Biologisch abbaubares lokales Brandbekämpfungsmittel

Biologisch abbaubares lokales Brandbekämpfungsmittel

Nachfolgend finden Sie eine Ausgangsrezeptur für Pilotversuche im Labor. Sie ist nicht für den direkten Einsatz bei Waldbränden vorgesehen, bis Toxizität, Korrosivität, Stabilität und Wirksamkeit geprüft und die erforderlichen Genehmigungen eingeholt wurden.

1. Empfohlene Basisformel

Zusammensetzung der fertigen Arbeitsmischung

Ziel-pH-Wert

7,5–9,0

Die Zusammensetzung sollte nicht stark alkalisch sein, da dies das Risiko von Schäden an Pflanzen, Haut, Geräten und Bodenorganismen erhöht.

2. Warum wurde Kaliumhydrogencarbonat gewählt?

Kaliumbicarbonat ist ein besser geeigneter Kandidat als ein chemischer Sauerstofffänger.

Wenn es erhitzt wird:

absorbiert einen Teil der Wärme;

bildet Wasserdampf;

setzt Kohlendioxid frei;

erzeugt kaliumhaltige Partikel;

stört radikalische Flammenreaktionen.

Untersuchungen des NIST zeigen, dass kaliumhaltige Verbindungen eine signifikante flammhemmende Wirkung haben und dass Kaliumbicarbonat sich in Trockenpulverlöschanlagen historisch gesehen als wirksamer erwiesen hat als sein Natrium-Pendant.

Vereinfachte thermische Zersetzungsreaktion:

2 KHCO₃ → K₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Das freigesetzte CO₂ sollte jedoch eher als ergänzender denn als primärer Löschmechanismus betrachtet werden. An einem exponierten Hang wird das Gas schnell vom Wind verweht.

3. Warum ist die Konzentration von KHCO₃ begrenzt?

Eine Erhöhung des Bicarbonatspiegels führt nicht immer zu einer proportionalen Steigerung der Wirksamkeit.

Eine übermäßige Konzentration kann Folgendes verursachen:

Kristallisation;

Fällung;

Verstopfung der Einspritzdüsen;

Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit;

Brände empfindlicher Vegetation;

Bodenversalzung;

hohe Kosten;

Korrosionsprobleme.

Für erste Tests ist es sinnvoll, mit Folgendem zu beginnen:3%Vergleichen Sie anschließend die Optionen.4 % und 5 %Die

4. Biologisch abbaubare Matrix

Hauptverdicker

Hydroxyethylcellulose oder Carboxymethylcellulose wird bevorzugt.

Es muss Folgendes gewährleisten:

Wasserspeicherung in vertikaler Vegetation;

langsamer Durchfluss;

stabiles Sprühen;

Fehlen langer Polymerfäden;

die Möglichkeit, die Geräte mit Wasser zu waschen.

Xanthangummi

In kleinen Dosen angewendet für:

Verhinderung der Kaolinfällung;

Stabilität des Gemisches während der Lagerung;

Aufrechterhaltung der Viskosität unter mechanischer Belastung.

Eine zu hohe Konzentration macht das Gemisch für Drohneneinspritzdüsen ungeeignet.

5. Mineralschutzblock

Kaolin

Nachdem ein Teil des Wassers verdunstet ist, bleibt eine leichte Mineralschicht zurück.

Funktionen:

Reduzierung der direkten Beheizung;

Begrenzung des Kontakts von Kraftstoff mit Luft;

Verringerung der Oberflächenentflammbarkeit;

visuelle Kontrolle der Anwendung.

Vermiculit

Vermiculit ist in der Lage, Wasser zwischen den Schichten zu speichern und einen wärmeisolierenden Rückstand zu bilden.

Ihre Menge sollte begrenzt werden, weil sie:

erhöht die Viskosität;

hat eine abrasive Wirkung auf die Pumpe;

sich niederlassen;

erfordert Düsen mit vergrößerter Durchflussfläche.

6. Netzmittel

Trockene Nadeln, Blätter und Rinde lassen sich mit normalem Wasser oft nur schwer befeuchten.

Das Netzmittel muss:

Oberflächenspannung verringern;

helfen, dass Wasser in die Einstreu eindringt;

die Beschichtung von Wachsblättern verbessern;

Wirken bei sehr niedrigen Konzentrationen.

Anforderungen:

PFAS-frei;

Abwesenheit von Fluorid;

geringe akute aquatische Toxizität;

schneller biologischer Abbau;

Fehlen persistenter Metaboliten;

keine starke Schaumbildung im Tank.

Wichtig: Die Bezeichnung „fluorfrei“ bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Produkt umweltverträglich ist. Die EPA weist darauf hin, dass einige fluorfreie Schäume hohe Konzentrationen an Kohlenwasserstoff-Tensiden enthalten, die ebenfalls giftig für Wasserorganismen und Säugetiere sein können.

7. Drei empfohlene experimentelle Versionen

Formel A – DREVO BioFire Mist

Zum schnellen Löschen von Gras- und kleinen Flächenbränden.

Merkmale:

niedrige Viskosität;

Eignung für mittlere Fallhöhe;

schnelle Benetzung;

minimaler Mineralrückstand;

relativ geringe Salzbelastung.

Formel B – DREVO BioFire Gel

Die empfohlene Hauptversion.

Zweck:

Anwendung auf trockenem Gras;

Schutz von Sträuchern;

Aufbereitung von Regenwasser;

Schaffung eines temporären Nassstreifens;

Unterdrückung der Wiederentzündung.

Formel C – DREVO BioFire Eco-Light

Für sensible Naturgebiete, in denen eine minimale Salzbelastung Priorität hat.

Diese Variante ist chemisch weniger wirksam, aber potenziell schonender für Boden und Vegetation.

8. Option ohne synthetische Tenside

Für besonders empfindliche Bereiche können Sie eine Mischung ohne Tensid testen:

Wasser;

Kaliumhydrogencarbonat;

Hydroxyethylcellulose;

Xanthan;

Kaolin;

Vermiculit.

Mängel:

Nadeln und wachsartige Blätter werden weniger leicht benetzt;

langsameres Eindringen;

mögliches Abrollen von Tropfen;

Eine höhere Antragsquote wird erforderlich sein.

Diese Option sollte unbedingt in Vergleichstests einbezogen werden.

9. Was sollte man in der Grundformel besser nicht berücksichtigen?

Ammoniumphosphat

Es ist zwar ein wirksames, lang anhaltendes Flammschutzmittel, führt aber in der natürlichen Umwelt zu einer Stickstoff- und Phosphorbelastung.

Nicht empfohlen für die Verwendung mit der Basis-Öko-Formel in der Nähe von:

Bäche;

Quellen;

Stahl;

Trinkwassergewinnungsgebiete;

seltene Pflanzengesellschaften.

Der US Forest Service unterscheidet zwischen Langzeit-Verzögerungsmitteln, Schäumen und wasserbasierten Verstärkern und bewertet diese anhand separater Leistungs- und Umweltrisikoanforderungen.

Chloride

Nicht empfohlen aufgrund von:

Korrosion;

Versalzung;

Auswirkungen auf die Vegetation;

hohe elektrische Leitfähigkeit.

Borax und Borsäure

Sie können die Verbrennung unterdrücken, sind aber bei Anwendung großer Mengen phytotoxisch und können sich im Boden anreichern.

Natriumsilikat

Bildet eine gute Mineralschicht, aber:

stark alkalisch;

kann die Vegetation schädigen;

schnell aushärten;

Blockausrüstung;

Natrium hinzufügen.

PFAS-haltige Komponenten

Sollte aufgrund von Nachhaltigkeits- und Umweltrisiken vollständig aus dem Konzept ausgeschlossen werden.

10. Technologie zur Herstellung einer Pilotcharge

Mischreihenfolge

Füllen Sie den Tank zu etwa 70–75 % mit Wasser.

Beginnen Sie mit mäßigem Rühren.

Den Celluloseverdicker langsam verteilen.

Lassen Sie die Mischung vollständig quellen.

Vordispergiertes Xanthangummi hinzufügen.

Lösen Sie Kaliumhydrogencarbonat in einem separaten Teil Wasser auf.

Bicarbonatlösung in den Haupttank geben.

Kaolin nach und nach hinzufügen.

Vermiculit unter ständigem Rühren zugeben.

Kaliumcitrat eingeben.

Das Netzmittel zuletzt hinzufügen.

Füge der Mischung Wasser hinzu, bis das gewünschte Gewicht erreicht ist.

pH-Wert, Viskosität, Leitfähigkeit und Sedimentation prüfen.

Durch einen Filter, der den Einspritzdüsen entspricht.

Das trockene Verdickungsmittel darf nicht direkt in die konzentrierte Salzlösung gegeben werden, da dies zu Klumpenbildung und unvollständiger Hydratation führen kann.

11. Erforderliche physikalische Parameter

Für den Einsatz von Drohnen ist es notwendig, nicht nur die Zusammensetzung, sondern auch die Leistungsmerkmale festzulegen.

Niedrigviskose Version

frei pumpbar;

mit einem mittleren Tropfen auftragen;

bildet keine Fäden;

Reinigt Einspritzdüsen schnell.

Gel-Version

Muss pseudoplastisch sein:

zähflüssig im Ruhezustand;

verflüssigt sich in der Pumpe und der Düse;

Stellt die Viskosität nach Kontakt mit der Oberfläche wieder her.

Wichtigste Tests:

dynamische Viskosität;

Streckgrenze;

Wiederherstellung der Struktur;

Partikelgröße;

Sedimentationsrate;

Schaumbildung;

Einfrieren und Auftauen.

12. Düsen und Filtration

Für eine Mischung aus Kaolin und Vermiculit benötigen Sie:

Membranpumpe oder chemikalienbeständige Pumpe;

kontinuierliches, langsames Rühren;

vergrößerter Düsenkanaldurchmesser;

ein Filter, der die nützlichen mineralischen Bestandteile nicht entfernt;

Rückspülsystem;

separater Spülwasserkreislauf.

Ein zu feines Aerosol wird nicht empfohlen:

Der Wind wird es forttragen;

Ein Teil des Wassers verdunstet in die Luft;

Mineralpartikel können in die Atemwege eindringen;

Die Beschichtung wird ungleichmäßig sein.

Bei Hängen ist ein gerichtetes mittleres oder großes Gefälle vorzuziehen.

13. Mögliche Anwendungsrate

Der genaue Standard kann nur durch Brandversuche ermittelt werden.

Für erste Vergleichstests können Sie Folgendes ausprobieren:

Lichtabdeckung;

mittlere Deckkraft;

vollständige Benetzung der Oberfläche;

Nach teilweisem Antrocknen erneut auftragen.

Es ist wichtig, nicht nur Liter pro Hektar zu messen, sondern auch:

Masse des Produkts pro Quadratmeter;

Masse von KHCO₃ pro Quadratmeter;

Dicke der Nassschicht;

Dauer der Wasserretention;

Prozentsatz der bedeckten Oberfläche.

14. Obligatorische Laborreihe

Serie 1. KHCO₃-Konzentration

0%;

1,5%;

3%;

4%;

5%.

Dies wird zeigen, inwieweit der chemische Zusatz das Ergebnis im Vergleich zum Gel allein verbessert.

Serie 2. Verdickungsmittel

0,2 %;

0,35 %;

0,5%;

0,7%.

Serie 3. Mineralrückstand

ohne Mineralien;

Kaolin;

Kaolin + Vermiculit.

Serie 4. Netzmittel

ohne Tenside;

Mindestkonzentration;

doppelte Konzentration.

15. Indikatoren für die Brandprüfung

Für jede Zusammensetzung werden folgende Parameter gemessen:

Zeit bis zum Erlöschen der offenen Flamme;

Höchsttemperatur;

Abkühlungsrate;

Mischungskonsum;

Eindringtiefe;

Dauer der Wasserretention;

Wiederzündung nach 5, 15, 30 und 60 Minuten;

Rauchbildung;

Restglimmen;

Oberflächenzustand nach dem Trocknen.

Folgende Komponenten werden separat getestet:

trockenes Gras;

Kiefer;

Blätter;

Strauchzweige;

Holz;

Waldstreu;

glimmender Baumstumpf.

16. Umweltprüfung

Vor der Anwendung in der Natur ist Folgendes zu prüfen:

akute aquatische Toxizität;

Auswirkungen auf Algen;

Auswirkungen auf Wirbellose;

Keimung von einheimischem Saatgut;

Wurzelwachstum;

Bodenatmung;

mikrobiologische Aktivität;

elektrische Leitfähigkeit des Bodens;

pH-Wert-Änderung;

Kaliumauswaschung;

Sauerstoffverbrauch während der Verdickungsmittelzersetzung.

Auch zugelassene Feuerlöschmittel können eine Gefahr für Wasserorganismen darstellen, wenn Konzentrat oder große Mengen des Arbeitsgemisches direkt in ein kleines Gewässer eingeleitet werden.

17. Empfohlene Endformel für den Start

Für den ersten Laborprototyp wird Folgendes vorgeschlagen:

WOOD BioFire Gel P1

Wasser -91,5 %;

Kaliumbicarbonat —4,0 %;

Hydroxyethylcellulose -0,4 %;

Xanthangummi -0,1 %;

Kaolin —2,5 %;

mikronisiertes Vermiculit -0,8 %;

Kaliumcitrat —0,65 %;

fluorfreies Netzmittel -0,05 %Die

Gesamtbetrag:100%Die

Dies ist kein fertiges, zertifiziertes Produkt, sondern ein vernünftiger Ausgangspunkt für weitere Recherchen.

Das letzte Prinzip

Die vielversprechendste Zusammensetzung ist keine Substanz, die versucht, Sauerstoff aus der offenen Atmosphäre zu absorbieren, sondern ein wässriges, biologisch abbaubares Gel mit einer begrenzten Menge an Kaliumbicarbonat und mineralischen Füllstoffen.

Es muss durch Folgendes wirken:

schnelle Abkühlung;

tiefe Benetzung;

Wasserspeicherung;

Lokale Freisetzung von Dampf und CO₂;

Hemmung der Flammenchemie;

Bildung einer vorübergehenden mineralischen Überzugsschicht;

Verhinderung einer erneuten Entzündung.

Vor der Anwendung im Feld muss die Zusammensetzung unabhängigen Brand-, toxikologischen, Umwelt- und technischen Tests unterzogen werden.

WOOD BioFire Hydrogel

Biologisch abbaubares Hydrogel zur lokalen Waldbrandbekämpfung und zum Schutz der Vegetation.

Grundprinzipien

Im Gegensatz zu gewöhnlichem Wasser, Hydrogel:

kann, abhängig vom gewählten Polymersystem, das 20- bis 100-fache Wasservolumen seines Eigengewichts aufnehmen;

verdunstet langsamer;

haftet an Blättern, Nadeln und Holz;

gibt nach und nach Feuchtigkeit ab;

reduziert die Oberflächentemperatur;

verringert das Risiko einer erneuten Entzündung;

Nach der Zersetzung sollten keine beständigen Kunststoffpartikel zurückbleiben.

Vorgeschlagenes Kompositionskonzept

1. Wasser (90–97 %)

Die wichtigste Feuerlöschanlage.

Funktionen:

Kühlung;

Verdunstung;

Imprägnierung der Vegetation;

Hydrogel-Nährstoffe.

2. Biologisch abbaubares Hydrogel (1–3 %)

Die Grundlage des Systems.

Vielversprechende Materialien:

Carboxymethylcellulose (CMC);

Hydroxyethylcellulose (HEC);

Natriumalginat;

Pektin;

Xanthangummi;

Guarkernmehl;

andere natürliche Polysaccharide.

Die beste Option wäre möglicherweiseHybridsystemEs wird aus mehreren Biopolymeren hergestellt und bietet eine gute Wasserrückhaltung bei akzeptabler Viskosität.

3. Mineralische Wärmedämmkomponente (0,5–2 %)

Zum Beispiel:

Kaolin;

mikronisiertes Vermiculit;

Bentonit.

Zweck:

Heizung reduzieren;

Oberflächenschutz;

Wasserspeicherung.

4. Kaliumblock (0,5–2 %)

Anstelle großer Mengen an Salzen ist es besser, moderate Mengen an Kaliumverbindungen, wie zum Beispiel Kaliumbicarbonat, zu verwenden.

Es bietet zusätzliche Flammenunterdrückung und erhält gleichzeitig die primäre Funktion von Wasser und Hydrogel aufrecht.

5. Biologisches Netzmittel (0,02–0,1 %)

Zur Verbesserung des Eindringens in trockenes Einstreu.

Anforderungen:

PFAS-frei;

schneller biologischer Abbau;

Geringe Toxizität für Wasserorganismen.

So funktioniert es

Phase 1

Das Gel bedeckt die Vegetation.

Phase 2

Das Wasser kühlt die Oberfläche schnell ab.

Phase 3

Das Hydrogel speichert die restliche Feuchtigkeit.

Stufe 4

Beim Erhitzen verdampft Wasser allmählich und nimmt dabei eine große Menge Wärme auf.

Stufe 5

Mineralische Bestandteile reduzieren das Wiedererhitzen.

Stufe 6

Nach Regenfällen und unter dem Einfluss von Mikroorganismen zersetzt sich das Hydrogel allmählich.

Zusätzliche Vorteile

Diese Zusammensetzung kann nicht nur während eines Brandes verwendet werden.

Es eignet sich für:

Schutz junger Forstkulturen;

Brandschutzstreifenbehandlung;

Schutz einzelner Bäume;

Verringerung der Bodenaustrocknung;

Unterstützung von Moosen und Flechten;

Transport von nützlichen Mikroorganismen.

Version für das DREVO-Projekt

WOOD BioFire HydroGel Wald

Für Wälder.

dicker;

Bessere Haftung an Nadeln und Stämmen.

Holz BioFire Hydrogel Gras

Für Grashänge.

weniger zähflüssig;

Deckt schnell ein großes Gebiet ab.

WOOD BioFire Hydrogel Drohne

Zum Besprühen mit Drohnen.

Besonderheiten:

niedrige Viskosität für Pumpen;

keine Sedimentation;

Schwingungsstabilität;

verstellbare Fallhöhe.

WOOD BioFire HydroGel Wurzel

Zum Schutz junger Pflanzen.

Funktioniert gleichzeitig als:

Brandschutz;

Feuchtigkeitsspeicher;

Maßnahmen zur Reduzierung der Bewässerung.

Perspektivische Entwicklung

Die interessanteste Richtung könnte seinLebendes Hydrogel– eine biologisch abbaubare Matrix, die nach dem Erlöschen des Feuers nicht nur verschwindet, sondern auch als Träger für die Wiederherstellung des Ökosystems dient. Sie könnte beispielsweise Folgendes umfassen:

Sporen von Mykorrhizapilzen;

Stickstofffixierende und bodenbildende Bakterien;

Samen einheimischer Gräser und Moose;

Wachstumsbiostimulanzien natürlichen Ursprungs;

Holz-Biokohle (Biokohle) in fein dispergierter Form.

In diesem Fall integriert sich das Hydrogel nach dem Löschen des Feuers allmählich in den Boden und fördert dessen Regeneration. So werden Brandschutz und Umweltsanierung miteinander verbunden. Dies entspricht der Projektphilosophie.DREVO Living Mountains, wobei jedes technische System gleichzeitig Risiken reduzieren und die Wiederherstellung der natürlichen Umwelt beschleunigen muss.

DREVO Wolken- und Nebelsystem