АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ БІОВУГІЛЛЯ В АСФАЛЬТОБЕТОНІ
DOI:
https://doi.org/10.32782/2415-8151.2025.36.5Ключові слова:
біовугілля, асфальтобетон, дорожнє будівництво, піроліз, модифікатори, екологічна ефективність.Анотація
Анотація. Мета: дослідити вплив біовугілля, отриманого з різних видів рослинної біомаси, на фізико-механічні характеристики асфальтобетонних сумішей із метою підвищення їх екологічної ефективності та експлуатаційних властивостей у дорожньому будівництві. Методологія. Проведено порівняльний аналіз властивостей біовугілля, одержаного шляхом піролізу різних типів біомаси. На основі цього виготовлено серії асфальтобетонних зразків із частковою заміною мінерального порошку біовугіллям (до 50% маси), які піддано фізико-хімічним і механічним випробуванням для визначення впливу на міцність, водостійкість, температурну стабільність і адгезію. Результати. Установлено, що оптимальне дозування біовугілля (40–50% маси мінерального наповнювача) сприяє покращенню міцності асфальтобетону, зниженню водонасичення, зменшенню температури укладання суміші та підвищенню стійкості до старіння. Біовугілля також виявило здатність поліпшувати енергоефективність процесу укладання дорожніх покриттів. Наукова новизна. Уперше систематизовано вплив параметрів біовугілля (розмір частинок, тип біомаси, вологість) на властивості асфальтобетону. Обґрунтовано доцільність заміни частини традиційного мінерального наповнювача на біовугілля без утрати технічних характеристик покриття. Практична значущість. Результати можуть бути використані під час проєктування й упровадження екологічно ефективних дорожніх покриттів із покращеними показниками міцності, довговічності та стійкості до дії води і високих температур. Запропонований підхід сприяє зменшенню викидів СО₂ та раціональному використанню органічних відходів у будівництві.
Посилання
Awasthi M.K., Wang M., Chen H., Wang Q., Zhao J., Ren X., Li D.-S., Awasthi S.K., Shen F., Li R., Zhang Z. Heterogeneity of biochar amendment to improve the carbon and nitrogen sequestration through reduce the greenhouse gases emissions during sewage sludge composting. Bioresource Technology. 2017. Vol. 224. P. 428–438. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.11.105.
Bakraoui M., Karouach F., Ouhammou B., Aggour M., Essamri A., El Bari H. Biogas production from recycled paper mill wastewater by UASB digester: optimal and mesophilic conditions. Biotechnology Reports. 2020. Vol. 25. Article e00402. DOI: 10.1016/j.btre.2019.e00402.
Bergman P.C.A., Boersma A.R., Zwart R.W.R., Kiel J.H.A. Torrefaction for Biomass Co-Firing in Existing Coal-Fired Power Stations; Report No. ECN-C--05-013. Petten : Energy Research Centre of The Netherlands (ECN), 2005. 71 p.
Brewer C.E., Chuang V.J., Masiello C.A., Gonnermann H., Gao X., Dugan B., Driver L.E., Panzacchi P., Zygourakis K., Davies C.A. New approaches to measuring biochar density and porosity. Biomass and Bioenergy. 2014. Vol. 66. P. 176–185. DOI: 10.1016/ j.biombioe.2014.03.059.
El-Naggar A., Lee S.S., Rinklebe J., Farooq M., Song H., Sarmah A.K., Zimmerman A.R., Ahmad M., Shaheen S.M., Ok Y.S. Biochar application to low fertility soils: a review of current status, and future prospects. Geoderma. 2019. Vol. 337. P. 536–554. DOI: 10.1016/ j.geoderma.2018.09.034.
Fathianpour A., Taheriyoun M., Soleimani M. Lead and zinc stabilization of soil using sewage sludge biochar: optimization through response surface methodology. Clean – Soil, Air, Water. 2018. Vol. 46. No. 10. Article 1700429. DOI: 10.1002/clen.201700429.
Fellet G., Marmiroli M., Marchiol L. Elements uptake by metal accumulator species grown on mine tailings amended with three types of biochar. Science of the Total Environment. 2014. Vols. 468–469. P. 598–608. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.08.072.
Gomez-Eyles J.L., Sizmur T., Collins C.D., Hodson M.E. Effects of biochar and the earthworm Eisenia fetida on the bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons and potentially toxic elements. Environmental Pollution. 2011. Vol. 159. P. 616–622. DOI: 10.1016/j.envpol.2010.09.037. [9] Gong X., Huang D., Liu Y., Zeng G., Chen S., Wang R., Xu P., Cheng M., Zhang C., Xue W. Biochar facilitated the phytoremediation of cadmium contaminated sediments: metal behavior, plant toxicity, and microbial activity. Science of the Total Environment. 2019. Vol. 666. P. 1126–1133. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.02.281.
Hu X., Xu J., Wu M., Xing J., Bi W., Wang K. та ін. Effects of biomass prepyrolysis and pyrolysis temperature on magnetic biochar properties. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2017. Vol. 127. P. 196–202. DOI: 10.1016/j.jaap.2017.09.003.
Jahirul M.I., Rasul M.G., Chowdhury A.A., Ashwath N. Biofuels production through biomass pyrolysis – a technological review. Energies. 2012. Vol. 5. P. 4952–5001. DOI: 10.3390/en5124952.
Kastner J.R., Miller J., Geller D.P., Locklin J., Keith L.H., Johnson T. Catalytic esterification of fatty acids using solid acid catalysts generated from biochar and activated carbon. Catalysis Today. 2012. Vol. 190. P. 122–132. DOI: 10.1016/j.cattod.2012.02.006.
Lehmann J. Biochar for environmental management: an introduction. In: Lehmann J., Joseph S. (Eds.). Biochar for Environmental Management: Science, Technology and Implementation. London : Earthscan, 2009. P. 1–12.
Li H., Dong X., da Silva E.B., de Oliveira L.M., Chen Y., Ma L.Q. Mechanisms of metal sorption by biochars: biochar characteristics and modifications. Chemosphere. 2017. Vol. 178. P. 466–478. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.03.072.
Lin Y., Ma X., Peng X., Yu Z., Fang S., Lin Y. та ін. Combustion, pyrolysis and char CO₂-gasification characteristics of hydrothermal carbonization solid fuel from municipal solid wastes. Fuel. 2016. Vol. 181. P. 905–915. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.05.031.
Luo L., Wang G., Shi G., Zhang M., Zhang J., He J. та ін. The characterization of biochars derived from rice straw and swine manure, and their potential and risk in N and P removal from water. Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 245. P. 1–7. DOI: 10.1016/ j.jenvman.2019.05.017.
Nag S.K., Kookana R., Smith L., Krull E., Macdonald L.M., Gill G. Poor efficacy of herbicides in biocharamended soils as affected by their chemistry and mode of action. Chemosphere. 2011. Vol. 84. P. 1572–1577. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2011.05.052.
Pang S. Advances in thermochemical conversion of woody biomass to energy, fuels and chemicals. Biotechnology Advances. 2019. Vol. 37. P. 589–597. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2019.03.002.
Qian T.T., Wu P., Qin Q.-P., Huang Y.-N., Wang Y.-J., Zhou D.-M. Screening of wheat straw biochars for the remediation of soils polluted with Zn(II) and Cd(II). Journal of Hazardous Materials. 2019. Vol. 362. P. 311–317. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.09.019.
Saidur R., Abdelaziz E.A., Demirbas A., Hossain M.S., Mekhilef S. A review on biomass as a fuel for boilers. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011. Vol. 15, No. 5. P. 2262–2289. DOI: 10.1016/ j.rser.2011.02.015.
Sharma A., Pareek V., Zhang D. Biomass pyrolysis – a review of modelling, process parameters and catalytic studies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 50. P. 1081–1096. DOI: 10.1016/ j.rser.2015.04.193.
Sohi S.P., Krull E., Lopez-Capel E., Bol R. A review of biochar and its use and function in soil. Advances in Agronomy. 2010. Vol. 105. P. 47–82. DOI: 10.1016/ S0065-2113(10)05002-9.
Spokas K.A., Cantrell K.B., Novak J.M., Archer D.W., Ippolito J.A., Collins H.P. та ін. Biochar: a synthesis of its agronomic impact beyond carbon sequestration. Journal of Environmental Quality. 2012. Vol. 41. P. 973–989. DOI: 10.2134/jeq2011.0069.
Wei J., Tu C., Yuan G., Liu Y., Bi D., Xiao L. та ін. Assessing the effect of pyrolysis temperature on the molecular properties and copper sorption capacity of a halophyte biochar. Environmental Pollution. 2019. Vol. 251. P. 56–65. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.04.069.
Xun S., Yu I.K.M., Cao L., Tsang D.C.W., Zhang S., Ok Y.S. A review of biochar-based catalysts for chemical synthesis, biofuel production, and pollution control. Bioresource Technology. 2017. Vol. 246. P. 254–270. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.07.030.
Yao Y., Gao B., Inyang M., Zimmerman A.R., Cao X.D., Pullammanappallil P., Yang L.Y. Biochar derived from anaerobically digested sugar beet tailings: characterization and phosphate removal potential. Bioresource Technology. 2011. Vol. 102. P. 6273–6278. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.03.001.
Zhang Y., Sun H., Min L., Ren C. Biochars change the sorption and degradation of thiacloprid in soil: insights into chemical and biological mechanisms. Environmental Pollution. 2018. Vol. 236. P. 158–167. DOI: 10.1016/j.envpol.2018.01.043.
Zhou D., Orlov A., Wang Y., Zhang Y., Zhao J. A review of biochar-based composites for wastewater treatment. Environmental Pollution. 2020. Vol. 265. Article 114617. DOI: 10.1016/j.envpol.2020.114617.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Катерина Вікторівна Краюшкіна, Вадим Сергійович Бондарчук
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
