Битва за резину: С чего начинается шина

Они должны плакать. Плакать белыми тягучими слезами, раз в пять дней. Иначе мы не сможем ездить.

Лист гевеи, пораженный микроциклусом

Круглый предмет падает на землю и магическим образом отскакивает от нее прямо в руки индейцу: команда Колумба зачарована увиденным. Разбитый подагрой американец гладит латекс утюгом, варит, жарит и запекает его на кухне. Его голодная семья с ужасом наблюдает за опытами: ах, если б только латекс был съедобным! Чарльз Гудьир наконец изобретает технологию превращения латекса в более прочный и стабильный материал под названием резина, но счастья ему она не приносит. Он умирает больным, нищим и безвестным. Англичанин Генри Уикхэм тайком вывозит тысячи семян гевеи из Бразилии. Гевею высаживают в британских колониях на Малайском полуострове, и через какое-то время крупнейшая южноамериканская страна превращается из монополиста латекса в его импортера! Это лишь несколько эпизодов из жизни латекса, материала с невероятно захватывающей историей…

Микроциклус, злой и ужасный

Несколько месяцев назад «Популярная механика» решила выяснить, из чего делают автомобильные шины, и так увлеклась расследованием, что несколько дней провела в бразильском штате Байя, на каучуковых плантациях.

Направлявшиеся на Токийский автосалон автомобильные журналисты, с которыми мы встретились в аэропорту «Шереметьево-2», могли бы удивиться, что мы с ними летим в разные концы света. Ведь сегодня практически 95% натуральной резины производится в Юго-Восточной Азии, главным образом в Индонезии, Таиланде и Малайзии. Туда обычно и отправляются все желающие узнать, как «выращивают шины». На родине же этого материала, в Бразилии, сегодня производится менее 1% латекса в мире! И все же в штат Байя мы отправлялись не случайно: только здесь и еще в Париже находится лаборатория по изучению гриба Microcyclus ulei. По вине этого паразита мир в скором будущем может остаться без натуральной резины!

Если бы не микроциклус, Бразилии сегодня не приходилось бы закупать за рубежом более 100 000 т латекса. Нынешние объемы производства этого материала в стране покрывают лишь 40% национального спроса. Проблема в том, что местный микроскопический грибок с остервенением набрасывается на листья гевеи, поражает их, а деревья, тратя все свои силы на восстановление листьев, больше не способны производить латекс. Настоящим провалом обернулся проект Fordlandia, инициированный в 1920-х годах Генри Фордом. Чтобы не закупать латекс у англичан, изобретатель конвейера открыл огромную каучуковую плантацию недалеко от Амазонки в Бразилии, но из-за поражения растений грибком и ряда организационных просчетов американская компания понесла огромные убытки и в конце концов решила избавиться от плантации. Беда не обошла стороной и одну из самых крупных шинных компаний в мире — Michelin. Плантация, на которой мы находимся, была куплена французской компанией в 1984 году у терпевшей огромные убытки американской фирмы Fire-stone (ныне подразделение Bridge-stone). Сделка оказалась крайне неудачной для французов. Выяснилось, что многие деревья на плантации поражены микроциклусом. Химические способы борьбы дороги и малоэффективны: над плантацией должны были постоянно кружить самолеты с химикатами, и все равно таким образом грибок не уничтожить. К тому же цены на натуральную резину на международном рынке резко упали.

 

Война объявлена

Руководству Michelin надо было незамедлительно принимать решение. Можно было, например, наладить на плантации производство других культур, но шинная компания не видела смысла заниматься новым для себя бизнесом. Другой альтернативой была продажа земли, но тогда бы пришлось уволить всех работников плантации. Движимые идеями социальной ответственности топ-менеджеры Michelin решили сохранить рабочие места. Компания пошла на беспрецедентный ход: была объявлена полномасштабная война с микроциклусом. Совместно с французским научным центром CIRAD компания занялась длительными исследованиями, чтобы найти эффективные методы борьбы с грибком.

 

Чего боятся в Азии

Первоначально ученые хотели вывести растения, полностью невосприимчивые к заболеванию, но выяснилось, что грибок легко мутирует, а значит, через некоторое время появятся новые виды паразита, которые будут уничтожать и «защищенные» сорта гевеи. Выходом из ситуации стало выведение сортов, которые страдают от грибка, но в минимальной мере: заболевание практически не сказывается на урожае. После двух десятилетий научной работы было выведено 14 сортов высокопроизводительной гевеи, устойчивой к грибу-паразиту. Впервые в истории человек нашел эффективный способ борьбы с паразитом каучукового дерева!

Поскольку микроциклус поражает только листья гевеи и водится только в Южной Америке, где латекса производится сравнительно немного, победа ученых может показаться незначительной. Однако специалисты утверждают, что появление микроциклуса в Азии — всего лишь вопрос времени. Если это случится, то всей авиации азиатских стран не хватит для борьбы с ним химическими средствами, и миру придется на некоторое время остаться без натуральной резины. Десять миллионов человек, работающих в отрасли, рискуют потерять работу. И только высадкой устойчивых к грибку растений можно спасти ситуацию.

 

Фабрика слез

Перед нами высокие деревья, рассаженные в определенном порядке. Раз в пять дней специально обученный человек надрезает дерево на уровне груди, и с него, как молоко, стекает сок растения в подвешенный ниже горшочек. Когда с дерева стекал сок, индейцам казалось, что оно плачет. Поэтому они стали называть это растение «плачущим деревом» — от индейских слов кау («дерево») и учу («плакать»).

Ни в коем случае не стоит поддаваться искушению попробовать сок гевеи на вкус. Дело в том, что при взаимодействии с кислородом воздуха сок превращается в эластичную твердую массу. Так что выпить сока просто не удастся: получится лишь покушать резину.

Сколько «шин» вырастает на одной гевее? Ответ зависит от того, какие колеса мы имеем в виду. Если легковые, то ежегодного урожая одной гевеи (а это около 5 кг латекса) может хватить на несколько десятков шин. Если же брать грузовые, то для производства одного колеса может потребоваться несколько деревьев. И дело тут вовсе не в том, что шины для коммерческого транспорта больше и тяжелее. Достоинство натурального материала, в отличие от синтетики, — его высокая ходимость и способность выдерживать серьезные вертикальные нагрузки. Это как раз то, что нужно грузовикам! Поэтому некоторые шины грузовиков и автобусов могут состоять на 85% из натурального каучука, хотя обычно в них содержится 30−40% этого материала. В шинах легковых автомобилей натуральной резины всего 15−20%: ресурс шин для обычных машин не самая важная характеристика.

В авиационных шинах низкая истираемость и способность выдерживать высокие нагрузки — самые главные характеристики. Поэтому их делают исключительно из натуральной резины. В случае с шинами для «Формулы-1» срок службы мало кого волнует, куда важнее коэффициент сцепления колеса с дорожным полотном, поэтому эти колеса состоят только из синтетической резины. По крайней мере так предполагает директор нашей плантации Жерар Бокё, давний сотрудник компании Michelin. Информация о составе «формульных» шин, разумеется, держится в секрете, но до недавнего времени болиды «Формулы-1» ездили как на покрышках Bridgestone (нынешний монополист), так и Michelin. Так что можно полагать, что наш хозяин владеет «инсайдерской» информацией.

Жерар Бокё — интересный собеседник. Выращиванием латекса он занимается около 30 лет и не понаслышке знает, что происходит в этой области. Оказывается, за последние десятилетия благодаря научным исследованиям производительность некоторых плантаций возросла примерно втрое!

Но все равно эти успехи не останавливают роста суммарной площади каучуковых плантаций в мире. С каждым годом мировая потребность в резине увеличивается примерно на 3%. Примерно 40% всей производимой резины — натуральная, так что каучуковых деревьев в мире становится все больше. Параллельно строятся новые заводы по производству искусственной резины. «Кстати, вы знаете, что СССР была первой в мире страной, начавшей крупномасштабное производство искусственной резины?» — интересуется у русской группы Жерар. Конечно! Правда, стоит признать, что первыми искусственную резину открыли все-таки немцы. Им пришлось это сделать.

 

Как прожить без гевеи?

Если бы ночью во время Первой мировой в лагерь австро-немецких войск проник лазутчик, то его внимание несомненно привлекли бы армейские грузовики противника. Точнее, способ их стоянки. Практически все они были поддомкрачены и «спали» с вывешенными колесами. Необычное зрелище объяснялось просто: впервые в истории в массовом порядке немецкие военные «обули» свои машины в шины из синтетического каучука.

Когда началась Первая мировая, Великобритания устроила каучуковую блокаду Германии, так что немецким военным ничего не оставалось, как ездить на истершихся покрышках. Разумеется, это сильно нервировало немецкое командование, поэтому генералы вскоре вспомнили, что всего за несколько лет до войны кайзеру Вильгельму II был подарен автомобиль на шинах из искусственной резины. Их произвели на свет немецкие химики. Ходили слухи, что кайзер шинами остался доволен, а когда служебный автомобиль прошел 6000 км без единого прокола (впечатляющий показатель для того времени), даже предложил перевести на «метиловые» шины весь парк своих автомобилей. Однако «непрокалываемые» шины были не так хороши, как полагал кайзер. Они не прокалывались и не сдувались просто потому, что не были пневматическими и целиком состояли из синтетического каучука!

Известие о том, что немецкая армия вскоре будет снабжена «кайзеровскими» шинами, первоначально было воспринято с радостью. Но когда их установили на армейские машины, водители приуныли. Выяснилось, что метиловая резина окисляется под воздействием кислорода воздуха. Кроме того, было замечено, что если грузовик оставить ночевать на таких шинах, то они деформируются. Поэтому военным приходилось снимать нагрузку с шин при длительной стоянке.

Когда война закончилась, немецкие водители вспоминали те шины как страшный сон. И тем не менее то, что немцы выпускали синтетическую резину в промышленных масштабах (за время войны было произведено 2500 т), уже само по себе было достижением. После войны ученые многих стран начали заниматься синтезом резины, но особенно серьезно к делу подошли в нашей стране.

 

Советский каучук

Еще в 1901 году русский химик Иван Кондаков синтезировал эластичный полимер из диметилбутадиена. Именно этот способ немцы взяли за основу при производстве синтетической резины. Однако в России никогда такой резины не производили. До Первой мировой наши заводы покупали за рубежом до 12 000 т латекса ежегодно, с приходом советской власти объемы импорта возросли еще больше, что не могло не огорчать руководство страны.

В конце 1920-х годов Сталин заявил: «У нас в стране имеется все, кроме каучука. Но через год-два и у нас будет свой каучук». Чтобы удовлетворить призыв вождя, советские ботаники стали искать растения, способные заменить гевею. Выяснилось, что каучук можно производить из одуванчика кок-сагыз, росшего в горах Средней Азии. Его начали выращивать в советских колхозах, но ожидания не оправдались: импортируемый латекс был и качественней, и дешевле.

Поскольку ботаники не справились с заданием, отдуваться пришлось химикам. И здесь стране повезло: исследователь Сергей Лебедев, который еще до революции пытался синтезировать резину, смог в сжатые сроки предложить недорогой способ получения искусственного латекса. По технологии Лебедева его производили из бутадиена, который, в свою очередь, изготавливали из спирта. В 1931 году в Ленинграде заработал единственный в мире на тот момент завод по выпуску синтетического каучука. После удачного дебюта тут же строятся заводы-гиганты по производству синтетической резины в Ярославле, Воронеже и Ефремове… С 1934 по 1936 год объемы выпуска синтетического каучука возросли с 11 000 до 40 000 т. Так что в 1937 году уже более 70% резины в СССР изготавливали из отечественного синтетического латекса.

Примерно в то же самое время, что и в Советском Союзе, технологию получения искусственного латекса на основе бутадиена разработали и в Германии. Однако в ходе очередной войны немцам она не пригодилась. Малайские запасы каучука на этот раз контролировала Япония, а роль державы, страдающей от резинового голода, выпала Соединенным Штатам. Поскольку Америка никогда не испытывала нужды в этом материале, опыта производства синтетической резины у нее не было. Зато здесь трудились многие известные химики и технологи, так что буквально за несколько месяцев было налажено производство резины по технологии, аналогичной той, что применялась в СССР. Чуть позднее в Америке появился и другой синтетической латекс, получивший название неопрен. Было выяснено, что новый материал более устойчив к органическим растворителям, чем натуральная резина. Впервые в истории было четко продемонстрировано, что синтетический материал может не просто быть заменителем природного, но и превосходить его по качеству. С тех пор были разработаны десятки заменителей латекса, каждый для конкретной задачи. А шинные производители нашли оптимальное соотношение между натуральной резиной и синтетикой для каждого типа колес.

 

Рецепт шины

Однако шина состоит не только из резины. Один из непременных элементов состава шины и резины как таковой — сера. Она используется в ходе процесса вулканизации и превращает липкий и ломкий латекс в прочную, устойчивую к воздействию температуры резину.

Примерно с 1915 года в шины стали также добавлять сажу. Именно благодаря этому наполнителю шины имеют черный цвет. Ведь сам латекс белый. Молекулы углерода, встраивающиеся в цепочки латекса, дополнительно упрочняют состав, предотвращают вероятность образования трещин. Углеродные добавки также повышают износостойкость протектора.

Сравнительно недавно в шинах стали использовать новый наполнитель — кремнезем. Благодаря этому удалось снизить сопротивление качения колес (а соответственно, и расходы топлива) и при этом обеспечить хорошее сцепление колес с дорожным полотном при низкой температуре, не потеряв в ходимости шин.

Ну а что нас ждет в будущем? Какими будут шины через 10−20 лет? Специалисты нескольких шинных компаний, которым мы задали этот вопрос, не дали нам точного рецепта таких шин, но сообщили, что состав протектора будет изощренней; вполне возможно, что найдут применение новые материалы, новые типы синтетической резины. А вот соотношение между натуральной и синтетической резиной в шинах будущего, скорее всего, сильно не изменится. По крайней мере производители на это надеются. Микроциклус пока еще живет только в Южной Америке…

На бразильских плантациях

1600 лет до нашей эры. Обитатели Мезоамерики, историко-культурного региона, простирающегося от центра Мексики до Никарагуа, начинают играть в пок-та-пок. Мяч для этой древнейшей командной игры, похожей на баскетбол с элементами волейбола, делали из белого сока растения Castilla elastica. Чтобы латекс затвердел и стал прыгучим, индейцы смешивали его с соком лозы Ipomoea alba. В течение 10 минут полученный раствор затвердевал и приобретал свойства, присущие резине. Это был древний аналог вулканизации, придуманной три тысячелетия спустя Чарльзом Гудьиром. Индейцы также использовали латекс для изготовления непромокаемых тканей, обуви и емкостей для хранения воды и продуктов.

1492 год. Колумб открывает Америку и знакомится с прыгающими мячиками из латекса. О них Колумб упоминает как о забавной диковинке, не придавая ей какого-то значения. В результате последующие три столетия европейцы даже не задумываются о том, что резина — стоящий материал.

1731 год. Французский географ Шарль Кондамин во время путешествия в Южную Америку открывает для себя латекс и, впечатленный свойствами этого материала, привозит его в Европу. Латексом наконец-то заинтересовались ученые и коммерсанты. В 1770 году англичанин Джозеф Пристли представляет миру каучуковый ластик, затем латексом начинают пропитывать ткань. Первым крупным производителем непромокаемых плащей становится английский химик Чарльз Макинтош — вскоре его фамилия становится нарицательной.

1839 год. Люди в галошах и макинтошах больше не боятся дождливой погоды, но теперь их страшат перепады температуры. В холодные дни их одежда становится ломкой, а в жару размягчается, превращаясь в липкую массу. Кроме того, от нее исходит неприятный запах. Химики проводят бесчисленные эксперименты, пытаясь сделать латекс более стабильным. В результате процесс вулканизации каучука случайно открыл Чарльз Гудьир. Выяснилось, что при нагревании с серой латекс теряет липкость и ломкость.

1876 год. Англичанин Генри Уикхэм тайком вывозит из Бразилии, поставлявшей латекс всей Европе, партию семян гевеи. Растения высаживают в британских колониях на Малайском полуострове. Дерево отлично прижилось, и спустя годы именно эти регионы стали основным местом добычи каучука, тогда как природные запасы каучука в Бразилии постепенно истощились.

1901 год. Русский ученый Кондаков синтезирует каучук из бутадиена. В России эта технология применения не нашла, но на ее основе немцы разработали свою технологию производства шин для армейских машин.

Конец 1920-х годов. В России и Германии разрабатывают метод создания недорогой и неплохой резины. Спустя 15 лет в США синтезируют неопрен, который по ряду качеств превосходит натуральную резину.

Конец XX века. За счет применения в составе шин кремнезема удалось снизить коэффициент сопротивления качения на 30%, уменьшив расход топлива автомобиля примерно на 6−9%.

От первого лица

Жерар Бокё, директор каучуковой плантации Michelin в Бразилии.

О достижениях последних лет. За последние 30 лет, что я работаю в отрасли, на некоторых плантациях производительность утроилась за счет селекции более высокопроизводительных видов дерева и новых технологий. Например, если раньше каучуковые деревья подрезали ежедневно, то сегодня эту операцию мы выполняем раз в пять дней. Как результат, срок жизни гевеи увеличился с 20−25 до 30−35 лет.

О мировых проблемах. Несмотря на рост производительности, площадь каучуковых плантаций на планете растет. Ежегодно мировая потребность в резине увеличивается примерно на 3%, из этого количества 40% приходится на натуральную резину.

О бразильских трудностях. Бразилии нужно очень много грузовых шин, поскольку в стране практически нет железнодорожного транспорта и почти все перевозки производятся грузовиками. А в составе грузовых шин используется более 30% натуральной резины. Поэтому, несмотря на то что Бразилия когда-то была родиной латекса, сегодня мы импортируем около 60% необходимого стране натурального сырья.

Каучук, резина или латекс? Любопытно, что слово «каучук», которое в России используют для обозначения натуральной резины или застывшего сока гевеи, в других языках относится только к дереву. Вас поймут, если вы скажете по-английски или по-португальски «каучуковое дерево» или «каучуковая плантация», но не поймут, что вы имеете в виду, если скажете просто «каучук». Правильней всего называть застывший сок растения гевеи латексом. С помощью вулканизации, технологии, изобретенной Гудьиром, латекс превращают в натуральную резину — более прочный и устойчивый к воздействиям температуры материал.

 

Теппо Хуовила, начальник отдела развития продукции компании Nokian Tyres

О составе зимних и летних шин. Наши зимние шины, предназначенные для продажи в странах с холодным климатом, содержат высокий процент натуральной резины. Это объясняется тем, что натуральный материал более стабилен при изменении температуры воздуха. При низкой температуре шины, в состав которых входит большой процент натуральной резины, обеспечивают лучшее сцепление с дорожным покрытием. В то же время летние «легковые» шины могут полностью состоять из синтетической резины.

Об изменении цен на резину на мировом рынке. Цены на натуральную и синтетическую резину не сильно влияют на состав шин, которые разрабатывают производители. Сейчас на мировом рынке натуральная и синтетическая резина стоят примерно одинаково, и в мире как будто существует определенный механизм, позволяющий выравнивать цены на оба типа сырья. Когда спрос на синтетическую резину превышает предложение, цены на нее растут, но вскоре появляются новые заводы по производству синтетики — и цены стабилизируются. Когда же натуральная резина становится дороже, появляются новые плантации и цены снова выравниваются.

Рецепт «легковой» шины компании Michelin. У специалистов компании Michelin мы узнали, какие вещества необходимы для получения протектора шины для легкового автомобиля. Итак, вот что нужно для того, чтобы получить 200 кг такого материала: 100 кг резины (примерно 85 кг синтетической и 15 кг натуральной), 35 кг сажи, 35 кг кремнезема, 20 кг минерального масла, 4 кг смолы, 2 кг антиоксиданта, 2 кг воска, 4 кг оксида цинка, 1,5 кг стеариновой кислоты, 1 кг ускорителя вулканизации и 1,5 кг серы.