Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Nebezpečné baterie? – část I.

Datum: 12.2.2019  |  Autor: kpt. Ing. Filip Nos, MV-generální ředitelství HZS ČR  |  Recenzent: Michal Klečka, EVPower a.s.

Baterie se využívají stále častěji a s tím i přímo úměrně roste počet nehod, které s bateriemi souvisí. Závažnost těchto problémů a jejich příčiny jsou předmětem tohoto článku.


© TZB-info.cz

Honba za mobilitou a autonomií elektrických zařízení je dnes v maximálním rozmachu, přičemž v nejbližších letech nelze ani pomýšlet na oslabení tohoto trendu. V každé domácnosti se nachází mnohdy i desítky různých baterií, jejichž funkčnost a bezpečnost je brána za úplnou samozřejmost. V průmyslových provozech lze dokonce kalkulovat o výskytu stovek, ale i tisíců kusů těchto zařízení. Zjednodušeně řečeno, baterie jsou dnes tak běžná a dostupná komodita, že si jejich přítomnost mnohdy ani neuvědomujeme, natož abychom se zamýšleli nad možnými riziky ve spojení s jejich provozem. Tato rizika pochopitelně narůstají se zvyšujícím se počtem baterií, doprovázeným snahou o jejich modernizaci a miniaturizaci v kombinaci s požadavkem na maximální výkon. Než si přiblížíme konkrétní rizika, není od věci zaměřit se na základní fakta z této oblasti.

Obecné informace

Obrázek č. 1: Elektrochemické články rozměru AA (ilustrační fotografie)
Obrázek č. 1: Elektrochemické články rozměru AA (ilustrační fotografie)

V úvodu tohoto článku je záměrně užíván pouze obecný a nejčastěji používaný pojem baterie. Veřejnost tento pojem mnohdy chápe jako souhrnné označení všech zařízení, respektive všech elektrochemických zdrojů, které pracují na principu přímé přeměny chemické energie v energii elektrickou. Obecně jde tedy o souhrnný název pro všechny typy kompaktních zařízení určených pro uchovávání a následné uvolnění elektrické energie. Tato interpretace je ovšem mylná, tudíž je nezbytné vymezit základní pojmosloví.

Chemické systémy pro uchování elektrické energie lze rozdělit do mnoha kategorií a skupin. Pro základní pochopení problematiky je však dostačující dělení na dva stěžejní technologické typy zařízení. Hlavním dělícím kritériem je, zda konkrétní typ zařízení slouží k vícenásobnému použití a lze jej po vybití opakovaně bezpečně dobíjet, nebo je jeho využití jednorázové. Zařízení určená k jednorázovému vybití lze nazývat primární, spotřební, nebo lidově nenabíjecí články, respektive „nenabíjecí baterie“. Systémy určené k vícenásobnému vybití a nabití se pak nazývají akumulátory, sekundární články, nebo opět lidově „nabíjecí baterie“. Samotný pojem baterie je vcelku ošemetný, protože tímto termínem nevystihujeme, zda je článek nabíjecí či nikoliv. Bateriemi lze nazývat jak nabíjecí, tak nenabíjecí články, ovšem pouze v případě, jedná-li se o jedno zařízení skládající se z většího počtu článků spojených paralelně či zapojených do série. Například pojmenování autobaterie je v pořádku, neboť se skládá zpravidla z šesti článků, a její jmenovité napětí je 12 V, tedy 6 × 2 V. Naproti tomu běžný nenabíjecí článek velikosti AA (tužkový monočlánek), se baterií nazývat nedá, jelikož je tvořen pouze jedním článkem. V povědomí veřejnosti je však pojem baterie natolik zažit, že je využíván prakticky pro všechna zařízení tohoto typu, a to bez rozdílu velkosti i výkonu. Pro potřeby tohoto článku lze výše zmiňovaná zařízení nazývat souhrnně elektrochemickými zdroji, případně články.

Rizika

Rozdělení dle technologické podstaty (chemického složení) je stěžejní pro identifikaci a popis jednotlivých rizik, jelikož rizika jsou úzce spjata s chemickým složením článků. Významnou roli ovšem zastávají i další faktory, jako jsou kapacity, jmenovité napětí, druh konstrukce apod.

Obrázek č. 2: Příklad nevhodné manipulace s Li-Ion článkem – mechanické poškození (Zdroj: HZS ČR)
Obrázek č. 2: Příklad nevhodné manipulace s Li-Ion článkem – mechanické poškození (Zdroj: HZS ČR)

Jedno však mají všechny systémy společné, jsou vždy určitým zdrojem rizik, především pokud je s nimi zacházeno v rozporu s návodem výrobce a základními pravidly požární bezpečnosti. Často si sami uživatelé ani neuvědomují, že předepsané návody a zásady porušují, popřípadě rizika zcela ignorují. Lze zde identifikovat širokou škálu rizik od intoxikace chemickými látkami (lithium, olovo, kyseliny…), vznikem požáru, až po úraz elektrickým proudem (především v případě větších instalací). Potenciálně nejničivější účinek vykazuje právě riziko vzniku požáru.

V souvislosti s požáry lze definovat několik základních situací, které mohou vést ke vniku požáru a v extrémních případech i k výbuchu. Jedná se především o počínání v rámci nedbalostního jednání, kdy jsou porušovány zásady uvedené v návodech výrobců (užívání mechanicky poškozených článků, neodborné nabíjení akumulátorů, nabíjení nenabíjecích článků, vystavování nepříznivým podmínkám – teplota, vlhkost, korozivní prostředí apod.). V rámci zjišťování příčin vzniku požárů řešíme každoročně stovky požárů ve spojení se systémy pro uchovávání elektrické energie. Hasičský záchranný sbor ČR (dále jen HZS ČR) v této problematice nezůstává pozadu a předmětné oblasti věnuje velkou pozornost. V rámci praktického ověření zkoumaných rizik provedlo oddělení zjišťování příčin vzniku požárů MV-GŘ HZS ČR ve spolupráci s odborníky v dané oblasti vyšetřovací, respektive výzkumný pokus zaměřený na fyzické testování rizikovosti široké škály jak nabíjecích, tak nenabíjecích článků. Průběh testování a vyvozené závěry budou shrnuty v příštím článku.

Statistická data HZS ČR

V následujících grafických náhledech přinášíme základní statistickou analýzu HZS ČR zaměřenou na problematiku autonomních zdrojů elektrické energie. Stěžejní je samotná četnost výskytu sledovaného negativního jevu, kterým je v tomto případě požár, respektive výbuch. Z grafu č. 1 je mimo jiné patrné, že za sledované období let 2006–2017 došlo ke vzniku 7403 požárů majících příčinnou souvislost s elektrochemickými zdroji, přičemž způsobená přímá škoda byla 1 297 867 000 Kč (viz graf č. 2). Dále je z grafu č. 1 odvoditelné, že současný trend požárovosti je postupně vzrůstající bez výrazných výkyvů. Obdobný postupný nárůst lze očekávat i v letech budoucích.

Graf č. 1: Celkový počet požárů ve spojitosti s primárními/sekundárnímu elektrochemickými články
Graf č. 1: Celkový počet požárů ve spojitosti s primárními/sekundárnímu elektrochemickými články
Graf č. 2: Přímé škody způsobené požáry ve spojitosti s primárními/sekundárními elektrochemickými články
Graf č. 2: Přímé škody způsobené požáry ve spojitosti s primárními/sekundárními elektrochemickými články

Graf č. 2 poukazuje na významně vzestupný trend v oblasti přímé škody způsobené těmito typy požárů. Tento fakt více méně koresponduje se vzrůstajícím počtem požárů, ovšem mimo to je ovlivněn i mnoha proměnnými, které vstupují do vyčíslení celkových přímých škod (inflace, možné změny v metodice vyčíslování škod apod.).

Výše uváděné informace se vztahují ke všem požárům, u kterých byla stanovena příčinná souvislost se vznikem požáru, jinak řečeno elektrochemické články zde zastávaly roli iniciačního zdroje.

Jaká však bude situace, pokud se pokusíme výše zmiňované statistické analýzy více specifikovat a zaměříme se například na případy požárů mimo dopravní prostředky. Toto je z pohledu požární prevence, která je primárně zaměřena na problematiku požární bezpečnosti staveb, o mnoho zajímavější náhled. Pokud se zamyslíme nad touto úvahou, dojdeme k závěru, že elektrochemické zdroje v automobilech budou nejspíše představovat významnou část z celkového počtu požárů. A je tomu skutečně tak. Toto tvrzení má několik opodstatnění. Automobilové akumulátory jsou často vystavovány nepříznivým klimatickým podmínkám, neodbornému zacházení (kutilské úpravy), mechanickému poškození (autonehody, vibrace, nárazy), což může mít významný vliv na požárovost v porovnání se „stacionárními“ instalacemi umístěnými v budovách či články umístěnými v elektrozařízeních domácností. Reálný stav na území ČR popisuje graf č. 3, kde v období let 2006–2017 došlo k 635 požárům ve spojitosti s elektrochemickými články, které nebyly umístěny v dopravních prostředcích.

Graf č. 3: Počty požárů ve spojitosti s elektrochemickými články, mimo dopravní prostředky
Graf č. 3: Počty požárů ve spojitosti s elektrochemickými články, mimo dopravní prostředky
Graf č. 4: Přímé škody způsobené požáry ve spojitosti s elektrochemickými články mimo dopravní prostředky
Graf č. 4: Přímé škody způsobené požáry ve spojitosti s elektrochemickými články mimo dopravní prostředky

Nejdůležitější informací grafu č. 3 je samotný vývoj počtu požárů v jednotlivých letech. Dle grafu došlo za posledních 10 let k více než 200% nárůstu počtu daného typu požárů. Tento trend nárůstu je významný a lze předpokládat, vzhledem k neustálému zvyšování počtu těchto zařízení, že i v budoucnu budou tyto případy přibývat. Graf č. 4 podtrhuje výše popisovaný jev a lze konstatovat, že za sledované období byla těmito požáry způsobena přímá škoda 347 814 000 Kč. Celkové škody u těchto požárů se mohou v porovnání s požáry zahrnujícími dopravní prostředky zdát vcelku nízké. Ovšem pokud se pokusíme vyčíslit, jak vysoké přímé škody jsou v průměru způsobeny jedním požárem dané kategorie, a tyto hodnoty vzájemně porovnáme, dojdeme k závěru, že požáry způsobené elektrochemickými články mimo dopravní prostředky jsou závažnější a způsobují mnohem vyšší škody. Průměrná škoda vztažená na jeden požár mimo dopravní prostředky je při porovnávání více než trojnásobná.

Graf č. 5 Počty požárů ve spojitosti se záložními zdroji a bateriovými úložišti (akumulátory)
Graf č. 5 Počty požárů ve spojitosti se záložními zdroji a bateriovými úložišti (akumulátory)

V úvodu článku jsou zmiňovány tzv. větší instalace elektrochemických zdrojů. Tyto instalace se mohou vyskytovat jak v domácnostech, tak v průmyslových provozech. Jedná se například o bateriové úložiště, popřípadě záložní zdroje. Úložiště energie v kombinaci s fotovoltaickými elektrárnami dnes nelze považovat za něco zcela ojedinělého. Graf č. 5 lze považovat za jakousi demonstraci tohoto tvrzení, neboť samotné zvyšující se počty těchto instalací vedou i k nárůstu počtu požárů.

 

Příklady požárů způsobených elektrochemickými zdroji

Pojem významný lze v případě první události nahradit spíše pojmem zajímavý, respektive kuriózní, ovšem s nezanedbatelným potenciálem pro rozvoj závažných a v krajních případech i fatálních následků. V této části se tedy zaměříme na případy z praxe, které se udály na území ČR a byly podrobeny procesu zjišťování příčin vzniku požárů.

První případ lze nazvat skutečně kuriózním a pro mnohé i úsměvným, ovšem s ambicemi překlenout se v situaci velmi závažnou. Jednalo se o požár, lépe řečeno o drobné zahoření psího pelechu. Domácí mazlíčci, především pak psi mají tendenci rozkousat všemožný materiál a připravit tak svým pánům nemilá překvapení. V tomto případě pes nalezl mobilní telefon osazený běžným typem akumulátoru Li-Ion o kapacitě 700 mAh a telefon rozkousal, čímž došlo k nežádoucímu mechanickému poškození akumulátoru, které bylo doprovázeno prudkou exotermickou reakcí. Tato exotermická reakce následně iniciovala okolní hořlavý materiál. Lze hovořit o skutečném štěstí, že se v daném případě jednalo o relativně nesnadno hořící materiály (docházelo spíše k jejich tavení) v kombinaci se včasnou reakcí majitelů, které na vznikající požár upozornil štěkotem samotný viník události. Obrázky č. 3 a 4 zobrazují situaci v místě potenciálního požáru.

Obrázek č. 3: Mechanické poškození mobilního telefonu – rozkousání psem (Zdroj: HZS Libereckého kraje)
Obrázek č. 3: Mechanické poškození mobilního telefonu – rozkousání psem (Zdroj: HZS Libereckého kraje)
Obrázek č. 4: Detail na prohoření psího pelechu – rozvoj požáru zastaven díky včasné reakci majitelů (Zdroj: HZS Libereckého kraje)
Obrázek č. 4: Detail na prohoření psího pelechu – rozvoj požáru zastaven díky včasné reakci majitelů (Zdroj: HZS Libereckého kraje)

Jednalo se o zcela běžný typ akumulátoru o relativně nízké kapacitě. Lze říct, že na poměry dnešních chytrých telefonů disponoval mobilní telefon velmi nízkou kapacitou. U těchto zařízení se pohybujeme běžně v rozmezí 2000 až 5000 mAh. Ovšem i takto malý akumulátor mohl v případě vhodných podmínek způsobit významný požár. Stačilo, aby byl situován v okolí většího množství hořlavého materiálu, například v lůžkovinách, na sedací soupravě nebo v dětském pokoji s hromadou plyšových a plastových hraček.

Obrázek č. 5: Místo události při příjezdu vyšetřovatelů požárů. Rok 2017 (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)
Obrázek č. 5: Místo události při příjezdu vyšetřovatelů požárů. Rok 2017 (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)

Další případ je z úplně opačného spektra. Jeho potenciál se naneštěstí rozvinul a zde už skutečně hovoříme o významném požáru se škodou přesahující 60 000 000 Kč. V tomto případě se jednalo o požár průmyslového objektu (obrázek č. 5), který sloužil pro skladování elektro součástek.

V předmětném skladu bylo umístěno velké množství pasivních elektrosoučástek, ale také lithiové primární články typu CR2450 o jmenovitém napětí 3 V a kapacitě 550 mAh. Jednalo se o velmi malé nenabíjecí články knoflíkového či mincového tvaru s průměrem 24,5 mm a tloušťkou 5 mm (viz obrázek č. 6). Tyto články byly uskladněny v regálových systémech v množství 1402 kusů. Vyšetřovatelé požáru provedli veškeré potřebné kroky k zajištění všech potřebných důkazních materiálů a skutečností ke stanovení příčiny vzniku požáru. Bylo zjištěno, že v místě stanoveného kriminalistického ohniska byly jediným zařízením s potenciálem iniciovat vzniklý požár právě uskladněné knoflíkové baterie. Toto tvrzení bylo v rámci proběhlého vyšetřování potvrzeno, mimo jiné na základě zadokumentovaných stop šíření požáru, výslechu svědků a kamerových záznamů. Jak je tedy možné, že takto malé a neškodně působící primární články způsobily takto fatální škody? Odpověď je vcelku jednoduchá, avšak velmi obtížně dokazatelná, neboť v místě požáru se po jeho likvidaci nacházelo na stovky požárem totálně destruovaných článků (viz obrázek č. 7), z nichž kterýkoliv mohl daný požár zapříčinit. Dohledání konkrétního článku bylo tak prakticky nemožné. Možné ovšem bylo na základě potřebných znalostí problematiky definovat spouštěč exotermické reakce. V předchozím případu bylo tímto spouštěčem mechanické poškození, rozkousání psem. Zde přichází v úvahu vícero variant. Ke vznícení článků mohlo dojít v důsledku vnitřního zkratu, tj. mechanického průrazu separátoru mezi lithiovou anodou a katodou z oxidu manganičitého. Tento mechanický průraz může být způsoben výrobní vadou nebo při nevhodné manipulaci s články. Stačilo, aby byl takto poškozen třeba jen jediný z uskladněných 1402 článků a ten se stal spouštěčem řetězové reakce. Je potřeba vyzdvihnout, že lithiové články mohou být zdrojem iniciace i mnoho hodin po jejich poškození. Články byly uskladněny v těsné blízkosti u sebe, v plastových obalech (obrázky č. 8 a 9), které svou hořlavostí umožnily nebo alespoň usnadnily přenos tepla na ostatní články, které při zahřátí opět podléhaly exotermickým reakcím a umožnily tak velmi rychlý rozvoj požáru.

Obrázek č. 6: Knoflíkový nenabíjecí článek CR2450 (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)
Obrázek č. 6: Knoflíkový nenabíjecí článek CR2450 (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)
Obrázek č. 7: Články CR2450 po požáru (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)
Obrázek č. 7: Články CR2450 po požáru (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)

Obrázek č. 8: Způsob uskladnění nenabíjecích článků (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)
Obrázek č. 8: Způsob uskladnění nenabíjecích článků (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)
Obrázek č. 9: Plastový skladovací obal (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)
Obrázek č. 9: Plastový skladovací obal (Zdroj: HZS Plzeňského kraje)

Zahraniční případy s významným dopadem

Obrázek č. 10: Samsung Galaxy Note 7 a ochranný plastový kryt po požáru (ilustrační fotografie)
Obrázek č. 10: Samsung Galaxy Note 7 a ochranný plastový kryt po požáru (ilustrační fotografie)

Případy požárů ve spojitosti s elektrochemickými články na území ČR doposud neměly takový dopad, aby byly diskutovány doslova po celém světě. Ovšem v zahraničí lze takové případy dohledat, ač se někdy mohou zdát spíše mediálními kampaněmi, nelze je brát na lehkou váhu. Takovýmto případem může být například kauza „vybuchujících“ chytrých telefonů s označením Galaxy Note 7 od největšího světového výrobce mobilních telefonů, společnosti Samsung. Tato kauza skutečně zaměstnala média po celém světě a pomineme-li obrovské finanční ztráty, jednalo se skutečně o rizikovou záležitost s možností ztrát na lidských životech. Situace byla vcelku jednoduchá, předmětné chytré telefony vykazovaly větší poruchovost akumulátorů, než bylo běžně přípustné. Je potřeba zdůraznit, že určité množství vadných kusů je prakticky nevyhnutelně vypouštěno do oběhu i jinými výrobci. Mnohdy se však jedná o výrobní vady u jednotek či desítek kusů zařízení projevujících se pouze nenápadně, výraznějším zahříváním telefonu, špatnou funkcí akumulátoru apod. V tomto případě se ovšem jednalo o vlajkovou loď daného výrobce s velmi vysokou pořizovací cenou, jejichž vada výroby způsobovala exploze jak při nabíjení, tak při běžném užívání (viz obrázek č. 10). Zásadní byla četnost tohoto jevu, která byla prostě vyšší, než bylo v dané situaci přípustné, aby vše bez výrazného zájmu „vyšumělo“. Ve finále pak celá kauza vyvrcholila úplným stažením tohoto produktu z trhu. Co bylo tedy důvodem, že byl inkriminovaný přístroj natolik rizikový, aby aerolinky zakazovaly vstup s tímto zařízením na paluby svých letadel a sám výrobce zasílal majitelům speciální nehořlavé bezpečnostní obaly, v kterých by již distribuovaná zařízení v rámci svolávací akce zasílali zpět výrobci?

Obrázek č. 11: Příčiny požárů první generace akumulátorů Samsung Galaxy Note 7 (Zdroj: Samsung Newsroom u.s.)
Obrázek č. 11: Příčiny požárů první generace akumulátorů Samsung Galaxy Note 7 (Zdroj: Samsung Newsroom u.s.)
Obrázek č. 12: Příčiny požárů druhé generace akumulátorů Samsung Galaxy Note 7 (Zdroj: Samsung Newsroom u.s.)
Obrázek č. 12: Příčiny požárů druhé generace akumulátorů Samsung Galaxy Note 7 (Zdroj: Samsung Newsroom u.s.)
Obrázek č. 13: Bezpečnostní opatření, iniciovaná incidentem s telefony Samsung Galaxy Note 7 (Zdroj: Samsung Newsroom u.s.)
Obrázek č. 13: Bezpečnostní opatření, iniciovaná incidentem s telefony Samsung Galaxy Note 7 (Zdroj: Samsung Newsroom u.s.)

Vyrojilo se mnoho spekulací, co bylo příčinou požárů a explozí telefonů Note 7, ovšem málokteré spekulace byly podloženy reálnými fakty. Je pochopitelné, že mnoho subjektů se chtělo prostřednictvím dané kauzy zviditelnit, popřípadě v rámci konkurenčních bojů poškodit společnost Samsung. Tak mohlo dojít do jisté míry i ke zkreslení a přifouknutí celé záležitosti. Nicméně i samotná společnost Samsung posléze vydala oficiální tiskovou zprávu, kde výrobní vadu přiznala a dokonce objasnila.

Celá problematika se tedy točila okolo použitých akumulátorů, které byly velmi rizikové, především při jejich nabíjení. Samsung v telefonech Note 7 použil dva typy akumulátorů. S tím, že se u obou použitých typů vyskytly obdobné problémy, ovšem způsobené rozdílnými výrobními vadami. První typ akumulátorů lze nazvat první generací, ta se v telefonech instalovala od samého začátku prodejů. U první generace se vyskytl problém s horním pravým rohem akumulátoru, který byl mechanicky deformován, přičemž došlo k nepříznivé deformaci záporné elektrody. Dalším negativním faktorem bylo i samotné zakončení negativní elektrody, které dosahovalo až do ohybu akumulátoru. Zakončení elektrody však bylo navrženo pro rovnou část akumulátoru. To vše napomohlo k deformacím vnitřních struktur akumulátoru, což vedlo k následnému přímému styku katody a anody, vnitřnímu zkratu a posléze k destrukci akumulátoru. Grafické znázornění deformací je patrné z obrázku č. 11.

Výrobce pochopitelně na vzniklou situaci reagoval a pokusil se problémům předejít změnou dodavatele akumulátorů. Do oběhu se tedy začaly dostávat akumulátory druhé generace. Tyto akumulátory však opět vykazovaly nežádoucí přehřívání s možností zkratu a vzniku požáru. Problém tedy nebyl ani tímto opatřením vyřešen, pouze se pozměnil charakter závad. V tomto případě mohly za problémy nežádoucí „otřepy“ na svárech kladné elektrody, které narušily ochrannou izolační pásku a separátor, což opět vyústilo v přímý kontakt katody a anody, zkrat a destrukci akumulátoru. I zde se objevil druhotný nežádoucí faktor, řada akumulátorů byla vyrobena zcela bez popisované izolační pásky.

Při nabíjení a vybíjení akumulátoru docházelo k jeho nepatrnému nafukování, při němž v místech nepovedených svárů postupně docházelo ke kontaktům elektrod. Prvním důsledkem bylo přehřívání, které při vyšších úrovních nabití mohlo vyústit až v exotermickou reakci. Vizualizace příčin je nastíněna na obrázku č. 12.

Je patrné, že v tomto případě lze hovořit skutečně o jistých nešťastných náhodách, kdy oba instalované akumulátory od různých výrobců vykazovaly různé chyby, ovšem s obdobným důsledkem, telefony byly nepřiměřeně rizikové. Toto poukazuje na fakt, že správně vyrobený a používaný elektrochemický zdroj je relativně bezpečné zařízení, ovšem stačí několik nepřesností při výrobním procesu či odklon od předepsaného postupu užívání a je všemu jinak. V tomto případě lze hovořit o honbě za miniaturizací a maximálním výkonem, jednoduše řečeno, jednalo se o snahu instalovat akumulátor s co největší kapacitou do přístroje o velmi minimalistických rozměrech (především tloušťka zařízení). Akumulátor tedy musel být co nejmenší, a to i za cenu možných nedodělků. Výrobce naštěstí k celé záležitosti přistoupil velmi zodpovědně a vyvodil potřebné závěry vedoucí k realizaci precizujících bezpečnostních opatření. Nezbyde než doufat, že se výrobci z podobných incidentů poučí a zapříčiní se tak o zvyšování celkové bezpečnosti a bezporuchovosti elektrochemických zdrojů. Příklady opatření, které zavedla společnost Samsung těsně po incidentu, jsou zobrazeny na obrázku č. 13.

Druhý zahraniční incident sice nestrhl tak masivní vlnu mediálního zájmu, ale svými dopady je o mnoho významnější. Jedná se o havárii letu UPS 6 ze dne 3. září 2010. Nákladní Boeing 747-44AF tehdy havaroval do vojenského areálu v blízkosti Dubaje, přičemž zahynuli oba přítomní piloti. Jedná se pouze o spekulaci, ale v případě civilní varianty tohoto letadla, kdy počet pasažérů přesahuje 300 osob, mohl počet obětí dosáhnout úplně jiných čísel. Co se tedy v inkriminovaný den stalo a jakým způsobem havárie letounu souvisí s elektrochemickými zdroji? Na to se pokusíme ve stručnosti odpovědět v následujících odstavcích.

Jak již bylo zmíněno u předchozích případů, prokázání, že viníkem oné události byly právě elektrochemické články, je mnohdy velmi obtížně, zvláště pak jedná-li se o událost většího rozsahu. U těchto událostí je mondy požářiště značně nepřehledné a ovlivněné velmi vysokými teplotami, které mají za následek značnou destrukci všech důkazních materiálů a stop. Ne jinak tomu bylo i v případě pádu zmiňovaného nákladního letounu, kde byla situace ještě značně komplikována destrukcí při pádu. Bylo tedy nutné vycházet především z informací obsažených v černé skříňce a dalších záznamových zařízeních.

Graf č. 6: Četnost výskytu jednotlivých druhů elektrochemických zdrojů, ve spojení s leteckými incidenty (Zdroj dat: FAA)
Graf č. 6: Četnost výskytu jednotlivých druhů elektrochemických zdrojů, ve spojení s leteckými incidenty (Zdroj dat: FAA)

V inkriminovaný den došlo k požáru v nákladovém prostoru letounu. Zásadní otázkou bylo, co daný požár přibližně 30 min od vzletu způsobilo. Letoun typu Boeing 747 je velmi sofistikovaný a technikou doslova „napěchovaný“ dopravní prostředek. Prvotním předpokladem při vzniku požáru nákladního letadla byla tedy logicky technická závada na samotném letounu a její rozšíření na transportovaný náklad. Na základě vyšetřování Generálního Úřadu Civilního Letectví Spojených Arabských Emirátů bylo zjištěno, že zásilka přepravovaná z Dubaje do Kolína nad Rýnem obsahovala na 81 000 kusů lithiových článků. Toto zjištění zásadním způsobem ovlivnilo přístup k celému vyšetřování. Incidenty v letecké dopravě ve spojení s elektrochemickými zdroji totiž nejsou úplnou neznámou. Agentura ministerstva dopravy USA nazývaná FAA (Federal Aviation Administration) eviduje za období let 1991 až 4/2018 na 265 incidentů ve spojení s elektrochemickými, především pak lithiovými články (viz graf č. 6).

Přičemž je nutno podotknout, že sama agentura uznává, že v jejich evidenci nejsou zaznamenány všechny incidenty tohoto typu. Za incident je považováno následující: vývin kouře, extrémní teploty, požár a exploze. Z výše uvedených statistik HZS ČR vyplývá, že požárovost ve spojení s elektrochemickými zdroji má rostoucí tendenci a obdobná situace je i v případě incidentů v letecké dopravě (viz graf č. 7).

Zajímavý je rovněž poměr mezi druhy dopravních letounů, na kterých se incidenty udály. Nákladní letadla zaujímají pouhých 40 % a zbylých 60 % připadá na letadla osobní. Tento poměr je velmi snadno pochopitelný z grafu č. 8, z kterého je patrné, že mnoho incidentů je způsobeno články umístěnými v drobných elektrozařízeních, která si pasažéři přinesou s sebou na palubu.

Graf č. 7: Počty incidentů v letecké dopravě za období let 1991 až 2017 (Zdroj dat: FAA)
Graf č. 7: Počty incidentů v letecké dopravě za období let 1991 až 2017 (Zdroj dat: FAA)
Graf č. 8: Druhy elektrozařízení, která obsahovala inkriminované elektrochemické články v době incidentů (Zdroj dat: FAA)
Graf č. 8: Druhy elektrozařízení, která obsahovala inkriminované elektrochemické články v době incidentů (Zdroj dat: FAA)

Obrázek č. 14: Varování Federální letecké správy USA ohledně nebezpečí ve spojení s lithiovými články (Zdroj: FAA)
Obrázek č. 14: Varování Federální letecké správy USA ohledně nebezpečí ve spojení s lithiovými články (Zdroj: FAA)
Obrázek č. 15: Varování Federální letecké správy USA ohledně nebezpečí poškozených lithiových článků (Zdroj: FAA)
Obrázek č. 15: Varování Federální letecké správy USA ohledně nebezpečí poškozených lithiových článků (Zdroj: FAA)

Na základě těchto zjištění byly v rámci vyšetřování provedeny fyzické testy odhalující požární rizika elektrochemických článků v plném měřítku. Zásadní bylo zjištění, že elektrochemické zdroje při svém hoření velmi rychle a ochotně rozšiřují požár na okolní hořící materiál a jejich exploze způsobují odlet jednotlivých článků na vzdálenosti až desítek metrů. Odletující hořící články pak vytvářejí druhotná ohniska požáru a urychlují jeho celkový rozvoj.

To, že přítomnost elektrochemických článků rapidně přispěla k překvapující rychlosti rozvoje požáru, a to i přes aktivaci hasicího systému (inertizace nákladového prostoru), je nezpochybnitelné. Nebylo však možné jednoznačně prokázat, že právě elektrochemické články byly příčinou vzniku požáru. A to i přes fakt, že ohnisko vzniku požáru bylo identifikováno právě v prostoru kontejnerů s lithiovými články. Je však nutno konstatovat, že se závada lithiových článků jeví jako nejpravděpodobnější příčina vzniku požáru a ostatní možné příčiny lze považovat spíše za nepravděpodobné, ovšem ne zcela vylučitelné.

Obdobná situace nastala například v případě letu společnosti Asiana Airlines číslo 991 ze dne 28. 7. 2011, kde došlo rovněž k požáru nákladového prostoru letounu Boeing 747-400F. I zde bylo v nákladním prostoru uloženo velké množství lithiových baterií určených pro vozidla s hybridním pohonem. Nicméně opět se nepodařilo jednoznačně prokázat, že baterie byly viníkem oné události. Vyšetřování bylo navíc velmi komplikováno v důsledku pádu letounu do Východočínského moře. Rovněž i v tomto případě došlo k usmrcení obou pilotů.

Tyto incidenty mezinárodního charakteru se významně podílejí na nových zjištěních a návrzích bezpečnostních opatření při nakládání s elektrochemickými zdroji. V praxi je však obtížné těmto situacím zcela předejít, jako velmi záslužná se tak jeví i snaha o zmírnění následků vzniklých požárů. Společnost UPS například na základě poznatků z nehody letu UPS 6 zavedla na 36 nových bezpečnostních opatření, zahrnujících například: detekci požáru na úrovni jednotlivých přepravních kontejnerů, návrh nehořlavých přepravních kontejnerů schopných odolávat teplotám až 650 °C po dobu 4 hodin a instalaci celoobličejových dýchacích masek pro piloty.

Závěr

Z výše popsaného je patrné, že elektrochemické zdroje skutečně mohou být brány jako relevantní iniciační zdroje požárů. Ovšem aby došlo k jejich vznícení či explozi, je mnohdy zapotřebí, aby byly vystaveny určitému negativnímu faktoru, popřípadě jejich kombinaci. Identifikace a pochopení těchto faktorů je z pohledu požární prevence, ale i běžného laického užívání zcela zásadní. Proto se této problematice budeme detailněji věnovat v dalším článku.

V rámci statistických údajů HZS ČR představují požáry „baterií“ relativně významný fenomén. Ve světovém měřítku pak mají za následek nespočet drobných incidentů, ale i událostí mezinárodního charakteru, majících dopad na oblast legislativy a normotvorby. Co je v tomto případě zarážející, ostatně jako i v mnoha dalších oblastech, je že změny přicházejí pouze tehdy, jsou-li problémy doslova markantní a umocněny ztrátami na lidských životech. Nevím, zda si už v 17. století sir Isaac Newton, při myšlence na třetí pohybový zákon, uvědomil, jak široce je jeho zákon akce a reakce aplikovatelný. Platí například i v případě této problematiky, malá negativní akce sotva vyvolá dostatečnou reakci na to, aby ovlivnila zavedení potřebných změn na poli bezpečnosti a zavedení potřebných preventivních opatření. Což je pochopitelně v rozporu se zásadami dobré preventistické praxe a lze tedy doufat, že v budoucnu budou ony parametry potřebné negativní akce jen klesat.

Zdroje

  1. CENEK, Miroslav. Akumulátory a baterie. Praha: STRO.M, 1996. Knižnice Elektro.
  2. Global Samsung Newsroom [online]. [cit. 2018-08-07]. Dostupné z: https://news.samsung.com/global/.
  3. Aircraft Accident Report ARAIB/AAR-1105: Crash Into The Sea After An In-Flight Fire. Korejská republika, 2011.
  4. Federal Aviation Administration [online]. [cit. 2018-08-07]. Dostupné z: https://www.faa.gov/.
  5. Aviation Cargo and Passenger Baggage Incidents Involving Smoke, Fire, Extreme Heat or Explosion: FAA Office of Security and Hazardous Materials Safety. USA, 2016.
  6. AIR ACCIDENT INVESTIGATION REPORT: Uncontained Cargo Fire Leading to Loss of Control Inflight and Uncontrolled Descent Into Terrain – Flight UPS 6. Spojené arabské emiráty, 2010.
  7. Lithium Batteries Risk Mitigation Guidance for Operators. International Air Transport. ISBN 978-92-9252-485-2.
  8. UAE General Civil Aviation Authority [online]. [cit. 2018-08-10]. Dostupné z: https://www.gcaa.gov.ae/en/Pages/Default.aspx
 
English Synopsis
Dangerous batteries? Part I.

Batteries are being used more and more frequently, and the number of accidents associated with batteries is increasing proportionately. The gravity of these problems and their causes are the subject of this article.

 

Hodnotit:  

Datum: 12.2.2019
Autor: kpt. Ing. Filip Nos, MV-generální ředitelství HZS ČR
Recenzent: Michal Klečka, EVPower a.s.



Sdílet:  ikona Facebook  ikona TwitterTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


Témata 2019

Partneři - Požární bezpečnost staveb

technická podpora výrobců

Odborní garanti

plk. Ing. Zdeněk Hošek, Ph.D.
Ministerstvo vnitra ČR
generální ředitelství Hasičského záchranného sboru ČR

Ing. Marek Pokorný, Ph.D.
Katedra konstrukcí pozemních staveb, Fakulta stavební ČVUT v Praze

Redakce TZB-info natočila