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Lithium-Ionen-Batterien : Feuer an Bord

  • -Aktualisiert am

Auslaufmodell: Batterie der ANA 787 Bild: AP

Auch wenn es für den Dreamliner von Boeing ein Flugverbot gibt: Lithium-Ionen-Akkus entzünden sich selten - sie verlangen jedoch besondere Vorsicht. Was ist eigentlich im Elektroauto los?

          Das Flugverbot für den 787 Dreamliner von Boeing, ausgesprochen nach einem Schmorbrand mit anschließender Notlandung einer All Nippon Airways (ANA) in Japan, wirft viele Fragen auf. So viel jedoch scheint klar: Den Brand verursachte eine von zwei Lithium-Ionen-Batterien, die für einen Teil der Bordstromversorgung zuständig sind.

          Holger  Appel

          Redakteur in der Wirtschaft, zuständig für „Technik und Motor“.

          An Bord sind diese Batterien, weil Boeing mit der 787 das sparsamste Flugzeug seiner Klasse anbieten will. Der in den Batterien mitgeführte Strom entlastet die in den Schub-Triebwerken verbauten Generatoren, dadurch steigt der Wirkungsgrad der Turbinen. Die Art und Weise, wie die Bordnetzelektrik versorgt wird, ist Neuland für den amerikanischen Flugzeughersteller. Zwar nicht grundsätzlich, aber doch in dieser Form kam die elektrische Versorgung noch nicht zum Einsatz. Boeing spricht davon, dass durch „die stärker auf Elektrik ausgelegte Architektur der Kraftstoffverbrauch um zwei bis drei Prozent sinkt“.

          Unter anderem wird die Hilfsturbine (APU) im Heck, ein Generator zur Stromerzeugung im Stand, nicht mehr pneumatisch, sondern elektrisch gestartet. Hier wird die Ursache des ersten Feuers, das vor einer Woche an einer japanischen Maschine nach der Landung in Boston (die Passagiere hatten das Flugzeug schon verlassen) ausgebrochen ist, vermutet. Die APU-Batterie muss leistungsstark sein, sie ist deshalb als 32-Volt-Batterie ausgeführt. Womöglich ist eine der acht Zellen gebrochen und hat einen Kurzschluss ausgelöst, wodurch große Hitze freigesetzt wurde.

          In 1,3 Millionen Betriebsstunden kein Defekt aufgetreten

          Boeing hat nach eigenen Angaben rund um die Batterie vier unabhängige Absicherungsysteme angebracht. Sie sollen Überladung verhindern, aber auch eine zu starke Entladung, weil dies ebenfalls zu einer Panne führen könne. „Weil wir alles mehrfach abgesichert haben, glauben wir, dass der Fehler nur innerhalb der Batterie zu finden sein kann“, sagt Chefingenieur Mike Sinnett. In den zuvor 1,3 Millionen Betriebsstunden sei kein Defekt aufgetreten. Da man aber nie vollständiges Vertrauen haben könne -, zu Recht, wie sich herausgestellt hat - müsse die Batterie und ihre Umgebung so konstruiert sein, dass ein einzelner Zellendefekt niemanden gefährde.

          Unter anderem sei ein Rauchmeldesystem installiert. Komme es zu Rauchentwicklung während des Fluges, werde der Qualm zudem durch ein spezielles Entlüftungssystem nach außen geleitet, er könne die Passagierkabine nicht erreichen, heißt es. Womöglich hat Boeing dennoch auf das technisch falsche Pferd gesetzt - auf das übrigens auch der europäische Hersteller Airbus in der Entwicklung seines im nächsten Jahr auf den Markt kommenden A 350 baut.

          Sind nun aber Lithium-Ionen-Akkus, die auch in einer Elektroauto-Zukunft anstelle des Benzintanks mitgeführt werden, per se gefährlich? Auf der ganzen Welt werden jedes Jahr etwa zwei Milliarden Batterien dieser Bauart hergestellt, sie sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte allen anderen kommerziellen Akkus überlegen. Passagiere, die bislang nach dem Start ihren Laptop aufklappten, mussten nicht fürchten, sich und ihren Mitreisenden Schaden zuzufügen. Einzelne spektakuläre Brände mobiler Rechner von Dell, die im Jahr 2006 die Technik schon einmal in Verruf brachten, waren auf einen Materialfehler beim Batterieproduzenten Sony zurückzuverfolgen.

          Trotzdem darf eine sicherheitskritische Eigenschaft von Lithium-Ionen-Batterien nicht verschwiegen werden: Erhitzt man sie zu stark, neigen sie zum „thermischen Durchgehen“. Darunter verstehen Ingenieure ein System, das ohne weitere Wärmezufuhr immer heißer wird, bis es sich schließlich entzündet oder, noch schlimmer, gar explodiert. Dieser Teufelskreislauf kommt erst in Gang, wenn eine bestimmte Grenztemperatur überschritten wird, je nach Bauart liegt sie bei Lithium-Ionen-Akkus immerhin zwischen 150 und 250 Grad Celsius.

          Der selbstverstärkende Effekt liegt in der Batteriechemie begründet. Die Kathode, sozusagen das Parkhaus der Ionen, besteht heutzutage in der Regel aus einem Metalloxid, also einer Sauerstoffverbindung. Wird die Grenztemperatur überschritten, fischt das reaktionsfreudige Lithium den Sauerstoff aus dieser Verbindung. Unglücklicherweise ist diese Reaktion exotherm, es wird also zusätzliche Wärme frei. Besonders unschön wird es jenseits von 300 Grad, dann nämlich beginnt der Elektrolyt, der Kathode und Anode voneinander trennt, zu brennen.

          Vor diesem Hintergrund haben die Piloten der japanischen Fluggesellschaft ANA gewiss nicht überreagiert, als sie nach der ersten Rauchentwicklung sofort die Notlandung einleiteten. Ein Lufthansa-Kapitän sagt auf Anfrage: „Feuer an Bord ist das Einzige, wovor ich wirklich Angst habe.“ Wenn es in einem Flugzeug brennt, das zeige die Statistik, „sind nach 15 Minuten alle tot“. Als problematisch erweist sich auch, dass sich ein Brand einer solchen Batterie kaum löschen lässt. Ingenieure berichten, dass die einzig wirksame Methode Luft- oder Sauerstoffentzug ist.

          All dies ist den Entwicklern, die etwa Batterien für Elektroautos entwickeln, bekannt. Sie errichten eine ganze Wallanlage aus Schutzmaßnahmen, um das thermische Durchgehen auszuschließen. Dazu gehört nicht nur eine funktionierende aktive Kühlung der Batterie, sondern auch eine permanente Temperaturüberwachung. Droht die Batterie ihre zulässige Betriebstemperatur von etwa 60 Grad Celsius zu überschreiten, wird der Betrieb (oder auch die Energiezufuhr durch Laden) eingestellt. Unvorstellbar erscheint, dass ausgerechnet für ein Fluggerät weniger akkurat entwickelt und getestet wurde, als an einem elektrisch betriebenen Smart oder irgendeinem anderen Elektroauto.

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