E MISJE SZKODLIWYCH ZWIĄZKÓW ORAZ ZUŻYCIE ENERGII

W literaturze dotyczącej mieszanek mineralno-asfaltowych o obniżonej temperaturze produkcji i zagęszczania można niejednokrotnie znaleźć informacje na temat redukcji emisji szkodliwych związków i zmniejszenia zużycia energii uzyskane dzięki zastosowaniu technologii WMA. Jednakże przy analizie i porównywaniu niniejszych danych należy mieć na uwadze różnice w jednostkach w których są one podane, metodologie pomiaru, rodzaj użytej technologii WMA oraz stopień obniżenia temperatury. Ponadto nie zawsze określane są emisje dla pełnego zakresu wszystkich szkodliwych substancji. Powyższe uwarunkowania utrudniają proste i jednoznaczne porównywanie różnych technologii produkcji mieszanek WMA pod kątem ich skuteczności w zmniejszaniu emitowania substancji szkodliwych dla zdrowia oraz gazów cieplarnianych. W dalszej części niniejszego rozdziału przytoczono kilka przykładów obniżenia emisji szkodliwych związków oraz zużycia paliwa występujących w literaturze.

W raporcie Federalnej Administracji Drogowej amerykańskiego Departamentu Transportu (Federal Highway Administration of U.S. Department of Transporatation) [22] opracowanym na podstawie danych zebranych w 2006 i 2007 r. podczas wizytacji krajów europejskich podano procentowe redukcje emisji substancji związanych ze spalaniem paliw, lotnych związków organicznych (VOC, tj. volatile

organic compounds) oraz pyłów przy zastosowaniu technologii WMA w Norwegii, Włoszech, Holandii i Francji, przy czym nie we wszystkich krajach informacje dotyczyły pełnej listy wymienionych związków. Dane te przedstawiono w tablicy 2.4.

Jak podano w [22] największe korzyści osiągnięto w zakresie obniżenia ilości emitowanych tlenków azotu (procentowa redukcja rzędu 60-70%) oraz pyłów (25-55%) w Norwegii i we Włoszech. Najmniejsze korzyści ekologiczne – osiągające około 20% poziom redukcji emisji – uzyskano we Francji. Redukcje pozostałych substancji najczęściej zawierały się w przedziale od 15% do 40% (w jednym przypadku 50%). Ponadto odnotowywano obniżenie zużycia paliwa o rząd 20-35%.

W raporcie [22] nie są podane natomiast szczegółowe informacje dotyczące warunków pomiaru, rodzaju technologii WMA przy których uzyskano wymienione redukcje czy temperatury produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych.

Tablica 2.4. Uzyskane redukcje emisji szkodliwych związków na wytwórni w trakcie produkcji mieszanek WMA według raportu [22]

Rodzaj emitowanej

substancji

Norwegia Włochy Holandia Francja

CO₂ 31,5 30-40 15-30 23

SO₂ - 35 - 18

VOC - 50 - 19

CO 28,5 10-30 - -

NO_x 61,5 60-70 - 18*

Pył 54 25-55 - -

(-) brak danych

(*) dane dla dwutlenku azotu NO2

Devivere, Barthel i Marchand [109] przedstawili porównanie wyników pomiaru emisji dymów i aerozoli prowadzonych w czasie produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej Niemczech z asfaltem B65, bez oraz z dodatkiem zeolitu. Temperatura mieszanki tradycyjnej wynosiła 168ºC, natomiast mieszanka produkowana w technologii WMA z zeolitem miała temperaturę 142ºC. Pozwoliło to na zmniejszenie całkowitej ilości emitowanych dymów i aerozoli z 350,7 mg/m³ do jedynie 90,4 mg/m³ (tablica 5), oznaczając redukcję rzędu 75%. Odnotowane obniżenie zużycia energii na poziomie 30% było równoznaczne ze zmniejszeniem zapotrzebowania na olej opałowy do ok.

5,6 litra na jedną tonę wyprodukowanej mieszanki w porównaniu z wyjściowym (dla tradycyjnej temperatury produkcji) poziomem 8 litrów na jedną tonę.

Tablica 2.5. Uzyskane redukcje emisji szkodliwych związków na wytwórni w trakcie produkcji mieszanek WMA z dodatkiem zeolitu [109]

Rodzaj emitowanej substancji

Ilość emitowanych związków [mg/m³] Mieszanka referencyjna

168ºC

Mieszanka z dodatkiem zeolitu 142ºC

Aerozole 172,1 7,3

Łącznie dymy i aerozole 350,7 90,4

Gonzalez i inni [74] opublikowali rezultaty pomiarów emisji przeprowadzonych we Francji podczas wytwarzania mieszanki WMA z dodatkiem Ceca Base RT. W trakcie testów produkowano mieszankę betonu asfaltowego do bardzo cienkich warstw (BBTM) o uziarnieniu 0/10 mm i zawartości asfaltu 5,7%. Mieszankę referencyjną wytwarzano w temperaturze 170ºC, zaś temperatura mieszanki WMA – z 0,4%

dodatkiem środka Ceca Base RT – była znacząco niższa i wynosiła 125ºC. Emisje każdej z badanych substancji obniżyły się w dość jednorodnym stopniu, a redukcje oscylowały wokół przedziału 20% - 30%. Pokazano je w tablicy 2.6.

Tablica 2.6. Uzyskane redukcje emisji szkodliwych związków na wytwórni w trakcie produkcji mieszanki WMA z dodatkiem środka Ceca Base RT [74]

Rodzaj emitowanej substancji

Redukcja emitowanych związków [%]

Mieszanka z Ceca Base RT 125ºC

NO₂ 31,0

VOC 21,0

CO₂ 14,0

CO 36,0

Pył 27,0

Bardziej rozbudowane informacje na temat metodyki i wyników pomiarów emisji w trakcie produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych zawarli Hurley, Prowell i Kvasnak ([51], [52], [53], [54], [55], [56]) w serii prac dotyczących odcinków próbnych z mieszankami WMA, zrealizowanych w roku 2006 w stanach Ohio, Michigan i Wisconsin. Celem wykonania odcinków próbnych było sprawdzenie zachowania się nawierzchni wykonanych z wykorzystaniem dodatków Sasobitu, zeolitu (Aspha-Min) oraz Evothermu ET (wersja w postaci emulsji asfaltowej). Na odcinku próbnym w stanie Ohio zastosowano wszystkie wymienione technologie. Odcinek próbny w stanie Michigan wykonano jedynie z dodatkiem Sasobitu. W stanie Wisconsin wykorzystano Sasobit oraz Evotherm. We wszystkich przypadkach produkowano mieszankę z przeznaczeniem do warstwy ścieralnej. Miały one uziarnienia 0/9,5 mm (Ohio i Michigan) lub 0/12,5 mm (Wisconsin). Zawartość asfaltu wynosiła odpowiednio 6,1, 5,5 oraz 5,3%. Każdorazowo wytwarzano ok. 800 – 1300 ton mieszanki dla danego rodzaju dodatku WMA oraz zbliżoną ilość mieszanki referencyjnej.

W tablicy 2.7 przedstawiono dane dotyczące redukcji emisji szkodliwych substancji zarejestrowane podczas produkcji mieszanki WMA z Evothermem, zeolitem oraz Sasobitem i przeznaczonej do wbudowania na odcinku próbnym w stanie Ohio.

Rejestracji podlegały parametry związane z emisją tlenków azotu, lotnych związków organicznych, dwutlenku węgla, tlenku węgla oraz dwutlenku siarki. Z uwagi na zastosowanie wytwórni z palnikiem suszarki wykorzystującym jako paliwo gaz ziemny oraz kruszyw wapiennych odnotowana emisja dwutlenku siarki była bardzo niewielka i nie pozwoliła na otrzymanie miarodajnych wyników. Temperatura produkcji mieszanek WMA wynosiła 135ºC dla Evothermu i Sasobitu oraz 142ºC dla

zeolitu. W rezultacie znaczącej redukcji uległy ilości emitowanych szkodliwych substancji dla mieszanek z dodatkami zeolitu i Sasobitu, jednakże w przypadku Evothermu poziom emitowanych lotnych związków organicznych i dwutlenku węgla znacząco wzrósł. Fakt ten przypisywano zwiększonemu zużyciu paliwa w trakcie produkcji z Evothermem, które wzrosło o 15,4% i mogło wynikać z większego zapotrzebowania energetycznego na odparowanie wody znajdującej się w emulsji Evothermu. Według [55] na uzyskane wyniki mogła wpłynąć również prawdopodobna zmiana ustawień pracy palnika suszarki po wyprodukowaniu mieszanki referencyjnej, co spowodowało zmianę poziomu odniesienia. W trakcie wytwarzania mieszanek z zeolitem i Sasobitem zużycie gazu okazało się być odpowiednio o 8,8% i 17,9%

mniejsze niż w przypadku mieszanki referencyjnej, zaś zmierzona redukcja emisji tlenku węgla sięgała ponad 60%.

Tablica 2.7. Uzyskane redukcje emisji szkodliwych związków na wytwórni w trakcie produkcji mieszanek WMA z Evothermem, zeolitem i Sasobitem podczas realizacji

odcinka doświadczalnego w stanie Ohio [55]

Rodzaj emitowanej substancji

Redukcja emitowanych związków [%]

Mieszanka z Evothermem

135ºC

Mieszanka z zeolitem

142ºC

Mieszanka z Sasobitem

135ºC

NO_x 1,9 30,8 21,2

VOC -159,0* 62,8 51,3

CO₂ -20,0* 20,0 42,9

CO 20,3 62,0 63,2

* - odnotowano wzrost emisji danej substancji

brak znaku – odnotowano redukcję emisji danej substancji

W tablicy 2.8 przedstawiono dane dotyczące redukcji emisji zarejestrowane podczas produkcji mieszanki WMA z Evothermem i przeznaczonej do wbudowania na odcinku próbnym w stanie Wisconsin. W tym przypadku rejestrowano emisję tlenków azotu, lotnych związków organicznych oraz dwutlenku węgla. Temperatura produkcji mieszanki WMA była obniżona w stosunku do temperatury mieszanki referencyjnej (149ºC) i wynosiła 121ºC. Obniżenie emisji tlenków azotu i dwutlenku węgla przy wytwarzaniu mieszanki WMA było jednak stosunkowo niewielkie. Natomiast ponad trzykrotnie wzrosła emisja lotnych związków organicznych. Według autorów opracowania [56] wzrost ten był efektem niecałkowitego spalania oleju przez palnik suszarki, co wynikało z jego niedostatecznej regulacji do pracy w obniżonej temperaturze. Spadek zużycia paliwa był również relatywnie niewielki i sięgnął 9%.

Tablica 2.8. Uzyskane redukcje emisji szkodliwych związków na wytwórni w trakcie produkcji mieszanek WMA z Evothermem podczas realizacji odcinka

doświadczalnego w stanie Wisconsin [56].

Rodzaj emitowanej substancji

Redukcja emitowanych związków [%]

Mieszanka z Evothermem 121ºC

NO_x 14

VOC -313,0*

CO₂ 5,0

* - odnotowano wzrost emisji danej substancji

W tablicy 2.9 przedstawiono dane dotyczące redukcji emisji zarejestrowane podczas produkcji mieszanki WMA z Sasobitem i przeznaczonej do wbudowania na odcinku próbnym w stanie Michigan. Tak jak w poprzednim przypadku pomiarowi podlegała emisja tlenków azotu, lotnych związków organicznych i dwutlenku węgla. Ilość Sasobitu w stosunku do masy lepiszcza wynosiła 1,5%, zaś temperatura produkcji mieszanki 127ºC. W porównaniu z mieszanką referencyjną wytwarzaną w temperaturze 163ºC odnotowano spadek emisji tlenków azotu ispadek dwutlenku węgla. Wzrosła emisja lotnych związków organicznych, przy czym również w tym przypadku za przyczynę uznano niewłaściwą pracę palnika suszarki skutkującą niecałkowitym spalaniem. Zużycie paliwa było mniejsze o 10%.

Tablica 2.9. Uzyskane redukcje emisji szkodliwych związków na wytwórni w trakcie produkcji mieszanek WMA z dodatkiem Sasobitu podczas realizacji odcinka

doświadczalnego w stanie Michigan [54]

Rodzaj emitowanej substancji

Redukcja emitowanych związków [%]

Mieszanka z dodatkiem Sasobitu 127ºC

NO_x 34,0

VOC -8,0*

CO₂ 18,0

* - odnotowano wzrost emisji danej substancji

Bardziej pozytywne rezultaty w zastosowaniu technologii Evotherm opisał Davidson ([24], [25], [26], [27]). Podczas realizacji odcinka doświadczalnego w kanadyjskiej prowincji Ontario wyprodukowano 615 ton mieszanki WMA. Jej temperatura wynosiła 125ºC i była niższa o 25ºC od temperatury mieszanki referencyjnej równej 150ºC.

Dla każdej z rejestrowanych substancji odnotowano kilkudziesięcioprocentowe redukcje emisji (tablica 2.10). Zużycie paliwa było również znacząco niższe. Na wyprodukowanie 1 tony mieszanki referencyjnej zużyto średnio 11,37 litra oleju opałowego, zaś dla mieszanki WMA wartość ta wynosiła jedynie 5,20 litra.

Tablica 2.10. Uzyskane redukcje emisji szkodliwych związków na wytwórni w trakcie produkcji mieszanek WMA w technologii Evotherm w trakcie realizacji odcinka

doświadczalnego w prowincji Ontario [26]

Rodzaj emitowanej substancji

Redukcja emitowanych związków [%]

Mieszanka z Evothermem 125ºC

NO 58,0

CO₂ 45,8

CO 63,1

SO₂ 41,2

Podsumowując przeprowadzone studia nad emisjami szkodliwych substancji podczas wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych o obniżonej temperaturze produkcji można stwierdzić, że zastosowanie dodatków WMA ma niejednoznaczny wpływ na ilość emitowanych szkodliwych związków. Odnotowywano spadek emisji, ale w niektórych przypadkach ich wzrost. Ilość emitowanych substancji nie zależy tylko od temperatury produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej, ale w pewnym stopniu również od czynników takich jak wilgotność kruszywa czy sprawność działania suszarki wytwórni mas bitumicznych.

Oddzielną tematyką poruszanym przez badaczy jest uwzględnienie wpływu zastosowania dodatków WMA na całość emisji szkodliwych związków podczas produkcji i eksploatacji nawierzchni. Zagadnienia te zostały przedstawione min. w pracach [38], [43], [45], [106] oraz [115].