W części pierwszej pisałam o projekcie jezdni o nazwie SolaRoad, przekształcającej światło słoneczne w energię elektryczną. Dzisiaj opiszę Wam kolejny innowacyjny projekt związany z infrastrukturą drogową.

Projekt ten wzbudził zainteresowanie w wielu krajach, napisano o nim sporo artykułów, m.in. w prasie niemieckiej, zdobył także rozmaite nagrody, np. w 2007 roku National Noise and Vibrations Innovation Award i National Innovation Award Air Quality, w 2010 roku nagrodę miasta Utrecht De Gouden Impuls, a w październiku 2012 roku na targach szkła Glasstec Innovation Award w Dusseldorfie.
(Rysunek 1. Wizualizacja DDW - widok z zewnątrz)

(pierwsza cześć - SolaRoad szkło zamiast asfaltu)

Twórcą koncepcji i osobą za nią odpowiedzialną jest inżynier László Vákár, od 2006 roku pracujący dla firmy Movares (działającej także w Polsce) obecnie szef Studia Innowacji, autor rozwiązań patentowych, zdobywca wielu nagród, wybrany w czerwcu Structural Designer of the Year 2012.

Projekt przez niego stworzony nosi nazwę De Duurzame Weg, angielska wersja to The Sustainable Highway. Polskiej nazwy (jeszcze) nie ma, słowa ‘duurzam’ czy tez ‘sustainable’ tłumaczy się jako ‘zrównoważony’, najczęściej w odniesieniu do rozwoju bądź energii. Rozwój zrównoważony to taki, „w którym potrzeby obecnego pokolenia mogą być zaspokojone bez umniejszania szans przyszłych pokoleń na ich zaspokojenie” (raport WCED  z 1987r.), a zrównoważona energia to taka, która pochodzi ze źródeł odnawialnych. Polskie dosłowne tłumaczenie nazwy jest mocno niezręczne, pozostanę więc przy oryginalnym określeniu, dla wygody używając skrótu DDW. To tyle jeśli chodzi o tłumaczenie nazwy.

KONSTRUKCJA
Co to właściwie jest De Duurzame Weg? Otóż jest to rodzaj konstrukcji zbudowanej ze stali i z opatentowanego szkła, umieszczonej nad autostradą, spełniającej cały szereg pożytecznych funkcji takich jak np. ograniczenie emisji szkodliwych substancji, produkcja energii elektrycznej czy ograniczenie poziomu hałasu. Rewelacyjność tego projektu polega na tym, że czerpie on zarówno z istniejących już i sprawdzonych rozwiązań technologicznych, jak i tych nowych i innowacyjnych. Łączy w taki sposób, że otrzymujemy zupełnie nową jakość. Konstrukcja De Duurzame Weg jest trwała, wytrzymała, bezpieczna, stosunkowo tania i co więcej – przynosząca zyski w rozmaitej postaci.

Konstrukcja zbudowana jest głównie ze stali i szkła. Tworzy niejako dwa odrębne sklepienia, a każde z nich obejmuje pasy ruchu jednego kierunku jazdy, jednej jezdni. Sklepienia są na tyle obszerne, że bez problemu pomieszczą ponadnormatywne pojazdy (pomyślcie np. o transporcie maszyn drogowych czy części samolotów). Szerokość takiego sklepienia jest większa niż 3 pasy ruchu, a zapas powierzchni może być w przyszłości dość łatwo przekształcony w dodatkowe pasy bez potrzeby poszerzania całej konstrukcji.

Rysunek 2. Przekrój sklepienia

W międzyczasie dodatkowe miejsce może być wykorzystane również w innych celach, ale o tym później. Szklane elementy DDW zbudowane są z opatentowanego przez Movares laminowanego szkła o nazwie Freeformglass®. Jest to szkło, na które składają się dwie warstwy (może też ich być więcej) przedzielone folią lub dodatkowo np. powietrzem pełniącym wtedy funkcję warstwy izolacyjnej. Co jest nowością w przypadku szkła laminowanego, może ono być wyginane na zimno, w temperaturze otoczenia, bezpośrednio na placu budowy.

Jako że szkło jest elastyczne i wytrzymałe, można je dobrze dopasować do pozostałych elementów konstrukcji wyginając je np. pod nieco innym niż początkowo planowano kątem. Nie jest to możliwe w przypadku szkła wyginanego na ciepło. By lepiej zrozumieć, dlaczego Freeformglass® jest tak dobre, można je porównywać z trzema innymi materiałami: plastikiem, jednowarstwowym szkłem laminowanym czy też szkłem wyginanym na ciepło. Jeśli chodzi o właściwości, bije ono na głowę wszystkie wymienione materiały. Jest bardziej wytrzymałe, cieńsze, łatwiejsze jeśli chodzi o transport a więc tańsze (także dlatego, że mniej go potrzeba), wysoce ognioodporne, niewrażliwe na promienie ultrafioletowe, brudzi się wolniej, jest mniej podatne na zarysowania, daje mniejsze zniekształcenie obrazu i w porównaniu do szkła wyginanego na ciepło może być nawet do 50% tańsze!

Szkło jest rzeczywiście bardzo elastyczne. Miałam okazję je przetestować – razem z autorem tego wynalazku poskakaliśmy sobie na kawałku takiego szkła o grubości około jednego centymetra, prawie tak jak skacze się na przydomowej trampolinie. Zero zniszczeń. Bardzo dużo na temat tego szkła można by napisać, ale miało być o De Duurzame Weg, dlatego piszę tylko tyle, ile to niezbędne, by uwidocznić wysoką jakość i innowacyjność materiałów przewidzianych w tym projekcie.

FUNKCJE

1. Oczyszczanie powietrza.
Jedną z funkcji ‘zrównoważonej autostrady’, podobnie jak zwyczajnego naziemnego tunelu, ma być ochrona położonych po obu stronach drogi domostw przed zanieczyszczeniami i hałasem. DDW spełnia te funkcje o wiele lepiej niż tunel. Po pierwsze, zwykły tunel nie likwiduje zanieczyszczenia tlenkami azotu, tlenkami siarki, dwutlenkiem węgla i pyłami. Wszystko, co w takim tunelu powstaje, ulatnia się z obu jego końców w mocno skoncentrowanym stężeniu, tworząc obszary, w których poziom zanieczyszczenia jest bardzo wysoki, często tak wysoki, że wielokrotnie przekracza dopuszczalne normy zanieczyszczenia powietrza. Im dłuższy tunel, tym wyższy poziom zanieczyszczenia powietrza przy jego wylocie. Dlatego m.in. w całej (środkowo)zachodniej części Holandii nie można już budować nowych tuneli. Jeśli coś powstaje, to dzieje się to de facto z pogwałceniem prawa.  

DDW zawiera w sobie elementy, które są w stanie zlikwidować od ok. 83% do nawet 97% wszystkich zanieczyszczeń jakie powstają w takim tunelu. Kształt konstrukcji i ruch pojazdów wprawiają w ruch powietrze wewnątrz konstrukcji, dzięki czemu zaczyna ono krążyć w obiegu i w dużej części pozostaje w tunelu. Samo w sobie nie rozwiązałoby to naturalnie problemu zanieczyszczenia, ponieważ część powietrza i tak by się z tunelu wydostała (na podstawie symulacji około 50%), a zanieczyszczenia w krążącej wewnątrz tunelu części powietrza ulegałyby coraz większemu stężeniu.

Rysunek 3. Cyrkulacja powietrza wewnątrz DDW

Dlatego tuż przed wylotem każdego ze sklepień umieszczono w górnej jego części element, który poprzez jonizację i elektrostatyczne filtrowanie eliminuje z powietrza szkodliwe pyły. Tlenki azotu i siarki eliminowane są dzięki wykorzystaniu aktywnego węgla i zjawiska adsorpcji, co jest stosunkowo tanią i bezpieczną metodą usuwania zanieczyszczeń. Węgiel aktywny jest tani w produkcji, nietoksyczny i – co nie bez znaczenia skoro mowa o ekologicznych innowacjach – łatwy w utylizacji, zaś przynajmniej niektóre zaadsorbowane przez niego substancje można odzyskać i wykorzystać następnie np. w nawozach. Można także zwiększyć poziom oczyszczania powietrza z tlenków poprzez umieszczenie węgla aktywnego nie tylko bezpośrednio przed wylotem z tunelu, ale także na ścianie oddzielającej oba sklepienia.

Plusem opisanych metod jest to, że nie wymagają one wykorzystania dużej ilości energii. Wydajność elementu DDW oczyszczającego powietrze zależy od natężenia ruchu i rozmiaru elementu wewnątrz sklepień. Zwiększenie jego rozmiaru jedynie w minimalny sposób zwiększa koszt jego produkcji, zatem śmiało można projektować DDW tak, by w jak najwydajniejszy sposób oczyszczać powietrze.

2. Ochrona przed hałasem.
DDW chroni okolice także przed hałasem, jaki powstaje na drodze szybkiego ruchu. Robi to znacznie lepiej niż ekrany dźwiękochłonne, w stopniu porównywalnym do zwykłego tunelu. Poziom natężenia dźwięku na zewnątrz DDW powinien być taki, by bez problemu można było słuchać szczebiotu ptaków czyli bliski zera. Wewnątrz DDW poziom hałasu jest podobny do tego, jaki panuje w zwykłym tunelu.

Nawiasem mówiąc, ekrany stawiane przy drogach, które z założenia mają chronić okolicznych mieszkańców przed zanieczyszczeniem i hałasem, wydają się być (mocno) przereklamowane. Z eliminowaniem dźwięku ekrany jeszcze jako tako dają sobie radę, chociaż im wyższe budynki stojące przy drodze, tym wyższy ekran jest potrzebny. Prowadzi to do tak niedorzecznych sytuacji, jak chociażby ta, która miała miejsce przy budowie ekranów w okolicach Amersfoort, kiedy to obliczono, że nowo stawiany ekran – po to, by mógł spełniać swoją funkcję – powinien mieć 24 metry wysokości! Niestety, z badań przeprowadzonych wspólnie przez Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Uniwersytetu Kalifornijskiego (LA) i agencję California Air Resources Board wynika, że ekrany nie spełniają swoich funkcji, jeśli chodzi o ograniczenie poziomu zanieczyszczenia powietrza w obszarze przylegającym do drogi (publikacja wyników badań w Atmospheric Environment w sierpniu 2010).

Rysunek 4. Rozchodzenie się dźwięku przy braku ograniczenia, ekranie dźwiękochłonnym i w tunelu DDW.

Porównajmy pod względem czystości powietrza pas ziemi o szerokości około 500 metrów, leżący w bezpośrednim sąsiedztwie autostrady, w dwóch sytuacjach – kiedy jest on od drogi oddzielony ekranem i wtedy, gdy ekranu nie ma. Otóż okazuje się, że tam, gdzie stoi ekran, poziom zanieczyszczenia jest niższy tylko na obszarze pierwszych kilkudziesięciu metrów od drogi, a w odległości od około 100 do 500 metrów poziom zanieczyszczeń jest wyższy niż tam, gdzie ekranu nie ma! Dość absurdalnie oznacza to, że postawienie ekranu pogarsza, a nie poprawia, sytuację większości mieszkańców terenów przylegających do dróg szybkiego ruchu!

3. Produkcja energii odnawialnej.
Kolejna funkcja, jaka może spełniać DDW to produkcja neutralnej środowiskowo energii. W tym celu wykorzystać można dwa źródła ciepła. Pierwsze to powstające w wyniku ruchu pojazdów ciepło wewnątrz konstrukcji – praca silników, rozmaite tarcia, ciepło spalin, ogrzewanie pojazdów, ciepło ludzkich ciał itp. a także ciepło promieni słonecznych, szczególnie istotne w miesiącach letnich. Drugim źródłem, które czyniłoby produkcję energii jeszcze wydajniejszą, mogą być ogniwa słoneczne umieszczone w elementach szklanych DDW. W jaki sposób ciepło byłoby pozyskiwane, przechowywane i wykorzystywane? Pod powierzchnia jezdni umieszczony byłby system rur pochłaniających powstające wewnątrz tunelu ciepło i przekazywałby je do wód gruntowych, gdzie byłoby magazynowane (zwłaszcza w lecie) i dalej wykorzystywane.

Odpowiednie urządzenia – wymienniki ciepła – umieszczone w bezpośrednim sąsiedztwie drogi zamieniałyby ciepłą wodę na zimną i odwrotnie w zależności od potrzeb. W lecie ciepła woda mogłaby być zamieniana w zimną, a ta chłodziłaby nagrzany asfalt, zapobiegając jego nadmiernemu nagrzewaniu się, a zarazem korozji. W zimie ciepła woda podgrzewałaby asfalt, który nie zamarzałby, nie byłby śliski, nie byłoby zatem konieczne używanie szkodliwej soli, a jazda przez DDW byłaby bezpieczniejsza. Mniejsze wahania temperatury plus brak ekspozycji na działanie innych typowych korodujących czynników ograniczyłyby znacznie konieczność przeprowadzania robót drogowych – zamiast raz na 6-7 lat, wystarczyłoby wymienić powierzchnię raz na około 20 lat.
Ogrzewanie i chłodzenie powierzchni jezdni jedynie w niewielkiej części wykorzystałoby powstałą w tunelu energię. Nadwyżka energii mogłaby zostać wykorzystana np. do ogrzewania gospodarstw domowych położonych przy DDW.

Rysunek 5. Wykorzystanie energii powstałej dzięki DDW.
 

Tunel o długości kilometra byłby w stanie wyprodukować tyle energii, ile potrzeba do ogrzania 2400 domów, przy czym koszty eksploatacji wyniosłyby około 2 euro rocznie na jedno gospodarstwo domowe!

Dzięki temu można by zaoszczędzić na produkcji bojlerów, a do tego ograniczyć emisję CO2 o około 1,000 ton na kilometr rocznie. Dodatkową ‘porcję’ energii można uzyskać poprzez umieszczenie ogniw słonecznych bezpośrednio w płytach szklanych, z których zbudowane jest sklepienie tunelu. Płyty szklane zapewniłyby odpowiednią ochronę i ramy dla ogniw słonecznych, wiec budowanie specjalnego systemu paneli słonecznych nie byłoby konieczne, co oznacza automatyczną redukcję kosztów. Ogniwa produkowałyby energię, którą można by wykorzystać do oświetlania tunelu czy też obsługi tablic elektronicznych. Ogniwa można by umieścić zaledwie w części płyt szklanych, np. w około 25% paneli szklanych, wybierając najbardziej nasłonecznioną stronę konstrukcji i maksymalizując efektywność wykorzystania energii słonecznej. Dodatkowe oświetlenie w ciągu dnia nie byłoby potrzebne, a ponadto ogniwa zapewniałyby pojazdom i uczestnikom ruchu osłonę przed słońcem w ciągu dnia. Umieszczenie ogniw w zaledwie jednej czwartej szklanych paneli umożliwiłoby produkcję około 1,350 MWh na kilometr DDW w przeciągu roku, co równe jest zmniejszeniu emisji CO2 o około 750 ton rocznie.

4. Uprawa roślin na ekopaliwa.
Wspomniałam wcześniej, że dodatkowa przestrzeń każdego sklepienia, przeznaczona na ewentualną przyszłą rozbudowę jezdni (dodatkowe pasy), może być w międzyczasie wykorzystana do innych celów. Jednym z nich jest uprawa roślin przeznaczonych do produkcji ekopaliw, np. rzepaku. Konstrukcja tunelu DDW stwarza warunki zbliżone do szklarniowych – jest światło, jest ciepło, a rośliny mogłyby być podlewane deszczówką zebraną z dachu tunelu. Dodatkowym atutem byłoby to, że w ciągu dnia, kiedy ruch jest największy, rośliny zamieniałyby dwutlenek węgla w tlen, wspomagając proces oczyszczania powietrza wewnątrz tunelu DDW.
 

BEZPIECZEŃSTWO
Przy omawianiu projektów takich jak DDW nie sposób nie odnieść się do kwestii bezpieczeństwa. Najwłaściwsze wydaje się potraktowanie DDW jak każdego innego naziemnego tunelu i postawienie przed twórcami i wykonawcami takich samych wymagań dotyczących wytrzymałości konstrukcji.

Jednym z głównych wymagań jest to, by jakiekolwiek poważniejsze uszkodzenie szklano-stalowej części tunelu ograniczyło się do jednego miejsca – tak, by wykluczyć efekt domina i zawalenia się całej budowli. DDW musi wytrzymać przynajmniej 30 minut intensywnie szalejącego pożaru, a jeśli już się zapadnie, to tylko w jednym miejscu, a nie na całej swej długości. System otworów wentylacyjnych byłby odpowiedzialny za odprowadzanie dymu i ciepła. W przypadku kolizji drogowych plusem jest to, że dwa sklepienia są od siebie oddzielone, co pozwala ograniczyć zakres skutków wypadku do terenu jednego sklepienia. Założę się, że każdy kierowca jeżdżący w Holandii doskonale wie, jak często powstają korki w okolicach terenu wypadku, dlatego że ciekawscy kierowcy mocno zwalniają, nawet gdy nie ma takiej potrzeby, tylko po to by zerknąć na to, co się stało.

W przypadku dłuższego wyłączenia z ruchu jednego ze sklepień, można tymczasowo poprowadzić ruch w obu kierunkach poprzez jedno sklepienie. Przezroczysta konstrukcja DDW jest zaletą w sytuacjach takich jak pożar czy np. atak terrorystyczny, kiedy to nie tylko uczestnicy ruchu, ale przede wszystkim służby ratownicze mają o wiele lepszą widoczność, mogą więc o wiele precyzyjniej prowadzić akcje ratunkowe.

Odbudowanie zniszczonej części DDW byłoby łatwiejsze, jako że w wielu przypadkach mogłoby się sprowadzić do wymiany paneli szklanych, a droga mogłaby zostać udostępniona uczestnikom ruchu znacznie szybciej niż zwykły tunel. Warto przypomnieć, że Freeformglass® użyte do budowy DDW jest wyjątkowo odporne zarówno na czynniki takie jak opady, wiatr, słońce (promienie UV), bardzo wysokie temperatury (pożar), uderzenia będące np. wynikiem kolizji drogowych jak i na uszkodzenia mechaniczne spowodowane działaniem tzw. bezmyślnego czynnika ludzkiego czyli wandali. Jeśli już stanie się tak, że szkło zostanie zbite, to – jak przystało na wysokiej jakości szkło laminowane – nie rozsypie się lecz pozostanie na miejscu w panelu, w stalowej formie i nie spowoduje dalszych zniszczeń.
 

KONSERWACJA

Każda konstrukcja wymaga odpowiedniego utrzymania i pewnych zabiegów ‘pielęgnacyjnych’, DDW nie jest tutaj wyjątkiem. Spora powierzchnia, w dużej mierze szklana, jest wystawiona na rozmaite zanieczyszczenia i nieustanne działanie sił natury, wymaga więc oczyszczania. Panele szklane - mimo że zbudowane z Freeformglass®, materiału odpornego na zanieczyszczenia – muszą być od czasu do czasu myte, chociażby po to, by umożliwić jak najefektywniejsze działanie znajdujących się w nich ogniw słonecznych. Czyszczenie tunelu DDW czy też mycie paneli dotyczy zarówno zewnętrznej jak i wewnętrznej powierzchni sklepień.

Można uciec się do tradycyjnych metod mycia stosowanych dla (w dużej mierze szklanych) sporych rozmiarów budowli lub też wykorzystać zaprojektowane przez twórcę DDW specjalne urządzenia. Przypominają one w istocie działania ruchome szczotki w myjni samochodowej przesuwające się tam i z powrotem po nieruchomym aucie. Taka spora „myjka” umieszczona na zewnątrz tunelu przypominałaby wyglądem opaskę i mogła działać w sposób całkowicie zautomatyzowany – rzecz jasna z wykorzystaniem energii powstającej w DDW. Wewnętrzna „myjka” przypominałaby nieco ruchome skrzyżowanie wiaduktu z rusztowaniem, a umieszczona byłaby tuż pod panelami (czyli „sufitem” konstrukcji), wiec jej praca w żaden sposób nie utrudniałaby ruchu pojazdów wewnątrz DDW.

następna strona

   WCED – World Commission on Environment and Development czyli Światowa Komisja ds. Środowiska i Rozwoju, powołana do działania z inicjatywy ONZ.