Источника углерода в химической промышленности

Ключевым направлением развития зеленой химии – является применение возобновляемого сырья в качестве источника углерода в химической промышленности. Сейчас основным источником являются ископаемые топлива – нефть, газ, уголь. При этом мы истощаем ресурсы Земли. Это уже привело к тому, что стоимость углеводородов очень сильно выросла. Добыча все больше смещается в труднодоступные районы – север, арктический шельф, море и др. Но вторая опасность – возрастающий парниковый эффект, изменения климата Земли. Мы достаем из хранилищ углерод и превращаем его в СО₂ , и таким образом усиливаем парниковый эффект. Этих недостатков лишено производство химических продуктов из растительного сырья. В этом случае дополнительного поступления СО₂ в атмосферу не происходит. На основе растительного сырья можно получить богатую гамму продуктов.

Химию на базе возобновляемых ресурсов стали называть белой химией. «Белая химия» - замена химических процессов на биологические, которые основаны на возобновляемом сырье. Весьма перспективное направление, так как существенно снижает нагрузку на окружающую среду. Развивается белая химия во многих странах. При этом она остаётся частью биотехнологии.

Развитые в промышленном отношении страны уделяют большое внимание переработке возобновляемого сырья. Например, в США поставлена задача - через 25 лет перевести на растительное сырье до 25% химической промышленности. Для этих разработок выделяется более 500 млн. долларов в год. Главная идея программы — использовать для производства топлива, материалов и реагентов солому и другие отходы сельского хозяйства, которые сейчас приходится сжигать

У нас в стране сосредоточено около 7% мировых запасов нефти – не так много. В США берегут свою нефть, она является стратегическим запасом. Мы свою нефть тратим и проедаем.

Важным возобновляемым сырьем являются лигноцеллюлоза и крахмал, получаемые из биомассы растений. Превращение их в сахара открывает путь к ферментативной переработке сахара в органические кислоты (молочную, щавелевую, лимонную и др.), а это путь к огромному числу химических продуктов. Например, дегидратацией молочной кислоты можно получить акриловую, из нее ацетальдегид, этиленгликоль, тетрагидрофуран, пропандиол. Но и сами органические кислоты являются важными продуктами. Например, полилактат – полимер, получаемый на основе молочной кислоты, - это превосходная упаковка для пищевых продуктов, которая за несколько недель разлагается в природе. В 2007 году в США построен завод по производству 500 тыс. т такого пластика.

Самый простой и всем знакомый пример – это спирт из зерна. Этот процесс дешевле, чем производство этилового спирта окислением этилена, последний процесс практически нигде в мире не используется. Стоимость зернового спирта примерно 300 долларов за тонну. Если он благодаря усовершенствованию процесса подешевеет в два раза, он станет выгодным сырьем для производства этилена и полиэтиленов. Такая схема позволяет совершенно отказаться от использования нефти в качестве основного сырья для химической промышленности и перейти к возобновляемым источникам сырья.

Большое значение в развитии имеет стоимость сырья, и поэтому строятся заводы в Бразилии и Таиланде, где сахара дешевле. Из сахарного тростника в Бразилии отжимают сок и затем на нем выращивают микроорганизмы. Отжим используют в качестве топлива, что экономит энергию. В Таиланде, Латинской Америке, в тропических странах Азии и в Африке выращивают растение Кассава (маниока). Вырастают они за два года, имеют большой корнеплод, в котором содержится 60% крахмала. Землевладельцы срубают стебель, затем режут на куски и втыкают их в землю и они заново растут. Корнеплоды используют в пищу или в промышленности. И полезно и выгодно.

 В США запущен завод по производству 1,3-пропандиола. Это вещество сополимеризуют с терефталевой кислотой, и из полимера под названием „Soran“ делают ковролин и обивку для сидений в машинах. В мире его производят около 3–5 млн. т. химическим путем из пропилена. Учёные компаний „Genencore“ и „Dow Chemical“ за несколько лет создали генно-инженерный штамм, который может расти на глюкозе и синтезировать 1,3-пропандиол. Стоимость биотехнологического пропандиола в три дешевле химического. В общем, тут биотехнология побеждает химию. Пока мощность завода не очень велика — несколько десятков тысяч тонн, но ясно, что это производство будущего.

В России все намного сложнее - построить биотехнологический завод сможет только крупная химическая компания, а таких у нас нет. Однако, и в России наметился прорыв в этом напроавлении. «Рисилика» — портфельная компания ООО «Фонд посевных инвестиций РВК» (ФПИ РВК) — запустила на территории столичного технопарка «Технополис «Москвич» укрупненную опытно-лабораторную технологическую линию для отработки технологии производства аморфного диоксида кремния из рисовой шелухи. Полученный продукт, аморфный диоксид кремния (АДК или аэросил), широко используется в химии тонких технологий для фармацевтики, косметической, лакокрасочной промышленности, производства силиконовых резин, герметиков, смазок и композитных материалов. Технологии «Рисилики» относятся к направлению «зеленой химии» (green chemistry) и позволяют выпускать экологически чистую продукцию из неиспользуемых ныне отходов сельского хозяйства — рисовой шелухи и рисовой соломы. В разработанной и запатентованной «Рисиликой» технологии используется уникальное по конструкции оборудование, позволяющее производить соединения кремния полностью используя не только сырьевой, но и термический потенциал рисовой лузги. Применение новой технологии позволит снизить себестоимость производства аэросила по сравнению с существующими технологиями почти в 20 раз.

Микробиологическая промышленность сейчас выходит на первое место по темпам роста среди разных биотехнологий. Уже говорят о третьей волне биотехнологической революции. Первая волна — лекарства: инсулин, гормон роста и другие вещества, вторая — генно-инженерные растения, которые завоёвывают мир, а третья — микробиология.

Развиваются и традиционные производства: аминокислот, полисахаридов, витаминов, каротиноидов. Витамин В₂ уже не синтезируют химически, а получают с помощью микробов. Несколько лет назад в Германии запустили завод на 3 тыс. т, „Bayer“ открыл такой же по мощности завод в Корее. Витамин C микробы производят почти полностью — осталась только одна стадия: окисление кислородом воздуха или марганцовкой. Но это уже практически не химия.

Глутамата натрия делают 1,2 млн. т, его цена — 1,3 доллара за килограмм, а конверсия — 60%, то есть из 1 кг глюкозы получают 600 г глутамата натрия. Некоторые аминокислоты настолько упали в цене, что, возможно, их будут использовать как сырьё для полимеров. Например,если декарбоксилировать лизин, получится гексаметилендиамин, из которого можно делать капрон с себестоимостью около доллара за килограмм.