Biomimética
Protección contra incendios forestales – Avanzando soluciones con ‘Hidrogeles biomiméticos activables por calor’
Los incendios forestales se están volviendo más severos y dañinos en todo el mundo. En 2023, se quemaron casi 12 millones de hectáreas, estableciendo un nuevo récord, un 24% más alto que el anterior. Esto convirtió a 2023 en el peor año para los incendios forestales a nivel global, con 2021 ocupando el tercer lugar y 2020 el cuarto.
Esto muestra una imagen clara: los incendios forestales catastróficos se están volviendo más severos, cada vez más frecuentes y generalizados. Esta tendencia es evidente en EE. UU., Europa y Australia.
El cambio climático está agravando aún más la catástrofe de los incendios forestales al intensificar las olas de calor y las sequías, lo que crea condiciones secas y calientes que favorecen el inicio y la propagación de los incendios.
Esto es extremadamente preocupante, ya que estos incendios añaden entre 5 y 8 mil millones de toneladas de dióxido de carbono cada año. Además, los incendios forestales están provocando la pérdida de casi 6 millones de hectáreas más de cobertura arbórea al año que en 2001. Asimismo, los incendios representan ahora el 33 % de toda la pérdida de cobertura arbórea, frente al 20 % de hace dos décadas.
Además de todo ello, los incendios forestales afectan a los seres humanos tanto directa como indirectamente. Mientras cientos de personas mueren cada año a causa del fuego, muchas más son evacuadas o desplazadas permanentemente de sus hogares.
En conjunto, los incidentes de incendios forestales provocan pérdidas devastadoras de recursos, infraestructura, vidas y medios de subsistencia de las personas que viven en esas áreas, y de la economía.
Para abordar y combatir eficazmente los incendios forestales, necesitamos soluciones ecológicas que puedan mejorar los esfuerzos de gestión, controlar los incendios dentro de las áreas silvestres y proteger las zonas de daños.
Métodos de protección contra incendios: geles, espumas y retardantes
Existen varios sistemas químicos para incendios en áreas silvestres que reducen la probabilidad de ignición y protegen hogares e infraestructuras. Estos sistemas son categorizados por el Servicio Forestal de EE. UU. como:
- Geles potenciadores de agua
- Supresores de espuma
- Retardantes a largo plazo
Los retardantes a largo plazo suelen aplicarse mediante aviones sobre los paisajes objetivo después de su completa constitución mediante dilución en agua. Sus efectos retardantes son producidos por químicos como los fosfatos de amonio, que tienen la capacidad de resistir la combustión o ralentizar la propagación del fuego. La eficacia de estos retardantes dura mientras el residuo químico permanezca en la vegetación.
En cuanto a los geles potenciadores de agua y los supresores de espuma, ambos funcionan como supresores de fuego a corto plazo. Estas soluciones solo pueden resistir el fuego mientras haya agua, lo que significa que una vez que ésta se evapora de los materiales aplicados, la resistencia al fuego también se pierde.
Entre ellos, se ha encontrado que los geles potenciadores de agua son excepcionalmente eficaces para proteger infraestructuras.
Los geles potenciadores de agua suelen estar compuestos por polímeros superabsorbentes que poseen la capacidad de retener fuertemente el agua, así como de mejorar la humectación de la superficie. De esta manera, estos geles funcionan muy bien como supresores de fuego y barreras para proteger hogares e infraestructuras críticas en áreas silvestres.
La hinchazón del polímero aumenta realmente el grosor de la barrera de agua, permitiendo un tiempo de retención de agua más prolongado. La capacidad de retener agua durante 30‑60 min hace que este tipo de geles sea muy eficaz para ataques indirectos que protejan hogares, edificios y otras estructuras antes de los incendios forestales.
A diferencia de los geles, la espuma tiene un tiempo de retención más corto, de apenas 15‑30 min, y no puede ofrecer el mismo nivel de protección que los geles para ataques indirectos. Esto convierte a los geles potenciadores de agua en una estrategia ecológica y sostenible para suprimir incendios en áreas silvestres.
Dado que funcionan tan bien, hay muchos geles disponibles en el mercado para su uso, entre los que se incluye Thermo‑Gel, un gel retardante de fuego popular que se utiliza extensamente en EE. UU. y Canadá y está aprobado por las autoridades. Es usado tanto por propietarios de viviendas como por equipos profesionales de extinción. El gel puede aplicarse a estructuras, vegetación y otras superficies y es eficaz hasta varias horas después de la aplicación. Puede eliminarse con agua.
Barricade Fire Gel es otro que forma una gruesa capa de gel protector térmico para proteger sus hogares, estructuras, vehículos y tanques de combustible del fuego. Se mezcla con agua para proporcionar una protección total contra el fuego y se rocía hasta 24 horas antes de un incendio forestal inminente.
FireIce Shield brinda una capa protectora para prevenir daños causados por ignición, combustión o carbonización. Por su parte, No‑Burn Original Fire Gel es un retardante de fuego a base de agua que puede aplicarse a superficies donde forma una barrera que resiste la ignición.
Gel innovador para proteger edificios durante incendios forestales
Los geles potenciadores de agua tienden a incorporar materiales de hidrogel. Esto se debe a que los hidrogeles son polímeros que pueden retener grandes cantidades de agua, lo que los hace eficaces para formar una barrera que resiste el fuego.
La estructura de polímero entrecruzado de los hidrogeles, que los hace insolubles, es lo que les permite absorber y retener eficazmente grandes cantidades de agua. Esta increíble capacidad de almacenar agua permite un mayor enfriamiento y una mayor duración de humectación cuando el gel se aplica a superficies como la vegetación.
Aunque representan una alternativa atractiva a los supresores de espuma y a los retardantes tradicionales a largo plazo, los hidrogeles están limitados a un período de aplicación muy corto durante las condiciones climáticas típicas de los incendios forestales.
El problema es que estos materiales se secan rápidamente y pierden eficacia bajo el viento y el calor intenso, típicos de las condiciones de incendios forestales. Esto limita gravemente el uso práctico de los hidrogeles y, además, incrementa el riesgo para quienes los aplican.
Fuente: Stanford Report
Para abordar esta limitación, investigadores de Stanford han desarrollado un gel potenciador de agua para ayudar a evitar que los hogares e infraestructuras críticas sean quemados por incendios forestales, con resultados mucho mejores que las soluciones disponibles actualmente. Según el autor principal Eric Appel, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería:
“Bajo condiciones típicas de incendios forestales, los geles potenciadores de agua actuales se secan en 45 minutos.”
Publicado hace un par de semanas en Advanced Materials, la nueva investigación ha introducido una plataforma de hidrogel potenciador de agua que se transforma en un aerogel de sílice, un material que ha despertado mucho interés en el mundo de la ciencia y la tecnología.
El aerogel de sílice es conocido por su transparencia óptica, alta superficie y baja conductividad térmica, pero más importante aún por su baja densidad aparente, con hasta un 95 % de su volumen compuesto por aire.
El aerogel de sílice resultante en el último estudio presentó propiedades aislantes excepcionales durante la activación térmica, lo que ayuda a ampliar la ventana efectiva de protección de la superficie contra la ignición.
Según el estudio, estos materiales demuestran propiedades de barrera mejoradas en más de 5 veces en comparación con los productos de gel potenciador de agua que se venden actualmente en el mercado.
Los investigadores formaron estos hidrogeles mediante interacciones polímero‑partícula (PP) entre cadenas celulósicas (biopolímeros) y partículas de sílice coloidales. Las interacciones PP resultaron ser clave para crear eficazmente la barrera aerogel aislante al calor tras la evaporación del agua.
Según el estudio, el agua dentro de estos materiales se pierde rápidamente bajo la exposición al fuego, lo que conduce a la formación de una robusta red sólida de sílice. Esta red actúa como una barrera física resistente contra el fuego.
Prolongar la efectividad protectora, según los autores, es lo que diferencia su material de otras tecnologías de supresión de incendios forestales. Y esto es lo que, según el estudio, abordará eficazmente una brecha en nuestra capacidad para combatir incendios forestales y proteger infraestructuras críticas.
Pruebas y optimización del nuevo gel contra incendios
Financiado por la National Science Foundation junto con la Gordon & Betty Moore Foundation y Schmidt Science Fellows, el estudio de la Universidad de Stanford ha logrado desarrollar un gel pulverizable que protege los edificios del daño causado por incendios forestales, mientras dura más y es más eficaz que las opciones comerciales existentes.
Contar con una ventana de aplicación más amplia significa que se puede rociar el gel antes del incendio y aún así obtener su protección. Y cuando el fuego llega, se supone que funciona aún mejor.
La nueva plataforma ha estado en desarrollo durante años. En 2019, el mismo gel fue utilizado por Appel y su equipo para mantener los retardantes contra incendios en la vegetación durante mucho tiempo.
Calificando el nuevo desarrollo como “serendipitoso”, Appel explicó que tenían curiosidad por el comportamiento de estos geles por sí solos. Así que simplemente pusieron algo sobre madera y luego usaron una antorcha del laboratorio para exponerlo a llamas. Esto resultó en un “resultado súper genial” donde el gel se infló convirtiéndose en una espuma de aerogel.
El asunto es que los geles potenciadores de agua utilizan polímeros superabsorbentes para la protección contra incendios, lo cual es similar al polvo absorbente que se encuentra en los pañales desechables de los niños.
Cuando estos geles se mezclan con agua y luego se rocían sobre una estructura, por ejemplo su hogar, se hinchan convirtiéndose en una sustancia pegajosa y espesa. La sustancia se adhiere a la superficie exterior y produce una barrera húmeda.
Debido a las condiciones extremadamente secas y de alta temperatura alrededor de los incendios forestales, que hacen que el agua atrapada en un gel se evapore rápidamente, los investigadores de Stanford también incorporaron partículas de sílice junto a un polímero a base de celulosa.
Así, cuando los geles se someten al calor y el agua se evapora, estas partículas de sílice quedan atrás y se ensamblan en una espuma. La espuma es altamente aislante, impidiendo la transferencia de calor. Al dispersar el calor, protege “completamente” la superficie debajo de ella.
“Este avance respetuoso con el medio ambiente supera las soluciones comerciales actuales, ofreciendo una defensa superior y escalable contra los incendios forestales.”
– Changxin Dong, autor principal del estudio
Para evaluar el nuevo gel, los investigadores aplicaron varias formulaciones a piezas de madera contrachapada y luego las expusieron a llama directa. La llama de la antorcha de gas arde a una temperatura significativamente más alta que los incendios forestales.
Las pruebas revelaron que la composición más eficaz del equipo duró más de siete minutos antes de que las piezas de madera contrachapada comenzaran a carbonizarse. Esto fue mucho más tiempo que los menos de 90 segundos que duró un gel potenciador de agua comercialmente disponible cuando se probó de la misma manera.
“Los geles tradicionales no funcionan una vez que se secan”, dijo Appel, señalando que, a diferencia de ellos, su gel sigue protegiendo las superficies a las que se aplica después de que toda el agua se ha evaporado y, cuando el fuego se extingue, también puede lavarse fácilmente.
Aunque el equipo logró un éxito inicial hace varios años, se requirió mucha ingeniería para optimizar la formulación. El hecho de que esté hecho de componentes no tóxicos también significa que es “seguro tanto para las personas como para el medio ambiente”, dijo Appel. Además, el polímero del gel se descompone fácilmente por los microbios del suelo.
Aunque puede ser necesario una mayor optimización, Appel espera realizar una aplicación y evaluación a escala piloto de estos geles. Esto permitirá a Appel y su equipo comenzar a utilizarlos para proteger infraestructuras críticas cuando un incendio se produzca.
Empresas involucradas en la protección contra incendios y la ciencia de materiales
Dado lo crítico que es contar con soluciones efectivas, hay varias empresas involucradas en diversos aspectos de las soluciones de mitigación de incendios forestales.
Por ejemplo, PPG Industries y Sherwin‑Williams ofrecen recubrimientos protectores contra incendios, mientras que Ecolab se centra principalmente en soluciones de agua, higiene y prevención de infecciones, aunque también brinda servicios de incendio y rescate a diversas industrias.
Ahora, profundicemos en un par de nombres destacados:
#1. 3M Company
3M produce una variedad de productos de protección contra incendios, incluidos geles y espumas para la extinción. Esta empresa tecnológica diversificada también está involucrada en abrasivos, sistemas de enmascarado, mercados eléctricos, seguridad personal, gránulos para techos, adhesivos industriales, productos de pulverización de pintura, materiales avanzados, automotriz y aeroespacial, soluciones comerciales, materiales de pantalla y más, además de una extensa I+D para crear mejores productos y soluciones.
(MMM )
Con una capitalización de mercado de 72,3 mil millones de dólares, las acciones de 3M cotizan actualmente a 131,43 $, con un aumento del 20,39 % en lo que va del año. Su BPA (TTM) es 1,40, con una relación P/E (TTM) de 93,93 y un rendimiento de dividendos del 2,13 %.
Para el segundo trimestre de 2024, la compañía reportó 6,3 mil millones de dólares en ventas ajustadas, lo que representó una disminución del 0,5 % interanual, mientras que el flujo de efectivo operativo fue de 1 mil millones de dólares. El BPA GAAP de operaciones continuas fue de 2,17 $, un aumento del 117 % interanual. El BPA ajustado también aumentó un 39 % interanual a 1,93 $, mientras que se pagaron 786 millones de dólares a los accionistas mediante dividendos y recompra de acciones.
“Entregamos otro trimestre sólido con un crecimiento de ganancias ajustadas de dos dígitos y una generación de efectivo robusta.”
– CEO de 3M William Brown
También señaló que su enfoque futuro está en desplegar eficazmente el capital, aumentar el rendimiento operativo y fomentar un crecimiento sostenido de los ingresos orgánicos.
#2. Dow Inc.
Dow está involucrada en la producción de materiales avanzados como polímeros superabsorbentes que se utilizan en hidrogeles. La compañía también ofrece una variedad de productos para la resistencia al fuego, incluido DOWSIL™ Smoke Seal 800SL, que es un sellador de silicona que puede ayudar a prevenir la propagación de humo y llamas entre juntas de pisos. Dow también está involucrada en envases, energía y soluciones para consumidores.
(DOW )
Con una capitalización de mercado de 37,5 mil millones de dólares, las acciones de Dow cotizan actualmente a 53,51 $, con una caída del 2,43 % en lo que va del año. El BPA (TTM) de la compañía es 1,62, su relación P/E (TTM) es 33,11 y su rendimiento de dividendos es 5,23 %.
Para el segundo trimestre de 2024, Dow reportó 10,9 mil millones de dólares en ventas netas, lo que representó una disminución del 4 % interanual, mientras que las ventas aumentaron un 1 % impulsadas por ganancias en Materiales de Rendimiento y Recubrimientos. El flujo de efectivo operativo fue de 832 millones de dólares, mientras que el flujo de efectivo libre fue de 109 millones de dólares, lo que permitió a Dow devolver 691 millones de dólares a sus accionistas. Sus ganancias patrimoniales aumentaron 9 millones de dólares de forma secuencial. El BPA GAAP fue de 0,62 $, mientras que el BPA operativo fue de 0,68 $.
“El ritmo de la recuperación macroeconómica global ha sido más lento de lo esperado. Seguimos centrados en el capital de trabajo, la reducción de costos y en ajustar nuestras tasas operativas a la demanda actual. Estamos innovando con nuestros clientes.”
– CEO de Dow Inc. Jim Fitterling
Conclusión
La quema incontrolada de vegetación (es decir, los incendios forestales) sigue causando estragos a nivel mundial. El año pasado, los incendios que arrasaron los bosques de Canadá supuestamente liberaron 647 megatoneladas de gases de efecto invernadero, más de lo que los siete países con mayor emisión producen anualmente. Además, casi 80 millones de propiedades en EE. UU. están en riesgo de incendio forestal.
A medida que los incendios forestales continúan representando riesgos graves, existe una necesidad urgente de investigación constante, innovación y avances críticos, como los hidrogeles desarrollados por científicos de la Universidad de Stanford. Estas tecnologías pueden ayudar a mantener la efectividad durante los incendios forestales y a proteger hogares, vidas y ecosistemas.
