Energiewinst door productie van carbon black en energie uit autobanden

De circulaire bestemming voor afgedankte autobanden: carbon black

Inleiding

‘Carbon black’ is een vorm van bijna-puur koolstof met een relatief groot reactief oppervlak. Carbon black bestaat in verschillende vormen en is een veelgebruikte grondstof in de industrie. Het wordt meestal gemaakt door zware aardolie onvolledig te verbranden. Het nieuw ontwikkelde Black Bear Carbon proces kan dat veel schoner en efficiënter. Bovendien hergebruikt dat proces de carbon black in oude autobanden, die voor pakweg een kwart uit carbon black bestaan.

Het project

Het Black Bear project draait om het ontwikkelen en commercialiseren van dit proces. De kern van dit procedé is de carbonisatie van het rubber in de autobanden: pyrolyse (hitte zonder zuurstof) breekt het rubber af tot:

1. Olie (circa 35%)
2. Gas (24%)
3. Verkoold rubber ‘char’ (41%)

In die laatste stof zit het hoogwaardige carbon black, dat gewonnen kan worden via een aantal vervolgstappen in het proces. De olie en het (gecondenseerde) pyrolysegas kunnen beide worden ingezet voor energieopwekking of voor nog hoogwaardiger toepassingen. Ook het staal in de autobanden wordt gecycled.

Naast de ontwikkeling van de complete technologie tot een demonstratieproject ging het in dit project ook om de commerciële waarde. Daarvoor is het projectteam in een vroeg stadium bij de potentiële koper begonnen: aan welke specificaties moet het carbon black bij voorkeur voldoen? Het procedé blijkt te voldoen aan hogere specificaties dan bestaande procedés, is schoner (minder polycyclische aromatische koolwaterstoffen) en bovendien circulair. Dat laatste aspect wordt in deze markt steeds belangrijker.

Voor wie?

In 2016 opende de eerste fabriek voor Black Bear Carbon, die goed is voor de verwerking van ongeveer 1 miljoen autobanden per jaar. Er bestaan enkele honderden types carbon black, met toepassingen als vulstof, grondstof of kleurstof, en dus elk met eigen specificaties. De koolstof in deze vorm wordt veel gebruikt door autobanden- en plasticsfabrikanten, en fungeert ook als kleurstof in bijvoorbeeld verf en inkt.

Wat is nieuw?

Het procedé is in het lab wel al lang bekend, maar nooit op deze schaal toegepast in de industrie. Via een iteratieproces is er zowel in het lab als in de industriële demonstratieopstelling gewerkt aan het produceren van carbon black met de juiste specificaties.

Belangrijkste onderzoekpunten

In de demo-opstelling bleek aanvankelijk snel verstopping van de installatie op te treden doordat het pyrolysegas te snel condenseerde. Dit vereiste een handige oplossing, zonder de lopende productie bij het bedrijf te verstoren. Die oplossing is gevonden en zorgt nu voor een betrouwbare continue productie van carbon black, in een installatie die bovendien met de geproduceerde olie en gas zelf elektriciteit en warmte opwekt.

Besparing binnen dit project

Ten opzichte van de klassieke productiewijze bespaart Black Bear Carbon ongeveer 5 kilogram CO2 per kilogram carbon black. Daarnaast zit de besparing in het hergebruik van autobanden voor hoogwaardige toepassingen.

Brede toepassing

Nu worden afgedankte autobanden—een van de grootste en meest problematische afvalstromen—vaak verbrand of gebruikt als vulmateriaal in asfalt. Met Black Bear Carbon kan die stroom van ongeveer 330 miljoen stuks per jaar in de EU worden omgezet in 1,1 miljard kilo hoogwaardige carbon black per jaar, met een marktwaarde van € 1,3 miljard. In de wereld bedraagt de marktomvang zo’n € 14 miljard.

Looptijd

25 april 2015 – 27 april 2018

Partners

Dutch Green Carbon, Black Bear, Kargro

Volgende stappen

Na de succesvolle demonstratie van het procedé hebben de partners € 11 miljoen financiering gevonden voor uitbreiding van de fabriek voor carbon black. Voor de eerste stap over de grens verwacht Black Bear binnen een jaar zo’n € 25 miljoen financiering te kunnen aantrekken.

---

Bringing circularity to car tires: carbon black

Introduction

'Carbon black' is a form of near-pure carbon powder with a relatively large reactive surface. Carbon black exists in various forms and is a widely used feedstock in industry. It is commonly produced from burning heavy petroleum with low oxygen. The newly developed Black Bear Carbon process can do much better, cleaner and more efficiently. Moreover, the process reuses old car tires, which consist for about a quarter of carbon black.

The project

The Black Bear project involved both development and commercialization of the process. The core of this process is the carbonization of the rubber in the car tires: pyrolysis (heat without oxygen) breaks down the rubber into:

1. Oil (about 35%)
2. Gas (24%)
3. Char (41%)

The latter contains the high-quality carbon black, which can be harvested in subsequent process steps. The oil and the (condensed) pyrolysis gas can both be used for energy generation. Higher quality applications are part of the research. The steel in the car tires is also being recycled.

The demonstration project also involved research into the commercial value. At an early stage, the project team started asking the potential buyer: what specifications should the carbon black preferably meet? The process appears to meet higher specifications than existing processes, is cleaner (less polycyclic aromatic hydrocarbons) and circular. The latter aspect is becoming increasingly important in this market.

For whom?

In 2016, the first plant for Black Bear Carbon opened, which processes around 1 million car tires per year. There are several hundred types of carbon black, with applications as filler, raw material or colorant, and thus each with its own specifications. The carbon in this form is widely used by car tire and plastics manufacturers, and also acts as a colorant in, for example, paint and ink.

What's new?

The process has been known in the lab for a long time, but has never been applied to the industry on this scale. Through an iteration process, we have been working on producing carbon black with the right specifications in the lab as well as in the industrial demonstration setup.

Main research points

In the demo setup, clogging of the installation occurred because the pyrolysis gas condensed too quickly. This required a convenient solution, without disturbing ongoing production at the company. This solution has been found and now ensures reliable continuous production of carbon black, in an installation that also generates electricity and heat with the produced oil and gas.

Saving in this project

Compared to the classic production method, Black Bear Carbon saves approximately 5 kilograms of CO2 per kilogram of carbon black. In addition, the savings in the recycling of car tires are for high-value applications.

Broad application

Discarded car tires are one of the largest and most problematic waste streams. They are often burned or used as filling materials in asphalt. With Black Bear Carbon, finally about 330 million units per year in the EU can be converted into 1.1 billion kilograms of high-quality carbon black per year, with a market value of € 1.3 billion. The market size in the world is around € 14 billion