Aus der Praxis

Die brandsichere Lagerung von Lithium-Ionen-Batterien

Text: Dr.-Ing. Wolfgang J. Friedl | Foto (Header): © chinnawat – stock.adobe.com

Ob in Smartphones, Staubsaugern oder Laptops, überall finden sich heutzutage Li-Batterien und Akkus. Besondere Vorsicht ist hier bei der Nutzung, Lagerung und v. a. der Entsorgung von Altbatterien geboten.

Auszug aus:

Der Brandschutzbeauftragte
Ausgabe Dezember 2019
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Batterien stellen eine latente Gefahr dar. Sie können aufgrund vieler Ursachen Brände verursachen und auch Menschen verletzen. Gerade die Gefahr sehr plötzlich explodierender Batterien und Akkus ist ein permanentes Risiko. Dieses wird nicht geringer, sie nimmt fast exponentiell zu. Denn immer mehr Geräte enthalten die hochleistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterien und -Akkumulatoren. Wir können uns diesem Trend nicht entgegenstellen, wir müssen die Gefahren erkennen und konstruktiv begrenzen.

Li-Batterien und Akkus: Eine alltägliche Gefahr?

Natürlich können Sie auf unnötige akkubetriebene Geräte wie Staubsauger, auch der Umwelt zuliebe, verzichten. Auf Smartphones eher nicht mehr. Netzstrombetriebene Staubsauger sind nicht nur im Betrieb, sondern auch bei der Entsorgung weniger brandgefährlich als akkubetriebene Geräte!

Über hochleistungsfähige und wiederaufladbare Batterien muss man wissen, dass die Anode primär aus Verbindungen mit Lithium besteht und die Kathode aus verschiedenen Verbindungen von Mangan (Mn), Cobalt (Co), Lithium (Li), Nickel (Ni), Aluminium (Al) u. a. m. Die Trennschicht innerhalb des Energiespeichers entspricht dem zehnten Teil der „Dicke“ eines menschlichen Haars – sprich, diese Trennschicht ist mit ca. 0,006 mm sehr dünn und somit sehr empfindlich: Stürze, Knicke, Hitze oder technische Defekte können hier aufgrund der Folienbeschädigung für explosionsartige Kurzschlüsse sorgen. Dies kann sofort, nach Stunden oder Wochen auftreten.

Batterien können durch deren Umgebung von außen beschädigt oder zerstört werden. Aber auch Kurzschlüsse und Produktionsfehler können ähnlich der durch äußere Zerstörung zu explosionsartigen Bränden führen. Problematisch ist hierbei, dass man diese Mängel, wie etwa dünnwerdende Auto-Bremsbeläge, nicht vorab rechtzeitig durch Wartung erkennen und beheben kann. Die Speichereinheiten sind verschlossen, verschweißt und eine Prüfung, die über eine optische Sichtprüfung hinausgeht, ist nicht möglich. Hitze, etwa direkte Sonneneinstahlungen oder das Betreiben eines Smartphones in der Sauna, aber auch große Kälte führen zu extremen Stressbedingungen, denen die Batterien beizeiten nicht gewachsen sind. Harte Stöße, etwa das Umfallen eines E‑Bikes, ein Crash mit einem Elektroauto oder das Herunterfallen des Smartphones, führen nicht selten zum schnellen Abbrennen der Zellen. Die eine explodiert und zündet die angrenzenden Zellen an, bis alle ausgebrannt oder in großen Wassermengen ertränkt sind. Solche brennenden E‑Autos hebt man mit einem Kran in einen Container und füllt bis zu 10.000 l Wasser ein. Nach wenigen Tagen geht man davon aus, dass die Gefahr eingedämmt ist.

Die Batteriesäure / der Elektrolyt kann auslaufen und ist sowohl giftig als auch explosionsfähig. Mechanische Beschädigungen können sich sofort, aber auch erst nach Tagen oder Wochen als explosionsartige, schädigende Brände auswirken. Dabei fließen hohe Kurzschluss- Ströme, die deutlich lebensund brandgefährlicher sind als hohe Spannungen wie etwa bei elektrostatischer
Aufladung. Wenn das relativ stabile Gehäuse mechanisch oder thermisch beschädigt wird, dringt Luftfeuchtigkeit (also Wasser) ein. Allein diese chemische Reaktion kann zu Explosionsbränden führen.

Der sensible Umgang mit diesen Geräten und insbesondere den Akkus ist eine der wesentlichen Grundvoraussetzungen für aktiv gelebten Brandschutz.

Gesetzliche Anforderungen

Zum derzeitigen Stand (09/19) gibt es keine festen gesetzlichen Anforderungen für Li-Akkus und Batterien, sie sind entsprechend der Zink-Kohle Batterien einzustufen. Doch das Arbeitsschutzgesetz besagt, dass Arbeiten „so harmlos wie möglich“ zu gestalten sind, d. h. alle Gefährdungen zu minimieren sind. Zusätzlich hat der Staat in der TRGS 509 Vorgaben für die Lagerung von gefährlichen Stoffen in ortsunbeweglichen Behältern getroffen. In der deutlich bekannteren TRGS 510 wird die Lagerung gefährlicher Stoffe wie Gase, Stäube oder Flüssigkeiten, die giftig, gesundheitsschädlich, erbgutveränderlich oder krebserzeugend sind, in ortsbeweglichen Behältern konkretisiert.

Dass lithiumgefüllte Batterien und Akkumulatoren deutlich gefährlicher sind als konventionelle, erkennt man daran, dass sie ein Vielfaches an Energie bei gleichem Volumen enthalten. Plötzliche Akkuexplosionen, wie sie bei einem Handy passieren können, können verheerende Auswirkungen haben, wenn man die Kleingeräte beispielsweise während einer Autofahrt am Körper trägt. Auch nachts sollten diese Geräte so zum Laden platziert werden, dass ein Defekt nicht zu einem Brand außerhalb des Smartphones führen kann. Je größer der Akku, desto gefährlicher. Dies gilt auch für Elektroautos, die ebenfalls mit Li-Akkus ausgestattet sind. Eine Akkuexplosion hat hier durch die enorme Größe im Vergleich zu einem Smartphone dramatische Auswirkungen.

Allerdings gibt es keine Vorgaben, wie man mit Batterien und Akkumulatoren, egal ob sie mit Zink-Kohle oder Lithium gefüllt sind, umgeht. In der VdS 3103 wurde 2019 Hinweise zur Schadensverhütung im Umgang mit Lithium-Batterien veröffentlicht. Hier wird v. a. auf die Gebäudebereiche Produktion und Lager eingegangen. Dass lithiumversorgte Elektrogeräte deutlich häufiger und heftiger brennen als netzstrombetriebene Elektrogeräte, kann man nicht leugnen. Entsprechend sollten vorsorglich passende Maßnahmen im Umgang mit Li-Akkus und Batterien unternommen werden.

Zu empfehlen ist, die Vorgaben der Hersteller und Inverkehrbringer zu beachten, sodass es im Brandfall versicherungstechnisch keine Schwierigkeiten gibt. Abhängig von Ihrem Unternehmen und dem Umfang der Nutzung oder Lagerung von Li-Akkus und Batterien, ist eine schriftliche, konkrete Gefährdungsbeurteilung sinnvoll. Denn die Gefahr so gering wie möglich zu halten, ist das Ziel jedes Unternehmers sowie auch des Arbeitsschutzgesetzes.

Die korrekte Lagerung von Batterien

Eine feuerbeständige Abtrennung zu anderen Bereichen, wie z. B. Lagerung anderer Gegenstände, Gabelstapler- Ladegeräte / Ladevorgänge, Produktion, Gebäudetechnik, Verwaltung u. v. m., wäre sinnvoll: Ein Garagentorhersteller ist beispielsweise aufgrund des Brands der kleinen Li-Batterien in den Funk-Fernbedienungen komplett abgebrannt. Er stellte lediglich metallene Garagentore her.

Weiter ist wichtig, dass die Lagergebäude möglichst über nichtbrennbare Gebäudebestandteile, wie Dämmung der Wände und Dachausführung, verfügen. Ggf. schafft man in großen Lagern auch innerhalb des Batterielagers weitere feuerbeständige Abtrennungen. Denn sobald ein großes Lager brennt, wird eine vollständige Löschung beinahe unmöglich: Wer ein Lager mit einem Wert von 10 Mio. Euro in zwei, vier oder acht Brandabschnitte unterteilt, hat im Brandfall nicht 10 Mio. Euro Sachschaden, sondern „nur“ 5 Mio., 2,5 Mio. oder 1,25 Mio. Euro. Das ist nicht nur für das Unternehmen, sondern auch für den Versicherer und seine Einstufung in „versicherbar“ oder „eher nicht versicherbar“ von entscheidender Bedeutung.

Die nach innen führenden Türen zu den Lagerbereichen sind mindestens feuerhemmende, rauchdichte (RD/RS) und selbstschließende Zugangstüren. Türen ins Freie sollten mechanischen Einbruchversuchen standhalten. Der Transport wird mit sog. Ameisen oder Gabelstaplern durchgeführt, die meist nachts geladen werden, was brandgefährlich ist. Darum sind die Ladebereiche baulich von den Lagerbereichen und auch von Produktionsbereichen abgetrennt. Um Einbrecher und Brandstifter abzuhalten, sollte der Lagerbereich keine Fenster haben. Zusätzlich sollten die eingebauten Fenster durchwurfresistent und das Grundstück effektiv eingezäunt sein.

Für den Fall, dass eine bauliche Trennung nicht möglich ist, sind freigehaltene Streifen von mindestens 2,5 m, besser von 5 m, zu schaffen. Die Entscheidung ist abhängig vom Volumen der Lagerung. Eine Mischlagerung mit anderen Stoffen und Gegenständen ist grundsätzlich erlaubt, sollte aber vermieden werden. Eine Ausnahme ist dann gegeben, wenn der andere gelagerte Stoff eine Zusammenlagerung verbietet. Laut der VdS 3103 (2019) sollte das Lagervolumen in Blocklagerung von 7 m3 nicht überschritten werden und die Lagerhöhe maximal 3 m betragen. Je geringer die Lagerhöhe, desto größer der Löscherfolg im Brandfall.

Präventionsmöglichkeiten

Um vermeidbare Brände in Griff zu halten, sollte die Beleuchtungsanlage der Lagerhalle möglichst brandsicher sein. Zusätzlich dürfen Palettenbewegungen die Beleuchtungsanlagen nicht brandgefährlich beschädigen. Wird die Halle beheizt, so sollte eine Heizung mit Wärmetauscher in einem eigenen Bereich platziert werden, der nach der Feuerungsverordnung errichtet wird. Aus baugesetzlicher Sicht ist ein Wärmetauscher bis 50 kW nicht nötig, aber dringend empfehlenswert und ggf. versicherungsrechtlich gefordert.

Intakte, also lebende Nadelbäume kann man im Sommer schon mit einem Feuerzeug zum Brennen bringen. Aus diesem Grund sollen keine Pflanzen oder höchstens Laubbäume im Gefahrenbereich des Lagergebäudes platziert werden. Ebenso sind offen gelagerte Abfälle, Holzpaletten, Fahrzeuge (auch E‑Bikes) und andere brennbare Gegenstände außen an der Lagerhalle zu vermeiden.

Ob eine Brandmeldeanlage im Detektionsfall noch rechtzeitig Hilfe rufen kann lässt sich pauschal nicht beurteilen. Sicherlich sind eine Brandmeldeanlage und eine Brandlöschanlage positiv zu sehen. Letzteres wird wahrscheinlich das zerstörende Feuer begrenzen. Größere Wassermengen wirken auf die noch nicht brennenden Batterien und deren Verpackung kühlend und somit schützend.

Vorgehensweise im Brandfall

Wer während der Betriebszeit Entstehungsbrände löschen will, der benötigt die richtigen Handfeuerlöscher und möglichst auch flächendeckende Wandhydranten oder fahrbare Feuerlöscher mit 30 kg und mehr Inhalt. Die Industrie bietet mittlerweile mehrere und unterschiedliche Handfeuerlöscher an, die speziell auf Li-Batteriebrände spezialisiert sind. Bei konventionellen A-Bränden löschen diese eher weniger effektiv. Doch bei Bränden von Li-Akkus weisen Sie Ihre Belegschaft bitte auf die Prioritätenliste hin: Personenschutz (hier ist der Eigenschutz gemeint) kommt vor Sachwerteschutz. Diese Akkus können so plötzlich explodieren, dass die löschende Person dadurch verletzt werden kann.

Wenn es brennt, ist es wichtig, dass die Hitze, der Rauch und die explosiven Dämpfe sowie die Pyrolysegase schnellstmöglich aus der Halle herausgeleitet werden. Große Entrauchungsöffnungen mit noch größeren Nachströmöffnungen sorgen hierfür. „Groß“ bedeutet, dass man mindestens 2 % der Hallenfläche als RWA-Öffnung auslegen sollte, welche im Brandfall automatisch aufgehen sollte. Über eine Vergitterung zur Absturzsicherung und zur Verhinderung eines illegalen Eindringens kann nachgedacht werden. Mehr als 2 % ist sinnvoll, aber gesetzlich nicht gefordert. Bei einer Komplettsprinklerung wird sogar noch deutlich weniger RWA‑Fläche gefordert. Doch auch organisatorisch ist einiges zu beachten. Angefangen mit dem Kennen und dem Einhalten aller Vorgaben, die das Produktdatenblatt enthält, bis hin zum Kontakt mit der Feuerwehr, die über die Lagerart und Lagermengen vorab informiert werden muss. Elementar wichtig ist auch, dass die dort arbeitenden Lagerarbeiter und Staplerfahrer über die Gefahren und das richtige Verhalten gut informiert sind. Beispielsweise sollte jeder Staplerfahrer wissen, dass für den Fall, dass eine Palette mit Li‑Akkus oder Batterien vom Gabelstapler fallen, diese Charge gesondert gelagert werden muss. Durch den Sturz können Beschädigungen entstanden sein, die im Brandfall und somit in einer lebens‑ bzw. existenzbedrohenden Situation enden können.

Brandschutztechnisch besonders kritisch sind immer die Anlieferbereiche und Laderampen. Hier sind häufig Paletten und leichtentflammbare Abfälle gelagert. Dies in Kombination mit fremden LKW‑Fahrern und Rauchern, führt u. U. dann zu leicht vermeidbaren Bränden.

Altbatterien

Lassen Sie mich diesen Abschnitt mit einem verhängnisvollen Fehler im Satz beginnen: Leere Batterien können noch Brände auslösen.

Erkennen Sie den Fehler? Die Aussage an sich ist richtig, aber das erste Wort „leer“ ist falsch. Denn diese Batterien oder Akkus sind nicht, zumindest nicht gänzlich, leer. Richtig muss es heißen „entleerte“ Batterien können noch Brände auslösen. Diese Batterien liefern nicht mehr genügend Energie, um ein Gerät zu betreiben, aber sie sind nicht leer und damit nicht brandungefährlich.

Hierzu eine Veranschaulichung der Explosionsprozesse, die Sie bitte auf keinen Fall nachstellen: In ein tatsächlich leeres (also luftgefülltes) 200‑Liter‑Fass füllt man ein Schnapsglas (2 cl) Benzin ein. Mit einem Deckel abgeschlossen, wartet man nun, bis das Benzin verdunstet ist. Im Folgenden wird das Fass ein paarmal gedreht, bis die Dämpfe gleichmäßig verteilt sind. Eine Zündung (Funke, Elektrostatik) führt zu einem Knall, der tödlich enden kann. Was lernen wir daraus? 2 cl (also 0,02 l, das sind 80 % weniger als ein Sektglas aufnehmen kann!) sind unter bestimmten Umständen und Randbedingungen tödlich gefährlich. Dieses Beispiel wird jetzt linear hochgerechnet auf einen Raum mit 4 m zu 5 m (d. h. 20 m2 Fläche). Da die Benzindämpfe schwerer als Luft sind, interessiert die Raumhöhe eher nicht. Auf einer Höhe von 1 m hat der Raum ein Volumen von 20 m3. Wenn 2 cl in einem 200 l Fass explosionsgefährlich sind, dann sind das in 20 m3 (also das 100‑fache) bereits 2 l – ob das Benzin oder Spiritus ist, spielt hierbei keine Rolle!

Ähnlich gefährlich sind alte Batterien. Man sammelt alle Arten von Batterien, also 9‑Volt‑Blockbatterien, Li‑Ionen‑ Batterien, 3A‑Batterien, Knopfzellen usw. in einem Behälter. Ob der Behälter geschlossen, offen, nichtbrennbar oder brennbar ist, das ist sekundär. Primär wichtig ist, dass die Pole sich nicht gegenseitig berühren und somit die verbleibenden Restspannungen addiert werden. Wenn man nun versehentlich noch ein paar Büroklammern dazu einwirft, die für Kurzschlüsse sorgen, dann ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis Rauch auftritt und es zum Brandausbruch kommt. Die Lösung besteht – wie so oft im Brandschutz – aus unterschiedlichen Maßnahmen, die gemeinsam Sinn machen und Erfolg versprechen: Hierzu zählen das Abkleben beider Pole mit einer Klebefolie, ein regelmäßiges Entsorgen der alten Batterien und das Lagern an einer Stelle im Unternehmen, wo ein Brand einen eher geringen Schaden (z. B. Müllraum) anrichten kann. Dies sollte ein Raum sein, in dem Menschen nicht gefährdet sind, wenn es doch zu einem Brand kommt. Und schließlich ist es wichtig, dass man allen im Unternehmen Bescheid gibt, dass es diese Vorgabe und diese Sammelorte gibt.

Der Autor

Dr.-Ing. Wolfgang J. Friedl studierte Brandschutz und
Arbeitssicherheit in Wuppertal und ist seit 1986 im In‑ und
Ausland tätig als Sicherheits‑ und Schadensingenieur, als
Brandschutzkonzeptersteller, Gutachter und neutraler Unternehmensberater.

Autorenbild Friedl

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