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Studie: Recycelt

Nov 13, 2023

Nachrichten Nachrichten | 25. April 2023

RENO – Mit recyceltem Kunststoff formulierte Asphaltbeläge haben den starken Lkw-Verkehr und die atmosphärischen Flüsse des Winters 2022/23 erfolgreich überstanden, nachdem ein Abschnitt der California State Route 99 im Januar überflutet wurde, gaben Beamte am Dienstag bekannt.

„Es ist ein Beweis für die neue Technologie“, sagte Elie Hajj, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der University of Nevada, Reno und stellvertretender Direktor des Superpave Centers. „Wir führen umfangreiche Leistungs- und Umwelttests durch, um zu dieser Asphaltmischung zu gelangen.“

Während die Forschung zur Verwendung von recyceltem Kunststoff im Labor weitergeht, wandte sich Granite Construction, das mit dem Western Regional Superpave Center der Universität zusammenarbeitet, an Caltrans, um die neue Asphaltmischung in der realen Welt zu testen.

„Wir haben eine Auflage für ein Caltrans-Projekt auf dem Highway 99 erstellt und dabei die herkömmliche Mischung durch 10 Gewichtsprozent Kunststoff des Bindemittels ersetzt“, sagte Edgard Hitti, nationaler Asphaltmanager bei Granite Construction. „Das war der erste erfolgreiche kohlenstoffarme Mix, den Caltrans einsetzte.“

Asphaltbelag ist traditionell eine Mischung aus Zuschlagstoffen – Schotter, Kies und Sand – die durch ein Asphaltbindemittel, normalerweise eine klebrige schwarze Flüssigkeit oder halbfeste Form von Erdöl, zusammengehalten werden, um eine zusammenhängende Mischung zu bilden.

Diese innovative Asphaltbindemittelmischung verwendet Kunststoff aus einer einzigen Quelle, gebrauchten Druckerpatronentoner. Es wurde MTP genannt, was für „Modified Toner Polymer“ steht. Dabei handelt es sich um Post-Consumer-Kunststoffabfälle, die in den Vereinigten Staaten verbrannt oder auf Mülldeponien entsorgt wurden. Viele öffentliche Einrichtungen fordern die Verwendung von wiederverwertbaren Materialien in Asphaltbelägen und diese Kunststoffquelle erfüllt diese Anforderungen.

„Nur 9 % aller Kunststoffabfälle werden recycelt, daher wollten wir keine Materialien aus bestehenden Recyclingströmen verwenden“, sagte Hajj. „Und wir wollten Post-Consumer-Polymere, ein Produkt mit niedrigem oder Netto-Null-Kohlenstoffgehalt.“

Tonerpulver und -kartuschen werden in der Regel als Elektronikschrott eingestuft, wodurch sie schwer zu recyceln sind und in den Vereinigten Staaten jedes Jahr schätzungsweise 9.000 bis mehr als 25.000 Tonnen Abfall verursachen, da es keinen Antrag auf bessere Nutzung gibt.

„Wir wollten eine Quelle finden, die derzeit nicht recycelt wird, damit wir den gesamten recycelten Kunststoff in den USA verbessern können und nicht aus einem bestehenden Strom herausschneiden, der derzeit recycelt und in anderen Industrien verwendet wird“, sagte Hitti. „Es ist auch ein großartiges Instrument zur Verbesserung der Umweltproduktdeklaration des Asphaltmischguts, die als ‚Nährwert‘ des Asphaltmischguts bezeichnet wird.“

Die ungefähre Menge an Kunststoffabfällen aus Tonerkartuschen, die auf dem kurzen Abschnitt des Highway 99 recycelt werden, entspricht der Menge von 450 großen Recyclingtonnen am Straßenrand.

Zusätzlich zu seinen anderen Eigenschaften hat dieser Kunststoff das Potenzial, die Kohlendioxidemissionen des flüssigen Asphalts um etwa 5 % zu reduzieren und gleichzeitig pro produzierter Tonne flüssigen Asphalts 200 Pfund Kunststoff aus dem Abfallstrom abzuleiten.

Der Toner aus gebrauchten Druckerpatronen wird als Teilersatz dem Asphaltbindemittel beigemischt, um dessen mechanische Eigenschaften zu verbessern. Das modifizierte Toner-Polymer-Bindemittel wird mit Zuschlagstoffen kombiniert, um die Asphaltmischung herzustellen, die zum Aufbau der Asphaltbelagoberfläche verwendet wird. Hajj sagte, dass die Verwendung des Toners besser sei als bei anderen Kunststoffprodukten, da er nicht wie viele andere wiederverwertbare Materialien oxidiere.

„Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff, daher handelt es sich bei Tonerkartuschen um ein gleichbleibendes Produkt – einheitlich und homogen“, sagte Hajj. „Viele Kunststoffe sind sehr harte Materialien und schwierig zu bearbeiten. Tonerkartuschen sind schöner, weil es sich um einen gemischten, weicheren Post-Consumer-Kunststoff handelt, der sich aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts und seiner besseren Elastizität besser für die Bindemittelmodifikation eignet als herkömmliche Hartkunststoffe.“

Der 500 Fuß lange Abschnitt des Highway 99 in Elk Grove, südlich von Sacramento, wurde asphaltiert, nachdem sich ein erster Test der Mischung im Jahr zuvor bei der Belaganwendung auf einem Target-Ladenparkplatz als erfolgreich erwiesen hatte. Im Oktober wurde der Autobahnabschnitt asphaltiert, und nachfolgende Tests zeigen, dass er auch nach der Überschwemmung durch einen Deichbruch während eines atmosphärischen Sturms gut funktioniert.

„Der Deichbruch, der den Highway 99 überschwemmte, ereignete sich zufällig an der Stelle mit kohlenstoffarmem Kunststoff und blieb ohne Schäden erhalten“, sagte Hitti.

Nach dem Winter besuchte ein Team von Straßenbelagsexperten der University of Nevada, Reno, Granite und Caltrans den Kunststoffabschnitt für eine Feldbesichtigung, um die Straßenbelagsleistung zu beobachten und zu testen. Als Hauptverkehrsader für Lastkraftwagen, die Güter durch den Staat und das ganze Land transportieren, fuhren Tausende schwerer Lastkraftwagen mehr als drei Monate lang auf der Autobahn bei drückend heißer, feuchter und eiskalter Witterung. Das Team stellte fest, dass sich der Belag sehr gut bewährt hat und keine Risse oder Spurrillen aufweist.

„Insgesamt war ich von der hohen Qualität des Testabschnitts sehr beeindruckt“, sagte Peter Sebaaly, Professor am College of Engineering und Direktor des Pavement Engineering & Science Program. „In diesem frühen Stadium der Lebensdauer einer Fahrbahn suchen wir normalerweise nach Anzeichen von Problemen, die sich auf die langfristige Leistung auswirken können, wie z. B. Ungleichmäßigkeit der Mischung im gesamten Abschnitt und Offenheit der Oberfläche. Es war großartig zu sehen, dass in der Rubrik keines der Probleme angezeigt wird.“

Julissa Larios, Doktorandin an der University of Nevada, Reno, nutzt modernste Laborgeräte und -techniken, um das gesamte technische Verhalten dieser innovativen Technologie zu bewerten. Die bisherigen Laborergebnisse deuten darauf hin, dass die Asphaltbindemittel MTP (modifiziertes Tonerpolymer) proportional zum Tonergehalt eine erhöhte Steifigkeit und Viskosität aufweisen, was zu einer verbesserten Beständigkeit gegen bleibende Verformung führt.

Das Kunststoffbindemittel kann in jeder Art von Anwendung eingesetzt werden, von stark befahrenen Anwendungen wie dem Highway 99-Projekt bis hin zu Parkplätzen wie dem Target-Projekt, einschließlich Anwendungen zur Straßenerhaltung wie z. B. Gülleversiegelung.

„Wir hatten im Oktober 2022 den ersten erfolgreichen Versuch, emulgierten recycelten Kunststoff in einem Projekt in San Luis Obispo zu verwenden“, sagte Hitti.

Im Rahmen des Projekts wurde eine 5-prozentige Mischung aus Tonerkunststoff im Bindemittel für die Typ-2-Schlammversiegelung verwendet. Dabei handelt es sich um eine Erhaltungsbehandlung einer dünnen Materialschicht zur Verlängerung der Lebensdauer von Asphalt unter Verwendung sehr fein zerkleinerter Zuschlagstoffe.

Hajj sagte, dass das Team am Superpave Center der Universität weiterhin Mischungen und Produktanwendungen erforschen und die Experimente erweitern werde, während es eine Studie zur Veröffentlichung vorbereitet.

„Unsere bisherige Arbeit liefert Einblicke in den effektiven Einsatz modifizierter Tonerpolymere in Asphaltbindemitteln und bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Verbesserung der Verformungseigenschaften von Asphaltbindemitteln bei gleichzeitiger Verringerung der mit der Deponierung von Toner verbundenen Umweltrisiken“, sagte er. „Wir sind der Meinung, dass noch mehr Daten über die Auswirkungen von MTP auf Asphaltmischungen und deren Langzeitleistung erforderlich sind, daher werden wir weitere Untersuchungen zu den Auswirkungen von MTP auf die Spurrillen- und Risseigenschaften von Mischungen durchführen.“

Quelle: UNR

5. August 2023

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