Interview

Schadenursache Lithiumbatterie.

© weerapat1003 - Fotolia

28.4.2016 (bz) – Prinzipiell sind Lithiumbatterien sicher – außer, sie haben einen technischen Defekt oder man behandelt sie unsachgemäß. Bernd Zimmermann (bz) sprach mit Lithiumbatterie-Experte Dr. Michael Buser (mb) über Sicherheitsrisiken, Brandgefahren und Brandbekämpfung.

 

Kleinkraftwerke als brandheiße Ware.

bz: Herr Dr. Buser, Sie haben zusammen mit Dr. Jochen Mähliß einen 33-seitigen Sicherheitsratgeber über effektive Schadenverhütung und wirksame Brandbekämpfung beim Umgang mit Lithiumbatterien verfasst. Neulich sah ich ein spektakuläres Youtube-Video, das explodierende Lithiumbatterien zeigte. Handelt es sich bei Lithiumbatterien nicht um eine gefährliche Technologie?

Dr. Michael Buser,
Geschäftsführer bei Risk Experts -
Risiko Engineering GmbH

mb: Nein, das Gegenteil ist der Fall. Grundsätzlich darf man davon ausgehen, dass Lithiumbatterien und auch die entsprechenden Ladetechnologien bei ordnungsgemäßem Umgang und sachgerechter Handhabung als vergleichsweise sicher anzusehen sind.

Mit der ausführlichen Beschreibung von Brandgefahren und Sicherheitsrisiken in unserem Sicherheitsratgeber ist es keinesfalls unsere Absicht, die Lithiumtechnik zu diskreditieren. Schließlich bieten Lithiumbatterien im täglichen Leben bei unzähligen mobilen elektronischen Anwendungen einen unschätzbaren „Komfortfaktor“ und sind deshalb aus unserem Alltag heute nicht mehr wegzudenken. Allerdings ist es durchaus unser Anspruch, über potenzielle Brandgefahren und Sicherheitsrisiken aufzuklären.

Lithiumbatterien sind verglichen mit konventionellen Batteriesystemen eine vergleichsweise junge Technologie. Darum sind entsprechende Sicherheitsratschläge für den gefahrlosen Umgang mit Lithiumbatterien noch nicht überall bekannt. Das war übrigens bei der Einführung von Spraydosen, die heute auch niemand mehr verteufeln wollte, ebenso der Fall. Die Endkunden mussten damals ebenfalls zunächst den sicheren Umgang lernen. Heute weiß jeder, dass man Spraydosen nicht auf die Heizung stellt, dass man sie vor mechanischen Beschädigungen schützt und die „kleinen Raketentriebwerke“ auch sonst mit angemessenem Sicherheitsbewusstsein behandelt.

Mit unserer Broschüre wollen wir allen, die mit Lithiumbatterien zu tun haben, wertvolle Sicherheitshinweise geben, damit es nicht zu Brandereignissen, Personenschäden oder sonstigen Zwischenfällen kommt. Das Dokument erscheint übrigens schon bald in einer zweiten, erweiterten Fassung. Darin werden dann beispielhafte Abbildungen von Schadensfällen, Schaubilder und Graphiken zu sehen sowie Testverfahren und Prüfkriterien beschrieben sein.

bz: Das heißt, es handelt sich bei Ihrem Papier nicht um eine klassische Verbraucherschutzinformation?

mb: Wie gesagt, wir wollen im Rahmen von Aufklärungsarbeit für alle, die mit Lithiumbatterien zu tun haben, einen Beitrag zur Sicherheit leisten. Wir haben es ja hier mit ganz unterschiedlichen Anwendergruppen zu tun: Das beginnt bei den Batterieherstellern, und reicht über die Hersteller von mobilen elektronischen bzw. elektrischen Anwendungen, die Lithiumbatterien in ihren Produkten verbauen, über Handel und Logistik bis zu den Endverbrauchern.

Am Anfang des Lebenszyklus von Lithiumbatterien, also bei den Herstellern, ist das Wissen über den sicheren Umgang mit Lithiumbatterien auf höchstem Niveau. Auf dem Weg vom Hersteller zum Endverbraucher nimmt dieses Wissen nach unserer Beobachtung allerdings stark ab. Endverbraucher haben bisweilen überhaupt keine Vorstellung von den potenziellen Sicherheitsrisiken und Brandgefahren, die bei unsachgemäßem Umgang mit Lithiumbatterien auftreten können. Und auch nach dem Ende der Nutzungsdauer stellt der Umgang mit diesen kleinen „Kraftwerken“ insbesondere Entsorgungsbetriebe vor große Herausforderungen. Für Feuerwehren und Einsatzkräfte besteht die Herausforderung darin, dass sie mit allen denkbaren Gefahren, die über den gesamten Lebenszyklus von Lithiumbatterien ausgehen können, vertraut sein müssen.

bz: Auf Basis von welcher Expertise sind Sie zu diesen Beobachtungen gelangt?

mb: Diese Einschätzungen werden von den Erfahrungen aus unserer täglichen Arbeit bestätigt. Wir, das sind die Sicherheitsexperten von Risk Experts, einem international aufgestellten Risikoberatungsunternehmen mit über 70 Mitarbeitern in sechs europäischen Ländern und auch die Batteryuniversity meines Co-Autors, ein akkreditiertes Prüfinstitut für Batterietechnik und führender Seminaranbieter im Bereich Batteriesicherheit. Wir sind mit beiden Unternehmen in normengebenden Gremien vertreten und unterstützen neben Industrie und Gewerbe auch Versicherungsunternehmen im Bereich Schadenverhütung und Schadenabwicklung.

In der Kooperation zwischen Risk Experts und batteryuniversity können wir unser Expertenwissen sinnvoll verknüpfen und so unsere Kunden bei sicherheitstechnischen Fragestellungen über den gesamten Lebenszyklus von Lithiumbatterien von der Herstellung, Montage und Lagerung über die Anwendung und Nutzung bis hin zur Entsorgung - kompetent beraten.

Unsere tägliche Arbeit zeigt, dass bei Brandereignissen im privaten Bereich wie auch bei Gewerbe und Industrie zunehmend Lithiumbatterien als Schadenursachen eine Rolle spielen. Die steigende Zahl dieser Schäden und auch deren Auswirkungen sind nicht allein mit der zunehmenden Verbreitung dieser Technologie zu erklären.

bz: Vermutlich sind Sie bei der Beobachtung von Schadenfällen stets auf dem Laufenden?

mb: Wenn man seriöse Pressequellen aufmerksam verfolgt, stößt man im Zusammenhang mit Lithiumbatterien unweigerlich auf Meldungen über spektakuläre Zwischenfälle. Da gab es Brandereignisse im Bereich Luftfahrt - Batteriebrände in Fracht- und auch in Passagierflugzeugen - und auch bei Transport und Logistik - Batteriebrände in LKW, Eisenbahnwagons und Lagerhallen. Insbesondere die folgenschweren Brandereignisse, ausgelöst durch Lithiumbatterien, bei denen Industrieunternehmen, aber auch Gewerbebetriebe, betroffen waren, haben in der breiten Öffentlichkeit die Aufmerksamkeit geweckt.

Anwendungsbeispiel Mobilfunk
Bildquelle: Fotolia 

Auch aus dem Anwenderbereich gibt es kritische Beobachtungen – wobei spektakuläre Meldungen über explodierende Handyakkkus eher als seltene Ausnahmefälle einzustufen sind und insofern nicht den Maßstab der Sicherheitsbetrachtung darstellen. Aber zunehmend sind Hersteller von mobilen elektronischen bzw. elektrischen Anwendungen, in denen Lithiumbatterien eingesetzt sind, also zum Beispiel Laptops, Digitalkameras, E-Bikes, Akkubetriebe Gartengeräte, Heimwerkermaschinen, und Haushaltsgeräte etc., gezwungen, ihre Produkte wegen Sicherheitsrisiken bei den verwendeten Lithiumakkus - insbesondere Brandgefahren - vom Markt zurückzurufen. Ganz aktuell gibt es eine weltumspannende Rückrufaktion eines führenden Herstellers von Notebooks. Insofern ist das Interesse an effektiver Schadenverhütung und wirksamer Brandbekämpfung groß. Und dazu wollen wir mit unserem Sicherheitsratgeber beitragen.

bz: Welches Wissen fehlt denn beispielsweise auf Nutzerseite?

mb: Eine wirksame Methode, um Brandgefahren zu vermeiden, ist die Trennung von Brandlast und Zündquelle. Bei der Lagerung von brennbaren Materialien, also Kunststoff, Papier, Textil, etc., achtet man auf die Vermeidung von Zündquellen, zum Beispiel bei Heißarbeiten, bei Prozessen mit offenen Flammen, zum Beispiel Trocknungsanlagen, Öfen etc., achtet man darauf, das sich in der Nähe keine brennbaren Materialien befinden, zum Beispiel Holzpaletten. Bei einer Lithiumbatterie handelt es sich allerdings um eine Kombination von Brandlast und Zündquelle in einem Gerät, die man naturgemäß nicht voneinander trennen kann.

bz: Das heißt, der normale Anwender kann gar nicht zur Risikominimierung beitragen?

mb: Für Ihre Leser dürfte die Erkenntnis wichtig sein, dass in einer Lithiumbatterie Kathode und Anode durch eine mikroskopisch dünne Folie getrennt werden, daher der Name „Separator“. Die Separatorfolien sind derart filigran, dass bereits kleinere mechanische Belastungen wie Schlag oder Stoß mikroskopisch kleine Haarrisse verursachen können. Durch den sogenannten „Laufmascheneffekt“ können sich kleine Separatorschäden im Laufe von Tagen oder Wochen zu weitläufigen Rissen im Folienmaterial ausweiten und so zu inneren Kurzschlüssen bis hin zum explosionsartigen „thermischen Durchgehen“ führen. Insofern bleiben Schäden an der Separatorfolie durch Schlag oder Stoß, zum Beispiel durch ein zu Boden gefallenes Handy, oder durch allzu sorglosen Umgang mit einem Laptop, im praktischen Alltagsgebrauch zumeist erst unbemerkt, können aber bei weiterer Nutzung zu plötzlichen und unerwarteten Brandereignissen führen.

Aufbau Zelle
Empfindliches Innenleben
Bildquelle: Batteryuniversity

Je größer die Batterie, desto größer die Brandlast. Wir wissen zum Beispiel aus dem Automotive-Bereich, dass nach Crashtests mit Elektroautos an den Batterien zunächst keinerlei sichtbare Schäden zu erkennen waren. Nach einigen Tagen fingen die Batterien allerdings quasi ohne erkennbaren Grund zu brennen an. Die mechanische Schockwirkung auf die Batterie durch den Crash kann sich also in tückischer Weise erst mit einer gewissen Zeitverzögerung bemerkbar machen. Sie können sich leicht vorstellen, dass das Ergebnis bei Schäden im Automotivbereich mit großen und leistungsstarken Hoch-Volt-Energiespeichern – die speichern mehrere Hundert Volt - noch viel dramatischer sein kann als bei schadhaften Akkus in Laptops oder Handys. Das Prinzip der Schadenentstehung ist jedoch vergleichbar. Ein Stoß oder Schlag fühlt sich für eine Batterie immer an wie ein Erdbeben. Daraus folgt die Empfehlung an Ihre Leser, Lithiumbatterien stets erschütterungsfrei, am besten wie rohe Eier, zu behandeln.

Außerdem belegen zahlreiche Brandereignisse, dass auch die Verwendung von „No-Name“ Multifunktionsladegeräten, die nicht vom originalen Hersteller stammen oder nicht für das betreffende Gerät gedacht sind, zu einer Störung des Ladevorgangs und somit zu einer Schädigung der Batterie mit Brandfolge führen können. In unserem Papier informieren wir übrigens über eine ganze Reihe weiterer Gefahren sowie über wirksame Maßnahmen zum Umgang mit derartigen Risiken.

bz: Sie sind nicht nur Ansprechpartner und Autor in Sachen Prävention, sondern auch auf dem Gebiet der Schadensbekämpfung ein gefragter Experte.

mb: Durch Batterien verursachte Schadensverläufe sind noch relativ neu. Deshalb bestehen auch im Bereich des abwehrenden Brandschutzes bei den Feuerwehren und Rettungsorganisationen noch große Unsicherheiten. Nachdem Einsatzkräfte im Zusammenhang mit Lithiumbatterien vermehrt mit unerwarteten Schadenszenarien konfrontiert wurden - zum Teil auch mit schweren Verletzungen von Einsatzkräften - werde ich regelmäßig von Feuerwehren und deren Verbänden zu Beratungsgesprächen oder Schulungsveranstaltungen eingeladen. Da bestehen noch große Unsicherheiten, wie Batteriebrände überhaupt zu bekämpfen sind.

Eine ähnliche Situation hatten wir vor einigen Jahren auch im Zusammenhang mit der Fragestellung nach dem geeigneten Löschangriff bei brennenden Solaranlagen. Damals war aufgrund der befürchteten Gefahr von Stromschlägen bei den Feuerwehren eine starke Verunsicherung zu beobachten, was den Löschangriff betraf. Mittlerweile sind die Unsicherheiten beseitigt, weil neue Löschverfahren und Brandbekämpfungsstrategien entwickelt worden sind und Feuerwehren inzwischen Erfahrung gesammelt haben, wie mit dem Gefahrenprofil dieser damals neuen Technologie umzugehen ist.

bz: Muss ich mir als Feuerwehrmann heute wieder Sorgen machen beim Löschen, diesmal wegen der Lithiumbatterien?

mb: Vielfach ist bei den Einsatzkonzepten der Feuerwehren unklar, wie Batteriebrände wirksam zu bekämpfen sind und ob man brennende Lithiumzellen überhaupt mit Wasser löschen darf. Man befürchtet den allseits bekannten explosionsartigen „Knallgaseffekt“ bei Kontakt von Alkalimetallen, sprich Lithium, mit Wasser – so lernt man es ja im Chemieunterricht des siebten Schuljahres. Wir haben entsprechende Löschversuche, durchgeführt von der Versicherungswirtschaft, Batterieherstellern, Löschanlagenerrichtern etc., fachlich begleitet. Die Erfahrungen aus den Löschversuchen haben zu der Erkenntnis geführt, dass der Erfolg eines Löschangriffs im Wesentlichen davon abhängt, dass in einer möglichst frühen Brandphase möglichst viel Wasser eingesetzt werden kann. Dahinter steht die Brandbekämpfungsphilosophie „Kühlen, kühlen, kühlen!“ Gemeint ist damit das Abführen der beim Brand entstehenden Wärmeenergie. Hat das Brandszenario aufgrund des fehlenden Kühleffekts erst einmal eine größere Anzahl Batterien ergriffen, ist der Totalschaden praktisch unausweichlich.

Für den technischen Brandschutz gilt: In Bereichen, in denen Lithiumbatterien gelagert oder verwendet werden, ist eine flächendeckende Brandfrüherkennung ein absolutes Muss. Als Mindestanforderung ist sicherzustellen, dass alle Bereiche, in denen mit Lithiumbatterien hantiert wird, flächendeckend durch eine Brandmeldeanlage mit automatischer Alarmweiterleitung zu einer ständig besetzten Stelle überwacht werden.

Abschließend möchte ich im Sinne einer Zusammenfassung noch einmal hervorheben, dass man grundsätzlich davon ausgehen darf, dass Lithiumbatterien und auch die entsprechenden Ladetechnologien bei ordnungsgemäßem Umgang und sachgerechter Handhabung als vergleichsweise sicher anzusehen sind. Die ausgereifte Fertigungstechnologie sowie in die Batterie eingebaute Schutzmechanismen erlauben für den Anwender einen grundsätzlich gefahrlosen Umgang mit den chemischen Energiespeichern.

Gleichwohl ist zu berücksichtigen, dass sich im Zusammenhang mit den hohen Energiedichten dieser Batterietypen spezifische Gefahrenpotenziale ergeben, die ein angemessenes Sicherheitsbewusstsein und einen sorgsamen Umgang erfordern.

bz: Vielen Dank, Herr Dr. Buser, für das Gespräch.

 

Kontakt zum Interviewpartner:
m.buser@riskexperts.at (Dr. Michael Buser)

Kontakt zur Redaktion:
bz@sicherheits-berater.de (Bernd Zimmermann)