Duurzaam Bouwen | Is er plek voor asfalt in de circulaire en klimaatneutrale toekomst?

WattisDuurzaam Bouwen

De bouw- en infrasector ziet de noodzaak van circulair en klimaatneutraal werken. De vraag is of het uiterlijk in 2050 of bijvoorbeeld al in 2030 zo ver moet zijn.

In deze serie namens We-Boost de uitdagingen en oplossingsrichtingen voor verduurzaming van de meest toegepaste bouwmaterialen.

Osman Rana, via Unsplash Public Domain

Wegen, fietspaden, landingsbanen en parkeerterreinen bestaan in hoofdzaak uit asfalt. Als je als opdrachtgever of aannemer in de wegenbouw 100% circulair en klimaatneutraal wil werken, kun je dan gebruik blijven maken van asfalt? Of moet de sector hard op zoek naar duurzamere alternatieven?


Wat maakt asfalt zo’n aantrekkelijk bouwmateriaal?

Betaalbaar. Asfalt is een mengsel van steen, zand en vulstof, gebonden door zo’n 5% bitumen. Geen van deze materialen is bijzonder schaars. Afhankelijk van de toepassing is de geluidsdemping, de afvoer van regenwater, de kleur en de rolweerstand van asfalt te optimaliseren.

Eenvoudig te verwerken. Na verhitten en mengen van de grondstoffen is asfalt min of meer vloeibaar en eenvoudig te verwerken. Al enkele uren na aanbrengen is een asfaltlaag afgekoeld en voldoende uitgehard om er overheen te rijden. Asfalt maakt het mogelijk om in korte tijd grote wegoppervlaktes te voorzien van een hoogwaardige verharding.

Beperkt omrijden. Ook afhankelijk van de toepassing gaat een asfaltdeklaag zo’n 10 tot 20 jaar mee. Bij einde levensduur gaat het wegfrezen van ruwweg net zo snel als het (opnieuw) aanbrengen van een asfaltlaag. Periodiek onderhoud van asfaltwegen is daarmee mogelijk zonder langdurige omleidingen en andere negatieve impact voor het wegverkeer.

Introductie in de asfaltproductie.

Waarom is asfalt in de regel niet duurzaam?

De 3 hoofdbestanddelen van asfalt – steenslag, zand en bitumen – zijn niet hernieuwbare delfstoffen. Steenslag komt doorgaans uit steengroeven in het buitenland, zand uit zandwindputten in binnen- en buitenland en bitumen is de zwaarste en taaiste fractie uit aardolie. Het delven, transporteren en verwerken van deze grondstoffen kost energie en veroorzaakt lokaal milieuschade.

Verspreid door Nederland staan er enkele tientallen asfaltcentrales. Die verhitten de grondstoffen tot 100 tot 180 graden en mengen deze tot asfalt. Het verhitten gaat in de regel op fossiel aardgas en daarin zit de grootste milieu- en klimaatimpact in de asfaltketen. Naast CO2 komen bij de productie van asfalt ook stikstofoxiden, benzeen en andere stoffen vrij die schadelijk zijn voor de gezondheid en het milieu in de omgeving van de asfaltcentrales.

De laatste stap in de asfaltketen is het transporteren van het nog warme en vloeibare asfalt naar de bouwplaats en het uitspreiden en verdichten van het asfalt op de definitieve locatie. De vrachtwagens, asfaltspreidmachines en walsen die hierbij nodig zijn, draaien in de regel op fossiele diesel. Ook daarbij komen CO2, stikstofoxiden en andere schadelijke stoffen vrij.

Groei personenauto’s in Nederland.

Waar moeten duurzame alternatieven aan voldoen?

Zowel wegen van asfalt als auto’s zijn eind 19e eeuw ontwikkeld. Sindsdien hebben ze samen een enorme groei doorgemaakt. Daarmee ontstond een wederzijdse afhankelijkheid. Het is lastig om een duurzaam alternatief voor asfalt te vinden dat het huidige verkeer op vergelijkbare wijze faciliteert.

  • Draagkrachtig. Een personenauto weegt al snel 2 ton. Bussen, vrachtwagens en zeker vliegtuigen zijn nog veel zwaarder. Optrekken, remmen, landen en bochten draaien resulteert in enorme krachten op het wegdek.
  • Vlak maar stroef. Voor een comfortabele en veilige rijervaring moet het wegdek glad zijn én grip bieden. Ook als het regent, en ook als het vriest.
  • Betaalbaar en beschikbaar. Bijna 3 procent van het oppervlak van Nederland is ingericht als verkeersterrein. Aanbrengen en onderhouden van al dat wegdek kan alleen als de benodigde grondstoffen praktisch niets kosten en (dus) niet schaars zijn.

De wegenbouw van vandaag is een evolutie op de wegenbouw in de Romeinse tijd.

 

Alternatieve wegverhardingen zonder asfalt

Door de eeuwen heen zijn verschillende wegverhardingen ontwikkeld. Deze materialen zijn niet per se duurzamer dan asfalt maar hebben zich – in specifieke toepassingen – bewezen als alternatief.

  • Karrespoor. Als voldoende mensen, dieren of voertuigen dezelfde route volgen in de ongerepte natuur, ontstaat vanzelf een ‘weg’. Als de ondergrond ter plaatse draagkrachtig is, is een karrespoor dat ook. Betaalbaar en beschikbaar is een ondergrond zonder toevoegingen sowieso. Comfortabel vlak en veilig stroef zal de aanwezige ondergrond vrijwel nooit zijn, ook na jaren overrijden niet.
  • Zand, steenslag of puin. De eerste evolutie van een karrespoor is het opbrengen van zand, (gebroken) grind, steenslag en/of puin. Het uitvullen van kuilen maakt de weg vlak, verdichten verhoogt de draagkracht en de ligging boven maaiveld voorkomt dat het oppervlak bij neerslag snel verandert in blubber. Comfortabel en veilig doorrijden is er echter nog steeds niet bij.
  • Halfverharding of grondstabilisatie. Met cement, leem en/of kalk is opgebracht zand, (gebroken) grind, steenslag en/of puin te binden tot een harde laag met meer draagkracht dan het simpelweg verdichte materiaal. Als de ter plaatse aanwezige grond geschikt is, valt ook grond met doorfrezen van cement, kalk of leem te stabiliseren tot een (bouw)weg of parkeerterrein.
  • Elementverharding. Met een toplaag van natuurstenen kasseien, straatstenen uit gebakken klei of betonnen klinkers voldoet een weg aan de basiseisen voor reguliere mobiliteit op korte afstanden en voor parkeren. Grasbetontegels laten regenwater door en geven vooral parkeervakken een groener uiterlijk. Schaars zijn deze materialen niet maar de kosten voor de productie, het aanbrengen en onderhouden van de verharding lopen op. De stroefheid is onder de meeste condities op orde. De onvlakheid en geluidsproductie dwingen tot lage rijsnelheden.
  • Cementbeton. Een weg of fietspad van (in het werk gestort) beton is praktisch net zo stroef en glad als een asfaltweg. De draagkracht en de weerstand tegen vervorming is nog wat beter dan asfalt, daarom zijn veel landingsbanen maar ook rotondes uitgevoerd in cementbeton. Duitsland en België kennen ook veel betonnen snelwegen. Een nadeel is dat het uitharden van beton langer duurt dan bij asfalt. Daartegenover staat dat beton langer meegaat.
  • Staal. Brugdekken en de rijvloeren van pontjes en veerboten zijn regelmatig uitgevoerd in staal met een ruwe coating. Stalen rijplaten dienen ook vaak als tijdelijke verharding op en rond bouwplaatsen.
  • Kunststof. Net als stalen rijplaten dienen ook kunststofrijplaten vaak als tijdelijke verharding op en rond bouwplaatsen. Net als grasbetontegels zijn ook kunststof grastegels geschikt voor groene parkeerterreinen. Een systeem met wegdelen uit gerecycled plastic is al enkele jaren in ontwikkeling.

Conclusie 1 | Verwacht geen groene revolutie in de bulk

De gemene deler tussen vrijwel alle serieuze alternatieven en innovaties voor asfalt is dat ze net als regulier asfalt óók primair uit zand en steenachtig materiaal bestaan. Zand en stenen zijn goed beschikbaar, betaalbaar en na winning met minimale bewerking toepasbaar.

Niet te vervangen

Staal en plastic zijn schaarser dan steen en zand en de winning en productie heeft aanzienlijk meer negatieve impact op milieu en klimaat.

Het is onwaarschijnlijk dat plastic of stalen verhardingen, hoe recyclebaar ook, voldoende schaalbaar zijn om een substantieel deel van het asfalt duurzaam te vervangen. Ook ligt het niet voor de hand dat we de komende decennia een nieuw en duurzamer materiaal ontdekken dat als verharding vergelijkbare of betere eigenschappen heeft dan gebonden zand en steen.

De wegenbouw van de toekomst zal waarschijnlijk net als nu werken met zand en steen. 

Conclusie 2: Ook qua bindmiddelen eerder evolutie

Ervan uitgaande dat wegen ook in de circulaire en klimaatneutrale toekomst hoofdzakelijk uit zand en stenen bestaan, blijft een bindmiddel nodig. Zeker voor snelwegen en landingsbanen. Qua bindmiddelen zijn er ruwweg 2 smaken.

  • Chemische binding. Cementbeton verkrijgt zijn sterkte door een chemische reactie die het cement aangaat met water. Deze reactie is niet eenvoudig terug te draaien. Beton is wel kapot te breken en dan direct herbruikbaar als puin. Oud beton recyclen tot nieuw beton kan echter alleen door nieuw cement toe te voegen. Ook de binding van kalk, geopolymeerbeton en verschillende lijmen is gebaseerd op chemische reacties, die ook niet zonder meer reversibel zijn.
  • Binding door stolling. Asfalt verkrijgt zijn sterkte door het stollen van de bitumen. Zolang de temperatuur laag blijft, houdt het bitumen de stenen en het zand bij elkaar. Dit stollen heeft als grote voordeel dat het even simpel weer terug te draaien is. Na verhitten is bitumen weer flexibel. Dat maakt asfalt van nature goed recyclebaar. Dit stollen is niet uniek voor bitumen. In gebieden waar het koud genoeg is, voldoet ook water in principe als bindmiddel voor zand en stenen.

Regulier cement en reguliere bitumen zijn eindige grondstoffen. De productie van cement is CO2-intensief terwijl bitumen een nevenproduct is van de CO2-intensieve productie van fossiele brandstoffen. Gebruik van zowel nieuw conventioneel cement als nieuwe conventionele bitumen staat dus op gespannen voet met circulariteits- en klimaatdoelen. In de verduurzaming van wegenbouw hebben we echter ook te maken met enorme oppervlaktes aan bestaande wegen.

Asfalt is als product zo gek nog niet

Het is een zegen en een vloek dat de mondiale wegenbouwsector – ook toen klimaat en grondstofschaarste nog geen enkele rol speelden in het beleid – heeft gekozen voor asfalt als voorkeursverharding.

Omdat de oude bitumen in asfalt door simpelweg verwarmen weer grotendeels herbruikbaar is, zijn vrijwel alle bestaande wegen een op een recyclebaar tot nieuwe wegen. Het feit dat bestaand asfalt goed recyclebaar is én dat er jaarlijks enkele miljoenen tonnen oud asfalt vrijkomen, vormt echter ook een beperking. Vanuit de circulariteitsdoelen moet elke duurzame innovatie min of meer verplicht compatibel zijn met het bestaande asfalt en de verwerkingsmethoden voor regulier asfalt.

De wegenbouw van de toekomst zal waarschijnlijk werken met een bitumenachtig bindmiddel. 

Werking van een asfaltverjonger

 

Biobased bitumen

 

Roof 2 Road

Circulaire en hernieuwbare bindmiddelen

Conventionele bitumen is een aardolieproduct. Dat is in de basis geen probleem, ook fossiele bitumen is goed herbruikbaar. Vrijkomend asfalt gemaakt met fossiele bitumen is dus in de basis al circulair toe te passen in nieuw asfalt.

Wel gaat de kwaliteit van bitumen met de tijd achteruit, onder meer onder invloed van UV-licht, zonnehitte, vrieskou, strooizout en ook door het aanhoudende contact met miljoenen autobanden. Oneindig hergebruik is helaas niet mogelijk.

Opwaarderen oude bitumen. Verouderde bitumen is te ‘verjongen’ met middelen die de bitumen weer soepeler en verwerkbaar maken. Deze verjongingsmiddelen kunnen ook fossiel zijn, maar zijn in de praktijk vaak al biobased oliën.

  • Verjongen bij recycling. De oude brosse bitumen die kleeft aan weggefreesd asfaltgranulaat, is na toevoeging van verjongers en verhitting op de asfaltcentrale weer toepasbaar in een volgende asfaltlaag.
  • Levensduurverlengend onderhoud. Verjongen van het bitumen in een bestaande asfaltlaag kan ook. Door de verjonger op het wegdek te sprayen is de levensduur van bestaande wegen op te rekken met 2 tot soms 4 jaar.

Verse circulaire bitumen. Ook met verjongers heeft bitumen niet het eeuwige leven. Ook omdat het aantal vierkante kilometer asfalt wereldwijd nog toeneemt, zal voorlopig ook vers bindmiddel nodig zijn. Enkele opties daarvoor:

  • Fossiel bijproduct. Bitumen is nu al een bijproduct van de productie van benzine, diesel en kerosine. Zo lang we deze fossiele brandstoffen nog gebruiken, is het al dan niet hernieuwbaar zijn van bitumen niet onze grootste zorg. Inzet van aardolie als recyclebaar product in de wegenbouw is altijd beter dan eenmalig gebruik als brandstof. Zo snel het verbruik van fossiele brandstoffen echter achter de rug is, ligt het niet voor de hand om nog aardolie te winnen om daaruit alleen de bitumineuze fractie benutten.
  • Hergebruik dakbedekking. Platte daken zijn vaak bedekt met dakleer op basis van bitumen. Bij het vervangen van deze daken is ook deze bitumen recyclebaar. Voor de bedekking van nieuwe daken zijn duurzamere opties dan bitumen beschikbaar, zodat de oude bitumen van het dak de weg op kan.
  • Gras, mest of hout. Verschillende onderzoeksgroepen en innovatieprojecten werken aan een bindmiddel voor asfalt op basis van lignine en andere biogene moleculen. Lignine valt te winnen uit onder meer gras, hout, hennep en mest en komt in grote hoeveelheden vrij bij de productie van papier en karton.
  • Synthetische bitumen. Bitumen is een combinatie van verschillende koolwaterstoffen. De chemische industrie heeft in het verleden bewezen goed in staat te zijn complexe organische moleculen te synthetiseren uit waterstof en koolstof. Als andere opties niet volstaan dan moet het mogelijk zijn om hernieuwbare bitumen te produceren uit de kleinste chemische bouwstenen.

Info over groen gas

 

Asfaltproductie op elektriciteit

 

Flexibel elektrisch verwarmen bitumen

 

Gevaarlijke emissies bij asfaltproductie

Verduurzaming van de productie van asfalt

Verreweg het grootste energiegebruik in de asfaltketen ligt in het verhitten van nieuw en/of gerecycled asfalt op de asfaltcentrales. De traditionele productietemperatuur voor asfalt ligt tussen de 160 en 180 graden Celsius.

In Nederland stoken asfaltcentrales in de regel aardgas om de grondstoffen op de verwerkingstemperatuur te brengen. Per ton asfalt kost dat zo’n 9 kuub aardgas. Het gaat in Nederland jaarlijks om zo’n 7 miljoen ton geproduceerd asfalt. Hierbij jaagt de sector er alleen al in Nederland jaarlijks ruim 60 miljoen kuub aardgas doorheen, evenveel als 50.000 gemiddelde huishoudens jaarlijks gebruiken voor de verwarming thuis. Verder is elektriciteit nodig voor onder meer de menginstallaties. Materieel voor het verplaatsen van grondstoffen op de centrale draait vaak nog op diesel.

Verlagen productietemperatuur. Zowel qua klimaat en milieu als qua kosten is veel te winnen met het beperken van de productietemperatuur van asfalt.

  • Van heet naar warm. Na jaren van inzet op duurzaamheid en kostenreductie zijn veel gangbare asfaltmengsels inmiddels bij 140 graden of lager te produceren. Recent heeft de sector collectief besloten om vanaf 2025 geen asfalt geproduceerd bij temperaturen boven de 140 graden te leveren. Dat scheelt jaarlijks zo’n 7 miljoen kuub aardgas in Nederland.
  • Schuimbitumen. Opschuimen van bitumen met stoom verhoogt de viscositeit. Daarmee is het al bij temperaturen rond de 100 graden mogelijk om een goede menging van alle grondstoffen voor asfalt te komen.
  • Koudasfalt. Dit type asfalt is de gangbare oplossing voor kleine reparaties aan bestaande asfaltwegen. Koudasfalt is verwerkbaar bij kamertemperatuur, dankzij toevoeging van oppervlakte-actieve stoffen en/of vanwege de selectie van een bitumen die bij kamertemperatuur überhaupt niet volledig uithardt. Door de blijvende vervormbaarheid is het huidige koudasfalt niet geschikt voor complete asfaltconstructies. Mogelijk is in de zoektocht naar nieuwe circulaire bindmiddelen een samenstelling te vinden die zonder verwarmen verwerkbaar is maar ook voldoet als complete wegverharding.

Duurzame proceswarmte. In plaats van met branders op aardgas is asfalt ook met duurzame energie te produceren.

  • Groen gas. Er zijn door heel Nederland biovergisters- en vergassers actief die methaan produceren uit bijvoorbeeld mest of landbouwresten. Na opschonen van ruw biogas voeden zij het vaak als groen gas in het aardgasnet. Net als met certificaten voor elektriciteit kunnen asfaltproducenten het aardgasverbruik vergroenen door groen gascertificaten in te kopen. Hiervoor zijn dan geen aanpassingen aan de asfaltcentrales nodig.
  • Biomassa of waterstof. Met branders op vaste biomassa of (blauwe of groene) waterstof zijn de voor de productie benodigde temperaturen goed te bereiken. Aanvoer van biomassa of waterstof zal voorlopig per as lopen.
  • Elektriciteit. Ook met elektrische ketels zijn temperaturen tot 180 graden eenvoudig te bereiken. Waarschijnlijk kan dat ook met industriële warmtepompen. Hoe lager de productietemperatuur, hoe kleiner het benodigde vermogen en hoe groter de kans op een elektriciteitsaansluiting. Boskalis heeft elektrische asfaltproductie al gedemonstreerd. In Groot-Brittannië stuurt asfaltproducent Tarmac de elektrische verwarming van bitumen bovendien op de beschikbaarheid van duurzame elektriciteit. In geïsoleerde tanks blijft de opgewarmde bitumen op temperatuur.
  • CO2-afvang. Afvangen en opslaan van CO2 bij voortgaand verbruik van fossiele brandstoffen in de asfaltproductie is een optie om tot klimaatneutraal asfalt te komen. Met de uitrol van regionale en nationale netwerken voor CO2-transport is dit voor bestaande asfaltcentrales die gevestigd zijn nabij (geplande) CO2-infrastructuur het overwegen waard.

Overige schadelijke emissies. Naast CO2 komen er bij het verbranden van aardgas en het verwarmen van (gerecycled) asfalt ook andere emissies zoals stikstofoxiden en benzeen vrij die schadelijk zijn voor de gezondheid en natuur. Een aantal van die emissies komen ook bij de verbranding van groen gas, biomassa en waterstof vrij. Overschakelen op elektriciteit is wat dat aangaat voor de toekomst waarschijnlijk de beste optie. Ook dan nog blijft behandeling van de afgassen belangrijk om tot echt emissievrije asfaltproductie te komen.

Elektrisch asfaltmaterieel

 

Directe recycling met voorverwarmen

 

 

Duurzaam transporteren en asfalteren

Transport van nieuwe grondstoffen en bij onderhoudswerken vrijgekomen freesasfalt naar de asfaltcentrale gaat per schip of per as. Transport van (warm) asfalt naar wegenbouwprojecten gaat per vrachtwagen. Op de projecten zelf zijn asfaltfrezen, asfaltspreiders en walsen druk in de weer om asfalt netjes uit of in het werk te krijgen. Vrijwel alle machines en transportmiddelen verbruiken nu nog fossiele diesel. Verduurzamen van de materieelinzet komt echter op stoom.

  • Biobrandstoffen. Tanken van biobrandstoffen zoals HVO (hydrotreated vegatable oil) of FAME (Fatty Acid Methyl Ester) is vaak een eerste stap op weg naar duurzamere asfaltprojecten. De meeste gangbare dieselmotoren kunnen overweg met biobrandstoffen, al dan niet gemengd met conventionele diesel.
  • Batterij-elektrisch. Een groeiend aantal walsen en inmiddels ook de eerste spreidmachines zijn batterij-elektrisch aangedreven. Ook voor transport van warm asfalt en freesasfalt liggen vrachtwagens op accu voor de hand.
  • Waterstof-elektrisch. Net als een accu kan ook een brandstofcel op waterstof materieel en transportmiddelen elektrisch aandrijven. Een accu is energie-efficiënter maar vergt laadinfrastructuur die nog niet bij elke bouwplaats beschikbaar is. En waterstofaangedreven materieel heeft vermoedelijk meer uithoudingsvermogen. Zeker het wegfrezen van oud asfalt vergt langdurig veel vermogen.

Asfaltrecycling zonder transport. Bij onderhoud aan asfaltwegen komt ruwweg net zoveel materiaal vrij als er nodig is voor de nieuw aan te brengen asfaltlagen. Omdat ook de frezen, spreidmachines en walsen sowieso al op het project moeten zijn, is daarmee bijna alles aanwezig om direct uit oud asfalt nieuw asfalt te maken. Dat kan door de oude asfaltlagen te verwarmen, door te woelen en opnieuw te profileren of door het oude asfalt direct op locatie door te mengen met schuimbitumen. In beide varianten spaar je het transport uit. Wel is nu op de bouwplaats veel extra energie nodig, en mogelijk ook meer nieuwe bitumen dan nodig was geweest bij recycling op een gangbare asfaltcentrale.

Conclusie 3 | Asfalt kán volledig klimaatneutraal en circulair

Als je als opdrachtgever of aannemer in de wegenbouw 100% circulair en klimaatneutraal wil werken, kun je dan gebruik blijven maken van asfalt? Die vraag stond centraal stond in dit stuk.

Het antwoord is ja. Wegen, fietspaden en landingsbanen bestaan ook in de klimaatneutrale en circulaire toekomst vrijwel zeker hoofdzakelijk uit asfalt.

Echte circulariteit is kwestie van beleid

Qua circulariteit heeft asfalt de beste papieren. Hergebruik van asfalt in onder- en tussenlagen is al jaren de staande praktijk. Het vertrouwen in biobitumen en in hergebruik in hoogwaardige deklagen groeit.

De grootste uitdaging voor het sluiten van de keten zit daarmee niet in de techniek maar in het beleid. Zolang het aantal vierkante meters asfalt blijft groeien, blijven ook bij 100% hoogwaardig hergebruik nieuwe grondstoffen nodig. De belangrijkste voorwaarde voor een werkelijk circulaire wegenbouw is een harde stop op het uitbreiden het wegoppervlak in Nederland.

Qua broeikasgasemissies heeft de wegenbouw nog een grote slag te maken. Verder verlagen van de verwerkingstemperaturen en inzet van hernieuwbare energiebronnen voor productie, transport en verwerking van asfalt bieden samen echter een realistisch pad naar klimaatneutrale wegenbouw. Zo lang nog niet alle materieel en productie emissievrij is, is beperken van de hoeveelheid nieuw asfalt ook de beste kans om de klimaatimpact van de wegenbouw te beperken.

Imagecredit: Osman Rana, via Unsplash Public Domain

Dit vind je misschien ook leuk...

2 reacties

  1. Siebe schreef:

    Thijs je stelt dat asfalt goedkoper is dan straatstenen. Is dat een groot verschil? Voor woonwijken wordt ook wel eens asfalt gebruikt, maar in mijn ogen is dat onwenselijk. Je geeft zelf al aan dat straatstenen ongeschikt zijn voor hogere snelheden en dat is nu juist erg belangrijk, met steeds meer, steeds grotere, steeds zwaardere, steeds sneller optrekkende auto’s.

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.