Bitumen besser verstehen – neues Institut

Die Forschung an Bitumen soll mit modernsten Methoden auf ein neues Niveau gehoben werden: Man möchte besser bewerten, welches Bitumen sich für welchen Einsatzzweck eignet, wie das Material möglichst unbeschadet jahrzehntelang bestehen kann und wie das Recycling dieses wertvollen Rohstoffs am besten gelingt. Dafür wurde nun an der TU Wien am Institut für Verkehrswissenschaften und am Institut für Materialchemie am 17. November 2020 das neue „Christian-Doppler-Labor für Chemo-Mechanische Analyse von bituminösen Materialien“ eröffnet. Unterstützt wird das neue Labor vom Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort (BMDW) und von den Industriepartnern OMV, Villas Austria und Pittel+Brausewetter. Geleitet wird es von einer Doppelspitze: Von Prof. Bernhard Hofko (Institut für Verkehrswissenschaften) und Prof. Hinrich Grothe (Institut für Materialchemie).

„Wir brauchen Bitumen jeden Tag, sei es für unsere Mobilität im Asphalt oder damit unsere Dächer und Keller dicht bleiben. Neueste Prüfmethoden aus diesem CD-Labor werden dazu beitragen, diesen wertvollen Rohstoff in Zukunft effizienter und zielgerichteter nutzen zu können. Forschung legt damit einmal mehr den Grundstein für konkrete Verbesserungen, zum Vorteil aller Beteiligten und unserer Gesellschaft“, betont Wirtschafts- und Forschungsministerin Margarete Schramböck.

Um zu erkennen, was Asphalt im Innersten zusammenhält

„Bitumen ist ein komplexer und faszinierender Stoff“, sagt Prof. Bernhard Hofko. „Es ist ein Erdölprodukt, jeder Tropfen trägt Millionen Jahre Erdgeschichte in sich. Das Bemerkenswerte daran ist, dass Bitumen seine Eigenschaften stark verändern kann – je nach Temperatur und Belastung.“ Bitumen kann bei großer Hitze fließfähig wie Honig sein, bei großer Kälte hingegen spröde und hart wie Eis. Auch der Kontakt mit Luft oder UV-Strahlung kann die Eigenschaften von Bitumen dramatisch verändern – der Alterungsprozess des Materials spielt eine entscheidende Rolle für die Haltbarkeit von Straßen und Abdichtungen.

Die Gründe dafür sind komplex: „Bitumen ist chemisch betrachtet sehr vielfältig“, erklärt Prof. Hinrich Grothe. „Es besteht aus einer großen Zahl unterschiedlicher organischer Moleküle. Man braucht ausgeklügelte Methoden, um das Verhalten von Bitumen im Detail zu verstehen.“

Methodik teils noch aus dem 19 Jahrhundert

„Es gibt heute noch Methoden für die Untersuchung von Asphalt und Bitumen, die schon seit dem 19. Jahrhundert angewendet werden – etwa genau definierte Belastungsversuche mit Nadeln, um den Härtegrad des Materials zu bestimmen“, sagt Bernhard Hofko. „Das war damals Hightech, wir wollen die Forschung nun aber auf den Hightech-Stand des 21. Jahrhunderts bringen.“

Das gelingt unter anderem mit modernen spektroskopischen und mikroskopischen Methoden in den Laboren der TU Wien: „Zusätzlich haben wir die Spektroskopie vom Labor auf die Straße gebracht. Mit unserem tragbaren Fluoreszenz-Scanner kann man Bitumen vor dem Einbau analysieren“, sagt Hinrich Grothe. „Wir haben bestimmte Wellenlängen identifiziert, die uns auf besonders effiziente Weise zuverlässige Auskunft über den Zustand des Bitumens geben können.“

Auch mit modernen mikromechanischen Sensoren (MEMS) soll am neuen CD-Labor gearbeitet werden – hier gibt es Kooperationen mit Prof. Ulrich Schmid (Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme, TU Wien). Daraus sollen neue Methoden entstehen, um die Zähigkeit des Bitumens auch direkt auf der Straße rasch und genau zu messen.
Ein fundierteres Wissen über Bitumen soll einerseits helfen, die Alterung zu verlangsamen und haltbareren Asphalt zu ermöglichen, andererseits soll es auch gelingen, altes Bitumen zu regenerieren und zu recyceln. „So möchten wir dazu beitragen, schonend und verantwortungsvoll mit begrenzten, natürlichen Ressourcen umzugehen, und Bitumen auch für die nächsten 100 Jahre eine starke Zukunft zu geben“, sagt Bernhard Hofko.

Bild oben: Im Labor von Bernhard Hofko an der TU Wien (Foto: TU Wien)