Carbon black là một vật liệu có vai trò quan trọng trong công nghiệp, tuy nhiên tên gọi của nó có thể khiến nhiều người không quen thuộc. Trên thực tế, carbon black hiện diện trong rất nhiều sản phẩm hàng ngày như lốp xe, nhựa, mực in, và lớp phủ. Tuy nhiên, nhiều người có thể chưa biết rằng carbon black cũng có thể được sản xuất thông qua quá trình nhiệt phân, một quy trình biến chất thải thành những sản phẩm có giá trị. Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu carbon black là gì, cách nó được sản xuất qua nhiệt phân, ứng dụng của nó và những tác động môi trường liên quan đến quy trình này. Cuối cùng, bạn sẽ có cái nhìn rõ hơn về tầm quan trọng của carbon black, đặc biệt là loại được sản xuất qua nhiệt phân, trong các ngành công nghiệp và nỗ lực bảo vệ môi trường.
Carbon black là một loại bột mịn màu đen, chủ yếu được tạo thành từ carbon nguyên chất. Nó được tạo ra thông qua quá trình đốt cháy không hoàn toàn hoặc phân hủy nhiệt của hydrocarbon. Dù carbon black có thể trông giống như muội than, nhưng quá trình tạo ra nó được kiểm soát chặt chẽ hơn, dẫn đến sản phẩm ổn định với những tính chất vật lý mong muốn.
Carbon black phổ biến nhất được dùng như một chất tăng cường trong các sản phẩm cao su, đặc biệt là lốp xe. Nó giúp tăng cường độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn của cao su, từ đó làm cho sản phẩm có tuổi thọ dài hơn. Carbon black cũng được sử dụng làm chất tạo màu trong sơn, mực in và nhựa, đồng thời cung cấp khả năng chống tia UV cho những vật liệu này.
Trước đây, carbon black chủ yếu được sản xuất bằng cách đốt cháy hydrocarbon như dầu hoặc khí tự nhiên trong điều kiện oxy hạn chế. Quá trình đốt cháy có kiểm soát này tạo ra các hạt carbon mịn, sau đó được thu gom, làm lạnh và chế biến thành carbon black. Tuy nhiên, phương pháp này tiêu thụ nhiều nhiên liệu hóa thạch và phát thải lượng lớn khí CO2 vào khí quyển, góp phần gây ô nhiễm môi trường.
Đây chính là lúc nhiệt phân xuất hiện như một giải pháp thay thế. Nhiệt phân là một quá trình nhiệt hóa học, trong đó vật liệu hữu cơ (như lốp xe cũ hoặc sinh khối) được nung nóng trong điều kiện không có oxy. Quá trình này làm phân hủy vật liệu thành các sản phẩm phụ, bao gồm carbon black, dầu, khí và than. Nhiệt phân không chỉ giúp tái chế các vật liệu thải mà còn tạo ra những sản phẩm có giá trị, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường so với phương pháp sản xuất carbon black truyền thống.
Khi các ngành công nghiệp và chính phủ trên toàn cầu tìm kiếm các giải pháp bền vững để giảm thiểu chất thải và cắt giảm lượng khí thải carbon, nhiệt phân đã nổi lên như một phương pháp thay thế thân thiện với môi trường. Cho phép tái chế các vật liệu như lốp xe cũ, biến chúng thành các sản phẩm phụ có giá trị như carbon black thay vì đưa vào bãi rác hoặc đốt cháy.
Carbon black được sản xuất thông qua nhiệt phân thường được gọi là Recovered Carbon Black (rCB). Dù nó có nhiều tính chất giống với carbon black nguyên sinh (loại được sản xuất bằng phương pháp truyền thống), rCB được coi là một lựa chọn bền vững hơn. Vì được sản xuất từ vật liệu thải, nó giúp giảm nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch nguyên sinh và giảm lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất. Hơn nữa, nhiệt phân còn thu hồi các sản phẩm phụ khác như dầu và khí, có thể tái sử dụng trong quy trình công nghiệp hoặc làm nhiên liệu, góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn.
Dù được sản xuất theo cách truyền thống hay qua nhiệt phân, carbon black đều có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng chính:
Thị trường lớn nhất của carbon black là trong ngành sản xuất cao su, đặc biệt là lốp xe. Carbon black giúp tăng cường tính chất vật lý của cao su, cải thiện khả năng chống mài mòn, va đập và tia UV. Lốp xe được sản xuất với carbon black bền hơn và có hiệu suất tốt hơn, góp phần vào việc di chuyển an toàn và hiệu quả hơn.
Carbon black tái chế qua nhiệt phân (rCB) ngày càng được ưa chuộng trong ngành công nghiệp lốp xe khi các nhà sản xuất cố gắng đạt được các mục tiêu bền vững. Nhiều công ty lốp xe hàng đầu đang tích hợp rCB vào sản phẩm của mình để giảm tác động môi trường trong khi vẫn duy trì các tiêu chuẩn chất lượng.
Carbon black được sử dụng trong sản xuất nhựa như một chất tạo màu và chất ổn định tia UV. Nó giúp tăng cường độ bền và độ dẻo dai của nhựa, khiến các sản phẩm này trở nên phù hợp hơn khi sử dụng ngoài trời, nơi có ánh nắng mặt trời. Trong polyme, carbon black đóng vai trò như một chất gia cường, giúp cải thiện độ bền kéo và khả năng đàn hồi.
Carbon black tái chế cũng có thể thay thế carbon black truyền thống trong ngành công nghiệp nhựa, mang lại các lợi ích tương tự trong khi giảm sự phụ thuộc vào quá trình sản xuất carbon black nguyên sinh.
Carbon black được sử dụng rộng rãi làm chất tạo màu trong mực in, lớp phủ và sơn, tạo nên màu đen sâu trong các vật liệu in ấn và lớp phủ ô tô. Nó cũng giúp cải thiện độ dẫn điện của lớp phủ, làm cho carbon black trở thành vật liệu quan trọng trong các linh kiện điện tử như pin và tụ điện.
Mực in và lớp phủ chứa rCB có thể giúp các công ty đạt được tiêu chuẩn môi trường và thúc đẩy sự bền vững trong ngành in ấn và ô tô.
Một ứng dụng mới nổi của carbon black tái chế là trong hệ thống lưu trữ năng lượng, đặc biệt là pin lithium-ion. Carbon black có thể cải thiện khả năng dẫn điện của các điện cực pin, tăng cường hiệu suất của pin. Khi nhu cầu về xe điện (EV) và các giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo ngày càng tăng, nhu cầu về vật liệu dẫn điện chất lượng cao như carbon black cũng sẽ gia tăng.
Việc sản xuất carbon black từ vật liệu thải qua nhiệt phân cung cấp một nguồn tài nguyên bền vững cho các thành phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng xanh.
Những lợi ích môi trường của quá trình sản xuất carbon black qua nhiệt phân rất đa dạng:
Một trong những lợi ích môi trường lớn nhất của nhiệt phân là khả năng chuyển hóa chất thải thành các sản phẩm có giá trị. Lốp xe cũ, nhựa thải và các vật liệu hữu cơ khác có thể được chuyển hóa thành carbon black, dầu và khí, mang lại một giải pháp bền vững cho quản lý chất thải.
Sản xuất carbon black truyền thống dựa vào việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, gây ra lượng lớn khí CO2 và các khí nhà kính khác. Nhiệt , mặt khác, tạo ra carbon black mà không cần quá trình đốt cháy trực tiếp, từ đó giảm thiểu đáng kể lượng khí thải. Quy trình này cũng thu hồi dầu và khí có thể tái sử dụng làm nhiên liệu, giảm nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch nguyên sinh.
Bằng cách thu hồi các sản phẩm có giá trị từ chất thải, nhiệt phân thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn. Carbon black được sản xuất có thể tái sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, từ đó giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu thô. Hơn nữa, dầu và khí thu hồi trong quá trình nhiệt có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho chính quy trình hoặc làm nguyên liệu cho các ứng dụng công nghiệp khác.
Quy trình nhiệt phân có thể được thiết kế để tiết kiệm năng lượng. Các sản phẩm phụ như dầu và khí thu hồi có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng, giảm nhu cầu cung cấp năng lượng từ bên ngoài. Khía cạnh tự cung tự cấp của nhiệt phân càng làm tăng tính khả thi của nó như một quy trình công nghiệp bền vững.
Khi các ngành công nghiệp nỗ lực giảm thiểu tác động môi trường, và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các sản phẩm bền vững, carbon black tái chế (rCB) đang dần trở thành một yếu tố quan trọng. Công nghệ nhiệt phân đang ngày càng phát triển, cung cấp hiệu quả cao hơn và khả năng mở rộng lớn hơn, làm cho rCB trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các nhà sản xuất trong nhiều lĩnh vực.
Ngoài ra, các quy định và sở thích của người tiêu dùng đang chuyển hướng sang các sản phẩm thân thiện với môi trường, buộc các công ty phải áp dụng các phương pháp sản xuất xanh hơn. Việc sử dụng carbon black tái chế có thể giúp các ngành công nghiệp đạt được mục tiêu bền vững mà vẫn đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
Carbon black, đặc biệt là khi được sản xuất thông qua quy trình nhiệt phân, là một vật liệu linh hoạt và thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp, từ ô tô đến lưu trữ năng lượng. Khi đối mặt với những thách thức môi trường ngày càng lớn, việc chuyển sang sản xuất carbon black từ vật liệu thải thông qua nhiệt phân là một bước tiến hứa hẹn cho tương lai bền vững.
Bằng cách biến chất thải thành những tài nguyên có giá trị, nhiệt phân không chỉ giải quyết vấn đề quản lý chất thải mà còn giúp giảm phát thải khí nhà kính và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên. Cho dù bạn đang lái một chiếc xe với lốp làm từ carbon black tái chế hay sử dụng các thiết bị điện tử được hỗ trợ bởi pin có chứa carbon black, loại bột màu đen này đang đóng góp rất lớn vào nỗ lực bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
1. Birla Carbon. What’s Trending: Carbon Black. Available at: https://www.birlacarbon.com/whats-trending/carbon-black/
2. Britannica. Carbon Black. Available at: https://www.britannica.com/science/carbon-black
3. Carbon Black World. What is Carbon Black? Available at: https://www.carbon-black.org/new-page-2
4. Merriam-Webster. Definition of Carbon Black. Available at: https://www.merriam-webster.com/dictionary/carbon%20black
5. OEAW. Pyrolysis Lecture Session II. Available at: https://www.oeaw.ac.at/forebiom/WS1lectures/SessionII_Uzun.pdf
6. ScienceDirect (2021) Pyrolysis and its Benefits. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468227621002131
7. USDA. What is Pyrolysis? Available at: https://www.ars.usda.gov/northeast-area/wyndmoor-pa/eastern-regional-research-center/docs/biomass-pyrolysis-research-1/what-is-pyrolysis/
8. Wikipedia. Carbon Black. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_black
DVA Renewable Energy là công ty tiên phong tại Việt Nam về công nghệ nhiệt phân, biến rác thải thành tài nguyên có giá trị kể từ khi thành lập vào năm 2012.
Việc nâng cấp nhà máy vào năm 2022 của chúng tôi, với công nghệ độc quyền, đã củng cố vị thế tiên phong của chúng tôi trong quản lý lốp xe thải bền vững. Gần đây, chúng tôi đã được chứng nhận ISCC PLUS và EU, hoạt động của chúng tôi chứng minh cam kết về trách nhiệm với môi trường và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế.
Với thành tích đã được chứng minh trong việc xử lý hơn 46.500 tấn lốp xe đã qua sử dụng và rác thải cao su hàng năm, DVA cung cấp các giải pháp nhiệt phân phù hợp để giải quyết các thách thức về quản lý rác thải tại địa phương và thúc đẩy các hoạt động kinh tế tuần hoàn. Chúng tôi sẵn sàng mở rộng ra toàn cầu, tận tâm tạo ra một tương lai bền vững hơn cho các thế hệ mai sau.
