Горючий лёд. Ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя

19 июня 2024 3 мин.

Ученые лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета при поддержке федеральной программы Минобрнауки РФ «Приоритет-2030» разработали и протестировали новый способ применения самоактивирующегося огнетушителя на базе газового гидрата. «Огнетушитель» политехников прекращает горение пламени за счет ударной волны, возникающей при взрыве гидратной системы. После этого ледяная оболочка снижает температуру в очаге горения, а инертный газ вытесняет кислород из зоны горения.

Результаты исследований политехников опубликованы в журнале Gas Science and Engineering (Q1, IF: 5.285).

Газовые гидраты — это соединения из газа в ледяной и водной оболочке, которые добывают со дна морей и океанов и называют замерзшим топливом будущего, или горючим льдом. Создание эффективной технологии термической конверсии топливных смесей на их основе позволит применять гидраты при выработке тепловой и электрической энергии с минимальным ущербом для экологии, а также при локализации и подавлении возгораний.

Наша лаборатория занимается исследованием газовых гидратов и их применением в пожаротушении три года. За это время нам удалось создать установки для производства и сжигания гидратов и провести детальный анализ процесса высвобождения газа из гидрата. Отдельный пласт работ связан с созданием мультигидратов – гидратов, состоящих из двух и более газов. Такому продукту можно задавать определенные свойства, тем самым увеличивая эффективность действия газового гидрата в пожаротушении. Сегодня в качестве эффективных средств подавления возгораний используются так называемые огнетушащие снаряды. Создание альтернативных тушащих средств откроет путь к повышению эффективности средств пожаротушения, делая их более экологически чистыми и менее повреждающими оборудование и материалы.

Павел Стрижак, заведующий лабораторией тепломассопереноса ТПУ

Политехники предложили использовать для тушения пожаров самоактивирующийся снаряд с гидратом двуокиси углерода. Для его синтеза ученые использовали поверхностно-активные вещества, такие как, лаурилсульфат натрия, огнетушащий состав ОС-5, пенообразователь и полисорбат ТВИН-80. Они образуют пену в водных растворах, что ускоряет подавление возгораний, не несут негативного влияния на окружающую среду и здоровье человека и обладают пониженной стоимостью. Получившийся состав для самосрабатывающего гидратного огнетушителя помещали в емкости из PET-пластика объемом 50 и 100 миллилитров.

Для проверки «огнетушителя» ученые провели серию экспериментов по ликвидации возгораний веществ и материалов: древесины, ПВХ-панелей, линолеума, кабельной продукции, масел, спиртов, горючих жидкостей и других. Для этого «упакованную» гидратную массу с долей гидрата от 35 до 75 грамм помещали в очаг возгорания. В момент срабатывания «огнетушителя» горение пламени прекращается за счет ударной волны, возникающей при взрыве гидрата. Ледяная оболочка самого гидрата при этом снижает температуру в очаге пожара, а инертный газ вытесняет кислород из зоны горения.

Эксперименты показали, что время срабатывания огнетушителя можно регулировать, варьируя такие параметры, как масса гидрата и объем свободного пространства в огнетушителе, количество добавляемой воды и вид механического воздействия на огнетушитель (удар на сам огнетушитель или его соударение с другими предметами). Например, для увеличения скорости реакции можно добавить к гидрату от 25 до 75 миллилитров воды. В некоторых случаях это позволило в девять раз ускорить срабатывание огнетушителя. А механическое воздействие на огнетушитель снизило время его срабатывания на 20 секунд.