Brandschutz neu definiert

Neue praktische Ansätze bei Löschmitteln und präventivem Brandschutz durch Hohlglasgranulat.

Um die gewachsenen Anforderungen an den Brandschutz auch künftig erfüllen zu können, forschten Brandenburger Ingenieure in den letzten Jahren intensiv an neuen Materialien zur effektiven Brandvermeidung und Brandlöschung. Das Ergebnis: Glasgranulate die sich als Löschmittel oder im Bereich des präventiven Brandschutzes eignen. Als amtlich anerkannte Verpackungsmethode von Lithium – Ionen-Batterien wurde eine weitere zukunftsweisende anwendungsspezifische Lösung für Gefahrguttransporte auf den Weg gebracht.

Nicht nur in der Bauindustrie, der Gebäudetechnik und Elektromobilität steigen die Brandschutzanforderungen. In fast allen Bereichen des täglichen Lebens werden durch die Verwendung neuer Materialien und Produkte die brandschutztechnischen Vorgaben immer komplexer. Ob bei der Brandschutzplanung in Gebäuden, dem Transport und der Verwendung von Hochenergiebatterien, die bisherigen Brandschutzkonzepte müssen teilweise neu überdacht werden. Mit einem neuartigen Löschmittel ist es heute möglich die Brandgefahr auch ohne Löschwasser in den Griff zu bekommen. Auch der als Gefahrengut eingestufte Transport defekter oder beschädigter Lithium-Ionen-Batterien ist dank der Entwicklungen jetzt sicherer.

Gefährliche Metallbrände Wie gefährlich Brände in Verbindung mit Lithium sein können, zeigte sich im November 2011 am Institut für anorganische Chemie der TU Graz. Hier kam es in einem Labor bei einem Versuch zu einem Metallbrand. Bild TU Graz: BF Graz Abteilung für Katastrophenschutz und Feuerwehr

Gefährliche Metallbrände: Wie gefährlich Brände in Verbindung mit Lithium sein können, zeigte sich im November 2011 am Institut für anorganische Chemie der TU Graz. Hier kam es in einem Labor bei einem Versuch zu einem Metallbrand. Bild TU Graz: BF Graz Abteilung für Katastrophenschutz und Feuerwehr

Bei Lithium handelt es sich um ein silberweißes, sehr weiches Metall, welches mit Wasser nicht oder nur sehr schwer löschbar ist und heftig oder explosionsartig reagieren kann. Brände dieser Art greifen schnell auf Einrichtungsgegenstände über und sind mit herkömmlichen Löschmitteln wie Sand nur schwer zu löschen. Beim Eintreffen der ersten Einsatzkräfte der BF Graz standen Teile des Labors in Vollbrand.

Unter der Bezeichnung PyroBubbles, dessen Hauptbestandteil Siliziumdioxid ist, gehen die Entwickler der Genius Entwicklungsgesellschaft mbH neue Wege im Brandschutz. Die Hohlglasgranulate haben einen Durchmesser von 0,5 bis 5 mm. Das poröse Granulat lässt sich nach einem Löscheinsatz problemlos aufsaugen und ressourcenschonend wieder verwenden.  Das Hohlglasgranulat PyroBubbles ist ein Hohlglasgranulat aus Siliziumdioxid und als Löschmittel für die Brandklassen A, B, D und F zertifiziert. Im Brandfall oder präventiv aufgebracht unterbindet die kompakte wiederverwendbare Schüttung unterschiedlich großer Kügelchen die Sauerstoffzufuhr. Die bei Brandtemperaturen oberhalb 1.200 °C entstehende Schmelze unterstützt neben der Energieabsorption diesen Effekt. Beim internen Brand oder dem thermischen Durchgehen von Lithiumbatterien lagern sich Kondensate und flüssiger Elektrolyt in der hochgradig porösen Struktur an und können gebunden entsorgt werden ohne dass zündfähige Atmosphären entstehen.

 Präventiver Schutz der Leitungen einer Kabelpritsche vor äußerer Flammeneinwirkung sowie untereinander im Falle von Kurzschlüssen. (Bild: Genius Entwicklungsgesellschaft mbH)

Präventiver Schutz der
Leitungen einer Kabelpritsche vor äußerer
Flammeneinwirkung sowie untereinander im
Falle von Kurzschlüssen.
(Bild: Genius Entwicklungsgesellschaft mbH)

In der Praxis findet das Granulat zahlreiche Anwendungen. So auch bei einem Neubau eines Verwaltungsgebäudes der Stadtwerke Güstrow. Im August 2012 wurde eine Brandschutzlösung für Versorgungskanäle realisiert. Die Albro Versorgungstechnik GmbH griff dabei auf Hohlglaskugeln als nachträgliche Verfüllung zurück. Den wirtschaft-lichen Nutzen umschreibt Genius – Geschäftsführer Klaus- Michael Pasewald: „Ein entscheidendes Kriterium war die Möglichkeit der einfachen Wiederaufnahme für Wartungsarbeiten und die Wiederverwendbarkeit des Hohlglasgranulats. Insgesamt wurden 200 laufende Meter mit 26 m³ PyroBubbles verfüllt. Als von der MPA Dresden nach DIN EN zertifiziertes Löschmittel sind diese für feste und flüssige brennbare Stoffe der Brandklassen A, B, D und F geeignet und kommen auch beim Brandschutz von Kabelbahnen zum Einsatz.“

Mit der Verfüllung von Hohlräumen in der Gebäudetechnik ermöglichen die Hohlglaskugeln einen präventiven Brandschutz. Die Belegung von weiten Strecken bei Kabeltrassen, Kabelkanälen, Kabelschächten, Serverböden und Kabelkellern, lässt sich aber auch generell bei Hohlräumen und Kanälen umsetzen. Ein verbesserter präventiver Brandschutz wurde auch im Kabelkeller des Umspannwerkes Neuenhagen realisiert. Die Kabel im Kabelkeller sind auf mehreren Etagen gelagert. Bei den Kabeln handelt es sich um Steuerkabel, Energiekabel (400 V) und Lichtwellenleiterkabel, die auf Kabeltraversen mit sog. Kabelschnellverlegern liegen. Die sehr gute Fließfähigkeit der PyroBubbles erlaubt ein Verfüllen bis in den letzten Winkel. So wurde der Keller bis zu einer Höhe von ca. 1,45 m komplett verfüllt.

Lithium-Ionen-Batterien als Gefahrgut
Der Transport und die Lagerung von Lithium – Ionen Batterien unterliegt internationalen Standards und wird daher auch global diskutiert und reguliert. Der UN-Expertenausschusses für die Beförderung gefährlicher Güter befasste sich in den letzten Jahren mehrfach mit notwendigen Änderungen der Vorschriftenausgabe 2013. Eingegangen wurde unter anderem auf die neue Definition des Begriffs „Netto-Explosivstoffmasse“, die Interpretation der Verpackungsanweisungen P 902 und LP 902, die Gestaltung der Beförderungspapiere bei der Beförderung von Feuerwerkskörpern, die Kennzeichnung von Lithium-Ionen-Batterien, die Kennzeichnung von Großverpackungen und Versandstücken und die Dokumentationsvorschriften für freigestellte Versandstücke mit radioaktiven Stoffen.

Blick in den Transportbehälter: Eine je nach Brandlast ausgelegte Schicht PyroBubbles umhüllt als elektrolytsaugende, isolierende und inertisierende Innenverpackung das defekte 250 kg Li-Ion-Batteriemodul (Bild: Genius Entwicklungsgesellschaft mbH)

Blick in den Transportbehälter: Eine je nach
Brandlast ausgelegte Schicht PyroBubbles umhüllt
als elektrolytsaugende, isolierende und
inertisierende Innenverpackung das defekte 250 kg
Li-Ion-Batteriemodul
(Bild: Genius Entwicklungsgesellschaft mbH)

Für die Brandenburger Forscher gingen die Vorschläge nicht weit genug. „Statt teurer individueller Verpackungsanweisungen und Sondervorschriften bieten wir unseren Kunden sichere und ökonom-ische Lösungen für diese anspruchsvollen Aufgabenstellungen“, erklärt Alexander Lehmann als Vorstand der FireShield I AG, die als exklusiver Vertriebspartner fungiert. Mit höheren Leistungen bei Lithium-Ionen Batterien steigen auch die Sicherheitsanforderungen an den Brandschutz. Dieser muss sowohl während des Transports, hier gelten Lithium-Ionen Batterien als Gefahrgut, als auch in der Nutzungsphase sichergestellt sein.

Sicherer & ökonomischer Transport defekter oder beschädigter Lithium-Ionen-Batterien

Neues Verpackungskonzept der Genius Entwicklungsgesellschaft mbH setzt auf das PyroBubbles-Löschgranulat.

Ein Kunde wird mit seinem Auto in der Vertragswerkstatt vorstellig weil der Bordcomputer des modernen Hybridfahrzeuges eine Störung meldete. Die erste Diagnose des mehr als 200 kg schweren Energiespeichers bestätigt den vermuteten Defekt. Eine genauere Analyse beim Hersteller, der über Instandsetzung oder Entsorgung entscheiden muss ist allein schon aus der Rücknahmepflicht des Herstellers u.a. nach § 5 BattG notwendig. „Aber das Modul darf jetzt keinen Meter mehr transportiert werden“, schildert Pasewald das gar nicht so seltene Gefahrgut-Problem. Die in Königs Wusterhausen ansässige Gesellschaft hat zusammen mit Kooperationspartnern das Schutzkonzept entworfen und zur Marktreife gebracht.

Hintergrund: Lithiumbatterien werden immer in die Gefahrengutklasse 9 eingestuft. Die genauen anzuwendenden Regelungen ergeben sich aus dem Transportweg und der UN-Nummer der Batterie. Nach der Sonderverordnung 661 ADR müssen defekte Lithiumbatterien mit einem Bruttogewicht von mehr als 500 g in einem Behälter transportiert werden, welcher von der zuständigen Behörde abgenommen wird. In Deutschland hält diese Funktion die Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) inne. Die Bestimmungen und hohen Anforderungen der BAM müssen genau umgesetzt werden, die Beachtung gefahrgutrechtlicher Vorschriften obliegt dabei jedem gewerblichen Versender. Der Transport der Lithiumbatterie des defekten Fahrzeuges konnte bisher also nur stattfinden, wenn eine konkrete Festlegung beziehungsweise Abnahme der BAM erfolgte.

PyroBubbles löschen und saugen Elektrolyte
Die Brandenburger Tüftler stellten jetzt mit dem PyroBubbles- LionGuard ein Schutzkonzept vor, dass von der zuständigen Fachabteilung der BAM bereits als Verpackungsmethode anerkannt wurde. Dabei sind die sehr leichten PyroBubbles selbst für beschädigte Batterien bestens geeignet, da sie sich durch ein hervorragendes Elektrolytadsorptionsvermögen auszeichnen. Dies ist ein wesentliches Kriterium bei den Transportvoraussetzungen, so Pasewald. Diese Flüssigkeiten oder Pasten bergen mit der Gefahr der Flusssäurebildung schon beim Kontakt mit Luftfeuchtigkeit besondere Risiken. „Sollte doch Flusssäure entstanden sein so wird diese beim Kontakt mit PyroBubbles in weniger brisante Verbindungen umgewandelt.“ Mit der eigentlichen Brandlast, immerhin die 20 fache Energiemenge der elektrischen Speicherkapazität, werde das zertifizierte Löschmittel fertig.

„LIONGUARD“ als standardisierte Verpackungsmethode

Transportbox als standardisiertes Sicherheitssystem (Bild: Genius Entwicklungsgesellschaft mbH)

Transportbox als standardisiertes
Sicherheitssystem
(Bild: Genius Entwicklungsgesellschaft mbH)

„Die von uns angebotenen LIONGUARD Transportcontainer sind derzeit auf Batteriemodule von ca. 100 kg ausgelegt, berichtet Lehmann. Allerdings arbeiten wir an Verpackungskonzepten für maximale Batteriemodule von 400 kg “. Größere, auf reine Elektrofahrzeuge abgestimmte Transportbehälter befänden sich in der Entwicklung. „Unser Portfolio richtet sich derzeit außerdem auf Kleinzellensammlungen, e-Bike-Akkulagerung und Prüfstands-Sicherheitsbehälter für die Automobilindustrie“. Alle kommen ohne die Vorhaltung spezieller Modulträger aus. Vor kurzem wurde das PyroBubbles LIONGUARD-Konzept laut Lehmann grundsätzlich als neue Verpackungsmethode anerkannt. „Die BAM hat unser Konzept überzeugt und die Verwendungsparameter festgelegt.“ Durch die erstmaligen Festlegungen verzichtet die BAM auf die bisher obligatorische und klassische Innenverpackung. „Die praktikable und systematische Herangehensweise bringt neben Brandschutz und sicherer Elektrolytrückhaltung eine große Personal- und Zeitersparnis beim Handling.“
Auch wenn die einzelnen Transporte jetzt ohne Verzögerungen rechtssicher geplant und durchgeführt werden können muss dennoch zunächst für jeden Batterietyp einmalig eine Genehmigung eingeholt werden.
Solange das zu prüfende Modul in den maximalen Ausmaßen die Parameter im Behälter erfüllt könne dessen Transport grundsätzlich beantragt werden. „Den ersten Schritt zur systematischen Erfassung der meistverwendeten Module haben wir bereits getan und rechnen mit einer umfassenden Datenbank.“
Darauf zu verzichten ginge nur unter Mitwirkung der Bundesregierung, die die BAM zur Freigabe gewisser Bandbreiten ermächtigen müsste. „Und das wäre doch für alle Anwender toll!“, regt Lehmann an.

Seefracht, Luftfracht, Bahntransport oder Speditionsverkehr auf der Straße:
Lithium-Ionen-Batterien und Zellen sind beim Transport stets Gefahrgut!

Die Facetten der modernen Informations- und Unterhaltungstechnologie gründen wie die heutige Elektromobilität überwiegend auf Akkumulatoren in Lithium-Ionen-Technologie.
Energiedichte, Selbstentzündungspotential, Elektrolytverlust, Flusssäurefreisetzung: Die verborgenen Risiken dürfen dabei nicht unterschätzt werden. Schon ab einem Gewicht von 500 g sind diese Energiespeicher selbst beim Straßentransport unabhängig von Ihrem Zustand als Gefahrgut der Klasse 9 zu behandeln. Aus den Vorschriften UN3090, UN3091, UN3480, UN3481 leiten sich je nach genutzten Transportweg die Bestimmungen der ADR, IATA-DGR, ICAO-TI, IMDG sowie RID ab. Deren Einhaltung in einer oft internationalen Lieferkette liegt im alleinigen Verantwortungsbereich des Versenders.
Pasewald: Ziel unserer Entwicklungsarbeit war der Übergang von teuren individuellen Verpackungsanweisungen und Sondervorschriften hin zu sicheren und ökonomischen Konzepten. Egal ob Kleinzellensammlung oder Bergung schwer verunfallter Hybridfahrzeugenergiespeicher. Stets im Sinne sicherer Brandverhütung und optimaler Elektrolytrückhaltung.
Dank der zertifizierten Sonderlöschmittels werden wirtschaftliche Lösungen für die schnelle Herbeiführung der gefahrgutrechtlichen Transportgenehmigung ermöglicht.
Folgende zugelassene Anwendungen, wurden bereits national und international nach Kundenwünschen realisiert:

  • Sicherheitsbehälter für Batterienprüfstände 
  • Transportbehälter für beschädigte bzw. defekte Li-Io-Batterieeinheiten
  • Logistikbehälter für die Sammlung ausrangierter Li-Io-Zellen

Darüber hinaus befinden sich Container für die Lagerung und den Transport von Lithium und Magnesium im Prototypenstadium.

Weitere Informationen erhalten Sie im Internet unter http://www.genius-patent.de
http://www.fire-shield.de/
Zum Pressedownload Abdruck gegen Belegexemplar/Link und Quellenangabe kostenfrei.

Experten im Gespräch:
FeuerTrutz in Nürnberg vom 19. – 20. Februar 2014
H 10.1 Stand 5.19
Herr Alexander Lehmann
Fire Shield I AG
Fontanestraße 3
D-15711 Königs Wusterhausen

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