Άρθρο του
Νίκου Χατζητρακόσια
Χημικού Μηχανικού ΕΜΠ, ΜSc
Αναπλ. Δημάρχου Δήμου Φυλής
Ο άνθρωπος στάθηκε ανέκαθεν απέναντι στα δάση φίλος και εχθρός, προστάτης και εκμεταλλευτής. Με αφορμή διάφορες ανάγκες ή από άλλες αιτίες με τις διάφορες καταστρεπτικές του επεμβάσεις υποβάθμιζε και περιόριζε συνεχώς τα δάση. Ο κίνδυνος ολοκληρωτικής καταστροφής των δασών μας συνεχίζεται κυρίως από τις πυρκαγιές. Δυστυχώς κάθε χρόνο κυρίως τους θερινούς μήνες γινόμαστε μάρτυρες οδυνηρών καταστροφικών εικόνων για τα πολύτιμα δάση μας.
Οι δασικές πυρκαγιές αποτελούν μια μόνιμη πηγή καταστροφής τόσο των δασών της χώρας μας όσο και γεωργικών καλλιεργειών, κατοικημένων περιοχών κ.τ.λ. Τα θύματα, οι τραυματίες και οι υλικές ζημιές από τις δασικές πυρκαγιές δυστυχώς είναι πολύ οδυνηρά.
Τα τελευταία χρόνια παρά τα σημαντικά κονδύλια που διατίθενται για τη πρόσληψη προσωπικού, τον εξοπλισμό και τα διατιθέμενα μέσα, δυστυχώς τα αποτελέσματα των καταστροφικών πυρκαγιών παραμένουν τεράστια με ότι αρνητικό συνεπάγεται για τους πολίτες, το φυσικό περιβάλλον και γενικότερα τη πατρίδα μας.
Εύλογα δημιουργείται σε όλους το ερώτημα τι άλλο ακόμη συμπληρωματικά χρειάζεται για να αντιμετωπιστούν οι δασικές πυρκαγιές, εκτός από τη συμβατική μεθοδολογία χρήσης προσωπικού, μέσων πυρασφάλειας και τους τρόπους επιχειρησιακής καταστολής της πυρκαγιάς. Την απάντηση μπορεί να την δώσει η επιστήμη και η καινοτομία.
Στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ στα πλαίσια της διπλωματικής μου εργασίας μελετήθηκε (με την καταγραφή πειραματικών δεδομένων) ο τρόπος δράσης και οι μηχανισμοί λειτουργίας των χημικών επιβραδυντών κατά την αντιμετώπιση της πυρκαγιάς της καύσιμης δασικής ύλης. Η μελέτη παρουσιάσθηκε και δημοσιεύθηκε στο 18ο Πανελλήνιο Συνέδριο Χημείας το 2001 (Πρακτικά, σελ. 359-362)
Η ιδέα της χρήσης επιβραδυντικών ουσιών δεν είναι καινούργια και υπάρχει σημαντική βιβλιογραφία για τα θέμα εδώ και 50 χρόνια. Ο βασικός ρόλος των επιβραδυντικών είναι να δημιουργήσουν φράγματα μπροστά από το μέτωπο της φωτιάς έτσι ώστε οι επίγειες δυνάμεις να μπορέσουν να περιορίσουν και τελικά να σβήσουν την φωτιά.
Γενικά τα χημικά επιβραδυντικά είναι πιο αποτελεσματικά όταν ρίχνονται μπροστά από το μέτωπο της πυρκαγιάς σε καύσιμες δασικές ύλες με μεγάλη εξωτερική επιφάνεια ή σε πυρκαγιές μικρής έντασης και κυρίως στην αρχή της πυρκαγιάς όταν αυτή είναι μικρή.
Από την διεθνή βιβλιογραφία εξάγεται ότι οι επιβραδυντές μακράς διάρκειας πολλαπλασιάζουν την αποτελεσματικότητα του νερού στη δασοπυρόσβεση. Συγκεκριμένα την διπλασιάζουν όταν χρησιμοποιούνται απευθείας πάνω στις φλόγες ή λίγο μπροστά απ΄ αυτές και την τετραπλασιάζουν όταν χρησιμοποιούνται μπροστά από τις φλόγες για την δημιουργία ζωνών.
Οι επιβραδυντικές ουσίες που μελετήθηκαν ήταν τα άλατα του φωσφορικού αμμωνίου (DAP) και του θειικού αμμωνίου (AS) καθώς και το συνδυαστικό τους μίγμα, η απόκτηση των οποίων έχει μικρό κόστος. Τα αποτελέσματα έδειξαν με απόλυτο τρόπο ότι μειώνουν την εφεκτικότητα των δασικών υλών επηρεάζοντας τον χρόνο που απαιτείται για την ανάφλεξή τους, τα αρχικά σημεία ανάφλεξης αλλά και την χρονική διάρκεια της καύσης με φλόγα.
Εκτιμάται λοιπόν ότι η προσθήκη και διάλυση των ουσιών αυτών με αυτόματο μηχανικό τρόπο στις δεξαμενές των πυροσβεστικών αεροσκαφών και οχημάτων, θα μετέτρεπαν την απλή χρήση νερού σε χρήση υγρού μίγματος με πολλαπλάσια ισχύ στην αντιμετώπιση της πυρκαγιάς.
Φυσικά, οι επιβραδυντικές ουσίες είναι μια μόνο πλευρά της επιστημονικής αντιμετώπισης των πυρκαγιών. Υπάρχουν πολλές ακόμα επινοήσεις που στοχεύουν στον τομέα της πρόληψης, στην οποία, κατά την άποψή μου, πρέπει να ριχθεί ακόμα μεγαλύτερο βάρος. Χαρακτηριστικά αναφέρω την τηλεεπιτήρηση μέσω αισθητήρων και drone οι οποίοι συντονίζονται από υπολογιστή, με τη βοήθεια γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (GPS).
Την εγκατάσταση ενός τέτοιου συστήματος στην Πάρνηθα πρότεινε, πριν από δύο χρόνια ο Δήμος Φυλής και μάλιστα υπέβαλε σχετική μελέτη για χρηματοδότηση από το πρόγραμμα ΑΝΤΩΝΗΣ ΤΡΙΤΣΗΣ. Όμως, δυστυχώς δεν εγκρίθηκε, ώστε να υπάρχει ένα σύστημα αναφοράς, το οποίο να αποτελέσει πιλότο λειτουργίας, σε κανονικές συνθήκες.
Ας ελπίσουμε ότι θα αφυπνιστούμε γρήγορα, γιατί, λόγω των εκτεταμένων καταστροφών στα δάση θα διαταραχθεί η οικολογική ισορροπία στην Αττική, με ορατό τον κίνδυνο της ερημοποίησης σε μια περιοχή όπου κατοικεί ο μισός πληθυσμός της Ελλάδος και όπου παράγεται το μεγαλύτερο μέρος του εθνικού πλούτου.
ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ
3o Πανελλήνιο Συνέδριο Χημικής Μηχανικής, Αθήνα , Μαϊος 2001
Μελέτη της ευφλεκτότητας δασικών υλών παρουσία φωσφορικού αμμωνίου (NH4)2HPO4 και θειικού αμμωνίου(NH4)2SO4,
Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Τομέας I Χημικών Επιστημών,
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Σ. ΛΙΟΔΑΚΗΣ, Δ. ΜΠΑΚΙΡΤΖΗΣ, Α. ΒΑΪΔΑΝΗΣ ΚΑΙ Ν. ΧΑΤΖΗΤΡΑΚΟΣΙΑΣ
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η επίδραση του (ΝΗ4)2SO4 (ΑS) και (ΝΗ4)2ΗPO4 (DAP) στην συμπεριφορά καύσης του κυπαρισσιού (cupressus sempervirens), μελετήθηκε με πειραματική διάταξη που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε για το σκοπό αυτό. Βρέθηκε ότι η παρουσία των αμμωνιακών αλάτων αυξάνει το σημείο ανάφλεξης και επηρεάζει την ένταση της φλόγας, καθώς και το χρόνο καύσης της δασικής ύλης. Η επιβραδυντική δράση των παραπάνω αλάτων, που βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή στη κατάσβεση δασικών πυρκαγιών, ερμηνεύτηκε με θερμοσταθμική ανάλυση της δασικής ύλης, πριν και μετά την εφαρμογή των επιβραδυντών.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Τα τελευταία χρόνια, οι αυξανόμενες καταστροφικές δασικές πυρκαγιές έχουν δημιουργήσει την ανάγκη για την ανεύρεση αποτελεσματικών νέων μεθόδων για την αντιμετώπιση των δασικών πυρκαγιών. Στην κατεύθυνση αυτή κινείται η έρευνα για την ανάπτυξη χημικών επιβραδυντικών μέσων.
Οι επιβραδυντές είναι χημικές ουσίες οι οποίες, είτε με χημική είτε με φυσική δράση, παρεμποδίζουν την καύση, ελαττώνοντας ή εμποδίζοντας το ρυθμό διάδοσης της φλόγας. Αυτοί διακρίνονται: α) σε επιβραδυντές μικρής διάρκειας, οι οποίοι επιφέρουν προσωρινή επιβράδυνση της πορείας της καύσης, που καθορίζεται από τον απαιτούμενο χρόνο για την εξάτμιση του νερού και β) σε επιβραδυντές μακράς διάρκειας, οι οποίοι χρησιμοποιούν το νερό ως μέσο διασποράς των χημικών ουσιών τους και των οποίων η δράση εξακολουθεί και μετά την εξάτμιση του νερού.
Οι επιβραδυντές καύσης είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν είτε κατασβεστικά, όταν εφαρμόζονται απ’ ευθείας πάνω στις φλόγες, είτε επιβραδυντικά, όταν εφαρμόζονται μπροστά από το μέτωπο των φλογών για να σταματήσουν την εξάπλωση της φωτιάς. Συνήθως, οι επιβραδυντές μακράς διάρκειας εφαρμόζονται μπροστά από το μέτωπο της φωτιάς, δημιουργώντας αντιπυρική ζώνη.
Από τη διεθνή βιβλιογραφία εξάγεται το συμπέρασμα ότι οι επιβραδυντές μακράς διάρκειας πολλαπλασιάζουν την αποτελεσματικότητα του νερού στη δασοπυρόσβεση. Οι επιβραδυντές μακράς διάρκειας περιέχουν συνήθως ως δραστικά συστατικά θειικά και φωσφορικά άλατα του αμμωνίου, κυρίως δισόξινο φωσφωρικό αμμώνιο (ΜΑΡ), όξινο φωσφορικό διαμμώνιο (DAP), πολυφωσφορικό αμμώνιο (ΑΡΡ) και θειικό αμμώνιο (ΑS). Γενικώς, τα φωσφορικά άλατα είναι πιο αποτελεσματικά από τα θειικά, όσον αφορά την κατάσβεση φλόγας με λάμψη (glowing combustion). Όμως, τα επιβραδυντικά με βάση τα θειϊκά άλατα είναι πιο οικονομικά. Γι’ αυτό πολλές φορές χρησιμοποιούνται μίγματα φωσφορικών και θειικών αλάτων.
Διάφορες αναλυτικές τεχνικές, κυρίως χρωματογραφικές, φασματομετρίας μάζας και θερμικές, όπως DSC, TG, Py-GC-MS, DI-MS, έχουν χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της χημικής επιβράδυνσης των (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, NaH2PO4, NaCl στην πυρόλυση της κυτταρίνης και πευκοβελόνων (1-6). Όμως, η μορφή των δειγμάτων και γενικότερα οι συνθήκες πυρόλυσης- καύσης που χρησιμοποιούνται στις αναλυτικές αυτές τεχνικές βρίσκονται έξω από τις πραγματικές συνθήκες μιας δασικής πυρκαγιάς. Γι’ αυτό, τα αναλυτικά δεδομένα θα πρέπει να υποστηρίζονται και με μετρήσεις σε μεγαλύτερη κλίμακα. Στην εργασία αυτή γίνεται αξιολόγηση της επιβραδυντικής δράσης του AS και DAP με δύο σειρές πειραμάτων. Η πρώτη σειρά μετρήσεων γίνεται σε μακροκλίμακα και αφορά τον προσδιορισμό της ευφλεκτικότητας του κυπαρισσιού, προ και μετά την εφαρμογή του επιβραδυντή. Η δεύτερη σειρά αφορά τη θερμοσταθμική ανάλυση της δασική ύλης με και χωρίς τον επιβραδυντή.
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ
Ο προσδιορισμός του σημείου ανάφλεξης της δασικής ύλης έγινε με κατάλληλη διάταξη η οποία περιγράφεται σε άλλη εργασία ( 7). Η δασική ύλη (κυπαρίσσι) μετά από ξήρανση, άλεση και κλασμάτωση σε 0,3 – 0,4 mm, μορφοποιήθηκε σε δισκία του 1 g. Η ίδια διαδικασία ακολουθήθηκε και για τα δείγματα δασικής ύλης στα οποία υπήρχε επιβραδυντής. Η εφαρμογή του επιβραδυντή έγινε με προσθήκη στη δασική ύλη διαλύματος 20% w/v επιβραδυντή, αραίωση και ξήρανση στους 50 οC για δύο μέρες. H διαδικασία αυτή έγινε ώστε να επιτύχουμε ομοιόμορφα δείγματα και οι συνθήκες μέτρησης να είναι αναπαραγωγήσιμες. Τα δισκία της δασικής ύλης εισαγόταν στο φούρνο, του οποίου η θερμοκρασία ελεγχόταν με ακρίβεια 3 οC και υπό σταθερές συνθήκες ροής αέρα 1,5 L min-1. Η αναφλεξιμότητα ή μη του δισκίου καταγραφόταν, κάτω από τις εξεταζόμενες συνθήκες, καθώς και ο χρόνος που χρειαζόταν για την ανάφλεξη και η διάρκεια ανάφλεξης κάθε δείγματος.
Παράλληλα με τις μετρήσεις αυτές, έγινε και ένας δεύτερος κύκλος πειραμάτων σε αναλυτική κλίμακα με θερμοζυγό του οίκου Mettler model 851 για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων της επιβραδυντικής δράσης των αμμωνιακών αλάτων.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ- ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Τα αποτελέσματα των μετρήσεων της ευφλεκτικότητας του κυπαρισσιού παρουσία ή απουσία των επιβραδυντών συνοψίζονται στο παρακάτω διάγραμμα:
Με βάση το παραπάνω διάγραμμα προκύπτει ότι οι επιβραδυντικές ουσίες μειώνουν την ευφλεκτικότητα της δασικής ύλης. Ειδικότερα, το DAP είναι αποτελεσματικότερο σε υψηλές θερμοκρασίες, π.χ. θ> 510 οC, ενώ το AS είναι αποτελεσματικότερo σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, όταν θ< 510 oC. Συνολικά φαίνεται ότι το όξινο φωσφορικό αμμώνιο είναι αποτελεσματικότερο από το θειικό αμμώνιο και αυτό πιθανόν να οφείλεται στο διαφορετικό μηχανισμό θερμικής διάσπασης των δύο αυτών αλάτων.
Για την ερμηνεία της επιβραδυντικής δράσης των αμμωνιακών αλάτων στη συμπεριφορά ανάφλεξης της δασική ύλης, έγιναν αναλύσεις με θερμοζυγό, πριν και μετά την εφαρμογή των επιβραδυντών. Παρακάτω παρουσιάζονται οι καμπύλες διαφορικής ανάλυσης ( dTG ) του κυπαρισσιού (cupressus sempervirens) χωρίς και με DAP και AS.
Όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα, το AS μετατοπίζει έντονα την ενδόθερμη κορυφή διάσπασης της κυτταρίνης της δασικής ύλης από τους 350 οC στους 250 οC. Επιπλέον στην περίπτωση του DAP, έχουμε αλλαγή του προφίλ του θερμογραφήματος, καθώς η παρουσία του DAP προκαλεί διάσπαση της ενδόθερμης κορυφής της κυτταρίνης σε δύο επιμέρους. κορυφές: η μία έχει το μέγιστο της στους 215 οC και η άλλη στους 280 οC. Κατόπιν τούτων, θα μπορούσε κανείς να χαρακτηρίσει ως μέτρο της επιβραδυντικής δράσης μιας χημικής ουσίας, την ικανότητα της να μετατοπίζει το ενδόθερμο της διάσπασης της κυτταρίνης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Διάσπαση της κυτταρίνης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες σημαίνει ότι περισσότερη μάζα πτητικών –εύφλεκτων- ουσιών ελευθερώνονται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, σε θερμοκρασίες δηλαδή κάτω από το σημείο ανάφλεξής τους. Τα συμπεράσματα αυτά μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για την ανάπτυξη νέων χημικών επιβραδυντικών μέσων για τη αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση των δασικών πυρκαγιών.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1. Liodakis, S.E., M.K.Statheropoulos, N.E.Tzamtzis, A.A.Pappa, G.K.Parissakis. 1996. The effect of salt and oxide-hydroxide additives on the pyrolysis of cellulose and pinus halepensis pine needles, Thermochimi. Acta 278 :99-108
2. Pappa, A.A., N.E.Tzamtzis, M.K.Statheropoulos, S.E.Liodakis, G.K.Parissakis. 1995. A comparative study of the effects of fire retardants on the pyrolysis of cellulose and pinus halepensis pine needles. J. Anal. Appl. Pyrolysis 31 : 85 – 108.
3. Sekiguchi, Y. and Shafizadeh, F. 1982. The effect of inorganic additives on the formation, composition, and combustion of cellulosic char., J. Appl. Polym. Sci. 29: 1267-1286.
4. Statheropoulos, M., A. Pappa, N. Tzamtzis,. G. Parissakis. 1995. Thermal analysis of pinus halepensis pine needles and their main components in the presence of (NH4)2HPO4 and (NH4)2SO4. Thermochim. Acta 261:165-173.
5. Susott, R.A. 1980. Thermal Behaviour of Conifer Needle Extractives. Forest Sci. 26:347-360.
6. Tzamtzis, N., S. Liodakis, A. Pappa, M. Statheropoulos, G. Parissakis. 1997. The effect of (NH4)2HPO4 and (NH4)2SO4 on the composition of volatile organic pyrolysis products of cellulose: Py-GC studies. Polym. Degrad. Stab. 56: 287-290.
7. Σ. Λιοδάκης, Δ. Μπακιρτζής, Δ. Βορίσης και Δ. Γάκης, « Ερμηνεία του μηχανισμού ανάφλεξης δασικής ύλης με θερμικές μεθόδους ανάλυσης », Πανελλήνιο Συνέδριο Χημείας, 2001.