L-вилучення для хімії heise в Інтернеті
У майбутньому важливі основні хімічні речовини будуть вироблятися вже не з олії, а з раніше невикористаних рослинних компонентів. Німеччина стає світовим піонером у просуванні біоекономіки - економіки, яка орієнтується на рослини як сировину.
Серцем найбільшої у світі хімічної компанії є тринадцять футбольних полів. У її жилах тече сира нафта, а точніше - сирий бензин (нафта): на парокрекінгових заводах BASF в Людвігсхафені нафта розщеплюється на основні хімічні речовини при 840 ° С - головним чином на ароматичні речовини у формі кільця та олефіни з довгими ланцюгами. Майже 90 відсотків усіх хімічних продуктів виготовляються з цих основних хімічних речовин. Але серце хімічного виробництва незабаром загрожує битися повільніше. "Пік сирої нафти ми побачимо вже в 2050 році", - говорить менеджер BASF Ганс Каст. Експерти підрахували, що відомі сьогодні легкодоступні запаси нафти прослужать не більше 70 років. "Десь після того, як обсяг виробництва зменшиться, з'явиться нова резервна валюта сировини", - говорить Каст.
Передбачуваний дефіцит сировини та зростання цін на нафту змушують хімічні компанії у всьому світі діяти. Ви вже плануєте перехід на нові, цього разу відновлювані джерела сировини - а саме рослини, з компонентів яких можна отримати необхідні основні хімічні речовини. Цей перелом тенденції також хочеться політично: Німеччина просувається, щоб стати світовим піонером, інвестуючи значні суми фінансування в цю зелену хімію. Проблема тут: нові процеси повинні окупитися і безперешкодно вписуватися у виробничі шляхи на нафтовій основі, обрізані для отримання максимального врожаю.
У порівнянні з масивними паропереробними установками, невеликий завод у 15 кілометрах на північний схід від Реймса виглядає майже непомітним. Але те, що відбувається за облицюванням листового металу малоповерхового будинку, який вступив в експлуатацію в грудні, викликає ентузіазм у політиків та екологів: невелика французька компанія Bioamber є першою у світі компанією, яка виробляє основну хімічну бурштинову кислоту не з сирої нафти, а з відновлюваної сировини: рослинного цукру. Янтарна кислота є універсальною сировиною, вона підходить для виробництва таких різноманітних продуктів, як спортивний одяг та джинси, косметика, колеса на роликових ковзанах, пластифікатори та засоби для обмерзання.
Генетично оптимізована кишкова бактерія Escherichia coli перетворює цукор у хімічний продукт у гігантських резервуарах для перемішування. Французькі біоінженери вимкнули три метаболічні гени, щоб поліпшити вихід бурштинової кислоти мікроорганізмів і придушити утворення побічних продуктів, що руйнують, і, таким чином, зробити біотехнологічний процес таким же економічним, як і нафтохімічна модель.
Французи все ще отримують необхідний їм цукор із пшеничного та кукурудзяного крохмалю, який розщеплюється на їх цукрові компоненти за допомогою ферментів або хіміко-фізичних процесів. Але оскільки виробництво хімічних речовин із відновлюваної сировини конкурує з виробництвом харчових продуктів, а цукор із рослинного крохмалю майже такий же дорогий, як сира нафта, в майбутньому солома, трава та деревина - набагато дешевші та великі кількості рослинних відходів лісового та сільського господарства - стануть сировиною, яка висихає замінити. Тоді листя та стебла кукурудзи також можна використовувати для створення хімічної цінності. Ряд компаній та науково-дослідних інститутів вже з успіхом працюють над тим, щоб якомога ефективніше розщепити целюлозу, лігнін та геміцелюлозу з трав та стебел на цукор.
Конкуренти Bioamber також доводять, наскільки серйозно рослини сприймаються як постачальники сировини для хімічного виробництва в компаніях як альтернатива сирої нафти. Японська компанія Mitsubishi Chemical Corp. і Ajinomoto, а також бельгійський DSM та його французький партнер Roquette досліджують промислове виробництво біо-бурштинової кислоти на пілотних установках. Після Bioamber BASF розробив біотехнічний процес найдальше. Особливість процесу Людвігсхафена: виробнича бактерія "BASFia succiniciproducens", яка була виділена біоінженерами з рубця великої рогатої худоби, а також біотехнічно модернізована, не тільки переробляє цукор із рослинної біомаси. Він також приносить користь сирому гліцерину, який виробляється у великих кількостях як відходи виробництва біодизеля.
В даний час проводяться останні випробування на прибутковість у партнера BASF Purac поблизу Барселони на пілотному заводі з річною виробничою потужністю 4000 тонн. Коли вони будуть завершені влітку, хімічний гігант та його партнер вирішать, чи починати масштабне виробництво біо-бурштинової кислоти в Монмеле, Іспанія. Тоді органічні процеси BASF і Bioamber забезпечували б приблизно 20 відсотків річного світового виробництва близько 30 000 тонн бурштинової кислоти одним махом. "Ринковий потенціал набагато більший", - каже бос Bioamber Патрік Піот, який нещодавно видав ліцензію на зелену технологію своєї компанії в Азію. Янтарна кислота може бути перетворена в іншу основну хімічну речовину - 1,4-бутандіол - за допомогою простої хімічної реакції. "Це ще 1,3 мільйона тонн на рік", - захоплюється жвавий француз.
Досить підстав для того, щоб Новозим і WWF вимагали політичної підтримки: Щоб пришвидшити перехід до системи на зелену хімію, альянс хотів би бачити інші сильні стимули крім сертифікатів CO2. Угорі списку бажань природоохоронців: Компанії слід зробити більш фінансово відповідальними за екологічну та кліматичну шкоду, яку вони завдають. Окрім цього, етикетка має на меті сповіщати споживачів про те, що хімічний продукт виробляється стабільно - і таким чином стимулювати попит на хімічну продукцію, виготовлену екологічно безпечно. Бос "Новозимеса" Стін Рісгаард також закликає збільшити фінансування дослідницьких та експериментальних заводів, на яких випробовуються нові виробничі процеси на біологічній основі. Тому що: "Біомаса може замінити нафту, від виробництва пластмас до виробництва біопалива". Якщо існує достатньо політичного попутного вітру, Рійсгаард вважає, що Європа може відігравати провідну роль у розвитку хімії рослин.
Перспектива зупинити зміну клімату за допомогою зеленої хімії та одночасно поліпшити економічну потужність фактично зробила політику рушієм розвитку. Протягом п’яти років їхня підтримка зростає для процесів, за допомогою яких рослини на біопереробних заводах можуть спочатку економічно розбити на їх компоненти, а потім перетворити їх на цінні матеріали бактеріями, ферментами та класичною хімією з якомога меншим залишком. Німеччина відіграє провідну роль у цьому фінансуванні досліджень. Восени це буде перша країна у світі, яка розпочне десятирічну програму, яка має на меті допомогти побудувати "біоекономіку" - економіку, орієнтовану на сировинні заводи. Федеральний міністр досліджень Аннет Шаван на початку року на Зеленому тижні у Берліні визначила новий курс: "Ми повинні краще використовувати потенціал рослин і, отже, розширити передовий досвід у дослідженні". До 2015 року вона планує витратити більше двох мільярдів євро на використання біотехнологій для вирішення глобальних проблем, таких як зміна клімату.
Біоекономіка також знаходиться у верхній частині порядку денного досліджень Європейського Союзу. Сотні мільйонів євро вже вливаються в проекти біопереробки та оптимізації екологічної хімії в рамках поточної програми досліджень ЄС. Крім того, на початку березня було оголошено найвищий рівень, який відзначався як сенсація в біотехнологічних компаніях: Жозе Мануель Баррозу, нещодавно підтверджений президент Європейської комісії, заявив: "Поряд з ІТ це головний пріоритет нової інноваційної програми ЄС побудувати біоекономіку до 2020 року ".
Політичний попутний вітер та фінансування є важливими, оскільки поки що лише кілька біологічних основних хімічних речовин для виробництва пластмас, таких як бурштинова кислота або 1,3-пропандіол, можуть вироблятися за конкурентними цінами. Необхідно провести багато досліджень, перш ніж біотехнічні процеси досягнуть тієї ж ефективності, що й нафтохімікати, які були оптимізовані за десятиліття точних робіт: Перш за все, необхідно знайти більш ефективні методи економічного перетворення сировини рослинної біомаси, деревини та соломи, які раніше не були оптимально придатними для використання, в основні компоненти цукру (75 відсотків) та лігніну (20 відсотків) для розщеплення та подальшої обробки. Крім того, зелена хімія ще не змогла бути інтегрована в хімічні заводи. Однією з причин цього є те, що органічні розчинники, що використовуються в нафтохімічній промисловості, вбивали б бактерії та руйнували ферменти, які найкраще працюють у воді. І хоча хімічні реакції зазвичай протікають лише при температурі в кілька сотень градусів, біологічні реакції відбуваються при температурі тіла. Це означає: хімічним компаніям доведеться інвестувати в абсолютно нові заводи.
Те, що політики в Європі називають біоекономікою, давно стало тенденцією не лише у старому світі. У США його називають "Cleantech". Вже в 2004 році Міністерство енергетики США виявило інтерфейси, визначені в дослідженні "Хімічні речовини з біомасою з найбільшою доданою вартістю", при яких основні біотехнологічно вироблені основні речовини можуть подаватися в хімічний ланцюжок створення вартості. Результат: Дванадцять основних хімічних речовин, таких як оцтова кислота або пропілен, можуть бути отримані не тільки з нафти, але і з рослин. Це не схоже на багато. Однак за допомогою цих будівельних блоків складні сполуки можна створювати дуже подібним чином до нафтохімічних продуктів: від засобів, що захищають від іржі та палива, до текстилю та упаковки до фарб та косметики, їх можна використовувати для виробництва майже будь-якого продукту для кінцевого споживача.
Приклад Бразилії вражаюче показує, наскільки конкурентоспроможною органічною сировиною може бути також економічно. Навіть сьогодні тона біоетанолу, виготовленого з цукрової тростини, коштує лише близько 360 доларів - порівняно з 500 доларами за тонну сирої нафти. Такі хімічні компанії, як Dow Chemical та бразильський виробник пластмас Braskem, хочуть використовувати цю різницю в цінах для виробництва пластмас. Етанол, раніше відомий як біопаливо, можна недорого перетворити на етилен та бутен - вихідні матеріали для серійного пластикового поліетилену. На даний момент етилен, найважливіший компонент хімічної промисловості, майже виключно отримується з нафти на великих установках гідрокрекінгу, але зміни вже на горизонті. Два роки тому Braskem представив плани побудувати відповідний завод з виробництва біополімерів річним виробництвом 200 000 тонн. Спільне підприємство бразильського виробника етанолу Crystalsev та Dow Chemical планує щорічне виробництво 350 000 тонн біоетилену з 2011 року.
Якщо виміряти 66 мільйонів метричних тонн поліетилену, що виробляється щороку на базі нафти та приносить світові продажі близько 66 мільярдів доларів США, ці розміри - це лише початок. Однак, за словами представника BASF Каста, це, безумовно, є суттєвою доданою вартістю для країни, що розвивається, яка до цього часу була віддана економічному виробництву біоетанольного палива. Експерти бачать найбільші можливості для економічного ведення біотехнічного хімічного виробництва скрізь, де будуються нові виробничі потужності та де органічна сировина є особливо дешевою через низькі витрати на заробітну плату, такі як у країні, що розвивається, Бразилії або через високу доступність сировини. Але також у Європі та США ряд хімічних компаній вже випробовують методи виробництва на біологічній основі. Спільне підприємство хімічної компанії DuPont та підрозділу Danisco Genencor, а також кукурудзяний переробник Tate & Lyle BioProducts виробляють раніше виготовлену раніше нафтохімічну основну хімічну речовину 1,3-пропандіол із кукурудзяного крохмалю. Це в основному використовується для отримання біополіефірного політриметилентерефталевої кислоти, яка прядеться у текстильні волокна, наприклад.
Тільки тоді, коли переробка непродовольчої біомаси, такої як деревина або солома, на біопереробних заводах буде зрілою та економічною за оцінками від 20 до 30 років, хімічна промисловість розраховуватиме, що заводи відіграватимуть сильнішу роль як хімічна сировина - за умови, що ринкова ціна та доступність будуть правильними. З цією метою компанії хочуть продовжити біотехнологічні дослідження. Віллі де Гріф з європейської асоціації біотехнологічних галузей EuropaBio сприймає це так само: "Усі чекають великого вибуху, з якого починається біоекономіка. Але цього не буде". Замість революції експерти очікують повільної "біологізації" галузі.
Тим часом політики продовжують працювати над своїм баченням якнайшвидшого побудови біоекономіки та створення нових стимулюючих систем, які покликані підсолодити стійку хімічну конверсію відновлюваної сировини для компаній. В рамках ініціативи ЄС, яка спрямована на створення "продуктів на основі біологічної продукції" як провідного ринку, зараз обговорюється питання про введення біозапечатування для сталого хімічного виробництва, наприклад для пластмас на біологічній основі або біорозкладаних мастил. Ідея: Подібно до бурхливо розвиваються органічних продуктів харчування, етикетка органічної екологічно чистої пластмаси повинна виправдовувати надбавки, що дорівнюють удвічі більшій за ринкову ціну, і підтримуватися екологічно свідомими споживачами: ще одна частина загадки на шляху до екологічної хімії. (bsc)