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道路标线系统的可持续性评估
摘要
环境问题在国内，商业和公共部门日益重要。 由于人口增长和大城市数量的增加，绿色公共采购概念也正在成为道路基础设施部门的增长趋势。
本研究评估了从制造到处置的整个生命周期中道路标线的环境影响。对于研究的正确性，外部专家小组审查了评估。 通过使用基于DIN ISO 14040和14044的LCA方法，进行了以下线标记的客观比较：溶剂型涂料; 水-基漆热塑性塑料和热喷塑料; 冷塑料和冷喷塑料。 特征应用场景中的典型材料配方已经使用所有评估技术的主要本地制造商持有的相应官方认可测试证书的数据进行建模。 经验数据用于确定各种道路标线系统的典型使用寿命，每天的典型平均日流量为10,000-15,000辆。
生命周期评估结果，即考虑从制造到处置的整个生命周期，表明通过更耐用的道路标线系统可以实现超过50％的全球变暖潜能值。
研究得出结论，为了获取道路标线的实际环境影响，必须考虑包括生产，生产，应用，运输，使用寿命和处置在内的终身评估。
关键词：生命周期成本; 路标; 终生的;冷塑料;耐久力
1.介绍
环境问题在国内，商业和公共部门日益重要。因此，全球的政治家们正在制定温室气体减排目标（欧盟行动2015）。 例如，欧盟执行的GPP指导方针是要求在决定各种产品替代品时，根据坚实的科学证据考虑环境因素。
绿色公共采购（GPP）指南建议公众购买者在决定各种产品替代品时，基于坚实的科学证据考虑环境因素（GPP 2015）。 由于人口增长和大城市数量的增加，GPP概念在道路基础设施部门也正在成为越来越多的趋势。
例如，横向道路标线被广泛接受为道路基础设施部门的唯一道路安全装置，在整个行程中伴随着司机。 每天，全球数以百万计的道路使用者都能从道路标线的高效和不可或缺的能力中获得指导和保护。
道路交通标线是由路面上标划的各种文字、突起路标、线条、立面标记等构成的交通安全设施，引导驾驶员往正常方向行驶，还起到交通管理作用。在等级较高的公路路面中，各种标线、箭头及文字的设置施划都采用白色热熔涂料，并在涂料中加入玻璃珠再行施划。结束施划工作后，将玻璃珠撒在标线面上，增强标线的反光性能，使驾驶员可以清晰地看到。在中分带开口的路段，以设置人行横道线为主，对较容易发生交通事故的开口则在主线适当位置上设置减速带，提醒司机行驶到此路段时自觉减慢速度。轮廓标主要起到反射车灯光作用，指导驾驶员在夜间行驶时留意道路前方走向
道路标记材料的选择传统上是基于技术要求，气候和地形条件，交通密度和成本考虑。由于缺乏对所有主要道路标线系统的综合环境影响数据，环境方面可能无法正确考虑。
根据ISO 14040，生命周期评估（LCA）也称为生态平衡，是用于评估产品在从一生的整个生命周期中的环境影响的科学工具。它有助于过程改进，并支持政策，为有根据环境考虑的有根据的决策创造良好的基础。
然而，降低环境影响最终取决于政府，行业和消费者的努力和果断行动。本研究的目的是评估主要的基于粘合剂的道路标线系统对市场的环境影响，典型配方和整个特征应用场景中的环境影响
生命周期。研究的主要重点将是喷雾道路标记与聚集道路标线应用场景的比较，注意点击过期道路标记。
该评估考虑了原材料，生产，应用，使用，处置或回收等所有必需的运输，辅助和包装材料的所有贡献。
2.研究方法与范围
该研究是根据DIN ISO 14040和14044进行的，由一组外部专家审查。它面向德国的标记实践，成为欧洲最大的国家标志市场之一，其中所有材料技术都被大量使用。典型的德国联邦道路的路面平均每天平均流量约为10,000-15,000辆，需要每10年更新一次。因此，在本研究中，标记的生命周期被评估为10年。
评估的四种基于粘合剂的标记系统是溶剂型（SB）涂料;水性（WB）涂料;热塑性塑料（TP）和热塑性塑料（TSP）; MMA（甲基丙烯酸甲酯）冷塑料（CP）和MMA（甲基丙烯酸甲酯）冷喷塑料（CSP）也称为MMA（甲基丙烯酸甲酯）。道路标线系统由标记材料和下料组成。使用莱顿大学环境科学研究所（CML）的CML方法[CML 2001]，从11月起更新的特征因子，分析了考虑到一公里标记的道路的以下环境影响类别
2009年：
?全球变暖潜能值（GWP100）[kg CO2当量]
?酸化电位（AP）[kg SO2当量]
?富营养化潜力（EP）[kg磷酸当量]
?光化学臭氧产生潜力（POCP）[kg乙烯等效]
?人毒性潜力（HTP）[kg DCB等效]
?地下生态毒性潜力（TETP）[kg DCB-equiv。]
?淡水水生生态潜力（FAETP）[kg DCB等效]
?主要能源需求作为附加标准
对于所有系统，首先分析了生产，包括所谓的生态背包原料和能源，直到配方厂门（“摇篮到门”），然后将分析扩展到整个生命周期， 考虑在路上多次使用标记，包括处置（“摇篮到坟墓”）。 系统比较是基于与道路标线规范相对应的各种代表性应用场景中的典型产品配方，以及德国联邦公路研究所（BASt，德国联邦公路研究所）的标准系统的相关适用性测试。 原则上，这项研究的结论可以转移到其他国家或地区，条件是绩效条件同样适用。
在GaBi 4中建立的完整的LCI模型与所有上游链包含1100多个流程，用于190多个计划和子计划。
2.1 II型标记系统
II型道路标线与I型不同，因为它们的设计在夜间和潮湿条件下具有特别明显的后向反射性。 已知聚集体或结构标记在湿度夜间条件下提供更高的可见度（图1）。 雨水从稳定的3-D结构的顶部自由排出，并且嵌入标记材料中的玻璃珠是清晰的，以反映车辆的入射光。
图1。湿表面条件下团块标记的图形表示。
2.2 夜间能见度的最低要求
如果符合标示的90％的表面是完整的，并且符合欧洲标准EN 1436：2009-01中定义的交通工程特性的最小值，则可以确保标记的性能：
干标志面，Rge;150 MCD / M-2 / LX-1
湿标记面，RWge;35 MCD / M-2 / LX-1
2.3 功能单元（FU）
已经对每公里道路区域进行了生态影响参数评估，标有两条全边线和一条12厘米（4英寸）宽的中断线，总面积为280平方米（图2）。
图2。以标记为功能单元的联邦道路部分的表示（FU）
2.4 根据实际道路使用情况选择参考方案
2.4.1方案1：喷雾应用薄层标记，II型
在情景1中，比较了各种II型薄层标记系统（表1）。 对于不合格的标记类型，薄层标记系统可以在其使用寿命期满后用新的喷涂层进行标记更新。
表1.基于实际道路使用情况1的主要参数
（在ZaTV M 02，DIN EN 13197和EN 1436中规定）。
|
材料类型 |
CSP type II |
TSP type II |
WB type II |
SB type II |
|
层厚度，mm |
0.6 |
1.2 |
0.6 |
0.6 |
|
使用掉落材料，kg /msup2; |
0.60 |
0.60 |
0.60 |
0.45 |
|
寿命，年 |
2.5 |
2.0 |
1.0 |
1.0 |
|
标记数 |
4 |
5 |
10 |
10 |
2.4.2方案2：凝聚的标志（结构标记），包括喷雾提神
在场景2中，比较了冷塑料和热塑性II型聚集体标记。 对于冷塑料，可以使用冷喷塑料（0.3毫米）清洗标记，因为冷塑料几乎不会磨损。 在这种情况下，考虑到冷塑料的两种可能性，有和没有清爽。 对于热塑性塑料来说，由于热塑性塑料容易磨损，所以没有给出使用相同材料的薄喷涂层进行刷新的选项。 表2总结了最重要的假设：
表2。方案2的主要参数，根据实际道路使用
（在ZTV M 02，指定DIN EN 13197和EN 1436）。
|
材料类型 |
冷塑料聚集体 （结构体） |
冷塑料聚集体（结构） 茶点与冷喷塑料 |
热塑性聚集体 |
|
应用 |
随机 |
随机 |
定期 |
|
刷新/更新 |
无 |
冷喷塑料（0.3毫米） |
无 |
|
层厚度，mm |
没有可能的指示 |
没有可能的指示 |
没有可能的指示 |
|
材料用量，kg /msup2; |
2.8 |
CP：2.8 / CSP：0.47 |
3.7 |
|
沾上材料，kg /msup2; |
0.40 |
CP：0.40 / CSP：0.30 |
0.37 |
|
寿命，年 |
4.0 |
4.0 3 x 2.0 |
3.0 |
|
标记数 |
3 |
1x CP 3x CSP |
4 |
2.5 运输路线方案假设
适当考虑了标记物质从生产者到客户，从涂抹器到应用场所以及应用场所本身的运输以及为此类运输消耗的资源。
图3。初期的运输路线方案和逐渐成型的标记系统
3 结果
系统比较是基于与道路标线规范相对应的各种代表性应用场景中的典型产品配方，以及德国联邦公路研究所的标准系统的相关适用性测试。
对于情景1喷涂施加的II型薄层标记的影响指标结果显示，由冷喷塑料提供的环境影响大大减少了8个指标中的7个（图4）。与溶剂型和水性涂料相比，这种有利的环境效果受到冷喷塑料的耐久性的高度影响。一般来说，冷塑料具有其对抗坏血酸特性的固有耐久性。添加硬化剂（第二组分）后，MMA CP经化学固化，形成高度耐腐蚀的塑料路标。
根据先前的报告（Ouml;kopol2011），TSP可以大幅度降低光化学臭氧产生潜力（POCP），其次是CSP和WB系统。这主要是由于与这些技术相关的挥发性有机化合物的低排放。另一方面，热塑性塑料是固体材料，必须在200°C至220°C（392°F至428°F）的温度下熔化，这与CSP相比高度决定了能源消耗，从而导致较高的一次能源消耗。由于缺乏可靠的数据，本研究中忽略了对POCP的可能贡献，或者在热塑性塑料的加热过程中产生的蒸发或挥发性分解产物的毒理学影响。
影响方案2的指标：厚层聚集标记，包括清爽，证实了由于其固有的耐久性，MMA冷塑料的使用寿命可以进一步延长的常识。可以使用简单的冷喷塑料层和广播新的玻璃珠刷新可用的附聚（结构）图案。这种常见的做法带来了由轮胎疲劳时间引起的丢失的后向反射性，从而减少了这种道路标记的整体环境影响。
聚集的MMA冷塑料（结构标记）与MMA冷喷塑料薄层薄荷的组合有助于整体全球变暖潜能值的显着降低（图5）。例如，在像德国这样的64.5万公里的道路上，与热塑性聚集体相比，可以实现每年297,000吨二氧化碳当量的年减排量。这对应于每年63,000辆客机的温室气体排放量（2015年温室）。
图。 4.冷喷塑料（CSP）II型薄层标记，可喷涂热塑性塑料（TSP），溶剂型（SB）涂料和水性（WB）涂料的相对环境影响。
图。 5.包括冷塑料（CP），冷塑料在0.3mm冷喷塑料（CSP）和热塑性塑料（TP））中冷却塑料的相对环境影响 - 所有参考冷塑料（CP）标记的值。
GWP Global Warming Potential
AP Acidification Potential
EP Eutrophication Potential
POCP Photochemical Ozone Creation Potential
HTP Human Toxicity Potential
FAETP Freshwater Aquatic Ecotomicit
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