Modifikácia asfaltových zmesí odpadovými polyolefínmi: Účinná metóda znižovania environmentálneho zaťaženia?

Výsledky výskumu naznačujú veľmi efektívny spôsob vytvorenia modifikovanej asfaltovej zmesi odpadovým polymérom s vlastnosťami, ktoré spĺňajú všetky kritériá kladené na asfaltové zmesi. Výhodou tejto metódy je aj to, že je aplikovateľná v bežnej výrobni asfaltovej zmesi bez dodatočnej investície do akéhokoľvek prídavného zariadenia.

Aktuálny stav

Polyméry a výrobky z nich zaznamenávajú v súčasnosti obrovský rozvoj, pričom takmer neexistuje priemyselné odvetvie, v ktorom by nenašli uplatnenie. Ako prírodné materiály sa využívajú už tisícročia, s ich rozsiahlym využitím sa však začalo až súbežne s rozvojom syntetických polymérov.

Plasty sú počas svojej životnosti extrémne efektívne z energetického hľadiska tým, že ich výroba je menej náročná a šetrí sa energetickými zdrojmi. Efektívne sú aj z ekonomického hľadiska, keďže sa šetrí takisto surovinovými zdrojmi.

Masívna produkcia plastov a neustále zvyšovanie použitia rôznych plastových výrobkov však spôsobili nielen na Slovensku, ale aj v celosvetovom meradle, že po ukončení životnosti – často aj neuváženým konaním ľudí – sa stali vážnym environmentálnym problémom.

Z mnohých výrobkov sa stáva odpad, ktorý sa uloží na skládkach alebo často končí v moriach a vo voľnej prírode. To vedie k ďalším neodvratným dejom, keďže plastového odpadu je veľké množstvo a stáva sa nebezpečným.

Väčšina plastového odpadu sa spaľuje (približne 43 %), približne 32 % sa recykluje a 25 % je uložených na skládku odpadov. Približne polovica ročne vyrobeného plastu (približne 4 mil. ton) predstavuje obaly na jednorazové použitie. Základnou surovinou, ktorá sa používa na výrobu plastov, je ropa, ktorá je neobnoviteľným zdrojom.

Ak ju vyčerpáme, potrvá tisícky rokov, kým sa znova doplnia zásoby. Na výrobu plastov sa však používa aj zemný plyn a uhlie, ktoré sú na tom veľmi podobne ako spomínaná ropa. Spaľovaním a skládkovaním plastového odpadu tak strácame cenné suroviny, ktoré treba nanovo vyťažiť, dopraviť a spracovať, aby sa z nich mohli vyrobiť nové plasty.

Zneškodňovanie plastového odpadu pomocou recyklačných technológií je často veľmi náročné, a to nielen z investičného, ale aj z ekonomického hľadiska, navyše nie je možné recyklovať každý plast.

Aj napriek tomu však recyklácia zostáva jednou z možností zníženia množstva odpadu, produkt materiálovej recyklácie predstavuje okrem toho nový surovinový zdroj. Tento produkt možno použiť ako konštrukčný materiál zabudovaním do asfaltových zmesí a následne využiť pri stavbe cestných komunikácií.

Takýto proces vedie k pozitívnym ekonomickým aspektom vďaka úspore zdrojov zvýšením podielu recyklovaného odpadu z plastov do sofistikovaného materiálu a súčasne sa znižujú emisie skleníkových plynov a zvyšuje ochrana životného prostredia.

Prezentovaná práca je úspešnou ambíciou viacerých renomovaných spoločností zapojiť sa pomocou svojho vedeckého, výskumného a technického personálu do úsilia vedúceho k efektívnemu zhodnocovaniu plastových odpadov. V tomto prípade sa sleduje ich využitie vo forme konštrukčného materiálu na stavbu ciest.

Od nápadu cez výskum až po realizáciu

Na začiatku musí byť vždy dobrá myšlienka. V našom prípade bola tou ideou možnosť návrhu a výroby asfaltovej zmesi s odpadovým (recyklovaným) plastom, ktorá spĺňa všetky kritériá kladené na „obyčajné, tzn. bezplastové“ asfaltové zmesi. Náš nápad sa začal vytvárať jednoducho v laboratóriu. Úplne prvotný problém, ktorý sme museli riešiť, bol zistiť, ktorý z enormného množstva rôznych plastov bude vyhovovať nášmu účelu.

Museli sme hľadať plast, ktorý vyhovuje nášmu účelu svojimi fyzikálno-chemickými, hlavne termickými a reologickými vlastnosťami. Veľmi dôležitým kritériom je pritom aj kompatibilita plastu k asfaltu, resp. asfaltovej zmesi. Vďaka našim partnerom sme taký recyklát našli.

Po prvotnej eufórii sme začali nastavovať parametre samotného návrhu a technologickému postupu. Ako porovnávacie vzorky pri tom vždy slúžila čistá asfaltová zmes a asfaltová zmes s komerčne dostupným polymérom, ktorý je približne rovnakého druhu ako náš recyklát.

Príprava asfaltových zmesí

Po úspešnom výbere plastov a odskúšaní návrhu zmesi v laboratóriu sme pristúpili k realizácii overovacieho úseku s asfaltovými zmesami reálne vyrobenými na obaľovačke (obr. 3).

Vďaka dobre nastaveným návrhom a vysoko odbornému a ochotnému personálu sa nám podarilo vytvoriť tri rôzne druhy asfaltových zmesí (bežný typ a s pridaným komerčným polymérom boli porovnávacie druhy, tretia zmes bola s pridaným regranulátom).

Realizácia overovacieho úseku

Po príprave sme výrobu a spracovateľnosť všetkých pripravených zmesí úspešne overili priamo na skúšobných úsekoch ciest. Ukladanie a následne zhutnenie prebehlo bez akýchkoľvek problémov
(obr. 4).

Úspešný záver a nový začiatok

Naše výsledky naznačujú veľmi efektívny spôsob vytvorenia modifikovanej asfaltovej zmesi odpadovým polymérom s vlastnosťami, ktoré spĺňajú všetky kritériá kladené na asfaltové zmesi.

Výhodou tejto metódy je aj to, že je aplikovateľná v bežnej výrobni asfaltovej zmesi bez dodatočnej investície do akéhokoľvek prídavného zariadenia. Všetci sme si vedomí toho, že množstvo recyklovaného odpadu, ktoré sa v budúcnosti takto využije, nezachráni problém s hromadením odpadov.

Na to treba určite viac úsilia, edukácie a zodpovedného správania nás všetkých. Toto je však jedna z ciest. Sme veľmi radi, že sa nám podarilo takýto výskum s reálnymi výstupmi z aplikácie úspešne realizovať.

Treba pritom povedať, že na Slovensku sa takýto dlhodobý a podrobný výskum s použitím slovenského recyklovaného plastu realizoval prvý raz.
Čaká nás ešte dlhá cesta, na ktorej musíme presvedčiť všetky zainteresované strany (či už štátnu a verejnú správu a samotné spoločnosti), aby nás nasledovali.

Našou snahou nebolo len ukázať, že sa to takto dá, ale že toto je cesta, ktorá prináša zlepšenie v podobe pozitívneho príspevku k životnému prostrediu a k prechodu na obehové hospodárstvo. V neposlednom rade prináša použitie takejto technológie pozitíva aj pre samotné stavebné spoločnosti v podobe označenia environmentálne vyspelej spoločnosti.

Táto práca bola podporená Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe Zmluvy č. APVV-19- 0520.

TEXT: Adriana Czímerová, Adrián Fonód, Róbert Kovács, Juraj Oreský. Všetci pôsobia v spoločnosti VUIS – CESTY, spol. s r. o.
FOTO: VUIS – CESTY, spol. s r. o.

Článok bol uverejnený v časopise IS 3/2023