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Dreamliner-Pannen: Boeing wählte brandgefährliches Batteriematerial

Von und

Pannenflieger: Batterie-Misere an Bord des Dreamliners Fotos
JTSB

Zwei Batteriebrände im Dreamliner bringen Boeing in Erklärungsnot. Der US-Luftfahrtkonzern hat für seinen neuen Jet ausgerechnet eine der feuergefährlichsten Akku-Sorten gewählt. Die Energiespeicher haben schon während der Entwicklung einen Großbrand verursacht.

Es stank gewaltig im Cockpit des Dreamliners der japanischen Fluggesellschaft ANA. Die Piloten fürchteten ein Feuer - und setzten zur Notlandung in Takamatsu an. Die Fahnder des japanischen Verkehrsministeriums fanden unter dem Cockpit später eine verschmorte blaue Kiste mit einer schwarzen Masse - die Überreste eines Lithium-Ionen-Akkus.

Ein Grund für die schnelle Reaktion der ANA-Crew am 16. Januar dürfte ein Vorfall gewesen sein, der sich nur neun Tage zuvor ereignet hatte: In einem Dreamliner, der glücklicherweise gerade auf dem Flughafen von Boston stand, brannten ebenfalls die Batterien. Die Luftfahrtbehörden haben inzwischen weltweit ein Startverbot für den Jet verhängt, Boeing hat die Auslieferung neuer Maschinen gestoppt.

Zwei Brände innerhalb von zwei Wochen - und das, obwohl bisher nur 50 Maschinen im Einsatz sind: Der Dreamliner hat offenbar ein Problem mit seinem Batteriesystem. Das könnte für den US-Luftfahrtkonzern aus mehreren Gründen zum Desaster werden: Die Akkus spielen eine zentrale Rolle im Dreamliner; kein anderes Verkehrsflugzeug trägt so viele davon wie die neue Boeing 787. Und nun stellt sich heraus, dass der US-Konzern ausgerechnet eine der feuergefährlichsten Sorten von Lithium-Ionen-Akkus für seinen neuen Jet wählte - und dass die Batterien schon in der Entwicklung Ärger machten.

Gefahr der unkontrollierten Reaktion

Lithium-Ionen-Akkus bestehen aus einer positiven und einer negativen Elektrode, die von einer Kunststoffschicht getrennt sind. Ionen wandern durch einen Elektrolyten, eine nicht-wässrige Flüssigkeit, zwischen den Elektroden hin- und her und sorgen so für Spannung. Während die negative Elektrode üblicherweise aus Graphit besteht, werden für die positive unterschiedliche Materialien eingesetzt. In Dreamliner-Akkus ist es nach Angaben des japanischen Herstellers GS Yuasa ausgerechnet Lithium-Cobalt-Dioxid.

"Lithium-Cobalt-Dioxid ist eines der gefährlichsten Elektroden-Materialien", sagt Thomas Berger vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT zu SPIEGEL ONLINE. Andere Materialien seien bei weitem weniger brisant - wie etwa Lithium-Eisenphosphat (LFP), das auch in Autos mit Hybridmotor zum Einsatz kommt. "Allerdings haben LFP-Akkus nur etwa zwei Drittel der Energiedichte einer Batterie mit Lithium-Cobalt-Dioxid", sagt Berger. Deshalb würden überall, wo es auf Gewichts- und Platzersparnis ankomme, Akkus mit Lithium-Cobalt-Dioxid oder anderen sogenannten Schichtoxiden eingesetzt.

Die aber sind feuergefährlich. Steigt die Temperatur über einen kritischen Punkt, etwa durch Überladung, kommt es im Akku zum unkontrollierten Ionenaustausch und zur Freisetzung reinen Sauerstoffs. "Zusammen mit den organischen Stoffen im Elektrolyten ergibt sich eine brennbare Mischung", erklärt Berger. Das Ergebnis sei eine sich selbst verstärkende chemische Reaktion - der sogenannte "thermal runaway", der zum Brand oder gar zur Explosion führen kann.

Genau das ist offenbar in den beiden Boeing 787 passiert. Der Zustand der Batterie aus der ANA-Maschine deute darauf hin, "dass sie eine Spannung abbekommen hat, die über ihrer Konstruktionsgrenze lag", sagte Ministeriumsmitarbeiter Hideyo Kosugi. Zudem wiesen die verkohlten Innereien der Akkus aus Takamatsu und Boston deutliche Ähnlichkeiten auf. Das weise auf eine gemeinsame Ursache hin, sagte Kosugi: Vergleiche man die Daten beider Fälle, "kann man sich ausrechnen, was passiert ist".

Rätselraten über die Brandursachen

Doch ganz so einfach ist es offenbar nicht. Nach Angaben der US-Flugsicherheitsbehörde NTSB wurde die Batterie, die in Boston brannte, nicht überladen. Die Daten aus dem Flugschreiber besagten, dass die vorgesehene Spannung von 32 Volt nicht überschritten worden sei. Das allerdings bedeute nicht, dass es nicht doch ein Problem mit der Verkabelung oder der Ladeelektronik geben könnte, hieß es in einer Mitteilung des NTSB.

Die NTSB-Kontrolleure wollen sich nun am Dienstag mit Vertretern von Securaplane Technologies in Tucson (US-Bundesstaat Arizona) treffen - dem Hersteller der Elektronik, die die Batterien an Bord des Dreamliners steuert und überwacht. Die japanischen Behörden wiederum sind am Montag gemeinsam mit US-Kollegen bei GS Yuasa vorstellig geworden, dem Produzenten der Dreamliner-Akkus. Man werde mit den Ermittlern kooperieren, sagte ein Yuasa-Sprecher.

Securaplane hat bereits brenzlige Situationen mit Lithium-Ionen-Akkus hinter sich. Wie der SPIEGEL berichtet, kam es schon bei der Entwicklung der Dreamliner-Batterien im November 2006 zu einer Explosion. "Flammen schossen drei Meter weit heraus, so als wäre es der Nachbrenner eines Kampfjets", sagt ein ehemaliger Mitarbeiter. Der Brand zerstörte ein dreistöckiges Gebäude. Die US-Luftfahrtbehörde FAA ermittelte daraufhin bei Securaplane. Boeing behauptet heute, ein falscher Testaufbau habe den Unfall ausgelöst, und nicht etwa die Bauweise der Batterie.

Die Steuerelektronik, das sogenannte Batteriemanagement-System (BMS), spielt eine entscheidende Rolle für die Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkus. Es wacht über deren Ladung und Entladung und soll auch das Versagen der Batterien verhindern. Erreichen Temperatur oder Spannung anormale Werte, schaltet das BMS die Zelle üblicherweise sofort ab. Es kann dafür sorgen, dass Lithium-Ionen-Akkus selbst verheerende Schäden ohne Brände und Explosionen überstehen - etwa wenn die Batterien eines Elektroautos inklusive Kühlsystem bei einem Unfall physisch zerstört werden.

Experten überrascht von Boeing-Pannen

Bei den Akkus im Dreamliner aber scheinen die Sicherheitsvorrichtungen versagt zu haben. Fachleute zeigen sich davon überrascht. "Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus werden mehr als tausend Parameter ständig überwacht", sagt ein Brancheninsider. Bei den Tests treibe man sogar Metallstifte durch die Akkus - und selbst dann dürfe nichts passieren. "In der Luftfahrt müssten die Sicherheitsstandards eigentlich noch viel höher sein als in anderen Bereichen."

Boeing will sich bisher nicht im Detail zur Batterie-Problematik äußern. "Wir unterstützen die laufenden Untersuchungen, die die Ursache der Vorfälle ermitteln", erklärte eine Konzernsprecherin. Vor dem Abschluss der Untersuchungen werde man nicht über die möglichen Ergebnisse spekulieren.

Sollte das Problem im Batteriemanagement-System liegen, wäre das für Boeing wahrscheinlich eine gute Nachricht: Nach Ansicht von Fachleuten wäre dies leichter zu beheben als chemische oder physikalische Schwächen in den Zellen selbst. Es könnte ausreichen, die Stellgrößen in der Software des BMS anzupassen.

Völlig gebannt wäre die Gefahr durch die Lithium-Ionen-Akkus an Bord von Flugzeugen dadurch freilich immer noch nicht. Denn kommt es zu einer Überhitzung von außen, etwa durch einen Kabelbrand, könne auch die beste Steuerelektronik nichts mehr ausrichten: "Dann", sagt Fraunhofer-Experte Berger, "steht man der unkontrollierten Reaktion machtlos gegenüber."

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Forum - Diskussion über diesen Artikel
insgesamt 139 Beiträge
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1.
uselessdm 21.01.2013
Zitat von sysopJTSBZwei Batteriebrände im Dreamliner bringen Boeing in Erklärungsnot. Der US-Luftfahrtkonzern hat für seinen neuen Jet ausgerechnet eine der feuergefährlichsten Akku-Sorten gewählt. Die Energiespeicher haben schon während der Entwicklung einen Großbrand verursacht. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/dreamliner-akkus-boeing-waehlte-brandgefaehrliches-batteriematerial-a-878759.html
Wahrscheinlich werden sie sich bei Airbus auch gerade genau anschauen was sie für Batterien verwenden. Aber wenn es tatsächlich zu einer explosion kommen kann, dann würden Terroristen ja in Zukunft überflüssig.
2.
überzwerg 21.01.2013
Sie meinen vermutlich 'gebetet', nicht 'gebeten', oder? Was, bitteschön, ist eine zufällige turbulente Größe? Ich gehe eigentlich davon aus, dass sich der zum Fliegen notwendige Auftrieb ziemlich exakt bestimmen lässt.
3. Fatal Error
checknix 21.01.2013
Batteriemangement-System Fehler, Bauart bedingter Fehler, 3 Meter hohe Stichflamme? - e g a l . Keine 10 Pferde werden mich jemals dazu bringen in einen Dreamliner einzusteigen. Wenn ichs genau überlege möchte ich noch nicht einmal, dass einer im Luftraum über mir über mich hinwegfliegt.
4. Die Zukunft wird bestimmt hell
EchoRomeo 21.01.2013
je mehr e_Autos mit Li-Akkus gebaut werden, desto höher die Wahrscheinlichkeit solcher Feuerchen.
5.
juleswdd 21.01.2013
Was hat das mit den von Ihnen zitierten "rot-grünen Gutmenschen" zu tun? Ansonsten ja nur bla bla bla.
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