Біорозкладний засіб локального придушення природних пожеж

Біорозкладний засіб локального придушення природних пожеж

Нижче наведено стартову лабораторну формулу для досвідчених випробувань. Вона не призначена для самостійного застосування на природній пожежі до перевірки токсичності, корозійності, стабільності, ефективності та отримання необхідних дозволів.

1. Рекомендована базова формула

Склад готової робочої суміші

Цільовий pH

7,5–9,0

Склад не повинен бути сильно лужним, оскільки це підвищує ризик пошкодження рослин, шкіри, обладнання та ґрунтової біоти.

2. Чому обрано бікарбонат калію

Бікарбонат калію є більш відповідним кандидатом, ніж хімічний поглинач кисню.

При нагріванні він:

поглинає частину тепла;

утворює водяну пару;

виділяє вуглекислий газ;

створює каліймісткі частки;

втручається у радикальні реакції полум'я.

Дослідження NIST показують, що калійвмісні сполуки мають виражену інгібуючу дію на полум'я, а бікарбонат калію історично виявився ефективнішим за натрієвий аналог у порошкових вогнегасних системах.

Спрощена реакція термічного розкладання:

2 KHCO₃ → K₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Однак CO₂, що виділяється, слід вважати додатковим, а не головним механізмом гасіння. На відкритому схилі газ швидко розсіюється вітром.

3. Чому концентрація KHCO₃ обмежена

Збільшення вмісту бікарбонату який завжди пропорційно підвищує ефективність.

Надмірна концентрація може викликати:

кристалізацію;

осадження;

закупорювання форсунок;

підвищення електропровідності;

опіки чутливої ​​рослинності;

засолення ґрунту;

високу вартість;

корозійні проблеми.

Для первинних випробувань розумно починати з 3%, потім порівняти варіанти 4% та 5%.

4. Біорозкладається матриця

Основний загусник

Переважна гідроксиетилцелюлоза або карбоксиметилцелюлоза.

Вона має забезпечити:

утримання води на вертикальній рослинності;

повільне стікання;

стабільне розпилення;

відсутність довгих полімерних ниток;

можливість промивання обладнання водою.

Ксантанова камедь

Використовується в невеликій дозі для:

запобігання осадженню каоліну;

стійкості суміші під час зберігання;

збереження в'язкості при механічному впливі.

Занадто висока концентрація зробить суміш непридатною для форсунок дронів.

5. Мінеральний захисний блок

Каолін

Після випаровування частини води залишає світлий мінеральний шар.

Функції:

зменшення прямого нагріву;

обмеження контакту палива із повітрям;

зниження займистості поверхні;

візуальний контроль нанесення.

Вермикуліт

Вермикуліт здатний утримувати воду між шарами та формувати теплоізолюючий залишок.

Його кількість слід обмежувати, оскільки він:

підвищує в'язкість;

абразивно впливає на насос;

може осідати;

вимагає форсунок збільшеного прохідного перерізу

6. Змочувач

Суха хвоя, листя та кора часто погано змочуються звичайною водою.

Змочувач повинен:

знижувати поверхневий натяг;

допомагати воді проникати у підстилку;

покращувати покриття воскового листя;

працювати при дуже низькій концентрації.

Вимоги:

відсутність PFAS;

відсутність фтору;

низька гостра водна токсичність;

швидке біорозкладання;

відсутність стійких метаболітів;

відсутність сильного піноутворення у баку.

Важливо: позначення "фторвільний" ще не означає екологічно безпечний. EPA зазначає, що деякі фторвільні піни містять високі концентрації вуглеводневих ПАР, які також можуть бути токсичні для водних організмів та ссавців.

7. Три рекомендовані досвідчені версії

Формула А — DREVO BioFire Mist

Для швидкого гасіння трав'яних та малих поверхневих вогнищ.

Особливості:

низька в'язкість;

придатність для середньої краплі;

швидке змочування;

мінімальний мінеральний залишок;

порівняно низьке сольове навантаження.

Формула B — DREVO BioFire Gel

Основна рекомендована версія.

Призначення:

нанесення на суху траву;

захист чагарників;

обробка дощової води;

створення тимчасової вологої смуги;

придушення повторного займання.

Формула C — DREVO BioFire Eco-Light

Для чутливих природних зон, де пріоритетом є мінімальне сольове навантаження.

Ця версія буде менш ефективна хімічно, але потенційно м'якше для ґрунту та рослинності.

8. Варіант без синтетичного ПАР

Для особливо чутливих зон можна випробувати суміш без поверхнево-активної речовини:

вода;

бікарбонат калію;

гідроксиетилцелюлоза;

ксантан;

каолін;

вермикуліт.

Недоліки:

гірше змочуються хвоя та воскове листя;

повільніше проникнення;

можливе скочування крапель;

знадобиться більша норма нанесення.

Такий варіант слід обов'язково включити до порівняльних випробувань.

9. Що краще не включати до базової формули

Фосфат амонію

Ефективний як тривалий антипірен, але у природному середовищі створює навантаження азотом та фосфором.

Не рекомендується для базової екологічної формули біля:

струмків;

джерел;

сталь;

питних водозборів;

рідкісних рослинних угруповань.

Лісова служба США поділяє довготривалі ретарданти, піни та водні підсилювачі та оцінює їх за окремими вимогами до ефективності та екологічного ризику.

Хлориди

Не рекомендуються через:

корозії;

засоления;

впливу на рослинність;

високої електропровідності.

Бура та борна кислота

Можуть пригнічувати горіння, але мають фітотоксичність при підвищеному внесенні і здатні накопичуватися в ґрунті.

Силікат натрію

Створює хороший мінеральний шар, але:

сильно лужний;

може ушкоджувати рослинність;

швидко затвердіти;

блокувати обладнання;

вносити натрій.

PFAS-містять компоненти

Повинні бути повністю виключені з концепції через стійкість та екологічні ризики.

10. Технологія приготування дослідної партії

Порядок змішування

Заповнити бак водою приблизно 70–75%.

Запустити помірне перемішування.

Повільно диспергувати целюлозний загусник.

Залишити суміш для повної гідратації.

Додати попередньо диспергований ксантан.

Розчинити бікарбонат калію в окремій частині води.

Ввести розчин бікарбонату в основний бак.

Поступово додати каолін.

Додати вермікуліт при безперервному перемішуванні.

Ввести цитрат калію.

Останнім додати змочувач.

Довести суміш водою до маси.

Перевірити pH, в'язкість, електропровідність та осадження.

Пропустити через фільтр, що відповідає форсункам.

Не слід додавати сухий загусник відразу в концентрований сольовий розчин: можливе утворення грудок і неповна гідратація.

11. Необхідні фізичні параметри

Для дронового нанесення потрібно встановити не просто склад, а робочі властивості.

Низька в'язка версія

вільно перекачується;

наноситься середньою краплею;

не утворює ниток;

швидко промиває форсунки.

Гельова версія

Повинна бути псевдопластичною:

в'язка у спокійному стані;

розріджується в насосі та форсунці;

відновлює в'язкість після попадання на поверхню.

Ключові випробування:

динамічна в'язкість;

межа плинності;

відновлення структури;

розмір часток;

швидкість осадження;

піноутворення;

заморожування та розморожування.

12. Форсунки та фільтрація

Для суміші з каоліном та вермікулітом потрібні:

мембранний чи хімічно стійкий насос;

постійне повільне перемішування;

збільшений діаметр каналу форсунки;

фільтр, що не видаляє корисний мінеральний компонент;

система зворотного промивання;

окремий контур води, що промиває.

Занадто дрібний аерозоль не рекомендується:

його віднесе вітер;

частина води випарується у повітрі;

мінеральні частинки можуть потрапити до дихальної зони;

покриття виявиться нерівномірним.

Для схилів краще спрямована середня або велика крапля.

13. Можлива норма нанесення

Точну норму можна визначити лише вогневими випробуваннями.

Для перших порівняльних тестів можна досліджувати:

легке покриття;

середнє покриття;

повне змочування поверхні;

повторне нанесення після часткового висихання.

Слід вимірювати не лише літри на гектар, а:

масу кошти на квадратний метр;

масу KHCO₃ на квадратний метр;

товщину вологого шару;

тривалість утримання води;

відсоток покритої поверхні.

14. Обов'язкові лабораторні серії

Серія 1. Концентрація KHCO₃

0%;

1,5%;

3%;

4%;

5%.

Це покаже, наскільки хімічна добавка покращує результат, порівняно з одним гелем.

Серия 2. Загуститель

0,2%;

0,35%;

0,5%;

0,7%.

Серія 3. Мінеральний залишок

без мінералів;

каолін;

каолін + вермікуліт.

Серія 4. Змочувач

без ПАВ;

мінімальна концентрація;

подвоєна концентрація.

15. Показники вогневого випробування

Для кожного складу вимірюються:

час припинення відкритого полум'я;

максимальна температура;

швидкість охолодження;

витрата суміші;

глибина проникнення;

тривалість утримання води;

повторне займання через 5, 15, 30 та 60 хвилин;

утворення диму;

залишкове тління;

стан поверхні після висихання.

Окремо випробовуються:

суха трава;

сосна;

листя;

чагарникові гілки;

деревина;

лісова підстилка;

тліючий пень.

16. Екологічні випробування

До застосування у природі необхідно перевірити:

гостру водну токсичність;

вплив на водорості;

вплив на безхребетних;

проростання місцевого насіння;

зростання коріння;

ґрунтове дихання;

мікробіологічну активність;

електропровідність ґрунту;

зміна pH;

вимивання калію;

споживання кисню при розкладанні загусника.

Навіть кваліфіковані пожежні хімікати можуть становити ризик для водних організмів при прямому попаданні концентрату або великих обсягів робочої суміші в малий водотік.

17. Підсумкова стартова формула, що рекомендується.

Для першого лабораторного прототипу пропонується:

Гель для деревини BioFire P1

вода —91,5%;

бікарбонат калію —4,0%;

гідроксиетилцелюлоза - 0,4%;

ксантанова камедь 0,1%;

каолін —2,5%;

мікронізований вермікуліт 0,8%;

цитрат калію —0,65%;

фторвільний змочувач 0,05%.

Загальна сума: 100%.

Це не готовий сертифікований продукт, а розумна відправна точка для досліджень.

Підсумковий принцип

Найбільш перспективний склад - не речовина, яка намагається поглинути кисень відкритої атмосфери, а водний біорозкладний гель з обмеженою кількістю бікарбонату калію і мінерального наповнювача.

Він має діяти через:

швидке охолодження;

глибоке змочування;

утримання води;

локальне виділення пари та CO₂;

інгібування хімії полум'я;

утворення тимчасового мінерального покриття;

запобігання повторному займанню.

Перед польовим застосуванням склад повинен пройти незалежні вогневі, токсикологічні, екологічні та технічні випробування.

Гідрогель для деревини BioFire

Біорозкладний гідрогель для локального гасіння природних пожеж та захисту рослинності.

Основні засади

На відміну від звичайної води гідрогель:

утримує у 20-100 разів більше води за власною масою (залежно від обраної полімерної системи);

повільніше випаровується;

утримується на листі, хвої та деревині;

поступово віддає вологу;

знижує температуру поверхні;

зменшує ймовірність повторного займання;

після розкладання не повинен залишати стійких пластикових частинок.

Запропонована концепція складу

1. Вода (90–97%)

Головний вогнегасний компонент.

Функції:

охолодження;

випаровування;

просочування рослинності;

харчування гідрогелю.

2. Біорозкладний гідрогель (1-3%)

Основа системи.

Перспективні матеріали:

карбоксиметилцелюлоза (КМЦ);

гідроксиетилцелюлоза (HEC);

альгінат натрію;

пектин;

ксантанова камедь;

гуарова камедь;

інші природні полісахариди.

Найкращим варіантом може стати гібридна система з декількох біополімерів, що забезпечує хороше утримання води при прийнятній в'язкості.

3. Мінеральний теплоізоляційний компонент (0,5-2%)

Наприклад:

каолін;

мікронізований вермікуліт;

бентоніт.

Призначення:

зменшення нагріву;

захист поверхні;

утримання води.

4. Калієвий блок (0,5-2%)

Замість великих кількостей солей краще використовувати помірну кількість калієвих сполук, наприклад, бікарбонат калію.

Він забезпечує додаткове придушення полум'я за збереження основної ролі води та гідрогелю.

5. Біологічний змочувач (0,02-0,1%)

Для покращення проникнення в суху підстилку.

Вимоги:

відсутність PFAS;

швидке біорозкладання;

Мінімальна токсичність для водних організмів.

Як працює

Етап 1

Гель покриває рослинність.

Етап 2

Вода швидко охолоджує поверхню.

Етап 3

Гідрогель утримує вологу, що залишилася.

Етап 4

При нагріванні вода поступово випаровується, поглинаючи велику кількість тепла.

Етап 5

Мінеральні компоненти зменшують повторне нагрівання.

Етап 6

Після дощів та під дією мікроорганізмів гідрогель поступово розкладається.

Додаткові переваги

Такий склад можна використовувати не лише під час пожежі.

Він підходить для:

захисту молодих лісових культур;

обробки протипожежних смуг;

захисту окремих дерев;

зменшення пересихання ґрунту;

підтримки мохів та лишайників;

транспортування корисних мікроорганізмів

Версія для проекту DREVO

ВОЛОДИНА BioFire Гідрогель Ліс

Для лісів.

густіший;

краще утримується на хвої та стовбурах.

ВОЛОДИНА BioFire Гідрогель Трава

Для трав'янистих схилів.

менш в'язкий;

швидко покриває велику площу.

Дрон WOOD BioFire HydroGel

Для розпилення безпілотниками.

Особливості:

низька в'язкість для насосів;

відсутність осадження;

стабільність при вібрації;

регульований розмір краплі.

Гідрогель WOOD BioFire для коренів

Для захисту молодих висадок.

Працює одночасно як:

протипожежний захист;

вологонакопичувач;

засіб зменшення поливу.

Перспективний розвиток

Найцікавішим напрямком може стати "живий гідрогель" (Living HydroGel) - Біорозкладається матриця, яка після гасіння пожежі не просто зникає, а стає носієм для відновлення екосистеми. До неї потенційно можна включати:

суперечки мікоризних грибів;

азотфіксуючі та грунтоутворюючі бактерії;

насіння місцевих трав та мохів;

біостимулятори зростання природного походження;

деревне біовугілля (biochar) у дрібнодисперсній формі.

У такому разі після ліквідації пожежі гідрогель поступово перетворюється на частину ґрунту та сприяє його відновленню, поєднуючи протипожежний захист та екологічну рекультивацію. Це добре вписується у філософію проекту DREVO Живі гори, де кожна інженерна система повинна одночасно знижувати ризики та прискорювати відновлення природного середовища.

Система хмарності та туману DREVO