Владимир Полканов
Ученые разработали различные образцы «горючего льда».
Фото с сайта www.tpu.ru
При тушении пожаров главное – снизить температуру, вытеснить кислород из зоны горения и предотвратить доступ продуктов сгорания в окружающую среду. Сегодня в этих целях широко используются газовые, жидкостные и пенные системы. Основным сырьем для успешной ликвидации возгорания являются лед, вода и инертный газ. Все эти компоненты есть в составе газовых гидратов. Ученые лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета доказали противопожарную эффективность этого химического соединения.
Газовые гидраты – кристаллические соединения из воды и газа в ледяной и водной оболочке. Их добывают со дна морей и океанов и называют замерзшим топливом будущего – «горючим льдом». Но оказывается, что они также эффективны и в целях пожаротушения и локализации возгораний. Это доказали ученые Томского политехнического университета. «Инертный газ вытесняет кислород из зоны горения, а лед позволяет снизить температуру в очаге пожара и прекратить распространение фронта горения», – пояснил руководитель лаборатории тепломассопереноса, профессор Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Томского политехнического университета Павел Стрижак.
Для проведения исследований в Томском политехе создали системы по изготовлению искусственных гидратов из метана, пропана, этана, изопропанола, углекислого газа и фреона. В одной из установок 100 г гидрата с концентрацией газа 13–26% выращивают в ледяном каркасе за двое-трое суток. В другой производство 250–300 г гидрата с концентрацией 9–10% занимает до 40 минут, он образуется на внутренних стенках устройства. Ученые также работают над созданием мультигидратов, состоящих из двух или трех газов, – им можно задавать определенные свойства, что позволит увеличить эффективность действия, например, при тушении пожаров.
Теплоэнергетики провели более 200 экспериментов, которые показали эффективность применения газовых гидратов для борьбы с огнем. Политехники занимались локализацией и подавлением горения древесины, керосина, бензина, дизельного топлива, спирта, сырой и очищенной нефти, индустриальных масел, разных марок угля, отходов углеобогащения и природных газовых гидратов метана.
Исследователи воспроизвели условия возгорания в наиболее распространенных ситуациях: неосторожное обращение с огнем, нарушение правил эксплуатации нагревательного оборудования, замыкание электрических сетей и локальные источники пожара. Опыты проводились как с очагами в помещениях, так и на открытой местности.
«Мы установили, что для блокирования и подавления горения в состав гидрата должен входить инертный газ, – рассказал инженер-исследователь Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Никита Шлегель. – Самые доступные по стоимости и эффективности – углекислый газ и фреон. Эксперименты проводились с газовым гидратом в форме порошка и таблетированных образцов. Его мы сбрасывали на очаг горения сверху и делали из него заградительную полосу. Результаты показали эффективность технологии».
На основе экспериментальных данных ученые разработали физические и математические модели локализации и подавления горения разных веществ и материалов. Кроме того, начаты работы по созданию гидратов, в состав которых входят поверхностно-активные вещества. При диссоциации такой гидрат не только вытесняет кислород и снижает температуру, но и создает на поверхности горения пену – блокиратор кислорода, способствующий локализации горения и термического разложения материала.
Помимо этого, политехники разрабатывают технологии для транспортировки, хранения и подачи гидрата в зону горения. В будущем ученые планируют разработать устройства, в которых получаемый гидрат при соприкосновении с горящим материалом будет эффективно блокировать и локализовать горение.
«Стоит уточнить, что это ранние стадии исследования и работы проводятся с малыми очагами возгораний и гидратов. Главная задача – доказать эффективность технологии», – отметил Никита Шлегель. «Основная причина, почему газовые гидраты до сих пор не используют для тушения пожаров, – отсутствие данных о том, в каких условиях горения они эффективны, и технологий для транспортировки, хранения и подачи гидрата в зону горения, – уточнил Павел Стрижак. – Сейчас эти вопросы носят основной научный и практический интерес, и именно этим заняты ученые нашей лаборатории».
Исследования проводятся в Томском политехническом университете по программе «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты». Это лишь одно из многих научных направлений, которыми занимается данный вуз. Абитуриенты, желающие в будущем принять участие в подобных разработках, могут воспользоваться сервисом «Поступление в вуз онлайн» на портале «Госуслуги».
