Andre forskningsområder, der nu kommercialiseres, omfatter nanoteknologi, bioteknologi og udvikling af biobrændstoffer til at supplere olieforsyningen. Betydelige fordele for miljøet er kommet fra forskning i udvikling af processer, der fører til forbedret oktantal for benzin, vandbaseret maling, erstatninger for chlorfluorcarboner (CFC) og udviklingen af grøn kemi som et aktivt forskningsområde.

Fra forskning til produktion

Forskning, der udføres i industriens og universiteternes laboratorier, er kun det første skridt. Disse opdagelser skal omsættes til realistiske industrielle processer. Det er kemiingeniørens opgave, som er ansvarlig for at omsætte laboratoriekemien til en større skala. At opskalere produktionen fra gram under laboratorieforhold til tusindvis af tons i et industrielt anlæg i fuld skala er et meget omhyggeligt arbejde for kemikere og kemiingeniører. I de mellemliggende faser mellem laboratorieproduktion og produktion i fuld skala er der brug for udstyr, der kan efterligne processen i stor skala og gøre det muligt at finde de mest gunstige betingelser for at opnå et højt udbytte af et produkt med en passende hastighed (figur 7).

Figur 7 Et eksempel, der viser nogle pilotbatchreaktorer, som er adskilte og
fungerer parallelt. En computer styrer hver af dem, og brugerne kan udføre en række
forsøg ved at ændre temperatur, tryk og katalysatorsammensætning.
Med venlig tilladelse fra Cambridge Reactor Design Ltd.

Fotografiet nedenfor (figur 8) viser et mellemstadie, hvor der er blevet lavet et pilotanlæg for at finde de bedst egnede betingelser for den nye OMEGA-proces til fremstilling af ethan-1,2-diol. Dette er et meget vigtigt skridt, da de forhold, der er egnede til processen i laboratoriet, ofte ikke nødvendigvis er egnede, når processen overføres til udstyr i større skala. Der gennemføres således mange eksperimenter under meget nøje kontrollerede forhold for at opnå det maksimale udbytte. De kemikere og kemiingeniører, der udfører dette arbejde, skal også være opmærksomme på, at det maksimale udbytte kan medføre ekstraomkostninger, som gør processen uøkonomisk.

Figur 8 Pilotanlægget til den nye OMEGA-proces til fremstilling af ethan-1,2-diol.
Med venlig tilladelse fra Shell International Ltd.

Hvis dette arbejde er en succes, er den næste fase at fremstille materialet i kommerciel skala, hvilket, som i tilfældet med ethan-1,2-diol, er mange hundrede tusinde tons om året (figur 9). Produktets rentabilitet ligger i udformningen af den reaktor i industriel skala, der er nødvendig for en sikker fremstilling af de ønskede produkter. Kapitalomkostningerne for et sådant anlæg vil sandsynligvis beløbe sig til millioner af dollars.

Figur 9 Det egentlige anlæg til den nye OMEGA-proces til fremstilling af ethan-1,2-diol, der er bygget efter vellykkede forsøg på pilotanlægget. Dette anlæg producerer 750 000 tons diol om året. Med venlig tilladelse fra Shell International Ltd.

Design af et anlæg er et holdprojekt, og kemikere, anlægsdesignere og kemiingeniører udvælger egnede materialer til opførelsen af anlægget. Selv om det almindelige billede er, at kemiske anlæg er lavet af skinnende stål, anvendes der mange andre materialer i deres konstruktion, herunder en lang række forskellige metaller, plast, glas og gummi. Da byggematerialer i sig selv er kemikalier, er det vigtigt at vælge materialer, der ikke reagerer med de kemikalier, der indgår i processen, for at undgå farlige interaktioner, nedbrydning af anlægget eller forurening af produktet.

Konstruktionsmaterialer skal være

• inaktive over for reaktanter, mellemprodukter og produkter
• kan tåle meget høje tryk og temperaturer, når det er nødvendigt
• holdbare.

Den kemiske industri: hvor sikker og hvor miljøreguleret?

Sikkerhed skal stå øverst på den kemiske industris dagsorden, og det er der en god grund til. Mange af dens produkter er potentielt farlige på et eller andet tidspunkt under deres fremstilling og transport. Disse kemikalier kan være faste stoffer, væsker eller gasser, være brandfarlige, eksplosive, ætsende og/eller giftige. Fremstillingsprocesser indebærer ofte høje temperaturer, højt tryk og reaktioner, som kan være farlige, hvis de ikke kontrolleres omhyggeligt. Derfor arbejder industrien inden for de sikkerhedsgrænser, som kræves i national og international lovgivning.

Figur 10 Fluorvandsyre er en meget ætsende væske. Her bliver den
automatisk lastet i en tankvogn.
Med venlig tilladelse fra Mexichem Fluor.

Risici og skader

Selv om den kemiske industri beskæftiger sig med farlige operationer, har den faktisk et lavere antal ulykker end industrien som helhed. Mellem 1995 og 2005 var der i hele den europæiske fremstillingsindustri af alle typer over 4 ulykker pr. 1 000 ansatte, hvilket er dobbelt så mange som i den kemiske industri. Amerikanske data, der er registreret som tabte dage på grund af ulykker, viser en endnu større forskel; antallet af tabte dage i større virksomheder i den kemiske industri på grund af ulykker er fire gange mindre end i fremstillingsindustrien generelt.

Figur 11 Personalet får omfattende uddannelse i brugen af sikkerhedsbeklædning og -udstyr. På dette fotografi udføres der vedligeholdelse af en reaktor, der anvendes til fremstilling af hydrofluoralkaner. Med venlig tilladelse fra Arkema.

Miljøbestemmelser

Der er alvorlig bekymring over visse fremstillede kemikaliers potentielle indvirkning på levende organismer, herunder os selv, og på det naturlige miljø. Disse bekymringer omfatter luft-, land- og havforurening, global opvarmning og klimaændringer, nedbrydning af ozonlaget i den øvre atmosfære og syreregn.

Den kemiske industri har et verdensomspændende initiativ med titlen Responsible Care. Det begyndte i Canada i 1984 og praktiseres nu i over 60 lande. Det forpligter nationale sammenslutninger og virksomheder i den kemiske industri til:

• Kontinuerligt at forbedre viden om miljø, sundhed, sikkerhed og sikring og ydeevnen af vores teknologier, processer og produkter i løbet af deres livscyklus for at undgå skader på mennesker og miljø.
• Udnytte ressourcerne effektivt og minimere affald.
• Rapportere åbent om resultater, resultater og mangler.
• Lytte, engagere og arbejde sammen med mennesker for at forstå og imødekomme deres bekymringer og forventninger.
• Samarbejde med regeringer og organisationer om udvikling og gennemførelse af effektive regler og standarder og om at opfylde dem eller gå videre end dem.
• Giv hjælp og rådgivning for at fremme ansvarlig håndtering af kemikalier hos alle dem, der håndterer og bruger dem i produktkæden.

I USA bruger kemikalievirksomheder over 12 milliarder dollars om året på miljø-, sundheds- og sikkerhedsprogrammer. Dette har f.eks. ført til en reduktion af farlige udslip til luft, jord og vand med 80 % i løbet af de sidste 25 år. En anden miljøforanstaltning vedrører brugen af energi. I de 20 år fra 1994 har den kemiske industri i USA sparet ca. 20 % energi pr. produktionsenhed, og i samme periode faldt energibesparelsen pr. produktionsenhed i EU med 55 %. Udledningen af drivhusgasser pr. produktionsenhed (drivhusgasintensiteten) faldt med henholdsvis 58 % og 75 % i USA og EU mellem 1990 og 2014.

Regler er i kraft i alle større lande. I Europa håndhæves de gennem REACH (Registration, Evaluation Authorisation and Restriction of Chemicals – registrering, vurdering, godkendelse og begrænsning af kemikalier). De ændrer grundlæggende den måde, hvorpå kemikalier fremstilles, sælges og anvendes, ved at skabe en fælles standardiseret ramme for sikker håndtering af kemikalier. REACH pålægger både producenter og importører ansvaret for at sikre, at alle kemikalier, der produceres i mængder på over et ton om året, ikke har en negativ indvirkning på menneskers sundhed eller miljøet. Industrien leverer omfattende dokumenterede oplysninger om alle kemikalier og beslægtede stoffer, der opfylder betingelserne, så brugerne af kemikalierne kan sikre, at der er indført passende kontrolforanstaltninger. Kemikalier, der produceres i mængder på 1000 tons eller mere om året, skal være registreret senest i december 2010, og kemikalier, der produceres i mængder på over 1 ton, skal være registreret senest i juni 2018.

Kun en lille del af kemikalieaffaldet er giftigt eller farligt. De fleste af disse, sammen med materialer, der modstår naturlig nedbrydning, forbrændes ved høj temperatur. Når det er muligt, er det affaldet selv, der leverer brændstoffet til denne proces. De producerede gasser renses og “skrubbes” grundigt, inden de frigives til atmosfæren, og kun asken efterlades til bortskaffelse. Eksempler på, hvordan biprodukter håndteres, kan ses i alle enhederne på dette websted.

Hvad er udfordringerne for den kemiske industri i dag?

Den kemiske industri gennemgår store forandringer på verdensplan. Som vi har set ovenfor, drejer det sig bl.a. om fremkomsten af lande i Mellemøsten og Kina, Indien og Brasilien som producenter af kemikalier i gigantisk skala, både til eget forbrug og til eksport til hele verden. Virksomhederne i disse lande investerer også i anlæg i USA og Europa, mens amerikanske og europæiske virksomheder investerer i anlæg i disse store vækstlande, hvilket gør industrien som helhed fuldstændig international i sin måde at drive forretning på. Udfordringen for virksomhederne i USA og Europa er at reducere deres omkostninger og samtidig sikre, at de overholder den bedste praksis med hensyn til miljøbeskyttelse. Denne bekymring for miljøet behandles i de separate enheder om de enkelte kemikalier.

En ny revolution er på vej. I takt med at olie og naturgas bliver stadig sjældnere og dyrere, søger kemikere efter nye råmaterialer, der kan supplere eller endog erstatte olie og naturgas. Og de genopdager fordelene ved kul (som der stadig er store mængder af, selv om det er et fossilt brændstof, der ikke kan erstattes) og biomasse.

Dermed er cirklen ved at være sluttet. I slutningen af det 19. århundrede og den første del af det 20. århundrede var den organisk-kemiske industri i vid udstrækning baseret på kul og biomasse. Kul blev opvarmet kraftigt i fravær af luft for at danne kulgas (en blanding af brint, metan og kulmonoxid). Som biprodukt blev der dannet en væske (stenkulstjære), som indeholdt mange nyttige organiske kemikalier, herunder benzen, og det faste restprodukt var koks, en uren form for kulstof. Koks var kilden til det, vi i dag kalder syntesegas. Damp blev ledt over den ved høje temperaturer for at give kulilte og brint. En anden kilde til organiske kemikalier var biomasse. For eksempel var kilden til mange C2-kemikalier ethanol, som blev fremstillet ved fermentering af biomasse. C3- og C4-kemikalier som f.eks. propanon og butanol blev også fremstillet i stor skala ved fermentering af biomasse.

Siden da, fra 1940’erne og fremefter, har industrien fundet bedre og bedre måder at bruge produkterne fra raffinering af olie på til at fremstille ikke blot alle de ovennævnte kemikalier, men mange flere. Et eksempel er væksten i den petrokemiske industri med en række nye polymerer, vaske- og rengøringsmidler og et utal af sofistikerede kemikalier, der produceres til lave omkostninger.

Måske ligger den største udfordring derfor i at finde måder at reducere vores afhængighed af ikke-fornyelige ressourcer på. Efterhånden som olie- og naturgasforsyningerne svinder ind, må vi finde måder at bruge de ældre teknologier baseret på biomasse til at fremstille kemikalier på en så miljømæssigt acceptabel måde som muligt, hvad angår energiforbrug og spildevandsproduktion. F.eks. produceres der nu en del ethen og en række polymerer samt meget store mængder ethanol på basis af biomasse.

En anden udfordring er at reducere vores afhængighed af ikke-fornyelige ressourcer til energiproduktion. Den nemmeste måde at gøre dette på er at finde måder at drive vores kemiske anlæg ved lavere temperaturer ved hjælp af katalysatorer eller ved at anvende alternative ruter. Dette er allerede for alvor begyndt, som nævnt i sidste afsnit. Forbruget af energi pr. produktionsenhed er faldet med ca. 55% i EU siden 1994 og ca. 22% i USA siden 1990. Som følge heraf er udledningen af kuldioxid faldet med omtrent det samme i samme tidsrum.

De nye teknologier baseret på nanomaterialer vil også stå i spidsen for fremtidige fremskridt i den kemiske industri, og det vil være vigtigt at sikre, at produktionen af disse revolutionerende materialer er sikker og økonomisk fordelagtig.

Den kemiske industri står over for mange udfordringer i det 21. århundrede, som skal overvindes for at kunne forblive i hjertet af alle større lande. Det er kun derigennem, at industrien kan hjælpe samfundet med at opretholde og forbedre sin levestandard og gøre det på en bæredygtig måde.

Meget af de data, der anvendes i denne enhed, stammer fra offentliggjort arbejde fra CEFIC (Conseil Européen des Fédérations de l’Industrie Chimique, The European Chemical Industry Council) og American Chemical Council.