Tunnel sind fit für E-Autos

Die Feuerwehr löscht ein brennendes Fahrzeug in einem Tunnel

Die auf Lithium-Ionen-Technologie basierenden Energie­speicher von E-Fahrzeugen verhalten sich im Brandfall anders als herkömmliche Auto­motoren. Aber was passiert genau, wenn E-Fahrzeuge im Tunnel brennen? Wie heiß wird es und welche Gase entstehen? Welche Gefahr besteht für Personen, die sich zum Zeitpunkt des Unglücks im Tunnel aufhalten? Welchen Risiken sind Einsatz­kräfte ausgesetzt? Welche Schäden gibt es an der Tunnel-Infra­struktur? Und wie löscht die Feuerwehr ein brennendes E-Fahrzeug im Tunnel am effizien­testen?

Im FFG-geförderten Projekt „Brafa – Brandauswirkungen von Fahrzeugen mit alternativen Antriebssystemen“ haben die TU Graz, die Montan­universität Leoben, der Bundes­feuerwehr­verband und das Beratungs­unternehmen ILF Consulting Engineers Austria, unter­stützt von der Asfinag und dem österrei­chischen Bundes­ministerium für Klima­schutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie, die sicherheits­relevanten Auswirkungen von Bränden von batterie­elektrisch betriebenen Fahrzeugen (BEVs) in Straßen­tunneln untersucht und Methoden zur Brand­bekämpfung bewertet. Die Ergebnisse der umfassenden experimentellen und numerischen Untersuchungen liefern neben wertvollen Erkennt­nissen zunächst vor allem eines: Beruhigung. Das Gefahren­potential ist auf Basis dieser Untersuchungen nicht wesentlich kritischer zu bewerten als bei Bränden von Pkw mit herkömm­lichen Verbrennungs­kraft­motoren.

„Österreichische Tunnelanlagen sind fit genug für die Herausforderungen, die mit brennenden E-Fahrzeugen einhergehen“, lautet das Fazit von Peter Sturm, Professor am Institut für Verbrennungs­kraftmaschinen und Thermo­dynamik der TU Graz. „Unsere Ergebnisse deuten aber auf ein deutlich erhöhtes Gefahren­potential von E-Fahrzeug­bränden in Parkgaragen hin. Und auch bei Tunnelbränden mit batterie­elektrisch betriebenen Nutz­fahrzeugen, also mit E-Bussen und E-Lkws, braucht es dringend mehr Mittel für weiter­führende Unter­suchungen.“

Während der bisherige Wissens­stand auf Tunnel-Brand­versuchen mit einzelnen Batteriezellen und kleinen Akkupacks beruhte und das Gefahren­potenzial ganzer brennender Pkws daraus abgeleitet wurde, gewann das Projekt­team erstmals neue Erkenntnisse aus groß angelegten Real­brand­versuchen. Im neuen Tunnel­forschungs­zentrum „Zentrum am Berg“ der Montan­universität Leoben wurden Batterie­module sowie drei elektrisch betriebene und zwei diesel­betriebene Fahrzeuge gezielt in Brand gesetzt. Die Fahrzeuge – Kompaktwagen, SUV und Klein­transporter – waren teilweise Neuwagen mit Baujahr 2020 und mit der neuesten am Markt vorhandenen Lithium-Ionen Batterie­technologie ausgestattet.

Forschung und Feuerwehr fanden sich bei den Brandversuchen des Projekts zunächst in einem Interessen­konflikt wieder: Die Feuerwehr wollte die gezielt herbeigeführten Brände schnellst­möglich löschen, den Forschenden hingegen ging es um die Daten­sammlung während des Brandes. Als Kompromisslösung wurden Löschversuche erst nach einer ungehinderten Brandzeit von zehn Minuten gestartet. „Das ist auch in etwa der Flucht­zeitraum und die Zeit bis zum Eintreffen der Einsatz­kräfte. Wir konnten in diesen ersten zehn Minuten wertvolle Daten gewinnen, danach war die Feuerwehr am Zug“, sagt Peter Sturm.

Mit über dreißig Temperatursensoren wurde die Wärme­freisetzungs­rate gemessen, also die Brandlast eines Fahrzeugs. Die Brandlast eines herkömmlichen Pkw liegt bei etwa fünf Megawatt oder grob umgerechnet einem brennenden Stapel mit 25 Holz­paletten. Die Wärme­freisetzungs­rate der brennenden E-Fahrzeuge im Tunnel war mit 6 bis 7 MW zwar etwas höher als jene der diesel­betriebenen Vergleichs­fahrzeuge, das bringt aber keine neuen Risiken oder Gefahren mit sich. Zum Vergleich: Die Brandlast eines konventio­nellen LKW liegt bei etwa 30 MW – und auch dafür sind Tunnel­anlagen ausgerichtet.

„Es wird beim Brand der E-Fahrzeuge zwar etwas wärmer, aber dadurch nicht grundlegend gefährlicher im Tunnel. Die gemessenen Temperaturen im Flucht­bereich liegen für alle Brand­versuche unterhalb der 60 °C Grenze. Das ist zwar keine angenehme Temperatur, aber Flucht und Brand­bekämpfung sind noch möglich“, fasst Sturm zusammen. Einzige Ausnahme: Kommt es zu einer Spontan­reaktion, bei der die gesamte Batterie auf einmal in Vollbrand steht, ist über einige Minuten eine merklich höhere Wärme­freisetzung von bis zu 10 MW zu erwarten. „Allerdings haben wir diese Spontan­reaktion gezielt herbeigeführt, um eben diesen „worst case“ untersuchen zu können. Im Realfall passiert in der Batterie ein sogenannter Thermal Runaway, bei dem die Überhitzung und der Brand wie eine Kettenreaktion von einer Zelle zur nächsten übergreifen. Daher dauern solche Batterie­brände auch lange“, berichtet Sturm.

Brandversuche zeigen: Österreichs Tunnel sind fit für E-Autos
Bild: Eine der Erkenntnisse der experimen­tellen Brand­versuche – brennt ein E-Fahrzeug im Tunnel, wird es zwar heißer, aber nicht grund­legend gefährlicher im Tunnel. (Quelle: Lunghammer / TU Graz)

Im Rahmen der Brandexperimente testete der Österreichische Bundes­feuerwehr­verband verschiedene Löschmethoden. Am besten funktionierte die konventionelle Brand­bekämpfung mit Wasser. „Wasser ist aufgrund der sehr guten Kühlwirkung das Löschmittel der Wahl. Allerdings zeigen die Erfahrungen, dass sich bei Lithium-Ionen-Akkus ein Löscherfolg erst dann einsetzt, wenn das Wasser das Innere der Batterie erreichen kann. Eine externe Kühlung einer nur unwesentlich beschädigten Batterie ist kaum wirksam. Bisherige Einsätze haben gezeigt, dass sich die Löschdauer und der Lösch­mittel­bedarf erhöhen und mehrere tausend Liter Löschwasser erforderlich sein können. Da müssen die Einsatz­kräfte gegebenen­falls auf das in den Tunnel­anlagen vorhandene Löschwasser zurückgreifen“, so Stefan Krausbar vom Österrei­chischen Bundes­feuerwehr­verband.

Trotz der vielen gewonnen Erkenntnisse betont Projekt­leiter Peter Sturm, dass weiter­führende Unter­suchungen mehr als wünschenswert sind. „Das Projekt­budget von 250.000 Euro ließ uns recht wenig Spielraum.“ Die Brand­auswirkungen von batterie­elektrisch betriebenen Nutz­fahrzeugen – Busse und Lkws – konnten dadurch nur mittels numerischer Simulation basierend auf Annahmen zur Brand­entwicklung, Brand­dauer und Schadstoff­freisetzung hochskaliert werden. Für diese Annahmen gibt es derzeit keine belastbaren mess­technischen Verifi­kationen. Umfassende Brand­experimente im Groß­versuch würden die Aussage­güte daher deutlich verbessern. Selbiges gilt für die konkrete Gefahren­lage bei E-Fahrzeug­bränden in Park­garagen. „Bei aller Freude über den Vormarsch alternativer Antriebs­systeme dürfen solche sicherheits­relevanten ‚Haus­aufgaben‘ nicht vernach­lässigt werden“, appelliert Peter Sturm an Gesetz­gebung und Forschungs­förderung. (Quelle: TU Graz)

Weitere Beiträge: Wie gefährlich sind brennende Elektroautos?

Link: BRAFA – Brandauswirkungen von Fahrzeugen mit alternativen Antriebssystemen, FFG Projektdatenbank

Bild: Im Zuge des Projekts konnte die Feuerwehr verschiedene Lösch­methoden für brennende E-Fahrzeuge in Tunnel­anlagen testen. (Quelle: Lunghammer / TU Graz)

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