lignin

Kan lignin ersätta bitumen i vägbyggnad?

20.08.2019, Mats Gretland, projektforskare Infra-Botnia

 

Lignin är en naturlig polymer och ett bindemedel som finns i växter och träd. I tillägg till cellulosan är den en väsentlig del av plantan. Lignin är det som binder cellulosafibrerna, vilket ger träden sin styvhet och hjälper dem att stå uppresta och att klara av påfrestningar från t.ex. vind.

Vid cellulosaproduktion lämnar betydliga mängder lignin som en biprodukt, och ligninet urskiljs och avlägsnas från träfibrerna genom en uppkokningsprocess. Lignin har en komplex sammansättning och många användningsområden. Det används bland annat som tillsatts i betong, kemikalier, gummi, polyester, som bindemedel samt mycket mera.

 

Dammbindningsmedel

I Norge har den ligninbaserade produkten Dustex i många år använts som dammbindningsmedel på grusvägar. Dustexlösning har blivit sprutad på vägarna under torra perioder för att reducera dammet, och efter upprepade behandlingar har man märkt att vägarna har blivit fastare och att bärförmågan har varit betydligt bättre än tidigare under tjälsmältningen på våren. Även andra observationer har gjorts, exempelvis har man vid hyvling av behandlade vägar märkt att ytan varit skarpare att hyvla. Det inleddes då undersökningar av om lignin också kunde användas i stabilisering av vägens bärlager.

 

Stabilisering av bärlager

En stabilisering av bärlagret kan göras så att den gamla asfaltytan och bärlagret på en väg fräses sönder, varefter massorna blandas med bindemedel före de jämnas och komprimeras. Till slut läggs ett eller flera nya asfaltlager. Metoden är fördelaktig bl.a. eftersom de befintliga massorna återanvänds. Detta sparar på såväl naturresurser, tid och tungtransport.

Idag kan ligninprodukten Dustex användas som bärlagerstabilisering, antingen genom uppfräsning och återanvändning av befintlig asfalt och grus, eller genom att lägga ut nya lager som förstärks lagvis med Dustex. Vid en uppfräsning rekommenderas ett fräsdjup på 12-15 cm, och åtgången av Dustex ligger kring 6-7 liter/m². Ligninet är vattenlösligt och kan enkelt blandas in i de frästa massorna, vilket effektivt binder partiklar under torkning och härdning. Då medlet är vattenlösligt går också rengöringen av utrustning och verktyg smidigt. Stabiliseringen med Dustex måste torka och härda före vägen kan asfalteras, men vägen är användbar under torktiden.

Statens Vegevesen i Norge testade under början på 2000-talet metoden med stabilisering av bärlager med lignin som del av ett forsknings- och utvecklingsprojekt. År 2017 kom uppföljningsrapporten. Huvudkonklusionen i rapporten var att vägarna hade normal livslängd, alltså motsvarande som med bitumen, och att det främsta argumentet för användning är ur miljösynpunkt.

Lignin lämpar sig för stabilisering av vägar med dåliga grundförhållanden och tjälproblem, där ett bärlager utan bindemedel blir för oelastiskt och därmed för svagt. Ett bärlager med bindemedel kan i större grad ta upp rörelserna från undergrunden utan att gå sönder. I tillägg till häftegenskaperna har ligninet långa fibrer som kan stå emot dragspänningarna bättre, detta i likhet med bitumenet. Ett bindemedel hjälper därför vägen att hålla en jämnare form och kvalitet över tid, samt att bättre fördela trafiklasterna över en våt undergrund.

Orsaken till att Dustex kan vara bra på tjälutsatta vägar beror på att medlet binder upp delar av fuktigheten i underlaget. Det bundna vattnet förångas i ett senare skede då grunden torkat upp. Produkten är dock inte immun mot tjäle och fast bärlagret har en förmåga att dra ihop sig igen, kan stora rörelser leda till sprickbildning på asfaltsytan.


Lignin istället för bitumen som bindemedel

Bitumen är en petroleumprodukt från råolja. Bitumen är den tyngsta komponenten och är det som blir kvar efter att de lättare komponenterna är urskilda från råoljan. Råoljan från mellanöstern innehåller en stor del bitumen, medan oljan från Nordsjön har en mycket liten andel och inte lämpar sig för bitumenproduktion. Därför måste bitumen importeras till Norge trots den höga egenproduktionen av olja. Produktion av olja i sig innebär som känt många negativa effekter på miljön.

Lignin anses betydligt mera hållbart ur ett miljöperspektiv. Eftersom lignin fås från träd behöver inte medlet importeras och fraktas långa sträckor. Bland andra fördelar nämns att lignin är ofarligt för djur och människor, det är biologisk nedbrytbart, icke-allergiframkallande och har ingen negativ påverkan på växtligheten. Ur miljösynvinkel finns det med andra ord mycket som talar för användningen.

 

Försök med lignin även i asfalt

Runtom i världen experimenteras det även med användningen av lignin i själva asfalten. I Sverige har gjorts försök med att ersätta 25% av bindemedlet bitumen med lignin. I Nederländerna har en 70 meter lång vägsträcka testats med 50% lignin och 50% bitumen. Asfalt som görs med bitumen blandat med lignin och vegetabilisk olja kan även läggas med ca. 50 graders lägre temperatur, vilket också i sig sparar energi och minskar på CO2- utsläppen. Det forskas även i om asfalten med lignin- inblandning kan öka på vägens livslängd.

Eftersom priset på lignin beräknas vara kring 10-20% dyrare än bitumen är det idag inte ekonomiskt lönsamt att ersätta bitumen. Detta kan dock få en ändring i framtiden då oljan blir svårare och dyrare att få tag i, samt om användningen av lignin ökar och priserna pressas.

 

 

 

Källor

 

Byggeindustrien.no, Forsterker vei på en miljøvennlig måte – bruker eksisterende vei som «råstoff» og tester bindemiddel fra grantrær, 16.08.2019:  https://www.bygg.no/article/1403284

Byggeindustrien.no, Tror på gjennombrudd for veirehab-metode, 23.07.2018: http://www.bygg.no/article/1361347

Dustex.se, 2019: https://www.dustex.se/

Forskning.no, Asfalterer veien med tre, 10.02.2016: https://forskning.no/mineralogi-petrologi-geokjemi-bil-og-trafikk-skog/asfalterer-veien-med-tre/439953

Fredrik Nygaard, Dypstabilisering av fylkesveger med lignin 23.05.2019: https://vegvesen.brage.unit.no/vegvesen-xmlui/bitstream/handle/11250/2606405/Bacheloroppgave_Fredrik%20Nygaard_2019.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Nyteknik.se 07.04.2018: https://www.nyteknik.se/miljo/sa-ska-framtidens-asfalt-bli-mer-klimatsmart-6921845

Statens Vegvesen, FoU-rapport nr.2008003393-1, Stabilisering av berelag med Dustex, 2008: http://www.firmanett.no/Customers/lbr/documents/Fou%20rapport/Dustex_Fou_rapport.pdf

Statens Vegvesen, Oppfølgning av FoU rapport nr.2008003393-1, Vegteknologi 2017, https://www.dustex.nu/docs/DUSTEX_FOU_oppfoelgingsrapport.pdf

Wood is a porous and fibrous structural tissue found in the stems and roots of trees and other woody plants. It is an organic material, a natural composite of cellulose fibers that are strong in tension and embedded in a matrix of lignin that resists compression.

Lignin är ett naturligt bindmedel som finns i växter och träd

Close view on the road roller working on the new road construction site

"En stabilisering av bärlagret kan göras så att den gamla asfaltytan och bärlagret på en väg fräses sönder och därefter blandas med bindemedel före massorna jämnas och komprimeras. Till slut läggs ett eller flera nya asfaltlager."

Tree trunks in pine woods.

"Lignin anses betydligt mera hållbart ur ett miljöperspektiv."

Close view on the road roller working on the new road construction site

Användning av lignin testas även i asfalten runt om i världen.