Tin thị trường và sản phẩm

Một nghiên cứu tổng quan của nhóm tác giả Malathi Sampath và cộng sự, công bố trên tạp chí RSC Sustainability, cho thấy nhiều giải pháp vật liệu tiềm năng đang giúp ngành công nghiệp lốp xe giảm phụ thuộc vào nguyên liệu gốc dầu mỏ, từ cao su và chất độn có nguồn gốc sinh học đến các công nghệ tái chế cao su, thép và bồ hóng.

Ngành sản xuất lốp xe toàn cầu đang đối mặt hai áp lực song song: mỗi năm thải ra gần 1,7 tỷ tấn lốp hỏng, trong khi khoảng 4 tỷ lốp cũ vẫn tồn đọng tại các bãi chứa, gây ra tình trạng được gọi là "ô nhiễm đen". Lốp xử lý sai cách có thể phát tán hóa chất ra môi trường, sinh khí metan và khói độc khi bị đốt, đồng thời trở thành nơi trú ngụ của muỗi truyền bệnh.

Về nguyên liệu, lốp xe là cấu trúc composite từ cao su tự nhiên (natural rubber), cao su tổng hợp gốc dầu mỏ, bồ hóng (carbon black), sợi vải và các phụ gia. Nguyên liệu chiếm tới 65% chi phí sản xuất, trong khi cao su tự nhiên hiện mất cân đối cung – cầu và phần lớn vật liệu còn lại phụ thuộc dầu mỏ. Thị trường vật liệu lốp xe bền vững được dự báo tăng từ 35,5 triệu USD (2022) lên 700 triệu USD vào năm 2029. Để được chấp nhận, vật liệu mới vẫn phải đáp ứng "tam giác vàng" của ngành: lực cản lăn thấp, bám đường tốt và chống mài mòn cao.

Cao su tự nhiên: mở rộng ngoài cây Hevea

Cây cao su Hevea brasiliensis hiện chiếm hơn 98% sản lượng cao su tự nhiên thế giới. Giới nghiên cứu đang thử nghiệm các nguồn thay thế như bồ công anh Nga (Russian dandelion) cho cao su có chất lượng tương đương Hevea; cây guayule cho cao su ít gây dị ứng và lốp làm từ nó tiêu thụ năng lượng thấp hơn (13,7 GJ/lốp so với 16,4 GJ); rau diếp, thuận lợi cho nghiên cứu di truyền; và cây kim tước (goldenrod). Cao su tự nhiên được chứng nhận theo khung của Nền tảng Toàn cầu về Cao su Tự nhiên Bền vững (GPSNR) đang dần trở thành tiêu chuẩn ngành.

Cao su tổng hợp và chất độn sinh học

Sản xuất cao su tổng hợp tiêu tốn hàng chục triệu tấn dầu thô mỗi năm. Các elastomer thay thế đang được nghiên cứu từ dầu đậu nành, axit itaconic, β-myrcene và trans-β-farnesene lên men từ đường. Một số sản phẩm thử nghiệm — như nanocomposite silica/poly(itaconate-butadiene) — đã cho kết quả tốt về lực cản lăn và độ bám ướt, dù cần thêm kiểm chứng độc lập theo quy chuẩn dán nhãn EU.

Về chất độn, silica xanh chiết xuất từ trấu, lá tre, bã mía đang thay thế dần silica kết tinh và bồ hóng truyền thống: sản xuất 1 tấn silica từ trấu chỉ tiêu tốn khoảng 1/5 lượng than và phát thải CO2 thấp hơn nhiều so với quy trình thông thường. Cellulose và lignin từ gỗ và phụ phẩm nông nghiệp cũng được nghiên cứu làm chất độn, dù bản chất ưa nước của chúng gây khó khăn khi kết hợp với nền cao su ưa dầu. Ống nano carbon (CNTs) và graphene tái chế từ bồ hóng lốp cũ giúp tăng đáng kể độ bền kéo và khả năng chống mài mòn, nhưng CNTs có cấu trúc tương tự amiăng nên tiềm ẩn nguy cơ sức khỏe nếu phát tán trong quá trình mài mòn hay tái chế — cần thêm đánh giá chu trình sống đầy đủ.

Phụ gia và vải sợi sinh học

Nhiều loại dầu thực vật (dầu cọ, dầu đậu nành, dầu dừa...) đang thay thế dầu gia công gốc dầu mỏ, cải thiện độ bám ướt và khả năng chống lão hóa. Tinh bột sắn, protein đậu nành và lignin cũng được thử nghiệm làm chất xúc tiến lưu hóa sinh học. Về vải sợi, sợi aramid và lyocell (sợi cellulose tái sinh) đang dần thay thế nylon, polyester gốc dầu mỏ trong khung và đai lốp.

Vật liệu tái chế

Cao su nghiền và cao su tái sinh từ lốp hết hạn đang được xử lý qua công nghệ khử lưu hóa để tái sử dụng, dù thị trường cho vật liệu này còn phân tán và thiếu tiêu chuẩn thống nhất. Một số hợp chất cao su tự phục hồi (self-healing) kết hợp cao su tái chế đã đạt hiệu suất tự phục hồi 80% trong khi độ bền kéo tăng 300%.

Thép chiếm 13–27% trọng lượng lốp xe và được thu hồi qua nghiền cơ học, phân tách từ tính rồi tái chế qua lò hồ quang điện — tiêu tốn ít năng lượng và rẻ hơn 30–70% so với sản xuất mới. Bridgestone đã ứng dụng thép tái chế trong dây vòng đế lốp, còn liên doanh Michelin – Enviro đặt mục tiêu thu hồi tới 90% vật liệu từ lốp hết hạn.

Về bồ hóng, ngành đang phát triển song song nhiều dòng sản phẩm: bồ hóng tái tạo hoàn toàn từ sinh khối, bồ hóng thu hồi từ lốp cũ (được 65% nhà sản xuất xem là vật liệu lý tưởng cho mục tiêu bền vững), bồ hóng từ nhiệt phân metan, bồ hóng tuần hoàn từ dầu nhiệt phân lốp, và "bồ hóng xanh" từ dầu nhiệt phân sinh khối. Về vải sợi, polyester tái chế từ chai nhựa PET (công nghệ ContiRe.Tex của Continental có thể dùng tới 15 chai PET cho mỗi lốp) cùng nylon tái chế từ lưới đánh cá đang được ứng dụng rộng rãi.

Công nghệ mới và hướng đi tới

Trí tuệ nhân tạo và đánh giá chu trình sống (LCA) đang được dùng để tối ưu vật liệu, thiết kế và chuỗi cung ứng nhằm giảm phát thải carbon xuyên suốt vòng đời sản phẩm. Một số công nghệ mới nổi bật gồm lốp áp điện ma sát (thu năng lượng từ lực ma sát để tăng hiệu suất xe điện), vật liệu vitrimer có thể tái chế và tự phục hồi, lốp không săm in 3D như Uptis của Michelin, và lốp không hơi từ Goodyear, BigRep, Polaris.

Thách thức còn lại

Giới nghiên cứu chỉ ra sáu khoảng trống chính: độ bền dài hạn của vật liệu mới trong điều kiện vận hành thực tế; khả năng phân hủy và tương tác môi trường xuyên suốt vòng đời, kể cả nguy cơ phát tán hạt vi nhựa; cân đối cung – cầu và ổn định chất lượng nguyên liệu; khả năng mở rộng sản xuất với chi phí cạnh tranh; tối ưu hóa tương thích giữa chất độn sinh học ưa nước với nền cao su ưa dầu; và cuối cùng là xây dựng tiêu chuẩn kiểm định, khung pháp lý thống nhất cho vật liệu mới.

Nhìn chung, ngành công nghiệp lốp xe đang chuyển dịch rõ rệt sang vật liệu tái tạo và tái chế, nhưng để từ kết quả phòng thí nghiệm bước sang ứng dụng công nghiệp quy mô lớn, vẫn cần thêm nhiều năm nghiên cứu và một khung pháp lý, tiêu chuẩn kỹ thuật đồng bộ hơn.

Nguồn: Sampath, M.; Konikkara, N.; David, S.; Ramakrishnan, S.; Rath, J.P.; Amarnath, S.K.P. "Advancements in sustainable materials for environmentally responsible tyre production: a comprehensive review." RSC Sustainability, 2025. https://doi.org/10.1039/d5su00177c (Giấy phép Creative Commons, truy cập mở)