Walaupun kemajuan teknologi terkini dan pembangunan beransur-ansur konsep ekonomi bulat, pasaran untuk produk pirolisis tayar masih boleh dianggap sebagai baru lahir. Dalam artikel ini kami membuat pengenalan tentang apa itu karbon hitam, menghuraikan bidang penggunaan karbon hitam dara dan teroka untuk menganggarkan potensi karbon hitam pulih untuk menggantikan rakan sejawatannya yang merosakkan alam sekitar - bahan dara.

Pada penghujung artikel ini, kami membuat anggaran kemungkinan saiz pasaran tahunan karbon hitam pulih, dengan sederhana mengandaikan kadar penggantian karbon hitam dara pada 20%. Petunjuk: nombor menunjukkan bahawa pengeluaran karbon hitam yang dipulihkan ialah perniagaan yang menguntungkan yang kaya dengan peluang.

Karbon hitam: Pengenalan dan definisi

Secara tradisinya, Carbon Black (CB) telah digunakan sebagai agen penguat dan pengisi dalam tayar kereta. Bersama dengan pemahaman yang lebih baik tentang sifat unik CB sebagai bahan, ia kini digunakan dalam rangkaian aplikasi yang lebih luas merentas pelbagai jenis produk – tayar kereta, tali pinggang penghantar, dakwat, paip plastik, tikar getah, tapak kasut dan sebagainya. Virgin CB hanya mengandungi sejumlah kecil kekotoran dan kandungan karbon sangat hampir 100%.

Virgin Carbon Black (vCB) ialah bahan dalam bentuk serbuk hitam halus yang dihasilkan oleh pembakaran tidak lengkap produk petroleum berat seperti tar FCC, tar arang batu, atau tar retak etilena. Karbon hitam ialah sejenis karbon parakristalin yang mempunyai nisbah permukaan-kepada-isipadu yang tinggi, walaupun lebih rendah daripada karbon teraktif. Penggunaan isipadu tertinggi karbon hitam adalah sebagai pengisi pengukuhan dalam produk getah, terutamanya tayar. Walaupun pemvulkanan gusi tulen bagi stirena-butadiena mempunyai kekuatan tegangan tidak lebih daripada 2 MPa dan rintangan lelasan yang boleh diabaikan, menggabungkannya dengan 50% karbon hitam mengikut berat meningkatkan kekuatan tegangan dan rintangan hausnya.

Karbon Char (CC) atau Karbon Hitam mentah (raw rCB) adalah salah satu produk segera proses pirolisis. Bahan ini mempunyai nilai yang rendah dan mempunyai kegunaan yang terhad, seperti penjanaan tenaga dalam tanur simen. Oleh itu Carbon Char perlu diperhalusi mengikut keperluan pasaran dan aplikasi akhir untuk digunakan sebagai produk teknikal dalam aplikasi bernilai tinggi.

ASTM International – badan penyeragaman yang memperkenalkan definisi utama produk dan bahan dengan lebih 12,800 standard ASTM dalam kerja di seluruh dunia – baru-baru ini menerbitkan piawaian pertama yang berkaitan dengan Carbon Black (rCB) yang dipulihkan.

TheJawatankuasa ASTM D36 mengenai Karbon Hitam Dipulihkan (rCB)telah diasaskan pada 2017 untuk menyokong industri rCB yang baru muncul berkenaan kualiti dan keselamatan produk mereka. Beberapa jawatankuasa kecil bertanggungjawab untuk membangunkan piawaian untuk istilah, panduan, amalan dan kaedah ujian.

Piawaian ASTM baharu (D8178) memenuhi keperluan untuk set istilah biasa untuk membezakan dengan jelas nilai rCB daripada Carbon Char (CC). Jika tidak, ia memudahkan komunikasi tentang prestasi rCB dalam aplikasi yang dicadangkan. D8178 menggariskan kepentingan perbezaan antara Char, Carbon Black (seperti yang ditakrifkan oleh ASTM Standard D3053), Carbon Black pulih mentah dan Carbon Black (rCB) pulih.

Paling penting, nama produk "Karbon Hitam pulih" (rCB) hendaklah digunakan hanya jika Karbon Hitam mentah dibebaskan daripada logam dan gentian dan dikisar, yang lain memberikan sifat separa tetulang yang biasanya kepada rCB dalam getah.

Terdapat beberapa proses untuk memperhalusi dan menambah nilai kepada rCB mentah (CC) mengikut keperluan akhir produk. Ini boleh dihadkan kepada penyaringan saiz dan pengasingan bahan asing (logam dan gentian) atau menggunakan bahan kimia atau proses lain untuk mengeluarkan komponen tertentu di dalam bahan. Karbon ditapis yang diperoleh daripada pirolisis tayar boleh dilabelkan sebagai Karbon Hitam Dipulihkan (rCB) dan boleh disesuaikan dengan pelbagai proses untuk digunakan dalam pembuatan bahagian dan ditapis lagi untuk digunakan oleh industri kimia sebagai pigmen dan pengisi dalam dakwat dan cat serta bahan lain.

CC pasca pemprosesan menjadi rCB adalah kompleks dan memerlukan teknologi berintensif modal. Penapisan bahan ini selanjutnya akan meningkatkan secara signifikan sifat arang karbon, mengeluarkan sebahagian besar bahan asing yang sangat tinggi dan menukarnya menjadi komoditi bernilai tinggi yang boleh meniru pada tahap yang munasabah sifat karbon hitam dara. Bergantung pada keperluan aplikasi dan prestasi, rCB boleh menggantikan antara 10% dan 100% vCB dalam pelbagai proses pembuatan.

Aplikasi holy grail untuk Carbon Black (rCB) yang dipulihkan akan digunakan oleh industri pembuatan tayar. Industri tayar menyumbang sebahagian besar penggunaan karbon hitam di seluruh dunia. Walau bagaimanapun, industri tayar lambat untuk menggantikan kandungan vCB yang lebih tinggi dengan rCB atau menerima kuantiti yang banyak dalam pengeluarannya disebabkan oleh kekangan peraturan, imej dan kebimbangan bekalan. Tetapi terdapat juga trend yang jelas ke arah penerimaan rCB di kalangan pengeluar tayar. Antara lain, Michelin telah memperoleh kepentingan besar dalam syarikat pirolisis tayar Sweden dan sedang merancang kilang pengeluaran rCB di Amerika Selatan.

Gambaran keseluruhan penggunaan karbon hitam

Virgin carbon black telah digunakan selama beberapa dekad sebagai agen penguat dalam tayar dan telah menjadi bahan utama untuk keseluruhan industri getah. Terima kasih kepada sifat uniknya, karbon hitam digunakan dalam kebanyakan industri getah tayar dan bukan tayar, dan telah berkembang untuk memasukkan pigmentasi, penstabilan ultraungu (UV) dan agen konduktif dalam pelbagai produk harian dan khusus berprestasi tinggi. Persatuan karbon hitam antarabangsa (ICBA) mengklasifikasikan penggunaan karbon hitam seperti berikut:

• Tayar dan Produk Getah Perindustrian: Karbon hitam ditambah kepada getah sebagai pengisi dan sebagai agen pengukuhan atau pengukuhan. Untuk pelbagai jenis tayar, ia digunakan dalam pelapik dalam, bangkai, dinding sisi, dan tapak menggunakan jenis yang berbeza berdasarkan keperluan prestasi tertentu. Karbon hitam juga digunakan dalam banyak produk getah industri yang dibentuk dan tersemperit, seperti tali pinggang, hos, gasket, diafragma, pengasingan getaran, sesendal, spring udara, bampar casis, dan pelbagai jenis pad, but, bilah pengelap, roda penghantar dan grommet.
• Plastik: Hitam karbon kini digunakan secara meluas untuk pembungkusan konduktif, filem, gentian, acuan, paip dan sebatian kabel separa konduktif dalam produk seperti guni sampah, beg industri, bekas fotografi, filem sungkupan pertanian, pembalut regangan dan aplikasi pengacuan termoplastik untuk automotif, elektrik/elektronik, perkakas rumah dan bekas acuan tiupan.
• Sebatian Nyahcas Elektrostatik (ESD): Karbon hitam direka dengan teliti untuk mengubah ciri elektrik daripada penebat kepada konduktif dalam produk seperti pembungkusan elektronik, aplikasi keselamatan dan bahagian automotif.
• Salutan Prestasi Tinggi: Hitam karbon memberikan pigmentasi, kekonduksian dan perlindungan UV untuk beberapa aplikasi salutan termasuk automotif (lapisan asas primer dan lapisan bersih), marin, aeroangkasa, hiasan, kayu dan salutan industri.
• Toner dan Dakwat Percetakan: Hitam karbon meningkatkan formulasi dan memberikan fleksibiliti yang luas dalam memenuhi keperluan warna tertentu.

Walaupun terdapat banyak kegunaan karbon hitam, aplikasi yang berbeza memerlukan kualiti karbon hitam yang berbeza dan sifat yang berbeza.

Kualiti karbon hitam bergantung kepada proses dan peralatan. Oleh itu, semasa membuat keputusan tentang peralatan untuk dibeli, kualiti karbon hitam yang diingini dan permintaan aplikasi ini harus diambil kira.

Potensi pasaran dan pemacu permintaan rCB utama

Memandangkan rCB adalah pengganti separa dan penuh untuk vCB dalam pelbagai industri, potensi pasaran untuk rCB ditentukan oleh pasaran semasa vCB. Menurut pelbagai pakar industri dan anggaran kami, dalam tempoh lima tahun yang lalu, penggunaan vCB di seluruh dunia telah terus meningkat dan dianggarkan dalam julat 11-13 Juta tan setahun. Ini mewakili jumlah pasaran tahunan hampir 16 Billion EUR.

Penggunaan vCB yang paling biasa adalah dalam aplikasi getah dan plastik (kerana sifatnya sebagai pengisi dan agen penguat). Oleh kerana keupayaannya untuk mengukuhkan getah, ia digunakan secara meluas dalam industri pembuatan tayar. Dalam aplikasi getah dan plastik lain, ia digunakan sebagai pengisi. Dalam keadaan ini, pengisi ialah agen pencairan dan digunakan terutamanya untuk mengurangkan kos volum. Aplikasi ini menyumbang lebih 95% daripada jumlah penggunaan CB dunia. Kira-kira 4% CB digunakan sebagai pigmen dakwat kerana sifat warnanya yang sangat baik dan pecahan selebihnya digunakan dalam aplikasi lain.

Carta: Pasaran penggunaan akhir karbon hitam

Industri tayar masih merupakan pengguna terbesar karbon hitam dara, dengan penggunaan keseluruhan dalam julat 9 Juta tan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ia diwakili oleh sebilangan kecil pemain besar yang menguasai pasaran dan mempunyai leverage yang tinggi dengan pembekal. Industri menyumbang kira-kira 70% daripada penggunaan karbon hitam di seluruh dunia, dalam kategori ini tayar penumpang menyumbang 45% daripada penggunaan karbon hitam, tayar trak dan bas 32%, dan tayar lain 23% (OTR, motosikal, pesawat, dll.).

Produk getah bukan tayar mewakili segmen kedua terbesar dalam penggunaan karbon hitam, 20% secara keseluruhan, ditutup 2-2.5 Juta tan setahun. Ini termasuk semua aplikasi getah selain tayar dan undur dan sebahagian besarnya dipelbagaikan dalam beberapa industri yang mengeluarkan produk untuk tali pinggang getah, wayar, getah industri dan industri lain yang menggunakan karbon hitam dalam aktiviti pengkompaunan mereka.

Plastik dan dakwat boleh dikategorikan sebagai pasaran khusus dan mewakili hampir 10% daripada penggunaan vCB – 1-1.2 Mio tan setahun. Segmen ini juga dipelbagaikan dalam aplikasi akhir yang berbeza dan gred berbeza serta formulasi CB buatan tersuai yang diperlukan untuk mencapai prestasi tertentu. Penggunaan vCB dalam segmen ini tertumpu terutamanya sebagai pigmen atau pengisi prestasi.

Walaupun penyelidikan kami mencadangkan bahawa sehingga 100% karbon hitam dara boleh digantikan dalam beberapa aplikasi (cth, masterbatch plastik, produk bumbung, dakwat, dll.), aplikasi lain mempunyai bilangan yang lebih sederhana. Sebagai contoh, 30%-50% daripada vCB boleh digantikan dengan rCB di dinding sisi tayar kereta penumpang.

Dengan mengandaikan kadar penggantian sebanyak 20%, kami menganggarkan bahawa volum tahunan pasaran rCB global boleh menyumbang kira-kira EUR 3.2 bilion.

Ini menjadikan perniagaan pirolisis tertumpu pada pengeluaran rCB sebagai usaha yang menguntungkan. Walaupun kejayaan perniagaan bergantung kepada pelbagai faktor seperti teknologi pengeluaran dan kualiti keluaran, terdapat peluang pasaran yang luas untuk pengendali pirolisis.

Kami hanya melihat potensi untuk karbon hitam pulih di pasaran CB global, tetapi kami juga yakin bahawa pertumbuhan ini tidak dapat dielakkan disebabkan oleh peralihan politik berterusan ekonomi maju ke arah teknologi yang mampan dan mesra alam. Hari ini, pendatang baharu ke pasaran mempunyai peluang unik untuk membentuk industri rCB dan menerajuinya dalam dekad akan datang.

Usaha bersepadu diperlukan untuk meningkatkan potensi industri

Namun, untuk meningkatkan penggunaan karbon hitam pulih oleh industri dan mempercepatkan pembangunan industri rCB, usaha bersepadu semua pihak berkepentingan diperlukan. Industri rCB sangat bergantung pada peraturan dan penyelidikan. Yang terakhir ini diperlukan untuk membolehkan pengendali pirolisis mencipta output yang lebih homogen dan stabil, manakala yang pertama akan memupuk kemasukan industri ke dalam gelung ekonomi bulat.

Kekangan kawal selia dalam industri besar terutamanya disebabkan oleh kekurangan penyeragaman rCB. Berita baik ialah ASTM sedang maju dalam perkara ini dan sedang mencipta piawaian khusus untuk rCB. Oleh kerana kaedah pencirian karbon hitam biasa berdasarkan paras struktur dan ukuran luas permukaan mungkin tidak berkait dengan prestasi dalam getah dalam perkara yang sama untuk produk Carbon Black yang dipulihkan, ASTM akan memacu pengenalpastian kaedah ujian khusus untuk rCB. Walau bagaimanapun, rCB ialah produk yang mampan dari segi ekonomi bulat dan memberikan faedah yang berbeza di bawah aplikasi yang berbeza.