L-изтегляне за онлайн химия
В бъдеще важните основни химикали вече няма да се произвеждат от нефт, а от неизползвани преди това растителни компоненти. Германия се превръща в световен пионер в популяризирането на биоикономиката - икономика, която се фокусира върху растенията като суровина.
Сърцето на най-голямата химическа компания в света е с размер на тринадесет футболни игрища. Суровият нефт, или по-точно суровият бензин (нафта), тече във вените му: В инсталациите за парно крекинг на BASF в Лудвигсхафен, нафтата се разделя на основните си химически вещества при 840 ° C - главно на пръстеновидни аромати и дълговерижни олефини. Почти 90 процента от всички химически продукти са направени от тези основни химикали. Но сърцето на химическото производство скоро заплашва да бие по-бавно. „Ще видим върха на суровия нефт още през 2050 г.“, казва мениджърът на BASF Ханс Каст. Експертите изчисляват, че известните днес леснодостъпни запаси от нефт ще продължат най-много 70 години. „Някъде след като обемът на производството намалее, ще има нова валута за резервни суровини“, казва Каст.
Предвидимият недостиг на суровини и повишаването на цените на петрола принуждават химическите компании по света да действат. Вече планирате прехода към нови, този път възобновяеми източници на суровини - а именно растения, от чиито компоненти могат да се получат необходимите основни химикали. Този обрат на тенденцията се иска и политически: Германия напредва до световен пионер, като инвестира значителни средства в тази зелена химия. Предизвикателството тук: Новите процеси трябва да се изплатят и да се впишат безпроблемно в производствените маршрути на петролна основа, изрязани за максимален добив.
В сравнение с масивните системи за пукнатини с пара, малката фабрика на 15 километра североизточно от Реймс изглежда почти незабележима. Но това, което се случва зад ламаринената облицовка на нискоетажната сграда, която влезе в експлоатация през декември, предизвиква ентусиазъм сред политици и природозащитници: Малката френска компания Bioamber е първата компания в света, която произвежда тук основната химическа янтарна киселина, не от суров нефт, а от възобновяема суровина: растителна захар. Янтарната киселина е универсална суровина, тя е подходяща за производството на голямо разнообразие от продукти като спортно облекло и еластични дънки, козметика, ролери за ролери, пластификатори и размразяващи агенти.
Генетично оптимизираната чревна бактерия Escherichia coli превръща захарта в химически продукт в огромни разбъркани чайници. Френските биоинженери изключват три метаболитни гена, за да подобрят добива на янтарна киселина на микроорганизмите и да потиснат образуването на разрушителни странични продукти - и по този начин да направят биотехническия процес също толкова икономичен, колкото и нефтохимичния модел.
Французите все още получават необходимата им захар от пшенично и царевично нишесте, което се разгражда до техните захарни компоненти с помощта на ензими или химико-физични процеси. Но тъй като производството на химикали от възобновяеми суровини се конкурира с производството на храни и захарта, произведена от растително нишесте, е почти толкова скъпа, колкото суровия нефт, в бъдеще сламата, тревата и дървесината - много по-евтините и големи количества растителни отпадъци от горското и селското стопанство - ще се превърнат в суровината, която изсъхва замени. Тогава царевичните листа и дръжки също могат да се използват за създаване на химическа стойност. Редица компании и изследователски институти вече работят с все по-голям успех за разграждане на целулоза, лигнин и хемицелулоза от билки и стъбла възможно най-ефективно до захар.
Конкурентите на Bioamber също доказват колко сериозно се възприемат растенията като доставчици на суровини за химическо производство в компаниите като алтернатива на суровия петрол. Японската компания Mitsubishi Chemical Corp. и Ajinomoto, както и белгийският DSM и френският му партньор Roquette изследват индустриалното производство на био-янтарна киселина в пилотни инсталации. След Bioamber, BASF разработи биотехническия процес най-далеч. Специалната характеристика на процеса на Лудвигсхафен: Производствената бактерия "BASFia succiniciproducens", която е изолирана от биоинженерите от търбуха на едрия рогат добитък и също биотехнически подобрена, не само обработва захар от растителна биомаса. Той също така е от полза на суровия глицерин, който се произвежда в големи количества като отпадъци при производството на биодизел.
В момента се провеждат последните тестове за рентабилност в партньора на BASF Purac близо до Барселона в пилотен завод с годишен производствен капацитет от 4000 тона. Когато приключат през лятото, химическият гигант и неговият партньор ще решат дали да започнат мащабно производство на био-янтарна киселина в Монмело, Испания. Заедно органичните процеси от BASF и Bioamber биха доставили около 20% от годишното световно производство на около 30 000 тона янтарна киселина с един замах. „Пазарният потенциал е много по-голям“, казва шефът на Bioamber Патрик Пиот, който наскоро отмени лиценза на зелената технология на компанията си за Азия. Янтарната киселина може да се превърне в друг основен химикал - 1,4-бутандиол - чрез проста химическа реакция. „Това е още 1,3 милиона тона годишно на пазара“, ентусиазиран е оживеният французин.
Достатъчна причина Новозим и WWF да поискат политическа подкрепа: За да ускори промяната на системата към зелена химия, алиансът би искал да види допълнителни силни стимули в допълнение към сертификатите за CO2. Точно в горната част на списъка с желания на природозащитниците: компаниите трябва да бъдат по-финансово отговорни за екологичните и климатичните щети, които причиняват. Освен това етикетирането има за цел да сигнализира на потребителите, когато даден химически продукт е произведен по устойчив начин - и по този начин да стимулира търсенето на химически продукти, произведени по начин, който е екологичен. Шефът на Novozymes Steen Riisgaard също призовава за повече финансиране за научни изследвания и пилотни инсталации, в които се тестват нови биологични производствени процеси. Защото: "Биомасата има потенциала да замести суровия нефт, от производството на пластмаси до производството на биогорива." Ако има достатъчен политически заден вятър, Рийсгаар вярва, че Европа може да играе водеща роля в развитието на растителната химия.
Перспективата за спиране на климатичните промени с помощта на зелена химия и в същото време подобряване на икономическата мощ всъщност превърна политиката в двигател на развитието. От пет години подкрепата им нараства за процесите, с които растенията в биорафинериите могат първо да бъдат разбити икономически на техни компоненти и след това да бъдат превърнати в ценни материали от бактерии, ензими и класическа химия с възможно най-малко остатъци. Германия поема водеща роля в това финансиране на научните изследвания. През есента това ще бъде първата държава в света, която стартира десетгодишна програма, която има за цел да допринесе за развитието на „биоикономика“ - икономика, която се фокусира върху суровините. Федералният министър на научните изследвания Анет Шаван определи новия курс в началото на годината на Зелената седмица в Берлин: „Трябва да използваме по-добре потенциала на растенията и следователно да разширяваме постиженията в научните изследвания“. До 2015 г. тя планира да похарчи повече от два милиарда евро за използване на биотехнологии за справяне с глобални предизвикателства като изменението на климата.
Биоикономиката също е на върха на изследователската програма на Европейския съюз. Стотици милиони евро вече се вливат в проекти за биорафинериране и оптимизиране на зелената химия в настоящата рамкова програма на ЕС за научни изследвания. Освен това в началото на март имаше съобщение от най-високо ниво, което беше отбелязано като сензация в биотехнологичните компании: Жозе Мануел Барозу, новопотвърденият председател на Европейската комисия, заяви: „Наред с ИТ това е основен приоритет на новата иновационна програма на ЕС за изграждане на биоикономиката до 2020 г. "
Политическият вятър и финансирането са важни, тъй като досега само няколко биологично базирани основни химикали за производство на пластмаси, като янтарна киселина или 1,3-пропандиол, могат да бъдат произведени на конкурентни цени. Все още са необходими доста изследвания, преди биотехническите процеси да постигнат същата ефективност като нефтохимичните продукти, които са оптимизирани за десетилетия прецизна работа: Преди всичко трябва да се намерят по-ефективни методи за икономично превръщане на суровините от растителна биомаса, дървесина и слама, които преди това не са били оптимално използваеми, в основните компоненти захар (75 процента) и лигнин (20 процента) за разделяне и допълнително обработване. Освен това зелената химия все още не е успяла да бъде интегрирана в химическите заводи. Една от причините за това е, че органичните разтворители, използвани в нефтохимическата промишленост, биха убили бактериите и унищожили ензимите, които работят най-добре във водата. И докато химичните реакции обикновено се развиват само при температури от няколкостотин градуса, биологичните реакции протичат при телесна температура. Това означава: химическите компании ще трябва да инвестират в напълно нови заводи.
Това, което политиците в Европа наричат биоикономика, отдавна е тенденция не само в стария свят. В САЩ се нарича "Cleantech". Още през 2004 г. Министерството на енергетиката на САЩ има интерфейси, идентифицирани в проучването „Химикали с най-висока добавена стойност от биомаса“, при което биотехнологично произведените основни вещества могат да бъдат подадени във веригата на химическата стойност. Резултатът: Дванадесет основни химикали като оцетна киселина или пропилен могат да бъдат произведени не само от нефт, но и от растения. Това не звучи много. С помощта на тези градивни елементи обаче сложните съединения могат да бъдат изградени по начин, подобен на нефтохимичните: от антикорозионни агенти и горива до текстил и опаковки до бои и козметика, те могат да бъдат използвани за производството на почти всеки продукт за пазара на крайния потребител.
Примерът с Бразилия впечатляващо показва колко конкурентни органични суровини могат да бъдат и икономически. Дори днес един тон биоетанол, произведен от захарна тръстика, струва само около 360 долара - в сравнение с 500 долара за тон суров нефт. Химически компании като Dow Chemical и бразилският производител на пластмаси Braskem искат да използват тази ценова разлика за производството на пластмаси. Етанолът, известен преди като биогориво, може евтино да се превърне в етилен и бутен - суровините за масово произвеждания пластмасов полиетилен. В момента етиленът, най-важният компонент на химическата промишленост, се получава почти изключително от нефт в големи инсталации за хидрокрекинг, но промяната вече е на хоризонта. Преди две години Braskem представи планове за изграждане на съответен завод за биополимери с годишно производство от 200 000 тона. Съвместното предприятие между бразилския производител на етанол Crystalsev и Dow Chemical планира да произвежда 350 000 тона биоетилен годишно от 2011 г. нататък.
Измерено спрямо 66 милиона метрични тона полиетилен, произвеждани годишно на база нефт и генериращи световни продажби от около 66 милиарда щатски долара, тези размери са само началото. Според човека от BASF Каст обаче това определено е значителна добавена стойност за развиващата се страна, която преди това е била ангажирана с икономичното производство на биетанолови горива. Експертите виждат най-големите възможности да управляват икономически биотехническо производство навсякъде, където се изграждат нови производствени съоръжения и където органичните суровини са особено евтини поради ниските разходи за заплати, като например в нововъзникващата държава в Бразилия или поради голямата наличност на суровини. Но също така в Европа и САЩ редица химически компании вече тестват биологични производствени методи. Съвместното предприятие на химическата компания DuPont и подразделението Danisco Genencor, както и преработвателят на царевица Tate & Lyle BioProducts произвеждат преди това петрохимично произведеният основен химикал 1,3-пропандиол от царевично нишесте. Това се използва предимно за получаване на биополиестер политриметилен терефталова киселина, която се преде в текстилни влакна, например.
Само когато преработката на нехранителна биомаса като дървесина или слама от биорафинериите е зряла и икономична за приблизително 20 до 30 години, химическата индустрия ще очаква растенията да играят по-силна роля като химическа суровина - при условие че пазарната цена и наличността са правилни. За тази цел компаниите искат да продължат с биотехнологичните изследвания. Вили дьо Гриф от европейската асоциация на биотехнологичната индустрия EuropaBio го вижда по подобен начин: "Всички очакват големия взрив, с който започва биоикономиката. Но няма да има." Вместо революция, експертите очакват бавна "биологизация" на индустрията.
Междувременно политиците продължават да работят върху визията си за изграждане на биоикономика възможно най-бързо и създават нови стимулиращи системи, които имат за цел да подсладят устойчивата химическа конверсия на възобновяеми суровини за компаниите. Като част от инициатива на ЕС, която има за цел да създаде „продукти на биологична основа“ като водещ пазар, сега се обсъжда въвеждането на биозапечатка за устойчиво химическо производство, например за пластмаси на биологична основа или биоразградими смазочни материали. Идеята: Подобно на процъфтяващата биологична храна, екологичният етикет за зелени пластмаси трябва да оправдае надценки до два пъти над пазарната цена и да бъде подкрепен от екологично съзнателни потребители: още едно парче от пъзела по пътя към по-екологичната химия. (bsc)