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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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