Bitumen und seine Geschichte

Das Wort Bitumen stammt aus dem Lateinischen und heißt übersetzt soviel wie Erdpech. Es ist ein Gemisch aus verschiedenen organischen Stoffen – hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff – das durch Vakuumdestillation aus Erdöl gewonnen werden kann. Weitere Bestandteile wie Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff spielen eine untergeordnete Rolle und Metalle lassen sich nur in Spuren nachweisen. Bitumen ist schwarz, zähflüssig bis hart, abdichtend und in Wasser praktisch unlöslich. Bei steigender Temperatur ändert es seine Konsistenz, d.h. das zunächst harte und zähe Material wird durch Erwärmung weich, zähflüssig und zwischen 150° und 200° C dünnflüssig. Bei weiterem Temperaturanstieg verliert es seine plastischen Eigenschaften.

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Vorkommen
Bitumen kommt in einigen Sedimentgesteinen und in Naturasphalt vor. Dieser besteht aus Erdöl, das sich in Jahrmillionen aus organischen Ablagerungen des Meeres gebildet hat und aus Kohlenwasserstoffverbindungen unterschiedlichster Molekulargrößen besteht. Das bedeutendste Naturasphaltvorkommen in Deutschland liegt im Kreis Holzminden, wo die Asphaltgesteine in etwa 80 Metern Tiefe ca. 4% Bitumen enthalten. In Südamerika und in der Karibik gibt es ganze Asphaltseen, die teilweise einen Bitumengehalt von bis zu 95% aufweisen. Ein Beispiel ist der Asphaltsee auf der Insel Trinidad. Dort sprudelt ständig flüssiges Bitumen mit Mineralstoffen vermischt aus dem Untergrund hervor.

Heute wird Bitumen hauptsächlich aus Erdöl gewonnen, das tief unter der Erdoberfläche lagert und durch Bohrungen zutage gefördert wird. Dann wird es verdampft, um das Rohöl in seine einzelnen Bestandteile aufzutrennen und anschließend kondensiert (die sogenannte Destillation).

Geschichte
Die ältesten Bitumenfunde stammen aus der Antike, wo es bereits 6700 v. Chr zum Modellieren von Augenkonturen an Kalkmörtelstatuen diente. Um etwa 3000 v. Chr. wurde es nahe der Stadt Hit erstmals an natürlichen Austrittsstellen gefördert. Hier fand man Naturasphalt mit sehr wenig Beimengungen, also fast reines Bitumen. Zahlreichen Beschreibungen zufolge muss der Ort ein Zentrum der damaligen Asphaltindustrie gewesen sein, das durch Jahrtausende Sumerer, Babylonier und Assyrer belieferte. Angewendet wurde Bitumen damals überwiegend wegen seiner Klebekraft zum Mauern und wegen seiner Wasserundurchlässigkeit zum Abdichten. Auch die Verarbeitung durch Erhitzen und die Herstellung verschiedener Rezepturen waren damals schon bekannt.

Nach dieser Blütezeit geriet Naturasphalt über Jahrhunderte hinweg in Vergessenheit. Die Griechen hatten kein besonderes Interesse an dem Werkstoff, die Römer besaßen kaum Asphaltvorkommen. Bis ins Mittelalter spielten bituminöse Stoffe praktisch nur in der Magie, in der Heilkunde und in der Einbalsamierung von Mumien eine Rolle. Mit der Zeit der Aufklärung und der Entdeckungsreisen (14.-15.Jh.) wurde Naturasphalt wieder entdeckt.

Industrielle Herstellung
Ihren industriellen Anfang nahm die Bitumenerzeugung 1859, als die erste Erdölquelle in Pennsylvania erschlossen und die ersten Raffinerien zur Erdölumarbeitung errichtet wurden. Die Erdöle wurden zunächst nur destilliert (Verdampfung durch Erhitzen), um Leuchtöl für Lampen zu gewinnen. Im Jahr 1880 begann man, die Erdöle weiter abzudestillieren, um Schmieröle zu erzeugen. Es zeigte sich, dass die Destillationsrückstände verschiedene Eigenschaften haben können. In weiteren Veredelungsverfahren fiel bei der Destillation von Schmierölen Bitumen an. Man entdeckte, dass die Ausbeute von Bitumen von der Abnahmemenge der Schmieröle abhing und entsprechend unterschiedliche Härten aufwies. Im Jahr 1888 wurde das älteste und heute noch für Bitumen gültige Prüfverfahren zur Bestimmung der Penetration (Härteprüfung) entwickelt und in einer amerikanischen Patentschrift beschrieben. Bis zu diesem Zeitpunkt war der Markt für das „Schmieröl-Abfallprodukt“ Bitumen zu klein. Erst diese industrielle Herstellung von Bitumen eröffnete die Möglichkeit, sich von den natürlichen Bitumenvorkommen unabhängig zu machen und Bitumen in jeder gewünschten Härte zu erzeugen.

Ein entscheidender Fortschritt zur Verbesserung der Bitumenqualität war das Destillationsverfahren im Vakuum bei gleichzeitiger Zugabe von Wasserdampf. Dieser Prozess der sogenannten fraktionierten Kondensation ermöglichte niedrigere und dadurch schonendere Endtemperaturen, die den Herstellungsprozess um ein Vielfaches verkürzten. Ein anderes Verfahren zur Herstellung von hochschmelzendem Bitumen wurde 1894 patentiert: das sogenannte Blasverfahren. Dabei wird Luft in ein bituminöses Ausgangsmaterial geblasen, damit sich hochmolekulare Anteile bilden. Man spricht deshalb auch von oxidiertem Bitumen oder Oxidationsbitumen. Mit diesem Verfahren wurde es möglich, Bitumen mit hohem Erweichungspunkt und zugleich verhältnismäßig hoher Härte zu erhalten. Die Entwicklung dieser petrochemischen Herstellungsverfahren ebnete den Siegeszug des Bitumens im Dachbereich.

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