Биосырьё: современная экспериментальная база.

Одно из наиболее актуальных направлений развития современной науки призвано радикальным образом снизить отрицательное влияние производственных процессов на экологические параметры окружающей среды.

Кроме того, в сферу «Зеленой химии» попадают также действия, связанные с модернизацией любых промышленных процессов, если целью подобной модернизации является защита экологии.

Так, к числу подобных действий относят, в частности, применение биокатализа. Основополагающие принципы «Зеленой химии» предусматривают решение проблемы скрупулезного отбора базовых материалов, а также исключение использования в процессе производства вредных компонентов.

На современном этапе могут быть выделены важнейшие направления развития научных знаний, связанные:

• с новыми методами синтеза (традиционно к их числу относят реакции с использованием катализаторов);

• с возобновляемыми базовыми реагентами;

• с применением ионных и сверхкритических жидкостей вместо стандартных растворителей.

Однако, по-прежнему, ключевое значение биотехнологии имеют при создании разнообразных химических продуктов из возобновляемых материалов (в том числе, из биомассы растений – лигноцеллюлозы и крахмала).

Мощный импульс разработкам в упомянутой сфере придали явления нефтяного кризиса в 70-ых годах прошлого столетия. Именно тогда, ввиду резких скачков цен на нефтепродукты, американскими специалистами были разработаны технологии получения топливных спиртов из кукурузы посредством использования микробов.

В настоящее время мировой индустрией потребляется около 2,7млн. тонн экологических материалов. С точки зрения аналитиков, к 2030 году ожидается рост спроса на подобные продукты более чем на 50%.

Современные тренды, демонстрируемые химическим рынком, этот довод подтверждают. Так, французским концерном Arkema из пшеничной соломы была произведена солидная партия этанола. По мнению специалистов концерна, данный материал нередко подвергается неоправданной социальной обструкции ввиду его конкуренции с пищевыми продуктами.

При этом концерн Arkema применяет этанол, принадлежащий ко 2-му поколению, чтобы самым наглядным образом проиллюстрировать процессы преобразования соломы в этиленовые материалы, используемые для ЛКМ. Еще одним предметом гордости компании стали полиамиды, производимые из касторового масла.

Данный продукт находит широчайшее применение, в частности, в сфере производства различных автомобильных компонентов.

Эксперты убеждены, что упомянутые полиамиды демонстрируют значительное превосходство перед материалами, выполненными на основе нефтепродуктов. Немалого успеха на указанном направлении достигли и американские специалисты, разработавшие на базе биоматериалов специализированные покрытия. Такие покрытия наделены превосходными антибактериальным характеристиками.

Так, исследовательским коллективом Kessler было применено соевое масло в целях изготовления особых полимеров, обладающих высокими экологическими свойствами. В структуру упомянутых полимеров были введены катионные заряды. По словам одного из ведущих специалистов университета Айовы, Б. Брем-Штечера, антимикробными пептидами демонстрируются высокие защитные свойства. По мнению мирового научного сообщества, подобные материалы чрезвычайно востребованы в любых отраслях промышленности. Сегодня коллектив группы Kessler трудится в направлении увеличения периода защитного воздействия и создания лакокрасочных продуктов на базе биоматериалов, стойких к бактериальным, грибковым и вирусным поражениям. Что касается технических особенностей производства, любые производные полиэтилена могут быть изготовлены на основе сахара. Проблема состоит лишь в достижении высокой рентабельности этих производственных процессов. Ежегодно в мире производится свыше 150млн. тонн этих продуктов, при этом базовым сырьем для изготовления 99% указанных объемов служит ископаемое топливо. Сегодня популярностью пользуются многие типы биопластиков.

Так, к числу наиболее востребованных из них относят ПЛА (полилактиды). Полилактиды содержат молочную кислоту и вырабатываются из сахарного тростника, а также кукурузы. Упаковочные материалы из ПЛА признаются экологически чистой альтернативой традиционным пластикам, произведенным на базе нефтепродуктов. В частности, при производстве ПЛА в окружающую среду выделяется почти наполовину меньший объем углекислого газа, а разлагаются подобные материалы не более 2-х лет. Ведущие отраслевые эксперты выражают мнение, что биодеградируемые полилактаты с успехом способны заменить продукцию, подобную полиэтилену и полипропилену, при производстве упаковки.

С технологической точки зрения, имеется определенная сложность в производстве биосырьевых пластиков, поскольку процессы ферментации биосырья, происходящие в присутствии дрожжей, весьма сложно контролировать. Совсем нередко в результате подобных реакций образуются минимальные количества требуемых продуктов. В ходе решения упомянутых проблем наблюдается применение молочной и янтарной кислот в значительных объемах для промышленного получения полимеров. Высокие ценовые параметры исходного сырья также относятся к числу «факторов торможения». Достаточно распространено такое профессиональное мнение, что к 2020году стоимостные характеристики традиционной и биологической пластиковой продукции станут равными. Сегодня свыше половины мирового спроса на биопластики покрывают четыре химических гиганта: Innоviа, Саrgill, Novаmоnt, Arkеma.

Весьма перспективны также разработки исследовательских групп Мitsui и Теllуs. Огромное воздействие на процессы включения биотехнологий в различные промышленные сегменты оказывают процедуры государственного экологического регулирования.

В этом плане наиболее эффективными следует признать действия правительства США. В частности, наибольший интерес вызывают последствия принятия закона о биомассе и специальной энергетической программы, регулирующей процедуры утилизации отходов.

Можно с уверенностью отметить, что упомянутый опыт нашел свое развитие в таком современном научном направлении, как «Зеленая химия». А ведь еще совсем недавно западноевропейское научное сообщество вело речь не о полномасштабных протекционных мерах, а лишь о некотором недоверии к ГМО. Сегодня специалисты убеждены: именно посредством биотехнологий можно обеспечить потребителей дешевыми и полностью безопасными продуктами. Упомянутый довод подтвержден всеми мировыми химическими гигантами, поставившими на поток осуществление научных разработок в сфере биологического сырья.

В частности, целый ряд подобных инновационных проектов запущен концерном Ваyer. Ключевые цели исследовательского центра концерна специалисты связывают с созданием к 2015году новых продуктов на базе двуокиси углерода.

С 2011года в немецком Леверкузене под эгидой корпорации уже функционирует комплекс, обеспечивающий химическую переработку углекислого газа в целях выработки энергии. Несомненными успехами ознаменовался 2012год для немецкого концерна BASF, принявшего решение о выработке новых научных подходов к производству из возобновляемых материалов акриловой кислоты. Особое внимание менеджмент BASF обращает на возможности, предоставляемые сотрудничеством с другими мировыми химическими гигантами. Результатом подобного сотрудничества стал выпуск акриловой кислоты как основного компонента клейковидного сырья, получаемого посредством окисления пропиленов.

Технологи BASF свидетельствуют, что в ближайших планах концерна – попытка применения акриловой кислоты в целях производства полимеров, обладающих особыми характеристиками впитывания. Еще одним весьма перспективным направлением в исследованиях BASF специалисты называют разработки в сфере изучения и использования янтарной кислоты. Целый ряд практических экспериментов доказал возможность получения упомянутого соединения при помощи особых бактерий.

Данные технологические процессы признаются эффективными с экономической и экологической точки зрения ввиду применения возобновляемого исходного сырья и возможности фиксации углекислого газа.

Специалистам концерна удалось доказать, что биологические материалы являются весьма удачной альтернативой нефтехимическим продуктам в сфере промышленного выпуска продукции, подобной пластмассам, смолам, растворителям, полиуретанам, пластификаторам.

Следует отметить, что не только концерн BASF демонстрирует успешные результаты в области изготовления сырьевых материалов на базе янтарной кислоты. В частности, впечатляющие результаты в данной области демонстрируют группы Неlm и Rеvеrdiа.

Указанные компании пользуются запатентованными методиками, сопряженными с ферментацией дрожжей в целях их использования в технологиях производства ЛКМ.

Очень перспективным эксперты признают сотрудничество ведущих американских компаний в вопросах разработки катализаторов для ВDО, ТНF, GВL на такой базе, как янтарная кислота, изготавливаемая посредством ферментации возобновляемых материалов.

Упомянутые процессы считаются рентабельными, ввиду малых энергетических расходов. Ряд американских химических компаний, в частности, ВiоАmвеr, объявил о своих планах применения сельскохозяйственных отходов и сахарного тростника в качестве базового сырья. При этом следует отметить, что любые проекты, ориентированные на разработку экологических разлагающихся биополимеров, все же требуется относить к числу экспериментальных.

Перевод упомянутых проектов в категорию полномасштабных промышленных производств возможен только при условиях снижения себестоимости технологического выпуска, устранения проявлений лоббизма со стороны крупных игроков отраслевого рынка, разработки биоматериалов с широким спектром потребительских свойств.

Следует отметить, что западный сегмент рынка биоматериалов продолжает стремительно расти. Несколько иным образом складывается ситуация в России. Производители демонстрируют явное нежелание производственного развития, связанного с внедрением биотехнологий. Что касается общественных настроений, то они разделились. Часть научного сообщества рассчитывает на скорое финансирование подобных направлений, вторая часть выражает скептицизм относительно перспектив развития упомянутых технологий.

Один из ведущих специалистов отрасли, профессор М.Кирхер, рекомендует концентрировать внимание на совершенствовании способов переработки биоматериалов, в частности, лигноцеллюлозы.

Что касается мнения М.Кирхера о российских биотехнологиях, то, с его точки зрения, сегодня в стране ведется изучение особенностей ферментативной переработки таких продуктов, как опилки и солома. Предполагается, что в ближайшей перспективе будет возможным применение биотехнологий в целях, связанных с химическим синтезом сингазов. Указанные задачи решаются при помощи промышленной биотехнологии. В решение этих проблем множество компаний готово инвестировать огромные ресурсы.

В этой связи интересной представляется также точка зрения президента биотопливной ассоциации России А.Аблаева, согласно которой российскому биотехнологическому направлению свойственно в настоящее время некоторое оживление ввиду принятия закона, обеспечивающего правовое регулирование указанной отрасли. Однако потребуется некоторый период времени для реализации многочисленных задач, связанных с эффективным применением биосырья.

Рыночную нишу, по словам А.Аблаева, следует формировать, исходя из государственных интересов, при помощи, например, дополнительного налогообложения карбоносодержащей продукции. В ином случае российские предприятия рискуют войти в число поставщиков биомассы для западноевропейских высокотехнологичных предприятий. Это означает, что можно говорить о впечатляющих свидетельствах в пользу выгодности биотехнологий и их серьезном потенциале, сдерживаемом инерцией мышления многих игроков химического рынка.

Однако аналитики прогнозируют изменение этой ситуации ввиду реализации мер государственной поддержки и привлечения общественного внимания с помощью специальных конференций. Именно мероприятия подобного формата способны коренным образом изменить отношение потребителей к технологическим процессам такого рода. Следует отметить, что процедуры внедрения экологических инноваций в производство стремительно развиваются.

В частности, уже объявлено о необходимости осуществления деятельности, связанной с созданием «зеленых» кластеров, способствующих, в том числе, оптимизации утилизационных процессов. Предполагается, что существенную роль в развитии биотехнологий сыграет и факт признания текущего года Годом Окружающей природной среды. Несмотря на то, что российская индустрия пока не в состоянии продемонстрировать существенное число высокоэффективных экологических проектов, определенные успешные разработки все же имеются.

Так, новосибирским лакокрасочным заводом «Радуга» была изменена рецептура лессирующих антисептиков с включением в нее натурального льняного масла. Получаемые конечные продукты не содержат токсичных элементов и придают покрытиям высокую эластичность, водостойкость, а также паропроницательность.

Существенного успеха российским производителям удалось достигнуть и в сфере разработок биотопливных лакокрасочных продуктов на базе этанола, выделяемого в процессе переработки жмыха. Но, по мнению экспертов, данное производство не станет массовым вплоть до полного истощения российских нефтяных запасов.

Однако, в конечном итоге, перспективы использования биосырьевых продуктов определяются наличием спроса на подобные материалы.