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Nachhaltig wirtschaften

Nachhaltigkeit ist ein zentraler Aspekt unserer Arbeit.Wir verfolgen ein ganzheitliches Verständnis von Nachhaltigkeit, das von Energie- und Ressourcenverbrauch und der Reduktion von Emissionen bis zu Unfallvermeidung und der Förderung und Weiterbildung unserer Mitarbeiter reicht.

Ressourcen schonen

Als produzierendes Unternehmen konzentrieren wir uns insbesondere auf den energie- und umweltschonenden Umgang mit Ressourcen. Dazu trägt wesentlich unser Verbundsystem bei, das Rohstoffe und Energie spart, Emissionen und Abfallströme vermindert und Logistikkosten senkt. Nebenprodukte werden hier zu wertvollen Rohstoffen für andere Produkte. Wärme, die an einer Stelle der Produktion erzeugt wird, kann an anderer Stelle wieder eingesetzt werden.

Grüne Chemie

""Nachhaltigkeit" in der chemischen Industrie meint eine ganzheitliche Betrachtung von Umweltschutz, sozialer Verantwortung und wirtschaftlichem Erfolg.

Um zu definieren, was unter "Grüner Chemie" zu verstehen ist, hat die Amerikanische Chemische Gesellschaft (ACS) die "12 Grundprinzipien von Grüner Chemie" verfasst. 

Diese beinhalten unter anderem die Vermeidung von Abfall, Atomeffizienz, Energieeffizienz, Verringerung von Lösungsmittelmengen, Vermeidung von Unfällen sowie die Inprozess-Analytik. CABB leistet dazu einen wesentlichen Beitrag, wie die nachfolgenden Fallbeispiele zeigen. Darüber hinaus ist die kontinuierliche Produkt- und Prozessoptimierung Bestandteil unseres Integrierten Management Systems und damit unserer allgemeinen Geschäftsprozesse. 

Zur Bestimmung der Material- und Abfalleffizienz von chemischen Prozessen werden vor allem die Process Mass Intensity (PMI) sowie der E-Faktor (Environmental factor) herangezogen. Der PMI bildet das Verhältnis aus der Menge an eingesetzten Rohstoffen und Lösungsmitteln zu der gebildeten Menge an Produkt. Der E-Faktor setzt die gebildete Gesamtmenge an Abfällen ins Verhältnis zur Menge an gebildetem Produkt.

Kontinuierliche Prozesse werden als Schlüsselfaktoren für "grüne" Herstellprozesse in der chemischen Industrie angesehen. Generell kann man bei kontinuierlichen Prozessen von einer höheren Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu diskontinuierlichen Prozessen ausgehen. Ein zusätzlicher, wichtiger Aspekt ist die Sicherheit: weil Reaktionsvolumina kleiner sind und Wärmeübertragungen schneller verlaufen, lassen sich Reaktionen besser kontrollieren. CABB besitzt langjährige Erfahrung in der Auslegung sowie im Betrieb von kontinuierlichen Prozessen.

www.acs.org 

Fallbeispiel: Chlorierung
Chlorierung

Chlorierungen werden in der Feinchemie meist mit Thionylchlorid als Reagenz durchgeführt. Während der Chlorierungsreaktion entstehen Chlorwasserstoffgas und Schwefeldioxid als Abgase. In den meisten Fällen werden diese Abgase über einen basischen Wäscher absorbiert. Grosse Mengen an Lauge werden dann zur Neutralisation benötigt und große Mengen salzhaltiges Abwasser somit produziert (Schema links).

CABB nutzt die Infrastruktur des Verbund- und Recyclingsystems für Chlorierungsreaktionen: Thionylchlorid wird am Standort produziert und vom Vorratstank über ein Rohrleitungssystem direkt in den entsprechenden Reaktor gepumpt. Die entstehenden Abgase Chlorwasserstoff und Schwefeldioxid werden getrennt und aufgereinigt. Chlorwasserstoff wird in Wasser absorbiert und zu Salzsäure umgewandelt. Das Schwefeldioxid wird aufoxidiert zu Schwefeltrioxid, das wiederum das Ausgangsprodukt für Thionylchlorid darstellt (Schema rechts).

  Konventioneller Prozess

CABB Verbundsystem

PMI 6.3 2.1
E-Faktor 4.7 0.04

* PMI = Process Mass Index (gemäss ACS Green Chemistry Institute)
** E-Faktor = Environmental Faktor (gemäss Roger Sheldon)

Ergebnis:
Im konventionellen Chlorierungsprozess werden für die Absorption der Abgase große Mengen an Lauge benötigt und somit große Mengen an Abwasser produziert. Dies wirkt sich sowohl auf den PMI als auch auf den E-Faktor aus. Weil beim Verbund- und Recyclingsystem von CABB keine Natronlauge eingesetzt werden muss, ist der Materialeinsatz deutlich geringer und der PMI-Wert um 67% kleiner als beim konventionellen Prozess. Es entstehen nur sehr geringe Abfallmengen, da SO2 vollständig rezyklisiert und aus HCl ein Verkaufsprodukt wird. 

Vorteile des Verbundsystems:
- Kein Bedarf zusätzlicher Natronlauge
- Kein salzhaltiges Abwasser
- Schwefeldioxid wird vollständig rezyklisiert
- Chlorwasserstoff wird in kommerzielles Produkt überführt
- Hocheffizienter Materialen- und Energieeinsatz

 
Fallbeispiel: Sulfonierung und Chlorsulfonierung
Chlorierung

Sulfonierung und Chlorsulfonierung werden häufig in der Pharma- und Agrosynthese zur Herstellung von Sulfonamiden und weiteren Folgeprodukten eingesetzt. Beide Prozesse generieren größere Mengen an Nebenprodukten und Seitenströmen und sind hinsichtlich des Materialeinsatzes wenig effizient. Als Standardreagenz wird Chlorsulfonsäure eingesetzt. Im ersten Schritt wird die Sulfonsäuregruppe übertragen und Chlorwasserstoff als Abgas erzeugt. Im zweiten Syntheseschritt wird nur das Chlor übertragen und das Sulfonylchlorid gebildet, wobei Schwefelsäure als Abfall entsteht. Der Vorteil dieser Reaktion liegt darin, dass nur ein Reagenz benötigt wird; der Nachteil darin, dass ein doppelt molarer Überschuss an Chlorsulfonsäure benötigt wird, wovon ein Mol Chlorsulfonsäure in Form verdünnter Säuren aber als Abfall entsorgt wird. Zudem verläuft die Reaktion in einem organischen Lösungsmittel.

CABB führt Chlorsulfonierungen mit Schwefeltrioxid als Sulfonierungsreagenz in flüssigem Schwefeldioxid als Lösungsmittel durch. Nach Beendigung der Reaktion wird das SO2 durch Erhöhung der Temperatur verdampft und zu 100 % rezyklisiert. Bei dieser Sulfonierungsreaktion entstehen keine Nebenprodukte oder Abfallströme. Die Chlorierung im zweiten Schritt erfolgt mit Thionylchlorid, wobei das gebildete SO2 ebenfalls zu 100 % rezyklisiert und der Chlorwasserstoff in handelsübliche Salzsäure umgewandelt wird. Die anschließende Amidbildung verläuft in beiden Fällen nach dem gleichen Prozess.

  Konventioneller Prozess

CABB-Prozess

PMI 20.2 10.4
E-Faktor 19.0 6.7

* PMI = Process Mass Index (gemäss ACS Green Chemistry Institute)
** E-Faktor = Environmental Faktor (gemäss Roger Sheldon)

Ergebnis:
Der Chlorsulfonierungsprozess von CABB verbraucht deutlich weniger Materialien und verursacht deutlich geringere Abfallströme als der konventionelle Prozess. Da keine Lauge zur Abgasabsorption zugesetzt werden muss ist die Materialeffizienz deutlich höher. Dies zeigt sich auch beim Parameter für die Abfallmengen, dem E-Faktor: Weil der CABB-Prozess in den ersten beiden Stufen keine salzhaltigen Abwässer erzeugt, beträgt die anfallende Abfallmenge lediglich ein Drittel des konventionellen Prozesses.

Vorteile des CABB Verbundsystems:
- Deutlich geringere Abfallmengen
- Vermeidung salzhaltiger Abwässer
- Keine Verwendung organischer Lösungsmittel
- Geringerer Energieverbrauch
- Schwefeldioxid wird als Lösungsmittel vollständig rezyklisiert
- Hocheffizienter Materialieneinsatz

 
Fallbeispiel: Kontinuierliche Prozesse
Chlorierung

Kontinuierliche Prozesse gelten als Schlüsselfakto für "grüne" Herstellprozesse in der chemischen Industrie. Sie liefern bessere wirtschaftliche Kennzahlen und erhöhen die Sicherheit, weil Reaktionsvolumina generell kleiner sind, Wärmeübertragungen schneller verlaufen als bei Batchprozessen und die Reaktionen unter stationären Bedingungen stattfinden. CABB verfügt über langjährige Erfahrung in der Auslegung und Durchführung kontinuierlicher Prozesse.

Die Wolff-Kishner-Reaktion ist ein Beispiel für einen Prozess, der sich als kontinuierliche Reaktion auch in größerem kommerziellen Maßstab sicher durchühren lässt. Während im diskontinuierlichen Prozess oberhalb einer bestimmten Temperatur große Gasvolumina schlagartig freigesetzt werden, sind im kontinuierlichen Prozess die Reaktionsvolumina - und damit die pro Zeiteinheit freigsetzten Gasmengen - so klein, dass sie sicher aus dem System entfernt werden können.

  Diskontinuierlicher Prozess

CABB Kontinuierlicher Prozess

PMI - 2.51
E-Faktor - 1.38

* PMI = Process Mass Index (gemäss ACS Green Chemistry Institute)
** E-Faktor = Environmental Faktor (gemäss Roger Sheldon)

Ergebnis:
Zahlen für den diskontinuierlichen Prozess lassen sich nicht bestimmen, da er in dieser Grössenordnung gar nicht realisiert werden kann. Die niedrigen PMI- und E-Faktor-Werte für den kontinuierlichen CABB-Prozess zeigen jedoch seine Effizienz in Bezug auf Materialieneinsatz und Abfallmengen ist.  

Vorteile des kontinuierlichen CABB-Prozesses:
- Hocheffizienter Energie- und Materialieneinsatz
- Sichere Durchführung anspruchsvoller Prozesse
- Langjährige Erfahrung in der Auslegung und Durchführung kontinuierlichenrProzesse