehmen durch den Verlust der gelagerten Waren und die daraus resultierende Betriebsunterbrechung schnell die Existenz bedrohen. Bislang waren nur geringe Kenntnisse über Lithium-Ionen-spezifische Risiken und die geeigneten Schutzmaßnahmen vorhanden. Die betroffenen Industrien benötigen dringend konkrete Empfehlungen für Maßnahmen zur Brandfrüherkennung und zur effektiven Brandbekämpfung, um Großschäden zu verhindern.

Weltweit erster Großversuch
Aus diesem Grund wurde eine Studie zur Massenlagerung von Lithium-Ionen-Akkus von FM Global gemeinsam mit der Property Insurance Research Group (PIRG) im Auftrag der US-amerikanischen National Fire Protection Association (NFPA) durchgeführt. Das Ziel dieses weltweit ersten Großversuches war es, die Brandrisiken bei der Massenlagerung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu bestimmen, die konkreten Gefahrenszenarien zu beschreiben und geeignete Schutzmaßnahmen zu empfehlen.

Im Rahmen der Studie im Forschungs- und Testzentrum von FM Global in Rhode Island, USA, wurden von den Risikomanagement-Experten realitätsnahe Lagerszenarien konzipiert, Brandversuche durchgeführt und die Ergebnisse dokumentiert und analysiert. Die Versuchsreihe lieferte grundlegende Erkenntnisse über die Brandgefahren dieser Energiespeicher. So gehen von Lithium-Ionen-Akkumulatoren aufgrund ihrer brennbaren Elektrolytflüssigkeit mehrere besondere Brandgefahren aus. Denn dicht aneinander gelagerte zylindrische Lithium-Ionen-Zellen und Polymerzellen verhalten sich im Brandfall anders als herkömmliche Akkus für Elektrowerkzeuge.

„Werden zum Beispiel in Warenlagern große Mengen Lithium-Ionen-Akkus in Wellpappkartons gelagert, ist eine frühzeitige Brandlöschung und Kühlung der Akkumulatoren entscheidend, um einen Großbrand zu verhindern", erklärt Peter Eymael, Group Manager Field Engineering bei FM Global in Deutschland. Im Brandfall muss deshalb der Löschvorgang so früh wie möglich einsetzen, um einen Großbrand zu verhindern. Denn hat ein Brand in einer Lagerhalle ein bestimmtes Ausmaß erreicht, lässt sich ein Totalverlust kaum noch verhindern. Alle Lagerbestände sind dann zerstört und auch Produktion und Umsatz des Unternehmens können gefährdet sein.

Verändertes Brandverhalten nach fünf Minuten
Aus der Studie zur Massenlagerung von Lithium-Ionen-Akkus wird deutlich, dass diese während der ersten fünf Minuten in ihrem Brandverhalten den standardisierten Brandgütern gleichen. Aus dieser Erkenntnis heraus wurde für die Lithium-Ionen-Akkus ein Sprinklerschutzkonzept entwickelt, welches ebenso bei der Lagerung von geschäumten Kunstoffen und brennbaren Flüssigkeiten zum Einsatz kommt. Dieses Sprinklerschutzkonzept wird als „FM Global Schema-A" bezeichnet.

Im Rahmen der Studie wurde allerdings ebenfalls festgestellt, dass sich nach Ablauf der ersten fünf Minuten das Brandverhalten der Lithium-Ionen-Akkumulatoren von den Referenz-Brandlasten deutlich unterscheidet, denn die Lithium-Ionen-Akkus brennen erheblich stärker. Ein alleiniger Deckenschutz durch schnell ansprechende Sprinkler mit großem Sprinklerdurchfluss (K-Faktor) kann in diesem Fall möglicherweise keinen ausreichenden Schutz bieten. Besonders bei Hochregallagern ist es daher ratsam, nicht nur Deckensprinkler einzusetzen, sondern ergänzend auf weiteren Ebenen der Hochregale Sprinkler zu installieren. So kann gewährleistet werden, dass auch die unteren Ebenen vor Flammen geschützt sind und die Flammen nicht auf eine nächsthöhere Ebene überspringen können.

„Im kommenden Jahr werden weitere Tests folgen, mit denen der Einfluss von Sprinklern auf die Brandentwicklung in Lagerhallen untersucht werden soll", sagt Peter Eymael von FM Global. „Damit wollen wir dazu beitragen, bei der Lagerung von Lithium-Ionen-Akkus Brände zu minimieren." Für den maximalen Schutz einer Lagerhalle sei es auf jeden Fall ratsam, alle Lagerstätten vorsorglich nach dem Sprinklerschutzkonzept „FM Global Schema A" auszurüsten, um eine früh einsetzende Brandbekämpfung zu gewährleisten und zur aktiven Schadenverhütung beizutragen.

„Mit dieser Versuchsreihe gewinnen wir frühzeitig wertvolle Erkenntnisse über die Brandgefahren einer Technologie, die sich zukünftig immer weiter durchsetzen wird", so Frank Drolsbach, Direktor und Operations Engineering Manager bei FM Global.

Weitere Forschung werde folgen, so Drolsbach, denn die Brandrisiken bei Lithium-Ionen-Akkus sind größer als bei herkömmlichen Akkumulatoren. Unternehmen sollten daher prüfen, ob sie ihre Brandschutzkonzepte an die neue, sich schnell ausbreitende Technologie anpassen sollten.