寻找下一代消防泡沫——美国对消防泡沫的探索和遇到的问题

杰西·罗曼｜文 张微明｜译

上世纪60 年代，美国海军开始与3M 公司合作，共同研发可快速扑灭船舰上液体燃料火灾的消防泡沫。项目研究人员最终偶然创造出了一种非常有市场前景的新物质。1966 年，美国海军为水成膜泡沫灭火剂、即AFFF 申请了专利。3 年后，所有海军设施都要求在发生火灾时确保有AFFF 可用。此后，在初始配方的基础上又出现了多种变体，广泛用于军事基地、机场、油气设施和消防部门。

伦敦郊区的一处油罐着火，消防员正向储罐上喷射泡沫 图片源自NPFA Journal

到了70 年代，科学家和卫生专家对AFFF 中的全氟和多氟化合物（FPAS）产生了担忧。FPAS 不仅存在于消防泡沫中，不粘锅、防污纤维、披萨外卖盒等众多产品也含有这种物质，涉及的PFAS 种类近9 000 种。它们的分子组成有微小的区别，但都含碳氟键，且键结强度很高，超过了自然界发现的所有化学键。因此在自然环境，甚至在人体和动物体内都不会消解。鉴于这一特点，美国国家环境保护局将PFAS 称为“永久性化学品”。

调查发现，无论是演练、真实火灾还是消防车清洗，大量使用AFFF 且不回收的话，PFAS 化合物就会遗留下来，进入土壤和水系。其中全氟辛烷磺酰基化合物（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）是美国最常见的PFAS 化合物，对它们的研究也最广泛，人们在空气中、海洋里，甚至北极都发现了这种物质。

美国华盛顿特区一个名为“环境工作组”的非盈利机构，跟踪并画出了美国PFAS 污染物地图。截至2021 年10 月，50 个州和2 个领地中，已经有2 800 处被PFAS 污染。2013 至2015 年，美国国家环境保护局对美国的公共水系进行了广泛调查，发现198 个（4%）水系中至少有一种PFAS 化合物超过报告阈值。

全球各地的研究均表明，这类化学品会影响人类和野生动物。2007 年对美国各地的2 100 人进行血清检测时，在超过98%的样本中发现了PFAS。美国有毒物质和疾病登记署也表示，PFAS 暴露会增加人的患癌风险和其他健康问题风险。

如今，环境学家、卫生官员、政府和消防部门几乎形成了共识：必须要淘汰AFFF 了，而且越快越好。仅2021 年，美国严格管控AFFF 的州就从几个增加到了至少15 个，还有至少5 个州也会根据法律即将对其进行严格管控。美国军方也宣布从2024 年10 月开始停止使用AFFF。

对部分消防官员而言，他们面临着两难的境地，一方面政府禁令快速出台，另一方面快速扑灭危险液体火灾的需求又长期存在。

新泡沫 新问题

十几年来，消防泡沫制造商一直在寻找可能的AFFF 替代品。目前市场上有数十种声称不含氟的泡沫。氟是AFFF 的主要成分，而AFFF 又是PFAS 的源头之一。美国消防研究基金会、美国国防部和石油行业研究小组LASTFIRE 对这些产品进行了大量的测试，发现多个新产品可在适当条件下有效扑灭液体燃料火灾。

杰里·巴克是业内的一名研究员。他表示，无氟泡沫的有效性要建立在很多条件和复杂的细节上，这与AFFF 不同。近5 年来，他对无氟泡沫的性能进行了数百次测试。“这些无氟泡沫不是即插即用的AFFF 替代品，它们的特点不同，灭火方法也不一样”。这些因素导致AFFF 的过渡会比预期中复杂得多。

美国消防研究基金会发现，泡沫生产商、燃料类型、泡沫释放方式、消防技战术等都会影响无氟泡沫的性能，且差异很大。新产品的用户必须做好功课。虽然业内很多人看好它，但大概率这种新旧交替要面临一个陡升的学习曲线和额外成本。

对消防部门而言，选择哪种无氟泡沫只是无数问题中的一个，也是要迈出的第一步。除此之外，还有大量问题有待解决：如何处理剩余的AFFF、如何清洗旧装备、要研发哪些新装备、制定哪些新的消防策略、要开展哪些培训等等。

而问题的源头其实就一个：新型消防泡沫不含氟，而氟又是让AFFF 对灭火有效的重要成分。假如只用水来应对液体燃料火灾，火会蔓延，甚至存在火灾加剧的可能性。如果将水和3%～6%比例的AFFF 混合，就会形成数十万个小泡沫，盖在燃料上，从而将火扑灭。氟还带有小电荷，就像相斥的磁铁一样会抑制燃料，在泡沫和燃料表面形成一层薄膜。没有氟的话，液体的密度上升，便会沉到燃料和蒸气下方，效果大打折扣。

消防部门要使用新型消防泡沫，就得投资买新的喷头，重新培训消防员，使其学会根据不同泡沫的特点采用不同的灭火方法。巴克曾召集过几位从未用过新型泡沫的消防员，观察这些消防员的作业策略，再让消防员提出自己都遇到了哪些问题。演练场景是煤油火灾。巴克发现，消防员喷出的泡沫层会随着消防员的前移而消解，并在消防员周围出现覆盖漏洞，火苗会传到这些漏洞处。消防员得后退,把漏洞补上，才能继续作业。最后决定多找一个消防软管专门寻找漏洞，关注是否会复燃。

巴克总结说，消防员第一次的表现有些尴尬，他们没有什么战术，似乎一直在思考自己这是在做什么。但不到一周，消防员就掌握了这项灭火技能。这也说明，培训将会成为消防泡沫过渡期的关键。

另一个问题是，AFFF 被替换后，如何处理剩余的AFFF 以及如何评估被污染的装备。美国部分州会免费处理消防部门的AFFF，但是没有出台相关政策的地方，消防部门就得自己承担成本，约每加仑20 美元（5.3 美元/ 升）。就算消防部门能轻松处理AFFF，他们还会面临一个同样棘手的问题：如何保证新型泡沫不被残留的AFFF 污染。

期限将至

2004 年，一个名为“消防泡沫联合会”的组织通过研究发现，美国当时大概有1 000 万加仑（约3 780 万升）的浓缩AFFF，其中10%属于市政消防部门，超过80%位于军事基地、机场和油气设施内。且大多数都存放在固定的消防装置内，是可以立即执行灭火作业的。

对美国军方而言，AFFF 和无氟泡沫的性能差距极大。如果航空母舰上发生燃油火灾，那种情况是没有容错率的。对美国联邦航空管理局来说，也是同样的道理，他们要负责近2 万个公共机场和私人机场，要保证数百万旅客的安全。

几十年来，美国国防部的基地执行的都是自己制定的消防泡沫参数标准，也就是MIL-SPEC。2017年，美国国防部至少投入了2 800万美元，资助研发能达到该标准的无氟泡沫，其中一项要求是30 秒内扑灭燃油火灾。目前这么多新型泡沫产品里没有一个达标。

不过，情况可能要变化了。2019 年底美国国会通过了《国防授权法》，该法要求美国海军在2023 年1 月底前针对无氟消防泡沫发布一项新标准，并在2024 年10 月前全面过渡到用无氟泡沫灭火。根据2021 年10 月美国国会的报告，美国军方仍然有300 万加仑（约1 136 万升）的AFFF，民用机场的存有量至少是它的3 倍。

虽然美国军方尚未正式批准使用无氟泡沫，但目前市场70 多种新型产品中，已经有一些通过了UL 的性能测试。

美国消防协会（NFPA）也有针对消防泡沫的标准，例如NFPA 11 《低中高膨胀泡沫标准》和NFPA 30《易燃和可燃液体标准》。NFPA 的其他标准也有针对机场设施的，不过重点是硬件，而非泡沫的类型。关于过渡到无氟泡沫，NFPA 11 的内容几乎没什么变化，只是在附件中增加了新型泡沫的有关信息。产品尚在测试中，NFPA 11 自然也没必要进行重大修订。

巴克说，无氟泡沫未经过真实世界重大火灾的考验。假如利用当前的消防设备，无氟泡沫在实战暴露了它的缺陷，那消防设备技术委员会很可能会重新审视当前的设备设计参数。

消防部门面临的挑战是，无氟泡沫不像AFFF，AFFF 能用同样的方法扑灭大多数的燃油火灾，而无氟泡沫的有效性会受到大量因素的限制，包括燃油的类型和温度、泡沫浓度、泡沫释放装备。此外，无氟泡沫浓缩物质非常粘稠，装到容器中将其倒置，也不会流出来，因此当前的装备无法直接使用它。

油气设施也面临同样的工程难题。壳牌、雪佛龙、埃克森、英国石油等大型公司已经对无氟泡沫进行了大量研究，他们要么正在更新AFFF 消防系统，要么已经更新完毕。消防部门也要对泡沫储罐、泵、泡沫消防车进行调整，硬件和参数更新了，操作人员就要重新接受培训，培训手册也必须修改。

由此还会产生另外一个问题：如何让企业外部的消防员了解到这些信息，如何让他们也掌握新型泡沫消防系统的使用方法。很多石油天然气公司并没有全时的消防力量，而是靠当地消防部门来响应。也可能公司内部已经过渡到了新型消防泡沫，但外面的消防部门仍在用AFFF 灭火。

前路几何

鉴于目前公开的数据非常有限，巴克估算，石油行业约20%的公司已经转向新型消防泡沫了。他认为，其他公司仍然在观望，想看看这些产品是否会慢慢改善。

还有专家提到了后悔过渡到新型泡沫的现象。2000 年以来，行业经历了几种不同配方的AFFF，但最后都因为健康和环境方面的隐患被淘汰了，虽然无氟泡沫不含PFAS，但也没人能确切地说，它不会因为其他方面的安全问题而被淘汰。

要知道，这仅仅是过渡期的开始。我们仍然需要持续对它进行研究，紧跟泡沫技术的变化。有的泡沫制造商甚至宣称，已经研发出了低粘度的无氟泡沫浓缩，现存消防设备只需轻度调整就能使用。

假如工厂管理人员没有选择合适的泡沫，或者消防员没有接受相关的培训，无论新一代消防泡沫的性能如何，就都不重要了。安