Согласно последним исследованиям, асфальт является источником токсичных
соединений, но ученые пытаются улучшить его, минимизируя при этом его
углеродный след.
Помимо
строительства и производства, он также используется для гидро- и
звукоизоляции. Он экономичен, прост в ремонте и полностью пригоден для
вторичной переработки.
Однако, если вы когда-нибудь чувствовали запах нового асфальта на недавно
вымощенной дороге и думали, что ваша жизнь сократилась на несколько дней,
это может быть не так уж далеко от истины.
Согласно недавним исследованиям летучих выбросов из асфальта, дороги
выделяют вещества, которые могут напрямую влиять на здоровье человека, а
также на окружающую среду.
Асфальт не состоит из одного компонента. Существует множество различных
асфальтобетонных смесей, предназначенных для различных бюджетов, климатических условий и ранее существовавших
структур. Асфальт представляет собой смесь многих химических
веществ. Материал обладает существенным углеродным эффектом, так как он
производится из ископаемого топлива и требует температуры до 350 ° C во
время производства.
По оценкам Национальной ассоциации асфальтобетонных покрытий, торговая
организация, выбросы парниковых газов при производстве асфальтобетонных
смесей в США в период с 2009 по 2019 год составляли в среднем 20 миллионов
метрических тонн эквивалента углекислого газа в год, или около 0,3% всех
таких выбросов в США. . Другие этапы жизненного цикла асфальта, такие как
транспортировка, монтаж и утилизация, в данном расчете не учитываются.
Влияние асфальта на здоровье человека все еще исследуется. Согласно
последним исследованиям, асфальтовые поверхности могут выделять твердые
частицы загрязнения воздуха, а также летучие вещества, вредные для человека.
Корреляцию между воздействием и воздействием на здоровье трудно измерить,
потому что асфальт состоит из сложной смеси десятков тысяч соединений.
Традиционно при разработке стратегий снижения вредного воздействия
автомагистралей и других асфальтовых покрытий учитывались только
экологические соображения. Но теперь, когда связь между асфальтом и
здоровьем человека установлена, некоторые исследователи считают, что
разработка асфальта следующего поколения требует соблюдения баланса между
уменьшением углеродного следа, увеличением долговечности и предотвращением
неблагоприятных последствий для здоровья тех, кто работает на дорогах или
живет рядом с ними. Исследователи изучают добавки к асфальту, такие как
ингредиенты, не полученные из ископаемых источников, чтобы предотвратить
попадание летучих загрязнителей в воздух, которым мы дышим, и разрабатывают
смеси, которые могут противостоять тому, что может бросить на них движение и
природа.
Асфальтены и более легкие мальтены, которые представляют собой остатки на
дне бочки, остающиеся при удалении бензина, дизельного топлива, реактивного
топлива и других химических веществ из сырой нефти в процессе переработки,
традиционно использовались для изготовления асфальтовых вяжущих.
Хотя мы часто называем материалы для мощения «асфальтом», только 5% черной
как смоль жижи, пролитой на дороги, на самом деле является асфальтом.
Остальные 95%, состоящие из гравия и других заполнителей, связаны асфальтом.
После того, как эта химическая смесь наносится на дороги, она подвергается
воздействию тепла, солнечного света и других погодных элементов, а также
веса дорожного движения, пока не распадется на более мелкие и легкие
молекулы. Когда эти молекулы нагреваются, они могут испаряться и испаряться
и издавать знакомый запах.
Выбросы включают потенциально опасные летучие органические соединения (ЛОС),
такие как бензофуран, бензойная кислота, дибензотиофен, гексантиол и
кислород- или серосодержащие ароматические соединения, такие как
полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).
По данным Американской ассоциации легких, некоторые летучие органические
соединения могут раздражать глаза, нос и горло, повреждать нейроны и другие
органы и, возможно, вызывать рак. Кроме того, именно ПАУ связаны с
проблемами крови и печени.
По словам Альберта Престо, инженера-химика из Университета Карнеги-Меллона,
«есть выбросы от асфальтовых продуктов при различных температурах», даже те,
которые «довольно скромны». Команда Престо вместе с командой Дрю Гентнера из
Йельского университета оценила выбросы асфальта как упущенный источник
загрязнения в оценках качества воздуха в городах.
Нагревая свежий асфальт в разной степени и подвергая его воздействию
имитируемого солнечного света, исследователи обнаружили, что материал
выделяет смесь ПАУ, алканов и ароматических химических веществ.
Когда они подвергали асфальт умеренному солнечному излучению, они наблюдали
увеличение выбросов летучих органических соединений на 300%, а также
увеличение этих выбросов на 20% на каждые 70 ° C повышения температуры
окружающей среды.
Наиболее очевидным риском является профессиональное воздействие, поскольку
экипажи часто подвергаются воздействию высококонцентрированных выбросов, а
летучие органические соединения выбрасываются с недавно установленного
дорожного покрытия. Но, по словам Престо, «в более широком смысле, у вас
есть много [асфальтовых] покрытий во всем городе, которые выбрасывают низкий
уровень выбросов в течение длительного времени». В конечном итоге это
приводит к образованию вторичных аэрозолей, состоящих из органических
соединений, которые продолжают окисляться после выброса в воздух и
объединяются с образованием твердых частиц.
Хотя вклад этих поверхностей в общую аэрозольную нагрузку минимален, их
необходимо контролировать, поскольку они служат долго и потенциально могут
оказать большое воздействие. Измерение того, сколько асфальта подвергается
воздействию людей, — это только половина дела. Кроме того, по словам
эксперта по вычислительной биохимии белка Джудит Кляйн-Ситхараман из
Университета штата Аризона, ни исследователи, ни регулирующие органы не в
полной мере осведомлены обо всех потенциальных последствиях для здоровья
множества компонентов материала, индивидуально или коллективно.
В настоящее время список эталонных соединений и их принятые пределы
воздействия используются для определения вредного для здоровья воздействия
многих химических веществ, обнаруженных в асфальте.
Однако в некоторых случаях в начале 1990-х годов эти пределы были
установлены на те, которые можно было легко обнаружить с помощью
спектрографических, хроматографических и поверхностных процедур отбора проб.
По словам Кляйна-Ситхарамана, информация, предоставляемая этими методами,
недостаточна для того, чтобы судить о том, как эти соединения могут
взаимодействовать друг с другом.
Анализ показал, что выбросы асфальта содержат тысячи компонентов, некоторые
из которых даже не были оценены на предмет их воздействия на здоровье, тем
самым утверждая, что термин «чрезмерное упрощение» является неуместным.
Кляйн-Ситхараман также заинтересован в исследованиях, которые учитывают
долгосрочное накопление этих веществ в организме. Это говорит о потенциале
вторичных системных эффектов, когда летучие органические соединения могут
проникать в организм человека сначала через дыхательные пути, а затем
проходить через кровоток в другие органы.
Некоторые из этих загрязнителей могут задерживаться, скрываясь в липидных
каплях, и спустя годы, когда липиды расщепляются, они могут попасть в
кровоток, вызывая долгосрочный ущерб.
Кляйн-Ситхараман и его коллеги рассмотрели литературу о влиянии известных
асфальтовых соединений и связанных с ними клеточных индикаторов, чтобы лучше
понять сеть взаимодействия. Они сопоставили связи между этими
загрязнителями, большим количеством генов, которые они изменили, и
возможными последствиями для здоровья, такими как кожные заболевания,
повреждение печени, астма, хроническая обструктивная болезнь легких и
сердечно-сосудистые заболевания.
В то время как многие ученые считают, что большая часть выбросов асфальта
происходит во время строительства дорог, коллега Кляйн-Ситхарамана в штате
Аризона Элхам Фини отмечает, что он нюхает асфальтовые пары в пустыне в
летние месяцы каждый год.
Это говорит о том, что качество асфальтовых покрытий снизилось.
Чтобы исправить это, лаборатория Фини разрабатывает асфальтовое вяжущее с
менее опасными химическими выбросами. При этом его команда надеется свести к
минимуму углеродный след асфальта. Исследователи работают над
низкоуглеродными добавками, полученными из биомассы. Поскольку они являются
естественными поглотителями углерода, они могут улавливать летучие
органические соединения до того, как они будут выпущены в воздух.
Продукт термохимической конверсии отходов биомассы, такой как водоросли и
навоз, производит богатый железом биоуголь. Biochar, углеродистый материал,
используется для улавливания CO2 и восстановления окружающей среды из-за его
очень пористой структуры, которая может собирать газ и соединения тяжелых
металлов.
В отличие от обычного биоугля, который сокращает выбросы летучих
органических соединений только на 59%, Фини и его коллеги обнаружили, что
добавление богатого железом типа биоугля в асфальт привело к сокращению
выбросов летучих органических соединений на 76%. С помощью компьютерного
моделирования ученые обнаружили, что функциональные группы со связями
железо-азот обладают способностью каталитически адсорбировать и разлагать
летучие органические соединения.
Смешивая добавку, изготовленную из биомассы сжиженных водорослей, с
асфальтом, команда пытается улавливать органические молекулы,
предшественники летучих органических соединений и вторичные аэрозольные
загрязнители, прежде чем они попадут в воздух. Процедура производства
биомассы была названа исследователями AirDuo, потому что она включает в себя
два этапа: исследователи сначала удаляют CO из воздуха. 2 использует
технологию улавливания углерода для сбора, а затем2 Они скармливают его
водорослям или другому биологическому материалу.
Полученное вяжущее при добавлении в асфальт селективно поглощает и
удерживает различные химически активные загрязнители и их прекурсоры.
Другими словами, асфальт заботится о своих собственных отходах.
AirDuo может быть сконфигурирован для удаления летучих веществ из
источников, отличных от асфальта, таких как нефтеперерабатывающие заводы или
выхлопные газы автомобилей. По словам Фини, везде, где вы можете улавливать
углерод и предотвращать его возвращение в атмосферу, полезно. Это
усиливается технической командой.
Помимо регулирования качества воздуха, лабораторные тесты показывают, что
добавки Fini делают дороги более долговечными. Это еще один фактор, который
следует учитывать при создании новых асфальтобетонных смесей: если дороги
более долговечны, износ можно замедлить, и их не нужно так часто заново
асфальтировать.
В результате используется меньше асфальта, что может привести к меньшему
выбросу летучих органических соединений и ПАУ.
|
|