De wet- en regelgeving heeft een flinke inhaalslag te maken op het gebied van brandveiligheid van lithium-ion-energiedragers. Dat stelt Nils Rosmuller, lector energie- en transportveiligheid aan het Instituut Fysieke Veiligheid (IFV). De politieke molens draaien traag, dus uniforme regelgeving is er niet van vandaag op morgen. Wel zijn er inmiddels verschillende handreikingen opgesteld als basis voor preventie en handelingsperspectief voor de brandweer bij incidenten met lithium-ion-accu’s.
“De regelgeving en het veiligheidsbeleid lopen achter bij de snelle ontwikkelingen op de energiemarkt”, aldus lector energie- en transportveiligheid Nils Rosmuller. “Lithium-ion- accusystemen in voertuigen en voor energieopslag zijn sterk in opmars en het aantal branden waar deze accu’s bij zijn betrokken, neemt toe. Daarom zoekt de brandweersector actief aansluiting bij partijen in de industrie en de energiemarkt. Om kennis te nemen van de ontwikkelingen en om mee te denken en te adviseren over veiligheidsaspecten van nieuwe energiesystemen en het handelingsperspectief voor de brandweer.”
Gevaren
De gevaren van een lithium-ion-brand zijn volgens Rosmuller drieledig. Bij een zogenaamde ‘thermal runaway’ door oververhitting kan de chemische inhoud van de batterijcel explosief tot ontbranding komen, waarbij steekvlammen kunnen ontstaan en delen van het accupakket als projectielen kunnen wegvliegen. Ten tweede is de brand nauwelijks te blussen, omdat de batterijcellen zeer goed zijn afgeschermd tegen invloeden van buitenaf. Daarom zijn de batterijpakketten van binnen moeilijk te koelen en gaat de chemische reactie door. Ten derde komt bij verbranding van lithium-ion een cocktail aan gevaarlijke stoffen vrij. Een heel risicovolle is waterstoffluoride, een zeer toxische stof die bij blootstelling ernstige gezondheidsschade kan veroorzaken door inhalatie en contact met de huid.
Parkeergarages
Branden in elektrisch aangedreven voertuigen in parkeergarages zijn een voornaam zorgpunt voor de brandweer. Nils Rosmuller: “Lithium-ion-accu’s zijn een extra risicofactor bij brand in een omgeving waar de brandbestrijding sowieso al complex en lastig is. In een besloten parkeergarage hopen hitte, rook en giftige verbrandingsproducten zich op, waardoor een incident lastig is te bestrijden. Compartimentering is er in parkeergarages nauwelijks en in veel gevallen is er ook geen sprinklerinstallatie aanwezig die uitbreiding van de brand kan voorkomen. Bovendien zijn de toegankelijkheid en oriëntatie moeilijk. Ik verwacht overigens niet dat lithium-ion leidt tot een wezenlijk hogere brandtemperatuur, vergeleken met een ‘fossiele’ autobrand van 6 tot 8 megawatt. Maar de brand kan wel langer duren en het is de vraag of de constructie van de garage tegen die langere hittebelasting bestand is.”
Rosmuller vindt het zinvol om de brandcurves die ten grondslag liggen aan de brandveiligheidseisen voor parkeergarages opnieuw te bekijken. Hij stelt vast dat het wagenpark in de afgelopen dertig jaar ingrijpend is veranderd, waarbij in steeds grotere auto’s steeds meer kunststoffen worden toegepast, die bijdragen aan snelle brandontwikkeling, hoge brandtemperaturen en verspreiding van giftige zwarte rook. Daar komen de extra gevaren van lithium-ion bij.
“De wet- en regelgeving stelt geen restricties aan toegang van elektrische voertuigen tot parkeergarages. Evenmin zijn er internationaal standaard voorschriften voor de laadpunten in garages. Vanuit brandweerperspectief zijn we er in ieder geval voorstander van om het parkeren en laden van elektrische voertuigen zoveel mogelijk vóór in de garage te concentreren, dicht bij de ingang, en niet op de derde of vierde parkeerlaag onder het maaiveld. Dat vereenvoudigt in geval van brand de verkenning, brandbestrijding en het bergen van voertuigen.”
Veilige lithium-ion-batterij
Voor de veiligheid van lithium-ion-batterijen zijn drie pijlers van belang: goede kwaliteit van de geproduceerde batterijcellen, een goed batterijmanagementsysteem en de opbouw van accusystemen, inclusief preventieve voorzieningen en koeling. Op alledrie die aspecten kan het fout gaan, zien Jos van der Burgt en Rianne ’t Hoen, werkzaam bij het Energy Storage Team van DNV GL.
Jos van der Burgt: “Het risico van lithium-ion-batterijen wordt primair veroorzaakt door de chemie van lithiumverbindingen die het mogelijk maakt heel veel energie op te slaan in een relatief klein en licht volume. Batterijen met onvoldoende kwaliteit van behuizing en chemie zijn kwetsbaar voor beschadiging of oververhitting bij opladen. Deze ‘onstabiele’ batterijen kunnen door een thermal runaway tot zelfontbranding komen. Met alle chemische risico’s van dien door toxische verbrandingsproducten als waterstoffluoride, lithiumoxide en zware metalen.”
Een degelijk batterijmanagementsysteem is volgens Jos van der Burgt cruciaal voor een veilig gebruik van lithium-ion-accusystemen. “Dat batterijmanagementsysteem bewaakt continu de celspanning en de temperatuur. Wordt een probleem gesignaleerd, dan stopt het laden of ontladen automatisch, waardoor overbelasting wordt voorkomen. Het goed managen van grotere accusystemen is complex, omdat iedere cel afzonderlijk moet worden bewaakt. Daarom is veilige installatie van lithium-ion-batterijen in voertuigen en energieopslagsystemen (EOS) vakwerk dat gespecialiseerde kennis vereist.”
Volgens collega Rianne ’t Hoen kunnen fabrikanten en installateurs veel doen om lithium-ion-accusystemen intrinsiek veilig te maken. “Te beginnen met ‘safety by design’. Fabrikanten moeten tot op zekere hoogte het risico van beschadiging door vallen of aanrijdingen meenemen in hun ontwerp. Stevige behuizing en stevige verbindingen verminderen de kans op schade. Bij grotere accusystemen met grote aantallen gekoppelde batterijcellen, is van belang dat escalatie wordt voorkomen. Als in zo’n EOS of buurtbatterij één cel door een thermal runaway in brand vliegt, kan de brand zich via een kettingreactie snel voortplanten door alle cellen in het systeem. Dan ontstaat een onbeheersbare brand. Dat risico kan worden verkleind door de groepen accucellen in een systeem onderling te compartimenteren. DNV GL voert onder andere brandpropagatietesten met batterijen uit, waarbij we meten hoe een brand in een cel zich ontwikkelt, hoe snel de brand zich voortplant naar andere cellen, welke stoffen in welke concentraties vrijkomen en welke invloed preventieve maatregelen zoals compartimentering hebben op die scenario’s.”
Energie-opslagsystemen
Een tweede punt van zorg in de brandweerwereld is de toepassing van energie-opslagsystemen (EOS) voor duurzaam opgewekte elektriciteit in de gebouwde omgeving. Deze systemen worden steeds vaker gebruikt voor opslag van stroom uit windturbines en zonnepanelen. Op bedrijfsterreinen maar in toenemende mate ook in woonwijken. Omdat het in vergelijking met de batterijen in elektrische voertuigen om aanzienlijk grotere systemen gaat, vaak ter grootte van een 20- of 40-voet zeecontainer met honderden geschakelde lithium-ion-cellen, zijn de risico’s bij brand groter en komen bij brand ook aanzienlijk grotere hoeveelheden gevaarlijke stoffen vrij.
Onderzoek blusmiddelen
DNV GL doet samen met de industrie onderzoek naar blusmiddelen en blusmethodieken om branden in lithium-ion-energiesystemen effectief te beperken en te blussen. Jos van der Burgt: “We doen onder andere onderzoek naar de toepassing van verschillende typen blusschuim en condensed aerosols en vergelijken die blusmiddelen met water als standaard blusmiddel. De effecten van elk blusmiddel zijn anders. Water is, mits je dat goed bij de oververhitte of brandende accucel kan krijgen, een heel effectief koelmiddel. Vooral bij compactere batterijsystemen. Aan de andere kant zijn geconcentreerde aerosolen heel geschikt om vrije radicalen in de verbrandingsrook af te vangen en de ophoping van explosieve gasmengsels te verminderen. Welk type blusmiddel het best bruikbaar is, hangt ook af van de situatie waarin lithium-ion-cellen worden toegepast. Zo werken blusmiddelen op aerosolbasis alleen effectief in gesloten ruimten, omdat een hoge concentratie vereist is voor het blussend effect. Ventilatie van die ruimten kan het blussend effect van aerosolen ongunstig beïnvloeden of tenietdoen.
Uniforme regelgeving voor de veiligheid van EOS-voorzieningen is er nog niet. Wel zijn er enkele handreikingen en een circulaire die het bevoegd gezag, de veiligheidsregio’s en gebouwbeheerders handvatten bieden voor het stellen van preventieve eisen en maatregelen voor effectieve incidentbestrijding. Zo bracht het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat vorig jaar de circulaire ‘Risicobeheersing Lithium-ion energiedragers’ uit. Verder is er de ‘Handreiking Energie Opslagsystemen met een vermogen van meer dan 25 kWh’, opgesteld door de Veiligheidsregio’s Rotterdam-Rijnmond en Haaglanden en het Landelijk Informatiepunt Gevaarlijke Stoffen.
Handreiking
Sinds oktober vorig jaar is er ook de handreiking ‘Energieopslag en -opwekking op daken van collectieve woongebouwen’. Het IFV stelde de handreiking op samen met de Veiligheidsregio Noord- en Oost-Gelderland en adviesbureau Voor de VVE B.V. Aanleiding was de plaatsing van een energieopslagsysteem, gekoppeld aan zonnepanelen op het dak van een woongebouw in Apeldoorn. Geen ideale plek vanuit veiligheidsperspectief, concludeert Nils Rosmuller. “Omdat zo’n voorziening op hoogte een snelle en gemakkelijke bereikbaarheid bij een gevaarlijke situatie of brand bemoeilijkt en effectief koelen en blussen belemmert. Het uitgangspunt in de handreiking is dan ook om waar mogelijk dergelijke energieopslagsystemen niet op daken van gebouwen maar op grondniveau en op veilige afstand van woonbebouwing te situeren. Maar omdat het op afstand plaatsen voor gebouweigenaren leidt tot hogere installatiekosten of er simpelweg de ruimte niet voor is, wordt soms toch voor plaatsing op het dak gekozen.
Er zijn geen internationale standaard voorschriften voor laadpunten in garages
Essentieel is dat het EOS bij een incident of dreigend gevaar goed bereikbaar is voor monteurs en hulpverleners en dat de brandweer in staat is om op een veilige manier te blussen en te koelen. Dat stelt eisen aan de bereikbaarheid van het dak, de toegankelijkheid van het EOS, de bluswatervoorziening en veilige werkruimte. Bovendien moet er een goed noodplan zijn, dat gebouwbeheerder en brandweer ook samen moeten oefenen.”
Voldoende bluswater
De handreiking bevat voor gebouwbeheerders onder andere de aanbeveling een vaste blusleiding naar het dak aan te leggen, zodat de brandweer over voldoende water voor blussen en koelen kan beschikken. Daarbij moet wel de constructieve veiligheid van het dak in beschouwing worden genomen. Het volledig vullen van de EOS-voorziening met water is in principe een goede remedie om lithium-ion-cellen te koelen en eventueel te blussen. Maar dan moet de dakconstructie het extra gewicht van het bluswater wel kunnen dragen. Directe afvoer van bluswater via de hemelwaterafvoer wordt dan ook aanbevolen. Compartimentering van de batterijpakketten in de EOS verkleint de kans op brandvoortplanting naar andere lithium-ion-cellen en beperkt de benodigde hoeveelheid blus- en koelwater. Naast de genoemde handreikingen is nog een document in de maak in de Publicatiereeks Gevaarlijke Stoffen (PGS 37), met brandveiligheidseisen voor grootschalige opslagvoorzieningen voor energiedragers op lithiumbasis.
Bron van dit bericht: Brandveilig.com
