Zwetschke

Biobitumen - Bitumen-Ersatzprodukt auf nachwachsender Rohstoffbasis und darauf basierender energiesparsamer Asphalt

Forschungsziel war die Entwicklung eines Bindemittels mit bitumenartigen Eigenschaften, basierend auf nachwachsenden Rohstoffen. Die Selektion einer geeigneten und hinreichend verfügbaren Rohstoffbasis sowie Produktsynthesen im Labormaßstab und die Bewertung der Eignung wurden durchgeführt.

Kurzbeschreibung

Status

Abgeschlossen

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Erdöl ist eine fossile Rohstoff- und Energiequelle, die innerhalb der nächsten 50 Jahre verbraucht sein wird. Der Rohöl-Destillationsrückstand Bitumen ist weltweit das bedeutendste Bindemittel für den Straßenbau. Betonstraßen sind kein gleichwertiger Ersatz für Asphaltstraßen, da die Zementherstellung einen hohen Energieaufwand und Kohlendioxidausstoß verursacht und Beton insbesondere bei dem am weitesten verbreiteten niederrangigen Straßennetz ein eher ungünstiger Baustoff ist.

Alleine Österreich verbraucht jährlich ca. 400.000 Tonnen Bitumen, weltweit liegt der Bedarf um 200 Millionen Tonnen. Derzeit gibt es keine alternativen Bindemittel für die Asphaltherstellung, die Bitumen in Hinblick auf nennenswerte Verfügbarkeit zu einem annehmbaren Preis ersetzen könnten.

Inhalte und Zielsetzungen

Das markante Steigen des Bitumenpreises auf etwa das Vierfache in den letzten 7 Jahren und die in der Bausaison mehrfach auftretenden Versorgungsengpässe zeigen, dass es sinnvoll und notwendig ist, eine nachhaltige Bindemittelversorgung aufzubauen. Es ist eine Reihe von Naturstoffen mit bindemittelartigen Eigenschaften bekannt, die in reiner Form oder in Abmischung mit anderen Naturstoffen als Bitumenersatz­stoffe geeignet sind. Deren Verfügbarkeit ist aber nach dem derzeitigen Stand der Technik völlig unzureichend.

Ziel dieses Projektes war es, ein leistungsfähiges Bitumen-Ersatzprodukt auf nachwachsender Rohstoffbasis zu entwickeln. Es sollten aber dadurch keine Nahrungs- und Futtermittelanbauflächen substituiert werden, sondern es ist die vorwiegende Nutzung von Pflanzenrest­massen beabsichtigt. Am Beispiel Österreichs kann errechnet werden, dass nur etwa 1 % des jährlichen Biomassezuwachses die notwendigen Bindemittelmengen liefern könnte.

Methodische Vorgehensweise

Zunächst wurde durch eine breit angelegte Literaturstudie das vorhandene Potential an nachwachsenden Rohstoffen in Hinblick auf brauchbare Stoffanteile abgeschätzt. Danach wurde in einem empirischen Bewertungsverfahren die grundsätzliche Eignung aus­gewählter Inhaltsstoffe überprüft. In der Hauptprojektphase wurden Syntheseverfahren entwickelt, um die aus den relevanten Naturstoffen isolierten Substanzen in modifizierte Stoffe mit akzeptablen Bindemittel­eigenschaften überzuführen. Die Synthesen konnten der Art nach sowohl Biokonversionsmethoden als auch klassische chemische Reaktionen sein, mussten aber in jedem Fall in wirtschaftlicher und technologischer Hinsicht das Potential für eine Massenproduktion haben.

Sowohl Ausgangs-Rohstoffe aus heimischer oder ausländischer traditioneller oder zukunftsoptimierter Land- und Forstwirtschaft, aber auch Nebenprodukte von künftig an Bedeutung zunehmenden Verfahren zur Energiegewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen kommen in Frage.

Erzielte Ergebnisse und Schlussfolgerungen

In einer umfangreichen Screening-Studie wurde aus dem gesamten verfügbaren Angebot nachwachsender Rohstoffe eine Auswahl auf mögliche Eignung für einen Bitumenersatzstoff getroffen. Um der grundlegenden Forderung Rechnung zu tragen, hauptsächlich nur Reststoffe einzusetzen, wurden alle derzeit schon intensiv im Bereich Nahrungs- und Futtermittel genutzten Stoffe ausgeschlossen. Unter dem Aspekt der ausreichenden Verfügbarkeit in Anbetracht der großen Bedarfsmengen wurden der Holzbestandteil Lignin sowie auf Ölpflanzen basierende Naturstoffe als aussichtsreiche Synthesestoffe ausgewählt.

In ersten Syntheseserien wurden verschiedene verfügbare Lignin­varianten auf Eignung geprüft. Je nach Provenienz und Gewinnungsform erwiesen sich diese Varianten als unterschiedlich geeignet. Von den hergestellten Syntheseprodukten wurden Stoffmerkmale wie Klebrigkeit, Haftverhalten und rheologische Eigenschaften untersucht. Methodisch wurde mit Laborsynthesereaktionen gearbeitet, massentaugliche Produktionsverfahren waren nicht Gegenstand dieses Projektes. Studien zum biotechnologischen Ligninabbau wurden ebenfalls betrieben und ergänzend dazu auch Rückstände aus der BtL-Technologie, einem Verfahren zur Energieträgergewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen, in grundlegende Untersuchungen miteinbezogen. In weiteren praxisnahen Studien konnte gezeigt werden, dass es derzeit schon möglich ist, auf der Basis eines Gemisches aus fossilem Bitumen und nachwachsenden Rohstoffen hochleistungsfähige zukunftsweisende Asphalt-Typen zu erzeugen.

Ausblick

Biotechnologische Prozesse zur Kraftstoffherstellung (Biosprit der 2. Generation) sind eine mögliche Rohstoffquelle für Bitumenersatzprodukte. Es wird noch eine intensive weitere Bearbeitung der Thematik erforder­lich sein und es müssen Kooperationen zwischen großen Unternehmen gegründet werden um ausreichende Mengen von Bitumenersatzprodukten in mittlerer Zukunft bereitstellen zu können.

Publikationen

Biobitumen Bitumen-Ersatzprodukt auf nachwachsender Rohstoffbasis und darauf basierender Asphalt

Schriftenreihe 33/2013 J. Bleier, Herausgeber: bmvit
Deutsch, 71 Seiten

Downloads zur Publikation

Projektbeteiligte

Projektleiter

DI Dr. Johann Bleier
Österreichische Vialit-Gesellschaft m.b.H.

Projekt- und Kooperationspartner

  • Technische Universität Wien, Institut für Angewandte Synthesechemie
    AO.Univ.Prof. Dr. Simone Knaus
  • C.A.R.M.E.N. e.V. - Straubing, Bayern
    (Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwerk)
    Dr. Bettina Schmidt
  • OÖ-Boden- und Baustoffprüfstelle GmbH
  • Direktion Straßenbau und Verkehr, Land OÖ

Kontaktadresse

DI Dr. Johann Bleier
Österreichische Vialit-Gesellschaft m.b.H.
Josef Reiterstraße 78
5280 Braunau, Oberösterreich
Tel.: +43 (7722) 62977-11
Fax: +43 (7722) 65758-11
E-Mail: hans.bleier@vialit.at
Internet: www.vialit.at

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