Solceller på bygninger bli stadig mer populært i Norge. Solcellene produserer strømmen når det er sol, og ikke nødvendigvis når det er behov for strøm. Lokal lagring av strømmen kan utjevne effektbehov og øke lønnsomheten ved at større andel egenprodusert strøm brukes på bygget.
Hvorfor brenner litiumbatterier?
Litiumbatterier, som andre batterier, består av en anode, en katode, en elektrolytt og en separator. Alt er kapslet inn i ulike type membraner. Elektrolytten i litiumbatterier består ofte av en organisk løsningsvæske, og er derfor svært brennbar. I motsetning til tradisjonelle batterier hvor elektrolytten er en syre med begrenset brennbarhet.
Litiumbatterier finnes i mange ulike typer småelektronikk, leker og datamaskiner som benyttes i norske hjem. Dette er batterier med begrenset kapasitet for energilagring. Slikt utstyr har generelt liten brannrisiko, og det er særlig under lading at man har hatt branntilløp. Det samme gjelder litiumbatteri i elsparkesykler og elsykler, hvor media har rapportert om brann under lading.
Litiumbatterier i elbiler har en lagringskapasitet på 50 til 80 kWh, men har likevel en lavere brannenergi enn en bil med full bensintank. Det er strenge prøving og dokumentasjonskrav for bilbatterier. Batteriene plasseres også i den delen av bilen som er minst utsatt for kollisjonsskade. Det er derfor svært lav fare for brann/eksplosjon i denne type batterier.
Nytt bruksområde i bygninger
Når batteriene i elbiler får lavere virkningsgrad enn ca. 90 prosent, er de ikke lenger egnet for bruk i bil. Slike batterier kan ha et nytt bruksområde som energilager i bygninger. Bilbatteriet vil aldres som følges av antall ladesykluser, temperaturpåvirkninger og mekaniske påkjenninger, men det mangler forskning som sier noe om hvor fort batteriene degraderes.
Nelfo anbefaler ikke gjenbruk av brukte batterier i boliger. Men battericellene som er inne i bilbatteriet kan testes ut, og dersom de oppfyller samme funksjonskrav som ubrukte battericeller kan de bygges inn i nye batterier. Det er leverandør av batteriet som er ansvarlig for å dokumentere egenskapene og at de oppfyller alle forskriftskrav.
Generelt er det svært liten risiko for en brannstart som skyldes kortslutning eller annen feilfunksjon i batteriet. Når et batteri antennes skyldes det som oftest ytre årsaker som feil ved lading, mekanisk skade eller overoppvarming. For batterier som skal brukes til stasjonær energilagring er lading/utlading og overoppvarming de vanligste årsakene til brann.
Konsekvenser ved brann
Selv om sjansen for brann i litiumbatterier er liten, så er konsekvensene betydelige. Derfor er det viktig med brannsikringstiltak i bygget hvor batteriene skal installeres.
Litiumbatteriene brenner på en eksplosjonsartet måte. Det dannes gass inne i batteriet som antennes. Røykgassen er giftig. Eksplosjonsfaren og giftigheten til røykgassen avhenger av hvilke metaller og hvilke komponenter som er i det eksakte batteriet, men for bygningsbruk må man anta at røykgass må ventileres ut for å ivareta sikkerheten til beboere og slokkemannskap.
Den største brannrisikoen i litiumbatterier er når temperaturen kommer over en grenseverdi og starter en termisk nedsmelting, såkalt thermal runaway. Brannen som oppstår er selvforsynt med oksygen som følge av de kjemiske reaksjonene i batteriet. Det er svært vanskelig å slokke brann når denne prosessen initieres. Den kritiske temperaturen for batteriene ligger typisk i området fra 175 til 200 grader.
Vann er et godt egnet slokkemedium for litiumbatterier i bygninger. Vannet virker i stor grad ved å kjøle ned batteriet. Det er imidlertid en stor utfordring at battericellene er innkapslet i batterier slik at vannet ikke kommer inn til den battericellen som er i brann.
Slokkemediet vann kan også binde seg til giftstoffer fra batteriene og avgasser, slik at avrenningsvann fra slokking kan inneholde giftige kjemikalier.
Brannsikkerhetstiltak i bygninger
Det beste brannsikringstiltaket er å kunne avdekke feil i batteriet før brann oppstår. Batteri og batterirom bør ha sensorer for å overvåke tilstanden til litiumbatteriet. Temperaturen til batteriet bør overvåkes, og spenningsmåling kan vise feil ved lading/utlading. I lukkede skap/rom kan også gassmåling indikere feilfunksjon. I og med at brannen er eksplosiv når den oppstår, er det for sent å detektere selve brannen.
Det eksplosjonsartede brannforløpet gjør at batterirom må designes med trykkavlastningsflate. Dette betyr at batterirom helst bør være over bakkenivå og med en yttervegg som gir etter i tilfelle brann. Som tidligere beskrevet er røykgassene giftige. Batterirom må derfor ha ventilasjon. Utløpet av denne ventilasjonen må ikke være i nærheten av luftinntak for ordinær ventilasjon. Personsikkerhet gjør også at man må sikre at røykgasser ikke kommer inn i rømningsveier og liknende.
Batterirom må også designes slik at det blir mulig å kjøle ned batteriene med slokkevann. Denne nedkjølingen kan ta flere dager, og de byggtekniske løsningene må tillate dette samtidig som slokkevann må håndteres på en sikker måte.
Konklusjon:
Så hvor farlige er egentlig litiumbatterier? Faktum er at det er liten sjanse for brann i litiumbatterier. Men som beskrevet over, dersom brann oppstår blir konsekvensene store. Sikkerhetstiltak må derfor legges inn både i batterisystemet og i bygningen for å oppnå god nok brannsikkerhet.
Det er generelt mangel på kunnskap om hvordan man skal oppnå god nok brannsikkerhet. Forskriftene er funksjonsbaserte og det finnes ikke prosjekteringsregler eller anbefalinger for brannsikkerhetstiltak. SINTEF har tverrfaglig kompetanse både på batteriteknologi og bygninger, og kan bidra med utvikling av løsninger for ulike typer bygg og virksomheter.
Innlegget ble først publisert på tu.no
