2021年10月15日-16日，由中國汽車工業協會、重慶兩江新區管理委員會聯合主辦的“2021中國汽車供應鏈大會”在重慶舉辦，長安汽車、地平線作為官方合作伙伴全力支持本次大會。本屆供應鏈大會主題為“補短鑄長、融合創新——構建中國汽車供應鏈新生態”，共同探討產業政策，交流分享技術，研判產業趨勢，展示創新成果，旨在促進產業國內國際互動，凝聚產業鏈條上下齊心，共謀產業協同發展之路。其中，在10月16日上午舉辦的主題論壇“汽車材料新動態”上，北京化工大學教授王朝發表精彩演講。 

我是來自北京化工大學的王朝，感謝中國汽車工業協會的邀請。非常榮幸有這樣一個機會能參加關于汽車的盛會。我將我們團隊在下一代輪胎做的材料工作給大家做匯報。

首先說說關于輪胎，汽車保有量接近3億輛，每個汽車至少4個輪子，而且一輛汽車得更換幾次輪胎，所以輪胎使用量很大。我國輪胎產量處于世界第一，產值超5000億元。我們的輪胎企業實力跟國外還是有差距的，輪胎工業也是頻繁受了歐美的限制，像歐盟的標簽法，對我們輪胎行業有很大沖擊。輪胎是汽車與地面接觸的唯一構件，是汽車的重要組成。剛開始對輪胎的要求是只要能跑就行，后來逐漸提出要耐磨、耐老化，這樣讓它壽命更長一些，要抗濕滑，讓它安全性好一些，包括阻力要低，要省油等。對輪胎的功能性也有一些探索，比如要抗刺扎，保證你的輪胎被扎之后不爆胎，包括非充氣輪胎和自愈合輪胎。現在還有發電輪胎。

新一代輪胎對輪胎的性能要求越來越高，包括噪音要小，舒適性要好，氣味要低等等。特別是近幾年，對輪胎的綠色化提出了要求，輪胎也有比較嚴重的碳排放問題，作為新一代輪胎，必須實現綠色化。

左上方的圖是輪胎的一個剖面圖，實際上輪胎是一個比較復雜的結構，它由很多層組成，主要組成部分還是橡膠，像胎面、胎側，這些都是橡膠組成的。橡膠這個材料又是一個復合材料，里面除了橡膠材料之外，還有很多助劑，所以對橡膠來說有很多技術難點在里面。

橡膠分為兩種，一種是合成橡膠，一種是天然橡膠。對于合成橡膠來說是通過化學方法，人工合成的橡膠。這個橡膠種類很多，但是我國幾乎是沒有原創的橡膠品種，且合成橡膠是不可持續發展的。英國公司統計石油、煤這些資源是有使用年限的。另外是碳排放的問題，我們很關注，我們通過計算，合成橡膠從煉化開始一直到生命結束，我們簡單算了算，可能不準確，一噸合成橡膠排放二氧化碳10.2噸，對于整個合成橡膠消耗會導致每年5000萬噸碳排放。

正因為這樣，所以國外一些大公司對輪胎也有綠色化的規劃。普利斯通要求2035年要實現輪胎的全綠色化。

我們可以說是未雨綢繆，團隊這些年針對橡膠的碳排放問題給出了一些應對策略。第一個是從原材料控制生物基橡膠和綠色助劑開發，第二個是對廢橡膠進行回收利用，第三個從省油概念出發，怎樣讓汽車更省油。

首先我們看通過原料控制。天然橡膠是大自然對于我們的饋贈，它是直接從橡膠樹上直接割一道口子嘀嗒流出來的乳液，經過加工以后就得到天然橡膠，然后就可以用了。天然橡膠可用于航天、國防，輪胎，醫用彈性體等領域。

天然橡膠是通過光合作用獲得的，存在一個固態的過程，每一噸天然橡膠可以固態1.85噸，整個壽命周期算下來碳排放只有2.7噸，可以說天然橡膠是橡膠行業里面最具有碳中和潛力的材料。對于我國的天然橡膠有兩大困局，首先是天然橡膠產量很小，只在熱帶環境生長，我國只有云南、海南可以生產天然橡膠樹。2019年我們消耗了555萬噸，進口是520萬噸，所以基本上都是進口的。

我們團隊這些年致力于開發第二代天然橡膠，在我國的新疆和哈薩克斯坦邊界地區找了一些野生的橡膠草，叫蒲公英橡膠草，這個膠乳跟天然橡膠樹的膠乳是一樣的，所以能不能利用這個去提取天然橡膠，這樣就可以立足于我們本國的國情來發展，這樣就不會受制于人。

我們北京化工大學也是牽頭建立了一個產業聯盟，15年逐漸形成了中美、中哈、中俄大的產業聯盟。

這是蒲公英橡膠草的照片，我們可以看出它的根部掰斷流出膠乳，這個就是天然橡膠。這個橡膠能達到15公斤每畝的產量，總的來說這個產量還是不大的。好處是什么呢？橡膠草可以生長在一些惡劣的環境，比如一些低溫地區。

對于橡膠的提取我們也是開發了一些環保的路線，里面沒有產生廢氣，廢渣我們也會回收利用。我們利用我們提取的蒲公英的橡膠制造了幾條輪胎，當時在國際橡膠會議上展出，也是獲得了比較高的關注。

我們團隊實際上是從兩條路線走，第一條路線是右邊的路線。天然橡膠因為結構的限制，包括它的產能還沒有那么大，所以我們也準備從第二條路線走，就是左邊這條。這是我們通過玉米、土豆這些作物發酵之后，我們得到生物劑的單體，用化學合成的方式，得到生物劑的橡膠材料，這樣的話結構多樣化，性能也多樣化。

對于國外來說，他們生物基橡膠的發展是這樣的，他們去發酵得到的是烯烴類的單體，合成得到跟傳統橡膠一樣結構的橡膠，所以市場驗證不存在問題，直接可以用。問題在于這種發酵提純工藝很復雜，成本很高，就限制了應用。

張立群老師在08年馬來西亞國際橡膠會上首次提出了“生物基工程彈性體”的概念。在之后的研究中，設計合成了原創的生物基聚酯彈性體和生物基衣康酸酯彈性體。（獲得了國家自然科學基金重點項目的支持）

第一個是生物基衣康酸酯橡膠，它產量比較大，基于這個成本就低一些，我也會通過酯化實現了一些非常多的結構和性能的調控。這是去年的時候我們跟京博集團做的千噸級的產業線。利用這個橡膠，今年5月份被評定為國家領先水平，建議大力的推廣。這個橡膠材料我們進行了加工做輪胎，這個加工方法整個成形工藝跟傳統的橡膠工藝是一樣的，我們做的實驗得到了很多輪胎，當時是批量化的制備，也通過了輪胎測試。這個輪胎裝車去進行了跑車的實驗，我們對它的濕抓，抗濕滑，混凝土都進行了測試，得到了雙B級。

我們開發了一種生物基可降解的聚酯橡膠材料，為什么開發這個材料？首先輪胎的廢棄量很大，而且跑的過程中有磨屑，每年超過100萬噸，這個量是很大的，只是我們看不見而已，這個磨屑就進入了PM2.5，微顆粒進入了河水、土壤，有部分進入人體類，挺危險的。在海洋里面一微米以下的顆粒，80%來自于輪胎，這個數據對我們沖擊很大，所以基于這個考慮，我們要生產可降解的輪胎。

利用分子結構的設計，正常來說聚酯材料是結晶的塑料，但通過分子結構的設計，解決了結晶的事，最后得到了橡膠材料。這些年我們也做了大量的工作。

2019年我們在千噸線上做一些連續化的生產，生物基可降解聚酯橡膠今年也是通過鑒定，評定為國際領先水平。

用生物基可降解聚酯橡膠做輪胎，這個是我們全球首批次的可降解輪胎。因為現在所有橡膠材料都是不可降解的，這是目前唯一可降解的橡膠材料，而且是我們獨立自主開發的。

這個材料具有可降解的特性，我們發現這個材料在110天內降解率可以達到70%，完全變成水和二氧化碳，只有30%沒有降解，我們也在想這30%會不會對水和土壤產生影響？我們也做了測試，發現土壤的重金屬，碎片沒有超標，種子發芽率還提高了，我估計是我們提供的有機物提供了養料。

我們用一個兩毫米的片放在路上，完全沒有影響，放了3個月，質量沒有變化。但埋在土里3個月，這個質量就下降10%以上，所以這個輪胎做出來是不能長時間在土里待著，正常的瀝青路面是沒有問題的。我們把截面埋在土里，第一個月降解了，幾乎沒有變化。第二個月表面開始產生一些霉菌，第三個月比較明顯，所以在土里降解是有一個緩慢的過程。

另外我們又開發了另外一個閉環，我們通過化學回收的方法把我們這個輪胎材料用一個醇解的方法回收到原材料，然后再聚合，再重新做成輪胎。

在橡膠里面因為體系比較復雜，除了橡膠原料之外，還有很多助劑，我們團隊這些年也開發了很多助劑。這里面一個比較好的工藝是什么呢？是利用二氧化碳法制備納米二氧化硅。這是我們行業內首條完成碳綜合二氧化硅的生產線。

接下來說說從廢橡膠回收方面考慮。不管你降不降解，回收都是重要的路線。每年產生的廢輪胎達到3.8億條，我們就需要對這些廢輪胎進行綜合化的回收利用，這是非常有意義的。包括這些輪胎也是碳基來源，我們相當于回收利用也是實現碳達峰的重要途徑。現在來說我們對它回收利用主要是從綠色化、資源化，而且我們要高值化。

回收方法一個是原形利用，比如把它放在船上防止碰撞。要么煉成油和瀝青鋪路。最后一方面是再生橡膠的利用，重新加工成輪胎。廢輪胎的處理實際上也很難，它的碳足跡是負的400多公斤，所以這是我們為什么要做回收利用的原因。基于這個問題我們自己團隊開發了一套裝置，是利用多階螺桿，通過動態脫硫技術來實現的。這是整個生產線，這一頭廢橡膠進去，那一頭再生膠出來，中間是密閉的，得到這個就可以制作輪胎。對于這個材料我們就可以實現一個連續化的處理應用。

這是我們成立的自己的學科性公司，綠金人橡塑。我們在中策建了8條生產線，可以實現年處理90萬條廢輪胎，實現經濟利益2.5億。另外這個工作我們也是助推一帶一路，出口到斯洛伐克。

最后一個，除了前面兩個考慮，我們還從省油角度去做一個節油的輪胎。這一塊兒我們主要是設計了一個超級彈性體材料，這個材料做成輪子之后可以解決輪胎的魔三角問題。既要高耐磨，而且要高抗濕滑。左上角的圖是耐磨性，這個可以讓我們胎面用料更少，壽命更長，這就是減碳的形式。另外中間的圖是滾阻，我們做完輪子之后滾動能量消耗特別小，所以我們汽車跑的過程中很省油。對于電車來說，它的里程會更高，所以我們在開發一些超低滾阻的輪胎，這樣使新能源汽車的里程數有一個明顯的提升。

以上就是我們在輪胎用低碳橡膠材料方面做的工作。

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