Gnister spruter, gasser antennes og flammene står opp av batteriet.

Ådne Lunestad har kortsluttet batterier og satt dem i brann. Da for å forske på hvordan man kan hindre de verste konsekvensene av brann i batterirom på en båt.

Lunestad har bachelor i brannsikkerhet ved Høgskolen på Vestlandet (HVL) i Haugesund. Nå er han i gang med masterstudiet ved siden av deltidsjobb hos Sjøfartsdirektoratet.

Brannforsøkene gjorde han ved Forsvarets Forskningsinstitutt i januar som en del av mastergraden.

– Vi satte inn battericeller i en konteiner. Så har vi brukt to metoder for å starte thermal runaway, eller termisk rusing som man kan kalle det på norsk.

Det ender med at batteriet tar fyr. Lunestad har undersøkt om det å senke oksygennivået kan begrense skadene.

Når batteriet blir ødelagt

Lunestad har brukt et batteri som er vanlige i skip. I skip er det ikke bare et batteri, men mange såkalte battericeller i et batterirom.

Lunestad forklarer nærmere hva som skjer når det oppstår thermal runaway, eller termisk rusing og en battericelle begynner å brenne.

Gass bygger seg opp i battericellen. Til slutt kan det bli ødelagt og gass siver ut.

– Gassblandingen som dannes og utgis, er brennbar, inneholder ulike blandinger av hydrogen, karbonmonoksid, karbondioksid og ulike hydrokarboner inkludert metan og propan.

Antennelse av disse gassene kan føre til farlige branner eller eksplosjoner. Noen av gassene er også giftige.

Sjeldent, men farlig

Elektrifiseringen skyter fart i Norge. Forbrenningsmotorer er i ferd med å byttes ut med litium-ionbatterier i noen kjøretøy og båter.

Det er nå omtrent 70 ferger med elektrisk fremdrift i Norge, forteller Arjen Kraaijeveld. Han er førstelektor ved Høgskulen på Vestlandet og veileder for Lunestad i prosjektet.

– Generelt sett er disse batterisystemene veldig pålitelige og robuste. En brann i et Li-ion batteri er sjeldent. Men på grunn av at mye energi er lagret på lite plass, vil en slik brann kunne ha store konsekvenser, forklarer Kraaijeveld.

Hvis det først tar fyr i en av battericellene, kan det gå riktig galt. Brannen kan spre seg til flere celler, eller det hele kan eksplodere.

Senker oksygennivået til 12 prosent

Ådne Lunestad har sett på om det å senke oksygennivået ved hjelp av et bestemt slukkesystem kan redusere faren for brannspredning og eksplosjon.

– Vi har brukt et slukkemiddel som heter Inergen (IG-541). Det er en gass som får oksygennivået i et rom til å synke, sier Lunestad.

Gassblandingen består av nitrogen, argon og litt CO₂. Når det tilføres i rommet, vil det fortrenge luften som er der fra før og bringe oksygennivået ned til 12 prosent. I lufta er det normalt 21 prosent oksygen.

– De fleste materialer kan ikke brenne når oksygennivået kommer under 15 prosent, forteller veileder Arjen Kraaijeveld.

I tillegg er det viktig at gassen ikke er farlig for mennesker, fortsetter han.

– Ulykker pleier å skje når mennesker er til stede, for eksempel for å utføre vedlikeholdsoppgaver.

Mange slokkesystemer som fungerer bra på laboratoriet, viser seg å ikke virke så godt i ekte situasjoner, ifølge Kraaijeveld. Det er blant annet fordi de bare kan aktiveres når alle mennesker er ute av området, og det tar litt tid.

Spiker midt i batteriet

Forsøkene ble gjort i spesialutstyrte containere med høyhastighetskamera og annet overvåkningsutstyr ved Forsvarets Forskningsinstitutt.

Lunestad brukte to metoder for å antenne batteriene.

– En spiker ble trykket inn i midten av cella. Det gjorde vi med en fjernutløser slik at vi holdt avstand fra konteineren.

Spikeren førte effektivt til en kortslutning. Den andre metoden gikk ut på å bruke et varmeelement for å sette i gang termisk rusing.

– Batteriene tåler ikke altfor høy temperatur.

Selv om det er liten fare for spiker blir stukket inn i batteriet på en båt, så er disse forsøkene relevante for ekte situasjoner, sier Lunestad.

– Det er mange måter man kan få termisk rusing. Det kan komme av intern kortslutning, ekstern kortslutning, overladning, utlading, overlast og varmeeksponering.

600 til 800 grader

Når spikeren ble stemplet inn startet en intens brann. Flammene varer i 30-60 sekunder til gassen er brent opp, ifølge en artikkel fra Høgskolen på Vestlandet.

Det oppstår gnistregn som setter fyr på gasser fra batteriet. Flammene står opp fra midten av battericella, og jetflammer kommer fra hver pol. Temperaturen i flammene er på 600 til 800 grader.

En litium-ionbattericelle vil også slippe ut oksygen. Derfor er det vanskelig å slukke cellen som brenner. Målet er å begrense spredning og skade.

Vanlig lufting kan øke eksplosjonsfaren

Det er vanlig å ventilere med frisk luft når det har tatt fyr i battericeller, forteller Kraaijeveld. Det er for å ventilere ut brannfarlige gasser som kommer fra batteriet.

Men det har en bakside. Da blir det mye oksygen tilgjengelig.

– For at noe kan kunne eksplodere, må luft som inneholder nok oksygen blandes med brannfarlige gasser før de blir antent, forteller Kraaijeveld.

– Hvis det er mye brennbare gasser i et lite rom, kan blandingen bli for «fett» , det vil si at det er for mye gass i forhold til tilgjengelig oksygen. Da kan ikke blandingen brenne.

Hvis man da lufter med friskluft, kan det legge forholdene til rette for eksplosjon.

Slukkemetoden som Lunestad har studert, har potensial til å kunne hindre dette.

Resultatene er ikke helt klare enda

Det er foreløpig litt tidlig å si noe om resultatene av forskningen, sier Lunestad. Han jobber med å analysere i samarbeid med veiledere. Snart vil de ha bedre oversikt.

Det Arjen Kraaijeveld tror de vil se, er at det å senke oksygeninnholdet gjør at mindre gass blir antent, det produseres mindre varme og at det reduserer risikoen for at naboceller tar fyr.

– Samtidig vil det da bli produsert mer brennbare gasser, men de vil bli ventilert ut på en effektiv måte uten at det kan oppstå en eksplosjon i batterirommet.