Lithium-Ionen-Batterien werden für klimaneutrale und KI-fähige Datacenter immer wichtiger. Doch ihr Einsatz birgt Gefahren und erhöht die Anforderungen an den Brandschutz.
Seit 2017 erforscht und entwickelt das SUVEREN-Projekt innovative Brandschutzlösungen für Batteriebrände und gestaltet ganzheitliche Schutzkonzepte entlang der Batterie-Wertschöpfungskette. Die FOGTEC Brandschutz GmbH ist daran beteiligt und lässt die Erkenntnisse in Brandschutzkonzepte für Rechenzentren einfließen. Dort dienen Lithium-Ionen-Batterien vor allem als unterbrechungsfreie Stromversorgung und für Notstrom-Backups. Die Marktentwicklung in Richtung Künstliche Intelligenz stellt neue Anforderungen, die auch bestehende Brandschutzkonzepte für Rechenzentren beeinflussen.
Im Mai letzten Jahres kam es zu einem Brand im Rechenzentrum im Hillsboro Technology Park, in dem die Feuerwehr einen Raum mit Batteriespeichern als Brandursprung identifizierte. Das Feuer verursachte bei Millionen Menschen massive Störungen beim Nutzen der X App; in Deutschland blieb auf der Social-Media-Plattform X zum Beispiel der News-Feed leer. Ein weiterer Großbrand ereignete sich Anfang 2025: 40 % eines Batteriespeichers in Kalifornien brannten nieder. Der Speicher hatte laut pv magazine eine Kapazität von 3000 Megawattstunden und eine Leistung von 750 Megawatt. Auch hier zeigte sich, wie herausfordernd das Löschen von Lithium-Ionen-Batteriebränden sein kann. Weil der weltweite KI-Boom den Investitionsbedarf in Rechenzentren erhöht und sich die Infrastruktur verändert, gewinnen geeignete Brandschutzkonzepte an Bedeutung, um Brandgefahren durch Lithium-Ionen-Batterien (LIB) adäquat zu begegnen.
Im Rahmen einer FM Global-Zulassung für den Whitespace wurden Echtbrandversuch durchgeführt. © FOGTEC
Herausforderungen in Rechenzentren
Ein Rechenzentrum umfasst neben dem Serverraum viele technische Bereiche, die die Infrastruktur für den IT-Betrieb enthalten. Um diese vor Stromausfällen und damit vor Serverausfällen zu schützen, werden zunehmend Lithium-Ionen-Batterien als Notstromlösungen eingesetzt, weil sie eine höhere Energie- und Leistungsdichte bieten und langlebiger sind als Blei-Säure-Batterien. Durch ihre kompakte Bauweise lassen sich diese Systeme zudem besser in die Infrastruktur integrieren und können auch bei höheren Temperaturen betrieben werden. Das reduziert den Kühlbedarf in Rechenzentren und damit den Energieverbrauch für die Klimatisierung.
Die komplexe Infrastruktur und enge räumliche Verhältnisse in KI-Rechenzentren erschweren den Brandschutz, weil viele Komponenten dicht beieinander und oft schwer zugänglich sind. KI-Hardware (GPU-Racks) und KI-Anwendungen, besonders beim Training und Ausführen von Modellen, erhöhen zudem den Energieverbrauch. Daraus entstehen neue Anforderungen an Infrastruktur und Kühlung. Werden Kühlsysteme unzureichend betrieben oder fallen sie aus, steigt das Risiko thermischer Schäden.
Für alle Bereiche im Rechenzentrum kann eine Brandbekämpfungstechnologie eingesetzt werden, © FOGTEC
LIB-Realbrandversuche im Forschungsprojekt
Werden LIB-Zellen mechanisch, elektrisch (zum Beispiel durch Überladung) oder thermisch beschädigt, kann es zum thermischen Durchgehen (engl. Thermal Runaway) kommen. Im Forschungsprojekt SUVEREN2use wurden Batteriebrandversuche in einem offenen Raum mit natürlichen Ventilationsbedingungen durchgeführt, um herauszufinden, wie sich diese teils schnellen und heftigen Reaktionen kontrollieren lassen. Eingesetzt wurden echte LIB mit 112 kWh Speicherkapazität, die durch „Dorn-Penetration“ (mechanische Einwirkung) oder Überladen entzündet wurden. Die Versuche belegten die Wirksamkeit einer stationären Hochdruck-Wassernebel (HDWN)-Brandbekämpfungsanlage.
Das Forschungsprojekt SUVEREN_Storage und Folgeprojekte zeigten, dass ein Schutzkonzept möglich ist, mit dem der Brand auf ein Modul im Rack begrenzt werden kann.
Um ein explosionsfähiges Luft-Gas-Gemisch zu verhindern, sollten austretende brennbare und toxische Gase möglichst aus dem abgeschlossenen Raum abgeführt werden. In Versuchen wurde die HDWN-Anlage daher mit gleichzeitigem Rauchabzug betrieben und erfolgreich getestet. Der Brand blieb auch bei geöffnetem Rauchabzug auf ein Batteriemodul begrenzt und die Gaskonzentration niedrig. Damit ist nachgewiesen, dass eine Brandbekämpfung mit gleichzeitig aktiver Ventilation möglich und kein Raumabschluss notwendig ist. So lassen sich Explosionsschutz und autarke Brandbekämpfung zugleich sicherstellen, was einen ungefährlichen Zugang für die Einsatzkräfte der Feuerwehr ermöglicht.
Batteriebrand im Realmaßstab, ©FOGTEC
Frühwarnsystem für herannahende Batteriebrände
FOGTEC entwickelte und erprobte im Rahmen dieses Projektes Anfang des Jahres das neuartige Frühwarnsystem „LiSaPro Sens“ für herannahende Batteriebrände. Noch vor Rauch- und Feuerentwicklung führte der Temperaturanstieg in der Zelle zu einer Gasbildung, die der Sensor nach dem Aufplatzen der Zelle erkennen konnte. Für die zuverlässige Detektion erwiesen sich in den Versuchen vor allem flüchtige organische Verbindungen (VOC) und Wasserstoff als Indikatoren. Zellausgasungen sind neben der Erkennung von Anomalitäten über das Batterie-Management-System (BMS) eine der frühesten Indikationen für thermisches Durchgehen.
Labortest mit Sensoren zur Erkennung des Zell-Off-Gassing, ©FOGTEC
Mit Hilfe spezieller Gas-Sensorik lassen sich bereits geringste Mengen LIB-spezifischer Ausgasungen detektieren. So kann zum Beispiel die Leistungselektronik rechtzeitig abgeschaltet und zugleich das Notbelüftungssystem aktiviert werden, um die Explosionsgefahr zu verringern. In künftigen KI-Datacentern, in denen LIB zur langfristigen Energiespeicherung mit Natrium-Ionen-Batterien für schnelle Reaktionen auf Stromspitzen kombiniert werden, kann die Gas-Sensorik einen sicheren Batteriebetrieb gewährleisten.
Internationale Leitlinien haben auf diese Problematik reagiert: Die europäischen EASE-Guidelines, der US-amerikanische Standard NFPA 855 und FM Global 5-33 empfehlen mittlerweile ausdrücklich Gasdetektionssysteme zur Früherkennung von Batterieversagen. Diese übereinstimmenden Empfehlungen aus unterschiedlichen Rechtsräumen unterstreichen die wachsende Bedeutung der Gasfrüherkennung als anerkannte Best Practice im Batteriebrandschutz.
Brandschutz-Technologien im Vergleich
In den Brandversuchen des SUVEREN-Forschungsprojektes wurden für realistische Brandszenarien repräsentative Mengen echter LIB-Module eingesetzt. Die Versuchsreihen mit wasserbasierten Löschmitteln zeigten: Ein herkömmliches Sprinklersystem verbrauchte sehr viel Wasser und beeinträchtigte die Elektronik massiv. Zudem muss Löschwasser aufgefangen und als Gefahrstoff entsorgt werden. Wassernebel benötigte im Vergleich nur ca. 10 bis 20 % der Wassermenge, wodurch ein minimaler Löschwasserschaden und gleichzeitig weniger kontaminiertes Löschwasser entstanden. Zugleich erzielte die Verdampfungsenergie eine deutlich bessere Kühlwirkung gegenüber der konventionellen Sprinklertechnik. Das ist für USV-Anlagen von Vorteil, um Elektronik und Batteriespeicher zu schützen und etwa einen Totalausfall der unterbrechungsfreien Stromversorgung zu verhindern.
Weitere Versuchsreihen prüften gasbasierte Löschmittel wie Stickstoff (N2) und Aerosol. Sauerstoffunterdrückende Lösungen unterdrücken zwar Flammen und reduzieren die freigesetzte Energie, haben aber keinen wirksamen Kühleffekt. Dieser ist nötig, um die Ausbreitung des thermischen Durchgehens eines Batteriepacks (Propagation des thermischen Durchgehens, engl. Thermal Propagation) zu verhindern. Außerdem erfordern Gaslöschsysteme einen Raumabschluss, damit die erforderliche Gaskonzentration aufgebaut und die geforderten Haltzeiten eingehalten werden. Das widerspricht aktivem Explosionsschutz, der eine mechanische Ventilation des Batterie-Raums fordert, um weiter entstehende explosive Gase abzuführen und die Bildung einer explosiven Atmosphäre zu verhindern.
HDWN entzog dem Batteriebrand im Vergleich schnell und effektiv Energie und reduzierte Rauchgasemissionen sowie Rauchgasschäden. Verschmutzungen wie Ruß- und Giftstoffe, die bei Batteriebränden entstehen, wurden zum Teil im Wasser gebunden. Die Wassernebeltröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von 20 bis 100 µm wirkten ähnlich wie eine Rauchgaswaschanlage und verdrängten durch die mehr als 1600-fache Volumenvergrößerung bei der Verdampfung des Wassers den Luftsauerstoff direkt am Brandherd.
Flexibilität in der Rohrleitungsführung
In Rechenzentren dienen Ventilation, Flüssigkeitskühlung und Regeltechnik der Lüftung und Klimatisierung. Im Brandfall sollten diese Systeme idealerweise abgeschaltet werden; in der Praxis geschieht das jedoch kaum. Denn ohne Kühlung wird die von der Hardware erzeugte Wärme nicht mehr abgeführt und es kann zu einer Überhitzung kommen, die den zuverlässigen Betrieb des Rechenzentrums gefährdet. Bei Gaslöschsystemen erhöht das ausgebrachte Gas das Luftvolumen im Raum. Um die Raumintegrität zu erhalten, sind bauliche Überdruck-Entlastungen nötig. In immer größeren Rechenzentren steigt das Raumvolumen und damit die benötigte Löschgasmenge. Die Löschgase werden außerhalb des Schutzbereichs gelagert und die Flaschen und Rohrleitungen benötigen viel Platz. Besonders bei räumlichen Veränderungen oder Erweiterungen kann die Anpassung dieser Technologie an neue Gegebenheiten herausfordernd sein.
Dieser Aspekt war etwa für einen Rechenzentren-Komplex in Malaysia relevant: Durch die Umrüstung auf HDWN-Technologie entfielen zusätzliche Maßnahmen wie Druckentlastungen oder hermetischer Raumabschluss, was neue Perspektiven für die Nutzung und Gestaltung des Gebäudes ermöglichte. Im Vergleich zu anderen Brandschutz-Technologien integriert sich die HDWN-Technologie nahezu unauffällig in die Gebäudearchitektur. Die Rohrleitungen mit nur 10 bis 60 Millimetern Durchmesser lassen sich biegen und erhöhen die Flexibilität in der Leitungsführung. Findige Endkunden bestellen Batterie-Energiespeichersysteme (englisch: Battery Energy Storage System) ab Werk ohne Brandschutzsystem (Gas/Aerosol) und erweitern die HDWN-Anlage des Rechenzentrums mit wenig Aufwand auf diese Bereiche. Auch Zulieferer erkennen zunehmend, dass in Systemen mit LIB eher wasserbasierte Lösungen eingesetzt werden sollten.
Neue Richtlinien und Empfehlungen
Der Brandschutzleitfaden für Gebäude des Bundes (Juni 2019) bietet praxisorientierte Empfehlungen zur Umsetzung des Brandschutzes. Teil 1 (Allgemeines) behandelt zum Beispiel „Brandschutz in bestehenden Anlagen“, Teil 2 das Brandschutzkonzept. Dort finden sich Informationen zu Schutzzielen, Risikoanalyse und Brandschutzmaßnahmen. Im Juni 2025 erschien ein neuer Entwurf der VDI 3819 Blatt 2 „Brandschutz in der Gebäudetechnik – Funktionen und Wechselwirkungen“. Da bauliche und technische Möglichkeiten des Brandschutzes immer wieder kontrovers diskutiert werden, soll die Richtlinie ganzheitliche Lösungen verständlich darstellen und Grenzen verschiedener Einzellösungen aufzeigen. Wechselwirkungen zwischen einzelnen Gewerken werden anhand von Beispielen und Tabellen so dargestellt, dass ein besseres Verständnis für ganzheitlichen Brandschutz entstehen kann.
Aufgeführt werden zum Beispiel:
- Vorbeugende Maßnahmen (z. B. Blitzschutz, Sauerstoffreduzierung)
- Technische Maßnahmen zum Erkennen und Melden von Bränden
- Löscheinrichtungen und Rauchableitung
- Steuerung von Rettungswegen, Aufzügen und Sicherheitsbeleuchtung und
- Wechselwirkungen und gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen Systeme
Spezifische Wassernebel-Richtlinien wie die europäische EN 14972, die VdS 3188 oder die FM-5560-Richtlinien enthalten oder verweisen auf Brandversuchsprotokolle verschiedener Gefahrenrisiken. Auf dieser Basis wird ein Wassernebelsystem auf Effektivität geprüft und unabhängig zertifiziert. So beschreiben die Richtlinien etwa, dass alle Brandszenarien innerhalb von 30 Minuten nach System-Aktivierung gelöscht sein müssen. Ab Seite 24 bis Seite 94 der FM-5560-Richtlinie sind Bauteil-Prüfungen beschrieben, die in Verbindung mit den erfolgreich durchgeführten Brandversuchen zu einer System-Zulassung führen.
BMDS fordert mehr Rechenpower für Deutschland
Vor Kurzem erklärte das Bundesministerium für Digitales und Staatsmodernisierung (BMDS), Ziel sei es, Deutschlands führende Position bei Rechenkapazitäten zu festigen. „Wir wollen führend bei Künstlicher Intelligenz in Europa werden und diese Technologie überall in Wirtschaft und Gesellschaft einsetzen.“, so Bundesdigitalminister Dr. Karsten Wildberger in der Pressemitteilung des BMDS. Die Deloitte-Studie „KI-Infrastruktur: Wie Deutschland im globalen KI-Rennen aufholen kann“ spricht von einem Investitionsbedarf von bis zu 60 Milliarden Euro bis 2030, um die Kapazitätslücke bei KI-Rechenzentren zu schließen. Auch ein Gutachten im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz informierte Anfang des Jahres über Stand und Entwicklung des
Rechenzentrumsstandorts Deutschland. Es enthält unter anderem Handlungsempfehlungen zur Stärkung der Abwärmenutzung und -integration in Wärmenetze. Die Anforderungen an klimaneutrale Rechenzentren regelt das Energieeffizienzgesetz (EnEfG 11); einige Betreiber haben mit der Umsetzung bereits begonnen.
Der Rechenzentrumbetreiber Telehouse liefert beispielsweise die Abwärme seines ca. 50.000 m² großen Rechenzentrums direkt an das gegenüberliegende Wohnquartier und kann so an die 3.000 Menschen mit Wärme versorgen. Weitere Rechenzentren, die vollständig mit erneuerbarer Energie betrieben werden sollen, sind in Planung. Einige wurden bereits eröffnet, etwa das 2025 eröffnete Rechenzentrum in einem denkmalgeschützten Gebäude im Digital Park Frankfurt-Fechenheim. Auch die Milliardeninvestition von Microsoft im Rheinischen Revier gilt als Vorzeigeprojekt für den Strukturwandel in der Braunkohleregion.
Fazit
Batteriespeichersysteme gewinnen durch den steigenden Bedarf an klimaneutralen Rechenzentren an Bedeutung. Da LIB für Stabilität und Zuverlässigkeit von Rechenzentren essenziell sind, werden sie dort häufiger eingesetzt, während Flächen effizienter genutzt werden. Weil Batteriespeicher den flexibleren Einsatz erneuerbarer Energien ermöglichen, verbessern sie Energieeffizienz und Nachhaltigkeit der Rechenzentren.
Hochdruckwassernebel erweist sich als zukunftsweisende Technologie für den Brandschutz – zur Minimierung von LIB-Risiken ebenso wie zum Schutz aller anderen Rechenzentrumsbereiche. Das System verbindet wirksame Kühlung von Batteriebränden mit der Möglichkeit, entstehende brennbare Gase gezielt abzuführen. Fein zerstäubte Wassertröpfchen können die Ausbreitung thermischen Durchgehens effektiv verlangsamen und so entscheidend zur Risikominimierung beitragen. Zugleich benötigt Hochdruckwassernebel deutlich weniger Wasser als klassische Sprinkleranlagen, was Wasserbevorratung und Löschwasserrückhaltung erheblich vereinfacht. Damit erfüllt die Technologie zentrale Anforderungen moderner Rechenzentren: hohe Schutzwirkung, effiziente Ressourcennutzung und geringe infrastrukturelle Belastung.