De autobanden van de toekomst

Autobanden hebben een bepaalde invloed op het brandstofverbruik van de wagen. Een betere autoband zou dan ook het brandstofverbruik van de wagens aanzienlijk kunnen terugdringen. Prof. dr. ir. Jacques Noordermeer van aan Universiteit Twente, die een prestigieuze internationale onderscheiding, de George Whitby Award 2010 van de American Chemical Society, kreeg voor zijn werk is sterk bezig met de ontwikkeling van energiezuinige banden.

Banden spelen dus een belangrijke rol bij het verlagen van het verbruik van de wagens en voor het terugdringen van ons verbruik van aardolie en de uitstoot van broeikasgassen van voertuigen. Wereldwijd gaat 2/3 van de olieconsumptie naar de transportsector. Het doel van dit onderzoek op dit terrein is dan ook om de hoeveelheid brandstof die daarvoor nodig is te verminderen. De vakgroep van prof. dr. ir. Jacques Noordermeer, Elastomer Technology & Engineering (ETE) is nauw betrokken bij de ontwikkeling van energiezuinige autobanden. Ze richten zich vooral op 2 verschillende punten, namelijk als eerste de ontwikkeling van deze energiezuinige autobanden en als tweede hoe ze de oude zo goed mogelijk kunnen recycleren.

Van de 30% die een auto effectief gebruikt van de energie die in de brandstof zit, gaat er al één derde verloren door de rolweerstand die de banden ondervinden. Dus men wil zo'n laag mogelijke rolweerstand. In juli 2012 gaat er een nieuwe Europese wetgeving van kracht die vereist dat alle nieuwe autobanden voorzien worden van een energielabel, net als dat al het geval is voor auto's en koelkasten. Op dit energielabel komt informatie te staan over de rolweerstand van de band maar ook over de slipweerstand bij het hard remmen en over het lawaai die de band maakt tijdens het rijden. En dan duikt hier ook een probleem op voor de rolweerstand, want als je de rolweerstand zo laag mogelijk probeert te maken, is de slipweerstand vrij slecht en omgekeerd. Dus het is een kwestie van het vinden van het optimaal haalbare.

De autobanden en het wegdek zouden eigenlijk samen geoptimaliseerd moeten worden. Het verlagen van de rolweerstand kan ervoor zorgen dat de tractie gaat afnemen, wat dan weer slechte gevolgen heeft voor de veiligheid. Hierdoor hebben een aantal groepen binnen de Universiteit van Twente zich verenigd in het Tire-Road Consortium. Het Tire-Road Consortium voert samen een integrale aanpak uit naar een oplossing voor dit probleem. In dit consortium brengen verschillende onderzoeksgroepen de nodige expertise samen op het gebied van bandengedrag, weggedragen band-wegdek interactie.

De autobanden die men momenteel gebruikt bestaan uiteraard uit meer dan alleen maar rubber. Om deze voldoende stevigheid te geven wordt er gewoonlijk 30% tot 40% roet aan toegevoegd. Op nanoschaal zorgt het roet er wel voor dat de rolweerstand verhoogt door wrijvingsverliezen in het rubber. Door een ander materiaal te gebruiken kan men de rolweerstand dus opmerkelijk doen verkleinen. Een dergelijk materiaal is silica of siliciumdioixide, het oxide van silicium. Dit kan onder vele verschillende vormen voorkomen maar de meest gekende is in zand. En het zijn eigenlijk kleine gasbolletjes maar op nanoschaal. Wanneer men silica aan het rubber van de autoband toevoegt dan verlaagt de rolweerstand met 30%. En ander gevolg is dat de autobanden niet zwart zijn maar ze hebben een groene kleur. En dit zonder de slipweerstand nadelige te beïnvloeden. Maar er is toch wel nog een nadeel aan het gebruik van silica, namelijk dat het moeilijker bindt met het rubber dan dat roet dat deed. Hierdoor kan het tot nu toe enkel toegepast worden bij synthetische rubbers. Maar op dit moment wordt 45% van alle autobanden gemaakt van natuurrubber. Dit omdat natuurrubber veel sterker is dan synthetisch rubber. Ook heeft natuurrubber het voordeel van de rubberbomen zelf ook 'koolstofdioxide-vangers' zijn. Daarom zijn de onderzoekers de mogelijkheid om silica te gaan gebruiken bij natuurrubber nog verder aan het onderzoeken.

Daarnaast is er ook nog de recyclage van de autobanden. Dit is het project van Wilma Dierkes. Een probleem van de rubberen autobanden is dat ze niet verteren en dus zeer moeilijk afbreekbaar zijn in de natuur. Tijdens de productieproces van het elastische rubber van de banden vindt er zich vulkanisatie plaats. Vulkanisatie is het proces waarbij men dwarsverbindingen tussen verschillende monomeerketens (bij)maakt. Door het toevoegen van zuurstof en zwavel kan men bruggen slaan tussen twee ketens van het rubber-materiaal. Deze bruggen of dwarsverbindingen maken het originele rubber stijver en vormvaster. Het korste proces om banden te recycleren zou zijn om het proces terug te draaien, 'devulkanisatie'. Maar dit is niet mogelijk omdat de gevormde bruggen van het zwavel niet af te breken zijn. Als alternatief maal men momenteel de oude banden voor recycling daarom zo fijn mogelijk. Alle stoffen die aan de band zijn toegevoegd, zoals bijvoorbeeld textiel of metaal, worden verwijderd zodat er enkel rubber overblijft in poedervorm. Van dit poeder worden dan bijvoorbeeld rubberen tegels gemaakt voor in speeltuinen en dergelijke. Maar voor andere toepassingen is dit poeder geen interessante grondstof omdat het heel stijf en droog is. En de eigenschappen die het 'oude' rubber voor de recyclage had, gaan door het proces verloren. Het is wel mogelijk om het poeder bij te mengen tijdens de productie van nieuwe banden, maar enkel een heel klein percentage is toelaatbaar.

De onderzoekers zijn momenteel een katalysator aan het ontwikkelen waarmee het mogelijk zou zijn om de zwavelbruggen, gevormd tijdens de vulkanisatie, op een chemische manier te gaan afbreken en verder alle eigenschappen in tact laat. De doelstelling van dit onderzoek is om, met de katalysator tot 50% van dit gerecycleerd materiaal zouden kunnen gebruiken tijdens de productie van nieuwe autobanden. Deze katalysator is in het eerste stadium van het onderzoek ontwikkeld voor het afbreken van dakbedekkingen vijverfolie's. En dit met groot succes want 100% van het gerecycleerde materiaal kan gebruikt worden voor de productie van het nieuwe product. Hopelijk wordt hetzelfde bereikt voor de autobanden.

via [utwente]