100 000 tonnin harppaus rengasteknologiassa: Kiina valmistaa harvinaisia maametalleja hyödyntävää kumia

Kyse ei ole vain uudesta kumitehtaasta. Hanke vie yli 60 vuotta jatkunutta tutkimustyötä laboratoriosta laajamittaiseen teolliseen tuotantoon ja kohdistuu suoraan kahteen rengasalan kasvavaan tarpeeseen: sähköautojen toimintamatkaan ja raskaiden ajoneuvojen kestävyyteen.

Miksi kumissa käytetään harvinaisia maametalleja?

Ratkaiseva tekijä on katalyytti. Perinteistä synteettistä polybutadieenikumia valmistetaan usein nikkelipohjaisilla katalyyteillä. Kun katalyyttinä käytetään neodyymiä, polymeerin rakenne muuttuu: ketjuista tulee lineaarisempia ja tasalaatuisempia, ja materiaalin cis-1,4-rakennepitoisuus kasvaa .

Molekyylirakenteen muutos näkyy valmiin kumin ominaisuuksissa. Materiaalin pitäisi kestää paremmin mekaanista rasitusta, lämpöä ja kulumista – ominaisuuksia, joita rengas tarvitsee erityisesti sähköautossa, kuorma-autossa tai työkonerenkaassa.

Mitä hyötyä Nd-BR-kumista voi olla renkaissa?

Lähteissä harvinaisilla maametalleilla katalysoidulle Nd-BR-kumille kuvataan useita etuja perinteiseen nikkelikatalysoituun polybutadieenikumiin verrattuna :

• Parempi kulutuksenkesto: renkaan käyttöikä voi pidentyä raskaassa kuormituksessa ja paljon ajettaessa.
• Pienempi vierintävastus: renkaan pyörimiseen kuluu vähemmän energiaa. Polttomoottoriautoissa tämä voi parantaa energiatehokkuutta, kun taas sähköautoissa se voi tukea pidempää toimintamatkaa.
• Suurempi lujuus sekä parempi väsymis- ja repeämänkesto: ominaisuudet ovat tärkeitä kuorma-autojen, linja-autojen ja maastoajoneuvojen renkaissa.
• Parempi toiminta alhaisissa lämpötiloissa: kumi säilyy joustavampana kylmässä, mikä voi pienentää halkeilun riskiä.
• Pienempi lämmönmuodostus: pitkäkestoinen nopea ajo kuumentaa materiaalia vähemmän, mikä voi hidastaa kulumista ja vähentää ylikuumenemiseen liittyviä riskejä.

Sähköautoissa pienelläkin vierintävastuksen muutoksella voi olla merkitystä, koska renkaat vaikuttavat suoraan kulutukseen ja toimintamatkaan. Raskaissa ajoneuvoissa taas korostuvat kestävyys, kuormankanto ja lämmönhallinta .

Yli kuuden vuosikymmenen tutkimus kaupallisessa mittakaavassa

Kiinan harvinaisten maametallien katalyysiin liittyvä kumitutkimus juontaa juurensa 1960-luvulle. Kiinan tiedeakatemian Changchun Institute of Applied Chemistry -tutkimuslaitoksen tutkijat julkaisivat tuolloin ensimmäisten joukossa tutkimusta, jossa harvinaisia maametalleja käytettiin butadieenin polymerointiin .

Dushanzin tehdas edustaa tämän tutkimuslinjan toisen sukupolven teollista sovellusta. Teknologian keskeisiksi ominaisuuksiksi on kuvattu muun muassa katalyytin rakenteen tarkka säätely, automatisoitu ”yhden painalluksen” tuotantoprosessi sekä kokonaan kotimainen teknologia ja laitteisto .

Tuotannossa voidaan lähteiden mukaan valmistaa eri Mooney-viskositeettiluokkien Nd-BR-kumeja. Mooney-viskositeetti on kumiteollisuudessa käytetty mittari, joka kuvaa materiaalin työstettävyyteen liittyvää viskositeettia. Eri luokkien saatavuus auttaa sovittamaan materiaalin erilaisten rengasrakenteiden ja käyttötarkoitusten tarpeisiin .

Hankkeen kerrotaan ratkaisseen myös useita aiempia teknisiä haasteita, jotka liittyvät muun muassa yksipaikkaisten katalyyttien valmistukseen, katalyytin kestävyyteen, raaka-aineiden vaihteluun sekä polymeeriketjujen haaroittamiseen ja funktionalisointiin .

Kiinalle myös strateginen arvoketjukysymys

Dushanzin laitos on lähteiden mukaan Kiinan ensimmäinen laajamittainen harvinaisten maametallien kumitehdas, joka on suunniteltu kokonaan kotimaisen teknologian ja laitteiston varaan. Tämä vähentää riippuvuutta ulkomaisista tuotantolisensseistä, katalyyttikomponenteista ja prosessiteknologiasta .

Merkitys ulottuu rengasta pidemmälle. Neodyymi on harvinainen maametalli, jota tuotetaan erityisen paljon Kiinassa. Kun sitä hyödynnetään korkeamman jalostusasteen tuotteessa, maa pyrkii vahvistamaan asemaansa koko ketjussa raaka-aineista erikoiskumiin ja lopulta renkaisiin .

Hanke jatkaa aiempaa kehitystyötä. Vuonna 2012 Kiinassa otettiin käyttöön 30 000 tonnin vuosikapasiteetin harvinaisten maametallien isopreenikumilaitos. Vuonna 2014 uusi katalyyttijärjestelmä puolestaan pienensi katalyytin kustannuksia yli 90 prosenttia ja lyhensi polymerointiajan seitsemästä tunnista 2,5 tuntiin .

Kaikki vaikutukset eivät ole vielä tiedossa

Tehtaan kapasiteetti ja Nd-BR-kumin ilmoitetut suorituskykyedut ovat hyvin dokumentoituja, mutta yksi olennainen kysymys on edelleen avoin: kuinka paljon harvinaisia maametalleja tuotanto tosiasiassa kuluttaa?

Julkisuudessa ei ole esitetty tarkkoja tietoja esimerkiksi katalyytin käyttömäärästä tai sen talteenottoasteesta. Siksi on vielä liian aikaista arvioida luotettavasti, miten paljon uusi tehdas vaikuttaa maailmanlaajuiseen neodyymin tai muiden harvinaisten maametallien kysyntään .

Johtopäätös

Xinjiangin 100 000 tonnin Nd-BR-tehdas muuttaa vuosikymmenten tutkimusedun teolliseksi tuotannoksi. Materiaalin luvatut ominaisuudet sopivat erityisesti sähköautojen energiatehokkaisiin ja raskaiden ajoneuvojen kestäviin renkaisiin.

Samalla hanke vahvistaa Kiinan pyrkimystä hallita harvinaisten maametallien koko arvoketjua. Sen lopullinen vaikutus riippuu kuitenkin siitä, kuinka nopeasti materiaali löytää tiensä kaupallisiin rengastuotteisiin ja kuinka paljon tuotanto todella kuluttaa harvinaisia maametalleja.