Ny kemisk metode omdanner brugt gummi til højt‑værdige harpikser

Gummi er et yderst værdifuldt materiale med et enormt globalt marked. Selvom det har været brugt i hundredvis af år, var det primært begrænset til naturlig gummi fra træer. Den moderne vulkaniseringsproces, som gør gummi holdbart og alsidigt, blev først udviklet i 1839. 

Chemikeren Charles Goodyear opfandt vulkaniseret gummi, som er naturlig eller syntetisk gummi forbedret ved at behandle den med svovl, blandt andre kemikalier, og varme.

Unikke egenskaber som elasticitet, fleksibilitet, robusthed, trækstyrke, modstandsdygtighed over for aldring, uigennemtrængelighed, stødabsorbering og varmebestandighed er det, der gør gummi så værdifuldt inden for bilindustrien, byggeri, industri, sundhedssektoren, forbrugerprodukter og emballage.

Dog er gummiaffald et stort problem, der bidrager til den massive affaldskrise, hvilket stiller udfordringer for miljøet, menneskers sundhed og økonomien. Den stigende affaldsgenerering er et resultat af urbanisering, økonomisk udvikling og befolkningstilvækst.

Dæk er især den primære bidragsyder til gummiaffald. Den samlede verdensproduktion af affaldsdæk udgør 2 % af den samlede årlige faste affald.

Det alvorlige gummiaffaldsproblem 

Omkring en milliard dæk kasseres hvert år på verdensplan, og millioner ender på lossepladser. I alene i Storbritannien anslås det, at 37 millioner bil- og lastbilsdæk kasseres årligt. I USA blev der i 2021 kasseret mere end 274 millioner dæk, hvor omkring 20 % af dem blev smidt på affaldspladser. 

Det er dog ikke kun et pladsproblem. Ophobningen af disse affaldsmaterialer introducerer miljøfarer. 

Gummiprodukter indeholder forskellige kemikalier, herunder antioxidanter og antiozonanter, som kan sive ud i miljøet og udgøre sundhedsrisici. Forkert bortskaffelse af gummiaffald, især dæk, på lossepladser kan endda føre til grundvandsforurening fra udvaskning af skadelige stoffer og tungmetaller. 

Da de er ikke-biologisk nedbrydelige, betyder det, at de forbliver i miljøet i længere perioder, hvilket bidrager til forurening og visuel forringelse i århundreder. Derudover er gummi stærkt brandfarligt, og ophobning af affaldsdæk kan udgøre en betydelig brandfare, som frigiver skadelige forurenende stoffer i luften. 

En 2020 UK-regeringsfinansieret forskningsundersøgelse foreslog, at dækpartikler er en væsentlig og yderligere kilde til mikroplast og kunne i virkeligheden være en stort set udocumenteret kilde til mikroplast i vandmiljøer.

Undersøgelsen var den første til at identificere dette og demonstrerede, at dækpartikler enten kan transporteres direkte til havet gennem atmosfæren eller bringes ind i kloakker og floder af regnvand, hvor de kan passere gennem vandbehandlingsprocessen.

“Forskere har længe mistanke om, at dækaffald udgør en skjult trussel mod havmiljøet,” men få undersøgelser har målt deres forekomst i vandmiljøer, sagde professor Richard Thompson OBE. Undersøgelsen giver “reel indsigt i vigtigheden af dækslid som en kilde til mikroplast.”

Alle disse faktorer kræver hurtig handling og en omstilling mod bæredygtige affaldshåndteringspraksisser.

Behov for effektive løsninger til håndtering af gummiaffald

Gummiaffald, især fra dæk, er et voksende problem globalt på grund af stigende produktion og begrænsede levetider, hvilket skaber et behov for effektive affaldshåndterings- og genanvendelsesløsninger. 

“Dækpartikler menes at være blandt de største kilder til mikroplastforurening på verdensplan,” og vi har brug for “mere systemiske løsninger, måske via forbedret dækdesign,” siger professor Richard Thompson OBE FRS, direktør for Marine Institute.

Forskning fra sidste år, udført af University of Plymouth og Newcastle University og finansieret af UK National Highways, viser, at tilbageholdningsdamme kan hjælpe med at bekæmpe dækforurening. Undersøgelsen bemærkede også, at dækslidpartikler overgik andre former for mikroplast og blev fjernet i langt større mængder.

Nu er det blevet konstateret, at tilstedeværelsen af tilbageholdningsdamme og vådområder reducerer mængden af partikler fra dæk, der kommer ind i vandet, med i gennemsnit 75 %, hvilket igen giver beskyttelse for floder og havet.

Derfor anbefalede forskerne, at vedligeholdelse af vådområder og tilbageholdningsdamme gøres til en høj prioritet for at reducere strømmen af dækpartikler fra veje til floder.

“Tilbageholdningsdamme og vådområder konstrueres som en del af motorvejsprojekter primært for at dæmpe flow og forhindre oversvømmelser nedstrøms, men også for at fjerne forurenende stoffer. Disse eksisterende dræningsforanstaltninger langs dele af Storbritanniens strategiske vejnet har potentialet til at stoppe spredningen af dækforurening.”

— Mrs Florence Parker-Jurd, Associate Research Fellow

For at få konkrete tal på den samlede mængde dækslidpartikler indsamlet i indløb, udløb og sedimenter i vådområder og tilbageholdningsdamme, brugte undersøgelsen pyrolyse-gaschromatografi-massespektrometri (Py-GC-MS)-metoden udviklet af Geoff Abbott fra Newcastle University. Metoden blev udviklet til at identificere partikler afledt af dæk i miljøet.

En anden lovende løsning er genanvendelse, som kan reducere den miljømæssige påvirkning af gummiaffaldsdeponering og skabe nye produkter fra genanvendte materialer.

En anvendelse af genanvendt gummi er i byggeri, hvor den kan bruges i asfalt- og betonblandinger, belægningssten og legepladsflader. Andre anvendelser omfatter kunstgræs‑fyld, sportsflader, gulvfliser og akustisk isolering. Ved hjælp af termiske processer kan affaldsgummi endda omdannes til brændstof eller andre energikilder.

Pyrolyse er en populær proces, der omdanner gummiaffald til noget brugbart. I denne kemiske proces genanvendes gummi gennem højtemperaturdekomponering. Den adskiller kovalente bindinger i organisk materiale i fravær af ilt.

Ved at udsætte gummiaffald for termisk dekomponering produceres genanvendte kulsort nanopartikler (RCBN) og olie/gas, som kan bruges som alternativt brændstof i cementovne.

Genanvendt gummiaffald opnået ved pyrolyse fra affaldsdæk kan også bruges til at producere elektrisk ledende beton. Ledende gummiaffald anvendes i luftfarts-, militær- og bilindustrien.

Håndtering af gummiaffald står dog over for alvorlige udfordringer. For det første gør den enorme mængde af gummiaffald, der genereres globalt, det ekstremt svært at håndtere og genanvende effektivt.

Derudover er der variationen af gummiprodukter og deres komplekse kemiske sammensætning, som gør genanvendelse og genbrug vanskelig. Selv den bredt anvendte proces (pyrolyse) har sine ulemper — den genererer skadelige biprodukter som dioxiner og benzen, der udgør sundheds- og miljørisici.

Der er også mangel på infrastruktur og teknologi til effektiv indsamling, sortering og genanvendelse af gummiaffald. Traditionelle affaldshåndteringsmetoder fokuserer på indsamling, forbrænding og deponering af gummiaffald på lossepladser.

I denne kontekst er det essentielt, at vi udvikler effektive affaldshåndteringsteknikker for at tackle det voksende problem med gummiaffald på en effektiv måde.

Klik her for at lære, om en ‘Bæredygtighedsmetrik’ kan hjælpe med at begrænse plastforurening.

En ny kemisk proces til at genanvende gummiaffald

En ny undersøgelse, finansieret af det amerikanske energiministerium (DOE) og publiceret i Nature¹ har introduceret en ny teknik til at tackle gummiaffald.

På grund af manglen på strategier for kemisk genanvendelse af kommercielle diene‑polymerer, som dem der findes i dæk, er der udviklet en ny kemisk metode til at nedbryde gummiaffald.

Et team af forskere ledet af Dr. Aleksandr Zhukhovitskiy, lektor i kemiaafdelingen på UNC‑Chapel Hill, anvendte C‑H‑aminering sammen med en polymerrygsækrearrangering for at omdanne det bortskaffede gummi til forstadier for epoxyharpikser.

Denne nedbrydning af materialer tilbyder et innovativt, praktisk og bæredygtigt alternativ til traditionelle genanvendelsesmetoder. Den har også til formål at overvinde udfordringer i traditionelle tilgange til nedbrydning af gummi.

Gummi består af polymerer, der er krydsbundet til et tredimensionelt netværk. Denne omfattende krydsbinding i polymerstrukturen gør gummi til et robust, fleksibelt og holdbart materiale, men den gør også gummi modstandsdygtig over for nedbrydning.

Der findes to hovedkonventionelle teknikker til at nedbryde gummi: de‑vulkanisering, en proces der nedbryder svovl‑krydsbindingerne men nedbryder polymerens mekaniske egenskaber, og kløvning af polymerrygsækkene ved hjælp af katalytiske eller oxidative metoder, som typisk resulterer i lavværdi‑biprodukter.

Ingen af metoderne giver en effektiv og skalerbar løsning til at genanvende gummiaffald. For at komme forbi disse hindringer udviklede forskerne “en metode, der nedbryder gummi til funktionelle materialer, som har værdi selv som en blanding,” sagde seniorforfatter Dr. Zhukhovitskiy.

Til dette udviklede forskerne et svovl‑diimid‑reagens, som er en imine af svovldioxid, der muliggør op til 35 % allyl‑aminering af diene‑polymerer og gummi. Den kationiske 2‑aza‑Cope‑omarrangering blev derefter anvendt til at nedbryde polymererne.

Introduktionen af svovl‑diimid‑reagensen muliggør placeringen af amin‑grupper på specifikke steder i polymerkæderne og baner vejen for den efterfølgende rygrad‑omarrangering. Den kemiske reaktion er det, der omstrukturerer polymerryggraden. Denne omorganisering involverer nedbrydning af gummi til opløselige aminfunktionelle materialer. Denne to‑trins proces, som forskerne har vist, fungerer fremragende.

Da den blev testet i en modelpolymer, lykkedes det forskerne at nedbryde den betydeligt. Den molekylære vægt af polymeren blev reduceret til omkring 400 g/mol fra 58 100 g/mol.

Ved anvendelse af deres metode på brugt gummi lykkedes det dem at nedbryde det fuldstændigt på blot seks timer. Det aminereede efterforbrugs‑gummi blev til et opløseligt materiale med amin‑grupper, som kan anvendes til at fremstille materialer som epoxyharpikser.

Epoxyharpikser er kendt for deres fremragende bindings egenskaber. De anvendes i lim, belægninger, tætningsmidler, elektrisk isolering og civilt ingeniørarbejde. Epoxyharpikser fremstilles typisk af petroleumsbaserede kemikalier som bisphenol A og hærdningsmidler.

Ifølge forskningen har de epoxy‑termohærdede polymerer, der er fremstillet ved hjælp af de resulterende opløselige aminfunktionelle polymerer, en styrke, der svarer til kommercielle bisphenol A‑baserede harpikser.

Ifølge medforfatter Maxim Ratushnyy, en tidligere postdoc‑forsker ved UNC‑Chapel Hill:

“I sådanne øjeblikke kommer jeg til at værdsætte kraften i organisk syntese. Det er fascinerende at se, hvor let den udviklede sekvens af simple, men kraftfulde, organiske transformationer kan angribe en stædig C‑C‑binding og omdanne polybutadien‑ og polyisopren‑baserede gummier til potentielt værdifulde epoxyharpikser.”

Desuden er den nye kemiske genanvendelse af efter‑forbrugs‑materialer meget effektiv sammenlignet med konventionelle genanvendelsesmetoder, som ofte kræver dyre katalysatorer eller ekstreme temperaturer.

I denne undersøgelse opnåede forskerne deres resultater ved milde temperaturer, 35‑50 °C (95‑122 °F) i vandig opløsning, hvilket gør processen omkostningseffektiv og miljøvenlig.

Processens miljøpåvirkning blev evalueret ved brug af Environmental Impact Factor (E‑factor), “en simpel men kraftfuld måling,” som beregner den faktiske mængde affald ved at måle affald genereret i forhold til produktudbyttet.

Udover at sammenligne påvirkningen af en ny proces med de eksisterende, forklarede Dr. Geoff Lewis, forskningsspecialist ved Center for Sustainable Systems på University of Michigan, at E‑factor også fremhæver “procestrin, der kan forbedres, mens vi arbejder på at overføre denne proces fra laboratoriet til praksis.”

Processens samlede E‑factor, som inkluderer brug af opløsningsmidler, var høj. Dog var den simple E‑factor meget lavere, da den ekskluderer opløsningsmidler. Dette fremhæver de dele af processen, der kan optimeres for bæredygtighed.

Så udforsker teamet nu grønnere opløsningsmidlersystemer og alternative reaktionsbetingelser for at reducere affaldsgenereringen.

Han kalder det “et paradigmeskift i, hvordan vi tackler problemet med gummiaffald,” forklarede studiets medforfatter Sydney Towell, som er Ph.D.-kandidat ved UNC‑Chapel Hill:

“Ved at udnytte kraften i C‑H‑aminering og rygrad‑omarrangering giver denne metode en ny vej til at omdanne efter‑forbrugs‑gummi til højt‑værdige materialer, reducere afhængigheden af lossepladser og minimere miljøskader.”

Innovativ virksomhed

Goodyear Tire & Rubber Co  

Grundlagt i 1898 er Goodyear en stor dækproducent, der investerer i bæredygtige gummialternativer og genanvendelsesinitiativer.

I januar 2022 lancerede virksomheden et demonstrationsdæk lavet af bæredygtigt materiale. Dækket indeholder 13 udvalgte ingredienser fordelt på ni forskellige dækkomponenter og leverer stærk samlet ydeevne. 

Dette inkluderer kulsort, som bruges til at forlænge dækkets levetid og fremstilles ved forbrænding af forskellige petroleumsprodukter. For at reducere cirkularitet og CO₂‑udledning er fire typer nu inkluderet, fremstillet af plantebaseret olie, kuldioxid, metan og pyrolyse‑olie fra udtjente dæk (TPO) som råmateriale.

Sojabønneolie i det bæredygtige dæk hjælper med at bevare fleksibiliteten i gummiblandingen ved skiftende temperaturer, mens høj‑kvalitets silica, fremstillet af risafskaller‑affald, forbedrer grebet og reducerer brændstofforbruget. 

Polyester, der anvendes i dæk, er genanvendt fra efter‑forbrugs‑flasker, mens fyrretræs‑harpikser, som er bio‑fornyelige, har erstattet de traditionelle, der er baseret på petroleum.

På det tidspunkt var indholdet af bæredygtigt materiale i Goodyears dæk 70 %, hvilket ifølge rapporter skulle øges til 90 % i 2023, hvilket bringer dem tættere på målet om at skabe det første dæk, der er lavet udelukkende af bæredygtige materialer.

Virksomheden har rapporteret, at demonstrationsdækket bestod alle relevante regulatoriske og interne tests. Sammenlignet med dæk fremstillet med traditionelle materialer, viste demonstrationsdækket også lavere rullemodstand, hvilket betyder bedre brændstofbesparelser og reduceret CO₂‑aftryk.

For et par måneder siden præsenterede virksomheden et ElectricDrive Sustainable‑Material (EDS) dæk, hvilket markerer et vigtigt skridt i deres mål om at introducere branchens første 100 % bæredygtige dæk inden 2030.

Midt i boomet af el‑biler (EV) og fokus på bæredygtighed er disse EDS‑dæk specifikt designet til EV’er, hvilket giver lang rækkevidde, lavere rullemodstand, reduceret støj samt overlegen våd bremse‑ og håndteringsydelse.

Når det gælder virksomhedens økonomi, har Goodyear med en markedsværdi på 2,5 mia. $, hvis aktier i øjeblikket handles til 8,85 $, ned 2,33 % år‑til‑dato, annoncerede et nettoresultat på 76 mio. $ eller 26 cent pr. aktie, sammenlignet med et nettotab på 291 mio. $ for et år siden, og 114 mio. $ i justeret nettoresultat eller 39 cent pr. aktie for Q4 2024.

I denne periode var virksomhedens omsætning 4,9 mia. $, med dæk‑enhedvolumen på i alt 43,6 millioner. For hele året var omsætningen 18,9 mia. $, med dæk‑enhedvolumen på i alt 166,6 millioner.

I 2024 rapporterede Goodyear et nettoresultat på 70 mio. $ eller 24 cent pr. aktie, sammenlignet med et nettotab på 689 mio. $ for et år siden, og et justeret nettoresultat på 302 mio. $ eller 1,05 $ pr. aktie.

Pengestrømme fra driftsaktiviteter i denne periode var 698 mio. $, ned fra 1,032 mia. $ året før. I sidste måned afsluttede virksomheden med succes salget af sin off‑road‑dæksforretning til The Yokohama Rubber Company, mens salget af Dunlop‑mærket til Sumitomo Rubber Industries forventes at blive afsluttet midt på året.

Da han talte om sit første år hos Goodyear, delte administrerende direktør Mark Stewart sin tilfredshed med de fremskridt, der blev gjort i 2024, hvor virksomheden overgik forventningerne, øgede indtjeningen og indgik aftaler om at afvikle ikke‑kerneaktiver.

“Fremadrettet forbliver vi forpligtet til at nå vores udvidede Goodyear Forward‑mål, herunder yderligere margenudvidelse og meningsfuld gældsreduktion.” 

– CEO Stewart

For 2025 forventer virksomheden “betydelig gældsreduktion,” margenudvidelse og optimering af sin portefølje for at skabe aktionærværdi. Goodyear forventes at levere bruttoindtægter på over 2 mia. $ og en nettogældsratio på 2,0‑2,5× ved årets slutning.

Seneste nyt om Goodyear Tire & Rubber Co

Konklusion

Gummiaffald, primært fra dæk, udgør en stor udfordring, der kræver vores hurtige opmærksomhed og effektive løsninger. Eksisterende metoder som pyrolyse, selvom de er bredt anvendte, producerer farlige biprodukter. Samtidig har traditionelle genanvendelsesmetoder svært ved at opnå effektivitet og skalerbarhed.

Da gummiaffald er et voksende og kritisk problem, undersøger forskere nye metoder, såsom tilbageholdningsdamme til filtrering af mikroplast og kemiske processer med C‑H‑aminering og rygrad‑omarrangering for gumminedbrydning, som tilbyder lovende og grønnere løsninger.

Med fortsat forskning og industrielt vedtagelse kan disse fremskridt hjælpe med at minimere gummiforurening, reducere lossepladsaffald og omdanne gummiaffald til værdifulde materialer!

Refererede studier:

1. Towell, S. E., Ratushnyy, M., Cooke, L. S., et al. (2025). Nedbrydning af gummi via C–H‑aminering og aza‑Cope‑omarrangering. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08716-6