W przyszłości drogi mają pochłaniać zanieczyszczenia i ładować baterie
Jakimi drogami będziemy jeździć za kilkadziesiąt lat? Naukowcy prześcigają się w pomysłach. Badania nad nawierzchnią pochłaniającą tlenki azotu już trwają, testowane są drogi z paneli fotowoltaicznych.
W ciągu ostatnich dziesięciu lat w motoryzacji odnotowaliśmy prawdziwy skok cywilizacyjny, jeśli chodzi o napęd samochodów. Z silników spalinowych powoli przesiadamy się na hybrydowe i elektryczne. Wciąż udoskonalane są również ogniwa wodorowe, które także mogą napędzać auta. Ale jak za kilkadziesiąt lat będą wyglądały nasze drogi?
Obecnie Polska „odkrywa” dopiero w budownictwie infrastrukturalnym betonowe nawierzchnie. Najważniejsze drogi (autostrady, ekspresówki) buduje się właśnie w tej technologii. Czy jednak za 50 lat będziemy wciąż jeździć po takich samych drogach? A może czeka nas w międzyczasie inna rewolucja, która całkowicie zmieni podejście do sposobu budowy dróg, bo np. będą to drogi z paneli fotowoltaicznych? Na razie, wydaje się, że drogi betonowe mają wciąż u nas przyszłość. Głównie ze względu na swoją trwałość. Droga o nawierzchni betonowej czy asfaltowej, jakie znamy, za 50 lat będzie o wiele bardziej innowacyjna od dzisiejszych.
Jakie więc będą betonowe drogi przyszłości? Takie pytanie zadaliśmy specjaliście, dr. inż. Marcinowi Grygierkowi, z Katedry Geotechniki Dróg Politechniki Śląskiej w Gliwicach.
- Od projektowanej nawierzchni z betonu cementowego oczekuje się trwałości minimum 30-letniej. Jednak bez wątpienia, każdy oczekuje od nawierzchni wykonanej w tej technologii jeszcze wyższej trwałości. Czy 50-letniej? Z pewnością większość nawierzchni betonowych dotrwa do tego okresu, należy jednak zauważyć, że o okresie użytkowania nawierzchni, niewymagającym wzmocnienia, decyduje ocena kilku cech nawierzchni, dla których w przypadku dróg wysokich klas obowiązują bardzo wysokie wymagania - mówi dr inż. Grygierek. - Z tego też powodu nie można udzielić jednoznacznej odpowiedzi. Warto dodać, że trwałość nawierzchni determinowana jest nie tylko decyzjami podjętymi w trakcie jej projektowania, jakością wykonania i utrzymania w trakcie użytkowania, ale również tym, w jaki sposób będzie kształtowało się obciążenie ruchem na danym odcinku drogi. W przypadku wzrostu obciążenia ruchem w zakresie niemożliwym do przewidzenia w okresie projektowania, nawierzchnia będzie się szybciej zużywać i to jest kolejny aspekt, który powinnyśmy brać pod uwagę, szacując trwałość nawierzchni - mówi.
Jak twierdzi naukowiec, w Polsce technologia budowania nawierzchni drogowych z betonu cementowego w ostatnich latach stosowana jest coraz częściej i wydaje się, że za 50 lat ten typ nawierzchni wciąż będzie stosowany. Naukowcy twierdzą jednak, że nie będzie to taka sama nawierzchnia jak dziś.
Betonowa nawierzchnia pochłaniająca tlenki azotu
- Jak wskazuje rozwój inżynierii materiałowej oraz wzrastające wymagania z zakresu ochrony środowiska, należy oczekiwać zmian w rodzaju składników stosowanych w wykonaniu tego typu nawierzchni, a nawet funkcji, jakie taka nawierzchnia będzie musiała pełnić - mówi dr Grygierek. - Już teraz do produkcji betonu cementowego stosuje się wiele dodatków poprawiających cechy mieszanki w trakcie jej wbudowania oraz poprawiających trwałość betonu w trakcie użytkowania drogi. Dużym wyzwaniem dla drogownictwa jest stosowanie recyklingu materiałów z istniejących nawierzchni, temat ten może nie kojarzy się wprost z innowacyjnością, ale jest szalenie istotny z punktu widzenia ochrony środowiska i wymaga innowacyjnych technologii, żeby ponownie materiał ten wykorzystać do budowy. Ciekawym przykładem technologii przyszłości mogą być nawierzchnie z betonu pochłaniającego tlenki azotu, a więc oczyszczające powietrze z zanieczyszczeń - mówimy tutaj zarówno o technologii asfaltowej, jak i betonu cementowego - dodaje naukowiec. Bardzo ciekawym przykładem innowacyjności w dziedzinie budowy dróg są drogi z paneli fotowoltaicznych.
Drogi z paneli fotowoltaicznych do poprawki?
Przed trzema laty taki testowy odcinek drogi z paneli powstał w Europie, konkretnie w Normandii we Francji. W tym roku, po trzech latach eksploatacji, okazało się, że projekt nie spełnił właściwie żadnych oczekiwań, jakie w nim pokładano. Jak donoszą zagraniczne media, droga, zbudowana z prawie trzech tysięcy metrów kwadratowych paneli fotowoltaicznych, jest obecnie w tak złym stanie, że nie opłaca się jej nawet remontować. Budowa 1 km kosztowała 5 mln euro.
Ponaddwukilometrowy odcinek drogi, pokrytej przepuszczającym promienie słoneczne betonem, a pod nim umieszczonymi panelami fotowoltaicznymi, powstaje w Chinach. Jest na razie w fazie testów. Założenie jednak jest takie, że energia elektryczna pozyskana z paneli może trafić prosto do samochodów drogą bezprzewodową. Ogniwa są wyposażone w ładowarki indukcyjne, które umożliwiają ładowanie w trakcie jazdy. To nie wszystko, bo przecież ogniwa produkują całkiem sporo prądu. Moduły zajmują powierzchnię 5,875 tys. m kw. i mają wytwarzać około 1 GWh energii elektrycznej rocznie, co ma odpowiadać zapotrzebowaniu generowanemu przez 800 gospodarstw domowych. Wytworzona energia ma być wykorzystywana w pierwszej kolejności do zasilenia infrastruktury drogowej, czyli znaków, świateł, kamer oraz punktów poboru opłat. Nadwyżki trafiają do sieci energetycznej. Czy właśnie tak będą za kilkadziesiąt lat wyglądały drogi przyszłości?
- Wykonanie dróg z paneli fotowoltaicznych brzmi nieco futurystycznie, ale prowadzone są już nad tym prace badawcze, są już nawet odcinki pilotażowe. Z pewnością z technicznego punktu widzenia tego typu drogi mogłyby być stosowane już teraz, jako nawierzchnie ścieżek rowerowych czy chodników. Jednak stosowanie ich na szerszą skalę na drogach wyższych klas na razie wydaje się, że nie nastąpi szybko, z uwagi na konieczną wysoką niezawodność nawierzchni w zakresie trwałości samych paneli, czy właściwości przeciwpoślizgowych determinujących bezpieczeństwo użytkowników drogi - podkreśla dr Grygierek.
Są jednak inne kierunki innowacyjności, jeśli chodzi o budowę dróg. Coraz częściej mówi się o stosowaniu systemów regulujących temperaturę asfaltowej nawierzchni, zimą odladzających nawierzchnię, a latem odprowadzających temperaturę na drogach. Skąd wziąć energię do „samoodladzania” dróg? W Japonii testowane są drogi, w których specjalne instalacje samoodladzające pobierają energie geotermalną, czyli pochodzącą z wnętrza Ziemi. Za granicą prowadzone też są prace, których celem jest wdrożenie technologii budowy nawierzchni asfaltowej, w której byłyby zatopione specjalne instalacje umożliwiającej ładowanie akumulatorów pojazdów elektrycznych w trakcie jazdy, technologia ta z pewnością pozwoliłaby na rozwój elektromobilności.
- Wspomniane wcześniej panele fotowoltaiczne mogą być stosowane również na ekranach akustycznych i stanowić źródło energii dla funkcjonowania infrastruktury znajdującej się w pasie drogowym. Wydaje się, że w niedalekiej przyszłości pojawią się jeszcze inne pomysły innowacyjnego podejścia do nawierzchni, jednak już teraz można przewiedzieć, że ostateczna decyzja o stosowaniu danego rozwiązania podejmowana będzie na podstawie rachunku ekonomicznego, ale i uwzględniająca również zysk dla środowiska - podkreśla Grygierek.
Przeciętnego kierowcę z pewnością jednak interesuje to, czy oprócz materiałów i technologii, zmieni się także wygląd tych dróg. Może gdyby priorytetem było w przyszłości np. bezpieczeństwo, drogi musiałyby być węższe, a nie coraz szersze?
- Kwestie szeroko pojętej szerokości dróg są bardzo istotne i determinowane m.in. natężeniem ruchu oraz względami bezpieczeństwa. Ze względu na przepustowość drogi, w niektórych przypadkach muszą być one coraz szersze, z uwagi na potrzebną liczbę pasów ruchu. Zaś szerokość pasa ruchu regulowana jest przez odpowiednie przepisy - wyjaśnia specjalista od budowy dróg Politechniki Śląskiej w Gliwicach. - Z pewnością na postrzeganie „wyglądu drogi” ma wpływ krajobraz otaczający drogę i w tym przypadku mamy wiele do zrobienia. Obecnie dominują ekrany akustyczne, które wprowadzają swego rodzaju monotonię podróżowania. Niestety, ograniczenie ilości ekranów akustycznych wymaga znalezienia alternatywnych rozwiązań do ograniczenia hałasu. Nie jest to proste, aczkolwiek mamy technologię tzw. cichych nawierzchni i wciąż prowadzone są nad tym prace. Wydaje się jednak, że istniejące panele można by nieco urozmaicić, aby poprawić warunki podróżujących - uważa naukowiec.
Nowoczesne trendy to wykorzystanie recyklingu
Obecne największy nacisk kładzie się na technologie umożliwiające powtórne wykorzystanie materiałów z przebudowywanych dróg. Pomimo dużej świadomości, wykonanych już prac i zdobytego doświadczenia, nadal w tym zakresie mamy sporo do zrobienia.
- Ponowne wykorzystanie materiałów to spory zysk w aspekcie ochrony środowiska, wynikający z mniejszego zapotrzebowania na nowe materiały ze złóż naturalnych, nie mamy również problemu ze składowaniem materiałów, które wówczas kwalifikowane są jako odpad. Bardzo wiele wysiłku wkłada się w badania nad nawierzchniami asfaltowymi, w zakresie modyfikacji asfaltu czy dodatków również umożliwiających pochłanianie tlenków azotu. Ciągły rozwój technologii nawierzchni asfaltowych sprawia, że podobnie jak w przypadku nawierzchni betonowych możemy liczyć na coraz dłuższą trwałość tych dróg. Mamy już w kraju pierwszy pilotażowy odcinek drogi asfaltowej o zakładanej 50-letniej trwałości, mówimy w tej sytuacji o tzw. nawierzchni długowiecznej. Bardzo intensywnie prowadzone są badania nad nawierzchniami o zmniejszonej hałaśliwości - tzw. ciche drogi, które umożliwiają, przynajmniej częściowo, eliminowanie z naszego krajobrazu ekranów akustycznych - mówi dr inż. Marcin Grygierek.
Obecnie bardzo duże znaczenie mają systemy ITS (inteligentny system transportowy) pozwalające monitorować i zarządzać ruchem. Systemy te dają duże możliwości np. w zakresie poprawy przepustowości ruchu w miastach i wciąż są intensywnie rozwijane.