Rohstoffe / Ausgangsstoffe

Hauptbestandteile

Bitumen ist ein Gemisch von hochmolekularen Kohlenwasserstoffen und wenig Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff.

• C (80…88%)
• H (7…11%)
• O (1…12%)
• N (<1.5%)
• S (0.5…7%)

Natürliches Bitumen (Naturasphalt) + Erdöl

Fett- und Eiweißstoffe niedriger Organismen wurden in sauerstofffreien Gewässern durch Fäulnisbakterien zu Faulschlamm umgebildet. Die sich bei diesem Prozess bildenden festen Kohlenwasserstoffe können im Gestein verbleiben (Naturasphalt). Die entstehenden flüssigen Kohlenwasserstoffe bilden das Erdöl.

Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Gewinnung der Primärrohstoffe

Abgesehen von sogenannten "Naturasphalt"-Vorkommen stammt Bitumen aus der Erdölfraktionierung. Rohöllagerstätten werden durch Bohrungen erschlossen und das Erdöl abgepumpt. Über Rohrleitungen gelangt das Erdöl zu Transportstationen (Bahn, Schiff) oder direkt in die Raffinerie.

Verfügbarkeit

Die Verfügbarkeit von Bitumen ist direkt an die Erdölproduktion gekoppelt. 2011 wurden weltweit 3.998 Mio. t Erdöl gefördert. Nach Angaben des BGR „betrug das verbleibende Potential an Erdöl … Ende 2011 rund 585 Mrd. t“ (BGR).

Der Bitumengehalt im Erdöl schwankt im Durchschnitt je nach Herkunft zwischen 0 und 30 %. Nordseeöl enthält praktisch kein, kuwaitisches Erdöl relativ viel Bitumen. Der Durchschnitt weltweit beträgt etwa 6%. Nicht alles Bitumen, das aus der Erdölfraktionierung anfällt, wird tatsächlich genutzt.

Der sog. "Naturasphalt" ist Bitumen mit Sedimentgesteinen vermischt. Naturasphalt ist als Rohstoffquelle von untergeordneter Bedeutung.

Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen

Zum Einsatz möglicher Recyclingmaterialien liegen keine Informationen vor.

Radioaktivität

Natürlich Radionuklide in Baustoffen können vorkommen in Abhängigkeit von Material und Zuschlagstoffen. Zum Schutz der Bevölkerung vor Strahlenbelas­tungen werden in Deutschland seit mehr als 20 Jahren Untersuchungen und Bewertungen der radioaktiven Stoffe in Baumaterialien durchge­führt. Nach einer Studie des BfS wurden in Deutschland keine zu Bauzwecken verwendbaren Materialien festgestellt, die infol­ge erhöhter Uran- und Radiumkonzentrationen zu höhe­ren Konzentrationen des Radon-222 (Radon) in Räumen führen könnten.

Bei den derzeit handelsüblichen Bauproduktgruppen sind aus der Sicht des Strahlenschutzes keine Einschränkungen erforderlich. Allerdings ist auch weiterhin die vorgegebene Beschränkung des Anteils industrieller Rückstände als Zuschlag zu beachten, siehe ausführliche BfS-Informationen zu Baustoffen unter http://www.bfs.de/de/ion/anthropg/baustoffe.html.
Asphalt und Bitumenwerkstoffe eignen sich dagegen zum Schutz vor radioaktiver Strahlung. Bitumen besitzt eine hohe Absorptionsfähigkeit für energiereiche Gammastrahlung und Gussasphalt bietet aufgrund seiner großen Dichte einen guten Strahlenschutz gegen Betastrahlen.¹

Quellen

Scholz/Hiese: Baustoffkenntnis; 16. Auflage, 2007; Werner Verlag (Wolters Kluwer Deutschland GmbH), Köln
¹Walter Peffekoven: Gussasphalt – der umweltfreundliche Baustoff
(http://www.gussasphalt.de/pdf/SD_109.pdf abgerufen 11/2013)

Herstellung

Prozesskette

Herstellungsprozess

Bitumen ist ein Erdölprodukt und bleibt in der Erdölraffinerie (Petrochemie) nach der Gewinnung von Benzinen, Flugbenzin, Heizölen, Schwerölen und den sog. Naphtafraktionen, die in Europa für die Herstellung der Kunststoffe verwendet wird, zurück.

Nach einer Vorbehandlung (Reinigung) werden die Rohöle durch normale Destillation in leichtflüchtige Fraktionen aufgespalten. Durch eine Vakuumdestillation (bei Temperaturen von 350 bis 380°C) werden weitere Öle herausgezogen und zurück bleibt Bitumen. Aus den für die Bitumenherstellung ausgewählten Erdölen sind 25 bis 37 M.-% Bitumen zu gewinnen. Hochvakuumbitumen (Hartbitumen) erhält man durch Weiterbehandlung in einer zusätzlichen Bearbeitungsstufe, in der weitere hochsiedende Öle abgetrennt werden. Oxidationsbitumen werden in speziellen Blasreaktoren aus weichem Destillationsbitumen hergestellt. Durch Einblasen von Luft bei Temperaturen von 230 bis 290°C verändern sich Erweichungspunkt und Nadelpenetration. Polymermodifizierte Bitumen werden durch Mischung und chemische Verbindung aus Destillationsbitumen und Polymeren, z. B. Styrol-Butadien-Styrol "SBS“, hergestellt. 

Umweltindikatoren / Herstellung

Energieaufwand

Primärenergie bei der Herstellung von 1 kg Bitumen

Die aufgeführten Zahlen über den Primärenergiebedarf von Bitumen beziehen sich auf alle Erdölfraffinerie-Produkte ab einem Standort in Europa inkl. Transport des Rohöls. Die Zahlen wurden vom Verband der europäischen Kunststoffindustrie erhoben, bilanziert und publiziert. Bei diesem Bilanzsystem werden alle Erdölraffinerieprodukte als gleichwertige Produkte (und Kohlenstoffquellen) angesehen. Häufig, insbesondere von Interessenvertretern, wird Bitumen als Neben- oder Abfallprodukt der Erdölfraktionierung betrachtet und ohne Heizwert oder als "ökologisches Gratisprodukt" mit 0 MJ/kg Herstellungsenergie ausgewiesen. Dies widerspricht den üblichen Zuordnungsregeln in der Bilanzierung der Erdölraffinierie. Die Zahlen zum Energieaufwand und zu den Emissionen bei der Herstellung zeigen deutlich, dass es sich beim Bitumen um einen wenig energieintensiven Stoff aus der erdölverarbeitenden Industrie mit vergleichsweise geringen Emissionen handelt.

Für Hochvakuum- oder Oxidationsbitumen sind keine Zahlen verfügbar. Die eventuell erforderliche Energie, für eine zusätzliche Erhitzung, beträgt schätzungsweise 4-8 MJ/kg. Bei Polymerbitumen kommt der Kunststoffanteil hinzu (→ Polymerbitumen-Dichtungsbahnen).

Charakteristische Emissionen

ausgewählte Emissionen bei der Herstellung von 1 kg Bitumen

Kritisch im Hinblick auf die Anwendung von Heißbitumen oder bei offener Verbrennung ist der hohe Schwefelgehalt, die metallischen Elemente (Vd, Ni, Cu) sowie der Gehalt an krebserzeugenden PAK. Der PAK-Gehalt liegt im Bereich einiger ppm und somit etwa um den Faktor 1000 unter dem PAK-Gehalt von Steinkohle-Teer (Promille bis Prozente).

Maßnahmen Gesundheitsschutz

Die Destillationsanlagen in Raffinerien sind geschlossene Systeme, sodass von keiner besonderen Gefahr für die Gesundheit ausgegangen werden kann.

Maßnahmen Umweltschutz

Abgesehen von den mit dem Erdöltransport verbundenen Risiken, sind bei der Bitumenherstellung keine besonderen Risiken zu erwarten.

Transport

„Als Transportgut fällt Bitumen in die Gefahrgutklasse 9 (Erwärmte flüssige Stoffe) der internationalen Regeln für den Transport von Gefahrgut (ADR). Dabei wird die von Bitumen ausgehende Gefahr ausschließlich in der für den Transport erforderlichen Temperatur von über 100°C gesehen, die zur Erhaltung der Pumpfähigkeit erforderlich ist.“

Online-Quelle

Quellen

Scholz/Hiese: Baustoffkenntnis; 16. Auflage, 2007; Werner Verlag (Wolters Kluwer Deutschland GmbH), Köln

asphalt.de umweltvertraeglichkeit: Online-Quelle

Verarbeitung

Arbeitshygienische Risiken

Allgemeines

Arbeitshygienische Risiken und Umweltbelastungen bei der Verarbeitung von Bitumen und bitumenhaltigen Produkten sind in vielen Fällen relevant. Vor allem bei der Verarbeitung von Heißbitumen, beim Befestigen von bituminösen Abdichtungsbahnen und bei der Verwendung von Kaltbitumen oder Chemikalien mit Bitumen auf Lösemittelbasis (→  Voranstriche).

Gleichzeitig muss allerdings betont werden, dass Bitumen um Größenordnungen weniger gefährlich ist als Teer und dass Bitumen heute nicht mehr mit Teer "verschnitten" wird.

Mit großer Wahrscheinlichkeit sind die polyzyklischen Kohlenwasserstoffe (PAK) für das krebserzeugende Potential von Teerprodukten verantwortlich. Unter den PAK ist Benzo(a)pyren (BaP) eine Leitsubstanz. Die Einstufung eines Produktes in Bezug auf krebserzeugende Wirkung wird aufgrund der BaP-Konzentration (>50ppm) vorgenommen. Anhand der nachfolgenden Tabelle lassen sich die Unterschiede im krebserzeugenden Potential zwischen Steinkohleteer und Bitumen erkennen. Das Bitumen wird heute nicht mehr als krebserzeugend eingestuft.

AGW-Werte

Die bei der heißen Verarbeitung entstehenden Dämpfe und Aerosole sowie die Lösemittel in bituminösen Chemikalien unterstehen nach TRGS 900/901 den folgenden Bedingungen:

• Heißbitumen bzw. Blockbitumen ist nicht kennzeichnungspflichtig. Es gelten relativ niedrige Luftgrenzwert von 15 mg/m³ (außen) und 20 mg/m³ (innen) für die Dämpfe und Aerosole. Die MAK-Kommission bewertet Bitumen als "hautresorptiv" und "krebserzeugend Kategorie 2"
• Voranstriche auf Emulsionsbasis sind nicht kennzeichnungspflichtig und stellen ein geringes arbeitshygienisches Risiko dar.
• Voranstriche auf Lösemittelbasis sind nach Gefahrstoffverordnung kennzeichnungspflichtig. Die Gesundheitsgefährdung richtet sich nach Gehalt und Art der Lösemittel (Aromaten).

REACH / CLP

Die REACH-Verordnung regelt die Herstellung, das Inverkehrbringen und den Umgang mit Industriechemikalien. Zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen, dient die CLP-Verordnung (Verordnung über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen), um ein hohes Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu gewährleisten.

Wird ein Produkt nicht als Stoff oder Gemisch, sondern als Erzeugnis eingestuft, ist kein Sicherheitsdatenblatt (SDB) erforderlich und Gefahrstoffbezeichnungen entfallen. Lediglich besonders besorgniserregende Stoffe (SVHC) müssen ausgewiesen werden.

Lediglich besonders besorgniserregende Stoffe (SVHC) müssen ausgewiesen werden. Produkt bezogene Informationen hierzu finden sich dann in den Sicherheitsdatenblättern (SDB) des Herstellers.

Einstufungen und Gesundheitsgefahren nach GISBAU

kaltverarbeitbare Bitumenprodukte in der Bauwerksabdichtung

• BBP10 Bitumenemulsionen
• BBP20 Bitumenmassen, aromatenarm, lösemittelhaltig
• BBP30 Bitumenmassen, aromatenarm, lösemittelreich
• BBP40 Bitumenmassen, aromatenarm, gesundheitsschädlich, lösemittelhaltig
• BBP50 Bitumenmassen, aromatenarm, gesundheitsschädlich, lösemittelreich
• BBP60 Bitumenmassen, aromatenreich, gesundheitsschädlich, lösemittelhaltig
• BBP70 Bitumenmassen, aromatenreich, gesundheitsschädlich, lösemittelreich

Emissionen

Durch die heiße Verarbeitung des Bitumens entstehen flüchtige organische Kohlenwasserstoffe (VOC) als Luftemissionen, die mit Lösemittelemissionen vergleichbar sind. Die Daten zu VOC-Emissionen sind nicht sehr zuverlässig. Im Rahmen von Gesamtfrachtberechnungen geht man von 80g VOC pro t Heißmischgut im Straßenbau aus. Dabei handelt es sich um einen groben Durchschnittswert für die Erwärmung, den Transport und die Bereitstellung des Heißmischgutes. Diese Emissionen sind nicht relevant, wenn man sie beispielsweise mit Voranstrichen vergleicht. Dies gilt selbst dann, wenn man die unterschiedlichen Aufwandmengen und die zusätzlichen Aerosol-Emissionen berücksichtigt.

Umweltrelevante Informationen

Energiebedarf

Bitumen lässt sich als Blockbitumen v.a. im Straßenbau aber auch im Hochbau nur bei höheren Temperaturen verarbeiten. Die Erhitzung beispielsweise der Sorte 85/25 auf 200°C erfordert auf der Baustelle oder in größeren Mischgutanlagen zwischen 4 und 8 MJ/kg.

Wassergefährdung

Oxidationsbitumen wird als nicht wassergefährdend eingestuft. Bitumenanstriche, -lacke oder –anstriche werden zum Teil in WGK 2 „wassergefährdend“ eingestuft mit dem Hinweis: Giftig für Wasserorganismen.

Nutzung

Umwelt- und Gesundheitsrisiken Neuzustand

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Für eine ganzheitliche Betrachtung sind zusätzlich die jeweiligen Bauproduktgruppen zu betrachten. Im rechten Navigationsmenü finden sich Links zu den zugeordneten Bauproduktgruppen. Wenn Sie sich in einer Bauproduktgruppe befinden, sind dort ggf. Links zu den zugeordneten Grundstoffen abgebildet.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer Nutzung

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum

Auch die längerfristige Schadstoffabgabe in die Luft ist bei Innenanwendungen zu beachten. Bei versiegeltem Gussasphalt hat man in Einzelfällen noch nach längerer Zeit Emissionen gemessen, die zu Geruchsbelästigungen im Innenraum führen können (→  Gussasphalt und Asphaltmastix ). Dabei spielt die Temperatur vermutlich eine entscheidende Rolle.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall

Brandfall

Bitumen ist bei Normaltemperatur schwerentflammbar (Baustoffklasse B1). Bei Heißbitumen sind jedoch Maßnahmen gegen Selbstentzündung erforderlich. Aufgrund der Zusammensetzung und der chemischen Struktur, muss angenommen werden, dass die Brandgase relativ toxisch sind. Selbst bei einer Verbrennung mit ausreichender Sauerstoffzufuhr entstehen schwefelhaltige Brandgase, die gesundheitsgefährlich sind. Überhitztes oder brennendes Bitumen kann auch in erheblichem Maße zur Brandausbreitung beitragen.

Wassereinwirkung

Die Beständigkeit von Bitumen ist schon aufgrund der Entstehungsgeschichte verhältnismäßig hoch. Bitumen ist vor allem gegenüber wässrigen Laugen, Säuren und Salzen beständig. Gegenüber organischen Lösemitteln, Benzinen oder Ölen ist es im Gegensatz zu Teer nicht beständig. Gegenüber Hitze ist Bitumen selbstverständlich unbeschränkt beständig. An der Luft und unter Einfluss von Licht (UV-Strahlen) versprödet das Bitumen.

Nachnutzung

Wiederverwendung / Wiederverwertung / Beseitigung

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Stoffliche Verwertung

Eine stoffliche Verwertung von Bitumen ist grundsätzlich möglich und wird in Form von Asphalt in großem Maße praktiziert. Eine gewisse Qualitätseinbuße ist in Kauf zu nehmen, weshalb rezyclierter Asphalt nicht für die anspruchsvollen Deckschichten im Straßenbau verwendet wird.

Im Hochbau ist ein Recycling von bituminösen Produkten kaum sinnvoll. Bitumen und bituminöse Produkte sind fest mit anderen Bauteilen verbunden und lassen sich nicht oder nur mit großem Aufwand in eine sortenreine Abfallfraktion trennen. Zudem ist Bitumen derzeit ein ständig verfügbarer Rohstoff (Kopplung an die Erdölförderung) und mit dem rezyclierten Straßenasphalt ist das Angebot von Rezyclat zurzeit größer als die Nachfrage.

Energetische Verwertung

Bitumen hat mit einem Heizwert von ca. 40 MJ/kg einen fast gleichhohen Energieinhalt wie Heizöl. Die Verbrennung in geeigneten Anlagen mit möglichst hohem Wirkungsgrad der Energienutzung ist deshalb sinnvoll. Die Verbrennungsanlagen sollten mit weitergehenden Rauchgasreinigungsanlagen ausgerüstet sein, da der Schwefelgehalt etwa so hoch ist wie beim Schweröl. Ökotoxikologisch relevante Mengen an Schlacke und Filterstäuben entstehen bei der Verbrennung von Bitumen nicht.

Beseitigung / Verhalten auf der Deponie

Bitumen ist kein besonders überwachungsbedürftiger Abfall und somit kein Sondermüll. Ein Abbau unter Deponiebedingungen dürfte in Anbetracht der Entstehungsgeschichte des Bitumens höchstens in außerordentlich langen Zeiträumen erfolgen. Dennoch ist eine Ablagerung auf Deponien in Anbetracht des hohen Heizwertes ökologisch nicht sinnvoll. Nach TA-Siedlungsabfall muss Bitumen energetisch verwertet werden.

EAK-Abfallschlüssel

Weitere mögliche EAK-Abfallschlüssel aufgrund der verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten und damit verbundenen weiteren Bestandteile z. B. Lösemittel sind ggf. in den zugeordneten Bauprodukten enthalten.