जंगल की आग से सुरक्षा – ‘हीट-एक्टिवेटेबल बायोमिमेटिक हाइड्रोजेल’ के साथ समाधान को आगे बढ़ाना

जंगल की आग दुनिया भर में अधिक गंभीर और विनाशकारी होती जा रही है। 2023 में, लगभग 12 मिलियन हेक्टेयर जलाए गए, एक नया रिकॉर्ड स्थापित करता है, पिछले रिकॉर्ड से 24% अधिक। इसने 2023 को वैश्विक वनाग्नियों का सबसे खराब वर्ष बना दिया, जहाँ 2021 तीसरे सबसे खराब और 2020 चौथे स्थान पर था।

यह स्पष्ट तस्वीर प्रस्तुत करता है: आपदा जनक जंगल की आग अधिक गंभीर, अधिक बार और व्यापक हो रही है। यह प्रवृत्ति संयुक्त राज्य, यूरोप और ऑस्ट्रेलिया में स्पष्ट है।  

जलवायु परिवर्तन गर्मी की लहरों और सूखे को तीव्र करके जंगल की आग की आपदा को और बढ़ा रहा है, जिससे सूखी और गर्म परिस्थितियाँ बनती हैं जो आग को शुरू करने और फैलाने में मदद करती हैं।

यह अत्यंत चिंताजनक है, क्योंकि ये जंगल की आग हर साल 5-8 बिलियन टन कार्बन डाइऑक्साइड जोड़ती हैं। इसके अलावा, वनाग्नि अब 2001 की तुलना में प्रति वर्ष लगभग 6 मिलियन अतिरिक्त हेक्टेयर वृक्ष आवरण की हानि का कारण बन रही हैं। इसके अलावा, अब आग सभी वृक्ष आवरण हानि का 33% हिस्सा बनती है, जो दो दशकों पहले के 20% से बढ़ी है।

इन सबके अलावा, जंगल की आग मनुष्यों को सीधे और परोक्ष रूप से प्रभावित करती है। जबकि हर साल सैकड़ों लोग आग से मरते हैं, कई अधिक लोग या तो निकाले जाते हैं या अपने घरों से स्थायी रूप से विस्थापित हो जाते हैं।

समग्र रूप से, जंगल की आग की घटनाएँ संसाधनों, बुनियादी ढांचे, इन क्षेत्रों के आसपास रहने वाले लोगों के जीवन और आजीविका, तथा अर्थव्यवस्था को विनाशकारी नुकसान पहुँचाती हैं।

जंगल की आग को प्रभावी ढंग से संबोधित करने और मुकाबला करने के लिए, हमें पर्यावरण के अनुकूल समाधान चाहिए जो जंगल की आग प्रबंधन प्रयासों को सुधार सकें, वन क्षेत्रों में आग को नियंत्रित कर सकें, और क्षेत्रों को क्षति से बचा सकें।

आग सुरक्षा विधियाँ: जेल, फोम, और रिटार्डेंट्स

जंगल में आग की संभावना को कम करने और घरों तथा बुनियादी ढांचे की रक्षा करने के लिए कई रासायनिक प्रणालियाँ मौजूद हैं। इन प्रणालियों को यूएस फॉरेस्ट सर्विस द्वारा इस प्रकार वर्गीकृत किया गया है:

• पानी-वर्धक जेल
• फोम दमनकारी
• दीर्घकालिक रिटार्डेंट्स

दीर्घकालिक रिटार्डेंट्स आमतौर पर जल पतला करने के बाद पूर्ण संरचना के बाद लक्ष्य क्षेत्रों के ऊपर विमान द्वारा वितरित किए जाते हैं। इनके रिटार्डिंग प्रभाव अमोनियम फॉस्फेट जैसे रसायनों द्वारा उत्पन्न होते हैं जो जलने का प्रतिरोध करने या आग के प्रसार को धीमा करने की क्षमता रखते हैं। इन रिटार्डेंट्स की प्रभावशीलता तब तक बनी रहती है जब तक रासायनिक अवशेष वनस्पति पर बना रहता है।

जहाँ तक पानी-वर्धक जेल और फोम दमनकारी का सवाल है, वे दोनों अल्पकालिक आग दमनकारी के रूप में काम करते हैं। ये समाधान केवल तब तक आग का प्रतिरोध कर सकते हैं जब तक उनमें पानी मौजूद हो, जिसका अर्थ है कि एक बार यह लागू सामग्री से वाष्पित हो जाने पर, आग प्रतिरोध भी समाप्त हो जाता है।

इनमें से, पानी-वर्धक जेल को बुनियादी ढांचे की रक्षा के लिए अत्यंत प्रभावी पाया गया है।

पानी-वर्धक जेल आमतौर पर सुपरएब्सॉर्बेंट पॉलीमर से बनते हैं जो पानी को दृढ़ता से बनाए रखने और सतह की जलनशीलता को सुधारने की क्षमता रखते हैं। इस प्रकार, ये जेल आग दमनकारी और बाधा के रूप में बहुत प्रभावी होते हैं, जो जंगल में घरों और महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे की रक्षा करते हैं।

पॉलीमर का सूजन वास्तव में जल बाधा की मोटाई बढ़ाता है, जिससे जल-धारण समय लंबा हो जाता है। 30-60 मिनट तक पानी को बनाए रखने की क्षमता इन प्रकार के जेल को जंगल की आग से पहले घरों, इमारतों और अन्य संरचनाओं को अप्रत्यक्ष रूप से बचाने में बहुत प्रभावी बनाती है।

जेल के विपरीत, फोम का धारण समय केवल 15-30 मिनट का छोटा होता है और यह जेल जितना स्तर की सुरक्षा अप्रत्यक्ष हमलों के लिए प्रदान नहीं कर सकता। यह पानी-वर्धक जेल को जंगल की आग को दमन करने के लिए एक पर्यावरण-अनुकूल और सतत रणनीति बनाता है।

चूँकि वे बहुत प्रभावी हैं, बाजार में उपयोग के लिए कई जेल उपलब्ध हैं, जिनमें थर्मो- जेल शामिल है, एक लोकप्रिय अग्निरोधी जेल जो संयुक्त राज्य और कनाडा में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और अधिकारियों द्वारा अनुमोदित है। इसे गृहस्वामियों और पेशेवर अग्निशमन टीमों दोनों द्वारा उपयोग किया जाता है। जेल को संरचनाओं, वनस्पति और अन्य सतहों पर लागू किया जा सकता है और आवेदन के कई घंटे बाद तक प्रभावी रहता है। इसे पानी से हटाया जा सकता है।

बैरिकेड फायर जेल एक अन्य प्रकार है जो मोटी थर्मल सुरक्षा जेल कोटिंग बनाता है ताकि आपके घरों, संरचनाओं, वाहनों और ईंधन टैंकों को आग से जलने से बचाया जा सके। इसे पानी के साथ मिलाकर पूर्ण-रोक आग सुरक्षा प्रदान की जाती है और आग के करीब आने से 24 घंटे पहले छिड़का जाता है।

फ़ायरआइस शील्ड एक सुरक्षा परत प्रदान करता है जो प्रज्वलन, जलने या जलने से होने वाले नुकसान को रोकता है। वहीं, नो-बर्न ओरिजिनल फायर जेल एक जल-आधारित अग्निरोधी है जिसे सतहों पर लागू किया जा सकता है जहाँ यह प्रज्वलन का प्रतिरोध करने वाली बाधा बनाता है।

जंगल की आग के दौरान इमारतों की रक्षा के लिए नवाचारी जेल

पानी-वर्धक जेल अक्सर हाइड्रोजेल सामग्री को शामिल करते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि हाइड्रोजेल ऐसे पॉलीमर होते हैं जो बड़ी मात्रा में पानी को बनाए रख सकते हैं, जिससे वे आग का प्रतिरोध करने वाली बाधा बनाने में प्रभावी होते हैं।

हाइड्रोजेल की क्रॉस-लिंक्ड पॉलीमर संरचना, जो उन्हें अघुलनशील बनाती है, ही उन्हें प्रभावी रूप से बड़ी मात्रा में पानी को अवशोषित और बनाए रखने में सक्षम बनाती है। पानी को संग्रहीत करने की यह अद्भुत क्षमता जेल को वनस्पति जैसी सतहों पर लगाने पर ठंडक और गीले रहने की अवधि को बढ़ाने में मदद करती है।

फोम दमनकारी और पारंपरिक दीर्घकालिक रिटार्डेंट्स के एक आकर्षक विकल्प होने के बावजूद, हाइड्रोजेल सामान्य जंगल की आग के मौसम में बहुत छोटे आवेदन समय सीमा तक सीमित होते हैं।

वास्तव में, ये सामग्री तेज़ी से सूख जाती हैं और हवा और उच्च तापमान के तहत अपनी प्रभावशीलता खो देती हैं, जो जंगल की आग की स्थितियों में सामान्य हैं। यह हाइड्रोजेल के व्यावहारिक उपयोग को गंभीर रूप से सीमित करता है और साथ ही, इन्हें लागू करने वाले लोगों के लिए जोखिम भी बढ़ाता है।

स्रोत: Stanford Report

इस सीमा को दूर करने के लिए, स्टैनफ़ोर्ड के शोधकर्ताओं ने एक पानी-वर्धक जेल विकसित किया है जो घरों और महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे को जंगल की आग से जलने से बचाने में मदद करता है, और वर्तमान उपलब्ध समाधानों की तुलना में बहुत बेहतर परिणाम देता है।

सीनियर लेखक एरिक एपेल के अनुसार, जो स्कूल ऑफ़ इंजीनियरिंग में मैटेरियल साइंस और इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर हैं:

“सामान्य जंगल की आग की स्थितियों में, वर्तमान पानी-वर्धक जेल 45 मिनट में सूख जाते हैं।”

कुछ हफ्ते पहले एडवांस्ड मैटेरियल्स में प्रकाशित नई शोध ने एक पानी-वर्धक हाइड्रोजेल प्लेटफ़ॉर्म प्रस्तुत किया है जो सिलिका एयरोजेल में बदल जाता है, एक सामग्री जो विज्ञान और प्रौद्योगिकी की दुनिया में बहुत रुचि आकर्षित कर रही है।

सिलिका एयरोजेल अपनी ऑप्टिकल पारदर्शिता, उच्च सतह क्षेत्र और कम थर्मल कंडक्टिविटी के लिए जाना जाता है, लेकिन अधिक महत्वपूर्ण इसकी कम घनत्व है, जिसमें लगभग 95% आयतन हवा से बना होता है।

नवीनतम अध्ययन में प्राप्त सिलिका एयरोजेल में गर्मी सक्रियण के दौरान असाधारण इन्सुलेशन गुण थे, जो प्रज्वलन से सतह सुरक्षा की प्रभावी अवधि को विस्तारित करने में मदद करता है।

अध्ययन के अनुसार, ये सामग्री जल-वर्धक जेल उत्पादों की तुलना में 5 गुना से अधिक बेहतर बाधा गुण प्रदर्शित करती हैं, जो वर्तमान में बाजार में बेचे जा रहे हैं।

शोधकर्ताओं ने इन हाइड्रोजेल को सेलुलोज़िक चेन (बायोपॉलीमर) और कोलोइडल सिलिका कणों के बीच पॉलीमर-कण (PP) अंतःक्रियाओं के माध्यम से बनाया। PP अंतःक्रियाओं को वास्तव में जल वाष्पीकरण पर प्रभावी रूप से गर्मी-इन्सुलेटिव एयरोजेल शील्ड बनाने में मुख्य भूमिका निभाते हुए पाया गया।

अध्ययन के अनुसार, जब इन सामग्रियों पर अग्नि का प्रभाव पड़ता है तो इनके भीतर का जल तेजी से खो जाता है, जिससे एक मजबूत ठोस सिलिका नेटवर्क बनता है। यह नेटवर्क आग के खिलाफ एक मजबूत भौतिक बाधा के रूप में कार्य करता है।

लेखकों के अनुसार, सुरक्षा प्रभावशीलता को बढ़ाना ही उनके पदार्थ को अन्य जंगल की आग दमन तकनीकों से अलग करता है। और यही अध्ययन ने कहा कि यह हमारे जंगल की आग से मुकाबला करने और महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे की रक्षा करने की क्षमता में अंतर को प्रभावी रूप से दूर करेगा।

नए फायर जेल का परीक्षण और अनुकूलन

नेशनल साइंस फाउंडेशन, गॉर्डन और बैटी मूरे फाउंडेशन, तथा श्मिट साइंस फेलोशिप द्वारा वित्त पोषित, स्टैनफ़ोर्ड विश्वविद्यालय के इस अध्ययन ने एक स्प्रे करने योग्य जेल विकसित करने में सफलता हासिल की है जो इमारतों को जंगल की आग के नुकसान से बचाता है, और मौजूदा व्यावसायिक विकल्पों की तुलना में अधिक समय तक टिकता है और अधिक प्रभावी है।

आवेदन की विस्तृत अवधि का मतलब है कि आप आग से पहले जेल को स्प्रे कर सकते हैं और फिर भी उसकी सुरक्षा प्राप्त कर सकते हैं। और जब आग आती है, तो यह और भी बेहतर काम करने की उम्मीद है।

नया प्लेटफ़ॉर्म कई वर्षों से विकसित किया जा रहा है। 2019 में, एपेल और उनकी टीम ने उसी जेल का उपयोग वनस्पति पर जंगल की आग रिटार्डेंट को लंबे समय तक बनाए रखने के लिए किया था।

नए विकास को “सौभाग्यशाली” कहते हुए, एपेल ने बताया कि वे इन जेलों के अपने आप के व्यवहार के बारे में जिज्ञासु थे। इसलिए, उन्होंने कुछ जेल लकड़ी पर रखी और फिर प्रयोगशाला में मौजूद टॉर्च से उसे आग में उजागर किया। इससे जेल का एयरोजेल फोम में फुलने वाला “बहुत शानदार परिणाम” मिला।

वास्तव में, पानी-वर्धक जेल आग सुरक्षा के लिए सुपरएब्सॉर्बेंट पॉलीमर का उपयोग करते हैं, जो वास्तव में आपके बच्चे के डिस्पोजेबल डायपर में पाए जाने वाले अवशोषक पाउडर के समान है।

जब इन जेलों को पानी के साथ मिलाया जाता है और फिर किसी संरचना, जैसे आपके घर, पर स्प्रे किया जाता है, तो वे चिपचिपी और मोटी पदार्थ में फुल जाते हैं। यह पदार्थ सतह की बाहरी ओर चिपक जाता है और एक गीला ढाल बनाता है।

जंगल की आग के आसपास अत्यधिक सूखी और उच्च तापमान की स्थितियों के कारण जेल में बंद पानी तेज़ी से वाष्पित हो जाता है, इसलिए स्टैनफ़ोर्ड के शोधकर्ताओं ने सिलिका कणों को सेलूलोज़-आधारित पॉलीमर के साथ मिलाया।

इसलिए, जब जेलों को गर्मी के संपर्क में लाया जाता है और पानी वाष्पित हो जाता है, तो ये सिलिका कण पीछे रह जाते हैं और फोम में बदल जाते हैं। फोम अत्यधिक इन्सुलेटिव होता है, जो गर्मी के स्थानांतरण को रोकता है। गर्मी को फैलाकर, यह “पूरी तरह” नीचे की सतह की रक्षा करता है।

“यह पर्यावरण-सचेत प्रगति वर्तमान व्यावसायिक समाधानों से आगे है, जो जंगल की आग के खिलाफ एक श्रेष्ठ और स्केलेबल रक्षा प्रदान करती है।”

– चांगशिन डोंग, अध्ययन के मुख्य लेखक

नए जेल का मूल्यांकन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने कई फॉर्मुलेशन को प्लाईवुड टुकड़ों पर लागू किया और फिर उन्हें सीधे लौ में उजागर किया। गैस टॉर्च की लौ जंगल की आग की तुलना में काफी अधिक तापमान पर जलती है।

परीक्षण से पता चला कि टीम की सबसे प्रभावी संरचना ने प्लाईवुड टुकड़ों के जलने से पहले सात मिनट से अधिक समय तक टिकाव दिखाया। यह उसी तरह परीक्षण किए गए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पानी-वर्धक जेल के 90 सेकंड से कम समय की तुलना में बहुत अधिक था।

“परम्परागत जेल सूख जाने के बाद काम नहीं करते,” एपेल ने कहा, यह नोट करते हुए कि उनके जेल में सभी पानी के वाष्पीकरण के बाद भी वह लागू सतहों की रक्षा जारी रखता है और जब आग समाप्त हो जाती है, तो इसे आसानी से धोया भी जा सकता है।

जबकि टीम ने कई साल पहले प्रारंभिक सफलता हासिल की थी, फॉर्मुलेशन को अनुकूलित करने में बहुत इंजीनियरिंग की आवश्यकता थी। गैर-विषाक्त घटकों से बना होने के कारण यह “लोगों और पर्यावरण दोनों के लिए सुरक्षित” है, एपेल ने कहा। अतिरिक्त रूप से, जेल में मौजूद पॉलीमर मिट्टी के माइक्रोब्स द्वारा आसानी से टूट जाता है।

हालांकि अतिरिक्त अनुकूलन की आवश्यकता हो सकती है, एपेल इन जेलों के पायलट-स्तर के अनुप्रयोग और मूल्यांकन की आशा रखते हैं। इससे एपेल और टीम को आग के आने पर महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे की रक्षा के लिए उनका उपयोग शुरू करने में मदद मिलेगी।

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आग सुरक्षा और सामग्री विज्ञान में शामिल कंपनियां

क्योंकि प्रभावी समाधान होना अत्यंत महत्वपूर्ण है, कई कंपनियां विभिन्न पहलुओं में जंगल की आग शमन समाधान में शामिल हैं।

उदाहरण के लिए, PPG इंडस्ट्रीज और शेरविन-विलियम्स आग प्रतिरोधी कोटिंग्स प्रदान करते हैं, जबकि इकोलैब मुख्यतः जल, स्वच्छता और संक्रमण रोकथाम समाधान पर केंद्रित है, हालांकि यह विभिन्न उद्योगों को आग और बचाव सेवाएँ भी प्रदान करता है।

अब, चलिए कुछ प्रमुख नामों पर गहराई से नज़र डालते हैं:

#1. 3M कंपनी 

3M विभिन्न प्रकार के आग सुरक्षा उत्पाद बनाता है, जिसमें अग्निशमन जेल और फोम शामिल हैं। यह विविधीकृत तकनीकी कंपनी एब्रासिव्स, मास्किंग सिस्टम, इलेक्ट्रिकल मार्केट, व्यक्तिगत सुरक्षा, रूफिंग ग्रैन्यूल्स, औद्योगिक चिपकने वाले, पेंट स्प्रे उत्पाद, उन्नत सामग्री, ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस, वाणिज्यिक समाधान, डिस्प्ले सामग्री, आदि में भी शामिल है, साथ ही बेहतर उत्पाद और समाधान बनाने के लिए व्यापक अनुसंधान एवं विकास करता है।

72.3 बिलियन डॉलर के बाजार पूंजी के साथ, 3M के शेयर वर्तमान में $131.43 पर ट्रेड हो रहे हैं, वर्ष-से-आज 20.39% बढ़े हैं। इसका EPS (TTM) 1.40 है, P/E (TTM) अनुपात 93.93 और डिविडेंड यील्ड 2.13% है।

Q2 2024 के लिए, कंपनी ने समायोजित बिक्री में $6.3 बिलियन की रिपोर्ट की, जो वर्ष-पर-वर्ष 0.5% घटा, जबकि ऑपरेटिंग नकदी प्रवाह $1 बिलियन था। निरंतर संचालन से GAAP EPS $2.17 था, जो वर्ष-पर-वर्ष 117% बढ़ा। समायोजित EPS भी वर्ष-पर-वर्ष 39% बढ़कर $1.93 हो गया, जबकि $786 मिलियन शेयरधारकों को डिविडेंड और शेयर पुनर्खरीद के माध्यम से भुगतान किया गया।

“हमने समायोजित आय वृद्धि में दो-अंकीय वृद्धि और मजबूत नकदी उत्पन्न करने के साथ एक और मजबूत तिमाही प्रदान की।”

– 3M के CEO विलियम ब्राउन

(PPG ) (SHW )

उन्होंने यह भी कहा कि उनका भविष्य का फोकस पूंजी को प्रभावी रूप से लागू करने, संचालन प्रदर्शन को बढ़ाने, और सतत जैविक राजस्व वृद्धि को चलाने पर है।

#2. Dow इंक.

Dow उन्नत सामग्री जैसे सुपरएब्सॉर्बेंट पॉलीमर के उत्पादन में शामिल है, जो हाइड्रोजेल में उपयोग होते हैं। कंपनी आग प्रतिरोध के लिए विभिन्न उत्पाद भी प्रदान करती है, जिसमें DOWSIL™ स्मोक सील 800SL शामिल है, जो एक सिलिकॉन सीलेंट है जो फर्श के जोड़ के बीच धुआँ और ज्वालाओं के प्रसार को रोकने में मदद कर सकता है। Dow पैकेजिंग, ऊर्जा और उपभोक्ता समाधान में भी शामिल है।

37.5 बिलियन डॉलर के बाजार पूंजी के साथ, Dow के शेयर वर्तमान में $53.51 पर ट्रेड हो रहे हैं, वर्ष-से-आज 2.43% घटे हैं। कंपनी का EPS (TTM) 1.62 है, P/E (TTM) अनुपात 33.11 और डिविडेंड यील्ड 5.23% है।

Q2 2024 के लिए, Dow ने शुद्ध बिक्री में $10.9 बिलियन की रिपोर्ट की, जो वर्ष-पर-वर्ष 4% गिरावट थी, जबकि बिक्री 1% बढ़ी, जो परफॉर्मेंस मैटेरियल्स और कोटिंग्स में वृद्धि के कारण थी। ऑपरेटिंग नकदी प्रवाह $832 मिलियन था, जबकि फ्री कैश फ्लो $109 मिलियन था, जिससे Dow अपने शेयरधारकों को $691 मिलियन वापस कर सका। उसकी इक्विटी आय क्रमिक रूप से $9 मिलियन बढ़ी। GAAP EPS $0.62 था, जबकि ऑपरेटिंग EPS $0.68 था।

“वैश्विक मैक्रोइकोनॉमिक पुनर्प्राप्ति की गति अपेक्षा से धीमी रही है। हम कार्यशील पूंजी, लागत घटाने, और हमारी संचालन दरों को वर्तमान मांग के अनुरूप रखने पर केंद्रित हैं। हम अपने ग्राहकों के साथ नवाचार कर रहे हैं।”

– Dow इंक. के CEO जिम फिटरिंग

निष्कर्ष

वनस्पति (अर्थात् जंगल की आग) का अनियंत्रित जलना विश्व स्तर पर तबाही मचाता रहता है। पिछले वर्ष, कनाडा के वन क्षेत्रों में फैली जंगल की आग ने लगभग 647 मेगाटन ग्रीनहाउस गैसें जारी कीं—जो सात सबसे बड़े उत्सर्जक देशों की वार्षिक उत्सर्जन से अधिक है। इसके अलावा, लगभग 80 मिलियन संपत्तियां संयुक्त राज्य में जंगल की आग के जोखिम में हैं।

जैसे ही जंगल की आग गंभीर जोखिम पैदा करती रहती है, निरंतर अनुसंधान, नवाचार और महत्वपूर्ण प्रगति की अत्यंत आवश्यकता है, जैसे कि स्टैनफ़ोर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा विकसित हाइड्रोजेल। ये तकनीकें जंगल की आग के दौरान प्रभावशीलता बनाए रखने और घरों, जीवन और पारिस्थितिक तंत्र की सुरक्षा में मदद कर सकती हैं।

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