W obliczu wyzwań związanych ze zmianami klimatycznymi oraz koniecznością modernizacji infrastruktury drogowej, kluczowe staje się wykorzystanie nowoczesnych rozwiązań technologicznych. Mają one na celu zwiększenie trwałości nawierzchni drogowych, a także redukcję negatywnego wpływu technologii i procesów produkcyjnych na środowisko naturalne. W rozmowie z redaktorem Łukaszem Zubikiem, Dr Szymon Malinowski z Politechniki Lubelskiej szczegółowo opisuje swoje badania nad projektem „Nowoczesne dodatki zeolitowo-tlenkowe do zastosowań w technologii produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych o zwiększonej odporności na działanie czynników środowiskowych”. Projekt ten, finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu INNOGLOBO, ma na celu opracowanie innowacyjnych rozwiązań dla sektora budownictwa drogowego.
Jakie są główne założenia i cele Pańskiego projektu?
Nasz projekt, realizowany we współpracy z Instytutem Fizyki w Zagrzebiu, skupia się na opracowaniu technologii produkcji nowoczesnych mieszanek mineralno-asfaltowych, a jego głównym celem jest opracowanie innowacyjnych dodatków zeolitowo-tlenkowych, które będą wykorzystywane w dwóch płaszczyznach. Po pierwsze, do syntezy tych dodatków stosujemy nanocząstki tlenków metali, takich jak tlenek cynku, tlenku miedzi i dwutlenku tytanu, które odpowiadają za ograniczenie procesu starzenia lepiszczy asfaltowych stosowanych w produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych.
Ponadto, nanocząstki te łączymy z matrycami zeolitowymi o różnych typach struktury, które umożliwiają produkcję mieszanek mineralno-asfaltowych w technologii asfaltu spienionego. Dzięki temu drogi zyskują większą wytrzymałość, asfalt staje się bardziej odporny na starzenie i mniej podatny na uszkodzenia spowodowane czynnikami atmosferycznymi. Zależy nam również na tym, aby produkcja była bardziej ekologiczna i mniej energochłonna, co uzyskujemy wykorzystując materiały zeolitowe.
Co odróżnia tę nową technologię od dotychczasowych rozwiązań?
Od dotychczas stosowanych rozwiązań opracowywaną przez nas technologię odróżniają dwa Kluczowe aspekty: wykorzystanie procesu spieniania asfaltu oraz zwiększenie trwałości wyprodukowanej mieszanki mineralno-asfaltowej. Zazwyczaj proces produkcji asfaltu wymaga wysokich temperatur, sięgających nawet 180°C. Spienianie pozwala znacznie obniżyć temperaturę produkcji mieszanki asfaltowej, co z kolei może np. ograniczyć emisję gazów cieplarnianych. Dzięki nowej technologii możemy obniżyć tę temperaturę o około 10-15°C, co znacząco redukuje zużycie energii i emisję CO₂. Z kolei nanocząstki tlenków metali wzmacniają strukturę asfaltu, dzięki czemu nawierzchnia jest bardziej odporna na pękanie i deformacje. W efekcie uzyskujemy produkt w postaci przyjaznej dla środowiska mieszanki mineralno-asfaltowej o zwiększonej trwałości, w której asfalt starzeje się wolniej.
Jakie wyzwania napotykają Państwo podczas realizacji badań?
Największym wyzwaniem jest zapewnienie trwałości efektu spieniania asfaltu. Proces ten musi być stabilny, aby nawierzchnia zachowała swoje właściwości przez wiele lat. Przeprowadzamy szczegółowe badania nad procesami starzenia się mieszanek asfaltowych, aby ocenić ich odporność na warunki atmosferyczne, takie jak deszcz, mróz czy promieniowanie UV. Musimy mieć pewność, że nasze kompozyty będą działały efektywnie nie tylko tuż po ułożeniu, ale również po latach intensywnego użytkowania.
Kolejnym wyzwaniem jest kontrola jakości nanocząstek tlenków metali. Aby były skuteczne, muszą mieć ściśle określone rozmiary i strukturę. Tutaj z pomocą przychodzi nasz partner z Zagrzebia, który stosuje technologię ablacji laserowej. Technologia ta pozwala na precyzyjną syntezę nanocząstek o odpowiednich parametrach. Dzięki temu możemy mieć pewność, że nasze dodatki będą miały pożądane właściwości wzmacniające i przeciwstarzeniowe.
Na jakim etapie znajdują się obecnie prace badawcze?
Projekt realizujemy od dwóch lat i znajdujemy się już w zaawansowanej fazie. Opracowaliśmy kompozyty, które przeszły wstępne testy laboratoryjne, a także sprawdziliśmy skuteczność procesu spieniania asfaltu. Bardzo obiecujące są również wyniki prac laboratoryjnych dotyczące analizy odporności asfaltu na starzenie technologiczne i eksploatacyjne. Symulowaliśmy zarówno krótkoterminowe zmiany, jakie zachodzą podczas produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych na wytwórni, jak i długoterminowe zmiany wynikające z eksploatacji dróg. Testy przeprowadziliśmy w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, aby w precyzyjny sposób ocenić, jak nasze mieszanki zachowają się na przestrzeni wielu lat. To już za nami. Obecnie koncentrujemy się na badaniach nad właściwościami użytkowymi naszych nowych mieszanek.
Czy opracowywana technologia niesie ze sobą wymierne korzyści ekonomiczne?
Korzyści ekonomiczne są tu bardzo istotne. Po pierwsze zwiększona trwałość nowych mieszanek mineralno-asfaltowych oznacza mniejsze wydatki na naprawy i modernizacje dróg. Dzięki nowoczesnym dodatkom do asfaltu drogi mogą przetrwać nawet dwa razy dłużej niż tradycyjne nawierzchnie. To oznacza oszczędności zarówno dla samorządów, jak i dla budżetu państwa.
Drugim istotnym aspektem jest sam proces wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych. Niższa temperatura produkcji bezpośrednio przekłada się na mniejsze zużycie energii, co z kolei znacząco wpłynie na koszty produkcji mieszanki asfaltowej. Efektywniejsze wykorzystanie zasobów oznacza, że możemy budować więcej dróg za te same pieniądze, jednocześnie dbając o środowisko naturalne.
Jakie korzyści dla środowiska przyniesie wdrożenie tego rozwiązania?
Największą korzyścią jest redukcja emisji gazów cieplarnianych. Dzięki niższej temperaturze produkcji mieszanki asfaltowej znacząco obniżamy zużycie energii, co przekłada się na mniejszą emisję CO₂ i innych zanieczyszczeń. Każdy etap budowy drogi – od produkcji, przez transport, aż po układanie asfaltu – generuje emisje. Nasza technologia pozwala na znaczące ich ograniczenie, co ma pozytywny wpływ na środowisko. Dodatkowo, dzięki większej trwałości nawierzchni, niesie ze sobą ograniczenie ilości ich napraw, czy modernizacji. Oznacza to mniejsze zużycie surowców naturalnych, ograniczenie transportu materiałów budowlanych, co również przekłada się na mniejsze obciążenie naszego naturalnego otoczenia.
Jakie są szanse na wdrożenie tej technologii na szeroką skalę?
Nasza technologia wpisuje się w europejskie cele związane z neutralnością klimatyczną. Dzięki spełnianiu restrykcyjnych norm emisji CO2 ma duży potencjał komercyjny. Jestem przekonany, że w ciągu kilku lat będziemy mogli wdrożyć nasze rozwiązania w Polsce i innych krajach europejskich. Współczesne budownictwo drogowe musi zacząć łączyć cele ekonomiczne, z ochroną środowiska. Nasze badania pokazują, że jest to możliwe. Mam nadzieję, że w przyszłości nowoczesne dodatki do asfaltu staną się standardem, a nasze drogi będą służyć przez długie lata, minimalizując negatywny wpływ na środowisko.
Dziękuję za rozmowę.
Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu INNOGLOBO-1 (INNOGLOBO/I/95/NZeolOx/2022)
