تحضير وتوصيف ماء جاف نمطي بملح البوتاسيوم وأداءه في إطفاء الحرائق

طرق أكثر أمانًا لإطفاء الحرائق اليومية

غالبًا ما تبدأ حرائق المنازل والمستودعات في أشياء عادية مثل الأثاث والطبالي وخشب البناء، ومع ذلك يظل إطفاؤها بسرعة وبطريقة نظيفة تحديًا. العديد من مطفآت الحريق الفعالة المستخدمة سابقًا قد تضر بالبيئة، بينما تترك أخرى غبارًا خانقًا أو تفشل في إيقاف احتراق بطيء وخفي داخل الوقود. تستكشف هذه الدراسة نوعًا جديدًا من "الماء الجاف" المصنوع من أملاح البوتاسيوم الذي يهدف إلى الجمع بين قدرة التبريد للماء ووصول المسحوق وبصمة بيئية أنظف.

مادة غريبة لكنها في الغالب ماء

قد يبدو مصطلح "الماء الجاف" متناقضًا، لكنه في الواقع قطرات دقيقة من الماء مغلفة بقشرة رقيقة من مسحوق السيليكا الكاره للماء. للعين ولمسها، يتصرف المادت مثل مسحوق ناعم يتدفق بحرية، رغم أن أكثر من 90 بالمئة منها سائل بالفعل. عمل الباحثون أولًا على كيفية صنع هذه الجزيئات بشكل موثوق: عن طريق خلط الماء منزوع الأيونات مع سيليكا محبة للماء (ممانعة للماء) بسرعة وزمن محددين بحيث يتم تمزيق السائل إلى قطرات صغيرة وتغطيتها فورًا. ثم ذابوا أملاح بوتاسيوم مختلفة في الماء قبل تغليفها، وفي بعض الحالات أضافوا هلامًا نباتي المنشأ يتصلب باردًا يساعد الجزيئات على الحفاظ على شكلها تحت الضغط.

بناء جزيئات أقوى وأسهل تدفقًا

باستخدام مجاهر قوية، لاحظ الفريق أن جزيئات الماء الجاف تقريبًا كروية ذات غلاف خارجي خشن ومحدب تشكله السيليكا. عندما أُضيف الهلام المتصلب باردًا، كانت الجزيئات تميل لأن تكون أكبر قليلًا، لكنها أيضًا صمدت أمام ضغوط عالية بشكل أفضل: بدلاً من أن تُعاد لتصبح سائلًا، انضغطت قليلاً وحافظت على بنيتها. أظهرت قياسات حجم الجسيمات وسهولة انسياب المسحوق أن الماء الجاف المصنوع جيدًا له نطاق حجم ضيق وموحد وينساب مثل الرمل الناعم. هذا التوازن مهم لأن المادة يجب أن تنتقل بسلاسة عبر الأنابيب والفوهات وأيضًا تبقى سليمة بما يكفي للوصول إلى قلب الحريق.

اختبار الماء الجاف على حرائق الخشب

لمعرفة كيف تتصرف هذه المساحيق في ألسنة اللهب الحقيقية، بنى العلماء جهاز اختبار ذو أشرطة صنوبرية مكدسة، وصينية وقود لإشعالها، والعديد من محولات الحرارة وكاميرا تحت حمراء لمراقبة درجات الحرارة. قارنوا أربع نسخ: ماء جاف عادي ومياه جافة صنعت مع ثلاثة أملاح بوتاسيوم مختلفة — أسيتات البوتاسيوم، كلوريد البوتاسيوم، وثنائي هيدروجين فوسفات البوتاسيوم — مع إضافة الهلام للقوة. تحت ضغط قياسي من غاز النيتروجين، رُشَّ كل عامل على حرائق الخشب المطورة بالكامل. في كل حالة تم قمع اللهب وانخفضت درجات الحرارة داخل وفوق الخشب إلى أقل من 100 °م خلال دقيقتين، مما يبيّن أن جميع المساحيق قادرة على إخماد هذا النوع من الحرائق.

لماذا تعمل أسيتات البوتاسيوم بشكل أفضل

على الرغم من أن جميع المواد الأربعة استطاعت إطفاء الحرائق، إلا أن المنتج القائم على أسيتات البوتاسيوم (CH₃COOK) تميز. لقد برّد الجزء الأكثر سخونة من اللهب أسرع واحتاج أقل كتلة من العامل لإنجاز المهمة. تشير الاختبارات التفصيلية إلى عدة أسباب. أولًا، عندما تصطدم الجزيئات بالنار، تنفجر بعض منها وتطلق قطرات دقيقة تتبخر بسرعة، ما يمتص كميات كبيرة من الحرارة ويساعد على خنق اللهب بالبخار وغاز النيتروجين. ثانيًا، تغطي الجزيئات السليمة سطح الخشب بطبقة مسامية من السيليكا تبطئ دخول الهواء النقي إلى الوقود. ثالثًا، عند درجات حرارة اللهب فوق 700 °م، تتحلل أسيتات البوتاسيوم لتشكّل غاز هيدروكسيد البوتاسيوم، الذي يتفاعل مع الجزيئات النشطة داخل اللهب ويقاطع التفاعلات السلسلية التي تبقيه محترقًا.

عامل إطفاء أنظف وأكثر تنوعًا

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن هذا الماء الجاف القائم على أسيتات البوتاسيوم يتصرف كمهجن ذكي بين الماء ومسحوق الجاف. إنه يتدفق ويرش مثل المسحوق، لكنه يبرد مثل الماء ويستخدم أيضًا مركبات بسيطة ومعروفة للتدخل في اللهب نفسه. وبما أنه في الغالب ماء وسيليكا، مع مركبات بوتاسيوم أقل ضررًا للغلاف الجوي من عوامل الهالون التقليدية، فإنه يحمل وعدًا كخيار أنظف لمعالجة حرائق الخشب والمواد الصلبة اليومية الأخرى، خصوصًا حيث يجب السيطرة على اللهب المكشوف والجمرة العميقة والبطيئة معًا.

الاستشهاد: Yaoyong, Y., Quan, W., Yingkang, Y. et al. Preparation and characterization of typical potassium salt dry water and its fire extinguishing performance. Sci Rep 16, 6420 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35477-7

الكلمات المفتاحية: إخماد الحرائق, الماء الجاف, أملاح البوتاسيوم, حرائق الخشب, عامل إطفاء صديق للبيئة