De komende decennia gaan we steeds meer duurzame elektriciteit opwekken en gebruiken, waardoor de vraag naar batterijen blijft toenemen. Batterij-energiesystemen veranderen de manier waarop we energie opslaan en beheren, maar brengen ook specifieke risico’s met zich mee.

Tijdens het laden, ontladen of bij een thermal runaway kunnen gassen zoals waterstof, koolmonoxide en methaan vrijkomen; vaak zonder zichtbare signalen. Zonder tijdige waarschuwing kunnen deze onzichtbare bedreigingen uitmonden in brand, schade aan installaties of erger. Gelukkig zijn er diverse gasdetectoren met speciale sensortechnologie die je kunt inzetten om deze gassen op tijd te detecteren.

Richtlijnen, normen en eisen
De veiligheidseisen voor batterij-energiesystemen en batterijenopslag worden steeds strenger. Neem de PGS 37-1 en 2 richtlijnen die inmiddels van kracht zijn. Of de EN 50270-norm die gaat over elektromagnetische compatibiliteit (EMC) voor gasdetectieapparatuur. En ook de internationale norm IEC 62933-5-2. Alhoewel deze norm niet verplicht is in Nederland, wordt deze vaak gebruikt in het kader van risicoanalyses, certificering en aanbestedingen en vormt een goede leidraad voor installatiebedrijven, system integrators en eindgebruikers die willen voldoen aan de huidige verwachtingen op het gebied van brandveiligheid.

Al deze normen hebben ook effect op de eisen die worden gesteld aan detectie-apparatuur die je gebruikt om te beschermen tegen batterijgevaren. 

Batterijtechnologieën worden onderverdeeld in vier hoofdcategorieën:

• 1. Chemische opslag - zoals ammoniak, waterstof, methanol en synthetische brandstoffen.
• 2. Elektrochemische opslag - waaronder loodzuur, lithium-ion, Na-Cd en Na-ion.
• 3. Elektrische opslag - bijvoorbeeld supercondensatoren en supergeleidende magnetische opslag.
• 4. Mechanische opslag - inclusief samengeperste luchtopslag, pompcentrales voor hydro-energie en zwaartekracht-energieopslag.

Gasgevaren in accu's en andere energieopslagmethoden

Li-ion batterijbranden
Een aanzienlijk veiligheidsprobleem ontstaat wanneer het beveiligingscircuit van een lithiumbatterij wordt beschadigd door statische elektriciteit of een defecte lader. Deze vorm van schade kan de solid-state schakelaars permanent in de AAN-stand te zetten, zonder dat ja hiervan op de hoogte bent. Zelfs als de batterij met een defect beveiligingscircuit normaal lijkt te functioneren, ontbreekt de bescherming tegen kortsluiting.

In deze situatie kun je met een gasdetectiesysteem vaststellen of er sprake is van een storing om vervolgens via een feedbackmechanisme de stroomtoevoer af te sluiten, de ruimte af te sluiten en een inert gas (zoals stikstof) in de omgeving vrij te geven. Zo wordt een brand of explosie te voorkomen.

Lekkage van giftige gassen voorafgaand aan thermal runaway
Thermal runaway van zowel lithium-metaal- als lithium-ion-cellen veroorzaakt regelmatig brandincidenten. Onderzoeken hebben aangetoond dat deze branden worden gevoed door ontvlambare gassen die vrijkomen uit de batterijen tijdens het verloop van thermal runaway.

De elektrolyt in een lithium-ion batterij heeft brandbare eigenschappen en bevat doorgaans lithiumhexafluorofosfaat (LiPF6) of andere lithiumzouten die fluor bevatten. Wanneer oververhitting optreedt, zal de elektrolyt verdampen en uiteindelijk uit de batterijcellen vrijkomen. Onderzoekers hebben vastgesteld dat commerciële lithium-ionbatterijen aanzienlijke hoeveelheden waterstoffluoride (HF) kunnen uitstoten tijdens een brand, en dat deze uitstoot varieert afhankelijk van het type batterij en de laadtoestand (SOC). Waterstoffluoride heeft het vermogen om door de huid heen te dringen en diepere huidlagen, botten en bloed aan te tasten. Zelfs bij beperkte blootstelling kunnen pijn en symptomen pas enkele uren later optreden, wanneer de schade al aanzienlijk is.

Waterstofbrandstofcellen, loodzuurbatterijen en explosiegevaar
Nu ook waterstofbrandstofcellen steeds meer in trek raken als alternatief voor fossiele brandstoffen, is het cruciaal dat je je bewust bent van potentiële risico's die gepaard gaan met waterstof. Waterstof is uiterst ontvlambaar en wanneer het lekt, ontstaat een aanzienlijk gevaar voor brand.

Loodzuurbatterijen genereren waterstof tijdens het oplaadproces. Vaak worden deze batterijen gelijktijdig opgeladen, soms zelfs binnen dezelfde ruimte, wat een aanzienlijk explosiegevaar met zich meebrengt, vooral wanneer de ventilatie onvoldoende is.

Draagbare en vaste gasdetectoren als beschermingsmiddel
Als tijdens het laden of ontladen van batterijen of bij een thermal runaway gassen als waterstof, koolmonoxide en methaan vrijkomen, dan bieden portable detectoren de bescherming voor je eigen veiligheid. Stationaire gasdetectie, zoals ultrasone waterstof (H2) gasdetectoren, zorgt ervoor dat je tijdig wordt gewaarschuwd om direct in te grijpen bij het ontbranden van batterijen of andere energieopslagsystemen. Of neem de Crowcon BESafe-gasdetector, een geavanceerde oplossing voor gasdetectie in batterij-energiesystemen. Deze tweekanaalsdetector combineert slimme sensor­technologie met een snelle respons en is ontworpen om kritieke ruimtes, vaak klein en moeilijk bereikbaar, veilig te monitoren. De Crowcon slimme explosievaste gasdetector met display serie Xgard Bright is uitgerust met de MPS-sensor en is bijzonder geschikt voor het beveiligen van batterij- en andere energieopslagsystemen.

Welke gasdetector je nodig hebt, hangt af van verschillende factoren. Laat je hierover adviseren.

Mapping

Het gasdetectiesysteem moet toereikend zijn voor de volledige opslagruimte. Het aantal gasdetectoren dat hiervoor nodig is en de locaties waar deze detectoren geplaatst moeten worden, is afhankelijk van de specificaties van de detectieapparatuur. Het detectiesysteem moet ten minste een meetbereik hebben van 0 tot 2000 ppm CO. Bij de keuze voor een gasdetectiesysteem moet je rekening houden met de omstandigheden waaraan de detectoren worden blootgesteld. Denk bijvoorbeeld aan temperatuur of luchtvochtigheid. Om tot de juiste keuze te komen, adviseren wij een mapping te laten uitvoeren.

Advies

Betrouwbare detectie van waterstof en koolmonoxide zorgt voor een veilige omgeving voor medewerkers en omwonenden. Een eventuele thermal runaway, waarbij in een vroeg stadium waterstof en koolmonoxide vrijkomen, kan hierdoor worden voorkomen. Onze gasdetectiespecialist Peter Adema kan je adviseren over het meest geschikte gasdetectiesysteem voor betrouwbare en veilige opslag van lithiumhoudende energiedragers.