Son teknoloji gelişmelerine ve döngüsel ekonomi kavramlarının kademeli gelişimine rağmen, lastik piroliz ürünleri pazarları hâlâ başlangıç ​​aşamasında sayılabilir. Bu makalede, karbon siyahının ne olduğuna dair bir giriş yapıyor, saf karbon siyahının uygulama alanlarını ayrıntılı olarak ele alıyor ve geri kazanılmış karbon siyahının çevreye zararlı muadili olan saf malzemenin yerini alma potansiyelini tahmin etmeye çalışıyoruz.

Bu makalenin sonunda, geri kazanılmış karbon siyahı için olası yıllık pazar büyüklüğüne dair bir tahminde bulunuyoruz; ancak, saf karbon siyahı ikame oranının %20 olduğunu varsayıyoruz. İpucu: Rakamlar, geri kazanılmış karbon siyahı üretiminin fırsatlarla dolu, kârlı bir iş olduğunu gösteriyor.

Karbon siyahı: Giriş ve tanımlar

Karbon Siyahı (CB), geleneksel olarak otomobil lastiklerinde hem takviye maddesi hem de dolgu maddesi olarak kullanılmıştır. CB'nin bir malzeme olarak benzersiz özelliklerinin daha iyi anlaşılmasıyla birlikte, günümüzde otomobil lastikleri, konveyör bantları, mürekkepler, plastik borular, kauçuk paspaslar, ayakkabı tabanları vb. gibi çok çeşitli ürünlerde çok daha geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılmaktadır. Saf CB yalnızca eser miktarda safsızlık içerir ve karbon içeriği %100'e çok yakındır.

Saf Karbon Siyahı (vCB), FCC katranı, kömür katranı veya etilen kraking katranı gibi ağır petrol ürünlerinin eksik yanmasıyla üretilen ince siyah toz formunda bir malzemedir. Karbon siyahı, aktif karbondan daha düşük olsa da yüksek bir yüzey alanı/hacim oranına sahip bir parakristalin karbon türüdür. Karbon siyahının en yüksek hacimsel kullanımı, özellikle lastikler olmak üzere kauçuk ürünlerinde takviye dolgu maddesi olarak kullanılır. Stiren-bütadiyenin saf sakız vulkanizasyonunun çekme dayanımı 2 MPa'dan fazla değilken ve ihmal edilebilir aşınma direncine sahipken, ağırlıkça %50 karbon siyahı ile birleştirilmesi çekme dayanımını ve aşınma direncini artırır.

Karbon Char (CC) veya ham geri kazanılmış Karbon Siyahı (ham rCB), piroliz işleminin doğrudan ürünlerinden biridir. Bu malzeme düşük değerlidir ve çimento fırınlarında enerji üretimi gibi sınırlı kullanım alanlarına sahiptir. Bu nedenle, Karbon Char'ın yüksek değerli uygulamalarda teknik bir ürün olarak kullanılabilmesi için pazar ve nihai uygulama gereksinimlerine göre rafine edilmesi gerekmektedir.

Dünya çapında 12.800'den fazla ASTM standardı üzerinde çalışan, ürün ve malzemelerin temel tanımlarını ortaya koyan bir standardizasyon kuruluşu olan ASTM International, yakın zamanda geri kazanılmış Karbon Siyahı (rCB) ile ilgili ilk standardını yayınladı.

TheGeri Kazanılmış Karbon Siyahı (rCB) ile ilgili ASTM D36 Komitesi2017 yılında, gelişmekte olan rCB sektörüne ürünlerinin kalitesi ve güvenliği konusunda destek sağlamak amacıyla kurulmuştur. Terminoloji, kılavuz, uygulamalar ve test yöntemleri için standartlar geliştirmekten birkaç alt komite sorumludur.

Yeni ASTM standardı (D8178), rCB değerini Karbon Char'dan (CC) açıkça ayırt etmek için bir dizi ortak terim ihtiyacını karşılamaktadır. Ayrıca, önerilen uygulamalar dahilinde rCB'nin performansı hakkında iletişimi kolaylaştırmaktadır. D8178, Char, Karbon Siyahı (ASTM Standardı D3053'te tanımlandığı gibi), ham geri kazanılmış Karbon Siyahı ve geri kazanılmış Karbon Siyahı (rCB) arasındaki farkların önemini özetlemektedir.

En önemlisi, "geri kazanılmış Karbon Siyahı" (rCB) ürün adı yalnızca ham Karbon Siyahı metallerden ve liflerden arındırılmış ve öğütülmüşse uygulanmalıdır; aksi takdirde kauçuktaki rCB'ye tipik olarak yarı-güçlendirici özellikler kazandırır.

Ürünün nihai gereksinimlerine göre ham rCB'yi (CC) rafine etmek ve değer katmak için çeşitli işlemler mevcuttur. Bu, boyut tarama ve yabancı maddelerin (metaller ve lifler) ayrılmasıyla veya malzeme içindeki belirli bileşenleri çıkarmak için kimyasallar veya diğer işlemlerle sınırlı olabilir. Lastik pirolizinden elde edilen rafine karbon kömürü, Geri Kazanılmış Karbon Siyahı (rCB) olarak etiketlenebilir ve parça üretiminde kullanılmak üzere çeşitli işlemlerle uyarlanabilir ve kimya endüstrisinde mürekkep, boya ve diğer malzemelerde pigment ve dolgu maddesi olarak kullanılmak üzere daha da rafine edilebilir.

CC'nin rCB'ye dönüştürülmesi karmaşık bir işlemdir ve sermaye yoğun teknolojiler gerektirir. Bu malzemenin daha da rafine edilmesi, karbon kömürünün özelliklerini önemli ölçüde iyileştirecek, yabancı maddelerin çok büyük bir kısmını giderecek ve onu, saf siyah karbonun özelliklerini makul ölçüde taklit edebilen yüksek değerli bir emtiaya dönüştürecektir. Uygulama ve performans gereksinimlerine bağlı olarak, rCB çeşitli üretim süreçlerinde vCB'nin %10 ila %100'ünü değiştirebilir.

Geri kazanılmış Karbon Siyahı (rCB) için kutsal kase uygulaması, lastik üretim endüstrisi tarafından kullanılacaktır. Lastik endüstrisi, dünya çapındaki karbon siyahı tüketiminin büyük bir kısmını oluşturmaktadır. Ancak lastik endüstrisi, yasal kısıtlamalar, imaj ve tedarik endişeleri nedeniyle yüksek vCB içeriklerini rCB ile değiştirmekte veya üretimlerinde büyük miktarlarda kabul etmekte yavaş davranmaktadır. Ancak lastik üreticileri arasında rCB'nin kabul görmesine yönelik açık bir eğilim de mevcuttur. Michelin, aralarında İsveçli bir lastik piroliz şirketinin önemli bir hissesini satın almış ve Güney Amerika'da rCB üretim tesisi kurmayı planlamaktadır.

Karbon siyahının kullanım alanlarına genel bakış

Saf karbon siyahı, onlarca yıldır lastiklerde takviye maddesi olarak kullanılmış ve tüm kauçuk endüstrisi için önemli bir malzeme haline gelmiştir. Eşsiz özellikleri sayesinde karbon siyahı, lastik ve lastik dışı kauçuk endüstrilerinin çoğunda kullanılmakta ve çeşitli günlük ve özel yüksek performanslı ürünlerde pigmentasyon, ultraviyole (UV) stabilizasyonu ve iletkenlik ajanları olarak da kullanılmaktadır. Uluslararası karbon siyahı birliği (ICBA), karbon siyahının kullanım alanlarını şu şekilde sınıflandırmıştır:

• Lastikler ve Endüstriyel Kauçuk Ürünleri: Karbon siyahı, kauçuğa hem dolgu maddesi hem de güçlendirici veya takviye edici madde olarak eklenir. Çeşitli lastik tiplerinde, belirli performans gereksinimlerine göre farklı tipler kullanılarak iç astarlarda, karkaslarda, yanaklarda ve sırtlarda kullanılır. Karbon siyahı ayrıca kayışlar, hortumlar, contalar, diyaframlar, titreşim izolasyonu, burçlar, hava yayları, şasi tamponları ve çeşitli balatalar, körükler, silecek lastikleri, konveyör tekerlekleri ve rondelalar gibi birçok kalıplanmış ve ekstrüde endüstriyel kauçuk ürününde de kullanılır.
• Plastikler: Karbon siyahları artık iletken ambalajlarda, filmlerde, elyaflarda, kalıplarda, borularda ve çöp torbaları, endüstriyel torbalar, fotoğrafik kaplar, tarımsal malç filmi, streç film ve otomotiv, elektrik/elektronik, ev aletleri ve üfleme kalıplı kaplar için termoplastik kalıplama uygulamalarında yarı iletken kablo bileşiklerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Elektrostatik Deşarj (ESD) Bileşikleri: Karbon siyahları, elektronik ambalajlama, güvenlik uygulamaları ve otomotiv parçaları gibi ürünlerde elektriksel özellikleri yalıtkandan iletkene dönüştürmek için dikkatlice tasarlanmıştır.
• Yüksek Performanslı Kaplamalar: Karbon siyahları, otomotiv (astar katlar ve şeffaf katlar), denizcilik, havacılık, dekoratif, ahşap ve endüstriyel kaplamalar dahil olmak üzere çeşitli kaplama uygulamaları için pigmentasyon, iletkenlik ve UV koruması sağlar.
• Tonerler ve Baskı Mürekkepleri: Karbon siyahları, formülasyonları geliştirir ve belirli renk gereksinimlerini karşılamada geniş esneklik sağlar.

Karbon siyahının birçok kullanım alanı olmasına rağmen, farklı uygulamalar farklı karbon siyahı kaliteleri ve farklı özellikler gerektirir.

Karbon siyahının kalitesi, işleme ve ekipmana bağlıdır. Bu nedenle, satın alınacak ekipmana karar verirken, istenen karbon siyahı kalitesi ve bu uygulamaların talebi göz önünde bulundurulmalıdır.

Pazar potansiyeli ve başlıca rCB talebi itici güçleri

rCB'nin çeşitli sektörlerde vCB'nin kısmen veya tamamen yerini alabileceği göz önüne alındığında, rCB'nin pazar potansiyeli, mevcut vCB pazarları tarafından belirlenmektedir. Çeşitli sektör uzmanlarına ve tahminlerimize göre, son beş yılda dünya çapında vCB tüketimi sürekli artmış ve yılda 11-13 milyon ton aralığında tahmin edilmektedir. Bu, yıllık toplam 16 milyar avroluk bir pazar anlamına gelmektedir.

vCB'nin en yaygın kullanımı kauçuk ve plastik uygulamalarıdır (hem dolgu hem de takviye maddesi özellikleri nedeniyle). Kauçuğu takviye etme özelliği nedeniyle lastik üretim endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. Diğer kauçuk ve plastik uygulamalarında ise dolgu maddesi olarak kullanılır. Bu durumda dolgu maddesi bir seyreltici maddedir ve öncelikle hacim maliyetlerini düşürmek için kullanılır. Bu uygulamalar, toplam dünya CB tüketiminin %95'inden fazlasını oluşturmaktadır. Mükemmel renklendirme özellikleri nedeniyle CB'nin yaklaşık %4'ü mürekkep pigmenti olarak, kalan kısmı ise diğer uygulamalarda kullanılır.

Grafik: Karbon siyahı son kullanım pazarları

Lastik sektörü, son yıllarda 9 milyon ton civarında bir toplam tüketimle, ham karbon siyahının en büyük tüketicisi olmaya devam etmektedir. Sektör, pazara hakim olan ve tedarikçiler üzerinde yüksek nüfuza sahip az sayıda büyük oyuncu tarafından temsil edilmektedir. Sektör, dünya çapındaki karbon siyahı tüketiminin yaklaşık %70'ini oluşturmaktadır. Bu kategoride binek lastikleri karbon siyahı tüketiminin %45'ini, kamyon ve otobüs lastikleri %32'sini ve diğer lastikler (OTR, motosiklet, uçak vb.) %23'ünü oluşturmaktadır.

Lastik dışı kauçuk ürünleri, karbon siyahı tüketiminde ikinci en büyük segmenti temsil etmektedir; toplamda %20'lik bir paya sahip olup, yılda yaklaşık 2-2,5 milyon tondur. Bu, lastikler ve kaplamalar hariç tüm kauçuk uygulamalarını kapsar ve kauçuk kayışlar, teller, endüstriyel kauçuk ve bileşik üretim faaliyetlerinde karbon siyahı kullanan diğer endüstriler için ürünler üreten çeşitli sektörlerde büyük ölçüde çeşitlendirilmiştir.

Plastikler ve mürekkepler, özel pazarlar olarak sınıflandırılabilir ve vCB tüketiminin yaklaşık %10'unu (yılda 1-1,2 milyon ton) temsil eder. Bu segment, farklı son uygulamalar ve belirli performanslara ulaşmak için gereken farklı kaliteler ve özel yapım CB formülasyonları açısından da çeşitlilik göstermektedir. Bu segmentte vCB kullanımı esas olarak pigment veya performans dolgusu olarak odaklanmıştır.

Araştırmamız, bazı uygulamalarda (örneğin plastik masterbatch, çatı kaplama ürünleri, mürekkepler vb.) saf karbon siyahının %100'üne kadarının değiştirilebileceğini gösterirken, diğer uygulamalarda bu oranlar daha düşüktür. Örneğin, binek araç lastiklerinin yan duvarlarında vCB'nin %30-50'si rCB ile değiştirilebilir.

%20 oranında bir ikame oranı varsayıldığında, küresel rCB pazarının yıllık hacminin yaklaşık 3,2 milyar avroya ulaşabileceğini tahmin ediyoruz.

Bu durum, rCB üretimine odaklanan piroliz işletmesini kârlı bir girişim haline getirir. İşletmenin başarısı, üretim teknolojisi ve çıktı kalitesi gibi birçok faktöre bağlı olsa da, piroliz işletmecileri için geniş pazar fırsatları mevcuttur.

Küresel CB pazarında geri kazanılmış karbon siyahı için yalnızca bir potansiyel görüyoruz, ancak gelişmiş ekonomilerin sürdürülebilir ve çevre dostu teknolojilere doğru sürekli siyasi yönelimi nedeniyle bu büyümenin kaçınılmaz olduğuna da inanıyoruz. Bugün, pazara yeni girenler, CB sektörünü şekillendirmek ve önümüzdeki on yıllarda ona liderlik etmek için eşsiz bir fırsata sahip.

Sektörün potansiyelini artırmak için ortak çabalara ihtiyaç var

Ancak, geri kazanılmış karbon siyahının sektör tarafından kullanımını artırmak ve rCB sektörünün gelişimini hızlandırmak için tüm paydaşların ortak çabalarına ihtiyaç vardır. rCB sektörü büyük ölçüde düzenlemelere ve araştırmalara dayanmaktadır. İkincisi, piroliz operatörlerinin daha homojen ve istikrarlı bir çıktı elde etmesini sağlamak için gereklidir; ilki ise sektörün döngüsel ekonomi döngüsüne dahil edilmesini teşvik edecektir.

Büyük endüstrilerdeki düzenleyici kısıtlamaların başlıca nedeni, rCB'nin standartlaştırılmamış olmasıdır. İyi haber şu ki, ASTM bu konuda ilerleme kaydediyor ve rCB için özel standartlar oluşturuyor. Yapı seviyesi ve yüzey alanı ölçümlerine dayanan tipik karbon siyahı karakterizasyon yöntemleri, geri kazanılmış Karbon Siyahı ürünlerinde kauçuk içi performansla aynı düzeyde örtüşmeyebileceğinden, ASTM rCB için özel test yöntemlerinin belirlenmesine öncülük edecektir. Ancak rCB, döngüsel ekonomi açısından sürdürülebilir bir üründür ve farklı uygulamalarda farklı faydalar sağlar.