Biomimetica
Protezione dagli incendi boschivi – Avanzare le soluzioni con ‘Idrogeli biomimetici attivabili dal calore’
Gli incendi boschivi stanno diventando più gravi e dannosi in tutto il mondo. Nel 2023, quasi 12 milioni di ettari sono stati bruciati, stabilendo un nuovo record, 24% più alto rispetto al precedente. Questo ha reso il 2023 l’anno peggiore per gli incendi forestali globali, con il 2021 al terzo posto peggiore e il 2020 al quarto.
Questo mostra un quadro chiaro: gli incendi catastrofici stanno diventando più gravi, sempre più frequenti e diffusi. Questa tendenza è evidente negli Stati Uniti, in Europa e in Australia.
Il cambiamento climatico sta aggravando ulteriormente la catastrofe degli incendi boschivi intensificando le ondate di calore e le siccità, che creano condizioni secche e calde che favoriscono l’avvio e la diffusione degli incendi.
Questo è estremamente preoccupante, poiché questi incendi aggiungono 5-8 miliardi di tonnellate di anidride carbonica ogni anno. Inoltre, gli incendi forestali stanno ora causando la perdita di quasi 6 milioni di ettari in più di copertura arborea all’anno rispetto al 2001. Inoltre, gli incendi rappresentano ora il 33% di tutta la perdita di copertura arborea, in aumento dal 20% di due decenni fa.
Inoltre, gli incendi boschivi colpiscono gli esseri umani sia direttamente che indirettamente. Mentre centinaia di persone muoiono ogni anno a causa del fuoco, molte altre vengono evacuate o permanentemente sfollate dalle loro case.
Nel complesso, gli incidenti di incendi boschivi comportano perdite devastanti di risorse, infrastrutture, vite e mezzi di sussistenza delle persone che vivono nelle aree circostanti e dell’economia.
Per affrontare e combattere efficacemente gli incendi boschivi, sono necessarie soluzioni ecologiche che possano migliorare gli sforzi di gestione degli incendi, controllare gli incendi nelle aree selvatiche e proteggere le zone dai danni.
Metodi di protezione antincendio: gel, schiume e ritardanti
Esistono diversi sistemi chimici per gli incendi nelle aree selvatiche per ridurre la probabilità di accensione e proteggere case e infrastrutture. Questi sistemi sono categorizzati dal Servizio Forestale degli Stati Uniti come:
- Gel potenzianti l’acqua
- Schiume soppressive
- Ritardanti a lungo termine
I ritardanti a lungo termine sono solitamente forniti via aereo sopra i paesaggi target dopo una completa costituzione tramite diluizione con acqua. I loro effetti ritardanti sono prodotti da sostanze chimiche come i fosfati di ammonio che hanno la capacità di resistere alla combustione o rallentare la diffusione del fuoco. L’efficacia di questi ritardanti dura finché il residuo chimico rimane sulla vegetazione.
Per quanto riguarda i gel potenzianti l’acqua e le schiume soppressive, entrambi funzionano come soppressori di fuoco a breve termine. Queste soluzioni sono in grado di resistere al fuoco solo finché è presente acqua, il che significa che una volta che essa evapora dai materiali applicati, la resistenza al fuoco viene persa.
Tra questi, i gel potenzianti l’acqua si sono rivelati eccezionalmente efficaci per proteggere le infrastrutture.
I gel potenzianti l’acqua solitamente comprendono polimeri superassorbenti che hanno la capacità di trattenere fortemente l’acqua così come migliorare la bagnabilità della superficie. In questo modo, questi gel funzionano molto bene come soppressori di fuoco e barriere per proteggere case e infrastrutture critiche nelle aree selvatiche.
Il gonfiamento del polimero aumenta effettivamente lo spessore della barriera d’acqua, consentendo un tempo di ritenzione più lungo. La capacità di trattenere l’acqua per 30-60 min rende questi tipi di gel molto efficaci per attacchi indiretti per proteggere case, edifici e altre strutture prima degli incendi boschivi.
A differenza dei gel, la schiuma ha un tempo di ritenzione più breve di appena 15-30 min e non è in grado di fornire lo stesso livello di protezione dei gel per attacchi indiretti. Questo rende i gel potenzianti l’acqua una strategia ecologica e sostenibile per sopprimere gli incendi nelle aree selvatiche.
Dato che funzionano così bene, sul mercato sono disponibili molti gel per l’uso, tra cui Thermo-Gel, un gel ritardante al fuoco popolare ampiamente utilizzato negli Stati Uniti e in Canada e approvato dalle autorità. È usato sia da proprietari di case sia da squadre professionali di lotta antincendio. Il gel può essere applicato a strutture, vegetazione e altre superfici ed è efficace fino a diverse ore dopo l’applicazione. Può essere rimosso con acqua.
Barricade Fire Gel è un altro prodotto che forma un spesso rivestimento gel termico protettivo per proteggere case, strutture, veicoli e serbatoi di carburante dal fuoco. Viene mescolato con acqua per fornire una protezione antincendio totale e spruzzato fino a 24 ore prima di un incendio boschivo in avvicinamento.
FireIce Shield fornisce uno strato protettivo per prevenire danni causati da accensione, combustione o carbonizzazione. No-Burn Original Fire Gel, invece, è un ritardante al fuoco a base d’acqua che può essere applicato su superfici dove forma una barriera che resiste all’accensione.
Gel innovativo per proteggere gli edifici durante gli incendi boschivi
I gel potenzianti l’acqua tendono a incorporare materiali idrogel. Questo perché gli idrogel sono polimeri che possono trattenere grandi quantità di acqua, rendendoli efficaci nella formazione di una barriera che resiste al fuoco.
La struttura polimerica reticolata degli idrogel, che li rende insolubili, è ciò che permette loro di assorbire e trattenere efficacemente grandi quantità di acqua. Questa incredibile capacità di immagazzinare acqua consente un aumento della durata del raffreddamento e dell’umidità quando il gel viene applicato su superfici come la vegetazione.
Sebbene rappresentino un’alternativa interessante alle schiume soppressive e ai ritardanti tradizionali a lungo termine, gli idrogel sono limitati a una finestra di applicazione molto breve durante le condizioni meteorologiche tipiche degli incendi boschivi.
Il problema è che questi materiali si asciugano rapidamente e perdono efficacia sotto vento e alte temperature, tipiche delle condizioni di incendio. Ciò limita gravemente l’uso pratico degli idrogel e, inoltre, aumenta il rischio per chi li applica.
Source: Stanford Report
Per affrontare questa limitazione, i ricercatori di Stanford hanno sviluppato un gel potenziante l’acqua per aiutare a prevenire che case e infrastrutture critiche vengano bruciate dagli incendi boschivi, con risultati molto migliori rispetto alle soluzioni attualmente disponibili. Secondo l’autore senior Eric Appel, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali nella School of Engineering:
“In condizioni tipiche di incendio boschivo, i gel potenzianti l’acqua attuali si asciugano in 45 minuti.”
Pubblicata qualche settimana fa su Advanced Materials, la nuova ricerca ha introdotto una piattaforma di idrogel potenziante l’acqua che si trasforma in un aerogel di silice, un materiale che suscita molto interesse nel mondo della scienza e della tecnologia.
L’aerogel di silice è noto per la sua trasparenza ottica, alta superficie specifica e bassa conduttività termica, ma più importante è la sua bassa densità apparente, con fino al 95% del suo volume costituito da aria.
L’aerogel di silice risultante nello studio più recente presentava proprietà isolanti eccezionali durante l’attivazione termica, il che aiuta ad ampliare la finestra efficace di protezione della superficie dall’accensione.
Secondo lo studio, questi materiali mostrano proprietà di barriera migliorate di oltre 5 volte rispetto ai prodotti gel potenzianti l’acqua attualmente in vendita sul mercato.
I ricercatori hanno formato questi idrogel tramite interazioni polimero-particella (PP) tra catene cellulotiche (biopolimeri) e particelle di silice colloidale. Le interazioni PP si sono rivelate svolgere un ruolo chiave nella creazione dello scudo aerogel isolante al calore in modo efficace al momento dell’evaporazione dell’acqua.
Secondo lo studio, l’acqua all’interno di questi materiali viene persa rapidamente quando è soggetta all’impatto della fiamma, il che porta alla formazione di una solida rete di silice robusta. Questa rete funge da barriera fisica robusta contro il fuoco.
Prolungare l’efficacia protettiva, secondo gli autori, è ciò che differenzia il loro materiale dalle altre tecnologie di soppressione degli incendi boschivi. E questo è ciò che, secondo lo studio, colmerà efficacemente una lacuna nella nostra capacità di combattere gli incendi boschivi e proteggere le infrastrutture critiche.
Test e ottimizzazione del nuovo gel antincendio
Finanziato dalla National Science Foundation insieme alla Gordon & Betty Moore Foundation e agli Schmidt Science Fellows, lo studio dell’Università di Stanford è riuscito a sviluppare un gel spruzzabile che protegge gli edifici dai danni degli incendi boschivi, durando più a lungo ed essendo più efficace rispetto alle opzioni commerciali esistenti.
Avere una finestra di applicazione più ampia significa che si può spruzzare il gel in anticipo rispetto al fuoco e ottenere comunque la protezione. E quando il fuoco arriva, dovrebbe funzionare ancora meglio.
La nuova piattaforma è in sviluppo da anni. Nel 2019, lo stesso gel è stato utilizzato da Appel e dal suo team per mantenere i ritardanti per incendi sulla vegetazione per un lungo periodo.
Definendo il nuovo sviluppo “serendipitoso”, Appel ha spiegato che erano curiosi del comportamento di questi gel da soli. Così, ne hanno messo un po’ sul legno e poi hanno usato una torcia presente in laboratorio per esporlo alle fiamme. Questo ha prodotto un “risultato super interessante” con il gel che si gonfiava trasformandosi in una schiuma di aerogel.
Il punto è che i gel potenzianti l’acqua usano polimeri superassorbenti per la protezione antincendio, che sono in realtà simili alla polvere assorbente presente nei pannolini usa e getta dei bambini.
Quando questi gel vengono mescolati con acqua e poi spruzzati su una struttura, ad esempio la tua casa, si gonfiano formando una sostanza appiccicosa e densa. La sostanza aderisce all’esterno della superficie e produce uno scudo umido.
A causa delle condizioni estremamente secche e ad alta temperatura intorno agli incendi boschivi, che fanno evaporare rapidamente l’acqua intrappolata in un gel, i ricercatori di Stanford hanno anche incorporato particelle di silice insieme a un polimero a base di cellulosa.
Quindi, quando i gel sono sottoposti al calore e l’acqua evapora, queste particelle di silice rimangono e si assemblano in una schiuma. La schiuma è altamente isolante, impedendo il trasferimento di calore. Distribuendo il calore, protegge “completamente” la superficie sottostante.
“Questa innovazione ecologica supera le soluzioni commerciali attuali, offrendo una difesa superiore e scalabile contro gli incendi boschivi.”
– Changxin Dong, autore principale dello studio
Per valutare il nuovo gel, i ricercatori hanno applicato diverse formulazioni su pezzi di compensato e poi li hanno esposti a fiamma diretta. La fiamma della torcia a gas brucia a una temperatura significativamente più alta rispetto agli incendi boschivi.
I test hanno rivelato che la composizione più efficace del team è durata oltre sette minuti prima che i pezzi di compensato iniziassero a carbonizzarsi. Questo è stato molto più lungo rispetto ai meno di 90 secondi di durata di un gel potenziante l’acqua commercialmente disponibile testato nello stesso modo.
“I gel tradizionali non funzionano una volta asciutti”, ha detto Appel, osservando che, a differenza di essi, il loro gel continua a proteggere le superfici su cui è applicato anche dopo che tutta l’acqua è evaporata e, una volta spento il fuoco, può essere facilmente lavato via.
Mentre il team ha ottenuto un successo iniziale diversi anni fa, è stato necessario molto ingegneria per ottimizzare la formulazione. Essendo realizzato con componenti non tossici, significa anche che è “sicuro sia per le persone che per l’ambiente”, ha detto Appel. Inoltre, il polimero nel gel si degrada facilmente grazie ai microbi del suolo.
Sebbene possa essere necessario un ulteriore ottimizzazione, Appel spera di effettuare un’applicazione e valutazione su scala pilota di questi gel. Questo consentirà a Appel e al team di iniziare a usarli per proteggere le infrastrutture critiche quando un incendio si verifica.
Aziende coinvolte nella protezione antincendio e nella scienza dei materiali
Dato quanto sia critico disporre di soluzioni efficaci, numerose aziende sono coinvolte in vari aspetti delle soluzioni di mitigazione degli incendi boschivi.
Ad esempio, PPG Industries e Sherwin-Williams offrono rivestimenti protettivi antincendio, mentre Ecolab si concentra principalmente su soluzioni per l’acqua, l’igiene e la prevenzione delle infezioni, sebbene fornisca anche servizi antincendio e di soccorso a una varietà di settori.
Ora, diamo uno sguardo più approfondito a un paio di nomi di spicco:
#1. 3M Company
3M produce una varietà di prodotti per la protezione antincendio, inclusi gel e schiume antincendio. Questa azienda tecnologica diversificata è anche coinvolta in abrasivi, sistemi di mascheratura, mercati elettrici, sicurezza personale, granuli per coperture, adesivi industriali, prodotti per la verniciatura a spruzzo, materiali avanzati, automotive e aerospaziale, soluzioni commerciali, materiali per display e altro, oltre a un’ampia ricerca e sviluppo per creare prodotti e soluzioni migliori.
(MMM )
Con una capitalizzazione di mercato di 72,3 miliardi di dollari, le azioni 3M sono attualmente scambiate a 131,43 $, in aumento del 20,39% YTD. Il suo EPS (TTM) è 1,40, con un rapporto P/E (TTM) di 93,93 e un rendimento da dividendo del 2,13%.
Per il Q2 2024, l’azienda ha riportato 6,3 miliardi di dollari in vendite rettificate, in calo dello 0,5% su base annua, mentre il flusso di cassa operativo è stato di 1 miliardo di dollari. L’EPS GAAP dalle operazioni continuative è stato di 2,17 $, in aumento del 117% su base annua. L’EPS rettificato è anche aumentato del 39% su base annua a 1,93 $, mentre 786 milioni di dollari sono stati distribuiti agli azionisti tramite dividendi e riacquisti di azioni.
“Abbiamo consegnato un altro trimestre solido con una crescita degli utili rettificati a doppia cifra e una generazione di cassa robusta.”
– CEO 3M William Brown
Ha anche osservato che il loro focus futuro è sull’impiego efficace del capitale, sull’aumento delle prestazioni operative e sulla crescita sostenuta dei ricavi organici.
#2. Dow Inc.
Dow è coinvolta nella produzione di materiali avanzati come i polimeri superassorbenti utilizzati negli idrogel. L’azienda offre anche una varietà di prodotti per la resistenza al fuoco, inclusi DOWSIL™ Smoke Seal 800SL, che è un sigillante in silicone che può aiutare a prevenire la diffusione di fumo e fiamme tra le giunture dei pavimenti. Dow è inoltre attiva nei settori dell’imballaggio, dell’energia e delle soluzioni per i consumatori.
(DOW )
Con una capitalizzazione di mercato di 37,5 miliardi di dollari, le azioni Dow sono attualmente scambiate a 53,51 $, in calo del 2,43% YTD. L’EPS (TTM) dell’azienda è 1,62, il suo rapporto P/E (TTM) è 33,11 e il rendimento da dividendo è del 5,23%.
Per il Q2 2024, Dow ha riportato 10,9 miliardi di dollari in vendite nette, in calo del 4% su base annua, mentre le vendite sono aumentate dell’1% grazie ai guadagni nei Materiali di Prestazione e Rivestimenti. Il flusso di cassa operativo è stato di 832 milioni di dollari, mentre il flusso di cassa libero è stato di 109 milioni di dollari, consentendo a Dow di restituire 691 milioni di dollari ai suoi azionisti. I guadagni patrimoniali sono aumentati di 9 milioni di dollari in sequenza. L’EPS GAAP è stato di 0,62 $, mentre l’EPS operativo è stato di 0,68 $.
“Il ritmo della ripresa macroeconomica globale è stato più lento del previsto. Rimaniamo concentrati sul capitale di lavoro, sulla riduzione dei costi e sull’adattare i nostri tassi operativi alla domanda attuale. Stiamo innovando con i nostri clienti.”
– CEO Dow Inc. Jim Fitterling
Conclusione
La combustione incontrollata della vegetazione (cioè gli incendi boschivi) continua a causare devastazione a livello globale. L’anno scorso, gli incendi che hanno attraversato le foreste canadesi hanno rilasciato 647 megatonnellate di gas serra, più di quanto facciano annualmente i sette paesi più grandi emettitori. Inoltre, quasi 80 milioni di proprietà negli Stati Uniti sono a rischio di incendio boschivo.
Poiché gli incendi boschivi continuano a rappresentare gravi rischi, è urgente la necessità di ricerca costante, innovazione e progressi critici, come gli idrogel sviluppati dagli scienziati della Stanford University. Queste tecnologie possono aiutare a mantenere l’efficacia durante gli incendi boschivi e a proteggere case, vite ed ecosistemi.
