Hoe ontstaan lithium branden en wat zijn de gevolgen?

Er bestaat geen magische formule die het risico op brand bij elektronisch afval dat batterijen bevat tot nul herleidt. Maar er kunnen wel een aantal stappen worden genomen om ze zo klein mogelijk te houden. En dat geldt voor alle stakeholders betrokken in de levenscycli van batterijen en elektronische apparaten. Dat blijkt uit een studie die onlangs verschenen is en die zich toespitst op branden veroorzaakt door lithium-ion batterijen en die best practices beschrijft om komaf te maken met deze incidenten. In dit artikel maken we eerst duidelijk hoe zo’n lithium brand ontstaat.

Voordat we dieper in de aanbevelingen duiken, is het misschien goed om nog eerst even de eigenschappen van lithium-ion batterijen te bespreken. Want het gaat hier niet om één type batterij, maar een familie van batterijen die een verschillende chemische samenstelling kunnen kennen. Er gelden twee grote cate­gorieën: primaire, niet-oplaadbare lithium cellen die gebruik­maken van lithium als bestand en als anode, en secundaire, oplaadbare ltihium-ion batterijen waar het lithium enkel in ionische vorm in het elektrolyt voorkomt. Vooral die laatste groep speelt een aanzienlijke rol in de elektrificatie van de maatschappij. Je vindt ze in allerlei vormen, formaten en kleuren terug in allerhande elektronische apparaten, al dan niet verwijderbaar. 

Wat maakt dat vooral deze lithium-ion batterijen nu als boosdoeners in afvalbranden gezien worden? Eerst en vooral moeten we hier hun kracht aanstippen. Het mogen dan lichtgewichten zijn, ze zorgen voor een hoge output. Maar net door dat lichte gewicht zijn ze tegelijk heel fragiel. Meestal gaat het mis wanneer polen van de batterij (intern of extern) verbonden worden en voor een kortsluiting zorgen. Dit kan zonder gevolgschade passeren of in de juiste omgeving de vonk voor een brand of explosie vormen. Veel hangt dan af van de lading van de batterij. Ten tweede kunnen batterijen zodanig verhit worden dat er thermische doorslag plaatsvindt  die mogelijk een ontploffing kan veroorzaken. Deze defecten kunnen ontstaan door problemen in het ontwerp of de assemblage, incorrect gebruik van de batterijen of de elektronische apparaten en een verkeerd transport of stockage als ze einde leven zijn.

De meeste lithium-ion cellen combineren uiterst reactieve materialen op een heel compacte ruimte die zich bovendien in de nabijheid van volatiele en heel ontvlambare elektrolyten bevinden. Wanneer de barrières die deze reactieve materialen scheiden beschadigd raken, ontstaat er door een ketting van chemische reacties warmte. Dat creëert een domino-effect waarbij de temperatuur kan oplopen tot een moeilijk te controleren 700 à 800 °C. Daarenboven ontsnappen er op zo’n moment brandbare gassen. De rook van een lithium brand bevat brandbare, kankerverwekkende, toxische en corrosieve substanties. Veiligheidsmaatregelen zijn dan ook op hun plaats. Van zodra de temperatuur een bepaald punt bereikt heeft, genereert het elektrolyt bepaalde gassen. Het materiaal dat de anode en de kathode scheidt, zal smelten en een kortsluiting veroorzaken. Ook hier weer kan dit leiden tot een serie chemische reacties, waardoor meer gassen vrijkomen, vonken ontstaan of zuurstof buiten de cel terechtkomt. Het is net hierdoor dat de lithium cel in brand zal schieten

De kosten die zo’n lithium brand met zich meebrengen kunnen variëren in functie van het type (rook, hotspot, vonken, traag smeulende brand met of zonder vlammen, intense brand, explosies) en de frequentie. Volgens een enquête uit 2019 rapporteerde 36% van de 109 respondenten een ernstig incident in de afgelopen vier jaar. De gemiddelde kosten in 2018 bedroegen 190.000 euro. De meest ernstige branden in die periode waren gemiddeld goed voor een prijskaartje van 1,3 miljoen euro. De brandweer moest ook uitrukken in die gevallen. Wie wil investeren in preventie en brandbestrijding zal merken dat de kosten enorm variëren. Je doet er dan ook goed aan om een expert onder de arm te nemen die kan helpen met het juiste advies om een adequaat en kostenefficiënt plan op te stellen. Want naast de rechtstreekse kosten zijn er ook onrechtstreekse. Verbrande materialen en het gebruikte bluswater kunnen nog substanties van elektronisch afval bevatten en moeten dus verwijderd en behandeld worden. Daarnaast kunnen getroffen bedrijven vaak niet tegemoetkomen aan contracten, wat tot boetes kan leiden.