Mange af os forbinder et nyfalden sne med sneboldkampe, kælketure og varm kakao, men for byboere kan sne også betyde vejsalt, der klæber til sko og tøj samt biler.
For lige så snart termometeret viser minusgrader, bliver der spredt salt for at undgå glatte veje.
Vejsalt består typisk af natriumklorid (natrium (Na) og klorid (Cl), der sænker vandets frysepunkt.
Brugen af salt til glatførebekæmpelse er skadelig for biler, infrastruktur og miljø, men alligevel bruger vi enorme mængder af det - knap 20 millioner tons om året alene i USA - og også i Canada, Europa og Japan salter man vejene i stor stil.
Men nye alternativer er på vej.
Vi lærer af naturen
Jeg er materialeforsker, og jeg leder efter løsninger på problemet med vores oversaltede veje og fortorve ved at analysere naturens måde at takle is.
Fisk, insekter og endda visse planter har gennem mange hundredetusinde år lært at tilpasse sig et koldt klima ved at producere deres egen frostvæske for at overleve minusgraderne.
Ved at tage ved lære af naturen håber mine kolleger og jeg, at vi kan udvikle effektive, men mere gunstige frostvæskeforbindelser.
De fleste bilejere har nok bemærket, at vejsalt skader bilen ved at fremskynde rustdannelsesprocessen. Et studie fra 2010 anslår, at brugen af vejsalt koster på landsplan bilejerne i USA 23,4 milliarder dollars om året i skader på køretøjerne som følge af korrosion (uønsket kemisk nedbrydning af metaller og legeringer).
Konsekvenser for vejbelægning og natur
Vejsalt er med til at svække vejbelægningen.
Det kan også angribe andre typer af overflader og belægninger, fordi det indeholder klorioner (atomer med negativ ladning), der ændrer vandets kemi og gør det mere ætsende, når det kommer i kontakt med materialer som beton og stål.
På denne måde er vejsaltet med til at øge den eksisterende belastning af ældre stukturer. Saltet har bidraget til driftssvigt og revner på broer samt andre former for svækkelse af belægning på veje og gader.
\ Læs mere
Vejsaltet har også store konsekvenser for naturen. Når vi kører gennem et skovområde efter en lang vinter med meget sne, kan vi se, at træerne langs vejen er mere brune end de øvrige træer.
Det skyldes, at vejsaltet fortrænger fortrænger vigtige næringsstoffer som mineraler i jorden og grundvandet og skaber en såkaldt 'fysiologisk tørke'.
Det betyder, at træerne ikke kan optage nok vand gennem rødderne, selvom der er rigelige mængder i jordbunden.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra Lundbeckfonden. Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af Lundbeckfonden. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Kan fremme væksten af farlige cyanobakterier
Hvis der allerede er eksisterende tørkeforhold, som eksempelvis i Colorado, kan fysiologisk tørke øge risikoen for skovbrande, fordi planter og træer er lettere antændelige.
Vandløb, floder og søer er særligt sårbare over for vandafstrømning, der indeholder vejsalt.
Klor fra saltet kan hæmme fiskenes gydning og reducere niveauet af opløst ilt i vandet, hvilket skader fiskene og andet vandlevende liv.
Saltbelastet afstrømning kan også fremme væksten af farlige cyanobakterier, også kendt som blågrønne alger. Nogle former for blågrønne alger producerer toksiner, der giftige for mennesker eller dyr, der indtager dem gennem drikkevandet.
Naturlige frostvæsker
Et alternativt middel til glatførebekæmpelse skal være ugiftigt og skal kunne nedbrydes til ikkeskadelige komponenter- men ikke for hurtigt, for ellers har det ikke effekt længe nok.
Vigtigheden kan illustreres gennem propylenglycol, som bruges til at afrime og fjerne isdannelse på fly.
Propylenglycol er at foretrække til dette formål, fordi det er mindre giftigt end ethylenglycol, der forhindrer bliens køler fra at fryse til.
Men effekten af propylenglycol er kortvarig, så flyene kan typisk kun vente i en begrænset periode mellem optøning af rim og isdannelser og start og afgang.
Det er også grunden til, at propylenglycol kun sjældent sprøjtes på veje og overflader. Og selvom propylenglycol generelt er klassificeret som sikkert for mennesker, kan det stadig være dødbringende for vandlevende dyr og organismer.
\ Læs mere
Hvad med naturlige alternativer?
Forskerne har fundet insekter og edderkopper i Alaska, der danner frostvæskeproteiner i deres kroppe, som sænker vandets frysepunktet nogle få grader.
Visse fisk, som den antarktiske Dissostichus mawsoni (også kaldet Antarctic toothfish) danner frostvæske-glykoproteiner, der forhindrer blodet i årerne fra at fryse til i selv de koldeste farvande på kloden.
De fleste af disse glykoproteiner er skrøbelige strukturer, der hurtigt bliver nedbrudt i den barske omverden, men mine kolleger og jeg er ved at lære at lave vores egne frostvæskeforbindelser gennem efterligning.
Vores første udfordring er at lære, hvordan de naturlige versioner fungerer, så vi kan genskabe dem.
Der er stadig meget, vi ikke forstår, men vi bruger avanceret computermodellering for at se, hvordan frostvæskeproteiner interagerer med vandmolekyler.
\ Læs mere
Som en nøgle i en lås
Andre forskere har opdaget, at fiskenes frostvæske-glykoproteiner indeholder to nøglesegmenter, og at visse sektioner er mere afgørende end andre.
Specifikke forbindelser kaldet hydroxylgrupper, der består af hydrogen- og iltatomer, udfører det meste af arbejdet.
Disse små forbindelser falder på plads med vandmolekyler, som en nøgle i en lås, for at forhindre dannelsen af is.
De er også en del af proteinernes mest afgørende sektioner, der binder sig til overfladen af iskrystaller, der er ved at blive dannet, for at forhindre dem i at blive større.
Ikke en nem opgave
Frostvæskeproteiner er naturlige polymerer - enorme molekyler, der består af mindre molekyler, som led i en kæde.
Det er ikke en nem opgave at genskabe disse forbindelser, men vi kan skabe vores egne syntetiske versioner i et laboratorium, der starter med polyvinylalkohol eller PVA.
Det er en simpel, billig forbindelse, der er ikke er giftig for mennesker samt vandlevende dyr og organismer, og som er en almindelig ingrediens i mange hverdagsplejeprodukter.
PVA indeholder de samme hydroxylgrupper som i fiskenes frostvæskeproteiner.
Vi kan ændre, hvor disse hydroxyler er placeret i polymerstrukturen, så ligner de forbindelser, som fiskene producerer, mere.
Fra en dagligdags forbindelse til et isbekæmpende stof
I fremtiden kan vi muligvis ændre PVA fra en dagligdags forbindelse til et isbekæmpende stof, der kan bruges næsten hvor som helst.
Fordi PVA ikke bliver nedbrudt så hurtigt, har det potentiale til at fungere på overflader, der skal forblive isfrie, som veje, fortove og gelændere.
Den lange kemiske struktur gør PVA velegnet til formning og tilpasning til spray eller belægning.
Så en dag kan vi forvente at bruge ikke-giftig frostvæske, der hverken skader vores sko, tøj eller biler.
Monika Bleszynski modtager støtte fra Colorado Office of Economic Development and International Trade (OEDIT). Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
\ Læs mere
