Природа и человек

Для большинства людей, населяющих нашу милую планету, такой материал как резина играет значимую роль на протяжении всей жизни, от микротрещинки в изделии номер два до перчаток на руках патологоанатома. Наиболее распространенным исходным материалом для производства резины является млечный сок бразильской гевеи, содержащий натуральный латекс. Разумеется, гевея - не самое распространенное дерево в мире, и вряд ли вы, выйдя из дома, тут же ее обнаружите. Но тот же млечный сок можно увидеть, сделав надрез на зеленой коробочке опиумного мака или сорвав одуванчик - на стебельке тут же проступит беленький ободок густой жидкости. Вот это и есть природный латекс. Из него получают каучук, которого в латексе бразильской гевеи примерно треть.

Слово «каучук» происходит от «каучу», что на языке амазонских индейцев означает «слеза млечного дерева». После изобретения процесса вулканизации Чарльзом Нельсоном Гудьиром, американским энтузиастом-экспериментатором, и получения в результате опытов той самой резины (патент от 3 июня 1844 года), которую нынче используют и вдоль и поперек, добыча латекса из гевеи приобрела промышленный размах.

С 1870 г. по 1912 г. в странах Латинской Америки вовсю разбушевалась так называемая каучуковая лихорадка. Сбор латекса стал одним из доходнейших легальных бизнесов этих стран. Денежки начали считать штабелями. Резиновые нувориши Бразилии, Перу и сопредельных государств пустились во все тяжкие, тратя доходы не на развитие производства, а на сладкую жизнь. И, как говорится, за что боролись, на то и напоролись.

Внезапно листья каучуконосных деревьев поразил грибок макроциклус, и они, пытаясь противостоять болезни, перестали выделять латекс. Громадные плантации пришли в упадок. Грибок оказался чрезвычайно устойчивым ко всякого рода средствам борьбы, легко мутировал и чихать хотел на усилия плантаторов отвоевать назад свои источники сладкой жизни.

Пострадали, порой вплоть до полного разорения, и крупные латиноамериканские производители каучука, и иностранные, такие как Генри Форд, приобретший огромную плантацию гевеи в Бразилии с целью сэкономить, объехав на собственной козе британских поставках каучука. Каучуковая лихорадка прошла в одночасье, заставив богатых плантаторов плакать, а бедных работников - голодать.

Пока Бразилия и иже с нею упивалась внезапно обрушившимся богатством, возводила дворцы и купалась в шампанском, предприимчивые люди в Европе туго задумывались о перспективах.

В 1879 году англичанин Генри Уикем тайно, не побоявшись закона, предусматривающего смертную казнь за подобные действия, умыкнул изрядную партию драгоценных семян гевеи, и в двадцатых годах прошлого века в Малазии, бывшей британской колонии, развернулись обширные плантации каучуконосного дерева. Затем гевея была распространена и в других экваториальных странах региона.

В отличие от Латинской Америки, в Юго-Восточной Азии не было никаких факторов, препятствующих разведению гевеи. Вскорости, благодаря отсутствию микроциклуса и дешевизне рабочей силы, азиатский каучук стал намного дешевле латиноамериканского. Впрочем, бытует мнение, что грибок просто припозднился в дороге и со временем доберется и в Азию. Количество же каучука, поучаемое в странах Латинской Америки, в настоящее время не покрывает и их собственных потребностей. Крупные компании, такие как «Michelin», тратят гигантские суммы на поиски способов борьбы с грибком, но ничего радикального пока не найдено.

Параллельно таким исследованиям ведутся поиски альтернативных источников латекса. И самым перспективным из них оказался вредитель огородный - одуванчик. Точнее, его казахстанский родственник - кок-сагыз, прозванный у западных ученых «русским одуванчиком».

Попытки получить каучук из кок-сагыза уже были. Во время Второй мировой войны, когда японская армия вторглась в Юго-Восточную Азию и захватила европейские колонии, производящие каучук, производители изделий из резины были вынуждены вновь обратиться к латиноамериканским плантаторам. Однако, объемы собираемого ими латекса были удручающе малы. А война - это не только храбрость солдат, но еще и материально-техническое оснащение. Срочно требовались другие источники латекса.

И тогда в США, Европе и Советском Союзе начали культивировать кок-сагыз, повышая его урожайность сульфатом цинка. Неискоренимый сорняк, бич садов и огородов сделался важной стратегической культурой. В млечном соке русского одуванчика содержится около 14% каучука, что вполовину меньше, нежели в латексе гевеи. Однако, он неприхотлив, не подвержен заболеваниям и благосклонен к усилиям ученых по выведению сортов, более приспособленных для производственных нужд.

Когда война закончилась, производители изделий из резины вернулись к прежним, азиатским источникам каучука. Основными потребителями сырья для производства резины были и остаются в наши дни производители автомобильных шин. Самые крупные из них - Michelin, Bridgestone, Continental, Goodyear и Dunlop, захватившие и мирно поделившие между собой боле половины мировых объемов производства авторезины.

Итак, захватчики были разбиты, и все вернулось на круги своя. Азиатские страны продолжили собирать латекс, южноамериканские - искать пути борьбы с грибком.

Но развитие производств и увеличение потребления, поскольку каждый совершеннолетний был желал самостоятельно порулить, привело к тому, что сельскохозяйственных площадей, отведенных в азиатских странах под каучуковые плантации, не стало хватать.

Роме того, из словаря финансистов и биржевиков просочилось в речь обыденную такое слово как волатильность - показатель изменчивости цен. Например, если в начале 2011 года стоимость килограмма каучука подскочила до $6 за килограмм, то в настоящее время она обвалилась до $2.

Причин тому множество, от погодных условий до трейдерских спекуляций на бирже. Нужен был источник каучука с прогнозируемой ценой. И тогда вновь вспомнили про одуванчик.

Ford Motor, не желая вновь наступать на бразильские грабли, совместно с Университетом штата Огайо начал изучать возможности промышленного получения каучука из одуванчиков. К проекту примкнули японская компания «Bridgestone» и американская «Cooper Tire & Rubber». Была сформирована команда ученых во главе с Катриной Корниш, и утвержден семилетний план исследований.

Ведутся они по двум направлениям: генетическая модификация и традиционная селекция с целью окультурить полевое растение. Латекс извлекается из основного корневища кок-сагыза. Генетики заняты тем, чтобы сделать растение более высоким, а его листья не отлогими, а прямостоящими. Тогда сельхозуборочная техника сможет легко захватывать его и выдергивать из земли вместе с корнем.

Несмотря на то, что одуванчик - растение, неизбалованное уходом и нетребовательное, существует немало насекомых и мелких грызунов, с удовольствием поедающих его семена.

«Мы обнаружили, что этими семенами в поле питаются и муравьи, и черви, и мыши», - так обосновывает Катрина Корниш необходимость поиска способов защиты посевов. Сейчас уже найдены некоторые пути, такие как укладка глиняного защитного слоя вокруг семян, либо смешивание их со стерилизованными семенами кентуккийского мятлика, чтобы соблазнить оголодавших вредителей лакомиться последними.

На экспериментальном участке команда Катрины Корниш добилась впечатляющего результата: свыше полутора тысяч килограммов каучука с гектара. Этот показатель вполне соответствует урожайности отборных азиатских плантаций гевеи. Однако достигнут он, что называется, в тепличных условиях. И сейчас русский одуванчик отправлен на полевые испытания, которые осуществляются в условиях фермы площадью около восьми акров (три с небольшим гектара).

По словам Чака Юрковича, начальника отдела исследований и развития в компании «Cooper Tire & Rubber», существует реальная перспектива в скором времени «получить стабильный источник натурального каучука, с устойчивой стоимостью, что поможет нам вырваться из режима безудержных ценовых колебаний».

Параллельно исследовательские работы ведутся и в странах Европейского сообщества, в частности, в Нидерландах, при поддержке ЕС и производителей шин Индии - India’s Apollo Tyres Ltd. и Чехии - Mitas a.s., а также в Германии, в мюнстерском Институте молекулярной биологии и прикладной экологии Общества имени Фраунгофера. Ученые Европы основной упор делают на традиционную селекцию. Ими применяется способ точечных посевов, когда семена укладываются в землю по одному, на одинаковом расстоянии друг от друга.

В настоящее время на экспериментальных полях университета Мюнстера получен урожай свыше пятисот килограммов каучука с гектара, и руководитель проекта Дирк Пруфер уверен, что в дальнейшем удастся достигнуть тысячи.

Конечно, и химическая промышленность не стоит на месте. Давно изобретены искусственные заменители каучука. Но в той же шинной промышленности до сих пор нет возможности отказаться от натуральных источников. Содержание натурального каучука в шинах легковых автомобилей колеблется от 10 до 40 процентов. Шины большегрузных автомобилей, самолетов и строительной техники должны содержать еще более высокий процент. Только натуральный каучук обладает достаточной устойчивостью к колебаниям температуры, а также прочностью на разрыв, что особенно важно в случае образования микротрещин в процессе эксплуатации.

Вот и получается, что современный мир возлагает большие надежды на маленький одуванчик, статус которого неуклонно меняется от огородного вредителя до надежды и опоры мировой промышленности. Катрина Корниш уверена, что после завершения семилетней программы исследований в 2020 году начнется эпоха освоения русским одуванчиком сельскохозяйственных просторов страны.

Ирина Грановская

Одни компании по производству шин делают ставку на инновационные материалы компаундов, другие изменяют физическую структуру изделий 3D-формата. Примером этого являются шины Goodyear на основе соевого масла, изделия Pirelli из нижнекамских сортов изопреновых и дивинилстирольных каучуков, модели Bridgestone для полноприводных внедорожников. Что лучше?

Goodyear: ориентир на соевое масло

Компания Goodyear увеличивает экологичность своих шин. Ведущий инженер Волошинек сообщил, что в прошлом году был осуществлён серийный запуск изделий, где протектор выполнен на основе соевого масла. Благодаря инновации долю нефтепродуктов сократили на 60 %. Модели из линейки всесезонных Assurance WeatherReady стали отвечать новым стандартам экологичности, при этом их технические характеристики стали лучше адаптироваться к широкому спектру температур.

Изначально соевое масло рассматривалось как добавка к резиновой смеси. Но после того, как концерн Ford с Советом по производству сои получил весомые результаты при задействовании соевых продуктов, специалисты фирмы углубили и ускорили исследования в этой области. Благодаря триглицеридам смеси на основе масла стали полноценным заменителем основы для компаундов.

Термопластичность, эластичность и энергосберегающее микширование

Для всесезонных изделий показатель термопластичности важен, поскольку сцепление зоны контакта шин с мокрой, сухой, заснеженной, покрытой льдом поверхностью трассы напрямую зависит от характеристик резины. Обычно не удаётся избежать ухудшения каких-либо показателей. Поэтому оптимальный баланс между сцеплением шин и дорожного полотна обусловил выбор соевого масла.

Эластичность шин на основе соевого масла, их пластичность, экономичность в сравнении с нефтепродуктами стали другими движущими факторами замены. Лёгкое смешивание масла с составляющими компаунда, куда входит диоксид кремния, полимеры, обусловлено пониженной вязкостью и присутствием полиненасыщенных жирных кислот.

При микшировании затрачивается меньшее количество энергии, чем при использовании нефтепродуктов. Компания рассматривает вопрос использования высокоолеинового масла, которое задействуется в пищевой отрасли. Сейчас проводятся эксперименты, которые определяют его качество и пригодность для производства шин.

Вместо природного каучука для шин - искусственный из Татарстана

Нефтегазохимический комплекс Татарстана стал золотой жилой для предпринимателей. Ввиду роста цен на природный каучук его качественные заменители все больше интересуют производителей шин. Именно поэтому компания «Нижнекамскнефтехим» в декабре 2017 года подписала долгосрочный контракт о поставках искусственного каучука концерну Pirelli.

Минниханов, президент Татарстана, отметил, что за 10 лет объём поставок Pirelli вырос в 3 раза. Сейчас нижнекамцы и итальянцы сотрудничают не только по выпускаемой продукции, но совместно разрабатывают перспективные виды каучука, планируемого к серийному производству. Ввиду того, что Pirelli входит в пятёрку крупнейших производителей автошин (19 заводов, поставки в 160 стран мира), потребность в синтетическом каучуке и пластике позволит максимально загрузить производственные мощности «Нижнекамскнефтехима».

Планируется расширение выпуска изопренового каучука СКИ-3 до 330 тысяч тонн за год. В ближайших перспективах до 2021 года - увеличить выпуск всех видов искусственного каучука до миллиона тонн. Азат Бикмурзин, глава «Татнефтехиминвест-холдинга», сообщает, что через 2 года будут синтезировать 60 тыс. тонн дивинилстирольных каучуков для производства шин нового поколения. Сюда войдут 5 марок, рассчитанных на шины разного типажа и сезона.

Шины Bridgestone для полноприводных кроссоверов и внедорожников

Компания сделала акцент на экстерьере продукции. Она выпустила новую нешипованную зимнюю шину Blizzak DM-Z3З. Инновационный вариант рассчитан на владельцев полноприводных автомобилей. Отличие новой модели от старых состоит в комплексном совмещении микроскопических пор и специальных микроканавок, которые усиливают защиту от аквапланирования, предотвращают скольжение по льду. Контакт протектора с поверхностью дорожного полотна сопровождается впитыванием влаги (эффект «губки»), после чего она отводится через систему микродренажа.

Протектор оснащён кромками и ламелями формата 3D, которые имеют опорные вставки для предотвращения их деформации. За счёт этих инноваций давление в зоне контакта оптимизируется и распределяется равномерно. Кромка 3D-блока усиливает сцепление шины на промежутках дороги с крошащимся снежно-ледовым покрытием, что усиливает прохождение участка.

Поиск дешёвого сырья для производства побудил компанию начать строить лабораторию в Мекленбурге (Германия) для культивации русского одуванчика, последующего его использования в шинной промышленности вместо природного каучука. Ожидается, что стоимость запуска проекта составит 35 млн. евро, а млечный сок одуванчика успешно заменит сок гевеи из тропических регионов. Важную роль играет снижение стоимости транспортировки сырья, отказ от выжиганий тропических плантаций для расширения зон выращивания каучуконосных деревьев.

"Хочешь жить – умей вертеться", — гласит народная мудрость. Пока цены на нефть стремительно растут и появляются всё новые разработки в области биотоплива, каучуковая промышленность тоже не дремлет, подыскивая для себя альтернативный источник для производства резины.

Учёные из исследовательских центров OARDC (Ohio Agricultural Research and Development Center) и OBIC (Ohio BioProducts Innovation Center) получили грант в размере $3 миллиона. В сотрудничестве с другими фирмами и университетами им предстоит создать проект перерабатывающего завода, который бы производил из млечного сока корней одуванчиков качественную резину за меньшие деньги.

Этот штат был выбран для подобного эксперимента неслучайно. В Огайо находится одно из крупнейших во всей стране производств изделий из резины (так уж исторически сложилось).

На данный момент дела с доступностью натурального каучука обстоят не лучшим образом. Ведь бразильская гевея (Hevea brasiliensis ) – основной коммерческий источник этого материала в мире — теперь произрастает в основном в Юго-Восточной Азии и Африке (болезнь уничтожила почти все растения в Южной Америке).

Так сложно представить, что кто-то в мире может намеренно выращивать одуванчики, да ещё и выделять под них огромные теплицы (фото Tom Dodge).

После Первой мировой войны во многих странах мира были предприняты попытки отыскать местные растения-каучуконосы. Тех, что содержали каучук и подобные ему соединения, оказалось достаточно много. Однако по разным причинам масштабных проектов по созданию производств на новом сырье так и не появилось.

В СССР также некоторое время резину получали из млечного сока одуванчиков, а именно из вида кок-сагыз (Taraxacum kok-saghyz ), признанного одним из лучших по своим показателям. «Коренной житель» Казахстана, в США более известный как «русский одуванчик», неплохо прижился и в лабораториях OARDC. Её сотрудники недавно ездили в наши края за очередной порцией образцов.

В отличие от одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale ), кок-сагыз является куда более эффективным каучуконосом: в его корнях содержится 6-11% каучука (в корнях дикорастущих растений — до 27%). При этом по качеству он не уступает каучуку из гевеи, даже если растения не модифицированы и не отобраны.

Отличить «братьев» обычному человеку почти невозможно: единственная более-менее заметная разница в толщине листьев - у кок-сагыза они более тонкие.

Ещё одно преимущество этого вида в том, что его корни на 45% состоят из инулина, естественного углеводорода, который можно переводить в этанол. Таким образом, из сырья можно получать и каучук, и инулин.

Вероятно, со временем одуванчиковые плантации станут стратегически важными, по крайней мере, так считают в Конгрессе США, который уже сейчас рассматривает млечный сок этого растения как будущую основу производства резины для нужд обрабатывающей и военной промышленности.


Пока исследователи собирают и сортируют растения вручную (фото Tom Dodge).

На данный момент Штаты на все сто процентов зависят от импорта натурального каучука из Юго-Восточной Азии. А между тем цены на него выросли с 2002 года почти в семь раз, что обходилось государству в среднем в $3,3 миллиарда ежегодно.

Мало того, поставки со временем могут значительно сократиться, так как на себя «тянут одеяло» быстроразвивающиеся Китай и Индия вкупе со странами бывшего СССР, да и всё большая индустриализация Юго-Восточной Азии даёт о себе знать.

Синтетические же каучуки не могут заменить натуральные в большинстве отраслей (80% из более чем миллиона тонн импортируемого растительного сырья расходуется на производство покрышек для автомобилей, самолётов и различной техники).

«Сколько бы химических методов мы ни применили, до сих пор нет никакой возможности создать искусственные заместители, способные „противостоять“ натуральному каучуку», — говорит Уильям Рэвлин (William Ravlin), один из вовлечённых в проект учёных.

Подводя итог, можно сказать: с ужасом ждёт Конгресс 2020 года, когда спрос на растительный каучук превысит предложение на 15%. А чтобы не было страшно, всячески поощряет подобные программы.

По мнению экспертов из Огайо, более эффективным производство станет тогда, когда специально обученные фермеры сядут на свои тракторы и займутся сбором одуванчиков с помощью машин, разработанных для вытаскивания из земли луковиц тюльпанов.

Но не тут-то было! Фермеры забеспокоились. Нет, дело вовсе не в том, что одуванчик (который, по мнению обывателей, является одним из самых распространённых сорняков) очень даже полезен, может быть употреблён как салатная трава или как лекарство.

Фермеры побоялись другого, а именно опасного соседства – ведь их посевы продовольственных культур могут быть вытеснены полями с одуванчиками для каучукового производства.


На первых порах и тестирование сока – ручная работа (фото Tom Dodge).

Что ж это получается? С одной стороны бесконечные кукурузные поля и пруды, заполненные водорослями (это для топливной промышленности), с другой – массивы солнечных батарей (для электроэнергетики), а с третьей — ещё и бескрайние поля сорняков, которые к тому же будут распространять свои семена по округе (эти для заводов по производству резины).

А ведь в мире свирепствует продовольственный кризис!

Учёные фермеров пока никак не успокаивают, и даже, наоборот, заявляют о том, что уже работают над селекцией растений. Так, группа Мэттью Кляйнхенца (Matthew Kleinhenz) из OARDC говорит, что уже отобрала достаточно большое количество семян растений, дающих 15 килограммов каучука с каждых 100 килограммов сухих корней одуванчиков.


Сначала из высушенных корней в ходе нескольких процессов выделяют инулин. Оставшийся материал смалывают в ёмкости с фарфоровыми шариками, которые снимают с корней кожицу. Затем 90-95% каучука экстрагируется с помощью воды (фото PENRA).

На данный момент отрабатывается технология высадки и сбора урожая кок-сагыза (в какие сроки и на каком расстоянии друг от друга будут выращиваться одуванчики). Учёные подыскивают болезне- и засухоустойчивые растения. И это при том что одуванчик, как известно, весьма неприхотлив.

Первые тесты, проведённые в лабораториях, показали, что каучук из кок-сагыза ничем не уступает тому, что получают из гевеи.

Исследователи надеются, что уже через несколько лет первый завод по производству резины из сока одуванчиков выйдет на рабочую мощность в 20 миллионов тонн ежегодно. А к 2015-му количество продаваемого продукта увеличится втрое.