3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 37 Umweltleistung von Asphaltmischungen Ein Vergleich von Hot Mix Asphalt (HMA) und Warm Mix Asphalt (WMA) mittels Ökobilanz Pamela Del Rosario, M. Sc. Institut für Nachhaltigkeit im Bauwesen, RWTH Aachen Gijs Krekel, M. Sc. Institut für Nachhaltigkeit im Bauwesen, RWTH Aachen Dr.-Ing. Nicolás Carreño Institut für Straßenwesen, RWTH Aachen Univ. Prof. Marzia Traverso (PhD) Institut für Nachhaltigkeit im Bauwesen, RWTH Aachen Zusammenfassung In diesem Beitrag werden die potenziellen Umweltauswirkungen von HMA und WMA erörtert. Insbesondere wird untersucht, ob und inwieweit die geringeren Produktions- und Einbautemperaturen von WMA im Vergleich zu HMA zu einer verbesserten Umweltbilanz führen. Die Umweltauswirkungen werden mit der Methode der Ökobilanz (Life Cycle Assessment, LCA) nach den Normen ISO 14040 und 14044 berechnet, wobei der Fokus auf Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) liegt. In der Fallstudie wurde das LCA unter Einbeziehung der Rohstoffgewinnung, des Transports zur Mischanlage und der Produktion sowie des Transports zur Baustelle und der Einbauprozesse durchgeführt. Die Erkenntnisse der Studie sollen die nachhaltige Entwicklung und Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Straßenbausektors unterstützen, indem Umwelt-Hotspots und Potenziale identifiziert und adressiert werden. 1. Einführung Der Transportsektor ist ein wichtiger Treiber der anthropogenen Treibhausgase (THG). Etwa 11 % der in Europa erzeugten THG-Emissionen stammen aus dem Verkehrssektor [1]. Zudem ist der Straßenverkehr mit einem Anteil von 77 % der Hauptverursacher von THG-Emissionen innerhalb des Transportsektors [2]. Schätzungen der Weltbank zufolge können 5 bis 10 % der gesamten THG-Emissionen des Sektors mit dem Straßenbau in Verbindung gebracht werden, mit stark steigender Tendenz [3]. Je nach Straßenauf bau werden außerdem zwischen 54 % und 65 % dieser Emissionen bei der Gewinnung und Herstellung von Materialien verursacht [3]. Asphalt ist das am häufigsten verwendete Material für Straßenbeläge in Europa [4, 5]. Um den Bedarf für Bau- und Instandhaltungsprojekte zu decken, wurden allein in der EU im Jahr 2020 208,3 Millionen Tonnen Asphalt produziert, was 25 % der Gesamtproduktion entspricht [6, 7]. Daher spielt die Asphaltindustrie eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung der THG-Emissionen und des Ressourcenverbrauchs. Tatsächlich sind sowohl die großen Mengen an Rohstoffen als auch die für die Asphaltproduktion benötigte Energiemenge mit erheblichen Umweltauswirkungen verbunden [8]. Aufgrund der beträchtlichen Umweltauswirkungen dieses Materials ist eine genaue und robuste Quantifizierung der Umweltauswirkungen von Asphaltmischungen erforderlich. Dies ist mit der Ökobilanz (Life Cycle Assessment, LCA) möglich. Die Ökobilanz ist eine Methode, die die Identifizierung und Quantifizierung potenzieller Umweltauswirkungen während des gesamten Lebenszyklus von Produkten ermöglicht [9, 10]. Dabei werden die Umweltauswirkungen anhand von Wirkungskategorien wie Treibhauspotenzial, Versauerungspotenzial, Eutrophierungspotenzial, Ökotoxizität und anderen bewertet. Diese Methode wird derzeit in verschiedenen Branchen angewendet [11] und ist durch die ISO 14040 und ISO 14044 standardisiert [10, 12]. Die LCA-Methode wurde bereits zur Bewertung der Umweltauswirkungen in der Straßenbauindustrie eingesetzt. Insbesondere wurden mehrere LCA-Studien über Asphaltmischungen durchgeführt. Huang et al. entwickelten ein Ökobilanzmodell für den Bau und die Instandhaltung von Straßenbelägen, das auf die Straßenbauindustrie des Vereinigten Königreichs (UK) zugeschnitten ist. Dieses Modell wurde auf ein reales Asphaltbauprojekt im UK angewandt, bei dem die Mischung von Asphalt, die Herstellung von Bitumen und die Gewinnung von Zuschlagstoffen als die wichtigsten Hotspots identifiziert wurden. 38 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 Umweltleistung von Asphaltmischungen Außerdem wurde festgestellt, dass die Verwendung von Recyclingmaterial den Einsatz von Primärbitumen um etwa 7 % reduziert. [13] Holldorb und Meisenzahl führten im Auftrag des Deutschen Asphaltverbandes e.V. (DAV) eine LCA-basierte vergleichende Bewertung von Beton- und Asphaltbelägen durch. Die Studie betrachtete die Umweltauswirkungen, die mit der Herstellung und Instandhaltung des Bauwerks verbunden sind. Für die Asphaltvariante zeigten die Ergebnisse, dass 43 % des Primärenergieverbrauchs bei der Asphaltherstellung anfallen, gefolgt von der Bitumenproduktion (20 %). Außerdem zeigte die Studie, dass etwa 33 % des Treibhauspotenzials (Global Warming Potential, GWP) durch die Herstellung der Asphaltmischung, 17 % durch die Herstellung des Bitumens und 13 % durch die Gewinnung der Zuschlagstoffe verursacht wird. [14] In einer weiteren Studie wurden die potenziellen Umweltauswirkungen von konventionellem Hot Mix Asphalt (HMA) und HMA mit rezyklierten Betonzuschlägen als partieller Ersatz für grobe natürliche Zuschläge untersucht. Die Autoren kommen zu ähnlichen Ergebnissen wie [13] und [14] - die Umweltauswirkungen der untersuchten Mischungen wurden vor allem durch die Bitumenherstellung, das Mischen des Asphalts und die Gewinnung der Zuschlagstoffe bestimmt. Dabei erwies sich die Bitumenherstellung als besonders bedeutsam für die Wirkungskategorien menschliche Gesundheit (nicht krebserregend), Ökotoxizität und Erschöpfung fossiler Brennstoffe. Der Mischprozess wiederum war hauptsächlich für die Wirkungskategorien Treibhauspotenzial, Ozonabbaupotenzial und menschliche Gesundheit (Partikel) relevant. [15] In ihrer Studie konzentrierten sich Gulotta et al. auf die Identifizierung von Umwelt- und Energie-Hotspots verschiedener bituminöser Mischungen für eine italienische Straße, indem sie mehrere Wirkungskategorien bewerteten (globaler Energiebedarf, Treibhauspotenzial, Versauerungspotenzial, Eutrophierungspotenzial und photochemisches Oxidationspotenzial). Die Ergebnisse zeigten, dass die Materialherstellung, einschließlich der Rohstoffgewinnung und -bereitstellung, für alle Wirkungskategorien einen durchschnittlichen Anteil von mehr als 50 % hat. [16] Diese Ergebnisse stimmen mit denen aus [14-17] überein. In den letzten Jahren wurden neue Alternativen untersucht, um die Umweltleistung von Asphaltmischungen zu verbessern. So wurden beispielsweise Warm- Mix-Asphalte (WMA) wiederbelebt. Diese Mischgüter zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei abgesenkten Produktions- und Einbautemperaturen hergestellt werden können, indem dem Asphaltgemisch verschiedene Additive zugesetzt werden [18, 19]. Obwohl WMAs nicht neu sind, wurden sie in den letzten Jahren nicht wirklich in der Praxis eingesetzt [18]. Die Temperatursenkung bei den WMAs soll nicht nur zu Einsparungen beim Energieverbrauch und bei der Emissionserzeugung im Mischwerk führen [19], sondern auch zur Reduzierung der Bitumendämpfe und Aerosole während des Einbaus [20, 21]. Diese Verringerung von Bitumendämpfen und Aerosolen ist mit dem neuen Arbeitsgrenzwert von 1,5 mg/ m³ zu einer zusätzlichen Herausforderung für die Straßenbauindustrie geworden. Gerade deshalb haben WMAs wieder in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Die benötigte temperatursenkenden Additive sind jedoch mit eigenen Umweltauswirkungen verbunden. Daher ist es notwendig, ihre Umweltleistung innerhalb des neuen Produktsystems (WMA) zu bestimmen, um die potenziellen Emissionseinsparungen zu quantifizieren. Ziel dieses Beitrags ist, zu untersuchen, ob und inwieweit die geringeren Produktions- und Einbautemperaturen von WMA im Vergleich zu HMA zu einer besseren Umweltleistung führen. Gleichzeitig konzentriert sich diese Studie auf die Identifizierung von Umwelt-Hotspots, die während der betrachteten Phasen des Lebenszyklus von Asphaltbelägen auftreten, von der Rohstoffgewinnung bis zum Einbau des Belags. 2. Life Cycle Assessment (LCA) Bei der Ökobilanz (Life Cycle Assessment, LCA) werden alle Energie- und Materialflüsse sowie Outputs (z. B. Abfall und Emissionen) eines Produktsystems bewertet, um die Umweltauswirkungen im Lebenszyklus zu quantifizieren [22]. Die Ökobilanz besteht aus vier Phasen: Definition von Ziel und Untersuchungsrahmen, Sachbilanz, Wirkungsabschätzung und Auswertung [12]. In Anlehnung an die ISO-Normen 14040 und 14044 definiert die erste Phase eines LCA - Ziel und Untersuchungsrahmen - Parameter wie das Ziel der Studie, die funktionelle Einheit, die Systemgrenzen, die Anforderungen an Datenquellen und -qualität, die Annahmen und die Methode der Wirkungsabschätzung. In der Sachbilanz erfolgt die Erfassung aller relevanten Inputs und Outputs für die definierten Systemgrenzen. Daran schließt sich die Wirkungsabschätzung an, d.h. die Einordnung der Sachbilanzergebnisse in die verschiedenen Wirkungskategorien (Klassifizierung), gefolgt von der Umrechnung der Ergebnisse in gemeinsame Einheiten und deren Zusammenfassung innerhalb der Wirkungskategorien (Charakterisierung). Schließlich besteht die Auswertung u.a. aus der Ermittlung von Umwelt-Hotspots und dem Beitrag einzelner Prozesse zu den gesamten Auswirkungen. Darüber hinaus werden Sensitivitätsanalysen durchgeführt, um den Einfluss bestimmter Parameter auf die Ergebnisse zu untersuchen und weitere Lebenszyklus-Szenarien zu bewerten. Die LCA-Methode wird für Bauprodukte in der Norm EN 15804 standardisiert [10, 12, 23]. Diese Norm enthält allgemeine Produktkategorieregeln (Product Category Rules, PCR) für die Veröffentlichung einer Umweltproduktdeklaration (Environmental Product Declaration, EPD) für Bauprodukte. EPDs sind Typ III Umweltdeklarationen zur Mitteilung quantitativer Umweltdaten auf der Grundlage einer Ökobilanz [24]. Aus diesem Grund können EPDs auch als Datenquelle in Ökobilanzstudien verwendet werden [25]. Die EN 15804 definiert die Lebenszyklusphasen von Produkten, die in den Geltungsbereich der Norm fallen, wie in Abb. 1 dargestellt. 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 39 Umweltleistung von Asphaltmischungen Abb. 1 Lebenszyklusphasen basierend auf [23] Obwohl die EN 15804 die Kernanforderungen für die EPD und damit die Ökobilanz von Bauprodukten in Europa festlegt, gibt es lokale Unterschiede, wie z. B. Gesetzgebung oder unterschiedliche Markt- und Produktmerkmale, die im Zusammenhang mit PCRs und EPDs berücksichtigt werden müssen. Daher wurden von nationalen, privaten oder akademischen Organisationen zusätzliche PCRs auf der Grundlage der EN 15804 entwickelt. PCRs gewährleisten einheitliche Bewertungen sowie vergleichbare und zuverlässige Ergebnisse. Zwei bedeutsame europäische PCRs für die Umweltbewertung der Herstellung von Asphaltbelägen sind das norwegische „PCR Teil B für Asphalt“ (in diesem Text als NO-PCR bezeichnet) und das niederländische „PCR Asfalt“ (in diesem Text als NL-PCR bezeichnet) [26, 27]. Im Rahmen dieses Beitrags werden die EN 15084 und die vorgenannten PCRs als Referenz für das LCA verwendet. 2.1 Ziel und Untersuchungsrahmen Ziel dieser Studie ist der Vergleich der Umweltleistung der Herstellung und Konstruktion eines WMA- Oberbaus mit einer Referenzkonstruktion aus HMA, wobei der Schwerpunkt auf dem Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) liegt. Die durchgeführte Ökobilanz basiert auf einem theoretischen Szenario in Aachen, Deutschland. Betrachtet wird der Austausch der Deck-, Binder- und Tragschicht auf beiden Seiten eines 5 km langen Abschnitts der Autobahn A4. Es wird angenommen, dass die Autobahn eine durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke von 50.000 Fahrzeugen pro Tag mit einem Schwerverkehrsanteil von 20% hat. Für den Schichtenaufbau (Schichtstärken und Mischgutsorten) wurde eine Belastungsklasse von BK100 gemäß RStO 12 angesetzt [28]. Der Asphalt wird in einer fiktiven Mischanlage hergestellt, die mit einem Paralleltrockner für die Trocknung und Erwärmung vom Asphaltgranulat (Reclaimed Asphalt Pavement, RAP) sowie mit elektrisch beheizten Bitumentanks ausgestattet ist. In Anlehnung an die NL-PCR wird davon ausgegangen, dass beide Trockner mit Erdgas betrieben werden. Als Standort der Anlage wird der Produktionsstandort der Asphaltmischanlage Willy Dohmen in Geilenkirchen angenommen (30,2 km von dem betrachteten Autobahnabschnitt entfernt). Es wurde ein Referenz-HMA-Oberbau nach der RStO 12 und den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 07/ 13) entworfen [28, 29]. Basierend auf dem zuvor beschriebenen Szenario wurden Eckdaten wie Schichtdicke, Mischgutsorte, Bindemitteltyp, RAP-Gehalt sowie Herstell- und Einbautemperaturen festgelegt. Darüber hinaus wurde eine Variante dieses Auf baus für WMA erstellt. Die Eigenschaften der Oberbauten sind in Tab. 1 aufgeführt. Aus Vertraulichkeitsgründen wird das Additiv als „Additiv A“ bezeichnet. 40 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 Umweltleistung von Asphaltmischungen Tab. 1 Oberbaukonstruktionen für HMA und WMA Oberbaukonstruktion HMA WMA Schicht Deckschicht Binderschicht Tragschicht Deckschicht Binderschicht Tragschicht Schichtdicke [cm] 3,5 8,5 22 3,5 8,5 22 Mischgutsorte SMA 8 S AC 22 B S AC 32 T S SMA 8 S AC 22 B S AC 32 T S Additiv Zellulosefasern n.a. n.a. Additiv A Additiv A Additiv A Zellulosefasern RAP-Gehalt [Gew.-%] 0 50 50 0 50 50 Herstellungstemperatur [°C] 175 170 160 150 150 145 Einbautemperatur [°C] 170 165 155 140 140 130 Die Ökobilanz wurde gemäß den Anforderungen der ISO 14040 und ISO 14044 umgesetzt, und die Systemgrenzen umfassen die Herstellungs- und Bauphasen (Lebenszyklusphasen A1-A5 nach DIN EN 15804). Als funktionelle Einheit wurde „die Herstellung und der Bau von 1 m² gewalzter Fläche“ definiert. Die Systemgrenzen der Ökobilanz sind in Abb. 2 dargestellt. Die Analyse wurde mit der Software SimaPro 9.1.0.8 unter Verwendung von Ecoinvent v.3.5-Datensätzen durchgeführt [30]. Es wurde die Allokationsmethode „Cut-off“ gemäß EN 15804 gewählt [23]. Die Wirkungsabschätzung wurde anhand der vom Center of Environmental Science der Universität Leiden (CML-IA) v.4.7 entwickelten Methode berechnet, wobei der Schwerpunkt auf dem Treibhauspotenzial gemittelt über den Zeitraum von 100 Jahren (GWP100) liegt. 2.2 Sachbilanz Aufgrund des zugrundeliegenden theoretischen Szenarios wurde die Ökobilanz in erster Linie mit Sekundärdaten berechnet. Dennoch beruhen einige Elemente auf Primärdaten. Dazu gehört die Berechnung der Referenzflüsse im Modul A1 (Rohstoffgewinnung). Die Umweltauswirkungen des WMA-Additivs wurden vom Hersteller bereitgestellt. Darüber hinaus basierte die Berechnung der Transportentfernungen für die Module A2 (Transport zum Mischwerk) und A4 (Transport zur Baustelle) auf existierenden Produktionsstandorten für die verschiedenen Rohstoffe sowie auf einer spezifischen Asphaltmischanlage. Die Produktion vom Bitumen und polymermodifizierten Bitumen (PmB) wurde anhand der Eurobitume LCI-Datenbank modelliert [31, 32]. Die Modellierung des Asphaltmischprozesses (A3) wurde in zwei Teile gegliedert. Der erste Teil beschreibt den Verbrauch von Energieressourcen während des Produktionsprozesses und wird mit Hilfe des vereinfachten Energieallokationsmodells (EA) der NL-PCR berechnet [26]. Der zweite Teil beschreibt die PAK-Emissionen während des Mischprozesses, wobei ein kombinierter Ansatz aus der in der NL-PCR definierten Methodik und der deutschen technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) verwendet wurde [33]. Das Inventar des Moduls A5 (Einbau) besteht aus den Emissionen, die durch den Betrieb mobiler Maschinen (Straßenfertiger und Walzen) entstehen. Die Emissionen für Straßenfertiger und Walzen wurden mit dem vom Umweltbundesamt (UBA) entwickelten Transport-Emissions-Modell für mobile Maschinen (TREMOD-MM) ermittelt [34]. 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 41 Umweltleistung von Asphaltmischungen Abb. 2 Systemgrenzen basierend auf [27] 3. Ergebnisse und Diskussion Das GWP100 der Oberbauvarianten wird für die fünf untersuchten Lebenszyklusphasen in Abb. 3 dargestellt. Der HMA-Oberbau hat mit 42.8 kg CO 2 -Äq/ m² den höchsten GWP-Wert, während der WMA-A-Oberbau einen GWP100-Wert von 40.8 kg CO 2 -Äq/ m² aufweist. In beiden Fällen treten die höchsten Auswirkungen im Modul A3 (Herstellung) auf, die etwa 55 % der Gesamtauswirkungen ausmachen. Es folgt die Gewinnung von Rohstoffen (31,4 %). Die Transportprozesse der Module A2 und A4 tragen jeweils zwischen 5 und 7 % bei, während das Modul A5 (Einbau) für weniger als 1 % des gesamten GWP100 verantwortlich ist. 42 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 Umweltleistung von Asphaltmischungen Abb. 3 GWP100 der HMA- und WMA-A-Variationen Die für das GWP maßgeblichen Prozesse sind in Abb. 4 dargestellt. Den größten Beitrag leisten die Heizprozesse in der Asphaltmischanlage und die Herstellung von Bitumen. Dies korreliert mit den Ergebnissen von [35], [36] und [37], welche zu demselben Schluss kommen. Abb. 4 Prozess-Beitrag zum GWP100 für die Lebenszyklusphasen A1-A5 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 43 Umweltleistung von Asphaltmischungen Mit Ausnahme des Gütertransports weist die WMA-Variante im Vergleich zu HMA für alle beitragenden Prozesse niedrigere GWP100-Werte auf. Dies wird jedoch zumindest teilweise durch die Auswirkungen der Additivproduktion kompensiert, was auch die Untersuchungen [37] und [38] bestätigen. Beide zeigen keinen klaren Unterschied zwischen der Umweltleistung von HMA und WMA in dieser Wirkungskategorie. Darüber hinaus folgt die Beitragsanalyse für die Binder- und Tragschicht (nicht abgebildet) für beide Strukturen einem ähnlichen Trend. Für die Deckschicht (Abb. 5) sind die Auswirkungen der Herstellung von Bindemitteln aus Bitumen höher als die der Erhitzungsprozesse in der Mischanlage, was auf zwei mögliche Gründe zurückzuführen ist. Erstens werden die Deckschichten aus Splittmastixasphalt (Stone Mastic Asphalt, SMA) hergestellt, das einen höheren Bindemittelgehalt als AC (Asphalt Concrete) hat. Dies allein erhöht das Wirkungspotenzial der Bindemittelherstellung. Zweitens wird den SMA-Mischungen der Deckschichten kein RAP beigemischt. Da kein Asphaltbindemittel zurückgewonnen wird, werden die Auswirkungen der Bindemittelherstellung noch weiter verstärkt. Letzteres stimmt wiederum mit den Ergebnissen von [36] überein, die zeigen, dass mit zunehmendem RAP-Gehalt der Prozess mit dem höchsten Beitrag zum GWP100 von der Bi- Abb. 5 GWP100 der Deckschicht für HMA und WMA-A 3.1 Validierung des Modells Um die Genauigkeit des Ökobilanzmodells zu bewerten, wird das Modell anhand der Ergebnisse ähnlicher Untersuchungen vergleichend validiert. Aufgrund der insgesamt geringen Auswirkungen der Module A4 und A5 wird dieser Vergleich mit einem Cradle-to-Gate-Ansatz (Module A1-A3) durchgeführt. Die Ergebnisse des Cradle-to-Gate-LCA sind für GWP100 in Tab. 2 dargestellt. tumenherstellung (0 % RAP) auf den Heizprozess der Asphaltmischanlage (60 % RAP) übergeht. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird empfohlen, den Einfluss des RAP- Gehalts auf die Umweltleistung von Asphaltmischungen in künftigen Studien weiter zu untersuchen. 44 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 Umweltleistung von Asphaltmischungen Tab. 2 GWP100 der drei untersuchten Oberbauten zu Validierungszwecken Schicht Mischgutsorte GWP100 [kg CO 2 -Äq/ m²] GWP100 [kg CO 2 -Äq/ t] HMA WMA-A HMA WMA-A Deckschicht SMA 7,83 6,40 86,95 71,04 Binderschicht AC 9,73 8,82 45,28 41,04 Tragschicht AC 22,61 22,95 40,80 41,42 Die Produktion von 1 Tonne AC führt zu einem durchschnittlichen GWP100-Wert von 42,5 kg CO 2 -Äq./ t, während die Produktion von SMA eine durchschnittliche Auswirkung von 81,3 kg CO 2 -Äq./ t hat. Dies entspricht einem Anstieg von 91,4 %. Der niedrigere GWP100-Wert der AC-Mischung lässt sich zum Teil durch den Einsatz von RAP begründen. Die Ergebnisse verschiedener europäischer Ökobilanzen zu AC sind in Tab. 3 aufgeführt. Im Vergleich zu diesen Arbeiten bewegen sich die in dieser Studie berechneten Ergebnisse für AC in der gleichen Größenordnung und liegen am unteren Ende des Spektrums zwischen den Arbeiten von [37] und [39]. Aufgrund des Mangels an öffentlich zugänglichen Studien zu SMA kann kein Vergleich für die Deckschichten durchgeführt werden. Tab. 3 Ergebnisse (GWP100) aus weiteren europäischen Studien basierend auf [37] AC GWP100 [kg CO 2 -Äq./ t] Quelle [37] [39] [40] [41] Wert 41,9* 45,7 46,3* 49,7 *Durchschnittlicher Wert Tab. 4 zeigt einen Vergleich der Ergebnisse für die Binder- und Tragschichten von [37] und [39] mit den Ergebnissen dieser Studie. Insgesamt liegen die für den in den Tragschichten aller Oberbauten verwendeten AC berechneten Ergebnisse um 1,8 % unter den Ergebnissen von [37]. Die gleiche Tendenz wird für das in der Binderschicht des WMA-A-Auf baus verwendete AC beobachtet, das 2,0 % niedriger ist. Die Auswirkung von AC in der Bindemittelschicht des HMA-Oberbaus liegt deutlich näher an den Ergebnissen von [39]. Tab. 4 Vergleich der Ergebnisse (GWP100) für AC zu anderen europäischen Studien Schicht GWP100 aus [37] Relative Änderung [%] GWP100 aus [39] Relative Änderung [%] [kg CO2-Äq./ t] HMA WMA-A [kg CO2-Äq./ t] HMA WMA-A Binderschicht 41,9* 8,07 -2,05 45,7 -0,92 -10,20 Tragschicht 41,9* -2,63 -1,15 45,7 -10,72 -9,37 3.2 Szenario-Analyse Die Heizprozesse in der Mischanlage wurden als ein wichtiger Hotspot für die Herstellung von Asphaltoberbau identifiziert. Das in dieser Ökobilanz verwendete Modell geht von Erdgas als Brennstoffart für diesen Prozess aus, in der Praxis werden jedoch häufig auch Kohlenstaub und Heizöl verwendet [42-44]. Um die Auswirkungen alternativer Brennstofftypen zu untersuchen, werden zwei separate Szenarien betrachtet, in denen die Art des in der Mischanlage verwendeten Brennstoffs von Erdgas auf Kohlenstaub oder Heizöl geändert wird. Der Einfluss der alternativen Brennstoffarten auf die Gesamtbelastung ist in Abb. 6 dokumentiert. Es wird deutlich, dass die Substitution von Erdgas durch Kohlenstaub zu einem erheblichen Anstieg des GWP100 führt. Im Vergleich zum Referenz-Szenario erhöht sich das GWP100 jedes Auf baus im Durchschnitt um 56,7 %. Bei der Betrachtung von Heizöl ist der gleiche Trend beim GWP100 zu beobachten, allerdings weniger ausgeprägt als bei Kohlenstaub (18,5 %). Beide Fälle zeigen, dass die Brennstoffart einen großen Einfluss auf die Umweltleistung von Asphaltbelägen hat. Eine weitere Untersuchung alternativer Brennstoffe könnte zu erheblichen Verbesserungen dieser Konstruktionen führen. Besonders relevant könnte dies für Beläge mit einem hohen RAP-Anteil sein, denn bei höheren RAP-Mengen ist der größte Beitrag auf Heizen zurückzuführen. 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 45 Umweltleistung von Asphaltmischungen Abb. 6 Relative Änderung des Basisszenarios (Erdgas) im Vergleich zum Einsatz von Kohlenstaub und Heizöl als alternative Heizquellen in A3 3.3 Limitationen der Studie Auf einige Einschränkungen der Studie soll eingegangen werden. Erstens mangelt es an Primärdaten aus der deutschen Asphaltindustrie, insbesondere zum Herstellungsprozess von Asphaltmischungen. Dies führt dazu, dass die Untersuchung auf einer theoretischen Fallstudie basiert, die sich stark auf Sekundärdaten stützt. Viele dieser Daten sind alt, was sich negativ auf die zeitliche Repräsentativität und die Genauigkeit der Ergebnisse auswirkt. Darüber hinaus gibt es zum Zeitpunkt der Abfassung dieses Berichts nach bestem Wissen der Autoren kein deutsches PCR. Sowohl die NOals auch die NL-PCR boten eine solide Grundlage für viele methodische Entscheidungen dieser Studie, aber diese Dokumente basieren auf unterschiedlichen Markt- und Gesetzesrahmen und beschreiben in einigen Fällen den deutschen Kontext möglicherweise nicht genau. Als Beispiel sei das vereinfachte EA-Modell des NL-PCR genannt, das die Berechnung der Auswirkungen in Modul A3 mit begrenzten Daten ermöglicht. Dabei handelt es sich jedoch um ein „Black Box“-Modell, dessen genaue Funktionsweise nicht an die deutsche Realität angepasst werden kann. In dieser Studie beschränkt sich die Wirkungsabschätzung auf die Untersuchung von GWP100. Während GWP100 in der internationalen Forschung eine häufig bewertete Wirkungskategorie ist, sind die Produktion und der Bau von Asphaltbelägen für zahlreiche Umweltauswirkungen verantwortlich, die über den Klimawandel hinausgehen. In ähnlicher Weise umfasste die durchgeführte Ökobilanz die Lebenszyklusphasen Rohstoffgewinnung, Transport zur Asphaltmischanlage, Asphaltmischung, Transport zur Baustelle und Einbau. Diese Betrachtung ermöglichte zwar den Vergleich des Oberbaus als Ganzes und nicht nur auf Mischungsbasis, erschwerte aber die direkte Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit anderen Untersuchungen. Die überwiegende Mehrheit der Studien, einschließlich der für die Modellvalidierung verwendeten Studien, wird mit einem Cradle-to-Gate-Ansatz (Module A1-A3) durchgeführt. Diese Studien beziehen sich auf eine deklarierte Einheit und erfordern eine weitere Umwandlung der Ergebnisse, bevor ein Vergleich vorgenommen werden kann. Das Gleiche gilt für Cradle-to-Grave-Studien (vollständiger Lebenszyklus) von Asphaltbelägen, da diese häufig einen zeitlichen Aspekt in die funktionelle Einheit einbeziehen, indem sie eine Referenzlebensdauer vorsehen. 4. Schlussfolgerungen und Ausblick Mit dieser Studie sollten zwei Fragestellungen untersucht werden. Einerseits wird untersucht, ob die niedrigeren Produktions- und Einbautemperaturen von WMA zu einer besseren Umweltleistung im Vergleich zu HMA führen. Andererseits sollten die Hotspots bei der Herstellung und dem Einbau von Asphaltkonstruktionen ermittelt werden. Zu diesem Zweck wurde eine Ökobilanz mit Schwerpunkt auf GWP100 für zwei Asphaltauf bauten durchgeführt. Zunächst wurde eine Fallstudie bewertet, die als Grundlage für die Sachbilanz diente und unter Verwendung eines kombinierten Ansatzes der in den NO- und NL-PCR definierten Rahmenbedingungen durchgeführt wurde. Es hat sich gezeigt, dass die Gewinnung von Rohstoffen und die Herstellung von Asphaltmischungen in der Mischanlage die höchsten Umweltauswirkungen für GWP100 haben. Insbesondere die Herstellung von bituminösen Bindemitteln sowie die Erhitzungsprozesse in der Asphaltmischanlage weisen die höchsten Einzelwerte auf. Unter Berücksichtigung der definierten Systemgrenzen scheint der Vorteil von WMA in Bezug auf die Umweltleistung gering zu sein. Diese geringe Verbesserung wird teilweise durch die Auswirkungen der Additivherstellung ausgeglichen. Dennoch wurden soziale Aspekte, wie z. B. die positiven Auswirkungen der Temperaturabsenkung auf die Arbeitsbedingungen der Asphaltarbeiter, in dieser 46 3. Kolloquium Straßenbau - Februar 2023 Umweltleistung von Asphaltmischungen Arbeit nicht berücksichtigt. Diese Aspekte könnten sich zukünftig als entscheidende Faktoren erweisen. Einige der Einschränkungen dieser Studie könnten in der Zukunft überwunden werden. So wäre beispielsweise die Entwicklung eines deutschen PCR für die Asphaltherstellung ein guter Ausgangspunkt. Durch die Festlegung methodischer Aspekte von Ökobilanzen, wie z.B. Methoden der Wirkungsabschätzung, Systemgrenzen oder die funktionelle Einheit, kann die Robustheit und Vergleichbarkeit der durchgeführten Studien verbessert werden. Insbesondere die Einbeziehung von Referenzszenarien der Industrie, ähnlich denen, die in den NL-PCR definiert sind, würde LCA-Experten dabei unterstützen, bestehende Datenlücken zu schließen Ein weiterer zu untersuchender Aspekt ist der Einfluss des RAP-Gehalts auf die Umweltleistung, da dieser Faktor die Menge an neuem Bindemittel, die in Mischungen benötigt wird, stark beeinflusst. Darüber hinaus könnte die Erforschung alternativer Brennstoffe oder Heizverfahren für die Trocknung und Erwärmung von Gesteinskörnungen ebenfalls zu ökologischen Verbesserungen führen. Literatur [1] European Statistical Office (Eurostat). “Greenhouse gas emission statistics: Air emissions accounts.” https: / / ec.europa.eu/ eurostat/ statistics-explained/ index.php? title=Greenhouse_gas_emission_statistics_-_air_emissions_accounts#Analysis_by_economic_activity (Zugriff am: 21. Nov. 2022). 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