Công nghiệp hóa chất phát triển theo hướng hóa học xanh bền vững

Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0, yêu cầu tất yếu đặt ra là phải đẩy mạnh hoạt động hỗ trợ, khuyến khích nghiên cứu khoa học, công nghệ trong ngành hóa chất, tập trung vào việc sử dụng các sản phẩm phụ, chất thải hiện có của ngành làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất các sản phẩm khác.

Sau đây là một số ví dụ cụ thể của các nhóm sản phẩm theo xu hướng này. Trong sản xuất phân bón đã có những loại phân bón với tính năng cao hơn, phân đạm chứa chất ổn định nitơ (agrotain) hoặc các chất ức chế nitrat hóa (như super U); phân bón hữu cơ sinh học “siêu composit”, sử dụng 20 kg loại phân này có thể thay thế 1 tấn phân chuồng, năng suất thu hoạch lại tăng 1,5-2 lần so với phân hữu cơ thông thường.

Các loại thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) sinh học đang được áp dụng cho các loại cây trồng truyền thống và cây trồng đang được áp dụng theo phương pháp canh tác hữu cơ, đó là các pheromon, các protein được chiết xuất từ cây trồng, vi khuẩn, nấm và côn trùng, có độc tính thấp và dễ bị phân hủy thành các chất vô hại trong môi trường. Dầu diezen sinh học được sản xuất từ dầu, mỡ động, thực vật. Từ glyxerin có thể sản xuất ra các chất hoạt động bề mặt dễ phân hủy sinh học.

Chất dẻo sinh học được sản xuất từ tinh bột (PLA) và PHB (poly3- hydrôxy butyrat) đang thâm nhập vào những phân khúc thị trường như bao bì thực phẩm, màng mỏng nông nghiệp, dùng trong y tế… Trong lĩnh vực hóa chất cơ bản đã sử dụng những xúc tác có tính năng cao, các quá trình chuyển khối thực hiện ở nhiệt độ và áp suất thấp hơn nên tiết kiệm được năng lượng, các quá trình truyền nhiệt được thực hiện ở trong những thiết bị có kết cấu mới và được chế tạo bằng vật liệu mới, hiệu suất truyền nhiệt cao.

Trong sản xuất pin, ắc quy đã ứng dụng công nghệ sản xuất pin sạc thế hệ mới có công suất lưu điện cao, pin Liti thế hệ mới như Li(Ni0,5Mn0,5)O2, pin nhiên liệu kiểu màng polymer điện ly (PEM), ắc quy NaS dùng cho thiết bị điện năng tái sinh. Về lĩnh vực cao su, người ta đã sản xuất polyisopren, loại vật liệu tổng hợp có thành phần tương tự như vật liệu từ cao su thiên nhiên trên cơ sở isopren là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp sản xuất etylen. Isopren sinh học còn được sản xuất theo phương pháp lên men có thể dùng để sản xuất ra các sản phẩm cao su thay thế cho các sản phẩm đi từ dầu mỏ.

Cao su lỏng cũng đã được coi như một bước đột phá mới trong ngành chế tạo và sử dụng vật liệu chống thấm, chất tạo màng phủ bề mặt và chất bịt kín, nó chịu được hầu hết các loại axít yếu và rất bền trong môi trường kiềm, đặc biệt là khả năng ứng dụng trong ngành khai thác dầu khí, các kết cấu dàn khoan, thiết bị máy móc phải ngâm dưới biển.

Trong lĩnh vực chất tẩy rửa, khi các hợp chất photphat bị cấm sử dụng ở Mỹ và Châu Âu cũng là cơ hội cho các chất tẩy rửa dạng sinh học phát triển. Enzym đang đóng vai trò then chốt trong chất tẩy rửa dạng sinh học là Proteaza, Amylaza, Lipaza, Xenlulaza, Mannanaza. Người ta đã áp dụng các công nghệ mới để tối ưu hóa và làm cho enzym phù hợp với yêu cầu hoạt động ở nhiệt độ thấp (để giảm tiêu hao năng lượng), giảm chất hoạt động bề mặt và tăng tính năng tẩy rửa.

Các dẫn xuất từ dầu thực vật như hydrôxyetylamin bậc 4 có thể thay cho hợp chất photphat, các chất phân tán acrylic, chất tẩy trắng tetraaxetylendiamin … đều có thể phân hủy sinh học.

Về sản xuất sơn, ngoài những ứng dụng công nghệ mới thân thiện môi trường, ít thải VOC như sơn bột, sơn bột đóng rắn bằng UV, sơn tự làm sạch, sơn kháng khuẩn trên cơ sở nano TiO2 còn có loại sơn kháng khuẩn mới trên cơ sở polymer N-halamine đưa vào sơn latex, có thể diệt được nhiều loại vi khuẩn như nấm, vi rút và các các vi khuẩn kháng thuốc.

Sau một thời gian khả năng kháng  khuẩn có thể được phục hồi dễ dàng bằng cách lau bề mặt sơn bằng dung dịch tẩy trắng pha loãng. Một số nguyên liệu dùng cho sơn cũng đang được ứng dụng để thay thế cho các nguyên liệu truyền thống như phụ gia sinh học 1,3-propandiol, styren acrylic thay thế cho TiO2, VAE polymer dạng nhũ …

Trong lĩnh vực sản xuất hóa dược, cũng có nhiều hướng phát triển mới, nhưng có hai xu hướng cần quan tâm là: những phương pháp tổng hợp sinh học hoặc quy trình tổng hợp, điều chế thân thiện môi trường và tổng hợp các loại thuốc có tính năng diệt khuẩn theo cơ chế mới để tránh hiện tượng nhờn thuốc, kháng thuốc.

Cụ thể như sau: Nhiều quy trình chiết tách hiệu suất cao sử dụng dầu thực vật thay thế các dung môi hóa học độc hại, như tách sản phẩm sinh học penixilin G và axít lactic dùng dầu hướng dương thay cho toluen, dầu hỏa ; Tổng hợp sinh học Artemesimic axít bằng nấm men vừa ít tốn kém lại có thể sản xuất lượng lớn để làm tăng nguồn cung cấp thuốc sốt rét.

Các ký sinh trùng, như ký sinh trùng sốt rét có khả năng kháng thuốc nên các nhà khoa học Singapo đã tìm ra hợp chất Spiroindolon có tác dụng ngăn chặn quá trình tổng hợp protein trong ký sinh trùng sốt rét bằng cách tác động vào gen trong Adenosin triphotphataza có chức năng vận chuyển các cation qua màng tế bào, do vậy có hiệu quả chống lại các chủng ký sinh trùng sốt rét đã kháng thuốc.

Tương tự như vậy, Hãng Merck đã phát triển một loại thuốc kháng sinh mới, chủ yếu tấn công vào thành phần của enzyme trong quá trình tổng hợp axít béo của vi khuẩn để chống lại sự kháng thuốc, như Platensimycin được chiết xuất từ vi khuẩn Streptomyses platenis để ức chế enzyme FabF trong quá trình tổng hợp axít béo của vi khuẩn./.