Природа и човек

За по-голямата част от хората, обитаващи нашата скъпа планета, материал като гумата играе важна роля през целия живот, от микропукнатина в продукт номер две до ръкавиците на ръцете на патолога. Най-често срещаният изходен материал за производството на каучук е млечният сок от бразилското растение Hevea, който съдържа естествен латекс. Разбира се, Hevea не е най-разпространеното дърво в света и е малко вероятно да го намерите веднага, когато излезете от къщата си. Но същият млечен сок може да се види, като направите разрез в зелената шушулка на опиумен мак или изберете глухарче - на стъблото веднага ще се появи бял ръб от гъста течност. Това е естествен латекс. От него се получава каучук, около една трета от който е в латекса на бразилската хевея.

Думата "каучук" идва от "kauchu", което означава "сълза от млечното дърво" на езика на индианците от Амазонка. След изобретяването на процеса на вулканизация от Чарлз Нелсън Гудиър, американски ентусиазиран експериментатор, и в резултат на експериментите същият каучук (патент от 3 юни 1844 г.), който сега се използва навсякъде, извличането на латекс от Hevea придоби индустриален мащаб.

От 1870 до 1912 г. така наречената каучукова треска бушува с пълна сила в страните от Латинска Америка. Събирането на латекс се превърна в един от най-печелившите легални бизнеси в тези страни. Парите започнаха да се броят на купчини. Каучуковите новобогаташи от Бразилия, Перу и съседните страни се постараха, харчейки доходите си не за развитието на производството, а за сладкия живот. И както се казва, за каквото са се борили, на това са се натъкнали.

Внезапно листата на каучуковите дървета бяха заразени с гъбички макроцикли и в опит да устоят на болестта те спряха да произвеждат латекс. Огромни плантации запустяха. Гъбата се оказа изключително устойчива на всякакви средства за борба, лесно мутира и искаше да киха въпреки усилията на плантаторите да си върнат източниците на сладък живот.

Както големите латиноамерикански производители на каучук, така и чуждестранните, като Хенри Форд, който придоби огромна плантация от хевея в Бразилия, за да спести пари, като обикаля британските запаси от каучук със собствената си коза, пострадаха, понякога до пълна разруха. Каучуковата треска премина за една нощ, оставяйки богатите плантатори да плачат, а бедните работници да гладуват.

Докато Бразилия и други като нея се наслаждаваха на внезапно рухналото богатство, издигаха дворци и се къпеха в шампанско, предприемчивите хора в Европа упорито работеха, мислейки за перспективите.

През 1879 г. англичанинът Хенри Уикхам тайно, без да се страхува от закона, предвиждащ смъртно наказание за подобни действия, открадна голяма партида скъпоценни семена от хевея, а през двадесетте години на миналия век бяха развити обширни насаждения от каучуковото дърво в Малайзия, бивша британска колония. След това Hevea се разпространява в други екваториални страни в региона.

За разлика от Латинска Америка, в Югоизточна Азия не е имало пречки пред отглеждането на хевея. Скоро, благодарение на липсата на микроциклус и евтиния труд, азиатският каучук стана много по-евтин от латиноамериканския. Има обаче мнение, че гъбата просто е закъсняла по пътя и в крайна сметка ще достигне до Азия. Количеството каучук, доставяно в страните от Латинска Америка, в момента не покрива собствените им нужди. Големи компании като Michelin харчат огромни суми пари в търсене на начини за борба с гъбичките, но все още не е намерено нищо радикално.

Успоредно с подобни изследвания се търсят алтернативни източници на латекс. А най-перспективен от тях се оказа един градински вредител – глухарчето. По-точно неговият казахски роднина е Кок-сагъз, наречен от западните учени „руското глухарче“.

Вече има опити да се получи каучук от кок-сагиз. По време на Втората световна война, когато японската армия нахлу в Югоизточна Азия и завладя европейските колонии за производство на каучук, производителите на каучукови изделия бяха принудени отново да се обърнат към латиноамериканските плантатори. Обемите латекс, които събраха, обаче бяха депресиращо малки. А войната е не само храбростта на войниците, но и материално-техническото оборудване. Други източници на латекс бяха спешно необходими.

И тогава в САЩ, Европа и Съветския съюз започнаха да култивират кок-сагиз, увеличавайки добива си с цинков сулфат. Неизкоренимият плевел, бичът на градините и зеленчуковите градини, се превърна във важна стратегическа култура. Млечният сок на руското глухарче съдържа около 14% каучук, което е наполовина по-малко от каучуковия латекс. Въпреки това е непретенциозен, неподатлив на болести и благоприятства усилията на учените да създадат по-подходящи за производствените нужди сортове.

Когато войната приключи, производителите на каучукови продукти се върнаха към предишните си азиатски източници на каучук. Основните потребители на суровини за производство на каучук са били и остават днес производителите на автомобилни гуми. Най-големите от тях са Michelin, Bridgestone, Continental, Goodyear и Dunlop, които са заловили и мирно поделили помежду си повече от половината от световните обеми на производство на гуми.

И така, нашествениците бяха победени и всичко се върна към нормалното. Азиатските страни продължиха да събират латекс, докато южноамериканските страни продължиха да търсят начини за борба с гъбичките.

Но развитието на производството и увеличаването на потреблението, тъй като всеки възрастен искаше да управлява самостоятелно, доведе до факта, че земеделските площи, разпределени за каучукови плантации в азиатските страни, вече не бяха достатъчни.

В допълнение, от речника на финансистите и борсовите брокери, такава дума като волатилност - индикатор за променливост на цените - е изтекла в ежедневната реч. Например, ако в началото на 2011 г. цената на килограм каучук скочи до 6 долара за килограм, сега е паднала до 2 долара.

Има много причини за това - от метеорологичните условия до спекулациите на търговците на борсата. Имахме нужда от източник на каучук с предвидима цена. И тогава отново се сетихме за глухарчето.

Ford Motor, не искайки отново да стъпи на бразилския рейк, заедно с държавния университет в Охайо започнаха да изучават възможностите за промишлено производство на каучук от глухарчета. Към проекта се присъединиха японската компания Bridgestone и американската Cooper Tire & Rubber. Създаден е екип от учени, ръководен от Катрина Корниш, и е одобрен седемгодишен изследователски план.

Те се извършват в две насоки: генетична модификация и традиционна селекция с цел култивиране на полското растение. Латексът се извлича от основното коренище на кок-сагиз. Генетиците са заети да направят растението по-високо и листата му да не са наклонени, а изправени. Тогава селскостопанската техника за прибиране на реколтата може лесно да го хване и извади от земята заедно с корените.

Въпреки факта, че глухарчето е растение, което изисква малко грижи и не е взискателно, има много насекоми и малки гризачи, които с удоволствие ядат семената му.

„Открихме, че мравките, червеите и мишките се хранят с тези семена на полето“, оправдава Катрина Корниш необходимостта да се намерят начини за защита на културите. Вече са открити някои начини, като например поставянето на защитен слой от глина около семената или смесването им със стерилизирани семена от синята трева в Кентъки, за да примамят гладните вредители да се насладят на последните.

На експерименталната площадка екипът на Катрина Корниш постигна впечатляващ резултат: над хиляда и половина килограма каучук на хектар. Този показател е доста съвместим с добива от избрани насаждения от азиатска хевея. Постигнато е обаче, както се казва, в оранжерийни условия. И сега руското глухарче е изпратено за полеви опити, които се провеждат във ферма от около осем акра (три и малко хектара).

Според Чък Юркович, ръководител на изследователската и развойна дейност в Cooper Tire & Rubber, има реална перспектива скоро да „имаме стабилен източник на естествен каучук на устойчива цена, което ще ни помогне да излезем от режима на необуздани ценови колебания. "

Успоредно с това се извършва изследователска работа в страните от Европейската общност, по-специално в Холандия, с подкрепата на производителите на гуми от ЕС и Индия - индийската Apollo Tyres Ltd. и Чехия - Mitas a.s., както и в Германия, в Мюнстерския институт по молекулярна биология и приложна екология на Fraunhofer Society. Европейските учени поставят основния си акцент върху традиционната селекция. Те използват метода на точкова сеитба, когато семената се поставят в земята едно по едно, на същото разстояние едно от друго.

Понастоящем експерименталните полета на университета в Мюнстер са дали над петстотин килограма каучук от хектар, а ръководителят на проекта Дирк Пруфер е уверен, че в бъдеще ще бъде възможно да се достигнат хиляда.

Разбира се, химическата индустрия не стои неподвижна. Изкуствените заместители на каучука отдавна са измислени. Но в същата индустрия за гуми все още няма начин да се изоставят естествените източници. Съдържанието на естествен каучук в гумите за леки автомобили варира от 10 до 40 процента. Гумите за тежкотоварни автомобили, самолети и строителна техника трябва да съдържат още по-висок процент. Само естественият каучук има достатъчна устойчивост на температурни колебания, както и якост на опън, което е особено важно в случай на образуване на микропукнатини по време на работа.

Така се оказва, че съвременният свят възлага големи надежди на малкото глухарче, чийто статут постепенно се променя от градински вредител към надеждата и подкрепата на световната индустрия. Катрина Корниш е убедена, че след завършването на седемгодишната изследователска програма през 2020 г. ще започне ерата на руското изследване на глухарчетата в земеделските пространства на страната.

Ирина Грановская

Някои компании за гуми залагат на иновативни смесени материали, докато други променят физическата структура на продуктите в 3D формат. Пример за това са гумите Goodyear на базата на соево масло, продуктите на Pirelli, произведени от Нижнекамск разновидности на изопренов и дивинилстиренов каучук, и моделите на Bridgestone за джипове със задвижване на всички колела. Кое е по-добро?

Goodyear: Еталон за соево масло

Goodyear повишава екологичността на своите гуми. Водещият инженер Волошинек каза, че миналата година е имало серийно пускане на продукти, където протекторът е направен на базата на соево масло. Благодарение на иновациите делът на петролните продукти е намален с 60%. Моделите от всесезонната линия Assurance WeatherReady започнаха да отговарят на нови екологични стандарти, докато техническите им характеристики станаха по-добре адаптирани към широк диапазон от температури.

Първоначално соевото масло се счита за добавка към каучуковите смеси. Но след като концернът на Ford със Съвета за производство на соя получи значителни резултати при използване на соеви продукти, специалистите на компанията задълбочиха и ускориха изследванията в тази област. Благодарение на триглицеридите, смесите на маслена основа се превърнаха в пълен заместител на сложните основи.

Термопластичност, еластичност и енергоспестяващо смесване

За продуктите за всички сезони индикаторът за термопластичност е важен, тъй като адхезията на контактната зона на гумата с мокри, сухи, заснежени и покрити с лед повърхности на пистата зависи пряко от характеристиките на гумата. Обикновено не е възможно да се избегне влошаване на някакви показатели. Следователно оптималният баланс между сцеплението на гумата и пътя определи избора на соево масло.

Еластичността на гумите на основата на соево масло, тяхната пластичност и рентабилността в сравнение с петролните продукти се превърнаха в други движещи фактори за замяна. Лесното смесване на маслото с компонентите на съединението, което включва силициев диоксид и полимери, се дължи на намаления вискозитет и наличието на полиненаситени мастни киселини.

Смесването използва по-малко енергия, отколкото при използване на петролни продукти. Компанията обмисля използването на високоолеиново масло, което се използва в хранително-вкусовата промишленост. Сега се провеждат експерименти, за да се определи качеството и годността му за производство на гуми.

Вместо естествен каучук за гуми - изкуствен от Татарстан

Нефтохимическият комплекс на Татарстан се превърна в златна мина за предприемачите. Поради нарастващите цени на естествения каучук, неговите висококачествени заместители са все по-интересни за производителите на гуми. Ето защо компанията Нижнекамскнефтехим подписа дългосрочен договор през декември 2017 г. за доставка на изкуствен каучук на концерна Pirelli.

Минниханов, президент на Татарстан, отбеляза, че за 10 години обемът на доставките на Pirelli се е увеличил 3 пъти. Сега Нижнекамск и италианците си сътрудничат не само върху произвежданите продукти, но съвместно разработват обещаващи видове каучук, планирани за масово производство. Поради факта, че Pirelli е един от петте най-големи производители на гуми (19 завода, доставки в 160 страни), необходимостта от синтетичен каучук и пластмаса ще позволи максимално натоварване на производствения капацитет на Nizhnekamskneftekhim.

Предвижда се разширяване на производството на изопренов каучук SKI-3 до 330 хиляди тона годишно. В близко бъдеще, до 2021 г., ще увеличим производството на всички видове изкуствен каучук до милион тона. Азат Бикмурзин, ръководител на Tatneftekhiminvest Holding, съобщава, че след 2 години те ще синтезират 60 хиляди тона дивинилстиролов каучук за производството на гуми от ново поколение. Това ще включва 5 марки, предназначени за гуми от различни видове и сезони.

Гуми Bridgestone за кросоувъри и SUV със задвижване на всички колела

Компанията се фокусира върху външния вид на своите продукти. Той пусна нова зимна гума без шипове Blizzak DM-Z3З. Иновативната опция е предназначена за собственици на автомобили с задвижване на всички колела. Разликата между новия модел и старите е сложната комбинация от микроскопични пори и специални микробразди, които засилват защитата срещу аквапланинг и предпазват от плъзгане върху лед. Контактът на протектора с пътната настилка е придружен от абсорбиране на влага (ефект „гъба”), след което тя се отстранява чрез микродренажна система.

Протекторът е оборудван с ръбове и ламели в 3D формат, които имат опорни вложки за предотвратяване на деформацията им. Благодарение на тези иновации налягането в контактната зона е оптимизирано и разпределено равномерно. Ръбът на 3D блока подобрява сцеплението на гумата върху участъци от пътя с ронещ се сняг и лед, което подобрява проходимостта на участъка.

Търсенето на евтини суровини за производство накара компанията да започне изграждането на лаборатория в Мекленбург (Германия) за отглеждане на руско глухарче, последващото му използване в производството на гуми вместо естествен каучук. Очаква се цената на стартирането на проекта да бъде 35 милиона евро, а млечният сок от глухарче успешно ще замени сока от хевея от тропическите райони. Важна роля играе намаляването на разходите за транспортиране на суровини и премахването на изгарянето на тропически насаждения за разширяване на площите за отглеждане на каучукови дървета.

„Ако искаш да живееш, знай да предеш“, казва народната мъдрост. Докато цените на петрола бързо се покачват и се появяват нови разработки в областта на биогоривата, каучуковата индустрия също не спи, търсейки алтернативен източник за производство на каучук.

Учени от изследователските центрове OARDC (Център за селскостопански изследвания и развитие на Охайо) и OBIC (Център за иновации на биопродукти в Охайо) получиха грант от 3 милиона долара. В сътрудничество с други компании и университети те ще трябва да създадат проект за преработвателна фабрика, която да произвежда висококачествен каучук от млечния сок от корените на глухарче за по-малко пари.

Това състояние не е избрано случайно за такъв експеримент. Охайо е дом на едно от най-големите съоръжения за производство на каучук в цялата страна (исторически).

В момента нещата не вървят добре с наличието на естествен каучук. В крайна сметка, бразилската хевея ( Hevea brasiliensis) - основният световен търговски източник на този материал - сега расте предимно в Югоизточна Азия и Африка (болестта е унищожила почти всички растения в Южна Америка).

Толкова е трудно да си представим, че някой в ​​света може умишлено да отглежда глухарчета и дори да разпредели огромни оранжерии за тях (снимка от Том Додж).

След Първата световна война в много страни по света се правят опити за откриване на местни каучукови растения. Имаше доста такива, които съдържаха каучук и подобни съединения. Въпреки това, поради различни причини, мащабни проекти за създаване на производствени мощности с нови суровини така и не се появиха.

В СССР за известно време каучукът се получава и от млечния сок на глухарчетата, а именно от вида kok-sagyz ( Taraxacum kok-saghyz), признат за един от най-добрите по отношение на ефективността си. „Коренният жител“ на Казахстан, по-известен в САЩ като „руското глухарче“, се е наложил добре в лабораториите на OARDC. Неговите служители наскоро пътуваха до нашия регион за следващата партида проби.

За разлика от глухарчето officinalis ( Taraxacum officinale), кок-сагиз е много по-ефективно каучуково растение: корените му съдържат 6-11% каучук (в корените на дивите растения - до 27%). В същото време той не е по-нисък по качество от каучука от Hevea, дори ако растенията не са модифицирани или селектирани.

За обикновения човек е почти невъзможно да различи „братята“: единствената повече или по-малко забележима разлика е в дебелината на листата - в Kok-sagyz те са по-тънки.

Друго предимство на този вид е, че корените му се състоят от 45% инулин, естествен въглеводород, който може да се превърне в етанол. Така от суровини могат да се получат и каучук, и инулин.

Вероятно с течение на времето насажденията от глухарче ще станат стратегически важни, поне това смята Конгресът на САЩ, който вече разглежда млечния сок от това растение като бъдеща основа за производство на каучук за нуждите на промишлеността и военната промишленост .


Засега изследователите събират и сортират растенията на ръка (снимка от Том Додж).

В момента САЩ са сто процента зависими от вноса на естествен каучук от Югоизточна Азия. Междувременно цените му са се увеличили почти седем пъти от 2002 г. насам, струвайки на държавата средно 3,3 милиарда долара годишно.

Освен това доставките могат да бъдат значително намалени с течение на времето, тъй като бързо развиващите се Китай и Индия, заедно със страните от бившия СССР, „дърпат одеялото“, а нарастващата индустриализация на Югоизточна Азия се усеща.

Синтетичните каучуци не могат да заменят естествените в повечето отрасли (80% от повече от милион тона внесени растителни материали се изразходват за производството на гуми за автомобили, самолети и различно оборудване).

„Без значение колко химически методи използваме, все още няма начин да създадем изкуствени заместители, които могат да „устоят“ на естествения каучук“, казва Уилям Равлин, един от учените, участващи в проекта.

За да обобщим, Конгресът се страхува от 2020 г., когато търсенето на каучук на растителна основа ще надхвърли предлагането с 15%. И за да не е страшно, той насърчава такива програми по всякакъв възможен начин.

Експерти от Охайо казват, че производството ще стане по-ефективно, когато специално обучени фермери се качат на своите трактори и берат глухарчета с помощта на машини, предназначени да изваждат луковиците на лалетата от земята.

Но го нямаше! Фермерите се притесниха. Не, въпросът изобщо не е, че глухарчето (което според обикновените хора е един от най-често срещаните плевели) е много полезно и може да се използва като билка за салата или като лекарство.

Фермерите се страхуваха от нещо друго, а именно от опасен квартал - в края на краищата техните култури от хранителни култури могат да бъдат заменени от полета с глухарчета за производство на каучук.


Първоначално тестването на сока се извършваше на ръка (снимка от Tom Dodge).

Как става това? От едната страна има безкрайни царевични полета и езера, пълни с водорасли (това е за горивната промишленост), от другата има масиви от слънчеви панели (за електричество), а от третата също има безкрайни полета с плевели, които също ще разпространят семената си в цялата област (те са за фабрики за каучук).

Но в света бушува хранителна криза!

Учените все още не са успокоили фермерите и дори, напротив, заявяват, че вече работят върху отглеждането на растения. И така, групата на Матю Клайнхенц от OARDC казва, че вече е избрала доста голям брой растителни семена, които произвеждат 15 килограма каучук за всеки 100 килограма сухи корени от глухарче.


Първо, инулинът се изолира от изсушените корени чрез няколко процеса. Останалият материал се смила в съд с порцеланови топчета, които отстраняват кората от корените. След това 90-95% от каучука се извлича с вода (PENRA снимка).

В момента се разработва технологията за засаждане и прибиране на реколтата kok-saghyz (по кое време и на какво разстояние едно от друго ще се отглеждат глухарчета). Учените търсят растения, устойчиви на болести и суша. И това въпреки факта, че глухарчето, както знаете, е много непретенциозно.

Първите тестове, проведени в лаборатории, показаха, че каучукът от кок-сагиз по никакъв начин не е по-нисък от този, получен от хевея.

Изследователите се надяват, че до няколко години първият завод за производство на каучук от сок от глухарче ще достигне оперативен капацитет от 20 милиона тона годишно. А до 2015 г. количеството продадени продукти ще се утрои.