Aktives Vorbeugen von Bränden durch beschädigte Akkus in der Ersatzbrennstoffproduktion mit dem Lindner Feuerpräventionssystem (FPS)
Eines der aktuellsten Probleme in der Aufbereitung von Abfällen zu Ersatzbrennstoffen (EBS) ist das hohe Brandrisiko, größtenteils bedingt durch die ständig steigende Anzahl an Lithiumbatterien im Restmüll. Werden diese beschädigt, kann eine chemische Reaktion in Gang gesetzt werden, welche zu enorm hohen Temperaturen führt. Dieser Umstand kann einerseits zu schweren Beschädigungen der Anlage und schlimmstenfalls zu einem Großbrand führen. Um diese Gefahrenquellen zu minimieren, erkennt das Lindner FPS (Feuer-Präventionssystem) überhitzte Partikel im Materialstrom, kühlt diese auf ein ungefährliches Niveau oder ermöglicht die sichere manuelle Entnahme von nicht kühlbaren Objekten.
Spittal an der Drau/Österreich, August 2020. Ob Smartphone, Auto oder Zahnbürste – in der digitalisierten mobilen Gesellschaft von heute sind Akkumulatoren kaum mehr weg zu denken. Milliardenfach finden sie Verwendung in unzähligen Anwendungsgebieten. Laut der Informationsseite „lithium-info.at“ der Wirtschaftskammer Österreich (Wirtschaftskammer Österreich, 2019) werden in der Alpenrepublik jährlich rund 4.700 Tonnen Akkus verkauft, davon entfallen circa 40 % auf Lithiumbatterien. Beachtet man, dass nur circa 45 % aller anfallenden Akkus und Batterien richtig entsorgt werden und laut einer Schätzung der Montanuniversität Leoben jährlich ungefähr 1,4 Millionen Stück in den Restmüll gelangen (VOEB, 2019), ergibt sich besonders in der mechanischen Aufbereitung von Abfällen zu alternativen Brennstoffen ein brandgefährliches Risiko. Zusätzlich geht die Montanuniversität Leoben mittelfristig von einer Verdoppelung auf 2,8 Millionen Stück Lithiumbatterien im Abfallstrom aus (VOEB, 2019). Technologisch bedingt sind Lithium-Ionen-Akkus neben anderen leicht entzündlichen Stoffen, wie beispielsweise teergetränkte Textilabfälle, die mittlerweile am häufigsten auftretende Gefahrenquelle für schwere Brände.
PROBLEM BEI DER MECHANISCHEN BESCHÄDIGUNG VON AKKUS
Wie alle anderen Energiespeicherzellen bestehen Lithium-Ionen-Akkus aus Anode und Kathode, die durch einen für Lithium-Ionen durchlässigen Separator sowie einen nicht leitenden Elektrolyt getrennt sind. Durch den Fluss der Ionen zwischen den beiden Elektroden wird Energie freigesetzt oder durch das Ansetzen einer höheren Spannung wieder in der Anode gespeichert. Im Vergleich zu anderen Technologien weisen Lithium-Ionen-Akkus durch ein sehr großes erzeugbares Potential zwischen Anode und Kathode eine besonders hohe Energiedichte auf. Diese ist letztlich das Problem, sobald es zu einem Kurzschluss durch mechanische Beschädigung kommt. Wird die Zelle während der Aufbereitung geknickt oder durchtrennt, kann der Separator zerstört werden und ein Kurzschluss entstehen.
Dadurch fällt die Spannung zwischen den Polen auf null. Das bedingt eine Freisetzung der gespeicherten Energie in Form von punktueller Hitze. Selbst bei scheinbar entladenen Altbatterien ist die verbleibende Restenergie so hoch, dass Temperaturen von über 600° Celsius entstehen können. Dies führt unter Umständen zu einer unaufhaltbaren Kettenreaktion: den Thermal Runaway. Durch die entstehenden Temperaturspitzen werden benachbarte Zellen im Akku überhitzt und setzen wiederum binnen Millisekunden ihre gespeicherte Energie frei. Es kommt zu einem kaum löschbaren Brand oder einer Explosion. In diesem Zusammenhang ergibt sich das besondere Problem, dass der Thermal Runaway zeitverzögert und nicht unmittelbar nach einer mechanischen Beschädigung stattfinden kann. In der Ersatzbrennstoffproduktion stellt das ein erhöhtes Gefahrenpotential während des gesamten Verarbeitungsprozesseses dar. Schlimmstenfalls gelangt der beschädigte Akku in den Brennstoffbunker und löst dort einen verheerenden Brand aus. Selbst wenn es nicht direkt zu einer Explosion kommt und der Akku nicht brennt, sind die entstehenden Temperaturen bedingt durch den Zündpunkt des Brennstoffes von 319 – 460° Celsius (Lorber, 2010) ein enormes Risiko.
