Riebalų grandinės, kaip ilgos{0}}grandinės struktūros, sudarytos iš kovalentiškai susietų anglies ir vandenilio atomų organinėje chemijoje (paprastai jų centre yra alkilo, alkenilo arba arilo grupės), yra ne tik pagrindiniai tarpiniai produktai tokiose srityse kaip naftos chemija ir bio-pagrindinės medžiagos, bet ir yra „molekulinis tiltas“, jungiantis pagrindines žaliavas. didelės-vertės-pridėtinės vertės produktai.
Vykstant pasauliniam energijos perėjimui, augant ekologiškai chemijai ir išaugus rafinuotų paskesnių programų paklausai, riebalų grandinės pramonė iš esmės keičiasi iš „masto išplėtimo“ į „vertės didinimą“. Jos plėtros tendencijoms būdinga technologijomis{1}}pagrįsta, struktūrinis optimizavimas ir įvairios programos.
1. Žaliavų įvairinimas prieš srovę: nuo iškastinių priklausomybės iki bio{1}}pagrįstų proveržių
Tradicinės riebalų grandinės šerdies žaliavos ilgą laiką buvo naudojamos naftos chemijos būdu-per benzino krekingą, kad būtų gautas etilenas ir propilenas, o po to vyksta polimerizacijos arba funkcionalizacijos reakcijos, kad būtų gaminami įvairaus anglies grandinės ilgio alkanai ir alkenai (pvz., C8-C20 normalūs alkanai ir linijiniai -olefinai). Tačiau pasauliniams anglies dioksido neutralumo tikslams pažengus į priekį, iškastinių išteklių netvarumas ir anglies išmetimo spaudimas verčia pramonę ieškoti alternatyvų. Biologinių-riebalų rūgščių grandinių atsiradimas tapo pagrindiniu laimėjimu. Kaip žaliavas naudojant augalinius aliejus (pvz., palmių aliejų ir sojų aliejų), lignoceliuliozę (pvz., kukurūzus ir cukranendrių bakasą) arba mikrobų fermentacijos produktus, bio-alkanus, riebalų rūgštis ir jų darinius (pvz., biodyzeliną ir bio{11}}paviršinio aktyvumo medžiagas) galima gaminti, naudojant tikslines technologijas, pvz. sukurtos bakterijos. Šių alkanų, riebalų rūgščių ir jų darinių (tokių kaip biodyzelinas ir biologinės -paviršinio aktyvumo medžiagos) struktūra panaši į iškastinio kuro riebalų rūgščių grandines, tačiau jų anglies pėdsakas yra mažesnis.
Tarptautinė atsinaujinančios energijos agentūra (IRENA) prognozuoja, kad pasauliniai bio-riebalų rūgščių grandinės gamybos pajėgumai iki 2030 m. išaugs vidutiniškai 8 %-10 % per metus. Bio-pagrindo linijiniai -olefinai (naudojami gaminant aukštos- klasės polimerus, tokius kaip bio-polietileno rūgštis (ilgai naudojama fa{0}){0} tepalai ir plastifikatoriai) bus pagrindinės proveržio sritys. Pavyzdžiui, „Cargill“ ir „Archer Daniels Midland“ (ADM) kartu sukūrė sojų aliejaus{13}}C18-C22 riebalų rūgščių metilo esterio gamybos liniją, kuri pakeis tradicines naftos{17}}pagrindines tepalų atsargas. Kinijoje įsikūrusi „Cathay Biotech“ naudoja sintetinę biologiją, kad iš kukurūzų gamintų ilgos grandinės dikarboksirūgštis (dikarboksirūgštis, kurių riebalų grandinėje yra 10–18 anglies atomų), tapdama pagrindiniu tiekėju pasaulinėje aukščiausios klasės nailono (pvz., PA56) pramonės grandinėje.
II. Patobulintas tarpinis apdorojimas: funkcinis modifikavimas ir pritaikyta gamyba tampa pagrindiniu konkurencingumu
Riebalinės grandinės vertės tankis labai priklauso nuo tikslios jos molekulinės struktūros kontrolės. Anglies grandinės ilgio, neprisotinimo (dvigubų / trigubų jungčių skaičius) ir funkcinių grupių tipo (hidroksilo, karboksilo, halogeno ir tt) skirtumai tiesiogiai nulemia tolesnių jų taikymo ribas. Šiuo metu pramonė pereina nuo „bendrosios paskirties-masinių produktų“ prie „funkcionalizuotų pritaikytų produktų“. Viena vertus, naudojant katalizinę atranką (pvz., metaloceno katalizatorius ir fermentų katalizę) ir molekulinį pritaikymą (pvz., ozono krekingą ir hidroformilinimą), tiksliai kontroliuojant riebalų grandinių anglies skaičiaus pasiskirstymą (pavyzdžiui, siauras C12-C14 pasiskirstymas aukštos-galybės cheminėms medžiagoms, pvz., stereokonfigūracija, didelės kokybės kasdienėms cheminėms medžiagoms) ir stereokonfigūracija. kvapai) pasiekiamas. Kita vertus, „funkcinio paketo“ produktai yra kuriami taip, kad atitiktų specifinius taikymo poreikius. Pavyzdžiui, asmens priežiūros sektoriuje pridedamas antimikrobinių riebalų alkoholių (tokių kaip C12-C14 alkoholiai) ir drėkinančių riebalų esterių (pvz., trigliceridų) derinys. Naujajame energetikos sektoriuje ličio akumuliatorių elektrolitų priedai (pvz., ilgos grandinės sulfonatai, galintys pagerinti važiavimo aukštoje temperatūroje stabilumą) ruošiami sulfonuojant ir fosforilinant, kad būtų pakeistos riebalų grandinės.
Ši tobulinimo tendencija skatina didesnę pramonės koncentraciją. Įmonės, turinčios mokslinių tyrimų ir plėtros galimybių bei pritaikytas paslaugas (pvz., BASF, Dow Chemical ir Zanyu Technology Kinijoje), užmezga glaudžius ryšius su tolesniais klientais, taikydamos „pagrindinių žaliavų ir pritaikymo sprendimų“ modelį. Paimdamos kasdienę chemijos pramonę kaip pavyzdį, pirmaujančios tarptautinės įmonės įpareigojo riebiosios grandinės tiekėjus teikti visas -procesų paslaugas – nuo molekulinio projektavimo iki veiksmingumo patikrinimo. Vieno produkto bendrasis pelno marža yra 20 %-30 % didesnė nei bendrosios paskirties produktų.
III. Tolesnių taikomųjų programų atnaujinimas: iš „Pramoninių pagalbinių medžiagų“ į „Pagrindines funkcines medžiagas“
Tradiciškai riebalų grandinės buvo naudojamos pagrindiniuose sektoriuose, tokiuose kaip aktyviosios paviršiaus medžiagos (sudaro daugiau nei 40 % viso pasaulio suvartojimo), tepalų priedai ir plastiko apdorojimo pagalbinės medžiagos. Tačiau tobulėjant technologijoms, jų skverbtis į aukščiausios klasės-sektorius, pvz., naujos energijos, biofarmacijos ir elektroninės informacijos, sparčiai išaugo.
Naujajame energetikos sektoriuje riebalų grandinės yra pagrindinė kietojo kūno{0}}baterijų elektrolitų ir vandenilio kuro elementų membraninių elektrodų žaliava. Pavyzdžiui, joniniai skysčiai, kuriuose yra ilgų anglies grandinių (pvz., bis(trifluormetansulfonil)imido druskų riebalų grandinės dariniai), gali būti naudojami kaip ličio metalo baterijų elektrolitų priedai, stabdantys dendrito augimą ir pagerinantys sąsajos stabilumą. Fotoelektros sektoriuje alifatiniai poliolefinai (pavyzdžiui, C6-C8 kopolimerai) naudojami kaip pagrindinės dervos kapsuliuojamoms plėvelėms. Jų mažas vandens pralaidumas ir didelis atsparumas oro sąlygoms gali pailginti modulio tarnavimo laiką iki daugiau nei 30 metų.
Biofarmacijos sektorius išnaudoja riebalų grandinių biologinį suderinamumą ir tikslinius privalumus. Įrodyta, kad trumpos-grandinės riebalų rūgštys (pvz., sviesto rūgštis ir kaprono rūgštis) reguliuoja žarnyno florą ir yra naudojamos uždegiminėms žarnyno ligoms gydyti. Ilgos-grandinės riebalų alkoholiai (pvz., cetilo alkoholis ir stearilo alkoholis) yra pagrindiniai tepalų pagrindų ir transderminių vaistų tiekimo sistemų nešikliai, reguliuojantys vaistų išsiskyrimo greitį koreguodami jų molekulinę masę. Daugiau-pažangiausių pritaikymų apima riebalų grandinės-modifikuotus nanonešiklius (pvz., polietilenglikolio-riebalų grandinių konjugatus), siekiant pagerinti tikslinį vaistų nuo vėžio tiekimą.
Elektronikos ir informacinių technologijų sektoriuje riebalinių grandinių izoliacinės ir lanksčios savybės puikiai tinka lanksčioms spausdintinėms grandinėms (FPC) ir puslaidininkinėms pakavimo medžiagoms. Pavyzdžiui, fluorinti riebalų grandinės polimerai (pvz., politetrafluoretileno dariniai) gali būti naudojami kaip izoliacijos sluoksniai aukšto -dažnio ryšio kabeliuose, siekiant sumažinti signalo praradimą. Riebalų grandinių junginiai, kurių sudėtyje yra silicio -(pvz., siloksano-riebalų alkoholio kopolimerai), naudojami kaip streso buferiai lustų pakuotėse, siekiant pagerinti įrenginio patikimumą.
IV. Iššūkiai ir ateities kryptys: ekologiškas, protingas ir pasaulinis bendradarbiavimas
Nepaisant daug žadančių perspektyvų, riebalų grandinės pramonė vis dar susiduria su daugybe iššūkių: pirma, didelio masto-bio-pagrindo žaliavų gamybą riboja žaliavų tiekimo stabilumas (pvz., augalinio aliejaus kainų svyravimai) ir techninis bei ekonominis pagrįstumas (bio-fermentacijos sąnaudos yra 15 %-}petroleto metodų didesnės nei 60 %); antra, aukštos klasės produktų moksliniams tyrimams ir plėtrai reikia didelių investicijų (vieno pritaikyto riebalų grandinės produkto kūrimo kaina yra maždaug 5–10 mln. juanių), o mažosioms ir vidutinėms įmonėms trūksta naujovių galimybių; trečia, pasaulinės prekybos kliūtys (pvz., ES REACH reglamente nustatyti toksiškumo apribojimai ilgos grandinės organiniams junginiams) padidina eksporto atitikties išlaidas.
Ateityje pramonės laimėjimai bus sutelkti į tris pagrindines sritis: pirma, ekologiškų procesų naujovėms, pvz., elektrokataliziniam CO₂ redukavimui, siekiant susintetinti trumpos{0}}grandinės alifatinius alkanus (pakeičiančius tradicinius iškastinius kelius) ir fermentinį didelio -optinio{2}}grynumo sunkiųjų metalų katalizatorių riebiųjų metalų gamybą; antra, išmanusis įgalinimas, naudojant AI molekulinį modeliavimą, kad būtų galima numatyti alifatinių grandinių struktūros -našumo ryšį ir paspartinti pritaikytų produktų kūrimo ciklą; ir trečia, pasaulinė plėtra. Pirmaujančios įmonės sukurs gamybos bazes žaliavų gamybos srityse (pvz., Pietryčių Azijos palmių aliejaus gamybos regionuose ir Pietų Amerikos sojų pupelių gamybos regionuose), susijungdamos ir įsigydamos bendras įmones, taip sumažindamos logistikos išlaidas ir palengvindamos artumą prie galutinių rinkų.
Numatoma, kad tobulėjant technologijoms ir didėjant paklausai, alifatinės grandinės iš „užkulisių pagalbinio vaidmens“ chemijos pramonėje taps „pagrindine medžiaga, skirta naujovėms keliuose- sektoriuose“. Jų vertė pramonės grandinėje taip pat pasikeis nuo „masto pranašumų“ prie „technologijų aukščiausios kokybės“ ir galiausiai taps svarbia parama atnaujinant pasaulinę aukščiausios klasės gamybą.