Солнечные батареи, пластик и никакого шума: какими будут дороги будущего

Примеры технологичных дорог в разных странах мира.

К 2050 году в мире будет в два раза больше автомобилей, чем сейчас: по подсчётам Всемирного банка, на дорогах прибавится как минимум 1,2 млрд машин. Похожая тенденция складывается у электрокаров: к 2020 году их число увеличится почти в три раза по сравнению с 2016 годом — до 13 млн.

Из-за нагрузки на экологию в 2017 году Китай ограничил импорт иностранного вторсырья, а в 2018 году Евросоюз принял стратегию по вторичной переработке отходов. В планах ЕС — перерабатывать 55% всего пластика к 2030 году. К этой тенденции подключились топливные и дорожно-строительные компании.

За последние 15 лет в мире возникли десятки идей, как сделать производство асфальта менее вредным для окружающей среды, а также превратить обычную бетонную трассу в «умную» конструкцию, способную светиться в темноте, следить за трафиком, накапливать, передавать энергию и так далее.

Европейское агентство по окружающей среде подсчитало, что Нидерланды перерабатывают 51% всех производимых отходов. В 2015 году KWS, дочерняя компания голландской VolkerWessels, сообщила, что работает над созданием дорог из переработанного пластика, и призвала мировые корпорации участвовать в проекте.

В 2016 году они заключили соглашение с производителем пластиковых труб Wavin и нефтегазовой компанией Total. Инициативу одобрили местные власти и решили начать с велосипедных дорожек. Компании пока не обнародовали сумму инвестиций в проект.

«Вы видите бутылку, мы видим дорогу», — описал суть концепции один из изобретателей Саймон Йорритсма. Компания KWS решила, что 8 млн тонн пластика, ежегодно попадающего в мировой океан, станет сырьём, из которого создадут дороги.

Пилотные проекты PlasticRoad реализованы в голландской провинции Оверэйсел — в городах Зволле и Гитхорн — во второй половине 2018 года. Это два велотрека длиной по 30 метров каждый, состоящие из модульных пластиковых конструкций.

Основные особенности PlasticRoad:

Однако у PlasticRoad есть и недостатки. Например, скольжение во время дождя и слабое сцепление колёс с поверхностью на большой скорости. Инженеры ищут способ сделать сам пластик более жёстким или изобрести дополнительное безопасное покрытие. Компания, её партнёры и клиенты будут тестировать велодорожки в течение пяти лет: это поможет оценить перспективы продукта на рынке.

Идеей пластиковой автомобильной дороги уже заинтересовались в муниципалитете Роттердама, второго по величине города Нидерландов. Там может появиться уличная лаборатория PlasticRoad. Она будет представлять из себя площадку под открытым небом, на которой испытают автомобили и прочий транспорт. В компании рассчитывают в будущем строить автомагистрали и взлётно-посадочные полосы.

Первой использовать солнечные батареи в качестве дорожного покрытия стала голландская компания SolaRoad. 12 ноября 2014 года в городе Кроммени открылась испытательная велодорожка с 70-метровым отрезком из солнечных батарей.

Профинансировали проект местные власти, сумма инвестиций составила €3 млн.

В первый год эксперимента SolaRoad произвёл 9800 кВт⋅ч, что примерно равно среднегодовому потреблению трёх голландских домохозяйств.

Автомобильная дорога из солнечных батарей Wattway открылась во Франции в 2016 году. Километровый участок в районе Турувра в Нормандии построила компания Colas Group. Инвестиции в проект составили €5 млн.

Дорога состоит из панелей, которые действуют как солнечная батарея, накапливая энергию для последующего использования. Один километр такой дороги может обеспечить электричеством город с населением до 5000 человек, сообщает компания.

Wattway также открыла пилотный участок «солнечной» дороги на автомобильной стоянке во французском Нарбонне. Там получаемая электроэнергия используется для освещения площадки и расположенной рядом пешеходной зоны.

В Америке дороги из солнечных батарей производит Solar Roadways Incorporated. В 2009–2011 годах компания получила от правительства США грант на $850 тысяч на исследования и строительство парковки. Она создала площадку размером 3,7 на 11 метров для стоянки автомобилей.

Стоянка была покрыта солнечными панелями, которые располагались на бетонной основе. Поверхность может выдерживать нагрузку до 110 тысяч кг.

Создатели считают, что комплекс таких панелей может использоваться как «умное» шоссе. За счёт верхнего прозрачного слоя дорога сможет демонстрировать различную подсветку: пешеходный переход, предупреждающие знаки, дорожную разметку. Кроме того, в перспективе такая трасса будет предупреждать водителя об опасностях: ямах, упавших деревьях или авариях.

В 2014 году руководители компании организовали краудфандинговую кампанию для запуска продукта в производство. Им удалось собрать $2,2 млн на Indiegogo и найти 42 тысячи финансирующих — рекордное для этого сайта количество спонсоров. В 2016 году Solar Roadways получила от правительства США ещё $750 тысяч.

30 сентября 2016 года в Айдахо открыли первую пешеходную дорожку на солнечных батареях. Она состояла из 30 панелей площадью 14 м². Стоимость этой установки составила $66 тысяч ($47 тысяч поступило из гранта правительства штата). Выработка площадки доступна в сети в режиме реального времени. Вся энергия поступает в пользу города.

Некоторые американские урбанисты критиковали проект из-за его сложности и высокой стоимости. Журналист издания ExtremeTech подсчитал: исходя из затрат Solar Roadways, стоимость замены всех дорог в США панелями составит около $56 трлн.

Ещё одну дорогу на солнечных батареях запустили в китайском Цзинане. Проект разработала компания Qilu Transportation Development Group.

Километровый участок с двумя полосами может генерировать до 1 млн кВт⋅ч электроэнергии в год. Такого объёма хватает для питания 800 жилых домов. Полученное электричество используется для уличного освещения, подсветки рекламных щитов, питания камер видеонаблюдения и автоматов для оплаты проезда.

Кроме того, энергия тратится на обогрев трассы, чтобы на ней не скапливался снег. Лишнюю выработку компания отдаёт местным энергосетям.

Верхний слой трассы выполнен из специального прозрачного бетона, под которым находятся солнечные панели. Под ними расположен изолирующий слой, предотвращающий влияние резких перепадов температуры.

1 м² такой дороги стоил $458 (длина дороги — 5875 м²), что почти в 90 раз дороже обычного асфальтового покрытия (в среднем 1 м² асфальта стоит от $1 до $ 5). При этом глава Qilu Transportation Сюй Чуньфу заявил, что китайский проект обошёлся в $2,6 млн — оказался в два раза дешевле, чем аналогичный французский.

На практике оказывается, что полученного электричества оказывается меньше, чем предполагали создатели. Французская дорога Wattway максимально может генерировать 800 кВт⋅ч в день, однако в 2017–2018 годах показатель составлял около 400 кВт⋅ч.

Это связано с тем, что поверхность расположена строго горизонтально и не имеет нужного угла наклона, поэтому выработка электроэнергии может снижаться до 50% по сравнению с обычной солнечной батареей.

К примеру, французская солнечная электростанция Cestas, где панели стоят под нужным углом, производит 300 тысяч кВт на участке площадью 250 гектаров. Она вырабатывает энергию по цене €105 за МВт·ч, дешевле чем на АЭС (€109 за МВт·ч).

В 2012 году голландская студия Roosegaarde и компания Heijmans NV при поддержке местных властей создали светящуюся дорогу.

На участке длиной 4,5 км нет ни одного фонаря. Видимость обеспечивается за счёт светящихся зелёных линий. На дороге сделали неглубокие каналы, которые заполнили люминесцентным гелием. Днём линии поглощают свет и заряжаются, и ночью их работы хватает до 10 часов. В пасмурные дни энергия поступает из зарядного устройства.

Автор идеи, художник Даан Розегаарде, планирует совершенствовать проект. В будущем он хочет сделать линии термоактивными, чтобы они могли предупреждать о гололёде и снеге. На дорогу нанесут изображения снежинок, и когда температура опустится ниже нуля, они должны подсвечиваться.

Вдохновлённый идеей использования света, Данн Розегаарде создал возле города Эйндховен 600-метровую велодорожку Van Gogh Path, которая в тёмное время суток мерцает тысячами огней. Фрагменты также заряжаются дневным светом, чтобы потом демонстрировать мотивы знаменитой картины Винсента Ван Гога «Звёздная ночь». Стоимость проекта составила около $870 тысяч.

Молодой изобретатель из Пакистана создал ветряную трубу, которая превращает движение в энергию. Идею профинансировала нефтегазовая компания Shell, и конструкция появилась на восточном побережье Шотландии.

Изобретение состоит из ветряной турбины, которая вращается на ветру от проезжающих мимо машин. От движения заряжается аккумулятор, встроенный в систему. Установка высотой 2,5 метра изготовлена из переработанного углеродного волокна и весит 9 кг. Полная батарея содержит 1000 Вт электричества, что достаточно для работы двух ламп и вентилятора в течение 40 часов.

В 2014 году создатель установки Санвал Мьюнер получил награду от ООН за экологически чистую энергию. Он заявил, что его изобретение должно быть доступно для развивающихся стран. Цена одной турбины составляет $200.

В 2008 году корейский дизайнер Ли Ханьюн предложил заменить дорожную разметку на голограмму. Перед автомобилем, стоящим у пешеходного перехода, загорается голографическая стена, на которую проецируются идущие люди или надпись Stop. Голограмма исчезает, когда разрешают движение автомобилей.

В описании проекта говорится, что голограмма заметна с любой точки дороги, её не могут скрыть деревья или высокие машины. Кроме того, водителю психологически может быть трудно проехать через «стену». Проект обсуждался в основном на сайтах, посвящённых дизайну, реальная его оценка не проводилась.

В 2018 году в Швеции открылась первая в мире дорога, заряжающая электроавтомобили. Проект eRoadArlanda реализовал департамент транспорта страны совместно с компанией RUAB.

Электрифицированный участок расстоянием 2 км состоит из дорожного полотна и контактного рельса по всей его длине. Проезжающий автомобиль для зарядки должен иметь специальный токоприёмник. Дорога разделена на 50-метровые секции, которые подают энергию, когда машина проезжает.

Экспериментальная система спроектирована для зарядки грузовых электромобилей, однако легковой транспорт и автобусы также могут пользоваться ею.

Если испытания пройдут успешно, власти Швеции планируют электрифицировать 20 тысяч км дорог. Такая идея актуальна для страны и Евросоюза, где в пользовании находится более 500 тысяч электромобилей.

Создатели оценили, что электрификация 20 тысяч км дорог в Швеции с помощью электропроводящих каналов обойдётся в 80 млрд шведских крон (примерно $86 млрд). Текущие расходы на топливо — 42 млрд крон (примерно $45 млрд), а чистая электроэнергия, по подсчётам правительства страны, обойдётся в 10 млрд крон (примерно $10,7 млрд). Таким образом, страна сможет экономить на электродорогах около 30 млрд крон (примерно $32 млрд).

Китай тоже планирует оснастить свою «солнечную» трассу в Цзинане зарядкой для электромобилей. В отличие от шведской технологии, она будет бесконтактной. Правительство страны уже договорилось с компанией Qualcomm о предоставлении технологии беспроводной зарядки. Проект планируют реализовать в течение двух–трёх лет. Сумма контракта пока неизвестна.

Один из способов шумоподавления на дорогах — добавление прорезиненной крошки в асфальтовую смесь. При производстве используют частицы переработанных шин, которые делают поверхность более мягче и снижают шум.

В США прорезиненный асфальт используется с 1960-х годов. В Аризоне начали добавлять резиновую крошку, чтобы увеличить срок службы дорог. Неожиданное преимущество, снижение шума, обнаружили только в 2000 году, когда толщину прорезиненного асфальта увеличили до 1 дюйма. На сегодняшний день в США для производства такого асфальта ежегодно перерабатывается 12 млн шин. Технологию также стали тестировать в Бельгии.

Практика показала, что прорезиненный асфальт эффективен только для нешипованной резины. В штате Вашингтон, где власти разрешают использовать шины с шипами, испытания оказались неудачными. Дороги получили повреждения, а эффект шумоподавления почти не срабатывал.

В Германии в начале 2000-х годов испытывали другую методику шумоподавления — пористый асфальт. При большой скорости автомобиля (свыше 80 км/час) воздух между шинами и покрытием дороги выходит с громким звуком. Асфальт, верхняя часть которого состоит из мелких пустот, поглощает этот воздух и позволяет снизить уровень шума на 5 децибел.

У этой концепции оказалось много недостатков, основным стала высокая стоимость работ. Так как внутрь покрытия проникает кислород, там начинают происходить процессы окисления. В результате немецким дорожным строителям приходилось закупать самые устойчивые материалы, что делало процесс более дорогим в сравнении с обычным асфальтом.

Кроме того, при минусовой температуре в пустотах замерзала вода и разрушала покрытие. Третьей проблемой стала недолговечность самого шумоподавления — эффект пропадал по мере того, как поры забивались грязью.

Впоследствии в Германии придумали сделать пористый слой больше, чтобы грязь и вода скапливались в нижнем слое, а не на поверхности. А канадская компания Lafarge провела испытания пористого бетона, чтобы исследовать, возможно ли в будущем заменить им отверстия для стока воды. Собранную через асфальт воду в перспективе можно собирать, очищать и использовать в бытовых целях.

Такой метод активно использует Индия, где к 2018 году уже около 100 тысяч км дорог состоят из частиц переработанного пластика. Причиной, по которой его начали применять в строительстве, изначально была экономия: пластик лучше связывает вещества камня и битума, в результате дорога получалась более прочной и служила дольше.

В ноябре 2015 года правительство страны распорядилось, чтобы все компании, занимающиеся дорожным строительством, применяли пластиковые отходы.

Опытом Индии вдохновился шотландец Тоби МакКартни. Однажды, во время поездки в эту страну, он увидел, как местные жители борются с выбоинами: они заполняли их пластиковым мусором и плавили его.

Вернувшись домой, он создал стартап MacRebur The Plastic Road Company, в 2016 году стал победителем конкурса предпринимателей, который проводил известный миллиардер Ричард Брэнсон, а затем получил 1,3 млн фунтов стерлингов (примерно $1,7 млн) через краудфандинг. Впервые новую смесь испытали в британском графстве Камбрия, затем к проекту подключились и другие регионы.

Тоби МакКартни заявляет, что каждые 100 м² их дороги эквивалентны 435 тысячам пластиковых пакетов или 71 тысяче одноразовых бутылок.

Тонна асфальта, производимого MacRebur, стоит примерно на 10 фунтов (примерно $13) меньше, чем обычная битумная смесь. Графство Камбрия ежегодно использует 250 тонн асфальта и в результате экономит около 2,5 млн фунтов (примерно $3,2 млн). Обновлять такой асфальт не придётся чаще одного раза в 20 лет, сообщил Тоби МакКартни.

Некоторые компании используют переработку использованного асфальта. По словам Дона Мэттьюза, президента компании Reclaimed Aggregates, асфальт — третий самый перерабатываемый продукт в мире.

В канадском Онтарио ещё в 1990-х годах смогли сэкономить $25 тысяч, восстановив 440 км дорог из переработанного асфальта. Этот метод активно применяется во всей Северной Америке, в том числе и Канаде.

А компания Canadian Road Builders предложила использовать смесь Vegecol, которая целиком состоит из растительных компонентов, без продуктов нефтепереработки. Для начала её предложили протестировать на пешеходных и велосипедных дорожках.

В 2015 году американец Джон Смит запустил стартап по созданию 3D-принтера для ремонта дорог. Его идея — объединить обычный асфальтоукладчик и лазерный сканер для трёхмерной печати.

Планируется, что машина сможет сама оценить размер трещины с точностью до миллиметра и напечатать необходимое количество материала. Инициатор планировал собрать через краудфандинг $60 тысяч, однако проект пока не реализован.

В Нидерландах ищут способы усовершенствовать и обычные битумные дороги. Чтобы продлить срок службы автомагистрали, к классическому составу решили примешивать стальную стружку.

Уложенный асфальт нуждается в профилактической термообработке: если индукционная машина будет раз в три–четыре года проходить по такой дороге, частицы стали будут плавиться и скреплять микротрещины.

Такой способ несколько лет применяется на магистрали возле города Флиссинген. Укладка и обслуживание асфальта стоит на 25% дороже обычного, но при этом позволяет в два раза увеличить срок службы дороги.

В Великобритании предложили восстанавливать трассы с помощью бактерий. Исследователи из Университета Ньюкасла вывели микроорганизм BacillaFilla, который можно распылять на мелкие трещины.

Бактерия проникает в отверстия, размножается и заполняет их. Когда бактерии больше некуда расти, она гибнет и превращается в карбонат кальция. Такая методика подходит только для мелких трещин. Нигде в мире бактерия пока не применялась.

Впервые дорога, издающая звуки, появилась в Дании в 1995 году. Два местных художника предложили параллельно нанести выпуклые детали разной формы на дорогу. Из-за создающихся вибраций при движении автомобиля появляется мелодия.

В Южной Корее музыкальная дорога длиной 350 метров была создана в 2006 году, чтобы отвлекать уставших водителей ото сна. Строители сделали неглубокие канавки, и при движении на скорости около 100 км/час вибрации создавали композицию «У Мэри был ягненок» (эта мелодия была записана на первом фонографе).

В Японии с помощью музыкальных дорог придумали бороться с превышением скорости. В 2007 году появились звучащие отрезки на Хоккайдо, в Вакаяме и префектуре Гумма. При движении по ним звучат известные мелодии, однако при превышении скоростного режима они искажаются.

В 2008 году компания Honda для продвижения своего седана построила такую дорогу в Калифорнии. Изначально её планировали создать местные власти и одобрили расходы до $35 тысяч, однако потом компания захотела профинансировать проект и использовать его в рекламе. Через несколько недель после открытия 400-метровый отрезок пришлось перенести от жилых домов, так как люди жаловались на шум.

Разработчики вышеуказанных проектов рассчитывают, что в будущем дороги из пластика и переработка отходов смогут положительно повлиять на проблему вредных выбросов в атмосферу, а также поспособствуют очистке Мирового океана от пластика. На 2014 год там насчитывалось более 5 трлн пластиковых деталей.

Те же цели преследуют инициаторы «солнечной» энергетики. Компания Bloomberg New Energy Finance прогнозирует, что к 2040 году ветрогенераторы и солнечные батареи обеспечат треть мировой энергии. Это может произойти за счёт снижения стоимости производства электричества.

Помимо экологической составляющей, новые технологии в дорожном строительстве — один из методов снижения смертности. По данным Всемирной организации здравоохранения, основной причиной гибели людей во всём мире является отсутствие безопасности на дорогах как для водителя, так и для пешеходов.

К 2030 году ВОЗ прогнозирует снижение смертельных случаев в два раза благодаря «умным» дорогам и автомобилям.

#будущее #дороги #строительство #электромобили #авто