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Oct 21, 2023

Die portugiesische Drohne, die Waldbrände von oben löscht

An einem stillen, heißen Mainachmittag in Zentralportugal ein autogroßer Haufen Gestrüpp

An einem stillen, heißen Mainachmittag in Zentralportugal fängt ein autogroßer Buschhaufen Feuer. Als die Flammen höher schlagen, fällt plötzlich ein Wasserstrom vom Himmel.

Es regnet allerdings nicht. Eine große Drohne schwebt etwa 15 m (49 Fuß) über ihnen, an ihrem Bauch baumelt ein feuerfester Schlauch. Ein Düsenpaar auf beiden Seiten des Schlauchs besprüht die Flammen mit Wasser, während der Drohnenbediener das Gerät hinter einem Feuerwehrauto, der Wasserquelle des Geräts, steuert. In etwa zweieinhalb Minuten ist das Feuer gelöscht.

Die 21 kg (46 lb) schwere Drohne mit dem Namen Sap (portugiesisch für „Ported-Düsen-System“) ist eines der neuesten Werkzeuge im Kampf gegen extreme Waldbrände. Die Drohne ist leicht, einfach zu bedienen und in geringer Höhe wendig. Mit einer Flügelspannweite von 2,14 m (7 Fuß) und hauptsächlich aus Kohlefaser gefertigt, kann es an Orte fliegen, die für Feuerwehrleute zu gefährlich oder zu schwer zu betreten sind, sagt Carlos Viegas, ein Maschinenbauingenieur, der das Field Tech Lab und Co. der Universität Coimbra leitet -Leiter des Projekts.

„Das ist die Zukunft der Brandbekämpfung“, sagt er auf dem Weg von Coimbra zum Demonstrationsgelände in Lousâ und steuert sein schwarzes Elektroauto an mit Eukalyptusbäumen übersäten Berghängen vorbei. „Wir versuchen, Robotertechnologie in die Waldbrandbekämpfung zu integrieren. Da wir jede Möglichkeit haben, zu verhindern, dass Menschen bei der Brandbekämpfung sterben, müssen wir es versuchen.“

Der Löschdrohnentest fand statt, als in Ost- und Westkanada weiterhin zahlreiche Waldbrände ausbrachen, die zur Evakuierung Tausender Menschen führten. In Kanada wird in diesem Jahr voraussichtlich das größte Gebiet seit Beginn der Aufzeichnungen durch Waldbrände verbrannt. Auch Chile wurde Anfang des Jahres inmitten einer Hitzewelle von Hunderten gefährlichen Waldbränden heimgesucht.

Die Drohne, die zum Teil vom Flyboarding inspiriert ist, ist Teil einer weltweiten Suche nach neuen Technologien, die dazu beitragen können, die Erkennung und Bekämpfung von Waldbränden zu verbessern. Wie viele andere Gemeinden auf der ganzen Welt lebt Lousā in Erwartung des nächsten Brandes. Etwa 70 % der Gemeindefläche sind Wald.

Auf dem Demonstrationsgelände neben dem Waldbrandforschungslabor der Universität Coimbra – das als eine der wichtigsten Feuerforschungseinrichtungen in Europa gilt – erheben sich in der Ferne smaragdgrüne Berge, dicht bewachsen mit neuem Frühlingswachstum. Über ihnen erhebt sich eine Reihe von Windrädern.

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Südlich und östlich von hier kamen 2017 bei zwei großen Waldbränden 117 Menschen ums Leben, darunter ein Feuerwehrmann. Der erste Angriff, der im Juni durch Pedrógão Grande fegte, tötete 66 Menschen, verletzte 253 weitere und verbrannte 53.000 Hektar (131.000 Acres). Laut einer Studie aus dem Jahr 2019 hinterließ der Klimawandel seine Spuren in den Bränden, in Form ungewöhnlicher Dürre und Hitze in diesem Jahr. „Ich denke, 2017 hat uns die Augen geöffnet“, sagt Viegas.

Auch in diesem Jahr sind die Gemeinden angespannt, da eine anhaltende Dürre, rekordverdächtige Hitzewellen im April und ein aufkommender El Niño die perfekten Bedingungen – trocken und heiß – für die Entstehung von Bränden während einer Waldbrandsaison schaffen, die nun ab dem Frühjahr andauert bis Herbst. Nach Angaben des portugiesischen Instituts für Naturschutz und Wälder (ICNF) sind in Portugal in diesem Jahr bereits mehr als 7.000 Hektar (17 Acres) abgebrannt.

Während es schwer vorherzusagen ist, wie schwerwiegend diese Waldbrandsaison sein wird, bedeutet die Dürre, die diesen Sommer wahrscheinlich von weiteren Hitzewellen unterbrochen wird, dass Gemeinden vorbereitet sein sollten, sagt Isabel Trigo, eine leitende Fernerkundungsforscherin am portugiesischen Institut für Meer und Atmosphäre ( IPMA). Sie stellt fest, dass Portugal jedes Jahr rekordverdächtige Hitzewellen erlitten hat. „Die Gefahr einer Entzündung und Ausbreitung besteht.“

Da sich der Klimawandel beschleunigt und die Entwicklung immer näher an die Wälder heranrückt, wird die Waldbrandgefahr in Portugal – einem der am stärksten betroffenen Länder Europas – weiter zunehmen. In einem Bericht aus dem Jahr 2018 wurde festgestellt, dass sich die gesamte verbrannte Fläche im Land pro Jahrzehnt zwischen den 1980er und 2000er Jahren auf 150.000 Hektar (370.000 Acres) verdoppelt hat und im nächsten Jahrzehnt auf 500.000 Hektar (1.200.000 Acres) oder mehr ansteigen könnte.

In Portugal wird eine neue Feuerwehrdrohne getestet, die Flammen von oben löscht (Quelle: April Reese)

Viele der einheimischen Wälder des Landes haben sich so entwickelt, dass sie Bränden standhalten und in manchen Fällen auch darauf angewiesen sind, aber ein großer Teil dieses Waldes wurde durch Eukalyptus – einen australischen Baum, der erstmals in den 1830er Jahren in Portugal gepflanzt wurde – oder Kiefernplantagen ersetzt. Die Eukalyptusfläche in Zentralportugal hat sich zwischen 1995 und 2018 verdoppelt.

Maria Araújo, Ingenieurin bei Jacinto, einem portugiesischen Feuerwehrautohersteller, der bei dem Projekt mit zwei anderen Unternehmen und der Universität Coimbra zusammengearbeitet hat, sagt, dass das Projekt für viele im Team eine persönliche Bedeutung hat. „Viele Feuerwehrleute arbeiten auch bei Jacinto … Wir wollen das Risiko für Feuerwehrleute wirklich beseitigen.“

Während die Demonstration in Lousâ nur wenige Minuten dauerte, dauerte die Entwicklung des Prototyps fast vier Jahre. Der erste Schlauch, den das Team versuchte, brannte aus. Die Düse musste angepasst werden, um einen Druck zu erzeugen, der stark genug war, um das Feuer effektiv zu löschen. Da jedoch die PVC-Düse durch den starken Druck platzte, entschied sich das Team stattdessen für schwereren, aber haltbareren Edelstahl. Und nach mehreren Tests stellten sie fest, dass zwei symmetrische Strahlströme, einer auf jeder Seite der Düse, erforderlich waren, um das Fahrzeug stabil und im Gleichgewicht zu halten, während es bis zu 50 m (164 Fuß) über den Flammen schwebte.

Das Team beantragt nun Zuschüsse und spricht mit potenziellen Kooperationspartnern, um aus dem Prototyp ein Produkt zu machen, das Einsatzkräfte zu ihrem Feuerlöscharsenal hinzufügen können. Der aktuelle Prototyp kann nur 17 bis 24 Minuten in der Luft bleiben, und Viegas sagt, dass er für den breiten Einsatz 50.000 Euro (43.000 £/53.000 $) teure Überarbeitung benötigt.

„Wir wollen es benutzerfreundlicher machen“, sagt der Maschinenbauingenieur Rafael Batista von Sleeklab, dem Entwicklungslabor, das die Drohne entwickelt hat. „Es ist so groß, dass es sehr einfach zu manövrieren ist, aber es erfordert jemanden, der sehr ruhig und spezialisiert ist.“

Selbst mit einem größeren Motor und anderen Verbesserungen werde die Drohne wahrscheinlich immer noch am besten zur Eindämmung von Bränden im Früh- oder Spätstadium eingesetzt werden können, fügt er hinzu – sie werde herkömmliche Feuerlöschgeräte aus der Luft wie bemannte Hubschrauber und „Wasserbomber“-Flugzeuge nicht ersetzen. „Für [diese] wird die Drohne nichts tun, weil das Feuer bereits so unverhältnismäßig groß ist, dass dies keinen Nutzen hat.“ Alle großen Brände beginnen jedoch als kleine Brände, und Forscher haben herausgefunden, dass eine frühzeitige Unterdrückung, bei der diese Art von Drohne helfen könnte, von entscheidender Bedeutung ist, wenn Zunderbüchsen herrschen.

Die Löschdrohne löschte innerhalb weniger Minuten erfolgreich einen Testbrand. Aber es muss noch an einem echten Lauffeuer getestet werden (Quelle: ADAI/Universität Coimbra)

Dennoch befindet sich die Löschdrohne noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium – und wurde bisher nur bei einem Testbrand eingesetzt, nicht im echten Leben.

Erik Litzenberg, leitender Berater für Waldbrandpolitik bei der International Association of Fire Chiefs mit Sitz in Virginia, USA, sagt, dass die Drohne aus Sicht der Wildnis seiner Meinung nach nur begrenzt anwendbar ist. „Fast jedes Werkzeug könnte bei der Brandbekämpfung in der Wildnis und an Grenzflächen zwischen Wildland und Stadt dabei helfen, Leben zu retten, und jedes vorhandene oder potenzielle Werkzeug ist eine Erkundung wert“, sagt er. „[Aber] Feuerwehrschläuche und Wasser sind ziemlich schwer, daher glaube ich, dass die Wassermenge, die durch diese Konstruktion gefördert werden könnte, begrenzt wäre. Es braucht ziemlich viel Wasser, um einen Waldbrand in allen Phasen zu löschen, außer in den sehr frühen Phasen.“ "

Er fügt hinzu, dass das Design offenbar relativ nahe an einer Wasserquelle angebracht werden muss, was seinen Einsatz bei Waldbränden, die schwer zugänglich sind, ebenfalls einschränken würde. „Vielleicht ist der Einsatz bei Bränden, die zu gefährlich sind, um sich ihnen zu nähern, sinnvoller – etwa bei Bränden mit Chemikalien oder Sprengstoffen“, fügt er hinzu.

Die BBC wandte sich auch an mehrere andere Quellen, um einen Kommentar zum Nutzen der Technologie in der Praxis zu erhalten, und mehrere sagten, sie könnten sich nicht zu dem Projekt äußern, da sie nicht involviert gewesen seien, was es schwierig mache, zu sagen, wie nützlich es wäre oder gewesen sei Richtlinien, Produkte nicht zu kommentieren.

Portugal ist nicht das Einzige, das einer steigenden Gefahr durch Waldbrände ausgesetzt ist. Bereits diesen Monat hat der Rauch kanadischer Waldbrände den Himmel über ganz Nordamerika gefüllt. Der Bedarf an neuen Technologien zur Bekämpfung von Waldbränden wird mit der Verschärfung des Klimawandels nur noch zunehmen, sagen Experten.

Intensivere und häufigere Dürren und Hitzewellen machen die Wälder in Portugal und auf der ganzen Welt zunehmend anfällig für große, heftige Waldbrände, sagt Trigo. „Wir haben alle Voraussetzungen für Waldbrände, die außer Kontrolle geraten können.“

Eine Kombination weiterer High-Tech-Werkzeuge ist in Arbeit, um Feuerwehrleute und Gemeinden auf der ganzen Welt vor Waldbränden zu schützen. Eine andere Art von Drohne, die bereits in Oregon und mehreren anderen Bundesstaaten der USA im Einsatz ist, verwendet Sensoren und Kameras, die dabei helfen können, Brände zu erkennen und zu verfolgen, sodass Feuerwehrleute genau bestimmen können, wo sie ihre Ressourcen einsetzen müssen. Ein vom US-Landwirtschaftsministerium finanzierter und von Forschern der Georgia State University geleiteter Prototyp verwendet Wärmekameras, die Windgeschwindigkeit und -richtung erkennen und Vorhersagen darüber treffen können, wo sich das Feuer ausbreiten wird. Ein weiteres, bereits im Handel erhältliches Projekt verwendet Wärmebildkameras, die an Kopfbedeckungen befestigt werden können, um Feuerwehrleuten zu helfen, durch Rauch und Flammen zu sehen.

Einige der wichtigsten Fortschritte liegen im Bereich der Satellitentechnologien. Satellitendaten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vegetation und Topographie speisen digitale Karten ein, die es Feuerwehrleuten ermöglichen, einen Brand zu überwachen und einzuschätzen, bevor sie eingreifen. „Mit Hilfe von Satellitendaten können wir Hotspots am Boden identifizieren und auch ihre Intensität charakterisieren.“ ", sagt Trigo. „Wir können also sagen, wie wahrscheinlich es ist, dass diese Brände unkontrollierbar werden.“

Die neueste Generation von Augen am Himmel über Europa kann alle fünf Minuten aus 36.000 km (22.360 Meilen) Höhe über der Erde ein Bild desselben Ortes aufnehmen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass dieser Zeitunterschied in den kommenden Jahren weiter auf 2,5 Minuten schrumpfen wird, sagt Trigo. Satelliten, die sich in einer näheren Umlaufbahn von etwa 800 km (500 Meilen) befinden, können die Erdoberfläche jetzt bis auf nur 10 m (32 Fuß) messen. Bessere Sensoren verbessern auch die Bildqualität, fügt Trigo hinzu. „Wir können die Oberfläche detaillierter sehen. Und das bedeutet, dass wir diese Brände früher identifizieren können.“

Rafael Batista und seine Crew demontieren die Löschdrohne (Quelle: April Reese)

Laut Trigo kann die Technologie jedoch noch nicht genau vorhersagen, wie sich ein Waldbrand verhalten wird – eine besonders besorgniserregende Datenlücke, da Brände in einem sich ändernden Klima immer größer und unvorhersehbarer werden.

Feuerwehrleute vor Ort müssen wissen, ob Windveränderungen die Ausbreitung des Feuers beschleunigen oder das Feuer in eine bestimmte Richtung treiben könnten. Doch mit Hilfe von KI arbeiten Experten daran, Satellitendaten zu Vegetationsverhältnissen und anderen Faktoren mit Drohnenbeobachtungen und Wetterdaten zu kombinieren.

„Wir möchten modellieren, wie sich das Feuer voraussichtlich in Echtzeit entwickeln wird“, sagt Trigo. „Es ist nicht einfach. Aber das ist der heilige Gral.“

Die Emissionen, die durch Reisen verursacht wurden, um über diese Geschichte zu berichten, beliefen sich auf 10 kg CO2. Die digitalen Emissionen dieser Geschichte betragen schätzungsweise 1,2 bis 3,6 g CO2 pro Seitenaufruf. Erfahren Sie hier mehr darüber, wie wir diese Zahl berechnet haben.

Auf dem Rückweg nach Coimbra weist Viegas nach erfolgreicher Drohnendemonstration auf eine Gruppe von Arbeitern auf der linken Straßenseite hin. Sie entfernen Sträucher, Bäume und hohe Gräser und schaffen so einen Puffer zwischen der Straße und dem Wald. Dies ist Teil der Strategie Portugals für die Zeit nach 2017, das Risiko von Waldbränden zu verringern.

Trotz aller jüngsten Fortschritte in der Brandbekämpfungstechnologie besteht die beste Verteidigung darin, Großbrände von vornherein zu verhindern.

Eine aus dem Autofenster geworfene Zigarettenkippe kann ausreichen, um einen Flächenbrand auszulösen – und je mehr potenzielle Brennstoffe beseitigt werden, desto weniger benötigen Feuerwehrleute eine Drohne, um sie vor kleinen, schwer erreichbaren Bränden zu schützen, die sich zu extremen Bränden entwickeln Einsen.

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