La BASF, inovatia si sustenabilitatea sunt inevitabil conectate. Cercetatorii din intreaga lume lucreaza la solutii inovatoare pentru a folosi surse alternative de materii prime si pentru a dezvolta procese de productie si produse ecologice. Proiectele actuale de cercetare si exemplele de inovatii pentru diferiti pasi ai lantului valoric au fost prezentate de Dr. Melanie Maas-Brunner, membru al Consiliului Director Executiv al BASF SE si Chief Technology Officer, impreuna cu oameni de stiinta, in cadrul conferintei de presa BASF Research. Evenimentul s-a concentrat pe tehnologiile in care microorganismele contribuie la cresterea durabilitatii.Platforma unica de cercetare si dezvoltare a BASF serveste drept punct de plecare pentru dezvoltarea de solutii chimice durabile. „In ultimii ani, am adaptat sistematic aceasta platforma la nevoile clientilor nostri”, a spus Maas-Brunner. BASF are aproximativ 10.000 de angajati care lucreaza in cercetare si dezvoltare in intreaga lume. In 2021, compania a investit aproximativ 2,2 miliarde de euro in dezvoltarea de produse durabile si noi domenii tehnologice. „Extinderea competentelor reprezinta, pentru noi, o sarcina permanenta”, a spus Maas-Brunner. Printre exemple se numara generarea de hidrogen fara CO2, electrificarea proceselor de productie si promovarea economiei circulare, precum si utilizarea de noi surse de materii prime si folosirea instrumentelor digitale cu si mai multa eficienta.
Investitiile in cercetare si dezvoltare isi arata rezultatele - drept dovada, produsele pe care BASF le-a introdus pe piata in ultimii cinci ani au generat vanzari in valoare de peste 11 miliarde de euro. In cadrul industriei chimice, BASF detine o pozitie de lider in ceea ce priveste numarul si calitatea brevetelor sale. „Sunt deosebit de fericit ca in 2021, 45% dintre cererile noastre de brevet au fost legate de inovatii cu un accent deosebit pe durabilitate - iar aceasta tendinta este in crestere”, a spus Maas-Brunner. Si pe termen lung compania doreste sa-si creasca vanzarile si castigurile din produse care aduc o contributie semnificativa la sustenabilitate.
„Multe dintre tehnologiile care vor permite o societate neutra din punct de vedere climatic nu au fost inca inventate”, a spus Maas-Brunner. Prin urmare, este important sa depasim provocarile viitoare prin deschiderea catre tehnologii si incorporarea conceptelor tehnologice alternative. „Pentru a face acest lucru, avem nevoie de aliante - cu toti actorii din industrie, stiinta, politica si societate. Aliantele dintre companii si institutiile legislative sunt deosebit de importante pentru ca avem nevoie de conditii-cadru bune care sa sprijine actiunile noastre”, a spus Maas-Brunner.
Biotehnologia alba devine tot mai importanta
Datorita gamei sale extinse de competente tehnologice, BASF poate dezvolta solutii inovatoare pentru chimie neutra din punct de vedere climatic. Biotehnologia alba devine o parte din ce in ce mai importanta a setului de instrumente BASF. „Acestea sunt instrumentele naturii; oamenii le folosesc de mult timp si le rafineaza in mod constant”, a spus dr. Doreen Schachtschabel, vicepresedinte White Biotechnology Research la BASF. Microorganismele, precum bacteriile sau ciupercile, sunt implicate in aceste procese biologice, inclusiv fermentarea si bio-cataliza. Ei folosesc diverse materiale organice pentru a le transforma in produse finale complet diferite - spre exemplu vin, paine sau branza, dar si substante pentru industria chimica. „Biotehnologia alba a devenit una dintre tehnologiile cheie, care ne permite sa producem folosind o varietate de materii prime intr-un mod eficient, care economiseste resursele si, cel mai important, este flexibil”, a spus Schachtschabel.
Lista de substante chimice si produse pe care BASF le produce prin metodele biotehnologiei albe este extinsa: biopolimeri, ingrediente esentiale pentru alimentatia umana si animala precum vitamine si enzime, produse de protectie a culturilor, arome si parfumuri, precum si enzime pentru detergenti si ingrediente cosmetice. In cinci din cele sase segmente ale BASF - Produse chimice, Materiale, Solutii industriale, Nutritie si ingrijire si Solutii agricole - compania produce deja peste 3.000 de produse asociate cu biotehnologia sau biodegradabile. In 2021, acestea au contribuit cu peste 3,5 miliarde de euro la vanzari, iar tendinta este in crestere.
Pentru a dezvolta noi procese si produse, cercetatorii BASF lucreaza cu numerosi parteneri academici si industriali externi. Bazele tehnologice si abordarile sunt de obicei foarte asemanatoare, in ciuda proprietatilor diferite ale moleculelor.
In primul rand, este identificat un microorganism adecvat care poate fi cultivat. In pasul urmator, genomul este modificat, daca este necesar, actionandu-se asupra metabolismului in asa fel incat bacteria sau ciuperca sa produca fie mai mult dintr-o anumita substanta, fie o molecula complet noua, cu proprietati noi.
Apoi incepe procesul biologic propriu-zis: microorganismele produc molecula tinta in volumele dorite, in conditii optime. Substantele nutritive si elementele constitutive pot fi materii prime regenerabile, precum zaharul, dar si fluxuri de deseuri, produse reciclate si molecule sintetizate chimic.
Digitalizarea este esentiala pentru dezvoltarea de noi procese si produse. Nu este vorba doar despre a lucra mai eficient. „Fara biologie computationala, in special bioinformatica, nu am fi capabili sa facem ceea ce reusim astazi”, a spus Schachtschabel.
Dezvoltarea insecticidului InscalisTM arata cum chimia clasica si biotehnologia se pot completa reciproc. Primul pas in producerea acestui insecticid este procesul de fermentare. Produsul intermediar este, apoi, transformat intr-un produs de protectie a culturilor finale, printr-un proces de productie bazat pe chimia clasica. „In acest caz, aducem impreuna ce este mai bun din ambele lumi: prin combinarea fermentatiei cu sinteza chimica selectiva, procesul hibrid ne permite sa producem un produs extrem de eficient si durabil, in mod eficient din punct de vedere al costurilor”, a spus Schachtschabel.
In viitor, BASF va continua sa se bazeze pe o fundatie flexibila si extinsa de materii prime si tehnologii. „Recunoastem ca biotehnologia, ingineria si chimia clasica, atunci cand sunt integrate in mod optim, permit procese care sunt foarte eficiente, precum si sustenabile din punct de vedere economic si ecologic. Acest lucru va ajuta BASF sa-si atinga obiectivele de sustenabilitate”, a spus Schachtschabel.
Carbonul gazos - sursa alternativa de materie prima
Pe langa fermentarea clasica, ce se bazeaza, de obicei, pe materii prime regenerabile, BASF si firma americana LanzaTech lucreaza impreuna la procese speciale in care bacteriile folosesc surse gazoase de carbon, cum ar fi monoxidul de carbon si dioxidul de carbon, ca materie prima. Carbonul poate proveni din gazele reziduale de la otelarii, rafinarii si fabrici chimice, dar si din deseurile menajere gazeificate. „Ne dorim sa valorificam potentialul fermentatiei gazelor pentru a produce substante chimice, utile in lanturile valorice chimice”, a spus prof. Michael Helmut Kopf, director Alternative Fermentation Platforms, in cadrul BASF. Unitatile de productie LanzaTech din China folosesc deja aceasta tehnologie pentru a produce etanol si o alta fabrica din Belgia va fi in curand operationala. Cele doua companii ar dori acum sa produca alcooli superiori si alti intermediari folosind procese de fermentare a gazelor.
„Bacteriile noastre sunt special concepute astfel incat sa poata transforma deseurile de carbon intr-o varietate de intermediari doriti”, a explicat dr. Sean Simpson, fondator si Chief Scientific Officer, LanzaTech. BASF, la randul sau, contribuie cu expertiza sa in chimie si tehnologia proceselor, precum si in intensificarea proceselor in acest proiect de dezvoltare. BASF proiecteaza, de asemenea, procesul de separare si purificare a produselor din sistemul de fermentatie, astfel incat acestea sa poata fi introduse in lanturile valorice.
Exista mai mult decat suficiente surse alternative de carbon in intreaga lume, care pot fi folosite pentru fermentarea gazelor. „Dar acest lucru va necesita o schimbare de mentalitate, pentru a permite proiecte cu caracter intersectorial - spre exemplu, conectarea industriei chimice cu fabricile de otel sau cu firmele de gestionare a deseurilor”, a spus Simpson. Disponibilitatea mai ridicata a unor astfel de surse alternative de materii prime va insemna mai putina nevoie de materii prime fosile virgine pentru a produce substante chimice.
„Tehnologiile de gazificare a materialelor reziduale, fermentarea gazelor - impreuna cu hidrogenul durabil si energia regenerabila pentru sinteza produselor - si procesele eficiente de purificare a rezultatelor produselor pot, in viitor, sa aduca o contributie importanta la imbunatatirea sustenabilitatii lanturilor noastre valorice”, a spus Kopf, comentand potentialul tehnologiei.
Intelegerea in detaliu a biodegradarii
La BASF, bacteriile si ciupercile joaca un rol nu numai in productia de produse durabile. „Pentru noi, sustenabilitatea inseamna, de asemenea, sa cunoastem exact cum si de ce microorganismele din mediu biodegradeaza produsele noastre dupa ce sunt folosite”, a spus profesorul Andreas Künkel, vicepresedintele Research Biopolymers in cadrul BASF. Biodegradarea inseamna ca microorganismele metabolizeaza molecule organice complexe in energie, apa, dioxid de carbon si biomasa.
Pentru a utiliza aceasta metoda naturala si pentru a dezvolta produse complet biodegradabile, este nevoie de o intelegere fundamentala a chimiei si a proceselor biologice. Prin urmare, BASF si-a extins semnificativ activitatile de cercetare si dezvoltare referitoare la biodegradare, in ultimii 10 ani. „Acest subiect incredibil de complex poate fi abordat doar de catre o echipa interdisciplinara”, a spus Künkel. El a subliniat importanta colaborarii interne si externe cu clientii, universitatile si institutele de cercetare, cu care BASF a realizat experimente ample in laborator si in teren. „Ne uitam in detaliu la modul in care ar trebui sa proiectam materialele astfel incat produsele noastre sa se biodegradeze in sol si in sisteme tehnice, cum ar fi instalatiile de compost si de tratare a apelor reziduale”, a explicat Künkel.
Un astfel de exemplu este folia biodegradabila ecovio®. Este un produs certificat biodegradabil in sol si ajuta fermierii sa obtina recolte mai mari. Dupa recoltare, stratul protector poate fi pur si simplu arat, iar microorganismele din sol il vor descompune. Cercetatorii BASF au lucrat cu oameni de stiinta de la ETH Zurich pentru a examina cum si de ce aceasta folie se biodegradeaza in sol - atat in laborator, cat si pe teren. Pentru a face acest lucru, au dezvoltat noi metode de analiza care pot dovedi procesul de transformare biologica a carbonului din folia protectoare, in dioxid de carbon si biomasa.
O alta utilizare importanta a materialelor biodegradabile este reprezentata de ingredientele pentru detergentii de rufe, detergentii pentru masina de spalat vase si cosmetice, care ajung in statiile de epurare a apelor uzate la finalul ciclului de viata. Si in acest caz este esential sa intelegem exact modul in care structura materialului influenteaza biodegradarea acestuia.
Pentru a extinde portofoliul de noi produse biodegradabile certificate, instrumentele digitale sunt o componenta importanta a muncii de cercetare. Cu colectia sa extinsa de date despre biodegradare, BASF poate dezvolta modele computerizate care sa prezica intr-un stadiu foarte incipient al dezvoltarii produsului proprietatile si gradul de biodegradare a moleculelor si materialelor si, astfel, sa permita adaptarea structurilor acestora in consecinta. „BASF este un pionier si un lider in modelarea digitala a biodegradarii predictive. Acest lucru este util atunci cand cooperam cu clientii pentru a dezvolta produse biodegradabile personalizate pentru o anumita aplicatie”, a spus Künkel.
Inregistrarea conferintei de presa si mai multe informatii despre prezentarile din cadrul conferintei sunt disponibile aici.
