Projektowanie produkcji współczesnych systemów bezzałogowych wymaga uwzględnienia zagrożeń pożarowych i wybuchowych już na etapie tworzenia technologii, układu pomieszczeń i doboru wyposażenia.
Dotyczy to zarówno bezzałogowych statków powietrznych, jak i systemów lądowych oraz jednostek nawodnych i podwodnych. W praktyce wojskowej odpowiadają im m.in. klasy UAS, UGV, USV i UUV.
Szczególnego rozpatrzenia wymagają dwa obszary:
- baterie litowo-jonowe stosowane jako źródło energii;
- technologie wytwarzania przyrostowego — druk 3D z metalu i tworzyw sztucznych.
Nie oznacza to jednak, że każda bateria lub każda drukarka 3D powoduje powstanie strefy zagrożenia wybuchem. Ocena zagrożenia wybuchem powinna wynikać z rzeczywistego procesu, źródeł emisji, stosowanych materiałów, wentylacji i możliwych źródeł zapłonu.
Ocena zagrożenia wybuchem jako część projektowania procesu
W polskich przepisach w obiektach, w których prowadzone są procesy technologiczne z materiałami mogącymi wytworzyć mieszaniny wybuchowe lub materiały takie są magazynowane, dokonuje się oceny zagrożenia wybuchem.
Ocena obejmuje między innymi określenie pomieszczeń zagrożonych wybuchem, wyznaczenie odpowiednich stref oraz wskazanie czynników mogących zainicjować zapłon. Co istotne z punktu widzenia nowej inwestycji, przepisy wskazują wprost, że oceny dokonuje inwestor, projektant lub użytkownik decydujący o procesie technologicznym.
Dlatego szczególnie korzystny moment, w którym powinna powstać ocena zagrożenia wybuchem, to etap, na którym można jeszcze zmienić:
- lokalizację poszczególnych operacji;
- podział pomieszczeń;
- sposób magazynowania i ładowania baterii;
- rozwiązanie wentylacji oraz odciągów miejscowych;
- sposób transportowania proszków;
- lokalizację urządzeń do przesiewania i odzysku proszku;
- organizację post-processingu;
- lokalizację stanowisk testowych;
- sposób postępowania z bateriami uszkodzonymi lub podejrzanymi.
Dobrze wykonana analiza może więc oddziaływać na projekt instalacji, zanim konieczne stanie się kosztowne dostosowywanie gotowego obiektu.
Baterie Li-ion w dronach – mała bateria nie oznacza braku poważnego scenariusza awaryjnego
Systemy bezzałogowe wykorzystują baterie o bardzo różnej energii, konstrukcji, chemii i konfiguracji.
Z punktu widzenia bezpieczeństwa technologicznego trzeba odróżnić co najmniej dwa przypadki.
Małe baterie i pakiety
W produkcji małych dronów powietrznych lub niewielkich robotów mogą występować relatywnie małe pakiety, ale jednocześnie w zakładzie może znajdować się ich duża liczba.
Znaczenie mają wtedy nie tylko parametry pojedynczej baterii, lecz również:
- liczba jednocześnie ładowanych pakietów;
- ich stan naładowania;
- gęstość magazynowania;
- odległości pomiędzy bateriami;
- możliwość przeniesienia awarii na kolejne ogniwa lub pakiety;
- sposób prowadzenia prób elektrycznych i funkcjonalnych;
- procedura postępowania z baterią uszkodzoną.
Uszkodzenie mechaniczne, zwarcie, przegrzanie lub inne warunki nadużycia mogą prowadzić do gwałtownej awarii ogniwa. Materiały U.S. Army ostrzegają, że uszkodzona bateria może się silnie nagrzewać, wydzielać szkodliwe gazy, emitować płomień, a w określonych warunkach także ulec gwałtownej awarii.
Duże baterie i systemy wysokiej energii
Przy większych dronach lądowych, nawodnych lub podwodnych energia zgromadzona w pojedynczym zestawie może być znacznie większa.
W takim przypadku trzeba analizować nie tylko inicjację awarii pojedynczego ogniwa, ale również możliwość jej propagacji oraz konsekwencje dla całego pakietu, stanowiska i pomieszczenia.
Podczas thermal runaway mogą powstawać między innymi wodór, tlenek węgla, dwutlenek węgla i lekkie węglowodory. W badaniach stwierdzano również między innymi HF. Skład i ilość gazów zależą jednak bardzo istotnie od chemii ogniwa, konstrukcji, stanu naładowania oraz sposobu zainicjowania awarii — dlatego nie należy przenosić jednej wartości emisji na wszystkie baterie.
Część mieszaniny gazowej może mieć właściwości palne. Jeżeli gazy zostaną uwolnione do ograniczonej przestrzeni i nie ulegną bezpiecznemu rozproszeniu, należy rozpatrywać możliwość powstania palnej mieszaniny oraz jej zapłonu.
Zagadnienia te szerzej omawia ocena zagrożenia wybuchem baterii litowych.
Doświadczenia wojskowe pokazują, że problem nie jest teoretyczny
Baterie litowe są obecnie istotną technologią dla wojskowych systemów bezzałogowych działających w powietrzu, na lądzie, na powierzchni wody i pod wodą.
U.S. Naval Safety Command opisywał między innymi pożar po przechowywaniu systemu Puma UAS oraz zdarzenie z baterią bezzałogowego pojazdu nawodnego Otter USV. W tym drugim przypadku bateria zapaliła się podczas przechowywania — nie była w tym czasie ładowana.
U.S. Navy rozwija również specjalne rozwiązania przeznaczone dla baterii pojazdów podwodnych. Dla systemów MK-18 oraz Knifefish stosowano rozwiązania obejmujące m.in. detekcję, odprowadzanie gazów, systemy wodne oraz fizyczne ograniczenie propagacji awarii. W przeprowadzonych próbach rozwiązania dla Knifefish umożliwiły ograniczenie zdarzenia bateryjnego do pojedynczej wydzielonej przestrzeni.
NATO MSIAC w opublikowanej w 2026 r. analizie dotyczącej zagrożenia cieplnego baterii Li-ion wskazuje thermal runaway jako podstawowy tryb poważnej awarii związany z gwałtownym spalaniem palnego elektrolitu i podkreśla konieczność uwzględniania tego zjawiska w ocenach bezpieczeństwa systemów wojskowych.
Doświadczenia wojskowe są tu szczególnie wartościowe, ponieważ dotyczą systemów o dużej gęstości energii, ograniczonej przestrzeni oraz wysokich wymaganiach dotyczących niezawodności.
Dron powietrzny, lądowy i wodny – podobne źródło energii, inne konsekwencje awarii
Drony powietrzne – UAS
W produkcji małych systemów powietrznych istotna może być duża liczba stosunkowo niewielkich baterii, intensywne ładowanie i częsta wymiana pakietów.
Analiza powinna obejmować cały cykl technologiczny: przyjęcie baterii, magazynowanie, ładowanie, testowanie, montaż w pojeździe oraz postępowanie z pakietem uszkodzonym.
Drony lądowe – UGV
Wraz ze wzrostem masy i czasu pracy pojazdu może rosnąć energia zestawu bateryjnego. Pojawia się wtedy znaczenie propagacji pomiędzy ogniwami i modułami oraz sposobu oddzielenia baterii od innych elementów konstrukcji i stanowiska.
Systemy nawodne i podwodne – USV/UUV
W systemach wodnych dodatkowego znaczenia nabiera geometria obudowy i możliwość odprowadzania ciepła oraz produktów awarii z przestrzeni zamkniętej.
Samo otoczenie pojazdu wodą nie oznacza, że problem emisji gazów wewnątrz zamkniętej konstrukcji przestaje istnieć. U.S. Navy prowadzi oddzielne programy bezpieczeństwa oraz certyfikacji baterii dla zastosowań podwodnych, a systemy UUV należą do rzeczywistych zastosowań baterii Li-ion w tej dziedzinie.
Thermal runaway a strefa Ex – ważne rozróżnienie
To jeden z najważniejszych punktów oceny.
Nie należy automatycznie wyznaczać stałej strefy Ex wokół każdej prawidłowo eksploatowanej, szczelnej baterii Li-ion wyłącznie dlatego, że w przypadku ciężkiej awarii może ona wydzielić palne gazy.
PN-EN IEC 60079-10-1:2021-09 dotycząca klasyfikacji gazowych atmosfer wybuchowych nie obejmuje katastroficznych lub rzadkich awarii wykraczających poza przyjętą przez normę koncepcję normalności.
Nie znaczy to jednak, że scenariusz thermal runaway można pominąć.
Trzeba rozdzielić:
klasyfikację stref zagrożenia wybuchem — wynikającą z właściwych dla danego procesu źródeł emisji,
od
analizy scenariusza awaryjnego — obejmującej możliwość gwałtownego wydzielenia palnych i toksycznych gazów, zapłonu, wzrostu ciśnienia, oddziaływania cieplnego i propagacji awarii.
W zależności od procesu oba zagadnienia mogą się spotkać, ale nie powinny być utożsamiane.
Druk 3D z metalu – jeden z najważniejszych obszarów OZW
Wytwarzanie przyrostowe elementów metalowych jest szczególnie istotne w produkcji nowoczesnych systemów bezzałogowych, ponieważ umożliwia wykonywanie lekkich i geometrycznie złożonych części oraz szybkie prototypowanie.
Jednocześnie część technologii AM wykorzystuje drobne proszki metali.
U.S. Army, analizując zastosowanie Metal Powder Bed Fusion w warunkach ekspedycyjnych, zwraca uwagę na dużą powierzchnię właściwą cząstek i reaktywność materiałów oraz związane z nimi ryzyko wybuchu pyłu.
NIOSH wymienia możliwość wybuchu jako jedno z charakterystycznych zagrożeń między innymi technologii Powder Bed Fusion, Binder Jetting oraz Directed Energy Deposition wykorzystujących proszek.
W rzeczywistym procesie trzeba zatem analizować nie tylko samą komorę drukarki, lecz również:
- dostarczanie i przesypywanie proszku;
- napełnianie urządzenia;
- odzysk niewykorzystanego materiału;
- usuwanie proszku z gotowych elementów;
- przesiewanie;
- czyszczenie;
- instalację odpylającą;
- odkurzacze przemysłowe;
- odpady i pozostałości proszku;
- możliwe osadzanie się warstw pyłu.
Dla pyłowych atmosfer wybuchowych właściwym punktem odniesienia pozostaje seria 60079-10-2. Polska PN-EN 60079-10-2:2015-06 dotyczy identyfikacji i klasyfikowania obszarów występowania wybuchowych chmur pyłu oraz warstw pyłu palnego.
Znaczenie problemu potwierdza również udokumentowane przez amerykańską OSHA zdarzenie w zakładzie additive manufacturing przetwarzającym proszki stopów zawierających między innymi tytan i aluminium, w którym wystąpiło ciężkie zdarzenie pożarowo-wybuchowe podczas obsługi systemu druku 3D.
Druk 3D z tworzyw sztucznych – nie każda technologia powoduje takie samo zagrożenie
Określenie „druk 3D z tworzyw” obejmuje procesy o bardzo różnym profilu bezpieczeństwa.
Filament – FFF/FDM
W przypadku typowego druku z filamentu zasadniczym zagadnieniem nie musi być atmosfera wybuchowa. NIOSH wskazuje przede wszystkim emisje ultradrobnych cząstek i lotnych związków organicznych oraz zagrożenia termiczne.
OZW należy więc wykonywać na podstawie rzeczywistego materiału i procesu, a nie dlatego, że w pomieszczeniu znajduje się drukarka 3D.
Druk z proszków polimerowych
Sytuacja może być zupełnie inna, jeżeli tworzywo występuje w postaci drobnego proszku.
W technologiach wykorzystujących złoże proszkowe należy ustalić parametry palności i wybuchowości konkretnego materiału oraz sposób jego przesypywania, odzysku, oczyszczania i odpylania.
Żywice i post-processing
W procesach wykorzystujących ciekłe żywice należy oddzielnie przeanalizować samą żywicę oraz środki stosowane później do czyszczenia detali.
Jeżeli post-processing wykorzystuje palny rozpuszczalnik, źródłem atmosfery wybuchowej może być właśnie etap mycia, przelewania, magazynowania lub odparowywania rozpuszczalnika, a nie sam proces utwardzania wydruku.
Jeden zakład może mieć kilka zupełnie różnych mechanizmów zagrożenia
W nowoczesnej fabryce systemów bezzałogowych można spotkać jednocześnie:
Baterie Li-ion
→ możliwość thermal runaway
→ palne i toksyczne produkty rozkładu
→ możliwość propagacji awarii
Druk metalowy
→ palny pył metaliczny
→ możliwość powstania pyłowej atmosfery wybuchowej
→ potencjalne źródła zapłonu i osadzanie pyłu
Druk tworzyw z proszku
→ pył polimerowy
→ konieczność sprawdzenia jego właściwości wybuchowych
Druk z filamentów
→ przede wszystkim emisje cząstek i VOC; charakter zagrożenia zależy od konkretnego materiału i urządzenia
Post-processing
→ możliwość stosowania palnych rozpuszczalników
→ emisja par i potencjalna gazowa atmosfera wybuchowa
Każdy z tych scenariuszy należy oceniać oddzielnie, a następnie analizować ich wzajemne oddziaływanie.
OZW jako narzędzie optymalizacji projektu fabryki
Najlepszy efekt techniczny można osiągnąć, gdy analiza jest prowadzona równolegle z projektowaniem procesu.
Pozwala to odpowiedzieć na pytania:
- które operacje rzeczywiście mogą tworzyć atmosferę wybuchową;
- gdzie występują źródła emisji;
- czy źródło można zlikwidować lub ograniczyć;
- czy proces można zamknąć lub odseparować;
- jaki wpływ ma wentylacja;
- czy wymagane jest wyznaczenie stref Ex;
- jaki powinien być zakres urządzeń w wykonaniu Ex;
- gdzie potrzebne jest odpylanie;
- jak zorganizować ładowanie i magazynowanie baterii;
- jak oddzielić baterie uszkodzone od prawidłowych;
- czy potencjalny wybuch może spowodować przekroczenie kryterium dla pomieszczenia zagrożonego wybuchem;
- jak rozwiązania procesowe wpływają na wymagania budowlane i przeciwpożarowe.
Podstawowa zasada zapobiegania wybuchom jest przy tym prosta: w pierwszej kolejności dąży się do niedopuszczenia do powstania atmosfery wybuchowej, następnie do wyeliminowania skutecznych źródeł zapłonu, a gdy jest to potrzebne — do ograniczenia skutków wybuchu. Taką hierarchię przewiduje zarówno ATEX 1999/92/WE, jak i metodyka PN-EN 1127-1.
Jakie informacje warto zebrać przed rozpoczęciem projektu?
Dla zakładu produkującego systemy bezzałogowe szczególnie przydatne są:
- planowany układ pomieszczeń;
- lista procesów i urządzeń;
- technologie druku 3D;
- rodzaje i ilości proszków;
- karty charakterystyki i dane dotyczące właściwości wybuchowych;
- rodzaje baterii, chemia ogniw i energia pakietów;
- liczba jednocześnie magazynowanych i ładowanych baterii;
- przewidywany SOC na poszczególnych etapach procesu;
- opis stanowisk testowych;
- sposób postępowania z bateriami uszkodzonymi;
- założenia wentylacji i odpylania;
- planowane rozpuszczalniki i środki czyszczące.
Jeżeli wymaganych parametrów pyłu nie można wiarygodnie ustalić z dokumentacji lub literatury, konieczne może być wykonanie badań właściwości wybuchowych konkretnego materiału.
Ocena zagrożenia wybuchem dla produkcji i rozwoju systemów bezzałogowych
Hazards Control wykonuje niezależne analizy zagrożenia wybuchem na etapie projektu oraz dla istniejących instalacji.
W przypadku produkcji dronów i innych systemów autonomicznych zakres może obejmować między innymi:
- baterie Li-ion;
- stanowiska ładowania i testowania;
- magazyny ogniw;
- prototypownie i laboratoria;
- druk 3D z metalu;
- druk 3D z tworzyw;
- procesy wykorzystujące palne rozpuszczalniki;
- odpylanie;
- klasyfikację stref Ex;
- analizę wariantów ograniczenia zagrożenia.
W obszarze badań i prototypowania istotna jest również ocena zagrożenia wybuchem dla laboratoriów.
Jeżeli w zakładzie występują miejsca pracy, w których może powstać atmosfera wybuchowa, ustalenia OZW mogą następnie stanowić materiał wejściowy do dokumentu zabezpieczenia przed wybuchem.
Nie zaczynamy od urządzeń zabezpieczających
Najpierw należy określić zagrożenie.
Dopiero potem można odpowiedzialnie zdecydować, czy właściwym rozwiązaniem jest zmiana procesu, ograniczenie ilości materiału, separacja, wentylacja, detekcja, urządzenia Ex albo techniczne środki ograniczające skutki zdarzenia.
Hazards Control nie jest dostawcą systemów zabezpieczających. Zalecenia wynikają z analizy technicznej procesu i rzeczywistego poziomu ryzyka.