Gefahrenminimierung bei Li-Ionen-Akkus: sicher laden, lagern und entsorgenSicherheitsschränke dämmen Akkubrände ein
Ob Notebook, E-Bike oder Werkzeug, als mobile Stromquellen kommen meist leistungsfähige und vergleichsweise leichte Lithiumionenakkus zum Einsatz. Vielen unbekannt: Die neuen Akkus stellen vergleichsweise hohe Ansprüche an ein sicheres Handling. Beachtet man einige Anforderungen nicht, können die Akkus in Brand geraten und teure Folgeschäden verursachen. Da niemand Fehler ganz ausschließen kann, ist die beste Methode vom schlimmsten Fall auszugehen und den Schaden dann örtlich zu begrenzen. Hier bieten spezielle Sicherheitsschränke mit Feuerwiderstandsklasse F (30 oder) 90 die nötige Sicherheit für das Aufladen und die Lagerung der Akkus.
Immer wieder kann man in den Medien von Schäden durch fehlerhafte Lithium-Ionen-Akkus lesen. Neben einfachem Versagen des Akkus wird auch oft von Bränden berichtet, die durch überhitzte Akkus entstanden sind. Da diese Akkus inzwischen weit verbreitet im Einsatz sind, sollten sich Anwender, die viele Akkus im Einsatz haben, die Hintergründe näher betrachten. Es handelt sich zwar um Einzelfälle, nur mit der Zahl der Akkus steigt statistisch gesehen ja auch das Schadensrisiko und (Feuer-)Versicherungen enthalten meist einen Passus, der auf den „aktuellen Stand der Technik“ beim Brandschutz verweist. Der Spezialist für Gefahrguthandling CEMO aus Weinstadt (vgl. Firmenkasten) bietet daher nun spezielle Sicherheitsschränke mit ausziehbaren Einschüben für das Laden und Lagern solcher Akkus an. Versagt ein Akku, so ist der Schaden auf das Innere des Schutzschrankes begrenzt. Doch warum ist dieser Schutz so wichtig und um welches abzusichernde Gefahrenpotential handelt es sich?
Moderne Energiespeicher
Der klassische Bleiakku ist schwer und kann nur wenig Energie speichern. Gefährlich ist bei ihm vor allem die enthaltene ätzende Schwefelsäure. Modernere Akkus wie NiCd enthalten Kalilauge als Elektrolyt, ebenfalls eine ätzende Substanz. Tritt der Elektrolyt aus, ist der Schaden jedoch örtlich sehr begrenzt. Bei Lithiumspeichern sieht das anders aus: Da Lithium mit Wasser stark reagiert und Wasserstoff entwickelt, werden statt wässriger Elektrolyte hier lösungsmittelhaltige, leichtentzündliche Stoffe eingesetzt. Diese sind zudem temperaturempfindlich, sprich sie sieden vergleichsweise früh und auch der Flammpunkt ist meist recht niedrig. Wird nun die Akkuzelle durch falsche Ladung, einen internen oder externen Fehler bzw. mechanische oder thermische Belastung geschädigt, tritt schnell eine Kettenreaktion ein. Der Akku erhitzt sich, das Lösungsmittel verdampft, bläht die Akkuzelle auf, tritt dann aus und entzündet sich u.U. sofort an der Luft.
Bis zu diesem Zeitpunkt ist nur die gespeicherte elektrische Energie an der Aufheizung beteiligt, der Akku heizt sich durch Kurzschluss sozusagen selbst auf wie eine Kochplatte. Beginnt dann aber das Lösungsmittel zu brennen, kommt zu der elektrischen Energie noch die rund zehnmal höhere Energie der chemischen Stoffe des Akkumaterials hinzu. Statt 1 kWh elektrischer Energie erzeugt ein brennender Akku dann rund 10 kWh Wärmeenergie. Da Lithium sich nicht mit Wasser löschen lässt, ist auch eine Brandbekämpfung schwierig und Sprinkleranlagen sind sogar kontraproduktiv. Selbst die sicherste Methode bei Metallbränden wie Lithium versagt: das Abdecken mit inerten Materialien, um Sauerstoff abzuhalten und die Masse zu kühlen. Der Akku stellt durch seine Inhaltsstoffe bei Brandtemperatur nämlich selbst den nötigen Sauerstoff für die Verbrennung bereit. Da der Brandfall nicht vorhersehbar ist, kann man nur die Folgen eindämmen. Ein separater „Brand“-Raum für Akkus aber ist teuer und nicht flexibel für die Produktion zu nutzen. Sicherheitsschränke dagegen sind praktisch überall einsetzbar und übernehmen diese Aufgabe perfekt. Im Brandfall schließen sich evtl. offene Türen und Lüftungen automatisch. Dem Brand wird der externe Sauerstoff entzogen, das Feuer im Schrank eingeschlossen und evtl. entstehende Gase durch eine Abluftröhre nach außen entsorgt.
Gefahr erkannt …
Auch wenn moderne Akkus natürlich keine Brandstifter sind, wird ihre Gefahr oft unterschätzt. Insbesondere in Betrieben mit hohem Akkubestand sollte man sich der Hintergründe bewusst sein. Bekannt ist, dass Lithiumzellen durch Überladung und u.U. durch mechanische Schäden z.B. durch Absturz des Akkus, mit Temperaturanstieg und Gasentwicklung reagieren können. Tests haben aber auch gezeigt, dass diese Probleme durch Tiefentladung unter 2 V auftreten können. Der Temperaturanstieg kann dann auch bei Tiefentladung zum Brand führen. Beste Vorgehensweise ist daher, die Akkus möglichst kühl und mit 50 bis 80 % der Nennkapazität geladen zu lagern. Wird der Akku nicht genutzt, sollte er alle 4 Monate kurz nachgeladen werden, um die Selbstentladung auszugleichen. Bei neuen Akkus mit unbekanntem Ladezustand ist eine Eingangskontrolle wichtig, um eine Tiefentladung zu vermeiden.
Energie- und Schadenspotential bei Akkus
Allgemein bekannt ist, dass man brennbare Flüssigkeiten in Arbeitsräumen gesichert aufbewahren muss. Dafür gibt es Vorschriften wie viel in welcher Verpackung und mit welcher Schutzeinrichtung. Bei Akkus kann man dann den Energiegehalt und das mögliche Schadenspotential ganz grob in eine bestimmte Menge, z.B. Benzin, umrechnen und so die Gefahr anschaulich zu machen. 10 kWh entsprechen in etwa einem Liter Benzin bzw. Diesel oder 1 m³ Erdgas. Betrachtet man übliche E-Bike-Akkus mit 36 V und 10 Ah, so ergibt das 360 Wh. Mit dieser Energie kann man mit dem Pedelec rund 50 km weit fahren. Die elektrische Ladung von 360 Wh aus dem vollen Akku entspricht zwar nur rund 36 ml Benzin, im Brandfall jedoch mindestens dem Zehnfachen, da dabei das Akkumaterial selbst mit verbrennt und das multipliziert mit der Anzahl der insgesamt eingelagerten Akkus, die bei Erwärmung durch den Brand ebenfalls „durchgehen“, ergibt das eine gute Grundlage für ein potentielles Feuer.
… Gefahr gebannt
Die Aufbewahrung im Sicherheitsschrank ist die beste Vorsichtsmaßnahme. Dazu können die Schränke bequem mit Rollauszügen für die einzelnen Akkutypen ausgestattet werden. Je nach Wunsch werden z.B. oben Akkus geladen, darunter volle für die Verwendung oder den Versand bereitgehalten und unten alte Akkus sicher zwischengelagert. Die zur Lagerung von Gefahrstoffen in Arbeitsräumen nach DIN EN 14470-1 und TRGS 510 (Anlage 3) zugelassenen Schränke gibt es daher in unterschiedlichen Ausführungen.
Die Protecto-Line-Schrankfamilie von CEMO gibt es in Baugrößen mit 60 x 60 x 195 cm und 120 x 60 x 196 cm (B x T x H). Bei den Auszügen kann man jeweils zwischen vier, fünf und sechs Vollauszügen mit jeweils 65 kg Tragkraft wählen. Eine Bodenwanne aus Stahlblech fängt eventuell austretende Flüssigkeit auf, eine abnehmbare Blende vor dem Sockel erlaubt ein Unterfahren mit Hubwagen oder Stapler, um die Schränke bequem zu bewegen. Von innen höhenverstellbare Füße erleichtern das Nivellieren auf unebenen Böden. Im Brandfall schließen die ein- oder zweiflügeligen Türen automatisch per Hydraulik durch die Wärme und verriegeln sich dabei selbsttätig. So ist der Inhalt sicher abgeschlossen. Be- und Entlüftungsöffnung auf der Schrankoberseite führen eventuell auftretende Gase über Rohre aus dem Raum ins Freie und schützen so Mitarbeiter wie Maschinenpark vor giftigen oder korrosiven Gasen.
Beträgt die Feuerwiderstandsfähigkeit (FWF) 30 oder 90 Minuten, so dürfen darin je nach Typ bis zu 200 bzw. 450 l A1-Flüssigkeiten (hoch entzündlich, Flammpunkt unter 21 °C) gelagert werden. Das ist mehr als ausreichend, um auch bei mit Akkus gefülltem Schrank einen Brand und Rauchgasgefahr einzuschließen.
Titelbild: CEMO
