回收炭黑 征途迢遥
—— 业内人士谈rCB发展的问题与挑战
朱永康 编译
在实现工业化生产之前，回收炭黑（rCB）无疑还有相当长的路要走，这种可持续材料是主要轮胎制造商实现2050年净零排放目标所需要的。
业界专家马丁•冯•沃尔夫斯多夫（Martin von Wolfersdorff）表示，从轮胎热解到甲烷热解，再到可以再生的炭黑，这一领域正在进行的创新确实是解决这个难题的重要部分，然而却没有哪一项称得上是“万应灵丹”。此君所在的沃尔夫斯多夫咨询公司总部位于德国柏林。
“领先技术的概念不啻是一个乌托邦，往往被用来吸引投资者。”沃尔夫斯多夫说，“不存在什么‘领先技术’，永远也不会有! 领先地位是依靠人……通过战略伙伴关系与合作，而不仅仅是通过技术来获得的。”
还在2021年，轮胎巨头普利司通与米其林就建立了这样的合作伙伴关系，并于2022年12月发表了一份合作立场文件，鼓励在轮胎制造中增加回收炭黑（rCB）的使用。
当时，这两家世界上最大的轮胎制造商及沃尔夫斯多夫公司，在11月6日由史密瑟斯公司(Smithers)主办的柏林回收炭黑会议上发布了一份关于回收炭黑指南的白皮书。与立场文件一样，白皮书旨在通过建立rCB的全球标准、等级和规范来推动rCB行业向前发展。
前不久，普利司通（美洲）公司可持续发展战略项目经理罗斯·韦德诺（Ross Widenor）在接受美国《橡胶新闻》采访时指出:“对我们来说，在这一问题上集思广益的确非常重要。”“我们都生活在同一个星球上，在同一个行业工作。我们从最初的演示报告和立场文件开始，然后与环境健康安全和监管领域的合作伙伴以及许多其他不同的合作伙伴密切合作。”
他所说的合作伙伴包括：欧洲轮胎和橡胶制造商协会（ETRMA），欧励隆工程炭公司，Enviro环境系统公司，波兰炭黑经销商麦克罗凯姆公司（MackroChem），德尔塔能源公司，博尔德工业公司（Bold Industries），黑熊公司，博拉炭黑公司，Hexpol公司，哈钦森公司，卡博特公司以及LDC公司。
在将rCB商业化遇到的诸多障碍中，主要轮胎制造商和rCB生产商之间的沟通需要得到改善，因为他们是在一个极分散的市场中运营——唯有这样，rCB生产商才能理解对质量和数量的期望。
韦德诺表示:“具体说来，rCB的部分推动力在于有如此之多的新玩家。”
“他们如何才能最好地供应轮胎行业呢?如果我们要完成这一循环，就需要从轮胎制造商的角度来考虑。
“它最终将成为一个为该行业提供rCB的解决方案网络。”
此外，在欧洲和北美地区(该白皮书重点关注这两个地域市场)，必须依托美国环保署(EPA)、加拿大DSL（国内物质清单）、欧盟法规(包括REACH和欧洲化学品管理局)，并通过《有毒物质控制法》（这也是美国的立法）对rCB的监管环境进行导航。
“鉴于从报废轮胎中回收炭黑是轮胎行业发展循环经济的重要机会，因此，对回收炭黑对健康、安全和环保的潜在危害的了解和管理，就成为轮胎行业安全和可持续使用的关键。”沃尔夫斯多夫说。
时机成熟 需要指导
在不久前发表的白皮书中，普利司通、米其林和沃尔夫斯多夫为监管要求制定了一套定义、建议的规范和指导方针，这就为支持rCB行业的发展奠定了基础。
到目前为止，考虑到rCB规范的缺乏，替代N600和N700系列炉法炭黑是唯一的指导方针。现在，ASTM rCB工作组D36提出了一个rCB品种分类体系。
“通过4项简单的测试，rCB将得到一个类似于R2426这样的品种名。”沃尔夫斯多夫说，“这将使买家能够查询特定品种——比如‘R2426’，然后rCB生产商就会知道他们需要生产什么。”
不过，这一分类体系尚未得到最终确认，因为这4种测试方法中的一种（关于rCB的粒度）尚未成为ASTM标准。
从本质上讲，“ASTM D36.70工作项目WK84831”是通过四种分析或测试对rCB进行的分类:
• 通过激光衍射测定分散性/粒度(ASTM D36工作项目WK71958);
• 挥发分/甲苯透过率(ASTM D1618);
• 无机物/灰分含量(D1506或D8474，或热重分析，测定挥发分、碳质和灰分);
• 橡胶表面活性(D8491，其中橡胶加工分析是在未硫化橡胶上进行的)。
分散的粒子大小（尚未得到证实的测试）也代表了市场上的潜在分化。 “有些rCB仍需要后处理来对其进一步研磨。”韦德诺说。
他指出：“为了使材料能够大量使用，需要加工使其尺寸缩小。”根据沃尔夫斯多夫的说法，来自轮胎热解反应器的原始rCB具有很宽的粒度分布，通常在微米到毫米之间。他说:“研磨通常可使其D97小于10微米，这意味着97%的粒子小于10微米。”
“经研磨的rCB在橡胶中具有良好的分散性，有时甚至优于炉法炭黑。据沃尔夫斯多夫称，rCB生产商最有可能负责后期生产的再处理。
“这个后端的成本可能比前端的反应器还要高。”他说，这使得每吨rCB的最终价格高达1500~2000美元。“它的成本无疑会更加昂贵，而轮胎制造商想要的是低成本、更环保的替代品。”
沃尔夫斯多夫补充说，欧盟计划在2026年制定轮胎回收的指导方针，此举将极大地有助于对轮胎热解原料的期望。
最终，ASTM的分类将有助于分散的市场:轮胎制造商和rCB生产商将会有一个门槛，通过此门槛他们可对rCB的品质和一致性进行量化。
“当下可用的东西和需要的东西之间存在脱节，”韦德诺表示，“rCB绝不是普利司通或米其林考虑的唯一可持续材料。这是一个将让我们走到最后的众多(选项)的组合。
“但rCB不过是众多技术当中的一种，需要对其做某些指导的时机已成熟。”
rCB既重要又复杂
在全球范围内，估计每年有10亿个轮胎达到其使用寿命。然而，根据11月6日的白皮书，全球新轮胎生产中使用的所有炭黑材料中，仅有不到1%来自回收的报废轮胎，这是由于“炭黑回收和再利用的供应链不够理想”。
但对这种材料潜力的乐观情绪依然存在。根据普利司通和米其林完成的研究，与原始材料相比，在新轮胎生产中使用rCB可以减少高达85%的二氧化碳（CO2）排放。
米其林可持续材料和循环高级副总裁法宾·加博里奥（Fabien Gaboriaud）表示:“从线性价值链向循环价值链的转变提出了一个重大挑战，这就需要转变思维方式，提高适应能力。”“普利司通和米其林之间的合作关系是这种转变的主要例证，旨在促进回收炭黑新价值链的发展。”
沃尔夫斯多夫说，使用废旧轮胎的回收材料所面临的许多技术挑战都是众所周知的。
但是，随着行业采取措施对rCB进行分类和分级，在工业水平上扩展rCB的主要障碍依然存在。例如，rCB只能用于轮胎胎体(通常是混合的，尽管有些公司已经生产了一对一的直接替代品)，并且实际上已被淘汰为轮胎胎面所需的“较硬”炭黑的替代品(在N200和N300系列品种中)。
重申一下，在许多情况下，rCB仍然可以与vCB混合使用，以便达到必要的性能标准。碳纳米管技术已成为轮胎胎面混合物耐久性的另一种选择。
“在通往2050年的道路上，总会有两种材料(rCB和vCB)的混合物存在。”韦德诺说，“随着时间的推移，回收炭黑会随着它的成熟而不断改善。
“但我从未见过使用100% rCB作为解决方案。它毕竟是各种材料的混合物。这就限制了它在橡胶领域的应用。”他继续说，“当我们从石油基转向可再生材料时，将会有一系列的解决方案。当然，安全是第一位的，我们永远也不会妥协。”
沃尔夫斯多夫也认为，市场上有rCB和vCB的混合物，“在交付的同时提供一些可回收的内容和有保证的性能，而这一切都是由已知的供应商提供的。”这些公司包括博尔德工业、巨石材料(甲烷热解)和欧励隆工程炭，以及其他的可持续炭黑供应商。
他指出:“从短期和中期来看，我认为这是rCB最有前途的销售渠道。”“然而，rCB混合物和rCB本身，甚至于循环和可再生炉法炭黑，都只不过是逐步改进的解决方案，我们需要完全不同的工艺和产品，才能在2050年实现真正的净零碳排放。”
在许多方面，rCB是一种完全不同于vCB的物资，因为这种材料是原料ELT组成的合金。一些业内人士表示，称rCB为“炭黑”其实是用词不当。
韦德诺说:“这就是我们目前正在努力制定的定义。”“有些人在问，‘我们真的应该称它为‘炭黑’吗?’”
事实上，ASTM和其它标准制定机构可以在今后提供修订的命名法。
“称其为‘rCB’是一种误导。”沃尔夫斯多夫说: “但我们目前仍在坚持。也许它应该有一个完全不同的名字。但ASTM坚持要这样做——至少在目前看来是如此。”
最终，rCB可以包含软质、硬质品种的vCB，以及无机灰（例如锌化合物和不同水平的二氧化硅）。
“rCB是不同vCB的混合物……再加上非功能性无机和碳质材料的有效负载量，”沃尔夫斯多夫说，“因此，它可以替代某些胎体用炉法炭黑，约占炭黑体积的24%，但是却不能取代胎面用品种。
“然而，rCB商业化的主要挑战并非技术上的……而是缺少投资。机构投资者不了解这项业务，整个轮胎行业还没有对可持续材料的供应链进行投资。”
这些不同产品在rCB中所占的比例，会因原始轮胎设计和废轮胎磨损程度的不同而异。
沃尔夫斯多夫表示:“对一批主要由相对新的乘用车轮胎组成的废轮胎进行热解，可能会产生含有高浓度二氧化硅的rCB。”
根据白皮书，除了原料对rCB组成的影响外，这一过程本身也会引发差异，反映出“主要是热解过程的完成程度(挥发分)及其对‘碳质残渣’的影响”。
这份白皮书还提到了知识产权环境，这是相对新兴的电子商务行业面临的另一个潜在挑战。沃尔夫斯多夫说，每年在rCB领域发布的专利超过了200项。
“我们鼓励授权，这样当有人拥有‘最好’或‘最了不起’的工艺时……我们希望其愿意授权给其他参与者，以扩大该行业的规模。”“这是白皮书传达的信息和主旨的一部分:专利制度最终可以得到更广泛的应用，只有这样行业才能向前发展。”
他指出，相反，大量的专利会使rCB领域的创新陷入停滞。“轮胎热解和回收炭黑的知识产权状况正成为一个雷区。一些专利实际上可能会阻碍整个行业的运行，业界专家对这些专利是如何被授予的感到困惑，因为它们甚至可能并未包含新的和改进的技术！”。
即便在ASTM规范制定方面取得了进展，沃尔夫斯多夫表示，该行业在装置自身绝热方面大约“晚了一年半”。
“我们度过了十分艰难的一年，西方经济陷入了困境，俄罗斯与乌克兰鏖战未息，以色列与巴勒斯坦冲突再起。”他最后说，“前面的道路尚不明朗，而这仅仅是rCB发展之旅的开端。”
