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Versuche im Tunnel: Wie gefährlich sind brennende Elektroautos?

Brandversuch im Tunnel
Wie gefähr­lich sind bren­nende Elek­tro­au­tos?

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Was passiert, wenn ein Elek­tro­auto in einem Stra­ßen­tun­nel oder in einer Tief­ga­rage Feuer fängt? Im Versuchs­stol­len Hager­bach setz­ten Empa-Forscher gemein­sam mit dem Tunnel­si­cher­heits­ex­per­ten Lars Derek Mellert Batte­rie­zel­len von Elek­tro­au­tos in Brand, analy­sier­ten die Vertei­lung von Ruß und Rauch­ga­sen sowie die chemi­schen Rück­stände im Lösch­was­ser.

Ein trocke­ner Knall, dann geht es los: Ein Batte­rie­mo­dul eines Elek­tro­au­tos steht im Versuchs­stol­len Hager­bach in Flam­men. Ein Video des Versuchs zeigt eindrück­lich, welche Ener­gie in solchen Batte­rien steckt: Meter­lange Stich­flam­men zischen durch den Raum und erzeu­gen gewal­tige Mengen an dickem, schwar­zen Russ. Die Sicht in dem zuvor hell erleuch­te­ten Tunnel­ab­schnitt geht rasch gegen null. Nach weni­gen Minu­ten ist das Batte­rie­mo­dul ausge­brannt. Asche und Ruß haben sich im ganzen Raum verteilt.

Ziel­gruppe: Betrei­ber von Park­häu­sern und Tief­ga­ra­gen

Der Versuch, der vom Schwei­zer Bundes­amt für Stras­sen (Astra) finan­ziert wurde und an dem mehrere Empa-Forscher mitwirk­ten, fand bereits im Dezem­ber 2019 statt. Nun liegt die Auswer­tung vor. „Wir haben bei unse­rem Expe­ri­ment vor allem auch an private und öffent­li­che Betrei­ber von klei­nen und großen Tief­ga­ra­gen oder Park­häu­sern gedacht“, sagt Projekt­lei­ter Lars Derek Mellert von der Firma Amstein + Walt­hert Progress AG. „All diese bereits bestehen­den unter­ir­di­schen Bauten werden immer häufi­ger auch von Elek­tro­au­tos benutzt. Und die Betrei­ber stel­len sich die Frage: Was tun, wenn solch ein Auto Feuer fängt? Welche gesund­heit­li­chen Gefah­ren entste­hen für meine Beschäf­tig­ten? Welche Effekte hat solch ein Brand auf den Betrieb meiner Anlage?“ Doch bis dahin gab es kaum aussa­ge­kräf­tige Fach­li­te­ra­tur, geschweige denn prak­ti­sche Erfah­rung für solch einen Fall.

Mellert entwi­ckelte mit Unter­stüt­zung des Batte­rie­for­schers Marcel Held und des Korro­si­ons­spe­zia­lis­ten Martin Tuch­schmid von der Empa drei Versuchs­sze­na­rien. Betei­ligt waren außer­dem Exper­ten der Versuchs­stol­len Hager­bach AG und des fran­zö­si­schen „Centre d’étu­des des tunnels“ (CETU) in Bron. „Wir haben Test-Oberflächen im Brand­raum montiert, auf denen sich der Ruß absetzte“, erläu­tert Martin Tuch­schmid, Korrosions- und Brand­scha­den­spe­zia­list an der Empa. „Die Ober­flä­chen wurden nach dem Versuch chemisch analy­siert und auch mehrere Monate lang in spezi­el­len Räumen gela­gert, um mögli­chen Korro­si­ons­schä­den auf die Spur zu kommen.“

Szena­rio 1: Brand in einem geschlos­se­nen Raum

Im ersten Szena­rio geht es um einen Brand in einer abge­schlos­se­nen Park­ga­rage ohne mecha­ni­sche Lüftung. Ange­nom­men wurde eine Stell­flä­che von 28 x 28 Metern Fläche und 2,5 Metern Geschoss­höhe. Ein solches Park­ge­schoss hätte 2000 Kubik­me­ter Luft­vo­lu­men. Ange­nom­men wird der Brand eines Klein­wa­gens mit einer voll­ge­la­de­nen Batte­rie von 32 kWh Leis­tung. Aus Grün­den der Versuchs­öko­no­mie wurde alles auf 1/8 verklei­nert: In Brand gesetzt wurde also ein voll­ge­la­de­nes Batte­rie­mo­dul mit 4 kWh Kapa­zi­tät in einem Raum mit 250 Kubik­me­ter Luft­vo­lu­men. Unter­sucht wurde, wie sich der Ruß auf Tunnel­wände, Ober­flä­chen und auf Schutz­an­züge anwe­sen­der Feuer­wehr­leute absetzt, wie giftig die Rück­stände sind und auf welche Weise sich der Brand­ort nach dem Ereig­nis reini­gen lässt.

Szena­rio 2: Brand in einem Raum mit Sprink­ler­an­lage

Im Szena­rio 2 geht es um chemi­sche Rück­stände im verwen­de­ten Lösch­was­ser. Der Versuchs­auf­bau war iden­tisch wie in Szena­rio 1. Doch dies­mal wurde der Rauch aus der Batte­rie mit Hilfe eines Blechs unter eine Wasser­du­sche gelenkt, die einer Sprink­ler­an­lage ähnelte. Das herun­ter­reg­nende Rußwas­ser wurde in einem Auffang­be­cken gesam­melt. Die Batte­rie wurde dabei nicht gelöscht, sondern brannte eben­falls voll­stän­dig aus.

Die brenn­ba­ren Elek­tro­lyte einer Elektroauto-Batterie erzeu­gen Stich­flam­men. Ein solches Feuer ist nicht lösch­bar. Statt­des­sen müssen bren­nende Batte­rie­mo­dule mit großen Mengen Wasser gekühlt werden, um den Brand einzu­däm­men.

Szena­rio 3: Brand in einem Tunnel mit Venti­la­tion

In diesem Szena­rio ging es um den Effekt eines solchen Bran­des auf eine Lüftungs­an­lage. Wie weit verteilt sich der Ruß in den Abluft­ka­nä­len? Setzen sich dort Substan­zen ab, die zu Korro­si­ons­schä­den führen? Im Versuch wurde wiederum ein 4 kWh-Batteriemodul in Brand gesetzt, doch dies­mal blies ein Venti­la­tor den Rauch mit konstan­ter Geschwin­dig­keit (ca. 1.5 m/s) in einen 160 Meter langen Entlüf­tungs­tun­nel. Im Abstand von 50, 100 und 150 Metern vom Brand­ort hatten die Forscher Bleche in den Tunnel montiert, auf dem sich der Ruß absetzte. Die chemi­sche Zusam­men­set­zung des Rußes und mögli­che Korro­si­ons­ef­fekte wurden eben­falls in den Labors der Empa analy­siert.

Die Ergeb­nisse des Versuchs wurden Anfang August 2020 in einem Abschluss­be­richt publi­ziert. Projekt­lei­ter Mellert kann einer­seits Entwar­nung geben: Ein bren­nen­des Elek­tro­auto ist Bezug auf die Hitze­ent­wick­lung nicht gefähr­li­cher als ein bren­nen­des Auto mit konven­tio­nel­lem Antrieb. „Die Schad­stoff­emis­sio­nen eines Fahr­zeug­brands waren schon immer gefähr­lich und unter Umstän­den tödlich“, heißt es im Abschluss­be­richt. Völlig unab­hän­gig von der Antriebs­form oder dem Ener­gie­spei­cher müsse es obers­tes Ziel sein, dass sich alle Perso­nen möglichst schnell aus der Gefah­ren­zone bege­ben. Spezi­ell die stark ätzende, toxi­sche Fluss­säure wird oft als beson­dere Gefahr bei bren­nen­den Batte­rien disku­tiert. In den drei Versu­chen im Tunnel Hager­bach blie­ben die Konzen­tra­tio­nen jedoch unter dem kriti­schen Bereich.

Fazit: Eine Tunnel­lüf­tung, die auf aktu­el­lem Stand der Tech­nik ist, kommt nicht nur mit bren­nen­den Benzin­au­tos, sondern auch mit Elek­tro­au­tos zurecht. Erhöhte Korro­si­ons­schä­den an der Lüftungs­an­lage oder der Tunnel­ein­rich­tung sind aufgrund der nun vorlie­gen­den Resul­tate eben­falls nicht zu erwar­ten.

Auch die Feuer­weh­ren müssen auf Grund der Versu­che nichts neu lernen. Feuer­wehr­leute wissen, dass die Batte­rie eines Elek­tro­au­tos nicht zu löschen ist und nur mit großen Mengen Wasser gekühlt werden kann. So kann das Feuer mögli­cher­weise auf einige Batte­rie­zel­len beschränkt blei­ben, ein Teil der Batte­rie brennt dann nicht aus. Frei­lich muss ein solches, teil­weise ausge­brann­tes Wrack in einem Wasser­be­cken oder einem Spezi­al­con­tai­ner aufbe­wahrt werden, damit es sich nicht neu entzün­den kann. Doch das ist den Spezia­lis­ten bereits bekannt und wird auch schon geübt.

Das Lösch­was­ser ist giftig

Ein Problem stellt dage­gen das Lösch- und Kühl­was­ser dar, das beim Bekämp­fen eines solchen Bran­des und beim Lagern einer ausge­brann­ten Batte­rie im Wasser­bad anfällt. Die Analy­sen erga­ben, dass die chemi­sche Belas­tung des Lösch­was­sers die Schwei­zer Grenz­werte für Indus­trie­ab­wäs­ser um das 70-fache über­steigt, das Kühl­was­ser liegt sogar bis zu 100-fach über dem Grenz­wert. Es ist wich­tig, dass dieses hoch­be­las­tete Wasser nicht ohne fach­ge­rechte Vorbe­hand­lung in die Kana­li­sa­tion läuft.

Profes­sio­nelle Dekon­ta­mi­na­tion notwen­dig

Nach den Versu­chen wurde der Raum von profes­sio­nel­len Brand­sa­nie­rern dekon­ta­mi­niert. Anschlie­ßend entnom­mene Proben haben bestä­tigt, dass die Metho­den und der Zeit­auf­wand auch für die Sanie­rung nach dem Brand eines Elek­tro­au­tos ausrei­chen. Doch Mellert warnt vor allem private Besit­zer von Tief­ga­ra­gen: „Versu­chen Sie nicht, den Ruß und den Dreck selbst aufzu­wi­schen. Im Ruß sind große Mengen von Kobal­toxid, Nickel­oxid und Mangan­oxid enthal­ten. Diese Schwer­me­talle lösen auf unge­schütz­ter Haut starke aller­gi­sche Reak­tio­nen aus.“ Brand­sa­nie­rung nach einem Elek­tro­au­to­brand ist also auf jeden Fall ein Job für Profis im Schutz­an­zug.

www.empa.ch

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