Der Weg zu emissionsfreiem Asphaltbeton: Die Nutzung eines Multi-Skalen Experiment- und Simulationsansatzes zur Entwicklung von effektiv verjüngenden und antioxidativen Additiven für die weitere Verbesserung von Ausbauasphalt

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Pengfei Liu, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528307766

Eine der großen Übereinkünfte die während des UN-Weltklimagipfels von 2021 erreicht wurde ist, dass CO2-Emissionen bis 2030 um 45 % reduziert werden sollen. Der Wandel der nötig ist, um dieses Ziel zu erreichen, ist ein Wandel von der Linearwirtschaft hin zu einer Kreislaufwirtschaft. Eine wirkungsvolle Praktik kann die vermehrte Nutzung von Ausbauasphalt (RAP) sein. Dessen Verwertung könnte unter anderem die Verknappung von Ressourcen reduzieren, die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Rohstoffen verringern und die Anhäufung von RAP in Deponien minimieren. Jedoch begrenzt die mangelhafte Performance von RAP aufgrund der oxidativen Alterung des Bitumens seinen Einsatz. Während des Prozesses der Wiederaufbereitung dient der Rejuvenator der Wiederherstellung der Eigenschaften von RAP. Einen vollkommenen Rejuvenator für RAP zu finden würde dem Ziel eines klimaneutralen Asphaltbetons näherkommen. Der zu entwickelnde TRUE-Rejuvenator soll die antioxidative Dauerhaftigkeit von recyceltem Asphaltbeton (RAC) verbessern. Die meisten kommerziellen Rejuvenatoren werden derzeit mit nicht erneuerbaren Materialien hergestellt. Zusätzlich konzentrieren sich die meisten Rejuvenatoren nur auf die Viskosität des wiedergewonnenen Asphaltbindemittels (RAB). Dieser Prozess geschieht durch den Einsatz einer niedermolekularen Masseverbindung (Weichmacher), dadurch wird aber das Problem der Nanoaggregation der großen Makromoleküle (Asphaltene) vernachlässigt. Deshalb erscheint es zielführend einen Rejuvenator zu entwickeln, der enthärten, deagglomerieren, sowie die antioxidative Performance des RAB verbessern kann. Das Ziel ist es einen Bio-Rejuvenator zu entwickeln, der aus Schwarzlauge, aus Abfällen der Zellstoff- und Papierindustrie sowie aus Altspeiseöl (WCO) hergestellt wird. Er soll die physikalisch-chemischen Eigenschaften des RAB wiederherstellen und seine antioxidativen Eigenschaften verbessern. Der Herstellungsprozess und die regenerativen Mechanismen eines solchen auf Lignin und Altspeiseöl (LWC) basierenden Bio-Rejuvenators werden mit Multi-Skalen-Experimenten und numerischen Simulationen untersucht. Es wird erwartet, dass der auf LWC basierende Bio-Rejuvenator die Asphalteigenschaften wiederherstellen kann; einmal durch die Deagglomerierung der großen Makromoleküle, des Weiteren durch die Regenerierung der niedermolekularen Masseverbindung, sowie durch die Unterbrechung der Oxidations-Kettenreaktion. Zusätzlich kann dieser Bio-Rejuvenator Kohlenstoff von Schwarzlauge und WCO absondern, was zu einer negativen CO2-Bilanz führt. Außerdem besteht die Möglichkeit einer vollkommenen Regeneration der Performance von RAC. Diese wird durch ein ausgeprägteres Verständnis der fundamentalen Alterungs- und Regenerationsmechanismen von Asphalt erreicht und ermöglicht eine hohe Zugabemenge von RAP. Solch eine Entwicklung könnte zu einer drastischen Verminderung des CO2-Fußabdruckes von Asphaltbeton beitragen und helfen eine klimaneutrale Straßeninfrastruktur zu errichten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Kooperationspartner: Professor Shih-Hsien Sam Yang, Ph.D.