Espuma sólida contra fuego.
Cómo los químicos rusos se convirtieron en revolucionarios en la lucha contra incendios.
La lucha contra incendios es un área compleja y responsable, y parece aún más sorprendente ver cómo las tecnologías se desarrollan lentamente en esta área. Las espumas de extinción, cuyo uso comenzó hace más de un siglo, han cambiado poco en el pasado, pero, tal vez, pronto comenzará una verdadera revolución en esta área. En cualquier caso, el nuevo desarrollo de los químicos de San Petersburgo de la Universidad ITMO y la ONG "SOPOT" parece revolucionario desde todos los ángulos, desde la idea hasta la seguridad ambiental. Alexander Vinogradov, jefe adjunto del laboratorio "Química de soluciones de materiales y tecnologías avanzadas" de la Universidad ITMO, respondió a las preguntas del Planeta ruso.
- Alexander, ¿de dónde surgió la idea de crear una nueva espuma de extinción de incendios? ¿De tus clases de química, de negocios o algo más?
- Necesitará un poco de información sobre la situación actual en el mercado de los materiales de extinción. Dichos materiales siempre deben evaluarse en tres parámetros principales: la efectividad y la versatilidad de la extinción de diversos materiales, incluidos los materiales combustibles sólidos y líquidos; el coste de la propia espuma; Por último, la seguridad ambiental de la aplicación. Y si analizamos todos estos parámetros en el complejo, veremos que el mercado en sí es enorme, pero al mismo tiempo es bastante pobre en términos de elección. No hay tantas espumas contra incendios verdaderamente universales, efectivas y seguras en el mundo.
Rusia en este sentido es un mercado muy interesante. Nuestros mayores consumidores, los gigantes del petróleo y el gas, utilizan equipos de extinción de incendios y técnicos suministrados desde los Estados Unidos y diseñados para trabajar con mezclas a base de espumantes sintéticos que contienen flúor (AFFF). De hecho, la capacidad de localizar y eliminar la fuente de AFFF de ignición es la más efectiva entre todos los medicamentos similares. Por otro lado, tienen que comprarse en la misma América, ya sea en forma terminada o en forma de materias primas. Y lo más importante, AFFF es un impacto tóxico y extremadamente negativo en el medio ambiente.
Su vida media en la naturaleza es de al menos 40 años. Los productos de los fluorosintéticos de semi-descomposición se acumulan en las plantas y los animales, entran en el cuerpo humano. En resumen, no es posible utilizar espumas basadas en AFFF, a menos que entonces se esté tomando un conjunto completo de medidas sobre la utilización de residuos y la restauración de ecosistemas.
Por lo tanto, hace unos años se aprobó una convención que prohíbe el uso de drogas fluorosintéticas tanto en los Estados Unidos como en Europa. El uso de AFFF se detiene virtualmente en todas partes, pero todavía está permitido en Rusia. En el resto de los países, tomaron el camino de prohibir la AFFF, allí usan drogas similares, aunque no tan efectivas, pero no tan peligrosas.
Entonces, cuando el año pasado abrimos nuestro laboratorio en ITMO y nos familiarizamos con la empresa SOPOT, la tarea surgió casi por sí sola. Esta empresa es el mayor desarrollador de agentes de extinción de incendios y líder en la producción de dispositivos generadores de espuma. Está activa no solo en Rusia, sino también en algunos mercados extranjeros, por ejemplo, en China y Cuba. Tienen su propio personal que desarrolla e implementa nuevas tecnologías en esta área.
Sin embargo, SOPOT no desarrolla y produce sus propias preparaciones de espumas. Por lo tanto, cuando nuestro equipo de químicos habló con colegas de esta compañía, inmediatamente notamos que todos los agentes espumantes existentes, y su producción ha estado en marcha durante más de 100 años, son derivados de sustancias orgánicas.
La microestructura de la espuma de sílice. Fuente: Alexander Vinogradov / ITMO University
Desde el punto de vista de la termodinámica, el carbono-carbono, el carbono-hidrógeno y otros enlaces existentes en los compuestos orgánicos son inestables a altas temperaturas. Es imposible que permanezcan intactos cuando se calientan por encima de 300 ° C, pero las sustancias inorgánicas en este sentido dan una libertad mucho mayor. Así que la idea de probar la espuma inorgánica surgió casi de inmediato.
- ¿Y cómo se ve esta espuma? ¿Cómo es ella?
“Nuestro material es de dos componentes, que consiste en el agente espumante más común, además de una nueva composición basada en nanopartículas de sílice, que garantiza el curado de la espuma y la traduce a una fase cerámica.
La sílice es un óxido de silicio (IV) común, que es familiar para todos, por ejemplo, en forma de cuarzo. Sus partículas pueden polimerizarse en cuestión de segundos (podemos variar este tiempo de 5 a 30 segundos) y obligar a la espuma a adherirse firmemente a cualquier superficie en llamas. Los experimentos han demostrado que nuestra espuma puede incluso fijarse en vidrio pulido ordinario y endurecerse, convirtiéndose en algo así como una esponja de cerámica porosa, que aísla de manera confiable la superficie del fuego y las altas temperaturas. Nunca se ha ofrecido nada por el estilo, y nadie ha hecho nada por el estilo.
La eficacia de la extinción de incendios con dicha espuma es fácil de entender. Imagina que tu habitación está en llamas y viertes la pared y el techo ordinarios sobre la espuma. La espuma fluye rápidamente hacia abajo, no más del 5% en las superficies verticales, e incluso si las extingue, pronto se arriesgan a quemarse nuevamente. Los bomberos tienen que "derramar" el edificio una y otra vez. El efecto de endurecimiento aquí puede jugar un papel clave.
- ¿Cómo es el proceso de formación de una espuma tan sólida?
- Imagínese: tenemos el primer componente, que es responsable de la formación de espuma, una multitud de burbujas llenas de aire. El segundo componente se inyecta en el primero, justo antes de aplicarse a la superficie de combustión, y endurece la espuma.
Entonces, la espuma entra en el objeto en llamas, cuya temperatura excede repetidamente la suya. Como resultado, lo enfría bruscamente, a una temperatura por debajo de la etapa de pirólisis, y después de un par de segundos se endurece, evitando que se produzca un nuevo encendido. En términos generales, envolvemos el objeto en llamas con una "capa de cerámica". En comparación con el mismo AFFF, nuestra eficiencia es mayor en más de 20 veces.
A la izquierda, pruebas de campo de una nueva espuma de extinción, a la derecha, la polimerización de su microestructura. Fuente: Alexander Vinogradov / ITMO University
A diferencia de las espumas convencionales, que debido a las enormes temperaturas se evaporan en cuestión de segundos, nuestra sílice espumada no se colapsa. Cuando el agua se evapora, la cristalización de las partículas de sílice amorfa solo se intensifica, el marco de cristal se compacta, y la espuma, como un ladrillo en un horno industrial, solo se vuelve más fuerte y más confiable protege nuestro objeto.
- ¿Pero cuál será el resultado de tal extinción? ¿No quema, pero en general es inútil un trozo de espuma sólida?
“Aunque estamos hablando de solidificación, la espuma polimerizada no es sólida en el sentido doméstico de la palabra. Más bien, se asemeja a un gel, que en principio puede eliminarse de la superficie. Sobre el tema puede durar una o dos semanas, de hecho, hasta la primera lluvia. Dicha espuma tiene una poderosa capacidad para adsorber agua, por lo tanto, habiéndola absorbido, se ablanda y se somete fácilmente a la destrucción mecánica. Como resultado, incluso una vez en el sistema de drenaje o alcantarillado, no durará mucho y se desintegrará en partículas de sílice con un diámetro de 100 - 150 nm.
- ¿Y estas partículas en sí mismas no tienen propiedades tóxicas?
- Sílice: el material es extremadamente resistente y químicamente inerte, su seguridad se ha probado repetidamente. La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés), así como la Agencia Europea de Medicamentos (EMEA, por sus siglas en inglés), cuyos hallazgos se basan en gran medida en nuestro Ministerio de Salud, prohíbe el uso de sílice por vía intravenosa e intramuscular. Pero por vía oral es completamente seguro. Probablemente estás familiarizado con una droga tan popular como Enterosgel? Se compone de nanopartículas de sílice.
Ya hemos logrado obtener un certificado de cumplimiento con la primera clase de biodegradabilidad, en general, por primera vez en el mundo para tales medicamentos. Aunque vale la pena señalar que dicho certificado se llamaría con más precisión un "certificado de biocompatibilidad": las partículas de sílice en la naturaleza no se descompondrán, solo son absorbidas y transportadas por microorganismos sin ningún daño para ellas y, por lo tanto, para el medio ambiente.
- Resulta que, ¿no se esperan restricciones en el uso de dicha espuma de sílice?
- ¡Exactamente! Y este es uno de sus grandes méritos. No hace mucho, en Surgut, realizamos pruebas sobre el uso de nuestra preparación para la creación de tiras de fieltro. Ahora, para este propósito, usar productos a base de fosfato, que se consideran bastante económicos. Sin embargo, los fosfatos son solubles en agua, por lo que son fácilmente arrastrados por la lluvia y la humedad del suelo. Además, los fosfatos son importantes fertilizantes, en el bosque son plantas rápidamente recicladas. Por lo tanto, después de que tal banda haya sido creada, no durará mucho.
Nuestras pruebas demostraron que la barrera con el uso de "espuma de endurecimiento" dura mucho más tiempo, lo que le permite localizar el fuego en el bosque y evitar la propagación del fuego: a través de una barrera de unos pocos metros de ancho, ningún fuego "saltará". Idealmente, los bomberos tendrán hasta dos semanas para llegar a la escena, entregar el equipo y organizar el combate de incendios.
- ¿Cómo fue su papel en la creación de una espuma extintora de incendios distribuida? ¿Qué parte de las decisiones tomaron ustedes, los químicos de ITMO, y qué parte - los desarrolladores de la compañía "Sopot"?
- No hubo una división estricta del trabajo, aunque, por supuesto, estábamos más preocupados por resolver problemas químicos, porque este es nuestro perfil. Se concentraron más en la parte tecnológica, que también encontró una gran cantidad de problemas.
Resultados de la prueba: espuma endurecida protege el objeto de manera confiable. Fuente: Alexander Vinogradov / ITMO University
Cabe señalar que la adaptación tecnológica se ha convertido en un tema clave para la posibilidad de generar espumas endurecedoras. Es por eso que NPO SOPOT, líder en el campo de la creación de dispositivos generadores de espuma en Rusia y con un gran bagaje de experiencia experimental, pudo resolver todos los problemas que surgieron, asegurando el funcionamiento estable de los dispositivos para generar espumas endurecedoras. Sería correcto decir que el éxito de 90% estuvo en manos de la empresa que ordenó esta investigación y hoy es el titular de los derechos de autor de la tecnología.
En general, hubo muchas "tonterías" difíciles, incluso es sorprendente que se hayan resuelto tan rápidamente. Sólo 26 November, 2014, tuvo lugar la primera discusión de nuestra idea, y en marzo 15 se envió una solicitud de patente. En mayo, se demostró el desarrollo al Ministro de Situaciones de Emergencia, Vladimir Puchkov y sus colegas de Bielorrusia y Mongolia, en la exposición "Seguridad integrada" en Moscú. Y ya en junio, las cercas del bosque se probaron utilizando un MT-LB especialmente convertido (transportador multipropósito ligero blindado. - RP).
- ¿Cuál es la continuación de esto? historias?
- El mercado es gigantesco, el potencial es loco, lo puedo decir con seguridad. Y desde el punto de vista empresarial, el interés en nuestro desarrollo es enorme. Existen propuestas para el uso de dicha espuma de dos componentes para aplicaciones especializadas, como la extinción de incendios en minas y en estaciones de carga de petróleo.
Que yo sepa, en la empresa "Sopot" las perspectivas de este invento se tomaron muy en serio. Ya se ha equipado un laboratorio químico especializado, se ha creado una cápsula de prueba de fuego, se están llevando a cabo nuevos desarrollos y se está preparando el lanzamiento de la producción de ambos componentes. Pero no tenemos nada que ver con eso.
Nuestra tarea no es el comercio. Estamos haciendo ciencia, y el enfoque principal de nuestro laboratorio es la investigación básica, algunas de las cuales se pueden convertir rápidamente en soluciones prácticas. Esto es exactamente lo que estamos haciendo: la espuma endurecedora de dos componentes no es la única de nuestros desarrollos prácticos.
En un futuro próximo, estamos planeando registrar nuestra propia InnoColloids, que se lanzará al lanzamiento de sustancias coloidales innovadoras que encontrarán la aplicación más amplia, desde la holografía hasta la medicina y la energía solar. Es difícil prometer algo, pero creo que será solo una bomba: puedo decir que ahora podemos aumentar el brillo de los cristales líquidos en un 20% sin ningún esfuerzo serio, sugerir una nueva tecnología para la impresión de nanoconstrucciones, presentar biosensores únicos no invasivos ... Será un proyecto completamente enfocado en los mercados extranjeros. Pero este es un tema para otra conversación.
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