Korkeajänniteakkukennojen ja -akkujen palot, niiden sammuttaminen ja riskinhallinta Juha Laitinen, Mika Jumpponen ja Pirjo Heikkinen 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen, Koulutuspäivät 223217, JVT- ja kuivauspäivät, Helsinki www.ttl.fi 1
Mittaussysteemi Li-Ion akkukennoja 515174 (515.174.A Think akku) lämmitettiin kaasuliekillä levyn päällä grillissä kunnes ne syttyivät palamaan. NMC -akkukemiaa (nikkeli, mangaani ja koboltti) Ensimmäisessä kokeessa kennon annettiin palaa loppuun asti Toisessa kokeessa kenno sammutettiin täyden palamisen jälkeen vaahdolla (Presto Eco) Kolmannessa kokeessa vedellä Kaikissa testeissä poltettiin ensin 4 kennon ja toisessa 6 kennon sarja peräkkäin Syntyvät kaasut kerättiin talteen huuvan avulla (1 m x 1 m) halkaisijaltaan Huuvan korkeus polttoalustasta oli 5 cm. 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 2
Mittaussysteemi Huuvasta oli vedetty ulos poistoilmakanava (16 mm). Kanavassa ilman virtausnopeus säädettiin 4,7 m/s kanavapuhaltimen portaattoman säädön avulla. Nopeus mitattiin kuumalanka-anemometrillä. Nopeus valittiin sen vuoksi, koska mittaussondin kärjen halkaisija oli,3 mm ja näytteenottonopeus 2 litraa minuutissa (isokineettinen näytteenotto =nopeus kanavassa ja sondin suulla sama) Kaikkien muiden paitsi metallien, PAH-hiukkasten sekä fluoridi- ja kloridimittausten edessä käytettiin kvartsisuodattimia hiukkasmaisten epäpuhtauksien poistamiseksi näytekaasusta. 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 3
Mitattavat kemialliset aineet Keräävillä menetelmillä isokineettisesti mitattavia kemiallisia aineita olivat: Vetyfluori- ja kloorivetyhapot Fluoridit ja kloridit Hiukkasmaiset polysykliset aromaattiset hiilivedyt Hiukkasmaiset metallihuurut (koboltti, mangaani ja nikkeli) Keräävillä menetelmillä ei isokineettisesti mitattavia olivat: Höyrymäiset polysykliset aromaattiset hiilivedyt Aldehydit Haihtuvat orgaaniset yhdisteet Rikkidioksidi Suoraanosoittavilla mittalaitteilla mitattavat: Hiilimonoksidi, typpidioksidi ja palavat kaasut 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 4
Kokeen kehittyminen 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 5
14:35 14:38 14:41 14:44 14:47 14:49 14:52 14:55 14:58 15: 15:3 15:6 15:9 15:11 15:14 15:17 15:2 15:23 15:25 15:28 15:31 15:34 15:36 15:39 13:15 13:19 13:23 13:28 13:32 13:37 13:41 13:45 13:5 13:54 13:59 14:3 14:8 14:12 14:16 14:21 14:25 14:3 14:34 14:38 14:43 14:47 14:52 14:56 15:1 Hiilimonoksidipitoisuus, ppm Hiilimonoksidipitoisuus, (ppm) Tulokset 16 14 16 14 4 kennoa + vaahto 12 12 1 1 4 kennoa + vesi 8 8 6 6 4 2 4 kennoa, ei sammutusta 4 kennoa, ei sammutusta 4 2 6 kennoa + vaahto 6 kennoa + vesi 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 6
14:35 14:37 14:4 14:43 14:45 14:48 14:51 14:53 14:56 14:59 15:1 15:4 15:7 15:9 15:12 15:15 15:17 15:2 15:23 15:25 15:28 15:31 15:33 15:36 15:39 15:41 13:15 13:19 13:23 13:28 13:32 13:37 13:41 13:45 13:5 13:54 13:59 14:3 14:8 14:12 14:16 14:21 14:25 14:3 14:34 14:38 14:43 14:47 14:52 14:56 15:1 Typpidioksidipitoisuus, ppm Typpidioksidipitoisuus (ppm) Tulokset 12 12 4 kennoa + vesi 1 1 4 kennoa + vaahto 8 8 4 kennoa, ei sammutusta 6 kennoa, ei sammutusta 6 6 4 2 4 2 6 kennoa + vaahto 6 kennoa + vesi 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 7
14:35 14:37 14:4 14:43 14:46 14:48 14:51 14:54 14:57 14:59 15:2 15:5 15:8 15:11 15:13 15:16 15:19 15:22 15:24 15:27 15:3 15:33 15:36 15:38 15:41 13:15 13:19 13:23 13:27 13:31 13:36 13:4 13:44 13:48 13:52 13:57 14:1 14:5 14:9 14:14 14:18 14:22 14:26 14:3 14:35 14:39 14:43 14:47 14:51 14:56 15: Propaanipitoisuus, ppm Propaanipitoisuus, ppm Tulokset 9 9 4 kennoa + vaahto 4 kennoa + vesi 8 8 7 7 6 6 5 4 kennoa, ei sammutusta 5 4 4 3 6 kennoa, ei sammutusta 3 6 kennoa + vaahto 6 kennoa + vesi 2 2 1 1 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 8
Tulokset HTP-arvo sammutus vedellä 2 Kloorivety Fluorivety sammutus vedellä 1 sammutus vaahdolla 2 sammutus vaahdolla 1 puhdas poltto 2 puhdas poltto 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Pitoisuus, mg/m 3 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 9
Tulokset Bentso[ghi]peryleeni Dibentso[a,h]antraseeni Indeno[1,2,3-cd]pyreeni Bentso[a]pyreeni Bentso[k]fluoranteeni Bentso[b]fluoranteeni Kryseeni Bentso[a]antraseeni Pyreeni Fluoranteeni Antraseeni Fenantreeni Fluoreeni Asenafteeni Asenaftyleeni Naftaleeni 16,6 3,81,99 2,475 3,445 1,6,425 2,36,85 3,725 2,645 1,5 2,775 1,29,555 3,425 1,84,7 2,825 2,285,785 3,235 2,335,575 2,585 7,575 2,98 4,8 4,725 2,1 4,65 1,39,98,895 5,155 4,63 6,915 6,95 5,365 1,49 4,56 3,47,38 29,5 2,8 6,565 sammutus vedellä sammutus vaahdolla puhdas poltto 391,3 311,25 5 1 15 2 25 3 35 4 Pitoisuus, µg/m 3 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 1
Tulokset Propionaldehydi Valeraldehydi,97,31,265,15 2,8 2,45 sammutus vedellä sammutus vaahdolla 2-Butanoni,98,685,25 puhdas poltto Metyylibentsaldehydi,26 Metakroleiini,415,1775 Krotonaldehydi,35,285,18 Heksanaali,142,155,59 Formaldehydi 1,2 1,35,65 Butyyrialdehydi,395,41,1185 Bentsaldehydi,2,135,1 Asetoni,36,235,76 Asetaldehydi 8,25 22,5 23 Akroleiini,53,76,415 5 1 15 2 25 3 Pitoisuus, mg/m 3 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 11
Tulokset Tolueeni 1,3,5-Trimetyylibentseeni 1,2,4-Trimetyylibentseeni 5,5 2 14,5 975 85 127 Vesi-sammutus Vaahto-sammutus Puhdas poltto Styreeni 15 131 355 Propyylibentseeni 13 14 31 Naftaleeni 13,5 16,5 25 Metyylinaftaleenit** 19,5 Ksyleeni (o) 55 52 87 Ksyleenit (p,m) 9 94 132,5 Etynyylibentseeni** 66,5 1-Etyyli-2-metyylibentseeni 1 6 24 Etyylibentseeni 65 68 14,5 1,1'-Bifenyyli** 3,5 Bentseeni 119,5 4 46 Asenaftyleeni** 5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Pitoisuus, µg/m 3 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 12
Tulokset 2-Metyylipyridiini** Kaprolaktaami** 5 6 5 Vesi-sammutus Vaahto-sammutus Bentsonitriili** 95 Puhdas poltto Trifluoribentseeni** 9 1,1,1-Trikloorietaani 1,2-Dikloorietaani 9,5 48 57,5 Metyylietyylikarbonaatti** Etyleenikarbonaatti** Etyyliasetaatti 1668,5 38 75 975 214 845 124 Dimetyylikarbonaatti** Dietyylikarbonaatti** 95 765 19 265 155 24 Pentaanihappo, valeriaanahappo 17,5 Heksaanihappo, kapronihappo 12,5 Etikkahappo 765 9 Butaanihappo eli voihappo 16-1 1 3 5 7 9 11 13 15 Pitoisuus, µg/m 3 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 13
Tulokset 2,5 koboltti mangaani 2 1,7 1,6 1,9 1,9 1,8 2 nikkeli mg/m 3 1,5 1,3 1,2 1,4 1,58,55,63,5,2,5,2 Vaahto-sammutus 1 Vaahto-sammutus 2 Vesi-sammutus 1 Vesi-sammutus 2 HTP-arvo 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 14
Tulokset 25 Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden yhteispitoisuus, µg/m 3 2 15 1 5 Puhdas poltto Vaahto-sammutus Vesi-sammutus 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 15
Johtopäätökset Akkukennojen palamisen aikana syntyi merkittäviä määriä epäpuhtauksia, joista merkittävimmät ovat fluori- ja kloorivetyhappojen päästöt Sen lisäksi palamistapahtumassa syntyi muita ärsyttäviä palokaasuja kuten aldehydejä, joista merkittävimmät olivat formaldehydi ja akkroleiini. Haihtuvista orgaanisista yhdisteistä määrällisesti tärkeimmät olivat metyylietyylikarbonaatti, dietyylikarbonaatti ja dimetyylikarbonaatti, jotka ovat peräisin akkukennon elektrolyytin lämpöhajoamisreaktiosta. Näiden lisäksi myös bentseenipitoisuudet olivat korkeita 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 16
Johtopäätökset Mangaanin, kromin ja koboltin pitoisuudet ylittivät moninkertaisesti niiden haitalliseksi tunnetut pitoisuudet Sammutustekniikoilla pystyttiin vähentämään erityisesti fluorivetyhapon- ja kloorivetyhapon pitoisuuksia Sen sijaan monen muun altisteen kohdalla sammutustapahtuma lisäsi päästöjä (PAH-yhdisteet, aldehydit ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet) Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt eivät olleet vaahtosammutuksessa vesisammutuksen päästöjä suuremmat 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 17
Johtopäätökset Tulosten mukaan jo yhden akkukennon palaminen tuotti suuren altistumisriskin pelastettavalle ja pelastajalle, joten todellisessa tilanteessa useamman kymmenen akkukennon samanaikainen palaminen aiheuttaa moninkertaisen riskin Tulosten perusteella akkupaloja tulee lähestyä vain täysissä sammutusvarusteissa ja paineilmalaitteilla tuulen yläpuolelta Mitatut pitoisuudet osoittivat että akkukennopalotilanteessa voi nopeasti syntyä pitoisuus, joka on haitallinen pelastajalle ja pelastettavalle. 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 18
Johtopäätökset Sen lisäksi palossa vapautui palavia kaasuja, kuten metaania, etaania, propaania ja butaania. Sammutuskokeissa ei havaittu räjähdyksiä, mutta täysin poissuljettu vaihtoehto se ei ole. Tutkituista sammutusaineista sammutusvaahto oli toiminnallisesti parempi ja sammutti akkukennopalon nopeammin ja hallitummin tehtyjen pienen mittaluokan sammutuskokeiden perusteella. 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 19
Videot sammutustapahtumista vaahtosammutus vesisammutus https://www.youtube.com/watch?v=oaniogr4hz (Metropolia AMK, Pelastusopisto ja Työterveyslaitos) https://www.youtube.com/watch?v=mjeq2qwfzli (Oulun AMK sekä Oulu- Koillismaan pelastuslaitos) 24.3.217 Työterveyslaitos Juha Laitinen www.ttl.fi 2
Kiitos! ttl.fi @tyoterveys @fioh tyoterveyslaitos tyoterveys Tyoterveyslaitos