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Stahlschlacke könnte Straßen deutlich klimafreundlicher machen
Abfall wird zum Straßenbaustoff: Ein neuer Modellvergleich für Chinas Städte zeigt, dass Asphalt mit recycelter Stahlschlacke über Jahrzehnte deutlich weniger Treibhausgase und Feinstaub verursachen könnte als herkömmliche Beläge. Entscheidend ist nicht nur die Herstellung, sondern vor allem die längere Lebensdauer, durch die Reparaturen, Baustellenstaus und zusätzlicher Kraftstoffverbrauch seltener werden.
Hongkong (China). Straßen verschlingen nicht nur große Mengen an Gestein und Bindemitteln. Auch Wartung, Baustellenstaus und der wachsende Rollwiderstand beschädigter Fahrbahnen treiben Energieverbrauch und Emissionen über Jahrzehnte nach oben. Genau hier könnte ein Abfallstoff der Stahlindustrie ansetzen: Stahlschlacke ist hart und kantig und kann natürliche Gesteinskörnungen im Asphalt ersetzen.
Das Problem: Ein nachhaltiger Straßenbelag muss nicht nur bei der Herstellung gut abschneiden. Entscheidend ist sein gesamter Lebenszyklus, denn häufige Erneuerungen erzeugen neue Materialströme, Baustellenverkehr und zusätzliche Staus. In den Basisszenarien der neuen Untersuchung entfielen 95,45 Prozent der Emissionen und 60,07 Prozent der Kosten auf indirekte Effekte während der Nutzung.
Forscher von The University of Hong Kong (HKU) um Prof. Xiaoling Zhang haben deshalb Stahlschlacke-Epoxid-Asphalt-Mischungen, kurz SEAM, in einem hochaufgelösten Lebenszyklusmodell untersucht. Es verknüpft Materialproduktion, Bau, Alterung und Wartung mit Verkehrsaufkommen, Kraftstoffverbrauch, Straßennetzen und der regionalen Verfügbarkeit von Stahlschlacke. Für China berechnete das Team mehrere Ausbaupfade bis 2060.
Verglichen wurden drei Mischungen mit 20, 35 oder 50 Prozent Epoxidharz. In allen ersetzt Stahlschlacke die grobe natürliche Gesteinskörnung vollständig. Mechanische Tests zeigten eine höhere Dauerhaftigkeit und strukturelle Stabilität als bei einem konventionellen Stahlschlacke-Asphalt. Doch der Vorteil hat zunächst einen Preis: Epoxidmodifiziertes Asphaltbindemittel kostet nach den Berechnungsgrundlagen etwa vier- bis fünfmal so viel, und SEAM benötigt sieben Tage Aushärtung bis zur vollen mechanischen Festigkeit.
Innerhalb nur einer Nutzungsperiode schneiden die neuen Beläge deshalb zunächst schlechter ab. Ihre Treibhausgas-, Feinstaub- und Kostenintensität liegt höher als beim konventionellen Vergleichsbelag. Erst die längere Lebensdauer dreht die Bilanz. Im Modell wurden für den herkömmlichen Belag und SEAM mit 20 Prozent Epoxid jeweils sechs Jahre angesetzt, für die 35-Prozent-Mischung 15 Jahre und für die 50-Prozent-Variante 20 Jahre.
Damit müssen die haltbareren Varianten seltener erneuert werden. Sie verteilen ihren höheren Herstellungsaufwand auf mehr Jahre und vermeiden einen Teil der Emissionen, die durch schlechter werdende Fahrbahnen, zusätzliche Kraftstoffverbräuche und wiederkehrende Baustellen entstehen. Die Mischung mit rund 35 Prozent Epoxid erwies sich im Modell als bester Kompromiss aus Haltbarkeit, Emissionsminderung und Kosten.
Anschließend übertrugen die Forscher das Modell auf das städtische Straßennetz des chinesischen Festlands. Sie berechneten Szenarien, in denen 25, 50, 75 oder 100 Prozent der geeigneten Asphaltflächen durch SEAM ersetzt werden. Je nach Ausbaugrad ergaben sich über die jeweiligen Betrachtungszeiträume Einsparungen von rund 431 bis 1.741 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalenten und 303 bis 1.229 Millionen Kilogramm Feinstaub der Größe PM2,5.
Der Rückgang der Feinstaubemissionen könnte laut der gekoppelten Gesundheitsmodellierung außerdem 31.802 bis 128.980 vorzeitige Todesfälle verhindern. Diese Werte sind keine beobachteten epidemiologischen Effekte, sondern systemweite Modellschätzungen auf Basis etablierter Dosis-Wirkungs-Beziehungen. Zusammen mit direkten Lebenszykluskosten sowie monetarisierten Klima- und Gesundheitsnutzen kommt die Studie auf einen wirtschaftlichen Nettonutzen von 3,48 bis 15,01 Billionen Yuan.
Auch die Verteilung der Stahlschlacke zwischen Provinzen wurde berück