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Wie gefährlich sind brennende Elektroautos?

Batteriebrand erzeugt erhebliche Mengen giftiger Schadstoffe und Schwermetalle

Batteriebrand
Brennendes Batteriemodul eines Elektroautos in einem Versuchsstollen - die brennbaren Elektrolyte erzeugen große Stichflammen. © Empa

Was passiert, wenn ein Elektroauto in einem Tunnel oder in einer Tiefgarage in Brand gerät? Das haben Forscher getestet, indem sie Batteriemodule solcher Fahrzeuge in einem Versuchstollen brennen ließen. Es zeigte sich: Thermisch ist ein solcher Batteriebrand nicht gefährlicher als ein normaler Fahrzeugbrand. Ruß und Löschwasser jedoch sind deutlich giftiger – und müssen professionell entsorgt werden.

Elektroautos gelten als wichtiger Teil einer umweltfreundlicheren Mobilität. Allerdings sind ihre Akkus bislang in mehrerer Hinsicht eine Schwachstelle: Sie sind schwer, halten nicht lange und können bei Überhitzung in Brand geraten. Denn die Hitze stößt im Inneren der Lithium-Ionen-Akkus eine sich hochschaukelnde thermische Reaktion an, die enorme Energie freisetzen kann.

Ruß beim Batteriebrand
Das Batteriemodul eines Elektroautos entwickelt beim Brand große Mengen von Ruß, der giftige Metalloxide und organische Schadstoffe enthält © Amstein+ Walthert Progress AG / Empa

Batteriebrand im Versuchsstollen

Doch wie groß ist die Gefahr, wenn ein Elektroauto in einem Parkhaus oder Tunnel Feuer fängt? Das hat ein Forscherteam um Lars Derek Mellert von Amstein + Walthert Progress im Auftrag des Schweizer Bundesamts für Straßen untersucht. Für ihr Experiment setzten sie ein Batteriemodul eines Elektroautos in einem Versuchsstollen in Brand – einmal ohne zusätzliche Lüftung, einmal mit und einmal mit einer Sprinkleranlage.

Ein trockener Knall, dann ging es los: Das Batteriemodul brannte. Meterlange Stichflammen zischten durch den Raum und erzeugten gewaltige Mengen an dickem, schwarzen Ruß. Die Sicht in dem zuvor hell erleuchteten Tunnelabschnitt ging rasch gegen null. Je nach Versuchsdurchgang wurde das Feuer von Feuerwehrleuten bekämpft oder aber man ließ die Batterien ausbrennen.

Die Forscher untersuchten dabei, wie heiß das Feuer wird, welche chemischen Stoffe freiwerden und auch wie sich der Ruß auf Tunnelwände, Oberflächen und auf Schutzanzüge anwesender Feuerwehrleute absetzt. Zudem wollten sie wissen, wie giftig oder korrosiv die Brandrückstände sind und auf welche Weise sich der Brandort nach dem Ereignis reinigen lässt.

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Thermisch ähnlich wie bei einem normalen Fahrzeugbrand

Das Ergebnis: Mit teils mehr als 1000 Grad war der Batteriebrand heiß genug, um das gesamte Auto zu erfassen. Dennoch unterschied er sich in thermischer Hinsicht kaum vom Brand eines normalen, mit Diesel oder Benzin angetriebenen Fahrzeugs, wie die Forscher berichten. In beiden Fällen werde eine Brandleistung von rund fünf Megawatt frei. Für Personen oder andere Fahrzeuge ist der Brand als solches daher genauso gefährlich.

Allerdings gibt es beim Löschen solcher Brände einen entscheidenden Unterschied: Die Batterie eines Elektroautos lässt sich nicht löschen, sondern kann nur mit großen Mengen Wasser gekühlt werden. Das verhindert, dass das Feuer auf weitere Batteriezellen übergreift. Der schon brennende Teil der Akkus aber brennt aus. Hinterher muss ein solches teilweise ausgebranntes Wrack in einem Wasserbecken oder einem Spezialcontainer aufbewahrt werden, damit es sich nicht neu aufheizen und entzünden kann.

Schwermetalle und giftige Schadstoffe

Gefährlicher als bei einem konventionellen Autobrand aber sind die freiwerdenden Schadstoffe. Denn bei einem Batteriebrand werden größere Mengen der Schwermetalle Kobalt, Nickel und Mangen frei, aber auch giftige und ätzende Fluoride, Lithiumverbindungen und Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). „Diese Substanzgruppen sind in humantoxikologischer Hinsicht schädlich und können damit zu einer Verschärfung des Risikos in unterirdischen Infrastrukturen führen“, so die Forscher.

Das bedeutet: Im Falle eines solchen Brandes sollte man das Parkhaus oder den Tunnel so schnell wie möglich verlassen. Feuerwehrleute müssen bei der Brandbekämpfung spezielle Schutzausrüstung und Atemmasken tragen, um sich vor Dämpfen und Ruß zu schützen. Immerhin ergaben die Versuche aber auch, dass die Belastung in gut belüfteten Tunneln deutlich unkritischer ist, weil die Schadstoffe dort schnell verdünnt werden.

Eine Tunnellüftung, die auf aktuellem Stand der Technik ist, kommt demnach auch mit brennenden Elektroautos zurecht. Erhöhte Korrosionsschäden an der Lüftungsanlage oder der Tunneleinrichtung seien ebenfalls nicht zu erwarten, so die Forscher.

Wenn Elektroautos im Tunnel Feuer fangen.© Empa

Löschwasser ist „Sondermüll“

Anders ist dies allerdings mit dem Lösch- und Kühlwasser, das beim Bekämpfen eines solchen Brandes und beim Lagern einer ausgebrannten Batterie im Wasserbad anfällt. Die Analysen ergaben, dass dieses Wasser stark mit giftigen Schwermetallen und anderen Batterieinhaltsstoffen kontaminiert ist. „Die Einleitwerte in die Kanalisation für Industrieabwässer in der Schweiz werden um Faktoren von 20 bis 70 überschritten, das Kühlwasser liegt sogar bis zu 100-fach über dem Grenzwert“, berichten Mellert und sein Team.

Das bedeutet: Bei einem solchen Brand muss sichergestellt werden, dass das hochbelastete Löschwasser nicht in die Kanalisation oder Umwelt gelangt. „Hierbei ist insbesondere zu beachten, dass einige Stoffe karzinogen sind, in elementarer Form vorliegen, nicht abbaubar sind und sich in der Umwelt akkumulieren können“, betonen die Forscher. „Die Bedeutung einer fachgerechten Entsorgung kann auch in diesem Falle nicht genügend unterstrichen werden.“ (Abschlussbericht, August 2020 (PDF))

Quelle: Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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