Chińska fabryka gumy z pierwiastkami ziem rzadkich: ważny krok dla opon do aut elektrycznych

To nie jest wyłącznie inwestycja w nowy rodzaj gumy. Projekt przenosi rozwijaną przez ponad sześć dekad technologię z laboratoriów do przemysłowej skali i może mieć znaczenie dla produkcji opon do samochodów elektrycznych, ciężarówek, autobusów oraz maszyn pracujących w trudnych warunkach.

Dlaczego w kauczuku zastosowano pierwiastek ziem rzadkich?

Kluczową rolę odgrywa katalizator. W konwencjonalnym kauczuku butadienowym stosuje się katalizatory niklowe. Zastąpienie niklu neodymem — metalem należącym do pierwiastków ziem rzadkich — wpływa na strukturę powstającego polimeru.

W efekcie materiał ma większy udział konfiguracji cis-1,4 oraz bardziej liniowy i równomierny układ łańcuchów. Taka mikrostruktura przekłada się na korzystniejsze właściwości mechaniczne i termiczne .

Co może zyskać opona?

Źródła wskazują, że kauczuk Nd-BR przewyższa tradycyjny kauczuk butadienowy katalizowany niklem pod kilkoma względami :

• większa odporność na ścieranie — opony mogą dłużej zachowywać właściwości przy dużych obciążeniach i wysokich przebiegach;
• niższe opory toczenia — mniej energii jest tracone podczas jazdy, co może poprawiać zużycie paliwa w samochodach spalinowych i zwiększać zasięg pojazdów elektrycznych;
• większa wytrzymałość oraz odporność na zmęczenie i rozdarcie — cechy szczególnie istotne w oponach ciężarowych, autobusowych i terenowych;
• lepsza elastyczność w niskich temperaturach — materiał ma mniejsze skłonności do pękania w chłodnym klimacie;
• mniejsze wydzielanie ciepła podczas długiej jazdy z wysoką prędkością — może to ograniczać degradację materiału i ryzyko uszkodzeń związanych z przegrzewaniem.

Dlatego materiał pasuje do dwóch szybko rosnących obszarów. W oponach samochodów elektrycznych liczy się każda redukcja oporów toczenia, ponieważ wpływa ona na zużycie energii i zasięg. W pojazdach ciężkich najważniejsze są natomiast trwałość, odporność na obciążenia i kontrola temperatury .

Technologia rozwijana od lat 60.

Za opracowanie technologii odpowiada Chińska Akademia Nauk — konkretnie Changchun Institute of Applied Chemistry, czyli Instytut Chemii Stosowanej w Changchun. W latach 60. jego naukowcy jako jedni z pierwszych na świecie opublikowali badania nad wykorzystaniem katalizatorów ziem rzadkich do polimeryzacji butadienu .

Zakład w Dushanzi wykorzystuje drugą generację technologii przemysłowej. Wśród jej najważniejszych elementów wymieniono :

• precyzyjną kontrolę struktury katalizatora;
• w pełni zautomatyzowany przebieg produkcji, określany jako obsługa „jednym kliknięciem”;
• krajową technologię i wyposażenie, bez zagranicznych licencji oraz importowanych składników katalizatora;
• możliwość wytwarzania pełnej gamy odmian Nd-BR o różnych wartościach lepkości Mooneya, czyli parametru używanego do charakteryzowania kauczuku.

Według chińskich informacji technologia rozwiązuje także problemy związane z przygotowaniem jednorodnych katalizatorów o pojedynczym centrum aktywnym, ich odpornością na różne warunki pracy i dostosowaniem do surowców. Obejmuje również kontrolę rozgałęzień długich łańcuchów polimeru oraz funkcjonalizację materiału .

Znaczenie dla łańcuchów dostaw

Dushanzi ma być pierwszym w Chinach wielkoskalowym zakładem kauczuku ziem rzadkich zaprojektowanym w całości z wykorzystaniem krajowej technologii i urządzeń. Taka samowystarczalność ogranicza zależność od zagranicznych licencji procesowych i dostaw specjalistycznych katalizatorów .

Projekt wpisuje się również w szerszą strategię Chin: wykorzystanie własnych zasobów pierwiastków ziem rzadkich nie tylko jako surowca eksportowego, lecz także do produkcji materiałów o wyższej wartości dodanej. W tym przypadku chodzi o zaawansowany kauczuk, który może trafić do segmentu opon premium.

Nowy zakład jest kolejnym etapem rozwoju tej technologii. W 2012 r. uruchomiono instalację kauczuku izoprenowego z pierwiastkami ziem rzadkich o wydajności 30 tys. ton rocznie. Dwa lata później opracowano układ katalityczny, który obniżył koszt katalizatora o ponad 90 proc., a czas polimeryzacji skrócił z 7 do 2,5 godziny .

Czego jeszcze nie wiadomo?

Publicznie dostępne informacje opisują moc produkcyjną zakładu i właściwości materiału, ale nie podają rzeczywistego zużycia pierwiastków ziem rzadkich. Brakuje danych dotyczących między innymi ilości katalizatora stosowanego w procesie oraz skuteczności jego odzysku. Bez tych informacji trudno precyzyjnie ocenić, jak bardzo instalacja wpłynie na globalny popyt na neodym i inne surowce ziem rzadkich .

Wnioski

Fabryka o mocy 100 tys. ton rocznie zamienia wieloletnią przewagę badawczą Chin w produkcję przemysłową. Kauczuk Nd-BR może pomóc tworzyć trwalsze, bardziej odporne na temperaturę i wydajniejsze energetycznie opony, szczególnie dla samochodów elektrycznych oraz pojazdów ciężkich.

Jednocześnie inwestycja wzmacnia chińską kontrolę nad całym łańcuchem wartości — od wydobycia i przetwarzania pierwiastków ziem rzadkich po produkcję zaawansowanych materiałów dla przemysłu oponiarskiego.