474
Новий аналіз показує, що заміна частини звичайного міського асфальту дорожнім покриттям із переробленого сталеплавильного шлаку може одночасно скоротити парникові викиди, забруднення повітря та витрати на дороги. Дослідження, про яке розповідає ScienceAlert, вказує, що такі зміни можуть навіть запобігти десяткам тисяч передчасних смертей.
Що таке сталеплавильний шлак і як його пропонують використовувати
Сталеплавильний шлак — це відходи, що утворюються під час плавлення залізної руди або брухту для виробництва сталі. Він складається з суміші діоксиду кремнію та оксидів металів і зазвичай розглядається як побічний продукт промисловості.
Дослідники використали цей матеріал для створення спеціальної суміші сталешлакового епоксидного асфальту, відомої як SEAM (steel slag epoxy asphalt mixture). Висока міцність і кутова структура частинок роблять шлак придатним для створення дуже зносостійкого дорожнього покриття.
У роботі SEAM поєднали з модифікованим епоксидом асфальтовим в’яжучим, щоб отримати матеріал, який краще протистоїть зносу та деформаціям, ніж традиційний асфальт.
Чому довговічність дороги важлива для довкілля
Коли дорожнє покриття швидко руйнується, це не лише створює затори через ремонти. Поганий стан дороги змушує транспортні засоби витрачати більше пального, що збільшує і витрати водіїв, і викиди парникових газів та забруднювачів.
За моделлю дослідників, етап використання дороги (рух транспорту протягом усього терміну служби) відповідав приблизно за 95 відсотків усіх викидів та 60 відсотків сумарних витрат протягом життєвого циклу дороги в базових сценаріях. Тому продовження терміну служби покриття може мати значно більший ефект, ніж суто зниження витрат і викидів під час будівництва.
Автори відзначають, що SEAM на етапі спорудження дорожчий, супроводжується вищими викидами та більшою кількістю дрібних твердих частинок у перші роки використання. Але саме завдяки довговічності загальна картина змінюється: коли звичайний асфальт уже потребує заміни з новим піком викидів, покриття з SEAM продовжує служити.
Три формули SEAM і оптимальний склад
У моделі розглядали три варіанти суміші SEAM з умістом епоксиду 20, 35 і 50 відсотків. Для порівняння також враховували традиційне асфальтове покриття.
- звичайний асфальт та SEAM з 20 відсотками епоксиду припускалися довговічністю близько 6 років;
- варіант з 35 відсотками епоксиду оцінено у 15 років служби;
- покриття з 50 відсотками епоксиду — близько 20 років.
Розтягуючи викиди та витрати на будівництво на довший термін експлуатації, а також зменшуючи додаткові витрати пального та ремонти через руйнування покриття, довговічні дороги можуть компенсувати свій більший початковий «екологічний слід».
Найкращим компромісом у змодельованих умовах виявилася формула з 35 відсотками епоксиду. Більша частка епоксиду ще подовжувала термін служби, але додаткові екологічні вигоди вже майже не зростали, тоді як витрати продовжували підвищуватися.
Моделювання для дорожньої мережі міст Китаю
Далі дослідники поширили свою модель на міську дорожню мережу Китаю, розглянувши сценарії, в яких 25, 50, 75 або 100 відсотків наявного міського асфальту замінюються SEAM.
За максимального рівня заміни в модельних розрахунках отримали скорочення приблизно на 1,74 мільярда тонн CO2-еквіваленту та 1,23 мільярда кілограмів дрібного пилу PM2.5 за весь період оцінки.
PM2.5 — це наддрібні тверді частинки в повітрі, пов’язані з підвищеним ризиком смерті від серцевих захворювань, хвороб нирок, деменції, гіпертонії, раку легень та інших недуг. Зменшення їх концентрації може мати відчутні наслідки для здоров’я населення.
На основі моделі, що пов’язує зниження рівнів PM2.5 із відомими залежностями між їх впливом і смертністю, дослідники оцінили, що в різних сценаріях заміни покриття вдасться уникнути від 31 802 до 128 980 передчасних смертей лише завдяки меншому впливу PM2.5. Автори наголошують, що це системні модельні оцінки, а не точні епідеміологічні прогнози для конкретних людей.
Економічний ефект і потенціал для інших країн
Окрім екологічних та медичних вигод, SEAM може принести й значні економічні переваги. За оцінками дослідників, сукупний фінансовий ефект у змодельованих сценаріях становить від 3,48 до 15,01 трильйона китайських юанів, що відповідає приблизно 519,14 мільярда — 2,24 трильйона доларів США.
На думку авторів, подібні системні зміни в характеристиках будівельних матеріалів можуть мати ще ширші наслідки, оскільки підхід «добре переноситься» на інші швидко урбанізовані економіки з потужною сталеливарною галуззю. Зокрема, згадуються країни на кшталт Індії, а також низка держав Південно-Східної Азії та Африки, де утворюються великі обсяги сталеплавильного шлаку і водночас зростає попит на транспортну інфраструктуру та тиск екологічних обмежень.
Отже, потенційні кліматичні, медичні та економічні вигоди від впровадження SEAM можуть бути актуальними далеко за межами Китаю.
Обмеження та практичні труднощі
Дослідники врахували й логістичні виклики. Сталеплавильний шлак утворюється нерівномірно по території Китаю, тому в моделі передбачили перевезення матеріалу між провінціями. Це, звісно, додає викидів, але навіть з урахуванням транспортування загальний баланс CO2-еквіваленту та PM2.5 у моделюванні залишався значно кращим, ніж для традиційних доріг.
Робота також не оцінює, чи може існуюча промислова інфраструктура відразу виробити й розподілити достатню кількість SEAM для покриття національних потреб. Ще один суттєвий недолік — новому покриттю потрібні близько семи днів витримки, перш ніж його можна повністю відкрити для руху, що ускладнює організацію будівельних робіт у густонаселених районах.
Дослідження натякає, що «найсталішою» дорогою може виявитися не та, яку найдешевше й найшвидше побудувати, а та, що найдовше залишається просто рівною, міцною та вимагає мінімуму ремонтів. Робота опублікована в журналі Communications Earth & Environment.
Дороги з відходів сталі можуть зменшити викиди та рятувати життя з’явилася спочатку на Цікавості.
