แม้จะมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและแนวคิดเศรษฐกิจหมุนเวียนที่ค่อยๆ พัฒนาขึ้น ตลาดผลิตภัณฑ์ไพโรไลซิสจากยางรถยนต์ยังคงถือว่าอยู่ในช่วงเริ่มต้น ในบทความนี้ เราจะแนะนำว่าคาร์บอนแบล็กคืออะไร ขยายความเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้คาร์บอนแบล็กบริสุทธิ์ และประเมินศักยภาพของคาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่เพื่อทดแทนคาร์บอนแบล็กบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นวัสดุที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

ในตอนท้ายของบทความนี้ เราได้ประมาณขนาดตลาดที่เป็นไปได้ต่อปีของคาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่ โดยตั้งสมมติฐานว่าอัตราการทดแทนคาร์บอนแบล็กบริสุทธิ์อยู่ที่ 20% ข้อแนะนำ: ตัวเลขบ่งชี้ว่าการผลิตคาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่เป็นธุรกิจที่ทำกำไรและเต็มไปด้วยโอกาส

คาร์บอนแบล็ก: บทนำและคำจำกัดความ

โดยทั่วไปแล้ว คาร์บอนแบล็ก (CB) ถูกนำมาใช้เป็นทั้งสารเสริมแรงและสารตัวเติมในยางรถยนต์ นอกจากความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับคุณสมบัติเฉพาะตัวของ CB ในฐานะวัสดุแล้ว ปัจจุบันยังถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายมากขึ้น เช่น ยางรถยนต์ สายพานลำเลียง หมึกพิมพ์ ท่อพลาสติก แผ่นยาง พื้นรองเท้า และอื่นๆ CB บริสุทธิ์มีสิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อย และมีปริมาณคาร์บอนใกล้เคียง 100%

คาร์บอนแบล็กบริสุทธิ์ (vCB) เป็นวัสดุในรูปผงสีดำละเอียดที่เกิดจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมหนัก เช่น น้ำมันดิน FCC น้ำมันดินถ่านหิน หรือน้ำมันดินเอทิลีนแตกตัว คาร์บอนแบล็กเป็นคาร์บอนพาราคริสตัลลีนชนิดหนึ่งที่มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง แม้จะต่ำกว่าคาร์บอนกัมมันต์ก็ตาม ปริมาณการใช้คาร์บอนแบล็กสูงสุดคือใช้เป็นสารตัวเติมเสริมแรงในผลิตภัณฑ์ยาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งยางรถยนต์ แม้ว่าการวัลคาไนเซชันยางธรรมชาติของสไตรีน-บิวทาไดอีนด้วยยางธรรมชาติจะมีความแข็งแรงดึงไม่เกิน 2 เมกะปาสคาล และมีความต้านทานการเสียดสีต่ำ แต่การผสมคาร์บอนแบล็ก 50% โดยน้ำหนักจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงดึงและความต้านทานการสึกหรอ

คาร์บอนชาร์ (CC) หรือคาร์บอนแบล็กดิบ (rCB) เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการไพโรไลซิสโดยตรง วัสดุนี้มีมูลค่าต่ำและมีการใช้งานที่จำกัด เช่น การผลิตพลังงานในเตาเผาปูนซีเมนต์ ดังนั้น คาร์บอนชาร์จึงจำเป็นต้องผ่านการปรับปรุงให้สอดคล้องกับความต้องการของตลาดและการใช้งานขั้นสุดท้าย เพื่อนำไปใช้เป็นผลิตภัณฑ์ทางเทคนิคสำหรับการใช้งานที่มีมูลค่าสูง

ASTM International ซึ่งเป็นหน่วยงานกำหนดมาตรฐานที่ให้คำแนะนำเกี่ยวกับคำจำกัดความสำคัญของผลิตภัณฑ์และวัสดุ โดยมีมาตรฐาน ASTM มากกว่า 12,800 มาตรฐานทั่วโลก เผยแพร่มาตรฐานฉบับแรกที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่ (rCB) เมื่อเร็วๆ นี้

การคณะกรรมการ ASTM D36 ว่าด้วยคาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่ (rCB)ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2560 เพื่อสนับสนุนอุตสาหกรรม rCB ที่กำลังเติบโตในด้านคุณภาพและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ คณะอนุกรรมการหลายคณะมีหน้าที่รับผิดชอบในการพัฒนามาตรฐานด้านคำศัพท์ แนวทางปฏิบัติ และวิธีการทดสอบ

มาตรฐาน ASTM ฉบับใหม่ (D8178) สอดคล้องกับข้อกำหนดทั่วไปเพื่อแยกค่าของ rCB ออกจากคาร์บอนชาร์ (CC) อย่างชัดเจน นอกจากนี้ยังช่วยให้การสื่อสารเกี่ยวกับประสิทธิภาพของ rCB ในงานที่ต้องการง่ายขึ้น D8178 อธิบายถึงความสำคัญของความแตกต่างระหว่างชาร์ คาร์บอนแบล็ก (ตามที่กำหนดโดยมาตรฐาน ASTM D3053) คาร์บอนแบล็กดิบที่กู้คืน และคาร์บอนแบล็กที่กู้คืน (rCB)

ที่สำคัญที่สุด ชื่อผลิตภัณฑ์ "คาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่" (rCB) ควรใช้ได้เฉพาะในกรณีที่คาร์บอนแบล็กดิบไม่มีโลหะและเส้นใย และผ่านกระบวนการบด ซึ่งจะทำให้ rCB ในยางมีคุณสมบัติเสริมแรงบางส่วนโดยทั่วไป

มีกระบวนการหลายขั้นตอนในการกลั่นและเพิ่มมูลค่าให้กับ rCB (CC) ดิบตามข้อกำหนดขั้นสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ ซึ่งอาจจำกัดอยู่เพียงการคัดกรองขนาดและการแยกวัสดุแปลกปลอม (โลหะและเส้นใย) หรือการใช้สารเคมีหรือกระบวนการอื่นๆ เพื่อกำจัดส่วนประกอบบางอย่างภายในวัสดุ ถ่านคาร์บอนบริสุทธิ์ที่ได้จากกระบวนการไพโรไลซิสยางรถยนต์สามารถติดฉลากเป็น Recovered Carbon Black (rCB) และสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับกระบวนการต่างๆ เพื่อใช้ในการผลิตชิ้นส่วน และกลั่นเพิ่มเติมเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเป็นเม็ดสีและสารตัวเติมในหมึก สี และวัสดุอื่นๆ

กระบวนการหลังการประมวลผล CC ให้เป็น rCB มีความซับซ้อนและต้องใช้เทคโนโลยีที่ต้องใช้เงินทุนจำนวนมาก การปรับปรุงวัสดุนี้เพิ่มเติมจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของถ่านคาร์บอนอย่างมีนัยสำคัญ กำจัดวัสดุแปลกปลอมในสัดส่วนที่สูงมาก และเปลี่ยนวัสดุนี้ให้เป็นสินค้าที่มีมูลค่าสูงซึ่งสามารถจำลองคุณสมบัติของคาร์บอนดำบริสุทธิ์ได้ในระดับที่เหมาะสม rCB สามารถทดแทน vCB ได้ระหว่าง 10% ถึง 100% ในกระบวนการผลิตต่างๆ ขึ้นอยู่กับการใช้งานและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ

การนำคาร์บอนแบล็ก (rCB) กลับมาใช้ใหม่ถือเป็นเป้าหมายสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตยางรถยนต์ อุตสาหกรรมยางรถยนต์ครองส่วนแบ่งการบริโภคคาร์บอนแบล็กทั่วโลกเป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมยางรถยนต์ยังคงล่าช้าในการทดแทน vCB ที่มีปริมาณสูงกว่าด้วย rCB หรือยอมรับการผลิตในปริมาณมาก เนื่องจากข้อจำกัดด้านกฎระเบียบ ภาพลักษณ์ และความกังวลด้านอุปทาน อย่างไรก็ตาม มีแนวโน้มที่ชัดเจนในการยอมรับ rCB ในหมู่ผู้ผลิตยางรถยนต์ มิชลินได้เข้าซื้อหุ้นจำนวนมากในบริษัทไพโรไลซิสยางรถยนต์แห่งหนึ่งของสวีเดน และกำลังวางแผนสร้างโรงงานผลิต rCB ในอเมริกาใต้

ภาพรวมการใช้คาร์บอนแบล็ก

คาร์บอนแบล็กบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้เป็นสารเสริมแรงในยางรถยนต์มานานหลายทศวรรษ และกลายเป็นวัตถุดิบสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมยางทั้งหมด ด้วยคุณสมบัติเฉพาะตัว คาร์บอนแบล็กจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมยางรถยนต์และอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ไม่ใช่ยางรถยนต์ส่วนใหญ่ และได้ขยายขอบเขตการใช้งานให้ครอบคลุมถึงสารเพิ่มสี สารป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) และสารนำไฟฟ้าในผลิตภัณฑ์ประสิทธิภาพสูงหลากหลายประเภท ทั้งที่ใช้ในชีวิตประจำวันและเฉพาะทาง สมาคมคาร์บอนแบล็กนานาชาติ (ICBA) ได้จำแนกประเภทการใช้งานของคาร์บอนแบล็กไว้ดังนี้

• ยางและผลิตภัณฑ์ยางอุตสาหกรรม: คาร์บอนแบล็กถูกเติมลงในยางเพื่อใช้เป็นทั้งสารตัวเติมและสารเสริมความแข็งแรง สำหรับยางหลายประเภท คาร์บอนแบล็กจะถูกนำไปใช้ในยางซับใน โครงยาง แก้มยาง และดอกยาง โดยขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการใช้งานที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ คาร์บอนแบล็กยังถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ยางอุตสาหกรรมที่ขึ้นรูปและอัดขึ้นรูปหลายชนิด เช่น สายพาน ท่อยาง ปะเก็น ไดอะแฟรม ตัวลดแรงสั่นสะเทือน บูช สปริงลม กันชนแชสซี และแผ่นยาง บูชยาง บูชยาง ใบปัดน้ำฝน ล้อสายพาน และแหวนยางหลายประเภท
• พลาสติก: ปัจจุบันคาร์บอนแบล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่มีสภาพนำไฟฟ้า ฟิล์ม ไฟเบอร์ ชิ้นส่วนท่อ และสารประกอบสายกึ่งตัวนำในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ถุงขยะ ถุงอุตสาหกรรม ภาชนะใส่รูปถ่าย ฟิล์มคลุมดินทางการเกษตร ฟิล์มยืด และการขึ้นรูปเทอร์โมพลาสติกสำหรับยานยนต์ ไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องใช้ในครัวเรือน และภาชนะที่ขึ้นรูปโดยการเป่าลม
• สารประกอบการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD): คาร์บอนแบล็กได้รับการออกแบบมาอย่างพิถีพิถันเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้าจากความเป็นฉนวนเป็นสื่อนำไฟฟ้าในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ การใช้งานด้านความปลอดภัย และชิ้นส่วนยานยนต์
• สารเคลือบประสิทธิภาพสูง: คาร์บอนแบล็กให้การสร้างเม็ดสี การนำไฟฟ้า และการป้องกันรังสี UV สำหรับการใช้งานเคลือบหลายประเภท รวมถึงยานยนต์ (สีรองพื้นและเคลือบเงา) ทางทะเล อวกาศ ตกแต่ง ไม้ และเคลือบอุตสาหกรรม
• โทนเนอร์และหมึกพิมพ์: คาร์บอนแบล็กช่วยปรับปรุงสูตรและให้ความยืดหยุ่นในการตอบสนองความต้องการสีที่เฉพาะเจาะจง

แม้ว่าคาร์บอนแบล็กจะมีการใช้งานหลากหลาย แต่การใช้งานที่แตกต่างกันก็ต้องการคาร์บอนแบล็กที่มีคุณภาพและคุณสมบัติที่แตกต่างกัน

คุณภาพของคาร์บอนแบล็กขึ้นอยู่กับกระบวนการและอุปกรณ์ ดังนั้น ในการตัดสินใจเลือกซื้ออุปกรณ์ ควรพิจารณาคุณภาพคาร์บอนแบล็กที่ต้องการและความต้องการของการใช้งานเหล่านี้ด้วย

ศักยภาพตลาดและปัจจัยกระตุ้นความต้องการหลักของ RCB

เนื่องจาก rCB สามารถทดแทน vCB ได้บางส่วนและทั้งหมดในหลายอุตสาหกรรม ศักยภาพทางการตลาดของ rCB จึงถูกกำหนดโดยตลาด vCB ในปัจจุบัน ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมหลายท่านและการคาดการณ์ของเรา ระบุว่าในช่วงห้าปีที่ผ่านมา ปริมาณการบริโภค vCB ทั่วโลกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยคาดการณ์ว่าอยู่ที่ประมาณ 11-13 ล้านตันต่อปี ซึ่งคิดเป็นมูลค่าตลาดรวมต่อปีเกือบ 16 พันล้านยูโร

การใช้งาน vCB ที่พบมากที่สุดคือในงานยางและพลาสติก (เนื่องจากคุณสมบัติเป็นทั้งสารตัวเติมและสารเสริมแรง) เนื่องจากความสามารถในการเสริมแรงยาง จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตยางรถยนต์ ในงานยางและพลาสติกอื่นๆ มักใช้เป็นสารตัวเติม ในกรณีนี้ สารตัวเติมเป็นสารเจือจางและใช้เป็นหลักเพื่อลดต้นทุนเชิงปริมาณ การใช้งานเหล่านี้คิดเป็นกว่า 95% ของการใช้ CB ทั่วโลก ประมาณ 4% ของ CB ถูกใช้เป็นรงควัตถุหมึกเนื่องจากคุณสมบัติการย้อมสีที่ยอดเยี่ยม และส่วนที่เหลือจะถูกนำไปใช้ในงานอื่นๆ

แผนภูมิ: ตลาดปลายทางคาร์บอนแบล็ก

อุตสาหกรรมยางรถยนต์ยังคงเป็นผู้บริโภคคาร์บอนแบล็กบริสุทธิ์รายใหญ่ที่สุด โดยมีปริมาณการบริโภคโดยรวมอยู่ที่ประมาณ 9 ล้านตันในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมีผู้ผลิตรายใหญ่เพียงไม่กี่รายที่ครองตลาดและมีอำนาจต่อรองสูงกับซัพพลายเออร์ อุตสาหกรรมนี้คิดเป็นประมาณ 70% ของการบริโภคคาร์บอนแบล็กทั่วโลก โดยยางรถยนต์นั่งส่วนบุคคลคิดเป็น 45% ของการบริโภคคาร์บอนแบล็ก ยางรถบรรทุกและรถโดยสารคิดเป็น 32% และยางอื่นๆ คิดเป็น 23% (ยางนอกชายฝั่ง (OTR)) ยางรถจักรยานยนต์ ยางเครื่องบิน เป็นต้น)

ผลิตภัณฑ์ยางที่ไม่ใช่ยางรถยนต์เป็นกลุ่มที่มีการบริโภคคาร์บอนแบล็กมากที่สุดเป็นอันดับสอง คิดเป็นสัดส่วน 20% ของปริมาณการใช้ทั้งหมด หรือคิดเป็นประมาณ 2-2.5 ล้านตันต่อปี ซึ่งรวมถึงการใช้งานยางทุกประเภท ยกเว้นยางรถยนต์และยางดอก และส่วนใหญ่กระจายตัวอยู่ในหลายอุตสาหกรรม เช่น การผลิตผลิตภัณฑ์สำหรับสายพานยาง ลวดยางอุตสาหกรรม และอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ใช้คาร์บอนแบล็กในกระบวนการผลิต

พลาสติกและหมึกพิมพ์สามารถจัดประเภทเป็นตลาดเฉพาะทาง และคิดเป็นสัดส่วนเกือบ 10% ของปริมาณการใช้ vCB ซึ่งอยู่ที่ 1-1.2 ล้านตันต่อปี ตลาดนี้ยังมีความหลากหลายในการใช้งานขั้นสุดท้ายที่หลากหลาย รวมถึงเกรดและสูตร CB เฉพาะตามความต้องการเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเฉพาะ การใช้ vCB ในตลาดนี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การใช้เป็นเม็ดสีหรือสารตัวเติมเพื่อประสิทธิภาพ

ในขณะที่งานวิจัยของเราชี้ให้เห็นว่าสามารถทดแทนคาร์บอนแบล็กบริสุทธิ์ได้มากถึง 100% ในบางการใช้งาน (เช่น มาสเตอร์แบทช์พลาสติก ผลิตภัณฑ์มุงหลังคา หมึกพิมพ์ ฯลฯ) แต่การใช้งานอื่นๆ มีจำนวนน้อยกว่า ตัวอย่างเช่น rCB สามารถทดแทน vCB ได้ 30%-50% ในแก้มยางรถยนต์นั่งส่วนบุคคล

โดยถือว่าอัตราการทดแทนอยู่ที่ 20% เราประมาณการว่าปริมาณประจำปีของตลาด rCB ทั่วโลกจะคิดเป็นมูลค่าราว 3.2 พันล้านยูโร

สิ่งนี้ทำให้ธุรกิจไพโรไลซิสที่มุ่งเน้นการผลิต rCB เป็นธุรกิจที่ทำกำไรได้ แม้ว่าความสำเร็จของธุรกิจจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น เทคโนโลยีการผลิตและคุณภาพของผลผลิต แต่ผู้ประกอบการไพโรไลซิสก็ยังมีโอกาสทางการตลาดอีกมากมาย

เรามองเห็นเพียงศักยภาพของคาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่ในตลาด CB ทั่วโลก แต่เราก็เชื่อมั่นว่าการเติบโตนี้เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางการเมืองอย่างต่อเนื่องของประเทศเศรษฐกิจพัฒนาแล้วมุ่งไปสู่เทคโนโลยีที่ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ปัจจุบัน ผู้มาใหม่ในตลาดมีโอกาสพิเศษในการกำหนดทิศทางอุตสาหกรรม rCB และเป็นผู้นำในทศวรรษหน้า

ความพยายามร่วมกันที่จำเป็นในการส่งเสริมศักยภาพของอุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตาม เพื่อกระตุ้นการใช้คาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่ในอุตสาหกรรมและเร่งการพัฒนาอุตสาหกรรม rCB จำเป็นต้องมีความร่วมมือจากทุกภาคส่วนที่เกี่ยวข้อง อุตสาหกรรม rCB พึ่งพากฎระเบียบและการวิจัยเป็นอย่างมาก ซึ่งการวิจัยนี้จำเป็นต่อผู้ประกอบการไพโรไลซิสในการสร้างผลผลิตที่เป็นเนื้อเดียวกันและมีเสถียรภาพมากขึ้น ในขณะที่การวิจัยจะช่วยส่งเสริมการรวมอุตสาหกรรมนี้เข้ากับระบบเศรษฐกิจหมุนเวียน

ข้อจำกัดด้านกฎระเบียบในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ส่วนใหญ่เกิดจากการขาดมาตรฐานของ rCB ข่าวดีคือ ASTM กำลังมีความก้าวหน้าในเรื่องนี้และกำลังสร้างมาตรฐานเฉพาะสำหรับ rCB เนื่องจากวิธีการจำแนกลักษณะคาร์บอนแบล็กทั่วไปที่วัดจากระดับโครงสร้างและพื้นที่ผิวอาจไม่สัมพันธ์กับประสิทธิภาพในยางของผลิตภัณฑ์คาร์บอนแบล็กที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ในระดับเดียวกัน ASTM จึงจะผลักดันการระบุวิธีการทดสอบเฉพาะสำหรับ rCB อย่างไรก็ตาม rCB เป็นผลิตภัณฑ์ที่ยั่งยืนในแง่ของเศรษฐกิจหมุนเวียนและให้ประโยชน์ที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน