Каково будущее фторполимеров-на основе или частично био-источников для изготовления оболочек обогревателей?

ПТФЭ производится из плавикового шпата и нефтехимического сырья. Поскольку движущие силы устойчивого развития начинают нарастать, исследования направлены на то, чтобы выяснить, могут ли какие-либо из этих строительных блоков быть получены из возобновляемых альтернатив на биологической-основе, что, возможно, приведет к получению фторполимера с меньшим углеродным следом. долгосрочное видение, а не ближайшая практическая реальность. Будущее обогревателей из фторполимера ПТФЭ на биологической основе будет зависеть от преодоления фундаментальных технологических и экономических барьеров в условиях быстро меняющегося регулирования.

Понимание химии: возобновляемый углерод, минеральный фтор
Атомы углерода в ПТФЭ происходят из мономера тетрафторэтилена (ТФЭ), который обычно получают из природного газа или нефтяного сырья путем фторирования хлороформа. Тот же углерод планируется получать из возобновляемых источников энергии, включая биомассу (растительные масла, крахмал, лигнин), сельскохозяйственные отходы или даже улавливаемый углекислый газ (CO2) био-путем. Но фтор по-прежнему будет происходить из добытого плавикового шпата (фторида кальция), поскольку не существует масштабируемого био-источника элементарного фтора.

Полимер на биологической-основе химически идентичен своему эквиваленту, полученному из ископаемого топлива. Если бы окончательная ПТФЭ-оболочка промышленного нагревателя была изготовлена ​​из ТФЭ биологического происхождения, она вела бы себя таким же образом в отношении температуры плавления (327 градусов), химической стойкости, термической стабильности и механических свойств. Углерод-фтористая основа ПТФЭ очень стабильна и не подвержена биоразложению в окружающей среде. Когда био используется перед ПТФЭ, это обычно означает другую полимерную структуру, которая может быть биоразлагаемой.

Предварительная работа и новые тенденции
Поиск устойчивых решений из фторполимеров расширился до нескольких отдельных направлений исследований, однако ни одно из этих решений еще не было коммерчески применено в оболочках нагревателей.

Био-прекурсоры для ПТФЭ
Продолжаются усилия по выявлению био-прекурсоров для производства ТФЭ, чтобы уменьшить зависимость от ископаемого-сырья. Трудность заключается в химической конверсии: биологическое сырье необходимо перерабатывать в чистый ТФЭ многоэтапными методами, которые в настоящее время гораздо менее эффективны, чем традиционные нефтехимические процессы. Но самым большим препятствием остается экономическая жизнеспособность.

Другие фторполимеры на биологической-основе
Несколько исследовательских групп и стартапов-работают над фторполимерами с пониженной концентрацией фтора или над совершенно новыми химическими соединениями. BioHalo — датский стартап, разрабатывающий энергоэффективную платформу для производства фторированных полимеров на био-основе с использованием возобновляемых источников углерода и отходов. Их биоразлагаемый полимер (F-PHB) обладает такими же водоотталкивающими свойствами,-как и ПТФЭ, но с выбросами парниковых газов на 60 % меньше. Но это структурные альтернативы, а не просто-заменители ПТФЭ, и их полезность при работе с высоко-оболочкой нагревателя, где важны термическая стабильность и химическая стойкость, требует тщательной проверки.

Круглые и переработанные фторполимеры
Аналогичная тенденция – развитие подходов к экономике замкнутого цикла, а не к использованию био-сырья. Компания Syensqo объявила о создании первого в отрасли сертифицированного кругового портфеля фторэластомеров (FKM, FFKM) и смазочных жидкостей, содержащих до 29% плавиковой кислоты, переработанной после промышленной переработки, с помощью механизма массового баланса. Система замкнутого цикла сводит к минимуму потребность в свежем плавиковом шпате за счет извлечения фтора из отходов. Аналогичным образом компания Arkema выпустила возобновляемые сорта ПВДФ-Kynar CTO-, содержащие 100 % возобновляемого приписываемого углерода из сырого таллового масла, побочного-продукта производства древесной целлюлозы. Эти марки ПВДФ химически эквивалентны стандартному ПВДФ и снижают воздействие изменения климата примерно на 20%. ПВДФ не является прямой заменой ПТФЭ во всех применениях обшивки нагревателей, но его возобновляемые сорта указывают на то, что фторполимеры с меньшим выбросом ископаемого-углерода в настоящее время проникают в специализированные отрасли, особенно в литий-ионные батареи.

Альтернативы фторполимерам
Некоторые исследования посвящены материалам, -бесфтористым или с низким-фтором, которые имитируют полезные свойства ПТФЭ. Добавка Incroflo P50 от Cargill, содержащая 86% био-содержание, является альтернативой фторполимерным технологическим добавкам при экструзии полиолефинов. Эта разработка не предназначена для кожухов нагревателей, но она показывает, что рынок отходит от старых фторированных добавок под давлением регулирующих органов.

Рыночная и нормативная среда
Спешка к фторполимерам на биологической-основе не возникает из ниоткуда. В более широком секторе фторхимической продукции происходят структурные изменения, вызванные нормативным давлением на пер- и полифторалкильные вещества (PFAS) в ЕС и Северной Америке. Например, компания 3M объявила, что полностью прекратит производство PFAS к концу 2025 года. Размер рынка фторхимических альтернатив на биологической основе оценивается в 1,0 миллиарда долларов США в 2026 году и, как ожидается, достигнет 3,9 миллиардов долларов США в 2036 году, а среднегодовой темп роста составит 14,6% за прогнозируемый период.

Однако ключевой проблемой устойчивости промышленных оболочек нагревателей из ПТФЭ является не юридическое ограничение (ПТФЭ сам по себе является полимером, а не мелкоцепочечным ПФАС и, как правило, не является объектом запретов на ПФАС), а углеродный след ископаемого мономера ТФЭ-полученного из ископаемого топлива. Этот след будет меньше при использовании био-источника углерода, что соответствует обязательствам клиентов по-нулевой чистой прибыли.

Технические проблемы: почему прогресс медленный
ПТФЭ на биологической-основе все еще находится на горизонте. Коммерциализация сталкивается с рядом серьезных трудностей:

Синтетическая сложность. Полимерный-ТФЭ сорта из биомассы или CO2 требует ряда химических процессов при высокой-температуре и-давлении. Текущие пути синтетической биологии фторсодержащих химикатов находятся на ранних стадиях исследований, и ни один метод получения ТФЭ в промышленном масштабе не разработан.

Экономическая целесообразность. Био-сырье, как правило, дороже, чем нефтехимическое сырье, в пересчете на углерод. Оболочка нагревателя из-тефлоновой ткани на биологической основе, скорее всего, потребует значительных дополнительных затрат, которые конечные-пользователи в отраслях,-чувствительных к ценам, возможно, не будут готовы платить.

Источник фтора: даже если углеродная часть является возобновляемой, фтор по-прежнему добывается из плавикового шпата. Весь экологический след складывается из выбросов углекислого газа в результате переработки, добычи плавикового шпата и производства плавиковой кислоты.

Накипь и чистота: ПТФЭ, используемый для оболочек нагревателей, должен иметь высокую чистоту, чтобы он мог выдерживать воздействие сильных химикатов и термических циклов. Био-синтез может привести к появлению примесей, которые могут повлиять на производительность и потребовать тщательной очистки, что приведет к увеличению затрат.

Влияние на нагревательные трубы в промышленных печах
На рынке промышленного отопления в настоящее время отсутствуют фторполимерные оболочки-на биологической основе (погружные нагреватели с-оболочкой из ПТФЭ, теплообменники,-коррозионностойкие детали). Химическое технологическое оборудование имеет обширные циклы замены и строгие требования к производительности, что создает высокий барьер для замены материалов. ПТФЭ на биологической-основе, химически эквивалентный обычному ПТФЭ, не требует повторной квалификации, но такой продукт не доступен в коммерческих масштабах.

Для альтернативных фторполимеров на биологической-основе с различной химической структурой потребуются обширные испытания на химическую стойкость, термическую стабильность, механическую целостность и долгосрочное-старение в условиях технологического процесса – многолетний-процесс квалификации, который поставщики в настоящее время не могут обосновать, учитывая неопределенный спрос.

Экологические выгоды в краткосрочной перспективе: Эффективность производства
Био-сырье с большей вероятностью обеспечит долгосрочные-экологические преимущества, чем повысит эффективность промышленности. Важными направлениями прогресса являются:

Отказ от использования фторсодержащих поверхностно-активных веществ: Solvay и другие производители фторполимеров обязались поэтапно отказаться от использования фторсодержащих поверхностно-активных веществ (ПФОК и ее заменителей) в производстве полимеров, сводя к минимуму выбросы в окружающую среду.

Переработка и переработка. В настоящее время проводятся исследования по разработке подходов к управлению сроком службы ПТФЭ, включая переработку остатков ПТФЭ в микропорошки для использования в других целях.

Снижение энергопотребления: оптимизируя процессы полимеризации ТФЭ и спекания ПТФЭ, можно снизить углеродный след на килограмм произведенного полимера.

Подходы-баланса массы. Системы учета возобновляемого углерода, используемые Arkema для ПВДФ, предоставляют экономически жизнеспособные средства снижения зависимости от ископаемого углерода без изменения химического состава полимеров. • Сертификация массового-баланса ПТФЭ — вопрос, который остается без ответа.

Они уменьшают воздействие на окружающую среду, не требуя серьезных изменений в химии полимеров или производственной инфраструктуре.

Перспективы на будущее – далекий, но реальный рубеж
Фторполимеры на био-основе для изготовления оболочек обогревателей — интересный, но далекий рубеж в области экологически чистых материалов для промышленного отопления. Ключевой движущей силой является прекращение связи производства полимеров с ископаемым топливом, решение проблемы углеродного следа материала, а не его химической стойкости, которая остается неизменной. Те же свойства, которые делают ПТФЭ столь важным в коррозионно-активной химической промышленности – его исключительная долговечность и инертность – также затрудняют синтез аналогов на биологической основе.

Технически можно получить ПТФЭ на биологической-основе с меньшим выбросом углекислого газа; Существует несколько способов получения возобновляемого углерода. Но ни один из них не достиг коммерческого масштаба. Проблема заключается в экономической целесообразности: ПТФЭ на основе ископаемого-материала дешев, и клиенты должны быть готовы платить больше за альтернативу с низким-углеродом. Нормативные требования вряд ли станут причиной перехода, поскольку ограничения PFAS не распространяются на ПТФЭ. Хотя потребность рынка в товарах для устойчивого отопления, вероятно, будет расширяться, промышленные покупатели, как правило, больше озабочены характеристиками и стоимостью продукта, чем экологическими характеристиками, когда они находятся в противоречии.

Наиболее вероятными событиями в среднесрочном будущем (5-10 лет) являются:

баланс возобновляемой углеродной массы-ПТФЭ: Следуя примеру Arkema с ПВДФ, предложение ПТФЭ может быть сделано с использованием экологически чистого углеродного сырья, сертифицированного третьей стороной-(например, ISCC PLUS), химически эквивалентного обычному ПТФЭ. Такие продукты будут стоить дороже, но их можно-заменить без переаттестации.

ЦИРКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ФТОРА - Расширенное использование восстановленной плавиковой кислоты для производства фторполимеров, о чем свидетельствует Сиенско, что снижает зависимость от чистого плавикового шпата.

Заменители с низким-фтором или-без фтора для менее требовательных применений. Для не-критических применений ПТФЭ можно постепенно заменять полимерами на биологической-основе с поверхностными свойствами,-подобными ПТФЭ, но в обозримом будущем использование обычных фторполимеров в коррозионных химических воздействиях при высоких-температурах останется прерогативой обычных фторполимеров.

В области кожухов промышленных нагревателей для работы с агрессивными химическими веществами традиционный ПТФЭ будет стандартом на многие годы вперед. Прогресс в области обогревателей из фторполимера ПТФЭ на био-основе будет постепенным. Воздействие на окружающую среду будет сокращено за счет-баланса возобновляемого углерода, кругового извлечения фтора и повышения эффективности производства без необходимости использования новых химических соединений полимеров. ПТФЭ, полностью-полученный из биомассы или CO2, – это долгосрочная-цель исследований, а не краткосрочный-коммерческий продукт. Производителям и конечным-пользователям следует следить за пилотными-достижениями и системами сертификации массового-баланса как наиболее реалистичными в ближайшей-срочной перспективе подходами к производству отопительных товаров из фторполимеров с низким-углеродом.