Jeśli cofniemy się poza wiek XIX, okaże się, że koła, choć powszechnie stosowane w różnych pojazdach, przez wieki były projektowane jako konstrukcje twarde – w całości drewniane albo wzmacniane żelaznymi obręczami. Ich eksploatacja przysparzała wielu problemów. Dwa zasadnicze to ograniczona przyczepność oraz przenoszenie drgań na konstrukcję pojazdu.

Zmiana stała się możliwa dopiero w połowie XIX wieku. Znano już wtedy doskonałe właściwości naturalnego kauczuku i wykorzystywano go w celach praktycznych. Naturalny kauczuk miał jednak pewną wadę: stosunkowo szybko twardniał i kruszył się. Rozwój przemysłu gumowego zależał więc od udoskonalenia receptury produkcji wyrobów kauczukowych albo stworzenia na bazie kauczuku nowego, doskonalszego materiału. Jako pierwszy dokonał tego Amerykanin Charles Goodyear, który opatentował swój wynalazek 15 czerwca 1844 roku. Proces wulkanizacji kauczuku polegał na ogrzewaniu go z dodatkiem siarki. Wytworzona w ten sposób guma przez długi czas zachowuje swoją elastyczność. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że ani Charles, ani reszta rodziny Goodyear nie miała nic wspólnego ze znanym na całym świecie przedsiębiorstwem zajmującym się produkcją opon samochodowych.

Pierwszą oponę pneumatyczną wykonał (a potem opatentował) John Boyd Dunlop – irlandzki weterynarz szkockiego pochodzenia. Pierwsze opony znalazły zastosowanie w rowerach, ale szybko skorzystali z nich także producenci pierwszych samochodów. Eksperymentowano z różnymi odmianami opon. Ostatecznie okazało się, że opony pneumatyczne mają tak wiele zalet, że niemal całkowicie zrezygnowano z opon pełnych. Dzisiaj znajdują one zastosowanie jedynie w niektórych aplikacjach przemysłowych (wózki widłowe, pojazdy transportu wewnętrznego w fabrykach itp.). Pneumatyczna, bieżnikowana opona rozwiązała oba największe problemy związane ze stalowymi obręczami: zwiększyła przyczepność do nawierzchni i wprowadziła tłumienie drgań, podnosząc komfort i bezpieczeństwo podróżowania.

W okresie pierwszej, a zwłaszcza drugiej wojny światowej przemysł gumowy, podobnie jak inne gałęzie przemysłu, odczuwał poważne braki surowców. Intensywnie poszukiwano wtedy alternatywy dla naturalnego kauczuku. Próbowano go syntetyzować oraz dodawać wypełniaczy, które zmniejszyłyby zawartość kauczuku w objętości opony, jednocześnie nie zmieniając radykalnie jej parametrów. Nie znaleziono idealnego rozwiązania, ale badania nie poszły na marne. Przyczyniły się one do rozwoju przemysłu gumowego i chemicznego. W tym okresie rozpoczęto także prace nad poprawą wytrzymałości opon i zabezpieczeniem ich przed zniszczeniem w warunkach pola walki.

Współczesne opony

Współczesne opony to skomplikowane, kompozytowe konstrukcje.
Są one projektowane z myślą o konkretnych zastosowaniach, a ich budowa uwzględnia parametry takie jak: rodzaj nawierzchni, pora roku i spodziewane zjawiska atmosferyczne, masa pojazdu, maksymalne obciążenie, maksymalna prędkość pojazdu, dopuszczalny poziom hałasu, oczekiwania pod względem amortyzacji drgań, odporność na uszkodzenia i wiele innych.

Z samej liczby kryteriów stosowanych do oceny charakterystyki opon można wnioskować, że nie istnieje idealna, uniwersalna opona spełniająca oczekiwania wszystkich użytkowników. Rozsądne minimum to dwa komplety opon (letnie i zimowe) na każdy samochód oraz ewentualnie komplet opon terenowych dla miłośników off-roadu i tych, których obowiązki służbowe lub miejsce zamieszkania zmuszają do jazdy poza utwardzonymi drogami. Jeden samochód osobowy i osiem opon – to jeden z powodów, dla których przemysł oponiarski ma się całkiem nieźle, choć i on odczuwa wahania sprzedaży. Nie może być inaczej, skoro znaczna część produkcji to opony przeznaczone do pierwszego montażu w nowych samochodach.

Jedną z najbardziej widocznych zmian ostatnich kilku dziesięcioleci było odejście (przynajmniej w samochodach osobowych) od używania dętek i zastąpienie ich oponami bezdętkowymi. Spośród kilku wariantów konstrukcyjnych na rynku zostały w zasadzie dwa: opony diagonalne, opracowane znacznie wcześniej, w których osnowa jest umieszczona pod kątem 20–40 stopni w stosunku do czoła opony, oraz opony radialne, w których osnowa jest ułożona równolegle do czoła opony. Każde tych rozwiązań ma specyficzne wady i zalety. Opony radialne zostały wprowadzone do produkcji przez koncern Michelin w 1949 roku. Doskonale sprawdzają się one pod dużymi obciążeniami i przy dużych prędkościach. Opony diagonalne, a zwłaszcza opony diagonalne z opasaniem, to prawdopodobnie najlepszy wybór dla motocyklistów.

Opony do zadań specjalnych

Opony mają oczywiście także kilka słabych stron, m.in. podatność na przebicie. Jazda z oponą bez powietrza jest niemożliwa. W normalnych warunkach problem można rozwiązać własnoręcznie albo wzywając pomoc drogową. Należy jednak pamiętać, że nie wszystkie pojazdy są eksploatowane w normalnych warunkach. Czasami ryzyko uszkodzenia opony w wyniku najechania na kolce, przestrzelenia albo zniszczenia w inny sposób jest bardzo duże, podobnie jak wynikające z niego zagrożenie dla kierowcy i pasażerów.

Wiodący producenci oferują specjalne rozwiązania dla samochodów do przewozu VIP-ów, służb porządkowych, wojska czy też do konwojowania wartościowych przedmiotów. W cięższych pojazdach są to systemy pompowania w czasie jazdy. W autach osobowych spotyka się wykładziny ze stali lub kevlaru zwiększające odporność na przebicie oraz wkładki z tworzywa sztucznego, dzięki którym nawet po całkowitej utracie powietrza można kontynuować jazdę.

Stosunkowo nową konstrukcją są opony zawierające wewnątrz strukturę zbliżoną kształtem do plastra miodu. Jej ścianki nadają oponie niezbędną sztywność i umożliwiają kontynuowanie jazdy do warsztatu albo w celu opuszczenia niebezpiecznej strefy. Warto wspomnieć także o rozwiązaniach, które dają oponom zdolność samonaprawiania niektórych uszkodzeń. Ich działanie przypomina zestawy do naprawy przebitych opon na drodze, z tą różnicą, że substancja uszczelniająca jest „wbudowana” w oponę i aktywowana w miejscu uszkodzenia. Takie rozwiązania nie zabezpieczają oczywiście przed skutkami poważniejszych uszkodzeń, np. przestrzelenia opony czy rozerwania jej na kolczatce.

Opony a środowisko

Wpływ procesu produkcji i eksploatacji opon na środowisko naturalne jest ogromny i trwa przez cały cykl życia opony: od pozyskania surowców do produkcji po utylizację. Kauczuk wykorzystywany do produkcji gumy przez przemysł oponiarski jest produktem naturalnym. Zbiera się go z drzew kauczukodajnych uprawianych przede wszystkim w Azji (około 90% światowej produkcji). Drzewa te uprawia się na plantacjach zakładanych na obszarach, na których wykarczowano pierwotne, zróżnicowane lasy. W okresie wegetacji wykorzystuje się znaczne ilości herbicydów, które przez długi czas pozostają w glebie w miejscu aplikacji. Produkcja gumy jest też procesem energochłonnym, w którym wykorzystywane są: agresywne substancje chemiczne (m.in. amoniak), tworzywa sztuczne, kauczuk syntetyczny, włókna naturalne i syntetyczne, metale i inne.

Podczas eksploatacji opon ich bieżnik jest ścierany, a powstałe w ten sposób drobiny unoszą się w powietrzu i osiadają na drogach oraz w ich pobliżu w postaci drobnoziarnistego pyłu, który, wdychany do płuc, drażni tkanki i osiada w pęcherzykach płucnych. Pylenie jest nierozerwalnie związane z eksploatacją opon, zwłaszcza z hamowaniem, pokonywaniem ostrych zakrętów itp. Im większe obciążenie opony masą pojazdu i im większa siła hamująca, tym szybciej ściera się bieżnik i tym więcej gumy i tworzyw sztucznych trafia do środowiska.

Recykling opon

Recykling opon jest skomplikowanym procesem. Dotychczas nikt nie opracował metody, która byłaby w pełni skuteczna i która całkowicie wyeliminowałaby zagrożenia spowodowane wprowadzaniem do środowiska pozostałości opon. Jednym z bardziej popularnych, choć zupełnie nieefektywnych sposobów zagospodarowania zużytych opon jest składowanie. Miliony opon przechowuje się na prowizorycznie zabezpieczonych składowiskach, m.in. w Afryce. Co jakiś czas na tych składowiskach wybuchają pożary, w wyniku których do atmosfery dostają się wielkie ilości szkodliwych gazów, a na wysypisku pozostają elementy opon nadające się do dalszej odsprzedaży (np. metalowe fragmenty osnowy).

Druga metoda polega na spalaniu opon w piecach wyposażonych w filtry. Trudno w tym przypadku mówić o odzyskiwaniu surowców wtórnych, gdyż opony są wówczas przede wszystkim źródłem energii cieplnej i zanieczyszczeń (bo nie wszystkie zanieczyszczenia zatrzymywane są przez filtry).

Trzecia metoda to piroliza. W tej metodzie opony poddaje się działaniu wysokiej temperatury, jednak nie ulegają one spaleniu, tylko rozkładają się, emitując gazy, substancje ciekłe (oleje) oraz stałe (popiół).

W ten sposób można pozyskiwać syntetyczne paliwa (gaz opałowy oraz paliwa płynne), a także półprodukty dla przemysłu chemicznego.

Czwarta metoda to mechaniczna dekompozycja (strzępienie) opon, oddzielanie frakcji metalowej i wykorzystanie tworzyw sztucznych jako dodatków do mas bitumicznych stosowanych do budowy dróg, nawierzchni obiektów sportowych itp. Fragmenty opon trafiają w takim przypadku do środowiska, ale w sposób kontrolowany.

O ile możemy mieć nadzieję na zmniejszenie emisji spalin w wyniku zastępowania samochodów z silnikami spalinowymi przez pojazdy z napędem elektrycznym, o tyle opon nie można całkowicie wyeliminować. Dwie najbardziej obiecujące ścieżki rozwoju potencjalnie prowadzące do rozwiązania tego problemu to zmiana surowców i technologii produkcji opon oraz opracowanie technologii recyklingu skuteczniejszej i bezpieczniejszej niż wszystkie obecnie stosowane.

Piotr Kołaczek