Zimowe miesiące każdego roku na nowo otwierają to samo pytanie: dlaczego jezdnie i chodniki w chłodniejszych okresach tak szybko „pękają”, przez co już po kilku cyklach mrozu i odwilży na asfalcie pojawiają się dziury i nierówności? Problem nie jest tylko estetyczny. Pęknięcia i uszkodzenia zwiększają ryzyko wypadków dla kierowców, rowerzystów i pieszych, przyspieszają niszczenie podłoża i przynoszą miastom wysokie rachunki za naprawy, które często powtarzają się z sezonu na sezon.

Właśnie na tym przecięciu bezpieczeństwa, trwałości i kosztów utrzymania pojawia się nowa idea, która, przynajmniej według wyników laboratoryjnych, mogłaby zmienić sposób, w jaki asfalt „zachowuje się”, gdy temperatury spadają poniżej zera. Zespół badawczy pod kierownictwem prof. Elham Fini opracował lepiszcze do asfaltu uzyskane z oleju z alg. W testach w temperaturach poniżej punktu zamarzania próbki z algami wykazały mniejsze pękanie w porównaniu z konwencjonalnymi lepiszczami na bazie ropy naftowej.

Zimowa fizyka asfaltu: gdzie powstają szkody

Większość nawierzchni drogowych opiera się na tej samej zasadzie: mieszanina kruszywa kamiennego i piasku „trzyma się” razem dzięki asfaltowi (bitumowi) – gęstej, lepkiej substancji uzyskanej z przerobu ropy naftowej. Bitum w asfalcie pełni podwójną rolę. Z jednej strony łączy cząstki kruszywa i zapewnia wytrzymałość, a z drugiej umożliwia pewną elastyczność, czyli zdolność nawierzchni do rozszerzania się i kurczenia wraz ze zmianą temperatury.

Problem pojawia się, gdy temperatura bardzo szybko spada głęboko poniżej zera. W takich warunkach lepiszcze bitumiczne może stać się bardziej kruche i stracić część elastyczności, co zwiększa prawdopodobieństwo mikropęknięć pod obciążeniem ruchu lub pod wpływem powtarzającego się zamarzania i rozmarzania. Gdy pęknięcia już powstaną, woda łatwiej przenika do konstrukcji nawierzchni. Woda, która następnie zamarza, rozszerza się i dodatkowo niszczy materiał, więc uszkodzenia z czasem zamieniają się w dziury i wysadziny – typowe zimowe „punkty krytyczne” na drogach.

Lepiszcze z alg: „bardziej gumowa” i zrównoważona alternatywa

W pracy opublikowanej w czasopiśmie ACS Sustainable Chemistry & Engineering badacze przedstawiają tzw. biolepiszcze (biobinder) wykonane z oleju z alg, pomyślane jako bardziej zrównoważona i elastyczna alternatywa dla części klasycznego lepiszcza bitumicznego. Według wyjaśnień zespołu, związki uzyskane z alg mogłyby poprawić odporność asfaltu na wilgoć, zwiększyć elastyczność i stymulować zachowanie przypominające samoregenerację. W praktyce mogłoby to oznaczać dłuższą żywotność nawierzchni i mniejszą potrzebę kosztownych i częstych napraw.

Takie podejście opiera się na wcześniejszych wynikach tego samego kierunku badań: olej wyodrębniony z alg można przetworzyć w produkt, który zachowuje się „podobnie do bitumu”, ale w określonych reżimach temperaturowych jest bardziej odporny i funkcjonalny. W nowszej pracy badacze skupili się na konkretnym pytaniu: które gatunki alg dają oleje o najkorzystniejszych właściwościach dla asfaltu, zwłaszcza gdy chodzi o niskie temperatury i szybkie chłodzenie.

Modele komputerowe i wybór między czterema gatunkami alg

Aby zawęzić wybór, zespół zastosował modele komputerowe do oceny oleju z czterech gatunków alg. Celem była identyfikacja olejów, które można przetworzyć w lepiszcze kompatybilne ze stałą częścią mieszanki asfaltowej, przy zachowaniu funkcjonalności w warunkach zamarzania. Jako najbardziej obiecujący kandydat wyróżnił się olej słodkowodnej mikroalgi zielonej Haematococcus pluvialis.

W symulacjach i ocenach olej tego gatunku wykazał lepszą odporność na trwałe deformacje pod obciążeniem przypominającym to, co dzieje się na drogach pod wpływem ruchu, a także większą odporność na uszkodzenia powstające z powodu obecności wilgoci. Dla budownictwa drogowego nie jest to kwestia drugorzędna: woda i wilgoć, zwłaszcza w połączeniu z niskimi temperaturami, często przyspieszają degradację asfaltu. Jeśli lepiszcze lepiej znosi wilgoć i zachowuje bardziej elastyczne zachowanie, nawierzchnia może dłużej pozostać w stanie, który jest bezpieczniejszy dla ruchu i korzystniejszy dla utrzymania.

Testy laboratoryjne: obciążenie ruchem i cykle zamarzania

Po ocenach komputerowych badacze sprawdzili formuły w demonstracjach laboratoryjnych, które naśladowały kombinację obciążenia ruchem i cykli zamarzania. W tych testach próbki asfaltu z lepiszczem na bazie H. pluvialis wykazały, według doniesień autorów, do 70% lepszą regenerację po odkształceniu (deformation recovery) w porównaniu z próbkami ze zwykłym lepiszczem uzyskanym z ropy naftowej.

W tłumaczeniu na język codzienny, taki wynik sugeruje, że materiał mógłby lepiej „wracać” po obciążeniu, czyli łatwiej unikać trwałych kolein i uszkodzeń, które z czasem stają się pęknięciami. Właśnie zachowanie w niskich temperaturach jest kluczowe dla klimatów, w których zima przynosi nagłe spadki temperatury i wiele następujących po sobie epizodów zamarzania i rozmarzania.

Efekt klimatyczny: mała zamiana, duży procent w szacunkach

Praca zajmuje się również potencjalnym efektem klimatycznym zastąpienia części lepiszcza naftowego biolepiszczem. Badacze szacują, że zastąpienie 1% konwencjonalnego, naftowego lepiszcza lepiszczem na bazie alg mogłoby zmniejszyć emisje netto węgla związane z asfaltem o 4,5%. W scenariuszu, w którym udział biolepiszcza osiągnąłby około 22%, asfalt mógłby – według ich szacunków – potencjalnie stać się neutralny węglowo.

Warto podkreślić, że są to szacunki zależne od założeń obliczania emisji netto i sposobu, w jaki liczy się węgiel w cyklu życia materiału. Jednak liczby wyraźnie wskazują na logikę badań: nawet częściowe zastąpienie materiału pochodzącego ze źródeł kopalnych alternatywą na bazie biomasy może mieć mierzalny efekt, zwłaszcza gdyby technologia była stosowana w dużych projektach infrastrukturalnych, gdzie całkowite zużycie lepiszcza jest znaczne.

Co ta technologia mogłaby oznaczać dla dróg i chodników

Chociaż mowa o wynikach laboratoryjnych, cel innowacji jest praktyczny: wydłużyć żywotność asfaltu w warunkach, gdzie mróz i wilgoć przyspieszają degradację. W miastach z wyraźnymi zimami uszkodzenia często nie pojawiają się stopniowo, lecz falami – po nagłych ochłodzeniach i powtarzających się cyklach lodowych. Każde zmniejszenie pęknięć i trwałych deformacji mogłoby oznaczać mniej interwencji awaryjnych, mniej tymczasowych łat i stabilniejszy standard utrzymania.

Taka zmiana miałaby również wymiar bezpieczeństwa. Dziura w jezdni to nie tylko niedogodność, która wstrząsa pojazdem; może spowodować uszkodzenie opon i zawieszenia, utratę kontroli oraz upadki rowerzystów lub pieszych. Jeśli lepiszcze okaże się bardziej odporne w krytycznych warunkach temperaturowych, rozsądnie jest oczekiwać również mniejszego ryzyka związanego z nagłym niszczeniem nawierzchni – pod warunkiem, że wyniki potwierdzą się poza laboratorium i w różnych typach mieszanek asfaltowych.

Od pracy naukowej do placu budowy: co jeszcze trzeba udowodnić

Aby innowacja przeszła drogę od pracy naukowej do standardowej praktyki, zwyczajowo musi przejść szereg dodatkowych sprawdzeń: zachowanie w dużych seriach i różnych recepturach mieszanek asfaltowych, długotrwała ekspozycja na promieniowanie UV i utlenianie, odporność na wpływy chemiczne (na przykład sole) oraz kompatybilność z istniejącymi procesami przemysłowymi mieszania i układania asfaltu.

Jest też aspekt ekonomiczny. Badacze opisują podejście jako potencjalną drogę ku wysokowydajnej, akceptowalnej kosztowo i zrównoważonej infrastrukturze. Jednak rzeczywisty stosunek kosztów do korzyści w dużej mierze zależy od kosztów surowca, przetwórstwa i logistyki, jak i od cyklu życia nawierzchni. W praktyce „korzystniej” często oznacza nie tylko cenę materiału, ale całkowity koszt utrzymania przez lata. Gdyby udowodniono, że biolepiszcze zmniejsza potrzebę napraw, początkowy koszt mógłby być łatwiej uzasadniony.

Kto stoi za badaniami i jak zostały przedstawione opinii publicznej

Praca o biolepiszczu na bazie alg została opublikowana 17 listopada 2025 r. w czasopiśmie ACS Sustainable Chemistry & Engineering, a szersze streszczenie wyników zostało publicznie przedstawione w komunikacie Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (ACS) 15 grudnia 2025 r. Komunikat podkreśla skupienie na poprawie trwałości nawierzchni drogowych i pieszych w chłodniejszych warunkach, przy jednoczesnym poszukiwaniu bardziej zrównoważonych rozwiązań materiałowych dla infrastruktury.

W tym samym kontekście podaje się, że autorzy badań podziękowali za finansowanie amerykańskiemu Departamentowi Energii (U.S. Department of Energy), co jest częstą ramą dla projektów łączących innowacje materiałowe, transformację energetyczną i zmniejszenie śladu środowiskowego.

ACS i rola czasopism naukowych w weryfikacji twierdzeń

Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne (ACS) działa jako organizacja non-profit założona w 1876 roku i upoważniona przez Kongres USA. Rola ACS w takich tematach nie polega na prowadzeniu samych badań, lecz na publikowaniu i rozpowszechnianiu wyników naukowych poprzez recenzowane czasopisma i kanały komunikacyjne takie jak komunikaty PressPacs. Dla opinii publicznej ważne jest przy tym zrozumienie różnicy: komunikat jest punktem wejścia, podczas gdy kluczowe szczegóły, metodologia i dane znajdują się w samej pracy naukowej.

Na razie przesłanie, które autorzy podkreślają, sprowadza się do dwóch punktów: biolepiszcze uzyskane z oleju z alg wykazuje potencjał, by asfalt w warunkach poniżej zera stał się bardziej odporny na pękanie i trwałe deformacje, a przy tym otwiera się przestrzeń do zmniejszenia emisji netto węgla, gdyby część lepiszcza naftowego długoterminowo zastąpiono materiałem na bazie biomasy.