Hoe schadelijk zijn bandenemissies nu echt?

Wat betekenen de resultaten voor elektrische voertuigen?

De auto-industrie zet tegenwoordig sterk in op elektrificatie. Een van de grote drijfveren is het ecologische aspect: afstappen van fossiele brandstoffen moet het milieu ten goede komen. Geen enkel voertuig rijdt echter zonder emissies rond: recente wetgeving reguleert nu immers ook emissies van banden en remmen. Zeker voor elektrische voertuigen heeft dit op papier een grote impact. Maar hoe groot is die nu eigenlijk in de praktijk?

Veranderende wetgeving

Europese en Amerikaanse wetgeving kijken steeds meer naar wat er naast de uitlaat van een voertuig gebeurt. Hoewel deze categorie nog maar recent in rekening wordt genomen, is het nu al duidelijk dat ook elektrische voertuigen niet langer de emissie-dans zullen ontspringen. Het gaat in de eerste plaats om uitstoot van remmen en banden. Zeker voor elektrische voertuigen is dit van groot belang, aangezien deze auto's doorgaans zwaarder zijn en dus voor meer slijtage van deze onderdelen zorgen.

Het gaat echter om bredere gevolgen, voorbij elektrificatie. Er is een algemene trend richting grotere en zwaardere wagens, zowel door strengere veiligheidseisen als door de veranderende smaak van de consument. Denk maar aan de enorme groei in de verkoop van allerhande SUV's. Ook hier kunnen we in principe dus meer uitstoot van banden en remmen verwachten, terwijl dit net ingeperkt moet worden.

Hiaten in onze kennis

Het is algemeen geweten dat een grotere massa van het voertuig in theorie leidt tot meer slijtage van banden en remmen. Waar we nog veel minder over weten, zijn de chemische formules die worden gebruikt in banden specifiek voor deze zwaardere wagens, zoals elektrische voertuigen (EV). Bijgevolg is het onduidelijk hoe giftig deze banden nu juist zijn en of ze schadelijker zijn dan 'gewone' banden.

Daarom deelde Emission Analytics onlangs haar onderzoeksresultaten over de chemische analyse en slijtagetesten van EV-banden. Dit onderzoek is uitermate belangrijk gezien de recente beslissing van het Californische Environmental Protection Agency over de chemische compositie van banden. Het ultieme doel is het terugdringen van het giftige 6PPD, dat nu vaak als bewaarmiddel wordt gebruikt in banden.

Jaarlijks gaat het wereldwijd om 6 miljard ton aan bandenslijtage

In dit artikel gaan we verder in op de onderzoeksresultaten van Emission Analytics, met aandacht voor de huidige alternatieven voor 6PPD en de voortgang van de Europese Unie in het uitwerken van de Euro 7-regulaties voor bandenemissies. Concreet wordt er nagegaan wat de uiteindelijke meetmethode zal worden en wat nu een optimale limietwaarde zal zijn.

Bandenemissies

Laat ons even een stapje terug zetten en kijken naar bandenemissies zelf. Over welke uitstoot gaat het juist? In totaal zijn er drie relevante fases waarin emissies plaatsvinden. Eerst is er de productie van de band. Hier gaat het vooral om duurzaamheid en het reduceren van CO₂-uitstoot tijdens het produceren. De industrie is vooral hiermee bezig, door onder meer te zoeken naar alternatieven voor oliegebaseerde materialen.

Vervolgens is er de gebruiksfase; de focus van dit artikel. Tijdens het gebruik van banden komen er immers allerlei schadelijke deeltjes vrij, zowel op nanoschaal als grotere partikels. Vluchtige organische stoffen (VOC's) worden uitgestoten in gasvorm en deze kunnen de gezondheid aantasten bij het inademen, maar kunnen ook opgenomen worden door de bodem en onrechtstreeks in ons water of voedsel terechtkomen.

Ten slotte is er de fase na het feitelijke gebruik. Hier gaat het over het verwerken en recycleren van versleten banden. Wereldwijd komen 2 miljard banden jaarlijks aan het einde van hun levenscyclus en de vraag is wat ermee moet gebeuren. Rubberen 'kruimels' worden bijvoorbeeld gebruikt als onderlaag voor sportvelden, terwijl gebruikte banden ook als brandstof worden aangewend. Deze fase zorgt nog steeds voor een zware belasting van het milieu.

Relevantie

De centrale vraag naar de impact van bandenemissies is geenszins triviaal. Jaarlijks gaat het wereldwijd om 6 miljard ton aan bandenslijtage, wat overeenkomt met zo'n 4 kg per auto per jaar. Hier zijn nog niet eens de bijna 2 miljard banden bijgerekend die aan het einde van hun gebruik zitten en die dus moeten verwerkt worden.

De grotere deeltjes worden weggespoeld met water en regen en belanden zo in de riolering. Fijne deeltjes hechten zich vast aan de bodem bij wegen. Ultrafijne deeltjes blijven dan weer lange tijd in de lucht hangen alvorens ze hetzelfde doen. Er zijn dus meerdere gelegenheden voor het inhaleren en inslikken van deze potentieel schadelijke deeltjes. Bovendien kunnen deze deeltjes ook dieren binnendringen. Uit onderzoek blijkt dan ook dat de gemiddelde volwassene ongeveer 135 ng aan 6PPD en 6PPD-quinone in zijn of haar urine heeft.

Gebruiksgerelateerde emissies

massa en aantal

De focus ligt hier dus op de tweede fase: de uitstoot tijdens het gebruik van de band. Emission Analytics onderzocht 18 verschillende modellen van banden onder steeds hetzelfde voertuig, waarbij de banden telkens in nieuwe staat waren. De testen werden uitgevoerd op de openbare weg, waarvan het merendeel op de snelweg. De totale gemiddelde afstand die werd afgelegd was zo'n 5.000 km.

Hier kwamen enkele algemene resultaten uit voort. De gemiddelde massa van de uitgestoten deeltjes bedroeg 67 mg/km, met een interkwartiel bereik van 46 tot 77 mg/km. Er waren enkele outliers - bijvoorbeeld van 160 mg/km - maar de resultaten suggereren een redelijke limiet van ongeveer 80 mg/km.

Het onderzoek suggereert een redelijke limietwaarde van 80 mg/km

Emission Analytics ging nog verder met haar onderzoek en analyseerde ook het aantal uitgestoten deeltjes en de diverse categorieën waarbinnen deze vallen. Dit gebeurde ook tijdens wegtesten, maar onder meer 'dynamische' omstandigheden, zoals remmen en bochten nemen.

Slechts 11% van de totale massa van fijne deeltjes komt van partikels met een diameter kleiner dan 2,5 µm. Deze fijne deeltjes maken echter bijna 100% van het totale aantal partikels uit, terwijl ultrafijne deeltjes ongeveer 92% van het totaal uitmaken. Er zijn dus erg weinig grote deeltjes, maar deze maken dus wel het gros van de totale massa uit. Deze onderzoeksresultaten komen overeen met metingen in de wetenschappelijke literatuur. Banden produceren dus heel wat nanodeeltjes, wat hiervan een probleem maakt voor de gezondheid.

Secundaire vervuiling

Er bestaat echter ook zoiets als secundaire vervuiling bij het gebruik van banden. Organische aerosolen gaan zich vormen door interactie van uitgestoten VOC's afkomstig van banden. Deze stoffen gaan zich mengen in de lucht en vormen zo nieuwe, giftige componenten. Dit uitstoten van VOC's gebeurt onder alle omstandigheden, zelfs bij stilstand van het voertuig.

Deze VOC's zijn afkomstig van het loopvlak van de band, maar vooral van de zijwand. Deze onderdelen kunnen verschillen qua chemische samenstelling en zo voor allerlei interacties zorgen in de lucht. Zo is er een secundaire organische aerosol (SOA) productie van 4,01 µg/m³ afkomstig van de stof toluene. Banden stoten dus niet alleen rechtstreeks schadelijke deeltjes uit - waartoe deze VOC's eveneens behoren - maar ook stoffen die na een verdere interactie kunnen ingeademd worden of in de bodem of het water terechtkomen.

Trends in regulering

Hoe staat het nu met het opnemen van bandenemissies in de immer ontwikkelende regulering wereldwijd? Wij hebben reeds bericht over de nieuwe Euro 7-normen en hoe deze nu ook banden en remmen in het vizier nemen. Hoe zit het echter op globaal vlak?

EUROPA

De Europese Unie blijft een belangrijke motor achter de regulering van bandenemissies. De belangrijkste drijfveer is hier het lopende proces van elektrificatie, wat voor nieuwe uitdagingen zorgt en beleidsmakers doet stilstaan bij het concept van 'zero-emissie voertuigen'.

De Euro 7-normen stellen voor om limietwaarden op te leggen voor afstand-specifieke uitstoot van schadelijke deeltjes door nieuwe banden. Het is echter nog niet duidelijk wat deze waarden zullen zijn en al helemaal niet hoe het zit met vervangingsbanden. Vooralsnog lijkt het mogelijk te zullen zijn om bij vervanging te kiezen voor banden van inferieure kwaliteit die erg vervuilend zijn. De testmethode ligt ook nog niet vast, hoewel de Task Force on Tyre Abrasion hier volop mee bezig is.

Er wordt verwacht dat deze limiet ten vroegste vanaf 2025 wordt geïntroduceerd, maar 2026 of 2027 zijn meer waarschijnlijke data; zelfs 2028 is een mogelijkheid. Het is hierbij belangrijk om te benadrukken dat er nog niets is vastgelegd. De intentie is er alvast, maar concreet is er nog niets beslist. Zo zijn er nog heel wat probleempunten die moeten aangekaart worden, zoals het al dan niet meetellen van 'speciale banden', zoals ijsbanden. Deze zijn bijzonder vervuilend bij gebruik op asfalt door de erg hoge mate van slijtage.

Er bestaat ook nog een potentieel achterpoortje in de huidige voorstellen, waar vooral de zwaardere voertuigen van kunnen profiteren. Zo is het nog onzeker of er zal gekeken worden naar de totale uitstoot per kilometer of als deze waarde nog eens zal gedeeld worden door de massa van het voertuig in kwestie. Bij het tweede scenario ontspringen zwaardere voertuigen, zoals bijvoorbeeld EV's, grotendeels de dans.

Er bestaat binnen Europa ook REACH, wat het gebruik van chemische stoffen reguleert. Dit was de eerste poging tot het beperken van gevaarlijke componenten binnen de productie van autobanden. Momenteel wordt het gebruik van acht polycyclische aromatische hydrokoolstoffen beperkt en deze selectie zal nog verder uitgebreid worden.

Verenigde Staten

De situatie is zoals vaak volledig anders aan de overkant van de Atlantische Oceaan. Daar zijn vooral de westkust en maritieme bekommernissen de grote motor achter toenemende regulering. Vooral de massale sterfte van de zogenaamde Coho zalm was een catalysator voor het hele proces. In 2019 werd dit fenomeen gelinkt aan het gebruik van 6PPD, een bewaarmiddel dat voorkomt in banden.

In 2023 besliste Californië daarom om 6PPD te gaan reguleren. Concreet worden bandenfabrikanten nu gedwongen om alternatieven voor 6PPD te onderzoeken. Waarom wordt 6PPD dan niet gewoon verboden? Simpel: er bestaat voorlopig geen waardig alternatief waarvoor aangetoond is dat het minder schadelijk is. Concreet moet er al tegen november 2023 een eenmalig onderzoek afgerond worden naar deze alternatieven. Mogelijk wordt dit een herhaaldelijke oefening. Andere westelijke staten zijn ook bezig met het uitwerken van dergelijke wetgeving.

Elektrificatie is de grote drijfveer achter de Europese regulering, in de VS speelt het maritieme een grote rol

Een groot verschil tussen Amerika en Europa is de kwestie van vervangingsbanden. In Californië moeten deze banden minstens even energiezuinig zijn als OEM-exemplaren. Voorlopig hebben vervangingsbanden echter 21% meer rolweerstand dan nieuwe originele banden. Concreet komt er een beoordeling op een schaal van vijf sterren voor vervangingsbanden, dat geïmplementeerd wordt door de fabrikanten en gehanteerd wordt bij verkoop.

Een cruciale voorwaarde bij deze poging tot het beperken van de rolweerstand is dat dit alles niet de veiligheid, levensduur en recyclagemogelijkheden van de band in het gedrang mag brengen. Vanaf 2026 zal er een maximumcoëfficiënt voor rolweerstand van 9,0 ingevoerd worden; vanaf 2028 zal dit nog maar 7,0 bedragen.

Meetmethodes

Hoe kunnen we nu concreet de ecologische impact van banden inschatten? Emission Analytics probeert hierop een antwoord te bieden via een nieuwe experimentele aanpak. De potentiële impact wordt berekend aan de hand van:

• de mate van slijtage van de band;
• de chemische samenstelling van de band(onderdelen);
• de gevaren verbonden aan de relevante chemische stoffen.

Emission Analytics heeft een testopstelling ontwikkeld die op zowat elk voertuig kan gemonteerd worden en waarmee de emissies van banden - massa, aantal en fysieke opvanging - kunnen gemeten worden. Hiervoor is geen verdere modificatie van het voertuig vereist, waardoor de wagen nog steeds op de openbare weg mag. Bovendien beweegt de installatie mee met de banden bij het sturen. De opstelling kan aan eender welke detector gekoppeld worden. Hiermee hoopt de organisatie een zekere standaard te creëren binnen dit onderzoeksveld, om zo analyses te stimuleren en testresultaten beter te kunnen vergelijken.

Voor de chemische analyse zelf werd er gebruikgemaakt van tweedimensionele gaschromatografie, gekoppeld aan massaspectrometrie. Hiermee kon men de samenstelling van de banden vaststellen. Ten slotte heeft men gekeken in de wetenschappelijke literatuur naar de mogelijke gevolgen van blootstelling aan de diverse stoffen die vrij kunnen komen. Deze inschatting van de relatieve gevaren speelde een belangrijke rol bij het vaststellen van de impact van elke band.

Elektrische voertuigen

Theoretische inschattingen

Hoe zit het nu specifiek met de volledig elektrische voertuigen op batterijen (BEV's)? Dé cruciale vraag is of extra massa en koppel bij BEV's effectief leiden tot hogere bandenemissies. Aangezien uitlaatemissies steeds lager worden bij wagens met verbrandingsmotoren (al dan niet hybride), kunnen bandenemissies bij hetzelfde voertuig maar liefst 1.850 keer hoger liggen. Bovendien tonen verschillende studies aan dat emissies van banden van BEV's nog eens 10-25% hoger kunnen liggen dan hun equivalenten onder wagens met verbrandingsmotoren.

De trend naar steeds zwaardere voertuigen zorgt in principe voor een groot probleem

Uiteraard is dergelijk cijfer gebonden aan heel wat nuances. Zo zijn de vergeleken voertuigen van cruciaal belang. Waar moet immers de equivalentie gezocht worden? Op het vlak van vermogen, topsnelheid, prijs, massa? Kunnen we regeneratief remmen in rekening brengen? Hoe zit het met koppelcontrole? Zo mogelijk nóg belangrijker: over welke banden gaat het? Nieuwe of vervangingsexemplaren? Hoe zit het met toxiciteit? Banden met een andere chemische samenstelling kunnen verschillen op dit vlak. Uiteindelijk werd er ook rekening gehouden met consumentenkeuzes en opteerde Emission Analytics voor een vergelijking tussen de Kia Niro en de Tesla Model Y.

Feit is dat een voertuig met een grotere massa nood heeft aan grotere banden. Voor elke 100 kg aan extra gewicht bij personenwagens neemt de band gemiddeld genomen als volgt toe:

• 4,8 mm in breedte (+2%);
• 0,27" in velggrootte (+2%);
• 0,032 m² in oppervlakte (+4%).

Tegelijkertijd neemt het profiel van de band lichtjes af. Dit alles vertaalt zich theoretisch gezien in extra emissies. Het gaat over 2,2 mg/km extra deeltjes (+3%) en 2,8 µg/minuut vergaste VOC's (+4%). Op papier is er dus een vrij aanzienlijk probleem voor elektrische wagens, nu regelgeving steeds strenger wordt.

Concrete resultaten

Er is echter een verrassende wending. Uit het onderzoek van Emission Analytics blijkt nu dat grotere banden gemiddeld genomen beter scoren. Vooral op het vlak van snelheid en grip doen ze het een stuk beter dan hun kleinere broertjes. Het enige vlak waarop ze minder scoren is de geluidsoverlast. Deze ligt ietwat hoger bij de grotere banden.

Voor deze goede resultaten moet wel een zware tol betaald worden. Letterlijk dan, want deze grotere banden zijn gemiddeld genomen een pak duurder. Maar hoe zit het nu met de toxiciteit? Vertalen de betere prestaties zich ook in minder schade voor mens en natuur?

Ook hier worden we verrast: deze grotere banden zijn net minder giftig dan de kleinere varianten. Op Emission Analytics hun genormaliseerde schaal doen ze het 4,3% beter qua potentiële toxiciteit. Dit goede resultaat is vooral te wijten aan het mindere gebruik van aromatische concentraties (-9,5%). De andere samenstelling van de grotere banden maakt dus een cruciaal verschil. Algemeen genomen neemt de toxiciteit gemiddeld genomen af wanneer de velggrootte toeneemt.

Uiteraard zijn er ook hier de nodige nuances. Zo blijven er voorname variaties bestaan tussen de verschillende merken en zelfs tussen de modellen van eenzelfde fabrikant. Er zijn dus genoeg uitzonderingen op de eerder aangegeven regel. Het wordt dus ook duidelijk dat sommige fabrikanten het veel beter doen dan andere.

Amerikaanse analyse

De Amerikanen hebben op dit vlak hun eigen analyses gemaakt, met min of meer dezelfde resultaten. Hier zien we eenzelfde correlatie bij grotere banden: banden bestemd voor zwaardere belasting zijn breder en hoger, met grotere velgen. Ook hier zien we het ondertussen verwachte eindresultaat: deze grotere banden zijn minder giftig dan hun kleinere tegenhangers. Dit komt nogmaals door het sterk verminderde gebruik van aromatische stoffen - nog meer dan in Europa - hoewel er meer alkanen worden gebruikt.

Grotere banden zijn minder giftig, maar wél flink duurder

Een misschien verrassende vaststelling aan de hand van de vergelijking tussen Amerika en Europa: de Amerikaanse banden zijn doorgaans minder giftig. Dit is mogelijk het gevolg van andere prioriteiten. In Amerika worden banden in de eerste plaats ontwikkeld en verkocht met het oog op een lange levensduur, in plaats van een lage rolweerstand of goede prestaties bij het nemen van bochten. Het resultaat zijn simpelere chemische formules die ook minder giftig zijn. De vraag is nu wat de gevolgen zullen zijn van het nieuwe wetgevende programma in de Verenigde Staten.

6PPD

Ten slotte buigt het onderzoek van Emission Analytics zich over de impact van 6PPD. Deze stof is alleszins alomtegenwoordig: ze werd vastgesteld in alle geteste banden. De modale concentratie was ongeveer 700 ng per mg aan steekproef. De frequentieverdeling is echter heel breed. Sommige banden bevatten erg weinig 6PPD, terwijl sommige banden meer dan 2.000 ng bevatten. Ongeveer 10% van de banden bevat IPPD als gedeeltelijk substituut. IPPD lijkt vooralsnog echter even giftig te zijn als 6PPD.

Conclusies

Het besproken onderzoek telt dus een aantal verrassende conclusies. Hoewel grotere banden in theorie vervuilender zijn, zien we dat ze in de praktijk zodanig anders ontworpen zijn dat ze eigenlijk minder schadelijk zijn voor mens en milieu. Hier hangt echter wel een stevig prijskaartje aan vast, juist door dat andere productieproces. Voor BEV's is er dus niet meteen een probleem op het vlak van bandenemissies, maar de totale kostprijs blijft mede hierdoor wel hoog.

Bandenemissies zijn complex en bijzonder relevant, meer dan aanvankelijk gedacht werd. Ze hebben bovendien een impact op alle voertuigen, niet alleen BEV's. Er is enorm veel variatie binnen de chemische samenstelling van banden tussen merken en modellen, waardoor we moeten voorzichtig zijn met gemiddelde waarden. Bovenal is de specifieke combinatie van voertuig en band cruciaal: een goed scorend voertuig met een vervuilende band zal het nog steeds slecht doen.

Emission Analytics blijft alvast inzetten op het evalueren van banden en hun emissies. Hiervoor heeft het een programma opgezet waarbij banden worden beoordeeld op zeven dimensies. Hierbij speelt de massa een grote rol, maar er zijn ook drie prestatiecriteria en drie vervuilende factoren die worden meegeteld. Hoe kleiner de eindscore, hoe beter. Op deze manier kunnen banden - en hun vervuiling en prestaties - snel en eenvoudig vergeleken worden. Zo hoopt de organisatie regulerende organen verder te voorzien van empirische data om een holistische aanpak te stimuleren.

Concreet kan u bij Emission Analytics terecht voor het nagaan van de prestaties van specifieke banden, maar ook voor het testen van andere modellen en voor het bespreken van nieuwe onderzoeksresultaten en wetgeving. Bij CarFix blijven we u alvast regelmatig updaten over deze problematiek.