Ondanks recente technologische vooruitgang en de geleidelijke ontwikkeling van circulaire economieconcepten, kunnen markten voor producten van bandenpyrolyse nog steeds als pril worden beschouwd. In dit artikel geven we een inleiding over wat roet is, gaan we dieper in op de toepassingsgebieden van nieuw roet en proberen we het potentieel van gerecycled roet te schatten als vervanging voor het milieuschadelijke nieuwe materiaal.

Aan het eind van dit artikel maken we een schatting van de mogelijke jaarlijkse marktomvang van gerecycled roet, uitgaande van een bescheiden substitutiegraad van 20% voor nieuw roet. Tip: de cijfers suggereren dat de productie van gerecycled roet een winstgevende business is met veel kansen.

Roet: Inleiding en definities

Van oudsher wordt roet (carbon black, CB) gebruikt als zowel versterkend middel als vulmiddel in autobanden. Naarmate de unieke eigenschappen van roet beter begrepen zijn, wordt het tegenwoordig in een veel breder scala aan toepassingen gebruikt in uiteenlopende producten, zoals autobanden, transportbanden, inkten, kunststof buizen, rubbermatten, schoenzolen, enzovoort. Zuiver roet bevat slechts sporen van onzuiverheden en het koolstofgehalte ligt zeer dicht bij 100%.

Virgin Carbon Black (vCB) is een materiaal in de vorm van fijn zwart poeder, geproduceerd door de onvolledige verbranding van zware aardolieproducten zoals FCC-teer, koolteer of ethyleenkrakteer. Roet is een vorm van paracristallijne koolstof met een hoge oppervlakte-volumeverhouding, hoewel lager dan die van actieve kool. Roet wordt het meest gebruikt als versterkende vulstof in rubberproducten, met name banden. Terwijl een zuivere gomvulcanisatie van styreen-butadieen een treksterkte heeft van niet meer dan 2 MPa en een verwaarloosbare slijtvastheid, verbetert de toevoeging ervan met 50% roet (gewichtsprocent) de treksterkte en slijtvastheid.

Koolstofkool (CC) of ruwe gerecyclede roet (ruwe rCB) is een van de directe producten van het pyrolyseproces. Dit materiaal heeft een lage waarde en beperkte toepassingen, zoals energieopwekking in cementovens. Koolstofkool moet daarom worden geraffineerd volgens de eisen van de markt en de uiteindelijke toepassingen om als technisch product in hoogwaardige toepassingen te kunnen worden gebruikt.

ASTM International – een normalisatie-instantie die belangrijke definities van producten en materialen introduceert en wereldwijd meer dan 12.800 ASTM-normen hanteert – heeft onlangs een eerste norm gepubliceerd met betrekking tot gerecycled roet (recycled Carbon Black, rCB).

DeASTM-commissie D36 voor gerecycled roet (rCB)is in 2017 opgericht om de opkomende rCB-industrie te ondersteunen op het gebied van kwaliteit en veiligheid van hun producten. Verschillende subcommissies zijn verantwoordelijk voor het ontwikkelen van normen voor terminologie, richtlijnen, werkwijzen en testmethoden.

De nieuwe ASTM-norm (D8178) voorziet in de behoefte aan een reeks gemeenschappelijke termen om de waarde van rCB duidelijk te onderscheiden van koolstofkoolstof (CC). Bovendien vergemakkelijkt het de communicatie over de prestaties van rCB binnen voorgestelde toepassingen. D8178 schetst het belang van de verschillen tussen koolstofkoolstof, roet (zoals gedefinieerd in de ASTM-norm D3053), ruwe teruggewonnen roet en teruggewonnen roet (rCB).

Het allerbelangrijkste is dat de productnaam "gerecycled roet" (rCB) alleen gebruikt mag worden als het ruwe roet ontdaan is van metalen en vezels en vermalen is. Anders heeft rCB in rubber doorgaans semi-versterkende eigenschappen.

Er zijn verschillende processen om ruwe rCB (koolstofkoolstof) te verfijnen en er waarde aan toe te voegen, afhankelijk van de uiteindelijke productvereisten. Dit kan beperkt blijven tot zeven op grootte en het verwijderen van vreemde materialen (metalen en vezels), of het gebruik van chemicaliën of andere processen om bepaalde componenten uit het materiaal te verwijderen. Geraffineerde koolstofkoolstof afkomstig van bandenpyrolyse kan worden aangeduid als teruggewonnen koolstofzwart (rCB) en kan met diverse processen worden aangepast voor gebruik in de onderdelenproductie en verder worden verfijnd voor gebruik door de chemische industrie als pigment en vulstof in inkt, verf en andere materialen.

Het nabewerken van koolstofkool tot gerecycled koolstofkool (rCB) is complex en vereist kapitaalintensieve technologieën. Door dit materiaal verder te verfijnen, worden de eigenschappen van koolstofkool aanzienlijk verbeterd, wordt een zeer groot deel van de vreemde materialen verwijderd en wordt het omgezet in een waardevol product dat de eigenschappen van zuivere zwarte koolstof redelijk goed kan nabootsen. Afhankelijk van de toepassing en de prestatie-eisen kan rCB in verschillende productieprocessen tussen de 10% en 100% van de verse zwarte koolstof (vCB) vervangen.

De ultieme toepassing voor gerecycled roet (rCB) is de bandenindustrie. Deze industrie is verantwoordelijk voor het grootste deel van het wereldwijde roetverbruik. De bandenindustrie is echter terughoudend met het vervangen van roet met een hoger gehalte aan vluchtig roet (vCB) door rCB of het gebruik van grote hoeveelheden in hun productie, vanwege regelgeving, imago en leveringsproblemen. Er is echter ook een duidelijke trend richting acceptatie van rCB onder bandenfabrikanten. Zo heeft Michelin een aanzienlijk belang verworven in een Zweeds bedrijf voor bandenpyrolyse en is het van plan een rCB-productie-installatie in Zuid-Amerika te bouwen.

Overzicht van toepassingen van roet

Zuivere roet wordt al decennialang gebruikt als versterkingsmiddel in banden en is uitgegroeid tot een essentieel materiaal voor de gehele rubberindustrie. Dankzij zijn unieke eigenschappen wordt roet gebruikt in de meeste rubberindustrieën, zowel voor banden als daarbuiten, en is het toepassingsgebied uitgebreid naar pigmentatie, UV-stabilisatie en geleidbaarheid in een verscheidenheid aan alledaagse en hoogwaardige specialistische producten. De International Carbon Black Association (ICBA) heeft de toepassingen van roet als volgt geclassificeerd:

• Banden en industriële rubberproducten: Roet wordt aan rubber toegevoegd als vulmiddel en als versterkend middel. Voor verschillende soorten banden wordt het gebruikt in binnenbanden, karkassen, zijwanden en loopvlakken, waarbij verschillende soorten worden gebruikt afhankelijk van de specifieke prestatie-eisen. Roet wordt ook gebruikt in veel gegoten en geëxtrudeerde industriële rubberproducten, zoals riemen, slangen, pakkingen, membranen, trillingsdempers, bussen, luchtveren, chassisbumpers en diverse soorten remblokken, hoezen, ruitenwissers, transportbandwielen en doorvoertules.
• Kunststoffen: Roet wordt tegenwoordig veel gebruikt voor geleidende verpakkingen, folies, vezels, gietvormen, buizen en halfgeleidende kabelcomponenten in producten zoals vuilniszakken, industriële tassen, fotoverpakkingen, landbouwfolie, rekfolie en thermoplastische giettoepassingen voor de automobielindustrie, elektrische/elektronische apparatuur, huishoudelijke apparaten en blaasgevormde verpakkingen.
• Elektrostatische ontladingsverbindingen (ESD-verbindingen): Roet is zorgvuldig ontworpen om de elektrische eigenschappen van isolerend naar geleidend te veranderen in producten zoals elektronicaverpakkingen, veiligheidstoepassingen en auto-onderdelen.
• Hoogwaardige coatings: Roet zorgt voor pigmentatie, geleidbaarheid en UV-bescherming in diverse coatingtoepassingen, waaronder autocoatings (grondlagen en blanke lakken), scheepvaart, lucht- en ruimtevaart, decoratieve coatings, houtcoatings en industriële coatings.
• Toners en drukinkten: Koolstofzwart verbetert formuleringen en biedt grote flexibiliteit bij het voldoen aan specifieke kleureisen.

Hoewel roet voor veel toepassingen geschikt is, vereisen verschillende toepassingen verschillende kwaliteiten en eigenschappen van roet.

De kwaliteit van roet hangt af van het proces en de apparatuur. Daarom moet bij de aanschaf van apparatuur rekening worden gehouden met de gewenste kwaliteit van het roet en de eisen van de betreffende toepassingen.

Marktpotentieel en belangrijkste vraagfactoren voor rCB

Aangezien rCB in diverse industrieën een gedeeltelijke of volledige vervanging is voor vCB, wordt het marktpotentieel voor rCB bepaald door de huidige vCB-markten. Volgens diverse experts en onze schattingen is het wereldwijde verbruik van vCB de afgelopen vijf jaar continu gestegen en wordt dit geschat op 11-13 miljoen ton per jaar. Dit vertegenwoordigt een totale jaarlijkse marktwaarde van bijna 16 miljard euro.

Het meest voorkomende gebruik van koolstofzwart (vCB) is in rubber- en kunststoftoepassingen (vanwege de eigenschappen als zowel vulmiddel als versterkingsmiddel). Door zijn vermogen om rubber te versterken, wordt het veel gebruikt in de bandenindustrie. In andere rubber- en kunststoftoepassingen wordt het gebruikt als vulmiddel. In dit geval fungeert het als verdunningsmiddel en wordt het voornamelijk gebruikt om de productiekosten te verlagen. Deze toepassingen zijn goed voor meer dan 95% van het totale wereldwijde koolstofzwartverbruik. Ongeveer 4% van het koolstofzwart wordt gebruikt als inktpigment vanwege de uitstekende kleureigenschappen en de rest wordt gebruikt in andere toepassingen.

Grafiek: Eindgebruikmarkten voor roet

De bandenindustrie is nog steeds de grootste afnemer van nieuw roet, met een totaal verbruik van circa 9 miljoen ton in de afgelopen jaren. Deze sector wordt vertegenwoordigd door een klein aantal grote spelers die de markt domineren en een sterke onderhandelingspositie hebben ten opzichte van leveranciers. De industrie is verantwoordelijk voor ongeveer 70% van het wereldwijde roetverbruik. Binnen deze categorie is 45% afkomstig van personenautobanden, 32% van vrachtwagen- en busbanden en 23% van overige banden (zoals terreinbanden, motorfietsbanden, vliegtuigbanden, enz.).

Rubberproducten die niet voor banden bestemd zijn, vormen het op één na grootste segment in het verbruik van roet, namelijk 20% van het totaal, oftewel zo'n 2 tot 2,5 miljoen ton per jaar. Dit omvat alle rubbertoepassingen behalve banden en vernieuwde banden en is grotendeels verspreid over verschillende industrieën die producten vervaardigen voor rubberbanden, draden, industrieel rubber en andere industrieën die roet gebruiken in hun compounderingsprocessen.

Kunststoffen en inkten kunnen worden gecategoriseerd als specialistische markten en vertegenwoordigen bijna 10% van het vCB-verbruik – 1-1,2 miljoen ton per jaar. Dit segment is ook gediversifieerd in verschillende eindtoepassingen en de verschillende kwaliteiten en op maat gemaakte CB-formuleringen die nodig zijn om specifieke prestaties te bereiken. Het gebruik van vCB in dit segment is voornamelijk gericht op de toepassing als pigment of als vulmiddel voor prestatieverbetering.

Hoewel ons onderzoek aantoont dat tot 100% van nieuw roet in sommige toepassingen kan worden vervangen (bijvoorbeeld in kunststofmasterbatches, dakbedekkingsproducten, inkten, enz.), liggen de percentages voor andere toepassingen lager. Zo zou bijvoorbeeld 30% tot 50% van het nieuwe roet in de zijwanden van personenautobanden kunnen worden vervangen door gerecycled roet.

Uitgaande van een substitutiegraad van 20%, schatten we dat het jaarlijkse volume van de wereldwijde rCB-markt ongeveer 3,2 miljard euro kan bedragen.

Dit maakt de pyrolyse-activiteiten gericht op de productie van gerecycled koolstofzwart (rCB) een winstgevende onderneming. Hoewel het succes van de onderneming afhangt van meerdere factoren, zoals de productietechnologie en de kwaliteit van het eindproduct, zijn er enorme marktkansen voor pyrolyse-bedrijven.

We zien alleen maar potentie voor gerecycled roet op de wereldwijde roetmarkt, maar we zijn er ook van overtuigd dat deze groei onvermijdelijk is vanwege de aanhoudende politieke verschuiving in ontwikkelde economieën naar duurzame en milieuvriendelijke technologieën. Nieuwkomers op de markt hebben vandaag de dag een unieke kans om de rCB-industrie vorm te geven en deze de komende decennia te leiden.

Gezamenlijke inspanningen zijn nodig om het potentieel van de industrie te vergroten.

Om het gebruik van gerecycled roet in de industrie te stimuleren en de ontwikkeling van de rCB-industrie te versnellen, zijn gezamenlijke inspanningen van alle belanghebbenden nodig. De rCB-industrie is sterk afhankelijk van regelgeving en onderzoek. Dat laatste is nodig om pyrolysebedrijven in staat te stellen een homogener en stabieler product te produceren, terwijl regelgeving de integratie van de industrie in de circulaire economie bevordert.

Regelgevingsbeperkingen in grote industrieën werden voornamelijk veroorzaakt door het gebrek aan standaardisatie van gerecycled roet (rCB). Het goede nieuws is dat ASTM vooruitgang boekt op dit gebied en specifieke normen voor rCB ontwikkelt. Omdat de gebruikelijke karakteriseringsmethoden voor roet, gebaseerd op structuur- en oppervlaktemetingen, mogelijk niet in gelijke mate correleren met de prestaties van gerecycled roet in rubberproducten, zal ASTM de ontwikkeling van specifieke testmethoden voor rCB stimuleren. rCB is echter een duurzaam product in het kader van de circulaire economie en biedt verschillende voordelen bij diverse toepassingen.