Bước ngoặt lịch sử trong ngành công nghiệp lốp xe toàn cầu đã diễn ra cách đây 116 năm. Vào năm 1910, Tiến sĩ người Mỹ George Oenslager lần đầu tiên thêm muội than như một chất gia cường cao su, giúp gai lốp chống mài mòn tốt hơn. "Sáng kiến tiên phong của Tiến sĩ George Oenslager về hóa học cao su đã tiết kiệm hàng triệu đô la cho người lái xe ở Mỹ" - Ban Hóa học Cao su thuộc Hiệp hội Hóa học Mỹ không ngớt lời khen ngợi khi trao Huy chương Charles Goodyear cao quý cho nhà hóa học tài ba này vào năm 1948, theo thông tin từ New York Times.
Tập đoàn Aditya Birla (Ấn Độ) cho biết, lốp xe thiếu lớp gia cường bằng muội than sẽ không thể đi được quãng đường vượt quá 160 km. Muội than là thuật ngữ chỉ các hạt nano carbon được chế tạo bằng kỹ thuật, kết hợp với nhau để tạo thành các cấu trúc ba chiều độc đáo. Đó là lý do từ năm 1910, muội than đã biến lốp xe từ một sản phẩm dễ hỏng thành sản phẩm bền bỉ, an toàn. Kết hợp với sự bùng nổ của ô tô, ngành công nghiệp lốp xe đã phát triển từ quy mô nhỏ thành một ngành khổng lồ chỉ trong 15–20 năm.
Đến nay, ngành lốp xe toàn cầu đạt giá trị hàng trăm tỷ USD mỗi năm (hiện khoảng 260 tỷ USD, dự báo đạt 632,8 tỷ USD vào năm 2035 theo ResearchAndMarkets), với hơn 2,4–2,5 tỷ lốp được sản xuất hàng năm. Gọi muội than là "át chủ bài" của ngành lốp xe toàn cầu cũng không ngoa. Bởi sao? Những hạt siêu nhỏ màu đen này giúp lốp xe tăng tuổi thọ, độ bền, an toàn và quan trọng là tiết kiệm nhiên liệu.
Muội than giúp xe tiết kiệm nhiên liệu như thế nào?
Muội than tồn tại dưới dạng hạt sơ cấp siêu nhỏ, có kích thước thường dao động trong khoảng 10 – 500 nanomet (nm), phổ biến nhất. Với loại dùng trong lốp xe, kích cỡ chủ yếu từ 8 – 100 nm, phổ biến nhất là 15 – 50 nm (trung bình 30 nm). Muội than không trực tiếp “làm lốp nhẹ hơn” hay thay đổi hình dạng lốp, mà chủ yếu gián tiếp cải thiện lực cản lăn (rolling resistance) – yếu tố chiếm khoảng 20-30% lượng nhiên liệu tiêu hao của xe (đặc biệt cao hơn ở xe tải).
Cơ chế chính giúp tiết kiệm nhiên liệu:
- Giảm hysteresis (mất năng lượng do biến dạng): Khi lốp lăn trên đường, cao su liên tục bị nén và giãn ra, tạo ra nhiệt và mất năng lượng (gọi là hysteresis). Muội than gia cường cao su, giúp nó đàn hồi tốt hơn, biến dạng ít hơn và phục hồi nhanh hơn. Nhờ đó, năng lượng mất đi giảm, động cơ không phải làm việc nhiều để đẩy xe về phía trước, giúp tiết kiệm xăng/dầu.
- Tăng độ cứng và ổn định cấu trúc ở mức vi mô: Các hạt muội than siêu nhỏ (10-50 nm) hoạt động như “cột trụ” bên trong cao su, hạn chế sự co giãn không cần thiết, giảm lượng năng lượng tiêu hao mỗi vòng quay của lốp. Theo một số nghiên cứu, tối ưu hóa cấu trúc muội than có thể giảm 10-15% năng lượng mất mát do lực cản lăn.
- Cho phép cân bằng “Tam giác Ma thuật” của lốp: Muội than giúp nhà sản xuất đạt được sự cân bằng tốt hơn giữa: Độ bám đường (grip) - Độ mòn (wear) - Lực cản lăn (rolling resistance). Kết quả là lốp vừa bền, vừa bám tốt, vừa ít tốn nhiên liệu hơn. Đây chính là "Tam giác Ma thuật" nổi tiếng trong thiết kế lốp toàn cầu.
- Giảm sinh nhiệt trong lốp: Lốp sinh nhiệt ít, hao phí năng lượng ít hơn, duy trì hiệu suất ổn định lâu dài, gián tiếp giúp tiết kiệm nhiên liệu.
Nhìn chung, muội than không phải là “chất tiết kiệm xăng” trực tiếp, mà là chất gia cường giúp lốp biến dạng ít hơn, mất ít năng lượng hơn khi lăn. Đó là lý do các hãng lốp luôn nghiên cứu các loại muội than mới (như low-hysteresis carbon black) để vừa bền hơn, vừa tiết kiệm nhiên liệu hơn và thân thiện với môi trường.
Về bản chất, muội than là một dạng carbon bán tinh thể, được sản xuất bằng cách đốt cháy không hoàn toàn các sản phẩm dầu mỏ nặng (như nhựa than đá, nhựa than đá FCC) trong điều kiện được kiểm soát chặt chẽ. Khác với muội than thông thường trong ống khói, Carbon Black là vật liệu được chế tạo với kỹ thuật cao. Hiệp hội Carbon Black Quốc tế (ICBA) - tổ chức đang nỗ lực đảm bảo Carbon Black được sản xuất và sử dụng an toàn, bền vững - cho biết, muội than ngày nay được sử dụng trong nhiều ngành/lĩnh vực thiết yếu quy mô toàn cầu. Hãy nhìn xung quanh bạn: từ những tấm màng nông nghiệp phủ kín cánh đồng, đến những đường ống bền chắc vận chuyển nước, bảng điều khiển bóng bẩy, và lốp xe trên chiếc xe hơi của bạn... tất cả đều có mặt của muội than.
