Der kürzeste Weg zur Reduzierung von CO₂ auf den Straßen? Ein neuer Ansatz zur Bekämpfung von Rissen in schneereichen Regionen: Algenöl macht Asphalt „flexibel“.

Eine unerwartete Antwort auf den "üblichen Grund" für beschädigte Straßen im Winter

Wenn man in schneereichen oder klimatisch stark schwankenden Regionen lebt, sehen die Straßen im Frühjahr meist gleich aus. Risse ziehen sich netzartig über die Oberfläche, Wasser dringt ein, gefriert und dehnt sich aus, schmilzt und hinterlässt Lücken, die schließlich zu Schlaglöchern führen. Autos springen, Fußgänger sind gefährdet, und die Reparaturkosten der Gemeinden steigen.

Um diese "Winterlast" zu verringern, haben Forscher ein neues Material entwickelt. Es handelt sich dabei nicht um Gummi oder Plastik, sondern um... "Algen (Mikroalgen)". Laut einem Artikel von Phys.org (bereitgestellt von ACS) könnte ein aus Algen hergestelltes Bindemittel für Asphalt die Rissbildung bei Minusgraden reduzieren und die Haltbarkeit erhöhen. Phys.org

Die "Schwäche" von Asphalt: Das aus Erdöl gewonnene "Klebstoff" wird hart

Asphaltbeläge bestehen aus Zuschlagstoffen wie Sand und Schotter, die durch Bitumen (eine klebrige Substanz aus Rohöl) zusammengehalten werden. An heißen Tagen dehnt er sich aus, an kalten Tagen zieht er sich zusammen – diese Flexibilität ist entscheidend. Bei plötzlicher Abkühlung wird das Bindemittel jedoch spröde und bruchanfällig. Sobald Risse entstehen, dringt Wasser ein, und durch wiederholtes Gefrieren und Auftauen verschlimmern sich die Schäden schnell. Phys.org

Die aktuelle Forschung zielt darauf ab, das Problem der "Verhärtung bei Kälte" zu lösen, indem ein nachhaltiges, "gummiartiges" Bindemittel aus Algenöl entwickelt wird, das bei niedrigen Temperaturen leistungsfähig ist. Phys.org

Vier Algenöle wurden "berechnet und bewertet", um den vielversprechendsten Kandidaten auszuwählen

Interessant ist, dass die Forscher nicht sofort mit Experimenten begannen. Das Team bewertete vier Algenöle mithilfe von Berechnungsmodellen, um zu prüfen, ob sie sich gut mit den festen Bestandteilen des Asphalts mischen und bei Gefriertemperaturen funktional bleiben. Erst danach wurden Tests durchgeführt. Phys.org

Als vielversprechend erwies sich das Öl aus der Süßwasseralge Haematococcus pluvialis. Dieses zeigte gute Ergebnisse hinsichtlich der Beständigkeit gegen dauerhafte Verformung (Schäden in Richtung von Spurrillen) unter Verkehrslast und gegen Feuchtigkeitsschäden. Phys.org

In simulierten Tests mit "Gefrieren und Verkehr" verbesserte sich die Verformungsrückgewinnung um bis zu 70%

In Labortests, die das wiederholte "Befahren und Einfrieren" simulierten, zeigte der mit H. pluvialis hergestellte Algenasphalt eine bis zu 70% verbesserte Verformungsrückgewinnung im Vergleich zu herkömmlichen erdölbasierten Bindemitteln. Zudem traten bei Minusgraden weniger Risse auf als bei erdölbasierten Bindemitteln. Phys.org

Wichtig ist hier, dass es nicht darum geht, "einfach härter zu machen", sondern die "bei Kälte notwendige Flexibilität und Rückstellfähigkeit" zu erhöhen. Asphalt in kalten Regionen darf nicht zu weich sein, um im Sommer keine Spurrillen zu bilden, und nicht zu hart, um im Winter nicht zu reißen. Algenbasierte Bindemittel bieten eine alternative Lösung für diesen Balanceakt.

CO₂-Reduktionspotenzial: 1% Ersatz führt zu 4,5% Reduktion, 22% könnten "kohlenstoffneutral" sein

Neben der Leistung werden auch Umweltaspekte berücksichtigt. Laut Schätzungen des Forschungsteams könnte der Netto-Kohlenstoffausstoß von Asphalt um 4,5% reduziert werden, wenn 1% des erdölbasierten Bindemittels durch ein algenbasiertes ersetzt wird. Bei etwa 22% Ersatz könnte theoretisch eine Annäherung an Kohlenstoffneutralität erreicht werden. Phys.org

Natürlich ist dies auch der Punkt, der am meisten diskutiert wird. Kohlenstoffneutralität muss über den gesamten Lebenszyklus bewertet werden, einschließlich der "Anbaumethode der Algen", der "für die Ölgewinnung und -verarbeitung verwendeten Energie", des "Transports" und der Frage, ob die Lebensdauer des Belags tatsächlich verlängert wird. Die Zahlen sollten als "Indikator für Möglichkeiten" betrachtet werden. American Chemical Society

Hürden bei der Umsetzung: Skalierung, Kosten, Standards und die Bewertung der "heißen Seite"

Die Forscher zeichnen den Weg zu einer "leistungsstarken und kosteneffizienten, nachhaltigen Straßeninfrastruktur". Phys.org

Gleichzeitig gibt es mehrere Diskussionspunkte bei der Umsetzung.

• Rohstoffskalierung: Straßen benötigen enorme Mengen. Wie kann Algenöl in einem stabilen Versorgungssystem zu welchem Preis bereitgestellt werden?

• Herstellungs- und Mischprozess: Kann es in bestehenden Asphaltwerken mit der erforderlichen Viskosität und Temperatur verarbeitet werden, oder sind Anpassungen nötig?

• Langzeitbeständigkeit: Wie lange hält die Leistung unter realen Bedingungen wie UV-Strahlung, Oxidation, wiederholter Belastung, Auftausalzen und Ölverschmutzung?

• Leistung in heißen Jahreszeiten: Ist es im Winter stark, aber verliert es im Sommer an Spurrillen- und Fließwiderstand?

• Standards und Zertifizierung: Für den Einsatz in öffentlichen Bauprojekten sind Standardkonformität und die Akzeptanz durch die Auftraggeber erforderlich.

Die aktuellen Ergebnisse zeigen "vielversprechende Leistungen bei Minusgraden", aber als nächstes sind Felddaten (von realen Straßen) erforderlich.

Reaktionen in sozialen Medien: Erwartungen und kritische Blicke auf die "Zahlen hinter den Kulissen"

Dieses Thema bleibt nicht nur im Labor. In einem LinkedIn-Post von Elham Fini (unter dem Namen Ellie Fini), die die Forschung leitet, wird hervorgehoben, dass der Artikel auf dem Cover von ACS Sustainable Chemistry & Engineering veröffentlicht wurde und der Ansatz, "die Kompatibilität von Bioölen auf molekularer Ebene (Polarizability) vorherzusagen", betont wird, was viele Reaktionen und Kommentare hervorgerufen hat. LinkedIn

In den Kommentaren finden sich beispielsweise Lobeshymnen wie "beeindruckendes nachhaltiges Material" und "die Kombination von Wissenschaft und Infrastruktur führt zu einer grüneren Zukunft". LinkedIn

Gleichzeitig gibt es fast immer Diskussionen, wenn es um "grüne Materialien × Infrastruktur" in sozialen Medien geht.

• "Kann das in Massenproduktion hergestellt werden?" (Versorgung und Preis)

• "Wird CO₂ wirklich reduziert?" (Hinterfragen der LCA-Annahmen)

• "Gibt es andere Umweltbelastungen?" (Landnutzung, Wasser, chemische Verarbeitung, Nebenwirkungen der Industrialisierung)

• "Wie lange hält es?" (Straßenbeläge müssen "lange halten")

Es ist gesund, dass Lob und Prüfungsanforderungen zusammen auftreten. Da es sich um eine gesellschaftliche Infrastruktur handelt, reicht ein "interessantes Material" allein nicht aus. Es wird entscheidend sein, ob die Leistung, die Kosten, die Verarbeitbarkeit, die Sicherheit und die Umweltauswirkungen in einer für die Praxis verständlichen Sprache erklärt werden können.

Dennoch zeigt der Algenasphalt "die nächste Norm"

Der Wert der aktuellen Forschung liegt nicht darin, dass "Algen zu mischen ökologisch ist", sondern darin, dass sie den Ausfallmodus in kalten Regionen (Risse bei niedrigen Temperaturen) durch Materialdesign direkt angeht. Zudem wurden Berechnungsmodelle in die Materialsuche integriert, Kandidaten ausgewählt, Experimente durchgeführt und Hypothesen zur Emissionsreduktion aufgestellt. Phys.org

Wenn der Kreislauf von "im Winter kaputt, im Frühjahr repariert, im nächsten Winter wieder kaputt" auch nur ein wenig verlangsamt werden kann, wird dies sowohl die Sicherheit der Fahrer als auch das Budget der Gemeinden positiv beeinflussen und letztlich auch den CO₂-Ausstoß verringern. Ob der Tag kommt, an dem Algen die Straßen retten, hängt von den nächsten Felddaten ab.

(Referenz: DOI 10.1021/acssuschemeng.5c03860 / Finanzierung durch das US-Energieministerium angegeben)