คำตอบที่ไม่คาดคิดสำหรับ "เหตุผลปกติ" ที่ถนนในฤดูหนาวพัง

เมื่อคุณอาศัยอยู่ในพื้นที่ที่มีหิมะตกหรือมีความแตกต่างของอุณหภูมิสูง ถนนในช่วงต้นฤดูใบไม้ผลิมักจะมีลักษณะเหมือนกัน รอยแตกที่วิ่งตามตาข่าย น้ำเข้าไปในรอยแตกนั้น แข็งตัวและขยายตัว ละลายและทิ้งช่องว่างไว้ สุดท้ายกลายเป็นหลุมบ่อ—— รถกระเด้ง คนเดินเท้าอันตราย และค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมของเทศบาลเพิ่มขึ้น

เพื่อบรรเทา "หนี้สินในฤดูหนาว" นี้แม้เพียงเล็กน้อย นักวิจัยได้นำวัสดุบางอย่างมาใช้ ไม่ใช่ยางหรือพลาสติกที่ผสมในถนน แต่เป็น……"สาหร่าย (สาหร่ายขนาดเล็ก)" ตามที่ Phys.org (บทความที่จัดทำโดย ACS) ระบุว่า สารยึดเกาะสำหรับแอสฟัลต์ที่ทำจากส่วนประกอบที่ได้จากสาหร่ายมีศักยภาพในการลดรอยแตกในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งและเพิ่มความทนทาน Phys.org

"จุดอ่อน" ของแอสฟัลต์คือ "กาว" ที่ได้จากน้ำมันปิโตรเลียมที่แข็งตัว

แอสฟัลต์ปูพื้นจะคงรูปโดยการรวมวัสดุเช่นทรายและหินบดด้วยบิทูเมน (สารเหนียวที่ได้จากน้ำมันดิบ) ในวันที่อากาศร้อนมันจะขยายตัว ในวันที่อากาศหนาวมันจะหดตัว——ความ "ยืดหยุ่น" ที่สามารถติดตามการขยายและหดตัวนี้เป็นสิ่งสำคัญ อย่างไรก็ตาม เมื่อเย็นลงอย่างรวดเร็ว สารยึดเกาะจะเปราะและแตกได้ง่าย เมื่อมีทางเข้าของรอยแตก น้ำจะเข้าไปและการแช่แข็งและการละลายซ้ำๆ จะทำให้เกิดความเสียหายอย่างรวดเร็ว Phys.org

การวิจัยครั้งนี้มุ่งเป้าไปที่การสร้างสารยึดเกาะที่ยั่งยืนซึ่งมีคุณสมบัติ "เหมือนยาง" จากน้ำมันสาหร่ายเพื่อตอบสนองต่อ "ปัญหาการแข็งตัวในความเย็น" นี้ Phys.org

การเลือกน้ำมันสาหร่าย 4 ชนิดโดย "การประเมินทางคำนวณ"

สิ่งที่น่าสนใจคือทีมวิจัยไม่ได้เริ่มต้นด้วยการทดลองทันที พวกเขาประเมินน้ำมันที่ได้จากสาหร่าย 4 ชนิดด้วยแบบจำลองคำนวณเพื่อดูว่า "สามารถผสมกับส่วนประกอบแข็งของแอสฟัลต์ได้ดีหรือไม่" และ "สามารถรักษาฟังก์ชันในช่วงอุณหภูมิที่เย็นจัดได้หรือไม่" ก่อนที่จะดำเนินการทดลอง Phys.org

น้ำมันที่มีศักยภาพมากที่สุดที่ได้รับการพิจารณาคือ น้ำมันที่ได้จากสาหร่ายสีเขียวขนาดเล็กในน้ำจืด Haematococcus pluvialis ซึ่งแสดงแนวโน้มที่ดีในการต้านทานการเสียรูปถาวร (ความเสียหายในทิศทางของการขุดร่อง) ภายใต้ความเครียดที่เลียนแบบการรับน้ำหนักจากการจราจรและการต้านทานต่อความเสียหายจากความชื้น Phys.org

ในการทดสอบจำลอง "การแช่แข็ง×การจราจร" การฟื้นตัวจากการเสียรูปดีขึ้นถึง 70%

ในการทดสอบสาธิตในห้องปฏิบัติการที่ทำซ้ำ "การเหยียบย่ำการจราจร" และ "การแช่แข็งและละลาย" แอสฟัลต์ที่ใช้ H. pluvialis แสดงการปรับปรุงการฟื้นตัวจากการเสียรูปได้ถึง 70% เมื่อเทียบกับการปูพื้นด้วยสารยึดเกาะที่ได้จากน้ำมันดิบแบบเดิม นอกจากนี้ในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง รอยแตกยังลดลงเมื่อเทียบกับสารยึดเกาะที่ได้จากน้ำมันปิโตรเลียม Phys.org

สิ่งสำคัญที่นี่คือการไม่เพียงแค่ "ทำให้แข็ง" แต่เพิ่ม "ความยืดหยุ่นและการฟื้นตัวที่จำเป็นในความหนาวเย็น" การปูพื้นในพื้นที่หนาวเย็นถ้านุ่มเกินไปจะเกิดร่องในฤดูร้อน และถ้าแข็งเกินไปจะแตกในฤดูหนาว สารยึดเกาะที่ได้จากสาหร่ายเสนอทางเลือกใหม่ในการเดินบนเชือกนี้

ผลกระทบการลด CO₂: การแทนที่ 1% ลดลง 4.5% และ 22% มีความเป็นไปได้ที่จะ "คาร์บอนนิวทรัล"

ไม่เพียงแค่ประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังมีการนำเสนอข้อมูลด้านสิ่งแวดล้อมด้วย การประมาณการของทีมวิจัยระบุว่า การแทนที่สารยึดเกาะที่ได้จากน้ำมันปิโตรเลียมเพียง 1% ด้วยสารยึดเกาะที่ได้จากสาหร่ายสามารถลดการปล่อยคาร์บอนสุทธิของแอสฟัลต์ลงได้ 4.5% นอกจากนี้หากสามารถแทนที่ประมาณ 22% ด้วยสารที่ได้จากสาหร่ายได้ ก็มีความเป็นไปได้ทางทฤษฎีที่จะเข้าใกล้คาร์บอนนิวทรัล Phys.org

แน่นอนว่านี่เป็นจุดที่มีการถกเถียงกันมากที่สุด คาร์บอนนิวทรัลจะต้องได้รับการประเมินตลอดวงจรชีวิตทั้งหมด เช่น "วิธีการปลูกสาหร่าย" "พลังงานที่ใช้ในการสกัดและปรับปรุงน้ำมัน" "การขนส่ง" และ "อายุการใช้งานของการปูพื้นจะยาวนานขึ้นจริงหรือไม่" ตัวเลขควรอ่านเป็น "การประมาณการของความเป็นไปได้" American Chemical Society

อุปสรรคในการนำไปใช้: ขนาด, ต้นทุน, มาตรฐาน, และการประเมิน "ด้านความร้อน"

ฝ่ายวิจัยวาดภาพเส้นทางไปสู่ "โครงสร้างพื้นฐานการปูพื้นประสิทธิภาพสูงและคุ้มค่า" Phys.org

ในขณะเดียวกัน การนำไปใช้มีประเด็นหลายประการ

• ขนาดของวัตถุดิบ: ถนนมีปริมาณมากมายมหาศาล น้ำมันสาหร่ายสามารถจัดหาได้ในเครือข่ายใด ราคาใด และมีความเสถียรหรือไม่

• กระบวนการผลิตและผสม: สามารถจัดการได้ในช่วงความหนืดและอุณหภูมิที่โรงงานแอสฟัลต์ที่มีอยู่หรือไม่ หรือจำเป็นต้องปรับปรุง

• ความทนทานในระยะยาว: ในสภาพความเป็นจริง เช่น รังสีอัลตราไวโอเลต, การออกซิเดชัน, การรับน้ำหนักซ้ำ, สารละลายหิมะ, คราบน้ำมัน, ประสิทธิภาพจะคงอยู่กี่ปี

• ประสิทธิภาพในฤดูร้อน: แม้จะแข็งแกร่งในฤดูหนาว แต่ความต้านทานต่อการขุดร่องและการไหลในฤดูร้อนจะลดลงหรือไม่

• มาตรฐานและการรับรอง: การใช้งานในงานก่อสร้างสาธารณะต้องการความสอดคล้องกับมาตรฐานและการตัดสินใจของผู้สั่งซื้อ

ผลลัพธ์ในครั้งนี้แสดงถึง "ความมั่นใจในประสิทธิภาพในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง" และสิ่งที่ต้องการต่อไปคือข้อมูลจากภาคสนาม (ถนนจริง)

การตอบสนองในโซเชียลมีเดีย: เสียงคาดหวังและมุมมองที่ถามถึง "เบื้องหลังตัวเลข"

หัวข้อนี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่ในห้องปฏิบัติการ ในโพสต์ LinkedIn ของ Elham Fini (ชื่อ Ellie Fini) ที่เป็นผู้นำการวิจัยได้กล่าวถึงการตีพิมพ์บทความในปกของ ACS Sustainable Chemistry & Engineering และเน้นย้ำถึงแนวทาง "การทำนายความเข้ากันได้ของน้ำมันชีวภาพด้วยตัวชี้วัดระดับโมเลกุล (polarizability)" ซึ่งได้รับการตอบรับและความคิดเห็นมากมาย LinkedIn

ในช่องความคิดเห็น มีการชื่นชมเช่น "วัสดุที่ยั่งยืนที่น่าประทับใจ" "การรวมวิทยาศาสตร์เข้ากับโครงสร้างพื้นฐานนำไปสู่อนาคตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น" LinkedIn

ในขณะเดียวกัน เมื่อหัวข้อ "วัสดุสีเขียว×โครงสร้างพื้นฐาน" นี้เป็นที่นิยมในโซเชียลมีเดีย ประเด็นที่มักจะเกิดขึ้นเสมอคือ

• "สามารถผลิตได้จำนวนมากหรือไม่?" (ปริมาณและราคา)

• "จริงๆ แล้ว CO₂ ลดลงหรือไม่?" (การวิจารณ์เกี่ยวกับสมมติฐาน LCA)

• "มีภาระต่อสิ่งแวดล้อมอื่นหรือไม่?" (ที่ดิน, น้ำ, การประมวลผลทางเคมี, ผลกระทบจากการทำให้เป็นอุตสาหกรรม)

• "ความทนทานคือกี่ปี?" (การปูพื้นต้อง "ทนทาน")

การที่มีทั้งการชื่นชมและการเรียกร้องการตรวจสอบเป็นสิ่งที่ดีต่อสุขภาพ เพราะเมื่อใช้ในโครงสร้างพื้นฐานของสังคมเช่นถนน "วัสดุที่น่าสนใจ" เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ การอธิบายประสิทธิภาพ, ต้นทุน, การก่อสร้าง, ความปลอดภัย, และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในภาษาของภาคสนามจะเป็นสิ่งที่ตัดสิน

ถึงกระนั้น แอสฟัลต์ที่ได้จากสาหร่ายก็แสดงให้เห็นถึง "ความรู้สึกใหม่"

คุณค่าของการวิจัยครั้งนี้ไม่ได้อยู่ที่ "การผสมสาหร่ายทำให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม" แต่คือ การตอบโต้โหมดความเสียหายในพื้นที่หนาวเย็น (รอยแตกในอุณ