תאונת דרכים בטקסס חשפה בעיה מדאיגה במכוניות החשמליות של טסלה – הכבאים לא ערוכים מספיק להתמודד עם סוללות הליתיום שלהן
ב-17 באפריל השנה התנגש כלי רכב בעץ אי שם מצפון לעיר יוסטון בטקסס. לכאורה היה זה רק עוד אירוע תחבורתי מצער אך שגרתי, אלמלא עובדה חשובה אחת: זאת הייתה מכונית חשמלית של חברת טסלה. בעקבות התאונה התלקחה סוללת הליתיום של המכונית, וכוחות הכיבוי נזקקו ליותר מ-120 אלף ליטר מים כדי לכבות את המכונית הבוערת.
למה כל כך הרבה? כדי להבין את ממדי הבעיה הכימית שעימה התמודדו הכבאים, צריך להבין איך סוללות ליתיום פועלות ומדוע הן דליקות כל כך.
סוללות ליתיום הן אחד האמצעים הנפוצים בעולם לאחסון אנרגיה. צפיפות האנרגיה שלהן גבוהה במיוחד (כמות אנרגיה ליחידת משקל), ומשקלן נמוך מאחר שליתיום הוא היסוד השלישי בלבד במשקלו בטבלה המחזורית, אחרי מימן והליום. זו גם המתכת הקלה ביותר. בדומה לסוללות רבות, סוללות הליתיום בנויות מצד אחד טעון חיובית וצד שני טעון שלילית, המחוברים ביניהם על ידי תמיסה מוליכת חשמל, או אלקטרוליט. בסוללת ליתיום, הצד החיובי שלה עשוי מתערובת מתכות שהמרכיב העיקרי בה הוא ליתיום.
תגובה אלימה
לצד תרומתו הרבה ליכולת אחסון האנרגיה החשמלית בסוללות, הליתיום הוא גם נקודת התורפה הגדולה ביותר שלהן. ליתיום שייך לקבוצת המתכות האלקליות, שכוללת בין השאר גם את הנתרן והאשלגן. המתכות האלה מתאפיינות בכך שיש להן אלקטרון יחיד ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר שלהן, ולכן הן שואפות להיפטר ממנו ולהישאר עם רמת אנרגיה אחרונה מלאה. הנטייה הזאת גורמת לליתיום ולשאר חבריו לקבוצה להיות פעילים ביותר, ולהגיב באלימות במגע עם מים. מעבר לכך, כאשר הליתיום בוער הוא מסוגל לשבור את הקשר הכימי החזק ביותר בטבע – זה שמחבר בין שני אטומי חנקן, ולבעור אפילו בסביבה של חנקן טהור.
בשל כך, הליתיום המאוכסן בסוללות של כלי רכב חשמליים, כמו בסוללות של מכשירים נוספים, אינו מצוי בצורתו הטהורה, אלא כתרכובת עם מתכות אחרות בתצורת סוללה המכונה "ליתיום-יון" עם אלקטרוליט מבוסס ליתיום המחבר בין האלקטרודה החיובית (קתודה) לאלקטרודה השלילית (אנודה). למרות כל אלו, במהלך תאונה, הסוללה עלולה להתלקח בעקבות שתי תופעות הנגרמות בשל חשיפת הסוללה לאוויר ופגיעה במבנה שלה. הראשונה מכונה "בריחה תרמית" והיא מתרחשת בעקבות פריקה בלתי מבוקרת של הסוללה המשחררת בבת אחת את כל האנרגיה האצורה בה. פריקה כזו מתרחשת כאשר יש מגע ישיר בין האלקטרודות המרכיבות את הסוללה ופולטת כמות רבה של חום שמספיקה כדי להוביל להצתת האלקטרוליט ואף המתכות באלקטרודות עצמן. התגובה השנייה העלולה להתרחש היא הצתה של הליתיום עצמו. במהלך השימוש הרגיל בסוללה, מצטברות כמויות קטנות של ליתיום מתכתי על פני האלקטרודות. בחשיפה לאוויר, כמות זו עלולה להספיק ליצירת הבעירה הראשונית שתבעיר את שאר הסוללה, או תגרום בעצמה לבריחה התרמית. בשני המקרים, בעת בעירת הסוללה עלול להיווצר ליתיום מתכתי שיקשה מאד על מאמצי הכיבוי ויכול לגרום לסוללה להתלקח מחדש גם שעות וימים לאחר שכובתה באופן מלא. בנוסף, חום הבעירה עלול לאדות את האלקטרוליט מסוללות סמוכות, ולגרום להן לעבור בריחה תרמית.
אחת הדרכים למנוע מהליתיום בסוללה להגיב עם הסביבה החיצונית היא לחלק את הסוללה לתאים נפרדים, זה משפר את הבטיחות, וגם מאפשר טעינה מהירה יותר ומפחית את הבלאי של הסוללה. הסוללה של רכב חשמלי מכילה לרוב כמה אלפי תאים, שכל אחד מהם הוא למעשה סוללה עצמאית קטנה, וכולם יחד מתחברים לסוללה אחת שלמה. כדי להגן על הסוללה מנזק, התאים האלה ארוזים יחד במעטפת אטומה וקשיחה מאוד. כשהמכונית מעורבת בתאונה, סביר להניח שרק מעטים מהתאים ייפגעו. הבעיה היא שאש המתלקחת בתא אחד עלולה להצית גם את שאר התאים.
עקב התכונות הללו, קשה מאוד לכבות שריפות ליתיום מרגע שפרצו. זה האתגר הכימי המורכב שמולו ניצבו שירותי הכבאות של יוסטון כשהגיעו לכבות את המכונית הבוערת. לכאורה אפשר לחשוב שהם טעו כששפכו כמות אדירה של מים על מקור האש, כי הרי ליתיום מגיב באלימות רבה במגע במים, כך שמים רק ילבו את האש עוד יותר. אולם המציאות מורכבת יותר.
הן חברת טסלה והן המועצה הלאומית לבטיחות בתעבורה בארצות הברית ממליצות במפורש להציף את המכונית הפגועה במים. הם אומנם לא יכבו את הבעירה, אך מים רבים יקררו את הסוללה ויוכלו למנוע מתאים הבוערים להצית את שכניהם. עם זאת, זה אינו הפתרון היחיד. שני הגופים ממליצים לחלופין לאפשר למכונית לבעור כמה שעות עד שתכלה את החומרים הדליקים שבה, או לכבותה באמצעות קצף כיבוי ייעודי לשריפות כימיות. הקצף הזה מתקשה במהירות וכך מבודד את הסוללה מהאוויר וחונק את האש.
בדו"ח ראשוני של המועצה הלאומית לבטיחות בתעבורה אושר כי מערכת הניהוג האוטונומי של הרכב לא פעלה. בנוסף, החוקרים מסרו כי התקני הזיכרון ברכב שתיעדו את מצבו (מעין "קופסה שחורה") נפגעו קשות בשריפה, אך נכון לעכשיו נעשה מאמץ לחלץ מידע מחלקם.
ייתכן מאוד שעתידה של התחבורה האזרחית טמון במידה רבה במכוניות חשמליות. שימוש בהן יפחית את זיהום האוויר הנובע מתנועת כלי רכב, כמו גם את רמת הרעש בקרבת כבישים סואנים. עם זאת, אחת ההשלכות של השימוש בהן היא ששריפות הרכב בעתיד יהיו שונות משמעותית ממה שהכרנו עד כה, ויש להיערך לכך בהתאם.
סרטון המתעד את מצבו של הרכב לאחר השריפה:
