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À medida que as mudanças climáticas criam condições mais quentes e secas, estamos vendo temporadas de incêndios mais longas com incêndios florestais maiores e mais frequentes. Nos últimos anos, incêndios florestais catastróficos destruíram casas e infraestrutura, causaram perdas devastadoras em vidas e meios de subsistência de pessoas que vivem em áreas afetadas e danificaram recursos de terras selvagens e a economia. Precisamos de novas soluções para combater incêndios florestais e proteger áreas de danos.
Pesquisadores de Stanford desenvolveram um gel que melhora a água e pode ser pulverizado em casas e infraestruturas críticas para ajudar a evitar que queimem durante incêndios florestais. A pesquisa, publicada em 21 de agosto em Materiais Avançadosmostra que os novos géis duram mais e são significativamente mais eficazes do que os géis comerciais existentes.
“Em condições típicas de incêndio florestal, os atuais géis intensificadores de água secam em 45 minutos”, disse Eric Appel, professor associado de ciência de materiais e engenharia na Escola de Engenharia, que é autor sênior do artigo. “Desenvolvemos um gel que teria uma janela de aplicação mais ampla — você pode pulverizá-lo mais antes do incêndio e ainda obter o benefício da proteção — e ele funcionará melhor quando o incêndio chegar.
Proteção duradoura
Os géis que melhoram a água são feitos de polímeros superabsorventes — semelhantes ao pó absorvente encontrado em fraldas descartáveis. Misturados com água e pulverizados em um edifício, eles incham em uma substância gelatinosa que se agarra à parte externa da estrutura, criando um escudo espesso e úmido. Mas as condições nas proximidades de um incêndio florestal são extremamente secas — as temperaturas podem chegar perto de 100 graus, com ventos fortes e zero por cento de umidade — e até mesmo a água presa em um gel evapora bem rápido.
No gel projetado por Appel e seus colegas, a água é apenas a primeira camada de proteção. Além de um polímero à base de celulose, o gel contém partículas de sílica, que são deixadas para trás quando os géis são submetidos ao calor. “Descobrimos um fenômeno único em que um hidrogel macio e esponjoso faz a transição perfeita para um escudo de aerogel robusto sob calor, oferecendo proteção aprimorada e duradoura contra incêndios florestais. Esta inovação ambientalmente consciente supera as soluções comerciais atuais, oferecendo uma defesa superior e escalável contra incêndios florestais”, disse a autora principal do estudo, Changxin “Lyla” Dong.
“Quando a água ferve e toda a celulose queima, ficamos com as partículas de sílica reunidas em uma espuma”, disse Appel. “Essa espuma é altamente isolante e acaba espalhando todo o calor, protegendo completamente o substrato abaixo dela.”
A sílica forma um aerogel — uma estrutura sólida e porosa que é um isolante particularmente bom. Aerogéis de sílica semelhantes são usados em aplicações espaciais porque são extremamente leves e podem impedir a maioria dos métodos de transferência de calor.
Os pesquisadores testaram várias formulações de seu novo gel aplicando-as em pedaços de madeira compensada e expondo-as à chama direta de um maçarico a gás, que queima a uma temperatura consideravelmente mais alta do que um incêndio florestal. Sua formulação mais eficaz durou mais de 7 minutos antes que a placa começasse a carbonizar. Quando eles testaram um gel comercialmente disponível para melhorar a água da mesma forma, ele protegeu a madeira compensada por menos de 90 segundos.
“Géis tradicionais não funcionam quando secam”, disse Appel. “Nossos materiais formam esse aerogel de sílica quando expostos ao fogo, que continua a proteger os substratos tratados depois que toda a água evapora. Esses materiais podem ser facilmente lavados quando o fogo se apaga.”
Uma descoberta fortuita
Os novos géis são baseados no trabalho anterior de prevenção de incêndios florestais de Appel. Em 2019, Appel e seus colegas usaram esses mesmos géis como um veículo para manter retardantes de incêndios florestais na vegetação por meses a fio. A formulação tinha como objetivo ajudar a prevenir a ignição em áreas propensas a incêndios florestais.
“Trabalhamos com essa plataforma há anos”, disse Appel. “Esse novo desenvolvimento foi um tanto fortuito — estávamos imaginando como esses géis se comportariam por conta própria, então apenas esmagamos um pouco em um pedaço de madeira e o expusemos às chamas de uma tocha que tínhamos no laboratório. O que observamos foi esse resultado superlegal em que os géis inflaram em uma espuma de aerogel.”
Após esse sucesso inicial, foram necessários vários anos de engenharia adicional para otimizar a formulação. Agora, ela é estável em armazenamento, facilmente pulverizável com equipamento padrão e adere bem a todos os tipos de superfícies. Os géis são feitos de componentes não tóxicos que já foram aprovados para uso pelo Serviço Florestal dos EUA, e os pesquisadores conduziram estudos para mostrar que eles são facilmente decompostos por micróbios do solo.
“Eles são seguros tanto para as pessoas quanto para o meio ambiente”, disse Appel. “Pode ser necessário haver otimização adicional, mas minha esperança é que possamos fazer aplicação e avaliação em escala piloto desses géis para que possamos usá-los para ajudar a proteger infraestrutura crítica quando um incêndio ocorrer.”
Outros coautores deste trabalho são da Universidade Estadual Politécnica da Califórnia.
Este trabalho foi financiado pela Fundação Gordon & Betty Moore, Schmidt Science Fellows e pela National Science Foundation.
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