Lithiumbatterien als stationäre Stromspeicher sind ein junges Geschäftsfeld. Wie wird ihre Sicherheit überprüft?
Thomas Timke: Es beginnt mit Tests zur gründlichen Zellauswahl bei der Produktentwicklung. Ohne Qualitätszellen sind kaum gute Batterien möglich, weil spätere Probleme innerhalb der Zellen kaum durch äußeren Schutz abgefangen werden können. In anderen Branchen wie zum Beispiel der Automobilindustrie und der Telekommunikation werden schon länger Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt. Da Sicherheitstests aus bestehenden Normen dort nicht alle notwendigen Punkte abdecken, wurden zusätzliche Tests definiert und enge Beziehungen zum Hersteller geknüpft, um alle notwendigen Charakteristika der Zellen zu berücksichtigen. Das geht weit über die Angaben in den Datenblättern hinaus und verhindert irreversible, sicherheitsreduzierende Schädigungen der Lithium-Ionen-Zellen. Die zusätzlichen Sicherheitsprüfungen beinhalten typische Belastungen unter Berücksichtigung der elektrochemischen Eigenschaften der Batterie und der notwendigen Einfehlersicherheit. Der Ausfall einer Komponente, zum Beispiel eines Prozessors, darf nicht zu Gefährdungen führen.
Welche Rolle spielt die nachgewiesene Konformität mit UN 38.3?
Hinter der UN 38.3 verbergen sich Tests, mit denen die Transportsicherheit von Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien geprüft wird. Ohne bestandene UN-38.3-Tests dürfen solche Produkte nur in Ausnahmen, unter die stationäre Systeme durch ihre Größe und Herstellungsmenge normalerweise nicht fallen, transportiert werden. Getestet wird zum Beispiel die mechanische Festigkeit bei Vibrationen und Schocks mit 50- beziehungsweise 150-facher Erdbeschleunigung, Sicherheit bei Unterdruck und Kurzschluss und thermische Stabilität. Die Ergebnisse der recht aufwendigen UN-Tests werden üblicherweise in einem detaillierten Prüfprotokoll zur internen Dokumentation und in einem kurzen Prüfbericht oder Prüfzertifikat beziehungsweise einer Erklärung zur Weitergabe festgehalten. Bestandene UN-38.3-Tests dokumentieren die Transportsicherheit bei Einhaltung der Vorschriften. Das bedeutet allerdings nicht automatisch auch Produktsicherheit in der Anwendung.
Was genau wird geprüft?
Die Tests gibt es für die Zellen, Batteriemodule und ganze Batteriesysteme. Das UN-38.3-Zertifikat des Zellherstellers gilt nur für den Transport der Zellen, aber nicht für daraus gebaute Batterien. Da muss man ganz genau hinschauen, weil Batterien eigene Tests bestehen müssen. Der Installateur sollte mindestens die Eigenerklärung oder besser das Prüfzertifikat seines Batteriezulieferers einfordern, und zwar für die Batteriemodule beziehungsweise die gesamte Batterie.
Also kein Transport ohne UN 38.3?
Ja. Ein Serienprodukt fällt nicht mehr unter die Sondervorschrift 310 der ADR für Prototypen und Kleinserien für den Transport zur Prüfung. Doch auf der Intersolar in München haben wir einige Batteriesysteme gesehen, die als lieferbares Serienprodukt vorgestellt wurden, für die aber keine bestandene Prüfung nach UN 38.3 nachgewiesen wurde. Das ist wenig vertrauenerweckend und in der Handhabung für den Installateur kritisch, weil er dann mit einem ungeprüften System umgeht, für das viel strengere Vorschriften gelten. Dazu zählen unter anderem das Europäische Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße, kurz ADR genannt, sowie die Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnenschifffahrt, kurz GGVSEB. Die ADR schreibt vor, dass Lithiumbatterien prinzipiell zur Gefahrgutklasse 9 gehören. Serienprodukte eines sogenannten geprüften Typs müssen die UN-38.3-Tests bestanden haben.
Worauf ist beim Versand von Lithiumakkus zu achten?
Die Batterien als Gefahrgut zu kennzeichnen, Verpackungsvorschriften der ADR einzuhalten und den Logistiker entsprechend zu informieren, unter anderem über Gewicht und die UN-Nummer dieses Batterietyps sowie dessen Zustand, neu, gebraucht oder defekt, ist ein Muss. Bei uns am KIT in Karlsruhe wurden schon Batterien angeliefert, die nicht als Gefahrgut gekennzeichnet waren. Kritisch ist auch der Versand von Batteriesystemen, wenn die darin enthaltenen Zellen zwar den UN-Test bestanden haben, aber innerhalb der Batterie nicht gemäß den in der ADR enthaltenen Verpackungsvorschriften gesichert werden. Das kann dann schlimmstenfalls zum Brand während der Lagerung oder des Transports führen. Auch die Großhändler müssen auf die Vorschriften zum Gefahrgut und die Handhabungshinweise des Produktes achten. So dürfen einige Batterien beispielsweise nicht gekippt werden. Und sie dürfen nicht überhitzen: Weder während des Betriebs noch beim Transport.
Warum dürfen sie beim Transport nicht überhitzen?
Wenn der Elektrolyt im Innern der Batteriezellen zu warm wird, verändert er sich. Diese elektrochemischen und physikalischen Prozesse werden in der Regel unterschätzt. Ein solcher Vorgang ist unumkehrbar, er lässt sich auch nicht durch ein bestimmtes Betriebsregime oder nachträgliche Kühlung ausheilen. Hat sich der Elektrolyt verändert, entsprechen die Zellen den unter anderem nach UN 38.3 getesteten Produkten nicht mehr. Normalerweise weist das Sicherheitsdatenblatt des Herstellers aus, welche Temperatur für Betrieb und Lagerung maximal zulässig ist. 60 bis 65 Grad Celsius sind häufige Werte. Der Empfänger sollte beim Transport von Batterien unbedingt darauf achten, dass eine Temperaturüberwachung der Packstücke vorhanden ist. Allerdings gibt es dafür bislang keine Standards oder Vorschriften.
Brauchen die Akkus spezielle Kühlcontainer?
Nicht unbedingt für den Transport zum Kunden, wohl aber beim Import per Schiff aus Asien. Weil die Lithiumakkus als Gefahrgut gelten, werden sie oft nicht im Schiffsbauch transportiert. Die Container stehen an Deck, wo sie sich unter der tropischen Sonne leicht auf 60 Grad Celsius und mehr aufheizen. Man braucht also klimatisierte Container, ähnlich einer Kühlkette in der Lebensmittelindustrie. Wichtig ist, die Zellen während des Transports fortlaufend auf ihre Temperatur zu überwachen.
Wie funktioniert das?
Durch Temperaturüberwachung der einzelnen Packstücke oder der Zellen. Manche Zellen werden mit thermosensiblen Aufklebern versehen, die sich bei Überschreiten der zulässigen Lagertemperatur irreversibel verfärben. Wer darauf verzichtet, riskiert Batterieschäden, wie Kapazitätsverluste, Innenwiderstandserhöhungen und eine Verschlechterung der Sicherheit.
Darf der Installateur die Batterien von seinem Großhändler abholen?
Ja, aber dann muss er die entsprechenden Vorschriften und Verordnungen zum Gefahrguttransport einhalten. Nur für den Batterietransport direkt zum Kunden oder zurück gilt als Freistellung von bestimmten Vorschriften die sogenannte Handwerkerregelung. Deshalb sollte der Installateur die Systeme am besten vom Hersteller oder Händler in sein Lager oder auch direkt zum Endkunden anliefern lassen, denn diese beauftragen dazu in der Regel Logistikfirmen, die sich mit Gefahrgut auskennen.
Welche Erleichterungen gelten für die Lieferung zum Kunden oder zurück?
Zunächst muss man unterscheiden: Ist die Batterie neu, wird sie erstmals installiert? Oder wird sie getauscht, weil sie fehlerhaft ist oder das Ende ihrer Lebensdauer erreicht. Es gelten spezielle Sondervorschriften der ADR für gebrauchte und defekte Lithium-Ionen-Batterien bezüglich Transport, Verpackung und gegebenenfalls Genehmigungspflicht, die ab 2015 nochmal verbessert werden. Defekte Batterien brauchen eine Umverpackung, die von der Bundesanstalt für Materialforschung zertifiziert ist. Das sind Spezialtransporte, die Spezialisten überlassen werden sollten. Der Fachbetrieb, der die Batterie installiert hat, sollte am besten den Hersteller oder dessen Vertretung zu Befundung und Rücktransport der defekten Batterie ab Aufstellort beim Kunden bewegen. Allein schon, weil der Hersteller oder Importeur oft für Reparatur oder Entsorgung zuständig ist.
Und neue Batterien?
Wenn der Solarteur die neue Batterie mit bis zu 333 Kilogramm Gewicht zum Kunden bringt oder dort abholt, gilt die Handwerkerregelung, die in der GGVSEB beziehungsweise in der ADR unter Punkt 1.1.3.1 im Absatz C festgeschrieben ist. Das erlaubt ihm einen Transport unter Einhaltung weniger Vorschriften. Die Transportvereinfachung kann auch nach der 1.000-Punkte-Regel erfolgen. Sie besagt: Wenn die Summe aller Gefahrgüter an Bord des Fahrzeuges gemäß ADR-Berechnung nicht 1.000 Punkte überschritten hat, darf der Transport unabhängig von Start oder Ziel unter Einhaltung vereinfachter Vorschriften durchgeführt werden. Beide Regelungen sind aber keine komplette Befreiung von Gefahrguttransportvorschriften – auch wenn teilweise von Freistellung gesprochen wird.
Wie berechnet sich die Punktzahl?
Lithiumbatterien gehören in die Beförderungskategorie 2, sie werden pro Kilogramm mit drei Punkten bewertet. Also darf der Installateur Batterien bis zu einem Gesamtgewicht von 333 Kilogramm bewegen. In diesem Fall darf er aber keine Gasflasche oder andere Gefahrgüter mitnehmen. Die genaue Berechnung ist in der ADR unter Punkt 1.1.3.6.4 geregelt. Diese 1.000-Punkte-Regel gilt auch für Logistiker, während die Handwerkerregel nur für Installateure gilt.
Wie kann der Installateur alle für ihn relevanten Vorschriften des umfangreichen Gefahrgutrechts berücksichtigen?
Alle erwähnten Dokumente zu den UN-38.3-Tests, zur ADR und den Verordnungen zum Gefahrguttransport sind im Internet frei verfügbar. Ich empfehle dem Installateur trotzdem, die für sein Batterieprodukt und sein Unternehmen anzuwendenden Vorschriften mit einem Spezialisten zu klären, die Ergebnisse dann in seine Prozesse einfließen zu lassen und sie in regelmäßigen Abständen zu aktualisieren, weil sich das Gefahrgutrecht weiterentwickelt. Dazu gehören unter anderem Beförderungspapiere, nach Produkt und Zustand unterschiedliche Verpackungs- und Sondervorschriften. Gut ausgearbeitet wird das Thema für ihn leicht überschaubar. Im Idealfall stellt ihm sein Lieferant alle für Transport und Versand relevanten Produktinformationen von neuen oder defekten Systemen, zum Beispiel als Merkblatt, zur Verfügung. Ab 2015 gelten für Lithium-Ionen-Batterien, speziell für gebrauchte und defekte Systeme, neue ADR-Vorschriften.
Das Gespräch führte Heiko Schwarzburger.
Thomas Timke
ist Experte für elektrische Energiespeicher und Batterienormung. Von 2007 bis 2010 arbeitete er bei der Firma Li-Tec im Business Development und Projektmanagment. Bis April 2013 war er Berater und Projektmanager bei SK aus Korea. Seit Mai 2013 ist er am Forschungsbereich Competence E am Karlsruher Institut für Technologie für die Transport- und Betriebssicherheit elektrischer Stromspeicher zuständig. thomas.timke@partner.kit.edu
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