Alkavaa kuvitteellista sähköautopaloa taltutetaan eri menetelmillä Pelastusopistolla maaliskuussa 2020.
Sini Santasalo käsitteli kanditutkimuksessaan litiumioniakkujen palamista ja sammutusmenetelmien toimivuutta. Pelastusala tarvitsee enemmän vertaisarvioitua akkupalotutkimusta.
Litiumioniakun palaminen ja sammuttaminen on monimutkainen prosessi. Tutkimusta aiheesta tarvittaisiin huomattavasti nykyistä enemmän. Tämän havaitsi Sini Santasalo, joka tutki tammikuussa valmistuneessa luonnontieteiden kandidaatin tutkielmassaan litiumioniakkuja paloturvallisuuden näkökulmasta. Santasalo opiskelee kemiaa ja toimii Helsingin yliopistolla tutkimusavustajana.
Hän eritteli työssään muun muassa litiumioniakkupalojen syttymistä ja paloissa tapahtuvia ketjureaktioita, sekä erilaisten sammutusmenetelmien toimivuutta litiumioniakkupalon sammutuksessa. Lisäksi hän esitteli erilaisten sammutusmenetelmien mahdollisia ongelmia ja pohti, mitä ominaisuuksia vaadittaisiin optimaaliselta sammutusaineelta.
”Halusin tehdä kandityön aiheesta, joka liittyisi turvallisuuteen, pelastusalaan ja kemiaan”, Pitkäjärven VPK:ssa toimiva Santasalo sanoo.
Lue lisää: Sini ja epämukavuuden vetovoima
Santasalo kertoo, että litiumioniakkupalot ja niiden sammuttaminen ovat tutkimusaiheena yllättävän tuore, vaikka kyseiset akut ovat tulleet markkinoille jo 1990-luvulla. Niitä käytetään esimerkiksi sähköautoissa, kännyköissä ja aurinkopaneelien energiavarastona.
”Onko niin, että akut ovat alkaneet aiheuttaa ongelmia vasta nyt vanhentuessaan, vai onko ongelmia aikaisemmin ollenkaan tiedostettu?” hän pohtii.
Arvailujen varassa
Santasalo kertoo, että eniten on tutkittu akkujen suorituskykyä.
”Suuri osa tutkimuksesta vaikuttaisi keskittyvän siihen, miten saadaan tehtyä mahdollisimman hyviä akkuja kapasiteetin suhteen, jolloin mahdollisimman pienessä tilassa on mahdollisimman paljon energiaa. Mutta mitä enemmän energiaa on pienessä tilassa, sitä isompi riski se on, kun se purkautuu hallitsemattomasti.”
Akkutekniikka myös kehittyy hyvin nopeasti, eivätkä esimerkiksi sähköautojen valmistajat ilmoita yksityiskohtaista tietoa akkujen rakenteesta. Näin esimerkiksi pelastajat voivat vain arvata, millaisten akkujen kanssa ovat tekemisissä.
Lue lisää: Sähköauto syttyi kolmesti – akkupalo on arvaamaton ja vaikea sammuttaa
Myrkyllinen vetyfluoridi
Akkupaloihin olisi tärkeää löytää toimiva sammutusaine. Santasalo sanoo, että sammutusaineelta vaaditaan todella paljon, eikä sellaista toistaiseksi ole olemassa. Vesi on hyvä jäähdyttäjä, mutta muuten sen käyttöön liittyy ongelmia, kuten vetykaasun muodostuminen. Akkukennojen perusrakenteeseen kuuluva anodi hajoaa jo sadassa celsiusasteessa ja muodostaa metallista litiumia.
”Itse asiassa anodin on osoitettu reagoivan myös sellaisenaan vastaavalla tavalla veden kanssa kuin metallisen litiumin”, Santasalo huomauttaa.
Metallinen litium puolestaan reagoi veden kanssa voimakkaasti niin, että muodostuu helposti räjähtävää vetykaasua.
”Kun vettä käytetään sammutusaineena, se aluksi kiihdyttää paloa.”
Toinen merkittävä riski on niin ikään litiumioniakuissa käytettävä elektrolyyttiliuos ja sen sisältämä litiumheksafluorofosfaattisuola, joka muodostaa jo pienen vesimäärän kanssa vetyfluoridia.
”Vetyfluoridi on todella myrkyllistä, sillä se saostaa kalsiumia, eli sotkee kehon kalsiumtasapainon. Tämä voi aiheuttaa paitsi vakavia iho- ja kudosvaurioita, myös sydänpysähdyksen”, Santasalo kertoo.
Eivätkä veden ongelmat pääty tähän. Sammutusvesi johtaa sähköä, ja sen käytöstä voi seurata ulkoinen oikosulku niissä akun kennoissa, jotka olivat ennen sammutusta ehjiä. Ulkoinen oikosulku puolestaan voi käynnistää termisen karkaamisen, mistä seuraa taas uusi tarve sammutukselle.
Lisäksi sammutuksessa tarvittava veden määrä on suuri ja sammuttaminen kestää pitkään. Akut ovat myös hyvin eristettyjä, eikä sammutusvettä saa helposti kennoihin asti. Jos sammuttaminen taas lopetetaan liian aikaisin, nousee kennon lämpötila uudelleen korkeaksi.
Palomiehiltä vaaditaan kemian ymmärrystä
Palavan sähköauton upottaminen vesikonttiin on ollut maailmalla yleinen sammutuskäytäntö. Siitäkään ei juuri löydy tutkimustietoa.
”Minua kiinnostaisi tietää, mitä tapahtuu, kun kennoja upotetaan veteen. Kuinka helposti esimerkiksi ehjät kennot vikaantuvat, kun ne joutuvat tekemisiin veden kanssa?”
Santasalo huomauttaa, ettei tutkimustietoa ole myöskään siitä, kuinka myrkyllinen on vesikontin ympäristö. Esimerkiksi myrkyllisen vetyfluoridin määrä sammutustilanteissa on vielä arvoitus.
Santasalo painottaa, että vetyfluoridin mahdollinen olemassaolo pitäisi aina tiedostaa litiumioniakkupaloa sammutettaessa.
”Se on niin paha myrkky, että se olisi syytä ottaa huomioon. Minulla on käsitys, että se osataankin huomioida kaikissa paloissa jossain määrin. Ei sinne toivottavasti kukaan mene ilman paineilmalaitteita.”
Santasalo arvioi, että tulevaisuudessa pelastusalalla tarvitaan paljon kemian osaamista.
”Litiumioniakut ovat hyvä esimerkki siitä. Sammutusmenetelmät voivat olla tulevaisuudessa hyvin poikkeavia totutusta ja aiemmin toimivasta menetelmästä. Materiaalit kehittyvät todella hurjaa vauhtia, ja nykyään rakennuspalossa muodostuu paljon enemmän myrkyllisiä kaasuja kuin ennen.”
”Voi olla, että jatkossa toimivan sammutusmenetelmän valinta muodostuu huomattavan vaikeaksi ja vaatii laajaakin kemian ymmärrystä.”
Jos haluat lukea Santasalon kandidaatin työn, pyydä se osoitteesta sini.santasalo@helsinki.fi
Teksti: Kaisu Puranen
Kuva: Kimmo Kaisto
