Le tecnologie moderne richiedono soluzioni specifiche nel settore della protezione antincendio. Le batterie agli ioni di litio, impiegate in modo stazionario negli edifici o nei veicoli elettrici, presentano criticità rilevanti sotto il profilo della sicurezza.
Con il crescente utilizzo di sistemi di accumulo energetico decentralizzati, ad esempio sotto forma di batterie domestiche abbinate a impianti fotovoltaici o di grandi sistemi stazionari di accumulo, aumenta la rilevanza degli aspetti di prevenzione incendi. Le batterie agli ioni di litio presentano un potenziale di rischio caratteristico, legato in modo sostanziale alla loro struttura chimica e al comportamento termoreattivo.
L’elettrolita è il componente della batteria che consente il trasporto degli ioni tra anodo e catodo. Nelle batterie agli ioni di litio l’elettrolita è generalmente costituito da un sale di litio (ad es. esafluorofosfato di litio, LiPF₆) disciolto in una miscela di solventi organici. Tali solventi sono per lo più carbonati, quali carbonato di etilene, carbonato di dimetile o carbonato di dietile.
Perché una batteria agli ioni di litio può incendiarsi?
I solventi organici impiegati sono, dal punto di vista chimico, liquidi infiammabili, paragonabili a solventi facilmente combustibili. Essi contengono composti carbonio-idrogeno ad alto contenuto energetico. In caso di forte surriscaldamento, danneggiamento o cortocircuito interno, la temperatura interna della batteria aumenta rapidamente. A partire da circa 70–120 °C iniziano reazioni di decomposizione che generano gas infiammabili quali metano, etene, idrogeno e monossido di carbonio. Al raggiungimento della temperatura di accensione o in presenza di una scintilla, tali gas si infiammano e, indirettamente, si incendia anche l’elettrolita vaporizzato.
L’anodo è generalmente costituito da grafite. La grafite è difficilmente infiammabile a temperatura ambiente, ma a temperature elevate può ossidarsi e contribuire al rilascio di calore.
Il catodo contiene ossidi metallici quali ossido di litio-nichel-manganese-cobalto oppure litio-ferro-fosfato. Alcuni materiali catodici – in particolare quelli ricchi di nichel o cobalto – possono rilasciare ossigeno a temperature elevate. Tale ossigeno agisce come comburente interno, alimentando la combustione anche in presenza di limitato apporto d’aria esterna.
Il separatore, una sottile membrana plastica tra anodo e catodo, è generalmente costituito da polietilene o polipropilene. Questi materiali sono combustibili e, fondendo per effetto del calore, possono favorire cortocircuiti interni.
Anche l’involucro esterno, nonché plastiche interne e isolamenti dei cavi, possono contribuire all’incendio.
Gas di incendio e pericoli per la salute
In caso di incendio non si sviluppano solo fiamme, ma vengono rilasciati gas di combustione complessi e nocivi per la salute. Già prima dell’innesco può verificarsi, a seguito di sollecitazioni termiche o danni meccanici, un degassamento con emissione di gas infiammabili ed esplosivi quali metano, etene o monossido di carbonio.
Tali gas tendono ad accumularsi in prossimità del suolo e, qualora raggiungano concentrazioni sufficienti in miscela con l’aria, possono formare atmosfere esplosive.
Thermal Runaway (fuga termica)
Un rischio fondamentale è rappresentato dalla cosiddetta fuga termica (“thermal runaway”) di una cella: una volta raggiunta una temperatura critica, la temperatura della cella aumenta in tempi brevissimi a causa di reazioni esotermiche autoalimentate (reazioni a catena). L’elettrolita evapora progressivamente con l’aumentare della temperatura, determinando un continuo incremento della pressione interna.
Questi processi rilasciano grandi quantità di calore e ossigeno e possono generare miscele aria-gas esplosive. Inoltre favoriscono la propagazione rapida dell’evento da una cella alle celle adiacenti. Un singolo runaway può, per irraggiamento termico o fuoriuscita di gas, innescare una reazione a catena che coinvolge più celle, fino a provocare un incendio di vasta entità in un sistema di accumulo energetico, con sviluppo di temperature molto elevate.
I prodotti della decomposizione sono molteplici: oltre ai gas infiammabili si sviluppano vapori organici e particolato carbonioso (fuliggine), con rischi significativi per la salute e conseguenti elevate esigenze in termini di protezione respiratoria e dispositivi di protezione individuale.
Le operazioni di spegnimento risultano pertanto complesse sotto il profilo tattico e richiedono indumenti protettivi e autorespiratori idonei a garantire protezione sia dal calore sia dai rischi chimici.
Strategia di intervento
La tattica di intervento negli incendi che coinvolgono sistemi di accumulo agli ioni di litio si differenzia in modo significativo rispetto agli incendi “classici” in edifici. Le principali criticità consistono nel controllo della dinamica termica e della propagazione delle reazioni interne, nonché nella gestione dei rischi derivanti da gas e fumi.
Già ai primi segnali di sollecitazione termica – ad esempio un aumento della temperatura dell’involucro superiore a 1 K al minuto o una temperatura superficiale oltre i 60 °C – devono essere adottate immediatamente efficaci misure di raffreddamento per prevenire la propagazione della fuga termica.
Le contromisure si basano su due pilastri: rilevazione precoce e contenimento tempestivo. Un sistema di gestione della batteria (BMS) efficiente monitora la temperatura delle celle e lo stato di carica, al fine di prevenire sovraccarichi e surriscaldamenti. Anche il rilascio di gas elettrolitici può fungere da indicatore precoce di un runaway imminente, consentendo l’attivazione automatica di sistemi di protezione e spegnimento.
Negli impianti stazionari si impiegano spesso rivelatori di fumo ad aspirazione per l’individuazione precoce di gas elettrolitici e gas di combustione, nonché impianti di spegnimento a gas inerte (ad es. saturazione con azoto), che riducono la concentrazione di ossigeno e limitano la propagazione del fenomeno ad altre celle.
Il rapido allagamento del locale riduce inoltre la formazione di grandi miscele esplosive e limita incendi secondari o riaccensioni.
Mezzi di estinzione
L’acqua rappresenta il mezzo estinguente primario, in quanto non solo spegne le fiamme ma, soprattutto, raffredda la batteria rallentando la decomposizione chimica. Tuttavia, la completa penetrazione dell’acqua in moduli complessi non è sempre garantita; pertanto possono essere valutate misure integrative quali l’impiego di schiume antincendio o additivi specifici.
Devono essere utilizzati esclusivamente estintori idonei contenenti agenti con elevato effetto refrigerante. Sono particolarmente indicati estintori ad acqua e a schiuma (AFFF o schiume polivalenti resistenti agli alcoli – AR-AFFF), che oltre all’azione di raffreddamento formano una pellicola soffocante sul materiale incendiato.
Non sono invece idonei e pertanto non ammessi estintori a polvere ABC o BC, polveri per metalli o anidride carbonica (CO₂), in quanto privi di adeguato effetto refrigerante.
L’efficacia raffreddante dell’acqua può essere incrementata abbassandone il punto di ebollizione mediante specifici additivi. In tal modo l’acqua passa allo stato gassoso a temperature inferiori, sottraendo più rapidamente calore al focolaio.
Già con un’aggiunta fino al 3 % di additivi quali F-500, l’acqua può evaporare a circa 70 °C. La precoce vaporizzazione genera un’intensa formazione di vapore direttamente sul focolaio. Il passaggio di fase da acqua a vapore richiede energia, che viene sottratta sotto forma di calore al materiale incandescente o in combustione. La temperatura del materiale scende rapidamente al di sotto della temperatura di accensione o di pirolisi.
Oltre all’effetto di raffreddamento, ciò contribuisce a limitare la propagazione dell’incendio, riducendo il rischio di riaccensione e la decomposizione termica dei materiali combustibili. Ne consegue una minore produzione di gas tossici e particolato, con benefici sia per l’efficacia dell’intervento sia per la sicurezza degli operatori e delle persone coinvolte.
Ventilazione e protezione contro le esplosioni
Un aspetto centrale è la corretta ventilazione tecnica dei locali contenenti sistemi di accumulo, ai fini della gestione dei gas di combustione e della prevenzione delle esplosioni. Poiché gas infiammabili possono essere rilasciati anche prima dell’innesco, è indispensabile garantire un’adeguata ventilazione meccanica.
I locali con pericolo di esplosione devono essere classificati e segnalati conformemente alle norme tecniche vigenti e riportati nel piano di emergenza antincendio.
Misure preventive
La riduzione del rischio deve iniziare già in fase preventiva. Batterie e sistemi di accumulo non devono essere aperti o modificati in modo incontrollato durante un intervento, poiché ciò può comportare il rilascio di elettrolita e gas infiammabili. È pertanto essenziale un approccio coordinato e il coinvolgimento di esperti qualificati in ambito elettrotecnico.
La protezione antincendio inizia ben prima dell’evento. Oltre a misure costruttive e organizzative – quali il corretto posizionamento dei sistemi di accumulo, la predisposizione di sistemi di raffreddamento e ventilazione e l’implementazione di sistemi di allarme e rilevazione – anche i risultati dei più recenti progetti di ricerca confluiscono nella pratica applicativa.
Bibliografia:
[1] Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung: “Brandschutz beim Umgang mit Lithium-Ionen-Batterien”, Berlino 2024
[2] Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (TWB) della Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes e.V.: “Erkenntnisse zu Batteriespeicheranlagen mit Lithium-Ionen-Batterien”, Münster 2025
[3] Circolare dei Vigili del Fuoco n. 21021 del 23 dicembre 2024: Linee guida antincendio per sistemi di accumulo di energia elettrica
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