Übersehene Schadstoffquelle: Der Asphalt auf unseren Straßen setzt mehr Luftschadstoffe frei als landläufig angenommen. Denn vor allem bei Wärme und Sonneneinstrahlung dünstet die dunkle Masse beträchtliche Mengen an flüchtigen Kohlenwasserstoffen aus, wie nun Tests enthüllen. Die aus diesen Emissionen gebildeten organischen Schwebstoffe können in sonnigen Gegenden sogar die Emissionen des Autoverkehrs übertreffen, wie die Forscher im Fachmagazin „Science Advances“ berichten.
Man findet ihn auf Straßen, in Einfahrten und auch auf Dächern: Asphalt. Dieses dunkle, bei Wärme weichere Material besteht aus Gesteinsschutt, vermischt mit dem aus Erdöl erzeugten Bitumen – einer zähen Masse aus unterschiedlich langen Kohlenwasserstoffketten.
Schon länger ist bekannt, dass Asphalt gerade beim Erwärmen Gase und Schwebstoffe emittiert, darunter flüchtige organische Substanzen. Diese Kohlenwasserstoffverbindungen können die Entstehung von bodennahem Ozon und sekundären organischen Aerosolen begünstigen. Letztere bilden einen Teil des Ultrafeinstaubs, dessen Partikel einen maximalen Durchmesser von bis zu 2,5 Mikrometern haben.
Trotz dieser Emissionen wurde Asphalt bislang bei der Bewertung der Luftqualität in Städten kaum berücksichtigt – auch weil das konkrete Ausmaß der Ausdünstungen bislang wenig untersucht war.
Stresstest mit Hitze und Sonne im Labor
Um herauszufinden, wie viel flüchtige Kohlenwasserstoffe und sekundäre organische Aerosole Straßenasphalt ausdünstet, haben Forscher um Peeyush Khare von der Yale University das Material verschiedenen Tests unterzogen. In Laborversuchen setzten sie Straßenasphaltproben zunächst in sogenannten Quarzrohrkammern Temperaturen von 40 bis 200 Grad Celsius aus. Diese Temperaturen entsprechen denjenigen, die beim Ausbringen des Asphalts, aber auch bei intensiver Sonneneinstrahlung auf die Straße entstehen können.
Zusätzlich testeten die Forscher, ob die Sonneneinstrahlung auch losgelöst von ihrer Wärmewirkung Ausdünstungen aus dem Asphalt begünstigen kann. Dafür nutzten sie 75-W-Sonnenspektrallampen mit UVA- und UVB-Strahlung. Die Stoffanteile der Ausdünstungen, die bei den Experimenten entstanden, ermittelten sie unter anderem mit Hilfe eines Ionenchromatografen.
Schon Strahlung allein erhöht die Emissionen
Die Forscher stellten fest, dass sich die Ausdünstung organischer Schadstoffe aus dem Asphalt bei einem Temperaturanstieg von 40 auf 60 Grad Celsius verdoppelt. Das Gesamtemissionspotential lag unter diesen Bedingungen bei einem Gramm pro Kilogramm. Auf die Zeit bezogen stabilisierten sich die Emissionen aber bei 0,1 Milligramm pro Minute und Kilogramm Asphalt. Bei noch stärkerer Erwärmung erhöhte sich die Gesamtemission im Durchschnitt um 70 Prozent je 20 Grad Temperaturanstieg. Durch den größeren Ausstoß flüchtiger Kohlenwasserstoffe erhöhte sich damit auch das Potenzial für die Bildung von sekundären organischen Aerosolen – Ultrafeinstaub.
Doch die Temperatur ist nicht der einzige Faktor, wie die Simulation der Sonneneinstrahlung zeigte. Auch die UV-Strahlung hatte einen erheblichen Einfluss auf die Emissionswerte von Asphalt. Die Tests ergaben, dass allein eine starke Sonnenexposition zu einem rund 300-prozentigen Anstieg der Gesamtemission führen kann.
Mehr Emissionen als der Autoverkehr
Asphaltemissionen könnten demnach gerade bei hohen Temperaturen und erhöhter Sonneneinstrahlung eine bedeutende Quelle für die Bildung sekundärer organischer Aerosole sein.
„Eine Haupterkenntnis ist, dass Produkte, die mit Asphalt zu tun haben, beträchtliche und vielfältige Mischungen organischer Verbindungen in die Luft abgeben, wobei eine starke Abhängigkeit von der Temperatur und anderen Umweltbedingungen besteht“, sagt Khare. „Das ist im Hinblick auf die Luftqualität wichtig, besonders unter heißen, sonnigen Sommerbedingungen.“
Laut den Forschern entstehen rund 70 bis 86 Prozent der sekundären organischen Aerosole in Los Angeles nicht durch die Verbrennung fossiler Energien, sondern durch andere Quellen, wie beispielsweise Asphalt. Anhand historischer Fallstudien schlussfolgern sie, dass die potenzielle jährliche Produktion sekundärer organischer Aerosole aus Asphaltemissionen in Südkalifornien die der Benzin- und Dieselkraftfahrzeuge übersteigt.
Die Ergebnisse bilden ein neues Puzzlestück bei der Erforschung mögliche Feinstaubquellen. „Es handelt sich um eine weitere wichtige Nichtverbrennungs-Emissionsquelle, die zur Produktion von sekundären organischen Aerosolen beiträgt und zu einer Klasse von Quellen gehört, an deren besserer Eindämmung Wissenschaftler aktiv arbeiten“, erklärt Kahres Kollege Drew Gentner. (Science Advances, 2020, doi: 10.1126/sciadv.abb9785)
Quelle: Yale University
