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Eis und Schnee bestimmen und beeinflussen in den arktischen Regionen oft die Transportwege von Menschen und Gütern. Während sie ausserhalb von Orten oft den festen Untergrund formen, auf denen nicht nur Schneemobile, sondern auch Autos und LKWs fahren können, werden sie in den Orten oft zu einem Problem, wie bei uns auch. Chinesische Forscher haben nun eine Methode entwickelt, wie asphaltierte Strassen in Zukunft eis- und schneefrei bleiben könnten und die vielleicht auch in arktischen Orten angewendet werden könnte.
Mikrokapseln, die mit einer Chlorid-freien Salzmischung gefüllt sind und mit dem Asphalt vermischt werden, bevor dieser für den Strassenbau verwendet wird, ist der Lösungsvorschlag, den ein chinesisches Forschungsteam der Universität Hebei und den chinesischen Transportministeriums entwickelt und getestet hat. Die Testresultate zeigen, dass die Mischung den Gefrierpunkt von Wasser auf -21°C reduziert und die Lebensdauer und Effizienz der nachhaltigen Abgabe der Mischung zwischen sieben und acht Jahre andauern würde. Die Arbeit wurde nun in der Fachzeitschrift der American Chemical Society ACS Omega veröffentlicht und vorgestellt.
Ein System, bei dem Eis und Schnee auf dem Asphalt schmelzen, ist schon länger bekannt. Doch die bisherigen Systeme waren entweder zu wenig effizient in Sachen Lebensdauer oder zu wenig umweltverträglich, wie die Gruppe in ihrer Arbeit schreibt. Deshalb entwickelte die Forschungsgruppe um Yarong Peng, Erstautor Quansheng Zhao und Xiaomeng Chu ein neues System basierend auf nachhaltigeren und umweltverträglicheren Materialien und einfacheren, kostengünstigeren Methoden. Die Basis bildet dabei die Chlorid-freie Salzmischung aus Natriumacetat, welches aus dem Pyrolyseabfall von Biomassewerken und einfachem Natriumcarbonat entsteht. Dieses bauten die Forschenden in ein Skelett aus porösem Material ein, welches aus Flugasche aus der Stahlproduktion hergestellt werden kann und ummantelten es mit einem Styrol-Acryl-Acrylat-Copolymer, hergestellt aus einfachen Materialien. Diese Hülle bildet Wasserkanäle, die dafür sorgen, dass der Enteisungsstoff im Innern nur langsam abgegeben wird und somit die Lebensdauer der Enteisung der Asphaltschicht auf sieben bis acht Jahre angehoben wird. Unter reellen Bedingungen getestet, konnte die Gruppe zeigen, dass eine bereits 5 Zentimeter dicke Asphaltschicht ausreichte, dass der Gefrierpunkt des Wassers auf dem Asphalt auf unter -20°C gesenkt werden konnte. «Diese Studie lieferte eine neue Idee und einen neuen Blickwinkel für die Entwicklung des Schneeschmelzmittels für den vereisungshemmenden Asphaltbelag. Das erhaltene Produkt hat vielversprechende Aussichten für praktische Anwendungen», schreibt die Autorengruppe zu ihren Ergebnissen.
Die Methode und die Materialien des von Peng und seinen Kollegen und Kolleginnen entwickelten Systems könnten einen Ausweg aus dem Dilemma vieler Orte in den arktischen Regionen bedeuten. Denn besonders in den weit nördlich liegenden Gemeinden von Nunavut, Grönland, auf Svalbard und Alaska sind die Strassen den harschen Umweltbedingungen ziemlich schutzlos ausgeliefert. Strassen werden gerade in den kleineren Gemeinden selten asphaltiert, unter anderem weil das gefrierende Wasser und mechanische Schneeräumungsmethoden, die sowieso nur wenig effizient sind, Schäden an der Infrastruktur selbst verursachen und damit hohe Unterhaltskosten entstehen. Aus demselben Grund sind auch die wichtigen Flugplätze oft nur Schotterpisten. Asphaltierte Strassen und Flugplätze finden sich meist in grösseren Orten wie Iqaluit, Nuuk, Ilulissat oder Longyearbyen oder dann weiter südlich in Alaska, Kanada und Nordskandinavien. Doch auch hier sind die Probleme die gleichen. Dazu kommt auch der grosse Umweltschaden, den die Salzmischungen, die ausgestreut werden, verursachen, meist durch den Chlorid-Zusatz. All diese Probleme könnten, so das Autorenteam der Studie, durch das Potential der neuen Enteisungsmethode reduziert werden und ein kostengünstiges, umweltverträglicheres und vor allem auch einfacher herzustellendes Mittel entwickelt werden.
Dr. Michael Wenger, PolarJournal
Link zur Studie: Zhao et al. (2023) ACS Omega 8 (5) Preparation of a Green Sustained-Release Microcapsule-Type Anti-Icing Agent for Asphalt Pavement and Its Application Demonstration Project; https://doi.org/10.1021/acsomega.2c07212