08/07/2024

ГлифосАд: почему так сложно организовать производство востребованного гербицида

08/07/2024
ГлифосАд: почему так сложно организовать производство востребованного гербицида
В Усолье-Сибирском в обозримом будущем хотят построить около полусотни новых химических производств, в том числе глифосата как опорной части фосфорной и хлорной цепочек. Для того чтобы обеспечить эти проекты квалифицированными кадрами, а в случае с глифосатом ― специалистами, умеющими работать с фосфорными соединениями и синильной кислотой, необходимо уже сейчас сформировать и запустить целевую образовательную программу.
«Стройка века»
В 2023 году в России было запущено более десятка крупных производств в химической, нефтехимической и горнодобывающей отраслях с объявленным объемом инвестиций более 10 млрд рублей каждый. Неплохо идет замещение импорта по некоторым ключевым химическим продуктам. Развивается малотоннажная химия, и Инжиниринговый химико-технологический центр принимает в этом процессе активное участие. Наука, технологии и деньги имеются, однако одним из барьеров развития отрасли является все возрастающий дефицит кадров.

По данным «Российского союза химиков», если оставить все, как есть, и не предпринимать мер, то дефицит кадров в отрасли к 2030 году может достигнуть 38% (285 тыс. человек), сейчас это 23% (порядка 180 тыс. человек). Для достижения прогнозных целей развития химической промышленности к 2030 году необходимо около 35,5 тыс. специалистов с высшим профильным образованием и примерно 110 тыс. выпускников со средним (не учитывая темпы прироста труда за счет автоматизации и цифровизации).

Это кадры, которые нужны сейчас, а теперь добавим в уравнение еще одну переменную. В Усолье-Сибирском планируется построить Федеральный центр химии, большой межрегиональный кластер с десятками новых производств. Официально все параметры проекта пока не озвучены, но эту стройку вполне можно сравнить с возведением ДнепроГЭСа. Для кадрового обеспечения всех химических объектов, которые появятся на этой территории, потребуется порядка 10 тысяч химических специалистов к 2036 году, на полсотни планируемых производств. Для этого необходимо будет «выгребать» из химических вузов за Уралом всех выпускников в течение 10 лет. Но под определенные задачи готовых специалистов просто нет, их нужно готовить, и запускать эту программу необходимо чем скорее, тем лучше.

В Усолье-Сибирском будет много интересного, полезного, чего давно ждала отрасль. Но мы рассмотрим производство глифосата ― достаточно востребованного и сложного продукта с точки зрения технологии и требований к обеспечению технологических процессов специалистами.

Глифосат входит в План мероприятий по импортозамещению в химической отрасли Минпромторга от 15 ноября 2022 года. Его планирует выпускать холдинг «Росхим» ― управляющая компания проекта в Усолье-Сибирском и якорный производитель. Компания собирается построить на площадке фосфорное и хлорное производства (цепочки), а глифосат в этом случае ― один из самых экономически выгодных вариантов дальнейшего передела.
Заброшенный завод в Усолье-Сибирском
Источник: Усольский комбинат (flectone.ru)
Самый популярный гербицид в мире
Открытие глифосата и введение его в сельскохозяйственную практику в качестве гербицида можно сравнить с изобретением пенициллина. Он очень удобен во время весенней предпосевной обработки полей при беспахотной технологии земледелия. В основном его используют для обработки полевых культур (модифицированных, устойчивых к гербицидам) в конце послевсходового периода. Он также является самым востребованным средством защиты растений в фермерских хозяйствах. Глифосат активно применяется для расчистки пустырей, железнодорожных насыпей, промышленных и строительных площадок, пространства вокруг ЛЭП и трубопроводов.
Глифосат ― это N-фосфонометильное производное аминокислоты глицина. Системный гербицид, один из самых популярных во всем мире. Глифосатсодержащие гербициды применяются не только на крупных агрономических предприятиях, но и в личных подсобных хозяйствах. Глифосат является стерилизующим гербицидом. Молекулярная формула: C3H7NO5 P.
Впервые глифосат (тогда он еще так не назывался) синтезировал в 1950 г. Генри Мартин, работавший в швейцарской фармацевтической фирме Cilag, однако молекула оказалось не интересна для фармацевтической промышленности. Спустя десятилетия образцы приобрела Aldrich Chemical Co., они поступили в продажу как химические реагенты. Их купила компания Monsanto в числе других реактивов для исследовательских работ. Уже здесь была выявлена гербицидная активность N-(фосфнометил)-глицина, разработан собственный способ синтеза и проведены испытания. С 1973 года глифосат стал продаваться под торговой маркой Roundup. Срок действия патента на него в США истек в 2000 году, в других странах еще раньше.

Глифосат является самым широко используемым гербицидом по нескольким причинам:

  1. Прежде всего, он эффективен. Глифосат — это системный (транслоцированный) гербицид, который перемещается из обработанной листвы в другие части растения, включая корни. Таким образом, глифосат уничтожает однолетние и многолетние сорняки.
  2. Глифосат неселективен. Это означает, что один гербицид можно использовать для борьбы с большинством сорняков ― трав, осоки и широколиственных растений.
  3. Глифосат практически не задерживается в почве. Это означает, что вы можете опрыскивать сорняки под кустами и деревьями, не повреждая культурные растения, при условии, что спрей распыляется на сорняки, а не на кусты.
  4. Глифосат относительно недорог по сравнению с другими гербицидами.
  5. И он считается одним из наименее токсичных и экологически безопасных гербицидов (подробнее ― см. последний раздел статьи).

Мы вынесли вопрос про экологические издержки применения глифосата в конец материала для самых любознательных читателей. Если же коротко, то пока внятных альтернатив этому веществу нет и в ближайшее время не предвидится. Доказательной научной базы о его токсичности для человека и животных не существует.
Мировой рынок глифосата
По данным маркетинговых агентств, объем мирового рынка глифосата в 2023 году оценивался в 11,18 млрд долларов США, и, по прогнозам, к 2032 году он вырастет до 19,04 млрд долларов, а совокупный годовой темп роста (CAGR) составит 6,1% в период с 2024 по 2032 год. Основной драйвер роста этого рынка довольно прост ― человеческая популяция растет, чтобы ее прокормить требуется больше еды, а ничего эффективнее, дешевле и проще глифосата в категории гербицидов пока не придумали.

Основным центром производства глифосата в мире является Китай. На его долю приходится более 70% мирового выпуска технического глифосата (порядка 600 тыс. тонн в 2022 году).

Использование глифосата ограничено в 23 странах. Мексика к неудовольствию местных экологов в 2024 году сняла ограничения, а Германия в этом году продлила рестрикции еще на 10 лет. Формально в Евросоюзе после метаний от запрета гербицида до возобновления разрешения его использования действует регламент, в котором его применение одобрено до 2033 года. Полный запрет на глифосат введен в 16 странах, в том числе в Испании и Бельгии, ОАЭ, Саудовской Аравии, Иране, Катаре.

Мировой рынок глифосата
В России глифосат и его соли не производятся, все внутренние потребности в продукте удовлетворяются за счет импорта. До 2020 года более половины импортируемого глифосата производилось компанией Monsanto (61%) в Бельгии (с 2018 года она принадлежит концерну Bayer), но также в больших объемах завозился глифосат китайских компаний, и доля китайской продукции в поставках в последние годы увеличилась.

Зависимость от китайского импорта, например, привела к дефициту сырья для производства агрохимии на рынке РФ в 2021 году и резкому скачку цен на глифосат ― в 3,5 раза к концу года. КНР тогда готовилась к Олимпиаде, и в связи с ужесточением требований к экологической безопасности многие химические предприятия в Китае приостановили свою работу.

По данным таможенной статистики за 2021–2022 годы, объем импорта технического глифосата в Россию составлял 20,5 тыс. тонн в год, плюс порядка 4–4,5 тысяч тонн в год гербицидов с глифосатом в составе, часть из которых потом шла на реэкспорт.
Импорт и экспорт глифосата в 2021–2022 гг.
Промышленные технологии производства глифосата
Самый полный обзор методов синтеза глифосата на русском языке изложен в статье 2021 года в журнале «Кинетика и катализ» (Т. 62, №3, стр. 283–295). В ней подробно рассмотрены способы получения глифосата как по направлениям, используемым в промышленности в настоящее время (из глицина и через окисление N-(фосфонометил)-иминодиуксусной кислоты), так и перспективные в плане снижения техногенной нагрузки на окружающую среду ― так называемые «атом-эффективные» методы (деалкилирование N-замещенных глифосатов).
Для закрепления материала также можно ознакомиться со статьей китайских авторов 2012 года, технологические схемы из которой часто приводятся в обзорных статьях. Мы приведем краткое описание трех коммерческих процессов производства глифосата, чтобы не перегружать вас технической информацией.

I способ: с синильной кислотой (HCN). Начинается с природного газа в качестве одного из сырьевых материалов, а HCN и иминодиацетонитрил (IDAN) являются ключевыми промежуточными продуктами. Сначала HCN синтезируют из природного газа и аммиака, катализируя это платиной. Затем HCN реагирует с формальдегидом с получением циангидрина, после чего циангидрин реагирует с аммиаком с получением IDAN. IDAN гидролизуется в водном растворе гидроксида натрия с получением динатрийиминодиуксусной кислоты (DSIDA), а побочный продукт аммиак извлекается и рециркулируется для получения IDAN. DSIDA, хлорид фосфора (PCl3) и формальдегид реагируют в водном растворе с получением N-фосфонометилиминодиуксусной кислоты (PMIDA) по реакции Манниха. Наконец, PMIDA окисляют с получением целевого продукта глифосата. Доля этого процесса быстро увеличивалась с 2007 года, и его производительность составила около 20% от общего объема производства глифосата в Китае.

II способ: с диэтаноламином (ДЭА). Начинается с оксида этилена (ЭО), ЭО реагирует с жидким аммиаком в трубчатом реакторе непрерывного действия с получением смеси моноэтаноламина (МЭА), диэтаноламина (ДЭА) и триэтаноламина (ТЭА). Смесь ректифицируют с получением трех продуктов. Соотношение МЭА, ДЭА и ТЭА можно регулировать в зависимости от требований рынка. DEA каталитически окисляется до динатрийиминодиуксусной кислоты (DSIDA) с катализатором на основе меди в основных условиях в водном растворе. Затем DSIDA, PCl3 и формальдегид реагируют по реакции Манниха, аналогичной процессу HCN, с получением PMIDA. Наконец, PMIDA окисляют с получением целевого продукта глифосата. Каталитическое дегидрирование диэтаноламина является ключевой стадией процесса ДЭА.

III способ: с глицином. Является наиболее широко используемым процессом в Китае, на его долю приходится порядка 60% производства глифосата. Данный способ начинается с глицина, диметилфосфоната и параформальдегида в качестве основного сырья. Вначале параформальдегид подвергается деполимеризации, катализируемой триэтиламином, в безводном метаноле. Он последовательно реагирует с глицином и ДМП по реакции Манниха, затем к полученному выше раствору добавляют концентрированную водную хлористоводородную кислоту (31%) и нагревают до температуры кипения с обратным холодильником, при этом образуется целевой продукт глифосат. Этот процесс почти однореакторный.

Именно первый способ рассматривался в качестве базового для организации российского производства по китайской технологии, когда в 2015 году подход к снаряду делала «Группа Оргсинтез». Было подписано соглашение о сотрудничестве с китайскими партнерами, но проект так и не состоялся. Видимо, по причине отсутствия сырья.
Демоны синильной кислоты
В Усолье-Сибирском планируется ставить производство глифосата через циан-процесс. Это вполне разумное решение: взять китайскую технологию и встроить ее в цепочку фосфорных производств. Сам глифосат в общественном сознании достаточно демонизирован, а если речь идет о синильной кислоте, даже в сообществе профессиональных химиков ее упоминание способно вызвать нервный тик.

Предположим, что под эту технологию будет создан проект, подразумевающий строительство объекта I класса опасности не так далеко от Байкала. Экологию пока отодвинем в сторону, технологический суверенитет подразумевает, что в каких-то вещах приходится быть гибче и на вопросы смотреть «ширше». Весь технологический процесс необходимо будет адаптировать под конкретные условия и сырье. Но, даже если и эту задачу удастся решить, возникает еще одна сложность: а кто пойдет на это производство работать?

Работа с соединениями фосфора и синильной кислотой ― крайне малоприятная, тяжелая и опасная вещь. Существуют жесткие правила эксплуатации производств с синильной кислотой, на бумаге они ничем не отличаются от правил обращения с другими опасными веществами. Но новых специалистов надо учить с нуля, воспитывать их и прививать культуру. В России сейчас производства синильной кислоты нет, и те, кто умел с ней обращаться, давно на пенсии селекционируют новые сорта абрикосов.
В СССР в 1940–1960-х гг. было выстроено довольно мощное «синильное дерево». Два завода в Дзержинске в сумме выпускали 12,5 тыс. тонн синильной кислоты в год, которая шла на производство полиметилметакрилата, цианурхлорида и других крупнотоннажных органических и неорганических производных.
Усолье-Сибирское ― практически единственное место в стране, где все это можно грамотно организовать и запустить в работу. Но для этого, пока идет проектирование и строительство, нужно сделать две жизненно важные вещи:

  1. Снять технологические риски. Взять предлагаемую технологию и воспроизвести ее в безопасном месте на небольшой опытно-промышленной установке.
  2. Обеспечить будущее производство глифосата кадрами. Отобрать, обучить специалистов.

Вполне реально организовать целевую обучающую программу, найти опытных аппаратчиков из числа тех, что еще остались, организовать площадку, где студенты будут оттачивать свои знания, воспринимать культуру работы с подобными веществами, воспитать будущих начальника цеха, мастеров участка, руководителей установок, руководителя производства. В масштабах всего проекта чек получится мизерным, но будет снято большинство рисков. Невозможно построить завод такого типа и на него откуда-то переманить кадры. Их просто не существует, всех специалистов придется вырастить самостоятельно.

Инжиниринговый химико-технологический центр и ТГУ обладают всеми необходимыми компетенциями, чтобы осуществить озвученные задачи: проверить и адаптировать технологию и организовать программу целевой подготовки кадров.
А вдруг глифосат «отменят»?
Глифосат ― до сих пор самый продаваемый гербицид в мире, занимающий серьезную доля этого рынка. Неудивительно, что в этом вопросе есть лобби как защитников глифосата, так и его ярых противников. Там, где присутствует «зеленая повестка», экологи, истерики по поводу канцерогенности того или иного вещества, почти всегда выдает себя коммерческий интерес.

Мы нашли свежий обзор, опубликованный в мае 2024 года, по теме поиска альтернатив глифосату на сайте проекта Genetic Literacy Project («Генетическая грамотность»). В двух словах, выводы авторов для «альтернативщиков» неутешительны: все рассмотренные в материале замены глифосату (если мы банально не хотим откатить сельское хозяйство назад в XIX век) оказались неэффективными, методы обработки с ними становятся более трудозатратными, вносить их требуется в больших объемах, урожайность ниже, а издержки фермеров сильно возрастают. Плюс все они несут свои экологические риски. Авторы предупреждают, что отказ от глифосата может иметь далеко идущие последствия: повышение цен на продукты питания и снижение общей устойчивости сельского хозяйства. Здесь же говорится, что опасения по поводу воздействия глифосата на здоровье часто преувеличены и основаны на неправильной интерпретации научных данных.
В 2018 году концерн Bayer купил американскую компанию Monsanto, а вместе с ней и бренд Roundup, за 66 млрд долларов. В нагрузку к немецкому концерну перешли и все судебные иски (125 000 дел), где продукт Roundup был назван причиной рака. Урегулирование большей их части стоило компании еще 10 млрд. В 2021 году компания объявила, что уберет из версии продуктов для садоводов и обработки газонов для рынка США глифосат и заменит его другими веществами (более 90% исков были как раз от «дачников»). Причем представители Bayer подчеркивают, что отказ связан именно с опасением исков, а не с научно обоснованными данными о вреде глифосата для здоровья человека и животных. Ни одно внятное научное исследование пока таких рисков не обнаружило. Регулирующие органы в Австралии, Канаде, Европе, Японии, США и других странах пришли к выводу, что глифосат безопасен в использовании и вряд ли вызывает рак. Единственный источник, на который могут ссылаться противники глифосата ― Международное агентство по исследованию рака, входящее в состав ВОЗ, которое в 2015 году предупредило, что глифосат, вероятно, представляет риск развития рака. В этой же статье, кстати, можно почитать про кейс одного из городов в Калифорнии, власти которого решили отказаться от глифосата для муниципальных газонов, чем увеличили бюджет на благоустройство на 400 тыс. долларов в год, но все равно в итоге парки так заросли, что чистить сорняки вручную стало невозможно.
Наука совершенно определенно говорит: нет никаких доказательств того, что глифосат вызывает рак, и с этим согласны большинство глобальных организаций по здравоохранению и безопасности. Одно из крупнейших исследований здоровья человека в сельском хозяйстве в течение 20 лет следило за рабочими, использующими глифосат. Его вывод: «Общая заболеваемость раком в исследовании остается ниже, чем среди населения в целом, особенно рака полости рта, поджелудочной железы и легких».
Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
Другие материалы:
Мы публикуем интересные новости о реальном секторе экономике и отвечаем на вопросы, возникающие у производственников. Подпишитесь и первым узнавайте об обновлениях:
Еще статьи