Полимеры из биомассы в тренде

Химическая компания Covestro объявила о том, что поставила перед собой цель увеличить использование альтернативного сырья в производстве высококлассной полимерной продукции. Компания осуществляет этот подход для снижения зависимости от традиционных видов ископаемого сырья, таких, как нефть, уголь и природный газ. Растительная биомасса, углекислый газ и потоки неиспользованных углеродсодержащих материалов являются перспективными альтернативными источниками углерода для ключевых базовых продуктов, которые используются при производстве полимеров.

В последние годы резко возрос интерес промышленности и общества в целом к продуктам, которые соответствуют концепции устойчивого развития. Covestro считает себя пионером в этой области в химической промышленности и использует комплексный подход, охватывающий всю цепочку добавленной стоимости своих продуктов. Компания делает все возможное для разработки продуктов и процессов, которые улучшают жизнь людей, способствуют сохранению нашей планеты и приносят экономическую ценность – это обязательство подкреплено девизом «Люди, планета, прибыль».

Продукты из возобновляемого сырья

Для того, чтобы получить окончательный продукт, требуется сначала преобразование биомассы в основные химические вещества (мономеры). Затем они перерабатываются в полимеры и, наконец, из них получаются конечные продукты. Следовательно, продукты на биооснове получают из возобновляемого источника сырья, и это дает возможность сократить чистые выбросы парникового газа – CO2. Эти преимущества обусловлены в первую очередь фотосинтезом, процессом, посредством которого растения используют солнечный свет для преобразования углекислого газа и воды в биомассу. Биологическое сырье является ресурсосберегающим ответом на ускоряющееся истощение ископаемого сырья.

На сегодняшний день в промышленном масштабе уже произведен ряд базовых химических веществ на биооснове, включая этанол, лизин и лимонную кислоту. И в настоящее время разрабатывается все больше процессов для производства новых химических веществ, примером чего является янтарная кислота на биооснове. Большинство этих производственных процессов основаны на биотехнологии и проводятся в мягких, природосберегающих условиях. За последние годы был достигнут большой прогресс в области биотехнологии, прогресс, который придает больший импульс производству биопродуктов.

Новые производственные процессы концентрируются на химических веществах, которые идентичны уже используемым нефтехимическим мономерам, а также новым химически родственным мономерам.

Использование биомасс Covestro 

Компания оперативно отреагировала на интерес к биопродуктам и успешно интегрировала мономеры на биооснове в производство пластмасс. Компания также рассматривает полимеры с новыми свойствами в качестве возможности получить доступ к новым областям применения и к новым рынкам. В свою очередь, мономеры на биологической основе, идентичные нефтехимическим мономерам, имеют то преимущество, что их можно превратить в известные пластмассы в существующих установках с помощью установленных стандартизированных процессов.

Covestro выступает за использование сырья и мономеров на биооснове, если после тщательного изучения доказано, что они дают долгосрочные преимущества и пользу. Для этого должны выполняться многие критерии. Продукты, изготовленные из биомономеров, должны обладать техническими свойствами, по меньшей мере, такими же хорошими, как и сравниваемые продукты, производимые из продукции нефтехимии. Заготовка и сбор биомассы, а также производство мономеров должны быть экологически безвредными и социально ответственными. Мономеры должны быть всегда доступны в среднесрочной и долгосрочной перспективе в достаточных количествах и по устойчивым, точно рассчитанным ценам.

Использование биосырья для производства пластмасс 

Уже имеется ряд примеров успешного использования возобновляемого сырья на растительной основе в производстве пластмасс. Сегодня биопластмассы получают главным образом из масел (например, из касторового масла) или нерафинированного сахара (например, сахарных культур, таких как кукуруза, сахарный тростник и сахарная свекла).

Ожидается, что это не окажет отрицательного воздействия на производство продуктов питания. Количество пахотных земель, необходимых для производства биопластмассы, слишком мало, чтобы вызвать какой-либо дефицит. Европейская ассоциация биопластмасс провела сравнительное исследование наличия подходящих пахотных земель во всем мире и их использования для производства продуктов питания и кормов для скота, биотоплива и материалов, включая биопластмассы. Исследование показало, что всего 0,01% пахотных земель, имеющихся по всему миру, в 2014 году использовались для производства биoпластмасс. В 2019 году этот показатель составит 0,02%. Если бы все пластмассы на основе нефти, производимые во всем мире (примерно 300 млн т в год), были бы заменены вариантами на биооснове, потребность в сельскохозяйственных землях составила бы всего 0,9% от всей пахотной земли планеты.

Биопродукты на марше 

Covestro давно использует мономеры на основе возобновляемого сырья в своих полимерных продуктах. Одним из основных центров внимания компании являются полиолы на биооснове для производства полиуретанов, которые используются для широкого диапазона применения, от изоляции зданий или холодильного оборудования до матрасов и спортивных товаров. Эти полиолы производятся с использованием растительных масел из клещевины обыкновенной и сои, например, так же как производят сахар из сахарной свеклы, а глицерин из рапса.

В последние годы компания поставляет на рынок все больше инновационных продуктов на биооснове. Сюда относится отвердитель покрытия с содержанием углерода до 70%, полученного из сырьевого кукурузного крахмала. Кроме того, Covestro предлагает серию водорастворимых полиуретановых эмульсий на водной основе для текстильных покрытий. В этих эмульсиях содержится до 65% процентов углерода, полученного из сырья на биооснове.

Новый шаг: анилин из биомассы 

После того, Теперь из биомассы можно получить анилин, исходный материал для получения пенополиуретана. Covestro достигла такого результата сначала в лаборатории в сотрудничестве с партнерами по разработке совершенно нового процесса. До сих пор для производства анилина использовалось только ископаемое сырье, которое играет важную роль в химической промышленности и используется в качестве исходного материала для получения многих продуктов.

После успеха в лаборатории компания Covestro планирует продолжить разработку нового процесса вместе с партнерами по отрасли и по исследованиям. Первым шагом является расширение процесса на пилотном заводе с конечной целью организации производства анилина на биооснове в промышленном масштабе. Это было бы беспрецедентным достижением в химическом производстве.

Уникальное достижение 

Ежегодно во всем мире производится более 4,5 млн т анилина, общий объем выпуска каждый год растет примерно на 5%. Компания Covestro с производственной мощностью около 1 млн т в год является одним из ведущих производителей этого базового продукта. Компании использует анилин в качестве исходного материала для получения пенополиуретана – высокоэффективного изоляционного материала, используемого в зданиях и в холодильных системах.

«Рынок проявляет большой интерес к экологически полезным продуктам, основанным на возобновляемом сырье, – уверен доктор Маркус Штейлеманн, главный специалист по инновациям Covestro.-- Возможность получения анилина из биомассы - это еще один ключевой шаг в направлении уменьшения зависимости химической промышленности и производства пластмасс от ископаемого сырья и колебаний рынка. При этом мы следуем нашему видению сделать мир ярче».

«В настоящее время в разрабатываемом процессе используется возобновляемое сырье и производится анилин с лучшим показателем по эмиссии углерода, чем тот, который производится по стандартной технологии, – рассказал менеджер проекта, доктор Гернот Ягер. -- Это даст возможность нашим заказчикам заметно улучшить показатель по выбросам углекислого газа для их продуктов на основе анилина».

100% углерода из биомассы

В настоящее время в промышленности получают анилин из бензола, сырья, получаемого при переработке нефти. Но вместо него можно использовать технический сахар, который уже получают в промышленном масштабе, например, из кукурузы, соломы и древесины. В новом разработанном процессе применяются бактерии, с помощью которых технический сахар превращают в предшественник анилина. Затем на второй стадии получают анилин с помощью химического катализа. «Это означает, что все 100% углерода в анилине получены из возобновляемого сырья», – объяснил Ягер.

Covestro работает с университетом Штутгарта, Центром катализа САТ Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена (оба находятся в Германии) и с концерном Bayer AG для дальнейшей разработки процесса. «Эта многофункциональная мотивированная команда сочетает в себе весь необходимый опыт на очень высоком уровне и является основой успеха», – уверен Ягер. Долгосрочный исследовательский проект будет получать финансирование в течение двух с половиной лет через FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.), проектное агентство Федерального министерства питания и сельского хозяйства Германии.

C прицелом на будущее 

Переход производства высококачественных полимерных материалов с ископаемого сырья на альтернативную сырьевую основу – это очень сложный процесс. Covestro сотрудничает с университетами и партнерами в данной отрасли по всему миру и по всей цепочке создания стоимости. Компания работает с выдающимися партнерами по нескольким совместным исследовательским проектам, исследующим новые типы мономеров на основе биомассы и CO2, и их использование в полимерах премиум-класса. Катализ, в частности, является здесь ключевым этапом для эффективных процессов, которые позволяют использовать альтернативное сырье в промышленном масштабе и экономически эффективным и экологически обоснованным образом.