به گزارش دنیای نفت و قیر، آزمایش قیر جادهای مبتنی بر صمغ کاج در جاده RD 427 فرانسه، اهمیتی فراتر از یک مسیر روستایی در جنوبغربی اروپا دارد. اگر این ماده در برابر تردد عادی و شرایط فصلی عملکرد قابلاعتمادی نشان دهد، میتواند روشی عملی در اختیار سازمانهای راه قرار دهد تا مصرف قیر نفتی را کاهش دهند، بدون آنکه ناچار به کنارگذاشتن تجهیزات متداول روسازی یا ایجاد سطحی با ظاهر متفاوت شوند. این موضوع برای خاورمیانه نیز مهم است، زیرا چند اقتصاد منطقه از صادرکنندگان عمده قیر راهسازی هستند و گسترش استفاده از چسبانندههای نیمهزیستی میتواند بهتدریج مشخصات فنی محصولات، ضوابط خرید و میزان تقاضا برای باقیماندههای سنگین پالایشگاهی را تحتتأثیر قرار دهد. این فناوری در کوتاهمدت قیر نفتی را حذف نخواهد کرد، اما میتواند بازاری ایجاد کند که در آن قیر فسیلی بهطور فزاینده با منابع کربنی تجدیدپذیر ترکیب شود. پالایشگاهها، پایانهها و عرضهکنندگان مصالح راهسازی ممکن است در آینده ناچار شوند محصولاتی ارائه دهند که بهطور ویژه برای سازگاری با مواد زیستی طراحی شدهاند، نه اینکه فقط به گریدهای سنتی نفوذپذیری و ویسکوزیته متکی باشند.
این آزمایش در جاده استانی RD 427، نزدیک سنلژه (Saint-Léger) در دپارتمان لو-ا-گارون (Lot-et-Garonne) فرانسه اجرا شد. مقام محلی در یک عملیات پوشش سطحی از چسباننده زیستی استفاده کرد که در آن بخشی از چسباننده نفتی معمول با صمغ حاصل از کاج جایگزین شد. سطح نهایی روسازی همچنان سیاه باقی مانده و از نظر ظاهری تفاوت محسوسی با یک سطح قیری معمولی ندارد. هزینه افزوده این روش در مقایسه با اجرای متعارف، حدود ۰٫۰۴ یورو به ازای هر مترمربع اعلام شده است؛ رقمی محدود برای یک آزمایش میدانی که با هدف کاهش مصرف مواد فسیلی و نگهداری کربن زیستی در لایه جاده انجام شده است. این پروژه بخشی از برنامه گستردهتر این دپارتمان برای نگهداری و نوسازی راهها بهشمار میرود.
اهمیت فنی این آزمایش از نقش چسباننده آغاز میشود. روسازی جاده فقط از قیر ساخته نمیشود. سنگدانههای معدنی بخش عمده جرم مصالح را تشکیل میدهند و مقدار کمتری از چسباننده، سطح ذرات سنگی را میپوشاند، آنها را کنار هم نگه میدارد، ورود آب را محدود میکند و رفتار ویسکوالاستیک لازم برای تحمل بار ترافیکی و نوسان دما را فراهم میآورد. قیر معمول راهسازی از برش سنگین باقیمانده پس از پالایش نفت خام بهدست میآید. این ماده مخلوط پیچیدهای از آسفالتنها، رزینها، ترکیبات آروماتیک و مواد اشباعشده است. نسبت میان این اجزا، سختی، چسبندگی، رفتار جریان، مقاومت در برابر پیرشدگی و حساسیت دمایی قیر را تعیین میکند.
صمغ کاج نیز مادهای تیره، گرانرو و سرشار از کربن است، اما بهجای نفت خام از خوراک زیستی تولید میشود. این ماده میتواند از چوب رزینی، پسماندهای جنگلی یا ترکیبات بازیابیشده در فرآورش حرارتی مواد مشتق از کاج بهدست آید. ترکیب شیمیایی دقیق آن به روش تولید بستگی دارد، اما ممکن است شامل اسیدهای رزینی، ترکیبات فنولی، مولکولهای آروماتیک اکسیژندار و اجزای آلی سنگینتر باشد. این ترکیبات میتوانند گرانروی، چسبندگی اولیه و رفتار اتصالدهندگی ایجاد کنند. به همین دلیل، صمغ حاصل از کاج و مواد مشابه در گذشته برای درزبندی، آببندی و حفاظت از چوب کاربرد داشتهاند.
در کاربرد جاده RD 427، بهنظر نمیرسد صمغ کاج بهطور کامل و یکبهیک جای قیر نفتی را گرفته باشد. این ماده بهعنوان جایگزین جزئی درون یک چسباننده فرمولبندیشده به کار رفته است. این تفاوت بسیار مهم است. قیرهای راهسازی معمول خواص رئولوژیکی شناختهشده و چندین دهه سابقه عملکرد دارند. جایگزینی کامل آنها با یک محصول زیستی تصفیهنشده میتواند مشکلاتی مانند نرمی بیش از حد، شکنندگی، ناپایداری شیمیایی، حساسیت به آب یا اکسیدشدن سریع ایجاد کند. جایگزینی جزئی اجازه میدهد چسباننده نفتی بخش بزرگی از ساختار مکانیکی خود را حفظ کند، در حالی که جزء مشتق از کاج مصرف مواد نفتی را کاهش داده و کربن تجدیدپذیر وارد سامانه میکند.
سازوکار این فناوری از مرحله تهیه چسباننده آغاز میشود. جزء صمغ کاج باید در شرایط کنترلشده دما و اختلاط با قیر نفتی ترکیب شود تا مادهای با یکنواختی کافی بهدست آید. سازگاری میان دو جزء اهمیت زیادی دارد. اگر اجزا در زمان نگهداری یا حملونقل از یکدیگر جدا شوند، چسبانندهای که به محل پروژه میرسد دیگر ویسکوزیته و ترکیب یکنواختی نخواهد داشت. تولیدکنندگان باید چگالی، حلالیت، پایداری در مخزن و تعامل میان اجزای مولکولی سبک و سنگین را ارزیابی کنند. بسته به فرمول محصول، ممکن است استفاده از پایدارکنندهها، چسبانندهها یا افزودنیهای دیگر ضروری باشد.
در پروژه RD 427 از این ماده در عملیات پوشش سطحی استفاده شد، نه در یک لایه ضخیم و سازهای آسفالت. پوشش سطحی معمولا با پاشیدن لایهای نازک و دقیق از چسباننده روی روسازی موجود آغاز میشود و بلافاصله پس از آن، سنگدانههای ریز روی سطح پخش میشوند. سپس غلتکها ذرات سنگی را در چسباننده فرو میبرند. این عملیات مقاومت لغزشی را بازیابی میکند، ترکها و عیوب کوچک سطحی را میبندد و نفوذ آب را کاهش میدهد. در نتیجه، عمر خدمت روسازی موجود افزایش مییابد، بدون آنکه کل ساختار راه برداشت و جایگزین شود.
چسباننده در این کاربرد باید چند وظیفه را در یک بازه کوتاه اجرایی انجام دهد. هنگام پاشش باید بهاندازه کافی روان باشد تا لایهای پیوسته و یکنواخت ایجاد کند. باید سطح سنگدانه را خیس کرده و پیش از آنکه عبور خودروها باعث جداشدن ذرات شود، چسبندگی کافی ایجاد کند. پس از اجرا نیز باید انسجام لازم را بازیابد تا سنگدانهها در برابر نیروهای ناشی از ترمز، شتابگیری و حرکت در پیچها حفظ شوند. همچنین در هوای گرم باید در برابر قیرزدگی مقاومت کند، زیرا چسباننده بیش از حد نرم ممکن است به سطح حرکت کند. در فصل سرد نیز باید در برابر ترکخوردگی و جداشدن سنگدانه مقاوم باشد، زیرا چسباننده بیش از حد سخت ممکن است انعطاف خود را از دست بدهد.
جزء مشتق از صمغ کاج میتواند از طریق ویژگیهای چسبندگی و رئولوژیکی خود به عملکرد محصول کمک کند. ترکیبات قطبی دارای اکسیژن ممکن است برهمکنش با برخی سطوح معدنی را تقویت کنند، هرچند نتیجه نهایی به نوع کانی سنگدانه، مقدار رطوبت و فرمول چسباننده وابستگی زیادی دارد. بخش زیستی ممکن است ویسکوزیته و کشسانی را نیز اصلاح کند. فرمول موفق باید تعادل لازم را حفظ کند: روانی مناسب هنگام اجرا، بازیابی سریع انسجام پس از پخش، نگهداری مطلوب سنگدانه و پایداری کافی در دمای تابستان.
مقاومت در برابر آب یکی از مهمترین مسائل در پوششهای سطحی است. رطوبت موجود در مرز میان چسباننده و سنگدانه میتواند چسبندگی را تضعیف کند و موجب عریانشدن شود؛ پدیدهای که در آن قیر از سطح سنگ جدا میشود. بنابراین آزمایشهای آزمایشگاهی و میدانی باید مشخص کنند که جزء حاصل از کاج در شرایط مرطوب، چسبندگی را بهبود میدهد، ثابت نگه میدارد یا کاهش میدهد. صرف زیستیبودن ماده برای پیشبینی نتیجه کافی نیست. صمغهای مختلف کاج ممکن است نسبتهای متفاوتی از اسیدها، مواد فنولی، آب و ترکیبات فرار داشته باشند و در نتیجه عملکرد آنها بهطور محسوسی متفاوت باشد.
پیرشدگی نیز یکی دیگر از پرسشهای اصلی فنی است. قیر نفتی بهتدریج در معرض گرما، اکسیژن و پرتو فرابنفش اکسید میشود. با از دست رفتن اجزای سبک و فرار و افزایش پیوندهای مولکولی، چسباننده سختتر میشود و در نهایت ممکن است شکننده شود. مواد زیستی نیز اکسید میشوند. برخی ترکیبات غنی از اکسیژن ممکن است سریعتر از اجزای معمول قیر واکنش دهند، در حالی که بعضی ساختارهای آروماتیک طبیعی میتوانند سازگاری مناسب یا رفتار آنتیاکسیدانی ایجاد کنند. بنابراین پایش بلندمدت میدانی لازم است تا مشخص شود چسباننده RD 427 سریعتر، کندتر یا مشابه نمونه متعارف پیر میشود.
ادعای کاهش انتشار کربن به منبع و روش تولید صمغ کاج وابسته است. درختان هنگام رشد دیاکسیدکربن جذب میکنند و کربن را در چوب و رزین ذخیره میسازند. وقتی بخشی از ماده حاصل از جنگل در چسباننده جاده به کار میرود، بخشی از این کربن زیستی بهجای سوختن فوری یا تجزیهشدن، در طول عمر خدمت پوشش در روسازی باقی میماند. در همین زمان، جایگزینی بخشی از چسباننده نفتی میتواند تقاضا برای ماده فسیلی را کاهش دهد.
با این حال، نتیجه کامل زیستمحیطی باید از طریق ارزیابی چرخه عمر محاسبه شود. این بررسی باید عملیات جنگلداری، جمعآوری پسماندها، تولید صمغ، مصرف انرژی، حملونقل، اختلاط چسباننده، دمای اجرا، دوام روسازی و نحوه مدیریت آن در پایان عمر را شامل شود. اگر تولید جزء زیستی انرژی زیادی مصرف کند یا به حملونقل طولانی نیاز داشته باشد، بخشی از مزیت کربنی از بین میرود. اگر این ماده عمر روسازی را کاهش دهد و تعمیرات مکرر لازم شود، چرخههای اضافی عملیات اجرایی ممکن است کاهش اولیه مصرف مواد فسیلی را خنثی کنند. بهترین وضعیت زمانی ایجاد میشود که صمغ از پسماندهای جنگلی محلی تهیه شود، با انرژی کمکربن فرآورش شود و در روسازیای به کار رود که دستکم بهاندازه نمونه متعارف دوام داشته باشد.
هزینه افزوده اعلامشده، یعنی ۰٫۰۴ یورو به ازای هر مترمربع، از نظر تجاری اهمیت زیادی دارد، زیرا سازمانهای راه تحت محدودیتهای بودجهای شدید فعالیت میکنند. بسیاری از مصالح کمکربن راهسازی فقط در حد پروژههای نمایشی باقی میمانند، چون هزینه اضافی آنها برای استفاده در مقیاس شبکهای زیاد است. افزایش هزینه چهار سنتی در هر مترمربع در مقایسه با کل هزینه اجرای پوشش سطحی اندک است، هرچند این رقم باید با توجه به شرایط خاص همین پروژه، نوع قرارداد خرید و مقیاس آزمایشی تفسیر شود. توسعه گسترده این فناوری به تأمین پایدار خوراک، ظرفیت تولید صنعتی، دریافت تأییدیههای فنی و امکان رقابت در مناقصات وابسته خواهد بود.
این پروژه همچنین یک راه عملی برای کاهش انتشار کربن نشان میدهد که نیازمند کنارگذاشتن روشهای شناختهشده نگهداری راه نیست. چسبانندهای که بخشی از آن زیستی است، در صورت قرارگرفتن ویژگیهای اجرایی آن در محدوده مناسب، میتواند با تجهیزات معمول حمل، پاشش و غلتکزنی استفاده شود. این موضوع مانع ورود فناوری را نسبت به راهکارهایی که به کارخانه جدید، ماشینآلات ویژه یا آموزش گسترده پیمانکاران نیاز دارند کاهش میدهد.
برای صنعت قیر نفتی، نتیجه تجاری احتمالی حذف فوری بازار موجود نیست، بلکه افزایش تنوع محصولات خواهد بود. سازمانهای راه ممکن است در آینده حداقل سهم مواد زیستی، میزان قابلاثبات کاهش کربن یا سازگاری با اصلاحکنندههای تجدیدپذیر را در مشخصات خرید وارد کنند. تولیدکنندگان قیر میتوانند با عرضه قیر پایهای که برای اختلاط با صمغ کاج، لیگنین، روغن تال، روغن زیستی یا سایر مواد جنگلی طراحی شده پاسخ دهند. پایانهها نیز ممکن است به مخازن جداگانه، سامانههای همزن و روشهای جدید کنترل کیفیت نیاز پیدا کنند. آزمایشگاهها احتمالا باید دامنه آزمونها را از نفوذپذیری، نقطه نرمی و ویسکوزیته فراتر ببرند و پایداری فازی، پیرشدگی شیمیایی و میزان کربن زیستی را نیز بررسی کنند.
صادرکنندگان خاورمیانه باید این آزمایش فرانسوی را بیشتر بهعنوان نشانهای از جهت آینده خریدهای دولتی ببینند تا تهدیدی فوری برای حجم صادرات. اروپا همچنان به مقادیر قابلتوجهی قیر پالایشگاهی، بهویژه برای لایههای سازهای آسفالت و راههای پرترافیک، نیاز خواهد داشت. با این حال، تقاضا ممکن است از نظر فنی تخصصیتر شود. صادرکنندگانی که بتوانند ترکیب محصول، میزان انتشار، قابلیت ردیابی و عملکرد اختلاط را مستند کنند، شانس بیشتری برای ورود به قراردادهای کمکربن خواهند داشت. عرضهکنندگانی که فقط گریدهای متعارف و بدون تمایز ارائه میکنند، ممکن است با سختترشدن الزامات ورود در خریدهای عمومی روبهرو شوند.
ابهامهای متعددی همچنان باقی است. اطلاعات منتشرشده درصد دقیق صمغ کاج در چسباننده، فرمول تجاری، گرید عملکرد یا نتایج کامل آزمایشگاهی را مشخص نمیکند. مقاومت بلندمدت آن در برابر ترافیک، گرما، بارندگی، اکسیداسیون و شرایط زمستانی نیز هنوز بهصورت عمومی اثبات نشده است. بنابراین این پروژه باید یک آزمایش عملیاتی تلقی شود، نه مدرکی برای اینکه صمغ کاج میتواند در همه انواع روسازی جای قیر نفتی را بگیرد.
مرحله بعد به پایش منظم وابسته خواهد بود. مهندسان باید در چند فصل مختلف، ماندگاری سنگدانه، مقاومت لغزشی، قیرزدگی، ترکخوردگی، ریزش سنگدانه و خسارت ناشی از رطوبت را بررسی کنند. وجود قطعات شاهد که با چسباننده معمول اجرا شدهاند نیز ضروری است. اگر پوشش زیستی دوام مشابهی ارائه دهد، مصرف کربن فسیلی را بهطور قابلاندازهگیری کاهش دهد و فقط هزینه اندکی بیشتر داشته باشد، میتوان این فناوری را در بخشهای بزرگتر و شبکههای استانی دیگر به کار گرفت.
آزمایش RD 427 فرانسه از این نظر اهمیت دارد که یک جزء تجدیدپذیر چسباننده را در شرایط عادی نگهداری راه و زیر ترافیک واقعی به کار گرفته است. سازوکار آن بر جایگزینی جزئی، اختلاط کنترلشده، چسبندگی به سنگدانه و نگهداری کربن حاصل از جنگل در روسازی استوار است. توجیه اقتصادی آن نیز به هزینه افزوده کم و سازگاری با روشهای اجرایی موجود وابسته است. ارزش بلندمدت این فناوری را دادههای دوام تعیین خواهند کرد. برای صنعت جهانی قیر، از جمله تولیدکنندگان خاورمیانه، نکته اصلی این است که تقاضای آینده ممکن است بهجای انتخاب کامل میان چسباننده فسیلی یا غیرفسیلی، بیشتر بر ترکیب قیر نفتی با مواد زیستی تأییدشده استوار شود.
