Advanced Materials: Созданы гели, которые защитят дома во время лесных пожаров

Из-за изменения климата пожароопасные сезоны становятся длиннее, а лесные пожары — крупнее и чаще. В последние годы они наносили огромный ущерб: уничтожали дома и инфраструктуру, приводили к гибели людей и вреду для природы и экономики.

Исследователи из Стэнфорда создали специальный гель, который можно распылять на дома и важные объекты инфраструктуры. Он улучшает водоотдачу и защищает от возгорания во время лесных пожаров. Исследование показало, что этот гель действует дольше и эффективнее существующих коммерческих гелей.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Доцент кафедры материаловедения и инженерии в Школе инженерии Эрик Аппель рассказал, что существующие гели для тушения лесных пожаров высыхают за 45 минут. Мы создали гель с более долгим сроком действия: вы можете нанести его заранее и он будет эффективен, когда начнётся пожар.

Длительная защита

Гели для повышения влагостойкости делают из супервпитывающих полимеров, как в одноразовых подгузниках.

При смешивании с водой и распылении на здание гели образуют плотный влажный щит. Но вблизи лесного пожара, где очень жарко, сухо и дует сильный ветер, гель высыхает быстро, даже несмотря на содержащуюся в нём воду.

Аппель и его коллеги разработали гель, который защищает от лесных пожаров. В нём вода — это только первый слой защиты. Помимо полимера на основе целлюлозы, в геле есть частицы кремнезёма, которые остаются после нагревания геля.

Под воздействием тепла мягкий гидрогель превращается в прочный аэрогель. Это обеспечивает усиленную и долговременную защиту. По словам ведущего автора исследования Чансинь «Лайла» Донг, такой экологически безопасный подход превосходит существующие коммерческие решения.

Когда вода выкипает, остаётся пена из частиц кремнезёма, — говорит Аппель. Эта пена рассеивает тепло и защищает подложку.

Из кремнезёма получают аэрогель — твёрдую пористую структуру с высокой теплоизоляцией. Подобные аэрогели используются в космической технике благодаря их лёгкости и способности препятствовать передаче тепла.

Исследователи протестировали несколько составов нового геля. Они нанесли их на куски фанеры и подвергли воздействию пламени от газового ручного резака. Самый эффективный состав продержался более 7 минут, прежде чем доска начала обугливаться.

Имеющийся в продаже гель, повышающий водостойкость, защищал фанеру менее 90 секунд.

Традиционные гели не работают после высыхания», — говорит Аппель.

Наши материалы под воздействием огня образуют кремнезёмный аэрогель, который продолжает защищать обработанные поверхности после испарения воды. Эти материалы можно легко смыть после того, как огонь угаснет.

Случайное открытие

Аппель и его коллеги создали новые гели на основе предыдущих работ по предотвращению лесных пожаров. В 2019 году они использовали эти гели для удержания антипиренов на растительности в течение нескольких месяцев. Это должно было помочь предотвратить возгорание в пожароопасных районах.

Аппель рассказал, что новая разработка была получена случайно:

Мы просто размазали гели на куске дерева и подвергли воздействию пламени от факела. В результате гели вспучились и превратились в аэрогель.

После первого успеха потребовалось несколько лет, чтобы улучшить состав. Теперь гель долго хранится, легко распыляется стандартным оборудованием и хорошо прилипает к поверхностям.

Гель сделан из нетоксичных компонентов, одобренных Лесной службой США. Исследования показали, что гель быстро разлагается микробами в почве.

По словам Аппеля, гель безопасен для людей и природы. Возможно, его нужно будет доработать, но Аппель надеется провести пилотное применение геля для защиты объектов инфраструктуры во время пожаров.

25.08.2024