Palotapahtuman yhteydessä päätöksen teon tukena voi käyttää seuraavia kysymyksiä:
Onko kyseessä ladattavat (litium-ioni) vai ei ladattavat (metallimuotoinen litium) akut? Ladattavien akkujen sammuttaminen on turvallista vettä käyttämällä, ei ladat-tavissa akuissa palossa saattaa syntyä niin kova kuumuus, että veden käyttäminen voi olla vaarallista. Tällöin vaahto voi olla hyvä vaihtoehto.
178
Onko kyseessä käytössä oleva energiavarasto vai akkuvarasto (kierrätysvarastot mu-kaan lukien)? Energiavarastossa on syytä ottaa huomioon jännitteiden mukana tule-vat riskit, sekä se, että akkujen varaustaso voi olla korkea. Korkea varaustaso vaikuttaa paloherkkyyteen sekä syntyvien kaasujen räjähdysherkkyyteen.
Onko yhden kennon palo vai laajempi tapahtumasarja? Kenno päästää poksahtavan äänen hieman ennen liekkivaihetta termisessä karkaamisessa. Poksahtavien äänien määrästä voi päätellä onko kyseessä yksittäisen kennon vai mahdollisesti useamman kennon tapahtumasta. Yksittäisen kennon tai vain muutaman ( < 5) kennon kaasu-määrä ei vielä riitä tekemään merikontin kokoisesta varastosta räjähdysvaarallista.
Onko kyseessä kaupallisen operaattorin toiminta vai yksityiskäyttö? Kaupallisella ope-raattorilla on suuremmalla todennäköisyydellä erilaisia toimintaohjeita sekä tarkem-paa tietoa akkujen määrästä ja paloherkkyydestä kuin yksityisellä toimijalla.
Onko tilasta tehty ATEX selvitys tai sertifiointi? Joidenkin akkuenergiavarastojen osalta toiminnanharjoittaja on saattanut tehdä tai teettää laskelman räjähdysvaarasta. On mahdollista, että selvityksen perusteella voidaan varmistua siitä, että akuston ra-kenne ei mahdollista räjähtävän kaasuseoksen syntymistä tilaan.
Onko tila avoin vai täysin suljettu? Mikäli tila on jo avoin, sitä voi tuulettaa olemassa olevaa aukkoa hyväksikäyttäen ja edetä varsin turvallisesti sammutustoimintaan.
Löytyykö akkuvarastosta pääkatkaisin/erotin? Mikäli erottimia tai pääkatkaisimia on saatavilla, niitä on syytä käyttää. Tässä kohdassa on hyvä konsultoida kohteen asian-tuntijaa, mikäli sellainen on saatavilla.
Onko tilassa automaattista/manuaalista sammutusjärjestelmää? Mikäli palo on to-dennettu, eikä sammutusjärjestelmä ole lauennut, se kannattaa laukaista manuaali-sesti. Inertointijärjestelmä laimentaa tilassa olevaa palavien kaasujen seosta ja sa-malla sammuttaa tilassa mahdollisesti palavia rakenteita, kaapelointeja ja irtaimistoa.
Pystyykö räjähdysvaaran (LEL) mittaamaan? Mikäli syttymisraja voidaan mitata jonkin tilassa olevan aukon kautta, se tulee mitata ennen tilan avaamista. Jos tilan kaasupi-toisuudet näyttävät olevan syttymisrajan yläpuolella, ei tilaa saa tuulettaa ennen kuin pitoisuutta saadaan alemmaksi jollain ulkoa käsin tapahtuvalla menetelmällä. Alem-man syttymisrajan määrittäminen litium-ioni akkujen paloissa on vielä nykytiedon va-lossa epävarmaa ja vaatii lisää tutkimusta. FAA:n tekemissä testeissä syttymisrajat ol-tiin voitu mitata, mutta on epävarmaa, toimiiko nykyinen mittauskalusto tilanteessa täysin luotettavasti.
179
Pystyykö tilan tuulettamaan turvallisesti? Mikäli on varmuus siitä, että reagoineita kennoja on tilan kokoon nähden vähän tai pitoisuuksien voidaan todentaa olevan syt-tymisrajan alapuolella, voidaan tila tuulettaa turvallisesti. On kuitenkin huomioitava, että pitoisuus ei välttämättä ole tasainen koko tilassa ja varauduttava kaasujen sytty-miseen. Henkilöstön on vältettävä tilan purkausaukkojen läheisyydessä oleskelua.
Pystyykö palavan/palaneen osa akustosta irrottamaan ja viemään pois turvallisesti?
Mikäli tilaan on päästy turvallisesti, voi yksi hyvä strategia olla sammutusraivaus siten, että reagoinut akun osa siirretään tilasta pois ja annetaan palaa ulkona tai sammute-taan siellä runsaalla vedellä. Useimmiten akustot ovat modulaarisia räkkiasennuksia, joista yksi moduuli on kohtuullisella vaivalla irrotettavissa. Akkupalon liekki saattaa vapaasti poltettuna olla jopa useamman metrin mittainen, mutta räkkimoduulin kuori pidättää liekin varsin hyvin sisällään, jolloin moduulin käsittelyyn liittyvä riski pienenee huomattavasti. Tässä on luonnollisesti syytä konsultoida kohteen asiantuntijaa turval-lisista toimintamalleista, koska moduulirakenteet vaihtelevat.
Pystyykö palavaa osaa jäähdyttämään runsaalla vedellä? Mikäli palavaa osaa ei pysty siirtämään pois kohteesta, on terminen karkaaminen pyrittävä pysäyttämään jäähdyt-tämällä ehjiä kennoja. Helpointa jäähdyttäminen on runsaalla vedellä, johon on lisätty jotain pintajännitystä pienentävää ainetta (surfaktantti).
Onko yksi vaihtoehto antaa akuston palaa? Mitä seurauksia passiivisesta lähestymis-tavasta olisi? Tässä vaihtoehdossa on punnittava vapautuvan savun vaikutus ympäris-töön. Savukaasuissa on monenlaisia haitallisia ja myrkyllisiä yhdisteitä, joten akuston sijainti on tässä vaihtoehdossa ratkaisevat tekijä. Pelastustoimen henkilöstön kan-nalta tämä on turvallisin vaihtoehto, mutta saattaa altistaa liiaksi muille henkilö-, omaisuus- ja ympäristövahingoille.
Yhteenveto
Litium-ioni akut ovat hyvin nopeasti kasvava energian varastointimuoto ja niiden käyttö kasvaa uusiutuvan energian lisääntymisen myötä. Kuten kaikessa energian va-rastoinnissa, myös akuissa on riskinä varastoidun energian spontaani vapautuminen tulipalon muodossa. Suuret akkupohjaiset energiavarastot ovat verraten uusi kon-septi, joten niiden riskeistä, riskien torjunnasta ja pelastustoiminnasta riskien realisoi-tuessa ei vielä tiedetä riittävästi. Yhtenä syynä tähän ovat hyvin moninaiset akkuke-miat, jotka vaikuttavat akkujen käyttäytymiseen vikatilanteissa.
180
Litium-ioni akustoissa on varsin paljon energiaa pakattuna suhteellisen pieneen tilaan.
Pelastusopistolla tehdyissä testeissä on havaittu, että palaessaan tämän energian va-pautuminen tuottaa korkeita lämpötiloja ja pitkiä liekkisuihkuja, jotka helposti sytyt-tävät muita materiaaleja ja rakenteita. Erityisesti sylinteriakkujen sisään myös muo-dostuu painetta, joka purkautuu räjähdyksen omaisesti aiheuttaen palavia heitteitä, jopa parin kymmenen metrin etäisyydelle. Kuluttajatuotteissa riskejä voi vähentää huomattavasti ohjeen mukaisella käytöllä sekä valvotulla latauksella. Suuritehoisia ak-kulaitteita, kuten tasapainoskootterit, ei tulisi ladata asuintiloissa lainkaan.
Pelastusopistolla on tehty suuri joukko erilaisia testejä suurten akustojen paloturval-lisuuden sekä sammutusjärjestelmien osalta. Testeissä on havaittu, että osasta akku-järjestelmiin suunniteltavista sammutus- ja kohdesuojausjärjestelmistä ei ole riittä-västi tietoa ja erilaisia järjestelmiä tulee harkita varsin tarkasti niihin mahdollisesti liit-tyvistä riskeistä johtuen.
Akkulaitokset tulisi suunnitella ja sijoittaa siten, että ongelmien ilmaannuttua pelas-tustoiminta olisi turvallista ja vaarat ihmisille, omaisuudelle ja ympäristölle voidaan minimoida. Automaattisten sammutusjärjestelmien suunnittelu tarvitsee vielä tutki-musta taustatiedon ollessa vajavaista. Erityisesti pelastustoiminnan menetelmien ke-hittämisen tueksi tarvitaan laajempaa tutkittua tietoa, jotta pelastushenkilöstön tur-vallisuus voidaan taata ja pelastustoiminta olisi mahdollisimman tehokasta.
Akuille ominainen terminen karkaaminen on mekanismina hyvin tunnettu, mutta lisä-tietoa tarvitaan muun muassa muodostuvista kaasuista ja niiden räjähdysherkkyy-destä sekä sen mittaamisesta. Pelastustoiminta tarvitsee yksityiskohtaisia, ytimek-käitä toimintaohjeita tilanteisiin, joissa päätöksiä joudutaan tekemään enemmän tai vähemmän vajavaisin tiedoin ja hyvin lyhyessä ajassa.
Myös akkuvalmistajilta tulee vaatia heidän tuotteisiinsa perustuvia selvityksiä akuston turvallisuudesta ja käyttäytymisestä palotilanteessa. Yleispätevien ohjeiden laatimi-nen on haasteellista tilanteessa, jossa eri akkutyypit voivat käyttäytyä hyvin eri tavalla.
Tämän vuoksi yleisohjeistuksen rinnalle ja täydennykseksi on tarpeen tuottaa akku-kohtaisia tarkennuksia. Akkuvalmistajien tulisi myös mahdollistaa sammutustoiminta suunnittelemalla akuston tuki- ja kotelointirakenteet siten, että akustosta on pelas-tustoimen helppo irrottaa palava osa ja sammute on helppo saada akuston koteloin-nin sisään. Monet nykyisin tuotannossa olevista toteutuksista ovat malliltaan sellaisia, että sammutetta on varsin haasteellista saada tarvittavaan kohteeseen, akun kennoi-hin.
181
Sammutusstrategiana suuremmissa akustoissa tulisi edelleen pyrkiä jäähdyttämään akustoa, jotta terminen karkaus saadaan pysäytettyä akuston luonnollisissa rajakoh-dissa. Lähestulkoon aina akustot rakennetaan räkkimallisiksi, jolloin yksittäinen palo-tapahtuma tulisi saada hallintaan ja rajattua yksittäiseen akkumoduuliin. Tehdyissä kokeissa räkkiin rakennetulla sammutusjärjestelmällä palo saatiin pysäytettyä ja rajat-tua yksittäiseen moduuliin.
Suuren akkukokonaisuuden palossa suurin riski on syttymiskelpoisten kaasujen kerty-minen rajattuun tilaan siinä määrin että pitoisuudet ylittävät alemman syttymisrajan.
Tällöin työturvallisuuden kannalta varsin vakava räjähdys on mahdollinen. Varsinaisen liekkipalon sammuttamiselle ei kannata juurikaan laittaa painoarvoa, ellei kaasujen palaminen aiheuta muuta uhkaa. Tärkeämpää on saada akusto jäähdytettyä, jotta ter-misen karkauksen leviäminen akustossa saadaan pysäytettyä.
Viitteet
¹ FT, erikoistutkija, Pelastusopisto
Lähteet
YLE MOT (2017). Polkupyörä tuomittiin tulipalon sytyttäjäksi. 28.04.2017
http://yle.fi/aihe/artikkeli/2017/04/28/polkupyora-tuomittiin-tulipalon-sytyttajaksi (Viitattu 21.12.2018)
YLE (2016). Poliisi kehottaa tasapainoskootterin omistajia huomioimaan palon vaaran – omakotitalo paloi maan tasalle. http://www.mtv.fi/uutiset/kotimaa/artikkeli/poliisi- kehottaa-tasapainoskootterin-omistajia-huomioimaan-palon-vaaran-omakotitalo-pa-loi-maan-tasalle/5906726 (Viitattu 21.12.2018)
Spector Julian (2019). What We Know and Don’t Know About the Fire at an APS Battery Facility. https://www.greentechmedia.com/articles/read/what-we-know-and-dont-know-about-the-fire-at-an-aps-battery-facility#gs.8sxdpv (Viitattu 25.4.2019)
Fortum (2017). Pohjoismaiden suurin akku otettiin käyttöön Järvenpäässä.
https://www.fortum.fi/media/2017/03/pohjoismaiden-suurin-akku-otettiin-kayttoon-jarvenpaassa (Viitattu 22.12.2018)
182
Hallikainen Ville (2017). Ajoneuvojen Li-ion akkujen palotutkimus. Opinnäytetyö.
Metropolia ammattikorkeakoulu, Helsinki.
RECHARGE aisbl ( ). Safety of Lithium ion batteries - Recharge Batteries. http://www.re-chargebatteries.org (Viitattu 22.12.2018)
FAA, Federal Aviation Administration, William J. Hughes Technical, Center Aviation Re-search Division (2016). Lithium Battery Thermal Runaway Vent Gas Analysis.
https://www.fire.tc.faa.gov/pdf/TC-15-59.pdf (Viitattu 29.12.2018)
Hill Davion, DNV GL (2017). Considerations for ESS Fire Safety. Report No.:
OAPUS301WIKO (PP151894), Rev. 3.
Rong-jun Si, De-qi Liu, Shao-qian Xue (2018) Experimental Study on Fire and Explosion Suppression of Self-ignition of Lithium Ion Battery. Procedia Engineering 211(2018), 629-634.
Ming-xing Zhu, Shun-bing Zhu, Jun-hui Gong, Zheng Zhou (2018) Experimental Study on Fire and Explosion Characteristics of Power Lithium Batteries with Surfactant Water Mist. Procedia Engineering 211(2018), 1083-1090.
Yujun Liu,a Qiangling Duan,a Jiajia Xu,a Haodong Chen,a Wei Lua and Qingsong Wang (2018). Experimental study on the efficiency of dodecafluoro-2-methylpentan-3-one on suppressing lithium-ion battery fires. RSC Adv. 2018(8), 42223.
Russoa Paola, Di Barib Cinzia, Mazzaroc Michele, De Rosac Armando, Morriellod Ilario (2018). Effective Fire Extinguishing Systems for Lithium-ion Battery. Chemical enginee-ringtransactions 67(2018).
Laitinen Juha, Jumpponen Mika, Heikkinen Pirjo (2017). Korkeajänniteakkukennojen ja –akkujen palot, niiden sammuttaminen ja riskinhallinta. Suomen Palopäällystöliitto, Helsinki.
Chemical Book (2018). Ethyl methyl carbonate (2018). http://www.chemical-book.com/ChemicalProductProperty_EN_CB3459272.htm (Viitattu 29.12.2018)
183
Työterveyslaitos (2018 a). Kansainväliset kemikaalikortit: Dietyylikarbonaatti.
http://kappa.ttl.fi/kemikaalikortit/kpdf/nfin1022.pdf (Viitattu 29.12.2018)
Työterveyslaitos (2018 b). Kansainväliset kemikaalikortit: Dimetyylikarbonaatti.
http://kappa.ttl.fi/kemikaalikortit/khtml/nfin1080.htm (Viitattu 29.12.2018)
Työterveyslaitos (2018 c). Kansainväliset kemikaalikortit: Hiilimomoksidi http://kappa.ttl.fi/kemikaalikortit/khtml/nfin0023.htm (Viitattu 29.12.2018)
Bengtsson Lars-Göran (2005). Enclosure fires. Swedish Rescue Services Agency.
https://www.msb.se/RibData/Filer/pdf/20782.pdf (Viitattu 31.12.2018)
Harris Stephen, Timmons Adam, Pitz William (2009): A combustion chemistry analysis of carbonate solvents used in Li-ion batteries. http://lithiumbatteryre-search.com/pdf/Li-ion-Combustion.pdf (Viitattu 31.12.2018)
184