Bitumen

B. Marczynski

Bitumen ist ein komplexes Gemisch, das durch Destillation von Rohöl zu Petroleum entsteht (s. Abb. 1). Ca 80% des in Deutschland produzierten Bitumens wird zusammen mit unterschiedlichen Mineralstoffen (Sand u. Splitt) als Bindemittel bei der Asphaltherstellung verwendet.

Um Asphalt verarbeiten zu können, muss er erhitzt werden. Hierbei kondensieren die verschiedenen Bestandteile unterschiedlich und es entsteht ein Gemisch aus Kondensat (Dampf) und Gas. Diese werden häufig als Asphaltdämpfe bezeichnet. Schätzungen gehen davon aus, dass alleine in den USA mehr als 350.000 Arbeiter gegen diese Dämpfe exponiert sind. Gerade weil Asphaltdämpfe ein sehr komplexes Gemisch darstellen, hat sich das Studium möglicher gesundheitlicher Auswirkungen von Asphalt als sehr komplizierte Aufgabe herausgestellt. Eine Überprüfung der vorhandenen Daten durch das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) der USA im Jahr1977 kam zu dem Ergebnis, dass die betroffenen Arbeiter hauptsächlich an obstruktiven Atemwegserkrankungen leiden. Diese Erkrankungen, verursacht durch Expositionen gegen Bitumendämpfe und -aerosole, werden oft auch im Zusammenhang mit ihrer potenziellen krebserzeugenden Wirkung betrachtet.

Bitumen kommt in der Natur als Bestandteil von Asphalten (tritt z.B. auf der Insel Trinidad als natürlicher Rohstoff in Form des bekannten Asphaltsees an die Erdoberfläche) und Asphaltgesteinen vor, die sich in langen geologischen Zeiträumen durch Verdunsten der leichter siedenden Anteile des Erdöls gebildet haben. Aufgrund seiner Herkunft besteht Bitumen hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Der weitaus größte Teil des industriell eingesetzten Bitumens fällt bei der Mineralölverarbeitung an. Es ist die Fraktion des Erdöls, die nach der Destillation und Abtrennung der verdampfbaren Anteile zurückbleibt. Je nach Herstellungsverfahren unterscheidet man Destillationsbitumen, Hochvakuumbitumen, Oxidationsbitumen oder Polymerbitumen.

Im Straßenbau wird zu geringen Teilen auch Trinidad-Bitumen eingesetzt, das dort direkt aus den Lagerstätten gewonnen wird (1).

Bitumen ist ein Gemisch höherer Kohlenwasserstoffe und heterozyklischer Verbindungen (Kohlenwasserstoffe mit anderen Atomen wie Schwefel, Stickstoff oder Sauerstoff). Neben Kohlenstoff und Wasserstoff sind daher auch Schwefel (bis zu 8 Massen-%), Stickstoff (etwa 0,5 Massen-%) und Sauerstoff (1 - 2 Massen-%)Bestandteile des Bitumens. Durch chemische Vernetzung von Destillationsbitumen mit Polymeren wird polymermodifiziertes Bitumen hergestellt. Diskutiert wird meist der Anteil an polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK). Bei Temperaturen unter 80° C treten praktisch keine Emissionen aus Bitumen auf. Hier besteht lediglich die Möglichkeit, dass es durch Verschmutzungen zu Hautkontakt mit dem in Lösemitteln gelösten oder in Wasser dispergierten Bitumen kommt. Bei 150°C liegen die Emissionen nur bei ca. 1 mg/h. Bei 180°C wurden merkliche Emissionen festgestellt. Ab ca. 230° C (Einbautemperatur von Gussasphalt) treten höhere Emissionen auf.

In der Presse werden Bitumen und Teer immer noch verwechselt. Teer entsteht als Pyrolyseprodukt bei der thermischen Behandlung von Stein- oder Braunkohle bei 700 bis 1200° C. Alles was schwarz ist wird als Teer, oder, wenn die Substanz flüssig ist, als Pech bezeichnet. Dies führte und führt noch immer dazu, dass Gefahren beim Umgang mit Bitumen gesehen werden, die nachweislich nur beim Umgang mit Pech oder Teer auftreten. Insbesondere gilt dies für den Gehalt an polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen sowie deren Leitsubstanz, dem Benzo[a]pyren (B[a]P). Seit 1983 wird Bitumen begrifflich strikt von Teer getrennt.

Verwendung von Bitumen

Bitumen ist ein sehr alter Baustoff. Schon die Sumerer, Babylonier und Assyrer benutzten es mit Sand gemischt für die verschiedensten Anwendungen. Der industrielle Einsatz von Bitumen begann im 19. Jahrhundert mit der Zunahme des motorisierten Verkehrs. Die Einsatzbereiche von Bitumen können grundsätzlich unterschieden werden in Heiß- und Kaltverarbeitung. Bei der Kaltverarbeitung wird Bitumen in Lösemitteln gelöst oder als wässrige Dispersion verarbeitet. Bei der Heißverarbeitung wird - z.B. bei der Herstellung von Bitumenbahnen - in stationären Anlagen erhitztes Bitumen auf ein Trägermaterial aufgebracht. Diese Bitumenbahnen können auf Baustellen u.a. durch Schweißen mittels Gasbrenner oder durch Einlegen in Heißbitumen verarbeitet werden. Heißflüssige Massen auf Bitumenbasis werden auch zum Verschließen von Fugen oder zum Verkleben von Dämmstoffen verwendet. Die mit Abstand größte Menge des Bitumens geht als Walzasphalt in den Straßenbau. Im Durchschnitt besteht Walzasphalt zu ca. 5% aus Bitumen als Bindemittel und zu 95% aus Mineralstoffen. Neben Walzasphalt wird auch Gussasphalt eingesetzt, z.B. als Bestandteil der Abdichtung, als Deckschicht im Straßen- und Brückenbau oder als Estrich im Wohn- und Industriebau. Gussasphalt hat einen höheren Bitumenanteil (6,5 - 8%).

Die MAK-Kommission begründet ihre Bitumen-Bewertung ("hautresorptiv" und "krebserzeugend Kategorie 2") vor allem damit, dass in Bitumen PAK enthalten sind. Hier ist allerdings zu berücksichtigen, dass der Gehalt an B[a]P mit 2 bis 3 mg/kg im Bitumen deutlich unter den 50 mg/kg liegt, ab denen Substanzen entsprechend der Gefahrstoffverordnung als krebserzeugend gelten. Zudem werden die PAK nur bei Temperaturen deutlich über 100°C freigesetzt. Aus Kasuistiken und einzelnen ärztlichen Anzeigen über eine Berufskrankheit geht verdachtsweise hervor, dass Bitumen eine chemisch-irritative Wirkung auf die Atemwege hat. Dies wird im Rahmen eines BGFA-Projektes durch die Untersuchung von Zellmaterial aus Nase und tieferen Atemwegen sowie dem Blut vor und nach Bitumenexposition analysiert. Für die Zukunft wird eine Verringerung der Emissionen aus Bitumen bei der Heißverarbeitung erwartet, da große Anstrengungen unternommen werden, die Misch- und Einbautemperatur von Ashalt bei gleichbleibender Qualität zu verringern. Dies hat einen niedrigeren Energieverbrauch und eine geringere CO₂-Entwicklung sowie eine niedrigere Emission zur Folge.