Исследователи холодного климата из Университета штата Вашингтон расчищают дорогу зелеными альтернативами соли, песку и химикатам, которые обычно используются для борьбы со снегом и льдом на шоссе.Как нация, «мы в некоторой степени зависимы от соли, как и в случае с нефтью, поскольку последние 50 лет она была такой дешевой и удобной», — сказал Сяньмин Ши, доцент кафедры гражданского строительства и охраны окружающей среды.По словам Ши, этой зимой в северных штатах не хватает дорожной соли, а в некоторых регионах цены выросли на 10–30 процентов по сравнению с прошлым годом. Общественность также обеспокоена воздействием соли на окружающую среду и тем, как она повлияет на будущие поколения.
«В 2013 году Агентство по охране окружающей среды сообщило о тревожных уровнях натрия и хлоридов в грунтовых водах вдоль восточного побережья», — сказал он. «Как только соль превышает допустимый порог, возрастает риск для здоровья, и вы не можете использовать ее для питьевой воды».Ши — помощник директора недавно созданного Центра экологически устойчивого транспорта в холодном климате. Это единственный центр в США, изучающий «экологию дорог» с холодным климатом, который включает в себя контроль зеленого снега и льда, а также проблемы переходов с дикими животными, ходов для рыб, пыли и использования переработанных материалов в тротуаре.Этот центр, финансируемый Министерством транспорта США в размере 1,4 миллиона долларов 2,8 миллиона долларов на два года, является совместным усилием Университета Аляски в Фэрбенксе, Государственного университета Монтаны и WSU.
Лив Хазельбах — директор сайта WSU для CESTiCC.Ши представил свои выводы о методах рационального использования окружающей среды при эксплуатации дорог в зимнее время на Западной конференции по снегу и льду Американской ассоциации общественных работ.Расточительное предприятиеСША ежегодно тратят 2,3 миллиарда долларов на удаление снега и льда на шоссе, плюс еще 5 миллиардов долларов на снижение скрытых затрат, связанных с этим процессом. «Это не считая затрат на содержание городских и сельских дорог», — сказал Ши.
Скрытые затраты включают долгосрочное воздействие соли, песка и химических антиобледенителей на окружающую среду и дорожную инфраструктуру, а также краткосрочное воздействие ржавчины и коррозии на полуприцепы и другие транспортные средства.В штате Вашингтон, например, дорожные бригады применяют примерно четыре тонны соли на милю полосы движения за зимний сезон, сказал Ши.«С четырехполосным шоссе у вас будет 16 тонн соли в год на этом отрезке длиной в одну милю», — сказал он. «Через 50 лет это около 800 тонн соли на одну милю, и 99 процентов ее остается в окружающей среде. Она не разлагается.
Это пугающая картина».Действительно, и тот, который бледнеет по сравнению с девятью тоннами соли на милю дороги, по словам Ши, используется в Миннесоте.«К их чести, агентства штата и округа делают очень трудный баланс», — добавил Ши. «Они должны обратить внимание на безопасность в первую очередь, а во вторую — на устойчивость.
Кроме того, у них есть бюджетные ограничения. Поэтому я думаю, что исследования имеют решающее значение, чтобы помочь им».Датчики и программное обеспечение
Хотя контроль над снегом и льдом может показаться довольно простым — просто вспахайте дорогу и нанесите немного соли или песка, — Ши сказал, что получение правильного решения является высокотехнологичным и требует подробных научных и инженерных решений.Его исследования привели к успехам и оценке новых чувствительных технологий, таких как умный снегоочиститель, который оснащен датчиками и уже интегрируется в зимний парк автомобилей, сказал он.
«Обычные снегоуборочные машины имеют по крайней мере один датчик для измерения температуры дорожного покрытия. Умные снегоочистители считывают не только температуру, но и остаточную соль от предыдущих применений, наличие льда и величину трения на дороге. Все эти показания помогают операторам вносить меньше соли.
«Раньше все это делалось визуально», — объяснил Ши. «К тому времени, когда вы видите соль на дороге, ее слишком много и она проникает в растительность и грунтовые воды».Еще одно нововведение, которое Ши помог оценить, — это программное обеспечение с открытым исходным кодом под названием «Система поддержки принятия решений о техническом обслуживании», финансируемое Федеральным управлением шоссейных дорог. Программа может быть установлена ??в городских мастерских или на снегоочистителях.
«Он может сообщить вам текущие дорожные и погодные условия, дать прогноз погоды, составить список запасов соли и предложить нормы внесения на основе этих переменных. Он также позволяет моделировать альтернативные типы солей, чтобы увидеть, что произойдет», — сказал он.Зеленая химияВ WSU страстью Ши является приготовление зеленых оленей и тротуаров без льда.
В его лаборатории его «кулинарный» гений ждет совершенно новый миксер промышленного размера.«Сейчас много говорят о противообледенительных машинах для свеклы и томатного сока, которые должны быть менее коррозионными для транспортных средств, ограждений, стальных мостов и бетонного покрытия», — сказал он. «Они помогают, но есть еще много возможностей для улучшения».Помимо корректировки рецептов деайсера для свеклы, Ши успешно разработал таяние льда, состоящее из остатков ячменя, оставшихся от водочных заводов.
Он также смешивает несколько новых типов бетона, которые могут упростить удаление снега и льда, одновременно защищая инфраструктуру. По словам Ши, устойчивый к обледенению бетон, например, не так быстро разрушается в присутствии соли и химикатов, тем самым продлевая срок службы дорог и тротуаров.Для незамерзающего бетона Ши добавляет нано- и микрочастицы, которые снижают склонность покрытия к обледенению.
Создавая поверхностный барьер, смесь предотвращает сцепление со снегом и льдом. По его словам, это, в свою очередь, облегчает вспашку и снижает потребность в соли.
Ши надеется, что незамерзающий тротуар будет использоваться также для тротуаров и парковок.«Наша конечная цель — нанести максимальное количество соли, песка или антиобледенителя в нужное место в нужное время», — сказал он.