Selbstheizender Beton soll Schneeräumung auf Straßen überflüssig machen

Forscher haben einen selbstheizenden Beton entwickelt, mit dem großflächiges Schneeräumen oder Salzstreuen künftig der Vergangenheit angehören könnte. Das neuartige Material, an dem seit fünf Jahren an der Drexel University in Philadelphia geforscht wird, lässt Schnee auf Straßen und Gehwegen bis zu zehn Stunden lang schmelzen.

Verschneite und vereiste Straßen verlangsamen den Verkehr und erhöhen die Unfallgefahr durch erschwerte Manövrierfähigkeit. Allein in den USA geben die Behörden jährlich mehr als $2,3 Milliarden für die Bekämpfung von Schnee und Eis aus. Häufig wird zur Beseitigung von Eis und Schnee Salz gestreut, was jedoch umweltschädlich ist und die Integrität der Straßenoberfläche beschädigen kann. Wenn beispielsweise geschmolzenes Eis in die Straße eindringt, wieder gefriert und sich ausdehnt, können Risse entstehen. Die Reparatur solcher und ähnlicher Schäden kostet zusätzliche Millionen.

Geheimzutat: Phasenwechselmaterial Paraffin

Das Geheimnis des selbstheizenden Betons liegt in der Zugabe von Paraffin, einem so genannten Phasenwechselmaterial. Bei etwas wärmeren Temperaturen ist das Material flüssig und speichert die Wärmeenergie aus der Luft, kühlt es sich aber ab, wird es fest und gibt die gespeicherte Wärme an die Umgebung ab. Derzeit experimentieren die Forscher mit zwei Verfahren: Bei einem werden Mikrokapseln mit Paraffin in den Beton eingemischt, bei dem anderen nehmen kleine Steinfragmente das Paraffin auf, bevor sie in den Beton eingemischt werden.

Gute Methoden, um die Straßenoberfläche vor Schäden zu schützen, sind die Vermeidung von Frost-Tau-Zyklen und die Verringerung des Streusalz- und Räumbedarfs. Wir forschen deshalb daran, wie sich spezielle Materialien in Beton einarbeiten lassen, die dazu beitragen, dass die Straßenoberflächentemperatur auch bei sinkenden Außentemperaturen höher gehalten wird.

- Amir Farnam, leitender Forscher am Drexel Laboratory for Advanced Infrastructure Materials (AIM) und einer der Autoren der Studie

Das neue Material ist noch nicht reif für den großflächigen Einsatz, und es sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich. Zum Beispiel kann die Leistung des Phasenwechselmaterials beeinträchtigt werden, wenn es nicht genügend Zeit hat, sich zwischen Frost und Schnee aufzuwärmen. Außerdem ist das Material noch nicht für sehr starke Schneefälle geeignet.

Wir haben festgestellt, dass mit PCM ausgestattete Straßenbeläge schwere Schneeverwehungen von mehr als fünf Zentimetern nicht vollständig auftauen können, aber sie können Schneefälle von weniger als fünf Zentimetern sehr effektiv auftauen. Die PCM-integrierten Betonplatten beginnen mit dem Schmelzen des Schnees, sobald er sich angesammelt hat. Und durch die allmähliche Wärmeabgabe kann die Straßenoberfläche effektiv enteist werden, sodass bei starkem Schneefall kein Salz mehr gestreut werden muss.

- Robin Deb, Doktorand am College of Engineering, der die Forschungsarbeiten leitete