Kako klimatske promene stvaraju toplije i sušnije uslove, vidimo duže požarne sezone sa većim i češćim požarima. Poslednjih godina, katastrofalni šumski požari uništili su domove i infrastrukturu, izazvali razorne gubitke u životima i sredstvima za život ljudi koji žive u pogođenim oblastima i oštetili resurse divljeg zemljišta i ekonomiju. Potrebna su nam nova rešenja za borbu protiv šumskih požara i zaštitu područja od oštećenja.
Istraživači sa Stenforda razvili su gel koji bi se mogao prskati po domovima i kritičnoj infrastrukturi kako bi se sprečilo gorenje tokom šumskih požara.
Istraživanje, objavljeno 21. avgusta u časopisu Napredni materijali, pokazuje da novi gelovi traju duže i znatno su efikasniji od postojećih komercijalnih gelova.
„U tipičnim uslovima požara, trenutni gelovi za poboljšanje vode se suše za 45 minuta“, rekao je Eric Appel, vanredni profesor nauke o materijalima i inženjeringa na Fakultetu inženjeringa, koji je viši autor rada.
„Razvili smo gel koji bi imao širi okvir primene – možete ga prskati dalje pre požara i još uvek imati koristi od zaštite – i bolje će funkcionisati kada dođe do požara.
Gelovi za povećanje vode su napravljeni od super-upijajućih polimera – slično upijajućem prahu koji se nalazi u pelenama za jednokratnu upotrebu. Pomešani sa vodom i raspršeni na zgradu, nabubre u želatinoznu supstancu koja se lepi za spoljašnju stranu strukture, stvarajući debeo, vlažan štit.
Ali uslovi u blizini šumskog požara su izuzetno suvi – temperature mogu biti blizu 100 stepeni, sa jakim vetrovima i nula procenata vlage – pa čak i voda zaključana u gelu prilično brzo isparava.
U gelu koji su dizajnirali Appel i njegove kolege, voda je samo prvi sloj zaštite. Pored polimera na bazi celuloze, gel sadrži i čestice silicijum dioksida, koje zaostaju kada se gelovi podvrgnu toploti.
„Otkrili smo jedinstveni fenomen gde meki, mekani hidrogel neprimetno prelazi u robusni aerogel štit pod toplotom, nudeći poboljšanu i dugotrajnu zaštitu od požara. “, rekao je glavni autor studije, Changkin „Lila” Dong.
„Kada voda proključa i sva celuloza izgori, ostaju nam čestice silicijuma sastavljene u penu“, rekao je Apel. „Ta pena je veoma izolativna i na kraju raspršuje svu toplotu, potpuno štiteći podlogu ispod nje.“
Silicijum formira aerogel — čvrstu, poroznu strukturu koja je posebno dobar izolator. Slični aerogelovi od silicijum dioksida se koriste u svemirskim aplikacijama jer su izuzetno lagani i mogu sprečiti većinu metoda prenosa toplote.
Istraživači su testirali nekoliko formulacija svog novog gela tako što su ih nanosili na komade šperploče i izlagali direktnom plamenu iz gasne ručne baklje, koja gori na znatno višoj temperaturi od požara.
Njihova najefikasnija formula je trajala više od sedam minuta pre nego što je ploča počela da se ugljeniše. Kada su na isti način testirali komercijalno dostupan gel za poboljšanje vode, zaštitio je šperploču manje od 90 sekundi.
„Tradicionalni gelovi ne rade kada se osuše“, rekao je Appel. „Naši materijali formiraju ovaj aerogel od silicijum dioksida kada su izloženi vatri koja nastavlja da štiti tretirane podloge nakon što sva voda ispari. Ovi materijali se lako mogu oprati kada vatra nestane.“
Novi gelovi su napravljeni od Appelovog prethodnog rada na prevenciji požara. U 2019. godini, Apel i njegove kolege koristili su ove iste gelove kao sredstvo za zadržavanje usporivača vatre u divljini na vegetaciji mesecima. Formulacija je bila namenjena sprečavanju paljenja u područjima sklonim šumskim požarima.
„Već godinama radimo sa ovom platformom“, rekao je Apel. „Ovaj novi razvoj bio je donekle slučajan – pitali smo se kako će se ovi gelovi ponašati sami, pa smo samo zgnječili nešto o komad drveta i izložili ga plamenu iz baklje koju smo držali oko laboratorije. Ono što smo primetili je ovo super kul ishod gde su se gelovi napuhali u aerogel penu.“
Nakon tog početnog uspeha, bilo je potrebno nekoliko godina dodatnog inženjeringa da se optimizuje formulacija. Sada je stabilan u skladištenju, lako se prska standardnom opremom i dobro prijanja na sve vrste površina. Gelovi su napravljeni od netoksičnih komponenti koje su već odobrene za upotrebu od strane US Forest Service, a istraživači su sproveli studije kako bi pokazali da ih mikrobi u tlu lako razgrađuju.
„Oni su bezbedni i za ljude i za životnu sredinu“, rekao je Apel. „Možda će biti potrebna dodatna optimizacija, ali nadam se da možemo da uradimo pilotsku primenu i procenu ovih gelova kako bismo mogli da ih koristimo da zaštitimo kritičnu infrastrukturu kada dođe do požara.“
