Robert Klatt
Ein neues Gel aus superabsorbierenden Polymeren und Siliziumdioxidpartikel kann Gebäude deutlich länger vor Waldbränden schützen als die bisher erhältlichen Produkte.
Stanford (U.S.A.). Der Klimawandel führt auf der Erde zu immer höheren Temperaturen und längeren Dürrephasen. Eine Studie der University of East Anglia (UEA) zeigte kürzlich, dass sich dadurch die Brandsaison deutlich verlängert hat und dass dadurch immer öfter Waldbrände auftreten. Außerdem hat sich laut Forschern der University of Tasmania (UTAS) die Anzahl der extremen Waldbrände seit 2003 verdoppelt. Neben den großen ökologischen Schäden kommt es durch die häufig auftretenden und intensiveren Waldbrände auch zu großen ökonomischen Schäden, etwa zu zerstörten Häusern.
Ein Team der Stanford University um Eric Appel hat deshalb ein wasserverstärkendes Gel entwickelt, das Gebäude und kritische Infrastrukturen (KRITIS) vor Schäden durch Waldbrände schützen kann. Das neue Gel funktioniert laut den Forschern deutlich besser als die bereits erhältlichen kommerziellen Optionen.
„Unter typischen Bedingungen eines Waldbrandes trocknen derzeitige wasserverstärkende Gele innerhalb von 45 Minuten aus. Unser Gel hingegen kann länger im Voraus aufgetragen werden und bietet dennoch einen effektiven Schutz, wenn das Feuer kommt.“
Das neue wasserverstärkende Gel besteht aus superabsorbierenden Polymeren, die ähnlich wie das absorbierende Pulver in Einwegwindeln wirken. In Kombination mit Wasser kann das Gel auf Gebäude gesprüht werden und quellt dort zu einer Substanz, die am Gebäude haftet und eine dicke, feuchte Schutzschild bildet. Bei den bisher erhältlichen Gelen haben die hohen Temperaturen eines Waldbrands jedoch dazu geführt, dass das im Gel gebundene Wasser schnell verdampft.
Die Forscher um Appel haben deshalb in ihr Gel einen mehrschichtigen Schutz integriert, der sich aus einem polymerbasierten Celluloseanteil und Siliziumdioxidpartikel, die bei Hitze zerfallen, besteht. Sobald bei dem neuen Gel das Wasser verdunstet und die Cellulose verbrennt, verbleiben die Siliziumdioxidpartikel. Diese bilden einen Schaum, der wie ein hochisolierendes Aerogel wirkt und das Gebäude vor dem Feuer beschützt.
„Wir haben ein einzigartiges Phänomen entdeckt, bei dem ein weiches, schwammartiges Hydrogel unter Hitze nahtlos in einen robusten Aerogelschutz übergeht, der einen verbesserten und langanhaltenden Schutz vor Waldbränden bietet.“
Um ihr neues Gel zu untersuchen, haben die Forscher unterschiedliche Zusammensetzungen mit Sperrholzstücken, die der Flamme eines Gasbrenners ausgesetzt wurde, erprobt. Die dabei erreichten Temperaturen sind deutlich höher als bei einem typischen Waldbrand. Die beste Zusammensetzung hat das Holz sieben Minuten lang geschützt, während handelsübliche wasserverstärkende nur einen Schutz von unter 90 Sekunden erzielt haben.
„Traditionelle Gele funktionieren nicht mehr, sobald sie austrocknen. Unsere Materialien bilden jedoch ein Siliziumdioxid-Aerogel, das die behandelten Oberflächen weiterhin schützt, selbst nachdem das gesamte Wasser verdampft ist. Diese Materialien können nach dem Vorbeiziehen des Feuers leicht abgewaschen werden.“
Appel erklärt, dass das Gel zudem lagerstabil ist, mit Standardgeräten versprüht werden kann und auf unterschiedlichen Oberflächen haftet. Es besteht ausschließlich aus ungiftigen Komponenten, die die US-Forstbehörde bereits zugelassen hat und die von Bodenmikroben abgebaut werden.
„Es ist sicher für Mensch und Umwelt. Es könnte noch weitere Optimierungen erfordern, aber ich hoffe, dass wir bald Pilotanwendungen durchführen und diese Gele evaluieren können, um kritische Infrastrukturen besser zu schützen, wenn ein Feuer droht.“
