浅谈船舶载运新能源汽车的火灾风险防范与处置

汽车运输船和LNG运输船接棒去年的集装箱船，成为了2022年全球航运市场最耀眼的双子星。克拉克森的数据显示，截至12月21日，汽车运输船今年的新签订单量达到67艘，远超去年的38艘，创下2008年以来新高，这还不包括尚未正式官宣的比亚迪和招商轮船的批量订单。我们在此前的《新能源汽车浪潮下的汽车运输车市场分析预测》报告中已经指出，自2017年以来，全球汽车海运贸易的几乎所有增量都是由新能源汽车贡献的，其在汽车海运贸易总量中的占比已经从疫情前的不到10%大幅提升至目前的近25%。

与此同时，锂电池的安全特性也引起了业界对于船舶载运新能源汽车安全——尤其是消防安全的高度关注。我们粗略整理了2019年以来公开报道的汽车滚装船（包括汽车运输船、货物滚装船和客滚船）重大火灾事故，其中绝大多数火灾是由船上载运的汽车起火引起，虽然尚没有直接指向锂电池的证据出现，但已足够令人警醒。德国保险业巨头AGCS在其发布的《2022年安全与航运回顾》报告中指出，在过去的十年中，由于运载汽车发生火灾导致的船舶安全事故已经成为航运保险业损失的主要驱动因素之一，因为在很多情况下这类事故会导致货物和船舶的全损，赔付金额极其高昂。

 目前全球已有多家机构针对汽车海运消防安全开展了专项研究，包括挪威船级社（DNV）联合北欧航运保险协会（Cefor）成立的AFV研究工作站，欧洲海事安全局（EMSA）牵头的“FIRESAFE I&II”项目，由欧盟资助、国际海上保险联盟(IUMI)等牵头的“CFIS LASH FIRE”项目，以及布雷塔尼亚保赔协会（Britannia P&I）联合NYK以及日本海上防灾中心的实测项目等，当然还有大家非常熟悉的IMO船舶系统和设备分委会(SSE)针对船舶载运新能源汽车火灾风险的专项议题。

 船舶火灾风险的防范至少要从技术层面和安全管理体系两个维度去综合考虑，由于篇幅所限，这里我们重点从技术角度谈谈船舶载运新能源汽车（本篇特指电动汽车）的火灾风险预防及处置措施。首先来看上述各机构给出的防范措施建议：

可以清晰地看出，船舶载运电动汽车的火灾风险防范及处置的几个关键技术要素包括：确保电池性能可控、火灾前期监测、灭火系统加强等，而这些针对性措施都是由锂电池的特性所决定的。

一、电动汽车火灾风险的几个常见误区

1.电动汽车比燃油车更容易引发火灾？    

答案是否定的。拿电动汽车渗透率最高的北欧国家来说，以瑞典统计数据为例，2018~2021年期间，该国纯电及混动汽车的火灾事故率仅为万分之1.26，而燃油车达到万分之8.8；其他的新能源汽车大国方面，AutoInsurance EZ数据显示2020年美国燃油车起火事故为每10万辆1530起，而纯电动汽车仅为每10万辆25起；中国2020年的新能源汽车起火事故率为万分之0.26，明显低于当年燃油车的万分之1到万分之2。

2.电动汽车火灾的火势比燃油车火灾更为猛烈？

之所以产生这个印象是因为锂电池起火呈喷射状，看起来短时间内的起火强度更大。事实上，就整车火灾的火势强度而言，电动汽车与燃油车几乎没有差别，因为汽车中的绝大多数化学能量来自于座椅、内饰、机舱和轮胎等材料，电池或燃油都只占很小的一部分，影响较小。

3.电动汽车火灾产生的烟雾毒性比燃油车更大？

锂电池燃烧产生的氟化氢确实具有很强的毒性，电动汽车火灾中检测到的氟化氢浓度约为燃油车火灾的2倍。然而实际上所有类型的火灾释放出的烟雾和气体都是有毒的，常规火灾中的一氧化碳和氰化氢才是导致死亡最常见的原因。“LashFire”项目研究报告透露，根据瑞典消防部门的实测，当人仅佩戴呼吸器时，需要在100ppm氟化氢环境中暴露超过14个小时才有可能从皮肤中渗透进体内足以致死的量，这意味着目前船上配备的逃生用EEBD和消防员装备从效果上来说足以应付因锂电池着火引发的火灾。当然，在数量和布置上，可能需要考虑进一步的针对性调整。

二、锂电池特性决定的消防安全措施

 虽然从上述分析看起来电动汽车火灾并非“洪水猛兽”，但由于锂电池易自燃、火势快、难扑灭、易复燃的先天特点，对船舶运输途中的风险预防和及时有效处置提出了极高的要求。

1.如何确保运输途中电池性能可控？

热失控、充电不当、外部碰撞是引发锂电池自燃的最常见的三种情况，据统计，电动汽车火灾事故起因中动力电池自燃的占比接近1/3。为保障海运过程中载运汽车的电池性能安全可控，应当采取以下措施：

①严查事故车辆、二手车辆、老旧车辆，对电池系统存在故障或明显隐患的拒绝装船；

②要求装船电动汽车的SOC尽量保持在最佳区间；

③原则上禁止在船上对电动车进行充电，除非采取额外安全监管措施；

④强化对电动汽车的绑扎系固，防止恶劣海况下的移位和碰撞；

⑥保持良好的通风条件。

2.为何格外强调火灾的早期监控和探测？

锂电池通常位于密封单元内，且处于电动汽车中比较隐蔽的位置，如底盘等，初期的异常极难观测。同时，锂电池的火灾突发性强，燃烧速度极快，从出现燃烧现象到猛烈燃烧往往只需要几秒钟时间，且热失控传播速率呈递增趋势，加之燃烧呈喷射状态，火势极易向四周蔓延，可以说一旦起火，留给船员和自动灭火系统的反应时间十分有限，因此持续的实时监测和早期火灾的探测能力极为关键。

为此，在船上常规的感温探头和烟雾探测系统的基础上，有必要增加CCTV、气体探测仪、热扫描仪以及热成像摄像头等高精检测设备，对于及时发现电动汽车火灾的早期苗头、将火势控制在最小的范围内具有重要意义。

3.为何要重点考虑灭火系统的加强？

锂电池的起火伴随着复杂的化学反应，即便是在无氧环境中也会剧烈燃烧，常规手段几乎没有办法彻底灭火，而在燃烧过程中产生的大量热量并不会随着明火被扑灭而迅速散发，其内部仍处于高温状态从而极易复燃。

目前船上常用的灭火措施包括干粉灭火、泡沫灭火、二氧化碳灭火和水雾喷淋以及消防水枪等，其中干粉灭火器虽然在初始情况下能把明火灭掉，但干粉并不能降低锂电池内部的温度，灭火的锂电池容易复燃，甚至发生爆炸；泡沫灭火器喷出的泡沫则会附着在电池外围形成热绝缘体，从而增加化学反应，产生更多的热量；二氧化碳灭火只能消灭由锂电池起火引发的常规火灾，对无氧环境中仍然剧烈燃料的锂电池本身起火不起作用；水雾喷淋和消防水枪倒是可以在扑灭明火的同时对锂电池进行持续降温，直至其内部完全冷却，但用水量极大，英国保赔协会（UK P&I）提供的报告显示，扑灭一辆燃油车火灾需要在半小时内消耗1-1.7万升水，而彻底扑灭一辆电动汽车火灾需要持续4个小时共消耗13.6万升水，大量不可控的自由液面对本身就对稳性极为敏感的汽车滚装船而言是一个巨大的安全隐患。

因此，如何优化和加强汽车滚装船上的灭火系统是接下来船舶设计中需要解决的重点问题，最近有德国的研究表明，在消防水中添加F-500和Firesorb添加剂后，灭火效果大为改观，类似这些前沿的研究成果值得进一步追踪探索。

4.对电动汽车分区和隔离的必要性

当前，在船上对电动汽车设置专门的分区与燃油车进行隔离、对每层汽车甲板设置隔离舱壁或防火隔离以杜绝火势蔓延等措施也在被广泛讨论，其必要性和有效性暂且不表，有一点可以肯定，停放车辆之间间隔足够的安全距离能够有效延缓火势的蔓延，布雷塔尼亚保赔协会联合日本海上防灾中心的实船试验表明，间隔超过一辆车的宽度停放就能使船上火势蔓延时间从5分钟延长至10-20分钟，为船员和消防系统灭火争取更多的反应时间，但是显然这也牺牲了较多的装载经济性。

三、结语

 经过近十年的高速发展，电动汽车已经从新兴事物逐步成长为成熟、稳定的大众型消费产品，实践数据表明，电动汽车并不比传统燃油汽车更容易引发火灾，但是锂电池的特性又决定了其面对火灾风险在事先防范和事后处理等环节的特殊性和复杂性。对汽车滚装船而言，尽管在现阶段载运新能源汽车仍然面临着一些安全挑战，但同时也意味着一个重大的发展机遇——谁能设计、制造、运营更符合新能源汽车海运安全需求的船型，谁就能在汽车工业电动化转型的浪潮之中赢得市场更多的青睐。