Д-лимонен в качестве заменителя некоторых химикатов на основе нефти: плюсы и минусы

22.09.2015 • Издатель: Marketpublishers

В настоящее время мировая промышленность и наука прилагают многочисленные, хотя и явно недостаточные, усилия для получения безвредных химикатов на основе биомассы, что составляет фундамент т.н. зеленой химии. Д-лимонен является ярким примером того, как возобновляемый продукт природного происхождения, значительные количества которого ежегодно выбрасываются, может выступать в роли частичного заменителя толуола и других химикатов, получаемых из нефти. Д-лимонен относится к классу терпенов и является ценным продуктом переработки цитрусовых соков и масел холодного отжима. Д-лимонен содержится в эфирных маслах цитрусовых, зонтичных и многих других растений.

В докладе, подготовленном ВОЗ и Международным агентством по изучению рака (МАИР, англ. IARC), указывается содержание Д-лимонена в различных растительных культурах (WHO and IARC, 1993). Исследователи Kerton and Marriott (2013) называют Д-лимонен «промежуточной заменой толуола, ацетона и других хлорсодержащих растворителей». Подобная формулировка явно свидетельствует о том, что Д-лимонену, скорее всего, отводится роль временного решения в парадигме зеленой химии. Тем не менее, области применения Д-лимонена разнообразны. Он используется в производстве косметических средств, химикатов (напр., растворителей, обезжиривателей, красок и проч.), медицинских препаратов (напр., парафармацевтических средств), продуктов питания и напитков (напр., ароматизаторов), инсектицидов, очистителей буровых растворов и другой продукции.

Д-лимонен обладает как неоспоримыми достоинствами, так и явными недостатками. Основным достоинством Д-лимонена является его природное происхождение и способность к биодеградации, что делает его практически безвредным по отношению к окружающей среде и человеку. Некоторые исследования отмечают, что Д-лимонен может вызывать аллергическую реакцию и раздражение кожи, а также оказывать негативное влияние на деятельность почек и способствовать образованию ренальных опухолей у самцов крыс. Кроме того, есть сведения о крайней токсичности лимонена по отношению к рыбам и дафниям (WHO, 1998). Однако, Д-лимонен может считаться слаботоксичным и легко биоразлагаемым в аэробных условиях за исключением некоторых случаев сенсибилизиующего и раздражающего воздействия (WHO, 1998). Он относится к классу неканцерогенных и немутагенных веществ (Kerton and Marriott, 2013), что является важным свойством особенно для пищевой промышленности. Данное свойство выгодно отличает Д-лимонен от таких веществ, как толуол и метиленхлорид.

Д-лимонен характеризуется достаточно высокой растворяющей способностью среди других промышленных растворителей. Значение его индекса каури-бутанол (индекс КБ) составляет 67. Несмотря на критические замечания по поводу оправданности использования индекса КБ (Durkee II, 2014: 39), данный показатель может дать некоторое представление об эффективности различных растворителей. Индекс КБ у Д-лимонена достаточно высок даже по сравнению с такими суперрастворителями, как метиленхлорид (136), трихлорэтилен (130), бензол (105), толуол (толуол с его значением индекса КБ на уровне 103 часто используется как исходная точка для сравнения эффективности различных растворителей) или ксилол (83) (Durkee II, 2014: 38).

К достоинствам Д-лимонена можно, помимо прочего, отнести следующее: а) Д-лимонен не является едким веществом и характеризуется инертностью; б) Д-лимонен имеет приемлемую ценовую конкурентоспособность по сравнению с традиционными растворителями (хотя пищевой лимонен стоит вдвое дороже гексана); в) Д-лимонен можно получить из разнообразного биологического сырья (Kerton and Marriott, 2013). Однако, последнее обстоятельство таит в себе как плюсы, так и минусы. Будучи получаемым из биосырья, Д-лимонену свойственна значительная волатильность цен.

Цена на сырье для получения Д-лимонена зависит от огромного количества взаимообусловленных природных, погодно-климатических, экономических, политических и иных факторов, которые характеризуются высокой степенью географической специфичности. Тем не менее, сырьевой потенциал Д-лимонена огромен. Только годовой урожай апельсинов в 2014 году дал 68 млн. тонн этой продукции, причем 40-60% апельсинов было переработано в апельсиновый сок, а твердые отходы этого производства составляли, по разным оценкам, от 15 до 25 млн. тонн (Wikandari et al, 2015).

Д-лимонену присущи и другие полезные свойства, которые могут пригодиться в различных промышленных процессах (Kerton and Marriott, 2013; Li, Fabiano-Tixier and Chemat, 2014). Например, в сравнении с толуолом, Д-лимонен имеет более высокое значение точки кипения - 178°C против 110°C у толуола, а вот значение давления пара гораздо ниже, чем у толуола – 0,19кПа против 3,8кПа. Необходимо помнить, что при определенных условиях преимущества Д-лимонена могут превращаться в недостатки.

В целом, процесс замены нефтехимикатов на «зеленые» реагенты сталкивается с большим количеством препятствий. Так, по мнению профессора Дэвида Гиббса из Университета Халла (Великобритания), основными препятствиями, мешающими бизнесу и промышленности активно осуществлять переход на зеленые технологии, являются неопределенность правового статуса зеленых технологий и текущие экономические реалии. Так, мировое производство Д-лимонена колеблется в районе 70 000 тонн в год (Kerton and Marriott, 2013), и в нем задействованы, в основном, мелкие производители. Для сравнения, мировое производство толуола в 2014 году составляло 14,8 млн. тонн в год, и его производством занимались химические гиганты, среди которых можно выделить следующие (прим. в скобках указаны суммарные годовые мощности компаний по производству толуола): ExxonMobil Chemical Co. (1 345 000 тонн), SK Energy (1 120 000 тонн), BP (806 000 тонн), Formosa Chemicals and Fibre Corp. (FCFC) (700 000 тонн), Shell (700 000 тонн) и другие. Как следствие, когда идет речь о замене толуола Д-лимоненом в ряде конкретных областей применения, такие понятия как «заменители» или «альтернатива» имеют скорее фигуральный, нежели буквальный смысл. Для полномасштабной замены одних химикатов на другие, потребуются колоссальные сдвиги в сознании и поведении, значительные изменения в законодательстве и регулировании ряда отраслей и экономики в целом, а также другое отношение бизнеса к существующим проблемам.

Чтобы Д-лимонен стал реальной альтернативой нефтехимикатам, он должен демонстрировать возможность нахождения оптимального баланса между энерго- и ресурсоемкостью процесса его производства, себестоимостью, характеристиками, объемами выхода готового продукта и безопасностью для окружающей среды и человека. Последнее обстоятельство определяет главное преимущество Д-лимонена. Кроме того, его выбор должен быть подкреплен соответствующими законодательными инициативами и отношением со стороны бизнеса, а также пониманием тех компромиссов, которые несет этот выбор.

КОНТАКТЫ  

MarketPublishers.ru
Наталия Астер
Тел:  +7 (495) 9692718

[email protected]
MarketPublishers.ru