Selbstreparierende Straßen: Sind nachhaltige Straßen endlich möglich?

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  Quantumrun-Vorausschau
• 25. Mai 2023

Zusammenfassung der Einblicke

Der zunehmende Einsatz von Fahrzeugen hat einen enormen Druck auf die Regierungen zur Instandhaltung und Reparatur von Straßen ausgeübt. Neue Lösungen ermöglichen eine Entlastung in der Stadtverwaltung, indem sie den Prozess der Behebung von Infrastrukturschäden automatisieren.   

Zusammenhang mit sich selbst reparierenden Straßen

Im Jahr 2019 stellten die staatlichen und lokalen Regierungen in den USA laut Urban Institute etwa 203 Milliarden US-Dollar oder 6 Prozent ihrer gesamten direkten allgemeinen Ausgaben für Autobahnen und Straßen bereit. Dieser Betrag machte Autobahnen und Straßen zur fünftgrößten Ausgabe in Bezug auf die direkten allgemeinen Ausgaben für dieses Jahr. Diese Ausgaben erregten auch die Aufmerksamkeit von Investoren, die daran interessiert waren, innovative Lösungen zu entwickeln, um den Wert dieser öffentlichen Infrastrukturinvestitionen zu maximieren. Insbesondere experimentieren Forscher und Start-ups mit alternativen Materialien oder Mischungen, um Straßen widerstandsfähiger zu machen und Risse auf natürliche Weise zu schließen.

Beispielsweise wird der Asphalt, der in herkömmlichen Straßen verwendet wird, bei ausreichender Erwärmung etwas weniger dicht und dehnt sich aus. Forscher in den Niederlanden machten sich diese Fähigkeit zunutze und fügten der Straßenmischung Stahlfasern hinzu. Wenn eine Induktionsmaschine über die Straße gefahren wird, erwärmt sich der Stahl, wodurch sich der Asphalt ausdehnt und Risse füllt. Obwohl diese Methode 25 Prozent mehr kostet als herkömmliche Straßen, belaufen sich die Einsparungen, die eine doppelte Lebensdauer und selbstreparierende Eigenschaften erzielen können, laut der niederländischen Universität Delft auf bis zu 95 Millionen US-Dollar pro Jahr. Darüber hinaus ermöglichen Stahlfasern auch die Datenübertragung, was Möglichkeiten für autonome Fahrzeugmodelle eröffnet.

China hat auch seine Version des Konzepts mit Su Jun-Feng von der Tianjin Polytechnic, die Kapseln aus einem expandierenden Polymer verwendet. Diese dehnen sich aus, um Risse und Spalten aufzufüllen, sobald sie sich bilden, wodurch der Verfall der Straße gestoppt und der Belag weniger spröde wird.   

Störende Wirkung 

Da sich die Materialwissenschaft weiter verbessert, werden die Regierungen wahrscheinlich weiterhin in die Entwicklung selbstreparierender Straßen investieren. Beispielsweise haben Wissenschaftler des Imperial College of London im Jahr 2021 ein Engineering Living Material (ELM) aus einer bestimmten Art von bakterieller Zellulose hergestellt. Die verwendeten Sphäroid-Zellkulturen könnten erkennen, ob sie beschädigt wurden. Wenn Löcher in die ELM gestanzt wurden, verschwanden sie nach drei Tagen, als sich die Zellen an die Heilung der ELM anpassten. Wenn mehr Tests wie dieser erfolgreich werden, können selbstreparierende Straßen Regierungen beträchtliche Ressourcen für Straßenreparaturen sparen. 

Darüber hinaus könnte die Fähigkeit, Informationen durch die Integration von Stahl in Straßen zu übertragen, es Elektrofahrzeugen (EVs) ermöglichen, während der Fahrt aufzuladen, die Stromkosten zu senken und die Reichweite dieser Modelle zu verlängern. Auch wenn Wiederaufbaupläne noch in weiter Ferne liegen, könnten Chinas „Verjüngungskapseln“ die Lebensdauer von Straßen verlängern. Darüber hinaus werden erfolgreiche Experimente mit lebenden Materialien die Forschung auf diesem Gebiet zwangsläufig beschleunigen, da sie wartungsfrei sind und umweltfreundlicher sein können als Standardkomponenten.

Es können jedoch Herausforderungen vor uns liegen, vor allem beim Testen dieser Technologien. Zum Beispiel sind Europa und die USA ziemlich streng mit ihren konkreten Vorschriften. Dennoch prüfen andere Länder wie Südkorea, China und Japan bereits die Erprobung von Hybrid-Straßenmaterialien.

Auswirkungen von selbstreparierenden Straßen

Zu den weiteren Auswirkungen von selbstreparierenden Straßen können gehören:

• Reduziertes Unfall- und Verletzungsrisiko durch Schlaglöcher und andere Oberflächenmängel. Ebenso können geringfügig reduzierte Fahrzeugwartungskosten im Bevölkerungsmaßstab realisiert werden. 
• Ein abnehmender Bedarf an Straßeninstandhaltungs- und -instandsetzungsarbeiten. Dieser Vorteil kann auch dazu beitragen, die jährlichen Verkehrsstaus und Verzögerungsmetriken zu reduzieren, die durch solche Wartungsarbeiten verursacht werden.
• Bessere Infrastrukturen zur Unterstützung autonomer und elektrischer Fahrzeuge, was zu einer breiteren Akzeptanz dieser Maschinen führt.
• Steigende Investitionen in die Entwicklung alternativer und nachhaltiger Materialien für zukünftige Straßen sowie für Anwendungen in anderen öffentlichen Infrastrukturprojekten.
• Der Privatsektor integriert diese Technologien in die Entwicklung von Gewerbe- und Wohngebäuden, insbesondere in erdbebengefährdeten Regionen.

Fragen zu berücksichtigen

• Wie stellen Sie sich selbstreparierende Straßen in der Praxis vor und welche Herausforderungen müssen möglicherweise angegangen werden, um sie Wirklichkeit werden zu lassen?
• Was sind die wichtigsten Faktoren, die bei der Entscheidung zu berücksichtigen sind, ob an einem bestimmten Ort selbstreparierende Straßen eingeführt werden sollen oder nicht?