Beth yw Dyfodol Bio-Seiliedig neu Fio Rhannol-Flworopolymerau o Ffynonellau ar gyfer Gwain Gwinogydd?

Mae PTFE yn cael ei gynhyrchu o fflworspar a stociau porthiant petrocemegol. Wrth i'r ysgogwyr cynaliadwyedd ddechrau cynyddu, mae ymchwil yn edrych i weld a allai unrhyw un o'r blociau adeiladu hyn ddeillio o ddewisiadau amgen adnewyddadwy, seiliedig ar fio-, o bosibl yn cynhyrchu fflworopolymer ag ôl troed carbon is." Yn achos gwainoedd gwresogyddion diwydiannol, y mae PTFE a fflworopolymerau eraill yn cael eu gwerthfawrogi am eu gwrthiant cemegol a sefydlogrwydd thermol, mae'r syniad o biopolymer sy'n seiliedig ar ffynhonnell neu fwy yn bennaf yn seiliedig ar fio{{{}4} gweledigaeth hirdymor na realiti ymarferol uniongyrchol Bydd dyfodol y gwresogydd fflworopolymer PTFE bio-seiliedig yn dibynnu ar oresgyn rhwystrau technolegol ac economaidd sylfaenol mewn amgylchedd o reoleiddio sy'n newid yn gyflym.

Deall y Cemeg: Carbon Adnewyddadwy, Fflworin Mwynol
Mae'r atomau carbon yn PTFE yn deillio o'r monomer tetrafluoroethylene (TFE), sy'n cael ei baratoi'n gyffredin o borthiant nwy naturiol neu petrolewm trwy fflworineiddio clorofform. Mae'r un carbon wedi'i dargedu i ddod o ffynonellau adnewyddadwy gan gynnwys bio-màs (olewau planhigion, startsh, lignin), bwyd dros ben amaethyddol neu hyd yn oed carbon deuocsid (CO2) wedi'i ddal trwy lwybr sy'n seiliedig ar fio-. Ond byddai'r fflworin yn dal i fod yn tarddu o fflworspar wedi'i gloddio (calsiwm fflworid) oherwydd nid oes ffynhonnell fflworin elfennol sy'n seiliedig ar fio.

Mae polymer sy'n seiliedig ar fio yn union yr un fath yn gemegol â'i-bolymer sy'n deillio o ffosil. Pe bai'r wain PTFE terfynol ar wresogydd diwydiannol yn cael ei wneud allan o fio-ffynhonnell TFE, byddai'n ymddwyn yn yr un modd o ran ymdoddbwynt (327 gradd ), ymwrthedd cemegol, sefydlogrwydd thermol a rhinweddau mecanyddol. Mae asgwrn cefn fflworin carbon PTFE yn sefydlog iawn, ac nid yw'n fioddiraddadwy yn yr amgylchedd . Pan ddefnyddir bio o flaen PTFE mae fel arfer yn golygu strwythur polymer gwahanol a all fod yn fioddiraddadwy.

Gwaith Rhagarweiniol a thueddiadau sy'n dod i'r amlwg
Mae'r ymchwil am atebion fflworopolymer cynaliadwy wedi ehangu i sawl llwybr ymchwil ar wahân, ond nid yw'r un o'r atebion hyn wedi'u cymhwyso'n fasnachol mewn gwain gwresogyddion eto.

Bio-Rhagflaenwyr Seiliedig ar gyfer PTFE
Mae ymdrechion yn mynd rhagddynt i nodi rhagflaenwyr bio-ar gyfer gweithgynhyrchu TFE er mwyn lleihau'r ddibyniaeth ar borthiant sy'n seiliedig ar ffosil. Mae'r anhawster yn gorwedd yn y trawsnewid cemegol: rhaid prosesu porthiant biolegol yn TFE pur mewn dulliau aml-gam sydd ar hyn o bryd yn llawer llai effeithlon na phrosesau petrocemegol sefydledig. Ond hyfywedd economaidd yw'r rhwystr mwyaf o hyd.

Bio-fflworopolymerau eraill sy'n seiliedig
Mae nifer o grwpiau ymchwil a busnesau newydd yn gweithio ar fflworopolymerau gyda chrynodiad llai o fflworin neu ar gemegau cwbl newydd. Cwmni newydd o Ddenmarc yw BioHalo sy'n datblygu llwyfan ynni-effeithlon ar gyfer cynhyrchu polymerau fflworinedig bio gan ddefnyddio ffynonellau carbon adnewyddadwy a deunyddiau gwastraff. Mae eu polymer bioddiraddadwy (F-PHB) yr un mor ymlid dŵr â PTFE ond gyda 60% yn llai o allyriadau nwyon tŷ gwydr. Ond mae'r rhain yn ddewisiadau strwythurol amgen, nid gollwng-i amnewidiadau ar gyfer PTFE a'u defnyddioldeb mewn gweithrediad gwain gwresogydd tymheredd uchel - lle mae sefydlogrwydd thermol a gwrthiant cemegol yn bwysig - mae angen dilysu helaeth.

Flworopolymerau cylchol ac wedi'u hailgylchu
Tuedd debyg yw datblygiad ymagweddau economi gylchol yn hytrach na-ffynhonnell borthiant. Mae Syensqo wedi cyhoeddi creu portffolio cylchlythyr ardystiedig cyntaf y diwydiant o fflworoelastomers (FKM, FFKM) a hylifau iro gyda chymaint â 29% o asid hydrofluorig wedi'i ailgylchu'n ddiwydiannol trwy fecanwaith cydbwysedd màs. Mae'r system dolen gaeedig yn lleihau'r angen am fflworspar ffres, trwy adfer fflworin o ddeunydd gwastraff. Yn yr un modd, mae Arkema wedi lansio graddau PVDF adnewyddadwy-Kynar CTO-yn cynnwys 100% o garbon priodoladwy adnewyddadwy o olew crai crai, sgil-cynnyrch cynhyrchu mwydion coed. Mae'r graddau PVDF hyn yn gyfwerth yn gemegol â PVDF safonol ac mae ganddynt ostyngiad mewn effaith newid yn yr hinsawdd o tua 20%. Nid yw PVDF yn cymryd lle PTFE yn uniongyrchol ym mhob cymhwysiad o orchuddio gwresogyddion ond mae ei raddau adnewyddadwy yn dangos bod fflworopolymerau sydd ag ôl troed carbon ffosil is bellach yn mynd i mewn i sectorau arbenigol, yn enwedig batris ïon lithiwm.

Flworopolymer Dewisiadau Amgen
Mae peth o'r astudiaeth yn canolbwyntio ar ddeunyddiau fflworin rhad ac am ddim, neu isel, sy'n dynwared nodweddion ffafriol PTFE. Mae ychwanegyn Incroflo P50 Cargill, gyda chynnwys seiliedig ar 86% bio-, yn ddewis arall ar gyfer cymhorthion proses fflworopolymer mewn allwthio polyolefin. Nid yw'r datblygiad hwn ar gyfer gwain gwresogydd, ond mae'n dangos bod y farchnad yn symud i ffwrdd o hen ychwanegion fflworinedig o dan bwysau rheoleiddiol.

Amgylchedd marchnad a rheoleiddio
Nid yw'r rhuthr i fflworopolymerau seiliedig ar fio-yn dod allan o unman. Mae'r sector fflworocemegol ehangach yn mynd trwy newid strwythurol, wedi'i ysgogi gan bwysau rheoleiddiol ar sylweddau fesul- a polyfflworoalcyl (PFAS) yn yr UE a Gogledd America. Er enghraifft, mae 3M wedi cyhoeddi y bydd yn rhoi'r gorau i gynhyrchu PFAS yn gyfan gwbl erbyn diwedd 2025. Aseswyd maint y farchnad dewisiadau amgen fflworocemegol bio- yn $ 1.0 biliwn yn 2026 a disgwylir iddo gyrraedd USD 3.9 biliwn yn 2036, gan dyfu ar CAGR o 14.6% dros y cyfnod a ragwelir.

Fodd bynnag, nid yw'r broblem cynaliadwyedd allweddol ar gyfer gwainiau gwresogydd PTFE diwydiannol yn gyfyngiad cyfreithiol - mae PTFE ei hun yn bolymer ac nid yn-gadwyn PFAS fach, ac yn gyffredinol nid yw'n darged gwaharddiadau PFAS - ond ôl troed carbon y monomer TFE sy'n deillio o ffosil. Byddai'r ôl troed hwnnw'n is gyda ffynhonnell garbon sy'n seiliedig ar fio, yn unol ag addewidion net cwsmeriaid.

Heriau Technegol: Pam Mae Cynnydd yn Araf
Mae PTFE bio-yn dal i fod ar y gorwel. Mae nifer o anawsterau difrifol yn wynebu masnacheiddio:

Cymhlethdod synthetig: Mae angen nifer o brosesau cemegol tymheredd uchel, pwysedd uchel ar bolymer o fio-màs neu CO2. Mae'r llwybrau bioleg synthetig presennol ar gyfer cemegau fflworinedig mewn cyfnodau ymchwil cynnar, ac nid oes unrhyw ddull i TFE wedi'i sefydlu ar raddfa ddiwydiannol.

Hyfywedd economaidd: Mae porthiant sy'n seiliedig ar fio-yn tueddu i fod yn ddrytach na phetrocemegion fesul carbon. Mae gwain gwresogydd PTFE sy'n seiliedig ar fio yn debygol o ddenu premiwm cost sylweddol y mae'n bosibl na fydd defnyddwyr terfynol mewn diwydiannau pris sensitif yn barod i'w dalu.

Ffynhonnell fflworin: Hyd yn oed os yw'r rhan garbon yn adnewyddadwy, mae fflworin yn dal i gael ei gloddio am fflworspar. Mae'r ôl troed amgylcheddol cyfan yn cynnwys allyriadau carbon o brosesu, cloddio fflworspar a chynhyrchu asid hydrofflworig.

Graddfa a phurdeb: Rhaid i PTFE a ddefnyddir ar gyfer gwainiau gwresogydd fod o burdeb uchel fel y gall oddef cemegau cryf a chylchredau thermol. Gall synthesis seiliedig ar fio-gyflwyno halogion a allai effeithio ar berfformiad a bod angen eu puro'n drylwyr gan ychwanegu mwy o gost.

Dylanwad ar diwbiau gwresogi mewn ffwrneisi diwydiannol
Nid oes unrhyw wain fflworopolymer seiliedig ar fio-ar gael ar hyn o bryd ar gyfer y farchnad gwresogi diwydiannol (PTFE-gwresogyddion trochi gwain, cyfnewidwyr gwres,-rhannau sy'n gwrthsefyll cyrydiad). Mae gan offer prosesau cemegol gylchoedd adnewyddu helaeth a gofynion perfformiad difrifol, gan ddarparu rhwystr uchel i amnewid deunyddiau. Ni fyddai angen ailgymhwyso PTFE bio- sy'n gyfwerth yn gemegol â PTFE confensiynol, ond nid oes unrhyw gynnyrch o'r fath ar gael ar raddfa fasnachol.

Ar gyfer fflworopolymerau bio-seiliedig amgen gyda gwahanol strwythurau cemegol, byddai angen cynnal profion helaeth ar wrthiant cemegol, sefydlogrwydd thermol, cywirdeb mecanyddol a-heneiddio hirdymor o dan amodau proses – proses gymhwyso aml{-flwyddyn na all cyflenwyr ei chyfiawnhau ar hyn o bryd o ystyried galw ansicr.

Manteision amgylcheddol yn y tymor byr: Effeithlonrwydd cynhyrchu
Mae porthiant sy'n seiliedig ar fio-yn fwy tebygol o ddarparu manteision amgylcheddol hirdymor na chynnydd mewn effeithlonrwydd diwydiant. Meysydd cynnydd pwysig yw:

Dileu fflworo-arwynebwyr: Mae Solvay a chynhyrchwyr fflworopolymer eraill wedi addo rhoi'r gorau i ddefnyddio fflwor-arwynebwyr (PFOA a'i eilyddion) yn raddol wrth gynhyrchu polymerau, gan leihau gollyngiadau amgylcheddol.

Ailgylchu ac uwchgylchu: Mae ymchwil ar y gweill i ddatblygu dulliau rheoli diwedd oes ar gyfer PTFE gan gynnwys ailgylchu malurion PTFE yn ficropowdrau i'w defnyddio mewn cymwysiadau eraill.

Defnydd ynni is: Trwy optimeiddio prosesau mewn polymeriad TFE a sintro PTFE, gellir lleihau'r ôl troed carbon fesul cilogram o bolymer a gynhyrchir.

Dulliau cydbwysedd màs: Mae systemau cyfrifo carbon adnewyddadwy, fel y'u defnyddir gan Arkema ar gyfer PVDF, yn darparu dulliau economaidd hyfyw i leihau dibyniaeth ar garbon ffosil heb newid cemeg polymer. • Mae ardystiad cydbwysedd màs ar gyfer PTFE yn gwestiwn sydd heb ei ateb.

Maent yn lleihau effaith amgylcheddol heb fod angen newid mawr mewn cemeg polymerau neu seilwaith gweithgynhyrchu.

Rhagolygon y Dyfodol - Ffin bell ond go iawn
Mae fflworopolymerau bio- ar gyfer gwain gwresogyddion yn ffin ddiddorol, ond pell i ffwrdd ar gyfer deunyddiau cynaliadwy mewn gwresogi diwydiannol. Y prif ysgogydd yw dadgysylltu cynhyrchu polymerau o danwydd ffosil, gan fynd i'r afael ag ôl troed carbon y deunydd, nid ei wrthwynebiad cemegol, sy'n parhau i fod heb ei effeithio. Mae'r un nodweddion sy'n gwneud PTFE mor bwysig mewn gwasanaeth cemegol cyrydol - ei wydnwch a'i anadweithiolrwydd rhyfeddol - hefyd yn ei gwneud hi'n anodd syntheseiddio analogau bio-.

Yn dechnegol, mae modd cyflawni PTFE bio- sydd ag ôl troed carbon is; mae sawl ffordd o gyrchu carbon adnewyddadwy. Ond nid oes yr un ohonynt wedi cyrraedd graddfa fasnachol. Yr her yw hyfywedd economaidd: mae PTFE sy'n seiliedig ar ffosil yn rhad, ac mae'n rhaid i gwsmeriaid fod yn barod i dalu premiwm am ddewis carbon is. Mae'n annhebygol mai gofynion rheoliadol fydd y sbardun ar gyfer y newid gan nad yw cyfyngiadau PFAS yn berthnasol i PTFE. Er bod angen y farchnad am nwyddau gwresogi cynaliadwy yn debygol o ehangu, mae prynwyr diwydiannol yn tueddu i fod yn fwy pryderus am berfformiad a chost y cynnyrch na'r nodweddion amgylcheddol pan fo'r ddau yn gwrthdaro.

Y datblygiadau mwyaf tebygol yn y dyfodol canolig (5-10 mlynedd) yw:

Màs carbon adnewyddadwy-cydbwysedd PTFE: Yn dilyn enghraifft Arkema ar gyfer PVDF, efallai y bydd cynnig PTFE yn cael ei wneud gyda stociau porthiant carbon cynaliadwy ardystiedig trydydd parti (ee, ISCC PLUS), sy'n gyfwerth yn gemegol â PTFE confensiynol. Byddai cynhyrchion o'r fath yn cario premiwm, ond gallent gael eu gollwng-i mewn heb eu hailgymhwyso.

ADFER FFLWORIN CYLCH - Defnydd estynedig o asid hydrofflworig wedi'i adennill ar gyfer gweithgynhyrchu fflworopolymerau, fel y dangosir gan Syensko, gan leihau'r ddibyniaeth ar fflworspar pur.

Isel{0}}fflworin neu fflworin-amnewidion rhad ac am ddim ar gyfer cymwysiadau llai heriol: Ar gyfer cymwysiadau nad ydynt yn hanfodol, gall PTFE gael ei ddisodli'n raddol gan bolymerau bio sydd â phriodweddau arwyneb tebyg i PTFE, ond bydd gwasanaeth cemegol cyrydol tymheredd uchel yn parhau i fod yn faes i fflworopolymerau confensiynol yn y dyfodol agos.

Ym maes gwain gwresogyddion diwydiannol ar gyfer gwasanaeth cemegol cyrydol, bydd PTFE traddodiadol yn safonol am flynyddoedd lawer i ddod. Bydd cynnydd yn y gwresogydd fflworopolymer PTFE sy'n seiliedig ar fio-yn gynyddrannol. Bydd olion traed amgylcheddol yn cael eu lleihau drwy-gydbwyso carbon adnewyddadwy màs, adfer fflworin cylchol ac enillion effeithlonrwydd gweithgynhyrchu, heb fod angen cemegau polymer newydd. Nod ymchwil tymor hir yw PTFE sydd wedi'i fio yn llawn o fio-màs neu CO2, nid cynnyrch masnachol tymor agos. Dylai gweithgynhyrchwyr a{10}}defnyddwyr terfynol wylio-cynnydd ar raddfa'r peilot a-cydbwyso systemau ardystio fel y dulliau tymor agos mwyaf realistig o-gynhesu fflworopolymer carbon is.