Petak, 12. prosinca 2025
Kontakt za medije: Desa James | Koordinator komunikacija | 405-744-2669 | desa.james@okstate.edu
Što se događa kada voda, najčešće sredstvo za gašenje požara na svijetu, nije dovoljno? Dr. Ruiqing Shen s Fakulteta inženjerstva, arhitekture i tehnologije želi dati odgovor.
Uz potporu nove nagrade NSF EPSCoR Research Fellows, Državno sveučilište Oklahoma prednjači u tehnologiji suzbijanja požara sljedeće generacije kroz rad Shena, asistenta profesora zaštite od požara i sigurnosne inženjerske tehnologije na Škola za vatrogastvo, graditeljstvo i upravljanje u hitnim situacijama.
Stipendija će podržati napredak hidrogelova koji reagiraju na toplinu i koji štede vodu dizajniranih za borbu protiv nekih od najizazovnijih scenarija požara današnjice: požara u divljini i požara litij-ionskih baterija.
“Požare litij-ionskih baterija pokreće toplinski bijeg, interna lančana reakcija koja nastavlja stvarati toplinu čak i nakon što se vidljivi plamen ugasi”, rekao je Shen.
Ovi požari mogu zahtijevati tisuće galona vode i mogu osloboditi otrovne plinove kada voda dođe u kontakt s oštećenim komponentama baterije.
“Kod požara u divljini, ekstremne temperature mogu uzrokovati gotovo trenutno isparavanje vode, značajno smanjujući njezinu učinkovitost hlađenja”, rekao je Shen. “Također je izazovno opskrbiti dovoljno vode udaljenim regijama ili regijama pogođenim sušom.”
Shen napominje da nedavni požari, poput onih u Mauiju, Los Angelesu i Oklahomi, ilustriraju te izazove, s hidrantima koji rade na suho i kvarovima sustava uzrokovanim nestankom struje i oštećenom infrastrukturom.
Dok je voda učinkovito sredstvo za suzbijanje požara, ona samo hladi površinu i brzo otječe. To pokreće potrebu za učinkovitijim, održivijim sredstvom.
Hidrogelovi koji reagiraju na toplinu mogli bi biti rješenje. Sposobni zadržati do 90% vode, ovi hidrogelovi izoliraju od topline i otporni su na otjecanje čak i u ekstremnim uvjetima.
Hidrogelovi se na sobnoj temperaturi ponašaju kao tekućine, što ih čini jednostavnim za pumpanje i nanošenje, ali se pretvaraju u toplinski aktivirane gelove kada su izloženi visokim temperaturama.
Nakon što su u obliku gela, prianjaju uz goruće materijale, blokiraju kisik i polako oslobađaju pohranjenu vodu kao paru. Budući da su ovi materijali učinkoviti u potrošnji vode, biorazgradivi i bez PFAS-a i drugih problematičnih kemikalija, smanjuju ukupnu potražnju za vodom i utjecaj na okoliš, a istovremeno nude čišću, dugotrajniju alternativu zajednicama koje se suočavaju s sve većim rizikom od požara.
Istraživanje je zajednički napor između OSU-a i Sveučilišta Maryland, dvaju vodećih nacionalnih akademskih programa vezanih uz požare.
Na UMD-u, profesor Stanislav Stoliarov upravlja Centrom za ispitivanje i ocjenjivanje požara, jednim od rijetkih objekata u zemlji opremljenim za napredne eksperimente s požarom u divljini i akumulatorima koji su potrebni za ovaj rad. Kroz ovo partnerstvo, istraživači OSU-a mogu brzo izraditi prototip formulacije hidrogela, potvrditi njihovu izvedbu u uvjetima kontrolirane vatre i ugraditi nove analitičke alate i tijekove rada u CEAT-ove FPSET laboratorije.
Suradnja također proširuje istraživačke kapacitete OSU-a, otvarajući vrata budućem federalnom i industrijskom financiranju uz pružanje studentima praktičnog iskustva u korištenju modernih metoda ispitivanja požara i razvoja materijala koje dosad nisu bile dostupne u Oklahomi.
Stipendija će omogućiti Shenu i njegovom timu da unaprijede razvoj hidrogela kroz niz usmjerenih istraživačkih ciljeva, uključujući optimiziranje formulacija materijala, provođenje testova požara na stolu i istraživanje mehanizama koji upravljaju interakcijama hidrogel-vatra.
Eksperimenti će se provoditi i na OSU i na UMD-u, uz potporu za sintezu hidrogela od strane profesora Sundara Madihallyja s CEAT-a Fakultet kemijskog inženjerstva.
Podaci iz testova na laboratorijskoj razini koji obuhvaćaju niz scenarija požara koristit će se za povezivanje kemije hidrogela sa stvarnim učinkom suzbijanja.
Ovi testovi uključuju:
- Sinteza hidrogela
- Termofizička ispitivanja (LCST mjerenje, zadržavanje vode i toplinska stabilnost).
- Karakterizacija spreja korištenjem laserske difrakcije za mjerenje veličine i pokrivenosti kapljica.
- Ispitivanja požara u divljini u kontroliranom zračnom tunelu korištenjem goriva poput borovih iglica i drvne sječke za mjerenje kašnjenja paljenja, širenja plamena i izgaranja.
- Ispitivanja požara baterija za procjenu kako hidrogelovi suzbijaju toplinski bijeg, smanjuju širenje među stanicama i ograničavaju oslobađanje toksičnih plinova.
Shen je naglasio da se ovaj rad razlikuje od tradicionalnih pristupa.
“Ovaj je projekt jedan od prvih koji sustavno povezuje znanost o materijalima hidrogelova koji reagiraju na toplinu s dinamikom požara na skali klupe za divljinu i scenarije litij-ionske baterije”, rekao je.
Uključivanje studenata središnja je komponenta stipendije. Student diplomskog studija sudjelovat će u naporima sinteze i testiranja na oba sveučilišta, a studenti preddiplomskog studija FPSET-a i CHE pomoći će u istraživanju.
Studenti obučeni kroz ovaj projekt steći će rijetku stručnost relevatnu za industriju u:
- Ponašanje baterije pri požaru
- Znanost o divljim požarima
- Napredni materijali za suzbijanje
- Instrumenti za toplinsku analizu i ispitivanje požara
- Sigurna i učinkovita uporaba sredstava nove generacije
“Ovaj skup vještina sve je traženiji među vatrogasnim službama, upravljanjem hitnim slučajevima, industrijama obnovljive energije, proizvođačima vozila i istraživačkim institucijama”, rekao je Shen.
Projekt može izgraditi niz stručnjaka spremnih za rješavanje novih izazova požara.
Dugoročno gledano, ova bi tehnologija mogla postati standardni alat u hitnom odgovoru, pomažući zajednicama da se prilagode sve većoj učestalosti i ozbiljnosti požara.
“Ako ova tehnologija dosegne puni razvoj,” rekao je Shen, “mogla bi transformirati strategije suzbijanja požara nudeći učinkovite, ekološki prihvatljive alternative za suvremene opasnosti od požara… i veću otpornost za ruralna i nedovoljno opskrbljena područja s ograničenom vatrogasnom infrastrukturom.
“Želio bih zahvaliti dr. Sundaru Madihallyju na njegovoj spremnosti da podrži ovaj projekt. Ova razina interne suradnje i podrške unutar OSU-a uvelike jača projekt i povećava njegov potencijal za uspjeh.”
