Neue Asphalt-Rezeptur reduziert Emissionen und senkt Energiekosten
Forschende der Ruhr-Universität Bochum entwickelten ein Asphaltverfahren, das bei 20 bis 30 C° niedrigeren Temperaturen funktioniert und dadurch Dampf- und Aerosol-Freisetzungen reduziert. Dieses Verfahren basiert auf Schaumbitumen, das die Verarbeitung erleichtert und Energie einspart. Erste Tests zeigen, dass die Emissionen um mehr als die Hälfte gesenkt werden konnten, liegen jedoch noch leicht über dem neuen Grenzwert von 1,5 Milligramm pro Kubikmeter. Das Verfahren könnte helfen, die strikteren Emissionsvorgaben ab Ende 2024 einzuhalten.
Viele verschiedene Asphaltmischungen hat das Team vom Lehrstuhl für Verkehrswegebau schon ausprobiert, wie an diesem Lager von Bohrkernen zu sehen ist.
Foto: RUB / Kramer
Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum haben nach eigenen Angaben einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Asphaltproduktion erzielt, indem sie eine Methode zur deutlichen Reduzierung von Dampf- und Aerosol-Emissionen entwickelt haben. Georg Bus, ein Wissenschaftler am Lehrstuhl für Verkehrswegebau, erarbeitete eine Rezeptur, die es ermöglicht, Asphalt bei um 20 bis 30 C° niedrigeren Temperaturen herzustellen. Diese neue Technik könnte dabei helfen, die strengen Grenzwerte einzuhalten, die der Ausschuss für Gefahrstoffe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin im Hinblick auf Dampf- und Aerosolfreisetzungen festgelegt hat. Bis Ende 2024 müssen Unternehmen diesen neuen Anforderungen gerecht werden, da die Übergangsfrist dann ausläuft. Die Vorteile der neuen Methode liegen nicht nur in der Einhaltung dieser Grenzwerte, sondern auch in der Energieeinsparung, was nach Aussage von Georg Bus eine erhebliche Menge an Ressourcen schont. Der wissenschaftliche Durchbruch wurde im Magazin Rubin der Ruhr-Universität Bochum veröffentlicht.
Georg Bus promoviert am Lehrstuhl für Verkehrswegebau der Ruhr-Universität Bochum.
Foto: RUB / Kramer
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Gesundheitsschädliche Aerosole
Asphalt besteht im Wesentlichen aus einer Mischung von Sand, Gesteinsmehl und Schotter, die durch Bitumen, ein Bindemittel, zusammengehalten wird. Bitumen ist jedoch nur bei sehr hohen Temperaturen, zwischen 150 und 180 Grad Celsius, verarbeitbar, da es sich bei Raumtemperatur wie hartes Gummi verhält. Diese hohen Temperaturen sind erforderlich, damit das Bitumen flüssig wird und die Gesteinskörner vollständig umhüllen kann. Der Nachteil dieses Prozesses liegt jedoch nicht nur im hohen Energieverbrauch, sondern auch in der Freisetzung gesundheitsschädlicher Aerosole.
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Geringere Temperaturen dank Schaum
Die von Bus entwickelte Rezeptur setzt auf Schaumbitumen, eine Technik, bei der Asphalt bei deutlich niedrigeren Temperaturen hergestellt werden kann. Der Prozess wird durch das Hinzufügen von Wasser unter Druck zum heißen Bitumen ermöglicht. Dies erzeugt einen schnellen Anstieg an Wasserdampf, wodurch das Bitumen aufschäumt und sich erheblich ausdehnt. Durch dieses vergrößerte Volumen wird das Bitumen wesentlich leichter verarbeitbar. Bus veranschaulichte dies mit einem Vergleich zu schäumender Seife, die ebenfalls durch ihre größere Oberfläche leichter zu handhaben ist.
Während dieses Verfahren in Ländern wie den USA und den Niederlanden bereits etabliert ist, lässt es sich nicht ohne Weiteres auf Deutschland übertragen, da hier andere Gesteinskörnungen und Bindemittel verwendet werden. Daher beschaffte sich das Bochumer Forschungsteam große Mengen Gestein und Bitumen, um verschiedene Rezepturen zu testen. Im Rahmen der Untersuchungen stellten die Forschenden rund 1 000 kg Asphalt her, wobei sich ein Wassergehalt von 2,7 bis 3 % im Bitumen als optimal für die Herstellung verschiedener Asphalte mit Schaumbitumen herausstellte.
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Sehr nah am Grenzwert
Das Team führte Tests unter realen Bedingungen im Straßenbau durch, bei denen die Dampf- und Aerosol-Emissionen an verschiedenen Arbeitsplätzen gemessen wurden. Der Fokus lag auf denjenigen Arbeitskräften, die der höchsten Belastung durch Dämpfe ausgesetzt sind, insbesondere den Fertigerfahrern. Diese bedienen die Maschinen, mit denen der Asphalt auf die Straße aufgetragen wird. Hier konnten die Forschenden die größte Reduktion der Emissionen feststellen. Während bei herkömmlichem Heißasphalt die Dampf- und Aerosolwerte beim Fertigerfahrer bei 6,9 Milligramm pro Kubikmeter lagen, konnte dieser Wert mit dem neuen Warmasphalt auf durchschnittlich 2,3 Milligramm pro Kubikmeter gesenkt werden. Obwohl dieser Wert immer noch über dem geforderten Grenzwert von 1,5 Milligramm pro Kubikmeter liegt, zeigte Georg Bus sich optimistisch, dass der Wert bereits mehr als halbiert werden konnte und dies einen bedeutenden Fortschritt darstelle.
Die detaillierten Ergebnisse und Testverfahren wurden in einem ausführlichen Artikel im Wissenschaftsmagazin Rubin der Ruhr-Universität Bochum veröffentlicht, der weitere Einblicke in die Labor- und Straßentests bietet. Das Forschungsteam plant, die Methode weiter zu optimieren, um die geforderten Grenzwerte vollständig einzuhalten und den Energieverbrauch in der Asphaltproduktion noch weiter zu senken.
