道路的CO₂减排最短路径？雪国的敌人——裂缝的新克星：藻类油让沥青变得“柔韧”

冬季道路损坏的“常见原因”中，出现了意外的答案

居住在雪国或温差较大的地区，春季初的道路通常呈现相同的面貌。裂缝呈网状蔓延，水渗入其中，冻结膨胀，融化后留下缝隙，最终形成坑洞——。车辆颠簸，行人危险，自治体的修补费用增加。

为了减轻这种“冬季负债”，研究人员引入了一种材料。混入道路的不是轮胎或塑料，而是……“藻类（微细藻类）”。根据Phys.org（ACS提供的文章），藻类衍生成分制成的沥青粘合剂（结合材料）有可能在冰点下抑制裂缝，提高耐久性。Phys.org

沥青的“弱点”在于石油衍生的“粘合剂”变硬

沥青路面通过将砂子和碎石等骨料与沥青（石油衍生的粘性物质）结合在一起保持形状。炎热的日子里会膨胀，寒冷的日子里会收缩——这种伸缩性是关键。然而，急剧降温时，粘合剂变脆，容易开裂。一旦出现裂缝入口，水就会渗入，通过反复的冻结和融化迅速加剧损伤。Phys.org

此次研究针对“寒冷导致变硬的问题”，使用藻油作为原料制造具有“橡胶状”性质的可持续粘合剂，旨在提高低温区域的性能。Phys.org

通过“计算评估”四种藻油，选择最有前景的

有趣的是，研究团队并没有直接进行实验，而是对四种藻类衍生油进行计算模型评估，评估其是否能与沥青的固体成分“良好混合”以及“在冻结温度范围内保持功能”，然后再进行试验。Phys.org

最终被认为最有前景的是淡水绿藻 Haematococcus pluvialis 衍生的油。这种油在模拟交通负荷下的永久变形（车辙方向的损伤）抵抗力以及湿气损害现象的抵抗力方面表现出良好的趋势。Phys.org

在“冻结×交通”的模拟试验中，变形恢复改善高达70%

在实验室中进行的“交通碾压”“冻结后恢复”的演示试验中，使用H. pluvialis 的藻类沥青相比传统的石油基粘合剂铺装，变形恢复改善高达70%。此外，在冰点下，裂缝比石油基粘合剂更少，这是关键点。Phys.org

这里重要的是，不是“仅仅变硬”，而是“提高在寒冷中所需的柔韧性和恢复性”。寒冷地区的铺装如果太软，夏天会出现车辙，如果太硬，冬天会开裂。藻类衍生粘合剂为这种平衡提供了另一种选择。

CO₂减排影响：1%替换可减少4.5%，22%则有可能实现“碳中和”

不仅性能，环境方面的数字也被提出。研究团队的估计显示，仅将1%的石油基粘合剂替换为藻类衍生粘合剂，沥青的净碳排放就有望减少4.5%。此外，如果约22%能用藻类替代，理论上有可能接近碳中和。Phys.org

当然，这也是最容易引发争议的点。碳中和需要从“藻类的培养方法”“油的提取和改质所用的能源”“运输”“铺装寿命是否真的延长”等整个生命周期进行评估才能确定。数字应被视为“可能性的参考”。American Chemical Society

实施的障碍：规模、成本、标准，以及“高温方面”的评估

研究方描绘了通往“高性能且具有成本效益的可持续铺装基础设施”的道路。Phys.org

另一方面，实施存在多个论点。

• 原料规模：道路的需求量巨大。藻油能通过何种供应链、以何种价格、稳定供应。

• 制造和混合过程：是否能在现有沥青厂处理的粘度和温度范围内，是否需要改造。

• 长期耐久性：在紫外线、氧化、重复荷载、融雪剂、油污等现实条件下，性能能保持多少年。

• 高温季节的性能：即使冬季强大，夏季的车辙和流动阻力是否会下降。

• 标准和认证：要在公共工程中使用，需要符合标准和采购方的采用决策。

此次成果展示了“冰点下性能的潜力”，接下来需要的是现场（实际道路）数据。

社交媒体的反应：期待的声音和质疑“数字背后”的视角

这个话题不仅限于实验室内。领导研究的Elham Fini（以Ellie Fini名义）在LinkedIn上的帖子中，强调了论文被刊登在ACS Sustainable Chemistry & Engineering封面上，以及“通过分子层面的指标（polarizability）预测生物油的相容性”的方法，引发了反响和评论。LinkedIn

评论区中可以看到诸如“作为可持续材料令人印象深刻”“将科学应用于基础设施，有助于实现更绿色的未来”等赞美。LinkedIn

另一方面，在社交媒体上，这类“绿色材料×基础设施”成为话题时，几乎总会出现的论点也存在。

• “这能量产吗？”（供应量和价格）

• “真的能减少CO₂吗？”（对LCA前提的质疑）

• “有没有其他环境负担？”（土地、水、化学处理、产业化的副作用）

• “耐久性有多少年？”（铺装“持久才是关键”）

称赞和验证要求同时出现反而是健康的。既然用于社会基础设施的道路，仅仅是“有趣的材料”是不够的。能否将性能、成本、施工性、安全性、环境影响等用实际语言解释到位是关键。

即便如此，藻类沥青展示的“下一个常识”

此次研究的价值不在于“混入藻类就环保”，而在于针对寒冷地区的故障模式（低温裂缝），通过材料设计正面应对。而且，通过计算模型进行材料探索，筛选候选者，进行实验验证，甚至提出减排假设。Phys.org

冬季损坏，春季修复，再次冬季损坏——如果能稍微缓解这个循环，司机的安全、自治体的预算，最终甚至CO₂都会受到影响。藻类是否能拯救道路，取决于下一步的现场数据。

（参考：DOI 10.1021/acssuschemeng.5c03860／资金由美国能源部支持的记载）