Keemiatööstusest

Üldist

Keemiatööstus on Euroopa majanduse oluline osa ja selle uuenduslikud lahendused on hädavajalikud madala süsinikusisaldusega ja ringmajanduse tagamiseks nii Euroopas kui ka väljaspool selle piire.

Oma 1875. aasta romaanis „Saladuslik saar” kirjutas Jules Verne „Usun, et ühel päeval kasutatakse vett kütusena, et vesinik ja hapnik, mis seda moodustavad, eraldi või koos, pakuvad ammendamatut soojus- ja valgusallikat, millega kivisüsi ei suuda võistelda.

Keemiatööstus näeb kõvasti vaeva, et Jules Verne  unistus teoks teha. Fossiilkütuste asendamisel vesinikuga on palju eeliseid. Keskkonna jaoks on kõige olulisem see, et vesiniku põletamisel eraldub ainult veeauru. Keemiatööstus ei saa kasutada vesinikku mitte ainult enda heitkoguste vähendamiseks, vaid seda kasutavad ka teised tööstusharud. CO2 heitkoguseid saab  katalüsaatori abil toota metanooliks. Sel viisil toodetud metanooli saab kasutada madala heitgaasiga kütusena autodele, rongidele, laevadele ja isegi lennukitele. Samuti sellisel meetodil toodetud metanoolist formaldehüüdid  ja polüpropüleen leivad kasutamist ehitausmaterjalides.

Euroopa Komisjon on tunnustanud keemiatööstust selle „hädavajaliku” rolli eest, mis aitab ühiskonnal saavutada uusi,  Euroopa rohelise kokkuleppe eesmärke.  Üleminek roheleppe eesmärkidele   toob endaga kaasa suuri väljakutseid, kuid pakub ka rea võimalusi tööstustele. Euroopa peab näitama oma juhtpositsiooni uute konkurentsivõimeliste tehnoloogiate uuendamisel ja kasutuselevõtul kliimaneutraalse, ringimajanduse  ja digitaalse ülemineku saavutamiseks. Ükskõik, kas see on päikesepaneelide, tuuleturbiinide, akude, hoone isolatsiooni, ravimite, keemiliste ringlussevõtu tehnoloogiate või tohutult paljude muude pakutavate lahenduste keemia.  Euroopa keemiatööstus saab areneda innovatsioonipõhise panuse andmisel rohelisse kokkuleppesse . Nii saab tagatud jätkusuutlik majanduskasv ning uute töökohtade edenemine ja püsimine Euroopas Euroopa Komisjoni poolt toetaud mitme miljardi suuruse Euroopa majanduse elavdamise kava paketiga saab Euroopa kiiresti edasi liikuda.

Kuigi paljusid keemiatööstuse tooteid, nagu näiteks detergente, värve ja kosmeetikatooteid toodetakse otse tavatarbijatele, siis teised tööstusharud kasutavad kemikaale tooraineina omatoodangu valmistamisel. Näiteks Euroopas toodetud kemikaalidest 70% ulatuses kasutatakse ära  teiste tööstusharude,  sh.  ka keemiatööstuse enda haru nagu värvi- ja lakitööstuste poolt. Keemiatööstus ise kasutab laia valikut toorainet, mis pärineb õhust,  mineraalidest ja  toornaftast. Tiheneva konkurentsiga maailmamajanduses on innovatsioon keemiatööstuses jätkuvalt otsustava tähtsusega, selleks et leida uusi viise, kuidas vastata üha enam keskkonnasõbraliku  tarbija nõuetele.

Keemiatööstuse tooted jagunevad kolme kategooriasse:

• Põhikemikaalid
• Erikemikaalid
• Tarbijakemikaalid

Põhikemikaale toodetakse suurtes kogustes (miljonites tonnides), mõnesid peenkemikaale aga  kilogrammidena, see eest on nad  aga väga väärtuslikud. Toodetavate kemikaalide  koguste järgi toimub ka reaktori suuruse valik.

Põhikemikaalid jagunevad naftast toodetud naftakeemiatoodeteks, polümeerideks ja  põhilisteks anorgaanilisteks kemikaalideks.

Termin "naftakeemia" võib olla eksitav, kuna samu kemikaale toodetakse ka  muudest allikatest kui nafta, näiteks kivisöest (meil põlevkivist)  ja biomassist. Näiteks  metanool, mida tavaliselt toodetakse naftast  ja maagaasist USA -s ja Euroopas, samas  Hiinas hoopis  söest. Teine oluline kemikaal on etüleen  mida toodetakse naftast ja gaasist USA- s ja Euroopas, samas Brasiilias üha enam  biomassist. Naftakeemiatoodete peamine kasutusala ongi polümeeride tootmine.

Suurtes kogustes toodetud põhikemikaalid tarnitakse peamiselt nii teistele keemiatööstuse harudele  kui ka teistele tööstusharudele, kes toodavad põhikeemiast erinevaid tooteid  müügiks. Näiteks müüakse etaanhapet  estrite valmistamiseks, millest enamuses omakorda tarnitakse värvide valmistamiseks ja värvid aga jõuavad omakorda tarbijale. Väga suurt kogust etüleeni  transporditakse Euroopas mõõda  gaasijuhet edasi  polüetüleeni  ja teiste polümeeride tootjateni. Seejärel müüakse polümeerid graanulitena omakorda edasi plasttoodete  tootjatele , ennem kui need plasttooted jõuavad tarbimisse. Samas hakkab Euroopa Liidu plastistrateegiaga plasttoodete  kasutust piirama ning üha enam suunama materjale ringlussevõttu. Plastmaterjalide vähene või riigiti olematu taaskasutus on tekitamas keskkonnale suurt kahju. Eriti merekeskkonnale sinna sattunud mittelagunevate plastist mikroosakeste tõttu. Seega võib väita, et ringmajandus on uus väljakutse keemiatööstuse innovatsioonile,

Kemikaalide tootmine naftast  (üha enam biomassist) on läbinud palju tehnoloogilisi muutusi ning väga suurte tootmisüksuste väljaarendamisi kogu maailmas. Nafta-  ja maagaasi süsivesinikud, mis on peamiselt sirge ahelaga alkaanid, eraldatakse kõigepealt, kasutades nende erinevaid keemistemperatuure ( destilleerimine)  erinvatesse fraktsioonidesse.  Seejärel muudetakse need krakkimise protsessis väiksemateks molekulideks ehk keemiatööstusele rohkem kasulikeks süsivesinikeks, millised on hargnenud ahelaga alkaanid, alkeenid ja aromaatsed süsivesinikud.  Rafineerimisprotsessil need süsivesinikud muundatakse omakorda väga laias vahemikuks põhikemikaalideks, mis on kohe kasutatavad (bensiin, etanool, etaan-1,2-diool) või mida täiendavalt töödeldakse, et saada kasulik lõpp-produkt. Näiteks fenoolid vaikude tootmiseks ja ammoniaak väetiste valmistamiseks.

Erikemikaalid jagunevad taimekaitsevahenditeks,  värvideks ja trükivärvideks ja värvaineteks (värvid ja pigmendid).

Tarbekemikaalid on kodukeemia tarbijale. Nende hulka kuuluvad näiteks pesuained ja kosmeetika ning hügieenivahendid.

Millised on tänapäeval keemiatööstuse väljakutsed?

Keemiatööstus on  muutumas kogu maailmas. Tootmine kasvab Lähis-Ida riikides. Hiina, India ja Brasiilia on  hiiglaslikud kemikaalide tootjad. Eelõige nende endi tarbimise rahuldamiseks ning  edasi kogu maailma ekspordi jaoks. Neis riikides asuvad ettevõtted investeerivad ka USA-s ja Euroopas asuvatesse tehastesse, samas kui USA ja Euroopa ettevõtted investeerivad nendesse suurtesse kiiresti arenevate riikide tehastesse, muutes tööstuse tervikuna täiesti rahvusvaheliseks. USA ja Euroopa keemiaettevõtete väljakutse on vähendada oma kulusid, tagades samas, et need vastavad keskkonnakaitse parimatele tavadele.

Kuna nafta ja maagaasi varud vähenevad  ja näitavad kallinemistrendi , siis otsivad keemikud uut lähteainet nafta ja maagaasile täienduseks või isegi asendamiseks. Vaadatakse  uuesti söe poole,  mis on endiselt suur fossiilne toorainebaas. Ühe enam kasutatakse biomassi . Näiteks paljude C2 kemikaalide allikaks on etanool, mis saadakse biomassi kääritamisel. C3 ja C4 kemikaale, nagu propanoon ja butanool, toodetakse samuti suurel määral biomassist kääritamise teel.  USA kildagaasibuum on oluliselt vähendanud etüleeni (oluline keemiatööstuse tooraine)  tootmise kulusid. Etüleen on plastide, detergentide ja värvide tootmisel põhitooraine.

Keemiatööstuse suurim väljakutse leida viise, kuidas vähendada meie sõltuvust taastumatutest ressurssidest. Teine väljakutse on vähendada meie sõltuvust taastumatutest allikatest energia tootmisel. Lihtsaim viis seda teha on leida võimalusi, kuidas käitada keemiatehaseid madalamatel temperatuuridel katalüsaatoritega. ELi-s on energia tarbimine toodanguühiku kohta  alates 1994. aastast vähenenud umbes 55% ja USA-s alates 1990. aastast umbes 22%. Sellest tulenevalt on  ka CO2 heide sama ajaga langenud.

Uued tehnoloogiad nanomaterjalide tootmiseks on ka keemiatööstussesse jõudmas. Oluline on tagada, et nende materjalide tootmine oleks ohutu, samas ka  majanduslikult kasulik. Sünteetiline bioloogia on uus ning kiiresti arenev teadusharu, mis võimaldab disainida uusi bioloogilisi organisme, kasutades selleks matemaatilisi mudeleid ning võimaldades seeläbi toota erinevaid kasulikke kemikaale. Biotehnoloogiliselt on tulevikus võimalik toota pea kõiki kemikaale  ka naftast pärinevaid. 21. sajandil on keemiatööstustel väga  palju väljakutseid, mida tuleb ületada, selleks et säästva tootmisega  aidata ühiskonnal parandada oma elatustaset.

Tegelikult on keemias midagi müstiliselt huvitavat, kus otsimise-leidmise-avastamise rõõm vist iialgi ei lõpe. Pole liialdus, kui ütleme, et kemikaalid garanteerivad inimestele elukvaliteedi. Sõltumata loodud negatiivsest foonist, on keemia jätkuvalt kõikide tööstusmaade innovatsiooni ja arengu aluseks. Ilma arenenud keemiatööstuseta ei arene biotehnoloogia, nanotehnoloogia, ega biomeditsiin.