Exklusiv-Interview mit Werner Wagner: Über Brandschutz für Lithium-Batterien

Bei den Radlern halten sie gerade Einzug, umweltbewusste Autofahrer sehnen die Serienreife auch schon herbei: Elektro-Antriebe sind ­wichtiger Baustein im Energie- und Mobilitätsmix. In der Automobil­industrie wird in den nächsten ­Jahren auf dem Weg zur nachhaltigen Mobilität die Einführung von elektrischen Antrieben gar einer der wichtigsten Trends überhaupt sein. Dabei ist die Batterie das zentrale Element - und brandschutztechnisch das kritische. In diesem Beitrag zeigen wir auf, warum das so ist - und wie ein gutes Brandschutz­konzept aussehen sollte.

Das Thema Elektromobilität wurde und wird aktuell in vielen Facetten beleuchtet, der Part Brandschutz blieb bislang jedoch weitgehend unberücksichtigt. Dabei ist die von einer Lithium-Zelle verursachte Brandgefahr nicht zu unterschätzen und sollte durch ein maßgeschneidertes Brandschutzkonzept abgesichert sein. Denn: In vielen Bereichen des täglichen Lebens halten Lithium-Batterien vermehrt Einzug.
Besonders der Boom bei mobilen elektronischen Kleinanwendungen, zu denen Smartphones, Notebooks, Kameras, Werkzeuge und viele weitere Geräte gehören, hat in den letzten Jahren zu einer massenhaften Verbreitung von Lithium-Batterien geführt. Ein weiterer wichtiger Bereich ist das Segment Kleinfahrzeuge (Antrieb für Fahrräder, Roller, Rasenmäher, Gabelstapler), in dem Lithium-Batterien auch zunehmend an Bedeutung gewinnen. Eine geradezu explosionsartige Entwicklung erfährt die Anwendung von Lithium-Batterien im Bereich Automotive, was die steigende Anzahl von Hybridantrieben in den letzten Jahren belegt.

Vielfältige Risiken
Ganz klar, es gibt sie, die Risiken bei der Produktion, dem Transport und der Lagerung, beim Betrieb sowie bei der Rücknahme und auch beim Recycling von Lithium-Batterien. Denn es werden innerhalb der Batterien große Energiemengen gespeichert. Kommt es dann durch technische Defekte oder unsachgemäße Handhabung zu einer unkontrollierten und beschleunigten Abgabe der chemisch gespeicherten Energie, erfolgt dies in aller Regel als thermische Energie, was unweigerlich zu einem Kurzschluss und demzufolge zu einem Brand führen kann. Auch können mechanische Beschädigungen, elektrische Fehler oder thermische Einwirkungen zum Austreten der Elektrolyten, zu Feuererscheinungen oder zu einer Explosion führen.

Doch es gibt Lösungen. Der Wagner-Unternehmensgruppe wird nachgesagt, dass sie dafür sorgt, Brände erst gar nicht entstehen zu lassen - der Idealzustand für jeden Brandschützer. Die Spezialisten für Brandschutzkonzepte sind mit dem Brandvermeidungssystem „OxyReduct" Technologie- und Marktführer auf dem Gebiet der „Brandvermeidung" - und haben sich durch die Entwicklung durchdachter Schutzkonzepte gerade für die Lagerung von Lithium-Batterien bereits früh hervorgetan. Daher verwundert es nicht, dass ausgerechnet das Unternehmen aus Langenhagen und die Landesinitiative Brennstoffzelle und Elektromobilität Mitte des Jahres einen gemeinsamen Arbeitskreis veranstalteten. Im Mittelpunkt der Veranstaltung, die im Auditorium des „WAGNER WORLD"-Brandversuchslabors in Langenhagen stattfand, standen die Risikobeurteilung, Brandgefahren, Brandbekämpfung sowie Brandvermeidung - gerade im Zusammenhang mit der Lagerung von Batterien. Im Zuge der Recherchen zu diesem Thema erhielt Steffen Ebert von GIT-SICHERHEIT.de Gelegenheit, Unternehmensgründer und Geschäftsführer Werner Wagner zu befragen.

Lithium-Batterien als Schadenursache
Eine ganze Reihe von Schadensfällen in der Vergangenheit bestätigen die Risiken, die - wie auch im Interview mit Brandschutzpionier Werner Wagner deutlich wird - von den Energiespeichern ausgehen. So vernichtete erst kürzlich ein Großfeuer eine Lagerhalle, in der über 10.000 Pedelecs gelagert waren. E-Bike samt Batterien verbrannt, Elektromobilität adé, zumindest für die Kunden, die gerade auf ihre Elektrorad-Lieferung gewartet hatten. Die Annalen sind voll von weiteren Vorfällen dieser Art. Vor wenigen Jahren brannte die Produktions- und Lagerhalle eines Batteriemontagezentrums komplett ab. Auch im Luftverkehr ereigneten sich einige schwere Unfälle. Besonders spektakulär: Im September 2010 stürzte in Dubai ein Frachtflugzeug des Typs Boeing 747 mit einer großen Anzahl an Lithium-Batterien im Frachtraum ab. Die Erkenntnis einmal mehr: Die Energieträger, egal ob groß oder klein, sind höchstempfindliche Kameraden.

Realbrandversuche bei Wagner
Warum die Brandschützer aus Langenhagen sich so gut auskennen mit dem Schutz der energiegeladenen Sensibelchen, hat gute Gründe: Man hat sich als Pionier im Bereich des Brandschutzes für Lithium-Batterien intensiv mit dem Prozess der Zellenproduktion beschäftigt und zahlreiche Realbrandversuche in einem Lagersystem für Lithium-Zellen in Zusammenarbeit mit VdS und einem Batteriehersteller durchgeführt. Ziel war es, im Schadenfall eine Brandausbreitung auf benachbarte Zellen zu unterbinden. Das Brandverhalten wurde eingehend analysiert, so dass auf Basis dieser Ergebnisse ein umfassendes, maßgeschneidertes Brandschutzkonzept erstellt werden konnte. Dabei waren die extrem engen Platzverhältnisse im Lager zu berücksichtigen.

Schutzkonzepte mit Brandvermeidung
Heraus kam bei den Versuchen, was den Unternehmenslenker Werner Wagner und seine Mannschaft nur bestätigt: Der optimale Schutz der Zellen kann durch den Einsatz einer Sauerstoffreduktionsanlage mit dem Brandvermeidungssystem OxyReduct erreicht werden. Durch die kontrollierte Zugabe von Stickstoff wird das Sauerstoffniveau in einem Schutzbereich auf einen definierten Wert abgesenkt und kontinuierlich gehalten. Bei einer Restsauerstoffkonzentration von ca. 14,5 Vol.- % reicht die von einer überhitzten und brennenden Zelle ausgehende Schadwirkung nicht aus, um die in direkter Nachbarschaft gelagerten Zellen zu entzünden oder zum Bersten zu bringen. Also: Auch die hochempfindlichen Batterien können dann nicht mehr brennen - während herkömmliche Brandschutzkonzepte aufgrund spezifischer Eigenschaften für dieses Einsatzgebiet gänzlich ungeeignet sind.
Das von Wagner realisierte Brandschutzkonzept wurde aufgrund der äußerst positiven Testergebnisse schließlich erfolgreich durch VdS zertifiziert.
Maßgeschneiderte Brandschutz­lösungen

Lithium-Batterien erfordern ein ganz besonders hohes Maß an Sicherheit. Dass von den Energiespeichern ein hohes Risiko ausgeht, haben die zahlreichen Zwischenfälle in der Vergangenheit gezeigt. Nicht nur die Produktion, sondern auch die Lagerung und der Transport, der Betrieb, der Ladevorgang an sich und die Entsorgung solcher Zellen müssen durch zuverlässige Brandschutzkonzepte vor Feuer geschützt sein.
Da sich der Bedarf an Batteriezellen in den nächsten Jahren kontinuierlich erhöhen wird, steigen auch die Anforderungen an den Brandschutz. Mit maßgeschneiderten Brandschutzlösungen hat sich das Unternehmen Wagner auf diese Aufgaben umfassend vorbereitet und ist bereits heute in der Lage, komplette Brandschutzkonzepte und Lösungen für die verschiedenen Bereiche zu realisieren. Elektroantriebe und Batterie-Modelle egal welcher Couleur sollen schließlich keine Gefahrenquelle sein - sondern Energieträger und Mobilitätshelfer für die Zukunft.

GIT-SICHERHEIT.de: Herr Wagner, Sie haben gemeinsam mit der niedersächsischen Landesinitiative „Brennstoffzelle und Elektromobilität" einen Arbeitskreis veranstaltet. Wie kam es zu dieser Zusammenarbeit?

Werner Wagner: Wir haben die „WAGNER WORLD" vorgestellt, unser neues Schulungszentrum und Brandversuchslabor. Mit dabei waren auch Kunden von uns aus dem Energiesektor. Die waren sich einig, dass das Thema hochinteressant wäre, und ob wir dazu mal ein Forum machen könnten. So wurde Sicherheit für Lithium-Batterien zum intensiven Diskussionsthema. Wir haben daraufhin eine Runde mit externen und internen Spezialisten zu einem weiteren Gesprächskreis geladen. Heraus kam bei den folgenden, intensiven Gesprächen, dass es enorm großen Informationsbedarf gibt - und man hier einen Arbeitskreis zusammen mit der Landesinitiative gründen sollte. Diese Überlegung war ein voller Erfolg, es gab so viele Anmeldungen in kurzer Zeit, dass leider nicht alle Interessenten teilnehmen konnten. Aber: Wir werden die Veranstaltung im nächsten Jahr fortsetzen!

Die Sicherung von Lithium-Batterien stand im Zentrum. Welche spezifischen Brandrisiken gehen von den Batterien aus?

Werner Wagner: Das Problem besteht darin, dass durch etwaige Kurzschlüsse innerhalb der Batterie-Zelle ein exothermer Vorgang gestartet wird, ein sogenannter Runaway, der zu einem Abbrand mit sehr hohen Temperaturen führt. Dadurch werden benachbarte Materialien oder gar Batterien ebenfalls entzündet und es kommt zu einer unkontrollierbaren Schadensausbreitung.

Sind die derzeit im Einsatz befindlichen Brandschutzsysteme für Lithium-Batterien nicht ausreichend - und wie groß ist das Problem eigentlich?

Werner Wagner: Ich bin der Überzeugung, dass die derzeitig auf dem Markt befindlichen Brandschutzsysteme schon in der Lage sind, diese Thematik in den Griff zu bekommen. Jedoch müssen diese Systeme aufgrund detaillierter Brandschutzkonzepte richtig auf den jeweiligen Einsatzbereich abgestimmt werden. Unklar ist momentan, inwiefern bereits installierte Brandschutzsysteme - etwa vorhandene Sprinkleranlagen in Lagerbereichen - in der Lage sind, solche Brände zu beherrschen. Nehmen Sie nur das Beispiel der Kleinladungsträger, also die Kunststofftransportbehälter, die massenhaft im Bereich der Industrie eingesetzt werden. Als diese Produkte auf dem Markt kamen und zu tausenden in den Lagerbereichen gestapelt wurden, stellte man auch erst nach den ersten Großbränden fest, dass diese mit den vorhandenen Sprinkleranlagen nicht beherrscht werden konnten. Dass dies im Bereich der Lithium-Batterien nicht wieder passieren kann, wurde vom Gesamtverband der Deutschen Versicherer GDV geplant, hier kurzfristig Brandversuche durchzuführen.

Nun befassen Sie sich ja schon länger mit Brandschutzkonzepten für die Produktion, die Lagerung und den Betrieb von Lithium-Batterien. Wie kamen Sie zu diesem Thema?

Werner Wagner: Ganz einfach, ein Kunde fragte nach einer speziellen Lösung. Wir hatten eine Anfrage zum Schutz eines Hochregallagers für den Produktionsbereich eines großen Batterieherstellers. Bei der näheren Betrachtung des Schutzkonzeptes für dieses Lager stellten wir fest, dass das geplante Löschmedium hier nicht zielführend war. In Zusammenarbeit mit dem Kunden und dem Errichter des Hochregallagers wurde ein Schutzkonzept mit OxyReduct entwickelt. Dieses wurde zusammen mit VdS geprüft und für diesen Einsatzfall zertifiziert und zugelassen. Der Kunde hat somit die absolute Sicherheit, dass bei einem Abbrand einer Batterie-Zelle keine Schadensausbreitung erfolgen wird - und er somit keinerlei Produktionsausfall zu befürchten hat.

Kommt im Bereich Lithium-Batterien nur Ihr Brandvermeidungssystem OxyReduct zum Einsatz?

Werner Wagner: Nein, OxyReduct ist nur einer der Bausteine in unseren Schutzkonzepten. Wir setzen OxyReduct vor allem dann ein, wenn es sich um abgeschlossene Bereiche handelt, die nur gelegentlich von Personen begangen werden. Beispiele sind hier die Lagerbereiche für das Aging, also die künstliche Alterung der Zellen - und wir setzen OxyReduct auch zur Aufrechterhaltung der Haltezeit bei stationären Inertgaslöschanlagen ein.

Die genannten Risiken kommen ja bei Produktion, Formatierung und Lagerung in unterschiedlicher Weise zum Tragen - wie sehen hier jeweils die Brandschutzkonzepte aus?

Werner Wagner: Unsere Brandschutzkonzepte sind immer anwenderbezogen auf das jeweilige Projekt abgestimmt. Im Bereich der Produktion kommt neben unserem Brandfrühesterkennungssystem Titanus unsere Inertgaslöschtechnik FirExting und OxyReduct zum Einsatz. Gerade im Bereich der Formatierung ist es sehr wichtig, im Brandfall eine Rückzündung zu vermeiden. Dies gelingt nur, wenn nach Auslösung der Inertgaslöschanlage die erforderliche Restsauerstoffkonzentration kontinuierlich gehalten wird, bis die Fehlerursache behoben ist. - Im Bereich von Batterie- und Elektromotorprüfständen setzen wir neben der Brandfrühesterkennung ein Wassernebelsystem zur Brandbekämpfung ein. Nur das optimale Zusammenspiel der einzelnen Systeme garantiert im Brandfall den schnellen und sicheren Erfolg beim Eintritt eines Schadenszenarios.

Herr Wagner, vielen Dank für dieses Gespräch.