Bitumen - ein zeitgemäßer Rohstoff?

Bitumen ist das älteste bekannte Mineralölprodukt. In der Natur kommt es als Bestandteil von Asphalten und Asphaltgesteinen vor, die sich in langen geologischen Zeiträumen durch Verdunsten der leichter siedenden Anteile des Erdöls gebildet haben. Aufgrund seiner biologischen Herkunft besteht Bitumen hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Andere Elemente, wie Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff und einige Metalle spielen lediglich eine untergeordnete Rolle.

 

Die natürlichen Vorkommen von Bitumen waren schon 3000 v Chr. in Mesopotamien bekannt. Naturasphalt verdrängte den damals üblichen Lehmmörtel beim Mauerbau. Später wurde natürlicher Asphalt im Nahen Osten und Indien in den Bereichen Straßenbau und Abdichtung eingesetzt. In Europa wurde Bitumen beispielsweise in der mittelalterlichen Heilkunde eingesetzt.

 

Eines der größten natürlichen Vorkommen von Bitumen wurde durch Kolumbus im Jahre 1498 auf seiner dritten Reise auf der westindischen Insel Trinidad entdeckt.  Ein Teil dieses so genannten Trinidad-Bitumens, welches in dem berühmten Asphaltsee gewonnen wird,  findet nahezu unveränderte Anwendung  im Straßenbau.

 

Der industrielle Einsatz von Bitumen begann im letzten Jahrhundert mit der Zunahme des motorisierten Verkehrs. Um die Nachfrage nach Heizöl und Kraftstoffen befriedigen zu können, mussten die Verarbeitungskapazitäten der Raffinerien ausgebaut werden. Dadurch konnte auch Bitumen als Produkt der Rohölverarbeitung in der benötigten Menge und Qualität bereitgestellt werden.

 

Bitumen ist ein wesentlicher Bestandteil des Erdöls, welches in verschiedenen Teilen der Erde gefunden wird. Die Erdöle sind wahrscheinlich aus Resten aquatischer Mikroorganismen entstanden, wobei jede Lagerstätte ihren speziellen Entstehungsprozeß durchlaufen hat. Entsprechend unterscheiden sich die Rohöle in ihren Eigenschaften und in dem zur Bitumenherstellung notwendigen Aufwand. Für eine wirtschaftliche Bitumen­herstellung ist daher eine sorgfältige Auswahl der Rohöle entscheidend.

 

Grundsätzlich unterscheidet man die Rohöle nach den Kriterien: (spezifisch) leicht und schwer, niedriger und hoher Schwefelgehalt, naphtenbasisch oder paraffinbasisch. Für die Herstellung von Bitumen sind nur relativ wenige der weltweit vorkommenden Rohöle geeignet. Vorwiegend werden die spezifischen schweren, zähflüssigen asphaltbasischen Erdöle aus Venezuela, dem Mittleren Osten und Russland eingesetzt, welche bis zu 65 % Bitumen enthalten können. Paraffinbasische Rohöle weisen dagegen keinen nennenswerten Bitumengehalt auf.

 

Die Bitumen sind die schwersten Bestandteile des Rohöls und können in einer (Hydroskimming-)Raffinerie in verschiedenen Prozessen von den leichter siedenden Teilen getrennt werden. Das gebräuchlichste Verfahren ist die zweistufige fraktionierte Destillation, d.h. die Verdampfung und nachfolgende Kondensation der flüchtigen Teile des Rohöls in zwei Destillationsstufen.

 

In der der ersten Stufe wird Bitumen unter atmosphärischem Druck destilliert. Dabei verdampfen und kondensieren Benzin und Mitteldestillate (Schwerbenzin/Petroleum). In der zweiten Stufe, der Vakuumdestillation, werden aus dem in der ersten Stufe verbliebenen Produkt unter vermindertem Druck weitere Bestandteile abdestilliert. Es verdampfen Öle, die zum Teil für den Einsatz in Konversionsanlagen oder für die Herstellung von Schmierölen verwendet werden.

 

In Konversionsanlagen werden überschüssige schwere Fraktionen, die in den beiden beschriebenen Destillationsstufen gewonnen wurden, durch Cracken in leichtere Fraktionen umgewandelt. In allen Crackprozessen werden langkettige Kohlenwasserstoffverbindungen in kurzkettige, z. Bsp. Benzin, Dieselöl und leichtes Heizöl umgewandelt, also „konvertiert“. Konversionsanlagen ermöglichen insofern als dritte Stufe der Verarbeitung eine größere Flexibilität und bessere Anpassung an die Nachfragestruktur.

 

Durch das Einblasen von Luft kann das mit diesem Verfahren gewonnene Vakuumdestillat (auch: Destillationsbitumen) in so genanntes Oxydationsbitumen veredelt werden, welches ausgeprägte elastische und auch plastische Eigenschaften aufweist. (-Dachbahnenbitumen)

 

Die Zeitspanne von der Förderung des Rohöls in Saudi-Arabien bis zu dem Zeitpunkt, zu dem es die Raffinerie als fertiges Produkt verlässt, dauert über 70 Tage. Den größten Anteil an diesem langen Weg hat dabei mit mehr als 30 Tagen die Reise des Rohöls im Tanker über die 21.000 km vom Verladehafen in Saudi-Arabien bis zum Beispiel nach Wilhelmshaven. Rohöl aus Lybien braucht für diesen Weg nur 50 Tage, denn es verbringt nur 3 Tage im Tanker. Nordseeöl ist bis zum Verlassen der Raffinerie nur gut 40 Tage unterwegs.

 

Bitumen wird gemäß DIN 55 946, Teil 1 wie folgt definiert: „Bei der Aufarbeitung geeigneter Erdöle gewonnene schwerflüchtige, dunkelfarbige Gemische verschiedener organischer Substanzen, deren Viskosität sich mit der Temperatur verändert.“ Bitumen sind also thermoviskose, in der Wärme formbare Vielstoffgemische. Bei normalen Temperaturen halbfest bis springhart, werden sie bei Erwärmung erst knetbar, dann zähflüssig und schließlich zwischen 150 und 200°C dünnflüssig. Beim Abkühlen nehmen sie wieder ihre ursprüngliche Beschaffenheit an.

 

Gerade diese Eigenschaften machen Bitumen zu einem für viele Anwendungsbereiche hervorragend geeigneten Werkstoff, vor allem als Bindemittel im Asphalt für den Straßenbau und für Abdichtungen im Hoch- Wasser- und Deponiebau.

 

Zur Zeit werden weltweit ca. 3,5 Mt Bitumen pro Jahr verbraucht; 1973 betrug der Gesamt­bedarf an Bitumen dagegen noch 4,7 Mt. In den vergangenen Jahren wurden ca. 75 % der Gesamtproduktion, also ca. 2,7 Mt im Straßenbau eingesetzt. Weitere Einsatzbereiche sind die Dachbahnenindustrie, die Röhrenindustrie (Beschichtungs- und Korrosionsschutz­massen), die Kabel- und Elektroindustrie (Isolier- und Füllmassen), die Papierindustrie (Beschichtungs- und Tränkmassen), die Dämmstoffindustrie (Antidröhnmassen, Dämm­stoffe) sowie die Gummiindustrie (Flussmittel, Extender).

 

Da Bitumenerzeugnisse, vor allem Asphalt, mengenmäßig nur einen geringen Prozentsatz Bitumen enthalten, spiegeln die Absatzzahlen alleine die wirkliche, wirtschaftliche Bedeutung von Bitumen nur unvollkommen wider. Sie wird jedoch klarer, wenn man sich vergegenwärtigt, dass die im Vorfeld genannte Menge von 2,7 Mt ausreicht, um damit 70 Mt Asphaltmischgut herzustellen und ca. 5.000 km Autobahn neu zu erstellen. (Gesamtumfang Ende 94 ca. 11.000 km).

 

Der umfangreiche Einsatz von Bitumen als Bindemittel für die Asphaltherstellung hat natürlich Gründe. Erst Bitumen verleiht dem Asphalt die gewünschten spezifischen Eigen­schaften. Bitumen umhüllt und verbindet die Mineralstoffe und gibt dem Asphalt die erforderlich Festigkeit. Entsprechend der verwendeten Bitumensorte, der Zusammensetzung des Mischgutes und der Einbautechnik können Asphaltstraßen jedem Klima und jeder Verkehrs­beanspruchung angepasst werden. Zusätzlich handelt es sich bei der Asphalt­bauweise um ein Verfahren mit hoher ökologischer Unbedenklichkeit.

 

Immer wieder wird Bitumen mit Teer verwechselt. In vielen Medien und einem breiten Teil der Öffentlichkeit wird alles, was schwarz ist, als Teer, oder wenn die Substanz flüssig ist, als Pech bezeichnet.

 

Teer ist im Gegensatz zu Bitumen jedoch ein Pyrolyseprodukt der Steinkohle und weist aufgrund seiner Entstehungsprozesse einen Aromatenanteil von mehr als 95% auf. Der PAK (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe)-Anteil kann bei Teerpech bis zu 50 % betragen.

 

Bitumen wird im Rahmen der Produktion niemals auf Temperaturen oberhalb von 450°C erhitzt und wird insofern auch keinen pyrolytischen Bedingungen ausgesetzt. Bitumen ist daher kein Pyrolyseprodukt. Somit sind aromatische Verbindungen, die für Pyrolyseprodukte typisch sind, die PAK, nur in Spuren im Bitumen vorhanden.

 

Bitumen ist nicht wasserlöslich, d.h. es löst sich nicht in Wasser. Auch werden aus Bitumen keine Stoffe durch Wasser herausgelöst. Daher ist Bitumen im Anhang 1 der Verwaltungs­vorschrift wassergefährdende Stoffe (VwVwwS) als nicht wassergefährdender Stoff aufgeführt. In der ganzen Welt wird Bitumen zur Abdichtung von Talsperren, Trinkwasser­becken und in Form von Asphaltstraßen auch in Wassergewinnungsgebieten eingesetzt.

 

Alle bisherigen Untersuchungen und auch neuere Studien bestätigen, dass die Befürchtungen, von Bitumen könnten gesundheitliche Risiken ausgehen, unbegründet sind. IARC, die internationale Agentur für Krebsforschung in Lyon, stellte nach der Auswertung abgesicherter Forschungsergebnisse fest, dass es keine Anzeichen dafür gibt, dass Bitumen beim Menschen krebserzeugend wirkt. Eine Arbeitsgruppe der CONCAWE (Europäische Organisation für Umwelt-, Arbeits- und Gesundheitsschutz) empfahl ebenfalls, Bitumen nicht als krebserzeugend einzustufen.

 

Gemäß Gefahrstoffverordnung liegt der Grenzwert B(a)P (Benzo(a)pyren) als Bezugs­substanz von Bitumen mit weniger als 50 mg/kg unterhalb der Eingreifschwelle. Bitumen ist daher im Sinne dieser Verordnung nicht kennzeichnungspflichtig.

 

Weiterhin wurde anhand von zahlreichen Gutachten der Frage nachgegangen, inwiefern Dämpfe oder Aerosole, die eventuell aus Bitumen im Rahmen der Verarbeitung bei hohen Temperaturen entstehen können, gesundheitsschädlich sind. Entsprechende Grenzwerte stellen die sogenannten MAK (maximale Arbeitsplatz Konzentration)-Werte dar. Insgesamt wurde festgestellt, dass bei sachgerechter Handhabung diese Werte nicht überschritten werden.

 

Auch epidemologische Studien über die Krebshäufigkeit von Bitumenarbeitern sowie Unter­suchungen zur dermalen Resorption von Dämpfen und Aerosolen aus Bitumen haben keine signifikanten Werte ergeben.

 

Oliver Krebber

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