ＵＳＣＧ研究中心警告：海上鋰離子火災危險

隨著海運業加速向電氣化發展，美國海岸警衛隊研究與發展中心（RDC）發出警告：鋰離子電池——同樣的技術推動著全球向混合動力和全電動船舶的轉變——在出現問題時將構成獨特且不斷發展的威脅。2025年4月發布的白皮書《海上環境中的鋰電池火災隱患》列出了海上鋰電池火災的風險、消防挑戰和事故後危險，並為船舶運營商、應急人員和監管機構提供了具體建議。
不斷增長的船用電池現象
根據RDC引用的船級社數據，全球電池動力船舶船隊已從2017年的142艘擴大到2024年的1000多艘，到2027年還將有近1600艘新船訂購。混合動力和全電動船舶現在包括渡輪、工作船、近海支援船，甚至是採用混合動力系統進行調峰或輔助動力的深吃水船舶。
與此同時，渡輪和滾裝船越來越多地運輸電動汽車和微型行動裝置，如電動自行車和踏板車——每一種都攜帶高能鋰電池，可能會進入熱失控狀態，這是一種自我加速的化學連鎖反應，導致火災或爆炸。
了解風險
鋰離子電池在海上電氣化領域佔據主導地位，約佔已安裝儲能系統的99%。它們的吸引力在於非凡的能量密度和性能——但同樣的能量，如果不受控制，就會變成可怕的危險。
當內部產生的熱量超過細胞自身冷卻的能力時，就會發生熱失控。一旦由於過度充電、機械損壞或製造缺陷而觸發，溫度可能飆升至1800華氏度（982攝氏度）以上。電解液材料分解並釋放可燃氣體，可能點燃或爆炸，特別是在密閉的船艙內。RDC指出，唯一經過驗證的停止這一過程的方法是快速散熱或通風，將細胞冷卻到失控閾值以下。
火災行為和氣體產生
電池火災的表現與傳統燃料或貨物火災不同。RDC指出，鋰離子火災可能具有噴射狀火焰、飛濺碎片和零星爆炸的特徵。分解電解質可以產生超過2700°F（1500°C）的火焰射流，一些電池化學物質甚至可以產生氧氣，在沒有外部空氣的情況下維持燃燒。
更危險的是，大型電池系統會釋放大量有毒和可燃氣體。對於一艘擁有1050千瓦時電池組的渡輪，海岸警衛隊估計，完全的熱失控可能產生100到150立方英尺的排放氣體，即熱失控排放氣體（TREG）。其中大約三分之一是可燃物，包括氫、甲烷、丙烷和乙烯；其餘的包括有毒氣體，如一氧化碳、二氧化碳和氟化氫。在封閉空間中，點火會產生超過100 psi的壓力，足以使艙壁或安全殼破裂。
看不見的危險：有毒和顆粒危害
除了火焰之外，鋰電池火災產生的氣體和微粒還會對職業造成嚴重危害。RDC發現，有毒氣體通常佔總排放量的60-70%，氟化氫和一氧化碳的含量超過了國家職業安全與健康研究所的「立即危及生命或健康」閾值。
細顆粒和超細顆粒-許多小於2.5微米-攜帶金屬，如鎳，錳，鈷和鋰，以及有機化合物和氟離子。這些顆粒可以懸浮在空氣中，附著在設備上，並滲入通風系統，對工作人員、檢查人員和清理小組構成長期汙染風險。
撲滅鋰離子火災
傳統的船上消防方法對鋰離子火災的效果有限。由於反應是自熱自維持的，因此僅撲滅表面火焰可能無法防止細胞內的重新點燃。
海岸警衛隊的審查發現，大量的水或低膨脹泡沫仍然是最有效的工具——不是因為它們在化學上抑制燃燒，而是因為它們提供冷卻，可以中斷細胞之間的熱傳播。美國國家消防協會（National Fire Protection Association）建議，保護電動汽車停放區域的噴水滅火系統的水密度應增加33%。
然而，救援人員必須權衡水的導電性及其引發觸電或二次短路的可能性。水還可以與LiPF?等鋰鹽反應，釋放出額外的氟化氫氣體。
替代劑，如水基蛭石分散劑和F-500封裝劑，可能在小規模事故或作為初始抑制工具方面有一定的應用，但RDC警告說，它們的冷卻能力可能不足以用於大型、高能的船舶系統。
專門的設備，包括能夠直接向電池模塊注入冷卻水的高壓切割滅火器，以及設計用於遏制電動自行車或電動汽車噴射火焰的防火毯，可以幫助隔離和延遲火災蔓延，但不應被視為獨立的解決方案。
火災之後：持續和隱藏的危險
即使火焰熄滅，鋰電池仍然很危險。受損的細胞可能在火災發生後數小時甚至數周內經歷延遲的熱失控。RDC敦促工作人員使用紅外攝像機或熱探頭監測受影響電池的膨脹、嘶嘶或溫度升高等跡象。
汙染是另一個嚴重的問題。有毒殘留物和微粒會沉澱在甲板表面、消防設備上，甚至在徑流水中。RDC引用的一項研究發現，在暴露於電池火災煙霧後，消防員防護服上的甲醛含量超過了安全皮膚接觸閾值的十倍以上。在消防徑流中還發現了鈷和鎳等金屬，以及電解質中的有機碳酸鹽，從而引發了職業和環境安全問題。
由於存在這些風險，在鋰電池事故中使用的所有個人防護裝備（PPE）都應被視為危險廢物，並強烈建議採用二氧化碳乾洗等淨化方案。
海岸警衛隊的建議
考慮到電池技術在船舶和貨物運輸中的廣泛應用，RDC提出了一些明確的建議：
提高認識和培訓
可能遇到鋰離子火災的人員——包括船員、海岸警衛隊響應者和商業打撈操作員——應該熟悉報告中概述的獨特危險。混合動力和全電動船舶船員應接受系統供應商或船級社提供的專門的電池火災培訓。載有電動汽車的渡輪和滾裝船的經營者應參考現有的最佳實踐指南，例如美國船級社的《船上運輸電動汽車的最佳實踐》。
修改應對策略
在到達現場之前，如果涉及鋰電池，應通知搜救（SAR）單位。傳統的戰術，如從下風接近或進入封閉的空間，可能需要改變，以避免有毒氣體暴露或爆炸的危險。
加強火災後安全規程
調查或檢查火災後現場的人員必須認識到，在可見的火焰消失後很長一段時間內，危險物質暴露的風險仍然存在。有毒微粒可以通過正常的運動再次進入空氣中，剩餘的消防水可能含有有害的金屬和溶劑。必須配備足夠的個人防護裝備，包括呼吸器和耐化學品防護服。
安全監控和處置
被火損壞的電池應持續監測，然後由合格的危險品處理小組移走處理。不應嘗試重複使用或充電。
通過數字
全球1006艘電池動力船舶投入運營（2024年）
到2027年，還有1,584架訂單
99%的船用電池是鋰離子電池
2700°F+熱失控的典型火焰溫度
1050千瓦時系統故障產生100-150立方英尺的有毒可燃氣體