Risk assessment on fire hazards in the collection of waste portable batteries in Austria

Titel in Übersetzung: Risikobewertung der Brandgefahren bei der Sammlung von Geräte-Altbatterien in Österreich

Tobias Grassauer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Die Sammlung von Gerätebatterien am Ende der Lebensdauer stellt in der Abfall- und Kreislaufwirtschaft den ersten Schritt zum stofflichen Recycling und der Rückgewinnung von Rohstoffen dar. Die Rückgabemöglichkeiten werden möglichst nah am Endnutzer platziert, aus diesem Grund ist die Sicherheit der Zwischenlager zu gewährleisten.
Die steigende Menge an Lithium-basierten Batterien in vielen Abfallströmen stellt eine brandschutztechnische Herausforderung für die Abfallwirtschaft dar. Gefahrenbetrachtungen wie für andere Stoffströme, liegen für die Gerätebatteriensammlung nur in geringer Zahl vor. Der wachsende Lithium-Anteil der in Verkehr gesetzten Mengen zeigt sich bereits in der Zusammensetzung der Sammlung. Aufgrund ihres Aufbaus stellen Lithiumbatterien und Lithium-Ionen-Akkumulatoren eine wesentlich größere Gefahr als andere Batterietypen dar.
Es werden die Einflussfaktoren auf das entstehende Brandrisiko und die möglichen Folgen untersucht. Die erwarteten Ursachen für ‘Thermal runaways’ weichen von jenen für die Nutzungsphase ab. Die Abfalleigenschaften der Batterien führen zu anderen Charakteristiken. Einige der Einflussfaktoren wurden in der ausgewerteten Literatur bisher weder qualitativ noch quantitativ untersucht. Die Auswirkungen eines Brandes in der Gerätebatteriensammlung sind mit typischen Bränden derselben Größenordnung vergleichbar.
Betrachtungen zur Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen in Batterieschüttungen liegen bisher nicht vor. In dieser Arbeit wird ein neuartiger Ansatz mittels Starrkörpersimulation in der freien Software ‘Blender’ vorgestellt, mit dem die geometrische Anordnung von Batterien in zufälligen Schüttungen untersucht werden kann. Die gebildeten Kurzschlüsse werden erfasst und weiter charakterisiert. Durch ein vereinfachtes elektrisches Model kann die entstehende Wärme jeder einzelnen Batterie abgeschätzt und die Wahrscheinlichkeit einer darauffolgenden Entzündung innerhalb der Schüttung beschrieben werden. In mehreren Versuchsreihen wird der Einfluss verschiedener Parameter untersucht. Eine Sensitivitätsanalyse wird präsentiert.
Die Simulationsergebnisse deuten darauf hin, dass der wichtigste Einflussfaktor auf die Bildung von Kurzschlüssen der Anteil an Knopfzellenbatterien ist. Beträgt dieser 5 %, ergibt die Auswertung eine Kurzschlussrate von etwa 0.4 % der Zellen. In einer reinen Knopfbatteriefraktion beträgt dieser Anteil ca. 83 %. Anhand der Anzahl der Batterien in zusammenhängenden Netzwerken und den errechneten Strömen zeigt sich, dass die Bildung von Kurzschlüssen über viele Zellen in Serienschaltung als sehr unwahrscheinlich erachtet werden kann. Mit den gefundenen Zusammenhängen lässt sich eine Abschätzung über die Verteilung der Wärmefreisetzung innerhalb der Schüttung treffen.
Titel in ÜbersetzungRisikobewertung der Brandgefahren bei der Sammlung von Geräte-Altbatterien in Österreich
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Raupenstrauch, Harald, Betreuer (intern)
  • Hohenberger, Michael, Mitbetreuer (intern)
  • Nigl, Thomas, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung16 Dez. 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Abfallwirtschaft
  • Altbatteriensammlung
  • Li-ionen Batterien
  • Brandrisiko
  • Kurzschluss

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