Duurzaamheid
Bescherming tegen bosbranden – Vooruitgang in oplossingen met ‘Warmte-activabele biomimetische hydrogels’
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Bosbranden worden steeds ernstiger en veroorzaken wereldwijd meer schade. In 2023, bijna 12 miljoen hectare werden verbrand, een nieuw record, 24% hoger dan het vorige. Dit maakte van 2023 het slechtste jaar voor wereldwijde bosbranden, waarbij 2021 op de derde plaats stond en 2020 op de vierde.
Dit schetst een duidelijk beeld: catastrofale bosbranden worden ernstiger, komen steeds vaker voor en zijn wijdverspreid. Deze trend is duidelijk zichtbaar in de VS, Europa en Australië.
Klimaatverandering verergert de catastrofe van bosbranden verder door hittegolven en droogtes te intensiveren, die droge en hete omstandigheden creëren die het ontstaan en de verspreiding van bosbranden bevorderen.
Dit is uiterst zorgwekkend, aangezien deze bosbranden elk jaar 5-8 miljard ton kooldioxide toevoegen. Bovendien veroorzaken bosbranden nu jaarlijks bijna 6 miljoen extra hectare aan boomdekverlies ten opzichte van 2001. Daarnaast zijn branden nu verantwoordelijk voor 33% van al het verlies aan boomdek, tegenover 20% twee decennia geleden.
Bovendien hebben bosbranden zowel directe als indirecte gevolgen voor mensen. Terwijl elk jaar honderden mensen door het vuur sterven, worden er veel meer geëvacueerd of permanent uit hun huis verdreven.
In het algemeen leiden bosbrandincidenten tot verwoestende verliezen van hulpbronnen, infrastructuur, het leven en het levensonderhoud van mensen die in deze gebieden wonen, en de economie.
Om bosbranden effectief aan te pakken en te bestrijden, hebben we milieuvriendelijke oplossingen nodig die de inspanningen voor brandbeheer kunnen verbeteren, bosbranden binnen natuurgebieden kunnen beheersen en gebieden kunnen beschermen tegen schade.
Brandbeschermingsmethoden: Gels, schuimen en retardantia
Er bestaan verschillende chemische systemen voor bosbranden om de kans op ontsteking te verkleinen en huizen en infrastructuur te beschermen. Deze systemen worden door de US Forest Service gecategoriseerd als:
- Waterverhogende gels
- Schuimonderdrukkers
- Langdurige retardantia
Langdurige retardantia worden meestal via vliegtuigen over doelgebieden gespoten nadat ze volledig zijn geconcentreerd door waterverdunning. Hun remmende effecten worden geproduceerd door chemicaliën zoals ammoniumfosfaten die in staat zijn brand te weerstaan of de verspreiding ervan te vertragen. De werkzaamheid van deze retardantia blijft zolang het chemische residu op de vegetatie aanwezig is.
Wat betreft waterverhogende gels en schuimonderdrukkers, werken ze beide als kortetermijnbrandonderdrukkers. Deze oplossingen kunnen alleen brand weerstaan zolang er water aanwezig is, wat betekent dat zodra het verdampt van de aangebrachte materialen, de brandweerstand ook verloren gaat.
Onder deze zijn waterverhogende gels uitzonderlijk effectief gebleken voor het beschermen van infrastructuur.
Waterverhogende gels bestaan meestal uit superabsorberende polymeren die in staat zijn water sterk vast te houden en de natbaarheid van oppervlakken te verbeteren. Op deze manier fungeren deze gels uitstekend als brandonderdrukkers en barrières om huizen en kritieke infrastructuur in natuurgebieden te beschermen.
Het zwellen van de polymeer vergroot feitelijk de dikte van de waterbarrière, waardoor een langere waterretentietijd mogelijk is. Het vermogen om water 30-60 min vast te houden maakt dit type gels zeer effectief voor indirecte aanvallen om huizen, gebouwen en andere constructies te beschermen tegen naderende bosbranden.
In tegenstelling tot de gels heeft schuim een kortere retentietijd van slechts 15-30 min en is het niet in staat om hetzelfde beschermingsniveau te bieden als gels voor indirecte aanvallen. Dit maakt waterverhogende gels een milieuvriendelijke en duurzame strategie om bosbranden te onderdrukken.
Aangezien ze zo goed werken, zijn er veel gels beschikbaar op de markt voor gebruik, die onder andere Thermo-Gel omvatten, een populair brandvertragend gel dat veelvuldig wordt gebruikt in de VS en Canada en door de autoriteiten is goedgekeurd. Het wordt gebruikt door zowel huiseigenaren als professionele brandbestrijdingsteams. Het gel kan worden aangebracht op constructies, vegetatie en andere oppervlakken en blijft enkele uren na toepassing effectief. Het kan met water worden verwijderd.
Barricade Fire Gel is een andere die een dikke thermische beschermende gelcoating vormt om uw huizen, constructies, voertuigen en brandstoftanks te beschermen tegen verbranding. Het wordt gemengd met water om een ondoordringende brandbescherming te bieden en tot 24 uur vóór een naderende bosbrand te worden gespoten.
FireIce Shield biedt een beschermende laag om schade door ontsteking, verbranding of verkoling te voorkomen. No-Burn Original Fire Gel is ondertussen een watergebaseerd brandvertrager dat kan worden aangebracht op oppervlakken waar het een barrière vormt die ontsteking weerstaat.
Innovatieve gel om gebouwen te beschermen tijdens bosbranden
Waterverhogende gels bevatten vaak hydrogelmaterialen. Dit komt doordat hydrogels polymeren zijn die grote hoeveelheden water kunnen vasthouden, waardoor ze effectief een barrière vormen die brand weerstaat.
De kruisgebonden polymeerstructuur van hydrogels, die ze onoplosbaar maakt, is wat hen in staat stelt effectief grote hoeveelheden water op te nemen en vast te houden. Deze ongelooflijke capaciteit om water op te slaan maakt een langere koeling en natting mogelijk wanneer het gel op oppervlakken zoals vegetatie wordt aangebracht.
Hoewel hydrogels een aantrekkelijk alternatief zijn voor schuimonderdrukkers en traditionele langdurige retardantia, zijn ze beperkt tot een zeer korte toepassingsperiode tijdens het typische weer van bosbranden.
Het probleem is dat deze materialen snel uitdrogen en hun effectiviteit verliezen onder wind en hoge hitte, wat typerend is voor bosbrandomstandigheden. Dit beperkt het praktische gebruik van hydrogels ernstig en vergroot bovendien het risico voor degenen die deze materialen toepassen.
Bron: Stanford Report
Om deze beperking aan te pakken, hebben onderzoekers van Stanford een waterverhogend gel ontwikkeld om te helpen voorkomen dat huizen en kritieke infrastructuur worden verbrand door bosbranden, met veel betere resultaten dan de momenteel beschikbare oplossingen. Volgens senior auteur Eric Appel, die universitair hoofddocent is in materiaalkunde en -techniek aan de School of Engineering:
“Onder typische bosbrandomstandigheden drogen huidige waterverhogende gels binnen 45 minuten uit.”
Gepubliceerd een paar weken geleden in Advanced Materials, heeft het nieuwe onderzoek een waterverhogend hydrogelplatform geïntroduceerd dat verandert in een silica-aerogel, een materiaal dat veel belangstelling wekt in de wereld van wetenschap en technologie.
Silica-aerogel staat bekend om zijn optische transparantie, hoge oppervlaktes, en lage thermische geleidbaarheid, maar nog belangrijker is de lage massadichtheid met tot wel 95% van het volume lucht.
De resulterende silica-aerogel in de nieuwste studie kwam met uitzonderlijke isolerende eigenschappen tijdens warmte-activatie, wat helpt het effectieve venster van oppervlakbescherming tegen ontsteking te vergroten.
Volgens de studie tonen deze materialen een verbetering van de barrière-eigenschappen met meer dan 5x vergeleken met waterverhogende gelproducten die momenteel op de markt worden verkocht.
De onderzoekers vormden deze hydrogels via polymeer-deeltje (PP) interacties tussen cellulairketens (biopolymeren) en colloïdale silica-deeltjes. De PP-interacties bleken een sleutelrol te spelen bij het effectief creëren van het hitte-isolerende aerogelschild bij waterverdamping.
Volgens de studie verdwijnt water in deze materialen snel wanneer het onder vlammen wordt blootgesteld, wat leidt tot de vorming van een robuust vast silica-netwerk. Dit netwerk fungeert als een stevige fysieke barrière tegen vuur.
Het verlengen van de beschermende effectiviteit, volgens de auteurs, is wat hun materiaal onderscheidt van andere bosbrandonderdrukkende technologieën. En dit is wat volgens de studie een kloof in ons vermogen om bosbranden te bestrijden en kritieke infrastructuur te beschermen effectief zal opvullen.
Testen en optimalisatie van het nieuwe brandgel
Gefinancierd door de National Science Foundation, samen met de Gordon & Betty Moore Foundation en Schmidt Science Fellows, is de studie van Stanford University geslaagd in het ontwikkelen van een spraybaar gel dat gebouwen beschermt tegen schade door bosbranden, terwijl het langer meegaat en effectiever is dan bestaande commerciële opties.
Een bredere toepassingsperiode betekent dat men het gel voorafgaand aan de brand kan spuiten en nog steeds bescherming krijgt. En wanneer de brand arriveert, zou het nog beter moeten werken.
Het nieuwe platform wordt al jaren ontwikkeld. In 2019 werd hetzelfde gel door Appel en het team gebruikt om brandretardantia langdurig op vegetatie te houden.
Appel noemde de nieuwe ontwikkeling “serendipiteit” en legde uit dat ze nieuwsgierig waren naar het gedrag van deze gels op zichzelf. Ze legden wat op hout en gebruikten vervolgens een brander uit het laboratorium om het aan vlammen bloot te stellen. Dit resulteerde in een “supercoole uitkomst” waarbij het gel opzwol tot een aerogel-schuim.
Het punt is dat waterverhogende gels superabsorberende polymeren gebruiken voor brandbescherming, wat eigenlijk vergelijkbaar is met het absorberende poeder dat in wegwerpluiers van kinderen wordt gevonden.
Wanneer deze gels met water worden gemengd en vervolgens op een constructie, bijvoorbeeld uw huis, worden gespoten, zwellen ze uit tot een plakkerige en dikke substantie. De substantie hecht zich aan de buitenkant van het oppervlak en vormt een natte schild.
Door de extreem droge en hoge temperatuuromstandigheden rond bosbranden, waardoor het water in een gel snel verdampt, hebben de Stanford-onderzoekers ook silica-deeltjes gecombineerd met een cellulose-gebaseerd polymeer.
Dus, wanneer de gels aan hitte worden blootgesteld en het water verdampt, blijven deze silica-deeltjes achter en vormen ze een schuim. Het schuim is sterk isolerend, voorkomt warmteoverdracht. Door de warmte te verspreiden, beschermt het “volledig” het onderliggende oppervlak.
“Deze milieubewuste doorbraak overtreft de huidige commerciële oplossingen en biedt een superieure en schaalbare verdediging tegen bosbranden.”
– Changxin Dong, de hoofd auteur van de studie
Om het nieuwe gel te beoordelen, pasten de onderzoekers verschillende formuleringen toe op multiplexplaten en blootstelden deze vervolgens aan directe vlam. De vlam van de gasbrander brandt op een aanzienlijk hogere temperatuur dan bosbranden.
Tests toonden aan dat de meest effectieve samenstelling van het team meer dan zeven minuten hield voordat de multiplexplaten begonnen te verkolen. Dit was veel langer dan de minder dan 90 seconden die een commercieel verkrijgbaar waterverhogend gel hield bij dezelfde test.
“Traditionele gels werken niet meer zodra ze droog zijn,” zei Appel, en merkte op dat, in tegenstelling tot hen, hun gel de oppervlakken die het wordt aangebracht blijft beschermen nadat al het water is verdampt en, wanneer het vuur verdwenen is, gemakkelijk kan worden weggespoeld.
Hoewel het team enkele jaren geleden eerste successen behaalde, vergde het veel engineering om de formulering te optimaliseren. Het feit dat het uit niet-toxische componenten bestaat, betekent ook dat het “veilig is voor zowel mensen als het milieu,” zei Appel. Bovendien wordt het polymeer in het gel gemakkelijk afgebroken door bodemmicroben.
Hoewel er mogelijk extra optimalisatie nodig is, hoopt Appel een pilottoepassing en evaluatie van deze gels uit te voeren. Dit zal Appel en het team in staat stellen ze te gaan gebruiken om kritieke infrastructuur te beschermen wanneer een brand zich voordoet.
Bedrijven betrokken bij brandbescherming & materiaalkunde
Gezien hoe cruciaal het is om effectieve oplossingen te hebben, zijn er een aantal bedrijven betrokken bij verschillende aspecten van bosbrandmitigatie.
Zo bieden PPG Industries (PPG ) en Sherwin-Williams (SHW ) brandbeschermende coatings aan, terwijl Ecolab zich voornamelijk richt op water-, hygiëne- en infectiepreventieoplossingen, hoewel het ook brand- en reddingsdiensten levert aan diverse industrieën.
Laten we nu dieper ingaan op een paar prominente namen:
#1. 3M Company
3M produceert een verscheidenheid aan brandbeschermingsproducten, waaronder brandbestrijdingsgels en schuimen. Dit gediversifieerde technologiebedrijf is ook actief in schuurmiddelen, afplaktmaterialen, elektrische markten, persoonlijke veiligheid, dakgranulaten, industriële lijmen, verfspuitproducten, geavanceerde materialen, automotive en luchtvaart, commerciële oplossingen, displaymaterialen en meer, naast uitgebreide R&D om betere producten en oplossingen te creëren.
MMM Prijsgrafiek
Met een marktkapitalisatie van $72.3 miljard worden 3M-aandelen momenteel verhandeld tegen $131.43, een stijging van 20.39% YTD. De EPS (TTM) is 1.40, met een P/E (TTM) ratio van 93.93 en een dividendrendement van 2.13%.
Voor Q2 2024 rapporteerde het bedrijf $6.3 bln in aangepaste omzet, wat 0.5% lager lag dan vorig jaar, terwijl de operationele cashflow $1 bln bedroeg. GAAP EPS uit voortgezette activiteiten was $2.17, een stijging van 117% YoY. Aangepaste EPS steeg ook 39% YoY tot $1.93, terwijl $786 mln werd uitgekeerd aan aandeelhouders via dividenden en aandeleninkoop.
“We leverden weer een sterk kwartaal met een dubbele-cijferige groei in aangepaste winst en een robuuste cashgeneratie.”
– 3M CEO William Brown
Hij merkte ook op dat hun focus voor de toekomst ligt op het effectief inzetten van kapitaal, het verhogen van operationele prestaties en het stimuleren van duurzame organische omzetgroei.
#2. Dow Inc.
Dow is betrokken bij de productie van geavanceerde materialen zoals superabsorberende polymeren die in hydrogels worden gebruikt. Het bedrijf biedt ook een verscheidenheid aan producten voor brandweerstand, waaronder DOWSIL™ Smoke Seal 800SL, een siliconenkit die kan helpen de verspreiding van rook en vlammen tussen vloerverbindingen te voorkomen. Dow is ook actief in verpakkingen, energie en consumentoplossingen.
DOW Prijsgrafiek
Met een marktkapitalisatie van $37.5 miljard worden Dow-aandelen momenteel verhandeld tegen $53.51, een daling van 2.43% YTD. De EPS (TTM) van het bedrijf is 1.62, de P/E (TTM) ratio is 33.11, en het dividendrendement is 5.23%.
“Het tempo van het wereldwijde macro-economische herstel is trager dan verwacht. We blijven gefocust op werkkapitaal, kostenreductie en het afstemmen van onze operationele tarieven op de huidige vraag. We innoveren met onze klanten.”
– Dow Inc. CEO Jim Fitterling
Conclusie
De ongecontroleerde verbranding van vegetatie (d.w.z. bosbranden) blijft wereldwijd chaos veroorzaken. Vorig jaar zouden bosbranden die door de Canadese bossen trokken, naar verluidt 647 megaton aan broeikasgassen hebben vrijgelaten — meer dan wat de zeven grootste uitstoters jaarlijks produceren. Daarnaast zijn bijna 80 miljoen eigendommen in de VS risico op bosbrand.
Naarmate bosbranden blijven vormen van ernstige risico’s, is er een dringende behoefte aan voortdurend onderzoek, innovatie en kritieke vooruitgang, zoals de hydrogels ontwikkeld door wetenschappers van Stanford University. Deze technologieën kunnen helpen de effectiviteit tijdens bosbranden te behouden en huizen, levens en ecosystemen te beschermen.
