Jo mere modstand, dækkene møder på vejbanen, jo mere brændstof bruger bilen. Derfor er der både penge og bedre miljø i at udvikle nye asfalttyper, som nedsætter rullemodstanden.
Hvis man kører på landevej 145 mellem Holbæk og Sorø og mærker, at hjulene pludselig triller lidt lettere hen over asfalten, er det sandsynligvis, fordi man passerer en af de strækninger, hvor Vejdirektoratet afprøver en ny type asfalt med mindre sten og dermed mindre rullemodstand. Asfalten er udviklet i samarbejde med blandt andre DTU.
Projektet startede i 2011 som reaktion på den hastige stigning i CO2-udslippet og de medfølgende ændringer i Jordens klima. Transport er en meget vigtig brik i den sammenhæng; en fjerdedel af Danmarks samlede energiforbrug går til at transportere mennesker og varer rundt på vejene, og af denne energi bruges ikke mindre end en tredjedel alene på at overvinde rullemodstanden. Derfor så Vejdirektoratet store perspektiver i at arbejde med vejbelægningen og forsøge at mindske rullemodstanden. Og herfra opstod projektet Cooee (CO2 emission reduction by exploitation of rolling resistance modelling of pavements), som netop er afsluttet med et meget lovende resultat.
”Det er lykkedes os at skabe en asfaltbelægning, som reducerer brændstofforbruget med 3-5 procent uden at ødelægge vejgrebet. Og succesen skyldes ikke mindst en fantastisk indsats fra forskere på DTU og RUC samt et stort engagement fra NCC, ” siger projektleder Bjarne Schmidt fra Vejdirektoratet.
Mindre sten giver mindre modstand
"Det er lykkedes os at skabe en asfaltbelægning, som reducerer brændstofforbruget med 3-5 procent uden at ødelægge vejgrebet."
Bjarne Schmidt, projektleder, Vejdirektoratet
En vej er opbygget af flere lag. Underst ligger sand, grus og forskellige andre materialer, som skal sikre stabiliteten, virke som dræn og modvirke frostdannelse. Herefter kommer et 25-30 cm tykt asfaltbundet bærelag, og øverst er slidlaget, som består af 3-4 cm asfalt. Det sidste er det stærkeste og dyreste lag og selvfølgelig også det, der bestemmer, hvordan vejen er at køre på; om dækkene ruller let hen over overfladen og samtidig har det fornødne vejgreb. Der er altså meget på spil og mange gevinster at hente, hvis man kan optimere slidlaget.
Midlet til at opnå mindre rullemodstand er at bruge mindre sten i asfalten. Normen er 11 mm, og i dette projekt ville man forsøge at sætte størrelsen ned til 6-8 mm. Men dermed ændrer man også balancen i asfalten, og det er selvfølgelig vigtigt at bibeholde en tilstrækkelig friktion, så dækkene ikke skøjter hen over overfladen.
Det rette asfalt-miks
”Når man bager rugbrød med kerner, gælder det om at finde den helt rigtige fordeling mellem korn, gær og melmasse, så det færdige brød ikke falder fra hinanden. Sådan er det også med asfalt,” siger Bjarne Schmidt.
”Vi ville ændre på stenstørrelsen og skulle derfor finde frem til en ny ’opskrift’ på blandingen af sten og bindemidler – bitumen, mørtel og andre typer fyldstof – som kunne sikre, at de mindre sten blev fordelt rigtigt, og fremfor alt at belægningen kunne holde mindst 15 år. Skal den skiftes eller repareres før, er det ikke rentabelt. I stedet for bare at prøve os frem valgte vi at knytte forskere til projektet, som kunne gå til opgaven med videnskabelige værktøjer, både på grundforskningsniveau og med hensyn til at afdække asfaltens mekaniske egenskaber.”
|
At arbejde med asfalt kan sammenlignes med at bage et rugbrød med kerner. Det gælder om at finde det helt rigtige forhold mellem ingredienserne, så brødet ikke falder fra hinanden. Til dette har forskerne brugt en matematisk simuleringsmodel, som simulerer, hvad der sker, når man ændrer på stenenes form og forholdet mellem de forskellige 'ingredienser'.
|
Illustration Huan Feng
|
Undersøgt på flere niveauer
Professor Jeppe Dyre fra Roskilde Universitet har stået for grundforskningen og set på, hvordan bitumenmolekylerne ændrer sig ved forskellig belastning og temperatur, og hvordan de hæfter til stenmaterialet. Og Matteo Pettinari og Huan Feng, der blev ansat som henholdsvis postdoc og ph.d.- studerende på DTU Byg, har undersøgt de mekaniske egenskaber ved det sammensatte materiale.
Ved hjælp af den matematiske model DEM har forskerne kunnet simulere virkningen af at ændre på stenenes form og placering, ligesom de har testet sammensætningen af bitumen og forskellige fyldstoffer.
”Stenene kan siges at være det stive skelet i asfalten, mens blandingen af bitumen og polymere fyldstoffer, som har viskoelastiske egenskaber, kan sammenlignes med musklerne i en krop. Asfalten giver efter for dækkenes tryk, og det er vigtigt for sikkerheden, at det ikke over tid skaber permanente spor, hvor vandet kan samle sig, ligesom stenene skal holdes fast i overfladen og ikke slides eller knække for hurtigt,” siger Matteo Pettinari.
Stenenes størrelse var det eneste, der lå fast, mens alle andre ingredienser i asfalten er blevet ændret og testet.
”Vores mål har været at forstå materialet til bunds og beskrive, hvordan egenskaberne ændrer sig under forskellige forudsætninger,” siger Matteo Pettinari, som dog langtfra har udtømt emnet. Han har for eksempel flere idéer til alternative bindemidler baseret på biostoffer i stedet for det oliebaserede bitumen. Sådanne bindemidler ville også kunne føre til en ’koldere’ asfaltproduktion, der koster mindre energi og dermed sparer CO2.
|
Forskerne har systematisk undersøgt asfaltens mekaniske egenskaber i laboratoriet, før de har testet den nye type belægning på udvalgte vejstrækninger.
|
Illustration DTU
|
Asfalten møder virkeligheden
Som det tredje led i udviklingskæden er den nye asfalt blevet lagt ud på udvalgte vejstrækninger.
”Det første forsøg lavede vi i 2012 på en strækning ved Stensved på Sydsjælland. Her viste det sig, at det specielle filler-materiale, som skulle sikre større holdbarhed, klumpede sig sammen, og en del af stenene knækkede. Vi vurderede, at det havde noget med selve udlægningen og valget af stenmateriale at gøre, og i samarbejde med NCC fik vi ændret på blande- og tromlemetoderne. Det forbedrede resultatet på den næste forsøgsstrækning betragteligt, så derefter vovede vi at udlægge den samme blanding på en mere trafikeret landevej mellem Holbæk og Sorø. Her fungerer asfalten fint, og ifølge vores målinger virker den efter hensigten. Vi har opnået en brændstofbesparelse på hele fire procent med de samme friktionsegenskaber som ved den normale asfalt,” siger Bjarne Schmidt.
Projektet er således lykkedes, og hvis den nye asfalt tages i brug over hele landet, kan det få vidtrækkende gavnlige konsekvenser for miljøet. Den målte brændstofbesparelse vil svare til mindst 64 millioner liter brændstof om året. Og det vil igen betyde, at atmosfæren spares for 160.000 ton CO2 og 76 ton kvælstofoxider (NOx) om året.
Et åbent spørgsmål
Men der mangler lige en sidste detalje, før visionen kan blive til virkelighed. Asfalten skal som sagt kunne holde mindst 15 år, så det er vigtigt at finde ud af, hvordan sliddet er på de små sten. Hvis det bliver for stort, kan det medføre friktionsproblemer. Ligeledes er det vigtigt, at belægningen ikke revner eller nedbrydes på anden måde, så den skal repareres eller ligefrem udskiftes for tidligt.
”Vi vil naturligvis følge forsøgsstrækningerne de kommende år, men for at nå hurtigere derhen, hvor vi kan tage den CO2-besparende asfalt i brug, har vi søgt midler til at fortsætte projektet, så vi kunne gå videre med laboratoriearbejdet og modellere påvirkningen over tid. Det fik vi desværre ikke, men vi prøver alligevel at forfølge vores mål med egne midler. Og vi håber på at kunne fortsætte det gode samarbejde med Matteo Pettinari,” siger Bjarne Schmidt, som også kunne ønske sig, at der kom flere studerende til den vejrelaterede forskning.
”I Vejdirektoratet er vi gearet til at administrere og vedligeholde de 4.000 km statsveje, som selvfølgelig er noget af en livsnerve for vores samfund. Vi udfører også forsknings- og udviklingsarbejder i Vejdirektoratet, men vi har brug for eksperter på universiteterne til at arbejde mere videnskabeligt med idéer til, hvordan vi kan reducere miljøbelastningen i transportsektoren gennem bedre vejbelægninger.”