Giftcocktail Brandrauch
Brandrauch ist eine Mischung von unterschiedlichen Gasen, Feststoffen (Ruß) oder Aerosolen, also feinen Flüssigkeitstropfen. Die Vielfalt an Inhaltsstoffen, vor allem aufseiten der Brandgase, ist kaum überschaubar. Während ein gut belüfteter Brand von trockenem Scheitholz, außer großen Mengen von Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf und etwas Kohlenmonoxid (CO), keine nennenswerten Schadstoffmengen freisetzen wird, so sieht dies bei einem Glimmbrand in einem Kabelschacht schon völlig anders aus. Dies hängt einerseits mit den komplexen Vorgängen bei der Verbrennung selbst und den momentanen Verbrennungsbedingungen zusammen, aber natürlich auch mit dem Brennstoff selbst. Klassische Brennstoffe wie Holz oder Kunststoff sind in Bezug auf ihre Verbrennungsprodukte gut bestimmbar, deutlich unklarer wird die Rauchzusammensetzung jedoch, wenn das Brandgut aus vielen unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt ist. Der moderne Zimmerbrand ist nur ein Beispiel dafür, komplexe technische Produkte wie Elektrogeräte, Fahrzeuge oder eben auch ein Lithium-Ionen-Akkupaket ein anderes.

Enorme Rauchmengen
Gerade Fahrzeugbrände sind für die enorme Rauchentwicklung bekannt. Hierfür ist in der Regel der Abbrand des Fahrzeuginnenraums bzw. der Innenausstattung verantwortlich. Ausgehend vom Motorraum oder der Fahrzeugelektrik greifen solche Brände im Verhältnis erst relativ spät auf den Fahrzeugtank oder den Speicher (z. B. bei Gasfahrzeugen) über. Die Hauptbrandlast sind Innenverkleidungen oder Formteile aus Kunststoff, Teppiche und natürlich auch die gepolsterten Sitze. Schaumstoffe aus Polyurethan (PU), wie sie auch in Fahrzeugsitzen verwendet werden, führen im Brandfall zu enormen Rauchmengen und auch zur Bildung größerer Mengen an Blausäure (HCN). Sowohl die zu erwartenden Rauchmengen als auch die wesentlichen Inhaltsstoffe von Brandrauch sind bei Fahrzeugbränden bisher gut untersucht und bilden auch die Basis für Planungsarbeiten im Vorbeugenden Brandschutz. Zum Beispiel sind die zu erwartenden Rauchmengen, aber auch die Geschwindigkeit, mit der der Rauch bei einem Vollbrandszenario entsteht, Grundlagen für die Auslegung von Brandrauchentlüftungen oder Tunnellüftungsanlagen. Die Frage wirft sich also auf, ob Brände von Elektrofahrzeugen mit herkömmlichen Fahrzeugbränden vergleichbar sind. Einerseits im Hinblick auf die Rauchmengen, aber auch in Bezug auf die Inhaltsstoffe des Brandrauches.

Akkubrände
Will man Brände von Elektrofahrzeugen verstehen, so muss man sich intensiver auch mit der verwendeten Speichertechnik, also mit dem Lithium-Ionen-Akku, auseinandersetzen. Dabei kommt man allerdings zur Erkenntnis, dass es „den“ Lithium-Ionen-Akku in dieser Form gar nicht gibt. Auch hier werden unterschiedliche Technologien eingesetzt, welche zwar alle dem gleichen oder einem ähnlichen chemischen Prinzip folgen, dies aber auf unterschiedlichen Wegen. Die Entwicklung ist dabei bei Weitem nicht abgeschlossen. Der Namensgeber des Akkus, das Lithium, liegt im Akkusystem selbst nicht frei vor, sondern wird als Ion (geladenes Teilchen) zwischen zwei Elektroden hin und her bewegt. Je nachdem, ob der Akku geladen oder entladen wird. Damit diese Bewegung stattfinden kann, sind einerseits Leitsubstanzen (Elektrolyte), Trennmaterialien (Separatoren), aber auch die Elektroden selbst notwendig. Alle diese Materialien sind brennbar und zersetzen sich auch unter der Bildung größerer Rauchmengen. Insgesamt sind die Akkus aus einer Vielzahl von Einzelzellen aufgebaut, welche zusammen in ein größeres Akkupaket zusammengefasst werden. Die Gehäuse der Akkupakete können entweder aus Kunststoff oder aus Metall gefertigt sein.
Kommt es zu einem elektrischen oder mechanischen Fehler oder zu einer Überhitzung von außen, so kann sich ein Lithium-Ionen-Akku selbst entzünden. Grund dafür ist der sogenannte „Thermal runaway“, also das thermische „Durchgehen“ des Akkus. Hier greift eine thermische Zersetzungsreaktion, welche aufgrund des Fehlers ausgelöst wurde, von Einzelzelle zu Einzelzelle über und bildet sehr schnell größere Rauchmengen. Der „Rauch“ ist sowohl brand- als auch explosionsfähig und tritt direkt am Gehäuse aus. Bei entsprechender Temperatur oder beim Vorhandensein von Zündquellen brennen die unter Druck austretenden Gase in der Regel stichflammenartig ab. Die Reaktion selbst breitet sich im inneren des Akkus aus und ist von außen nicht direkt zu löschen. Erst wenn man die betroffene Stelle bzw. oft auch das gesamte Akkupaket ausreichend kühlt, kann die Reaktion in Griff bekommen werden. Neuere Ansätze, z. B. mit Löschlanzen oder Hochdruck-Wasserschneid- und Löschverfahren, versuchen die Akku-Pakte auch direkt von innen zu kühlen, aber auch hier ist die Entwicklung noch nicht abgeschlossen.

Grafik: Hofer

Erkenntnisse aus der Forschung
Feuerwehrtechnisch sind bei Bränden von Elektrofahrzeugen in unterirdischen Verkehrsanlagen somit die Rauchmengen und Schadstoffbelastung durch den Brandrauch relevant. Zusätzlich stellt sich aber auch die Frage, ob durch die Fahrzeuge auch eine höhere Brandlast, also Wärme- oder Energiefreisetzung bei Bränden, zu erwarten ist. Neben eigenen Untersuchungen des Österr. Bundesfeuerwehrverbandes (ÖBFV), welche schon vor einigen Jahren durch das Sachgebiet 4.6 (Schadstoffe) begonnen wurden, wird natürlich auch wissenschaftlich intensiv an dem Thema gearbeitet. Federführend dabei war das schweizerische Bundesamt für Straßen bzw. die Arbeitsgruppe Tunnelforschung, welche im August 2020 einen umfangreichen Forschungsbericht zur „Risikominimierung von Elektrofahrzeugbränden in unterirdischen Verkehrsinfrastrukturen“ veröffentlichte. Die Untersuchungen konzentrierten sich sowohl auf den Brandverlauf selbst als auch auf die Inhaltsstoffe des Brandrauches bzw. deren Wirkung.
Während die Untersuchungen zeigten, dass beim Brand von Elektrofahrzeugen keine größeren Brandlasten zu erwarten sind, so kam doch die intensive Schadstoffbelastung durch den Brandrauch noch deutlicher zum Vorschein. Gegenüber herkömmlichen Fahrzeugbränden sind hier vor allem Schwermetalle wie Kobalt, Nickel, Mangan, aber auch Lithium selbst als kritisch einzustufen. Zusätzlich sind auch nennenswerte Mengen an Flusssäure und Phosphorsäure im Brandrauch zu finden. Aromatische Kohlenwasserstoffe und andere Langzeitgifte sind auch bei Elektrofahrzeugen in hohen Konzentrationen zu erwarten. Hier besteht kein nennenswerter Unterschied zu gewöhnlichen Fahrzeugbränden. Gezeigt hat sich auch, dass erhebliche Schadstoffkonzentrationen im Löschwasser zu finden sind. Der Bericht empfiehlt dezidiert den Rückhalt und die Entsorgung des Löschwassers.
Ähnliche Untersuchungen wie in der Schweiz wurden im Rahmen des Forschungsprojektes BRAFA – Brandauswirkungen von Fahrzeugen mit alternativen Antriebssystemen durchgeführt. Das Projekt wurde von der TU Graz geleitet und fand ebenfalls unter Beteiligung des ÖBFV statt. Im Rahmen des Projektes wurden auch umfassende Brandversuche am Zentrum am Berg in Eisenerz durchgeführt. Die Versuche zeigten auch hier eindeutig, dass Elektrofahrzeuge zwar nicht „intensiver“ brennen, die toxische Belastung durch den Brandrauch aber erheblich ist. Beim Brand eines Elektro-Klein-Lkw wurden Wärmefreisetzungsraten von bis zu acht Megawatt (MW) gemessen. Die durchschnittliche Wärmefreisetzungsrate lag bei etwa vier Megawatt. Die Akkusysteme sind zwar sehr schwer zu löschen, stellen aber z.B. für die Statik von Bauwerken keine größere Gefahr dar als der Brand eines Pkw mit konventionellem Antrieb.
Ein Aspekt, welcher im Rahmen der genannten Forschungsvorhaben bisher nicht ausreichend betrachtet wurde, ist die Bildung von Fasern oder verkohlten Faserstücken, welche beim Abbrand von Faserverbundwerkstoffen entstehen. Schon seit einigen Jahren weisen Einsatzkräfte aus dem Bereich der Luftfahrt auf die Gefahr dieser „Fiesen Fasern“ hin. Sieht man sich moderne Fahrzeuge in Leichtbauweise an, so kommen immer mehr dieser Faserverbundwerkstoffe zum Einsatz, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Gerade bei Elektrofahrzeugen ein wichtiger Faktor zur Reichweitensteigerung. Hierbei werden Fasern oder Fasermatten in einer Kunstharzmatrix eingegossen, somit können sehr einfach Formteile hergestellt werden. Als Fasern kommen unterschiedliche Arten von Materialien zum Einsatz, von der Glas- bis hin zur Kohlenstofffaser (Carbon). Die verwendete Matrix ist in der Regel brennbar und hinterlässt nach dem Abbrand nur mehr die nackte Faser. Die Fasern selbst sind hauchdünn und deren Bruchstücke sind lungengängig, können also zumindest in die Lunge gelangen und dort zu Langzeitschäden (z. B. Lungenkrebs) führen. Eine Gefahr, die man hierzulande eher nur von Asbestbauteilen kennt. Gerade Einsatzkräfte bei Bränden in unterirdischen Verkehrsanlagen sind dabei einer erhöhten Gefährdung ausgesetzt. Der geschlossene Raum führt dazu, dass man mit den Brandrückständen, vor allem bei Löscharbeiten, noch intensiver in Kontakt kommt als bei Bränden im Freien.

Zusammenfassung
Brände in unterirdischen Verkehrsanlagen werden von den Feuerwehren seit jeher als spezielle Einsatzlagen behandelt. Rauch, Wärme und die eingeschränkte Zugänglichkeit bzw. die langen Anmarschwege führen nicht nur zu aufwendigeren Einsätzen, sondern auch zu einer erhöhten Gefährdung der Mannschaft. Eine Situation, die sich auch durch die Energiewende nicht wirklich verbessert. Die Ergebnisse und Erkenntnisse aus den Untersuchungen zeigen, dass die Feuerwehr durch Elektrofahrzeuge in unterirdischen Verkehrsanlagen zwar nicht mit intensiveren, aber dennoch mit problematischeren Bränden zu rechnen hat. Die derzeitigen Elektrofahrzeuge und deren Akkus sind nur sehr schwer zu löschen, geeignete Konzepte seitens der Hersteller lassen nach wie vor zu wünschen übrig. Natürlich muss gesagt werden, dass die aktuellen Betrachtungen nur im Zusammenhang mit den im Moment verfügbaren Batterietypen zu sehen sind. Hier bleiben auch Forschung und Entwicklung nicht stehen, und es wird weiter intensiv an der Sicherheit der Batteriesysteme geforscht. Wie bei Bränden von Pkw mit konventionellem Antrieb wird in Zukunft aber auch hier die Gesundheitsgefahr durch Brandgase und Schadstoffe für Einsatzkräfte deutlich öfter im Vordergrund stehen. Betroffen sind dabei in erster Linie natürlich Atemschutzgeräteträger und Geräteträgerinnen, allerdings kommt es z. B. bei Tiefgaragenbränden oft auch zu einer massiven Rauchausbreitung außerhalb des Gebäudes. Gern werden Brände in unterirdischen Verkehrsanlagen vonseiten der Feuerwehr nur mit der „Brille“ der Einsatztaktik betrachtet, dies ist natürlich für den Einsatzerfolg absolut notwendig. Es muss aber auch die Berücksichtigung des Gesundheitsschutzes für Einsatzkräfte noch weiter vorangetrieben werden. Aus den Forschungsergebnissen wird klar, dass die Rettung von Personen und die Brandbekämpfung nicht die einzigen Themen sind, mit denen man sich im Zusammenhang mit Bränden von unterirdischen Verkehrsanlagen beschäftigen sollte.