Para peneliti dari Stanford Engineering telah mengembangkan gel yang dapat disemprotkan untuk membuat perisai pelindung yang dapat melindungi bangunan dari kerusakan akibat kebakaran hutan. Gel ini lebih tahan lama dan lebih efektif dibandingkan dengan produk komersial yang ada.
Dengan perubahan iklim yang menyebabkan kondisi semakin panas dan kering, musim kebakaran hutan menjadi lebih panjang dengan kebakaran yang lebih sering dan lebih besar. Dalam beberapa tahun terakhir, kebakaran hutan yang dahsyat telah menghancurkan rumah dan infrastruktur, menyebabkan kerugian besar dalam hal nyawa dan mata pencaharian orang-orang yang tinggal di daerah terdampak, serta merusak sumber daya alam dan ekonomi. Kita membutuhkan solusi baru untuk melawan kebakaran hutan dan melindungi daerah dari kerusakan.
Para peneliti di Stanford telah mengembangkan gel yang dapat meningkatkan daya tahan air dan dapat disemprotkan pada rumah dan infrastruktur penting untuk mencegah kebakaran hutan. Penelitian ini, yang diterbitkan pada 21 Agustus di jurnal Advanced Materials, menunjukkan bahwa gel baru ini lebih tahan lama dan jauh lebih efektif dibandingkan gel komersial yang sudah ada.
Pada kondisi kebakaran hutan yang biasa, gel penambah daya tahan air saat ini mengering dalam waktu 45 menit. Tim peneliti telah mengembangkan gel yang memiliki jendela aplikasi yang lebih luas—kita bisa menyemprotkannya jauh sebelum kebakaran datang dan tetap mendapatkan manfaat perlindungan—dan gel ini akan bekerja lebih baik saat kebakaran datang.
Perlindungan Tahan Lama
Gel penambah daya tahan air terbuat dari polimer superabsorben—mirip dengan bubuk penyerap yang ditemukan di popok sekali pakai. Dicampur dengan air dan disemprotkan pada bangunan, gel ini membentuk zat seperti jeli yang menempel pada struktur luar bangunan, menciptakan perisai tebal dan basah. Namun, kondisi di sekitar kebakaran hutan sangat kering – suhu bisa mencapai hampir 38 derajat Celsius dengan angin kencang dan kelembaban nol persen—sehingga air yang terkunci dalam gel cepat menguap.
Pada gel yang dirancang oleh tim peneliti, air hanya menjadi lapisan perlindungan pertama. Selain polimer berbasis selulosa, gel ini mengandung partikel silika yang akan tersisa saat gel terkena panas. Tim menemukan fenomena unik di mana hidrogel yang lembut berubah menjadi perisai aerogel yang kuat saat terkena panas, menawarkan perlindungan kebakaran hutan yang lebih baik dan tahan lama. Terobosan ini ramah lingkungan dan lebih unggul dibandingkan solusi komersial saat ini, memberikan pertahanan yang lebih baik dan dapat diterapkan secara luas terhadap kebakaran hutan.
Saat air mendidih dan seluruh selulosa terbakar, yang tersisa adalah partikel silika yang tersusun menjadi busa. Busa ini sangat isolatif dan mampu menyebarkan seluruh panas, sepenuhnya melindungi permukaan di bawahnya.
Silika ini membentuk aerogel—struktur padat dan berpori yang merupakan isolator yang sangat baik. Aerogel silika serupa digunakan dalam aplikasi luar angkasa karena sangat ringan dan dapat mencegah sebagian besar metode perpindahan panas.
Para peneliti menguji beberapa formulasi dari gel baru ini dengan menerapkannya pada potongan kayu lapis dan memaparkannya langsung pada api dari obor gas, yang suhunya jauh lebih tinggi daripada kebakaran hutan. Formulasi paling efektif mereka bertahan lebih dari 7 menit sebelum kayu mulai terbakar. Ketika mereka menguji gel penambah daya tahan air komersial dengan cara yang sama, gel ini melindungi kayu lapis kurang dari 90 detik.
Penemuan Tak Terduga
Gel baru ini dibangun dari pekerjaan Appel sebelumnya dalam pencegahan kebakaran hutan. Pada tahun 2019, Appel dan koleganya menggunakan gel yang sama ini sebagai kendaraan untuk menahan retardant (zat pencegah nyala api) pada vegetasi selama berbulan-bulan. Formulasi ini dimaksudkan untuk membantu mencegah kebakaran di daerah rawan kebakaran hutan.
Setelah kesuksesan awal itu, dibutuhkan beberapa tahun rekayasa tambahan untuk mengoptimalkan formulasi. Gel ini sekarang stabil dalam penyimpanan, mudah disemprotkan dengan peralatan standar, dan menempel dengan baik pada berbagai jenis permukaan. Gel ini terbuat dari bahan-bahan yang tidak beracun dan sudah disetujui untuk digunakan oleh U.S. Forest Service, dan para peneliti melakukan studi untuk menunjukkan bahwa gel ini mudah diurai oleh mikroba tanah.
Referensi:
[1] https://news.stanford.edu/stories/2024/08/new-gels-could-protect-buildings-during-wildfires, diakses pada 27 Agustus 2024.
[2] Changxin Dong, Andrea I. d’Aquino, Samya Sen, Ian A. Hall, Anthony C. Yu, Gabriel B. Crane, Jesse D. Acosta, Eric A. Appel. Water‐Enhancing Gels Exhibiting Heat‐Activated Formation of Silica Aerogels for Protection of Critical Infrastructure During Catastrophic Wildfire. Advanced Materials, 2024; DOI: 10.1002/adma.202407375
Alumni S1 Kimia Universitas Negeri Makassar. Pengajar kimia, penulis di warstek.com.