Novo estudo revela como fazer com que os fogos florestais prescritos ardam de forma mais segura e limpa

Os incêndios programados combatem literalmente o fogo com mais fogo. Muitas vezes referido como um “fogo benéfico”, visa áreas em risco de incêndios florestais e queima material que, de outra forma, poderia alimentar um futuro incêndio.

No entanto, todos os incêndios, acidentais ou planeados, produzem fumo que pode causar problemas de saúde e respiratórios, especialmente nas comunidades vizinhas. Os fogos libertam substâncias químicas nocivas, como os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP), que são cancerígenos – os HAP podem causar cancro, danos nos pulmões e enfraquecer a imunidade das pessoas que inalam o fumo.

Recentemente, num estudo publicado na Atmospheric Pollution Research, cientistas da Universidade de Stanford sugeriram formas de efetuar queimadas prescritas com implicações drasticamente reduzidas para a saúde. Determinaram que a simples alteração de algumas das condições de queima pode reduzir as emissões de PAH até 77%. Os investigadores estimam que isto poderia reduzir os riscos de cancro resultantes da exposição ao fumo em mais de 50%.

“Existe claramente um potencial para melhorar os procedimentos de queima prescrita, de modo a reduzir o impacto na saúde”, afirma Karl Töpperwien, principal autor do artigo e pós-doutorado no Departamento de Engenharia Mecânica da Escola de Engenharia. “Podemos essencialmente matar dois coelhos com uma cajadada só – proteger os ecossistemas e simultaneamente proteger as comunidades que, de outra forma, estariam em risco.”

Muitas mãos fazem um trabalho leve

Para concretizar este novo método, a equipa de Töpperwien adoptou uma abordagem multidisciplinar, colaborando com investigadores médicos da Harvard T.H. Chan School of Public Health, físicos do SLAC National Accelerator Laboratory e investigadores químicos da Aerodyne Research Inc.

Os investigadores médicos identificaram os poluentes mais tóxicos dos incêndios florestais, em termos de danos potenciais para os seres humanos. Muitos PAH estão listados como poluentes carcinogénicos pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) e podem causar impactos a longo prazo na saúde. “Concentrámo-nos nestes poluentes prioritários porque a exposição a estes poluentes pode causar cancro, inflamação e outros tipos de doenças”, afirma Töpperwien.

Uma vez identificados, o obstáculo seguinte era a forma de medir com precisão estes poluentes. Foi aqui que os químicos contribuíram com os seus conhecimentos. “São excelentes experimentalistas que avançaram realmente na fronteira da medição de espécies químicas com elevada seletividade e precisão”, explica Matthias Ihme, autor sénior do artigo e professor de engenharia mecânica na Escola de Engenharia e de ciência de fotões no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC.

A equipa de Töpperwien e Ihme uniu os seus esforços de colaboração ao construir o aparelho experimental que permitiu estas medições e ao fornecer conhecimentos sobre os fundamentos do comportamento do fogo. Construíram uma câmara de combustão de dimensões laboratoriais onde queimaram amostras de pinheiro branco oriental, uma das árvores mais comuns encontradas no leste dos EUA, com as emissões mais elevadas de PAHs entre as madeiras duras e moles comummente estudadas.

Fogos de ajuste fino

Ajustando a humidade, o calor e o nível de oxigénio das fogueiras, os investigadores realizaram experiências de queima controlada no seu laboratório. Utilizaram espectrómetros de massa atmosférica e de aerossóis de alta resolução para medir as emissões gasosas de HAP e os aerossóis em fase de partículas em tempo real.

As suas experiências revelaram que o ajuste fino de três condições pode reduzir as emissões de HAP até 77%.

A primeira condição diz respeito ao teor de humidade do combustível. Descobriram que a madeira deve ter um teor de humidade de 20-30% – demasiado seca e arde demasiado depressa, produzindo mais fumo, mas demasiado húmida e arde, emitindo níveis elevados de HAP.

Em segundo lugar, a intensidade de calor do fogo deve situar-se entre 60-70 kW/m². Diferentes níveis de carga térmica promovem diferentes reações químicas que, em última análise, formam HAP: regular o calor significa encontrar o “ponto ideal” onde se formam menos HAP.

Por último, as fogueiras têm de arder com níveis de oxigénio de 5-15%. Um nível demasiado baixo de oxigénio pode causar queimaduras ineficientes, conduzindo a demasiado fumo, enquanto um nível demasiado elevado de oxigénio pode fazer com que o fogo arda incontrolavelmente.

Estes três parâmetros de queima podem efetivamente tornar as queimadas prescritas mais seguras e limpas para o ambiente e para as comunidades que vivem perto de regiões propensas a incêndios.

Fogo no terreno

Em última análise, a questão é saber se estes incêndios em laboratório podem ser reproduzidos em queimadas prescritas na vida real. Os investigadores acreditam que é altamente possível e referem que muitas das técnicas que poderiam controlar estas condições já são utilizadas em testes no terreno.

“Haverá algumas limitações para aumentar a escala, mas vejo claramente um caminho para tornar esta técnica mais viável para uma gama mais ampla de condições ambientais”, diz Ihme, que também é um investigador principal do Stanford PULSE Institute no SLAC.

De facto, Töpperwien observa que os gestores florestais e as equipas de queimadores preparam frequentemente a madeira através de tratamentos pré-queima, como o corte, a secagem e a medição do teor de humidade, para aumentar a eficiência da queima. O teor de humidade é talvez o parâmetro mais simples de controlar. O nível de oxigénio e a intensidade do fogo são afetados pelo tamanho da madeira queimada e pela disposição da pilha de madeira queimada, mas será necessária mais investigação para compreender como influenciar com precisão estes parâmetros numa queima real.

Para a equipa, os próximos passos incluem replicar as queimadas de laboratório numa experiência de campo e observar como as suas descobertas se traduzem em queimadas prescritas na vida real. Os investigadores vão também alargar este trabalho fazendo experiências em diferentes madeiras e encontrando o melhor equilíbrio entre queimadas mais limpas, consumo de combustível e o custo da utilização destes métodos.

“O fogo é mais complexo do que pensamos”, diz Ihme. “Não se trata apenas de descobrir onde está a chama, mas também como o fumo é transportado, como afeta a saúde a longo prazo e como é admitido no ambiente à medida que se instala do ar no solo”, conclui.