Cradle-to-Cradle Environmental Assessment of Asphalt and Concrete Pavements under 100-Year Service-Life Scenarios in Australia
这项澳大利亚研究采用从摇篮到摇篮的生命周期评估，证明了在100年的使用寿命内，沥青路面表现出显著低于混凝土的环境影响，这主要是由于混凝土生产过程中水泥的高碳足迹，从而支持了选择沥青以及改进可持续道路基础设施回收策略。
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每当车辆在道路上行驶时，它都会与轮胎下方的路面发生相互作用。这个表面，即路面，不仅仅是石头和粘合剂的静态层；它是一个复杂的系统，需要大量的能量和原材料来进行建造、维护以及最终的更换。在环境科学领域，研究人员观察产品的整个生命周期，从其成分被从地下挖掘出来，到其被丢弃或回收为止。这种被称为“生命周期评估”的方法，使科学家能够衡量一种材料对地球造成的真实成本，计算包括制造过程中释放的温室气体以及运输重载所需的能量在内的一切。对于像澳大利亚这样道路网络对于货物和人员移动至关重要的国家来说，在两种最常见的铺路材料——混凝土和沥青——之间做出选择，是一个具有长期影响的决策。虽然混凝土通常因其耐用性而受到称赞，而沥青则因其灵活性和易于维修而受到青睐，但两者的环境足迹受不同过程的影响，要了解哪一种真正危害较小，需要超越简单的初始成本或外观进行观察。
一组研究人员旨在通过对澳大利亚条件下的沥青和混凝土路面进行详细比较来解决这一问题。他们专注于一个一百年的特定时间框架，这段时间足以观察每种类型的道路需要重建多少次。为了进行公平的比较，他们不是按重量或体积来衡量，而是按覆盖面积：即一平方米的道路。他们模拟了这一平方米的整个旅程，从提取沙子、碎石、水泥和沥青等原材料开始，经过制造和施工阶段，最后以材料在达到使用寿命后的回收或处置结束。至关重要的是，他们排除了汽车在路上实际行驶的时期，而是专注于材料本身产生的环境负担以及它们必须更换的频率。
这项研究的结果揭示了两种材料之间的显著差异。在长达一个世纪的过程中，混凝土路面产生的环境破坏明显高于沥太路面。在衡量热量捕捉气体释放量的全球变暖潜势方面，混凝土方案每平方米产生了近六十公斤的二氧化碳当量。相比之下，沥青方案仅产生了略高于五公斤。这意味着，对于同样长度的路段，混凝土版本对气候的影响是沥青版本的十一倍多。研究人员发现，这一巨大的差距几乎完全是由生产水泥这一关键成分驱动的。制造水泥的过程会释放大量的二氧化碳，因为石灰石在加热和分解过程中会产生这些气体，这占到了混凝土道路总环境影响的约百分之九十二。
沥青的故事则大不相同。它的环境影响分布在几个阶段，而不是集中在某一个环节。最大的贡献者是材料的运输，这占据了总影响的近一半。这是因为沉重的骨料和沥青结合料必须从采石场和精炼厂运送到施工现场。接下来的主要贡献者是生产过程中使用的天然气以及运行机械所需的电力。虽然沥青在结合料和能源方面对化石燃料有很强的依赖性，但研究表明，即使考虑到沥青路面需要更频繁地更换，其整体足迹仍然远低于混凝土。研究人员假设沥青的标准寿命为二十五年，混凝土为四十年，这意味着在一个世纪内，沥青路面需要重建四次，而混凝土路面仅需重建两次半。尽管更换频率更高，但由于每次沥青层的冲击较低，其总负担仍远低于混凝土。
研究还探讨了如果道路寿命比预期更长或更短会发生什么情况。他们测试了沥面寿命仅为二十年或长达三十年的场景，以及混凝土寿命为三十五或四十五年的场景。在每一种场景下，沥青路面仍然是破坏性较小的选择。然而，分析显示，延长道路寿命——无论是沥青还是混凝土——总能降低环境影响。如果沥青路面的寿命能从二十五年延长到三十年，总气候影响将下降近百分之十七。同样，如果混凝土路面的寿命从四十年延长到四十五年，其影响将下降超过百分之十一。这表明，虽然材料选择是减少伤害的最有力手段，但提高任何道路的耐久性本身也是一个有价值的目标。
研究人员确定了每种材料可以进行改进的具体领域。对于混凝土，通往绿色未来的路径在于减少水泥的使用量。由于水泥生产是排放的主要来源，寻找替代材料或使用替代结合料的方法可以大幅降低混凝土道路的环境成本。对于沥青，重点应放在物流和能源效率上。缩短材料必须运输的距离、提高混合沥青工厂的能源效率以及增加回收沥青路面的使用，可以进一步降低其本已较低的足迹。研究结论指出，虽然两种材料都有环境成本，但选择沥青为澳大利亚的可持续道路基础设施提供了明显的优势，前提是该行业继续完善其回收实践和能源利用。这一发现为工程师和政策制定者提供了一个实际依据，使他们能够做出符合减少排放和保护资源更广泛目标的决策，确保未来的道路是在对地球真实成本有清晰理解的基础上建造的。
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