Sustentabilidade
Proteção contra Incêndios Florestais – Avançando Soluções com ‘Hidrogéis Biomiméticos Ativáveis por Calor’
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Os incêndios florestais estão se tornando mais graves e causando danos em todo o mundo. Em 2023, quase 12 milhões de hectares foram queimados, estabelecendo um novo recorde, 24% maior que o anterior. Isso fez de 2023 o pior ano para incêndios florestais globais, com 2021 ocupando o terceiro lugar e 2020 o quarto.
Isso mostra um quadro claro: incêndios florestais catastróficos estão se tornando mais graves, cada vez mais frequentes e disseminados. Essa tendência é evidente nos EUA, Europa e Austrália.
A mudança climática está agravando ainda mais a catástrofe dos incêndios florestais ao intensificar ondas de calor e secas, que criam condições secas e quentes que ajudam a iniciar e espalhar os incêndios.
Isso é extremamente preocupante, pois esses incêndios adicionam de 5 a 8 bilhões de toneladas de dióxido de carbono a cada ano. Além disso, os incêndios florestais agora causam a perda de quase 6 milhões de hectares a mais de cobertura arbórea por ano em comparação com 2001. Mais ainda, os incêndios agora representam 33% de toda a perda de cobertura arbórea, acima dos 20% de duas décadas atrás.
Além de tudo isso, os incêndios florestais afetam os humanos tanto direta quanto indiretamente. Enquanto centenas de pessoas morrem a cada ano, muitas mais são evacuadas ou deslocadas permanentemente de suas casas.
No geral, os incidentes de incêndios florestais resultam em perdas devastadoras de recursos, infraestrutura, vidas e meios de subsistência das pessoas que vivem ao redor dessas áreas, e da economia.
Para enfrentar e combater efetivamente os incêndios florestais, precisamos de soluções ambientalmente amigáveis que possam melhorar os esforços de gerenciamento, controlar os incêndios dentro das áreas selvagens e proteger as áreas dos danos.
Métodos de Proteção contra Incêndios: Géis, Espumas e Retardantes
Existem vários sistemas químicos de incêndio em áreas selvagens para reduzir a probabilidade de ignição e proteger casas e infraestrutura. Esses sistemas são categorizados pelo Serviço Florestal dos EUA como:
- Géis que aumentam a retenção de água
- Supressores de espuma
- Retardantes de longo prazo
Os retardantes de longo prazo geralmente são fornecidos por aeronaves sobre áreas-alvo após completa diluição em água. Seus efeitos retardantes são produzidos por químicos como fosfatos de amônio que têm a capacidade de resistir à queima ou retardar a propagação do fogo. A eficácia desses retardantes dura enquanto o resíduo químico permanecer na vegetação.
Quanto aos géis que aumentam a retenção de água e aos supressores de espuma, ambos funcionam como supressores de incêndio de curto prazo. Essas soluções só conseguem resistir ao fogo enquanto houver água, o que significa que, uma vez que ela evapora dos materiais aplicados, a resistência ao fogo também se perde.
Entre eles, os géis que aumentam a retenção de água mostraram ser excepcionalmente eficazes na proteção de infraestrutura.
Os géis que aumentam a retenção de água geralmente são compostos por polímeros superabsorventes que possuem a capacidade de reter água fortemente, bem como melhorar a molhabilidade da superfície. Dessa forma, esses géis funcionam muito bem como supressores de incêndio e barreiras para proteger casas e infraestrutura crítica em áreas selvagens.
O inchaço do polímero realmente aumenta a espessura da barreira de água, permitindo um tempo de retenção de água mais longo. A capacidade de reter água por 30-60 min torna esses tipos de géis muito eficazes para ataques indiretos, protegendo casas, edifícios e outras estruturas antes dos incêndios florestais.
Ao contrário dos géis, a espuma tem um tempo de retenção mais curto, de apenas 15-30 min, e não consegue oferecer o mesmo nível de proteção que os géis para ataques indiretos. Isso torna os géis que aumentam a retenção de água uma estratégia ecológica e sustentável para suprimir incêndios em áreas selvagens.
Dado que eles funcionam tão bem, há muitos géis disponíveis no mercado para uso, que incluem o Thermo-Gel, um gel retardante de fogo popular que é amplamente usado nos EUA e Canadá e aprovado pelas autoridades. Ele é usado tanto por proprietários quanto por equipes profissionais de combate a incêndios. O gel pode ser aplicado em estruturas, vegetação e outras superfícies e é eficaz por várias horas após a aplicação. Pode ser removido com água.
Barricade Fire Gel é outro que forma um revestimento gelatinoso térmico espesso para proteger suas casas, estruturas, veículos e tanques de combustível de serem queimados pelo fogo. É misturado com água para fornecer proteção total contra incêndios e pode ser pulverizado até 24 horas antes da aproximação de um incêndio florestal.
FireIce Shield fornece uma camada protetora para prevenir danos causados por ignição, queima ou carbonização. O No-Burn Original Fire Gel, por sua vez, é um retardante de fogo à base de água que pode ser aplicado em superfícies onde forma uma barreira que resiste à ignição.
Gel Inovador para Proteger Edifícios Durante Incêndios Florestais
Os géis que aumentam a retenção de água tendem a incorporar materiais hidrogel. Isso ocorre porque os hidrogéis são polímeros que podem reter grandes quantidades de água, tornando-os eficazes na formação de uma barreira que resiste ao fogo.
A estrutura de polímero entrecruzado dos hidrogéis, que os torna insolúveis, é o que lhes permite absorver e reter eficazmente grandes quantidades de água. Essa incrível capacidade de armazenar água possibilita maior duração de resfriamento e umedecimento quando o gel é aplicado em superfícies como vegetação.
Embora seja uma alternativa atraente aos supressores de espuma e aos retardantes tradicionais de longo prazo, os hidrogéis são limitados a um período de aplicação muito curto durante as condições climáticas típicas de incêndios florestais.
O fato é que esses materiais secam rapidamente e perdem eficácia sob vento e altas temperaturas, típicas das condições de incêndios florestais. Isso limita severamente o uso prático dos hidrogéis e, além disso, aumenta o risco para quem os aplica.
Fonte: Stanford Report
Para enfrentar essa limitação, pesquisadores de Stanford desenvolveram um gel que aumenta a retenção de água para ajudar a impedir que casas e infraestrutura crítica sejam queimadas por incêndios florestais, com resultados muito melhores do que as soluções atualmente disponíveis. Segundo o autor sênior Eric Appel, professor associado de ciência e engenharia de materiais na Escola de Engenharia:
“Em condições típicas de incêndio florestal, os géis atuais que aumentam a retenção de água secam em 45 minutos.”
Publicado há algumas semanas na Advanced Materials, a nova pesquisa introduziu uma plataforma de hidrogel que aumenta a retenção de água e se transforma em aerogel de sílica, um material que desperta muito interesse no mundo da ciência e tecnologia.
O aerogel de sílica é conhecido por sua transparência óptica, alta área superficial e baixa condutividade térmica, mas, mais importante, sua baixa densidade aparente, com até 95% de seu volume sendo ar.
O aerogel de sílica resultante no estudo mais recente apresentou propriedades isolantes excepcionais durante a ativação térmica, o que ajuda a ampliar a janela eficaz de proteção da superfície contra ignição.
De acordo com o estudo, esses materiais apresentam propriedades de barreira aprimoradas em mais de 5 vezes em comparação com os produtos de gel que aumentam a retenção de água atualmente comercializados no mercado.
Os pesquisadores formaram esses hidrogéis por meio de interações polímero-partícula (PP) entre cadeias celulósicas (biopolímeros) e partículas de sílica coloidais. As interações PP foram, na verdade, reveladas como desempenhando um papel fundamental na criação da barreira aerogel isolante ao calor de forma eficaz durante a evaporação da água.
De acordo com o estudo, a água dentro desses materiais é perdida rapidamente quando exposta a chamas, o que leva à formação de uma rede sólida de sílica robusta. Essa rede atua como uma barreira física robusta contra o fogo.
Prolongar a eficácia protetora, segundo os autores, é o que diferencia seu material de outras tecnologias de supressão de incêndios florestais. E isso é o que, de acordo com o estudo, abordará efetivamente uma lacuna em nossa capacidade de combater incêndios florestais e proteger infraestrutura crítica.
Teste e Otimização do Novo Gel de Incêndio
Financiado pela National Science Foundation, juntamente com a Gordon & Betty Moore Foundation e Schmidt Science Fellows, o estudo da Universidade de Stanford teve sucesso ao desenvolver um gel pulverizável que protege edifícios dos danos causados por incêndios florestais, durando mais e sendo mais eficaz do que as opções comerciais existentes.
Ter uma janela de aplicação mais ampla significa que se pode pulverizar o gel antes do incêndio e ainda assim obter sua proteção. E quando o fogo chega, ele deve funcionar ainda melhor.
A nova plataforma está em desenvolvimento há anos. Em 2019, o mesmo gel foi usado por Appel e a equipe para manter retardantes de incêndio na vegetação por um longo período.
Chamando o novo desenvolvimento de “serendipitoso”, Appel explicou que estavam curiosos sobre o comportamento desses géis por si só. Então, eles simplesmente aplicaram um pouco em madeira e usaram uma tocha do laboratório para expô-lo a chamas. Isso resultou em um “resultado super legal” do gel inflando-se em uma espuma de aerogel.
O fato é que os géis que aumentam a retenção de água utilizam polímeros superabsorventes para proteção contra incêndios, o que é realmente semelhante ao pó absorvente encontrado nas fraldas descartáveis das crianças.
Quando esses géis são misturados com água e depois pulverizados em uma estrutura, por exemplo sua casa, eles incham formando uma substância pegajosa e espessa. A substância adere ao exterior da superfície e produz uma barreira úmida.
Devido às condições extremamente secas e de alta temperatura ao redor dos incêndios florestais, que fazem a água presa em um gel evaporar rapidamente, os pesquisadores de Stanford também incorporaram partículas de sílica juntamente com um polímero à base de celulose.
Assim, quando os géis são submetidos ao calor e a água evapora, essas partículas de sílica permanecem e se organizam em uma espuma. A espuma é altamente isolante, impedindo a transferência de calor. Ao dissipar o calor, ela “completamente” protege a superfície abaixo dela.
“Esta inovação ambientalmente consciente supera as soluções comerciais atuais, oferecendo uma defesa superior e escalável contra incêndios florestais.”
– Changxin Dong, autor principal do estudo
Para avaliar o novo gel, os pesquisadores aplicaram várias formulações em peças de compensado e depois as expuseram a chama direta. A chama da tocha a gás queima a uma temperatura significativamente mais alta que os incêndios em áreas selvagens.
Os testes revelaram que a composição mais eficaz da equipe durou mais de sete minutos antes que as peças de compensado começassem a carbonizar. Isso foi muito mais longo que os menos de 90 segundos que um gel comercialmente disponível que aumenta a retenção de água durou quando testado da mesma forma.
“Géis tradicionais não funcionam quando secam”, disse Appel, observando que, ao contrário deles, seu gel continua a proteger as superfícies onde é aplicado após toda a água evaporar e, quando o fogo termina, pode ser facilmente lavado.
Embora a equipe tenha alcançado sucesso inicial há vários anos, foi necessário muito trabalho de engenharia para otimizar a formulação. Por ser feita de componentes não tóxicos, também significa que é “segura tanto para as pessoas quanto para o meio ambiente”, disse Appel. Além disso, o polímero no gel se decompõe facilmente pelos microrganismos do solo.
Embora possa haver necessidade de otimização adicional, Appel espera realizar uma aplicação em escala piloto e avaliação desses géis. Isso permitirá que Appel e sua equipe comecem a usá-los para proteger infraestrutura crítica quando um incêndio ocorrer.
Empresas Envolvidas em Proteção contra Incêndios & Ciência dos Materiais
Dada a importância de ter soluções eficazes, há várias empresas envolvidas em diferentes aspectos das soluções de mitigação de incêndios florestais.
Por exemplo, PPG Industries (PPG ) e Sherwin-Williams (SHW ) oferecem revestimentos de proteção contra incêndios, enquanto a Ecolab foca principalmente em soluções de água, higiene e prevenção de infecções, embora também forneça serviços de combate a incêndios e resgate para diversas indústrias.
Agora, vamos analisar mais detalhadamente alguns nomes de destaque:
#1. 3M Company
A 3M produz uma variedade de produtos de proteção contra incêndios, incluindo géis e espumas de combate a incêndios. Esta empresa de tecnologia diversificada também atua em abrasivos, sistemas de mascaramento, mercados elétricos, segurança pessoal, grânulos para telhados, adesivos industriais, produtos de spray de tinta, materiais avançados, automotivo e aeroespacial, soluções comerciais, materiais de exibição e muito mais, além de extensas P&D para criar produtos e soluções melhores.
MMM Gráfico de preços
Com uma capitalização de mercado de US$ 72,3 bilhões, as ações da 3M estão atualmente negociando a US$ 131,43, alta de 20,39% no ano. Seu EPS (TTM) é 1,40, com um índice P/L (TTM) de 93,93 e rendimento de dividendos de 2,13%.
Para o segundo trimestre de 2024, a empresa relatou US$ 6,3 bilhões em vendas ajustadas, uma queda de 0,5% em relação ao ano anterior, enquanto o fluxo de caixa operacional foi de US$ 1 bilhão. O EPS GAAP das operações continuadas foi de US$ 2,17, alta de 117% YoY. O EPS ajustado também subiu 39% YoY para US$ 1,93, enquanto US$ 786 milhões foram distribuídos aos acionistas via dividendos e recompra de ações.
“Entregamos mais um trimestre forte com crescimento de lucro ajustado em dois dígitos e geração robusta de caixa.”
– CEO da 3M William Brown
Ele também observou que o foco futuro da empresa está em implantar capital de forma eficaz, aumentar o desempenho operacional e impulsionar o crescimento orgânico sustentado da receita.
#2. Dow Inc.
A Dow está envolvida na produção de materiais avançados como polímeros superabsorventes que são usados em hidrogéis. A empresa também oferece uma variedade de produtos para resistência ao fogo, incluindo DOWSIL™ Smoke Seal 800SL, que é um selante de silicone que pode ajudar a prevenir a propagação de fumaça e chamas entre juntas de piso. A Dow também atua em embalagens, energia e soluções para consumidores.
DOW Gráfico de preços
Com uma capitalização de mercado de US$ 37,5 bilhões, as ações da Dow estão atualmente negociando a US$ 53,51, queda de 2,43% no ano. O EPS (TTM) da empresa é 1,62, seu índice P/L (TTM) é 33,11 e seu rendimento de dividendos é 5,23%.
Para o segundo trimestre de 2024, a Dow relatou US$ 10,9 bilhões em vendas líquidas, uma queda de 4% YoY, enquanto as vendas subiram 1%, impulsionadas por ganhos em Materiais de Desempenho & Revestimentos. O fluxo de caixa das operações foi de US$ 832 milhões, enquanto o fluxo de caixa livre foi de US$ 109 milhões, permitindo que a Dow devolvesse US$ 691 milhões aos acionistas. Seus ganhos de capital próprio aumentaram US$ 9 milhões sequencialmente. O EPS GAAP foi US$ 0,62, enquanto o EPS operacional foi US$ 0,68.
“O ritmo da recuperação macroeconômica global tem sido mais lento do que o esperado. Continuamos focados no capital de giro, na redução de custos e em alinhar nossas taxas operacionais à demanda atual. Estamos inovando com nossos clientes.”
– CEO da Dow Inc. Jim Fitterling
Conclusão
A queima descontrolada da vegetação (ou seja, incêndios florestais) continua a causar devastação globalmente. No ano passado, os incêndios que varreram as florestas do Canadá supostamente liberaram 647 megatoneladas de gases de efeito estufa — mais do que os sete maiores países emissores produzem anualmente. Além disso, quase 80 milhões de propriedades nos EUA estão em risco de incêndios florestais.
À medida que os incêndios florestais continuam a representar riscos graves, há uma necessidade urgente de pesquisa constante, inovação e avanços críticos, como os hidrogéis desenvolvidos pelos cientistas da Universidade de Stanford. Essas tecnologias podem ajudar a manter a eficácia durante incêndios florestais e proteger casas, vidas e ecossistemas.
