4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 175 «Grüner» Asphalt - Klimafreundlicher Straßenbau mit Pyrolysekohle Dipl.-Ing. Kai Teschner ViaTec Basel AG, Basel Dipl.-Bauingenieur HTL Mischel Schweizer Bau- und Verkehrsdepartement des Kantons Basel-Stadt, Basel Zusammenfassung Das Ziel des Projekts ist es, eine klimafreundliche Asphaltmischung zu entwickeln, die die mechanischen Anforderungen moderner Straßenbeläge erfüllt und gleichzeitig eine lange Lebensdauer bietet. Im Kern steht die Verwendung von Pyrolysekohle aus Biomasse. Diese kann dem Asphalt zugegeben werden, wodurch das in der Pflanzenkohle gebundene CO 2 dauerhaft dem Kreislauf entzogen wird. Auf diese Weise wird die CO 2 -Bilanz des Straßenbaus deutlich verbessert, d. h. je nach Rezeptur kann diese sogar negativ werden. Die verwendete Pyrolysekohle, ist durch das European Biochar Certificate (EBC 6 ) zertifiziert, wird aus lokalem Grünschnitt gewonnen und entspricht höchsten Qualitätsstandards. Sie wird mit 2-4 Ma-% dosiert und kann über konventionelle Mischanlagen zugegeben werden. In den Kantonen Basel-Stadt und Basel-Landschaft wurden Versuchsstrecken mit Asphalt eingebaut, dem Pyrolysekohle zugemischt wurde. Die Voraussetzung hierfür war, dass für die verwendeten Asphalte gültige Typprüfungen vorgelegt werden konnten. Im Vorfeld wurden Asphaltmischungen mit unterschiedlichen Pyrolysekohle - und Bindemittelzugaben hergestellt und auf Ihre Eigenschaften geprüft. Der Lieferant der Pyrolysekohle wurde hierbei nicht gewechselt. Bei den Versuchsstrecken handelt es sich um Kantonsstraßen mit einem mittleren bis niedrigen Verkehrsaufkommen. Es wurden sowohl die Mischung des Asphalts - insbesondere die Zugabe der Pyrolysekohle im Mischprozess - und die Verdichtung des Materials beim Einbau angepasst. Langfristig soll ein wirtschaftlicher und nachhaltiger Asphalt entwickelt werden, der den Herausforderungen des Klimawandels begegnet. 1. Einführung Das Projekt „Grüner Asphalt“ konzentriert sich auf die Entwicklung von klimafreundlichem Asphaltmischgut, dass nicht nur den anspruchsvollen mechanischen Anforderungen moderner Straßenbeläge genügt, sondern auch eine lange Lebensdauer aufweist. Dabei kommt nachhaltiges Material in Form von Pyrolysekohle aus Biomasse zum Einsatz, um natürliche Gesteinskörnungen teilweise zu ersetzen. Dieses Projekt veranschaulicht eindrucksvoll, wie innovative Lösungen im Straßenbau eine bedeutende Rolle bei der Bewältigung zukünftiger Herausforderungen spielen können und gleichzeitig die Förderung nachhaltiger Entwicklung unterstützen. Die Integration von Pyrolysekohle in die standardisierten Straßenbeläge gemäss Schweizer Norm (AC-B/ AC-T und AC-F) stellt einen vielversprechenden Schritt in Richtung nachhaltiger Infrastruktur dar. Pyrolysekohle als Baumaterial trägt dazu bei, den CO 2 eq-Gehalt in der Atmosphäre zu reduzieren. Die Verwendung von Pyrolysekohle als Füllstoff im Asphalt hat in den durchgeführten Tests die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessert, insbesondere die Widerstandsfähigkeit gegen Spurrinnen, was zu einer längeren Lebensdauer der Straßen führen kann und somit Ressourcen- und Energieeinsparungen in städtischen Gebieten ermöglicht. Durch die Verwendung von Pyrolysekohle im Asphalt kann dessen CO 2 eq-Bilanz verbessert werden. Unter angemessener Dosierung kann dies als Negativemissionstechnologie (NET) 8 genutzt werden, um Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen und zu binden. Für den Kanton Basel-Stadt wird das durchschnittliche Potential von Pyrolysekohle im Asphalt zur CO 2 -Absenkung auf ca. 11,000-16,000 Tonnen CO 2 eq bis 2037 geschätzt. Insgesamt leistet die Verwendung von Pyrolysekohle im Asphalt einen Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen und Ressourcenschonung. Es ist somit eine wichtige Maßnahme zum Schutz des Klimas. Die Bemühungen im Rahmen des „Grüner Asphalt“ sind nur ein Teil einer Vielzahl von Maßnahmen zur Reduzierung der CO 2 -Emissionen. Die im Rahmen des Projekts verwendete Pyrolysekohle erfüllt höchste Standards dank des European Biochar Certificates (EBC). Dieses Zertifikat bestätigt die Qualität und Nachhaltigkeit der verwendeten Pyrolysekohle. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die regionale Herkunft: Die Pyrolysekohle stammt von den Industrielle Werken Basel (IWB), und wird aus in der Umgebung von Basel- Stadt anfallendem Grünschnitt gewonnen. Der Belag wird in derselben Anlage mit denselben Maschinen wie herkömmlicher Asphalt hergestellt. Ein zu- 176 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 «Grüner» Asphalt - Klimafreundlicher Straßenbau mit Pyrolysekohle künftiges Ziel besteht darin, die Herstellung der Asphaltmischung zu vereinfachen und ihren flächendeckenden Einsatz unter Berücksichtigung der technischen Anforderungen der Straßen zu ermöglichen. Dieser Bericht ist das Ergebnis einer erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen dem Tief bauamt des Kantons Basel-Stadt, der ViaTec Basel AG und den Industriellen Werken Basel (IWB), die die Pyrolysekohle bereitstellen. Durch die Zusammenarbeit von privater und öffentlicher Hand konnte dieses Projekt erfolgreich vorangetrieben werden. 2. Ausgangssituation Die Berichte des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 7 unterstreichen die Dringlichkeit, den Klimawandel zu bekämpfen, da er erhebliche negative Auswirkungen auf Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft hat. Diese Veränderungen können Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, die Ernährungssicherheit, die Verfügbarkeit von Trinkwasser, die Wirtschaft und die Infrastruktur haben. 1 Der IPCC betont auch, dass ein rasches, umfassendes und koordiniertes globales Handeln notwendig ist, um den Klimawandel auf eine Erwärmung von 1,5 Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen. 1 Die Schweiz ist Vertragspartei des Übereinkommens von Paris und hat sich damit verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen zu reduzieren und sich an den weltweiten Anstrengungen zur Bekämpfung des Klimawandels zu beteiligen. Im Einklang dazu hat er Bundesrat in seinem Beschluss 2050 Netto-Null-Ziel, «Langfristige Klimastrategie Schweiz», festgelegt: Es darf nur so viel emittiert werden, wie durch natürliche Speicher absorbiert werden kann 2 . 2.1 Aufgabe Mit der „Klimagerechtigkeitsinitiative“ soll der Kanton Basel-Stadt eine Vorreiterrolle im Klimaschutz übernehmen und klimaneutral werden. Die Stimmbevölkerung hat sich für ein Netto-Null-Ziel bis 2037 ausgesprochen (Abstimmung vom 27.11.2022). Das bedeutet, dass der Kanton Basel - Stadt bis zum Jahr 2037 nicht mehr Treibhausgase ausstossen darf, als durch natürliche und technische Senken absorbiert werden können. 3 Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine Kombination aus Emissionsminderung und der Entfernung von CO 2 eq aus der Atmosphäre durch sogenannte Negativemissionstechnologien (NET) erforderlich. Es ist wichtig, den Straßenbau in eine nachhaltigere Richtung zu lenken, um die negativen Auswirkungen auf die Umwelt und den Klimawandel zu reduzieren. Dies ist auch im Bereich Bauen der Klimaschutzstrategie des Kantons festgelegt, wobei der Fokus auf emissionsfreien Baustellen, emissionsarmen Baustoffen und zirkulärem Bauen liegt 4 . Herkömmliche Straßenbeläge aus Asphalt verursachen hohe Treibhausgasemissionen und verbrauchen knappe Ressourcen wie Rohöl. Um den CO 2 eq- Fussabdruck des Straßenbaus zu reduzieren und eine nachhaltigere Verkehrsinfrastruktur zu schaffen, ist es wichtig, alternative Lösungen wie Pyrolysekohle-Asphalt zu entwickeln und einzusetzen. Pyrolysekohle kann als Füllstoff in Asphalt integriert werden und bietet verschiedene Vorteile, insbesondere im Hinblick auf den Klimaschutz durch die Reduzierung von Treibhausgasen. Darüber hinaus kann der Einsatz von Pyrolysekohle im Asphalt die Langlebigkeit der Straßenoberfläche erhöhen, da Risse und Verformungen minimiert werden können. Dies kann dazu beitragen, den Bedarf an Straßenreparaturen und -erneuerungen zu reduzieren und damit auch die Emissionen, die mit der Herstellung und dem Transport von Asphalt und Baustoffen verbunden sind. Der verstärkte Einsatz von nachhaltigen Straßenbaulösungen wie Pyrolysekohle-Asphalt ist daher ein wichtiger Schritt hin zu einer klimafreundlicheren und nachhaltigeren Verkehrsinfrastruktur. 2.2 Ziele Ziel ist die Entwicklung eines klimafreundlichen Asphalts, der sowohl in Bezug auf seine mechanischen Eigenschaften als auch in Bezug auf seine Lebensdauer nachhaltig ist. Es wird die Entwicklung einer nachhaltigen Infrastruktur angestrebt, die auf innovativen Asphaltmaterialien basiert, die aus Recyclingbaustoffen gewonnen werden und als Ersatz für natürliche Gesteinskörnungen (Füller) dienen 5 . Ein weiteres Ziel ist die Minimierung des Erhaltungsaufwandes, um langfristig eine wirtschaftliche Asphaltschicht zu gewährleisten. 5 Die Steigerung der Ressourceneffizienz und die Einführung sauberer und klimafreundlicher Technologien sind dabei von entscheidender Bedeutung 5 . Nur so können wir den Herausforderungen des Klimawandels begegnen und eine lebenswerte Umwelt für zukünftige Generationen sichern. 2.3 Konzept Für die konzeptionelle Umsetzung des Einsatzes von Pyrolysekohle in Asphalt sind eine Reihe von Bausteinen/ Handlungsfeldern entscheidend: • Technische Anforderungen: Die technischen Anforderungen des Pyrolysekohle-Asphalts, einschließlich der optimalen Mischgutzusammensetzung und der geeigneten Einbaubedingungen, müssen festgelegt werden. Um eine homogene Verteilung in der Asphaltmischung zu gewährleisten und die gewünschten mechanischen und thermischen Eigenschaften des Asphalts zu erreichen, muss die Pyrolysekohle in geeigneter Größe und Qualität verarbeitet werden. • Kreislaufwirtschaft: Optimierung der Rückführbarkeit der eingesetzten Materialien in Kreisläufe. Rohstoffe sollen möglichst effizient und lange genutzt und Stoff- und Produktionskreisläufe geschlossen werden. Ziel ist es, den Asphalt zu recyceln und seine Nutzungs- und Lebensdauer so weit wie möglich zu verlängern. • C-Senken Potential Pyrolysekohle: Eine umfassende Ökobilanz für die Wirkungskategorie Treibhauspotential, die alle direkten und indirekten Emissionen der Herstellung von Pyrolysekohle berücksichtigt, ist 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 177 «Grüner» Asphalt - Klimafreundlicher Straßenbau mit Pyrolysekohle notwendig, um die C-Senke von Pyrolysekohle-Asphalt effektiv bewerten zu können. • Rohstoffbeschaffung: Für eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Umsetzung von Pyrolysekohle in Asphalt ist eine zuverlässige und nachhaltige Beschaffung von Pyrolysekohle entscheidend. • Regulatorischer Rahmen: Zur Unterstützung und Förderung des Einsatzes von Pyrolysekohle in Asphalt sind klare regulatorische Rahmenbedingungen erforderlich. Dazu gehört auch eine klare Definition der Anforderungen an die Verifizierung und Zertifizierung von C-Senken, die sich aus der Verwendung von Pyrolysekohle in Asphalt ergeben. 2.4 Anwendung, Teststrecken Bereits bei der Analyse der ersten Probemischungen im Labor wurde festgestellt, dass die zugegebene Pyrolysekohle das Mischgut versteift. Pilotstrecke St. Alban - Vorstadt, Basel • September 2022 auf einer Fläche von rund 450-m 2 eingebaut. • Tragschicht AC T 22 N, Zielbindemittel B 50/ 70, Recyclinganteil von 50 %, 2 % PK (0.6-t Pyrolysekohle). • Dadurch wurden ca. 1,2 t CO 2 eq gebunden. • Herstellung des Pyrolysekohle-Asphalts verursachte 1.1 t CO 2 eq, so dass sich eine negative CO 2 eq-Bilanz von -0,1 t CO 2 eq ergibt. Pilotstrecke Eselweg, Rünenberg • September 2023 auf einer Fläche von rund 6,500-m 2 eingebaut. • Binderschicht AC 16 S B 50/ 70, Recyclinganteil von 50 %, 2 % Pyrolysekohle (20 t). • Dadurch wurden ca. 36 t CO 2 eq gebunden. • Herstellung des Pyrolysekohle-Asphalts verursachte 33.5 t CO 2 eq, so dass sich eine negative CO 2 eq-Bilanz von -2.5 t CO 2 eq ergibt. Die Produktion der Pilotstrecke hat ca. 108 Tonnen CO 2 eq emittiert und ca. 36 Tonnen CO 2 eq netto gespeichert, so dass sich für die gesamte Pilotstrecke eine CO 2 eq-Bilanz von 72 Tonnen CO 2 eq ergibt. Somit konnte die CO 2 eq- Bilanz der Strecke durch den Einsatz von Grünem Asphalt um ca. 33 % verbessert werden. Für die Analyse werden die Treibhausgasemissionen entlang der Produktionskette von der Rohstoffgewinnung über die Auf bereitung und den Transport bis zur Asphaltproduktion im Werk nach dem „cradle to gate“-Ansatz (von der Wiege zum Tor) aufsummiert. CO 2 eq-Bilanz Pilotstrecke Binderschicht Grüner Asphalt (Pflanzenkohle-Asphalt) Die CO 2 eq-Bilanz des Grünen Asphalts der Binderschicht AC 16 S B50/ 70 mit 2 M-% zertifizierter Pflanzenkohle, 50 % Recyclinganteil ergibt -1,8 Tonnen CO 2 eq. Dabei wurden ca. 34 Tonnen CO 2 eq bei der Produktion des Asphalts emittiert und 36 Tonnen CO 2 eq im Belag langfristig gespeichert. Streckenabschnitt mit Pflanzenkohle (Grüner Asphalt) Auf dem Streckenabschnitt mit dem Grünen Asphalt wurde die Binderschicht AC B 16 S B50/ 70 mit 2 M-% zertifizierter Pflanzenkohle und einem Recyclinganteil von 50 % sowie 572,5 t Deckschicht AC 11 N B70/ 100 ohne zertifizierte Pflanzenkohle eingebaut. Für die Herstellung des gesamten Streckenabschnitts mit Grünem Asphalt ergibt sich eine CO 2 eq-Bilanz von 17,8 Tonnen CO 2 eq. Das bedeutet, dass durch den Einbau von Grünem Asphalt auf diesem Streckenabschnitt 67 % CO 2 eq eingespart werden. Tabelle 1 CO2eq Bilanz Pflanzenkohle - Asphalt Pilotstrecke Eselweg, Rünenberg, für die gesamte Strecke. Bilanzierung nach Tonnen Grüner Asphalt (Pflanzenkohle-Asphalt) und konventionellem Asphalt. Basierend auf einem „cradle to gate“ Ansatz. Tabelle 1 CO 2 eq Bilanz Pflanzenkohle - Asphalt Pilotstrecke Eselweg, Rünenberg, für die gesamte Strecke. Bilanzierung nach Tonnen Grüner Asphalt (Pflanzenkohle-Asphalt) und konventionellem Asphalt. Basierend auf einem „cradle to gate“ Ansatz. Belagsschicht MG- Sorte Asphalt t RC-Anteil % Dosierung PK % PK t CO 2 eq emittiert t netto C-Senken Potenzial PK t CO 2 eq- Bilanz t Verbesserung CO 2 eq Bilanz (%) Binderschicht AC B 16 S 1,000 50 2.0 % 20.0 34.2 36.0 -1.8 Binderschicht AC B 16 S 1,000 50 0.0 % 0.0 34.2 0.0 34.2 Deckschicht AC 11 N 1,145 50 0.0 % 0.0 39.2 0.0 39.2 Gesamt 3,145 20.0 % 107.6 36.0 71.6 33 % 178 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 «Grüner» Asphalt - Klimafreundlicher Straßenbau mit Pyrolysekohle Gesamte Strecke Die CO 2 eq-Bilanz für den Asphalt der gesamten Strecke beträgt 72 Tonnen CO 2 eq. Dabei wurden ca. 108 Tonnen CO 2 eq durch die Produktion des Asphalts emittiert und 36 Tonnen CO 2 eq im Belag langfristig gespeichert. Es wurden also ca. 72 -onnen CO 2 eq mehr emittiert als durch den Belag gebunden wurden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass nur ca. 32 % der Strecke mit Grünem Asphalt eingebaut wurden. Pilotstrecke Freiburgerstraße, Basel • November 2023 - April 2024 • AC F 22 B 50/ 70 (70 % RC - Anteil) • AC T 32 H PmB E 25/ 55-65 (50 % RC-Anteil) • AC B 22 H PmB E 25/ 55-65 (50 % RC-Anteil) • 2.5 % Pyrolysekohle. Ziel: • Kanton Basel-Stadt verbaut jährlich circa 23,500 Tonnen Asphalt. • Durch die Zugabe von 3 % Pyrolysekohle (705 t) und 45 % recycliertem Ausbauasphalt lassen sich somit jährlich 1270 Tonnen CO 2 eq langfristig binden. • Die Bilanz liegt bei rund -450 t CO 2 eq. Der Belag bindet mehr CO 2 eq als er verursacht hat. Literatur [1] Rama, H.-O.; Roberts, D.; Tignor, M.; Poloczanska, E. S.; Mintenbeck, K.; Alegría, A.; Craig, M.; Langsdorf, S.; Löschke, S.; Möller, V.; Okem, A.; Rama, B.; Ayanlade, S. Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability Working Group- II Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change; 2022. https: / / doi.org/ 10.1017/ 9781009325844. [2] Der Bundesrat. Langfristige Klimastrategie Der Schweiz; Der Bundesrat: Bern, Schweiz, 2021; p-64. [3] Kanton Basel-Stadt. Basel auf dem Weg zu Netto- Null. Kanton Basel-Stadt Klimaschutz. https: / / www. klimaschutz.bs.ch/ (accessed 2023-04-06). [4] Regierungsrat des Kantons Basel-Stadt. Klimaschutzstrategie Basel-Stadt Teil 1 - Netto-Null 2037; Teil 1; Regierungsrat des Kantons Basel- Stadt: Basel, Schweiz, 2023; p 59. https: / / www. pd.bs.ch/ ueber-das-departement/ Fachstelle-Klima/ Klimapolitik/ Klimaschutzstrategie-Kanton-Basel- Stadt--Netto-Null-bis-2037.html (accessed 2023- 09-26). [5] Aliyu Yaro, N. S.; Sutanto, M. H.; Habib, N. Z.; Napiah, M.; Usman, A.; Jagaba, A. H.; Al-Sabaeei, A. M. Application and Circular Economy Prospects of Palm Oil Waste for Eco-Friendly Asphalt Pavement Industry: A Review. J. Road Eng. 2022, 2 (4), 309- 331. https: / / doi.org/ 10.1016/ j.jreng.2022.10.001. [6] EBC. EBC (2012-2022) “European Biochar Certificate - Richtlinien Für Die Zertifizierung von Pyrolysekohle”; Version 10.2G; Ithaka Institute: Arbaz, Switzerland, 2022. http: / / www.europeanbiochar.org. [7] Ipcc. Global Warming of 1.5°C: IPCC Special Report on Impacts of Global Warming of 1.5°C above Pre-Industrial Levels in Context of Strengthening Response to Climate Change, Sustainable Development, and Efforts to Eradicate Poverty, 1 st - ed.; Cambridge University Press, 2022. https: / / doi. org/ 10.1017/ 9781009157940.