Alberta-Bitumen gehören zu den besten für den Straßenbau

Da die Umstellung von fossilen Brennstoffen auf Elektrizität und andere Energiequellen immer schneller voranschreitet, schaltet Kanadas Ölindustrie den Gang um.

In Alberta erforscht das Bitumen Beyond Combustion-Programm, ein Ableger der von der Provinz finanzierten Alberta Innovates-Initiative, Möglichkeiten zur Verwendung von Bitumen. Ein bereits bewährtes Produkt ist Asphaltbindemittel für Straßen.

„Wir wissen, dass es sehr gut funktioniert“, sagt Simon Hesp, Professor für Chemie an der Queen's University, der vor drei Jahrzehnten mit der Forschung zu Asphaltbindemitteln begann.

„Das Gute am Alberta-Binder ist, dass er recycelt und mit zusätzlichen Ölen aufgefrischt werden kann und weitere 30 Jahre haltbar ist.“

Seine von Alberta Innovates finanzierte Forschung hat ergeben, dass Bitumen aus Alberta und Venezuela am besten für den Straßenbau geeignet sind.

Was das Produkt von Alberta so besonders macht, ist sein geringer Wachsgehalt, was bedeutet, dass Asphalt, der mit dem Bitumen hergestellt wurde, erfolgreich recycelt werden kann.

Der zweite wesentliche Bindemittelbestandteil, der die Lebensdauer einer Straße beeinflusst, ist Asphalten. Dabei handelt es sich um große Moleküle, die dem Bindemittel Kohäsions- und Haftfestigkeit verleihen und ein Fließen bei kalten Temperaturen verhindern.

Paraffinwachse sind oft ein natürlicher Bestandteil von Asphalt und kommen in unterschiedlichen Mengen vor, abhängig von der Quelle des zur Herstellung des Bindemittels verwendeten Rohöls. Wenn der Wachsgehalt hoch ist, neigen Asphaltene dazu, sich von den Ölen zu trennen und dichter zusammenzupacken.

Ein Bindemittel mit hohem Wachsgehalt ist bei kalten Temperaturen steifer, was die Haftung verringert und die Rissbildung begünstigt. Ein optimales Bindemittel wie das Alberta-Produkt hat einen minimalen Wachsgehalt und eine mehr oder weniger gleichmäßige Zusammensetzung.

Durch Fracking gewonnenes Öl weist einen sehr hohen Anteil an Wachsmolekülen auf, sagt Hesp. Hinzu kommt, dass US-Öl minderwertig ist, russisches Rohöl genauso schlecht ist wie Rohöl aus dem Nahen Osten und China, wenn es um die Eignung als Asphaltbindemittel geht.

Und während Asphaltbindemittel aus Alberta-Bitumen hochwertig sind, kann ihre Lebensdauer durch die Verwendung von PET-Fasern (Polyethylenterephthalat) aus recycelten Plastikflaschen weiter verlängert werden.

Laut Hesp hat ein 12 Jahre alter Testabschnitt im Norden Ontarios, bei dem Alberta-Bindemittel und 0,3 Prozent PET-Fasern verwendet wurden, keine Belastung gezeigt. Im Gegensatz zu den 15 bis 25 Jahren, die Straßen in der Gegend haben, wird mit einer Lebensdauer von etwa 38 Jahren gerechnet.

Ein leitender Manager für die Entwicklung sauberer Technologien bei Alberta Innovates sagt, dass im Öl von Alberta viel Potenzial steckt.

„Wenn ich mir Bitumen ansehe, ist es ein Geschenk der Natur an Alberta“, sagt Paolo Bomben, der auch Co-Leiter von Bitumen Beyond Combustion ist. „Es handelt sich um organisches Material, das für verschiedene Anwendungen genutzt werden kann.“

Was Asphaltbindemittel aus Alberta-Bitumen betrifft, werden in Alberta derzeit täglich zwischen 40.000 und 60.000 Fässer (ein Fass enthält 159 Liter) produziert (in den Raffinerien Lloydminster und Edmonton). Das entspricht etwa drei bis fünf Prozent der Ölproduktion in Alberta, der Rest wird zu Kraftstoffen verarbeitet.

Der Großteil des Bindemittels wird per Bahn oder in speziell dafür gebauten Lastkraftwagen mit beheizten Tanks (das Bindemittel muss heiß gehalten werden) in den Nordwesten der USA und nach Kanada bis in den Osten bis nach West-Ontario transportiert. Es kann einige Wochen dauern, bis Triebwagen ihr Ziel erreichen. Wenn der Asphalt auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist, kann eine Wiedererwärmung von bis zu 24 Stunden erforderlich sein, bevor das Material entladen werden kann.

Aus diesem Grund besteht ein wichtiger Teil der Forschung von Bitumen Beyond Combustion darin, einen Weg zu finden, Bindemittel zu bewegen, ohne es heiß halten zu müssen, sagt Bomben. Er geht davon aus, dass innerhalb von drei Jahren eine Antwort gefunden wird. „Das wird viele Möglichkeiten eröffnen“, sagt er.

Obwohl Alberta-Asphaltbindemittel zu einem hohen Preis verkauft werden, muss ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Langlebigkeit, die es den Straßen verleiht, bestehen. Laut Hesp kostet es etwa 800 bis 900 US-Dollar pro Tonne, wobei eine Tonne Bindemittel 20 Tonnen Asphaltmischung ergibt.

Eine Herausforderung besteht darin, mit Offshore-Raffinerien zu konkurrieren, in denen Asphalt zu so niedrigen Kosten produziert wird, dass er nach Nord- und Südamerika transportiert werden kann, sagt Hesp.

Aber Straßen, die mit minderwertigem Asphaltbindemittel gebaut werden, können innerhalb von Jahren Schlaglöcher und Risse entwickeln. Ihre Lebensdauer kann 15 Jahre oder weniger betragen, insbesondere in Gebieten, in denen die Temperaturen dramatisch steigen und fallen, was in weiten Teilen der besiedelten Gebiete Kanadas der Fall ist.

Wenn ein Alberta-Bitumenbindemittel verwendet wird, kann die Rissbildung im Straßenbelag um bis zu 50 Prozent reduziert werden, sagt Hesp.

Seine Forschungen haben gezeigt, dass Straßen, die mit Alberta-Bindemitteln ausgestattet sind, bis zu 40 Jahre lang haltbar sein können. In den Bundesstaaten Neuengland, wo kostengünstige Bindemittel verwendet werden, beträgt die Lebensdauer auf der Straße etwa 10 Jahre.

„Das ist eine Frage, die sich jeder stellt“, sagt Bomben. „Wollen Sie Straßen finanzieren, die vorzeitig scheitern? Möchten Sie weitere Bauarbeiten durchführen (während Reparaturen durchgeführt werden)?“

Aber Bitumen Beyond Combustion beschränkt sich nicht nur auf Straßen. Im Jahr 2020 begann die große Herausforderung: 12 Teams untersuchten, wie man Bitumen in nicht brennbare Produkte umwandeln kann.

Derzeit steht Kohlefaser im Fokus, und die Forscher arbeiten daran, das Produkt zu geringeren Kosten und mit mehr Konsistenz herzustellen.

„In der Bauindustrie gibt es sicherlich enorme Einsatzmöglichkeiten“, sagt Bomben.

Schwarze Kohlenstofffasern fühlen sich an wie menschliches Haar, sind aber leichter als Stahl und nicht korrodierend. Die Fasern werden derzeit in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie sowie in Hochleistungssportgeräten verwendet und sind sehr teuer.

„Verschiedene Anwendungen können zugänglich sein, wenn wir die Kosten senken können“, sagt Bomben.

Im Bauwesen werden Kohlefasern zur Betonverstärkung, im Brückenbau und zur Enteisungsfähigkeit zugesetzt.

Sie können auch Holzverbundwerkstoffen zur Verstärkung zugesetzt werden, sagt Bomben.

Alberta verfügt über etwa 150 Milliarden Barrel an nachgewiesenen Ölressourcen. Weltweit gibt es rund 40 Millionen Kilometer Straßen, 65 Prozent davon sind asphaltiert.

„Ob Sie ein Elektroauto oder ein Fahrrad fahren, Sie müssen auf etwas fahren“, bemerkt Bomben.