Дороги будущего
Что может служить альтернативой обычному асфальту с его ямами и необходимостью ежегодного обновления? Мы решили поговорить о дорогах будущего: какие инновации уже доступны и что нас, возможно, ждет в ближайшие годы.
Электродороги
К 2050 году количество автомобилей в мире увеличится в два раза — значит, за ближайшие 30 лет прибавится еще как минимум 1,2 млрд машин, предсказывают аналитики Всемирного банка. Для изобретателей это еще один повод активно внедрять экологические технологии, поощряя людей к использованию электромобилей. Ряд европейских стран, в том числе Норвегия, Великобритания, Франция, Испания, Греция, уже объявили о том, что дизельные машины будут запрещены в будущем и по дорогам будут ездить исключительно электромобили. Первопроходцем в этом направлении планирует стать Норвегия: эта страна поставила цель поэтапного прекращения использования газовых и дизельных автомобилей к 2025 году.
В связи с этим остро стоит вопрос об инфраструктуре для новых «чистых» машин и быстрой зарядки. На помощь могут прийти дороги, заряжающие автомобили прямо по пути. Первый электрифицированный участок уже открылся в Швеции в 2018 году. Это 2 км дорожного полотна с контактным рельсом для подзарядки электромобиля, имеющего токоприемник. Разработкой электродорог занимается компания eRoadArlanda. По ее прогнозам, к 2030 году две трети грузовых перевозок в Швеции могут осуществляться по электрифицированным дорогам, что позволит сократить потребление энергии примерно на 10 тераватт-час, что соответствует 3 млн тонн топлива.
Умная электродорога знает, когда на ней находится автомобиль и нужно его питать; при остановке транспортного средства подача тока отключается. Компания подчеркивает, что подобные инновации позволят экономить: стоимость электрификации и электроэнергии ниже, чем стоимость автомобильного топлива. Швеция поставила цель поэтапного отказа от ископаемого топлива к 2030 году, Евросоюз намерен решить проблему транспортных выбросов к 2050 году. Шведские изобретатели надеются в будущем проложить свои электродороги в других областях страны и мира.
Солнечные трассы
Дорожное покрытие может выполнять дополнительную полезную функцию: аккумулировать солнечную энергию. Идея интеллектуального дорожного покрытия, работающего от энергии солнца, пришла в голову супружеской паре Брюссо из США еще много лет назад, но к реализации они приступили в 2009 году. Проект, названный Solar Roadways Incorporated, дважды получил от правительства США гранты на $750 000 на исследования и строительство. Пилотным проектом супругов стала площадка размером 3,7 на 11 м, построенная в 2014 году возле их дома. Энергия от солнечных панелей шла на подогрев, чтобы предотвратить накопление снега и льда, а также на встроенные сенсоры, которые могут делать интеллектуальную подсветку: пешеходный переход, предупреждающие знаки, дорожную разметку. По мнению разработчиков, такая трасса с говорящим освещением может предупреждать водителя об опасностях впереди: упавших деревьях, ямах, препятствиях и других помехах. Компания пользуется успехом у публики: видеоролик про умную дорогу просмотрели более 22 млн человек, американцы пожертвовали на реализацию проекта $2,2 млн через краудфандинговую платформу Indiegogo. Итоги работы пока скромные: в 2016 году 30 солнечных панелей общей площадью 14 м2 установлены в Айдахо и только для пешей зоны. Дороговизна проекта вызывает критику — по подсчетам журналистов, исходя из затрат Solar Roadways, стоимость замены всех американских дорог панелями составит около $56 трлн.
Пока пара из США делала первые шаги, собирая огромные деньги на проект, в Голландии уверенно стартовал проект SolaRoad. Первая «солнечная» велодорожка длиной 90 м открылась в Кроммени в 2014 году. С тех пор появилось еще пять инновационных участков в Голландии и Франции — не только для велосипедов, но и для мотоциклов, машин и автобусов. Электричество, которое накапливают солнечные батареи на дорожном полотне, подается в сеть, служит для городского освещения, а также для зарядки электровелосипедов, телефонов и планшетов.
Во Франции в рамках проекта «Долина нулевых выбросов» прокладываются «солнечные» дороги по технологии Wattway. Первый километр был открыт в Нормандии в 2016 году, он состоит из 2880 панелей. Запатентованная французская инновация Wattway является плодом пятилетних исследований Французского национального института солнечной энергии и лидером дорожного строительства — компании Colas. Разработчики утверждают, что 20 м2 Wattway-панели могут удовлетворить потребность в электроэнергии одного дома, а километр такой дороги обеспечит освещение в городе с населением 5000 человек. Прокладываются всё новые пилотные участки проекта Wattway, в том числе в Альпах и на автостоянках, а полученная энергия используется для освещения и питания электромобилей.
Инновационные трассы также внедряют и в Китае. В конце 2017 года в городе Цзинань открылась фотоэлектрическая дорога, оборудованная солнечными панелями компании Qilu Transportation. На реализацию проекта было потрачено $6,5 млн — около $1000 за квадратный метр. Такая стоимость связана с предварительными научными работами, в дальнейшем производство должно подешеветь. Умная дорога Qilu имеет встроенные датчики, которые считывают температуру, плотность траффика и весовую нагрузку. Энергии трассы длиной 1080 м достаточно, чтобы обеспечить электричеством 800 жилых домов. Покрытие настолько прочное, что должно продержаться 20 лет. Компания Qilu готовится к эре беспилотных автомобилей и разрабатывает проект умной дороги, которая будет начинена «мозгом» и «нервами», сможет считывать трафик, карту местности и обеспечивать подзарядку электромашин. Последняя опция должна появиться уже в самое ближайшее время.
Дороги с генераторами
В Израиле уже несколько лет тестируют технологию получения энергии за счет движения машин. Генераторы, вмонтированные под асфальт, собирают кинетическую энергию от вращающихся колес и преобразуют ее в свет для той же дороги. Проезжающие водители не подозревают о том, что их автомобили находятся на особенной трассе.
Выходец из Пакистана Санвал Мунир придумал несколько иную технологию использования энергии машин. Он разработал придорожную ветряную турбину, которая вращается при быстром движении автомобилей по трассе и аккумулирует энергию. Идею оценили в Швеции — Мунир получил награду от ООН. Турбина имеет высоту 2,5 м, весит 9 кг, ее легко транспортировать и установить. Полностью заряженный аккумулятор внутри этой турбины может удерживать 1 кВт электроэнергии, чего достаточно для работы двух ламп и вентилятора в течение 40 часов. Инженер надеется, что эта технология пригодится для сельских общин в развивающихся странах, поможет приводить в действие светофоры или дорожные знаки.
Трассы без фонарей
В будущем дороги будут освещать себя сами. Один из вариантов, как это сделать, уже опробован в Нидерландах. В 2012 году голландская студия Roosegaarde и компания Heijmans NV представили первую светящуюся дорогу. Участок длиной 4,5 км освещается за счет люминесцентного геля, который нанесен на трассу в специальные углубления в виде линий. Днем гель поглощает свет, а ночью светится до десяти часов. Если же солнца нет, энергия поступает из зарядных устройств. Проект получил несколько премий, в том числе Best Future Concept.
Автор идеи, художник Дан Розегарде намерен дополнить технологию. В будущем он планирует сделать линии термочувствительными, чтобы они могли предупреждать о гололеде и снеге — при минусовой температуре на полотне появятся изображения снежинок.
По этой же технологии вблизи города Эйндховен проложена 600-метровая велодорожка Van Gogh Path. Заряженная дневным светом, ночью она мерцает тысячами огней, вызывая ассоциации с известной картиной Винсента Ван Гога «Звездная ночь». Стоимость проекта — около $870 000.
Прочное экологичное покрытие
Изобретатели всего мира пытаются решить, наконец, главные проблемы дорожного покрытия: недолговечность, ямы, сколы и шумы. Это делается с помощью новых химических составов. Так, в Израиле в обычный асфальт добавили крошку переработанных шин. Такое покрытие оказалось мягче для движения, но прочнее с точки зрения износа — к тому же прорезиненный асфальт лучше поглощает шум. На 1 км уходит 2000 покрышек — это отличный способ их утилизации.
В США прорезиненный асфальт используется с 1960-х годов. Но эффект снижения шума был замечен лишь в 2000 году, когда увеличили толщину такого асфальта. Но как показала практика, этот тип покрытия работает только для нешипованной резины. Шипы повреждают дорогу, а эффект шумоподавления исчезает.
В Индии придумали уже несколько лет делать дорожное покрытие из переработанного пластика. Измельченный пластик смешивают и плавят при температуре около 170 °C, затем добавляют горячий битум и после смешивания материал укладывают как обычный асфальт. По этой технологии уже проложено 100 000 км дорог. Интересно, что инициаторами идеи в одной из областей были местные рыбаки, в сети которых попадалось большое количество пластика.
Во время путешествия по Индии шотландец Тоби Маккартни увидел, как местные жители борются с ямами на дорогах: они заполняли их пластиковым мусором и плавили. Эту идею он привез домой и реализовал в проекте MacRebur The Plastic Road Company. Теперь его дороги повсюду: от Великобритании до Австралии и Бахрейна. Пластик используется в асфальте на шоссе и даже на взлетно-посадочных полосах аэропортов. По словам Маккартни, каждые 100 м² дороги эквивалентны 435 000 пластиковых пакетов или 71 000 одноразовых бутылок. Пластиковый асфальт служит 20 лет и стоит дешевле обычного, позволяя экономить миллионы долларов.
В Нидерландах тоже развивается проект по переработке пластика в дорогу — PlasticRoad, в 2018 году было построено первых две велодорожки в городах Зволле и Гитхорн. Такое покрытие имеет ряд преимуществ: служит в два-три раза дольше, чем обычный асфальт, строится на 70% быстрее, дешевле в производстве, позволяет перерабатывать мусор, состоит из легких заменяемых блоков, имеет полую конструкцию, куда легко помещаются трубы, стоки для водоотведения, электрические кабели — вся нужная инфраструктура.
О безопасности на дорогах
Уже сегодня изобретатели работают над инновациями, которые в будущем обеспечат безопасность дорог. Это системы датчиков, собирающих информацию о трафике, происшествиях, пробках и других проблемах на дорогах, их анализ компьютерным центром и уведомления обо всем этом участников дорожного движения, чтобы перераспределить дорожные потоки. Ремонт участков в будущем возможен с помощью дронов-разведчиков или 3D-принтера, которые смогут оперативно залатать яму и починить покрытие. Специальные датчики по краям полосы будут подавать звуковые сигналы, если водитель потерял контроль над машиной или попросту заснул. На светофорах при красном сигнале будет возникать голографическая стена, на которой проецируются идущие люди или надпись Stop. Такой вид защиты от нарушителей предложил корейский дизайнер Ли Ханью в 2008 году, но проект все еще не реализован. А извечная проблема дураков на дорогах, возможно, будет навсегда решена за счет умных беспилотных машин.