به گزارش دنیای نفت و قیر، افزایش الزامات زیستمحیطی در پروژههای زیرساختی و توجه روزافزون به سلامت نیروی انسانی در صنایع راهسازی، موضوع انتشار آلایندهها از مواد قیری را به یکی از محورهای مهم تحقیقات تبدیل کرده است. در بسیاری از کشورهای جهان، از اروپا گرفته تا خاورمیانه، نهادهای مسئول توسعه زیرساخت به دنبال راهکارهایی هستند که بتوانند انتشار گازها و ترکیبات ناخواسته را در زمان تولید و اجرای آسفالت کاهش دهند، بدون آنکه عملکرد فنی روسازی تحت تأثیر قرار گیرد. در چنین شرایطی، پژوهشی که در ژوئن ۲۰۲۶ توسط گروهی از محققان ایتالیایی منتشر شده، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. این پژوهش نشان میدهد یک ماده کربنی تولیدشده از زیستتوده میتواند میزان انتشار ترکیبات آلی فرار ناشی از مواد قیری را به شکل محسوسی کاهش دهد و در عین حال فرصت تازهای برای استفاده از پسماندهای زیستی در صنعت راهسازی فراهم آورد.
این مطالعه که در نشریه Chemical Engineering Transactions منتشر شده، بر تولید نوعی هیدروچار از زیستتوده باقیمانده و استفاده از آن در مواد قیری متمرکز است. هدف اصلی پژوهش بررسی این موضوع بود که آیا هیدروچار حاصل از منابع زیستی میتواند به عنوان افزودنی کاهنده انتشار در زمان گرم شدن قیر و تولید آسفالت عمل کند یا خیر. اهمیت این موضوع از آنجا ناشی میشود که ترکیبات آلی فرار یا VOC ها همچنان از مهمترین دغدغههای زیستمحیطی مرتبط با صنعت آسفالت به شمار میروند. این ترکیبات در مراحل مختلف از جمله تولید، نگهداری، حملونقل و اجرای آسفالت در اثر گرم شدن قیر آزاد میشوند و به همین دلیل همواره مورد توجه نهادهای نظارتی و پژوهشگران قرار داشتهاند.
پژوهشگران برای تولید هیدروچار از گیاهی آبزی به نام Myriophyllum aquaticum استفاده کردند؛ گونهای مهاجم که در بسیاری از مناطق به عنوان یک تهدید زیستمحیطی شناخته میشود. انتخاب این ماده اولیه از آن جهت اهمیت دارد که معمولاً مدیریت و دفع چنین زیستتودههایی هزینهبر است و ارزش اقتصادی محدودی دارد. محققان تلاش کردند به جای حذف این گیاه، آن را به مادهای با کاربرد صنعتی تبدیل کنند. برای این منظور از فرآیند کربونیزاسیون هیدروترمال استفاده شد. در این فرآیند، زیستتوده در دمای حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد و به مدت ۳۰ دقیقه در محیط آبی تحت شرایط کنترلشده قرار گرفت. برخلاف برخی روشهای متداول تبدیل زیستتوده که به دماهای بسیار بالا نیاز دارند، در این فناوری آب نقش محیط واکنش را ایفا میکند و ماده اولیه را به محصولی غنی از کربن تبدیل میسازد که هیدروچار نام دارد.
کربونیزاسیون هیدروترمال در سالهای اخیر توجه قابلتوجهی را در حوزه مهندسی محیطزیست و مواد به خود جلب کرده است. یکی از مزیتهای مهم این فناوری آن است که میتواند زیستتودههای مرطوب را بدون نیاز به خشککردن گسترده پردازش کند. این ویژگی از نظر اقتصادی و انرژی اهمیت زیادی دارد. محصول نهایی دارای ساختاری متخلخل و غنی از ترکیبات کربنی است و گروههای عاملی مختلفی بر سطح آن وجود دارد که امکان برهمکنش با مولکولهای آلی را فراهم میکنند. به همین دلیل هیدروچار تاکنون در حوزههایی مانند تصفیه آب، بهبود خاک، جذب آلایندهها و توسعه مواد پیشرفته مورد بررسی قرار گرفته است.
در این پژوهش، هیدروچار تولیدشده با نسبت وزنی ده درصد به مواد قیری اضافه شد. هدف جایگزینی قیر نبود، بلکه بررسی توانایی این ماده برای کنترل انتشار ترکیبات آلی فرار در زمان گرم شدن بود. برای ارزیابی عملکرد، پژوهشگران از روش کروماتوگرافی گازی همراه با طیفسنجی جرمی استفاده کردند. این فناوری امکان شناسایی و اندازهگیری دقیق ترکیبات مختلف آزادشده از نمونههای قیری را فراهم میکند و یکی از معتبرترین روشهای تحلیل VOCها به شمار میرود.
نتایج بهدستآمده نشان دادند که حضور هیدروچار در نمونه قیری باعث کاهش محسوس انتشار آلایندهها شده است. بر اساس دادههای منتشرشده، میزان کل ترکیبات آلی فرار حدود ۲۳٫۹ درصد کمتر از نمونه مرجع بود. علاوه بر این، میزان انتشار ترکیباتی که در گروه مواد بسیار سمی قرار میگیرند نیز حدود ۲۵٫۴ درصد کاهش یافت. این موضوع از آن جهت اهمیت ویژه دارد که در بسیاری از مقررات زیستمحیطی، تنها حجم انتشار مدنظر نیست و نوع ترکیبات آزادشده و میزان خطر آنها نیز نقش تعیینکنندهای در ارزیابیها دارد.
محققان معتقدند مکانیزم اصلی این عملکرد به ویژگی جذبکنندگی هیدروچار مربوط میشود. ساختار متخلخل و سطح ویژه نسبتاً بالای این ماده میتواند بخشی از مولکولهای فرار را پیش از ورود به اتمسفر در خود نگه دارد. علاوه بر آن، گروههای عاملی موجود بر سطح هیدروچار نیز احتمالاً در برهمکنش با برخی ترکیبات آلی نقش دارند و مانع آزادسازی سریع آنها میشوند. اگرچه برای درک کامل این پدیده به تحقیقات بیشتری نیاز است، اما نتایج اولیه نشان میدهد مواد کربنی حاصل از زیستتوده میتوانند به عنوان ابزارهای جدید مدیریت انتشار در سامانههای قیری مورد استفاده قرار گیرند.
اهمیت این یافتهها تنها به کاهش آلایندهها محدود نمیشود. یکی از روندهای مهم در صنعت راهسازی، توجه روزافزون به معیارهای پایداری در پروژههای زیرساختی است. امروزه بسیاری از سازمانهای مسئول ساخت و نگهداری راهها در هنگام انتخاب مصالح، شاخصهایی مانند ارزیابی چرخه عمر، میزان انتشار کربن، الزامات زیستمحیطی و شرایط ایمنی نیروی انسانی را نیز در نظر میگیرند. در نتیجه، تولیدکنندگان مواد قیری و آسفالتی به دنبال راهکارهایی هستند که بتوانند ضمن حفظ عملکرد فنی، پاسخگوی این الزامات جدید نیز باشند. افزودنیهایی که بدون نیاز به تغییرات گسترده در کارخانههای آسفالت بتوانند میزان انتشار را کاهش دهند، از دیدگاه صنعتی جذابیت بالایی خواهند داشت.
این پژوهش میتواند برای کشورهای خاورمیانه نیز اهمیت ویژهای داشته باشد. بسیاری از اقتصادهای منطقه همچنان سرمایهگذاریهای گستردهای در حوزه زیرساخت و توسعه شبکههای حملونقل انجام میدهند. در چنین شرایطی، استفاده از فناوریهایی که بتوانند آلودگیهای ناشی از تولید آسفالت را کاهش دهند، میتواند مورد توجه پیمانکاران، تولیدکنندگان قیر و نهادهای دولتی قرار گیرد. از سوی دیگر، استفاده از مواد اولیه زیستی به جای منابع کاملاً وابسته به نفت، با اهداف توسعه پایدار و استفاده بهینه از منابع نیز همخوانی دارد.
با این حال، هنوز پرسشهای متعددی درباره امکان استفاده صنعتی از این فناوری وجود دارد. موفقیت در مقیاس آزمایشگاهی لزوماً به معنای موفقیت در مقیاس تجاری نیست. لازم است پایداری بلندمدت، سازگاری با انواع مختلف قیر، رفتار در شرایط تولید واقعی و هزینههای اقتصادی مورد بررسی قرار گیرد. همچنین باید مشخص شود که حضور هیدروچار چه تأثیری بر ویژگیهایی مانند مقاومت در برابر شیارشدگی، دوام خستگی، ترکخوردگی در دماهای پایین، حساسیت رطوبتی و پیرشدگی روسازی خواهد داشت.
موضوع دیگری که اهمیت دارد، تأمین ماده اولیه در مقیاس بزرگ است. پژوهش حاضر از یک گونه گیاهی خاص استفاده کرده، اما در صورت توسعه تجاری این فناوری احتمالاً امکان بهرهگیری از بقایای کشاورزی، پسماندهای جنگلی و سایر منابع زیستی محلی نیز وجود خواهد داشت. چنین رویکردی میتواند ارتباطی مستقیم میان مدیریت پسماند و صنعت راهسازی ایجاد کند و منافع زیستمحیطی بیشتری به همراه داشته باشد.
اهمیت اصلی این پژوهش در معرفی یک رویکرد تازه نهفته است. طی دهههای گذشته بخش عمده نوآوریها در حوزه اصلاح قیر بر استفاده از پلیمرها، لاستیک، الیاف و افزودنیهای شیمیایی متمرکز بوده است. هیدروچار حاصل از زیستتوده، دسته جدیدی از افزودنیها را مطرح میکند که علاوه بر اهداف مهندسی، قابلیت ارائه مزایای زیستمحیطی نیز دارند. با توجه به روندهای موجود در صنعت زیرساخت، انتظار میرود توجه به چنین موادی در سالهای آینده افزایش یابد.
