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NO2-Reduzierung durch photokatalytisch
wirkende Asphaltoberflächen
Einleitung
Die Stickoxidbelastung durch den Straßenverkehr bleibt weiterhin ein zentrales Problem des innerstädtischen Umwelt- und Gesundheitsschutzes: Die technischen, rechtlichen und infrastrukturellen Maßnahmen der letzten Jahre haben nur zu einer geringfügigen Verbesserung der Luftqualität in Städten geführt. Beispielsweise wurden im
Jahre 2014 die Grenzwerte für den NO2 -Jahresmittelwert an 60 % aller städtischverkehrsnahen Messstationen überschritten (Quelle: Umweltbundesamt).
Die Stickoxidbelastung kann offensichtlich nur durch ein Ineinandergreifen unterschiedlicher Maßnahmen bewältigt werden. Eine dieser Maßnahmen könnte die Schaffung
und Vergrößerung von Baustoffflächen sein, auf denen Luftschadstoffe photokatalytisch
abgebaut werden.
Die Flächenvergrößerung erreicht man z. B. durch den Einsatz des photokatalytischen
Abstreusplittes „AirClean®-Granulat“.
Im Straßenbereich gab es bereits Versuche anderer Institutionen, photokatalysatorhaltige
Suspensionen (sogenannte Slurries) auf Asphalt aufzubringen. Diese Forschungen haben bisher nicht zu einem im Alltag einsetzbaren Ergebnis geführt.
Abb. 1: Einbau Granulat im Testfeld „Straßen-Canyon“
ZIM-Forschungsprojekt
„Photokatalytische Asphaltoberflächen“
schaften einer natürlichen Gesteinskörnung auf und erfüllt Vorgaben der TL GesteinStB (Technische Lieferbedingungen Gesteinskörnungen im Straßenbau).
Als besonders nachhaltig für den Einbau hat sich der Einsatz eines sogenannten fertigerintegrierten Einstreuers (STRABAG) erwiesen, der das Aufbringen des frischen Asphaltes und das Einstreuen des Granulates in einem Arbeitsgang erledigt. Damit ist
eine effektive Einbindung des Einstreumaterials gewährleistet.
Die Stickoxid-Abbauraten wurden sowohl bei Laboruntersuchungen (in Anlehnung an
ISO 22197-1) als auch in Feldversuchen im Versuchsfeld „Straßen-Canyon“ im Werk
Seiferts ermittelt und liegen im Bereich der bereits aus vergangenen Forschungsvorhaben ermittelten guten Leistungsfähigkeit (Abb. 3, 4 u. 7).
Ausblick
Eine Prüfung der Wirksamkeit im städtischen Umfeld steht noch aus. Im Herbst 2015
ist die Einrichtung einer Referenzstrecke in Sachsen-Anhalt geplant. Die Forschungen
sollen im Rahmen des BMBF-Forschungsprojektes „NaHiTAs“ weitergeführt werden.
Literatur
Die Herangehensweise von F. C. Nüdling Betonelemente ist eine andere: In einem
BMWi/ZIM-geförderten Forschungsvorhaben, das in Zusammenarbeit mit dem Institut für Verkehr der TU Darmstadt durchgeführt wurde, wurde ein photokatalytisches
Beton-Granulat zum Einstreuen in die Asphaltoberfläche entwickelt (Abstreusplitt). Es
handelt sich dabei um eine aus hochfesten Beton-Rohlingen gebrochene und auf
ein bestimmtes Korngrößenspektrum abgesiebte Körnung. Das Granulat weist Eigen-
• Abschlussbericht „Verbesserung der Luftqualität durch photokatalytische
Pflastersteine“, F. C. Nüdling Betonelemente GmbH + Co. KG
in Zusammenarbeit mit Fraunhofer IME, 2010
• ISO 22197-1:2007 – Fine ceramics (advanced ceramics, advanced
technical ceramics) – Test method for air-purification performance of
semiconducting photocatalytic materials – Part 1: Removal of nitric oxide
2) 2)
AirClean®-Granulat
2/5
(2,0
kg/m
AirClean-­‐Granulat 2/5 (2,0 kg/m
1,2000 NOX 1,0000 Abb. 2: FCN-Testfeld „Straßen-Canyon“ im Betonwerk Seiferts
0,8000 ppm NO 0,6000 Vergleich NO2-Werte FCN-Canyon vom 08.04.2014
Vergleich NO2-­‐Werte FCN-­‐Canyon vom 08.04.2014 120 0,4000 NO2 in µg/m3 NO
Asphalt normal
NO
2 sphalt normal 2 A
60 Abb. 5 + 6: Messung des Stickoxidabbaus nach ISO 22197-1
17:12 17:09 17:06 17:03 17:00 16:57 16:54 16:51 16:48 16:45 16:42 16:39 16:36 16:33 16:27 16:30 16:21 16:24 16:18 16:15 16:12 16:09 16:06 16:03 16:00 15:57 15:54 15:51 15:48 15:45 15:42 15:39 15:36 15:33 15:27 15:30 0,0000 15:24 80 NO2 15:21 0,2000 15:18 100 Abb. 7: Beispiel für Stickoxidabbau, gemessen nach ISO 22197-1
40 14:00 13:48 13:36 13:24 13:12 13:00 12:48 12:36 12:24 12:12 12:00 11:48 11:36 11:24 11:12 10:48 11:00 10:36 10:24 10:12 10:00 09:48 09:36 09:24 09:12 09:00 08:48 08:36 08:24 08:12 08:00 07:48 07:36 07:24 07:12 07:00 06:48 06:36 06:24 0 06:12 ®
irClean-­‐Granulat NO
NO
-Granulat
2 2AAirClean
Abb. 3: Beispiel für Abbau von Stickstoffdioxid, gemessen im Testfeld
„Straßen-Canyon“ (ein Tag)
Vergleich NO2-­‐Werte FCN-­‐Canyon vom 08.04.2014 Eigenschaft
Kürzel
Einheit
Wert
1.
Korngrößenverteilung
G
GC90/15
2.a
Kornform (Kornformkennzahl)
SI
SI15
2.b
Kornform (Plattigkeitskennzahl)
FL
FL20
3.
Gehalt an Feinanteilen
f
f3
4.
Qualität der Feinanteile
MB
NPD
5.
Trocken-Kornrohdichte
6.
Wasseraufnahme
7.a
Widerstand gegen Zertrümmerung
SZ
SZ18
7.b
Widerstand gegen Zertrümmerung
LA
NPD
8.
Widerstand gegen Polieren
PSV
PSV50
9.
Widerstand gegen Abrieb
AAV
AAVNR
M
MDENR
Mg/m³
2,5 - 2,7
M.-%
> 0,5
120 Asphalt mit AirClean®-Granulat
Asphalt mit AirClean-Granulat
Vergleichsmessungen
im FCN-Canyon
Vergleichsmessungen
im FCN-Canyon
Tagesmittelwerte der NO2-Konzentration
im
Tagesmittelwerte der NO2-Konzentration im
Vergleich zu normalem Asphalt
NO2 Asphalt normal 100 NO2 in µg/m3 80 60 40 Vergleich zu normalen Asphalt (= 100%)
20 100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 4.14.2014 F. C. Nüdling Betonelemente GmbH + Co. KG
Ruprechtstraße 24, 36037 Fulda
4.11.2014 Abb. 4: Beispiel für Abbau von Stickstoffdioxid, gemessen im Testfeld
„Straßen-Canyon“ (mehrere Tage)
4.10.2014 4.9.2014 4.8.2014 4.2.2014 4.1.2014 3.31.2014 3.28.2014 3.27.2014 3.26.2014 3.25.2014 3.24.2014 3.21.2014 3.20.2014 3.19.2014 3.18.2014 3.17.2014 3.14.2014 3.13.2014 3.12.2014 3.11.2014 3.10.2014 3.7.2014 3.6.2014 3.5.2014 2.27.2014 2.26.2014 2.25.2014 0,00% 13:48 14:00 13:36 13:24 13:12 13:00 12:48 12:36 12:24 12:12 12:00 11:48 11:36 11:24 11:12 10:48 11:00 10:36 10:24 09:48 10:12 10:00 09:36 08:48 09:24 09:12 09:00 08:36 07:48 08:24 08:12 08:00 07:36 07:24 07:12 07:00 06:48 06:36 06:24 06:12 NO2 AirClean-­‐Granulat 0 10.
Widerstand gegen Verschleiß
11.
Affinität zu bitumenhaltigen Bindemitteln
%
60 % (nach 24 h)
12.
Widerstand gegen Hitzebeanspruchung
M.-%
NPD
13.
Verwitterungsbeständigkeit
14.
Frost Tausalzbeständigkeit (1 % NaCl)
15.
Frost-Tauwechsel-Beständigkeit
SB
F
NPD
M.-%
0,6
M.-%
0,05
Norm/TL
EN 13043 Gesteinskörnungen für Asphalt / TL Gesteins-StB 04
20 Nr.
NPD = No Performance determined
Ein Projekt von
gemeinsam mit der
Gefördert durch das:
aufgrund eines Beschlusses
des Deutschen Bundestages
Abb. 8: Eigenschaften des AirClean®-Granulats (Künstliche, gebrochene Gesteinskörnung für Asphalt)
www.nuedling.de