Bild 1: Biochar

Es gibt zum Thema der Zumischung von Kohlenstoff aus Biomasse-Abfällen via Pyrolyse um die 60 Studien. Zählt man noch diejenigen mit Carbon Black (Industrieruß) dazu, kommt man leicht auf hundert Arbeiten. Denn Carbon Black ist sehr eng mit Biochar, also dem Pyrolysat aus Biomasseabfall verwandt. 

Um es gleich vorwegzunehmen: Biochar übersetzt mit Pflanzenkohle ist ein Irrtum! Im angelsächsischen Sprachraum wird Bio nicht so verstanden, wie im deutschen Sprachraum. Also sind die Übersetzungen Biokohle oder Pflanzenkohle nicht vollständig. Biochar umfasst alle festen, organischen Siedlungsabfälle. Dazu gehören u. a. Klärschlamm, Papierreste, Kunststoffe und Knochen, ja sogar Altreifen enthalten wertvollen Kohlenstoff.  

Und mit genau diesen Alternativ-Pyrolysaten arbeitet das schweizerische Dienstleistungsunternehmen InfraTrace seit 2021. Zumischungen sowohl in Heißmischgut, Bitumenemulsionen und Beton erzeugen normgerechte Baustoffe. Aus den Studien kann man zudem entnehmen, dass sich der Asphalt gegenüber der Spurrinnenbildung verbessert, einen guten UV-Schutz bietet und sogar eine antioxidative Schutzwirkung auszuüben scheint. Eine Handvoll Bauprüflabors in der Schweiz arbeitet hier am Thema. 

Basel als Vorreiter in der Schweiz
Die Stadt Basel hat vor zwei Jahren auf Anregung von InfraTrace Binder- und Tragschichten mit Pyrolysaten gemischt. Man rechnet hierbei mit 2 % Kohlenstoff mit einer Bilanzneutralität im CO₂-Fußabdruck einer Tonne Asphalt, welche bei rund 50 kg liegt. Die Stadt Luzern zieht nun nach und der schweizerische Dienstleister ist auch mit weiteren Kommunen im Gespräch.  

Einige Hürden sind zunehmen
Bislang sind praktisch alle Pyrolyseanlagen in Europa auf die Herstellung von Pflanzenkohle abgestimmt. Doch diese Pyrolysate sind mittelfristig zu wertvoll, um sie in Baustoffe zu versenken. Sie gehören in biologische Kreislaufe wie Bodenverbesserung, Tierfutterzusatz und Wasserfilter. Zudem rechnen wir bei den Baustoffen mit sehr großen Mengen an Kohlenstoff. Hier drängen sich förmlich all die Siedlungsabfallströme auf, welche bislang mehrheitlich verbrannt werden. Dies verlangt nach etwas anderen Pyrolyseprozessen und -anlagen.

Der extrahierte Kohlenstoff muss weiter auf die Sieblinie eines Mischgutes abgestimmt werden. Zudem darf er das zugegebene Bitumen durch seine große Oberfläche von 300 m²/g und mehr nicht austrocknen. InfraTrace hat hier eine Art Imprägnierung entwickelt, welche dies verhindert. Diese Imprägnierung, gepaart mit einem Trägermaterial aus einem Gemisch aus feinen mineralischen Aggregaten, macht den Kohlenstoff gut handhabbar. Auch erhöht sich die Viskosität eines Mischgutes mit 2 % Kohlenstoff spürbar. Interessant ist jedoch, dass durch die mechanische Behandlung in der Fertigerschnecke ein thixotropes Verhalten, also eine Wandlung hin zu einem geschmeidigen Stoff beobachtet werden kann.

Bild 2: Deckschichtmuster mit 2 % Kohlenstoffzugabe

Warum nicht auch mit Niedertemperaturasphalt
Der Kohlenstoff funktioniert sowohl mit Schaumbitumen wie mit Wachszusätzen. Auch Polymerzusatze sind kein Problem. Mit Niedertemperaturasphalt ist der Reduktionsfaktor noch besser – der Asphalt wird zu einer Positivsenke.  

Eine enge Verwandtschaft
Betrachten wir noch kurz die enge chemische Verwandtschaft zwischen Bitumen und Kohlenstoff aus der Pyrolyse. Bitumen enthalt mehr Wasserstoff, da dieser aus langkettigen Kohlenwasserstoffen aufgebaut ist. Ansonsten finden sich die gleichen Stoffe in beiden Produkten. Im Grunde auch gut erklärbar: Die Verkohlung ist ja die innerhalb einer Familie ablaufende Umwandlung organischer Stoffe über Torf, Braunkohle, Erdöl, Steinkohle hin zu nahezu reiner Anthrazitkohle. Mit der Pyrolyse beschleunigen wir diesen Vorgang lediglich.

Bild 3: Biochar unter dem Elektronenmikroskop

Einige Worte zur zunehmenden Erwärmung
Gerade urbane Gebiete leiden zunehmend unter sommerlichen Hitzerekorden. Es gibt nun Bestrebungen, mit hellen Deckschichten die Albedo zu verbessern. Der Kohlenstoff behalt andererseits solche Deckschichten länger dunkel. Doch selbst helle Steine, welche mit Bitumen verankert sind, sind sehr schlechte Wärmeleiter. Denn gerade das Bitumen als Wärmespeicher verhindert die Wärmeableitung. InfraTrace arbeitet hier an einem modifizierten Kohlenstoff, welcher nicht als Wärmespeicher, sondern als Wärmeleiter funktioniert. Mit anderen Worten sollten so behandelte Deckschichten einen Teil der Sonnenenergie an tiefere Schichten verteilen.

Wieweit nun Zusatzstoffe im Bitumen wie Lignin eine bessere Wärmeleitfähigkeit erzeugen, ist noch Gegenstand der Forschung.

Fazit
Kohlenstoff gilt in der Chemie als Gerüstbauer – übrigens zusammen mit Silizium! Kein Element lässt sich vielseitiger einsetzen. Darum hat auch die Natur mit diesem Allzweckbaustein Millionen von Verbindungen zusammengesteckt. Bei den für Baustoffe möglichen Anwendungen sind wir erst am Anfang. Da wird sich noch einiges an Erkenntnissen eröffnen, welches auch dem Umweltschutz zu gute kommen kann.

Verfasser
Roland Christen
InfraTrace GmbH
CH-3629 Kiesen
www.infratrace.ch