Rischi connessi con lo stoccaggio di sistemi di accumulo litio-ione

VVF, 21.01.2020

La pubblicazione “Rischi connessi con lo stoccaggio di sistemi di accumulo litio-ione” è il primo studio completo disponibile in Italia sulla sicurezza degli accumulatori e pile al litio, il cui pregio fondamentale è quello di aver inquadrato a tutto tondo le problematiche di gestione in sicurezza, lungo tutto il ciclo di vita, di queste nuove tecnologie ampiamente utilizzate nell’elettronica di consumo, nei veicoli elettrici e per lo stoccaggio di energia prodotta da fonti rinnovabili.

La pubblicazione  è accompagnata da un Data Base incidentale sviluppato da ENEA che raccoglie una porzione della casistica incidentale reperibile da fonti internazionali e che sarà utilizzata dal Corpo Nazionale per la formazione del proprio personale, la registrazione dei dati di intervento effettuati sul territorio italiano, l’implementazione con notizie di incidente a livello internazionale, l'attivazione di procedure di prevenzione dei rischi e di gestione degli interventi.

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Questo documento è il frutto delle attività svolte dal GDL e costituisce uno studio di base sulle problematiche di sicurezza dello stoccaggio dei sistemi di accumulo realizzati con tecnologie al litio, laddove con il termine “stoccaggio” si è deciso di individuare: le attività connesse alla logistica (stoccaggio passivo) nelle quali lo stato di carica degli accumulatori è al massimo pari al 30% del SOC (state of charge) oppure è pari al 100% nel caso di pile al litio e le batterie non sono sottoposte a cicli di carica e scarica; le attività nelle quali, per i soli accumulatori, le batterie sono soggette a cicli di carica e scarica (stoccaggio attivo).

A titolo non esaustivo, sono stati identificati i seguenti ambiti:

1. Stoccaggio passivo
a. Operazioni di deposito temporaneo presso: produttori di pile al litio celle litio-ione; assemblatori di batterie; importatori di celle, batterie ed elettronica di consumo; rivenditori; interporti e catena logistica; gestori della filiera dei rifiuti di pile, batterie e rifiuti elettronici (RAEE);
b. manutenzione di dispositivi elettronici e di veicoli;
c. produzione e vendita di veicoli elettrici
2. Stoccaggio Attivo
a. Sistemi di stoccaggio dell’energia elettrica (ESS) ad uso industriale e domestico
b. Locali di ricarica di veicoli elettrici
c. Autorimesse e box nei quali vengono custoditi veicoli elettrici

Lo studio è suddiviso in sette capitoli nei quali vengono descritte le tecnologie al litio, incluse le norme applicabili, l’individuazione delle sostanze chimiche che le costituiscono, la loro classificazione ed etichettatura ai sensi del regolamento REACH, le dinamiche di guasto e le evoluzioni incidentali. Un capitolo è dedicato alla ampia casistica incidentale disponibile a livello internazionale, alla esposizione della struttura di un data base incidentale e la predisposizione di una bozza in formato elettronico, alle pratiche di prevenzione e protezione adottate a livello internazionale, sia a livello di politiche degli enti pubblici che a livello delle organizzazioni degli esperti di gestione incendi. Il secondo capitolo è dedicato alla caratterizzazione dello scenario del runaway dei sistemi litio ione, considerato come il caso di incidente in quanto, in tali condizioni, vengono rilasciate la massima quantità di energia e di materia disponibili. Nel capitolo cinque, vengono esaminati gli aspetti normativi relativi allo stoccaggio passivo e al trasporto delle batterie al litio, e vengono esaminati gli aspetti di rischio connessi alla gestione della filiera dei rifiuti. Nel capitolo sei si tratta la materia della prevenzione e protezione dei rischi, valutando il contributo dei dispositivi esistenti a livello di batteria/dispositivi utilizzatori (quali il BMS) che le tecniche di protezione passiva e di protezione attiva attuabili all’interno degli stoccaggi. Lo studio si conclude con un capitolo dedicato alla modellazione su container e sperimentazione su scala reale, frutto delle attività svolte dall’Università “Sapienza” in collaborazione con il corpo Nazionale dei vigili del fuoco.

Generalità sugli stoccaggi

Come precisato nei capitoli 1 e 5 B, le batterie al litio, pile e accumulatori, e gli apparecchi utilizzatori che le contengono, a livello internazionale sono definite “merci pericolose” e, pertanto, sono sottoposte alle norme internazionali applicabili al trasporto di merci pericolose lungo il loro intero ciclo di vita. Vale a dire: dal sito di produzione fino al conferimento dei rifiuti e alla loro gestione come tali, fino agli impianti di riciclo.

Lo stoccaggio di merci pericolose è sottoposto, in relazione alle quantità e alle tipologie di merce, alle norme giuridiche di tutela ambientale (TU Ambiente), di tutela dei lavoratori addetti (D.Lgs. 81/08 e smi), di prevenzione del rischio incendio (Attività soggette) e di prevenzione dei rischi di incidente rilevante (Direttiva Seveso III). In tutti questi casi, la prevenzione dei rischi è affidata alla individuazione sistematica dei pericoli e alla loro gestione, tra cui le misure necessarie per la prevenzione delle incompatibilità chimico-fisiche con sostanze, miscele o articoli, che possono portare ad aggravamenti del rischio.

Lo studio condotto sullo stoccaggio di batterie al litio ha consentito di individuare i pericoli di questa tecnologia, ma necessita ulteriori approfondimenti sulle incompatibilità di natura chimica.

Per le pile al litio metallico, sebbene siano sigillate, la presenza di tale elemento impone la prevenzione del contatto con l’acqua o la gestione in ambienti troppo umidi o che sottopongano a stress meccanico o chimico le sigillature, questione questa da risolvere attraverso la scienza dei materiali.

Per gli accumulatori al litio, lungo tutto il ciclo di vita, vanno individuate le cause esterne di natura chimica e fisica che possono portare alla perdita di sigillatura ovvero alla perdita dell’integrità dei contenitori di celle e batterie, e le condizioni di incompatibilità chimica.

Considerando la composizione chimica di questi sistemi, l’abuso termico è ciò che va evitato per primo: vanno quindi gestite correttamente sia la prossimità con materiali che possono incendiarsi (sostanze infiammabili o combustibili) o provocare incendi (agenti ossidanti), che l’esposizione ad alta temperatura o a condizioni di irraggiamento termico ambientale che producono accumulo di calore all’interno o sulle superfici dei sistemi litio-ione.

La differenza tra stoccaggio passivo e stoccaggio attivo consente di individuare un aggravamento del rischio collegato ai cicli di carica e scarica, alla maggiore quantità di energia elettrica immagazzinata come energia chimica e al cambiamento della composizione chimica in funzione di parametri elettrici, quali, ad esempio, stato di carica, e velocità di carica/scarica, come pure del normale processo di invecchiamento e di impurezze eventualmente presenti “ab origine” che, nel tempo, possono condurre a invecchiamento precoce o innescare reazioni non desiderate portando il sistema di accumulo nel campo della instabilità chimico-fisica.

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Fonte: VVF

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