Samonaprawiające się drogi: czy zrównoważone drogi są w końcu możliwe?

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• 25 maja 2023 r.

Podsumowanie spostrzeżeń

Zwiększone wykorzystanie pojazdów wywarło ogromną presję na rządy w zakresie konserwacji i napraw dróg. Nowe rozwiązania pozwalają na odciążenie w zarządzaniu miastem poprzez automatyzację procesu naprawy szkód w infrastrukturze.   

Kontekst dróg samonaprawiających się

Według danych Urban Institute, w 2019 r. władze stanowe i lokalne w USA przeznaczyły na autostrady i drogi około 203 mld USD, czyli 6 procent swoich całkowitych bezpośrednich wydatków ogólnych. Kwota ta uczyniła autostrady i drogi piątymi co do wielkości wydatkami pod względem bezpośrednich wydatków ogólnych w tym roku. Nakład ten przyciągnął również uwagę inwestorów zainteresowanych opracowaniem innowacyjnych rozwiązań maksymalizujących wartość inwestycji w infrastrukturę publiczną. W szczególności naukowcy i start-upy eksperymentują z alternatywnymi materiałami lub mieszankami, aby ulice były bardziej sprężyste i zdolne do naturalnego zamykania pęknięć.

Na przykład po wystarczającym podgrzaniu asfalt używany na tradycyjnych drogach staje się nieco mniej gęsty i rozszerza się. Naukowcy z Holandii wykorzystali tę zdolność i dodali do mieszanki drogowej włókna stalowe. Gdy maszyna indukcyjna jedzie po drodze, stal nagrzewa się, powodując rozszerzanie się asfaltu i wypełnianie wszelkich pęknięć. Mimo że ta metoda kosztuje o 25 procent więcej niż konwencjonalne drogi, według holenderskiego Uniwersytetu w Delft oszczędności, jakie może wygenerować podwojona żywotność i samonaprawiające się właściwości, wynoszą do 95 milionów USD rocznie. Ponadto włókna stalowe umożliwiają również transmisję danych, otwierając możliwości dla modeli pojazdów autonomicznych.

Chiny mają również swoją wersję koncepcji z Su Jun-Feng z Politechniki Tianjin, wykorzystującą kapsułki z rozszerzającego się polimeru. Te rozszerzają się, aby wypełnić wszelkie pęknięcia i szczeliny, gdy tylko się utworzą, zatrzymując rozkład drogi, jednocześnie czyniąc nawierzchnię mniej łamliwą.   

Zakłócający wpływ 

Ponieważ materiałoznawstwo stale się poprawia, rządy prawdopodobnie będą nadal inwestować w rozwój samonaprawiających się dróg. Na przykład naukowcy z Imperial College w Londynie stworzyli żywy materiał inżynieryjny (ELM) wykonany z określonego rodzaju celulozy bakteryjnej w 2021 r. Zastosowane kultury komórek sferoidalnych mogły wykryć, czy zostały uszkodzone. Kiedy dziury zostały wycięte w ELM, zniknęły one po trzech dniach, gdy komórki przystosowały się do leczenia ELM. Ponieważ coraz więcej takich testów kończy się sukcesem, samonaprawiające się drogi mogą zaoszczędzić rządom znaczne środki na naprawy dróg. 

Co więcej, zdolność do przesyłania informacji poprzez integrację stali z drogami mogłaby pozwolić pojazdom elektrycznym (EV) na ładowanie się podczas jazdy, obniżając koszty energii i zwiększając odległość, jaką te modele mogą pokonać. Chociaż plany odbudowy mogą być odległe, chińskie kapsułki „odmładzające” mogą zapewnić możliwość wydłużenia żywotności dróg. Ponadto udane eksperymenty z żywymi materiałami z pewnością przyspieszą badania w tym obszarze, ponieważ są one bezobsługowe i mogą być bardziej przyjazne dla środowiska niż standardowe komponenty.

Mogą jednak pojawić się wyzwania, głównie podczas testowania tych technologii. Na przykład Europa i Stany Zjednoczone są dość surowe w swoich konkretnych przepisach. Niemniej jednak inne kraje, takie jak Korea Południowa, Chiny i Japonia, już rozważają przetestowanie hybrydowych materiałów drogowych.

Implikacje samonaprawiających się dróg

Szersze konsekwencje samonaprawiających się dróg mogą obejmować:

• Zmniejszone ryzyko wypadków i obrażeń spowodowanych dziurami i innymi niedoskonałościami powierzchni. Podobnie, można uzyskać minimalnie obniżone koszty utrzymania pojazdów w skali populacji. 
• Malejące zapotrzebowanie na prace związane z utrzymaniem i naprawą dróg. Ta korzyść może również pomóc w zmniejszeniu rocznego natężenia ruchu i wskaźników opóźnień spowodowanych takimi pracami konserwacyjnymi.
• Lepsza infrastruktura wspierająca pojazdy autonomiczne i elektryczne, prowadząca do szerszego zastosowania tych maszyn.
• Zwiększenie inwestycji w rozwój alternatywnych i zrównoważonych materiałów dla przyszłych dróg, a także do zastosowań w innych projektach infrastruktury publicznej.
• Sektor prywatny integrujący te technologie z rozwojem budynków komercyjnych i mieszkalnych, zwłaszcza w regionach narażonych na trzęsienia ziemi.

Pytania do rozważenia

• Jak wyobrażacie sobie wdrażanie samonaprawiających się dróg w praktyce i jakie wyzwania należy rozwiązać, aby je urzeczywistnić?
• Jakie są najważniejsze czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji o wprowadzeniu dróg samonaprawiających się w określonej lokalizacji?