Nieuwe Chemische Methode Zet Gebruikt Rubber Om in Hoogwaardige Harsen

Rubber is een zeer waardevol materiaal met een enorme wereldwijde markt. Hoewel het gebruik ervan honderden jaren teruggaat, was het voornamelijk beperkt tot natuurlijk rubber van bomen. Het moderne vulkanisatieproces, dat rubber duurzaam en veelzijdig maakt, werd pas in 1839 ontwikkeld. 

Chemicus Charles Goodyear vond het gevulkaniseerde rubber uit, een natuurlijk of synthetisch rubber dat wordt verbeterd door het te behandelen met zwavel, naast andere chemicaliën, en hitte.

Unieke eigenschappen zoals elasticiteit, flexibiliteit, taaiheid, treksterkte, weerstand tegen veroudering, ondoordringbaarheid, schokabsorptie en hittebestendigheid maken rubber zo waardevol in de auto‑industrie, bouw, industrie, gezondheidszorg, consumentenproducten en verpakkingen.

Rubberafval is echter een groot probleem dat bijdraagt aan de enorme afvalcrisis, wat uitdagingen oplevert voor het milieu, de menselijke gezondheid en de economie. Het toenemende afvalproductieprobleem is een gevolg van verstedelijking, economische ontwikkeling en bevolkingsgroei.

Banden, in het bijzonder, zijn de belangrijkste bron van rubberafval. De totale wereldwijde productie van afvalbanden bedraagt 2% van het totale jaarlijkse vaste afval.

Het Erns Rubberafvalprobleem 

Ongeveer een miljard banden worden elk jaar wereldwijd weggegooid, en miljoenen belanden op stortplaatsen. Alleen al in het VK worden naar schatting 37 miljoen auto‑ en vrachtwagenbanden per jaar weggegooid. Ondertussen werden in de VS in 2021 meer dan 274 miljoen banden weggegooid, waarvan ongeveer 20% op stortplaatsen werd gedeponeerd. 

Het gaat echter niet alleen om een ruimteprobleem. De ophoping van dit afval introduceert milieugevaren. 

Rubberproducten bevatten verschillende chemicaliën, waaronder antioxidanten en antiozonanten, die in het milieu kunnen uitlogen en gezondheidsrisico’s kunnen veroorzaken. Onjuiste verwijdering van rubberafval, vooral banden, op stortplaatsen kan zelfs leiden tot verontreiniging van grondwater door uitloging van schadelijke stoffen en zware metalen. 

Omdat ze van nature niet biologisch afbreekbaar zijn, blijven ze gedurende lange perioden in het milieu bestaan, wat bijdraagt aan vervuiling en visuele aantasting gedurende eeuwen. Bovendien is rubber zeer brandbaar, en hopen van afvalbanden kunnen een aanzienlijk brandgevaar vormen, waarbij schadelijke verontreinigende stoffen in de lucht vrijkomen. 

Een in 2020 door de Britse overheid gefinancierde onderzoekstudie suggereerde dat banddeeltjes een belangrijke en aanvullende bron van microplastics zijn en feitelijk een grotendeels ongedocumenteerde bron van microplastics in waterlichamen kunnen zijn.

De studie was de eerste die dit identificeerde, en toonde aan dat banddeeltjes rechtstreeks via de atmosfeer naar de oceaan kunnen worden getransporteerd of door regenwater in rioleringen en rivieren kunnen terechtkomen, waar ze het waterzuiveringsproces kunnen doorlopen.

“Wetenschappers vermoeden al lange tijd dat bandafval een verborgen bedreiging vormt voor het mariene milieu,” maar weinig studies hebben hun hoeveelheid in aquatische omgevingen gemeten, zei professor Richard Thompson OBE. De studie biedt “een echt inzicht in het belang van bandslijtage als bron van microplastics.”

Al deze factoren vragen om dringende actie en een verschuiving naar duurzame afvalbeheerpraktijken.

Noodzaak voor Efficiënte Oplossingen voor Rubberafvalbeheer

Rubberafval, met name van banden, is wereldwijd een groeiend probleem door toenemende productie en beperkte levensduur, wat een behoefte creëert aan effectieve afvalbeheer‑ en recyclingoplossingen. 

“Banddeeltjes worden beschouwd als een van de grootste bronnen van microplasticvervuiling wereldwijd,” en we hebben “meer systemische oplossingen nodig, mogelijk via verbeterd voertuigbandontwerp,” zegt professor Richard Thompson OBE FRS, directeur van het Marine Institute.

Onderzoek van vorig jaar, uitgevoerd door de University of Plymouth en Newcastle University en gefinancierd door UK National Highways, toont aan dat retentiebekkens kunnen helpen bij het aanpakken bandvervuiling. De studie merkte ook op dat bandslijtage‑deeltjes andere vormen van microplastics overtroffen en in veel grotere hoeveelheden werden verwijderd.

Nu is gebleken dat de aanwezigheid van retentiebekkens en wetlands de hoeveelheid deeltjes die door banden in het water terechtkomen, gemiddeld met 75% vermindert, waardoor rivieren en de oceaan worden beschermd.

Daarom hebben de onderzoekers aanbevolen om het onderhoud van wetlands en retentiebekkens tot een belangrijke prioriteit te maken om de stroom van banddeeltjes van wegen naar rivieren te verminderen.

“Retentiebekkens en wetlands worden gebouwd als onderdeel van snelwegprojecten, voornamelijk om de stroom te dempen en overstromingen stroomafwaarts te voorkomen, maar ook om verontreinigende stoffen te verwijderen. Deze bestaande afwateringsmaatregelen langs delen van het strategische wegennet van het VK hebben het potentieel om de verspreiding van bandvervuiling te stoppen.”

— Mevrouw Florence Parker-Jurd, Associate Research Fellow

Om harde cijfers te krijgen over de totale hoeveelheid bandslijtage‑deeltjes die zijn verzameld in de influent, effluent en sedimenten van de wetlands en retentiebekkens, gebruikte de studie de pyrolyse‑gaschromatografie‑massaspectrometrie (Py‑GC‑MS) methode ontwikkeld door Geoff Abbott van Newcastle University. De methode is ontwikkeld om deeltjes afgeleid van banden in het milieu te identificeren.

Een andere veelbelovende oplossing is recycling, die de milieu‑impact van rubberafvalverwerking kan verminderen en nieuwe producten kan creëren uit gerecyclede materialen. 

Een toepassing van gerecycled rubber is in de bouw, waar het kan worden gebruikt in asfalt‑ en betonsamenstellingen, bestratingsstenen en speelplaatsoppervlakken. Andere toepassingen omvatten kunstgrasvulling, sportvloeren, vloertegels en akoestische isolatie. Met behulp van thermische processen kan afvalrubber zelfs worden omgezet in brandstof of andere energiebronnen. 

Pyrolyse is een populair proces dat rubberafval omvormt tot iets bruikbaars. In dit chemische proces wordt rubber gerecycled via hoogtemperatuurdecompositie. Het scheidt covalente bindingen in organisch materiaal in afwezigheid van zuurstof. 

Door rubberafval onder te brengen in thermische decompositie, worden gerecyclede koolstofzwarte nanodeeltjes (RCBN) en olie/gas geproduceerd, die als alternatief brandstof in cementovens kunnen worden gebruikt.

Gerecycled rubberafval verkregen door pyrolyse van afvalbanden kan ook worden gebruikt om elektrisch geleidend beton te produceren. Geleidend rubberafval wordt gebruikt in de lucht‑ en ruimtevaart, militaire en auto‑industrie.

Rubberafvalbeheer staat echter voor serieuze uitdagingen. Ten eerste maakt het enorme volume rubberafval dat wereldwijd wordt gegenereerd het uiterst moeilijk om efficiënt te beheren en te recyclen.

Daarnaast is er de verscheidenheid aan rubberproducten en hun complexe chemische samenstellingen, die recycling en hergebruik bemoeilijken. Zelfs het veelgebruikte proces (pyrolyse) heeft nadelen — het genereert schadelijke bijproducten zoals dioxines en benzeen die gezondheids‑ en milieurisk’s met zich meebrengen.

Er is bovendien een gebrek aan infrastructuur en technologie voor effectieve inzameling, sortering en recycling van rubberafval. Traditionele afvalbeheer methoden richten zich op het inzamelen, verbranden en storten van rubberafval op stortplaatsen.

Tegen deze achtergrond is het essentieel dat we efficiënte afvalbeheertechnieken ontwikkelen om het groeiende rubberafvalprobleem effectief aan te pakken.

Klik hier om te ontdekken of een ‘Duurzaamheidsmetriek’ kan helpen de plasticvervuiling te beperken.

Een Nieuwe Chemische Proces om Rubberafval Opnieuw te Gebruiken

Een nieuwe studie, gefinancierd door het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en gepubliceerd in Nature¹, heeft een nieuwe techniek geïntroduceerd om rubberafval aan te pakken rubber waste.

Door het gebrek aan strategieën voor de chemische recycling van commodity diene polymeren, zoals die in banden voorkomen, is een nieuwe chemische methode ontwikkeld om rubberafval af te breken. 

Een team van onderzoekers onder leiding van Dr. Aleksandr Zhukhovitskiy, assistent‑professor in de afdeling Scheikunde aan UNC‑Chapel Hill, paste C‑H‑aminatie toe in combinatie met een polymeren‑backbone‑herarrangementstrategie om het weggegooide rubber om te zetten in voorlopers voor epoxyharsen. 

Deze deconstructie van materialen biedt een innovatieve, praktische en duurzame alternatieve methode voor traditionele recyclingprocessen. Het beoogt tevens de uitdagingen van traditionele benaderingen voor het afbreken van rubber te overwinnen.

Rubber bestaat uit polymeren die in een driedimensionaal netwerk met elkaar zijn gekruist. Deze uitgebreide kruisverbinding binnen de polymeerstructuur maakt rubber een sterk, flexibel en duurzaam materiaal, maar maakt het ook resistent tegen afbraak.

Er zijn twee hoofdconventionele technieken om rubber af te breken: de‑vulkanisatie, een proces dat zwavelkruisverbindingen verbreekt maar de mechanische eigenschappen van het polymeer aantast, en het knippen van de polymeer‑backbones met katalytische of oxidatieve methoden, wat doorgaans leidt tot bijproducten van lage waarde.

Geen van deze methoden biedt een efficiënte en schaalbare oplossing om rubberafval opnieuw te gebruiken. Om deze obstakels te overwinnen, ontwikkelde het onderzoek “een methode die rubber afbreekt tot functionele materialen die zelfs als mengsel waarde hebben,” aldus senior auteur Dr. Zhukhovitskiy.

Hiervoor ontwikkelden de onderzoekers een zwavel‑diimide‑reagens, een imine van zwaveldioxide, dat tot wel 35% allyl‑aminatie van diene‑polymeren en rubber mogelijk maakt. De kationische 2‑aza‑Cope‑herarrangement werd vervolgens toegepast om polymeren te deconstrueren.

Het introduceren van het zwavel‑diimide‑reagens maakt het mogelijk om aminogroepen op specifieke locaties in de polymeerketens te plaatsen en bereidt de weg voor de daaropvolgende backbone‑herarrangement. De chemische reactie is wat de polymeer‑backbone herstructureert. Deze reorganisatie omvat de deconstructie van rubber tot oplosbare amine‑functionele materialen. Dit twee‑stappenproces, zoals de onderzoekers aantonen, werkt uitstekend. 

Toen getest op een modelpolymeer, slaagden de onderzoekers erin het aanzienlijk af te breken. Het molecuulgewicht van het polymeer werd gereduceerd tot ongeveer 400 g/mol van 58 100 g/mol.

Bij toepassing van hun methode op gebruikt rubber, konden ze het binnen zes uur volledig afbreken. Het geamineerde post‑consumer rubber veranderde in een oplosbaar materiaal met aminogroepen dat kan worden gebruikt om materialen zoals epoxyharsen te produceren.

Epoxyharsen staan bekend om hun uitstekende hechtingseigenschappen. Ze worden gebruikt in lijmen, coatings, afdichtingsmiddelen, elektrische isolatie en civiele reparaties. Epoxyharsen worden doorgaans gemaakt van op petroleum gebaseerde chemicaliën zoals bisfenol A en uithardingsmiddelen. 

Volgens het onderzoek hebben de epoxy‑thermosets die met de resulterende oplosbare amine‑functionele polymeren zijn bereid, een vergelijkbare sterkte als commerciële bisfenol‑A‑afgeleide harsen.

According to co-author Maxim Ratushnyy, a former postdoc scholar at UNC‑Chapel Hill:

“In momenten als deze kom ik de kracht van organische synthese te waarderen. Het is fascinerend om de eenvoud te zien waarmee de ontwikkelde reeks van eenvoudige, maar krachtige, organische transformaties een hardnekkige C—C‑binding kan aanpakken en polybutadieen‑ en polyisopreen‑gebaseerde rubbers kan omzetten in potentieel waardevolle epoxyharsen.”

Bovendien is de nieuwe chemische recycling van post‑consumer materialen zeer efficiënt vergeleken met conventionele recyclingmethoden, die vaak dure katalysatoren of extreme temperaturen vereisen.

In deze studie behaalden de onderzoekers hun resultaten bij milde temperaturen, 35‑50°C (95‑122°F) in een waterig medium, waardoor het proces kosteneffectief en milieuvriendelijk is.

De milieu‑impact van het proces werd geëvalueerd met behulp van de Environmental Impact Factor (E‑factor), “een eenvoudige maar krachtige metriek,” die de werkelijke hoeveelheid afval berekent door het afval te meten ten opzichte van de productopbrengst.

Naast het vergelijken van de impact van een nieuw proces met de bestaande, legde Dr. Geoff Lewis, onderzoeksspecialist bij het Center for Sustainable Systems van de University of Michigan, uit dat de E‑factor ook “processtappen benadrukt die verbeterd kunnen worden terwijl we dit proces van het laboratorium naar de praktijk overbrengen.”

De volledige E‑factor van het proces, inclusief het gebruik van oplosmiddelen, was hoog. De eenvoudige E‑factor, zonder oplosmiddelen, was echter veel lager. Dit benadrukt de delen van het proces die geoptimaliseerd kunnen worden voor duurzaamheid.

Dus onderzoekt het team nu groenere oplosmidde systemen en alternatieve reactietoestanden om de afvalproductie te verminderen.

Door het “een paradigmaverschuiving in hoe we het rubberafvalprobleem benaderen” te noemen, legde medeauteur Sydney Towell, een Ph.D.-kandidaat aan UNC‑Chapel Hill, uit:

“Door de kracht van C–H‑aminatie en backbone‑herarrangement te benutten, biedt deze methode een nieuw pad om post‑consumer rubber om te zetten in materialen van hoge waarde, waardoor de afhankelijkheid van stortplaatsen wordt verminderd en milieuschade wordt geminimaliseerd.”

Innovatief Bedrijf

Goodyear Tire & Rubber Co  

Opgericht in 1898, is Goodyear een grote bandenfabrikant die investeert in duurzame rubberalternatieven en recyclinginitiatieven.

In januari 2022 bracht het bedrijf een demonstratieband uit gemaakt van duurzaam materiaal. De band bevat 13 geselecteerde ingrediënten verdeeld over negen verschillende bandcomponenten en levert een sterke algehele prestatie. 

Dit omvat carbon black, dat wordt gebruikt om de levensduur van de band te verlengen en wordt geproduceerd door verschillende soorten petroleumproducten te verbranden. Om echter de circulariteit en CO₂‑emissies te verminderen, worden nu vier soorten drift gebruikt, geproduceerd uit plantaardige olie, kooldioxide, methaan en eind‑levensduur band‑pyrolyse‑olie (TPO) grondstoffen. 

Soja‑olie in de duurzame band helpt de flexibiliteit van het rubbermengsel te behouden bij wisselende temperaturen, terwijl hoogwaardige silica, gemaakt van rijstschilafval, de grip verbetert en het brandstofverbruik vermindert. 

Polyester dat in banden wordt gebruikt, wordt gerecycled uit post‑consumer flessen, terwijl dennenharsen, die bio‑hernieuwbaar zijn, de traditionele op petroleum gebaseerde harsen hebben vervangen.

Op dat moment bedroeg het aandeel duurzame materialen in Goodyear’s banden 70%, waarvan werd gemeld dat dit in 2023 zou stijgen naar 90%, waardoor het dichter bij het doel komt om de eerste band volledig uit duurzame materialen te maken.

Het bedrijf heeft gemeld dat de demonstratieband alle toepasselijke regelgevende en interne tests heeft doorstaan. Vergeleken met banden gemaakt van traditionele materialen, bleek de demonstratieband ook een lagere rolweerstand te hebben, wat betekent dat er meer brandstof wordt bespaard en de CO₂‑voetafdruk wordt verminderd.

Een paar maanden geleden onthulde het bedrijf een ElectricDrive Sustainable‑Material (EDS) band, wat een cruciale stap markeert in het streven om tegen 2030 de eerste 100% duurzame materiaalband in de industrie te introduceren.

Te midden van de groei van elektrische voertuigen (EV’s) en de focus op duurzaamheid, zijn deze EDS‑banden specifiek ontworpen voor EV’s, met een lange levensduur, lagere rolweerstand, minder geluid en superieure natte rem‑ en wegligging.

Wat de bedrijfsfinanciën betreft, heeft Goodyear met een marktkapitalisatie van $2,5 miljard, waarvan de aandelen momenteel handelen op $8,85, een daling van 2,33% YTD, een nettowinst van $76 miljoen of 26 cent per aandeel aangekondigd, vergeleken met een nettoverlies van $291 miljoen een jaar geleden, en $114 miljoen aangepaste nettowinst of 39 cent per aandeel voor Q4 2024.announced.

In deze periode bedroegen de verkopen van het bedrijf $4,9 miljard, met een bandeenheidsvolume van 43,6 miljoen. Voor het volledige jaar waren de verkopen $18,9 miljard, met een bandeenheidsvolume van 166,6 miljoen.

In 2024 rapporteerde Goodyear een nettowinst van $70 miljoen of 24 cent per aandeel, vergeleken met een nettoverlies van $689 miljoen een jaar geleden, en een aangepaste nettowinst van $302 miljoen of $1,05 per aandeel.

Kasstromen uit operationele activiteiten gedurende deze periode bedroegen $698 miljoen, een daling ten opzichte van $1,032 miljard in het voorgaande jaar. Vorige maand heeft het bedrijf succesvol de verkoop van zijn off‑the‑road bandensector aan The Yokohama Rubber Company afgerond, terwijl de verkoop van het Dunlop‑merk aan Sumitomo Rubber Industries naar verwachting halverwege het jaar zal worden afgerond.

Over zijn eerste jaar bij Goodyear sprak CEO Mark Stewart zijn tevredenheid uit over de voortgang in 2024, waarin het bedrijf de verwachtingen overtrof, de winst groeide en overeenkomsten bereikte om niet‑kernactiva te verkopen.

“Vooruitkijkend blijven we ons inzetten om onze uitgebreide Goodyear Forward‑doelstellingen te behalen, waaronder verdere marge‑uitbreiding en substantiële schuldreductie.” 

– CEO Stewart

Voor 2025 verwacht het bedrijf “significante aflossing van schulden”, marge‑uitbreiding en optimalisatie van zijn portfolio om aandeelhouderswaarde te stimuleren. Goodyear wordt geprojecteerd om bruto‑opbrengsten van meer dan $2 miljard te leveren en een netto‑leverage‑ratio van 2,0‑ tot 2,5‑maal tegen het einde van het jaar.

Laatste Nieuws over Goodyear Tire & Rubber Co

Conclusie

Rubberafval, voornamelijk van banden, vormt een grote uitdaging die onze dringende aandacht en efficiënte oplossingen vereist. Bestaande methoden zoals pyrolyse, hoewel breed toegepast, produceren gevaarlijke bijproducten. Ondertussen worstelen traditionele recyclingmethoden met efficiëntie en schaalbaarheid.

Gezien het groeiende en kritieke probleem van rubberafval, onderzoeken wetenschappers nieuwe methoden, zoals retentiebekkens voor microplasticfiltratie en chemische processen met C‑H‑aminatie en backbone‑herarrangement voor rubberdeconstructie, die veelbelovende en groenere oplossingen bieden.

Met voortgezet onderzoek en industriële adoptie kunnen deze ontwikkelingen helpen rubbervervuiling te minimaliseren, stortafval te verminderen en rubberafval om te zetten in waardevolle materialen!