BRANNTILLØP OG BRANNRISIKO I AVFALL

Transkript

1 BRANNTILLØP OG BRANNRISIKO I AVFALL Hva sier forskningen? Ragni Fjellgaard Mikalsen, forsker Research Institutes of Sweden RISE SAFETY AND TRANSPORT

2 Innhold Hvem er jeg? Litt om RISE Fire Research i Trondheim Faremoment ved avfallslagring Antennelse Fokus på selvantenning og batterier Brannutvikling Forskningsutfordringer Forebygging og slokking 2 Fokus: Hvordan starter en brann i avfall? Hva er den hyppigste årsaken? Hva kan vi gjøre?

3 RISE Fire Research Norsk brannteknisk kompetansesenter Opprettet i 1934 Ligger i Trondheim 33 ansatte 3

4 RISE Fire Research Tidligere SINTEF NBL / SP Fire Research Eiere 70 % RISE, Sverige 30 % SINTEF, Norge En av verdens største brannforskningsinstitutt Erfaring med brann og tiltak mot brann i mange sammenhenger gjennom 84 år 4

5 RISE Fire Research Petroleum Maritim sektor Brannteknisk ekspertise som omfatter mange samfunnsområder Bygge-næri ng Våre aktiviteter: Forskning og innovasjon Transport Helsesektor Rådgivning Testing Standardisert testing Utvikling av ad-hoc tester Infra-strukt ur Energi-forsy ning Industri 5 Bolig

6 Våre fagområder Forskning Offshore & Jetbrann 6 Materialtesting Storskala undersøkelser Brannmotstand Piper og Ildsteder Slokkesystem Tunnel Granskning Teknisk godkj. og sertifisering

7 Tidligere prosjekt relevant for avfall Deteksjon Forebygging Rett tiltak på rett sted Batterier Maritimt Elbiler Energieffektive bygg Ulmebrann og selvantenning Biomasse Avfall Bygningsisolasjon Møbelpolstring EMRIS, LUBA 7

8 Konsekvenser av brann Personskade Miljøpåvirkning Påvirkning på tredjepart eller samfunnsfunksjoner Relasjoner med naboer og massemedia Myndigheter Økonomi Forsikring 8 Kilder: NRK, Aftenposten, Tønsbergs Blad

9 Faremoment ved avfallslagring Brann Eksplosjon Giftige gasser Flammebrann Gasseksplosjon Narkotiske giftgasser Ulmebrann/ glødebrann Støveksplosjon Irriterende giftgasser Foto: RISE Safety and Transport 9 Foto: Jon Olav Nesvold, NTB Scanpix Foto: RISE Fire Research

10 Faremoment ved avfallslagring Brann Flammebrann Problem: ressurs brenner opp, røykutslipp, slokking og slokkevann Ulmebrann/ glødebrann Relevant trend: større avfallshauger, nye typer avfall Flammebrann: Forbrenning av gass Høye temperaturer (~ C ) Rask forbrenning Krever oksygentilgang Ulmebrann/ glødebrann Foto: RISE Safety and Transport 10 Forbrenning av fast stoff Lave temperaturer (~ C) Ekstremt sakte forbrenning (lab: mm/min, kullgruve: meter/år) Kan foregå med svært lave oksygennivå, kan være selvforsynt

11 Faremoment ved avfallslagring Eksplosjon Gasseksplosjon Støveksplosjon Problem: Skade på anlegg, personsikkerhet Relevant trend: innendørs lagring, mer lukkede rom Oppbygging av brennbare gasser (eks karbonmonoksid CO fra dyptsittende ulmebrann) Gasseksplosjon Oppvirvling av støv ifm arbeider, transport, slokking Støveksplosjon Foto: Jon Olav Nesvold, NTB Scanpix 11

12 Faremoment ved avfallslagring Påstand til diskusjon: Røyken fra treverk som brenner er jo det samme som røyken fra et leirbål. Det er vel trivelig, ikke farlig? Giftige gasser Problem: Personskade Kvelende giftgasser Relevant trend: Innendørs lagring, bemannede stasjoner Irriterende giftgasser Kvelende giftgasser: CO, HCN, lav O2, CO2 Irriterende giftgasser: smerter i hud og luftveier, nedsatt sikt HCl, HBr, HF, SO2, NO2, akrolein, formaldehyd, isocyanater ++ Hvordan påvirker brannrøyk mennesker? Tett røyk gir nedsatt sikt Irriterende røyk gir nedsatt sikt Giftig røyk fører til kvelning Irriterende røyk gir smerter i hud og luftveier Varme gir smerter i hud og luftveier Nesten 70% av de som omkommer i brann antas å ha omkommet av røykforgiftning eller røyk i kombinasjon med brannskade1 Foto: RISE Fire Research Kilde: 12 1) C. Sesseng, K. Storesund, and A. Steen-Hansen, Analyse av dødsbranner i Norge i perioden , RISE Fire Research, Trondheim, Norway, RISE-report A :1, tilgjengelig på

13 Faremoment ved avfallslagring Påstand til diskusjon: Røyken fra treverk som brenner er jo det samme som røyken fra et leirbål. Det er vel trivelig, ikke farlig? Forbrenningsprodukter: CO, SO2, NOx, VOCs, partikler Det finnes ikke «bra» røyk Foto: RISE Fire Research 13

14 Antennelse Ulike kilder til antennelse: Selvantenning Hva brenner? Elektrisk årsak Brennbart industriavfall, husholdningsavfall Overoppheting utstyr/ kjøretøy Kverning/ bearbeiding av avfall: Metallspon + brensel Batterier som er feilsortert 14 Importert avfall Flis, bark, kompost Feilsortert avfall Glødende partikler transporteres inn fra eksternt sted Bioaske Varme arbeider Noen typer torv Ukjent Stoppede møbler

15 Antennelse: selvantenning Biomaterialer kan selvantenne: avfall, treverk, cellulose, torv, matprodukter, oljeprodukter etc. Naturlig degradering av biomasse produserer litt varme: sopp- og bakterievekst 15

16 Antennelse: selvantenning Kull og aske H2O Tørking Varm e Varm e O2 Pyrolyse Oksidering Fersk biomasse Pellets representerer her bioavfall H2O + CO2 Pyrolysater (g) Flamme Forvarming Tørket biomasse Varm Tørr, varm biomasse Kilde: R. F. Mikalsen, Fighting flameless fires - Initiating and extinguishing self-sustained smoldering fires in wood pellets, Doktoravhandling, 2018

17 Antennelse: selvantenning Bulk lagring over en viss størrelse: Ikke et spørsmål om det vil starte å brenne, men når Eksempel 30m x 50m x 15m lagringsdeponi (26 C): Beregnet tid til selvantenning er 5-6 år1 Mange faktorer spiller inn: fukt, temperatur 17 Kilde: 1) A. Berger and U. Krause, Investigations on the self-ignition of deposits containing combustibles, Fire Mater., vol. 32, no. 4, pp , Jun

18 Antennelse: batterier Spørsmål fra Avfall Norge: Hvordan kan brann i batteri starte? Hvordan er batterier oppbygd? Hvorfor er noen branntilløp i batterier nærmest eksplosjonsartede? Ulike batteriteknologier: ulike brannutfordringer Primærbatterier: Engangsbatterier (knappcellebatterier o.l.) Litiumceller: Fritt litiummetall Slokking med vann kan bidra til brann Sekundærbatterier: Oppladbare batterier (mobil, pc, elbiler m.m.) Litium-ion celler: Bundet litium Slokking med «metallslokkemiddel»: uhensiktsmessig 18

19 Antennelse: batterier Batterikjemi og oppbyggingen av en battericelle Elektrolytt i Li-ion batterier: halvflytende, brennbar, i likhet med andre hydrokarboner Elektrolytt i andre batterier: ofte vannbasert 19

20 Antennelse: batterier Hvordan kan brann i Li-ion batterier oppstå? Feil lading Mekanisk skade Intern kortslutning Intern feil på batteriet Ekstern varme Aldring 20 Økt temperatur i batteriet Gassproduksjon (> 70 C) Nedbryting av «solid electrolyte interface» (SEI) på anoden (>120 C) Separatoren smelter ( C) Sikkerhetsmekanismer Shutdown av separator stenger transporten av ioner Ventilering av gass forhindrer trykkoppbygging PTC (positive temp. coeffiecient) øker motstanden, slik at strømmen reduseres

21 Antennelse: batterier ge sy Ok l se Små mengder O2 kan oppstå fra enkelte batterikjemier en Oppstår når cellen har en temperatur på C Br Ukontrollerbar eksoterm reaksjon ved nedbryting av anode, katode og elektrolytt n Varme produseres som en følge av thermal runaway: Prosessen er ikke mulig å stoppe Brennbart materiale Temperatu r Brennbar gass dannes i batteriet (H2, CH4, CO ++ ) Elektrolytten som finnes i batteriet er brennbar Andre materialer i nærheten (disse kan slokkes på normal måte!) Oksidant Finnes i batteriet (katoden) Små mengder O2-produksjon ved nedbryting av enkelte typer katodemateriale Finnes i omgivelser (oksygen/luft) 21 NB! Lokal antennelse trenger ikke bety spredning til andre celler/ andre materialer i nærheten!

22 Antennelse: årsaker Spørsmål fra Avfall Norge: Hva er den hyppigste årsaken? Eksempel fra svensk avfallshåndtering (MSB statistikk): branner årlig i industrielle avfallshåndterings- og lagringsanlegg1,2 Selvantenning vanlig År Bygning, forbrenningsanlegg Ikke bygning sopor 7 biobrensel 1 aske 45 flis 24 sopor 12 bark sopor 9 biobrensel 1 øvrig 44 flis 13 sopor 17 fluff sopor 4 biobrensel 3 øvrig 50 flis 32 sopor 7 sagspon Kilder: 1) Lönnermark m.fl. "Brandsäkerhet i samband med lagring av avfallsbränslen", Avfall Sverige, ) Persson H. m.fl., "Lagring av biobränsle och avfall - Statistik och erfarenheter från incidenter och bränder", SP Rapport 2014:55, Sweden, 2014.

23 Antennelse: årsaker Spørsmål fra Avfall Norge: Hvorfor konkluderes det ofte med «ukjent årsak»? Beviset kan ha brent opp Juridiske konsekvenser ved feilrapportering Avfall: Tradisjonelt ikke mye fokus pga lav risiko for mennesker? Betraktet som søppel, ikke ressurs? 23

24 Antennelse: årsaker Spørsmål fra Avfall Norge: Hvorfor konkluderes det ofte med «ukjent årsak»? Brannvesen: Evaluering av branner Fokus: hendelser med alvorlige konsekvenser for liv, helse, miljø eller materielle verdier1. Fokus på om forebygging hadde ønsket effekt Politi: Skal etterforske alle branner, også hvis ikke mistanke om straffbare forhold2. Fokus: alvorlig personskade eller betydelig ødeleggelse av eiendom. Egenevaluering: 24 Store og små hendelser Solskinnshistorier God statistikk: Bedre grunnlag for forebygging og innkjøp Krever egeninnsats og åpenhet i bransjen Kilder: 1) Forskrift om brannforebygging 2) Forskrift om ordningen av påtalemyndigheten (Påtaleinstruksen)

25 l Ok se sy en Br ge n Brannutvikling: hva påvirker en brann Temperatur 25

26 Brannutvikling: eksempel Avfallsdeponi St.Louis, Bridgeton, Missouri, USA Ulmebrann rapportert startet i 2009, brenner fremdeles Slokkeforsøk med kjølerør: hindre spredning til radioaktivt avfall 26 Kilder: T. Sperling and A. R. Abedini, Report on subsurface self sustaining exothermic reaction incident at Bridgeton Landfill, with a focus on causes, suppression actions taken and future liabilities, Landfill Fire Control Inc. (LFCI), British Colombia, Canada, LFCI PRJ14-010, Sep

27 Brannutvikling: eksempel Revac AS, Revetal, Vestfold, 2014 Slokkeinnsats med 1mill liter vann1,2 Foto:Vestfold interkommunale brannvesen 27 Kilder: 1) J. Bjørndal, Brannene skal bli færre og mindre, Kretsløpet, vol. 2015, no. 1. 2) J. Bjørndal, Het sommer også i avfallsbransjen, Kretsløpet, vol. 2014, no. 4.

28 Brannutvikling: eksempel Norsk gjenvinning, Alnabru, Oslo, 2018 Foto: Oslo brann og redning 28

29 Brannutvikling: eksempel Søtpotetsiloanlegg North Carolina, USA, Nov 2016 Slokkeinnsats fra utsiden 100 mill liter vann 29 Foto: Joe Pellegrino/The Daily Reflector via AP

30 Brannutvikling: eksempel Trepelletssilo, Sverige Brann slokket ved å fjerne alt brensel Foto: Ida Larsson, RISE 30

31 Brannutvikling Kvele brannen? Flammebrann: Ja! Ulmebrann: Vanskelig! 31

32 Forskningsutfordringer Avfall er komplekst Brann er komplekst Textiles Diapers Liquid and powder paints, oilsludge Compost Plastics Rubber Food packings Crushed wood Metals 32 Kilde: Presentasjon av Mohit Pushp og Anders Lönnermark, Self-heating in the waste piles,nordic Fire & Safety Days, Trondheim, 2018

33 Forskningsutfordringer «Ekte» avfall: Inhomogent, bør kvernes. Utfordringer: repeterbarhet og reproduserbarhet i forskningseksperimenter 33 Kilde: 1) Presentasjon av Mohit Pushp og Anders Lönnermark, Self-heating in the waste piles,nordic Fire & Safety Days, Trondheim, 2018

34 Forskningsutfordringer «Surrogat»avfall: Brukt for å representere husholdningsavfall i waste-to-energy forskning. Består av papir, avispapir, treverk, gress, polyetylen plast, sukker og brød1. Forbedret repeterbarhet og reproduserbarhet Representativt for reelle problemstillinger? Andre utfordringer: Tid Skala 34 Kilde: 1) S. Hirunpraditkoon, B. Z. Dlugogorski, and E. M. Kennedy, Fire properties of surrogate refuse-derived fuels, Fire Mater., vol. 30, no. 2, pp , Mar Representativt? Skalerbart?

35 Forebygging & slokking: hva kan gjøres? Mottakskontroll Lagringsmetoder Deteksjon Temperaturovervåking: IR kamera, termoelement Gassutvikling Plassering av utstyr Tilgang til slokkevann og slokkeutstyr Vedlikehold og brannøvelser Innsatsplaner og beredskapsplaner Avvikshåndtering Evaluering av hendelser Tilpasse til type avfall + type lagring Dokumentere løsninger! 35 Hva mangler av kompetanse og krav? Er vi trygge på at vi oppdager en brann i tide?

36 Forebygging & slokking: hva kan gjøres? Ny forskning ved IFE: batterier Fast materiale som elektrolytt til Li-ion batterier Kilde: mail&utm_campaign=newsletter

37 Forebygging & slokking: hva kan gjøres? Ny forskning ved RISE: selvantenning Mikrokalorimetri brukt til å forutse reaktivitet til trepellets Mulig nytt bruksområde: avfall? 37 Kilde: 1) Presentasjon av Mohit Pushp og Anders Lönnermark, Self-heating in the waste piles, Nordic Fire & Safety Days, Trondheim, ) I. Larsson, A. Lönnermark, P. Blomqvist, H. Persson, and H. Bohlén, Development of a screening test based on isothermal calorimetry for determination of self heating potential of biomass pellets, Fire and Materials, vol. 41, no. 8, pp , 2017

38 Forebygging & slokking: hva kan gjøres? Ny forskning ved RISE: selvantenning UV-stråling av avfall i 24h: Reaktivitet drastisk senket Liten skala, bruk av mikrokalorimetri Før UV behandling Etter UV behandling 38 Kilde: 1) Presentasjon av Mohit Pushp og Anders Lönnermark, Self-heating in the waste piles, Nordic Fire & Safety Days, Trondheim, 2018 Total varmeavgivelse ved 50 C

39 Forebygging & slokking: hva kan gjøres? Ny forskning ved RISE: ulmebrann i avfall Studert effekt av størrelse på treflis og fuktighet1 Kjøling forhindret antennelse av ulmebrann i trepellets2 39 Kilder: 1) C.Sesseng m.fl. The effect from particle size on smoldering fire in wood chip waste; an experimental study, innsendt til Fire Technology 2) R. F. Mikalsen, Fighting flameless fires - Initiating and extinguishing self-sustained smoldering fires in wood pellets, Doctoral thesis, Otto von Guericke University Magdeburg, Magdeburg, Germany, 2018.

40 Takk til RISE Fire Research, Trondheim: Morten Daffinrud Nina Reitan Christian Sesseng Karolina Storesund Anne Steen-Hansen Ragni Fjellgaard Mikalsen RISE Safety and Transport, Borås: Henry Persson Anders Lönnermark Ida Larsson Mohit Pushp 40

41 Til slutt Pass på HMS! Brann, eksplosjon og giftige gasser Brannrisiko: Kan håndteres med rett tiltak på rett sted Forskning for å dokumentere tiltak: Enkelt, trygg og økonomisk håndtering av brann Samarbeid mellom DSB og Miljødirektoratet høst 2018: Fokus på branner i avfallsanlegg 41

42 Takk for oppmerksomheten! Ta gjerne kontakt med oss! Ragni Fjellgaard Mikalsen Foto: Oslo brann og redning