Introduzione

Si iniziano a vedere nelle aziende più strutturate, essenzialmente nei reparti di logistica, i primi carrelli elevatori e trans pallet che incorporano batterie agli ioni di Litio. Le batterie agli ioni di Litio permettono di evitare complicazioni Atex come per esempio sistemi di ventilazione o aperture e procedure di ricarica. Il problema è che si è notato che vi è una scarsa informazione sul fatto che il rischio dovuto all'introduzione di batterie al Litio può essere maggiore rispetto alle batterie al Piombo in particolare in caso di incendio. Gli incendi causati dalle batterie agli ioni di Litio sono tra i più impegnativi da spegnere, poiché si innescano reazioni a catena che sviluppano altissime temperature con conseguenti incendi difficilmente estinguibili con gli agenti estinguenti più comuni.

Il D.Lgs. 81/2008 che rappresenta il Testo Unico sulla Salute e Sicurezza sul Lavoro, è molto chiaro sugli obblighi previsti dalla legge. A fronte di un’accurata valutazione dei rischi specifici per il tipo di attività svolta, è dovere del datore di lavoro “l’eliminazione dei rischi e, ove ciò non sia possibile, la loro riduzione al minimo in relazione alle conoscenze acquisite in base al progresso tecnico“.

Inoltre, è obbligo del datore di lavoro “adottare le misure necessarie ai fini della prevenzione incendi e dell’evacuazione dei luoghi di lavoro (…) Tali misure devono essere adeguate alla natura dell’attività, alle dimensioni dell’azienda o dell’unità produttiva, e al numero delle persone presenti”. Nel caso delle batterie al litio, è necessario quindi, che il datore di lavoro riconosca il pericolo intrinseco derivante dalla loro gestione, e prenda di conseguenza i provvedimenti adeguati alla tutela di operatori, beni aziendali e ambienti di lavoro.

Cosa è Il Litio

Il Litio è l’elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha numero atomico tre e simbolo Li e nella tavola periodica degli elementi  è collocato subito dopo l’Idrogeno e l’Helio. È il secondo elemento del primo gruppo, ma è il primo degli elementi metallici e il capostipite dei metalli alcalini. Tra questi, l'energia di ionizzazione  e l'affinità elettronica del litio sono le più alte; di conseguenza, ha anche la più alta elettronegatività. Questi sono i motivi per cui viene utilizzato per la costruzione di accumulatori di energia. Come gli altri metalli alcalini, il Litio nella sua forma pura è altamente infiammabile e leggermente esplosivo se esposto all'aria e soprattutto all'acqua, con la quale reagisce in maniera violenta  con produzione di idrogeno.

Perché potrebbe incendiarsi un accumulatore al Litio

Vi sono varie tipologie di accumulatori ma sono tutte caratterizzate dalla seguente struttura:

  • Un Anodo
  • Un Catodo
  • Un setto di separazione
  • Una soluzione elettrolitica.

All’interno di una batteria per carrelli elevatori sono presenti un elevato numero di celle (936 – 2808) rispetto, per esempio, al numero di celle contenute all’interno di un accumulatore di uno smartphone ( 6- 10 celle). Le principali cause che possono far innescare un accumulatore al Litio sono le seguenti:

  • Contatto elettrico tra Anodo e Catodo dovuto a urto, perforazioni o vibrazioni.
  • Impurezze (particelle metalliche) nella soluzione elettrolitica. Le particelle metalliche possono creare un “ponte elettrico ” tra Anodo e Catodo.
  • Temperatura troppo alta (maggiore di 60 °C) o troppo bassa (minore di 0°C).
  • Rottura del setto separatore dovuta a urti, vibrazioni o perforazioni.
  • Errata carica e scarica dell’accumulatore. Gli accumulatori vanno sempre ricaricati nel range 20 – 80 % ovvero non vanno scaricati totalmente. Gli accumulatori agli ioni di Litio non devono abbassarsi al di sotto di 2 V/cella per un certo periodo di tempo in quanto all’interno delle celle si potrebbero formare delle “deviazioni” (Shunt) di Rame che possono portare ad un’auto scarica o ad un corto circuito elettrico.

Le aziende produttrici cercano comunque di ridurre al minimo i rischi predisponendo i seguenti sistemi di sicurezza:

  • Limiti dei potenziali di carica e scarica,
  • Bilanciamento dei potenziali di carica per celle in serie,
  • Un dispositivo di sicurezza contro i corti circuiti,
  • Carica-batteria intelligenti dedicati,
  • Elettronica di controllo montata sulla batteria,
  • Produzione delle batterie in camere “bianche”.

Gas prodotti durante un incendio di un accumulatore al Litio

All’interno di un accumulatore al Litio sono presenti sostanze chimiche molto pericolose per la salute. Quando bruciano, le batterie a ioni di litio possono produrre fumi tossici contenenti HF, ossidi carbonio, alluminio, litio e cobalto. Può inoltre formarsi penta fluoruro di fosforo, un gas molto tossico, che provoca ustioni a pelle, mucose e occhi e inoltre reagisce violentemente con l'acqua liberando acido fluoridrico (tossico e corrosivo).In caso di incendio in un luogo in cui siano presenti batterie a ioni di litio, irrorare la zona adiacente con acqua. Se una batteria sta bruciando, l'acqua può non essere in grado di spegnere le fiamme ma raffredda le batterie nelle vicinanze e impedisce il propagarsi dell'incendio.

Per estinguere piccoli incendi è preferibile utilizzare sostanze chimiche secche, CO2 o schiuma, ma anche in questo caso potrebbe essere impossibile spegnere una batteria a ioni di litio in fiamme;  la batteria in fiamme brucerà completamente le sostanze contenute al suo interno. Possono essere utilizzati anche estintori a grafite (LITH-X), a polvere di rame, a sabbia, a polvere di dolomite, a soda-acido, a dispersione acquosa di vermiculite (AVD); questi materiali agiscono come estinguenti.

 

VALUTAZIONE DEL RISCHIO

Il rischio viene calcolato con la seguente tipica relazione:

Rischio = Probabilità x Danno

La probabilità che possa avvenire un incendio dipende dai seguenti aspetti:

  1. Numero di urti che avvengono tra carrelli.
  2. Entità delle vibrazioni trasmesse alle batterie.
  3. Corretta manutenzione.
  4. Percentuale di batterie con difetti (tipologia e qualità batterie).
  5. Temperatura dell’ambiente.
  6. Presenza o meno di irraggiamento solare.
  7. Presenza di atmosfere inquinanti (polveri, sostanze ossidanti, acidi).
  8. Tempo di vita trascorso della batteria.

Occorre precisare che l’incendio può avvenire durante la ricarica delle batterie ma anche dopo molte ore aver subito un urto o un surriscaldamento.

L’introduzione di batterie agli ioni di Litio è abbastanza recente, si ritiene che le batterie attive in ambito industriale siano al 90 % recenti ovvero eventuali incendi inizieranno a vedersi nei prossimi anni. Assumendo che siano applicate tutte le misure di prevenzione e protezione indicate di seguito si assume come indice di probabilità pari a:

P =  Poco probabile = 2

Si considera invece come indice di Danno un indice pari :

D = Grave = 3

Occorre infatti ricordare che in caso di incendio di una batteria agli ioni di Litio si sviluppano gas tossici e l’incendio è molto difficile da domare. E’ possibile ridurre l’indice di Danno posizionando i carrelli, quando non utilizzati e privi di controllo, in area aperta distanti da strutture, da materiali combustibili e operatori. Si assume quindi come indice di Rischio residuo:

  R = 6 (RILEVANTE)

Misure di prevenzione

  • Evitare cortocircuiti sui morsetti delle batterie, non appoggiare nessun oggetto nel vano batterie.
  • Mantenere la batteria asciutta.
  • Non danneggiare né rimuovere il coperchio della batteria.
  • Tenere lontano da fiamme libere, superfici calde e da fonti di accensione.
  • Non saldare direttamente sulla batteria.
  • Non danneggiare né deformare la batteria.
  • Proteggere da urti meccanici.
  • Utilizzare esclusivamente il caricabatterie indicato dal produttore.
  • Non immagazzinare le batterie con prodotti metallici, acqua, acidi forti né con agenti ossidanti forti.
  • Immagazzinare al coperto, a temperature fra 0 °C e +25 °C in ambiente asciutto, con umidità dell'aria inferiore al 60%, stato di carica della batteria 50-75%. La temperatura ottimale è appena al di sotto dei 20 °C.
  • Evitare l'esposizione alla luce solare diretta.

Trasporto dei carrelli con batterie agli Ioni di Litio

Assicurarsi che il livello di carica della batteria agli Ioni di Litio sia basso (~50%) prima del trasporto su strada. Il trasporto dovrebbe avvenire a una temperatura ambiente compresa tra -40 °C e +60 °C.  Tenere il carrello in un ambiente controllato per 24 ore prima del normale uso.

Utilizzo in celle frigorifere

Nel caso in cui il carrello venga utilizzato in celle frigorifere, le batterie agli Ioni di Litio standard consentono di lavorare in ambienti refrigerati per un periodo di tempo limitato. Per l’utilizzo prolungato all’interno di celle frigorifere è necessaria una batteria con l’opzione “riscaldamento”. Ciò consentirà alla batteria di mantenersi calda grazie agli elementi riscaldanti interni.

 

Installazione

Scegliere un'area a basso transito di veicoli o installare delle barriere di protezione per i carrelli posti in carica. Non collocare le aree di ricarica e le aree di parcheggio nelle vie di esodo.

  • Non sistemare il caricabatterie in un ambiente piccolo e chiuso privo di ricambio dell'aria.
  • Evitare di installare le aree di ricarica in ambienti molto polverosi o molto umidi.
  • Il pavimento, le pareti e il soffitto devono essere in materiale ignifugo.
  • I caricabatterie dovrebbero essere fissati saldamente al muro a più di 1,5 m da terra, a una distanza maggiore di 0,3 m dal soffitto e a più di 0,2 m dal caricabatterie più vicino.
  • Non collocare le aree di parcheggio e di ricarica adiacenti a stoccaggi di materiali infiammabili o combustibili.
  • Il carica batterie deve poter essere scollegato dalla rete di alimentazione tramite un interruttore sezionatore possibilmente a “distanza”.

Precauzioni antincendio

 Installare estintori di tipo AVD o a Grafite in posizione accessibile nei pressi dell’area di ricarica o di parcheggio.

  • Dotare l'area di ricarica e di parcheggio di un rilevatore di fumo e incendio.
  • È preferibile installare anche un rubinetto dell’acqua e un tubo flessibile nei pressi dell’area di ricarica e di parcheggio.
  • Se possibile, installare un sistema antincendio a pioggia automatico.
  • Se si rileva un incendio o del fumo sul carrello durante la guida, spegnere il mezzo e allontanarsi dall'area pericolosa, se possibile portare il veicolo all’esterno.
  • Se si rileva un incendio o del fumo durante le operazioni di ricarica del carrello, spegnere il caricabatterie o scollegarlo e allontanarsi dall'area pericolosa, se possibile, portare il veicolo all’esterno.
  • Evitare di inalare il fumo.
  • Evacuare l’area.
  • Chiamare i vigili del fuoco.

Il personale antincendio deve indossare autorespiratori a pressione positiva. Quando bruciano, le batterie a ioni di litio possono produrre fumi tossici contenenti HF, ossidi carbonio, alluminio, litio e cobalto. Può inoltre formarsi penta fluoruro di fosforo, un gas molto tossico, che provoca ustioni a pelle, mucose e occhi e inoltre reagisce violentemente con l'acqua liberando acido fluoridrico (tossico e corrosivo).

Tipologia di estintori da utilizzare 

In caso di incendio in un luogo in cui siano presenti batterie a ioni di Litio, irrorare la zona adiacente con acqua. Se una batteria sta bruciando, l'acqua può non essere in grado di spegnere le fiamme ma raffredda le batterie nelle vicinanze e impedisce il propagarsi dell'incendio. Per estinguere piccoli incendi è preferibile utilizzare sostanze chimiche secche, CO2 o schiuma, ma anche in questo caso potrebbe essere impossibile spegnere una batteria a ioni di litio in fiamme. La batteria in fiamme brucerà completamente le sostanze contenute al suo interno. Possono essere utilizzati anche estintori a grafite (LITH-X), a polvere di rame, a sabbia, a polvere di dolomite, a soda-acido, a dispersione acquosa di vermiculite (AVD); questi materiali agiscono come estinguenti.

 La certificazione UN 38.3 per le batterie

La Certificazione UN 38.3 è obbligatoria per trasportare in sicurezza le batterie per via aerea, via nave o via terra, sia in ambito nazionale che internazionale, e per evitare sanzioni o fermi doganali. Per ottenere la Certificazione UN 38.3, le batterie al Litio devono essere sottoposte ad una serie rigorosa di 8 differenti test, eseguiti da un centro indipendente approvato, per garantire la sicurezza dei pacchi batteria e delle celle durante le fasi di trasporto. I test richiesti dal rapporto di prova ONU 38.3 consistono in:

T1. Test di simulazione di altitudine: Il test simula un’area degli aeromobili non pressurizzata ad un’altitudine di 15.000 metri. La batteria viene sottoposta ad una pressione di 11.6 kPa per più di 6 ore, dopo le quali è necessario soddisfare determinati criteri di perdita di massa, sfiato, smontaggio, rottura o incendio e nessuna tensione entro il 10% della tensione pre-test.

T2. Test termico: La batteria viene conservata per 6 ore a +72° C, seguite da 6 ore a -40° C per un totale di 10 cicli.

T3. Test di vibrazione: Prova durante la quale vengono simulate le vibrazioni che si verificano durante un normale trasporto.

T4. Test shock: Test in cui viene simulato un impatto della batteria, la quale viene sottoposta ad una forte accelerazione.

T5. Test di cortocircuito esterno: Simulazione di un cortocircuito esterno alla cella, in cui i poli vengono cortocircuitati per comprenderne la reazione in caso di incidente.

T6. Test impatto: Questo test è valido solo per le singole celle primarie e secondarie, e sottopone la batteria ad un impatto con un elemento da 9,1 Kg, simulando anche la caduta dell’imballaggio prima del trasporto.

T7. Test di sovraccarico: Viene svolta la simulazione dello stato di sovraccarica di una batteria ricaricabile, in cui viene fornita 24 volte la corrente di carica consigliata dal produttore per la durata di 2 ore. La batteria deve essere successivamente monitorata per 7 giorni in caso di incendio o smontaggio.

T8. Test di scarica forzata: Prova in cui si simula la condizione di scarica forzata della batteria per la sua intera capacità.

CONCLUSIONI

Gli incendi causati dalle batterie agli ioni di Litio sono tra i più impegnativi da spegnere, poiché si innescano reazioni a catena che sviluppano altissime temperature con conseguenti incendi difficilmente estinguibili con gli agenti estinguenti più comuni. Il D.Lgs. 81/2008 che rappresenta il Testo Unico sulla Salute e Sicurezza sul Lavoro, è molto chiaro sugli obblighi previsti dalla legge.

 A fronte di un’accurata valutazione dei rischi specifici per il tipo di attività svolta, è dovere del datore di lavoro “l’eliminazione dei rischi e, ove ciò non sia possibile, la loro riduzione al minimo in relazione alle conoscenze acquisite in base al progresso tecnico“. Inoltre, è obbligo del datore di lavoro “adottare le misure necessarie ai fini della prevenzione incendi e dell’evacuazione dei luoghi di lavoro (…) Tali misure devono essere adeguate alla natura dell’attività, alle dimensioni dell’azienda o dell’unità produttiva, e al numero delle persone presenti”.

Nel caso delle batterie al litio, è necessario quindi, che il datore di lavoro riconosca il pericolo intrinseco derivante dalla loro gestione, e prenda di conseguenza i provvedimenti adeguati alla tutela di operatori, beni aziendali e ambienti di lavoro.

 

Per approfondimenti potete leggere l'interessante studio effettuato dai vigili del fuoco:

https://www.vigilfuoco.it/allegati/biblioteca/RischiConnessiConLoStoccaggioDiSistemiDiAccumuloLitio-Ione.pdf

o al data base degli incidenti avvenuti con le batterie agli ioni di Litio

https://www.vigilfuoco.it/aspx/download_file.aspx?id=28438

 

Dott. Fisico Giovanni Gavelli & Partners

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