Асфальт в первую очередь известен тем, что используется на дорогах, но его также используют для покрытия игровых площадок, велосипедных дорожек, беговых дорожек, а также теннисных и баскетбольных площадок — всех площадок для деятельности, где вдыхание токсичных паров может быть опасным. Использование вне помещений на подъездных дорогах, крышах и парковках, особенно под солнцем Аризоны, также может привести к воздействию токсичных паров.
Команда из Университета штата Аризона под руководством доцента Элли Фини из Школы устойчивой инженерии и искусственной среды (SSEBE) разработала AirDuo, новое запатентованное вяжущее для асфальта, которое не только уменьшает токсичные пары асфальта в целом . площадь поверхности, но и повышает устойчивость.
Но, пожалуй, самое главное для Fini — это снижает опасность для здоровья тех, кто находится на асфальтированных участках, особенно тех, кто выполняет монтаж.
Первое локальное испытание AirDuo было начато в конце августа на парковке Gammage Auditorium ASU. Служба технического обслуживания объектов ASU помогла перенести исследования из лаборатории на парковку, облегчив переход от лаборатории к рынку. Утром в день установки команда службы парковки и транспорта завершила ремонт за несколько часов.
Посетители театральной постановки в Гаммаге в тот же вечер проверяли нашивку по мере их прибытия и отъезда, и на следующий день Кастро сообщил Фини, что нашивка «отлично держится».
Fini предполагает, что новое низкоуглеродистое вяжущее на биологической основе в конечном итоге будет использоваться для всех продуктов асфальтового покрытия, а не только для заплат.
Управление по охране труда Министерства труда США отмечает, что около полумиллиона рабочих ежегодно подвергаются воздействию паров асфальта, что приводит к таким последствиям для здоровья , как головная боль, кожная сыпь, усталость, раздражение горла и глаз, кашель и рак кожи.
Асфальтовое вяжущее – это клей, который скрепляет камни, песок, гравий и другие заполнители в асфальтовых покрытиях. Связующая смесь AirDuo состоит из низкоуглеродистых материалов биологического происхождения, которые являются альтернативой более токсичным нефтепродуктам, также известным как битум. Более того, AirDuo действует как фильтр токсичности для всего продукта.
После того, как традиционная смесь заполнителей и вяжущего укладывается на дороги, воздействие тепла, солнца, погоды и дорожного движения приводит к выделению продуктов распада — испаряющихся молекул — некоторые из которых имеют неприятный запах, высокотоксичны или и то, и другое.
«Мы вдыхаем 11 000 литров воздуха в день», — сказал Фини. «Но наш нос недостаточно умен, чтобы понять, когда воздух может быть опасен для нашего здоровья. Этот запах новой машины нравится людям? Это может быть вредно для ваших легких. Мы убегаем от вонючего мусорного бака, но приятный запах или пары некоторых материалов могут быть гораздо более токсичными».
Фини и Джудит Кляйн-Ситхараман, профессор Колледжа медицинских решений и Школы молекулярных наук АГУ, вместе изучили литературу о влиянии различных асфальтовых смесей на здоровье и нанесли на карту влияние на сеть биомаркеров. Ссылаясь на конкретные загрязнители, присутствующие в асфальте, команда обнаружила, что не все они созданы одинаковыми и что разные формулы имеют разные уровни токсичности, большинство из которых не были всесторонне изучены.
По словам Кляйн-Ситхараман, не было проведено достаточных исследований долгосрочного воздействия токсинов, связанных с асфальтом, на организм.
«Чтобы отдать должное сложности проблемы, нам нужен системный взгляд на взаимодействие между компонентами асфальтового дыма и их биологическими мишенями», — сказал Кляйн-Ситараман. «В асфальте присутствуют тысячи молекул, а также тысячи биомолекулярных мишеней внутри человеческого тела, которые могут связываться с этими молекулами и реагировать на их присутствие последующими биологическими эффектами, некоторые из которых могут привести к неблагоприятным последствиям для здоровья».
Фини проводит текущие исследования по изучению альтернативных вяжущих для асфальта, в том числе исследование, опубликованное в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering, о том, как богатый железом биоуголь поглощает летучие органические соединения с асфальтовых поверхностей, а также второе исследование, опубликованное в Advanced Sustainable Systems , о том, как он одновременно является экологически чистая и экономичная альтернатива битумным компонентам.
«Когда мы используем водоросли для создания AirDuo, как мы это сделали с ноябрьским урожаем прошлого года от Центра технологий и инноваций в области водорослей АГУ (AzCATI), это может быть углеродно-отрицательным», — сказал Фини, который сотрудничал с Питером над водорослевыми компонентами проекта. Ламмерс, профессор-исследователь SSEBE; Тейлор Вайс, доцент Политехнической школы; и Шугуан Дэн, профессор Школы инженерии материи, транспорта и энергетики (SEMTE).
«Использование водорослей в связующем AirDuo обеспечивает критически важную экологическую выгоду», — сказал Ламмерс. «Поскольку фотосинтез водорослей удаляет углекислый газ из воздуха, производственный процесс AirDuo сохраняет этот углерод в улучшенном асфальтовом продукте по сравнению со связующими веществами, полученными из нефти».
«Мы планируем расширить этот процесс, выращивая водоросли в сточных водах, обеспечивая таким образом дополнительную экосистемную услугу», — сказал он о будущих планах по замене нефтепродуктов водорослями в других дорожных проектах.
Другие материалы на биологической основе, которые использовала команда, включают биоуголь, полученный в результате борьбы с пожарами в Калифорнии и северной Аризоне. По словам Фини, устойчивость процесса зависит от источников сырья и, в случае AirDuo, от использования отходов биомассы из лесных остатков.
«Это способствует сохранению ресурсов и повышению ценности отходов, а также улучшению здоровья и безопасности населения, одновременно обеспечивая более экологичный материал дорожного покрытия».
Профессор SSEBE Махур Параст курировал цепочку поставок и поставок, чтобы обеспечить масштабирование AirDuo. Компания DPE Materials, партнер команды из Юмы, привезла 10 40-фунтовых мешков с AP1 (AirDuo Paving) для ремонта в Gammage.
«AirDuo представляет собой полный пакет устойчивого развития», — пояснил Фини. «Мы используем биомассу в качестве сырья — она уже извлекла CO 2 из воздуха перед сбором урожая. AP1 помогает создать устойчивую искусственную среду и снижает риски для здоровья как асфальтистов, так и тех, кто использует асфальтированные участки».
Лабораторные исследования Fini показали снижение выбросов почти на 70% при использовании AirDuo. По словам Фини, хотя это и не является однозначным переводом на полевые условия, он ясно иллюстрирует снижение токсичных выбросов. Эта смесь также имела заметно меньший запах, чем любая другая смесь, изготовленная на заводе.
Исследование альтернатив битумному вяжущему для асфальта началось с гранта Национального научного фонда в 2019 году на продукты, полученные из водорослей. Грант Министерства сельского хозяйства США, направленный на сокращение выбросов и здоровье окружающей среды, поддержал исследование, а также помог с переходом от лаборатории к рынку.
«Наши следующие шаги — более крупные проекты в кампусе ASU, а затем, возможно, во Флагстаффе и Тусоне. Наша команда приглашает другие штаты и учреждения присоединиться к кампании AP1 (AirDuo Paving) и протестировать ее на своих объектах», — сказал Фини.
Но Фини и ее команда рады, что ASU возглавляет эти усилия.
«Это технология, родившаяся в Аризоне, вдохновленная солнцем и жарой Аризоны», — сказал Фини. «Аризона идеально подходит для выращивания наших водорослей, а также является отличным испытательным полигоном для AirDuo. Поскольку в Долине 320 солнечных дней, запах асфальтированных участков никогда не прекращается.
