Samtidig som den amerikanske havarikommisjonen (NTSB) gransker batteriet som tok fyr om bord i et Boeing 787 i Boston i forrige uke, måtte et B787 fra ANA nødlande etter røykutvikling fra et tilsvarende batteri.
I Japan er sju B787 fra JAL og 17 B787 tilhørende ANA satt på bakken.
Onsdag varslet amerikanske luftfartsmyndigheter (FAA) at også amerikanskregistrerte 787-er, det vil si seks fly tilhørende United, nå må sjekke litiumionebatteriene før de kan fly igjen.
«Gammel» teknologi
Om bord på B787 er det to litiumionebatterier. Ett foran ved cockpit og ett rett bak vingen i henholdsvis (fremre og bakre «E&E Compartment»). Disse er der for å sørge for strøm til å starte opp APU-en (Auxiliary Power Unit) som er plassert i halen og gi nødstrøm til styresystemene.
Det er franske Thales Avionics Electrical Systems som leverer batterisystemet basert på battericeller fra japanske GS Yuasa.
Battericellene benytter litium-koboltkoksid (LiCoO2) som katodemateriale. Ifølge GS Yuasa har disse batteriene ganske nøyaktig dobbelt så stor energitetthet som nikkel-kadmiumbatteriene (NiCd) som vanligvis er blitt benyttet i passasjerfly.
– LiCoO2 var det første kommersielle katodematerialet for ladbare litiumionebatterier. Det er kjent for å kunne bli ustabilt ved overlading. Men dette er en så kjent problemstilling at det garantert er etablert sikkerhetsrutiner som hindrer det i å skje, sier Ola Nilsen, førsteamanuensis ved Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo.
Les også: Elsystemet bekymrer på Dreamliner
Indre kortslutning
GS Yuasa vant kontrakten i 2005 og leverer to ulike celler med henholdsvis 10 og 65 Ah kapasitet og 3,7 V nominell spenning. De største cellene veier 2,75 kg med kapasitet på 101 Wh/kg og 232 Wh/l ifølge faktaarket.
– Indre kortslutning har vært litiumionebatterienes akilleshæl. Overlading, som normalt resulterer i røykutvikling/brann, kan man beskytte seg mot ved hjelp av elektronikk. I kritiske systemer benyttes ofte to uavhengige systemer. Videre søker man å benytte to lag separatorer slik at sannsynligheten for overlappende feil blir liten. Cirka 100 Wh/kg er moderat for denne kjemien og anvendelsen er så kritisk at jeg vil anta at dette også er gjort her, sier Øistein Hasvold som er forsker ved Forsvarets forskningsinstitutt (FFI).
Han har blant annet forsket på sikker anvendelse av litiumbatterier.
Les også: Denne blir større enn Kjos-lineren
Demonteres denne uka
Nå er både Thales og GS Yuasa involvert i NTSB-granskningen av brannen på Boston Logan, og vil ganske sikkert også delta i å finne ut hva som forårsaket røykutviklingen fra litiumionebatteriet på ANA-flyet natt til onsdag norsk tid.
Dette flyet er et av de eldste B787-ene og ble levert fra fabrikken i Everett for ganske nøyaktig ett år siden.
NTSB gjennomførte radiografiske undersøkelser av batteriet sist helg i forkant av det skal plukkes fra hverandre i løpet av denne uka. Dataene fra flyets ferdsskriver (FDR) og taleregistrator (CVR) er alt lastet ned.
Tidligere har amerikanske luftfartsmyndigheter (FAA) advart om at det vanlige brannhemmende middelet som brukes i lasterommet på fly, bromtrifluormetan/Halon 1301, er lite effektivt mot batteribranner.
Boston-brannvesenet fikk kontroll på brannen ved hjelp av slokkemiddelet Halotron, bestående av tetrafluoretan, pentafluoretan og karbondioksid, men strevde med å komme til og få fjernet batteriet, heter det fra NTSB.
«Thermal runaway»
Litiumkoboltoksid er noe mer reaktiv vis-à-vis elektrolytten enn andre kjemier. Hasvold viser til forskning utført av kolleger ved amerikanske Sandia National Laboratories (se figuren under).
– Men først må du over en viss «onset-temperatur», deretter går resten av seg selv. I ren form dekomponerer oksidet under avgivelse av oksygen under oppvarming. I nærvær av elektrolytten blir denne oksidert. Varmeutviklingen ved denne reaksjonen er ganske høy og cellen vil i praksis sprekke (ventilere). Gassen er brennbar og elektrolyttdamp som forbrenner i luft kan gi en varmeutvikling som er betydelig høyere enn batteriets elektriske energi, opplyser forskeren.
Han sier at det var ut fra denne erkjennelsen at mange har gått over til mindre reaktive katoder.
Minst reaktiv er litium-jernfosfat, men det er også den som gir lavest energitetthet. NCM (et blandoksid av nikkel, kobolt og mangan) er et hyppig brukt kompromiss mellom energitetthet og sikkerhet.
Dette finnes for eksempel igjen montert i en del elbiler av nyere dato.
Les også: Airbus tilbyr "tjukkas-seter"
Risiko
Hasvold vil ikke gå inn på konkrete årsaker til brannene/branntilløpene som har oppstått i Boeing-flyene. Det blir bare synsing før den endelige havarirapporten foreligger, mener han.
– Men helt generelt: Har du en høy spesifikk energi og så får en intern kortslutning, får du nødvendigvis en høy temperatur. Høy temperatur og en organisk væske – elektrolytten er en løsning av cirka 1 M LiPF i en blanding av karbonatestre – er nødvendigvis en risiko. Sammenlignet med vannbaserte batterier er også varmekapasiteten mye lavere, sier FFI-forskeren.
Spørsmålet er hvorfor en på mange måter utdatert batteriteknologi benyttes i industriens mest moderne fly.
– En grunn til at koboltoksid brukes i Dreamliner, kan være den lange tiden det tar å få noe godkjent for aerospaceanvendelse. LiCoO2 var helt enerådende for ti år siden, påpeker Hasvold.
Elektriske problemer
Foreløpig er det ikke kjent om brannen(e) har startet i selve batteriet, eller om batteriet har tatt fyr som følge av feil i andre deler av det elektriske systemet der APU-batteriet står plassert.
Som TU tidligere har skrevet, har det vært noen hendelser som har gitt en ripe i lakken for Dreamlinerens el- og kjøleanlegg.
4. desember nødlandet et B787 fra United Airlines i New Orleans like etter avgang fra Houston som følge av svikt i det elektriske anlegget.
To uker senere måtte et helt nytt B787 tilhørende Qatar Airways stå på bakken i flere dager for å korrigere tilsvarende feil.
Også mens Dreamliner fortsatt var i testfasen, var flytypen utsatt for elektriske problemer. I november 2010 måtte Boeings testfly ZA002 nødlande i Laredo, Texas.
ZA002 mistet hovedstrømmen som følge av en brann i det bakre elektriske anlegget, der altså APU-batteriet også er plassert.
Norwegian: – Vi skal fly langt fryktelig billig
Driftssikker
Boeing har så langt offisielt ikke gått mye i detalj om 787-problemene annet enn at de jobber i tett samarbeid med myndigheter og operatører.
Flyprodusenten påpeker imidlertid at dette er et nytt fly som langt fra har noen flere barnesykdommer enn det som er vanlig. Heller tvert imot.
Det er litt over tre år siden B787 fløy første gang, og litt over et år siden flytypen ble satt i drift av lanseringskunden ANA.
Amerikanske luftfartsmyndigheter, FAA, gjennomførte historiens mest grundige sertifiseringsprosess i forbindelse med 787, hevder Boeing.
Den amerikanske industrigiganten påpeker at Dreamliner nå har loggført om lag 50 000 flytimer og at det gjennomføres 150 flygninger daglig med flytypen. Driftssikkerheten er på linje med den hittil minst problematiske introduksjonen, da Boeing 777 ble satt i drift i 1995.
Etter 15 måneders drift er den operative tilgjengelighetsgraden godt over 90 prosent for den samlede 787-flåten.
Les også:
Denne sprekken setter Super Puma på bakken
Nytt vingedesign skal spare drivstoff
Her triller A350 ut av hangaren
