Apesar dos recentes avanços tecnológicos e do desenvolvimento gradual dos conceitos de economia circular, os mercados de produtos da pirólise de pneus ainda podem ser considerados incipientes. Neste artigo, apresentamos uma introdução ao negro de fumo, detalhamos os campos de aplicação do negro de fumo virgem e nos aventuramos a estimar o potencial do negro de fumo recuperado para substituir seu equivalente prejudicial ao meio ambiente – o material virgem.

Ao final deste artigo, apresentamos uma estimativa do possível tamanho anual do mercado de negro de fumo reciclado, assumindo, de forma conservadora, uma taxa de substituição de negro de fumo virgem de 20%. Dica: os números sugerem que a produção de negro de fumo reciclado é um negócio lucrativo e repleto de oportunidades.

Negro de fumo: Introdução e definições

Tradicionalmente, o negro de fumo (CB) tem sido usado como agente de reforço e carga em pneus de automóveis. Com um melhor entendimento das propriedades únicas do CB como material, ele é atualmente utilizado em uma gama muito mais ampla de aplicações em uma grande variedade de produtos – pneus de carro, correias transportadoras, tintas, tubos de plástico, tapetes de borracha, solados de calçados e assim por diante. O negro de fumo virgem contém apenas traços de impurezas e o teor de carbono é muito próximo de 100%.

O negro de fumo virgem (vCB) é um material na forma de pó preto fino, produzido pela combustão incompleta de derivados pesados ​​de petróleo, como alcatrão de FCC, alcatrão de hulha ou alcatrão de craqueamento de etileno. O negro de fumo é uma forma de carbono paracristalino que possui uma alta relação área superficial/volume, embora menor que a do carvão ativado. O uso mais comum do negro de fumo é como carga de reforço em produtos de borracha, especialmente pneus. Enquanto a vulcanização pura de estireno-butadieno apresenta uma resistência à tração de no máximo 2 MPa e resistência à abrasão insignificante, a adição de 50% de negro de fumo em peso melhora sua resistência à tração e ao desgaste.

O carvão vegetal (CC) ou negro de fumo bruto recuperado (rCB bruto) é um dos produtos imediatos do processo de pirólise. Este material tem baixo valor e usos limitados, como a geração de energia em fornos de cimento. Portanto, o carvão vegetal precisa ser refinado de acordo com as exigências do mercado e as aplicações finais para ser utilizado como um produto técnico em aplicações de alto valor agregado.

A ASTM International – um organismo de normalização que introduz definições importantes de produtos e materiais, com mais de 12.800 normas ASTM em vigor em todo o mundo – publicou recentemente a primeira norma relativa ao negro de fumo recuperado (rCB).

OComitê D36 da ASTM sobre Negro de Fumo Recuperado (rCB)Foi fundada em 2017 para apoiar a indústria emergente de rCB (dispositivos de controle de ruído) no que diz respeito à qualidade e segurança de seus produtos. Vários subcomitês são responsáveis ​​pelo desenvolvimento de padrões para terminologia, diretrizes, práticas e métodos de teste.

A nova norma ASTM (D8178) atende à necessidade de um conjunto de termos comuns para distinguir claramente o valor do negro de fumo recuperado (rCB) do carvão vegetal (CC). Além disso, facilita a comunicação sobre o desempenho do rCB em aplicações propostas. A norma D8178 destaca a importância das diferenças entre carvão vegetal, negro de fumo (conforme definido pela norma ASTM D3053), negro de fumo recuperado bruto e negro de fumo recuperado (rCB).

Mais importante ainda, a denominação do produto "negro de fumo recuperado" (rCB) deve ser aplicada somente se o negro de fumo bruto estiver livre de metais e fibras e tiver sido moído, processo que, caso contrário, confere ao rCB propriedades semi-reforçadoras típicas na borracha.

Existem diversos processos para refinar e agregar valor ao negro de fumo recuperado (rCB) bruto, de acordo com os requisitos finais do produto. Isso pode se limitar à triagem por tamanho e à separação de materiais estranhos (metais e fibras) ou ao uso de produtos químicos ou outros processos para remover certos componentes do material. O carvão vegetal refinado derivado da pirólise de pneus pode ser denominado Negro de Fumo Recuperado (rCB) e pode ser adaptado por meio de vários processos para uso na fabricação de peças e refinado ainda mais para uso pela indústria química como pigmento e carga em tintas, vernizes e outros materiais.

O pós-processamento do carbono residual (CC) para a obtenção de carbono residual reciclado (rCB) é complexo e requer tecnologias de alto investimento. O refinamento adicional desse material melhorará significativamente as propriedades do carbono residual, removerá uma alta proporção de materiais estranhos e o converterá em uma commodity de alto valor agregado, capaz de replicar, em um grau razoável, as propriedades do carbono negro virgem. Dependendo da aplicação e dos requisitos de desempenho, o rCB pode substituir entre 10% e 100% do carbono negro virgem em diversos processos de fabricação.

A aplicação mais desejada para o negro de fumo recuperado (rCB) é o seu uso na indústria de fabricação de pneus. Este setor responde pela maior parte do consumo mundial de negro de fumo. No entanto, a indústria de pneus tem sido lenta em substituir altos teores de negro de fumo volátil (vCB) por rCB ou em aceitar grandes quantidades em sua produção devido a restrições regulatórias, preocupações com a imagem e o fornecimento. Mas também há uma clara tendência de aceitação do rCB entre os fabricantes de pneus. Entre outros, a Michelin adquiriu uma participação significativa em uma empresa sueca de pirólise de pneus e está planejando uma planta de produção de rCB na América do Sul.

Visão geral dos usos do negro de fumo

O negro de fumo virgem tem sido usado há décadas como agente de reforço em pneus e tornou-se um material fundamental para toda a indústria da borracha. Graças às suas propriedades únicas, o negro de fumo é utilizado na maioria das indústrias de borracha, tanto de pneus quanto de outros setores, e seu uso se expandiu para incluir pigmentação, estabilização ultravioleta (UV) e agentes condutores em uma variedade de produtos de uso diário e de alto desempenho. A Associação Internacional de Negro de Fumo (ICBA) classificou os usos do negro de fumo da seguinte forma:

• Pneus e Produtos Industriais de Borracha: O negro de fumo é adicionado à borracha tanto como carga quanto como agente de reforço. Em diversos tipos de pneus, ele é utilizado em revestimentos internos, carcaças, laterais e bandas de rodagem, empregando diferentes tipos de acordo com os requisitos específicos de desempenho. O negro de fumo também é utilizado em muitos produtos industriais de borracha moldados e extrudados, como correias, mangueiras, juntas, diafragmas, isolamento de vibração, buchas, molas pneumáticas, amortecedores de chassis e diversos tipos de almofadas, coifas, palhetas de limpador de para-brisa, rodas de esteira e arruelas de vedação.
• Plásticos: O negro de fumo é hoje amplamente utilizado em embalagens condutoras, filmes, fibras, moldagens, tubos e compostos para cabos semicondutores em produtos como sacos de lixo, sacos industriais, recipientes fotográficos, filmes para cobertura agrícola, filme stretch e aplicações de moldagem termoplástica para os setores automotivo, elétrico/eletrônico, de eletrodomésticos e recipientes moldados por sopro.
• Compostos para Descarga Eletrostática (ESD): Os negros de carbono são cuidadosamente projetados para transformar as características elétricas de isolantes para condutores em produtos como embalagens eletrônicas, aplicações de segurança e peças automotivas.
• Revestimentos de Alto Desempenho: Os negros de fumo proporcionam pigmentação, condutividade e proteção UV para diversas aplicações de revestimento, incluindo automotiva (bases de primer e vernizes), marítima, aeroespacial, decorativa, para madeira e industrial.
• Toners e tintas de impressão: Os negros de carbono aprimoram as formulações e oferecem grande flexibilidade para atender a requisitos de cores específicos.

Embora o negro de fumo tenha muitos usos, diferentes aplicações exigem diferentes qualidades e propriedades do produto.

A qualidade do negro de fumo depende do processo e do equipamento. Portanto, ao decidir qual equipamento comprar, deve-se levar em consideração a qualidade desejada do negro de fumo e as exigências da aplicação.

Potencial de mercado e principais fatores de demanda por rCB

Considerando que o rCB é um substituto parcial e total para o vCB em diversos setores industriais, o potencial de mercado para o rCB é determinado pelos mercados atuais de vCB. De acordo com diversos especialistas do setor e nossas estimativas, nos últimos cinco anos o consumo mundial de vCB tem aumentado continuamente, sendo estimado entre 11 e 13 milhões de toneladas por ano. Isso representa um mercado total anual próximo a 16 bilhões de euros.

O uso mais comum do negro de carbono (vCB) é em aplicações de borracha e plástico (devido às suas propriedades como carga e agente de reforço). Devido à sua capacidade de reforçar a borracha, é amplamente utilizado na indústria de fabricação de pneus. Em outras aplicações de borracha e plástico, é usado como carga. Nesse caso, a carga atua como um agente diluidor e é usada principalmente para reduzir os custos de volume. Essas aplicações representam mais de 95% do consumo mundial total de negro de carbono. Cerca de 4% do negro de carbono é usado como pigmento em tintas devido às suas excelentes propriedades de tingimento, e a fração restante é usada em outras aplicações.

Gráfico: Mercados de uso final do negro de fumo

A indústria de pneus continua sendo a maior consumidora de negro de fumo virgem, com um consumo total na ordem de 9 milhões de toneladas nos últimos anos. Ela é representada por um pequeno número de grandes empresas que dominam o mercado e têm grande poder de negociação com os fornecedores. O setor responde por aproximadamente 70% do consumo mundial de negro de fumo, sendo que, dentro dessa categoria, os pneus para veículos de passeio representam 45% do consumo, os pneus para caminhões e ônibus 32% e outros tipos de pneus (OTR, motocicletas, aeronaves, etc.) 23%.

Os produtos de borracha que não sejam pneus representam o segundo maior segmento no consumo de negro de fumo, com 20% do total, cerca de 2 a 2,5 milhões de toneladas por ano. Isso inclui todas as aplicações da borracha, exceto pneus e recapagens, e é amplamente diversificado em vários setores que fabricam produtos para correias de borracha, fios, borracha industrial e outras indústrias que utilizam negro de fumo em suas atividades de composição.

Plásticos e tintas podem ser categorizados como mercados especializados e representam cerca de 10% do consumo de negro de carbono vegetal (vCB) – de 1 a 1,2 milhão de toneladas por ano. Este segmento também é diversificado em diferentes aplicações finais e nas diferentes classes e formulações de negro de carbono personalizadas necessárias para atingir desempenhos específicos. O uso de vCB neste segmento concentra-se principalmente como pigmento ou carga de alto desempenho.

Embora nossa pesquisa sugira que até 100% do negro de fumo virgem pode ser substituído em algumas aplicações (por exemplo, masterbatch de plástico, produtos para telhados, tintas, etc.), outras aplicações apresentam números mais modestos. Por exemplo, de 30% a 50% do negro de fumo virgem poderia ser substituído por negro de fumo reciclado nas laterais dos pneus de carros de passeio.

Considerando uma taxa de substituição de 20%, estimamos que o volume anual do mercado global de rCB possa atingir cerca de 3,2 bilhões de euros.

Isso torna o negócio de pirólise focado na produção de rCB uma empreitada lucrativa. Embora o sucesso do negócio dependa de múltiplos fatores, como tecnologia de produção e qualidade do produto final, existem vastas oportunidades de mercado disponíveis para os operadores de pirólise.

Vemos potencial apenas para o negro de carbono recuperado no mercado global de negro de carbono, mas também estamos convencidos de que esse crescimento é inevitável devido à persistente mudança política das economias desenvolvidas em direção a tecnologias sustentáveis ​​e ecologicamente corretas. Hoje, os recém-chegados ao mercado têm uma oportunidade única de moldar a indústria de negro de carbono recuperado e liderá-la nas próximas décadas.

São necessários esforços concertados para impulsionar o potencial da indústria.

No entanto, para impulsionar o uso de negro de fumo recuperado pela indústria e acelerar o desenvolvimento do setor de rCB, são necessários esforços conjuntos de todas as partes interessadas. O setor de rCB depende muito de regulamentações e pesquisas. Estas últimas são necessárias para permitir que os operadores de pirólise criem um produto mais homogêneo e estável, enquanto as regulamentações fomentariam a inclusão do setor no ciclo da economia circular.

As restrições regulatórias em grandes indústrias foram causadas principalmente pela falta de padronização do negro de fumo reciclado (rCB). A boa notícia é que a ASTM está avançando nesse sentido e criando normas específicas para o rCB. Como os métodos típicos de caracterização do negro de fumo, baseados em medições de estrutura e área superficial, podem não se correlacionar igualmente com o desempenho em borracha para produtos de negro de fumo reciclado, a ASTM impulsionará a identificação de métodos de teste específicos para o rCB. Além disso, o rCB é um produto sustentável em termos de economia circular e oferece diferentes benefícios em diferentes aplicações.