Asphalt ist in unseren Städten nahezu allgegenwärtig. Wie nun eine Studie belegt, kann das erhebliche Auswirkungen auf die Luftqualität haben. Demnach setzt der Asphalt bei Sonnenbestrahlung deutlich mehr flüchtige organische Substanzen frei als bislang gedacht. Diese Ausdünstungen entstehen nicht nur durch die Erwärmung des Materials, sondern auch durch die UV-Strahlung, wie die Experimente ergaben. Die aus diesen Emissionen gebildeten organischen Schwebstoffe können die Bildung von Ozon und Feinstaub fördern und in sonnigen Gegenden sogar die Emissionen des Autoverkehrs übertreffen.
Man findet ihn auf Straßen, in Einfahrten und auch auf Dächern: Asphalt. Dieses dunkle, bei Wärme weicher werdende Material besteht aus Gesteinsschutt, vermischt mit dem aus Erdöl erzeugten Bitumen – einer zähen Masse aus unterschiedlich langen Kohlenwasserstoffketten. Diese sind im kalten Zustand nicht flüchtig, können aber bei Erwärmung, beispielsweise beim Ausbringen des heißen Asphalts, flüchtige organische Substanzen abgeben. Schon länger ist bekannt, dass solche flüchtigen Kohlenwasserstoffe die Entstehung von bodennahem Ozon und sekundären organischen Aerosolen (SOA) begünstigen. Letztere bilden einen Teil des Ultrafeinstaubs, dessen Partikel einen maximalen Durchmesser von bis zu 2,5 Mikrometern haben. “Angesichts der großen Fläche, die Asphalt in städtischen Umgebungen ausmacht, repräsentiert diese Substanz damit eine wichtige potenzielle Quelle für Vorläufersubstanzen der sekundären organischen Schwebstoffe”, konstatieren Peeyush Khare von der Yale University in New Haven und seine Kollegen.
Je wärmer der Straßenasphalt, desto stärker die Emissionen
Doch wie groß die Ausdünstung der Luftschadstoffe aus Asphalt unter normalen, alltäglichen Bedingungen auf Straßen oder asphaltgedeckten Flachdächern ist, war bislang nur wenig untersucht. Um mehr Klarheit zu schaffen, sind Khare und sein Team nun der Frage nachgegangen, wie hoch die Emissionen von Straßenasphalt unter verschiedenen, für seinen Einsatz auf Straßen und Dächern typischen Bedingungen sind. In Laborversuchen setzten sie Asphaltproben in speziellen Testkammern 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 auftreten können. Die dabei freiwerdenden organischen Stoffe analysierten sie mithilfe verschiedener Massenspektrometer und Gaschromatographen. In einem weiteren Versuch testeten die Forscher, ob die UV-Einstrahlung durch das Sonnenlicht auch losgelöst von einer Erwärmung eine Ausdünstung flüchtiger Substanzen aus dem Asphalt verursachen kann.
Die Messungen ergaben, dass mit steigender Temperatur des Asphalts auch die Ausdünstung flüchtiger Kohlenwasserstoffe ansteigt. Bei einer Erwärmung von 40 auf 60 Grad – wie sie beispielsweise an einem sonnigen Sommertag häufig vorkommt – verdoppelten sich die Emissionen. Im Schnitt lagen sie unter diesen sommerlichen Alltagsbedingungen bei rund einem Gramm pro Kilogramm Asphalt. Stiegen die Temperaturen weiter an, erhöhte sich der Ausstoß jeweils um 70 Prozent pro 20-Grad-Schritt. Unter den emittierten Substanzen waren größtenteils verschiedene geradkettige und verzweigte Kohlenwasserstoffe, aber auch polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). “Sie machten rund zehn Prozent der Emissionen aus und umfassten auch bekanntermaßen gesundheitsschädliche Stoffe wie Naphtalen, Pyren und Fluoranthen”, berichten Khare und seine Kollegen. Der Anteil dieser PAKs stieg zudem mit der Temperatur.
Auch UV-Strahlung fördert die Ausdünstung
“Eines unserer Hauptergebnisse ist, dass Asphalt-Produkte substanzielle und vielfältige Mischungen organischer Verbindungen in die Luft abgeben, in starker Abhängigkeit von der Temperatur und anderen Umweltbedingungen”, sagt Khare. Zu letzteren gehört auch die UV-Einstrahlung auf den Asphalt, wie die Experimente enthüllten: Schon eine UV-Strahlung vergleichbar der eines sonnigen Tages reichte aus, um die Ausdünstungen aus dem Asphalt um 300 Prozent zu erhöhen, wie die Messungen ergaben. Nach fünf Stunden der Bestrahlung stabilisierten sich die Emissionswerte bei rund fünf Milligramm pro Minute und Kilogramm Asphalt. Der für die Abdeckung von Flachdächern verwendete Asphalt gibt dabei mehr organische Schadstoffe ab als der Straßenasphalt, dafür haben Straßen den größeren Flächenanteil, wie die Forscher erklären.
Für ihre Studie haben sie ermittelt, wie hoch der Anteil von flüchtigen Kohlenwasserstoffen aus dem Asphalt in der Region von Los Angeles im Vergleich zu den organischen Schadstoffen aus dem Autoverkehr ist. Das Ergebnis: “Die gesamten asphaltbedingten Emissionsraten im südkalifornischen Becken übertreffen die der traditionellen, auf der Verbrennung fossiler Kraftstoffe basierenden Quellen wie Benzin- und Dieselfahrzeugen”, berichten Khare und sein Team. Vor allem für die Bildung von Ultrafeinstaub in den Städten könnte der Straßenasphalt demnach eine erheblich größere Rolle spielen als bislang angenommen.
Quelle: Peeyush Khare (Yale University, New Haven) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.abb9785
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