Przechowywanie, transport i ładowanie baterii i akumulatorów litowo-jonowych

W życiu codziennym otaczają nas urządzenia zasilane bateriami: telefony, komputery, odkurzacze, wkrętarki, kosiarki, hulajnogi, samochody i moglibyśmy tak wymieniać bez końca. W usługach, przemyśle, sektorze militarnym czy publicznym skala zjawiska jest niewspółmiernie większa, a intensywność i warunki użytkowania stawiają przed bateriami poprzeczkę jeszcze wyżej. Choć jakość i niezawodność baterii litowo-jonowych jest wysoka i staraniami producentów rośnie, to skala i często bardzo wymagające warunki pracy powodują, że zagrożenia z nimi związane są coraz większe. W zawiązku z tym, rośnie odpowiedzialność użytkowników, a przede wszystkim kadry zarządzającej przedsiębiorstw i instytucji.

Ochrona środowiska pracy jest niezmiernie istotnym obowiązkiem każdego pracodawcy, zwłaszcza tam, gdzie narażone jest zdrowie i życie pracowników. Używanie ogniw i akumulatorów, zwłaszcza długo eksploatowanych i uszkodzonych, szczególnie naraża otoczenie na niebezpieczeństwo. W Green Service śledzimy wszelkie informacje na ten temat, a dane statystyczne nie pozostawiają wątpliwości  co do trendu i rangi zagadnienia. Amerykańska instytucja zajmująca się ochroną środowiska, Environmental Protection Agency (EPA), wskazuje w jednym ze swoich raportów[1] aż 245 pożarów jednostek składowania zużytych baterii na przestrzeni 7 lat. Z kolei QBE, globalna grupa ubezpieczeniowa operująca w 37 krajach, informuje o 93-procentowym wzroście ilości pożarów wywołanych bateriami litowo-jonowymi w Wielkiej Brytanii na przestrzeni lat 2022 – 2024[2] (wzrost z 690 do 1330 incydentów). Niestety nie ma wątpliwości, że ten trend zostanie  zachowany.

Należy zwrócić uwagę na następujące czynniki wpływające na żywotność baterii, a przede wszystkim na ryzyko z nimi związane. Są to:

1. Czynniki zewnętrzne – wysoka temperatura wpływająca na przegrzanie, a także temperatura bardzo niska, wpływająca na strukturę chemiczną we wnętrzu baterii, co z kolei często skutkuje ryzykiem zwarcia i zapłonu;

2. Uszkodzenia mechaniczne – dochodzi do nich wewnątrz baterii i często nie są widoczne;

3. Niewłaściwa eksploatacja baterii – baterie ładowane niewłaściwymi ładowarkami lub rozładowane do zera są dużo bardziej narażone na pożar lub eksplozję.

Z uwagi na stale zwiększające się zapotrzebowanie na akumulatory i baterie, kluczowym problemem stało się zapewnienia bezpieczeństwa poprzez przestrzeganie zasad i norm związanych z ich przechowywaniem, ładowaniem i transportem. Najpierw musimy zrozumieć problem: z jakim rodzajem niebezpieczeństwa mamy do czynienia i w świetle tego zastanowić się nad doborem rozwiązań niwelujących je w najskuteczniejszy sposób. Można zauważyć, że w tek kwestii dochodzi do nieporozumień.

Podstawowym problemem jest ucieczka termiczna, co z punktu widzenia bezpieczeństwa jest sytuacją krytyczną. Jest to zjawisko wzrostu temperatury wewnątrz ogniwa powyżej punktu krytycznego (zazwyczaj około 80 do 100 stopni Celsjusza). Następuje wtedy wzrost ciśnienia i temperatury, co prowadzi do pożaru, emisji toksycznych gazów, niejednokrotnie rozerwania ogniw i eksplozji. Problemem jest samo ogniwo, które może niespodziewanie generować:

• pożar wywołany awarią baterii;

• ulatniające się szkodliwe gazy;

• eksplozję baterii.

Podsumowując: przede wszystkim chcemy zabezpieczyć otoczenie przed skutkami wzrostu temperatury wewnątrz ogniwa, a nie ogniwo przed zagrożeniami z zewnątrz.

Zagrożenie stanowią zawsze: wysoka temperatura, pożar i emisja gazów. Wybuch jest najgroźniejszy, jednakże niekoniecznie musi się zdarzyć. Statystycznie są to rzadkie sytuacje.

Zastosowanie standardowej szafy ognioodpornej nie stanowi odpowiedniego zabezpieczenia. Zostały one skonstruowane, aby chronić to co znajduje się wewnątrz przed wysoką temperaturą na zewnątrz szafy. W sprzyjających warunkach, czyli stosunkowa małe ogniwo i stosunkowo duża szafa, może pozwolić w razie awarii na bezpieczne wypalenia ogniwa, ale tylko pod warunkiem, że nie nastąpi eksplozja. Wystąpienie eksplozji każdorazowa powoduje otwarcie drzwi i porażenie otoczenia odłamkami oraz możliwość rozprzestrzenienia się pożaru.

Mamy do wyboru dwa główne rozwiązania, a wśród nich kilka wariantów.

Pierwsze rozwiązanie: celem jest zapewnienie szybkiej reakcji na wzrost temperatury, wyhamowanie reakcji łańcuchowej wywoływanej ucieczką termiczną, niedopuszczenie do eksplozji i zabezpieczenie termiczne otoczenia. W tym celu specjaliści wykorzystali szafy ognioodporne, wyposażając je w konieczne urządzenia detekcji i gaszenia.

Drugie rozwiązanie: celem jest umożliwienie bezpiecznego dla otoczenia, zupełnego wypalenia się baterii, ochrona termiczna, a przede wszystkim ochrona przed eksplozją.

Jeżeli chodzi o zabezpieczenie przed emisją szkodliwych spalin to w obu przypadkach zapewnia to uszczelnianie szafy.

Na to pytanie nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Najbardziej uniwersalnym rozwiązaniem i wydaje się, że zapewniającym maksimum bezpieczeństwa jest rozwiązanie drugie, jednakże szczególne warunki mogą skłaniać do pierwszego. Podstawową kwestią jest również przeznaczenia: czy bateria ma służyć do przechowywania czy również do ładowania. Osobnym tematem jest transport baterii.

Odpowiednie warunki przechowywanie baterii litowo-jonowych są niezbędne w każdym przypadku – tak dla akumulatorów używanych, jak i nowych. Każdy akumulator jest wstępnie naładowany, więc każdy stanowi zagrożenie.

Szafy do przechowywania baterii powinny zainteresować szczególnie firmy, które nie ładują ogniw, a jedynie je magazynują. Dotyczy się to zarówno punktów sprzedaży baterii nowych, jak i magazynów uszkodzonych akumulatorów i ogniw. Szafy te, dzięki odpowiedniej konstrukcji, użytym materiałom i szeregom zabezpieczeń, pozwalają na wyeliminowanie zagrożeń wynikających z powyższych czynników. Jedną z dyrektyw, na której można oprzeć wybór szafy, jest EN 14470-1 TYP 90 - pozwala na zachowanie 90-cio minutowej odporności ogniowej. Norma FM 6050 w zakresie składowania substancji łatwopalnych również gwarantuje wysoki poziom bezpieczeństwa, a normy TÜV NORD dodatkowo podkreślają przeznaczenie szafy do przechowywania baterii. Dyrektywa EN 14470-1 odnosi się jednak do ochrony przed ogniem z zewnątrz, co nie do końca jest zasadne w przypadku pożarów baterii litowych, jest to więc tylko wskazanie. Istnieje dokument nazywany VDMA Standard Sheet 24994 z sierpnia 2024 roku, który jasno definiuje wymagania techniczne stawiane szafom na baterie litowo-jonowe do ich bezpiecznego składowania i zapewnienia wytrzymałości na pożary lub eksplozje. Choć jest to wciąż zbiór zaleceń, odpowiednie organy już pracują nad wdrożeniem regulacji prawnych, które najpewniej pokrywać się będą z dokumentem VDMA 24994.

 Przechowywanie baterii - sprawdź naszą ofertę w zakresie bezpiecznego składowania baterii litowo-jonowych.

O ile kwestia przechowywania jest relatywnie prosta, to podczas ładowania rosną znane nam zagrożenia:

• pożar wywołany awarią baterii;

• ulatniające się szkodliwe gazy;

• eksplozja baterii.

Pożary baterii litowo-jonowych są szczególnie trudne do opanowania, gdyż reakcja chemiczna może zachodzić nawet po pozornym ugaszeniu ognia. Pozostały w ogniwach lit jest bardzo reaktywny i prawidłowym podejściem jest wezwanie odpowiednich służb celem zabezpieczenia pożaru. Należy jednak zapewnić odpowiednie warunki, które pozwolą na zabezpieczenie baterii do czasu przyjazdu straży pożarnej.

Ugaszenie baterii litowej zwykłą gaśnicą proszkową może okazać się niemożliwe, więc konieczne jest zastosowanie szafy, która wytrzyma wysoką temperaturę i zabezpieczy zarówno miejsce, w którym baterie są ładowane, jak i osoby znajdujące się w pobliżu. Rozwiązaniem jest zastosowanie konstrukcji ogniotrwałych, spełniających normy opisywane w poprzedniej sekcji artykułu, a także odpowiednie gaśnice i systemy alarmowe, które pozwalają na zminimalizowanie czasu reakcji.

Gaśnice, które stosowane są w szafach do ładowania baterii litowo-jonowych to głównie gaśnice aerozolowe, które powodują zatrzymanie reakcji chemicznej i pozwalają opanować pożar. Dzięki temu zyskujemy czas na wezwanie odpowiednich służb, które zabezpieczą teren i wadliwe ogniwo.

Ulatniające się podczas zapłonu baterii opary są szczególnie niebezpieczne dla zdrowia. Toksyczne gazy, takie jak fluorek wodoru, tlenek i dwutlenek węgla czy cyjanowodór, są szczególnym zagrożeniem dla życia.

Eksplozje baterii to sytuacja niezmiernie rzadka, jednak stanowi jedno z największych zagrożeń.
W czerwcu 2024 roku, w fabryce Hwaseong w Korei Południowej doszło do kilku eksplozji produkowanych baterii[1], czego skutkiem była śmierć aż 23 pracowników i poważne obrażenia u 8 innych. Choć pełna eksplozja nie zdarza się często, to samemu zapłonowi towarzyszą procesy zbliżone do wybuchu – nagły wzrost ciśnienia wewnątrz ogniwa jest na tyle znaczący, że nawet mała bateria może uwolnić energię stwarzającą realne zagrożenie dla życia pracowników. Z kolei baterie składające się z kilku połączonych ogniw, takie jak baterie do rowerów elektrycznych, narażone są na reakcję kaskadową, co jest jeszcze bardziej niebezpieczne i fizycznie przypomina skutki eksplozji.

W związku z powyższym, warto rozważyć szafę z systemem LockEx – jest to rozwiązanie, które pozwala na rozszczelnienie drzwi na krótki moment w momencie, w którym ciśnienie wewnątrz szafy jest na tyle wysokie, że musi zostać uwolnione na zewnątrz. Nadmiar ciśnienia jest wyrzucony na zewnątrz,
a specjalny system sprężynowy następnie zamyka drzwi szafy, a pożar i opary pozostają w komorze. Oczywiście szereg pozostałych zabezpieczeń odcina dopływ prądu i blokuje wentylację, tak, by opary
i ogień nie wydostały się na zewnątrz.

Odpowiednie zabezpieczenie podczas ładowania jest więc obowiązkiem pracodawcy, choć sam proces ładowania baterii nie jest regulowany przepisami prawnymi, to Kodeks Pracy mówi jasno: Dz.U. 1974 nr 24 poz. 141 – „Pracodawca jest obowiązany chronić zdrowie i życie pracowników przez zapewnienie bezpiecznych i higienicznych warunków pracy przy odpowiednim wykorzystaniu osiągnięć nauki i techniki.”

 Ładowanie baterii - sprawdź naszą ofertę szaf, które oferują szereg zabezpieczeń niezbędnych do zapewnienia bezpiecznego ładowania.

Omówione powyżej kwestie pozwalają na zabezpieczenie magazynów czy hal produkcyjnych i sprzedażowych, niezmiernie ważne jest jednak również odpowiednie przewożenie ogniw, przede wszystkim tych używanych i/lub uszkodzonych. W przeciwieństwie do przechowywania i ładowania, podczas transportu obowiązują już konkretne przepisy – baterie sklasyfikowane są jako towary niebezpieczne zgodnie z wytycznymi UN 3090/3091, więc do transportu mogą być stosowane jedynie pojemniki posiadające atest UN oraz zgodne z ADR.

Oprócz odpowiedniej konstrukcji i materiałów użytych przy produkcji pojemników niezbędne jest stosowanie wypełnienia przestrzeni między przewożonymi lub przechowywanymi bateriami, najczęściej w formie wermikulitu lub granulatu szklanego lub specjalnych poduszek wypełniających. Mechaniczne uszkodzenia podczas transportu są szczególnie niebezpieczne, gdyż mogą powodować mikropęknięcia lub całkowite rozszczelnienie ogniw, co jest bezpośrednim zagrożeniem bezpieczeństwa.

Pojemniki do przechowywania są często stosowane jako małe magazyny zużytych lub gotowych do odbioru baterii, które następnie zostają odebrane bez zbędnego przenoszenia i układania.
W przypadku wycieków proponowane wypełniacze topią się wokół baterii, okalając ją w bezpieczny sposób, a pojemniki wykonane są tak, żeby wytrzymać działanie uwalnianej energii mogącej powstać w wyniku zapłonu.

 Transport baterii - nasza oferta transportowa obejmuje pojemniki o różnych rozmiarach i zastosowaniach, pozwalająca na dobór odpowiedniego rozwiązania i zwiększenie bezpieczeństwa własnego, pracowników i innych osób mogących znaleźć się
w bezpośrednim otoczeniu, a także środowiska.

Kwestie przechowywania, ładowania i transportu baterii litowo-jonowych wciąż są prawnie regulowane jedynie poprzez dyrektywy i regulacje ogólne. Jednak projekcje wskazują na siedmiokrotny wzrost zapotrzebowania na baterie litowo-jonowe w latach 2022-2030[1], a organizacje zajmujące się regulowaniem bezpieczeństwa pracy i środowiska już pracują nad oficjalnymi wytycznymi odnoszącymi się do kontroli składowania i ładowania baterii. W związku z tym, warto zawczasu przygotować się na te wytyczne – głównie z racji ochrony zdrowia i życia, jednak również z uwagi na rosnące wymagania ochrony środowiska pracy i projektowane wymogi.

Przepisy przeciwpożarowe oraz przepisy techniczno-budowlane nie określają jednoznacznie wymagań odnośnie tego, jak powinny być przechowywane akumulatory litowo-jonowe[1]. Jednak przyjęto ogólną zasadę, iż ogniwa muszą być przechowywane w sposób bezpieczny, zarówno dla środowiska, jak i personelu, w związku z tym zewnętrzne firmy certyfikujące przygotowały swoje własne wytyczne, które pozwolą na zabezpieczenie się na poczet przyszłych regulacji rządowych, które niewątpliwie wkrótce się pojawią.

Podstawowymi normami, którymi należy się kierować przy wyborze szafy do przechowywania i ładowania baterii litowo-jonowych, są:

• DIN EN 1363-1

• FM 6050

• TÜV NORD

• VDMA Standard Sheet 24994 – obecnie podstawowa i najbardziej odpowiednia (dedykowana) norma w sposób rzetelny dostosowująca ryzyko do specyfiki zagrożenia.

Artykuł został opracowany przez zespół Green Service – specjalistów w zakresie bezpieczeństwa pracy z bateriami litowo-jonowymi.

        1 https://www.epa.gov/system/files/documents/2021-08/lithium-ion-battery-report-update-7.01_508.pdf

        2 https://qbeeurope.com/news-and-events/press-releases/fires-caused-by-lithium-ion-batteries-double-in-two-years/

        3 https://en.wikipedia.org/wiki/Hwaseong_battery_factory_fire

        4 https://www.levinsimes.com/blog/lithium-ion-battery-fire-statistics

        5 https://www.gov.pl/web/kgpsp/czy-mozna-skladowac-akumulatory-litowo-jonowe-w-piwnicach