YAZAN JESSE ROMAN
NFPA JOURNAL dergisinin KIŞ 2023 sayısında yayımlanan orjinal halini okumak için buraya tıklayın.
For more information, go to https://www.nfpa.org
This article is reprinted with permission from NFPA Journal, © 2024 NFPA.
Ev ortamlarında LİTYUM-İYON BATARYALARININ bulunması - escooter'lardan elektrikli araçlara ve enerji depolama sistemlerine kadar her şeyi çalıştırma gücü - önümüzdeki yıllarda patlama yaşaması bekleniyor ve bu durum itfaiyenin konut yangınlarına nasıl yanıt vereceğini yeniden düşünmeye zorluyor. Araştırmalar, bataryaların yangın durumundaki tepkilerini daha iyi anlamak ve itfaiyeyi hızla ortaya çıkan yeni bir tehlikeye karşı hazırlamak amacıyla devam ediyor.
Haziran ayında Las Vegas'daki NFPA Konferansı ve Fuarı'nda bir sunum sırasında, UL araştırma mühendisi Adam Barowy, ayakta izleyen kalabalığı büyüleyici bir dikkatle oyalamak için bol miktarda malzemeye sahipti.
Son birkaç yıldır, Barowy ve UL Yangın Güvenliği Araştırma Enstitüsü (FSRI) ile UL Çözümler Araştırma ve Geliştirme'den oluşan bir mühendisler ekibi, büyük ölçekli enerji depolama sistemlerinde (ESS) kullanılan lityum-iyon pilleri başarısızlık noktasına kadar ısıtıyor ve hangi tür tepkimelerin meydana geldiğini görmek için testler yapıyor. Testler, takımın analiz etmesi için videoya kaydediliyor.
Spoiler: Olay verileri, başarısızlık olaylarının olasılık dışı olduğunu gösterse de, bu olayların sonuçlarının yeterli koruma olmadan ciddi olabileceğini göstermektedir. Ve bu sonuçlar, evleri, araçları, e-bisikletleri, e-scooter'ları ve daha fazlasını çalıştırmak için kullanılan büyük lityumiyon pillerin gelecek dalgasından endişe duyan itfaiye liderlerinin dikkatini çekiyor.
Tipik bir video şu şekilde ilerler: Bir tanesi bir düzine veya daha fazla benzer hücre ile paketlenmiş tek bir hücre, bilerek termal kaosa, yani ısıyı hücre hemen hemen ışıldayacak şekilde hızla birikmeye neden olan bir kimyasal başarısızlığa gönderilir. Yoğun ısı hızla yanındaki hücrelere yayılır, bu hücreler de termal kaosa girer ve sırasıyla daha fazla hücrenin başarısız olmasına neden olur. Genellikle, hücre kasa başarısız olduğunda yüksek pat bir ses duyulur, bunu yanıcı, sis gibi beyaz gazlı bir puf takip eder. Her hücre içindeki basınç arttıkça, daha fazla patlama meydana gelir, her biri daha fazla gaz ekler.
Bu gaz, karbon dioksit, karbon monoksit, hidrojen ve hidrokarbon gazlarının bir karışımı, bir vent sınırlı yangından gelen duman gibi görünebilir. Ancak Barowy, itfaiyeye bu gazı "uber-duman" olarak tanımlar, çünkü görece yüksek yanma hızına ve düşük minimum tutuşma enerjisine sahiptir.
Bataryadan doğrudan gelen gazlar, "ignited thermal runaway" gibi ateşlenmemiş bir termal kaosa bir propan gaz sızıntısı gibi düşünmek yararlıdır, diyor.
Bu gazın ateşlenmeden birikmeye devam etmesi durumunda bir patlama tehlikesi gelişir. Bir UL testinde, kapalı test alanı kalın, tehlikeli bir sis ile doldu. İgnition gerçekleştiğinde, etki ani bir deflagrasyon olabilir ve bu da bazen test alanının ağır garaj kapılarını menteşelerinden uzağa fırlatır, onlarca feet uzakta. Diğer testlerde gazlar neredeyse hemen alev alır ve alevler her bir ardışık patlamayla büyür, ta ki kaynayan bir ateş topu oluşana kadar.
Bu etkileyici videoları göstermenin amacı, büyük lityumiyon piller içeren kazaların her zaman meydana geldiğini ima etmek değildir, Barowy söylüyor, veya ürün üreticilerinin ürünlerini daha güvenli hale getirmek istemediğini ima etmek de değildir. Aslında, başarısızlık olayları üreticiler tarafından hafifletilmektedir, diyor, ve birçok üretici, tehlikelerin sıklığını ve şiddetini azaltmak için uygun mühendislik önceliklidir - bu uygulamalar, şu ana kadar büyük lityum-iyon pillerde düşük bir başarısızlık oranına katkıda bulundu. Videoların amacı, olayların meydana geldiğinde ortaya çıkabilen tehlike senaryolarının benzersizliğini göstermektir. "Ve bu sistemlerin dağıtımı arttıkça, bu tür bir durumla başa çıkmak zorunda kalacakları bir durumla karşılaşabiliriz," diye ekledi.
Büyük lityum-iyon pil sistemlerinin başarısızlık sırasında nasıl tepki verdiğini daha iyi anlamak için araştırmalar yapılıyor ve itfaiye, elektriği nasıl depolayıp kullandığımızda yaşanabilecek önemli bir değişime hazırlanırken bu araştırmalar kritik bir zamanda gerçekleşiyor. Elektrikli araçlar için kullanılan büyük piller gibi, ev uygulamaları için enerji depolama sistemleri dünya genelinde ucuzluyor ve giderek yaygın hale geliyor. Bu pil sistemleri - genellikle garajlara monte edilen düz, sörf tahtası şeklindeki cihazlar - fotovoltaik paneller tarafından üretilen gücü depolamanın bir yolu olarak, yedek güç kaynağı olarak ve EV'ler de dahil olmak üzere diğer lityum-iyonlu cihazları şarj etmenin bir yolu olarak kullanılır.
Yenilenebilir enerji araştırma firması Wood Mackenzie'ye göre, 2022'de ABD'deki evlere toplamda 600 megavat yeni enerji depolama kapasitesi kuruldu, bu da bir önceki yıla göre %50'lik bir artıştır. Firma, ev bataryalarının yıllık kurulumunun 2027'ye kadar 2.7 gigavatı aşacağını, mevcut kurulum oranının yaklaşık 4.5 katı olacağını öngörüyor. Bu, yaklaşık olarak önümüzdeki üç yıl boyunca yılda 135.000 yeni ev enerji depolama sisteminin kurulması anlamına gelir. Bu agresif büyüme oranı, sadece FSRI testleri değil, aynı zamanda itfaiyenin dikkatini çeken gerçek dünya olayları da yaşandı.
Geçen Nisan ayında, Erie, Colorado'daki bir evin garajındaki bir elektrikli SUV'un bataryasındaki termal kaos, garaj kapılarını 30 fit mesafeye fırlatan bir deflagrasyona neden oldu ve dışarıda duran bir şefi vurdu, ancak yaralanmaya
neden olmadı.
Benzer bir olay 2019'da Montreal'de evin garaj kapılarını en az 60 fit yüksekliğe fırlattı ve Almanya'da bir konut ESS'yi içeren bir patlama, evin çatısını kaldırdı ve pencereleri paramparça etti. Bu olaylarda kimse yaralanmadı, ancak her zaman böyle olmuyor. Şu ana kadar en kötü pil olayı, 2019'da Arizona, Surprise'deki bir enerji depolama sisteminde meydana geldi. Bu durumda, bir hizmetli enerji depolama sistemi termal kaosa girdi, dört itfaiyeciyi hastaneye kaldıran bir patlamaya neden oldu. Bunlardan biri, bir itfaiye kaptanı, bir zincir bağlantı çiti altına uçtu ve ESS kurulumundan 75 fit uzakta durdu.
"Bu enerji depolama sistemlerinin dağıtımı arttıkça, bu tür olayların sayısı da artacak, ki bu da çoğu tüketici ürünü için geçerli olan bir durumdur. Kesinlikle itfaiyenin bu tür durumlarla başa çıkması gerektiğini öngörebiliriz."
Şu anda bir konut ESS olayı sırasında böyle dramatik bir şey yaşanmamış olsa da, itfaiye liderleri, sağlam taktiksel rehberlik geliştirilmedikçe, eğitim ve güncellenmiş yazılı kod gereksinimleri yanında, bunun sadece zaman meselesi olabileceğinden korkuyor.
"Lityum-iyon pil sorunu, finansal ve çevresel baskılar nedeniyle bu teknolojiyi benimseme baskısı altında olduğumuz için üzerimize geliyor," diyor Uluslararası İtfaiyeciler Birliği (IAFF) Sağlık ve Güvenlik Operasyonel Hizmetler Direktörü Sean DeCrane.
"İtfaiye, Dur, bu piyasaya giremez! demiyor, bunun yerine bu buhar makinesini yönlendirmeye yardımcı olmak için sürecin içinde olmamız gerekiyor. Çünkü günün sonunda üretici bir başarısızlık olduğunda uzaklaşabilir - başarısızlık olduğunda olaya tanıklık edecek olan itfaiye olacak."
DeCrane'e göre şu anda bu tehlike etrafında bilinmeyenlerin tümü sorun teşkil ediyor. "Şu anda konut lityum-iyon olayına nasıl yanıt verileceğine dair kesin kurallar yok," dedi bir röportajda. "Şu anda araştırmaya dayalı düşüncelerimiz var ve bunlar anında revize edilebilir."
"Bu sıralamada, bir UL test tesisinde duvara monte edilmiş bir lityum - iyon pil yanmaya başlar ve pilin hücreleri daha da ateşlenip patladıkça yanıcı gazlar odayı doldurur. Bazı durumlarda, sağ alttaki görüntüde olduğu gibi ga~lar ateş alır ve test alanını yok eden bir deflagrasyona neden olur."
KOLAY CEVAP YOK
Ancak, konutlardaki ESS olaylarına taktiksel yanıt konusunda somut rehberlik geliştirilmeden önce, hala cevaplanması gereken birçok önemli soru bulunmaktadır. Araştırmacıları şimdiye kadar zorlayan önemli bir detay, bir lityum-iyon bataryanın termal kaçış sırasında ne zaman ateş alacağını, ne zaman şiddetli bir deflagrasyon yaşayacağını - veya hiçbir şey olmayacağını - anlamanın temelleridir.
"Batarya gaz patlamasının zamanlaması ve şiddeti o kadar öngörülemez ki, bu tutuşma tutarsızlığı, mutlak terimlerle konuşmayı zorlaştırıyor," diyor, DeCrane, UL mühendisleriyle canlı yangın batarya testlerinin sonuçlarını geliştirmek ve yorumlamak için yakın çalışmıştır. "Adam ve ben bunun hakkında çok zaman harcadık.
Dış mekanda testler yaparken, bir gece otelimize döndük ve orada pizza yerken Adam bana baktı ve 'Ne var?' dedi. Ve ben, 'Üyelerimize ne söyleyeceğiz?' dedim. Çünkü benim için kişisel olarak, her testi başlatmadan önce 'Bu konuda bir tutanağımız var.' diye düşünürdüm. Ama sonra başka bir test yapardık ve 'Hah, tamam, bir şey farklı.' derdik."
Barowy şöyle özetliyor: "Aynı ürünü defalarca test ettiğimizde bile, bazen kaçış başladığında hemen alev alır. Ve bazen hiç alev almaz."
Şu anda, DeCrane'ın itfaiye servisine sunabileceği tek kesinlik, "kendini beğenmişlik çok hızlı bir şekilde sıkıntıya sokabilir," dediği.
Lityum-iyon ESS'yi içeren olaylar söz konusu olduğunda, itfaiye hizmetinin hemen hemen her bölümü, büyük ölçüde zorlayıcı olduğunu kanıtlıyor.
Evlerde lityum-iyon ESS veya EV'nin bulunduğunu itfaiye ekiplerine bildirmek için bir plaket bulunmaması, tehlikenin var olup olmadığını bilmeyi zorlaştırıyor.
Bir itfaiye ekibi bir konut ESS'nin varlığını doğruladığında, tepki seçenekleri sınırlıdır.
DeCrane bildiği kadarıyla, itfaiyecilerin bir bataryanın termal kaçışta olup olmadığını, yangında rol alıp almadığını veya hangi tehlikenin teşkil ettiğini teşhis etmek için henüz etkili araçlar bulunmamaktadır. UL, standart termal görüntüleme cihazlarının bataryanın bir oda ve içerik yangınına dahil olup olmadığını ayırt edemeyeceğini ve gaz ölçerlerin dumanı, batarya gazını veya ikisinin karışımını ayırt etmede etkisiz olduğunu gösteren araştırmalar sunmuştur.
Eğer itfaiyeciler bir bataryanın aktif bir yangın olmadan termal kaçışta olduğunu düşünüyorlarsa, seçenekleri yine sınırlıdır. Isı kaçışını devam ettiren ısının giderilmesi için bilinen en etkili yöntem su olsa da, ürün kapsülleri genellikle su girişini engeller. Bazı durumlarda, suyun kısa devre yapmasına ve daha sonra yeniden tutuşmasına katkıda bulunabilir. Ve zorluk açıktır:
FSRI testleri ve Colorado olayı, herhangi bir dış gösterge belirginleşmeden önce önemli bir patlama tehlikesinin gelişebileceğini göstermektedir. Bu noktada en iyi hareket tarzının itfaiyecilerin sadece geri çekilmesi olabilir. "Testler sayesinde, batarya gazlarının propandan benzer bir kapasiteyle yandığını biliyoruz," DeCrane, kalabalık NFPA konferansı oturumunda izleyicilere söyledi.
"Eğer bir oda dolu olduğunu düşündüğümde itfaiyecileri bir odaya gönderiyorsam ve o oda doluysa, onlara bağlanır mıyım? Asla!" Bu nedenle, büyük lityum-iyon pillerle ilgili olaylarda itfaiye departmanları için en güvenli yaklaşımın geri çekilmek ve dikkatli kalmak olduğunu söylemek yanlış olmaz. Ancak, bir yapıyı yanarken izlemek veya koşulların değişmesini beklerken hareketsiz kalmak da iyi seçenekler değildir, DeCrane kabul etti. Şu anda, itfaiye subaylarına risk altında olmadan etkili olabilecek operasyonel taktikler hakkında daha fazla bilgi sağlamak için FSRI ve diğer yerlerde perde arkasında çok şey oluyor. Bu, itfaiyecilerin yanıcı gazları nasıl güvenli bir şekilde havalandırabileceklerine dair araştırmaları içerir, böylece bir deflagrasyon olasılığı azalır. Ancak bu da karmaşık bir konudur.
Çünkü batarya gazları "uber-duman", dediği gibi, Barowy, garaj kapısını kesmek önerilmez çünkü kıvılcımlar potansiyel olarak gazları ateşleyebilir ve bir yangın veya hatta bir deflagrasyonu tetikleyebilir.
Çatıda havalandırma delikleri oluşturma yaygın taktiği de sorunlu. "Mühendislikle hafifletilmiş bir çatı sistemi üzerinde patlayıcı bir ortamın üstünde itfaiyecilerimi göndermek istemem," diyor DeCrane. "Peki, yaklaşım ne olmalı? İyi bir soru."
"Teknoloji hakkında öğrenilecek çok şey olmasına rağmen, araştırmanın enerji depolama sistemlerinin benimsenme hızına yaklaşması muhtemel değil, ancak top saha içinde hareket ediyor. Bu arada, uzmanlar itfaiye servisinin uyanık ve angaje olmaya devam etmesini öneriyor.
Yapıya yeterince yaklaşmak, pencereleri veya kapıları açmak da bir patlama olursa itfaiyecileri risk altına sokabilir, ancak FSRI ve IAFF bunu olası kötü potansiyel seçeneklerin en iyisi olarak görüyor olabilir. "Belki hazır bir şarjlı su hattımız var ve dışarıdan bir erişim kapısı varsa, gazları bu şekilde dışarı atmak için yaklaşıyoruz. Ancak üyelerimizin o garaj kapısıyla etkileşimde bulunmasını istemiyoruz çünkü testlerden biliyoruz ki bu patlama sırasında zayıf nokta," diyor DeCrane.
Araştırmacılar daha fazla test yapmayı ve bu bilgileri danışma kuruluna götürmeyi planlıyorlar umutları o ki grup sağlam bir tavsiye ile çıkabilir. Ancak bu zaman alabilir.
"Bir IAFF bakış açısından, 335.000 üyemiz var. Ve bize baktıklarında, 'Tamam, IAFF bunu onayladı. Bu önerileri alabilir ve güvenle uygulayabiliriz,' demek zorundalar," diyor DeCrane. "Bu yüzden bu konuyu son derece ciddiye alıyoruz. Çok güvendiğimiz sürece önerileri yayınlamak istemiyoruz."
Bu arada, eğitim ve bilgilendirme de gereklidir, böylece daha fazla itfaiye departmanı büyük lityum-iyon pillerle çalışan ürünlerin risklerini ve itfaiyecileri ciddi şekilde yaralama potansiyelini anlar. NFPA, itfaiye servisi için tasarlanmış çevrimiçi bir enerji depolama ve fotovoltaik sistemler eğitim kursunu içeren bu ihtiyaçları karşılayan bir dizi kaynak geliştirmiştir. (ESS tehlikeleri için NFPA eğitim kaynakları hakkında daha fazla bilgi için nfpa.org/ESS adresini ziyaret edin.)
Ayrıca, Yangın Koruma Araştırma Vakfı, konutlardaki ESS'yi ele alan bir proje için finansman bulmaya yönelik ön çalışmalara başlamıştır.
DeCrane, Barowy ve diğer uzmanlar, bu çetrefilli soruları cevaplamaya çalışan daha fazla organizasyonunun dahil olması ne kadar iyi olursa o kadar iyi olduğunu söylüyorlar. İtfaiyeci tepkisinin ötesinde bile yapılacak işin eksik olmadığını
belirtiyorlar.
Örneğin, bir lityum-iyon olayının sona ermesinden sonra yapılan temizlik işlemi, pil hücrelerinin bir olaydan saatler, günler veya hatta haftalar sonra bile yeniden tutuşma eğilimleri nedeniyle kendi benzersiz sorularını ve zorluklarını sunar. Bu, bir yeniden tutuşma riskini önlemek için hasar görmüş herhangi bir lityum-iyon pildeki her hücreyi bulup toplamanın hayati önem taşıdığını göstermektedir. Hasarlı, elektrik yüklü pil parçalarını aramak özel ekipman ve dikkat gerektirir ve hasarlı malzemenin bertarafı özel atık yönetimi prosedürlerini gerektirir. İtfaiyecilerin sağlığına ve çevreye lityum-iyon gaz çıkışının ne kadar zararlı olduğu ve maruz kalan ekipmanın nasıl etkili bir şekilde temizleneceği konusunda önemli sorular da bulunmaktadır.
"In this sequence, a lithium-ion battery mounted to the wall in a UL test facility begins to burn, and combustible gases fill the room as more of the battery's cells ignite and explode, In some cases, as in the image at lower right, the gases ignite, resulting in a deflagration that destroys the test space."
Bilinmesi gereken her şeyin hala çok olduğu göz önüne alındığında, araştırmanın ESS benimsenme hızına herhangi bir zamanda yetişmesi olası değildir, ancak işler hareketleniyor. Dünya çapında giderek daha fazla ESS sistemi kurulduğunda, DeCrane itfaiye hizmetini uyanık
ve ilgili kalmaya teşvik ediyor.
"Kendinizi eğitmeye ve açık olmaya istekli olmalısınız, çünkü eğitim size sadece sunulmayacak," diyor. "FSRI web sitesinde (fsri.org) çok fazla bilgi sağlıyoruz. NFPA eğitim materyalleri geliştiriyor. IAFF, çoğunlukla eğitim materyali geliştirmeye ve bunu üyelere ulaştırmaya yönelik bir Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen bir proje yürütüyor. Bu eğitimi arayın ve sorular sorun. Güvenilir ve gerçekten test edilmiş bilgi alıyor olduğunuzdan emin olun, böylece başlamaya başladığımızı hepimiz anlayabiliriz."
JESSE ROMAN NFPA Journal'ın kıdemli editörü ve The NFPA Podcast'in sunucusudur.
İçinde Pil Var mı?
İtfaiye için bir pil yangınıyla mücadele etmenin en iyi yolu¥ bir pilin dahil olduğunu bilmekle başlar.
Büyük bir lityum-iyon pil veya birden fazla pil içeren bir yangınla başa çıkmanın en zor ama en önemli kısmı, bir enerji depolama sistemiyle uğraştığınızı bilmektir, diyor Uluslararası İtfaiyeciler Sendikası'nda Sağlık ve Güvenlik Operasyonel Hizmetler Direktörü Sean DeCrane.
Bu basit gibi görünüyor, ancak bir konut yangını sırasında garajda termal kaos durumunda olan büyük bir pilin olduğuna dair genellikle hiçbir işaret olmaz, yanıcı gaz püskürtülen. "Bunlar oldukça fazla gaz salarlar, ancak rüzgarın doğru yönde estiği veya ışığın doğru düştüğü veya gece olduğu senaryolar var; belki garajdan çok fazla yanıcı gaz çıktığını bile görmüyorsunuz," diyor DeCrane.
Bir pilin dahil olup olmadığını belirlemenin kesin yolu, ev sahibine sormaktır, diyor. Bundan ötesi, garajda bir elektrikli araç veya çatıda bir fotovoltaik kurulumun varlığı gibi ipuçlarına dayanarak eğitimli tahminler yapmaktır. İtfaiye ekipleri ayrıca evin hizmet bağlantısına bakarak herhangi bir olağandışılığın sinyalini alıp almadığına bakabilir. Bağlam ve bölgenizi tanımanın da önemli olduğunu belirtiyor DeCrane.
"Sürekli olarak itfaiyecilerimize, pillerden bağımsız olarak, çalışma bölgenizi tanımanızı söyleriz. İnşaat türünü, işgal türünü, tehlike türlerini bilmelisiniz. Bu farklı değil," diyor. "İşe giderken, gözleriniz etrafınıza bakmalı ve nelerin inşa edildiğini görmelisiniz.
Mahallenizin refah düzeyi nedir? Fotovoltaik sistemler kurulmuş mu? Enerji depolama sistemleri kurulmuş mu? Topluluğunuzda elektrikli araçlar popüler mi? Bir sürü elektrikli scooter var mı? Tüm bunlar, büyük bir lityum-iyon pil içeren bir konut yangınının olasılığının duyularınızı yükseltmesi gereken şeylerdir."
"Bir konut yangınında bir pilin dahil olup olmadığını belirlemenin kesin yolu, ev sahibine sormaktır. Bundan ötesi, garajda bir elektrikli araç veya çatıda bir fotovoltaik kurulumun varlığı gibi ipuçlarına dayanarak eğitimli tahminler yapmaktır"
Comments