Для начала кажется необходмимым привести небольшое определение зеленой шины. Любой автомобиль при своем движении подвергается воздействию сил, тормозящих это движение: механические трения, аэродинамические трения, инерция автомобиля, сила тяжести и сопротивление качению. И именно для уменьшения сопротивления качению роль зеленой шины представляется особенно важной. Действительно, на долю шины может приходиться до 20% расхода топлива автомобилем. При каждом вращении материалы, составляющие шины, нагреваются, деформируются и выделяют часть энергии, передаваемой автомобилем: это и есть сопротивление качению, на долю которого может приходиться пятая часть расходуемого горючего.
Улучшить сопротивление качению
Основываясь на этих фактах и, главным образом, вдохновленные директивой Европейской комиссии от конца 2007 года о снижении к 2012* году выбросов газов с парниковым эффектом и доведении уровня СО 2 до 120 г на километр, производители шин продолжили свою работу над шинами с низким потреблением энергии и, следовательно, с низким сопротивлением качению.
Фото © :
Уже с 1992 года начинатель этого направления, Michelin, нашел последователей. В 2001 году компания Goodyear выпустила на рынок первую шину, использующую запатентованную технологию BioTRED, основывающуюся на кукурузном крахмале, субсидированную Европейской комиссией и обеспечивающую очень низкое сопротивление качению. Поистину, воображение в этой области безгранично... Однако, если эта новая технология и обеспечивала экономию горючего, то предлагаемый компромисс между износом и сцеплением был менее выгодным.
Таким образом, все производители стали делать ставку на сокращение расхода горючего без снижения уровня сцепления шин и их долговечности. Вот почему исследования были ориентированы на протектор, то есть на ту часть шины, которая находится в контакте с дорожной поверхностью. И в этой области фирме Michelin удалось заменить 95% техуглевода, придающей черный цвет шинам, кремнием - продуктом, расходующим гораздо меньше энергии и, соответственно, требующим намного меньше горючего. Благодаря этому методу возникла шина Energy Saver со сниженным на 20% сопротивлением качению и экономией энергии в 4 г СО 2 на километр. Сегодня на эту шину приходится ¾ продаж Michelin в Европе. Отметим, что конкуренты не сидели, сложив руки: GoodYear выпустил шину Efficicient Grip и разработал технологию « Fuel saving », Pirelli - шину Cinturato P7 и технологию ENERGY EFFICIENT, Bridgestone - шину Ecopia, а Continental - свою шину Ecocontact1.
Зеленая шина: каковы ее истинные преимущества?
Мы рассказали об истории зеленых шин, но остается получить ответ на вопрос «Разумно ли инвестировать в зеленые шины?». Покупная цена такой шины будет не выше, чем у традиционной шины, но какова польза от ее покупки?
В каждом типоразмере вам предоставляется выбор между несколькими шинам, каждая из которых предназначена для различного использования. Зеленые шины адаптируются к любому типу автомобилей: городским, седанам, минивэнам, но чтобы использовать их с максимальной пользой, водителю придется ездить осторожно и разумно, как в сложных погодных условиях, так и при спортивной езде и даже в условиях города. К преимуществам, связанным с экономией топлива и, как следствие, с экономией денег в вашем кошельке, с хорошей износостойкостью и сцеплением с дорогой, следует прибавить «гражданский» подход, выражающийся в вашем участии в охране окружающей среды.
Сегодня мы имеем дело с четвертым поколением зеленых шин. Эта технология, применяемая большинством известных производителей шин, доступна для потребителя, проста в использовании, обеспечивает высокие показатели и экономична при использовании. Итак, да, если цвет зеленой шины и остается черным, то ее состав, ее характеристики делают из нее поистине инновационный продукт как с точки зрения энергосбережения, так и с точки зрения охраны окружающей среды.
- Это означает, что на одном литре топлива бензиновые и дизельные автомобили смогут соответственно проезжать 22 и 19,5 километров.
«Зеленые» шины, покрышки, экономящие топливо и шины с низким сопротивлением качению - все они, в основном, одинаковые и воплотили в себе различные преимущества благодаря добавлению кремния к резиновой смеси. Основным преимуществом кремния является возможность снизить потребление топлива, увеличив при этом сцепление с мокрыми поверхностями. Шины с добавлением кремния известны на рынке уже более 10 лет, хотя активно данный элемент стал внедряться в производство лишь несколько лет назад. Хотя использование кремния в настоящее время широко распространено, впервые его добавление компанией Michelin в модель шины «Michelin Energy» и компанией Continental в «ContiEcoContact CP и EP» рассматривалось как настоящий прорыв в шинных технологиях. Но почему шины с низким сопротивлением качению считаются революционными в дизайне и преимуществах, которые они предлагают потребителю?
Решение компромисса
Основной проблемой, стоящей перед дизайнерами шин, традиционно является решение компромисса между низким сопротивлением качению и сцеплением с мокрой дорогой. Сопротивление качению - это количество энергии, которое шина поглощает при вращении. Чем ниже сопротивление качению, тем меньше топлива необходимо для движения автомобиля. Снижение сопротивления качения, тем не менее, традиционно означало сокращение сцепления с мокрой поверхностью, что, конечно, было неприемлемо.
Эта проблема была решена путем замены определенного количества карбона на кремний в резиновой смеси протектора шины, что позволило производителям выпускать шины, которые обеспечивают улучшенные свойства при заносе на мокрой поверхности, повышают эффективность управления зимой и в то же время обеспечивают более низкое сопротивление качению.
Разгаданная технология
Причину, почему эта технология считалась настолько революционной, лучше всего можно описать следующим образом:
Контроль зависит от степени деформации шины при вращении - иными словами, в какой степени она изменяет форму благодаря мелким камням и неровностям дорожного покрытия. Контроль движения также лучше всего держат резиновые соединения, которые поглощают большое количество энергии.
На сопротивление качению, с другой стороны, влияет низкий уровень прогиба шины при вращении. Для этого требуются компоненты, которые поглощают низкие количества энергии. Этот контраст - между одновременным поглощением большого и малого количества энергии - не представлялось возможным преодолеть в прошлом, чтобы обеспечить шины уменьшенным сопротивлением качению и, вместе с тем, увеличенным сцеплением с мокрой дорогой.
С добавлением кремния, однако, инженеры были в состоянии производить такие шинные соединения, которые обладают высокими гистерезисом на высоких оборотах (т. е. поглощают большое количество энергии) и низким гистерезисом на низких оборотах (т. е. поглощают малое количество энергии).
Преимущества для пользователя
Использование кремния может привести к снижению сопротивления качению на 20% и более. Используя правильное давление в шинах и придерживаясь разрешенного скоростного режима с учетом ходовых качеств автомобиля, 20%-ное снижение сопротивления качению приравнивается к 5% экономии топлива, которое, согласно исследованиям Michelin, может дать экономию автомобилисту более 100,00 у.е. в год, что покроет расходы на шины в течение всего срока их эксплуатации.
Использование кремния может также улучшить управление при заносе на мокрой поверхности. Включив кремнезем в ассортимент зимних шин , в компании Vredestein утверждают, что улучшили управление при мокром заносе на целых 15%, одновременно сократив тормозной путь.
Кремний также обеспечивает дополнительные преимущества зимним и всесезонным шинам . Соединения с использованием кремнезема - более эластичные и гибкие при низких температурах, что позволяет достичь лучшего сцепления и торможения в зимний период.
В нем также указано, что к 2016 году требования станут еще более жесткими. Требуемые значения параметров шин говорят о том, что скоро все покрышки, используемые европейскими автопроизводителями, станут «зелеными». Разумеется, речь идет не о цвете. Точнее - не только о нем.
О том, какие перспективы у «зеленых» шин в России, какие сложности возникают, в их производстве и что ждет шинную промышленность в будущем, рассказали ведущие специалисты нескольких подразделений СИБУРа, занимающихся разработкой этого экологичного направления.
«Зеленым» шинам - зеленый свет!
На Западе давно стало модно и почетно бороться за экологию, за сохранение ресурсов планеты и сокращение загрязнения окружающей среды - На этой волне еще в 1992 году производителями автомобилей в Европе была разработана концепция «зеленой» шины (GreenTire). Производство «зеленой» шины предусматривает улучшение экологических показателей производства и сокращение потерь энергии на качение при эксплуатации. Это, в свою очередь, уменьшает расход топлива и выброс выхлопных газов автомобилем.
Первая «зеленая» шина - под маркой Епergy Saver - была выпущена в продажу в 1992 году компанией Michelin. Сегодня выпускаете я уже пятое поколение таких тин. «Данная шина обладала низким коэффициентом сопротивления качению, имела большую на 20-40% по сравнению с конкурентами долговечность, улучшенное сцепление с дорогой. С тех пор продукция данной фирмы является эталоном экологичных шин», - отмечает руководитель проекта «Зеленая шина» сибуровского научного центра «НИОСТ» Артур Рахматуллин. Кстати, подобные покрышки действительно могут иметь зеленый или другой цвет, так как для придания им цвета используется красящий пигмент. Ведь техуглерод («сажа»), придающий обычным покрышкам черный цвет, в «зеленых» шинах заменен на осажденный кремнеземный наполнитель (ОКН).
Компания «СИБУР-Русские шины» начала разрабатывать проект производства «зеленых» шин в 2001 году, а в 2004 году были произведены первые образцы продукции «За основу мы взяли первый патент Michelin. Затем дорабатывали технологию собственными силами, шли своим путем», - говорит Штефан Прекоп, заместитель генерального директора по технологиям и НИОКР «СИБУР - Русские шины».
Шины стоят свеч
«Зеленые» шины стоят, в среднем, на 5-10% дороже обычных аналогов. Но среди их важных преимуществ - экономия топлива и, соответственно, затрат потребителя. «За счет уменьшения сопротивления качению наши «зеленые» шины помогут сэкономить до 5% топлива по сравнению с использованием обычных шин. Использование таких шин уменьшает выбросы углекислого газа. Кроме того, у «зеленых» шин лучше сцепление с мокрой дорогой. Использование осажденных кремнеземных наполнителей позволяет производить более качественные зимние нешипованные покрышки», - рассказывает Штефан Прекоп.
«На Западе количество вредных выбросов в атмосферу строго регламентируется, как и показатель сопротивления, качению и количество потребляемого топлива на 100 километров пробега. Так, соглашением ЕС с автопроизводителями предусматривается в ближайшие годы уменьшение выбросов углекислого газа новых автомобилей с 186 г/км до 140 г/км. Данным требованиям удовлетворя¬ют только так называемые «зеленые» шины», - добавляет Артур Рахматуллин.
Упоминание о западных стандартах - неслучайно. Ведь в России топливный фактор, как и экологичность, может иметь косвенное значение, уточняет заместитель директора по развитию дирекции синтетических каучуков СИБУРа Михаил Гордин: «Фактически «зеленая» шина - высокоскоростная шина, основным преимуществом которой является все-таки экологичность. Топливная экономия, особенно для наших потребителей, скорее всего, не будет серьезным аргументом в выборе шин. В производстве каучуков для этих покрышек мы, в первую очередь, ориентируемся на западных производителей автомобилей и шин».
Тем не менее, за наших потребителей решение о постепенном переходе на «зеленые» шины уже приняли европейские автопроизводители. «Жесткие законодательные инициативы, принятые в Европе, обязывают нас быть готовыми к соблюдению самых последних стандартов шинного про¬изводства. Наши покрышки продаются не только в России, они продаются в Европе, США, других странах. У нас даже есть технология тропикализации покрышек - для экспортных партий в Бразилию, Турцию, Африку. Международные автопроизводители, в том числе имеющие производства в России, уже приобретают покрышки, которые соответствуют нормам Евросоюза, вступающим в действие в 2012 году», - говорит Штефан Прекоп.
Ноги для русского Бибендума
К сожалению, производственная база основных материалов для «зеленых шин - а, именно, каучуков с осажденным кремнеземным наполнителем - и России очень слабая. Многие компоненты для резиновых смесей закупаются за рубежом, а технологии резиносмешония устарели. Про существующие технологии приготовления резиновых смесей для «зеленых» шин рассказывает Михаил Гордин: «Одним из способов уменьшения сопротивления качению шин без потери в тормозном пути и износостойкости является использование кислотно-кремниевых наполнителей (ККН, или силики). Существует несколько способов равномерного смешивания каучука с кислотно-кремниевым наполнителем. Первым был изобретен способ улучшения смешивания жидкофазных с. добавлением связывающих агентств, например, (плана). Хотя и достаточно затратный, он используется в большинстве современных производств «зеленых шин».
Второй способ - модификация моле¬кул каучука за счет образования моле¬кулярных групп, связывающих с силикой. На базе Воронеже кого НТЦ мы со¬вершенствуем и сам каучук, и ищем способы для улучшения смешивания. Второй путь развивает также НИОСТ. Если у нас получится добиться успеха на двух направлениях, мы сможем произ¬водить композитный каучук с силикон. Это будет достижение мирового уровня, так как такой технологии пока нет ни у кого». Проблемы подготовки качественной резиновой массы носят общий для российской шинной промышленности характер. «За последние 10 лет в шинной промышленности России появилось много технологий по сборке шин, вул-канизации резины, по подготовке полуфабрикатов- Тем не менее, важнейшие технологии, а именно - резиносмешение, полностью устарели. В связи с этим мы реализуем инвестиционный проект по оснащению нашего ярославского завода новыми резиносмесителями системы Intermix. Запуск нового цеха намечен на первую половину 2011 года», - говорит Штефан Прекоп
Производители сказали: надо! Шинники ответили: есть !
Несмотря на трудности с разработкой отечественного сырья для «зеленых» шин, их производство в СИБУРе уже начато и доведено до вполне конкурентоспособного уровня. На вопрос о текущей ситуации отвечает Штефан Прекоп: «На сегодняшний день мы производим качественные шины радиусом 13 и 14 дюймов для легковых автомобилей под маркой Соrdiant.
Общая экономия топливных ресурсов при повсеместном переходе на использование автотранспортом "зеленых" шин в РФ может составить 0,9-1 млн. т. н.э.
По данным компании Michelin, использование "зеленых" шин, при среднем годовом пробеге автомобиля около 20 тыс. км, позволяет сократить годовое потребление топлива на 40 литров. С учетом того, что российский легковой автопарк в настоящее время превышает 30 млн. автомобилей, использование "зеленых" шин при оснащении этого автопрака позволит ежегодно экономить порядка 1 млн. т. топливных ресурсов.
Отрицательное воздействие шин на воздух, почву, растения, животных и людей обусловлено их сопротивлению качению, которое, в свою очередь, определяет расход топлива двигателем и, следовательно, количество выбрасываемых в атмосферу выхлопных газов, содержащих такие опасные компоненты, как свинец, углеводороды, сернистый, углекислый, угарный газы. Вместе с тем, при движении автомобиля шины стираются о дорожное покрытие. При этом шины из синтетического каучука выделяют твердые высокодисперсные продукты и вредные для здоровья человека газообразные вещества.
В результате проведенных НИИ шинной промышленности РФ исследований было выявлено, что основной вклад в перечисленные негативные явления вносит протектор - наружный резиновый слой покрышки. На его долю у легковых машин приходится 35-50%, у грузовых - 50-70% сопротивления шины качению, а также практически весь объем продуктов их стирания.
Решение возникших проблем может быть найдено в использовании так называемых "зеленых" шин. Производство "зеленой" шины предусматривает улучшение экологических показателей производства и сокращение потерь энергии на качение при эксплуатации. Это, в свою очередь, уменьшает расход топлива автомобиля и выброс им выхлопных газов в окружающую атмосферу.
Сопротивление качению выражается в механических потерях и образовании тепла при циклическом нагружении шины. Для снижения потерь по этой причине протекторы шин необходимо делать из соединений технического углерода с коллоидным диоксидом кремния (КДК). Проведенные опыты показали, что замена 45-75% первого из них на второй снижает гистерезисные потери на 30-50%. Правда, непременным условием получения таких результатов является дезагрегация частиц КДК и взаимодействие между их поверхностями и каучуком резиновой смеси, для чего в последнюю вводят специальные добавки. Проведенные эксперименты показали, что все это положительно влияет на упругость, прочность, износостойкость и сцепление протектора шины с дорогой.
За счет уменьшения сопротивления качению, "зеленые" шины помогают в среднем сэкономить до 10% топлива по сравнению с использованием обычных шин и на 50% уменьшить энергозатраты на резиносмешивание. В зависимости от условий использования (город, деревня, автострада) снижение расхода топлива автомобилем составляет от 5 до 10% при уменьшении сопротивления качению на 25%.
Еще одной возможностью снижения сопротивления качения шины является уменьшение ее массы. Наиболее перспективным в этом плане выглядит применение в конструкции шины не традиционного корда13, а изготовленного из высокопрочного капронового волокна. При одинаковой прочности с серийным кордом данный вариант имеет меньший диаметр, а значит, и массу, к тому же его использование ведет к уменьшению толщины охватывающего слоя резины и, следовательно, массы шины. Другой вариант того же подхода - высокопрочные капроновые нити такого же диаметра, как и серийные. Они позволяют уменьшить число слоев корда в каркасе шины, а стало быть, значительно понизить ее массу.
