Ny rapport ser på avgassing fra litium-ion batterier i hjemmet

En ny RISE-rapport om litium-ion batterier i hjemmet er nå publisert. I tillegg til at batterier kan forårsake brann finnes det også flere eksempler der batterier har avgitt gass uten å begynne å brenne. Denne studien har sett på i hvilken grad avgassing fra et batteri i en bolig kan utgjøre en personrisiko.

Publisert Sist oppdatert

I løpet av de siste årene har det vært en økning av antall elsykler, elsparkesykler og så videre, i det norske samfunnet. Slike enheter inneholder en relativt stor mengde energi via en litium-ion batteripakke. Det er ikke uvanlig å ta med batteriet inn etter endt bruk for oppbevaring og lading.

En ser ved søk i nasjonale og internasjonale nyhetsmedier at forekomsten av branner i slike litium-ion batterier er relativt høy, og utgjør en potensiell brannrisiko som mange ikke er klar over. I tillegg er det en økende bruk av større, stasjonære batterier brukt til energilagring (battery energy storage system, BESS).

Studien fra RISE omhandler avgassing fra litium-ion batterier i boliger, og er finansiert av Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB) og Direktoratet for byggkvalitet (DiBK). Hovedmålet var å studere i hvilken grad avgassing fra et batteri i en bolig kan utgjøre en personrisiko, med fokus på konsekvensene knyttet til avgassing.

I prosjektet har det blitt undersøkt nærmere hvor farlig det er at et batteri avgir gass i et bolighus med personer til stede, og om det bør innføres en strengere regulering av oppbevaring og lading av batterier.

Giftig gass uten brann

I tillegg til at batterier kan forårsake brann finnes det også flere eksempler der batterier har avgitt gass uten å begynne å brenne. Så langt har det vært fokus på eksplosive gasser som utvikles ved normal drift og det er mangelfull kunnskap om brannfare og spredning av farlige gasser ved feil i batterier og ladesystem i bygning og egnede tiltak.

Gassene som avgis er giftige og utgjør en personrisiko ved innånding. I tillegg kan gassene være brennbare, og kan potensielt akkumuleres til en eksplosiv blanding.

Foreløpig finnes det få nasjonale retningslinjer om hvor og hvordan slike batterier bør oppbevares og lades for å minimere risikoen for brann. Dette gjelder spesielt elsykkel-batterier og andre batterier i denne størrelsesorden. For energilagringssystemer publiserte NELFO nylig en veileder i samarbeid med Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB), Forsvarets forskningsinstitutt (FFI), Drammensregionens brannvesen IKS (DRBV) og Direktoratet for byggkvalitet (DiBK), med bidrag fra RISE [1].

Det ble gjennomført et søk i BRIS-databasen (brannstatistikk i Norge) for å identifisere relevante scenarioer. Basert på disse scenariene ble totalt ni numeriske simuleringer av gasspredning fra et elsykkel-batteri i en generisk bolig gjennomført.

Figuren viser metankonsentrasjonen 12 sekunder etter avgassing fra batteriet startet. Denne simuleringen viser at plassering av batteriet i for eksempel en hylle kan øke akkumuleringen av brennbar gass og dermed øke eksplosjonsrisikoen.

Lavere energiinnhold – lavere risiko

Elbil-batterier, elsykler, elsparkesykler, elbalansebrett og større, stasjonære batterier brukt til energilagring (energilagringssystemer) er funnet å være de litium-ion batterier med høyest energiinnhold, som er vanligst i boliger. Andre elektriske maskiner – forbrukerprodukter utgjør en større andel i brannstatistikken, men disse har lavere energiinnhold og dermed mindre potensiale for å utgjøre en stor personrisiko i seg selv.

Elbiler som lades i garasjen og større batterier brukt til energilagring inneholder mest energi og har derfor potensial for de største konsekvensene. Imidlertid oppbevares og lades/utlades disse batteriene ikke i oppholdsrom, mens elsykler/-sparkesykler/balansebrett oppbevares og lades ofte i stue, gang og på soverom.

Jeg ble overrasket over hvor raskt et kritisk nivå av giftige gasser ble oppnådd i rommet.

Christoph Meraner

Elsykkel og lignende batterier utsettes også for mer mekanisk og termisk belastning sammenlignet med energilagringssystemer. Det antas derfor at frekvensen av hendelser som involverer disse batteriene vil være større, enn frekvensen av hendelser som involverer energilagringssystemer. Derfor fokuserte simuleringene i denne studien på avgassing fra et elsykkel-batteri (fra en enkelt celle og fra en hel pakke) i gangen til en generisk bolig. Det ble ikke gjennomført en kvantitativ risikoanalyse av risikoen knyttet til elsykkel-batterier sammenlignet med risikoen knyttet til energilagringssystemer.

Noen resultater

Resultatene viser at plasseringen av batteriet spiller en stor rolle for akkumulering av brennbar gass. Den største mengde brennbar gassblanding, 26 liter, ble akkumulert ved avgassing fra en 400 watt-timer (Wh) elsykkel-batteripakke, som var plassert i en hylle i en liten gang på 3,5 kvadratmeter.

Det er viktig å lagre/oppbevare batterier i store og godt ventilerte rom, særlig ved avgassing fra en hel batteripakke. Studien tyder på at avgassinger fra en elsykkelbatteripakke kan føre til redusert evne til å oppholde seg i et rom etter kun noen minutter.

Giftige gasser kan ha en kvelende og en irriterende effekt på mennesker. I denne studien ble både den kveldende og den irriterende effekten av giftige gasser undersøkt. I alle ni simuleringene ble grenseverdi for irriterende gasser (0,1 FEC) oppnådd før grenseverdien for kvelende gasser (0,1 FED). Det betyr at den irriterende effekten av avgassingene vil begynne å påvirke personers utholdenhet i rommene før den kvelende effekten.

Når batteriet befinner seg i et lite rom, oppnås 0,1 FEC relativ raskt. I denne studien befant batteriet seg i en gang, og 0,1 FEC ble oppnådd etter ca. 1 min. Utholdenhet eller evnen til å oppholde seg i et område (tenability) reduseres i hele rommet etter ca. 1 min, når hele batteripakken er involvert.

Imidlertid overstiges grenseverdien kun «lokalt» når den termiske hendelsen er begrenset til kun én battericelle. En analyse av karbonmonoksid konsentrasjonen viser at det å ha montert kombinasjonsdetektor i nærheten av batteriet kan være et godt tiltak for sikre tidlig deteksjon av termiske hendelser.

Figuren viser et konturplott av tiden, gitt i sekund, til statistisk sett 1% av den generelle befolkning vil bli påvirket av de giftige gassene fra batteriet. Tiden er begrenset til 600 sekund som er makstid i simuleringen.

Ønsker å øke bevisstheten

- Hva er de mest overraskende funnene?

Christoph Meraner er en av forskerne bak rapporten.

- Jeg ble overrasket over hvor raskt et kritisk nivå av giftige gasser ble oppnådd i rommet, sier Christoph Meraner, som er forsker i RISE Fire Research.

- I simuleringene ble et kritisk nivå oppnådd etter ca. ett minutt for et lite rom på 3,5 kvadratmeter og fire minutter for hele øvre halvdelen av et stort rom på 43,5 kvadratmeter, sier han.

- Dette vil selvfølgelig variere avhengig av blant annet batteriet, romstørrelse og ventilasjon i rommet.

Hvilke endringer/resultater håper dere at denne rapporten kan føre til?

- Jeg håper at rapporten øker bevisstheten rundt temaet, sier Meraner.

- Det er for eksempel bekymringsverdig at den norske brannstatistikken viser hendelser med branner i balansebrett- og elsykkel-batterier som har oppstått på soverom og i stue. Det er viktig at man er bevisst på risikoen knyttet til litium-ion batterier når man velger hvor og når man lader dem.

- Man bør for eksempel ikke lade disse batteriene i rom hvor folk oppholder seg (slik som i stua) eller mens man sover, poengterer han.

- Er det noe dere ser at myndighetene bør ta spesielt tak i vedrørende denne problemstillingen?

- Det er vanskelig å stille samme krav til elsykkel-batterier som det stilles for eksempel i større energilagringssystemer. Likevel er det viktig at brukere av el-sykler og lignende utstyr, informeres om risikoen knyttet til litium-ion batterier og om tiltak de kan gjøre for å redusere risikoen.

- Tiltak kan formidles for eksempel gjennom en veileder, som informerer om trygg bruk, lagring og lading av litium-ion batterier i denne størrelse (elsykkel og lignende), og ved å regulere hvilken informasjon elsykkelprodusenter eller -distributører må gi til kunder (slik det gjøres for eksempel i andre land), sier Meraner.

- Jeg håper også at myndigheten fortsetter å ha fokus på litium-ion batterier i forskningen, siden det er fortsatt er mange spørsmål som vi ikke har et godt svar på per i dag. For eksempel hvordan påvirker gjenbruk av batterier, såkalt second life batterier risikobildet?, avslutter han.

Les hele rapporten her:

https://risefr.no/media/publikasjoner/upload/2021/rise-rapport-2021-17-avgassing-fra-litium-ion-batterier-i-hjemmet.pdf

Studien ble presentert på DiBK fagdag om brann 2021. Presentasjonen (videoopptak og pdf.) er tilgjengelig her:

https://dibk.no/om-oss/Kalender-DiBK/fagdag-om-brann---2021/

Powered by Labrador CMS