Асфальт из водорослей в 100 раз безопаснее и прочнее. Когда он появится?

Выйдите на улицу любого крупного города в жаркий летний день — и вы почувствуете этот тяжёлый запах горячего асфальта. Мы привыкли не обращать на него внимания, но учёные предупреждают: настоящая угроза скрыта именно в этих испарениях. Раньше мы уже рассказывали, почему асфальт вредит здоровью в жару, а теперь международная группа инженеров и биологов предлагает радикальное решение — заменить нефтяной компонент дорожного покрытия на быстрорастущие водоросли. Первые тесты выглядят впечатляюще.

Дорожное покрытие из водорослей: в 100 раз меньше ядовитого дыма и дороги, которые не разрушаются. Источник изображения: mintrans.gov.ru

Чем опасен обычный асфальт для здоровья человека

Асфальт — это по большей части щебень и песок. Чтобы всё это держалось вместе, используют битум — чёрную вязкую массу, которая остаётся после переработки сырой нефти. Когда битум стареет и нагревается на солнце, он выделяет летучие органические соединения — углеродные пары, которые непрерывно поднимаются с поверхности дороги.

В краткосрочной перспективе вдыхание этих испарений вызывает головокружение и затруднённое дыхание. У дорожных рабочих, которые годами контактируют с горячим асфальтом, значительно повышен риск развития рака лёгких. Но проблема касается не только строителей.

Недавние исследования показали, что ультрафиолет и жара меняют химический состав битума по мере старения дороги. Покрытие начинает выделять всё более мелкие и токсичные молекулы — часто совершенно без запаха. Эти крошечные соединения легко проникают в кровеносные сосуды и добираются до жизненно важных органов. Научные модели связывают такие выбросы с неврологическими повреждениями, особенно у женщин и пожилых людей.

«Жара усугубляет ситуацию, — говорит Элхам Фини, старший научный сотрудник Лаборатории глобального будущего Аризонского университета. — Она усиливает выбросы из асфальта».

Как делают асфальт из водорослей и биобитума

Идея звучит странно: заменить продукт нефтепереработки на зелёную массу из пруда. Но у водорослей есть несколько свойств, которые делают их идеальным кандидатом.

Водоросли растут с огромной скоростью — некоторые виды удваивают массу за сутки. Они поглощают углекислый газ из атмосферы и запирают его в своих клетках. Один акр (около 0,4 гектара) культивируемых водорослей даёт до десяти раз больше биомассы, чем поле кукурузы или сои.

Дороги, построенные из водорослей, переносят холод гораздо лучше, чем традиционные асфальтовые покрытия. Источник изображения: zmescience.com

Чтобы превратить водоросли в аналог битума, учёные используют процесс под названием гидротермальное сжижение. По сути, это высокотехнологичная скороварка, которая имитирует условия, при которых Земля миллионы лет превращала древнюю органику в нефть. Только вместо геологических эпох процесс занимает считанные часы. На выходе получается биомасло, которое затем очищают до состояния биобитума — вязкого связующего, пригодного для стандартных асфальтовых смесей.

Что важно — для выращивания водорослей не нужна ни питьевая вода, ни плодородная земля. Элхам Фини вместе с Питером Ламмерсом из Аризонского центра технологий и инноваций в области водорослей культивируют специальные штаммы, используя сточные воды из очистных сооружений.

«Это отличная схема, — объясняет Ламмерс, — потому что мы используем воду с высоким содержанием азота и фосфора, которую нельзя сбрасывать в природу. Вместо этого мы направляем её на выращивание новых водорослей».

Асфальт из водорослей не трескается и выдерживает мороз

Одно из главных слабых мест обычного асфальта — зима. На морозе нефтяной битум становится хрупким и покрывается термическими трещинами. Водоросли, как оказалось, решают и эту проблему.

В исследовании, проведённом специалистами Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Аризонского университета, учёные проверили, как асфальт с добавкой водорослей ведёт себя при отрицательных температурах. Результат: добавление всего 6% биосвязующего на основе макроводоросли ульвы радикально меняет физические свойства покрытия. Материал остаётся гибким и поглощает нагрузку от тяжёлого транспорта, не растрескиваясь.

Ещё удивительнее оказалась способность к самозалечиванию. Когда исследователи протестировали биомасло из другого вида водорослей — гематококкуса (Haematococcus pluvialis), — упругое восстановление асфальта под нагрузкой подскочило с 0,1% до 71%. Дорога, по сути, «пружинит» обратно, вместо того чтобы накапливать повреждения.

Асфальт из водорослей снижает токсичные выбросы в 100 раз

Главный вопрос — помогают ли водоросли справиться с ядовитыми испарениями? Лабораторные тесты показали обнадёживающие результаты. Биосвязующее из водорослей не останавливает выделение паров полностью, но оно запирает наиболее опасные соединения — те самые, что проникают в артерии и добираются до мозга. Согласно опубликованным данным, добавка водорослей снижает общую токсичность выбросов асфальта примерно в 100 раз.

Помимо этого, биосвязующее замедляет естественное разрушение покрытия. Дорога дольше сохраняет целостность, выделяет меньше испарений, требует меньше ремонтов и в итоге обходится дешевле для городского бюджета.

Асфальт с добавкой биосвязующего из водорослей внешне почти не отличается от обычного.

Есть и климатический бонус. Каждый процент нефтяного битума, заменённый на водорослевый, снижает чистые выбросы углерода на 3%. Логика простая: при добыче и переработке нефти в атмосферу выбрасывается древний углерод, запертый в недрах миллионы лет. Водоросли же, наоборот, в процессе роста забирают CO₂ из воздуха. Когда их запекают в биосвязующее, этот углерод остаётся запертым внутри материала. Теоретически дорога с 33-процентной добавкой биосвязующего выходит на полную углеродную нейтральность.

Когда дороги из водорослей появятся в городах

Несмотря на впечатляющие лабораторные результаты, до массового применения ещё далеко. Производство биобитума пока обходится значительно дороже, чем добыча обычной нефти. Масштабирование потребует серьёзных инвестиций в биоперерабатывающие заводы. Кроме того, нужны годы испытаний под реальным трафиком — миллионы грузовиков создают нагрузки, которые невозможно полностью воспроизвести в лаборатории. Это особенно важно для стран со сложным климатом, к примеру, для России, где почти нет бетонных дорог, хотя они считаются прочными и долговечными).

Будь в курсе новых событий по максимуму — подписывайся на наш канал в Max!

Однако движение уже началось:

• Во Франции проект Algoroute успешно уложил биобитум на тестовых участках, подтвердив сокращение углеродных выбросов до 70%.
• В Великобритании строительная компания Tarmac запустила аналогичные пилотные проекты.
• В городе Финикс планируется прокладка экспериментального участка дороги с водорослевым асфальтом — испытания в условиях экстремальной аризонской жары дадут данные, которые сложно оспорить.

Пока речь идёт о ранних стадиях разработки, и до появления водорослевого асфальта на городских улицах могут пройти годы. Но сама идея — превратить дорожное покрытие из источника токсичных испарений в инструмент очистки воздуха — уже не выглядит фантастикой. Она подкреплена конкретными цифрами и работающими прототипами.