De energietransitie komt op stoom, maar tegenover het klimaatvoordeel van groene energiebronnen staan nieuwe risico’s op brandveiligheidsgebied. Dat geldt in het bijzonder voor lithium-ion batterijen.
Door Rob Jastrzebski
Drukluchtschuim is effectief bij batterijbranden. Lithium-ion batterijen worden op grote schaal toegepast in consumentenelektronica, elektrische fietsen, scooters en auto’s. Ook in toenemende mate voor de energieopslag voor woningen en bedrijven. Lithium-ion batterijen blijken kwetsbaar en zijn bij brand zeer moeilijk te blussen. Cor Meedendorp van het bedrijf FiFi4Marine, stelt de oplossing te hebben om dit brandrisico te beteugelen. Hij ontwikkelde een schuimblussysteem op basis van microCAFS drukluchtschuim. Daarmee zouden brandende lithium-ion batterijen binnen een minuut effectief kunnen worden geblust.
Kwetsbaar en instabiel
De brandweerwereld en brandveiligheidsexperts kijken kritisch naar de effecten van nieuwe energiebronnen op brandveiligheidsgebied en de praktijk van de incidentbestrijding. Lithium-ion batterijen spelen een sleutelrol in de vergroening van de elektriciteitsvoorziening, maar de batterijen met extreem hoge capaciteit hebben een keerzijde.
Ze zijn kwetsbaar voor beschadiging als gevolg van een val of een ongeluk en kunnen dan instabiel worden. Ook overlading van de batterijen kan tot problemen leiden. Door een zogenaamde ‘thermal runaway’ kunnen de accu’s oververhit raken en spontaan in brand vliegen. Daarbij kunnen explosies en grote steekvlammen optreden. En, erger nog, bij brandende lithium-ion komen grote hoeveelheden giftige stoffen vrij, waaronder fluorwaterstofzuur.
Brand in zo’n buurtbatterij kan forse gezondheidsgevaren opleveren voor grote aantallen mensen
Zorgen over buurtbatterijen
Naarmate batterijsystemen meer volume hebben, worden ook de omgevingseffecten groter. Vooral de plannen voor energieopslag in zogenaamde ‘buurtbatterijen’ baren brandweerexperts zorgen. Het idee is mooi: groene stroom, opgewekt door zonnepanelen in zonneparken of op daken van woningen, wordt opgeslagen in zo’n groot-volume batterijstation en wordt aangesproken als de vraag naar stroom toeneemt.
Maar een brand in zo’n buurtbatterij in een drukbevolkte woonwijk kan forse gezondheidsgevaren opleveren voor grote aantallen mensen. Specialisten industriële veiligheid bij de brandweer stellen dat met die buurtbatterijen risico’s in de woonomgeving worden geïntroduceerd die voorheen kenmerkend waren voor hoogrisicobedrijven.
Ondeugdelijke laadapparatuur
Het aantal branden waarbij lithium-ion batterijen zijn betrokken, neemt gestaag toe. Er zijn al branden geweest in auto’s met een lithium-ion accupakket en in 2018 werden circa honderd woningbranden geregistreerd waarbij de brand ontstond in een batterij. Overlading door gebruik van ondeugdelijke laadapparatuur wordt door verzekeraars en brandonderzoekers als een van de oorzaken genoemd.
De snel toenemende vraag naar lithum-ion batterijen leidt ook tot de bouw van grootschalige opslagvoorzieningen van fabrikanten en leveranciers. En die grote volumes batterijen bij elkaar vergroten het omgevingsrisico aanzienlijk. Ook daar is in Nederland al een voorbeeld van; in 2018 brandde in Nunspeet een opslagloods met lithium-ion accu’s van een fietsenfabrikant af.
Handelingsperspectief brandweer
Wat is het handelingsperspectief als de brandweer wordt geconfronteerd met zo’n brandscenario? Veel water om de reactie in de batterij te stoppen en omliggende batterijen te koelen, geldt in de brandweersector vooralsnog als standaardmethodiek. Vanwege de hardnekkigheid van de thermische reactie in de batterijen, kan zo’n blusactie echter een zaak van lange adem zijn.
Soms moeten batterijen uren worden gekoeld en dan nog kan na verloop van tijd herontbranding optreden. En, afhankelijk van de toepassing in gebruik of opslag, het bluswater moet de batterij ook kunnen bereiken. Met het bluswater kunnen overigens ook schadelijke stoffen uit de batterijen weglekken naar het milieu. Maar is water eigenlijk wel het juiste blusmiddel?
Stationaire blusinstallatie
Nee, is de stellige overtuiging van Cor Meedendorp van FiFi4Marine (F4M). In zijn visie moet het blussen van lithium-ion accu’s met water zelfs worden vermeden. F4M ontwikkelde blussystemen voor grootschalige lithium-ion batterijpakketten aan boord van elektrische en hybride schepen. Na de maritieme sector richt F4M zich nu ook op de beveiliging van grote opslagsystemen op het land.
Voor grote batterij-units heeft F4M een stationaire blusinstallatie ontwikkeld. Die wordt aangestuurd door een detectiesysteem, dat in een vroeg stadium de dampen kan waarnemen die ontstaan bij thermische reacties of overlading van Lithium-ion cellen. Daarnaast zijn de batterijmodules voorzien van warmtesensoren. Komt de temperatuur boven de 68 graden, dan wordt het blussysteem automatisch geactiveerd.
Directe schuiminjectie
Dit systeem, ontwikkeld en gebouwd door F4M in Medemblik, maakt voor de schuim-mixtechniek gebruik van de Duitse Partner microCAFS. Het F4M blussysteem zelf bestaat uit een SKID-unit met één of meerdere composiet tanks van 450 liter, gevuld met een Eco/biologische premix en een 50-litercilinder perslucht met een druk van 300 bar. De werkdruk van het CAFS systeem wordt met reduceerventielen teruggebracht tot een veilige 5,5 bar. De CAFS schuimmix wordt via lagedrukleidingen rechtstreeks in de brandende batterij-unit of module geïnjecteerd.
Diverse brandtesten wezen uit dat de brand binnen een minuut wordt gedoofd en uit blijft.
Brandtesten
Diverse brandtesten in een brandtestlaboratorium in Finland, waarbij DNV-GL en Scandinavische maritieme autoriteiten aanwezig waren, wezen uit dat de brand binnen een minuut wordt gedoofd en uit blíjft. Dit was het gevolg van het extreem grote koelende vermogen van microCAFS in combinatie met een door F4M ontwikkeld geautomatiseerd nablusprocedé.
Het systeem is onder andere geïnstalleerd op een veerboot in Denemarken. De boot beschikt over het op dit moment grootste maritieme lithium-ion accupakket ter wereld. Goed voor 4.3 Megawattuur elektriciteit, verdeeld over 26.880 Lithium-ion cellen. Om de brandveiligheid van dat systeem te waarborgen zijn verschillende blusmiddelen en blusmethoden getest en het CAFS detectie- en blussysteem van F4M kwam als beste uit de bus.
‘Blussen met lucht’
Belangrijk voor het blussen van Lithium batterijen, met name vanwege de spanning die niet kan worden uitgeschakeld, is volgens Meedendorp het extreem lage watergehalte van het ingespoten blusschuim; minder dan 10 procent. “In feite blus je dus met lucht. Bij Lithium-ion en elektrische energie geldt bij brand: hoe minder water hoe beter. Blustactieken met massale hoeveelheden water lijken misschien qua koeling effectief, maar het onder water brengen van een elektrische energiebron genereert waterstof, het meest explosieve gas dat we kennen. Een nog onder spanning staande batterij kan onder water door kortsluiting zelfs tot ontbranding komen. CAFS is tot dusver verreweg de beste optie om brand of een thermal runaway in een lithium-ion batterij effectief onder controle te krijgen.”
Kleinere capaciteit voor kleinere accupakketten
Cor Meedendorp realiseert zich dat het bij kleinere accupakketten, zoals de batterijsystemen in auto’s, niet rendabel is om ze te voorzien van een stationaire blusinstallatie. Dat hoeft ook niet, want portable CAFS-blussystemen zijn er al met een capaciteit vanaf 11 liter. Blussystemen die kunnen worden gebruikt door de brandweer, maar ook door wegbeheerders, die vaak als eerste ter plaatse zijn.
“Voorwaarde is dat het blusmiddel ín de accu-unit kan komen. Daarvoor zou een aansluitpunt op een of meerdere gemakkelijk bereikbare plaatsen in de carrosserie kunnen worden aangebracht, waarop je eenvoudig het blussysteem kan aansluiten. Die opgave ligt bij de autofabrikanten en daarover zijn we met de branche in overleg. Zo kun je een brandende accu veilig van buiten af blussen.”
Partnerschap met energiesector en industrie
Incidenten met lithium-ion accu’s zullen voor de brandweer bekende verschijnselen worden. Zeker gelet op de snelle voortschrijding van de energietransitie in het vervoer en in de woon- en werkomgeving. De brandweersector en het Instituut Fysieke Veiligheid volgen de ontwikkelingen op dit gebied kritisch en pleiten voor een partnerschap in netwerken met de energiesector en de industrie.
Behalve over de eerdergenoemde buurtbatterijen in woonwijken, maakt de brandweer zich ook zorgen over het aantal laadpunten voor elektrische auto’s in parkeergarages. Brandende auto’s in gesloten parkeergarages zijn sowieso al een uitdaging voor de brandweer.
Als daar ook nog de risicoverhogende eigenschappen van lithium-ion accu’s bijkomen, wordt de bestrijding van zo’n brand in een parkeergarage er niet eenvoudiger op. Lector brandpreventie René Hagen van het IFV, pleit er krachtig voor laadpunten in besloten parkeergarages zo dicht mogelijk bij de ingang te plaatsen, zodat een eventuele brand in een elektrische auto gemakkelijk bereikbaar is voor de brandweer.
Volg Brandveilig op LinkedIn