Rozvoj elektromobility v České republice

Účelem setkání bylo objasnění úprav, respektive zpřísnění požadavků na požární bezpečnost staveb s ohledem na parkování, garážování, dobíjení elektromobilů i na skladování nových baterií i baterií po skončení jejich životnosti.

Během prvého setkání byly probrány zásady uvedené v metodickém doporučení Ministerstva vnitra – generálního ředitelství HZS ČR z dubna 2021 Požární bezpečnost staveb – elektromobilita.

Uvedený materiál vzešel z již téměř tříletého úsilí nastavit právní rámec problematiky provozu elektrických vozidel, baterií a souvisejících oblastí a vedla k němu skutečnost, že v rámci EU vznikl a začal sílit tlak na používání vozidel k přepravě osob i nákladu atd., která by produkovala co možná nejnižší emise. Výrobci reagovali právě vývojem vozidel poháněných elektřinou z trakčních baterií.

Nejprve šlo o hybridní vozidla, která byla kombinací spalovacích motorů s trakčními bateriemi, poté následovaly tzv. plug-in hybridy, které umí kombinovat jízdu na elektřinu i klasické palivo a které již lze dobíjet u dobíjecích stojanů. U plug-in hybridů bylo sice třeba počítat s výrazně delší dobou dobíjení, ale už byly efektivnější, měly delší dojezd.

Začalo také docházet k prvním souvisejícím mimořádným událostem, kdy při dopravních nehodách nebo při dobíjení (tedy obecně v době provozu těchto vozidel) začalo docházet k ojedinělým požárům, a z pohledu hasičů byla tato oblast identifikována za problematickou. Co když dojde k požáru takovýchto vozidel v podzemních garážích za okolností, které jsou z pohledu požární ochrany obtížně řešitelné?

Vzhledem k tomu, že do dnešního dne ani nejsou vyvinuty takové postupy, které by umožňovaly zlikvidovat požár hořící trakční baterie za srovnatelně krátkou dobu, jako je tomu u požáru vozidla se spalovacím motorem, které využívá fosilní paliva, došlo na odboru prevence generálního ředitelství HZS ČR k ustanovení pracovní skupiny, zaměřené na problematiku elektromobility. Kromě preventistů byly v týmu také zastoupeni další odborníci z řad příslušníků HZS ČR pro oblast výjezdové činnosti (dopravní nehody a taktika hašení požárů vozidel), z oblasti vědy a výzkumu – Technického ústavu požární ochrany a Institutu ochrany obyvatelstva, Lázně Bohdaneč, ale i řada externích odborníků pro oblast elektra, chemie a tvorby norem požární bezpečnosti. Výsledkem téměř roční činnosti této pracovní skupiny byla identifikace hlavních oblastí, které by mohly být potenciálně, zejména z pohledu požární ochrany, rizikové a které je třeba v tomto směru upravit, a to zejména po stránce právních předpisů a také z pohledu zásahové činnosti jako takové.

Na ministerské úrovni poté došlo k ustanovení pracovní skupiny pro elektromobilitu při Výboru pro civilní nouzové plánování, který je stálou pracovní skupinou Bezpečnostní rady státu. Pracovní skupinu vede plk. Ing. Valouch a jsou do ní zapojeny kromě Ministerstva vnitra i Ministerstvo pro místní rozvoj a resorty dopravy, průmyslu a obchodu i životního prostředí.

Byl sestaven harmonogram prací, které mají reagovat na vzniklou situaci jak z pohledu předpisové základny, tak z pohledu vývoje, výroby a provozu elektromobilů, a to po všech stránkách. To znamená i z hlediska vývoje nejefektivnějších způsobů hašení tak, aby bylo co nejúčinnější a nejbezpečnější, a také po stránce vlivu na životní prostředí.

Cílem je do roku 2023 vypracovat závazné podmínky pro dotčené profese. Velmi rychlý vývoj v oblasti elektromobility v Evropské unii v důsledku naplňování tzv. Zelené dohody pro Evropu a z ní vyplývajícího „klimatického balíčku“ zvyšuje tlak ze strany projektantů i zhotovitelů, stavebníků a uživatelů staveb na poskytnutí relevantních informací o zmíněné problematice již teď a nečekat až do roku 2023.Generální ředitelství HZS ČR v dubnu 2021 proto v předstihu vydalo výše uvedené metodické doporučení – Požární bezpečnost staveb – elektromobilita, které je sice obecné a nemá závaznost právních předpisů na to, aby ukládalo povinnosti, ale na základě současného poznání definuje doporučení, čím by se měl projektant v rámci návrhu stavby zabývat a co by neměl opomenout. Jednotlivá ustanovení se netýkají pouze garážování a parkování elektromobilů, ale i nových skladů a úložišť vyřazených trakčních baterií.

Jde o jakési návodné doporučení, čím se má projektant zabývat, kde je částečně reflektováno, že uvedené řešení by mělo být v názorovém souladu s budoucí právní úpravou. Pokud jej projektant nechce akceptovat, pak je na něm, aby prokázal, že jím navržené řešení bude bezpečné. „V současnosti zatím chybí zkušenosti z praxe. Metodický návod proto nabádá, jaké oblasti neopomenout navrhnout a posoudit, i když zatím neuvádí konkrétní řešení, technické parametry, zařízení apod. Výsledný návrh je však na projektantovi, který také vždy odpovídá za to, aby celková úroveň bezpečnosti stavby daného řešení dosahovala požadované kvality,“ upozornil plk. Ing. Valouch.

Problémem některých navrhovatelů staveb i jejich uživatelů je, že předem neuvažují stavební objekty v širších souvislostech, tedy kromě samotných geometrických rozměrů stavby (včetně vlastností užitých materiálů) také vliv stavby na životní prostředí i průběh změn vnějších i vnitřních podmínek v čase. Z pohledu ochrany staveb před požárem je důležité zohlednit v dispozičním řešení staveb a jejich blízkého okolí nejen únikové cesty umožňující v co možná nejkratším čase objekt opustit, ale také přístupové cesty umožňující zasahujícím jednotkám rychlé a efektivní nasazení sil a prostředků. Současně se jedná o volbu materiálů, které odolají požáru po dobu stanovenou pro daný druh stavby. Dnes se projektanti zpravidla dobře orientují ve vlastnostech používaných mate­­riálů i v pravděpodobnosti působení požárního zatížení, a to včetně zatížení požárem při zahoření známých materiálů kapalin i plynů. Do jisté míry neznámou je však průběh požáru trakčních baterií a elektromobilů. „Alfou a omegou celé problematiky elektromobility jsou z pohledu hasičů právě trakční baterie,“ upozornil plk. Mgr. Kramář a upřesnil: „V případě požáru se mohou chovat nevyzpytatelně. Stejný náraz např. při dopravní nehodě, který jednu baterii poškodí způsobem, že se okamžitě rozhoří, naproti tomu jiné baterii na první pohled neublíží. Může však dojít ke vzniku požáru například až za několik dní, výjimečně i týdnů. Je tedy otázkou času, než se vyvine baterie, která bude více rezistentní v případě požáru, respektive nedojde u ní k rozvinutí řetězové reakce při požáru jednotlivých článků. S tím pak velmi úzce souvisí nalezení způsobu efektivního hašení v čase. Dosud je zřejmé, že nikde ve světě neexistuje jednoznačný postup, který by umožňoval rychle uhasit požár trakční baterie, každá z těchto mimořádných událostí je ryze individuální. Hasiči proto používají doporučení výrobců – ve smyslu ochlazovat a izolovat.“

Ve výše uvedeném metodickém doporučení GŘ HZS ČR jsou mimo jiné specifikována rizika, která se objevila s rozvojem elektromobility, a to nad rámec standardních rizik:
■ napětí na svorkách baterie;
■ vysoká energie přenášená při dobíjení;
■ nebezpečí uvolnění toxických plynů při požáru;
■ riziko náhlého vytrysknutí horkého elektrolytu při požáru;
■ kontaminace vody při jejím využití pro hašení;
■ omezený pracovní prostor v podzemních garážích (včetně nízké světlé výšky);
■ malá účinnost hasiva (respektive v současné době nejsou k dispozici speciální hasiva, která by umožňovala účinné uhašení baterií bez rizika jejich opětovného zahoření).

Všechny kroky směřující k úpravě požárních předpisů vyplynuly z použití dobíjecích baterií, které využívají lithium jako základní konstrukční prvek. Lithium patří do skupiny lehkých kovů. V přírodě se nevyskytuje v čisté podobě a při styku s vodou je silně, až bouřlivě reaktivní.

Jako zdroj energie bylo v automobilovém průmyslu použito několik typů baterií. Automobilky například používají baterie Lipon. Do továrny jsou dodávány prvky baterií v ochranných kazetách, se kterými jsou ukládány do speciálního ochranného obalu pod podlahou vozidla. Složení a konstrukce dobíjecích baterií v současnosti převážně používaných jako zdroj elektrické energie pro pohon elektromobilů sestává z katody LiCoO₂ (oxid slitiny kobaltu a lithia), anody z uhlíku C₆, či LiC₆ a elektrolytu, který tvoří lithiová sůl v organickém rozpouštědle.

Z konstrukčního hlediska víme, že požár baterie se od okamžiku prvních viditelných příznaků (kouř) rozvine do plné síly do 30 s, přičemž teplota plamene je vyšší než 1 000 °C.

Iniciací vzniku požáru může být:
■ překročení kapacity baterie při dobíjení;
■ elektrický zkrat uvnitř systému;
■ mechanické poškození, které způsobí vnitřní zkrat;
■ teplota vyšší než cca 80 °C – po dosažení této teploty probíhá již nevratný proces směřující k požáru.

U vozidel jsou baterie uloženy v obalu, který je chrání před mechanickým poškozením a zároveň chrání posádku vozu.

Při hasebním zásahu vůči vozidlu, které je připojeno k dobíjecí stanici, je nutno okamžitě vypnout dobíjení a odpojit nabíjecí kabel od vozidla, jinak hrozí zásah elektrickým proudem o napětí typicky 400 až 600 V. S ohledem na toxické zplodiny hoření je nutno se v uzavřeném prostoru pohybovat pouze s nasazeným dýchacím přístrojem. Doba požáru od zahájení hašení do okamžiku potlačení vnějších projevů požáru může být od jednotek až po desítky minut. Po zvládnutí první etapy požáru je nutno vozidlo vyvézt mimo uzavřený prostor (baterii není možné samovolně odebrat a vyjmout), a to, pokud možno, do 15 minut a následně celý automobil ponořit do speciál­ního kontejneru s vodou, neboť se požár může znovu nekontrolovaně rozhořet, což je způsobeno uvolňováním kyslíku z katody baterie. Reakce může následně probíhat až po dobu několika dnů. Vodu z kontejneru je poté nutno ekologicky zlikvidovat, přičemž likvidace je zpoplatněna, a tak efekt daného hašení je třeba zohlednit i z tohoto pohledu. Zmiňovaných speciálně konstruo­vaných kontejnerů zatím máme jen omezený počet, cca pět kusů pro celou republiku.

Pro vyvezení vozidla z garáží příslušníci HZS ČR vyvinuli speciální podvozek, jenž je použitelný i v garážích s malou světlou výškou.

V případě instalace detektorů požárů v garážích musí být tyto detektory citlivé na zplodiny vznikající při požáru baterií, nebo na teplotu, zpravidla zareagují ovšem až po vzniku požáru. K prvotnímu uhašení vozidla je potřeba cca 1–30 m³ vody. Na toto množství je nutno dimenzovat záchytnou neutralizační jímku vnitřního odvodnění nejen garáží, ale i parkovišť. Při požáru baterií vznikají nejenom plynné zplodiny (například oxid uhelnatý, fluorovodík), ale i ty tekuté, sloučeniny lithia, kobaltu a další. Pokud je v garážích instalováno stabilní hasicí zařízení (tzv. sprinklery), slouží mimo jiné i k ochlazování okolí hořícího vozidla.

Na co se dále zaměřit při navrhování garáží? „Projektant vždy pracuje se záměrem investora,“ upozornila kpt. Ing. Kosíková, „je proto třeba dostatečně komunikovat a přesně zjistit, jaký účel má navrhovaná garáž plnit a pro jaká vozidla, a na základě výsledného záměru se snažit daná rizika eliminovat. Do budoucna je také třeba počítat s tím, že se elektromobilita stane součástí každodenního života, že bude snaha, aby všechna místa v garážích byla vybavena možností dobíjení – bude tedy nutno se technicky připravit i na tuto variantu“.

Závěr

Co se týká budoucího vývoje, lze předpokládat, že trend elektromobility bude jednoznačně vzestupný. Souvisí to mimo jiné i s tím, že Národní akční plán čisté mobility předpokládá, že by v příštích letech mělo po českých silnicích jezdit stále více elek­tromobilů a vozidel s kombinací různých alternativních paliv.

Podrobně jsou podmínky i omezení pro stavební objekty určené pro výrobu a skladování baterií pro elektromobily a manipulaci s nimi i prostory pro parkování a dobíjení elektromobilů v budovách specifikovány v dokumentu Požární bezpečnost staveb – elektromobilita.

V tomto článku, jenž vznikl na základě diskuse s příslušníky generálního ředitelství HZS ČR i Technického ústavu požární ochrany, jsou uvedeny některé skutečnosti, které osvětlují problematiku vzniku požáru i způsobu hašení a likvidace požáru elektromobilů z pohledu projektantů a uživatelů staveb. Ty je možno shrnout do následujících bodů:
■ garáže pro parkování vozidel musí mít pevnou podlahu, nejlépe odkanalizovanou do záchytné jímky;
■ elektromobily není vhodné umísťovat do garáží s transportem vozidel výtahy, parkovací stání by mělo umožňovat přímý vjezd jednotky požární ochrany a bezbariérové vyvezení požárem zasaženého vozidla;
■ před zahájením hasebních prací je nutno vypnout dobíjecí stanici a odpojit vozidlo od nabíjecího kabelu – hrozí zásah elektrickým proudem o napětí typicky 400 až 600 V;
■ požární odolnost stavebních konstrukcí musí zohlednit vysokou teplotu plamene při hoření vozidla či skladovaných baterií;
■ vzduchotechnická zařízení by měla být posouzena mimo jiné i na chemické zplodiny hoření i vysokou teplotu v místě požáru;
■ zplodiny hoření uvolňované při požáru jsou toxické a mohou mít negativní dopad na osoby, stavební konstrukce i životní prostředí.

Z hlediska vlivu na životní prostředí má požár lithiových baterií výrazněji negativnější dopady než požár automobilů na klasická či alternativní plynná paliva.

Samozřejmě dále pokračuje vývoj bateriových článků – jak po stránce kapacitní, tak i bezpečnostní. „Z tohoto pohledu je mimo jiné důležitou otázkou, jaké typy baterií budou v budoucnu převažovat,“ poukázal plk. Ing. Suchý, Ph.D., a upřesnil: „Pozorujeme sice tlak na to, aby baterie byly bezpečné, ale na druhou stranu lze říct, že čím má baterie větší kapacitu, a je tedy výkonnější, tím je potenciálně nebezpečnější. Je tedy třeba najít optimální průnik bezpečnosti a technických parametrů. Vývoj elektromobilů totiž začíná být opravdu dynamický, snahou výrobců baterií i elektrovozidel je prodloužení doby jejich dojezdu na jedno dobití a také zrychlení dobití baterie.“ Nelze však říci, že by stejně dynamicky pokračoval vývoj hasebních postupů a technických prostředků pro zvládnutí likvidace případných požárů. Je tedy nutno reagovat zejména v oblasti požární prevence, respektive zpracováním příslušných normativů takovým způsobem, aby na jedné straně v případě požáru elektromobilu bylo omezeno šíření takovéhoto požáru, avšak na druhé straně aby byly připraveny postupy pro zvládnutí nejvíce rizikové varianty požáru, což se samozřejmě musí promítnout při navrhování staveb, respektive při zpracování požárněbezpečnostního řešení.