«Меня всегда интересовало, насколько устойчивыми могут быть материалы, произведенные из нефти, в условиях окружающей их среды, – говорит учёный Райан Роджерс, выросший на побережье Флоридского залива.
– Понимая, насколько у них сложные структура и состав, кажется маловероятным, что они безопасны для окружающей среды. И как тогда гладкие черные дороги теряют свой цвет и гладкость поверхности? И куда девается весь асфальт?»
Райан Роджерс – директор Института топлива будущего в MagLab, лаборатории, финансируемой Национальным научным фондом и штатом Флорида.
Говоря о материалах из нефти, он имеет в виду дорожный нефтяной битум –вяжущее вещество, которое удерживает вместе камни, песок и гравий на асфальтированных дорогах.
Черную липкую массу получают из осадка неочищенной нефти, которая остается после дистилляции.
Лаборатория, где проведено исследование, является мировым лидером в области петролеомики, которая изучает сложные углеводороды, из которых состоит неочищенная нефть и ее побочные продукты.
Используя масс-спектрометры ионного циклотронного резонанса высокого разрешения (ИЦР), химики научились определять десятки тысяч различных типов молекул, которые содержатся в одной капле, и как их состав может изменяться под воздействием времени, бактерий или условий окружающей среды.
Директор института приобрел немного дорожного нефтяного битума у местной компании, которая занимается укладкой дорог, и передал работу над проектом Сидни Найлс, кандидату химических наук, и Марте Чакон-Патиньо, химику из MagLab.
Они провели эксперимент – создали пленку битума на предметном стекле, погрузили ее в воду и в течение недели облучали в имитаторе солнечного излучения, собирая образцы воды.
Ученые хотели убедиться, что солнечная энергия может спровоцировать выделение новых молекул в воду – фотоокисление, или реакцию между активными кислородсодержащими соединениями в воде и углеводородами в битуме.
«У нас был этот образец дорожного покрытия, и мы освещали его искусственным солнечным светом под воздействием воды, – объясняет Сидни.
– Затем мы изучили воду и обнаружили, что там есть все эти соединения, которые получены из нефти и, вероятно, токсичны. Мы также обнаружили, что со временем выделяется все больше соединений».
Ученые уверены, что именно облучение спровоцировало этот процесс, потому что гораздо меньше соединений попало в контрольный образец, который хранился в темноте.
Образцы отличались по количеству кислорода, а также водорастворимых органических соединений. В образце, который находился под воздействием облучения в течение недели, было в 25 раз больше водорастворимых органических соединений, чем в образце, оставленном в темноте.
Используя лабораторные масс-спектрометры, ученые обнаружили более 15 000 различных углеродсодержащих молекул в воде из облученного образца.
И эти результаты вызывают беспокойство, потому что полициклические ароматические углеводороды токсичны, отмечают Сидни Найлс и Роджерс.
"Мы доказали, что дорожный нефтяной битум может выделять водорастворимые загрязняющие вещества, но воздействие и участь этих веществ будут предметом будущих исследований", – говорит Роджерс.
Они также планируют дальнейшие исследования, чтобы увидеть, как именно происходит процесс трансформации соединений и как реагируют различные молекулы нефти.
Сидни следит за углеводородами не только в лаборатории, но и вне ее. Если она забудет свои многоразовые пакеты, то скорее будет жонглировать купленными овощами по пути к кассе, чем возьмет пластиковый пакет в магазине.
Она также отмечает, что хотя результаты исследований не радостные, но могут привести к положительным изменениям.
«Надеюсь, это ускорит решение проблемы, – говорит она. – Ещё я надеюсь, что информация поможет инженерам найти лучшую альтернативу».
Предыдущие исследования показали, что в почвах и водосливах вблизи асфальтированных дорог наблюдалось повышенное содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые являются канцерогенами.