Negli ultimi anni è aumentato il numero di incidenti che coinvolgono dispositivi elettronici danneggiati a bordo degli aerei. Le batterie agli ioni di litio, presenti nei PC portatili e in altri dispositivi elettronici, causano la maggior parte di essi. Nel progetto LOKI-PED*, l'Istituto Fraunhofer per la dinamica ad alta velocità, l'Ernst-Mach-Institut, l'EMI e l'Istituto Fraunhofer per la fisica delle costruzioni IBP collaborano con Airbus per valutare i rischi di incendio e di fumo associati alle batterie agli ioni di litio nelle cabine e nei cockpit. L'obiettivo è rendere più sicuro l'uso dei dispositivi portatili a bordo.
Oggi i dispositivi elettronici portatili (PED) sono nostri compagni di viaggio costanti, in aereo come altrove. I passeggeri, tuttavia, non sono sempre consapevoli dei rischi. Se infatti un PED rimane incastrato in un sedile o si surriscalda durante la ricarica, la batteria al suo interno può riscaldarsi ed espandersi. In casi estremi, può emettere gas caldi, tossici e infiammabili. Secondo la Federal Aviation Administration (FAA), negli ultimi anni sono aumentati gli incidenti causati dalle batterie agli ioni di litio sui voli passeggeri. L'amministrazione stima tra i 35 e i 50 casi all'anno. Il 26 dicembre 2022, un aereo Lufthansa ha dovuto effettuare un atterraggio di emergenza all'aeroporto internazionale O'Hare di Chicago dopo che un PC portatile surriscaldato ha causato un incendio in cabina.
Questo allarmante tasso di incidenti può essere attribuito al crescente numero di PED e di batterie al litio portate a bordo, tra cui sigarette elettroniche, power bank e cacciaviti a batteria.
Il progetto LOKI-PED (Lithium batteries in pOrtable electronic devices - risK of fIre and smoke) è sostenuto dall'Agenzia dell'Unione Europea per la Sicurezza Aerea (EASA) e finanziato dal programma Horizon Europe dell'Unione Europea.
Test al banco di prova e in laboratorio di volo
"È urgente una valutazione del rischio scientificamente fondata, soprattutto perché le procedure di cabina e antincendio non sono cambiate dal 2014. Con LOKI-PED stiamo verificando se sia necessario aggiornare gli standard e stabilire nuove misure di protezione per ridurre al minimo i rischi", afferma il responsabile del progetto, il Dr. Simon Holz del Fraunhofer EMI. Il team del Dr. Holz è completato dal Dr. Victor Norrefeldt, responsabile tecnico del Fraunhofer IBP, e dal suo gruppo di ricerca, oltre che da esperti di Airbus. I partner del progetto stanno lavorando per:
- caratterizzare i principali rischi dei PED e gli effetti del fuoco e del fumo nelle cabine di pilotaggio e nelle cabine
- valutare i rischi in base al numero e al contenuto energetico dei PED
- valutare le misure di emergenza e le contromisure aggiuntive - come la ventilazione e i sacchi protettivi
- identificare le lacune nelle disposizioni normative.
Le conseguenze del fumo e dell'incendio vengono studiate in banchi di prova ad alte prestazioni, come il Flight Test Facility del Fraunhofer IBP e il centro di prova delle batterie TEVLIB del Fraunhofer EMI. Il centro TEVLIB offre condizioni uniche per effettuare test distruttivi, anche su sistemi di batterie di grandi dimensioni, mantenendo i più alti standard di sicurezza. Gli esperimenti servono come base per le simulazioni numeriche e la successiva valutazione dei rischi.
Un cortocircuito nella cella della batteria
Il primo passo è stato quello di effettuare test di abuso delle batterie di laptop, tablet, smartphone e cacciaviti a batteria, riscaldate per innescare il thermal runaway. Si tratta di un processo in cui la batteria agli ioni di litio brucia, rilasciando tutta l'energia chimica della cella in un tempo molto breve.
Un cortocircuito interno alla cella della batteria produce una corrente elettrica molto elevata, che provoca un forte aumento della temperatura. Una volta raggiunta la temperatura iniziale, la fuga termica nella cella della batteria non può più essere controllata. "Le batterie al litio dei PED contengono diversi tipi e numeri di celle. L'alta temperatura innesca una reazione a catena, in cui il calore prodotto in una cella innesca una fuga termica anche nella cella successiva", spiega l'ingegnere. "La quantità di gas rilasciata è proporzionale alla quantità di energia della batteria".
I ricercatori non hanno ancora completato la caratterizzazione dei gas rilasciati. Il prossimo passo previsto è quello di condurre esperimenti in ambienti aeronautici realistici con la ventilazione appropriata della cabina in un mockup A320 e presso la Flight Test Facility del Fraunhofer IBP.
Il contenuto energetico determina la quantità di calore e di gas rilasciati
"Se un PED si surriscalda, la quantità di calore e gas rilasciata è determinata dal contenuto energetico delle batterie. I PED che possono essere portati a bordo sono attualmente limitati a 100 Wh. Le batterie dei computer portatili non devono avere una capacità superiore a 100 Wh. In futuro verranno immessi sul mercato dispositivi con densità energetiche sempre più elevate", spiega Holz a proposito delle difficoltà incontrate. "I nostri test stanno verificando se il limite di 100 Wh è sufficiente, in modo da poter adattare le normative e, se necessario, installare nuove misure di protezione. Una volta completati i test, le compagnie aeree, le autorità di regolamentazione, l'equipaggio di cabina e i passeggeri beneficeranno tutti allo stesso modo delle nostre proposte scientifiche, in termini di progettazione dei sistemi di ventilazione e di certificazioni per le attrezzature di sicurezza adeguate, ad esempio".
Il team del progetto è in stretto contatto con i membri dell'industria aeronautica; uno scambio di opinioni sulla fuga termica delle batterie nelle cabine e nei cockpit ha avuto luogo in una tavola rotonda alla IATA World Safety & Operations Conference 2023.
