Почему асфальт трескается на морозе и можно ли заменить нефтяной битум чем-то более «зелёным»? Учёные уверены: ответ может скрываться в водорослях.
Никто не любит ямы на дорогах — и не только из-за разбитой подвески. Классический асфальт опирается на битум, по сути тяжёлую фракцию нефти. Этот материал работает как эластичный клей: он связывает щебень и песок, позволяя покрытию растягиваться и сжиматься под нагрузкой автомобилей.
Пока тепло — всё относительно неплохо. Но стоит температуре опуститься ниже нуля, битум теряет гибкость и становится хрупким. Микротрещины быстро перерастают в трещины, затем — в выбоины. Добавьте к этому углеродный след нефтепродуктов — и становится понятно, почему дорожники и учёные ищут альтернативы.
Идея из «зелёного мира»
Команда под руководством доцента Аризонского государственного университета Эльхам Фини предложила неожиданный вариант: заменить часть нефтяного битума биосвязующим на основе водорослей. Предыдущие работы показали, что масла, извлечённые из микроводорослей, можно превратить в материал, похожий на битум, но сохраняющий гибкость даже в холоде.
В новом исследовании учёные сравнили масла четырёх видов водорослей. Лучшие результаты показала пресноводная зелёная микроводоросль Haematococcus pluvialis. Её масло оказалось наиболее устойчивым к постоянной деформации под «дорожной» нагрузкой и лучше других сопротивлялось повреждениям от влаги — а вода, как известно, главный враг асфальта.
Как это работает на практике?
В лабораторных тестах, имитирующих интенсивное движение транспорта и циклы замерзания-оттаивания, образцы асфальта с биосвязующим из H. pluvialis показали до 70% лучшую способность восстанавливать форму по сравнению с обычным асфальтом на нефтяном битуме. Проще говоря, такое покрытие меньше «устаёт» и дольше сопротивляется появлению трещин.
Полностью заменить битум новым материалом пока не планируют — биосвязующее вряд ли будет дешевле нефти. Зато его можно использовать как добавку, частично вытесняя традиционный компонент.
Кроме того, новшество может быть полезным для экологии. Компьютерное моделирование показало: каждый 1% биосвязующего в асфальтовой смеси снижает суммарные выбросы углерода на 4,5%. Если доля такого компонента достигнет примерно 22%, покрытие теоретически станет углеродно нейтральным.
По словам Эльхам Фини, соединения, полученные из водорослей, повышают влагостойкость, гибкость и даже способность асфальта к самовосстановлению. А это значит более долгий срок службы дорог и меньшие затраты на ремонт.
Асфальт из водорослей — не просто любопытный эксперимент. Это шаг к более устойчивой инфраструктуре, которая лучше переносит климатические нагрузки и меньше вредит окружающей среде. Возможно, в будущем ямы на дорогах будут появляться реже — и благодарить за это придётся не нефтяников, а микроскопические зелёные организмы.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
