به گزارش لاستیک پرس به نقل از chemistryworld تایر ها شاهکاری از مهندسی را در زیر لایه بیرونی سیاه خود پنهان کرده اند؛ حدود ۲۰۰ ماده اولیه مختلف برای تضمین عملکرد، دوام و ایمنی تایر خودرو گرد هم می‌آیند. در سال‌های اخیر، صنعت تایر تلاش‌های تحقیق و توسعه قابل توجهی را در جهت افزایش پایداری این مواد انجام داده است. در حال حاضر حدود ۲۰٪ از مواد تشکیل‌دهنده یک تایر خودرو معمولی تجدیدپذیر یا بازیافتی هستند و بسیاری از بقیه مواد از نفت مشتق شده‌اند. بسیاری از تولیدکنندگان متعهد شده‌اند که لاستیک‌های خودرو آنها تا سال ۲۰۵۰ حاوی ۱۰۰٪ مواد تجدیدپذیر یا بازیافتی باشند.
یکی از دلایل کندی روند گذار، پیچیدگی طراحی تایر است. آدام مک‌کارتی، دبیرکل انجمن تولیدکنندگان تایر و لاستیک اروپا (ETRMA) در بروکسل، بلژیک، توضیح می‌دهد که هر ماده در تایر وظیفه خاصی در ماتریس وسیع‌تر دارد. او می‌گوید: «شناسایی جایگزین‌های بالقوه زمان می‌برد.» او می‌افزاید که تمرکز زیاد بر ایمنی، روند پیشرفت را کند می‌کند. «اولین و آخرین اولویت همیشه ایمنی خواهد بود.»
ترکیبات بین تولیدکنندگان، انواع تایر و قیمت‌ها متفاوت است، اما اکثر تایرها ساختار لایه‌ای یکسانی دارند. یک آج عمدتاً لاستیکی – لبه بیرونی که با جاده تماس برقرار می‌کند – و یک دیواره جانبی بیرونی وجود دارد. در زیر آج، یک تسمه نگهدارنده وجود دارد که اغلب از طناب‌های فولادی ساخته شده است. یک لایه اسکلتی، متشکل از الیاف نساجی، زیر تسمه و دیواره‌های جانبی قرار دارد. سپس، یک حلقه فولادی در اطراف لبه داخلی تایر، جایی که به چرخ می‌رسد، وجود دارد.
جایگزین‌هایی برای طبیعت
کائوچو فراوان‌ترین ماده در لاستیک‌ها است. یک لاستیک خودرو معمولاً از ۲۰ تا ۳۰ درصد کائوچوی طبیعی و تقریباً به همان مقدار نوع مصنوعی تشکیل شده است. منبع اصلی کائوچو طبیعی، شیره درخت کائوچو ( Hevea brasiliensis ) است که در مناطق گرمسیری رشد می‌کند. با وجود اینکه این محصول یک پلیمر طبیعی است، تولید آن به دلیل جنگل‌زدایی جنگل‌های بارانی گرمسیری برای تأمین تقاضای فزاینده، آسیب‌های زیست‌محیطی قابل توجهی ایجاد کرده است.
در سال ۲۰۱۵، میشلن اولین شرکت در صنعت تایرسازی بود که متعهد به عدم استفاده از کائوچوی مناطق جنگل‌زدایی شده شد. امروزه، بیش از ۷۵ تولیدکننده تایر و خودرو، از جمله بریجستون و کانتیننتال، و سایر ذینفعان علاقه‌مند، از طریق «پلتفرم جهانی کائوچو طبیعی پایدار»، برای کاهش اثرات زیست‌محیطی مزارع با یکدیگر همکاری می‌کنند.
سیریل روژه، مدیر ارتباطات علمی و نوآوری‌های میشلن مستقر در کلرمون-فران فرانسه، می‌گوید: «این گروه به کشاورزان در مورد تکنیک‌های تولید پایدارتر و پربازده‌تر آموزش می‌دهد.» او توضیح می‌دهد که کائوچو طبیعی عاری از جنگل‌زدایی «ماده‌ای تجدیدپذیر و پایدار» است.
در طول دهه گذشته یا بیشتر، برخی از تولیدکنندگان تایر، امکان‌سنجی دو منبع جایگزین کائوچو طبیعی را بررسی کرده‌اند؛ درختچه گایول ( Parthenium argentatum ) و قاصدک روسی ( Taraxacum kok-saghyz ). هر دو گیاه در طول جنگ جهانی دوم، پس از آنکه نیروهای ژاپنی مزارع کائوچو آسیا را تصرف کردند، مورد تحقیق قرار گرفتند. هنگامی که منابع از درختان کائوچو دوباره به طور رایگان در دسترس قرار گرفت، علاقه به منابع جایگزین برای نزدیک به ۶۰ سال کاهش یافت.
یک مرکز تحقیقاتی اختصاصی توسط بریجستون در ایالت آریزونای ایالات متحده در سال ۲۰۱۲ افتتاح شد تا کاوش در پتانسیل گوایول را از سر بگیرد. بیل نیاورا، مدیر اجرایی نوآوری پایدار و اقتصاد چرخشی در بریجستون آمریکا، مستقر در اوهایو، توضیح می‌دهد که هدف «تنوع بخشیدن به زنجیره تأمین برای مقاوم‌تر کردن آن» است. او می‌گوید: « هِوِآ در بخش متمرکزی از جهان با استفاده از یک گونه گیاهی کشت می‌شود» که عرضه جهانی کائوچو را در معرض خطر بیماری، تغییرات اقلیمی و بی‌ثباتی سیاسی قرار می‌دهد.
سه سال پس از افتتاح مرکز تحقیقات، بریجستون یک تایر نمایشی از جنس لاستیک گوایول تولید کرد. از سال ۲۰۲۲، یک تایر مسابقه‌ای با دیواره‌های جانبی لاستیک گوایول در مسابقات IndyCar مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه، تحقیقات در مورد چگونگی افزایش تولید در حال انجام است. بریجستون یک پالایشگاه زیستی در مقیاس نمایشی در سایت آریزونا دارد که گوایول کشت شده در مزرعه مجاور را فرآوری می‌کند. تلاش‌های تحقیقاتی مداوم شامل استفاده از ابزارهای ژنومی برای رشد محصول بیشتر، توسعه روش‌های برداشت کمتر مخرب و یافتن کاربردهای تجاری برای محصولات جانبی رزین از پالایشگاه زیستی است.
شرکت کنتیننتال اولین شرکتی بود که در سال ۲۰۱۱، امکان‌سنجی تولید کائوچو طبیعی از قاصدک روسی در مقیاس صنعتی را مورد ارزیابی مجدد قرار داد. پیت راب، مدیر بازاریابی کنتیننتال در لندن، انگلستان، توضیح می‌دهد که هدف بلندمدت «پرورش سهم مشخصی از لاستیکی است که ما در کنار تأسیسات تولیدی خود مصرف می‌کنیم».
کنتیننتال اولین تایر نمایشی خود حاوی لاستیک قاصدک را در سال ۲۰۱۴ ساخت و در اواخر سال ۲۰۱۸ یک مرکز تحقیقاتی اختصاصی لاستیک قاصدک را در آنکلام، آلمان، افتتاح کرد. در اینجا، محققان در حال کار بر روی افزایش بازده لاستیک با استفاده از روش‌های اصلاح نژاد مرسوم و ماشین‌آلات جدید میدانی هستند که قادر به برداشت ریشه‌های قاصدک بدون آسیب رساندن به آنها هستند. راب می‌گوید: «هدف، برداشت یک تن لاستیک از هر هکتار قاصدک کشت‌شده است. لاستیک‌های مصنوعی که با پلیمریزاسیون ایزوپرن، محصول جانبی کراکینگ نفت، ساخته می‌شوند،
از دهه ۱۹۳۰ در مخلوط با لاستیک طبیعی در تایر خودرو استفاده شده‌اند. این دو نوع لاستیک خواص متفاوتی دارند. لاستیک طبیعی ۱۰۰٪ سیس-۱،۴-پلی‌ایزوپرن به شکل کویل‌های تصادفی با پیوندهای عرضی است.
نیاورا توضیح می‌دهد: «نظم فضایی این مولکول واقعاً مهم است.» هنگامی که تحت فشار قرار می‌گیرند، کویل‌های پلیمری کشیده و تراز می‌شوند و باعث تشکیل کریستالیت‌ها می‌شوند – این کریستالیت‌ها برای تقویت لاستیک عمل می‌کنند. هیچ لاستیک مصنوعی قادر به انجام این کار نیست.
نیاورا می‌گوید: «طبیعت گاهی اوقات شیمیدان بهتری از ماست، ما می‌توانیم به سطح بسیار بالای ۹۰٪ سیس برسیم، اما برای تکرار کاری که لاستیک طبیعی انجام می‌دهد کافی نیست.» استفاده از لاستیک‌های مصنوعی نه تنها وابستگی به منابع لاستیک طبیعی را کاهش می‌دهد، بلکه امکان تنظیم دقیق عملکرد لاستیک را نیز فراهم می‌کند. نیاورا می‌گوید: «شما می‌توانید با عامل‌دار کردن پلیمر، کارهای جالبی انجام دهید تا ویژگی‌های عملکردی چندگانه را به حداکثر برسانید.»
لاستیک‌های مصنوعی تایر خودرو امروزی از خانواده لاستیک استایرن-بوتادین هستند و تقریباً تمام مونومرهای استایرن و بوتادین از نفت می‌آیند. میشلن در تلاش است تا تولید بوتادین تجدیدپذیر ساخته شده از اتانول از زیست‌توده گیاهی را در مقیاس بزرگ افزایش دهد. روگت می‌گوید: «ما سال گذشته اولین نمونه صنعتی خود را در فرانسه، در کارخانه خود در باسنس، افتتاح کردیم که بوتادین تجدیدپذیر را از یک منبع زیستی تولید می‌کند.» منبع این بوتادین، تراشه‌های چوب، یک محصول زائد از صنعت کشاورزی است. شکر استخراج شده از چوب به بیواتانول و سپس بیوبادین تبدیل می‌شود.
در تلاشی برای بازیافت بسته، بریجستون با لانزاتک همکاری می‌کند تا فناوری میکروبی را برای تولید بوتادین از تایرهای فرسوده توسعه دهد. لاستیک‌ها برای تولید گاز سنتز، مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن، گازدار می‌شوند که سپس تحت تخمیر میکروبی قرار می‌گیرد. نیاورا می‌گوید: «میکروب‌ها این گاز سنتز را به اتانول متابولیزه می‌کنند و سپس آن اتانول می‌تواند به عنوان مونومر برای تولید لاستیک مصنوعی به بوتادین تبدیل شود. کاتالیزور زیستی لانزاتک، برخلاف چیزی مانند فرآیند فیشر-تروپش، برای تولید اتانول بسیار گزینشی است.»
استایرن بازیافتی نیز در حال بررسی است. میشلن، به همراه استارت‌آپ Pyrowave مستقر در مونترال، کانادا، در حال افزایش مقیاس فناوری مایکروویو برای تجزیه بسته‌بندی‌های پلی‌استایرن ضایعاتی به مونومرهای استایرن خالص هستند. روگت می‌گوید بازیافت پلی‌استایرن کثیف از صنایع غذایی که «امروزه به راحتی بازیافت نمی‌شود» مورد توجه ویژه است. در سال ۲۰۲۳، میشلن اعلام کرد که اولین سری از لاستیک مصنوعی استایرن-بوتادین خود را از بیوبوتادین و استایرن بازیافتی تولید کرده است.
سبز کربنی
ترکیبات لاستیکی در تایرخودرو همچنین حاوی تعدادی مواد و مواد شیمیایی دیگر برای دستیابی به عملکرد و دوام مطلوب هستند. کربن سیاه (یا دوده) بزرگترین جزء غیر لاستیکی تایر خودرو است. تایرهای مصرفی امروزی حاوی 20 تا 30 درصد کربن سیاه هستند که از احتراق جزئی نفت تولید می‌شود. تعدادی زیرگروه کربن سیاه وجود دارد.
نیاورا می‌گوید: «یک تایر خودروی سواری مدرن می‌تواند پنج تا هفت نوع مختلف کربن سیاه داشته باشد که همه به طور متفاوتی به کار گرفته می‌شوند. کربن سیاه در آج با کربن سیاه در الیاف بدنه متفاوت است، که با کربن سیاه در دیواره جانبی متفاوت است، که آن هم با کربن سیاه در آستر داخلی متفاوت است.»
استفاده از روغن سویا و روغن جلبک به عنوان منابع جایگزین کربن سیاه ممکن است در آینده مورد بررسی قرار گیرد. با این حال، تمرکز در حال حاضر بر بازیابی بیشتر کربن سیاه از لاستیک‌های فرسوده است. امروزه، تنها کمتر از 1٪ از کربن سیاه موجود در تایرها – توسط یک فرآیند تجزیه حرارتی معروف به پیرولیز – بازیابی می‌شود.
روگت می‌گوید: «ما نمی‌توانیم 100٪ کربن سیاه بکر را با کربن سیاه بازیافتی جایگزین کنیم زیرا خالص نیست. این ترکیبی از کربن سیاه‌های مختلفی است که تایرها در ابتدا دارند.» در سال 2023، بریجستون و میشلن یک گزارش رسمی منتشر کردند که در آن آمده است که فناوری جدید برای بازیابی بیشتر کربن سیاه از تایرها برای دستیابی به هدف تایرهای 100٪ تجدیدپذیر یا بازیافتی تا سال 2050 حیاتی است. این گزارش رسمی یک استاندارد جهانی را برای کمک به افزایش استفاده از کربن سیاه بازیافتی در لاستیک‌ها پیشنهاد کرده است.
دو رویکردی که برای بهبود بازیابی کربن سیاه در حال توسعه هستند، بازیافت مجدد کربن سیاه حاصل از پیرولیز و ایجاد کربن سیاه درجه یک از تایرهای فرسوده است. مورد دوم شامل فرآوری روغن پیرولیز، یکی دیگر از محصولات پیرولیز تایر، است. روگت می‌گوید، بازگرداندن روغن پیرولیز به پالایشگاه نفت برای کراکینگ، در شرایط مناسب، کربن سیاه درجه یک تولید خواهد کرد. میشلن این ایده را با همکاری Scandinavian Enviro Systems بررسی می‌کند. اولین کارخانه بازیافت تایر جهان در حال حاضر در اودوالا، سوئد در حال ساخت است و انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۵ افتتاح شود.
کنتیننتال همچنین به دنبال بهبود فرآیند پیرولیز تایر برای به دست آوردن مواد اولیه تایر مفیدتر است. در سال 2022، این شرکت برای این منظور با شرکت نوپای Pyrum Innovations قرارداد همکاری امضا کرد. راب می‌گوید: «هر دو شرکت در تلاشند تا در میان‌مدت، کربن سیاه با کیفیت بالا و مواد اولیه با کیفیت بالا را از روغن پیرولیز به دست آمده برای تولید تایر کانتیننتال به دست آورند.»
پشتیبانی پایدار
مواد نگهدارنده پایدارتر در تایر خودرو یکی دیگر از زمینه‌های مورد توجه است. فولاد پرکاربردترین نوع این مواد است. فولاد بازیافتی موجود است که در کوره‌های قوس الکتریکی از قراضه فلز ساخته می‌شود، اما امروزه به صورت مخلوط با فولاد بکر فروخته می‌شود. دسترسی به فولاد ۱۰۰٪ بازیافتی خارج از کنترل صنعت تایر است. نیاورا می‌گوید: «این یک زنجیره تأمین گسترده است و ما یک بازیگر اقلیت کوچک در صنعت فولاد هستیم.» برای این ماده، تولیدکنندگان تایر باید بنشینند و منتظر بمانند تا صنعت فولاد روش‌های خود را تغییر دهد.
یکی از مواد ساختاری که تولیدکنندگان تایر می‌توانند پایداری آن را کنترل کنند، پت مورد استفاده در لایه‌های اسکلت تایر است. در سال 2023، شرکت Continental تایر UltraContact NXT خود را که حاوی پت بازیافت شده مکانیکی از بطری‌های یکبار مصرف پت است، عرضه کرد. این فرآیند بازیافت، فناوری ContiRe.Tex نام دارد و با همکاری Otiz، متخصص الیاف و تولیدکننده نساجی چینی، توسعه داده شده است.
در هر تایر از 9 تا 15 بطری PET بازیافتی استفاده می‌شود. در همین حال، میشلن در حال حاضر با استارت‌آپ فرانسوی Carbios برای استفاده از PET بازیافت شده آنزیمی از بطری‌های یکبار مصرف زباله همکاری می‌کند. روگت می‌گوید: «اصول کار بسیار ساده است.» تراشه‌های بطری پلاستیکی در یک مخزن آب گرم با آنزیم‌هایی قرار می‌گیرند که پلاستیک را تجزیه می‌کنند تا اتیلن گلیکول و اسید ترفتالیک تشکیل دهند.
می‌توان از پلاستیک با هر رنگی استفاده کرد. پس از تصفیه، مونومرها به PET بکر تبدیل می‌شوند، چیزی که قبلاً با موفقیت در تایرهای نمایشی استفاده شده است. شرکت کاربیوس (Carbios) در سال ۲۰۲۱ کارخانه‌ی نمونه‌ی خود را در کارخانه‌ی میشلن در کلرمونت-فران افتتاح کرد. این شرکت در حال حاضر در حال ساخت اولین کارخانه‌ی بزرگ بازیافت زیستی خود در لانگلاویل (Longlaville) است که پس از بهره‌برداری کامل، سالانه ۵۰،۰۰۰ تن ضایعات PET را فرآوری خواهد کرد.
با استفاده از ترکیبی از این رویکردها، برخی از تولیدکنندگان تایر اکنون تایرهای نمونه اولیه‌ای با حدود ۷۰٪ مواد تجدیدپذیر و بازیافتی تولید کرده‌اند. برخی از این تایرها حتی به عنوان محصولات ممتاز، مانند تایرهای خودروهای لوکس، وارد بازارهای خاص تایر شده‌اند. هزینه تولید بالاتر این تایرها در حال حاضر آنها را از تبدیل شدن به تایرهای مصرفی استاندارد باز می‌دارد. نیاورا با اشاره به هزینه پایین نفت فسیلی می‌گوید: «تولید تایر پایدار خودرو به وضوح گران‌تر از پمپاژ دایناسورهای مرده بیشتر است». مک‌کارتی از ETRMA می‌گوید: «برای اکثر مردم، مهمترین بخش تصمیم خرید تایر، قیمت آن است. ما کشش مصرف‌کننده برای تقاضای بیشتر از این تایرهای پایدار را از دست می‌دهیم.»
بنابراین، افزایش سهم بازار احتمالاً به بهبود مقررات بستگی دارد. قانون طراحی سازگار با محیط زیست اتحادیه اروپا برای محصولات پایدار، که از ژوئیه 2024 لازم‌الاجرا شد، باید به هدایت امور در مسیر درست کمک کند. مک‌کارتی می‌گوید: «ما انتظار داریم تایرها جزو اولین گروه محصولاتی باشند که [با استفاده از این قانون] برای تعیین الزامات طراحی سازگار با محیط زیست و پایداری بررسی خواهند شد. این بدان معناست که فشار نظارتی بیشتری برای پایداری وجود خواهد داشت که بدیهی است بازار را به آن سمت سوق خواهد داد.» او می‌افزاید که مقرراتی برای تسهیل بازیافت لاستیک‌های فرسوده از طریق پیرولیز نیز نیاز به کار دارند.
مسیر رسیدن به تایرهای مصرفی ۱۰۰٪ پایدار، روز به روز واضح‌تر می‌شود، اما برای اینکه تایرها واقعاً سبز شوند، علاوه بر مواد تشکیل‌دهنده‌شان، عوامل دیگری نیز باید تغییر کنند. روگت می‌گوید: «مواد تشکیل‌دهنده برای کاهش ردپای کربنی در تایرهای ما بسیار مهم هستند، اما [آنها فقط] ۱۰ تا ۱۵ درصد از تأثیر را در کل چرخه عمر آن تشکیل می‌دهند. بخش استفاده، زمانی که تایر روی وسیله نقلیه است، جایی است که ۸۰ درصد از تأثیر اتفاق می‌افتد.» صنعت تایر همچنین در حال کار بر روی ساخت لاستیک‌هایی است که هنگام حرکت ذرات کمتری منتشر می‌کنند و از نظر مصرف سوخت کارآمدتر هستند، بنابراین برای ادامه حرکت به انرژی کمتری نیاز دارند.