Ez itt az on the other hand, a portfolio vélemény rovata.
Stanley Wittingham amerikai professzor, aki 2019-ben megosztva kapta a kémiai Nobel-díjat a lítium-ion akkumulátorok felfedezésért, 2020-ban rövid cikket írt az akkumulátortudomány előtt álló fenntarthatósági kihívásokról. Ezek között megemlítette, hogy javítani kell az akkumulátorok tűzzel szembeni ellenálló képességét. Ehhez a jelenlegi gyúlékony elekrolitoldatok minimalizálására vagy cseréjére lesz szükség.
A professzor szerint az akkumulátortudomány fejlődésének egyik fő korlátja az elektrolitoldat, amely az elmúlt 30 évben nem sokat változott.
Ezen a területen nagy áttörést kell elérni, és ez talán lendületet adhat a szilárdtest-akkumulátorok fejlődésének.
Nem is csoda, hogy az egyre szélesebb körű akkumulátorhasználattal párhuzamosan az utóbbi időben megnőtt a lítiumion-akkumulátorokkal kapcsolatos tűzesetek száma. Egyre sűrűbben fordulnak elő súlyos, emberi áldozatokkal és nagy anyagi károkkal járó tűzesetek a lítium-ion akkumulátorok gyártása, tárolása, újrafeldolgozása és használata során. A tűzesetekkel kapcsolatos problémák az akkumulátorok hibás beépítéséből, vagy a nem megfelelő vagy helytelen tűzmegelőzési- és elfojtási technikákból erednek.
A lítium-ion-akkumulátorok azonban még mindig viszonylag új technológiának számítanak, ezért sem teljesítményükkel, sem a megbízhatóságukkal kapcsolatban még mindig nem áll rendelkezésre elegendő ismeret. Mindenképpen aggodalomra ad okot az úgynevezett termikus elszabadulás (thermal runaway) kockázata, amely az akkumulátor túlmelegedését és kigyulladását okozhatja. Ezért fontos figyelmet fordítani arra, hogy a lítium-ion-akkumulátorokat biztonságos és ellenőrzött környezetben használják.
A lítiumion-akkumulátorokban a termikus elszabadulás olyan jelenség, amikor a lítiumion-cella kontrollálhatatlan, önmelegedő állapotba kerül. Ez akkor következhet be, ha a lítiumion-akkumulátor megsérül, túltöltik, vagy magas hőmérsékletnek van kitéve. Ezek lehetnek külső beavatkozásból származó, vagy belső hibákból adódó hőelszabadulások – erre lehet példa a belső rövidzárlat. A lítiumion-cellában a katód és az anód elektródákat fizikailag elválasztja egy szeparátornak nevezett alkatrész. A cellában az elválasztó integritását veszélyeztető hibák belső rövidzárlatot válthatnak ki, ami hőelszabadulást okozhat. Ez különösen a rossz minőségű celláknál fordulhat elő.
Az UL Research Institutes szerint a termikus elszabadulás során az akkumulátor többszörösével nagyobb sebességgel termel hőt, mint amilyen sebességgel a hő a cellából elvezetődik. A cella akkor éri el a termikus elszabadulás állapotát, amikor a hőmérséklete ellenőrizetlenül, percenként 20 °C-nál nagyobb mértékben emelkedik, és a maximális hőmérséklet meghaladja a 300 °C-ot, ami gáz- és/vagy elektrolit-kivezetéssel, füsttel vagy tűzzel, illetve ezek kombinációjával jár. A termikus elszabadulással kapcsolatos kockázatok közé tartozik a gáz, a repeszek és/vagy részecskék szétszóródása, a rendkívül magas hőmérséklet, a füst és a tűz. Egyszerű nyelven szólva a termikus elszabadulás az akkumulátor felrobbanásával járhat.
A termikus elszabadulási reakció megállításához fontos a hőforrás eltávolítása és a reakcióelegy minél gyorsabb lehűtése. A kémiai folyamatokban ez jellemzően hőcserélő vagy hőmérsékletszabályozó eszköz alkalmazásával, reakciógátló anyag hozzáadásával, vagy a reakció oltásával történik a reakcióelegy hűtésével vagy közvetlenül magába az oltó folyadékba történő kiöntésével.
EV-tűzesetek szerte a világban
Júniusban a Szöultól mintegy 45 kilométerre délre fekvő Hvaszong városban található Aricell üzemben bekövetkezett katasztrofális tűz legalább 22 ember, köztük 18 kínai vendégmunkás halálát okozta, miután több lítiumion-akkumulátor felrobbant. Az előzetes vizsgálat szerint az áldozatok valószínűleg a tűz elszabadulását követő másodperceken belül életüket vesztették, miután belélegezték az égő akkumulátorok okozta rendkívül mérgező füstöt. A robbanások oka egyelőre tisztázatlan, a tüzet nagyjából hat óra alatt sikerült nagyrészt eloltani. A tűzoltók száraz homokkal oltották el a tüzet, mivel a víz még jobban fokozhatja a lítiumtüzet. A tűz megfékezése több órát vett igénybe, és a folyamatban lévő kémiai reakciók miatt fennállt az újbóli meggyulladás veszélye.
2024 februárjában pedig egy lítiumion-akkumulátorokat tároló dél-franciaországi üzemben ütött ki nagy tűz. Mintegy 900 tonna lítiumion-akkumulátor gyulladt ki az akkumulátor-újrahasznosító üzemben, és sűrű fekete füstfelhő szállt az égbe.
Hatalmas tűz és robbanás történt 2023 januárjában egy lítiumion-akkumulátorokat tartalmazó raktárban a normandiai Rouen városában. A kiérkező tűzoltók arról számoltak be, hogy a tűz először egy lítiumion-akkumulátorokat tartalmazó raktárhelyiségben keletkezett. Becslések szerint mintegy 8000 lítiumion-akkumulátor semmisült meg. A tűz ezután átterjedt egy közeli raktárra, amelyben mintegy 70 ezer gumiabroncsot tartottak.
Svédországban, ahol az akkumulátoros személyautók és hibridek már az eladott új autók 40%-át teszik ki, a tűzesetekkel kapcsolatos számok növekvő tendenciát mutatnak. Az MSB, a svéd polgári védelmi és katasztrófavédelmi ügynökség szerint az országban az elektromos járművekkel (EV) kapcsolatos tüzek száma tavaly elérte az éves csúcsot, ugyanis 106 esetet regisztráltak. Az MSB jelentése szerint azonban 2022-ben mindössze 24 e-autó gyulladt ki Svédországban, ami az ottani akkumulátoros autók 0,004%-át tette ki.
A benzin- vagy dízelüzemű autók esetében a tűzesetek aránya 0,08% volt, vagyis hússzoros gyakorisággal állapítottak meg tűzesetet az ilyen típusú autóknál az elektromos meghajtásúakhoz képest.
Az Egyesült Államokban a Nemzeti Közlekedésbiztonsági Hivatal és a Közlekedési Statisztikai Hivatal friss adataira hivatkozó 2023-as tanulmány szerint a benzinüzemű, belső égésű motorral (ICE) hajtott autók esetében 100 ezer eladott autóra vetítve 1530 tűzesetet regisztráltak. Ezzel szemben a tisztán elektromos (azaz csak akkumulátorral működő) járművek esetében 100 ezer eladott autóra mindössze 25 tűzeset volt köthető. Mégis, hívta fel a figyelmet Paul A. Kohl, az atlantai GeorgiaTech kémiai és biomolekuláris mérnöki karának professzora:
a média nem kezeli egyformán az EV-ket és az ICE-ket, mert a benzines autó már nem szenzáció.
Szaporodnak az elektromos kerékpárokkal és robogókkal kapcsolatos akkumulátor-tűzesetek is. Míg New Yorkban 2019-ben csak 28 tűzeset történt az akkumulátorokkal kapcsolatban, addig 2021-re ez a szám több mint megháromszorozódott 104-re. Abban az évben négyen is meghaltak ilyen tűzeset miatt, míg 2019-ben és 2020-ban nem történt haláleset. 2023-ban a New York-i tűzoltóság (FDNY) 268 lítiumion-akkumulátorokkal kapcsolatos tűzesetről, 150 sérülésről és 18 halálesetről számolt be.
Az USA Fogyasztói Termékbiztonsági Bizottsága szerint az elmúlt öt év során legalább 25 ezer tűzeset vagy túlmelegedés történt lítiumion-akkumulátorokban. A Newcastle Egyetem kutatása szerint a nagyméretű lítiumion-akkumulátoros energiatároló rendszereken belül 40 ismert tűzeset történt az elmúlt években.
Az UL kutatóintézetekhez tartozó Tűzbiztonsági Kutatóintézet (FSRI) idén télen kísérleteket végzett az elektromos járművek égési jellemzőinek tanulmányozására. A kísérleteket – az akkumulátorok és elektromos járművek tűzbiztonsága kutatási projekt két szakaszának első szakaszát – az illinoisi Northbrookban található beltéri laboratóriumában végezték. Ennek a fázisnak a célja az volt, hogy teljes körű, elfojtás nélküli szabad égési adatokat kapjanak.
A tűzoltók körében egyre nagyobb aggodalmak merülnek fel az EV-tűzzel kapcsolatos módszerekkel és a foglalkozási expozíció veszélyeivel kapcsolatban is. Még nem áll rendelkezésre elegendő adat az EV-tüzek dinamikájának jellemzésére. A tűzoltóság alaposabban meg akarja érteni, hogy milyen tűzvédelmi eljárások lehetnek a leghatékonyabbak az EV-tüzek megfékezésében.
Az egyes EV-tesztek során egy propánégőt használtak a lítiumion-akkumulátorcsomag melegítésére, és addig hagyták működni, amíg a termikus elszabadulást meg nem erősítették. A termikus elszabadulást követően a járművek megszakítás nélkül égtek tovább általában körülbelül egy órán át. Méréseket végeztek a tűz növekedési ütemére, csúcsméretére és időtartamára vonatkozóan is, a tűzoltók hő- és vegyi expozíciós veszélyeire, valamint a közeli járművek vagy szerkezetek gyulladási potenciáljára is. Ez egy friss kísérletsorozat, amelyről még idén jelentés készül, és majd ezt követően a jövő évi második fázisban tesztelésre kiválasztanak egy sor elfojtási eljárást.
Kidobott aksik okozta tüzek
A hulladékba került akkumulátorok által okozott tűzesetek száma 2022 óta 71%-kal nőtt az Egyesült Királyságban, mivel az eldobható e-cigaretták és más hordozható akkumulátoros eszközök elterjedése miatt egyre több lítiumion-akkumulátor kerül a szemétbe. A háztartási szemetesekbe dobott ilyen eszközök számának növekedése az elmúlt 12 hónapban több mint 1200 tűzesetet okozott a hulladékrendszerben, míg 2022-ben 700-at – számolt be a The Guardian a brit tűzoltóparancsnokok tanácsa (NFCC) és a Recycle Your Electricals kampánycsoport által végzett kutatásról.
Egyre több mindennapi használati tárgy, például vezeték nélküli fejhallgatók, laptopok, elektromos fogkefék és eldobható e-cigaretták tartalmaznak lítiumion-akkumulátorokat. Ezek az akkumulátorok összetörhetnek vagy megsérülhetnek a kukásautókban vagy a hulladéklerakókban, és súlyos tüzeket okozhatnak.
A hatóságok által dokumentáltan Ausztráliában 2023-ban több mint 1000 tüzet okoztak lítiumion-akkumulátorok. A környezetvédelmi miniszter is aggódik, mert nap, mint nap előfordul, hogy a kommunális hulladékokban a válogatás során találnak sérült, robbanás- és életveszélyes kidobott akkumulátorokat, amelyek egyre többször okoznak baleseteket.
Magyar esetek is vannak, valószínűleg több, mint amit eddig dokumentáltak.
2024 áprilisában Miskolcon egy garázsból terjedt át egy töltés közben kigyulladt akkumulátor okozta tűz egy házra, ami lakhatatlanná vált. A magyar tűzoltókat is egyre jobban foglalkoztatja a lítiumion-akkumulátorokhoz kapcsolható tűzesetek megfelelő kezelése, amit egységes szerkezetű irányelvek szerint vizsgálnak. A Magyar Tűzoltó Szövetség útmutatót dolgozott ki arra az esetre, ha akkumulátor okozta tűzzel találkozunk, valamint elektromos kerékpárok, robogók, rollerek tűzmegelőzésére vonatkozóan egy kisokost tett közzé.
A szilárdtest-akkumulátor lehet a megoldás
Vannak olyan megoldások, amelyek minden szempontból a kevésbé veszélyes, jobban tölthető, tartósabb akkumulátorok előállítását célozták meg. Az egyik ilyen út, a sokat emlegetett, de még eléggé drága, és csak termékkísérleti fázisban lévő ún. szilárdtest-akkumulátor. „A lítiumion-akkumulátorok folyadékot használnak elektrolitként, így a hőmérséklet-változás miatt megduzzadhatnak, és a külső behatások miatt meggyulladhatnak.
Ezzel szemben a szilárdtest-elektrolitot használó, teljesen szilárdtest-akkumulátorok csökkenthetik a tűz és a robbanás kockázatát
– mondta a Samsung SDI egyik szakértője.
A Samsung SDI célja, hogy 2027-ben megkezdje a teljesen szilárdtest-akkumulátorok tömeggyártását. Az SK On és az LG Energy Solution ezt 2029-re, illetve 2030-ra tervezi.
Amíg nem kezdik meg a szilárdtest-akkumulátorok tömeggyártását az egész akkumulátor-portfólióban kezdve az okostelefonoktól az óriás energiatárolókig, addig sokkal jobban kellene vigyáznunk a személyes használatunkban lévő újratölthető eszközökre. Elektrokémikus szakemberek szerint nem lehet pontosan megjósolni, hogy akárcsak egy kicsi akkumulátor belsejében használati ciklusának végére milyen veszélyes vegyületek alakulnak ki. Évente mintegy 100-110 ezer tonna elektronikus hulladék képződik Magyarországon. Feltételezhetően több tonna kidobott akkumulátor is lehet közöttük, és ezek közül sok nem kerül az ártalmatlanítóba, ami egy ketyegő bomba mind a legális, mind az illegális hulladéklerakókban.
A címlapkép illusztráció. Címlapkép forrása: Getty Images
