Круговая экономика и цифровизация станут двумя наиболее важными тенденциями в химической промышленности Германии по мере приближения к 2030 году.
Химические вещества, используемые в таких продуктах, как пластмассы и удобрения, тщательно изучаются на предмет их негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека. Удивительно, но химическим веществам, используемым для кислот и смазочных материалов, уделяется гораздо меньше внимания, но при неправильном обращении вредные последствия этих процессов не лучше.
Большинство промышленных секторов используют химические вещества на определенном этапе своих процессов, от автомобилестроения до медико-биологических наук и от потребительских товаров до нефти и газа. В большинстве случаев химическая эффективность может быть поразительно низкой, а химический выход - процент количества химического вещества, потребляемого или преобразуемого в ходе химической реакции, - часто составляет менее 50 процентов. Это означает, что половина химикатов становится отходами, ни разу не использовавшись. В некоторых промышленных процессах химический выход может составлять всего 5 процентов. Кроме того, для целей утилизации отработанные химические вещества должны быть преобразованы в воду, которую можно сбрасывать, и в отработанный шлам, который можно сжигать или закапывать. Это преобразование потребляет дополнительные химические вещества. Например, щелочь используется для нейтрализации кислотных стоков, а известь - для извлечения отработанных химикатов.
Мы знаем, что с химическими отходами часто не обращаются должным образом с экологической точки зрения. Многие промышленные объекты по-прежнему выбрасывают отработанные химические вещества непосредственно в окружающую среду, не обращая внимания на надлежащую очистку, что приводит к загрязнению воды, почвы и воздуха. Доходы индийских сельскохозяйственных угодий, расположенных рядом с «сильно загрязненными» промышленными объектами, сократились на 9 процентов только из-за промышленного загрязнения воды. Недавнее исследование показало, что около половины крупных промышленных предприятий Техаса загрязняют реки, озера и другие водоемы незаконным образом.
Многие промышленные объекты по-прежнему выбрасывают отработанные химические вещества непосредственно в окружающую среду, не обращая внимания на надлежащую очистку, что приводит к загрязнению воды, почвы и воздуха.
Меньше внимания уделяется тому, что такое неправильное обращение с химическими веществами влияет и на экономику компаний. По данным ОЭСР, многие плохо понимают свои затраты на управление химическими веществами. Тем не менее, отношение этих затрат к затратам на покупку химикатов оценивается в пределах от 5:1 до 10:1. Следовательно, на каждый евро купленных химикатов дополнительно тратится от 5 до 10 евро на управление ими (PDF).
Компании могут принять новые стратегии использования химических веществ, циркулируя молекулы, связанные с химическими веществами, которые достигли конца срока службы, и повторно использовать химические вещества более одного раза. Это позволит сохранить ценность этих химикатов при одновременном снижении их воздействия на окружающую среду.
Рециркуляция отработанных химикатов
Согласно недавнему исследованию, до 60 процентов молекул европейской химической промышленности, поставляемых промышленности и конечным пользователям, могут быть рециркулированы. Однако сегодня очень немногие химические вещества, используемые в промышленных процессах, перерабатываются. В Соединенных Штатах восстанавливается только 0,7 процента растворителей. Тем не менее многие химические вещества, в том числе растворители, кислоты и смазочные материалы, можно восстановить с помощью таких процессов, как дистилляция, фильтрация или химическая регенерация.
На протяжении более 50 лет Speihim Processing, дочерняя компания Séché Group, занимается регенерацией отработанных растворителей с использованием различных технологий дистилляции (вакуумная дистилляция, дистилляция при пониженном давлении и т. д.) в трех местах во Франции. Эта индивидуальная обработка позволяет группе получить характеристики нового растворителя экономичным способом.
Промышленные объекты, потребляющие большое количество химикатов, могли бы инвестировать в специальные установки по переработке. Производители углеродистой стали, например, потребляют большие объемы соляной кислоты для травления стали и используют установки регенерации кислоты для преобразования отработанной кислоты, поступающей с линии травления, в свежую кислоту.
Промышленные объекты, которые не могут позволить себе инвестировать в установки регенерации на месте, по-прежнему имеют возможность перерабатывать свои химикаты за пределами предприятия. Филиал Montrose фармацевтической группы GSK использует растворитель метиловый спирт в своем промышленном процессе. После использования спирт собирается поставщиком, перерабатывается и возвращается в GSK. Качество переработанного растворителя идентично исходному. Управляя метиловым спиртом в замкнутом цикле, GSK сократила количество отходов на 1 200 тонн и свои затраты более чем на 282 000 долларов в год.
Промышленные объекты также могут покупать и продавать переработанные химикаты. При содействии Veolia производитель диоксида титана Cristal Group преобразует кислотные стоки и выделяемый CO2 в три ценных ресурса (кислоту, гипс и бикарбонат натрия или калия), которые будут продаваться или повторно использоваться. В Нидерландах InterCheM перерабатывает растворители для своих клиентов, а также продает переработанные растворители.
Использовать химикаты в каскаде
Химикаты можно не только перерабатывать, но и использовать повторно. Благодаря «промышленному симбиозу» отработанные химикаты одного промышленного процесса могут стать сырьем для другого. Например, хлорид железа, побочный продукт травления стали в соляной кислоте, можно использовать в процессах очистки воды.
CO2, в основном побочный продукт процессов горения, редко используется повторно и попадает в атмосферу в виде вредного парникового газа. Вскоре он сможет заменить нефтехимическое сырье для производства химикатов и полимеров. Siemens и Evonik проводят исследовательскую программу по производству основных и специальных химикатов, таких как этилен, из CO2. Было подсчитано, что от 5 до 10 процентов от общего объема выбросов углекислого газа можно использовать для производства химикатов и топлива. Использование CO2 в качестве сырья для производства химикатов будет недостаточно для смягчения последствий изменения климата, но, безусловно, станет шагом в правильном направлении.
Химические промышленные парки, в которых компании, производящие и использующие химические вещества, находятся в общей собственности в удобных местах для реализации синергии. В Китае химико-промышленный парк Мидонг позволил объединить 32 отрасли, что позволило ежегодно обмениваться более чем 4,74 миллионами тонн нежелательных материалов между 18 промышленными компаниями.
Оплата за функцию
Возможно, лучший способ управления химическими веществами - платить за предоставленную функцию, а не за потребленное количество. Solvic, дочерняя компания Solvay в Антверпене, производит основные химикаты для производства поливинилхлорида (ПВХ). Этот производственный процесс включает использование высококонцентрированной серной кислоты для сушки хлора.
Вместо того, чтобы отправляться на очистные сооружения, отработанная кислота возвращается поставщику, регенерируется до качества, необходимого для процесса сушки, и отправляется обратно в Solvic, которая платит за тонну высушенного хлора, а не за тонну серная кислота.
Бизнес-модель, ориентированная на оказание услуг, которая смещает акцент с увеличения объема продаж химических веществ на подход с добавленной стоимостью, называется химическим лизингом. В модели химического лизинга производитель в основном продает функции, выполняемые химическим веществом, а функциональные единицы являются основным основанием для оплаты. Функциональными единицами могут быть, например, количество очищенных изделий или площадь покрытия.
Впереди вызовы
Если рециркуляция молекул приносит много преимуществ, она не обходится без проблем, начиная с потребления энергии. Ключевое отличие химических продуктов от изделий из стекла и стали заключается в том, что производство химических продуктов требует модификации молекулярных связей. Эта модификация по своей сути меняет природу самого продукта и, следовательно, является более энергоемкой.
Дистилляция, например, является наиболее часто используемой технологией для регенерации растворителей и очень энергоемкой. Тем не менее, анализ жизненного цикла по-прежнему показывает, что экологические преимущества переработки растворителей заслуживают внимания.
Начало работы
Каждый потребитель химикатов должен оценить экономическую и экологическую выгоду рециркуляции молекул, по крайней мере, для химикатов с высоким потенциалом, обычно исходя из стоимости, объема и опасности. Пользователи химических веществ должны вместе со своими поставщиками оценить доступные технологии разделения и переработки, такие как мембранная фильтрация и ионный обмен или дистилляция. Им следует искать близлежащие промышленные объекты, готовые использовать отходы в качестве ресурса или предоставлять свои отходы в качестве сырья.
До недавнего времени выявление такой синергии было сложной задачей, поскольку большинство компаний не желали делиться данными об используемом сырье или производимых ими отходах. Но новые технологии решают эту проблему. Используя открытые и большие данные, веб-платформа iNex Circular может определить потенциальную синергию для данного химического вещества на определенной территории. Чтобы снизить затраты на утилизацию химикатов, компаниям следует проанализировать, как их очистные сооружения могут быть перепроектированы для производства энергии, чистой воды и химикатов, а не для переработки отходов. Потому что, согласно журналу Scientific American, «будущее сточных вод - это сила и прибыль».
Сегодня производители и потребители химической продукции должны коренным образом изменить методы своей работы. Они должны производить и использовать химикаты, которые «безобидны по замыслу». Им необходимо разрабатывать и управлять химическими веществами и процессами, чтобы обеспечить рециркуляцию молекул.
Стоит вспомнить слова Р. В. Хофманна, бывшего президента лондонского Королевского химического колледжа: «На идеальном химическом заводе, строго говоря, нет отходов, а есть только продукты. Чем лучше настоящий завод использует свои отходы, чем ближе он становится к своему идеалу, тем больше прибыль."
Гофманн сказал это в 1848 году, но это утверждение актуально как никогда. Чего мы ждем?