Časopis 112 ROČNÍK XXI ČÍSLO 11/2022
V listopadovém čísle měsíčníku 112 vám představíme Kartoňáky – výchovně-vzdělávací projekt v oblasti požární prevence, ochrany obyvatelstva a integrovaného záchranného systému pro děti předškolního věku a pro malé školáky. Příslušníci HZS Jihočeského kraje vytvořili krátká sedmiminutová videa s tématikou požár domova, bezpečné koupání, bruslení, pouštění draka, linky tísňového volání, sirény, rozdělávání ohně v přírodě a pilotní seznamovací díl. V současné době vrcholí testování jednotlivých nástrojů, které byly vyvinuty v rámci projektu STAMINA a měly by sloužit především pro zvládnutí pandemické situace, jakou byla například pandemie covidu-19, nebo ještě nebezpečnější. Cvičení, jehož námětem bylo zachycení pacienta s velmi nakažlivou nebezpečnou nákazou, se uskutečnilo 21. června 2022 v Liberci.
- OBSAH č. 11/2022 ROČNÍKU XXI
- PROJEKT KARTOŇÁCI HZS JIHOČESKÉHO KRAJE
- VYUŽITÍ NÁSTROJŮ PROJEKTU STAMINA – ZÁCHYT PACIENTA S VELMI NEBEZPEČNOU NÁKAZOU
- MONITOROVÁNÍ RADIAČNÍ SITUACE PROSTŘEDKY HZS ČR
- KONTAMINACE HASEBNÍ VODY PO ZÁSAHU LI-BATERIÍ
Lithium-iontové baterie se používají v řadě různých zařízení – od mobilních telefonů, přes notebooky až po elektromobily. Jejich počet narůstá a v nejbližších letech tomu nebude jinak. V souvislosti s tím se ale také zvyšuje nebezpečí vzniku požáru, a proto je nutné řešit postup hašení. Na základě pokynů výrobců pro efektivní zásah je jedním ze stanovených postupů ponoření baterie do velkého objemu vody.
![]() |
![]() |
---|
Typickým příkladem může být ponoření elektromobilu do hasebního kontejneru s vodou či ponoření elektrokoloběžky (či její části) do sudu s vodou. Cílem zkoušek Technického ústavu požární ochrany (TÚPO) bylo ověřit míru kontaminace vody v hasebním kontejneru, protože v případě překročení stanovených limitů by vyvstala potřeba likvidovat vodu odbornou firmou, což by stálo nemalé finanční prostředky.
Přestože je lithium-iontových baterií mnoho typů, pro účely zkoušek TÚPO jsme vybrali dvě nejvíce rozšířená konstrukční provedení baterií vyskytujících se v elektromobilech. Jde o baterie cylindrického typu, které jsou používané například u automobilů Tesla, a prizmatického typu používaného například u elektromobilů společnosti ŠKODA AUTO, a. s. Tyto dva typy se liší nejen tvarem baterií, ale i jejich složením, proto se očekávala rozdílná kontaminace vody.
Zkoušky TÚPO nebyly realizovány s elektromobily, ale pouze s částmi jejich baterií. Důvody, proč TÚPO neprovedl zkoušky s celými elektromobily, ale pouze s jejich částmi, jsou tři. Hlavním důvodem byly finanční náklady spojené s pořízením elektromobilů. Druhým důvodem byla organizační náročnost takovýchto zkoušek, protože by se musela zajistit nejen doprava elektromobilu na místo zkoušek, ale také doprava hasebního kontejneru, následná manipulace s elektromobilem a také hlídání kontejneru v místě zkoušek. A abychom dostali reprezentativní výsledky, bylo by potřeba tyto zkoušky buď provádět najednou s více elektromobily a hasebními kontejnery, nebo je provádět samostatně zkoušku po zkoušce, což by ale trvalo měsíce. Třetím důvodem bylo, že při reálných zkouškách zpravidla nedochází k úplné destrukci baterie, ale pouze k její části. Míra poškození baterie se tak liší případ od případu. Ruku v ruce s tím jde i kontaminace hasební vody, kdy v případě méně poškozené baterie můžete dostat výrazně příznivější výsledky, než by tomu bylo v případě úplné destrukce baterie. Z těchto důvodů TÚPO rozhodl provést zkoušky v laboratorním měřítku jen s částmi baterií a výsledky následně přepočetl na koncentrace odpovídající utopení elektromobilu v hasebním kontejneru. Protože se při zkouškách uvažovalo pouze o destrukci baterie, nebyla posuzována kontaminace z dalších prvků vozidla (např. olej, brzdová kapalina).
Pro účely zkoušek s cylindrickými bateriemi byly použity jednotlivé monočlánky z dodané baterie od firmy Bobcat. Baterie (obr. 1) byla navržena např. pro využití u stavebních strojů, váží zhruba 70 kg, skládá se ze tří pater, přičemž každé patro obsahuje několik set cylindrických monočlánků (obr. 2).
Pro účely zkoušek s prizmatickými bateriemi byly použity baterie dodané od společnosti ŠKODA AUTO, a. s. Prizmatická baterie (obr. 3) váží zhruba 650 kg a skládá se z dvanácti modulů, zkoušky jsme realizovali vždy s jedním modulem (obr. 4).
Scénář zkoušek
U baterií cylindrického typu bylo připraveno pět vzorků, dva vzorky byly bez poškození ponořeny do lahví s demineralizovanou vodou vždy o objemu 1 500 ml. Tři vzorky baterií byly vystaveny hoření hořlavé kapaliny a vždy došlo k iniciaci samotné baterie. Každý vzorek tvořily čtyři cylindrické baterie (obr. 5).
I tyto tři vzorky byly přibližně ve stejný čas vloženy do lahví s demineralizovanou vodou o objemu 1 500 ml. Z každé láhve byl následně do skleněných vzorkovnic odebrán 100ml vzorek pro analýzu v pravidelných intervalech po 24 hodinách, 48 hodinách, jednom týdnu a jednom měsíci.
Obr.6 Zkratovací souprava
U zkoušek s bateriemi prizmatického typu byly připraveny tři vzorky, jeden bez poškození a dva po hoření. Iniciace požáru byla provedena zkratovací soupravou (obr. 6). Protože se jednalo o velké vzorky, byly vloženy do dvousetlitrových sudů naplněných vždy 150 l demineralizované vody.
Ze zásobních sudů byl do skleněných vzorkovnic následně odebrán 100ml vzorek pro analýzu v pravidelných intervalech na začátku experimentu a následně po 24 hodinách, 48 hodinách, jednom týdnu a jednom měsíci.
Další postup byl identický pro oba typy baterií. Odebrané vzorky kontaminovaných vod byly analyzovány Vysokou školou chemicko-technologickou v Praze (VŠCHT), protože má k dispozici přístroj na stanovení přítomnosti (kvalitativní analýza) a koncentrace (kvantitativní analýza) těžkých kovů ve vodách. Přístrojem ICP-OES Integra XL bylo nejprve analyzováno z hlediska kvality změřením přibližně
80 prvků měřitelných ICP-OES a podle odezvy přístroje bylo poté vybráno 24 prvků přítomných ve většině měřených vzorků pro kvantitativní analýzu. Kromě toho se realizovala také doplňková měření na stanovení pH a oxidačně redukčního potenciálu roztoku.
Výsledky zkoušek
Výsledky analýz byly silně ovlivněny tím, zda došlo k destrukci baterie, či nikoli. Ve výluhu z baterií cylindrického typu byly u nespálených baterií vysoké koncentrace (v jednotkách mg/l) především u železa a niklu, o něco nižší koncentrace byly v případě draslíku, lithia a dalších prvků (obr. 7).
U spálených cylindrických baterií byla ve výluhu prokázána velmi vysoká koncentrace lithia (ve stovkách mg/l), vysoké koncentrace železa, fosforu, hliníku (v desítkách mg/l) a v jednotkách mg/l dalších prvků, jako jsou sodík, hořčík, nikl (obr. 8).
V průběhu času docházelo ve výluzích spálených cylindrických baterií k nárůstu koncentrace lithia v čase, naopak u nespálených baterií byly koncentrace všech prvků víceméně konstantní. Výluh ze spálených baterií měl také silně zásadité pH, oxidačně redukční potenciál se z počátku blížil redukčním podmínkám, ale s přibývajícím časem se zvyšoval. Nespálené baterie měly pH výluhu neutrální až mírně kyselou a oxidačně redukční potenciál značil oxidační prostředí.
U prizmatických baterií byla ve výluhu z nespáleného modulu patrná velmi vysoká koncentrace lithia (ve stovkách mg/l) a vysoké koncentrace hliníku a mědi (jednotky až desítky mg/l) – obr. 9.
Spálené prizmatické baterie měly ve výluhu násobně vyšší koncentrace nejen lithia (stovky až tisíce mg/l), ale i hliníku (desítky až stovky mg/l), a vyšší byla koncentrace i dalších prvků – sodíku, draslíku a fosforu (jednotky až desítky mg/l) – obr. 10.
I v případě spálených prizmatických baterií docházelo ve výluhu k nárůstu koncentrace lithia v čase, u nespálené baterie (resp. modulu) koncentrace lithia kolísala, ale nerostla. Výluh ze spálených i nespálených prizmatických baterií měl zpočátku neutrální až mírně zásadité pH, které ale postupem času narůstalo. Oxidačně redukční potenciál jak u spálených, tak i u nespálených baterií odpovídal oxidačnímu prostředí a v průběhu času byl poměrně stabilní.
Přepočet výsledků na reálné podmínky
Pokud bychom chtěli zjistit míru kontaminace hasební vody po utopení elektrovozidla v kontejneru pro hašení, museli bychom udělat přepočet na objem vody v kontejneru. Kontejner má vnější rozměry přibližně 6,5 × 2,5 × 2,5 m. Vozidlo se ponoří do vodní lázně, přičemž není potřeba ponořit vozidlo celé, stačí, když jsou zatopeny trakční baterie. Pokud dojde k zatopení vozidla v kontejneru zhruba do výšky jednoho metru, lze odhadnout, že v kontejneru bude asi 16 m3 vody.
Pro auto, které by mělo přibližně 10 000 cylindrických monočlánků (pro představu Tesla S má 7 104 cylindrických monočlánků), by byly koncentrace výluhu asi čtvrtinové oproti uvedeným výsledkům baterií cylindrického typu. Přepočtené hodnoty by pro lithium byly v desítkách až stovkách mg/l, pro železo, fosfor a hliník v řádu jednotek mg/l, přičemž obsahy dalších prvků (např. sodík, hořčík či nikl) by byly v řádu desetin jednotek mg/l.
Pro auto s prizmatickými bateriemi utopené v kontejneru by byly koncentrace ve výluhu zhruba desetinové oproti výsledkům baterií prizmatického typu, jak bylo uvedeno. Pro lithium by byly přepočtené hodnoty v desítkách až stovkách mg/l, pro měď a hliník v řádu jednotek mg/l.
Jak v případě vozidla s cylindrickými články, tak s prizmatickými bateriemi utopeného v kontejneru s vodou, jde o horní hranice hodnot koncentrací, protože v praxi nedochází k vyhoření/vybouchnutí všech cylindrických monočlánků, resp. modulů prizmatických baterií.
Závěr
Při porovnání hmotnostních koncentrací prvků s právními předpisy, konkrétně s nařízením vlády č. 401/2015 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, ve znění pozdějších předpisů, vyplývá, že při nejhorším možném scénáři (destrukce všech cylindrických monočlánků, resp. modulů v bateriích prizmatického typu) by došlo k překročení limitů. Nařízení vlády č. 401/2015 sice explicitně nestanovuje povolený obsah lithia, ale pro ostatní kovy se pohybuje v desetinách až jednotkách mg/l. K překročení koncentrací v případě hasební vody v kontejneru by v závislosti na míře poškození baterií docházelo také i u dalších prvků (např. sodík, hořčík či nikl). Co se týče koncentrace lithia, tak z pohledu zákona č. 254/2001 Sb., zákon o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon), ve znění pozdějších předpisů, se lithium nepovažuje za zvláště nebezpečný kov a při likvidaci hasební vody by mělo být postupováno tak, aby nedošlo k porušení jakosti povrchových nebo podzemních vod.
Z několika důvodů (částečná destrukce baterie, vyplavení obsahu baterií při zásahu předcházejícímu utopení elektromobilu v hasebním kontejneru) lze očekávat, že v praxi budou koncentrace těžkých kovů ve výluhu výrazně příznivější, a likvidace hasební vody by tedy mohla probíhat prostým naředěním a následnou likvidací, jež by nevyžadovala součinnost firem, a která by tak v důsledku zbytečně nezvyšovala náklady hasičů.
Tuto hypotézu je ale potřeba potvrdit u prvních několika požárů elektromobilů utopených v kontejneru a teprve na základě analýz vody stanovit definitivní postup likvidace hasební vody v kontejneru.
plk. Ing. Ondřej SUCHÝ, Ph.D., plk. Ing. Jan KARL, Technický ústav požární ochrany, foto archiv Technického ústavu požární ochrany