A medida que el cambio climático crea condiciones más cálidas y secas, estamos viendo temporadas de incendios más largas con incendios forestales más grandes y frecuentes.En los últimos años, incendios forestales catastróficos han destruido hogares e infraestructura, causado pérdidas devastadoras en vidas y medios de subsistencia de las personas que viven en las zonas afectadas y dañado los recursos naturales y la economía.Necesitamos nuevas soluciones para combatir los incendios forestales y proteger las áreas de los daños.

Investigadores de Stanford han desarrollado un gel potenciador del agua que podría rociarse en hogares e infraestructuras críticas para ayudar a evitar que se quemen durante los incendios forestales.

La investigación,publicado21 de agosto enMateriales avanzados, muestra que los nuevos geles duran más y son significativamente más eficaces que los geles comerciales existentes.

"En condiciones típicas de incendios forestales, los geles actuales que mejoran el agua se secan en 45 minutos", dijo Eric Appel, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería, autor principal del artículo.

"Hemos desarrollado un gel que tendría una ventana de aplicación más amplia: puedes rociarlo más antes del incendio y aún así obtener el beneficio de la protección, y funcionará mejor cuando llegue el incendio".

Protección duradera

Los geles potenciadores del agua están hechos de polímeros superabsorbentes, similares al polvo absorbente que se encuentra en los pañales desechables.Mezclados con agua y rociados sobre un edificio, se hinchan hasta convertirse en una sustancia gelatinosa que se adhiere al exterior de la estructura, creando un escudo espeso y húmedo.

Pero las condiciones en las proximidades de un incendio forestal son extremadamente secas: las temperaturas pueden rondar los 100 grados, convientos fuertesy cero por ciento de humedad, e incluso el agua encerrada en un gel se evapora con bastante rapidez.

En el gel diseñado por Appel y sus colegas, el agua es sólo la primera capa de protección.Además de un polímero a base de celulosa, el gel contiene partículas de sílice, que quedan cuando los geles se someten al calor.

"Hemos descubierto un fenómeno único en el que un hidrogel suave y blando se transforma sin problemas en un escudo de aerogel robusto bajo calor, ofreciendo una protección mejorada y duradera contra incendios forestales. Este avance ambientalmente consciente supera las soluciones comerciales actuales y ofrece una defensa superior y escalable contra incendios forestales." dijo el autor principal del estudio, Changxin "Lyla" Dong.

"Cuando el agua hierve y toda la celulosa se quema, nos quedan las partículas de sílice reunidas formando una espuma", dijo Appel."Esa espuma es altamente aislante y termina dispersando todo el calor, protegiendo completamente el sustrato debajo".

La sílice forma un aerogel, una estructura sólida y porosa que es un aislante particularmente bueno.Se utilizan aerogeles de sílice similares enaplicaciones espacialesporque son extremadamente livianos y pueden evitar la mayoría de los métodos de transferencia de calor.

Los investigadores probaron varias formulaciones de su nuevo gel aplicándolas a piezas de madera contrachapada y exponiéndolas a la llama directa de una antorcha de gas manual, que arde a una temperatura considerablemente más alta que la de un incendio forestal.

Su formulación más efectiva duró más de siete minutos antes de que el tablero comenzara a carbonizarse.Cuando probaron de la misma manera un gel potenciador de agua disponible comercialmente, protegió la madera contrachapada durante menos de 90 segundos.

"Los geles tradicionales no funcionan una vez que se secan", dijo Appel."Nuestros materiales forman este aerogel de sílice cuando se exponen al fuego que continúa protegiendo los sustratos tratados después de que toda el agua se haya evaporado. Estos materiales se pueden lavar fácilmente una vez que el fuego haya desaparecido".

Un descubrimiento fortuito

Los nuevos geles se basan en el trabajo anterior de prevención de incendios forestales de Appel.En 2019, Appel y sus colegas utilizaron estos mismos geles como vehículo para mantener retardantes de incendios forestales en la vegetación durante meses seguidos.La formulación estaba destinada a ayudar a prevenir la ignición enincendio forestal-áreas propensas."Llevamos años trabajando con esta plataforma", afirmó Appel.

"Este nuevo desarrollo fue un tanto fortuito: nos preguntábamos cómo se comportarían estos geles por sí solos, así que simplemente aplastamos un poco sobre un trozo de madera y lo expusimos a las llamas de una antorcha que teníamos en el laboratorio. Lo que observamos fueeste resultado súper genial donde los geles se hincharon hasta formar una espuma de aerogel".

Después de ese éxito inicial, fueron necesarios varios años de ingeniería adicional para optimizar la formulación.Ahora es estable durante el almacenamiento, se puede rociar fácilmente con equipo estándar y se adhiere bien a todo tipo de superficies.Los geles están hechos de componentes no tóxicos cuyo uso ya ha sido aprobado por el Servicio Forestal de EE. UU., y los investigadores realizaron estudios para demostrar que los microbios del suelo los descomponen fácilmente.

"Son seguros tanto para las personas como para el medio ambiente", afirmó Appel."Es posible que sea necesario realizar una optimización adicional, pero mi esperanza es que podamos realizar una aplicación y evaluación a escala piloto de estos geles para que podamos usarlos para ayudar a protegerinfraestructura criticacuando pasa un incendio."