Подогрев из-под земли: как умные дороги сами защитятся от выбоин

Цифры пугают: только в 2022 году Англия выбросила на ремонт дорог 1,5 миллиарда долларов. А ведь есть ещё и человеческие потери — с 2018 года из-за выбоин пострадало более 5000 человек. Доктор Цао получил серьёзный грант в 780 тысяч долларов как раз на то, чтобы атаковать проблему с корня. Не лечить, а предотвращать.

«Для рождения выбоины нужна троица, — объясняет Цао. — Первое: трещина в асфальте. Она неизбежна, появляется со временем от нагрузки. Второе: вода. И третье, главное: циклы заморозки-оттаивания. Представьте: в британскую зиму температура падает до -10°C. Вода затекает в трещину, замерзает и расширяется, разрывая покрытие. Весной тает и уходит, оставляя разрушенную полость. И так по кругу».

Этот бесконечный процесс — расширение, сжатие — методично уничтожает связующее в асфальте. И тут у исследователя родилась простая, как все гениальное, мысль: а что, если просто не дать воде замерзнуть? То есть — подогревать дорогу зимой. Звучит расточительно? Не тут-то было.

Раньше подобные проекты грешили одним: они встраивали нагревательные элементы прямо в дорожное полотно. Дорого, неэффективно, углеродный след огромен. Цао смотрит глубже — буквально. «Я рассуждал так: под дорогой — гигантский массив земли. Почему бы не использовать её как природный аккумулятор тепла? Летом — собирать, зимой — отдавать». И ведь правда, логично же?

Умный термос под асфальтом

Как это будет работать? При строительстве дороги в асфальте прокладывают сеть тонких пластиковых трубок, каждые 5-10 метров. Рядом, на глубине 5-10 метров в грунте, закапывают ещё один контур трубок. Оба контура соединены с геотермальным тепловым насосом.

А теперь — самое интересное. Грунт вокруг подземных труб насытят микрокапсулами. «Внутри них — материал с фазовым переходом, типа парафина или воска. Он умеет запасать колоссальное количество тепла, — рассказывает Цао. — А оболочка будет из графита или графена для сверхбыстрой передачи энергии».

Тепловому насосу нужно лишь периодически прокачивать по контурам воду с антифризом. Он не будет работать постоянно. Накопил земля тепло летом — и отключился до тех пор, пока датчики не сообщат о приближении температуры к нулю. Одна такая система, по расчётам, сможет обслуживать больше 100 метров дороги.

«На каждую единицу электроэнергии, потраченную насосом, мы получаем четыре единицы тепла, — подчёркивает учёный. — Эффективность несравнимо выше, чем у прямого электрического обогрева. И в разы дешевле».

Летом раскалённый асфальт будет отдавать избыточное тепло в подземное хранилище-термос. Зимой, когда столбик термометра поползёт вниз, насос развернёт процесс и начнёт греть дорогу из-под земли. В климате Великобритании этого вполне хватит, чтобы избежать промерзания. Гениально и… на удивление элегантно.

Что дальше? По словам Цао, при достаточном финансировании план таков. Сначала — разработка и отладка производства тех самых волшебных микрокапсул. Потом — создание лабораторной модели дороги длиной в несколько метров в контролируемой камере. Параллельно — компьютерное моделирование долгосрочной работы и надёжности системы.

А финальный аккорд — испытания в реальном мире. «Последний этап — полномасштабные полевые тесты вместе с транспортным агентством. Мы проложим трубы и установим насос под настоящую дорогу», — резюмирует профессор. Будущее, в котором дороги сами заботятся о себе, стало на шаг ближе.