Всі ми любимо виграш-виграш. Але ось ще краще – потенційний виграш-виграш-виграш.
Використовуючи те, що інакше стало б промисловими відходами, у нових дорожніх покриттях, майбутнє шосе може зменшити вплив на зміну клімату та потенційно врятувати життя.
Нове дослідження показує, що заміна звичайного міського покриття на дороги, частково виготовлені з переробленого сталевого шлаку, може суттєво зменшити викиди парникових газів та забруднення повітря, а також зменшити витрати на обслуговування доріг.
Якщо ви ніколи не чули про сталевий шлак, ви не самотні. Це насправді побічний продукт, що утворюється під час плавлення залізної руди або брухту для виготовлення сталі.
Цей залишок є сумішшю діоксиду кремнію та металевих оксидів, і його можна використовувати для виготовлення епоксидної асфальтової суміші, або SEAM.
Сталевий шлак ідеально підходить для покриття, оскільки його висока міцність і кутова структура роблять його корисним для створення міцного дорожнього матеріалу.
У цьому дослідженні дослідники поєднали SEAM з епоксидним модифікованим асфальтовим зв'язуючим, створивши матеріал, який краще витримує знос і деформацію, ніж звичайне покриття.
Більш міцна дорога зменшує соціальні незручності та забруднення повітря, пов'язані з заторами через дорожні роботи.
Але також, коли покриття погіршується, автомобілі насправді використовують більше пального. Тож якщо дорога погіршується рідше, це також економить паливо для автомобілів, які по ній їздять.
У моделі дослідників усі ці ефекти використання становили близько 95 відсотків викидів і 60 відсотків витрат на життєвий цикл дороги в базових сценаріях.
Навіть якщо більшість витрат на будь-яку дорогу відбувається під час експлуатації, дослідники показують, що SEAM дорожче будувати, виробляє більше викидів і генерує більше дрібнодисперсного забруднення під час своїх перших років використання. Але, що важливо, коли звичайне дорожнє покриття потребує заміни, викиди на основі SEAM продовжують зменшуватися.
Ця значна міцність доріг на основі SEAM змінює ситуацію.
Дослідники змоделювали три версії, що містять 20, 35 або 50 відсотків епоксидної смоли. Звичайне покриття та SEAM з 20 відсотками епоксидної смоли, як вважається, прослужать шість років, тоді як версія з 35 відсотками епоксидної смоли – приблизно 15 років, а з 50 відсотками – 20 років.
Розподіляючи викиди та витрати на будівництво на більш тривалий термін служби – і зменшуючи витрати на паливо та обслуговування, пов'язані з погіршенням доріг – довговічніше покриття може в кінцевому підсумку компенсувати свій вищий початковий вплив.
Дослідники визначили формулу з 35 відсотками епоксидної смоли як найкращий баланс у своїх змодельованих сценаріях: більше епоксидної смоли подовжувало термін служби покриття, але понад 35 відсотків додаткові екологічні вигоди вирівнювалися, тоді як витрати продовжували зростати.
Вони потім масштабували модель на міську дорожню мережу Китаю, тестуючи сценарії, в яких 25, 50, 75 або 100 відсотків існуючого асфальтового покриття було замінено. При найвищому рівні заміни модель прогнозувала зменшення приблизно на 1,74 мільярда тонн викидів CO2-еквіваленту та 1,23 мільярда кілограмів PM2.5 протягом періоду оцінки.
PM2.5 – це дрібнодисперсне забруднення, яке пов'язане зі смертями від серцевих захворювань, хвороб нирок, деменції, гіпертонії, раку легень та інших захворювань.
Ці цифри складаються, щоб створити досить серйозний вплив. У сценаріях заміни дослідники оцінили, що можна уникнути від 31 802 до 128 980 передчасних смертей внаслідок зменшення впливу PM2.5.
Ці показники здоров'я походять з моделі, що пов'язує змодельоване зменшення дрібнодисперсного забруднення з встановленими зв'язками між впливом PM2.5 та смертністю. Автори чітко описують результати як системні оцінки, а не точні епідеміологічні прогнози.
Не менш важливо, SEAM також може заощадити значні кошти: за оцінками, він може згенерувати від 3,48 до 15,01 трильйонів китайських юанів (від 519,14 мільярда до 2,24 трильйона доларів США).
Ці зміни в системному матеріальному виконанні можуть мати ще більші наслідки, оскільки вони "широко переносимі на інші швидко урбанізуючі економіки з значними сталевими промисловостями", пишуть дослідники.
Країни, такі як Індія, а також кілька країн Південно-Східної Азії та Африки, генерують великі обсяги сталевого шлаку, стикаючись з прискореним попитом на транспорт і зростаючими екологічними обмеженнями. Ці країни також можуть отримати вигоду від кліматичних, громадських та економічних переваг доріг SEAM.
Є логістичні ускладнення, які потрібно врахувати: сталевий шлак не виробляється рівномірно по всьому Китаю, тому дослідники змоделювали його транспортування між провінціями. Це додає викидів – але в їх моделі додатковий транспорт все ще виробляв значне чисте зменшення викидів CO2-еквіваленту та PM2.5.
Дослідження також не моделює, чи може сьогоднішня промислова інфраструктура відразу виробляти та розподіляти достатню кількість матеріалу, щоб задовольнити національний попит. І одним з найбільших недоліків є те, що це нове покриття потребує семи днів для затвердіння, перш ніж його можна буде повністю відкрити для руху.
Цікаво, що більш стійка дорога може не бути тією, яка потребує найменше енергії для будівництва. Це може бути та, що витрачає найбільше часу, щоб бути нудно, славно дорожньою – гладкою, міцною і потребуючою менше ремонту.
Дослідження було опубліковано в Communications Earth & Environment.