Supresor de incendios local biodegradable

Supresor de incendios local biodegradable

A continuación se presenta una fórmula de laboratorio inicial para pruebas piloto. No está destinada a su uso directo en incendios forestales hasta que se hayan evaluado su toxicidad, corrosividad, estabilidad y eficacia, y se hayan obtenido los permisos necesarios.

1. Fórmula base recomendada

Composición de la mezcla de trabajo finalizada

pH objetivo

7,5–9,0

La composición no debe ser altamente alcalina, ya que esto aumenta el riesgo de daños a las plantas, la piel, los equipos y la biota del suelo.

2. ¿Por qué se eligió el bicarbonato de potasio?

El bicarbonato de potasio es un candidato más adecuado que un captador químico de oxígeno.

Cuando se calienta:

absorbe parte del calor;

forma vapor de agua;

libera dióxido de carbono;

crea partículas que contienen potasio;

interfiere con las reacciones de llama radical.

Las investigaciones del NIST demuestran que los compuestos que contienen potasio tienen un importante efecto inhibidor de la llama, y ​​el bicarbonato de potasio ha demostrado históricamente ser más eficaz que su homólogo de sodio en los sistemas de extinción de incendios con polvo seco.

Reacción de descomposición térmica simplificada:

2 KHCO₃ → K₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Sin embargo, el CO₂ liberado debe considerarse un mecanismo de extinción complementario, y no principal. En una pendiente expuesta, el viento dispersa rápidamente el gas.

3. ¿Por qué es limitada la concentración de KHCO₃?

El aumento de los niveles de bicarbonato no siempre incrementa la eficacia proporcionalmente.

Una concentración excesiva puede causar:

cristalización;

precipitación;

obstrucción de los inyectores;

aumento de la conductividad eléctrica;

quemaduras de vegetación sensible;

salinización del suelo;

alto costo;

problemas de corrosión.

Para las pruebas iniciales, es razonable comenzar con3%Luego, compare las opciones.4% y 5%.

4. Matriz biodegradable

Espesador principal

Se prefiere la hidroxietilcelulosa o la carboximetilcelulosa.

Debe garantizar:

retención de agua en la vegetación vertical;

flujo lento;

pulverización estable;

ausencia de filamentos largos de polímero;

la posibilidad de lavar el equipo con agua.

goma xantana

Se utiliza en pequeñas dosis para:

prevenir la precipitación del caolín;

estabilidad de la mezcla durante el almacenamiento;

mantener la viscosidad bajo tensión mecánica.

Una concentración demasiado alta hará que la mezcla no sea apta para inyectores de drones.

5. Bloque de protección mineral

Caolín

Tras evaporarse parte del agua, queda una fina capa mineral.

Funciones:

reducción del calentamiento directo;

limitando el contacto del combustible con el aire;

reducir la inflamabilidad de la superficie;

control visual de la aplicación.

Vermiculita

La vermiculita es capaz de retener agua entre sus capas y formar un residuo termoaislante.

Su cantidad debe ser limitada porque:

aumenta la viscosidad;

tiene un efecto abrasivo sobre la bomba;

puede asentarse;

requiere boquillas con mayor área de flujo.

6. Agente humectante

Las agujas de pino, las hojas y la corteza secas suelen ser difíciles de humedecer con agua corriente.

El agente humectante debe:

reducir la tensión superficial;

ayudar a que el agua penetre en la cama;

mejorar el recubrimiento de las hojas cerosas;

funcionan a concentraciones muy bajas.

Requisitos:

Libre de PFAS;

ausencia de fluoruro;

baja toxicidad acuática aguda;

biodegradación rápida;

ausencia de metabolitos persistentes;

ausencia de formación de espuma intensa en el tanque.

Importante: La denominación "libre de flúor" no implica necesariamente que sea seguro para el medio ambiente. La EPA señala que algunas espumas libres de flúor contienen altas concentraciones de tensioactivos de hidrocarburos, que también pueden ser tóxicos para los organismos acuáticos y los mamíferos.

7. Tres versiones experimentales recomendadas

Fórmula A — DREVO BioFire Mist

Para la extinción rápida de incendios de hierba y pequeños incendios superficiales.

Características:

baja viscosidad;

idoneidad para caída media;

humectación rápida;

residuo mineral mínimo;

Carga de sal relativamente baja.

Fórmula B: gel DREVO BioFire

La versión principal recomendada.

Objetivo:

aplicación sobre hierba seca;

protección de arbustos;

procesamiento de aguas pluviales;

creación de una franja húmeda temporal;

supresión de la reignición.

Fórmula C — DREVO BioFire Eco-Light

Para zonas naturales sensibles donde la mínima carga de sal es una prioridad.

Esta versión será menos eficaz químicamente, pero potencialmente más respetuosa con el suelo y la vegetación.

8. Opción sin tensioactivos sintéticos

Para zonas especialmente sensibles, puede probar una mezcla sin tensioactivo:

agua;

bicarbonato de potasio;

hidroxietilcelulosa;

xantano;

caolín;

vermiculita.

Defectos:

Las agujas y las hojas cerosas se humedecen con menos facilidad;

penetración más lenta;

posible rodamiento de gotas;

Se requerirá una tasa de solicitud mayor.

Esta opción debería incluirse sin duda en las pruebas comparativas.

9. ¿Qué es mejor no incluir en la fórmula básica?

fosfato de amonio

Es eficaz como retardante de fuego de larga duración, pero en el medio ambiente natural genera una carga de nitrógeno y fósforo.

No se recomienda para fórmulas ecológicas básicas cerca de:

corrientes;

ballestas;

acero;

captaciones de agua potable;

comunidades de plantas raras.

El Servicio Forestal de los Estados Unidos separa los retardantes de larga duración, las espumas y los potenciadores a base de agua, y los evalúa en función de requisitos de rendimiento y riesgo ambiental independientes.

cloruros

No se recomienda debido a:

corrosión;

salinización;

impacto en la vegetación;

alta conductividad eléctrica.

bórax y ácido bórico

Pueden suprimir la combustión, pero son fitotóxicos cuando se aplican en grandes cantidades y pueden acumularse en el suelo.

silicato de sodio

Crea una buena capa mineral, pero:

altamente alcalino;

puede dañar la vegetación;

endurecerse rápidamente;

equipo de bloqueo;

agregar sodio.

componentes que contienen PFAS

Debería quedar completamente excluido del concepto debido a los riesgos para la sostenibilidad y el medio ambiente.

10. Tecnología para la preparación de un lote piloto

Orden de mezcla

Llene el tanque con agua hasta aproximadamente el 70-75%.

Comience a remover con moderación.

Dispersar lentamente el espesante de celulosa.

Deje que la mezcla se hidrate completamente.

Añadir goma xantana predispuesta.

Disuelva el bicarbonato de potasio en una parte aparte del agua.

Agregue la solución de bicarbonato al tanque principal.

Añadir caolín gradualmente.

Agregue la vermiculita mientras revuelve continuamente.

Introduzca citrato de potasio.

Añada el agente humectante al final.

Añade agua a la mezcla hasta alcanzar el peso deseado.

Compruebe el pH, la viscosidad, la conductividad y la sedimentación.

Pasar a través de un filtro correspondiente a los inyectores.

No añada el espesante seco directamente a la solución salina concentrada, ya que esto puede provocar grumos y una hidratación incompleta.

11. Parámetros físicos requeridos

Para las aplicaciones de drones, es necesario establecer no solo la composición, sino también las características de rendimiento.

Versión de baja viscosidad

bombeable libremente;

aplicado con una gota mediana;

no forma hilos;

Limpia rápidamente los inyectores.

Versión en gel

Debe ser pseudoplástico:

viscoso en reposo;

Se licúa en la bomba y la boquilla;

Restaura la viscosidad después del contacto con la superficie.

Pruebas clave:

viscosidad dinámica;

límite elástico;

restauración de la estructura;

tamaño de partícula;

tasa de sedimentación;

espumoso;

congelación y descongelación.

12. Boquillas y filtración

Para una mezcla con caolín y vermiculita necesitarás:

Bomba de diafragma o resistente a productos químicos;

agitación lenta y continua;

Aumento del diámetro del canal de la boquilla;

un filtro que no elimina el componente mineral útil;

sistema de retrolavado;

circuito de agua de descarga independiente.

No se recomienda utilizar un aerosol demasiado fino:

El viento se lo llevará;

Parte del agua se evaporará en el aire;

Las partículas minerales pueden entrar en la zona respiratoria;

El recubrimiento quedará irregular.

Para pendientes, es preferible una caída dirigida de tamaño mediano o grande.

13. Tasa de aplicación posible

El estándar exacto solo puede determinarse mediante pruebas de fuego.

Para realizar pruebas comparativas iniciales, puede explorar:

cobertura ligera;

cobertura media;

humectación completa de la superficie;

Vuelva a aplicar después de que se haya secado parcialmente.

Es importante medir no solo los litros por hectárea, sino también:

masa del producto por metro cuadrado;

masa de KHCO₃ por metro cuadrado;

espesor de la capa húmeda;

duración de la retención de agua;

porcentaje de superficie cubierta.

14. Serie de laboratorio obligatoria

Serie 1. Concentración de KHCO₃

0%;

1,5%;

3%;

4%;

5%.

Esto mostrará cuánto mejora el aditivo químico el resultado en comparación con el gel solo.

Serie 2. Espesante

0,2%;

0,35%;

0,5%;

0,7%.

Serie 3. Residuos minerales

sin minerales;

caolín;

caolín + vermiculita.

Serie 4. Agente humectante

sin tensioactivos;

concentración mínima;

doble concentración.

15. Indicadores de prueba de fuego

Para cada composición se miden los siguientes elementos:

tiempo de cese de la llama abierta;

temperatura máxima;

velocidad de enfriamiento;

consumo de la mezcla;

profundidad de penetración;

duración de la retención de agua;

reencendido después de 5, 15, 30 y 60 minutos;

formación de humo;

combustión residual;

Estado de la superficie después del secado.

Los siguientes elementos se prueban por separado:

hierba seca;

pino;

hojas;

ramas de arbustos;

madera;

hojarasca forestal;

tocón humeante.

16. Pruebas ambientales

Antes de usarlo en la naturaleza, es necesario comprobar:

toxicidad acuática aguda;

impacto en las algas;

impacto en los invertebrados;

germinación de semillas locales;

crecimiento de las raíces;

respiración del suelo;

actividad microbiológica;

conductividad eléctrica del suelo;

cambio de pH;

lixiviación de potasio;

Consumo de oxígeno durante la descomposición del espesante.

Incluso los productos químicos extintores homologados pueden suponer un riesgo para los organismos acuáticos si se vierten concentrados o grandes volúmenes de la mezcla de trabajo directamente en un pequeño curso de agua.

17. Fórmula inicial recomendada final

Para el primer prototipo de laboratorio se propone lo siguiente:

Gel BioFire de madera P1

agua -91,5%;

bicarbonato de potasio —4,0%;

hidroxietilcelulosa -0,4%;

goma xantana -0,1%;

caolín —2,5%;

vermiculita micronizada -0,8%;

citrato de potasio —0,65%;

Agente humectante sin flúor -0,05%.

Importe total:100%.

No se trata de un producto certificado terminado, sino de un punto de partida razonable para la investigación.

El principio final

La composición más prometedora no es una sustancia que intente absorber oxígeno de la atmósfera, sino un gel acuoso biodegradable con una cantidad limitada de bicarbonato de potasio y relleno mineral.

Debe actuar a través de:

enfriamiento rápido;

humectación profunda;

retención de agua;

liberación localizada de vapor y CO₂;

inhibición de la química de la llama;

formación de una capa mineral temporal;

previniendo la reignición.

Antes de su uso en condiciones reales, la composición debe someterse a pruebas independientes de resistencia al fuego, toxicológicas, medioambientales y técnicas.

Hidrogel BioFire de MADERA

Hidrogel biodegradable para la extinción localizada de incendios forestales y la protección de la vegetación.

Principios básicos

A diferencia del agua común, el hidrogel:

Puede contener entre 20 y 100 veces más agua por su propio peso (dependiendo del sistema de polímeros elegido);

se evapora más lentamente;

Se adhiere a hojas, agujas y madera;

libera la humedad gradualmente;

reduce la temperatura de la superficie;

reduce el riesgo de reignición;

Tras su descomposición, no debería dejar partículas de plástico persistentes.

Concepto de composición propuesto

1. Agua (90–97%)

El componente principal de extinción de incendios.

Funciones:

enfriamiento;

evaporación;

impregnación de la vegetación;

Nutrición con hidrogel.

2. Hidrogel biodegradable (1–3%)

La base del sistema.

Materiales prometedores:

carboximetilcelulosa (CMC);

hidroxietilcelulosa (HEC);

alginato de sodio;

pectina;

goma xantana;

goma guar;

otros polisacáridos naturales.

La mejor opción podría sersistema híbridoFabricado a partir de varios biopolímeros, que proporcionan una buena retención de agua con una viscosidad aceptable.

3. Componente de aislamiento térmico mineral (0,5–2%)

Por ejemplo:

caolín;

vermiculita micronizada;

bentonita.

Objetivo:

reduciendo el calentamiento;

protección de superficies;

retención de agua.

4. Bloqueador de potasio (0,5–2%)

En lugar de grandes cantidades de sales, es mejor utilizar cantidades moderadas de compuestos de potasio, como el bicarbonato de potasio.

Proporciona una supresión adicional de la llama, manteniendo al mismo tiempo la función principal del agua y el hidrogel.

5. Agente humectante biológico (0,02–0,1%)

Para mejorar la penetración en la cama seca.

Requisitos:

Libre de PFAS;

biodegradación rápida;

Toxicidad mínima para los organismos acuáticos.

Cómo funciona

Etapa 1

El gel cubre la vegetación.

Etapa 2

El agua enfría rápidamente la superficie.

Etapa 3

El hidrogel retiene la humedad restante.

Etapa 4

Al calentarse, el agua se evapora gradualmente, absorbiendo una gran cantidad de calor.

Etapa 5

Los componentes minerales reducen el recalentamiento.

Etapa 6

Tras la lluvia y bajo la influencia de los microorganismos, el hidrogel se descompone gradualmente.

Beneficios adicionales

Esta composición puede utilizarse no solo durante un incendio.

Es adecuado para:

protección de cultivos forestales jóvenes;

tratamiento cortafuegos;

protección de árboles individuales;

reducir la sequedad del suelo;

Sustento de musgos y líquenes;

transporte de microorganismos beneficiosos.

Versión para el proyecto DREVO

Bosque de hidrogel BioFire de madera

Para los bosques.

más grueso;

mejor adherencia a las agujas y troncos.

Hierba de hidrogel BioFire de WOOD

Para laderas cubiertas de hierba.

menos viscoso;

Cubre rápidamente una gran superficie.

Dron de hidrogel BioFire de WOOD

Para fumigación con drones.

Peculiaridades:

baja viscosidad para bombas;

sin sedimentación;

estabilidad de vibraciones;

Tamaño de caída ajustable.

Raíz de hidrogel BioFire de MADERA

Para proteger las plantas jóvenes.

Funciona simultáneamente como:

protección contra incendios;

acumulador de humedad;

medios para reducir el riego.

Desarrollo prospectivo

La dirección más interesante puede serHidrogel vivo— una matriz biodegradable que, una vez extinguido el fuego, no solo desaparece, sino que se convierte en un soporte para la restauración del ecosistema. Potencialmente podría incluir:

esporas de hongos micorrícicos;

bacterias fijadoras de nitrógeno y formadoras de suelo;

semillas de pastos y musgos locales;

bioestimulantes del crecimiento de origen natural;

Biocarbón de madera (biocarbón) en forma finamente dispersa.

En este caso, una vez extinguido el fuego, el hidrogel se integra gradualmente al suelo y favorece su regeneración, combinando la protección contra incendios con la recuperación ambiental. Esto se ajusta perfectamente a la filosofía del proyecto.Montañas vivientes DREVOdonde cada sistema de ingeniería debe reducir simultáneamente los riesgos y acelerar la restauración del medio ambiente natural.

Sistema de Nubes y Niebla DREVO