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回收炭黑:迈向可持续和负责任的未来的重要一步

来源:碳黑工业 | 作者:德隆导电炭黑 | 发布时间: 2023-12-06 | 282 次浏览 | 分享到:

每年有超过 17 亿条轮胎达到使用寿命并最终进入垃圾填埋场,污染环境。因此,重复利用轮胎来回收炭黑和其他化学品对于确保健康的环境、炭黑制造的可持续性以及迈向循环经济的一步至关重要。直到最近,人们还没有做出任何重大努力来将废旧轮胎回收到炭黑中。在过去几年中,人们对运营的可持续性和经济活动的循环性的呼声越来越高。在制造商中,Orion Engineered Carbons 和 Birla Carbon 是将环保实践引入其运营、可再生性以及回收炭黑的具体行动的领导者。

炭黑是一种用途广泛的产品,适用于许多关键行业,包括汽车、油漆和涂料、粘合剂和密封剂,最近其在电池生产中的使用量也有所增加。全球制造商都高度警惕地抓住市场机遇,扩大产能。目前,炭黑制造是一种高度环境退化的过程,其中生产 1 吨炭黑需要使用 1.2-1.5 吨化石燃料(通常是来自石油精炼作业、煤焦油蒸馏和生产的残余重油)。乙烯)和大量的水,生产过程又释放出 3 公吨二氧化碳以及其他气体和有害化合物。为了遏制二氧化硫和一氧化碳等受管制化合物的释放,这些公司传统上使用燃烧,从而产生可用的能源作为副产品。

炭黑市场预计从2022年到2027年将呈现温和增长。橡胶炭黑市场预计将增长2-3%,而特种炭黑市场预计上述几年的复合年增长率为4-5% ,根据 Orion 工程碳。橡胶炭黑的主要最终用途是轮胎行业。全球炭黑总产能约为 1350 万吨,其中包括橡胶和特种炭黑。因此,将回收或回收的炭黑整合到不同价值链中的需求变得比以往任何时候都更加重要。因此,现在是将回收的炭黑纳入不同价值链的最佳时机,不仅可以满足炭黑的需求,还可以限制环境退化。

炭黑一直是轮胎制造过程中不可或缺的一部分,因为它被用作橡胶补强剂,以提高胎面耐久性、降低滚动阻力并提高牵引力。每年生产超过 25 亿条轮胎,每个轮胎约含有 3 公斤炭黑,相当于轮胎中含有 750 万吨炭黑。因此,一种现成的炭黑来源是报废轮胎 (ELT);然而,在轮胎制造过程中添加矿物添加剂对 ELT 回收炭黑的回收提出了重大挑战。因此,传统上,使用ELT来生产能源是唯一经济上可行的选择。然而,ELT 脱盐、从 ELT 中提取高纯度炭黑以及在轮胎制造和其他工业应用中使用回收炭黑 (rCB) 的技术已经取得了进步。

在四大炭黑生产商中,博拉炭黑是最大的橡胶炭黑生产商,占据了全球橡胶炭黑需求的很大一部分。同时,Orion Engineered Carbons 是最大的特种炭黑供应商,可满足特种炭黑的巨大需求。卡博特公司的产能为 2 MMTPA,而江西炭黑猫公司的年产能超过 100 万吨,是市场上另外两家在全球拥有重要产能的主要参与者。

根据 Orion Engineered Carbons (OEC) 的数据,该公司占据了全球特种市场近 25% 的份额,其中聚合物(非汽车)和印刷与涂层(非汽车)的需求构成了主要的最终用途领域。这两个细分市场占总销量的 83%,而一个新兴细分市场是锂离子电池,根据 Orion Engineered Carbons 的预测,该细分市场预计将增长 17%-19%。

Orion 一直非常积极地努力确保其业务运营的可持续性,并致力于实现循环经济。OEC 已在所有三个部门中首次推出:启用碳、回收碳和可再生碳。鉴于锂离子电池行业的大幅增长预测,现在的焦点转向更具导电性的碳,而启用碳是优化碳性能的主要步骤。

回收碳包括使用ELT(报废轮胎)生产热解油,然后用其生产特种炭黑和橡胶炭黑。Orion 在寻找用于生产传统高硫油的炭黑原料的生物基替代品方面一直处于全球领先地位。2021 年,Orion Engineered Carbons 与瑞典研究院 (RISE) 合作,以商业规模生产可再生炭黑。根据 OEC,到 2030 年,轮胎中可回收/可再生碳的使用将占市场的 10%。 

“随着轮胎行业努力实现减少整个供应链中化石原料的长期目标,我们致力于满足人们对可再生炭黑日益增长的兴趣。此次合作是我们可持续发展战略的又一步,我们期待在这个令人兴奋且至关重要的项目上与rise合作。”Orion Engineered Carbons 高级副总裁 David Deters 说道。

博拉炭黑的炭黑总产能超过 2 MMTPA,也是一直接受不确定性并致力于运营可持续发展的负责任的制造商之一。Birla Carbon 与 Circtec 合作,利用 ELT 生产商标产品 Continua SCM(可持续碳质材料)。Circtec 一直利用从世界各地采购的 ELT 生产 SCM、循环化学品和可持续的直接燃料。使用康体佳 SCM 可确保减少橡胶、塑料和涂料行业的碳足迹。

炭黑制造商本身无法将所有 ELT 纳入价值链并形成轮胎和橡胶行业的闭环,包括回收商在内的其他利益相关者也必须参与并确保更好的收集率和加强回收,以纳入可持续性和应对气候变化改变。取而代之的是,Bolder Industries、Black Bear Carbons 和其他公司已经迎难而上,并不断加大力度建立回收炭黑设施。

从 ELT 中回收炭黑的主要挑战是炭黑中主要存在矿物灰分,矿物灰分是在轮胎制造过程中作为添加剂添加的,以进一步增强和混合炭黑。然而,2021 年,德国山谷 Fraunhofer IBP 的研究人员代表慕尼黑 RCB Nanotechnologies GmbH 开发了一种对回收的炭黑进行脱矿质的工艺。据弗劳恩霍夫 IBP 的研究人员称,从脱矿过程中回收的炭黑将不含任何矿物质残留物,并且可以在不使用任何原始炭黑的情况下用于轮胎制造。

此前,约 10% 的回收炭黑可用于轮胎制造;然而,研究人员引用说,经过上述脱矿过程后,回收的炭黑可以完全替代原始材料。除矿质的另一个优势是提取可在工业应用中重复使用的优质矿物质。

尽管正在努力建设回收炭黑工厂,但目前还没有正在运营的回收炭黑工厂。一座反应堆容积为 200 升的试点工厂已在位于 Valley 的 Fraunhofer IBP 投入运行。RCB Nanotechnologies GmbH 是该工艺的专利权人和独家被许可人。该公司已经开始进一步扩大规模;据该公司透露,生产车间已经建成,一条生产线的反应釜容积预计在4000升左右。整个过程将从灰烬中生产400公斤回收炭黑,相当于每年2500吨。该公司还提出了最后的扩建计划,即建造一座产能为 30 KTPA 的完整工厂。

Black Bear Carbon BV 是另一个重要的市场参与者,在为炭黑制造带来可持续性方面发挥了重要作用。2021 年 8 月,黑熊和 HELM AG 宣布就回收炭黑的长期供应链和营销开展合作。Black Bear Carbon 将生产 12 KTPA 的回收炭黑,旗舰工厂将建在荷兰赫伦的 Chemelot 工业园区。两家公司都计划在 2023 年下半年开始生产和销售回收炭黑。

根据 Black Bear Carbon 的估计,旗舰工厂将成为可持续的替代方案,将减少超过 65,000 吨的温室气体排放。

Bolder Industries 也凭借其商标产品 BolderBlack 获得了知名度,该公司声称 BolderBlack 是一种完美的替代品,可以替代石油衍生的炭黑作为塑料中的增强剂和添加剂。该公司声称,BolderBlack 100% 由消费后或工业后轮胎和橡胶废料生产。根据 Bolder Industries 的说法,与原始炭黑相比,回收的炭黑生产将减少 90% 的用水量,排放量减少 90% 以上。

诺曼艾索集团一直是世界领先的技术生产商,一直致力于回收炭黑的增值。加工过的 rCB 的价值是未加工 rCB 的 20 倍以上。为了追求附加值,诺曼和艾索工艺技术提供了 ICX 冲击分级机。ICX 系统通过提供所需的细度来提供卓越的研磨和分级结果,并且已被证明可以在不同的操作条件下工作,这表明系统的适应性。根据 NEUMAN & ESSER 的说法,回收的炭黑可以减少 80% 以上的碳足迹。

在柏林举行的回收炭黑大会(2019 年)将回收炭黑归类为新材料,然后成为原始炭黑的一对一替代品。这种分类是必要的,因为 rCB 是一种异质材料,其灰分含量、粒径、形态、表面化学和活性各不相同,并且还包含多个等级的原始炭黑,这进一步证明了其分类的正确性。

总之,回收炭黑的提纯程度不断提高,行业接受度和使用量不断提高,加上对 rCB 分类的需求不断增长,为将 rCB 纳入轮胎制造、油漆和涂料以及汽车和涂料领域铺平了道路。相关产业。MARKOchem 在进行的研究中了解到,大多数橡胶应用中可能会使用 10-20% 的 rCB/CB 共混物,这意味着随着 rCB 纯化程度的提高和性能一致性的提高,有足够的空间来增加共混。在回收经济的讨论中,回收轮胎仍然处于次要地位。然而,现在是更密切地关注回收轮胎以生产可持续的直接燃料、循环化学品,以及最重要的高纯度回收炭黑的最佳时机。