Sarah Peeters, Gründerin WEAR TO BE SAFE
Im Yachtbau, in der Binnenschifffahrt und in der Offshore-Welt sind hybride und vollelektrische Konzepte inzwischen weit verbreitet. Lithium-Ionen-Batterien sind das Herzstück vieler neuer Konzepte. Diese bieten ein enormes Potenzial, aber die Risiken verlagern sich von Kraftstoff- und Kabelbränden zu Batteriebränden, Gasbildung und komplexen elektromagnetischen Wechselwirkungen an Bord.
Die Brandrisiken von Lithium-Ionen-Batterien sind inzwischen in den Leitlinien von EMSA, DNV und anderen gut beschrieben. Das große Problem: der so genannte "thermische Durchschlag". Eine überlastete, beschädigte oder überhitzte Batterie kann in einer Kettenreaktion enden, bei der die Temperaturen schnell ansteigen, brennbare und giftige Gase freigesetzt werden und die Flammen auf benachbarte Zellen übergreifen. In einem kompakten Batteriefach in einem Maschinenraum bedeutet dies eine Kombination aus Feuer, Rauch, Druckaufbau und HF-Emissionen in kurzer Zeit.
Die Bedingungen an Bord stellen zusätzliche Herausforderungen dar. Die Räume, in denen die Batterien untergebracht sind, sind oft klein, unregelmäßig geformt und von wichtigen Systemen umgeben. Die Fluchtwege sind begrenzt, die Besatzung ist klein, und die Notdienste sind weit entfernt. Daher ist die Wahl der Raumaufteilung, Belüftung und Detektion von entscheidender Bedeutung. Ein Batterieraum, der nicht für eine kontrollierte Gasentlüftung ausgelegt ist, kann im Falle eines Zwischenfalls als Druckbehälter fungieren; ein Raum ohne angemessene Detektion löst erst dann Alarm aus, wenn der Rauch bereits an anderer Stelle in das Schiff eindringt.
Die Brandbekämpfung unterscheidet sich grundlegend von einem "normalen" Dieselbrand. Daher sind die meisten bewährten Methoden nicht anwendbar. Beim Löschen mit Wasser oder Wassernebel geht es vor allem um Kühlung und Begrenzung der Eskalation. Gasbasierte Systeme können bei "normalen" elektrischen Bränden wirksam sein, aber bei Lithium-Ionen-Bränden ist die Situation ganz anders. Forschungen unter anderem von Ineris und DNV zeigen, dass die Batterie während des thermischen Durchgehens selbst Sauerstoff erzeugt, Gaslöscher kaum kühlen und die chemische Reaktion in der Zelle daher weitergeht. Ineris zeigt, dass Pulverlöscher praktisch keine Wirkung auf einen Li-Ionen-Akku haben: Die Batterie brennt weiter oder entzündet sich erneut. Schaum und AVD (Aqueous Vermiculite Dispersion) kühlen die Oberfläche, dringen aber schlecht in das Innere der Zellen ein. Kondensierte Aerosole (Kaliumsalze) blockieren zwar Verbrennungsreaktionen im Raum, wirken aber nicht auf die Reaktion im Inneren der Zellen.
Das vollständige Eintauchen in einen Wassertank (Tauchbehälter) ist eine weit verbreitete Methode zum Löschen von Lithium-Ionen-Bränden, die jedoch Dutzende von Kubikmetern Wasser und große, schwere und dichte Behälter erfordert. Dies ist jedoch auf einer Yacht oder einer Offshore-Anlage alles andere als praktisch.
Kurz gesagt: Eine vollständige Löschung findet nicht statt, solange noch erhebliche Energie in der Packung vorhanden ist. Das Problem der Wiederentzündung, das wir von EV-Bränden an Land kennen, spielt an Bord eine mindestens ebenso große Rolle. Das bedeutet, dass sich die Konstrukteure nicht nur mit der ersten Brandphase, sondern auch mit der Bergung und dem Transport der beschädigten Batterien befassen müssen.
Gewöhnliche Löschdecken sind nicht für die Temperaturen und die Gasentwicklung eines Li-Ionen-Brandes ausgelegt. Mit einer feuerfesten Li-Ionen-Tasche oder -Decke um eine rauchende oder brennende Batterie herum begrenzen Sie jedoch Flammen, umherfliegende Partikel und Strahlungshitze und verhindern, dass das Feuer auf Innenräume, Kabelkanäle oder Isolierungen übergreift. Li-Ion-Brandschutzdecken sind genau für diese Art von "thermischem Zwischenfall" ideal: kontrolliertes Löschen oder Ausbrennenlassen mit minimalen Kollateralschäden. An Bord können Sie die eingekapselte Batterie dann in einen vorher festgelegten, belüfteten "Quarantänebereich" auf offenem Deck (z. B. eine Metallwanne) bringen, unter ständiger Überwachung und gegebenenfalls Kühlung. Bei großen festen ESS-Installationen an Bord können verdächtige oder beschädigte Module vorübergehend mit Decken eingekapselt werden. Batteriemodule können auch auf kontrollierte und sichere Weise gelagert werden.
Die Schlussfolgerung ist jedoch nicht, dass Lithium-Ionen für Schiffsanwendungen "zu gefährlich" wären. Im Gegenteil: Wo EMSA-Vorschriften, DNV-Handbücher und Klassenvorschriften konsequent angewandt werden, können hybride und vollelektrische Schiffe sicher und zuverlässig betrieben werden, mit nachweislichen Kraftstoff- und Emissionsreduzierungen. Der Schlüssel liegt in einem integrierten Ansatz: Batterieauswahl, Raumaufteilung, Belüftung, Sensorik, DC-Architektur, Power Quality und Betriebsverfahren werden als Ganzes konzipiert und bewertet.
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Ort: Beemdstraat 3, Eindhoven
Kosten: Kostenlose Teilnahme, Anmeldung erforderlich
Große Lithium-Ionen-Akkus sind keine passiven Verbraucher, sondern aktive Quellen in einem meist hochspannungsführenden Gleichstromnetz. Sie können in Millisekunden Hunderte von kW liefern oder aufnehmen. Unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung und der DV-Leistung ist dies positiv: Generatoraggregate können näher an ihrem optimalen Lastpunkt betrieben werden, Spitzen werden geglättet, kurzfristige Stromeinspeisungen halten die Bugstrahlruder unter Wellenbedingungen stabil. Die gleiche Dynamik erhöht jedoch die Anforderungen an die Netzstabilität, die Schutzselektivität und die Oberwellenkontrolle.
Schlecht gedämpfte Oberschwingungsströme oder Spannungsschwankungen können Schutzeinrichtungen auslösen, so dass sich ein einzelner Fehler zu einem Blackout entwickeln kann. Auch Lichtbögen verdienen in diesem Zusammenhang besondere Aufmerksamkeit. Große Schiffsbatteriesysteme haben einen extrem niedrigen Innenwiderstand. Der verfügbare Kurzschlussstrom auf einem 800- oder 1000-V-Gleichstrombus ist beträchtlich, während bei Gleichstrom der Strom keinen Nulldurchgang hat und ein Lichtbogen so lange bestehen bleibt, wie Spannung und Strom vorhanden sind. Auf engstem Raum, in der Nähe der Besatzung und kritischer Geräte, kann ein Lichtbogen zu schweren Verbrennungen, mechanischen Schäden durch Druckwellen und Sekundärbränden führen. Damit fällt die Auslegung der Gleichstromverteilung - Segmentierung, schnelle Erkennung und lichtbogensicheres Gehäuse - in dieselbe Risikokategorie wie die Batterie selbst. Simulationen der Netzdynamik, Oberschwingungsanalysen, Untersuchungen zum Störlichtbogen und korrekt spezifizierte PSA sind daher kein Luxus.
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