به گزارش نشریه دنیای نفت و قیر، یک شرکت فناوری هلندی در حال آمادهسازی فرایندی هیدروترمال است که میتواند پسماندهای آلی مرطوب مانند فضولات دامی، لجن فاضلاب، پسماند حاصل از هضم بیهوازی و دیگر مواد زیستی پرآب را ابتدا به نفت زیستی خام و سپس به قیر زیستی قابل استفاده در تولید آسفالت تبدیل کند. اهمیت این فناوری در آن است که برخلاف بسیاری از راهکارهای زیستی که تنها بهعنوان افزودنی یا اصلاحکننده وارد مخلوط آسفالتی میشوند، هدف این فرایند جایگزین کردن خود قیر نفتی است.
در مرکز این فناوری، فرایندی قرار دارد که با استفاده از دما و فشار بالا، مواد آلی مرطوب را بدون نیاز به خشککردن گسترده به محصولات جدید تبدیل میکند. بسیاری از فناوریهای حرارتی متداول برای فرآورش زیستتوده ابتدا نیاز دارند بخش زیادی از آب موجود در خوراک حذف شود و همین مسئله، بهویژه برای موادی مانند لجن فاضلاب و فضولات دامی، مصرف انرژی را بالا میبرد. در روش هیدروترمال، آب موجود در خود پسماند بخشی از محیط واکنش است و به همین دلیل خوراک مرطوب را میتوان بدون یک مرحله پرهزینه خشکسازی وارد فرایند کرد.
در این شرایط، اجزای آلی خوراک شکسته میشوند و یک فاز روغنی غنی از کربن به نام نفت زیستی خام در کنار بخشهای آبی، گازی و جامد شکل میگیرد. این نفت زیستی خام سپس جداسازی و برای کاربردهای مختلف آماده میشود. در فناوری هلندی مورد بحث، یکی از مسیرهای اصلی استفاده از این ماده، تبدیل آن به قیر زیستی برای تولید مخلوط آسفالتی است.
اهمیت این موضوع تنها به تولید یک جایگزین برای قیر محدود نمیشود، زیرا بسیاری از مواد اولیه مورد استفاده خودشان پسماندهایی دشوار و پرهزینه برای مدیریت هستند. لجن فاضلاب مقدار زیادی آب دارد، فضولات دامی میتوانند منبع انتشار متان و آمونیاک باشند و پسماند حاصل از هضم بیهوازی نیز معمولاً حجم بالایی دارد و حمل یا دفع آن هزینهبر است. اگر بخشی از این مواد بتوانند به ماده چسباننده جادهای تبدیل شوند، فناوری همزمان دو مسئله را هدف قرار میدهد: مدیریت پسماند مرطوب و کاهش وابستگی به قیر نفتی.
اطلاعات منتشرشده در سپتامبر، این فناوری را در سطح آمادگی فناوری ۷ قرار میدهد؛ یعنی مرحلهای که از آزمایش صرفاً آزمایشگاهی عبور کرده و باید در شرایط نزدیک به محیط واقعی عملکرد خود را نشان دهد. توسعهدهنده اکنون به دنبال تولیدکنندگان آسفالت و شرکتهایی است که حاضر باشند در پروژههای آزمایشی، قیر زیستی را وارد فرایند واقعی تولید مخلوط کنند، عملکرد آن را بسنجند و داده لازم برای توسعه مرحله بعدی را فراهم سازند.
با این حال، اطلاعات عمومی درباره مرحله دقیق توسعه کاملاً یکسان نیست. جدیدترین معرفی فناوری از یک سامانه در مقیاس نمایشی سخن میگوید، در حالی که اطلاعات منتشرشده پیشتر در سال ۲۰۲۶ از آمادهسازی برای ساخت یک واحد نمایشی بزرگتر خبر داده و عملکرد موفق یک واحد آزمایشی با ظرفیت ۱۰۰ کیلوگرم در ساعت را تأیید کرده بود. بنابراین دقیقترین برداشت این است که فناوری از مرحله آزمایش اولیه عبور کرده و اکنون در مسیر افزایش مقیاس و نمایش صنعتی قرار دارد، اما هنوز وارد تولید تجاری گسترده نشده است.
واحد آزمایشی ۱۰۰ کیلوگرم در ساعت از این جهت اهمیت دارد که نشان میدهد فرایند فقط در مقیاس کوچک آزمایشگاهی بررسی نشده است. فناوری در شرایط عملی آزمایش شده و توسعهدهنده اکنون قصد دارد آن را به مقیاسی نزدیکتر به نیاز صنعت برساند.
برنامه اعلامشده برای مرحله بعدی شامل فرآورش حدود ۲۵ هزار تن ماده آلی در سال، معادل تقریباً ۱۲۵ هزار تن فضولات دامی، و تولید نزدیک به ۱۲۵۰۰ تن نفت زیستی خام در کنار محصولات بازیافتی دیگر است. این ارقام مربوط به مرحله توسعه و نمایش صنعتی هستند و نباید بهعنوان تولید تجاری فعلی قیر زیستی گزارش شوند، اما نشان میدهند توسعهدهنده چه مقیاسی را برای مرحله بعد در نظر گرفته است.
یکی از جذابترین ویژگیهای فنی این روش آن است که رطوبت بالای خوراک را از یک مشکل عمده به بخشی از خود فرایند تبدیل میکند. مواد زیستی مرطوب برای احتراق یا بسیاری از روشهای حرارتی دیگر خوراک مناسبی نیستند، زیرا بخش بزرگی از انرژی ممکن است تنها صرف تبخیر آب شود. در فرایند هیدروترمال، واکنش در محیط آبی و تحت فشار انجام میشود و همین ویژگی آن را برای موادی مانند لجن، کود دامی و پسماند هضمشده مناسبتر میکند.
پژوهشهای مستقل نیز نشان دادهاند که چنین خوراکهایی میتوانند از طریق مایعسازی هیدروترمال به نفت زیستی خام تبدیل شوند. در مطالعات مربوط به پسماند حاصل از هضم بیهوازی، بازه دمایی حدود ۳۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد معمولاً برای تولید نفت زیستی مناسب گزارش شده است، هرچند مقدار و ترکیب محصول نهایی به نوع خوراک، زمان واکنش، کاتالیست و طراحی فرایند بستگی دارد.
همین تفاوت در خوراک یکی از موضوعات مهم برای کاربرد آسفالتی است. عنوان «قیر زیستی» به معنی یک ماده شیمیایی کاملاً ثابت و یکسان نیست. محصول حاصل از لجن فاضلاب میتواند ترکیب متفاوتی از محصول حاصل از فضولات دامی، ضایعات غذایی یا سایر پسماندهای زیستی داشته باشد و میزان ترکیبات اکسیژندار، اسیدها و مواد نیتروژندار میتواند بر گرانروی، پیرشدگی، چسبندگی و سازگاری با سنگدانه اثر بگذارد.
بنابراین مسئله فقط تبدیل پسماند به یک ماده روغنی نیست. صنعت راه به مادهای نیاز دارد که هنگام تولید آسفالت، پخش، تراکم و سپس طی سالها قرار گرفتن زیر بار ترافیک و شرایط جوی، رفتار قابل پیشبینی داشته باشد. منشأ تجدیدپذیر زمانی به مزیت واقعی تبدیل میشود که محصول نهایی از نظر مهندسی نیز قابل اعتماد باشد.
توسعهدهنده این قیر زیستی را بهعنوان یک جایگزین مستقیم قیر نفتی بدون نیاز به تغییر عمده در تجهیزات کارخانه آسفالت معرفی میکند. همچنین ادعا شده که این ماده میتواند با الزامات متداول تولید آسفالت سازگار شود. این موضوع از نظر تجاری اهمیت زیادی دارد، اما برای تأیید گسترده همچنان به تولید مستقل آسفالت، آزمایش کامل مخلوط و پایش بلندمدت روسازی نیاز خواهد بود.
پژوهشهای جدید در عین حال از امکان فنی استفاده از مواد حاصل از فرایند هیدروترمال در قیر پشتیبانی میکنند. در یک مطالعه داوریشده منتشرشده در سال ۲۰۲۶، بخش سنگین نفت زیستی حاصل از مایعسازی هیدروترمال با قیر معمول PG 64-22 ترکیب شد و در دو نمونه، ۲۵ و ۵۰ درصد از قیر نفتی را جایگزین کرد. نتایج در چند شاخص مرتبط با مقاومت در برابر شیارشدگی امیدوارکننده بود و نشان داد این مواد میتوانند سهم قابل توجهی از سیستم چسباننده آسفالتی را تشکیل دهند.
با این حال همان تحقیق نشان داد که نباید نتایج را بیش از حد تعمیم داد. در برخی آزمایشها پس از پیرشدگی، کاهش مقاومت و شکلپذیری مشاهده شد و بنابراین عملکرد خوب در برابر شیارشدگی الزاماً به معنی عملکرد مطلوب در برابر همه انواع خرابی روسازی نیست. پیرشدگی اکسیداتیو، ترک در دمای پایین، حساسیت رطوبتی و سازگاری با انواع سنگدانه همچنان باید برای هر قیر زیستی جدید جداگانه بررسی شوند.
تفاوت میان جایگزینی بخشی از قیر و جایگزینی کامل آن نیز بسیار مهم است. بخش بزرگی از مطالعات فعلی درباره مواد زیستی، آنها را بهعنوان افزودنی یا جایگزین بخشی از قیر نفتی بررسی کردهاند. هدف فناوری هلندی بلندپروازانهتر است و محصول را بهعنوان مادهای معرفی میکند که بتواند نقش اصلی قیر نفتی را بر عهده بگیرد. اثبات این موضوع در انواع مختلف مخلوط، اقلیم و شرایط ترافیکی یک گام فنی بسیار مهمتر خواهد بود.
توسعهدهنده همچنین کاهش بیش از ۹۰ درصدی ردپای کربن را در مقایسه با مسیر متداول تولید قیر نفتی مطرح کرده و آن را به استفاده از کربن موجود در پسماند، حذف مرحله پرمصرف خشککردن، کاهش حمل در صورت استقرار واحد نزدیک محل تولید پسماند، جایگزینی خوراک فسیلی و استفاده از سامانههای جذب کربن نسبت میدهد.
این عدد در شرایط فعلی باید بهعنوان برآورد توسعهدهنده در نظر گرفته شود، نه یک مقدار مستقل و قابل تعمیم به همه پروژهها. میزان واقعی انتشار کربن به نوع پسماند، منبع انرژی، مقیاس واحد، فاصله حمل، نحوه تقسیم انتشار میان محصولات مختلف و سرنوشت بخشهای آبی و جامد باقیمانده بستگی دارد. اگر فناوری وارد پروژههای بزرگ و مناقصات راهسازی شود، ارزیابی مستقل چرخه عمر اهمیت زیادی خواهد داشت.
همین احتیاط درباره مزایای مدیریت پسماند نیز لازم است. فرآورش کود و لجن در یک سامانه کنترلشده میتواند در مقایسه با برخی روشهای متداول، انتشار متان، آمونیاک یا هزینه دفع را کاهش دهد، اما مقدار واقعی این مزیت به روشی بستگی دارد که در حالت عادی برای مدیریت همان پسماند استفاده میشد. مقایسه با سوزاندن میتواند نتیجه متفاوتی از مقایسه با هضم بیهوازی یا مصرف کشاورزی داشته باشد.
از دید کارخانه آسفالت، یکی از مهمترین ادعاها امکان استفاده از ماده در تجهیزات موجود است. اگر قیر زیستی واقعاً بتواند در مخازن معمول قیر ذخیره، گرم، پمپ و با سنگدانه مخلوط شود، ورود آن به بازار بسیار آسانتر از فناوریای خواهد بود که به کارخانه یا تجهیزات کاملاً جدید نیاز دارد.
پایداری هنگام ذخیرهسازی یکی از موضوعاتی است که باید در پروژههای آزمایشی بررسی شود. قیر نفتی خود مادهای پیچیده است، اما چسبانندههای زیستی ممکن است مقدار بیشتری ترکیبات قطبی و اکسیژندار داشته باشند. لازم است مشخص شود ماده جدید هنگام نگهداری گرم، گردش طولانی در مخزن، اختلاط و گرمکردن مجدد تا چه اندازه خواص خود را حفظ میکند.
حساسیت به دما نیز اهمیت زیادی دارد. کارخانههای آسفالت به رابطه نسبتاً قابل پیشبینی میان گرانروی و دما متکی هستند تا قیر بهدرستی پمپ شود، روی سنگدانه توزیع شود و مخلوط نیز هنگام پخش و تراکم کارایی کافی داشته باشد. اگر قیر زیستی به دماهای کاری کاملاً متفاوتی نیاز داشته باشد، ادعای جایگزینی مستقیم نیازمند بازنگری خواهد بود.
پیرشدگی یکی دیگر از آزمونهای اساسی است. قیر معمولی در طول زمان با اکسیداسیون و تغییر ساختار شیمیایی سختتر میشود. مواد زیستی به دلیل ترکیب شیمیایی متفاوت ممکن است مسیر دیگری در پیرشدگی داشته باشند. آزمایشهای کوتاهمدت و بلندمدت آزمایشگاهی میتوانند اطلاعات اولیه ارائه دهند، اما تنها روسازی واقعی پس از چند سال ترافیک، رطوبت، گرما و چرخههای دمایی میتواند دوام حقیقی را مشخص کند.
حساسیت به رطوبت نیز باید بهطور ویژه بررسی شود، زیرا ترکیب شیمیایی ماده چسباننده نقش مهمی در اتصال آن به سطح سنگدانه دارد. اگر پیوند میان قیر زیستی و سنگدانه در حضور آب تضعیف شود، احتمال جداشدگی و خرابی زودرس افزایش پیدا میکند. بنابراین ارزیابیها نباید تنها به خواص خود قیر محدود شوند و عملکرد کامل مخلوط آسفالتی نیز باید بررسی شود.
مقاومت در برابر شیارشدگی و ترکخوردگی نیز باید همزمان ارزیابی شوند. مادهای که بسیار سخت باشد ممکن است در برابر تغییر شکل دائمی در هوای گرم عملکرد خوبی داشته باشد، اما در برابر ترک حرارتی یا خستگی آسیبپذیرتر شود. در مقابل، یک چسباننده نرمتر میتواند انعطاف بیشتری ایجاد کند اما زیر ترافیک سنگین یا دمای بالا مشکلات دیگری به وجود آورد.
به همین دلیل ورود تولیدکنندگان آسفالت به مرحله بعدی اهمیت زیادی دارد. همکاری با یک کارخانه فعال اجازه میدهد محصول فقط در نمونه آزمایشگاهی بررسی نشود و وارد کل زنجیره تولید شود؛ از مخزن گرم و سیستم تزریق قیر تا اختلاط با سنگدانه، حمل، پخش، تراکم و کنترل کیفیت.
ساخت قطعات آزمایشی جادهای مرحله مهم بعدی خواهد بود. در این پروژهها میتوان تراکم، سختی، ترکخوردگی، شیارشدگی، جداشدگی سنگدانه و آسیب رطوبتی را در طول زمان بررسی کرد. برای سازمانهای راه، این نوع دادهها ارزش بسیار بیشتری از یک ادعای کاهش کربن یا یک آزمایش محدود آزمایشگاهی خواهد داشت.
مسئله تأیید فنی و استاندارد نیز در صورت توسعه بازار اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد. قیرها و مخلوطهای آسفالتی در اروپا تحت مشخصات فنی و نظامهای کنترل کیفیت مشخص عرضه میشوند و محصول جدید باید مسیر روشنی برای مستندسازی، ارزیابی عملکرد و پذیرش توسط کارفرمایان راه داشته باشد.
روند خریدهای دولتی اروپا نیز میتواند به نفع چنین فناوریهایی باشد، زیرا معیارهایی مانند کاهش کربن، استفاده دوباره از مواد و اقتصاد چرخهای در کنار عملکرد مهندسی اهمیت بیشتری پیدا کردهاند. با این حال، سازمانهای راه معمولاً حاضر نیستند کاهش انتشار را به قیمت کوتاهتر شدن عمر روسازی بپذیرند.
جایگزینی حتی بخشی از قیر میتواند از نظر راهبردی مهم باشد. بخش عمده وزن مخلوط آسفالتی را سنگدانه تشکیل میدهد، اما قیر همان جزء فسیلی اصلی است که دانههای سنگی را پوشش داده و به هم متصل میکند. پیدا کردن جایگزینی کمکربن برای این ماده یکی از مهمترین چالشهای حرکت به سمت آسفالت کمکربن است.
روش هلندی همچنین با افزودن مستقیم پسماند به آسفالت تفاوت دارد. پلاستیک، لاستیک، لیگنین، زغال زیستی و مواد مختلف دیگر سالها بهعنوان افزودنی یا اصلاحکننده بررسی شدهاند، اما در بسیاری از این سامانهها قیر پالایشگاهی همچنان ماده چسباننده اصلی باقی میماند. در این فناوری، خود پسماند آلی ابتدا به یک ماده روغنی تبدیل میشود که قرار است نقش قیر را بر عهده بگیرد.
به همین دلیل این فناوری مستقیماً برای آینده صنعت قیر اهمیت دارد. اگر قیر زیستی در مقیاس تجاری موفق شود، بخشی از ماده اولیه مورد نیاز بازار چسبانندههای جادهای دیگر الزاماً از باقیمانده تقطیر در خلأ پالایشگاهها نخواهد آمد. این تحول احتمالاً قیر نفتی را حذف نمیکند، اما میتواند یک منبع مکمل یا رقیب برای آن ایجاد کند.
بازارهای اولیه احتمالاً بیش از قیمت صرف تحت تأثیر الزامات پایداری خواهند بود. قیر نفتی از شبکه تولید و توزیع جهانی بسیار بزرگ و بالغی برخوردار است و فناوری جدید در مراحل نخست بهسختی میتواند تنها بر اساس هزینه تولید با آن رقابت کند. بازارهایی که برای کاهش انتشار، مدیریت پسماند یا خرید چرخهای ارزش اقتصادی مشخصی تعریف میکنند، میتوانند نخستین مقصدهای مناسب باشند.
امکان تولید محلی نیز میتواند یک مزیت باشد. فضولات دامی، لجن فاضلاب و پسماند حاصل از هضم بیهوازی در نزدیکی مزارع، شهرها و تأسیسات تصفیه تولید میشوند. استقرار واحد فرآوری نزدیک این منابع میتواند نیاز به حمل پسماند مرطوب در مسافتهای طولانی را کاهش دهد و یک زنجیره منطقهای برای تولید ماده چسباننده ایجاد کند.
با این حال تولید منطقهای مسئله یکنواختی محصول را پیچیدهتر میکند. خوراک پالایشگاه تا حد زیادی تحت کنترل است، اما ترکیب پسماندهای زیستی میتواند بر اساس منطقه، فصل و منبع متفاوت باشد. فناوری تجاری باید بتواند این خوراک متغیر را به محصولی با خواص پایدار و قابل تکرار تبدیل کند.
مقیاس اقتصادی نیز همچنان یکی از پرسشهای اصلی است. واحد آزمایشی ۱۰۰ کیلوگرم در ساعت عملکرد فناوری را نشان میدهد، اما با ظرفیت مورد نیاز بازار اصلی قیر فاصله زیادی دارد. حتی واحد نمایشی برنامهریزیشده نیز در مقایسه با مصرف سالانه قیر جادهای یک کشور بزرگ اروپایی حجم محدودی خواهد داشت.
بنابراین جستوجوی شریک صنعتی در سپتامبر را باید نشانه ورود فناوری به مرحله اعتبارسنجی صنعتی دانست، نه ورود فوری حجم تجاری به بازار. تولید آزمایشی آسفالت، ساخت مسیرهای آزمایشی، اخذ تأییدیههای فنی و افزایش مقیاس باید پیش از آن انجام شوند که فناوری بتواند بر تقاضای قیر پالایشگاهی اثر قابل توجهی بگذارد.
مرحله بعدی که باید دنبال شود انتخاب تولیدکنندگان آسفالت و طراحی نخستین پروژههای واقعی است. دادههای مهم شامل درصد جایگزینی قیر نفتی، مشخصات ماده چسباننده، طراحی مخلوط، دمای تولید، تغییرات احتمالی مورد نیاز در کارخانه، رفتار هنگام پخش و نتایج آزمایشهای عملکردی خواهند بود.
اگر در این پروژهها جایگزینی کامل قیر نفتی آزمایش شود، نتیجه اهمیت ویژهای خواهد داشت، زیرا مستقیماً ادعای اصلی فناوری را بررسی میکند. اگر پروژههای اولیه از ترکیب قیر زیستی و قیر نفتی استفاده کنند نیز تحول مهمی خواهد بود، اما در آن مرحله فناوری بیشتر در نقش یک جایگزین جزئی یا توسعهدهنده ماده چسباننده قرار خواهد گرفت.
نوع پسماند مورد استفاده در هر آزمایش نیز باید دقیقاً ثبت شود. نباید فرض کرد محصول حاصل از فضولات دامی، لجن فاضلاب و پسماند هضمشده بدون هیچ تفاوتی عملکرد یکسان دارد. یکی از مسائل اصلی افزایش مقیاس این خواهد بود که فرایند آمادهسازی نهایی تا چه اندازه میتواند خوراکهای متفاوت را به محصولی با مشخصات نزدیک به یکدیگر تبدیل کند.
این فناوری در نهایت سه روند را که معمولاً جداگانه بررسی میشوند به هم متصل میکند: مدیریت پسماند، توسعه ماده چسباننده کمکربن و ساخت جاده بر پایه اقتصاد چرخهای. جذابیت اصلی آن در این است که یک ماده مرطوب و دشوار برای دفع میتواند به ماده اولیه صنعتی برای تولید یکی از اجزای اصلی روسازی تبدیل شود.
چالش اصلی نیز کاملاً روشن است. مزیت زیستمحیطی باید بدون قربانی کردن عملکرد جاده به دست آید. روسازی برای سالها خدمت طراحی میشود و اگر یک ماده کمکربن باعث کاهش محسوس عمر جاده شود، تعمیر و بازسازی زودتر میتواند بخش بزرگی از صرفهجویی زیستمحیطی اولیه را از بین ببرد.
به همین دلیل دادههای دوام بلندمدت در نهایت مهمتر از جذابیت اولیه تبدیل کود یا لجن به قیر خواهند بود. اگر مسیرهای آزمایشی نشان دهند قیر زیستی از نظر پیرشدگی، ترکخوردگی، شیارشدگی، حساسیت رطوبتی و قابلیت اجرا به عملکرد قابل قبول میرسد، این فناوری میتواند به یکی از مسیرهای مهم توسعه بازار قیرهای زیستی تبدیل شود.
در شرایط فعلی، این تحول را باید یک گام فنی معتبر اما همچنان در حال توسعه دانست. پسماند آلی مرطوب با فرایند هیدروترمال به نفت زیستی خام تبدیل شده، فناوری آزمایشهای اولیه را پشت سر گذاشته و توسعهدهنده اکنون برای سنجش عملکرد قیر زیستی در تولید واقعی آسفالت به دنبال شریک صنعتی است. آنچه هنوز در دادههای عمومی اثبات نشده، تولید تجاری پایدار در مقیاس بالا و عملکرد بلندمدت روسازی در طیف گستردهای از پروژههاست.
اهمیت مرحله بعد دقیقاً در همین نقطه قرار دارد. برخلاف فناوریهایی که انتشار کربن را در کارخانه، ماشینآلات یا بخشهای دیگر تولید آسفالت کاهش میدهند، این فرایند مستقیماً خود ماده چسباننده فسیلی را هدف گرفته است. اگر پروژههای صنعتی نشان دهند محصول میتواند با کیفیت یکنواخت تولید شود، در تجهیزات فعلی کارخانه آسفالت مورد استفاده قرار گیرد و دوام لازم را در روسازی واقعی ارائه دهد، پسماندهای آلی مرطوب میتوانند از یک مشکل دفع به یک منبع تازه برای تولید قیر جادهای تبدیل شوند.
