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Mehr InformationenMobilität ermöglichen und dabei steigende Anforderungen an Nachhaltigkeit erfüllen – wie ist das möglich? Für eine nachhaltigere Gestaltung des Straßenbaus gibt es tatsächlich sehr verschiedene Ansätze: von ressourcenschonenden Verfahren bis zum Einsatz künstlicher Intelligenz. Wir stellen einige Möglichkeiten vor.
Einmal zum Mond und wieder zurück – so weit reicht die Gesamtlänge des deutschen Straßennetzes. Auf rund 830.00 Kilometer, verteilt auf verschiedene Straßentypen, erstreckt sich die Infrastruktur aus Autobahnen, Bundes-, Landes- und Kreisstraßen sowie innerörtlichen Verkehrswegen.
Der Bundesverkehrswegeplan 2030 sieht vor, dass die Bundesfernstraßen in den kommenden Jahren um weitere 6.100 Kilometer ausgebaut werden sollen. Daneben gilt es außerdem, die bestehende Verkehrsinfrastruktur zu erhalten. Im Bundesverkehrsministerium zählt deshalb die Vorgabe „Erhaltung vor Neubau“.
Mehr als 40 Milliarden Euro waren für Erhaltung, Neu- und Ausbau der Bundesfernstraßen allein für den Zeitraum zwischen 2019 bis 2023 vorgesehen, 2021 lagen die Investitionen für Straßen und Brücken bei insgesamt etwas mehr als 13 Milliarden Euro. Davon wurden allein 5,8 Milliarden für Bundesfernstraßen ausgegeben.
Die Investitionen in die Straßenverkehrsinfrastruktur sind unerlässlich. Das liegt nicht nur an den Prognosen, die für die Zukunft eine weitere Steigerung des ohnehin schon sehr hohen Volumens des Güterverkehrs vorhersagen. Es geht auch um die Qualität der vorhandenen Verkehrsnetze.
Gerade hier zeigen die jährlichen Berichte des World Economic Forum aber Defizite. Seit 2006 hat sich die Qualität der deutschen Verkehrsinfrastruktur kontinuierlich verschlechtert. Das betrifft zwar in besonderem Maße die Schieneninfrastruktur, allerdings zeigen Umfragen des Instituts der Deutschen Wirtschaft einen ähnlichen Trend: Beim Straßenverkehr gaben 78 Prozent der befragten Firmen für das Jahr 2022 Beeinträchtigungen im Straßenverkehr an. Im Jahr 2013 hatte dieser Wert noch bei 65 Prozent gelegen.
Die regelmäßig durchgeführte Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) ergibt zwar insgesamt sowohl für den Gebrauchswert (das umfasst z. B. Fahrsicherheit und -komfort) als auch für den Substanzwert (das ist der bauliche Zustand) ein anderes Bild (siehe Grafik). Dennoch braucht es Investitionen des Bundes: Etwas mehr als 8,5 Milliarden Euro sind jährlich für die Straßenverkehrsinfrastruktur im Bundeshaushalt vorgesehen.
BEGRIFFSSYSTEMATIK DER STRASSENERHALTUNG | ||
Betriebliche Unterhaltung (Wartung) | ||
Bauliche Erhaltung | Bauliche Unterhaltung (Instandhaltung) | |
Instandsetzung | I1 – auf der Deckschicht | |
I2 – an der Deckschicht | ||
Erneuerung | E1 – Deck-/Binderschicht | |
E2 – Tragschicht(en) | ||
Um-/Ausbau (Modernisierung) | ||
Erweiterung/Neubau (Kapazitätserweiterung) |
Neubau und Instandhaltung der Straßen sind aber nicht nur kostenintensiv: für einen Kilometer Autobahn etwa plant der Bund mit über 390.000 Euro plus 180.000 Euro Verwaltungskosten. Der Straßenbau benötigt außerdem große Mengen Material. Rund 30.000 Tonnen Sand werden beispielsweise für den Bau von einem Autobahnkilometer verwendet. Das entspricht der Menge, die für den Bau von 150 Einfamilienhäusern notwendig ist.
Wie lassen sich sowohl Straßenbau als auch Straßenerhaltung nachhaltiger und ressourcenschonender gestalten? Ansatzpunkte gibt es tatsächlich zur Genüge, von Anpassungen des Vergaberechts über die Auswahl der Baustoffe oder die angewendeten Bauverfahren bis hin zu digitalen Prozessen.
Im Nachfolgenden werden drei Schwerpunkte und ihre Möglichkeiten für den nachhaltigen Straßenbau vorgestellt. Zunächst geht es um verschiedene Verfahren, anschließend werden Baustoffe und der Einsatz von künstlicher Intelligenz betrachtet.
Bei Straßenbau und Straßenerhaltung geht es einerseits darum, die Verkehrsflächen sicher und an der Verkehrsbelastung orientiert zu gestalten. Andererseits müssen Bund, Länder und Kommunen nach Wegen suchen, um die verfügbaren Haushaltsmittel möglichst effektiv einzusetzen.
Innovative, nachhaltige und ressourcenschonende Verfahren sollen dabei helfen, die Notwendigkeit zur Ertüchtigung der Straßennetze mit knappen Etats in Einklang zu bringen. Die Potenziale sind in jedem Fall vorhanden: Die Straßenbauverwaltung des Landes Baden-Württemberg etwa hat bereits seit 2012 verschiedene Pilotprojekte durchgeführt, um die Wirkung neuartiger Bauverfahren zu testen.
Die Erfahrungen waren positiv, so dass diese Verfahren in Zukunft bei der Planung von Straßenbauprojekten stärker berücksichtigt werden sollen. Wir erläutern einige der denk- und verfügbaren Optionen.
Alte Asphaltschichten abtragen und sie anschließend wiederverwenden – das ist das Prinzip hinter dem Maximalrecycling. Bis zu 80 Prozent einzelner Asphaltschichten ließen sich damit erneut nutzen, in Baden-Württemberg gibt es seit 2011 Projekte, um die Quote sogar auf 90 Prozent zu erhöhen. Das Verfahren wird dort mittlerweile als Standardbauweise auf Landesstraßen geführt.
Maximalrecycling bedeutet weniger Herstellungsenergie, weniger Deponieabfälle und ein deutlich geringerer Anteil an Primärrohstoffen. Dazu müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein:
Damit beschädigte Asphaltdecken nicht komplett abgetragen und ausgetauscht werden müssen, können sie mit Hilfe des Dünnschichteinbaus DSK (dünne Schichten im Kalteinbau) instandgesetzt werden. Das Verfahren lässt sich etwa bei Spurrinnen, rutschigen Oberflächen oder ähnlichen Beschädigungen der Fahrbahnoberfläche einsetzen. Es erfolgt im Wesentlichen in zwei Arbeitsgängen:
Neben dem DSK-Verfahren ist auch der Einbau dünner Asphaltdeckschichten in Heißbauweise auf Versiegelung (DSH-V) möglich. Es funktioniert ähnlich, allerdings unter Einsatz von Wärme. Beide Verfahren verhindern den vollständigen Austausch der gesamten Fahrbahndecke und erlauben stattdessen, mit einem deutlich geringeren Ressourceneinsatz und in kürzerer Zeit die Sanierung einer Straße durchzuführen.
Mit Kaltrecycling besteht die Möglichkeit, bis zu 100 Prozent des alten Asphalts wiederzuverwenden – und das ohne Wärmezufuhr. Das Prinzip ähnelt dabei dem des Maximalrecyclings. Der Fahrbahnbelag wird abgefräst, das gewonnene Granulat anschließend
aufbereitet. Zum Einsatz kommen dabei in der Regel Wasser und Schaumbitumen als Bindemittel. Dadurch entsteht eine homogene Masse, die anschließend wieder auf die Fahrbahn aufgetragen werden kann.
Abgesehen vom Verzicht auf Wärme hat das Verfahren einen zweiten Vorteil: Es lässt sich in-situ, also vor Ort anwenden. Das heißt, alle Arbeitsgänge vom Fräsen über das Vermischen bis zum Auftragen werden direkt auf der Baustelle ausgeführt. Der Fräsasphalt muss so gar nicht erst abtransportiert werden. Dadurch können zusätzlich Kosten und Ressourcen für Transport und Lagerung eingespart werden.
Das im Kaltrecycling hergestellte Material wird meistens als Tragschicht im nachgeordneten Streckennetz verwendet. Das hängt mit den Anforderungen zusammen, die die Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen an die Asphaltdeckschicht stellen. Im Hinblick auf die möglichen Einsparungen bei der Materialentsorgung (die vollständig entfällt), dem Transportaufkommen, dem Ressourcenverbrauch oder den CO2-Emissionen ist Kaltrecycling dennoch eine sinnvolle Option für den nachhaltigen Straßenbau.
Genau wie bei den Verfahrensweisen im Straßenbau geht es auch bei den dabei verwendeten Materialien um die Frage, wie diese ressourcenschonender produziert und verarbeitet werden können. Das heißt beispielsweise: Wie lassen sich die eingesetzten Materialmengen reduzieren? Das heißt aber ebenso, gängige Baustoffe durch Rezyklate oder nachhaltigere Alternativen zu ersetzen.
Wie viel Material in den Straßenbau in Deutschland fließt, lässt sich nur schwer beziffern. Eine ältere Studie des Umweltbundesamtes gibt allein für Deck-, Trag- und Bindeschicht sowie Unterbau von Autobahnen Folgendes an:
Die Zahlen decken sowohl den Bau als auch den Unterhalt der Straßeninfrastruktur in Deutschland ab und sind dabei auf ein Jahr bezogen. Nimmt man noch Bundes-, Landes-, Kreis- und Gemeindestraßen hinzu, kommen allein fast 46 Millionen Tonnen Asphalt zusammen. Angesichts eines derart hohen Materialverbrauchs sind nachhaltige Alternativen ein wichtiger Faktor – nicht nur wegen der positiven Auswirkungen für Klima und Umwelt, sondern auch wegen der steigenden Baukosten, die nicht zuletzt durch die Ausgaben für Baustoffe getrieben werden. Nachhaltigere Materialien sind unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ebenfalls sinnvoll.
Rund 95 Prozent der Fahrbahndecken von deutschen Straßen bestehen aus Asphalt. Es gibt also einen entsprechend hohen Bedarf für die Erhaltung und den Neubau all dieser Straßen. Dazu trägt unter anderem die jährlich steigende Verkehrslast bei, die ihre Spuren hinterlässt: Spurrinnen, Schlaglöcher und ähnliche Verschleißerscheinungen sind nicht zu vermeiden. Allerdings müssen sie zügig und regelmäßig behoben werden, um größere Beschädigungen und Beeinträchtigungen von Komfort und Verkehrssicherheit zu verhindern.
Für die Produktion der notwendigen Mengen Asphalt kommen immer häufiger recycelte Baustoffe, sogenannte Sekundärrohstoffe, zum Einsatz. Das verringert die Menge an kostbaren Primärrohstoffen, bedeutet aber zugleich Aufwand für Abtragen, Zerkleinern und Verarbeiten. Erschwerend kommt hinzu, dass die Qualität der Rezyklate nicht immer den Anforderungen entspricht. Bereits weiter oben wurde deshalb auf die Notwendigkeit hingewiesen, Straßenbeläge schichtweise und somit sortenrein abzufräsen.
Um den Anteil von Recyclingbaustoffen für den Straßenbau zu erhöhen, werden nicht nur die Verfahren weiterentwickelt, sondern ebenso die Baumaterialien selbst. Obwohl sich einige Alternativen noch im Experimentierstadium befinden, sind dennoch bereits heute nachhaltige Optionen verfügbar.
Bei der Produktion von Niedrigtemperaturasphalt (NTA) werden vor allem zwei Ziele im Sinne der Nachhaltigkeit verfolgt: die Energieeinsparung beim Erhitzen des Asphaltgemischs einerseits und die Reduzierung von Emissionen der Asphaltmischanlagen andererseits. Durch einen geringeren Energieeinsatz lässt sich die Gesamtenergiebilanz von temperaturabgesenktem Asphalt deutlich verbessern. Eine Senkung der Temperatur spart beispielsweise erhebliche Mengen Heizöl ein: Bei NTA liegt die Herstellungstemperatur bei 110 bis 130°C und damit deutlich unter den für Heißasphalte üblichen 160°C.
Die niedrigere Temperatur macht es allerdings erforderlich, auf die Viskosität des beigefügten Bitumens einzuwirken. Denn dieses bleibt ansonsten zähflüssig und umschließt die Gesteinskörnung nicht ausreichend. Additive wie Wachs oder Zeolith helfen jedoch dabei, die reduzierten Temperaturen auszugleichen.
Der Deutsche Asphaltverband (DAV) hat Ende März 2023 bereits angekündigt, ab 2025 ausschließlich NTA herstellen zu wollen. Neben der möglichen Reduzierung von CO2-Emissionen und den Energieeinsparungen spielen auch arbeitsschutzrechtliche Erwägungen eine Rolle bei dieser Entscheidung: Für die Heißverarbeitung von Bitumen gilt ein Arbeitsplatzgrenzwert für die Entwicklung von Dampf und Aerosolen. Mit konventionellem Heißasphalt ist dieser jedoch nicht einzuhalten. So kommt NTA nicht nur der Umwelt, sondern auch den in der Asphaltbranche arbeitenden Menschen zugute.
Wie das Beispiel NTA zeigt, ist die Suche nach möglichen Verbesserungen von gängigen Baustoffen für den Straßenverkehr ein zentraler Aspekt für mehr Nachhaltigkeit. Das betrifft nicht nur Asphalt, sondern ebenso Bitumen, das unter anderem als Bindemittel und Dichtungsmaterial verwendet wird.
Der Nachteil: Bituminöse Beläge müssen regelmäßig erneuert werden, weil sie nicht dauerhaft haltbar sind. Da Bitumen aus Erdöl gewonnen wird, ist es zudem nicht wirklich nachhaltig. An der Technischen Universität in Wien gibt es deshalb Forschungen, um den Alterungsprozess zu verlangsamen und die Recyclingfähigkeit zu verbessern.
Daneben gibt es Versuche, Bitumen wenigstens teilweise durch recycelten Kunststoff zu ersetzen, in der Regel bei Reparaturen der Fahrbahnoberflächen. Ein niederländisches Start-up geht aber deutlich weiter und fertigt ganze Module aus Kunststoffrezyklaten. Diese können theoretisch ohne Aushubarbeiten in einem Sandbett verlegt werden. Hohlräume im Inneren erleichtern zugleich das Verlegen von Leitungen.
Polymethylmethacrylat (PMMA) ist ein Flüssigkunststoff, der vor allem bei notwendigen Sanierungen der Fahrbahnoberfläche eine Alternative zu Kalt- und Heißasphalten sein kann. Gegenüber der gängigen Asphaltbauweise hat die Ersatzmasse einige entscheidende Vorteile:
Praxistests der Fachhochschule Erfurt haben bereits gezeigt, dass PMMA auch in Sachen Langlebigkeit überzeugende Ergebnisse liefert.
Wenn es um nachhaltigere Materialien für die Straßeninfrastruktur geht, sind die Möglichkeiten aber längst nicht auf den Straßenbelag beschränkt. ABES zeigt mit seinen Pollern und Absperrpfosten aus Aluminiumguss, wie auch andere Elemente der Infrastruktur zu mehr Nachhaltigkeit beitragen können:
Nachhaltiger Straßenbau sollte deshalb ganzheitlich betrachtet werden, um alle Optionen zur Ressourcenschonung auszuschöpfen.
Bessere Planung, nachhaltigere Prozesssteuerung: Das Forschungsprojekt KInaStra („Künstliche Intelligenz für den nachhaltigen Straßenbau“) sucht nach Wegen, um die CO2-Emissionen von Bauprozessen zu reduzieren. Das Ziel sind intelligente, datengetriebene Echtzeit-Steuerungsverfahren, mit denen Bauunternehmen die Nachhaltigkeitsanforderungen etwa von öffentlichen Auftraggebern erreichen können.
Digitale Technologien sollen in diesem Zusammenhang Verschiedenes leisten:
Die digitalen Tools sollten außerdem das Nachhaltigkeits-Reporting unterstützen und damit für mehr Transparenz sorgen.
Die Ergebnisse des Forschungsprojektes, das im Rahmen des Innovationsförderprogramms „InvestBW – Digitalisierung und Künstliche Intelligenz“ vom baden-württembergischen Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus gefördert wird, bleiben jedoch vorerst abzuwarten. Die Forschungen haben im Januar 2023 begonnen, die Förderung läuft bis Ende 2024.
Das norwegische Forschungszentrum SINTEF hat unterdessen die Möglichkeiten untersucht, CO2-Emissionen auf Baustellen durch eine KI-unterstützte Koordination der Fahrzeugflotte zu senken. Die Fahrzeuge sollen damit effizienter eingesetzt werden können. Das spart Kraftstoff und reduziert den Emissionsausstoß.
Die beiden Projekte zeigen, dass Nachhaltigkeit im Straßenbau mit ganz unterschiedlichen Mitteln erreicht werden kann.
Quellen:
Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e. V.: BranchenReport 2022 „Straßenbau“. Eine statistische Analyse
https://www.bauindustrie.de/fileadmin/bauindustrie.de/Zahlen_Fakten/BranchenReport/220711-BranchenReport_Strassenbau_Auszug.pdf
Ders.: … auf den Punkt gebracht – „Zustand der Verkehrswege“
https://www.bauindustrie.de/fileadmin/bauindustrie.de/Zahlen_Fakten/Auf_den_Punkt_gebracht/221121_Zustand_der_Verkehrswege.pdf
Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV): Infrastruktur
https://bmdv.bund.de/SharedDocs/DE/Artikel/G/infrastruktur-statistik.html
BMDV: Erhaltungsbedarfsprognose für die Bundesfernstraßen
https://bmdv.bund.de/SharedDocs/DE/Artikel/StB/erhaltungsbedarfsprognose.html
BMDV: Verkehr in Zahlen 2022/2023
https://bmdv.bund.de/SharedDocs/DE/Publikationen/G/verkehr-in-zahlen-2022-2023-pdf.pdf?__blob=publicationFile
Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI): Investitionsrahmenplan 2019-2023 für die Verkehrsinfrastruktur des Bundes (IRP)
https://bmdv.bund.de/SharedDocs/DE/Publikationen/G/investitionsrahmenplan-2019-2023.pdf?__blob=publicationFile
BMVI: Bundesverkehrswegeplan 2030
https://bmdv.bund.de/SharedDocs/DE/Publikationen/G/bundesverkehrswegeplan-2030-gesamtplan.pdf?__blob=publicationFile
Ministerium für Verkehr und Infrastruktur Baden-Württemberg: Wir bauen nachhaltig!
https://vm.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/m-mvi/intern/Dateien/Broschüren_Publikationen/Wir_bauen_nachhaltig_Broschuere-Strassenbau_MVI_Internet.pdf
Ders.: Maximalrecycling bei Asphaltschichten in Baden-Württemberg
https://www.ise.kit.edu/rd_download/SBT/Maximalrecycling_bei_Asphaltschichten_in_Baden_Wuerttemberg.pdf
ProMobilität: Nachhaltiger Straßenbau
https://www.promobilitaet.de/positionen/nachhaltiger-strassenbau/nachhaltiger-strassenbau-positionen/
Kies für Generationen: Wiederverwendung Ausbauasphalt und Einsatz Niedertemperaturasphalt. Best Practice Guideline
https://www.kiesfuergenerationen.ch/resources/AHB_Guideline_Broschuere-D.pdf
Mansfeld, Richard: Maximalrecycling – Auf dem Weg ins Regelwerk? Situation in Sachsen, Hamburg und Baden-Württemberg
https://www.asphalt.de/fileadmin/user_upload/asphaltberatung/downloads/03_-_mansfeld-maximalrecycling.pdf
Lanxess: Nachhaltiger Straßenbau für sicheres Fahren
https://lanxess.com/de-DE/INSIDE-LANXESS/X-PLAIN/Stories/2021/Nachhaltiger-Straßenbau-für-sicheres-Fahren
DerStandard: Forschungslabor für einen nachhaltigen Straßenbau
https://www.derstandard.de/story/2000121777736/forschungslabor-fuer-einen-nachhaltigen-strassenbau
Süddeutsche Zeitung: Straßen aus Joghurtbechern
https://www.sueddeutsche.de/wirtschaft/nachhaltigkeit-strassenbau-plastikmuell-recycling-1.5487311
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM): Wie wir arbeiten. Pionier des Bio-Betons
https://www.bam.de/Content/DE/Interviews/Wie-wir-arbeiten/pionier-des-bio-betons.html
KInaStra: Künstliche Intelligenz für den nachhaltigen Straßenbau
https://www.kinastra.de
SINTEF: Artificial intelligence cuts emissions and costs of road projects
https://www.sintef.no/en/latest-news/2023/artificial-intelligence-aids-with-cuts-in-emissions-and-costs-of-road-projects/
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