Le nuove frontiere dell’antincendio: gli incendi causati dalle batterie a ioni di litio.

L’ormai inarrestabile diffusione esponenziale dell’utilizzo di batterie agli ioni di litio in vari settori tecnologici di avanguardia (dai computer ai robot, dalle macchine elettriche a quelle ibride, ecc.) e la conseguente variazione delle valutazioni di rischio d’incendio derivanti da questa nuova tipologia di batterie, con un crescente numero di incendi causati, ha indotto il Corpo Nazionale dei Vigili del fuoco ad affrontare il tema con lo studio approfondito del fenomeno “incendi derivanti dall’utilizzo di batterie agli ioni di litio”, unitamente ad altre istituzioni quali ENEA ed Università di Roma “La Sapienza”, elaborando una linea guida ad hoc.

Da quando esiste l’uomo, il fuoco è sempre stato l’elemento che ha, di fatto, consentito il progresso e l’evoluzione dell’umanità stessa. Il fuoco è la risultante di molte reazioni chimiche esotermiche che governano gran parte dei processi industriali produttivi ed è anche la risultante delle combustioni necessarie a produrre ed immagazzinare l’energia necessaria, oggi più che mai, per accompagnare il rapido e tumultuoso progresso tecnologico del quale siamo tutti testimoni in questi ultimi decenni. L’uomo ha dovuto imparare a “governare” gran parte di quei processi di combustione che consentono la produzione e l’immagazzinamento dell’energia indispensabile per la vita della civiltà moderna. Ma non sempre, per l’uomo, è possibile prevedere e prevenire alcune degenerazioni conseguenti alle trasformazioni di energia, trasformazioni che finiscono sempre nel produrre calore, che è la forma più degradata che accompagna le trasformazioni di energia predette. “Calore” significa “temperatura” e “temperatura”, in presenza di sostanze combustibili (in natura tutto è combustibile) e di comburente (l’ossigeno contenuto nell’aria) provoca sovente le condizioni affinché si sviluppi un incendio. Questa premessa è per dire che l’uomo non può fare a meno del fuoco e di chi interviene per estinguerlo quando il fuoco si sviluppa in condizioni ed in ambienti non facilmente gestibili per l’uomo stesso, tenuto conto che il progresso tecnologico propone sempre nuove combinazioni di processi chimico-fisici che comportano la necessità di nuove conoscenze anche nel mondo dell’estinzione degli incendi.

Gli accumulatori costituiti da batterie agli ioni di litio

Tutto questo preambolo è necessario per introdurre una nuova realtà che sta rapidamente emergendo nel mondo dell’estinzione degli incendi ed è la realtà conseguente all’ormai massiccio uso di accumulatori costituiti da batterie agli ioni di litio. Tale uso, ormai largamente diffuso, e la conseguente crescita esponenziale di incendi causati da questa tipologia di batterie agli ioni di litio, soprattutto nella fase di ricarica, ha indotto il Corpo Nazionale dei Vigili del fuoco, in sinergia con altre istituzioni competenti nel settore della ricerca, ad attivare una serie di studi finalizzati ad esaminare ed approfondire tale tipologia di utilizzo e, soprattutto, ad individuare efficaci sistemi di prevenzione e di estinzione per gli eventuali fenomeni degenerativi collegati ai procedimenti chimico-fisici che caratterizzano i sistemi di accumulazione di energia a base di ioni di litio. Basterebbe consultare le recenti statistiche sulle varie tipologie di incendi, anche interrogando semplicemente il sito ufficiale dei Vigili del fuoco (www.vigilfuoco.it), per scoprire che la frequenza e la gravità di eventi di incendio, causati dalle batterie agli ioni di litio, soprattutto in fase di ricarica, è talmente elevata da rappresentare una vera e propria emergenza nazionale, al punto tale di avere già indotto il Ministero dell’Interno/Corpo Nazionale dei Vigili del fuoco ad emanare un Decreto (Il Decreto del Capo del Corpo Nazionale dei Vigili del fuoco, ing. Dattilo, n. 34 del 29 gennaio 2019) con il quale si istituisce un Gruppo di Lavoro (GdL) per la “Valutazione dei rischi connessi con lo stoccaggio dei sistemi di accumulo innovativi (batterie agli ioni di litio, polimeri di litio, litio metallico, ecc.) e predisposizione di specifiche misure di prevenzione, protezione e gestionali per il contrasto del rischio d’incendio ed esplosione che può interessare il medesimo stoccaggio”; il GdL, coordinato da un Dirigente del Corpo Nazionale dei Vigili del fuoco, e del quale hanno fatto parte, tra gli altri, alcuni ricercatori dell’ENEA e docenti dell’Università di Roma “La Sapienza”, ha elaborato uno studio/linea guida, di ben 586 pagine, suddiviso in 7 capitoli, uno dei quali si occupa proprio dell’ampia casistica incidentale disponibile a livello internazionale. (https://www.vigilfuoco.it/allegati/biblioteca/RischiConnessiConLoStoccaggioDiSistemiDiAccumuloLitio-Ione.pdf).

La ricerca di soluzioni adeguate per la prevenzione e lo spegnimento

La più che ricca casistica di incendi ed esplosioni causati dagli “accumulatori litio-ione”, di cui si è già occupata anche la letteratura specialistica internazionale, ha fatto sì che molti operatori del settore antincendio si siano attivati per trovare soluzioni adeguate sia nelle prevenzione che nello spegnimento degli incendi, sempre più diffusi, causati dagli accumulatori litio-ione, la cui diffusione, si ripete, ha raggiunto livelli imprevedibili, visto il largo uso che ormai se ne fa in tutti i luoghi di lavoro e nelle abitazioni domestiche, oltre che nelle vetture ibride ed a trazione elettrica.

Il dispositivo PTC

Sarebbe interessante, ma in questa sede non è possibile, approfondire proprio l’evoluzione tecnologica che è avvenuta a partire da quando, nel 1991, la Sony immise nel mercato le prime batterie a ioni di litio con catodo in cobaltite, determinando, di fatto, una rivoluzione dell’elettronica di consumo, ma non si può, tuttavia, non sottolineare come, ancor oggi, gli attuali accumulatori agli ioni di litio presentino alcuni punti deboli che, oggi, sono tenuti sotto controllo dai sistemi elettronici di gestione e controllo (cosiddetti BMS), dai dispositivi di sicurezza presenti a bordo cella (come il CID-Current Interruction Device oppure il PTC-Positive Temperature Coefficient expansion device) e dal dispositivo di venting: si evidenzia che, nelle apparecchiature di vecchia fabbricazione (robot, computer, ecc.), non era ancora presente il dispositivo PTC sopra indicato, reso oggi obbligatorio (viene esplicitamente richiesto dalla normativa ai produttori che utilizzano accumulatori agli ioni di litio): questo per sottolineare che la criticità di un sistema di accumulatori litio-ione, senza il dispositivo PTC, è elevatissima e può essere, probabilisticamente parlando, la causa originaria di molti incendi…..tant’è che se ne sono occupati sia i Vigili del fuoco che i ricercatori dell’ENEA e l’Università di Roma “La Sapienza”.

La criticità di un sistema di accumulatori litio-ione, senza il dispositivo PTC, è elevatissima e può essere, probabilisticamente parlando, la causa originaria di molti incendi.

Lo studio del CNVVF, con la collaborazione di ENEA e Università degli Studi di Roma

Lo studio/linea guida, svolto dal Corpo Nazionale dei Vigili del fuoco con la collaborazione di ENEA e Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, supportato da sperimentazioni eseguite presso il Centro di Ricerche Casaccia (Roma) ha riguardato proprio le criticità sopra indicate; in sostanza, le batterie a ioni di litio vengono immesse in commercio corredate di specifiche tecniche nelle quali il produttore definisce, tra l’altro, la cosiddetta finestra operativa, ovvero il campo di temperature (T) e tensione (V) all’interno del quale si può operare in sicurezza; all’esterno di questo campo si entra in quello delle condizioni di “abuso” ( termico, elettrico e meccanico) che possono evolvere in tre tipologie di eventi indesiderati e cioè il rigonfiamento della cella (swelling), l’emissione di gas e vapori dal dispositivo di sfogo (venting) e l’innesco di reazioni auto catalitiche (thermal runaway) con rapido aumento della temperatura e della pressione per formazione di composti a basso peso molecolare, tra i quali CO e H2, con conseguente incendio o esplosione (in analisi del rischio si definisce “worst case”).

La rigorosa comparazione tecnicoscientifica tra le proposte di estinguenti

In conseguenza di tutto quanto sopra rappresentato, il mondo dell’antincendio si è attivato per trovare soluzioni idonee ed efficaci finalizzate a fronteggiare lo sviluppo di incendi causati dall’utilizzo di batterie agli ioni di litio, tenendo conto che tutti gli estinguenti tradizionali (acqua, biossido di carbonio, polvere, schiuma) non sembrano risultare efficaci su tali tipologie di incendi. Del resto, è del tutto evidente che un incendio che interessa gli ioni di litio, non è catalogabile nelle classi di fuoco tradizionali e neanche nella classe “D” (fuoco di metalli), poiché gli ioni di litio, sono “ioni” e non metallo: è quindi partita la “corsa” della ricerca ad individuare, provare e sperimentare nuove tipologie di estinguenti, specifiche per questa nuova frontiera degli incendi. In questa fase, bisognerà essere molto attenti e rigorosi nello sperimentare la reale efficacia dei nuovi estinguenti su scenari di incendio realmente ipotizzabili e ripetibili in prove su scala reale da predisporre ed effettuare in campi prove affidabili e credibili, auspicabilmente con la supervisione del Corpo Nazionale dei Vigili del fuoco. Sarà indispensabile predisporre e verificare una rigorosa comparazione tecnico-scientifica tra le varie proposte di estinguenti che, inevitabilmente, saranno presentati dai produttori del settore, nella legittima aspirazione di ricavarsi ed accaparrarsi una parte di questa nuova frontiera dell’antincendio. È auspicabile che il Corpo Nazionale dei Vigili del
fuoco, dopo aver approfondito la tematica con lo studio svolto in collaborazione con Enea ed Università
di Roma “La Sapienza”, di cui sopra, coordini e diriga la fase sperimentale necessaria ad individuare la reale efficacia dei nuovi estinguenti che già vengono proposti dall’industria di settore, anche al fine di evitare la proliferazione di soluzioni palliative ed inefficaci che sempre caratterizzano le fasi iniziali delle nuove ricerche specifiche di settore.

Fonte: Articolo a cura di Sandro Marinelli epc.it