PERPEKTYWY ROZWOJU SYNTETYCZNYCH I NATURALNYCH MATERAIŁÓW POLIMEROWYCH

Transkrypt

1 PERPEKTYWY RZWJU SYNTETYCZNYC I NATURALNYC MATERAIŁÓW PLIMERWYC Zbigniew Florjańczyk Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej Katedra Chemii i Technologii Polimerów Ul. Noakowskiego 3, Warszawa Senat RP - 20 maja 2012

2 PLSKIE KRZENIE 1912 Feliks Wyślicki uruchamia w Tomaszowie Mazowieckim wytwórnię włókien z nitrocelulozy Zespół kierowany przez inż. Wacława Szuszkiewicza opracowuje w Chemicznym Instytucie Badawczym (dziś ICP) oryginalną technologię otrzymywania kauczuku z etanolu C 2 5 C 2 =C-C=C 2 Kauczuk KER 5 ton 1 tona 1936 W Dębicy rusza budowa trzeciej w świecie instalacja do produkcji kauczuku syntetycznego o zdolności produkcyjnej ~ 300 ton na rok. Główni akcjonariusze Zrzeszenie Producentów Spirytusu (1 mln zł), STMIL Poznań (100 tys. zł) Produkcja trwa do 8 września technologia trafia przez Włochy do USA i jest tam wdrożona

3 Polimery PLIMER PLIMERWI NIERÓWNY Euro/kg PRDUKCJA Tanie ogólnego zastosowania < 2 Tworzywa sztuczne, kauczuki, niektóre żywice i lateksy Szlachetne (inżynieryjne) 2-8 Tworzywa termoplastyczne i prekursory sieci polimerowych, o wysokiej odporności termicznej i chemicznej Drogie o wysokich walorach użytkowych, często do specyficznych zastosowań np. foto rezysty dla mikroelektroniki, polimery biomedyczne, membrany transportujące jony, przewodniki i półprzewodniki

4 W PLSCE ELITARNE MATERIAŁY PLIMERWE WYTWARZAMY TYLK W LABRATRIAC AKADEMICKIC Soczewki kontaktowe Komora sztucznego serca Inteligentny nośnik leku Diody świecące kolorami tęczy Elastyczne baterie słoneczne Stały elektrolit w bateriach litowych

5 PTRAFIMY WYTWARZAĆ NIEKTÓRE SKLADNIKI D ZAAWANSWANYC MATERIAŁÓW KMPZYTWYC Motoszybowiec AS 71 Kompozytowe dziecko Politechniki Rzeszowskiej i Politechniki Warszawskiej Składniki polimerowe sa wytwarzane w Polsce i ich jakość jest doskonała Włókno węglowe musimy importować BEING 787- DREAMLINER: ~50 % kadłuba zbudowano z kompozytu epoksyd włókno węglowe Wersja podstawowa (zamówiono już 841) Ilość pasażerów , zasięg km, Max ciężar kg, szczędność paliwa ~20%

6 ŚCIEŻKA RZWJU PRZEMYSŁU CEMICZNEG PLSKA IZBA PRZEMYSŁU U CEMICZNEG PKB per capita [EUR] > Polimery wytwarzane w kraju C D E Polimery wysoko przetworzone: LCP, PES, PEK, PEEK Polimery konstrukcyjne: PA, PM, PUR, Epoksydy, Poliestry A B Chemikalia bazowe C 2, C 3, aromaty Amoniak, Nawozy, Chemikalia nieorganiczne Polimery wysoko tonażowe: PE, PP, PCW, PST, PET, Kauczuki Koszt jednostki na tonę [EUR] W 2010 roku wyprodukowaliśmy ~ 2,3 mln ton polimerów

7 PRZETWÓRSTW TWRZYW SZTUCZNYC JEDN Z KÓŁ ZAMACWYC PLSKIEJ GSPDARKI? DYNAMIKA WZRSTU ZUŻYCIA TWRZYW SZTUCZNYC 2011/ /2005 % % Polska +13,2 +72,6 W Polsce wytwarza się 75 % Dania +5,9 +13,2 plastikowych części do Francja +4,9-12,9 telewizorów i 50% do sprzętu AGD Europa (27) +4,4 + 0,3 produkowanego w Europie PRBLEMY -50% surowców (~1,2mln ton w 2010)) musimy importować podczas gdy Europa jest ich eksporterem (~10,5 mln ton w 2010) -Nie radzimy sobie z zagospodarowaniem odpadów ~9 mln ton na składowiskach

8 SKUTECZNŚĆ UTYLIZACJI DPADÓW Z TWRZYW SZTUCZNYC W RÓŻNYC KRAJAC EURPEJSKIC w 2008 ( Biuletyn Plastic Europe) Dla opakowań1maja 2014 dzysk całkowity 60%; Recykling Spalanie recykling 22,5% Dane dla Polski; Zużywamy ~60kg/ capita dzyskujemy ~ 30% (18% recykling) 2008 ~40% (32% recykling) 2010 Mamy 1 spalarnię odpadów komunalnych, Francja 130, Szwecja czerpie około50% energii cieplnej ze spalania odpadów 20 % 40 % 60 % 80 % 100 %

9 ZASBY I ZUŻYCIE RÓŻNYC ŹRÓDEŁ ENERGII (Chiellini 2002) Źródło Zużycie miliardy ton/rok Zasoby Miliardy ton Biomasa Ropa naftowa Gaz ziemny 1,900 * 140,000 * Węgiel * miliardy metrów sześciennych Przemysł chemiczny zużywa około 10% Biomasy w tym produkcja tworzyw polimerowych zaledwie 0.25% 95% TWRZYW PLIMERWYC JEST WYTWARZANYC Z SURWCÓW PETRCEMICZNYC

10 AKTUALNE STRATEGIE W ZAGSPDARWANIU SURWCÓW DNAWIALNYC W PRDUKCJI TWRZYW PLIMERWYC METDY CEMICZNE -Udoskonalanie metod chemicznej transformacji polimerów naturalnych -- Synteza monomerów z produktów odpadowych np. gliceryny METDY BICEMICZNE -Polimery bakteryjne -- Fermentacyjne metody syntezy monomerów

11 PLIMERY WYTWARZANE PRZEZ BAKTERIE ( Bakteryjne Poliestry oraz Celuloza i inne polisacharydy) Genetyczna modyfikacja bakterii Proces syntezy i ekstrakcji polimeru fermentacja Wyodrębnianie produktów finalnych Surowce: cukry, oleje, odpadowa gliceryna, serwatka etc. R n

12 PRDUKTY FIRMY Nodax TM tworzywa piankowe laminaty i pokrycia papierowe Cena ~ 4 USD/kg Zeneka Bio-Products Strategia Monsanto wykorzystanie roślin transgenicznych (soja, rzepak) Cena ~ 1USD/kg produkty termoformowane

13 PLILAKTYDY UDANY MARIAŻ BITECNLGII I TECNLGII PLIMERÓW C 3 C 3 n polimeryzacja C 3 C 3 Największa Wytwórnia PLA Blair, Nebraska, USA ~140 tys. t/rok degradacja biodegradacja dimeryzacja. C 2, 2 BIMASA biodegradacja C C3 fotosynteza fermentacja Po uruchomieniu wytwórni w Chinach cena polilaktydu spadła poniżej 2 Euro/kg W Polsce 4 duże projekty w ramach PIG: MARGEN (CMPIW), BIGRATEKS (PŁ), BIMASA (PŁ), BIPL (CBMIM) Instalacja Wielkolaboratoryjna PW Wydział Chemiczny Czy dorównamy ekipie Wacława Szuszkiewicza??

14 BIPALIWA CZY BIPLIMERY? BILANS ENERGETYCZNY 1ha 10 ton biomassy = 1 tona ropy 42x10 6 KJ Gdyby biomasa miała być jedynym źródłem energii w Polsce trzeba by mieć do dyspozycji 135mln ha a mamy 31mln ha. BILANS PLIMERWY 1ha 10 ton biomasy 1-1,5 tony tworzywa 2,5 mln ha potrzeba do obecnej produkcji A później i tak można je spalić odzyskując energię Pytanie jaka będzie cena takich tworzyw?

15 SCEMAT BIRAFINERII BLAIR NEBRASKA USA (Cargill, Evonic, Purac) SŁDZIKI BI - PRDUKTY ERYTRITL LIZYNA SKRBIA MDYFIKWANA FRUKTZA KWAS MLEKWY PLA DEKSTRZA BIETANL SKRBIA GLUTEN, ŁUPINY, WŁÓKNA, KIEŁKI KUKURYDZA Wydajność ~ 0,34 kg PLA/kg kukurydzy Zużycie 0,175% produkcji kukurydzy w USA, ~15% dekstrozy wytwarzanej w Blair

16 PRGNZA RZWJU RYNKU BITWRZYW (wartość w miliardach $) Przewidywana roczna stopa wzrostu (CAGR) wyniesie % źródło: 2010; elmut Kaiser Consultancy; Bioplastics Market Worldwide ; Applications, methods, competition, materials, technologies, development Recycling, renewable energy, Production, Consumption. Raporty: Global Markets Direct; Markets and Markets; Environmental Leader Insight

17 SZYBKI WZRST PRDUKCJI TWRZYW BITWRZYW Wzrost zdolności produkcyjnych biopolimerów [źródło: Cargill DW] t Moce produkcyjne rosną w tempie 17-30% rocznie becna produkcja stanowi około 0,15-0,20 % całkowitej produkcji polimerów t t < 50 t 500 t t t

18 PLIMERY SĄ CENNYM SKŁADNIKIEM DPADÓW KMUNALNYC PDDAWANYC SPALANIU Sumaryczny odzysk energii z zużytych opakowań polimerowych (spalarnie komunalne + recykling energetyczny tworzyw ) Spalarnia w Wiedniu Projekt. undertwassera ( ) W Polsce 1. 9 nowych wniosków w konsultacji społecznej d 16 lipca 2010 jest naliczana kara 40 tys Euro/dziennie.

19 KMPSTWANIE PLIMERÓW- CIEKAWA IDEA I WCIĄŻ WIELE PRBLEMÓW Rozpad kubka z polilaktydu Biodegradacja - kompostowanie (C 2, 2 ) -biometanizacja (C 4 ) Proces biodegradacji jest zbyt wolny, aby można go prowadzić w kompostowniach przemysłowych ( C, wilgotność %, 10 tyg.) 0 tyg. 5 tyg. 10 tyg. 13 tyg. 16 tyg. 20 tyg. 27 tyg. 30 tyg. brak N i innych ważnych pierwiastków Wysoka cena: 2-10 Euro/kg 35 tyg. 38 tyg. 42 tyg. 45 tyg. Cena torebki: najtańszej biodegradowalnej 15 centów polietylenowej 2 centy.