Meskipun kemajuan teknologi terkini dan konsep ekonomi sirkular berkembang secara bertahap, pasar produk pirolisis ban masih dapat dianggap baru. Dalam artikel ini, kami akan memperkenalkan apa itu karbon hitam, menguraikan bidang penerapan karbon hitam murni, dan mencoba memperkirakan potensi karbon hitam daur ulang untuk menggantikan karbon hitam murni yang merusak lingkungan.

Di akhir artikel ini, kami memperkirakan potensi ukuran pasar tahunan karbon hitam daur ulang, dengan asumsi tingkat substitusi karbon hitam murni sebesar 20%. Petunjuk: angka-angka menunjukkan bahwa produksi karbon hitam daur ulang merupakan bisnis yang menguntungkan dan kaya akan peluang.

Karbon hitam: Pendahuluan dan definisi

Secara tradisional, Karbon Hitam (CB) telah digunakan sebagai bahan penguat sekaligus pengisi ban mobil. Seiring dengan pemahaman yang lebih baik tentang sifat-sifat unik CB sebagai material, kini CB digunakan dalam berbagai aplikasi yang jauh lebih luas di berbagai produk – ban mobil, ban berjalan, tinta, pipa plastik, alas karet, sol sepatu, dan sebagainya. CB murni hanya mengandung sedikit pengotor dan kandungan karbonnya sangat mendekati 100%.

Virgin Carbon Black (vCB) adalah material berupa bubuk hitam halus yang dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna produk minyak bumi berat seperti tar FCC, tar batubara, atau tar hasil oksidasi etilena. Karbon hitam merupakan bentuk karbon parakristalin yang memiliki rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi, meskipun lebih rendah daripada karbon aktif. Penggunaan karbon hitam dalam volume tertinggi adalah sebagai pengisi penguat pada produk karet, terutama ban. Meskipun vulkanisasi gum murni dari stirena-butadiena memiliki kekuatan tarik tidak lebih dari 2 MPa dan ketahanan abrasi yang dapat diabaikan, pencampurannya dengan 50% karbon hitam berdasarkan berat dapat meningkatkan kekuatan tarik dan ketahanan ausnya.

Arang Karbon (CC) atau Karbon Hitam hasil daur ulang mentah (raw rCB) merupakan salah satu produk langsung dari proses pirolisis. Material ini bernilai rendah dan memiliki kegunaan terbatas, seperti pembangkit energi dalam tanur semen. Oleh karena itu, Arang Karbon perlu dimurnikan sesuai dengan kebutuhan pasar dan aplikasi akhir agar dapat digunakan sebagai produk teknis dalam aplikasi bernilai tinggi.

ASTM International – badan standardisasi yang memperkenalkan definisi utama produk dan material dengan lebih dari 12.800 standar ASTM yang berlaku di seluruh dunia – baru-baru ini menerbitkan standar pertama yang berkaitan dengan Karbon Hitam yang dipulihkan (rCB).

ItuKomite ASTM D36 tentang Karbon Hitam yang Dipulihkan (rCB)Didirikan pada tahun 2017 untuk mendukung industri rCB yang sedang berkembang terkait kualitas dan keamanan produk mereka. Beberapa subkomite bertanggung jawab untuk mengembangkan standar terminologi, panduan, praktik, dan metode pengujian.

Standar ASTM yang baru (D8178) memenuhi kebutuhan akan seperangkat istilah umum untuk membedakan secara jelas nilai rCB dari Karbon Arang (CC). Selain itu, standar ini memfasilitasi komunikasi tentang kinerja rCB dalam aplikasi yang diusulkan. D8178 menguraikan pentingnya perbedaan antara Arang, Karbon Hitam (sebagaimana didefinisikan oleh Standar ASTM D3053), Karbon Hitam hasil daur ulang mentah, dan Karbon Hitam hasil daur ulang (rCB).

Yang terpenting, nama produk "Karbon Hitam yang Dipulihkan" (rCB) hanya boleh digunakan jika Karbon Hitam mentah telah dibebaskan dari logam dan serat serta digiling, yang jika tidak, akan memberikan sifat semi-penguatan khas pada rCB dalam karet.

Terdapat beberapa proses untuk memurnikan dan meningkatkan nilai rCB (CC) mentah sesuai dengan kebutuhan akhir produk. Proses ini dapat dibatasi pada penyaringan ukuran dan pemisahan material asing (logam dan serat) atau menggunakan bahan kimia atau proses lain untuk menghilangkan komponen tertentu di dalam material. Arang karbon olahan yang berasal dari pirolisis ban dapat diberi label sebagai Karbon Hitam Terpulihkan (rCB) dan dapat diadaptasi dengan berbagai proses untuk digunakan dalam manufaktur komponen dan dimurnikan lebih lanjut untuk digunakan oleh industri kimia sebagai pigmen dan pengisi dalam tinta, cat, dan material lainnya.

Pasca-pemrosesan CC menjadi rCB merupakan proses yang kompleks dan membutuhkan teknologi yang padat modal. Pemurnian lebih lanjut dari material ini akan meningkatkan sifat arang karbon secara signifikan, menghilangkan sebagian besar material asing, dan mengubahnya menjadi komoditas bernilai tinggi yang dapat mereplikasi sifat-sifat karbon hitam murni hingga tingkat yang wajar. Tergantung pada aplikasi dan persyaratan kinerja, rCB dapat menggantikan antara 10% hingga 100% vCB dalam berbagai proses manufaktur.

Penerapan karbon hitam daur ulang (rCB) yang paling digemari adalah untuk industri manufaktur ban. Industri ban menyumbang sebagian besar konsumsi karbon hitam di seluruh dunia. Namun, industri ban lambat dalam mengganti kandungan vCB yang lebih tinggi dengan rCB atau menerima produksi dalam jumlah besar karena kendala regulasi, citra, dan kekhawatiran pasokan. Namun, terdapat pula tren yang jelas menuju penerimaan rCB di kalangan produsen ban. Salah satunya, Michelin telah mengakuisisi saham yang signifikan di sebuah perusahaan pirolisis ban Swedia dan berencana untuk memproduksi pabrik rCB di Amerika Selatan.

Tinjauan umum penggunaan karbon hitam

Karbon hitam murni telah digunakan selama beberapa dekade sebagai bahan penguat ban dan telah menjadi material utama bagi seluruh industri karet. Berkat sifat-sifatnya yang unik, karbon hitam digunakan di sebagian besar industri ban dan karet non-ban, dan telah berkembang hingga mencakup pigmentasi, stabilisasi ultraviolet (UV), dan bahan konduktif dalam berbagai produk berkinerja tinggi untuk penggunaan sehari-hari dan khusus. Asosiasi Karbon Hitam Internasional (ICBA) mengklasifikasikan penggunaan karbon hitam sebagai berikut:

• Ban dan Produk Karet Industri: Karbon hitam ditambahkan ke karet sebagai pengisi sekaligus penguat. Untuk berbagai jenis ban, karbon hitam digunakan pada lapisan dalam, rangka, dinding samping, dan tapak ban, dengan berbagai jenis yang disesuaikan dengan kebutuhan kinerja spesifik. Karbon hitam juga digunakan dalam berbagai produk karet industri cetak dan ekstrusi, seperti sabuk, selang, gasket, diafragma, peredam getaran, bushing, pegas udara, bumper sasis, serta berbagai jenis bantalan, sepatu bot, bilah penghapus, roda konveyor, dan grommet.
• Plastik: Karbon hitam sekarang banyak digunakan untuk kemasan konduktif, film, serat, cetakan, pipa dan senyawa kabel semi-konduktif dalam produk seperti karung sampah, tas industri, wadah fotografi, film mulsa pertanian, bungkus peregangan, dan aplikasi cetakan termoplastik untuk otomotif, listrik/elektronik, peralatan rumah tangga dan wadah cetakan tiup.
• Senyawa Pelepasan Muatan Elektrostatik (ESD): Karbon hitam dirancang dengan cermat untuk mengubah karakteristik listrik dari isolasi menjadi konduktif dalam produk seperti kemasan elektronik, aplikasi keselamatan, dan suku cadang otomotif.
• Pelapis Berkinerja Tinggi: Karbon hitam memberikan pigmentasi, konduktivitas, dan perlindungan UV untuk beberapa aplikasi pelapisan termasuk otomotif (lapisan dasar primer dan lapisan bening), kelautan, kedirgantaraan, dekoratif, kayu, dan pelapis industri.
• Toner dan Tinta Cetak: Karbon hitam meningkatkan formulasi dan memberikan fleksibilitas luas dalam memenuhi persyaratan warna tertentu.

Meskipun ada banyak kegunaan karbon hitam, aplikasi yang berbeda memerlukan kualitas karbon hitam yang berbeda dan sifat yang berbeda.

Kualitas karbon hitam bergantung pada proses dan peralatan. Oleh karena itu, saat memilih peralatan yang akan dibeli, kualitas karbon hitam yang diinginkan dan kebutuhan aplikasi ini harus dipertimbangkan.

Potensi pasar dan pendorong utama permintaan rCB

Mengingat rCB merupakan pengganti sebagian dan penuh vCB di berbagai industri, potensi pasar rCB ditentukan oleh kondisi pasar vCB saat ini. Menurut berbagai pakar industri dan estimasi kami, selama lima tahun terakhir, konsumsi vCB di seluruh dunia terus meningkat dan diperkirakan mencapai 11-13 juta ton per tahun. Ini mewakili total pasar tahunan yang mendekati 16 miliar EUR.

Penggunaan vCB yang paling umum adalah dalam aplikasi karet dan plastik (karena sifatnya sebagai pengisi sekaligus penguat). Karena kemampuannya untuk memperkuat karet, vCB banyak digunakan dalam industri manufaktur ban. Dalam aplikasi karet dan plastik lainnya, vCB digunakan sebagai pengisi. Dalam hal ini, pengisi merupakan agen pengencer dan digunakan terutama untuk menurunkan biaya volume. Aplikasi ini menyumbang lebih dari 95% dari total konsumsi CB dunia. Sekitar 4% CB digunakan sebagai pigmen tinta karena sifat warnanya yang sangat baik, sementara fraksi sisanya digunakan dalam aplikasi lain.

Bagan: Pasar Penggunaan Akhir Karbon Hitam

Industri ban masih menjadi konsumen karbon hitam murni terbesar, dengan konsumsi keseluruhan mencapai 9 juta ton dalam beberapa tahun terakhir. Konsumsi ini diwakili oleh sejumlah kecil pemain besar yang mendominasi pasar dan memiliki pengaruh yang tinggi terhadap pemasok. Industri ini menyumbang sekitar 70% dari konsumsi karbon hitam dunia. Dalam kategori ini, ban penumpang menyumbang 45%, ban truk dan bus 32%, dan ban lainnya 23% (OTR, sepeda motor, pesawat, dll.).

Produk karet non-ban mewakili segmen terbesar kedua dalam konsumsi karbon hitam, 20% secara keseluruhan, mendekati 2-2,5 juta ton per tahun. Ini mencakup semua aplikasi karet selain ban dan vulkanisir, dan sebagian besar terdiversifikasi di beberapa industri yang memproduksi produk untuk sabuk karet, kawat, karet industri, dan industri lain yang menggunakan karbon hitam dalam kegiatan peracikannya.

Plastik dan tinta dapat dikategorikan sebagai pasar khusus dan mewakili hampir 10% dari konsumsi vCB – 1-1,2 juta ton per tahun. Segmen ini juga terdiversifikasi dalam berbagai aplikasi akhir dan beragam mutu serta formulasi CB yang dibuat khusus yang diperlukan untuk mencapai kinerja tertentu. Penggunaan vCB di segmen ini terutama difokuskan sebagai pigmen atau pengisi kinerja.

Meskipun penelitian kami menunjukkan bahwa hingga 100% karbon hitam murni dapat digantikan dalam beberapa aplikasi (misalnya, masterbatch plastik, produk atap, tinta, dll.), aplikasi lain memiliki angka yang lebih sederhana. Misalnya, 30%-50% vCB dapat digantikan oleh rCB pada dinding samping ban mobil penumpang.

Dengan asumsi tingkat substitusi 20%, kami memperkirakan volume tahunan pasar rCB global dapat mencapai sekitar EUR 3,2 miliar.

Hal ini menjadikan bisnis pirolisis yang berfokus pada produksi rCB sebagai usaha yang menguntungkan. Meskipun keberhasilan bisnis bergantung pada berbagai faktor seperti teknologi produksi dan kualitas hasil, terdapat peluang pasar yang sangat luas bagi operator pirolisis.

Kami hanya melihat potensi karbon hitam daur ulang di pasar CB global, tetapi kami juga yakin bahwa pertumbuhan ini tak terelakkan karena pergeseran politik yang terus-menerus dari negara-negara maju menuju teknologi berkelanjutan dan ramah lingkungan. Saat ini, pendatang baru di pasar ini memiliki peluang unik untuk membentuk industri rCB dan memimpinnya dalam beberapa dekade mendatang.

Diperlukan upaya bersama untuk meningkatkan potensi industri

Namun, untuk meningkatkan penggunaan karbon hitam daur ulang oleh industri dan mempercepat perkembangan industri rCB, diperlukan upaya bersama dari semua pemangku kepentingan. Industri rCB sangat bergantung pada regulasi dan penelitian. Penelitian diperlukan agar operator pirolisis dapat menghasilkan output yang lebih homogen dan stabil, sementara penelitian akan mendorong keterlibatan industri dalam siklus ekonomi sirkular.

Kendala regulasi di industri besar terutama disebabkan oleh kurangnya standardisasi rCB. Kabar baiknya adalah ASTM sedang membuat kemajuan dalam hal ini dan sedang menciptakan standar khusus untuk rCB. Karena metode karakterisasi karbon hitam yang umum berdasarkan pengukuran tingkat struktur dan luas permukaan mungkin tidak berkorelasi dengan kinerja karet dalam hal yang sama untuk produk Karbon Hitam yang didaur ulang, ASTM akan mendorong identifikasi metode uji khusus untuk rCB. Namun, rCB merupakan produk berkelanjutan dalam hal ekonomi sirkular dan memberikan manfaat yang berbeda dalam berbagai aplikasi.