Hibrit araçlarda meydana gelen yangınlar ve etkili söndürme sistemlerinin incelenmesi

Otomotiv sektöründe yaşanan teknolojik dönüşüm, hibrit elektrikli araçların (HEA – Hybrid Electric Vehicle) ve elektrikli araçların (EA – Electric Vehicle) yalnızca mühendislik açısından değil, aynı zamanda enerji politikaları ve çevresel sürdürülebilirlik bağlamında da kritik bir çözüm alanı haline geldiğini göstermektedir. 19. yüzyılın sonlarına doğru üretilen Armstrong Phaeton, tarihin bilinen ilk hibrit aracı olup içten yanmalı motor ve elektrik motorunu bir arada kullanmıştır. Modern anlamda hibrit araçlar ise 1997'de piyasaya sürülen Toyota Prius ile önemli bir dönüm noktası yaşamış, kısa sürede küresel pazarda yaygınlaşmıştır. Ancak teknolojinin gelişmesiyle birlikte yangın güvenliği konusu daha görünür hale gelmiştir. Özellikle 2000'li yılların başında Toyota Prius ve Honda Insight gibi modellerde batarya soğutma sistemlerinin yetersizliği nedeniyle küçük çaplı yangınlar rapor edilmiştir. 2012 yılında Chevrolet Volt'un batarya güvenlik açıkları gerekçe gösterilerek geri çağrılması, hibrit elektrikli araç yangınlarının endüstriyel düzeyde ciddiyetle ele alınması gerektiğini açıkça göstermektedir. Hibrit ve elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte batarya kaynaklı geri çağırmaların sayısı artmıştır. Bu geri çağırmaların önemli bir kısmı batarya güvenliği ile ilişkilidir. Hücre izolasyon kusurları, Batarya Yönetim Sistemi (BMS – Battery Management System) yazılım hataları, soğutma sıvısı sızıntıları ve kablolama arızaları geri çağırmaların başlıca sebepleridir. 2010–2020 yılları arasında milyonlarca hibrit ve elektrikli araç, batarya güvenlik sorunları nedeniyle geri çağrılmıştır. Bu durum, batarya teknolojisinin sunduğu avantajların yanında güvenlik risklerinin hâlâ çözülmesi gereken ciddi bir problem olduğunu ortaya koymaktadır. Klasik içten yanmalı motorlu araçlarda (IYM – Internal Combustion Engine) yangınlar genellikle yakıt sızıntıları, elektriksel kısa devreler veya mekanik aşırı ısınma sonucu çıkmakta ve çoğunlukla dakikalar içinde birkaç yüz litre söndürücü kullanılarak kontrol altına alınabilmektedir. Buna karşın HEV'lerde lityum-iyon bataryaların kullanılmasıyla süreç daha karmaşık ve uzun süreli seyretmektedir. Lityum-iyon bataryalarda görülen termal kaçak (thermal runaway) süreci belirli aşamalardan oluşmaktadır. Yaklaşık 80–100 santigrat derecede (°C) katot yüzeyinde bulunan SEI tabakasının bozunması ve gaz çıkışlarının başlamasıyla süreç tetiklenmektedir. 120–140 °C aralığında ayırıcı tabakanın erimesi iç kısa devre riskini artırmaktadır. 150–200 °C'ye ulaşıldığında elektrolit bozunmakta, hidrojen (H₂), karbon monoksit (CO) ve uçucu organik bileşikler (VOC – Volatile Organic Compounds) açığa çıkmaktadır. 200–250 °C aralığında Lityum Nikel Manganez Kobalt Oksit (NMC – Nickel-Manganese-Cobalt Oxide) veya Nikel-Kobalt-Alüminyum Oksit (NCA – Nickel-Cobalt-Aluminum Oxide) katot yapılarından oksijen ayrışarak reaksiyonu kendi kendine beslemektedir. Bu aşamadan sonra sıcaklık hızla yükselerek 600–1000 °C seviyelerinde jet alevleri ve zincirleme hücre reaksiyonları meydana gelmektedir. Bu mekanizma, hibrit araç yangınlarının neden dakikalar değil saatler sürebildiğini ve söndürülmelerinin neden bu kadar zor olduğunu açıklamaktadır. İstatistiksel değerlendirmeler hibrit araçların yangın sıklığı bakımından en riskli kategori olduğunu ortaya koymaktadır. ABD'de Ulusal Karayolu Trafik Güvenliği İdaresi (NHTSA) verilerine göre HEV'ler, yüz bin satış başına en yüksek yangın oranına sahiptir. Çin'de yaygın kullanılan Lityum Demir Fosfat (LFP – Lithium Iron Phosphate) bataryaları, yüksek termal kararlılıkları sayesinde daha düşük yangın riski göstermektedir. Tesla gibi üreticilerin tercih ettiği NCA hücreleri yüksek enerji yoğunluğu sağlamasına rağmen NMC gibi daha düşük kararlılık sergilemektedir. Avrupa'da yapılan araştırmalarda hibrit araç yangınlarının özellikle kapalı otoparklarda ve tünel sistemlerinde kritik güvenlik riskleri oluşturduğu vurgulanmaktadır. Araç yangınlarında yalnızca yakıt ve bataryalar değil, aynı zamanda araç üzerinde bulunan diğer yanıcı malzemeler de yangının seyrini etkilemektedir. Koltuklarda kullanılan poliüretan köpükler, iç döşemelerdeki polipropilen ve ABS plastikler, kabloların PVC izolasyonları, lastikler ve kauçuk malzemeler yüksek miktarda yanıcı yük oluşturmaktadır. Ayrıca motor yağları, hidrolik sıvılar ve şanzıman yağları yüksek sıcaklık altında tutuşarak yangının büyümesine katkı sağlamaktadır. Gövde yapısında kullanılan magnezyum alaşımları, özellikle yüksek ısıda alevlenerek yangının şiddetini artırabilmektedir. Bu tezde incelenen batarya hücreleri NMC kimyasıyla üretilmiştir. NMC yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle tercih edilmekle birlikte, termal kararlılığı LFP'ye göre daha düşüktür. Deneylerde kullanılan 18650 silindirik hücreler, kompakt yapıları nedeniyle ardışık termal kaçakları en iyi temsil eden formattır. Prizmatik hücreler ise geniş yüzey alanları nedeniyle harici ısıya karşı daha duyarlı olup yangın sırasında daha yüksek sıcaklıklara ulaşabilmektedir. Deneylerde bu iki hücre tipinin birlikte incelenmesi hibrit araç yangınlarının gerçekçi biçimde modellenmesini sağlamıştır. HEV batarya paketlerinde yüzlerce hücre bulunmakta olup tipik çalışma gerilimleri 200–400 volt (V) aralığındadır. Örneğin Toyota Prius'un batarya paketi yaklaşık 201,6 V nominal gerilime, 6,5 amper-saat (Ah) kapasiteye ve 28 modül × 6 hücre konfigürasyonuna sahiptir. Yeni nesil plug-in hibritlerde (PHEV) ise batarya gerilimi 300–400 V seviyelerine, kapasite ise 8–18 kilovat-saat (kWh) aralığına çıkabilmektedir. Deneysel çalışmada kullanılan 6 hücreli 18650 bloklar ve prizmatik hücreler, paket davranışlarını ölçekli düzeyde modellemek amacıyla tercih edilmiştir. Deney düzeneği hibrit araç yangınlarını temsil edecek biçimde tasarlanmıştır. Açık alan deneylerinde iki litre benzin tutuşturulmuş, prizmatik ve silindirik pil bloklarının alevlere tepkileri gözlemlenmiştir. Kapalı alan deneylerinde çelik kabin kullanılmış; sıcaklık ölçümleri, gaz analiz cihazları ve gözlem pencereleri ile ayrıntılı veriler kaydedilmiştir. Söndürme deneylerinde su, NOVEC 1230, BIOVERSAL ve Yüksek Vizkoziteli Sıvı Söndürücü (YVSS – High-Viscosity Suppression Solution) karşılaştırmalı olarak test edilmiştir. Sonuçlar, hibrit araç yangınlarının karmaşık yapısını net biçimde ortaya koymuştur. Açık alan deneylerinde benzin alevleri bataryaların tepkilerini hızla tetiklemiş; silindirik hücrelerde ardışık termal kaçaklar zincirleme şekilde gelişmiş; prizmatik hücrelerde ise daha geç başlayan fakat daha yüksek sıcaklıklara ulaşan reaksiyonlar kaydedilmiştir. Kapalı alan deneylerinde YVSS yüksek vizkozitesi sayesinde sağladığı ısıl direnç ve tutuşma geciktirme başarısıyla en etkin söndürücü ajan olarak öne çıkmıştır. Su hızlı soğutma sağlamış ancak yeniden tutuşma riskini ortadan kaldıramamış, BIOVERSAL çevresel avantajlarına rağmen yüksek sıcaklıklarda sınırlı kalmış, NOVEC 1230 ise düşük etkinliği nedeniyle yetersiz bulunmuştur. Yangınlarda yalnızca alevler değil, ortaya çıkan duman ve gaz karışımları da ciddi bir risk oluşturmaktadır. Elektrolit bozunması sonucu açığa çıkan hidrojen florür (HF – Hydrogen Fluoride), karbon monoksit (CO), hidrojen (H₂), VOC'ler ve metal oksit parçacıkları, yangın ortamını hem zehirleyici hem de patlayıcı hale getirmiştir. Hibrit araçlarda yakıt yanma ürünleri de bu tabloya eklenerek toksisiteyi artırmaktadır. Söndürme sonrası kullanılan binlerce litre su ve kimyasal söndürücüler de çevresel açıdan tehlikeli atığa dönüşmektedir. Elektrolit kalıntıları, ağır metaller ve organik solventler suya karışarak hem insan sağlığı hem de ekosistemler için uzun vadeli riskler oluşturmaktadır. Sonuç olarak bu tez, hibrit araç yangınlarını tarihsel bağlamından deneysel analizlerine kadar geniş bir çerçevede ele almış, literatüre özgün katkılar sunmuştur. Bulgular hibrit araç yangınlarının yalnızca batarya kaynaklı değil, yakıt ve araç üzerindeki diğer yanıcı malzemelerin etkileşimiyle gelişen çok boyutlu bir süreç olduğunu göstermiştir. Söndürme ajanlarının karşılaştırmalı değerlendirilmesi, özellikle YVSS'nin yüksek ısıl direnç ve tutuşma geciktirme başarısı ile gelecekte hibrit araç yangınlarının yönetiminde umut verici bir çözüm sunduğunu ortaya koymuştur. Bu çalışma, mühendislik tasarımları, acil müdahale stratejileri, çevresel yönetim ve politika geliştirme açısından yol gösterici nitelikte olup hibrit araçların güvenli ve sürdürülebilir ulaşım vizyonuna katkı sağlayacak bilimsel bir çerçeve sunmaktadır.