Biobitumen: Wie biobasierte Bindemittel den Asphalt verändern
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Biobitumen soll fossiles Bitumen im Asphalt teilweise oder vollständig ersetzen. Als Rohstoffe kommen unter anderem Lignin, Pflanzenöle, Nebenprodukte der Forstwirtschaft, Pyrolyseöle und Flüssigkeiten aus Cashewschalen infrage. Die Herkunft allein macht ein Bindemittel jedoch noch nicht nachhaltig: Technische Lebensdauer, Transporte, Verarbeitung, Flächennutzung und spätere Wiederverwertung entscheiden über die tatsächliche Umweltbilanz.
Asphalt muss bei Sommerhitze, Frost, Schwerverkehr und Feuchtigkeit zuverlässig funktionieren. Neue Bindemittel können daher nicht allein anhand ihres biogenen Anteils beurteilt werden. Laborprüfungen, Versuchsstrecken und langjährige Beobachtungen müssen zeigen, ob sie Verformung, Rissbildung und Alterung ebenso gut widerstehen wie etablierte Produkte.
Was Biobitumen eigentlich ist
Bitumen ist ein schwerdickes, dunkles Stoffgemisch, das überwiegend aus der Verarbeitung von Erdöl stammt. Im Asphalt umhüllt es die mineralische Gesteinskörnung und verbindet sie zu einer belastbaren, zugleich begrenzt verformbaren Masse.
Der Bitumenanteil macht mengenmässig nur einen kleinen Teil des Asphalts aus. Für dessen Verhalten ist er dennoch entscheidend. Das Bindemittel beeinflusst, wie gut sich das Mischgut verarbeiten und verdichten lässt, wie es auf Wärme und Kälte reagiert und wie rasch der fertige Belag altert.
Der Ausdruck „Biobitumen“ ist keine einheitliche chemische Bezeichnung. Er umfasst verschiedene Bindemittel, Zusätze und Mischungen mit Bestandteilen aus nachwachsenden oder biogenen Rohstoffen. Einige Produkte ersetzen lediglich einen Teil des fossilen Bitumens. Andere Konzepte verfolgen einen weitgehenden oder vollständigen Ersatz.
Auch Begriffe wie „Bioasphalt“ oder „biobasierter Asphalt“ werden nicht immer gleich verwendet. Mitunter bezeichnet „Bioasphalt“ einen herkömmlichen Asphalt, dessen Bindemittel einen begrenzten biogenen Anteil enthält. Für eine sachliche Bewertung muss deshalb der tatsächliche Anteil und die Funktion des biobasierten Materials bekannt sein.
Aus welchen Rohstoffen Biobitumen hergestellt wird
Biogene Bindemittel können aus sehr unterschiedlichen Stoffströmen stammen. Besonders interessant sind Nebenprodukte, die bereits in Industrie, Land- oder Forstwirtschaft anfallen. Ihre Nutzung konkurriert weniger direkt mit der Lebensmittelproduktion als der gezielte Anbau zusätzlicher Ölpflanzen.
Lignin gehört zu den häufig untersuchten Ausgangsstoffen. Die komplexe organische Verbindung verleiht Holz und anderen Pflanzen Festigkeit. In der Zellstoff- und Papierindustrie fällt Lignin in grossen Mengen als Nebenstrom an. Seine aromatische Struktur macht es für die Entwicklung bitumenähnlicher Bindemittel interessant.
Pflanzliche Öle und chemisch veränderte Pflanzenölprodukte können die Verarbeitbarkeit und Flexibilität beeinflussen. Abhängig von Zusammensetzung und Dosierung wirken sie als Bindemittelbestandteil, Weichmacher oder Verjüngungsmittel für gealterten Ausbauasphalt.
Weitere Ansätze nutzen Tallöl aus der Zellstoffproduktion, Harze, Stärke, Reststoffe aus der Lebensmittelverarbeitung oder Bioöle aus der thermochemischen Umwandlung von Biomasse. Bei der Pyrolyse wird organisches Material unter weitgehendem Ausschluss von Sauerstoff erhitzt. Das dabei entstehende flüssige Produkt lässt sich nach einer Aufbereitung als Bestandteil eines Bindemittels untersuchen.
Auch Flüssigkeiten aus Cashewschalen werden in Pilotprojekten eingesetzt. Sie fallen bei der Verarbeitung der Schalen an und enthalten chemische Verbindungen, aus denen sich technische Bindemittel herstellen lassen. Entscheidend ist, dass Herkunft, Verarbeitung und Transport nachvollziehbar bilanziert werden.
Biogen bedeutet nicht automatisch biologisch abbaubar
Biobitumen wird aus biogenen Rohstoffen hergestellt, muss sich im Strassenbelag aber gerade nicht schnell zersetzen. Eine Fahrbahn soll über Jahre stabil bleiben und Wasser, Sauerstoff, UV-Strahlung sowie wechselnden Temperaturen widerstehen.
„Biobasiert“ beschreibt somit die Herkunft eines Teils der Kohlenstoffverbindungen. Der Begriff bedeutet weder kompostierbar noch schadstofffrei. Ebenso lässt sich daraus keine Klimaneutralität ableiten.
Ein Bindemittel kann vollständig biobasiert sein und trotzdem einen hohen Energiebedarf bei Herstellung oder Transport verursachen. Umgekehrt kann eine Mischung mit kleinerem biogenem Anteil durch lange Lebensdauer, tiefe Verarbeitungstemperaturen und einen hohen Anteil an Ausbauasphalt eine überzeugende Gesamtbilanz erreichen.
Drei Wege zum Einsatz im Asphalt
Beim ersten Ansatz ersetzt ein biobasierter Stoff einen Teil des fossilen Bitumens. Diese Mischungen lassen sich häufig leichter an bestehende Anlagen und bekannte Rezepturen anpassen. Der fossile Rohstoffbedarf sinkt, während bewährte Bestandteile einen grossen Teil des technischen Verhaltens bestimmen.
Der zweite Weg verwendet biogene Stoffe als Modifikatoren oder Additive. Sie sollen bestimmte Eigenschaften verbessern, etwa die Verarbeitbarkeit bei tieferen Temperaturen oder die Flexibilität eines gealterten Bindemittels. In diesem Fall ist der biobasierte Anteil möglicherweise klein, erfüllt aber eine gezielte technische Aufgabe.
Beim dritten Ansatz entsteht ein weitgehend oder vollständig erdölfreies Bindemittel. Diese Lösung besitzt das grösste theoretische Substitutionspotenzial, stellt aber hohe Anforderungen an Rezeptur, Qualitätskontrolle und Langzeitnachweis.
Zwischen diesen Varianten bestehen erhebliche Unterschiede. Ein Produkt mit biogenem Zusatz ist technisch und ökologisch nicht unmittelbar mit einem vollständig biobasierten Bindemittel vergleichbar. Transparente Deklarationen sind deshalb für Ausschreibung, Ökobilanz und spätere Wiederverwertung wichtig.
Welche Eigenschaften geprüft werden müssen
Bitumen wird bei Wärme weicher und bei Kälte steifer. Diese temperaturabhängige Veränderung ist für die Konstruktion einer Fahrbahn zentral. Ein Bindemittel darf an heissen Tagen unter Last keine übermässigen Spurrinnen begünstigen. Bei tiefen Temperaturen muss es zugleich genügend nachgiebig bleiben, um Risse zu begrenzen.
Im Labor wird deshalb das Fliess- und Verformungsverhalten untersucht. Moderne rheologische Verfahren zeigen, wie elastisch oder viskos ein Bindemittel unter verschiedenen Temperaturen und Belastungen reagiert. Weitere Prüfungen simulieren Kurzzeit- und Langzeitalterung.
Ein biobasiertes Produkt muss ausserdem zuverlässig an der Gesteinskörnung haften. Dringt Wasser zwischen Stein und Bindemittelfilm, kann sich der Verbund lösen. Dieser als Stripping bezeichnete Vorgang schwächt den Asphalt.
Bei der Untersuchung des fertigen Mischguts stehen unter anderem Verdichtbarkeit, Wasserempfindlichkeit, Steifigkeit, Ermüdung, Kälteverhalten und Widerstand gegen bleibende Verformung im Mittelpunkt. Für Deckschichten kommen Griffigkeit, Abrieb, Ebenheit und akustische Eigenschaften hinzu.
Ein einzelner günstiger Laborwert reicht nicht aus. Wird ein Bindemittel besonders steif eingestellt, kann das Spurrinnen begrenzen, zugleich aber die Rissgefahr erhöhen. Die Rezeptur muss deshalb einen ausgewogenen Bereich für den vorgesehenen Einsatz erreichen.
Schwankende Rohstoffe als technische Herausforderung
Erdölbitumen ist ebenfalls kein chemisch vollkommen einheitlicher Stoff. Raffinerien können seine Eigenschaften jedoch innerhalb definierter Produktklassen steuern. Biogene Rohstoffe bringen zusätzliche Schwankungen mit.
Holzart, Anbaugebiet, Erntezeit, industrielle Vorbehandlung und Lagerung beeinflussen die Zusammensetzung. Lignin aus einem Herstellungsverfahren kann sich deutlich von Lignin aus einem anderen Prozess unterscheiden. Dasselbe gilt für Pflanzenöle und Pyrolyseprodukte.
Für die industrielle Anwendung braucht es daher verbindliche Eingangskontrollen und verlässliche Aufbereitungsverfahren. Hersteller müssen festlegen, welche Rohstoffqualität zulässig ist und wie abweichende Eigenschaften in der Rezeptur ausgeglichen werden.
Geruch und Emissionen während der Verarbeitung gehören ebenfalls zur Prüfung. Naturbasierte Ausgangsstoffe sind nicht automatisch unbedenklich. Massgeblich ist, welche Stoffe bei Lagerung, Erwärmung, Einbau und Nutzung tatsächlich freigesetzt werden.
Vom Labor zur Versuchsstrecke
Im Labor lassen sich Alterung und Belastung beschleunigt nachbilden. Die Realität bleibt komplexer: Verkehrslasten, Sonneneinstrahlung, Wasser, Frost-Tau-Wechsel, Untergrund und Einbauqualität wirken gleichzeitig auf den Belag ein.
Darum folgen auf erfolgreiche Materialversuche häufig Pilotproduktionen im Asphaltmischwerk. Dabei zeigt sich, ob das neue Bindemittel dosiert, gepumpt, gelagert und mit der Gesteinskörnung homogen vermischt werden kann.
Anschliessend werden Versuchsfelder oder ganze Strassenabschnitte gebaut. Referenzflächen mit herkömmlichem Asphalt ermöglichen einen direkten Vergleich. Fachstellen beobachten Verformungen, Risse, Oberflächenzustand und Griffigkeit über mehrere Jahre.
Der Schritt zur breiten Anwendung erfolgt erst, wenn technische Eignung, Lieferfähigkeit, Arbeitssicherheit und Wirtschaftlichkeit ausreichend belegt sind. Pilotprojekte sind damit ein notwendiger Entwicklungsabschnitt, aber noch kein Nachweis für eine allgemeine Gleichwertigkeit in allen Belastungsklassen.
Potenzial für den Klimaschutz
Der Ersatz fossilen Bitumens kann den Bedarf an erdölbasierten Rohstoffen reduzieren. Pflanzen haben während ihres Wachstums Kohlenstoff aufgenommen, der im Bindemittel und im Belag zeitweise gebunden bleibt. Wie gross der Klimavorteil ausfällt, hängt jedoch von der Systemgrenze der Berechnung ab.
Eine aussagekräftige Ökobilanz betrachtet Rohstoffgewinnung, Aufbereitung, Hilfsstoffe, Energie, Transporte, Mischgutproduktion, Einbau, Unterhalt und Entsorgung. Auch die Nutzungsdauer ist wesentlich. Muss ein Belag früher ersetzt werden, kann der zusätzliche Material- und Maschineneinsatz einen anfänglichen Vorteil verringern.
Rest- und Nebenstoffe schneiden häufig günstiger ab als eigens angebaute Rohstoffe. Ihre Bilanz hängt allerdings davon ab, welcher Anteil der Umweltbelastung dem Nebenprodukt zugerechnet wird und welche bisherige Verwendung verdrängt wird.
Das Bundesamt für Strassen untersucht biobasierte Bindemittel neben Niedertemperaturasphalt, Lignin, Recyclingmaterial und weiteren Ansätzen als mögliche Option zur Emissionsminderung. Die schweizerische Bewertung hebt zugleich hervor, dass Umwelteffekt, technische Leistung, Lebensdauer, Risiken und Kosten zusammen betrachtet werden müssen.
Konkurrenz um Biomasse vermeiden
Biomasse steht nicht unbegrenzt zur Verfügung. Holz, Öle und landwirtschaftliche Erzeugnisse werden auch für Lebensmittel, Futtermittel, Chemikalien, Werkstoffe und Energie benötigt. Ein grosser neuer Absatzmarkt kann Preise, Landnutzung und bestehende Stoffströme verändern.
Besonders kritisch sind Rohstoffe, deren Anbau zusätzliche Flächen beansprucht oder natürliche Ökosysteme verdrängt. Monokulturen, Bewässerung, Dünger und Pflanzenschutzmittel können die Umweltbilanz belasten.
Kaskadennutzung setzt höherwertige stoffliche Anwendungen vor die energetische Verwertung. Für Biobitumen sind daher Reststoffe interessant, die nicht mehr für langlebigere Produkte genutzt werden können oder in ausreichender Menge als Nebenstrom anfallen.
Zertifikate können die Herkunft transparenter machen, ersetzen aber keine projektspezifische Prüfung. Lieferketten, Rückverfolgbarkeit und reale Verfügbarkeit müssen ebenso berücksichtigt werden wie der nominelle biogene Anteil.
Herstellungstemperatur bleibt ein wichtiger Hebel
Klassischer Heissasphalt wird bei hohen Temperaturen produziert, transportiert und eingebaut. Dafür benötigt das Mischwerk Energie. Gleichzeitig entstehen Dämpfe und eine erhebliche Wärmebelastung für Beschäftigte auf der Baustelle.
Niedertemperaturasphalt senkt die notwendige Misch- und Einbautemperatur durch angepasste Bindemittel, Additive oder Verfahren. Bestimmte biobasierte Komponenten können dabei die Verarbeitbarkeit unterstützen. Das ist jedoch keine allgemeine Eigenschaft jedes Biobitumens.
Biogenes Bindemittel und temperaturreduzierte Herstellung sind daher zwei getrennte, potenziell kombinierbare Strategien. Bei jeder Kombination muss die Verdichtung zuverlässig gelingen. Ein zu stark abgekühltes oder schlecht verdichtetes Mischgut enthält mehr Hohlräume, durch die Wasser und Sauerstoff eindringen können.
Der belmedia-Beitrag über das Asphaltieren bei hohen Temperaturen erläutert, weshalb Temperaturfenster und rechtzeitige Verdichtung für Einbauqualität und Arbeitsschutz bedeutsam sind.
Biobitumen und Ausbauasphalt zusammendenken
Asphalt besitzt einen wichtigen Vorteil: Ausgebautes Material kann aufbereitet und erneut als Baustoff verwendet werden. Dabei werden sowohl die Gesteinskörnung als auch Anteile des vorhandenen Bindemittels zurückgewonnen.
Das alte Bitumen ist durch die Nutzungszeit gealtert und steifer geworden. Weichere Bindemittel oder sogenannte Verjüngungsmittel können seine Eigenschaften teilweise ausgleichen. Für solche Rejuvenatoren werden auch biogene Rohstoffe untersucht.
Ein biobasiertes Bindemittel sollte die Wiederverwertung nicht erschweren. Dafür muss bekannt sein, wie es altert, wie es sich mit frischem und gealtertem Erdölbitumen mischt und ob wiederholte Recyclingzyklen möglich bleiben.
Ein hoher Recyclinganteil ist nicht in jeder Asphaltschicht und unter jeder Belastung gleich einfach umzusetzen. Zusammensetzung, verfügbare Qualität des Ausbauasphalts und technische Anforderungen bestimmen die zulässige Menge.
Kreislauffähigkeit und biogener Rohstoffanteil sollten deshalb nicht gegeneinander ausgespielt werden. Eine belastbare Lösung verbindet möglichst lange Nutzung, geeignete Instandhaltung und hochwertige Wiederverwendung.
Normen und Ausschreibungen
Strassenbeläge werden über Anforderungen an Ausgangsstoffe, Zusammensetzung und Leistung geregelt. Etablierte Normen und technische Lieferbedingungen sind auf bekannte Bitumensorten und Prüfmethoden ausgerichtet.
Ein neuartiges Bindemittel kann einzelne konventionelle Kennwerte erfüllen und sich während der Alterung trotzdem anders verhalten. Darum gewinnen leistungsbezogene Prüfungen an Bedeutung. Sie untersuchen Eigenschaften, die für den konkreten Einsatz entscheidend sind.
Für öffentliche Bauherren stellt sich zusätzlich die Frage, wie ein innovatives Produkt ausgeschrieben werden kann, ohne Wettbewerb, Sicherheit oder Dauerhaftigkeit zu beeinträchtigen. Möglich sind Pilotlose, funktionale Anforderungen und dokumentierte Freigabeverfahren.
Umweltdeklarationen und nachvollziehbare Ökobilanzen erleichtern den Vergleich. Dabei müssen identische Bezugsgrössen und Lebensdauern verwendet werden. Ein Vergleich pro Tonne Bindemittel kann zu einem anderen Ergebnis führen als eine Bilanz pro Quadratmeter Fahrbahn und Nutzungsjahr.
Der Artikel über neue Materialien für nachhaltigeres Bauen ordnet biobasierte und recycelte Werkstoffe in die breitere Entwicklung des Bausektors ein.
Weitere Anwendungen ausserhalb der Fahrbahn
Bitumen wird nicht ausschliesslich im Strassenbau eingesetzt. Es findet sich auch in Dach- und Abdichtungsbahnen, Schutzbeschichtungen sowie Dichtungssystemen für Ingenieurbauten.
Biobasierte Ersatzstoffe könnten deshalb auch im Hochbau eine Rolle spielen. Die Anforderungen unterscheiden sich jedoch von jenen einer Fahrbahn. Eine Dachbahn muss etwa dauerhaft wasserdicht, alterungsbeständig und mit dem jeweiligen Schichtaufbau verträglich sein.
Im Gebäude können Brandschutz, Geruch, Emissionen, Dimensionsstabilität und Anschlüsse an andere Materialien besonders wichtig sein. Eine erfolgreiche Asphaltrezeptur lässt sich daher nicht unverändert auf Abdichtungen übertragen.
Auch bei diesen Anwendungen entscheidet die Nutzungsdauer über den ökologischen Nutzen. Ein Bindemittel mit kleinerem fossilem Anteil bringt wenig, wenn die Abdichtung vorzeitig versagt und der gesamte Aufbau ersetzt werden muss.
Kosten und Verfügbarkeit
Fossiles Strassenbaubitumen ist ein etabliertes Massenprodukt mit vorhandener Logistik, Lagertanks und Regelwerken. Biobasierte Alternativen müssen sich in diese Infrastruktur integrieren oder eigene Lieferketten aufbauen.
Kleine Produktionsmengen erhöhen häufig die Kosten. Hinzu kommen Aufbereitung, Qualitätssicherung, zusätzliche Prüfungen und die Begleitung von Pilotflächen. Bei einer breiteren Herstellung können Skaleneffekte entstehen, sie sind aber nicht garantiert.
Für Bauherren zählt nicht allein der Einkaufspreis pro Tonne. Ein vollständiger Vergleich umfasst Mischgutproduktion, Einbau, Baustellendauer, Unterhalt, Nutzungszeit und spätere Verwertung.
Regional verfügbare Nebenprodukte können Transportwege reduzieren und neue Wertschöpfung schaffen. Gleichzeitig benötigen Strassenbauprojekte gleichbleibende Mengen und Qualitäten. Eine regionale Lösung muss deshalb auch bei grösseren Bauvolumen zuverlässig lieferbar sein.
Wo die Entwicklung derzeit steht
Biobitumen hat den Schritt aus dem Grundlagenlabor auf verschiedene Pilotflächen geschafft. Forschungsprojekte und erste kommerzielle Anbieter zeigen, dass biogene Komponenten technisch in Asphaltbindemittel eingebracht werden können.
Daraus folgt noch keine universelle Einsatzreife. Produkte unterscheiden sich in Rohstoff, Herstellungsverfahren, biogenem Anteil und Leistungsfähigkeit. Ergebnisse einer bestimmten Rezeptur lassen sich nicht pauschal auf alle unter dem Begriff Biobitumen angebotenen Materialien übertragen.
Für wenig belastete Wege oder Versuchsfelder gelten andere Anforderungen als für Autobahnen, stark beanspruchte Kreuzungen, Brücken oder Flugverkehrsflächen. Die Anwendung muss deshalb zur nachgewiesenen Leistung passen.
Für die Schweiz sind lange Beobachtungszeiträume besonders wichtig. Höhenlage, Frost, intensive Sonneneinstrahlung, Schneeräumung und grosse Temperaturunterschiede beanspruchen Strassenbeläge auf unterschiedliche Weise.
[https://www.youtube.com/embed/PULukFUT33Q](https://www.youtube.com/embed/PULukFUT33Q)
Das Video „Asphalt – Vom Steinbruch auf die Strasse“ aus der Reihe „Die Nordreportage“ des NDR begleitet Herstellung, Transport, Einbau und Wiederverwertung von Asphalt. Es vermittelt damit die konventionellen Abläufe, in die biobasierte Bindemittel technisch integriert werden müssen.
Entscheidend ist die Leistung über den gesamten Lebenszyklus
Biobitumen kann fossile Rohstoffe im Strassen- und Abdichtungsbau reduzieren. Besonders interessant sind Rest- und Nebenstoffe wie Lignin oder geeignete Rückstände aus industriellen Prozessen. Das Potenzial reicht von kleinen Zusätzen bis zu weitgehend biobasierten Bindemitteln.
Die Vorsilbe „Bio“ ist jedoch kein Qualitäts- oder Nachhaltigkeitsnachweis. Rohstoffherkunft, Energiebedarf, Transporte, Einbau, Dauerhaftigkeit und Recyclingfähigkeit müssen gemeinsam bewertet werden. Eine kürzere Nutzungsdauer kann ökologische Vorteile rasch vermindern.
Die weitere Entwicklung hängt von standardisierten Rohstoffen, belastbaren Prüfverfahren und langjährig überwachten Referenzflächen ab. Gelingt der Nachweis vergleichbarer technischer Leistung, kann Biobitumen ein Baustein klimaverträglicherer Verkehrsinfrastrukturen werden. Recyclingasphalt, tiefere Produktionstemperaturen und vorausschauender Unterhalt bleiben dabei ebenso wichtig.
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