Suurten litiumioniakkujen tulipalot ovat herkkä aihe, joka jakaa keskustelijat nopeasti kahteen leiriin ja johtaa usein tiukkaan vastakkainasetteluun polttomoottori- ja sähköautoilijoiden välillä. Tätä taustaa vasten on hienoa, että saatavilla on myös puolueetonta tietoa korkeajänniteakkujen tulipaloista ja niiden sammutustekniikoista. Tällaista herkkua tarjottiin syksyllä ICM:n järjestämässä ICBR 2021 -seminaarissa, jossa asiasta oli kertomassa ranskalainen pelastusalan ammattilainen Michel Gentilleau, joka toimii myös projektipäällikkönä Euro NCAP:ssa. Vaikka akkupalot eivät suoraan liity tämän sivuston seuraamiin teemoihin, julkaisemme tämän artikkelin näin vuoden viimeisen päivän kunniaksi.
Gentilleau totesi heti alkuun, että sähköautojen ajovoima-akkujen ja muiden tehokkaiden litiumioniakkujen tulipalot ovat uusi haaste palomiehille, ja että tämän haasteen ratkaisemiseksi tehdään kovasti töitä. Pelastusalalla seurataan tiiviisti uusia akku- ja sähköautopaloihin liittyen (ks. kuva 1 alla).
Kuva 1. Sähköautopalot eivät ole mikään urbaani legenda, vaan niitä tapahtuu ihan oikeasti. (Kuvat: Michel Gentilleau / ICBR 2021)
Akkujen käyttäytymistä tulipaloissa tutkitaan paljon
Jotta akkupalojen sammutukseen voidaan valita oikeat välineet ja menetelmät, on tärkeä ymmärtää, miten eri litiumakkukemiat käyttäytyvät kolari- ja tulipalotilanteessa. Michel Gentilleau esitteli seminaarissa videoita useista eri “polttoharjoituksista”. Videot löytyvät pelastusalan laatimassa oppaasta, josta löytyy myös suomenkielinen versio.
Kuva 2. Palokunnan toimintakäsikirja – Ajoneuvoja koskeviin hätätilanteisiin vastaaminen. (Lähde: CTIF)
Gentilleau’n mukaan Ranskassa on yli 100 koetta, joissa poltettiin pari tonnia täyssähkö- ja hybridiautojen akkuja. Kokeita tehtiin eri kokoisilla ja eri tyyppisillä akkukennoilla. Polttotesteissä tutkittiin myös, miten akkupaketin valmistukseen käytettävä metalli (teräs tai alumiini) vaikuttaa palon käyttäytymiseen ja sen sammuttamiseen. Kokeissa poltettiin myös sähköbussien akkuja.
Kuva 3. Akkujen polttokokeissa tutkittiin, miten erilaiset litiumioniakut käyttäytyvät tulipalossa. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021)
Kuva 4. Litiumakkujen tulipalossa syntyy erittäin korkeita lämpötiloja, paljon savua ja jopa 5 m lieskoja, lisäksi akusta voi lentää osia “ohjuksina” ympäristöön. Litiumakulle on tyypillistä, että akku syttyy uudelleen itsekseen useita kertoja ja vielä pitkään palon alkuperäisen syttymisen jälkeenkin. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021)
Kuva 5. Pelastuslaitos testasi myös akun käyttäytymistä törmäyksessä pudottamalla kokonaisen auton nosturista. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021)
Eri maissa erilaisia sammutustaktiikoita
Michel Gentilleau kävi läpi eri maissa käytössä olevia suosituksia sähköautopalojen sammuttamiseksi. Kuten alaa seuraavat ovat huomanneet, on eri maissa erilaisia ohjeistuksia sähköauto- ja akkupalojen sammuttamiseen. Kuvassa 6 alla Euro NCAP:n yhteenveto eri menetelmistä. joista seuraavassa lyhyet kuvaukset ja Gentilleau’n kommentit.
Kuva 6. Eri maissa on erilaisia suosituksia sähköautopalojen sammuttamiseen. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021 / Euro NCAP)
Perinteisessä sammutusmenetelmässä (“classic”) esim. kaksi palomiestä hyökkää palon kimppuun ja yrittää saada vettä akun sisälle (kuva 7 alla).
Kuva 7. Perinteinen sammutusmenetelmä. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021 / Euro NCAP)
Lävistysmenetelmässä (“perforating hose”) vettä pyritään saamaan suoraan akun sisälle erikoistyökalulla (ks. kuva 8). Gentilleau’n mukaan jotkut firmat yrittävät myydä tällaista sammutusteknologiaan. Itse hän on tällaista menetelmää vastaan: tätä ei ihan perusjampan kannalta lähteä kokeilemaan, voi olla melko vaarallista touhua jännitteellisen akun kanssa.
Kuva 8. Perforointi-menetelmässä vettä viedään erikoistyökalulla suoraan akun sisälle. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021 / Euro NCAP)
Cobra-menetelmässä akkupaketin kuori pyritään lävistämään kovalla vedenpaineella (kuva 9). Gentilleau’n mukaan tätä on testattu myös Ranskassa, mutta akkupaketin kuoren lävistäminen vesisuihkulla ei aina onnistu.
Kuva 9. Cobra-menetelmässä akkupaketin kuori pyritään lävistämään vesisuihkulla. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021 / Euro NCAP)
Upotus-menetelmässä (“immersion) koko ajoneuvo upotetaan vedellä täytettyyn altaaseen tai konttiin (kuva 10). Tavoitteena on lopettaa ns. thermal runaway -ilmiö lopullisesti niin, että akkupalo ei syty enää uudelleen. Jotkut toimijat ovat ostaneet tällaisia kontteja tai lavoja (“immersion containers”). Gentilleau’n mukaan tässä menetelmässä on omat haasteensa, koska ajoneuvo pitää saada vettä sisältävään konttiin tai altaaseen. Henkilöautolle tämä voi onnistuakin, mutta sähköbussien tai muiden isojen kulkupelien osalta menetelmää on vaikea käyttää.
Kuva 10. Immersion-menetelmässä koko ajoneuvo upotetaan veteen. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021 / Euro NCAP)
Mitä autonvalmistajat tekevät palomiesten työn helpottamiseksi?
Michel Gentilleau, joka on itsekin mukana Euro NCAP:n toiminnassa kehittämässä autojen turvallisuutta, kertoo autonvalmistajilta tulevan hyvin erilaisia ohjeita akkupalojen sammuttamiseen: osa suosittelee upotus-menetelmää, toiset perforointi-menetelmää, kolmas suosittelee cobraa.
Kuva 11. Eri autonvalmistajat antavat erilaisia ohjeita akkupalojen sammuttamiseen. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021 / Euro NCAP)
Tulipalot akkutehtailla ja akkuvarastoissa
Eurooppalaisilla pelastuslaitoksilla alkaa jo olla kokemusta sähkö- ja hybridiautojen ajovoima-akkujen tulipaloista. Uusi haaste sen sijaan on Eurooppaan rakennettavat akkutehtaat.
Akkutehtaiden ja isojen akkuvarastojen kohdalla tärkeintä on estää dominoefekti, jossa yksi akku sytyttää vieressä olevia akkuja. Gentilleau’n mukaan akkuja ei tulisi varastoida korkeiden varastojen ylähyllyille, koska palokunnan on vaikea päästä niihin tulipalon sattuessa käsiksi. Hän kehottaa myös välttämään useiden akkujen varastointia vierekkäin lattialla, jotta estetään dominoefekti tulipalon sattuessa. Vahingoittuneille tai muute epävakaille akuilla suositellaan varastointia erityisesti tätä varten suunnitelluissa tiloissa (ks. kuva 12 alla).
Kuva 11. Akkujen varastointi on suunniteltava huolella mahdollisten tulipalotilanteiden varalta. (Lähde: Michel Gentilleau / ICBR 2021 / Euro NCAP)
Gentilleau’n mukaan sprinklerit ovat tehokas tapa välttää ns. lämpöryntäystä (thermal runaway), jossa kuumeneva kenno sytyttää viereiset kennot. Tämä reaktio tapahtuu litiumioniakuissa noin 110 Celsius-asteen lämpötilassa, joten akkujen jäähdyttäminen vedellä on tärkeää. Huonokuntoiset akut kannattaa säilyttää tätä tarkoitusta varten suunnitelluissa laatikoissa etäämmällä rakennuksista.
Gentillau korosti myös henkilöstön koulutuksen tärkeyttä, jotta akkupalon sattuessa osataan toimia oikein.
Hiekan käyttö akkupalon sammuttamiseen?
Esityksen jälkeen kysyttiin hiekan käyttämisestä akkupalon sammuttamiseen (tällaista ohjetta kerrottiin vielä muutama vuosi sitten). Gentilleau’n mukaan hiekkaa on mahdotonta käyttää sähköauton ja erityisesti sähköbussien tulipaloissa, sillä sähköbussien akut sijaitsevat joissain malleissa bussin katolla.
Litiumioniakun palossa happea syntyy reaktiossa akun sisällä, joten hiekka ei auta sammuttamisessa. Ranskassa tätä on testattu ja menetelmä on todettu huonoksi.
Gentilleau varoitti myös litiumioniakkujen tulipaloissa syntyvissä vaarallisista palokaasuista, kuten fluorivedystä. “Jos akkupalo syttyy, siirry etäämmälle ja soita palokunta”, neuvoi alan ammattilainen. Litiumakkupalo on arvaamaton: lämpöryntäys (thermal runaway) voi käynnistyä muutamassa minuutissa tai vasta puolen tunnin päästä. Lisäksi jo kertaalleen sammunut akkupalo voi syttyä itsekseen uudelleen useita kertoja.
Kriittisemateriaalit.fi-sivusto on Huoltovarmuuskeskuksen Teknologiapoolin hallinnoima sivusto, joka seuraa suomalaisen teollisuuden kannalta kriittisten metallien ja mineraalien sekä elektroniikkakomponenttien markkinoiden kehitystä erityisesti jatkuvuudenhallinnan ja huoltovarmuuden näkökulmasta.
(Julkaistu 31.12.2021)
Lähteet:
- HV battery thermal runaway – New challenges for rescuers. Michel Gentilleau, Federation nationale des sapeurs-pompiers de France. ICBR 2021, Geneve. September 2021.
- Palokunnan toimintakäsikirja – Ajoneuvoja koskeviin hätätilanteisiin vastaaminen. (Lähde: CTIF)
Lisää aiheesta:
Stuttgartin sähköbussipalon Musta Pekka jäi Daimlerin käteen