Das Thema CO₂-Reduzierung ist hochaktuell. Nicht nur im täglichen Leben, sondern auch im Bauwesen ist es präsent. In der Asphaltindustrie wird an verschiedenen Stellen und in verschiedenen Feldern am Thema gearbeitet. Hierzu wird ein genereller Überblick mit Beispielen aus der Praxis mit Bezug zur Bauweise mit Asphalt gegeben. Entwicklungen aus Europa (z. B. Initiative der Automobilindustrie, Forschungsprojekte als auch Initiativen der Europäischen Kommission (z. B. Grüne Vergabekriterien, White Book 2011: Reduktion der CO₂-Emmissionen im Verkehrssektor bis zum Jahr 2050 um 60 %) werden angesprochen. Daraus ergeben sich weitere Aufgaben für die Asphaltbranche zum Erhalt Ihrer Wettbewerbsfähigkeit neben den rein technischen Aspekten zur Asphaltbauweise. Aber natürlich ergeben sich auch Chancen, die Asphaltbauweise für die Zukunft fitter zu machen.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Motivation – Warum mit CO₂ beschäftigen?

1.1 CO₂-Emissionen und Carbon Footprint

Der Begriff „CO₂-Fußabdruck“ ist in den letzten Jahren relativ bekannt geworden. Heute ist eher der englische Begriff „Carbon Footprint“ üblich. Der Carbon Footprint, auch CO₂-Bilanz genannt, ist ein Maß für den Gesamtbetrag der Emissionen (gemessen in CO₂), der, direkt und indirekt, durch eine Aktivität verursacht wird oder über die Lebensstadien eines Produkts entsteht. Bisher hat sich hierzu allerdings noch keine international anerkannte Definition durchgesetzt. Die CO₂-Emissionen und gegebenenfalls Emissionen anderer „Green House Gase“ (GHG) wie NOX oder CHX werden in CO₂-Equivalenten (CO₂-eq) oft in der Einheit Tonnen pro Jahr ausgedrückt. Diesen Gasen wird ein globales Erwärmungspotenzial und somit der Treibhauseffekt letztlich der Klimawandel zugeschrieben.

Der CO₂-Fußabdruck hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, da er ein hilfreiches Mittel werden könnte, um die Klimaauswirkungen von Produkten, Dienstleistungen und anderen Geschehnissen im Alltag eines jeden Menschen zu ermitteln. Nur mit der Kenntnis des Carbon Footprints, z. B. eines Baustoffes, lassen sich dessen Klimaauswirkungen wirksam reduzieren, was wiederum nötig ist, um angestrebte Klimaziele zu erreichen (Wikipedia 2015).

1.2 Forderungen der Europäischen Kommission

Im März 2011 wurde von der Europäischen Kommission das „Weißbuch Verkehr“ (Europäische Kommission 2011) veröffentlicht, welches die Eckpfeiler für die europäische Verkehrspolitik für ein wettbewerbsfähiges Verkehrssystem bis zum Jahr 2050 festlegt. Als eines der Hauptziele gibt die Europäische Kommission vor dem Hintergrund der EU-Klimaund Energieeffizienzziele eine verkehrsbedingte CO₂-Reduktion bis 2050 um rund 60 Prozent gegenüber dem Stand von 1990 vor.

Wie dem Bild 1 entnommen werden kann ist dies eine dringend notwendige Vorgabe, vor allem wenn man sich bereits eingetretene weitere CO₂-Emissionen in den letzten Jahren und zukünftig prognostizierte Verkehrszunahmen in Europa vergegenwärtigt. Die Europäische Kommission hat dazu eine ganze Serie von Direktiven und Programmen erstellt, um dieses Ziel zu erreichen.

Dabei sind nicht nur fahrzeugbezogene Emissionen zu betrachten (Fahrzeug, Anhänger, Auflieger, Reifen), sondern alles, was das Verkehrssystem ausmacht, wie z. B. die Straßeninfrastruktur aber auch Logistik, Flottenmanagement oder Kraftstoffe. Somit kommen auch früher oder später Straßen in Asphaltbauweise als Teil der Infrastruktur in den Fokus.

Im Herbst 2015 plant die Europäische Kommission die Veröffentlichung von überarbeiteten,„Grüne Ausschreibungskriterien für den Straßenbau“ („Green Public Procurement Criteria for Road Construction“). Die Erstellung ist momentan in der Schlussphase, die Konsultationen z. B. mit dem Europäischen Asphaltverband (European Asphalt Pavement Association – EAPA) haben bereits stattgefunden und die Ergebnisse sind eingearbeitet. Mit diesen Kriterien liegen nun einheitliche und abgestimmte Vorgehensweisen vor, die dann in den Mitgliedsstaaten auf freiwilliger Basis in die Ausschreibungssysteme eingebunden werden können. Dabei werden der Verbrauch von Ressourcen und die Entstehung von Emissionen wie CO₂ oder Lärm bewertet.

Bild 1: Verkehrsemissionen in Europa 1990 bis 2050

1.3 Verschiedene Initiativen und Forschungen

Der Verband der europäischen Automobilindustrie (European Automobile Manufactureres Association – ACEA) hat das Hauptziel der CO₂-Reduktion im Verkehrssystem aus dem Weißbuch Verkehr in der eigenen Industrie angenommen und weitere Interessensvertreter aus dem Verkehrssystem angefragt, ebenso ihre Möglichkeiten und Potenziale zur Reduktion der CO₂-Emissionen aufzuzeigen. In verschiedenen Treffen wurden von mehr als 20 Industrievertretern zukünftige gemeinsame Lösungsansätze ausgetauscht und in einem noch zu veröffentlichen Abschlussbericht die aufsummierten Potenziale für Schwerverkehr und leichte Lkw sowie Pkw mit verschiedenen Zeithorizonten aufgezeigt. Dabei wurde auch die Asphaltindustrie nach Ihrem Beitrag gefragt, dieser beschränkte sich aber wie bei allen Baustoffen auf die Nutzungsphase der Straße und den dort möglichen CO₂-Einsparungspotenzialen. Hier wurden in erster Linie gut erhaltene Straßen mit ebenen Fahrbahnoberflächen, verringertem Rollwiderstand und kurzzeitigen Erhaltungsmaßnahmen aufgeführt.

Auch die politischen Medien haben sich bereits dem Thema angenommen. Die Redaktion der des Brüsseler Nachrichtenmagazins „European Voice“ hat eine Sonderpublikation mit dem Titel „Decarbonising Road Transport“ erstellt. Darin sind im Kapitel „Oberfächenspannungen“ die Beispiele zum Rollwiderstand, Erhaltungsmaßnamen/Stau und Dauerhaftigkeit von Fahrbahnkonstruktionen enthalten.

Auch im Rahmen der europäischen Forschung wird das Thema in verschiedenen Projekten die von der Europäischen Kommission im 7. Rahmenprogramm oder von den Europäischen Straßenbaudirektoren (CEDR) gefördert werden, behandelt. So wird z. B. im Projekt LCE4ROADS (www.ecolabelproject.eu), ehemals EcoLabel, auf Basis eines Lebenszyklusansatzes ein neues EU-abgestimmtes Nachhaltigkeitszertifizierungssystem für kosteneffektive, sichere und grüne Infrastruktur entwickelt. Im Projekt „Evaluation and Decision Processes for greener asphalt roads – EDGAR” (www.ntnu.edu/edgar) werden energieeffiziente Materialien und Technologien und deren Auswirkung auf die Nachhaltigkeit untersucht. Beide Projekte fokussieren sich auf die Asphaltbauweise.

Bild 2: Sonderpublikation des Brüssler Nachrichtenmagazins European Voice zum Thema „Decarbonising road transport“

1.4 Allgemeiner Trend

Bei jedem online Fahrkartenkauf bei der niederländischen Bahn wird angegeben, wieviel CO₂ diese Zugreise, auch im Vergleich zu anderen Reisemitteln, verbraucht. Weitere Beispiele aus dem alltäglichen Leben sind um uns herum vorhanden. Ebenso macht auch dieser Trend vor dem Straßenverkehr und dem Straßenbau nicht halt.

So gibt es z. B. auf Vorgabe der Europäischen Kommission seit 1. November 2012 eine Kennzeichnungspflicht für Kraftfahrzeugreifen (Bild 3) mit einem Reifenlabel, das die Kraftstoffeffizienzklasse, die Nasshaftungsklasse sowie die Klasse des externen Rollgeräusches samt entsprechendem Messwert angibt (Europäische Union 2009).

Weiterhin wurden verschiedene CO₂-Rechner entwickelt, die verschiedene Bauausführungen einer bestimmten Baumaßnahme in Asphaltbauweise miteinander vergleichen (Seve aus Frankreich oder AsPECT aus Großbritannien).

All diese Ansätze führen dazu, dass sich die Asphaltindustrie intensiv mit dem Thema Reduzierung von CO₂-Emissionen beschäftigen muss. Aber auch bereits aus dem reinen Selbstnutzen bei der Reduktion von CO₂, finanzielle Mittel durch z. B. verringerten Kraftstoffverbrauch für Transportwege einzusparen oder aus Wettbewerbsdruck ist das Thema Heute und auch Morgen äußerst relevant.

Bild 3: Reifenlabel für Kraftfahrzeugreifen (Europäische Union 2009)

2 Möglichkeiten der CO₂-Reduzierung

Für die Asphaltindustrie gibt es verschiedene Möglichkeiten CO₂-Emissionen zu reduzieren. Besonders gut lassen sich diese Potenziale in den Lebenszyklus einer Straße fassen.

2.1 Lebenszyklus einer Straße

Der Lebenszyklus einer Asphaltstraße beinhaltet die folgenden Phasen:

• Produktherstellung (Rohmaterialbereitstellung, Transport, Herstellung)
• Bauwerkserstellung (Asphalteinbau, Transport)
• Nutzungsphase (Erhaltung, Betrieb, ggf. Ersatz)
• Ende der Nutzung (Rückbau, Transport, Abfallbehandlung und Abfalllagerung oder Wiederverwendung bzw. Recycling als Rohmaterial für die Produktherstellung).

Dabei nimmt im Lebenszyklus erfahrungsgemäß der CO₂-Verbrauch der Straßennutzer bzw. der Fahrzeuge in der Nutzungsphase mit ca. 95 bis 98 % den weitaus größten Anteil ein. Die anderen Phasen sind bei einer Lebenszyklusbetrachtung eher von untergeordneter Bedeutung.

Die nachfolgend geschilderten Möglichkeiten und Beispiele aus dem Lebenszyklus einer Asphaltstraße sind nicht umfassend und vollständig, sie sollen lediglich ausgewählte Möglichkeiten zur CO₂-Reduzierung aufzeigen.

2.2 Produktherstellungsphase

Bereits bei der Auswahl der Zusammensetzung und der Auswahl der Ausgangsbaustoffe existieren CO₂-Reduzierungspotenziale, da die unterschiedlichen Rohstoffe deutlich verschiedene CO₂eq (kg/tonne Baustoff) aufweisen, wie Bild 4 zeigt.

Bild 4: Ausgewählte CO₂eq für verschiedene Baustoffe im Straßenbau

Auch die Verwendung von Asphaltgranulat bringt eine Reduktion durch das bereits im Granulat enthaltene Bitumen und die Gesteine, die nicht noch einmal aufbereitet und zur Verfügung gestellt werden müssen. Je nach Berechnungsansatz und Anteil des Asphaltgranulates im neuen Asphaltmischgut können sich hierfür CO₂-Einsparungen bis zu 40 % ergeben.

Weiterhin ist der Transportweg zur Anlieferung der Baustoffe an die Mischanlage relevant, je kürzer der Weg umso besser. Auf der Mischanlage ist die Lagerung der Baustoffe wichtig, so braucht z. B. trocken überdacht gelagertes Asphaltgranulat deutlich weniger Wärmeenergie zur Verarbeitung als feuchtes Asphaltgranulat.

2.3 Einbauphase

Der Einsatz von temperaturreduzierten Asphalten wie Warm Mix Asphalt, Half-Warm Mix Asphalt oder Kaltasphalt können die CO₂-Emissionen in der Herstellungsphase deutlich verringern.

Auch in dieser Phase ist der Transportweg zur Anlieferung der Baustoffe an die Verarbeitungs- bzw. Baustelle relevant, je kürzer desto besser.

2.4 Nutzungsphase

Eine frühere Verkehrsfreigabe mit temperaturreduzierten oder viskositätsverringerten Asphalten, z. B. bei einer Erhaltungsmaßnahme während der Nutzungsphase, kann die CO₂-Emissionen durch stauenden und wartenden Verkehr reduzieren.

Eine hohe Dauerhaftigkeit der erstellten Asphaltschichten trägt ebenso seinen Teil zur Reduktion bei, da Erhaltungsmaßnahmen später und auf die Nutzungsphase gesehen weniger häufig notwendig werden.

Den Oberflächeneigenschaften kommt allerdings während dieser Phase eine besondere Bedeutung zu, da der gesamte abzuwickelnde Verkehr über diese rollen muss. Dazu ist Antriebsenergie oder Kraftstoff notwendig, dessen Verbrauch unter anderem direkt von der Oberflächenbeschaffenheit der Straße bezogen auf den Rollwiderstand abhängt. Unabhängige und neutrale Untersuchungen sowie Forschungsprojekte wie z. B. MIRIAM (www. miriamCO₂.net) und COOEE (www.cooee-CO₂.dk) haben hierzu eine klare Aussage gemacht: Der Rollwiderstand ist eine Funktion der Oberflächeneigenschaften Ebenheit und einer bestimmten Textur. Nicht zu vergessen ist hier natürlich der große Anteil der Reifen am Rollwiderstand, der aber in der Verantwortlichkeit einer anderen Industrie liegt. Sollen Optimierungen im Sinne des Rollwiderstandes erfolgen, ist es offensichtlich, dass dies nie zu Lasten der Sicherheit, in diesem Fall der Griffigkeit, erfolgen darf.

Obwohl das Themenfeld Rollwiderstand ein bisher nicht sonderlich beachtetes ist, liegen trotzdem einige Erkenntnisse und auch Lösungsansätze der Asphaltindustrie vor:

Eine Reduzierung des Größtkorns des Asphaltmischgutes von 11 mm auf 8 mm verringert den Rollwiderstand deutlich und führt bereits zu einem Einsparpotenzial für CO₂ von 2 bis 3 % (M+P 2013). Folgt man den Erkenntnissen aus dem MIRIAM-Projekt (MIRIAM 2011) und dem dort erstellten Modell für den Rollwiderstand (RRC), ergibt sich bei einer Verringerung des MPD (bessere Textur) und des IRI (bessere Ebenheit) direkt ein reduzierter Rollwiderstand (Bild 5).

Bild 5: MIRIAM-Model für den Rollwiderstand

Eine solche Oberfläche mit einem geringen MPD lässt sich systematisch herstellen. Dieser Oberflächentyp mit negativer Textur und mit Plateaus (Bild 6), ist heute bereits Basis von vielen lärmreduzierenden Asphalten.

Bild 6: Oberflächentexturen mit schlechtem (links) und gutem Rollwiderstand (rechts) wegen negativer Textur und Plateaubildung

Auf Grundlage dieser Oberflächentextur wurden im dänischen COOEE-Projekt (COOEE 2015) ein maßgeschneiderter „SMA Green Road“ entwickelt und eingebaut. Messungen auf den Teststrecken zeigen einen MPD von 0,5 bis 0,75 mm, bei einem Durchschnitt von 0,945 mm für dänische Straßen für diesen Wert. Diese Eigenschaft des Asphaltes führt zu einer gemessenen Reduktion des Rollwiderstands von 11 bis 25 % bei gleichzeitig hoher Griffigkeit und mit zusätzlicher Lärmreduzierung. Damit ergibt sich das Potenzial für eine Reduktion des Kraftstoffverbrauches von 2 bis zu 5 %.

Damit ist auch klar, dass bereits eine systematische Erhaltung für eine gut erhaltene oder neue ebene Oberfläche hilft, den Rollwiderstand zu verringern. Im Umkehrschluss führt eine schlecht erhaltene Straßenoberfläche zu höherem Rollwiderstand und damit zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch, da dieser eine Funktion der Oberflächeneigenschaften Ebenheit und Textur darstellt.

Somit kann festgehalten werden, dass ebene und mit besonderer Textur ausgestatte Asphaltoberflächen (Englisch: „smooth surfaces“) kraftstoffsparend und lärmmindernd sind.

2.5 Ende der Nutzung

Ein möglichst hoher Grad an Wiederverwendung des Ausbauasphaltes als Asphaltgranulat ist anzustreben, um die Vorteile der Asphaltherstellung mit Asphaltgranulat als Rohmaterial in der Produktherstellungsphase (Abschnitt 2.2) voll ausschöpfen zu können.

2.6 Potenziale zur CO₂-Reduzierung

Die größten Potenziale bieten:

• Design und Herstellung von höchst dauerhaften Konstruktionen für sehr lange Nutzungsdauern (Long Life Pavements)
• Dauerhafte Oberflächen unter der Berücksichtigung der Eigenschaft Rollwiderstand (unter Berücksichtigung der Zielkonflikte mit anderen Eigenschaften)
• Sicherstellen, dass Asphaltmischgut wiederverwendbar ist
• In-Betracht-Ziehen von Cold, Warm & Half-Warm Asphalten
• Minimierung der Emissionen aus dem Baustofftransport
• Minimierung von Energieeinsatz durch Wiederverwendung von Asphalt als Ausgangsbaustoff.

3 Zusammenfassung und Ausblick

Der Druck in Europa auf die Bauindustrie wächst, „grünere Straßen“ zu bauen. Gleichzeitig stehen Werkzeuge zur Berechnung des Carbon Footprint zur Verfügung und werden weiterentwickelt und ergänzt. Hierfür muss die Asphaltindustrie fundiertes und präzises Datenmaterial bereitstellen.

Potenziale für CO₂-Reduktionen bestehen im gesamten Lebenszyklus einer Asphaltstraße, wobei die Nutzungsphase stark dominiert. Die entscheidenden Parameter für diese Phase sind detektiert:

• systematische Erhaltung zur Breitstellung einer ebenen Oberfläche
• und maßgeschneiderte Asphalte zur Reduktion des Rollwiderstandes unter Beachtung der Zielkonflikte wie Griffigkeit und Dauerhaftigkeit.

Für die anderen Phasen des Lebenszyklus liegen ebenfalls Lösungen vor. Insgesamt ist die Asphaltbranche bereits gut aufgestellt und kann ihren Beitrag zur Reduktion des Carbon Footprint der Infrastruktur leisten.

Das Bewusstsein für diesen Ansatz der zukünftigen „CO₂-Reduzierungspflicht“ muss aber erst noch geschaffen werden und in Forschungen und Entwicklungen der Branche berücksichtigt sowie in Normung überführt werden.

Literaturverzeichnis

1. Wikipedia (2015): https://de.wikipedia.org/wiki/CO₂-Bilanz vom 13. August 2015
2. Europäische Kommission (2011): Weißbuch Verkehr: Fahrplan zu einem einheitlichen europäischen Verkehrsraum – Hin zu einem wettbewerbsorientierten und ressourcenschonenden Verkehrssystem, Brüssel
3. European Commission (2013): Revision of EU Green Public Procurement Criteria for Road Construction, Joint Research Centre, Institute for Prospective Technological Studies (IPTS), http://susproc.jrc. ec.europa.eu/road/docs/ROAD_GPP_AnnexI_ScopeProposal.pdf, Brüssel
4. European Voice (2014): Decarbonising Road Transport, Brüssel
5. Europäische Union (2009): Verordnung Nr. 1222/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 25. November 2009 über die Kennzeichnung von Reifen in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz und andere wesentliche Parameter, Amtsblatt der Europäischen Union, Brüssel
6. M+P Raadgevende ingenieurs BV (2013): Influence of road surface type on rolling resistance, Results of the measurements 2013, Report No. M+P.DVS.12.08.3 for Rijkswaterstaat, Ministry of Infrastructure and the Environment, Centre for Transport and Navigation, Delft
7. Miriam (2011): Road surface influence on tyre/road rolling resistance, Report MIRIAM_SP1_04 of the MIRIAM project – Models for rolling resistance, In: Road Infrastructure Asset Management Systems
8. COOEE (2015): Vortrag von Niels Dujardin, Danish Road Directorate: Measurements on COOEE test sections am 28 November 2014, alle weiteren Vorträge und Infos unter: www.cooee-CO₂.dk