07/05/2025
0Для предотвращения пожаров, вызванных литий-ионными аккумуляторами, и возгораний, возникающих на стыке диких и освоенных земель, требуются сложные научные разработки.
После катастрофического пожара в августе 2023 года в Лахайне (Гавайи) генеральный прокурор штата выбрал Научно-исследовательский институт пожарной безопасности ULRI для анализа пожара и разработки стратегий снижения риска. Фото Мэтью Тейер/The Maui News через AP/Alamy Stock Photo
23 ноября 1903 года в Чикаго открылся театр «Ирокез», вызвавший восторженные отзывы. «Немногие театры в Америке могут сравниться с его архитектурным совершенством», — аплодировал один из комментаторов. Место проведения было «абсолютно огнестойким», как хвастались его афиши.
Пять недель спустя, во время праздничного дневного представления 30 декабря, на котором присутствовало 1800 человек, Iroquois был охвачен пламенем. До атаки на Всемирный торговый центр 11 сентября 2001 года это была самая страшная строительная катастрофа в США
Underwriters Laboratories, основанная в 1894 году для обеспечения безопасности, присоединилась к расследованию того, что пошло не так в Iroquois. В здании не было ни одной пожарной сигнализации. Основные пути эвакуации были перекрыты запертыми дверями. Огнетушитель, – единственное средство безопасности, которое могло бы остановить пожар в самом начале, когда электрический свет зажег занавес за кулисами, не сработал.
«Мужчина положил пищевую соду стоимостью 10 центов в 5-центовую жестяную трубку. Он продал ее за 3 доллара как огнетушитель», — возмущался основатель UL Уильям Генри Меррилл-младший, сравнивая приспособление с фальшивой волшебной палочкой. «К сожалению, в пожаре не было ничего «притворного», и результат оказался вполне реальным для семей и друзей более 600 женщин и детей, чьи жизни были принесены в жертву ради того, чтобы человек мог получить прибыль в 2 доллара».
Решив предотвратить подобные бессмысленные трагедии в будущем, Merrill создала операцию по сертификации, чтобы заверить общественность в том, что продукция с ее отличительным знаком прошла научные испытания и может безопасно использоваться. Более века спустя UL по-прежнему находится на переднем крае противопожарной безопасности.
«То, что делало нас значимыми в конце 1800-х годов, делает нас значимыми сегодня, если не больше», — говорит Стив Кербер, вице-президент и исполнительный директор Института исследований пожарной безопасности (FSRI), входящего в состав UL Research Institutes (ULRI). «Мы пытаемся понять эти новые продукты, модели поведения или технологии, когда они являются концепцией… чтобы понять, какое влияние они оказывают до того, как люди умрут».
Опасность на окраине города
FSRI и его партнеры из числа других научно-исследовательских институтов ULRI сосредоточены на двух основных проблемах, обе из которых возникли в результате новых технологических и социальных разработок: пожары, вызванные литий-ионными аккумуляторами, и пожары, возникающие на стыке дикой природы и городской застройки.
Пожары на границе лесных массивов и городов, как их называют, особенно опасны. Опасныни не только угрожают домам и предприятиям, но и потому что «топливо, которое может гореть, включает в себя множество вещей человеческого происхождения: пластик, каучук, системы хранения энергии, солнечные батареи и многое другое», — говорит Кристофер Дж. Крамер, временно исполняющий обязанности президента и главный научный сотрудник ULRI. «Газы и твердые частицы, которые производятся при таких обстоятельствах, вероятно, будут гораздо более опасными».
Пожар, уничтоживший большую часть исторического города Мауи Лахайна в августе 2023 года, является одним из самых разрушительных примеров пожара на границе дикой природы и города. Возникший около школы в период сильных ветров и низкой влажности, кустарниковый пожар быстро распространился. До того, как его потушили, огонь убил 101 человека, сжег около 2000 строений и нанес ущерб на сумму 5,5 млрд долларов. По просьбе генерального прокурора Гавайев Кербер и группа FSRI провели независимую проверку трагического пожара. Кроме того, группа из Научно-исследовательского института химических исследований ULRI (CIRI) собрала образцы пыли, почвы и золы, чтобы определить, какие экологические опасности таятся в обломках.
В качестве основы своего анализа команда FSRI составила всеобъемлющую хронологию события, что является огромным начинанием. «Вы опрашиваете каждого вовлеченного человека, от пожарной части до полиции, агентства по управлению чрезвычайными ситуациями, людей из штата, людей из федеральных органов, частных компаний», — говорит Кербер.
Что они узнали на данный момент, так это то, что «не было единого фактора или набора факторов, которые привели к трагическому исходу», как группа выразила это во втором отчете о пожаре. Подпитываемый ураганными ветрами и неуправляемой сухой растительностью, пожар ускорился, а в регионе не было достаточных ресурсов, чтобы остановить такой агрессивный пожар.
«Это проблема не только Гавайев», — подчеркивает Кербер. Изменение климата создало более теплые и сухие условия, благоприятные для пожаров, в то время как городское развитие продолжает вторгаться в дикие районы. В результате, говорит он, «это проблема, которая происходит по всей стране разными способами, с разными уровнями риска».
Более быстрое горение и опасные газы
Одним из повсеместных факторов риска является то, что пожары в жилых домах горят быстрее. При пожарах в домах 40 или 50 лет назад у жителей было в среднем около 17 минут, чтобы спастись; теперь это всего три минуты. Открытая планировка этажей увеличивает количество кислорода, доступного для питания пламени. Новая мебель и строительство домов используют синтетические материалы, которые тратят меньше энергии на возгорание и выделяют больше энергии при горении. Итог Кербера: «Наши дома не такие прочные, как раньше».
Распространенность литий-ионных аккумуляторов, вторая большая проблема FSRI в наши дни, буквально подливает масла в огонь. Они не только могут разжечь пожар, объясняет Адам Барови, ведущий инженер-исследователь FSRI, но «когда они реагируют в процессе теплового разгона» — неконтролируемого саморазогрева — «они также подпитывают очень быстро разрастающийся пожар».
Эти батареи появляются практически во всем. «Если раньше у него был шнур», — говорит Барови, «то теперь у него есть батарея — и это, вероятно, литий-ионная батарея». Его коллеги из Научно-исследовательского института электрохимической безопасности ULRI (ESRI) изучают, и другие варианты, такие как батареи на основе натрий-ионной химии, выясняя подвержены тепловому разгону. Пока что исследования ESRI натрий- и литий-ионных ячеек, похоже, дают схожие результаты.
Изучая будущие варианты, Барови и его команда работают с профессионалами пожарной службы, чтобы узнать больше о современных пожарах. Для этого им нужно поджечь их. FSRI использует огромную лабораторию за пределами Чикаго, где исследователи могут построить несколько домов, а затем сжечь их в контролируемых условиях. Другие испытания проводятся в полевых условиях. Кербер, который происходит из длинного рода пожарных и начал свою карьеру в качестве пожарного, шутит, что провел последние 20 лет, сжигая здания по всей стране — «высотное здание в центре Чикаго, торговый центр в Огайо».
На этот раз Барови и его команда отправились на железнодорожную станцию Делавэра. Они объединились с Amtrak и пожарной службой города Нью-Йорка, чтобы провести там эксперимент: что может произойти, если электромобильное устройство (например, электровелосипед) загорится в вагоне поезда? Как быстро может разгореться пожар? Насколько большим он может стать? Как долго он может продлиться?
Amtrak предоставила железнодорожный вагон, который команда оснастила множеством приборов, включая камеры, датчики температуры и давления. «Мы будем измерять такие вещи, как газы, которые могут вызвать проблемы с дыханием», — говорит Барови. «Все вещи, которые могут повлиять на ваше самочувствие внутри этого замкнутого пространства».
Популярность электровелосипедов, литий-ионные аккумуляторы которых могут представлять опасность возгорания, обусловливает актуальность испытаний безопасности ULRI. Стерлинг Лоренс Фото/Момент/Getty Images
Барови и его коллеги, конечно, беспокоятся о безопасности пассажиров — электровелосипеды — обычное явление в пригородных поездах и метро, — но также и о благополучии специалистов пожарной службы, вызванных для тушения пожаров. Когда газы улавливаются из возгорания аккумулятора электровелосипеда во время контролируемого сценария, «это помогает спасателям узнать, какие типы химического воздействия они могут получить и как их уменьшить», — говорит Барови.
Кербер говорит, что партнерство с пожарными службами является важнейшей частью миссии FSRI. Совет выдающихся пожарных консультирует их, и пожарные часто участвуют в планировании экспериментов, что является культурным сдвигом для профессии, которая, как правило, опирается на традиции в качестве руководства.
«Если я чем-то и горжусь из того, что мы сделали за последние пару десятилетий, — говорит Кербер, — так это тем, что, по моему мнению, мы полностью изменили культуру пожарной службы, которая теперь принимает исследования, принимает науку и готова подвергать сомнению то, что сталкиваешься с жизнью на улице».
Обучение подростков науке пожарной безопасности
Офис исследовательского опыта и образования ULRI (OREE) стремится развивать этот тип мышления, основанного на фактических данных, на ранних этапах. Благодаря своей открытой онлайн-программе Xplorlabs , предназначенной для учащихся средних и старших классов, студенты знакомятся с криминалистикой пожаров и наукой, лежащей в основе пожарной безопасности, опираясь на опыт ULRI в криминалистике пожаров, пожарной безопасности, тепловом разгоне и многом другом.
Для образовательной программы по криминалистике пожаров, которая основана на исследованиях FSRI, один виртуальный учебный блок «помещает их на место пожара», говорит Келли Кина, старший директор OREE. «Они могут выбрать улики, которые, по их мнению, расскажут им, где и как начался пожар».
Запущенная в 2016 году, Xplorlabs теперь используется примерно в 4000 городов по всему миру. Ее модель сообщества объединяет местные пожарные части с учителями классов для обучения школьников опасностям, а также науке огня. Например, в столичном округе Атланты четыре школьных округа внедрили ресурсы Xplorlabs в классы STEM и объединили своих учителей с персоналом пожарной службы района в партнерские учебные программы.
С помощью Xplorlabs ULRI учащиеся узнают о причинах пожаров и мерах их предотвращения в лагерях, поддерживаемых пожарными. Фото: Офис исследовательского опыта и образования ULRI
Идея состоит в том, чтобы сделать студентов осведомленными, а не запуганными. «Мы можем указать на все эти места, где исследования и наука на самом деле делают нас безопаснее, потому что мы понимаем, как работает огонь и как он себя ведет», — говорит Кина.
Наука прошла долгий путь с тех пор, как человек мог утверждать — смертельно — что жестяной тюбик пищевой соды потушит пожар. Однако угроза пожаров не исчезла и в прошедшем с тех пор столетии. Иногда люди думают о пожаре как о «старой проблеме, с которой уже давно разобрались», — говорит Кербер. «Правда в том, что на самом деле это не так».
Сегодня пожары адаптируются, загораются из новых источников и горят новыми способами. Но наука тоже адаптируется — и Кербер, Барови и их коллеги полны решимости направить ее так, чтобы сделать мир гораздо менее горючим.
