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Wenn sie entflammen, setzen Batterien hochgiftige Metallstäube frei. Gut belüftete Strassentunnel können diese abführen, zeigt eine Studie. Neue Gefahren drohen jedoch in Tiefgaragen.

Ladestationen für Elektroautos werden in Tiefgaragen oft an brandgefährlichen Stellen platziert. Foto: Alamy Stock Photo

Mitte Mai ereignete sich vor dem Nordportal des Monte-Ceneri-Tunnels ein folgenschwerer Unfall. Ein Tesla S kollidierte mit der Leitplanke, die Batterie des Elektroautos fing Feuer, das Fahrzeug brannte aus, der 48-jährige Fahrer aus Deutschland starb. Rund ein Dutzend ähnliche Ereignisse mit brennenden Elektroautos hatte es in den letzten Jahren rund um den Globus gegeben. Noch ereignete sich kein Batteriebrand in einem Tunnel oder in einer Tiefgarage. Aber es ist nur eine Frage der Zeit, bis auch das geschieht.

Ein entsprechendes Ereignis vorweggenommen haben Forscher nun in einem internationalen Forschungsprojekt des Bundesamts für Strassen (Astra). Als Schauplatz diente ein weltweit einzigartiger Tunnel: der Versuchsstollen Hagerbach in Flums SG. «Die Belüftung und die Ausmasse des Stollens lassen realitätsgetreue Experimente zu», sagt der Studienleiter Lars Derek Mellert vom Ingenieurbüro Amstein + Walthert in Zürich. «Wir wollten wissen, ob Elektrofahrzeuge aufgrund ihrer Batterien im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen zu einer *erhöhten Brandgefährdung in Strassentunneln führen.» Die kurze Antwort: Für Tunnelnutzer wird sich die Gefährdungs*situation kaum verändern. In schlecht belüfteten Tiefga*ragen entstehen jedoch neue *Gefahren.

Stärkere chemische Gefährdung für Personen

Beim Tunnelexperiment kamen in der Schweiz für Elektroautos zugelassene Batterien zum Einsatz. Unter normalen Betriebsbedingungen sind Lithium-Ionen-Akkus ausreichend vor einer spontanen Brandentwicklung geschützt. «Daher ist bei Elektroautos generell nicht häufiger mit Bränden zu rechnen als bei herkömmlichen Fahrzeugen», sagt Mellert. Die Batterien fangen in der Regel nur dann Feuer, wenn ein Fabrikationsfehler vorliegt oder die Batterie durch einen Unfall beschädigt wird. Dann kann eine sich selbst verstärkende Reaktion beginnen, das sogenannte thermische Durchgehen. Dabei gerät die Batterie schlagartig in Brand. Auch durch eine falsche Handhabung während des Ladevorgangs kann es zu einem thermischen Durchgehen kommen.

Für das Experiment haben die Forscher die Lithium-Ionen-Batterien im Versuchsstollen platziert und auf vier verschiedene Arten beschädigt: durch Penetration mit einem keilförmigen Gegenstand, durch einen stumpfen Schlag, durch einen zentralen Durchschuss und durch Erhitzung mit einem Feuer. «Die Beschädigung führte in allen Fällen zu einem thermischen Durchgehen», sagt Mellert. In allen vier Fällen war es also möglich, einen augenblicklichen und unkontrollierbaren Totalbrand der Batterie auszulösen.

Was die dabei freigesetzten Stoffe betrifft, konzentrierten sich Studien bislang auf Fluorwasserstoff, ein farbloses, hochgiftiges Gas mit stechendem Geruch. In Kontakt mit Wasser, etwa beim Löschvorgang, reagiert es zu Flusssäure, die ebenfalls äusserst giftig ist. Im aktuellen Experiment haben die Forscher umfassender analysiert und auch Staubemissionen detektiert. «Die Schadstoffanalysen deuten auf kritische Konzentrationen der beiden Schwermetalle Kobalt und Mangan sowie von Lithium in Form von Aerosolen hin», sagt Mellert. Beispielsweise würden bei einem typischen Batteriebrand vier Kilogramm Kobalt frei. «Diese Schadstoffe sind sowohl für Menschen als auch für die Umwelt toxisch.» Das heisst: In unmittelbarer Nähe zu einer brennenden Batterie und bei einer ungünstigen Lüftungssituation führen Elektrofahrzeugbrände zu neuen und potenziell stärkeren chemischen Gefährdungen für Personen, als es bei konventionellen Fahrzeugbränden der Fall ist.

Insbesondere für schlecht belüftete Tiefgaragen entstehen somit neue Gefahren. Dort sind Batteriebrände am ehesten durch Fehler beim Ladevorgang zu erwarten. Tatsächlich gibt es laut Mellert mehr Brände beim Laden als durch Crashs in eine Leitplanke. «Oft sind die Ladestationen in Tiefgaragen an den ungünstigsten Stellen platziert, etwa bei der Zuluft.» So würden die giftigen Gase und Dämpfe in die Tiefgarage geleitet statt abgeführt, und könnten die für Menschen kritischen Schwellenwerte überschreiten. Die in Tiefgaragen häufig erschwerten Flucht- oder Rettungsmöglichkeiten würden die Situation zusätzlich verschärfen.

Anders ist die Situation im Strassentunnel: Dort wird sich die Gefährdungssituation kaum verändern. Einerseits können sich Personen meist rasch in Sicherheit bringen. Andererseits zeigen die Messungen, dass ein normgemäss ausgerüsteter Tunnel die beim Brand eines Elektroautos austretenden Schadstoffe dank ausreichender Belüftung abführen kann. «Tunnel sind auf den Brand eines Tanklastwagens ausgelegt», sagt Mellert. «Ein einzelnes brennendes Elektroauto stellt daher kein Problem dar. Es deutet somit nichts darauf hin, dass sich die Gefährdungssituation in normgerechten Strassentunneln durch die zunehmende Elektromobilität verschlechtern wird. Wir empfehlen deshalb auch keine technischen Anpassungen.»

Die Feuerwehr weiss laut Mellert bereits sehr gut, wie sie mit dem Brand von Elektroautos umzugehen hat. Im Vergleich mit dem Brand eines konventionellen Fahrzeugs braucht es in der Regel deutlich mehr Wasser, um die Batterie zu kühlen. «Es ist ein Mythos, dass sich Feuerwehrleute wegen eines drohenden Stromschlags vor Elektroautobränden fürchten», sagt Mellert.

Zündfähige Gemische durch Bildung von Wasserstoff

Eine Gefahr müssen die Feuerwehrleute jedoch beachten: Bei der Reaktion von Wasser mit dem in den Batterien eingelagerten Lithium kann Wasserstoff entstehen, der mit der Umgebungsluft zündfähige Gemische bilden kann. Diese Gefahr werde sich für Feuerwehren aber weniger in gut belüfteten Tunneln manifestieren als vielmehr in Parkhäusern und Tiefgaragen.

Laut Batterieexperte Marcel Held von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt ist die Studie «sehr wichtig und sehr gut gemacht». Die Messungen wurden jedoch ausschliesslich in einer Tunnelsituation durchgeführt. Wie genau sich der Brand eines Elektroautos in Tiefgaragen auswirke, zeige die Studie nicht. Da liessen sich allenfalls qualitative Schlüsse ziehen. Daher bestehe noch Forschungsbedarf. Unklar ist auch, welche Gefährdung der Niederschlag der bei Batteriebränden entstehenden Metallstäube darstellt. Die Infrastruktur in Tunneln und Tiefgaragen sowie das Löschwasser können damit kontaminiert werden. «Wir wollen nochmals in den Versuchsstollen *zurück und prüfen, ob auch *Monate nach dem Experiment Kobalt und andere Schwermetalle nachzuweisen sind», sagt *Mellert. «Zudem wollen wir die Betreiber von unterirdischen Verkehrsinfrastrukturen für die Veränderung der Gefährdungssituation durch die Elektromobilität sensibilisieren.» Denn eines sei klar: Bei Tiefgaragen brauche es Nachbesserungen, sobald sich Elektroautos weiter verbreiten. «Dort ist die Sicherheitstechnik noch nicht für die neuen Gefahren ausgelegt.»

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