Sind E-Autos gefährlicher als Verbrenner?

Die Frage drängt sich geradezu auf: Brennen E-Fahrzeuge häufiger als konventionell verbrennungsmotorisch angetriebene Autos? Dazu gibt es aufgrund der noch dünnen Datenlage keine wirklich verlässliche Statistik. E-Auto-Pionier Tesla vermeldet, dass es in seinen Fahrzeugen zwischen 2012 und 2018 alle 170 Millionen Kilometer zu einem Feuer gekommen sei. Konventionelle Fahrzeuge sollen hingegen alle elf Millionen Kilometer einem Brand zum Opfer gefallen sein.

Etwas weiter gesteckt war eine Untersuchung der US-amerikanischen Versicherung Autoinsurance EZ, die die Häufigkeit von Autobränden im Jahr 2021 in Relation zu deren Verkaufszahlen ermittelt hat. Das Ergebnis: Während überraschend viele aller 2021 in den USA verkauften Hybrid-Autos einem selbstverursachten Brand zum Opfer gefallen sein sollen, waren es bei Verbrennern nur 1,5 Prozent und bei reinen Elektromodellen lediglich 0,03 Prozent. Selbst der ADAC hat bislang keinerlei Hinweise darauf, dass Elektroautos eher zur Selbstentzündung neigen als Pkw mit konventionellem Antrieb. Die amerikanische Autoinsurance EZ ging zur Analyse noch einen Schritt weiter und wertete die Rückrufe des Jahres 2020 der dortigen nationalen Straßenbehörde aus: Fast 1,3 Millionen Fahrzeuge wurden in diesem Jahr in den USA zurückgerufen. Darunter rund eine Million Verbrenner wegen eines möglichen Kurzschlussrisikos in der 12 Volt-Elektrik, jedoch auch über 150.000 rein batterieelektrische und mehr als 30.000 Hybridfahrzeuge, die wegen Risiken an der Hochvoltbatterie in die Werkstätten zurückbeordert wurden.

Brände bei Elektroautos

Allein die Häufigkeit der Brände zu betrachten, ist jedoch nur die halbe Wahrheit. Spektakulär und nachrichtenrelevant werden sie erst durch den deutlich erhöhten Aufwand der Brandbekämpfung. Während der Vollbrand eines konventionell angetriebenen Pkw von der Besatzung eines Löschfahrzeugs innerhalb weniger Minuten unter Kontrolle gebracht werden kann, dauert das bei Elektromodellen oft viele Stunden. Der Grund dafür liegt hauptsächlich in der Zugänglichkeit der Batteriezellen. In den sicher vor mechanischen Einflüssen geschützten Batteriepaketen heizt die zunächst überhitzte und dann brennende Zelle ihre Nachbarzellen auf, bis diese ebenfalls anfangen zu brennen. Dieses thermische Durchgehen (Thermal Runaway) kann nur durch massive, tief eindringende Kühlung aufgehalten oder kontrolliert werden.

Warum brennt eine E-Auto Batterie?

Prinzipiell gibt es drei Faktoren, die einen Akku zum Brennen bringen. Neben zu hoher Spannung sind dies Temperaturprobleme sowie ein Eindringen von Gegenständen ins Innere der Batterie. Zu heiß mögen es die Zellen ebenfalls nicht, ab 80 bis 100 Grad wird es ungemütlich.

Bei Hitze kann es zu einer chemischen Reaktion kommen, welche die Temperatur weiter anheizt und in einer Kettenreaktion Nachbarzellen mitreißt. Viele Hersteller setzen daher auf eine aufwendige Batteriekühlung, die dafür sorgt, dass die Zellen nicht zu warm werden. Die Art der Zelle, ob Rund-, Pouch- oder Prismen-Zelle, spielt für die Brandgefahr übrigens keine Rolle. Vielmehr kommt es auf die Reaktionsfreudigkeit der eingesetzten Chemie an. Brennt das Auto hingegen aus einem anderen Grund, dauert es einige Zeit, bis die Traktionsbatterie ebenfalls zu brennen beginnt.

Bei E-Autos verschärfend könnte hinzukommen – auch das lässt sich noch nicht belastbar durch Zahlen belegen –, dass der Ausbruch des Brandes seltener während des Betriebs des Fahrzeugs, durch Unfall oder Beschädigung, sondern eher im Stillstand, vornehmlich während des Ladens ausgelöst wird. Die beginnende Überhitzung der defekten Zelle beginnt dabei sehr langsam und von außen unbemerkt. Ein Prozess, der einige Stunden dauern kann. Wird jedoch ein bestimmter Temperaturwert überschritten, ist der dann plötzlich einsetzende Dominoeffekt nicht mehr aufzuhalten. Der Brand, die exotherme Reaktion der Zellchemie, greift exponentiell von der einen auf die jeweils umliegenden Zellen über. In Sekundenbruchteilen steht dann die ganze Batterie und damit das gesamte Fahrzeug in Flammen.

Prekär dabei sind zwei Dinge

Erstens: Das Ticken der Zeitbombe kann von außen zunächst nicht wahrgenommen werden. Der "Entstehungsbrand", der bei einem konventionellen Fahrzeug noch vergleichsweise einfach mit einem Handfeuerlöscher bekämpft werden kann, findet hier unbemerkt im Inneren des geschlossenen Batteriegehäuses statt. Kommt es zu einer, nach außen sichtbaren Flammen- und Rauchentwicklung, ist an ein ungeschütztes Herangehen mit Kleinlöschgerät nicht mehr zu denken.

Zweitens: Während konventionelle Fahrzeuge ohne Fremdeinwirkung in der Regel während, oder kurz nach ihrem Betrieb brennen – nur dann werden entsprechend hohe Temperaturen erreicht – kann das bei einem BEV nahezu jederzeit sein. Fängt ein Fahrzeug während des Betriebs Feuer, wird dies vom Fahrer meist schnell bemerkt, Gegenmaßnahmen können umgehend ergriffen werden. Kommt es hingegen, etwa beim nächtlichen Laden, zu einer Entzündung, kann das Feuer lange unbemerkt sein Unwesen treiben, sich ausbreiten und möglicherweise auch umstehende Fahrzeuge in Brand setzen. Genau das könnte auf den Autotransportschiffen Fremantle Highway, wie auch bei der bereits im Februar 2022 in Brand geratenen und gesunkenen Felicity Ace passiert sein.

Wenn die Brandursache in einem Elektroauto zu finden ist – oder war -, könnte die Ursache auf einen versteckten Zelldefekt zurückzuführen sein. Das initiale Aufladen der Batterie vor Verladung des Fahrzeugs auf das Schiff könnte dabei langsam aber sicher eine thermische Kettenreaktion in der Batterie ausgelöst haben. Tief unten, im Bauch des Schiffes, zwischen mehr als 3.000 dicht gepackten Fahrzeugen, bemerkt das zunächst niemand. Wenn dann die ersten Flammen aus dem Fahrzeug schlagen, ist es im Grunde schon zu spät. Die niedrige Deckenhöhe der stählernen Fahrzeugdecks und die Enge der Fahrzeugreihen sorgen dafür, dass sich die Hitze staut und reflektiert. Wie in einem Ofen geraten zeitgleich weitere Fahrzeuge in Brand. Die Temperaturen steigen in kürzester Zeit auf mehrere hundert Grad – die nächste Kettenreaktion beginnt – eine Flammenhölle, die für Menschen – selbst in den besten Schutzanzügen – nicht mehr zugänglich ist.

Und die automatischen Löscheinrichtungen? Natürlich, die automatische Löschanlage des Schiffes hat längst ausgelöst, Alarmsirenen heulen, Sprinkleranlagen versprühen Löschmittel über den brennenden Bereich. Doch die Dächer und Hauben der Fahrzeuge machen ihren Job. Sie halten das Wasser vom Innenraum und damit auch vom Brandherd ab. Die gekapselte Traktionsbatterie eines E-Fahrzeugs auf diese Art mit Löschmittel zu erreichen – eine Illusion.

Brandabschlüsse? Rauchschutztüren?

Was in Gebäuden mit Wänden aus Stein oder Beton umgesetzt werden kann, funktioniert auf stählernen Schiffen nur bedingt. Steht ein Deck in Flammen, dauert es nicht lange, bis sich der Fußboden des darüber liegenden Decks zur gigantischen glühenden Herdplatte entwickelt. Zusätzlich beginnen Rohre und Träger sich unter der Hitze zu verformen. Daraus entstehende Undichtigkeiten kommen der Ausbreitung des Feuers entgegen.

Und dann? Dann ist die Ausbreitung des Brandes nicht mehr aufzuhalten. Schon gar nicht von einer nur 20 Mann starken Besatzung, die nur rudimentäre Erfahrung im Umgang mit solchen Schadenslagen hat. Dank der Nähe zur Küste konnte ein Großteil der Besatzung schnell vom brennenden, in eine giftige Rauchwolke gehüllten Schiff, gerettet werden.

Brandgefahr auf Fähren

Können auch Fahrzeuge und Personen befördernde Fähren von Katastrophen dieses Ausmaßes betroffen sein? Absolut denkbar. Kommt es hier zum Brand, hängt es vom schnellen Erkennen der Brandsituation und dem professionellen Eingreifen einer gut ausgebildeten und ausgerüsteten Mannschaft ab, ob die Ausdehnung des Feuers eingedämmt werden kann. Die schnelle intensive Kühlung des betroffenen Fahrzeugs, speziell seiner Antriebsbatterie, wäre ein erster Schritt, seine Isolation und Separation dürfte aufgrund der Enge auf den Fahrzeugdecks schwierig werden. Zeitgleich müssten die Fahrzeugdecks maximal belüftet werden. Die dazu notwendige Gegenwindfahrt mit möglicherweise geöffnetem Bugvisier schränkt allerdings die freie Wahl des Kurses ein und ist nicht bei jedem Wetter möglich. Eine Fahrt gegen den Wind ist auch nötig, um die Oberdecks des Schiffes möglichst frei von giftigem Rauch zu halten.

Dass parallel zu Löschversuchen auch die Evakuierung des Schiffes vorbereitet und durchgeführt werden muss, versteht sich von selbst. Ob angesichts der begrenzten Personalressourcen auf solchen Schiffen unter diesen Voraussetzungen der theoretisch nächstliegende Hafen sicher erreicht werden kann, ist fraglich.

An Land nur bedingt sicherer

Kommen solche Brandszenarien auch binnen vor? Sie kommen. Gefährlich sind besonders Bereiche, in denen viele Fahrzeuge dichtgedrängt auf engem Raum zusammenstehen. Freistehende Parkhäuser oder Großparkplätze sind hier nicht das Problem, die Anzahl der durch das sich möglicherweise schnell ausbreitende Feuer gefährdeten Menschen ist hier überschaubar, die Zugänglichkeit für ein Großaufgebot an qualifizierten Löschkräften gegeben. Kritisch wird es dann, wenn sich Großgaragen unter Wohnanlagen, öffentlichen Gebäuden oder gut besuchten Veranstaltungsorten befinden. In diesem Fall helfen automatisch schließende Rauchschutztüren, sofern sie nicht fahrlässig oder vorsätzlich blockiert wurden, die Park- und Wohn- oder Aufenthaltsbereiche zumindest für die Zeit der Evakuierung hermetisch voneinander zu trennen.

Im Gegensatz zum begrenzten Raum auf Schiffen, können Menschen an Land vergleichsweise schnell in Sicherheit – entfernt vom Feuer und dem giftigen Brandrauch – gebracht werden. Und das ist schon die halbe Miete. An der Zugänglichkeit des Brandobjekts ändert das allerdings nichts. Auch bei Bränden mehrerer Fahrzeuge in Tiefgaragen kann nach wenigen Minuten die Temperatur so hoch sein, dass an ein Beikommen durch Einsatzkräfte nicht mehr zu denken ist. Auch hier gestaltet sich die Brandeindämmung an einem batterieelektrischen Fahrzeug deutlich schwieriger als das Ablöschen eines konventionell angetriebenen. Maßnahmen, die etwa im Freien Wirkung zeigen, wie etwa das Eintauchen des Gesamtfahrzeugs in einen wassergefüllten Container scheiden in Tiefgaragen aus. Selbst in größeren unterirdischen Verkehrsanlagen, wie etwa Straßen- oder Eisenbahntunneln müssen die Einsatzkräfte mit einem deutlich erschwerten und vor allem risikoreichen Vorgehen rechnen.

Das Problem steckt in der Stahlbetonkonstruktion dieser Gebäude oder Anlagen. Beton hat viele Vorteile: Er ist nicht brennbar und kann hohe Druckbelastungen aushalten. Zur Versteifung und damit der Baustoff auch Zug- oder Knickbelastungen aufnehmen kann, wird beim Gießen des Betons als Verstärkung ein Skelett aus Baustahl mit eingegossen. Diese Armierung, die teilweise nur wenige Zentimeter unter der Betonoberfläche verläuft, reagiert – und das ist ein Nachteil – empfindlich auf große Hitze. Einerseits schwindet die Festigkeit des Stahls bei höherer Temperatur – er wird weich – andererseits beginnt er sich kräftig auszudehnen. Das führt in einem ersten Schritt dazu, dass zunächst die Betonüberdeckung – eine vergleichsweise dünne Betonschicht über der ersten Stahl-Lage – abgesprengt wird. Ein bereits tödliches Risiko für die darunter arbeitenden Einsatzkräfte. Doch richtig kritisch wird es erst jetzt. Die freiliegenden Stahlbündel sind der Hitzeeinwirkung nun ungeschützt ausgesetzt. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Metalls transportieren sie die Glut tief in das Bauteil hinein. Mit der Folge, dass nun größere Betonelemente auseinanderplatzen und versagen – es besteht Einsturzgefahr.

Mehr Löscherfolg dank LUF

Dass sich in dieser lebensfeindlichen Umgebung keine Menschen mehr aufhalten können, ist klar. Noch vor Jahren war nach ausgedehnten Tiefgaragenbränden der Totalverlust und Abriss des gesamten Gebäudes nicht zu verhindern. Heute gelingt es modern ausgerüsteten Feuerwehren immer häufiger auch solche Brände unter Kontrolle zu bringen. Mit einem LUF (Lösch-Unterstützungs-Fahrzeug), einem unbemannten, ferngesteuerten Wasserwerfer auf Raupenketten. Auf einem Mini-Panzer-ähnlichen Fahrgestell ist hier eine Turbine angebracht, die pro Minute bis zu 3.000 Liter Wasser in Form eines feinen Wassernebels bis zu 90 Meter weit an schwer zugängliche Brandstellen schleudern kann. Mit dieser immensen Menge an Wasser lässt sich die Temperatur begrenzen und so ein weiterer Schaden mindern.

Gut wäre es natürlich, grundsätzlich Schäden zu verhindern. Brände bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen? Hier sind Technologie und Maßnahmen bekannt. Bei Elektrofahrzeugen gibt es offensichtlich sowohl bei der Batteriekonstruktion, ihrer Überwachung durch Batterie- und Thermomanagementsysteme, als auch bei der Vernetzung der im Fahrzeug vorhandenen Systeme, offensichtliche Lücken.

Von der Brandgefahr betroffen sind im Wesentlichen aktuell sogenannte "trockene" Lithium-Ionen-Batterien. Hier sind die Zellen oft ohne abgrenzende Trennelemente dicht nebeneinander gepackt. Die Überhitzung nur einer Zelle, ab etwa 80°C muss bereits mit gefährlichen Prozessen gerechnet werden, führt nahezu unweigerlich zu oben beschriebener Kettenreaktion. Ein Vorgang, den das Batteriemanagementsystem beobachtet – aber weitgehend tatenlos zusieht. Zwar versuchen viele Fahrzeuge bei hohen Temperaturen die Batterie aktiv – das heißt unter Einsatz der Klimaanlage – zu kühlen, auf die Idee, den drohenden Notstand samt genauer Position über das heute ohnehin in jedem Fahrzeug serienmäßig eingebaute Notrufsystem etwa an die Leitstelle der nächstliegenden Feuerwehr weiterzumelden kommen sie nicht.

Nachrüstung ist notwendig

Ein Missstand, so unsere Forderung, der dringend und zeitnah durch Nachrüstung behoben werden sollte! Sicher, steht das Fahrzeug in dieser Situation im untersten Geschoss einer Tiefgarage oder etwa auf einem Schiff, wird’s mit dem Senden und dem Auffinden der genauen Position schwierig, lokale Netzwerke und Repeater könnten hier weiterhelfen.

Weniger brenzlig könnte es werden, wenn sich die Batterietechnik weiterentwickelt. So dürften kommende Feststoffbatterien und die zunächst für Sportwagen angedachten Hochvoltbatterien mit Immersionskühlung – hier sind die einzelnen Zellen direkt von der Kühlflüssigkeit umströmt – einen Thermal Runaway bereits im Keim ersticken können.

Was ist ein RoRo-Autotransportschiff?

Die RoRo-Autotransporter (Roll on/Roll off) sind an ihrer besonders klobigen Form erkennbar. Die einzelnen Ladedecks sind sehr niedrig (Pkw-Höhe), um eine möglichst große Anzahl Autos in mehreren Stockwerken übereinander laden zu können. Ein Autotransporter hat normalerweise zwei Öffnungen/Rampen, um ein schnelles Be- und Entladen sicherzustellen: Eine auf der Steuerbordseite und eine große Winkelheckrampe.

Die Kapazität der großen, für den Überseedienst gebauten Schiffe beträgt bis zu 8.500 Fahrzeuge wie bei der New-Horizon-Klasse (199 m Länge, 36 m Breite, 71.475 m² Ladefläche auf 14 Ladedecks). Ein Großteil der Schiffe weist eine Länge über Alles von 200 Metern und eine Breite von 32,2 Metern aus, einige wenige liegen darüber, wie beispielsweise die vier Schiffe der "Tamesis-Klasse" mit 242 Metern.

Das Be- und Entladen dieser Schiffe ist eine personalintensive Angelegenheit, da jedes einzelne Fahrzeug mit eigener Kraft an oder von Bord gebracht wird. In den Häfen werden Autotransporter oft an speziellen Autoterminals abgefertigt, die speziell für die Autologistik eingerichtet sind und oft auch Zusatzarbeiten wie Reinigung oder landesspezifische Ausstattung übernehmen. Europas größter Umschlagshafen ist Zeebrügge mit rund 2,8 Mio. vor Bremerhaven mit über 2,3 Mio. verladenen Fahrzeugen.