Časopis 112 ROČNÍK XXIII ČÍSLO 11/2024

HZS Ústeckého kraje je zapojený do procesu přípravy stavby Krušnohorského tunelu, který bude součástí nové železniční vysokorychlostní trati Drážďany–Praha. Technický ústav požární ochrany nově řeší dva výzkumné projekty, které byly získány v rámci veřejné soutěže „Program bezpečnostního výzkumu ČR“ s označením SECTECH. Typová činnost složek integrovaného záchranného systému při poskytování psychosociální pomoci vychází z předpokladu, že při řešení mimořádných událostí je potřeba brát v potaz i její možné psychosociální dopady na osoby zasažené danou událostí, na záchranáře a na další zasahující a pomáhající osoby. Statické narušení domu po výbuchu komplikovalo vyšetřování příčiny vzniku požáru 

Technický ústav požární ochrany (TÚPO) nově řeší dva výzkumné projekty, které byly získány v rámci veřejné soutěže „Program bezpečnostního výzkumu ČR“ s označením SECTECH. Oba projekty mají dobu řešení tři roky, která bude probíhat v letech 2024–2026. V tomto článku budou blíže představeny oba projekty, jejich cíle a předpokládaný průběh řešení. Projekty mají na starosti řešitelské týmy, jejichž součástí je TÚPO, a v obou případech jsme v roli dílčího řešitele.

Projekt „Pokročilé materiály pro ochranu archiválií před požárem“ označovaný zkratkou MAPOA

Ve státních archivech České republiky je elektronickou požární signalizací chráněno přibližně 53 % depozitářů a stabilními hasicími systémy pouze 5 %. Možností, jak preventivně chránit významné písemné památky uložené v archivních depozitářích před poškozením ohněm, je protipožární ochrana archivních obalů (tzv. archivních krabic) aditivními retardéry hoření na bázi bentonitu a slídy. Ve spolupráci Vysoké školy chemicko-technologické v Praze (VŠCHT), Vysokého učení technického v Brně (VUT), TÚPO a výrobce lepenek EMBA, spol. s r. o., vznikl projekt MAPOA, který si klade základní cíle:

• optimalizace složení aditivních retardérů na bázi bentonitu a slídy (koncentrace, pojiva, reologické vlastnosti),
• výběr a ověření vhodné nanášecí nebo tiskové techniky pro průmyslové nanášení retardérů na lepenky,
• studium vlivu retardérů na fyzikálně-chemické vlastnosti lepenek a uložené archiválie včetně mikrobiologické odolnosti lepenek,
• laboratorní a poloprovozní ověření protipožární účinnosti,
• optimalizace potisku archivních lepenek retardéry hoření v průmyslovém měřítku.

Úvod do projektu

Trendem ve vývoji retardérů hoření pro organické polymerní materiály je obecně odklon od použití poměrně efektivních halogenovaných sloučenin kvůli perzistenci a následné kumulaci v životním prostředí některých zástupců této kategorie. Vyřazovány bývají též látky toxické a kancerogenní. Pozornost se zaměřuje na vývoj nových retardérů hoření s obsahem fosforu, nacházejí se nová využití pro semi-syntetické látky (např. expandovatelný grafit), testovány jsou přírodní organické i anorganické sloučeniny (např. ligniny a jíly) a uvažuje se také o možnostech zapojení genového inženýrství pro modifikaci zdrojů přírodních polymerů. Zkoumány jsou nové aplikační formy již osvědčených retardérů hoření (zmenšování velikosti částic, uzavírání sloučenin do kapslí, nanášení novými technikami apod.). Papír se jakožto snadno spalitelný materiál v případě potřeby běžně ošetřuje látkami s retardačním účinkem na proces hoření. To ovšem, podle dostupných literárních informací, neplatí pro archivní lepenky, z nichž se vyrábí obaly na artefakty uchovávané v depozitářích kulturních institucí. Příčinou může být možnost, že se až dosud nedařilo nalézt dostatečně šetrný, dlouhodobě efektivní, zdravotně nezávadný a zároveň ekonomicky dostupný retardér hoření použitelný pro tento typ materiálu s vysokými nároky na chemickou stálost či vhodný způsob jeho aplikace. Požární ochrana archiválií se proto zaměřuje na nařízení, cvičení krizových situací, elektronickou požární signalizaci, vhodné konstrukční řešení budov a aktivní ochranu vybraných prostor skrze nákladné automatické hasicí systémy.
Novost a jedinečnost tohoto projektu je již v tom faktu, že toto téma nebylo doposud nikým řešeno. Protipožární ochrana kulturních a paměťových institucí (pokud nějaká je) se soustředí na elektronickou požární signalizaci, případně u větších národních institucí na stabilní hasicí systémy využívající různé typy hasicích médií (inertní plyn, vodní mlhu nebo tzv. hypoxickou ventilaci). Ochrana archivních obalů, které tvoří první ochrannou bariéru uložených dokumentů před negativními okolními vlivy (např. požár), aditivními retardéry hoření nebyla nikde ve světě realizována.

Harmonogram řešení

Projekt je řešen týmem specialistů v oblasti materiálového tisku (VUT), výzkumu v oblasti požární ochrany (TÚPO) a materiálového výzkumu v oblasti konzervování-restaurování objektů kulturního dědictví (VŠCHT). Současně jsou začleněni do řešitelského týmu odborníci z kartonážní firmy, která několik desítek let vyrábí a dodává na tuzemské i zahraniční trhy archivní lepenky a obaly (EMBA). V rámci projektu jsou plánovanými výsledky:

• vytvoření archivní lepenky se sníženou hořlavostí s potenciálem průmyslového využití (právní ochrana výsledku bude zajištěna v podobě užitného vzoru),
• výrobní postup lepenky se sníženou hořlavostí, který bude představovat kompletní technologický postup.

Každý výsledek má jednoho účastníka určeného jako odpovědného garanta, který koordinuje práce směřující k jeho dosažení a řídí práci ostatních účastníků. Pro dosažení každého výsledku jsou explicitně naplánované konkrétní činnosti a časové milníky umožňující kontrolu postupu řešení. Celý projekt je řešen podle tohoto harmonogramu, a to s přihlédnutím k celkovým cílům projektu. Těmi jsou:
a) optimalizace složení aditivních retardérů na bázi bentonitu, slídy a pojiva (stanovení minimální účinné koncentrace aditivních retardérů, výběr vhodného pojiva retardérů a studium reologických vlastností navržených směsí); do řešení této aktivity bude zapojeno VŠCHT, VUT, TÚPO a společnost EMBA,
b) výběr a ověření vhodné nanášecí nebo tiskové techniky (sítotisk, válcové nanášení, případně štěrbinové nanášení...) pro průmyslové nanášení retardérů na lepenky; do řešení této aktivity bude zapojeno VUT a společnost EMBA,
c) studium vlivu retardérů na fyzikálně-chemické vlastnosti lepenek (parametry barvového prostoru CIELab, pH studeného výluhu, číslo kappa lepenek s nanesenými retardéry, pevnost v tahu) a studium vlivu nanesených retardérů na uložené archiválie na lignocelulózovém podkladu (tzv. křížová infekce a stanovování uvolňovaných těkavých organických sloučenin pomocí sorpčních vláken SPME s následnou desorpcí a vyhodnocením pomocí GC-MS); do řešení této aktivity bude zapojeno VŠCHT,
d) laboratorní ověření protipožární účinnosti nanesených retardérů (termická analýza, lineární rychlost hoření, kyslíkové číslo, kónická kalorimetrie, toxicita plynných zplodin, optická hustota kouře) a požární zkouška ve středním měřítku; do této aktivity bude zapojeno TÚPO a VŠCHT,
e) optimalizace potisku vybraných archivních lepenek z produkce společnosti EMBA retardéry hoření v průmyslovém měřítku; do této aktivity bude zapojena společnost EMBA a VUT.

Využitelnost výsledků projektu

Depozitáře státních archivů (ale i knihoven, muzeí a galerií) jsou v současné době nedostatečně chráněny před požárem. Protipožární ochrana obalů (archivních krabic), které jsou v přímém kontaktu s uloženými archiváliemi (knihami, muzejními nebo galerijními objekty, artefakty), proto významně zvyšuje pravděpodobnost záchrany nebo alespoň minimalizaci jejich nevratného poškození v případě požáru. Proto lze přepokládat, že o výsledek projektu (archivní krabice / obal se sníženou hořlavostí) bude mít (zvláště po nedávném požáru historických budov včetně archivu v Banské Štiavnici na Slovensku) enormní zájem tento segment trhu. Navíc mohou být takto chráněny i významné současné dokumenty státní správy. Z hlediska bezpečnostního výzkumu se tak zvyšuje bezpečnost infrastruktur státu (státní archivy jsou součástí Ministerstva vnitra). Samotné experimenty vedoucí k výsledku budou přínosné i pro vědeckou komunitu, jejíž výzkum se zaměřuje na ochranu kulturního dědictví před požárem (např. zařazení studie křížové infekce a uvolňujících se těkavých organických sloučenin z archivní lepenky s nánosem retardéru představuje nový přístup a pohled na hodnocení kvality ochranných obalů pro dlouhodobé uložení archivních dokumentů a dalších objektů kulturního dědictví).

Příklad účinnosti retardéru hoření při zkoušce ve středním měřítku při největším plamenném hoření. Prostřední obrázek je materiál s nanesenou vrstvou funkčního retardéru. Obrázek z disertační práce Ing. Martiny Novákové, Ph.D.

Projekt „Ochrana obyvatelstva a zasahujících složek IZS ČR před emisemi z požárů lithiových akumulátorů“ označovaný zkratkou FILIB

V současné době neexistuje v tuzemsku podrobná studie věnující se problematice požárů Li-Ion akumulátorů, postupu při jejich hašení s ohledem na vznikající toxické zplodiny (plynné i kapalné) a následném zpracování hasebních vod s obsahem toxických kovů. Z dostupné literatury lze jen teoreticky předjímat, jaké látky mohou být v emisích z požárů přítomny. Chybí však podrobnější vhled do problematiky zejména s ohledem na určení koncentrací toxických látek jak v dýmu při hoření, tak v hasebních vodách po uhašení požárů. Tato neznalost může potenciálně vést k ohrožení zdraví jedinců zasahujících složek integrovaného záchranného systému (IZS) i okolního obyvatelstva. Proto považujeme řešení této problematiky za velmi aktuální a celospolečensky významné. Ve spolupráci VŠCHT, TÚPO a firmy DEKONTA, a. s., vznikl projekt FILIB, který si klade tyto základní cíle:

• identifikace látek v plynných a kapalných emisích s následnou tvorbou dvou certifikovaných metodik využitelných pro zásahové jednotky při požárech Li-Ion akumulátorů (elektromobilita, zařízení pro zpětný odběr baterií či recyklační střediska),
• nalezení vhodných technologií pro čištění hasebních vod,
• minimalizace rizik spojených s vlastní recyklací Li-Ion akumulátorů (bezpečné skladování, regenerace odpadních vod vzniklých recyklací Li-Ion akumulátorů),
• tvorba přenosného osobního bateriově napájeného detektoru kyselých plynů, jako je HCl či HF pro mobilní využití v terénu.

Úvod do projektu

Elektromobilita patří mezi odvětví dopravy, které se v posledních letech velmi dynamicky rozvíjí. Rozvoji elektromobilů napomáhá legislativa a politické intervence, proto všechny studie s predikcemi trhu publikované v posledních letech očekávají celosvětový nárůst podílu elektromobilů na trhu. Obdobná situace je i v České republice, kde je rozvoj elektromobility strategickým cílem č. 1 v rozvoji čisté mobility. Klíčovým dokumentem je Národní akční plán čisté mobility. Na základě námi provedené rešerše zaměřené na bezpečnost provozu jsme zjistili, že většina pozornosti je věnována riziku úrazu elektrickým proudem a riziku požáru. Mnohem méně je pozornost zaměřena na toxické zplodiny uvolňované při mimořádné události. Složení a toxicita zplodin hoření / tepelného rozkladu závisí na použitých bateriích. Lithiové baterie se od sebe liší velikostí, tvarem a složením. Mezi nejčastější typy patří akumulátor Li-Ion, Li-polymer, lithium-železo-fosfátové a další. Již teď se pohybuje počet různých typů akumulátorů na trhu v desítkách a je zde předpoklad dalšího nárůstu. Kromě běžných toxických a hořlavých plynů, jakými jsou např. oxid uhličitý nebo organické výpary z elektrolytu, dochází v případě požárů / mechanického poškození lithiových akumulátorů k uvolňování např. fluorovodíku, fluoridu fosforečného, trifluoridu kyseliny fosforečné, případně dalších plynných zplodin v podobě HCl, HBr, HCN, a organických sloučenin vzniklých termickým rozkladem plastů. Na základě dostupné rešerše nebyl hodnocen vliv toxických zplodin na životní prostředí s využitím ekotoxikologických testů.
Z rešerše současného stavu poznání vyplývá, že se doposud publikované práce zabývaly zejména zvýšením bezpečnosti Li-Ion akumulátorů či analýzami plynných zplodin hoření jen vždy pro konkrétní druh Li-Ion akumulátoru. Dosud však v žádném projektu či publikaci nebyly komplexně hodnoceny plynné zplodiny hoření jednotlivých typů Li-Ion akumulátorů, ani kontaminace hasebních vod a rovněž nebyla v takovém rozsahu hodnocena případná toxicita těchto plynných zplodin a kontaminovaných vod pro životní prostředí. Při hoření Li-Ion akumulátorů dochází nejen k uvolňování plynných produktů hoření do ovzduší, ale také při hašení dochází k absorpci těchto plynných produktů do hasební vody a jejich splachům do okolních zemin či podzemních a povrchových vod. Z tohoto postu je řešený projekt unikátní komplexním zhodnocením složení a toxicity plynných produktů hoření Li-Ion akumulátorů i splachů toxických látek v hasebních vodách s ohledem na ekotoxicitu vůči jednotlivým složkám životního prostředí s využitím zástupců akvatických a terestrických organizmů (rostlin, bezobratlých živočichů a bakterií). V neposlední řadě je tento projekt unikátní tím, že v rámci projektu bude navržen systém detekce kyselých plynů pro ochranu zasahujících jednotek Hasičského záchranného sboru České republiky (HZS ČR) při požárech Li-Ion akumulátorů. Tento projekt by tak v konečném důsledku měl vést k maximalizaci bezpečnosti složek IZS zasahujících při hoření Li-Ion akumulátorů. Dalším prvkem novosti tohoto projektu budou certifikované metodiky stanovení složení toxikantů uvolněných z Li-Ion akumulátoru do ovzduší a hasebních vod, jež budou výsledky řešení tohoto projektu, a významnou měrou tak přispějí ke zjednodušení procesu odběru vzorků zplodin hoření a jejich následným analýzám.

Metodologie a postup řešení

Na základě provedené rešerše budou vybrány vzorky Li-Ion akumulátorů, které nejlépe odpovídají zastoupení jednotlivých používaných bateriových systémů na českém trhu. Z ekonomických důvodů budeme zkoušky realizovat nikoliv s celými bateriemi, ale pouze s jejich částmi. Tyto části budou vystaveny tepelnému toku s následným jímáním zplodin tepelného rozkladu/hoření. Zplodiny budou následně analyzovány pomocí infračervené (FTIR) spektrometrie (s primárním zaměřením se na anorganické plyny) a také pomocí plynové (GC) chromatografie (se zaměřením se na organické látky). Dále budou analyzovány a identifikovány látky uvolňující se do vod během hašení hasebními pěnami nebo ponorem do vody. Budou použity reálné vzorky vody z hašení požárů elektromobilů (TÚPO) a z ponorných van (Dekonta). Ty budou analyzovány s využitím atomové absorpční spektrometrie (AAS), vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC) a hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS). Ekotoxikologické testy budou prováděny na bateriích terestrických a akvatických organizmů, zejména pak organizmů, jako je Lemna minor či Daphnia magna, pro určení toxicity vůči složkám životního prostředí. Analýzy prvkového složení plynných zplodin a splachů budou prováděny s využitím optické emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES), atomové emisní spektrometrie s mikrovlnně indukovaným dusíkovým plazmatem (MP-AES) a AAS. Analýzy organických kontaminantů budou také prováděny s využitím GC-MS detekce (plynová chromatografie s hmotnostní spektrometrií). Analýzy iontů (kationtů a aniontů) budou prováděny kapilární elektroforézou. Dále budou ověřeny vhodné technologie pro zpracování hasebních vod (fyzikálně-chemické metody, membránová separace a reversní osmóza) a bude vybrána nejvhodnější technologie pro úpravu  vod pocházejících nejen z ponorných lázní, ale i z recyklačních linek, resp. vybíjecích van.

Využitelnost výsledků projektu

Výsledky projektu jsou zaměřeny pro využití složkami IZS, a to především HZS ČR. Certifikované metodiky poskytnou jasný návod na stanovení složení plynných zplodin tepelného rozkladu/hoření Li-Ion akumulátorů a složení hasebních vod z požárů Li-Ion akumulátorů. Tyto metodiky jsou využitelné pro chemické laboratoře HZS ČR a na základě stanovení podle těchto metodik bude možné orientačně posuzovat vliv na životní prostředí. Nedílnou součástí řešení projektu je i publikační činnost, která je určena i pro vědeckou komunitu. Výsledky projektu budou také využity v provozu prototypové recyklační linky na Li-Ion akumulátory, která vznikla v rámci předchozího projektu č. CZ.01.1.02/0.0/0.0/21_374/0026809. Výsledky projektu, zejména postup pro bezpečné skladování Li-Ion akumulátorů, bude také využívat společnost ECOBAT, zajišťující zpětný odběr baterií a akumulátorů v celé ČR.

Ukázka hoření Li-Ion baterie, která byla poté louhována ve vodě, aby následně bylo možné studovat popsané veličiny

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za účelové podpory Ministerstva vnitra z projektu VB02000068 „Ochrana obyvatelstva a zasahujících složek IZS ČR před emisemi z požárů lithiových akumulátorů“ a projektu VB02000064 „Pokročilé materiály pro ochranu archiválií před požárem“ v „Programu bezpečnostního výzkumu ČR, vývoj, testování a evaluace nových bezpečnostních technologií (SECTECH)“.

plk. Ing. Jan KARL, Technický ústav požární ochrany, foto archiv Technického ústavu požární ochrany

vytisknout  e-mailem  X Corp.   Facebook