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我們的研究重點──創造化學新作用,追求可持續發展的未來

作為一門跨領域學科,化學將在應對未來挑戰的過程中發揮關鍵作用。基於化學的創新能夠為原材料、環境與氣候、食品和營養以及生活品質等關係到未來人類發展的問題提供答案。這些領域的趨勢正推動著巴斯夫的創新:它們不僅為我們提供了無窮的動力,也決定了我們的研發課題。

 

近期研發計劃範例

Steamcracker im BASF-Werk Ludwigshafen

碳管理: 清潔高溫反應的新技術

由於化學反應需要能源,石化燃料是化學工業中最大的二氧化碳來源。 例如,巴斯夫的蒸汽裂解裝置必須達到850°C,以便將石油腦分解成烯烴和芳烴進行進一步處理。 如果這種能源可取自可再生電力而不是現在通常使用的天然氣,那麼二氧化碳排放量可以大幅降低90%。 因此,巴斯夫的目標是在未來五年內為蒸汽裂解裝置開發世界上第一個電加熱概念。 同時,需要進行材料測試以確定哪種金屬材料能夠承受高電流並且適用於這種類型的高溫反應器。

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Kohlenstoffmanagement: Neuer Prozess für sauberen Wasserstoff

碳管理:乾淨氫氣的新製程

生產氫的同時也會釋放出大量的二氧化碳。化學工業使用大量的氫作為反應物。例如,在巴斯夫,它用於氨合成。氫還將成為未來許多可持續能源載體和儲能應用的必要條件。因此,巴斯夫與合作夥伴一起開發了一種從天然氣生產氫氣的新製程技術。該技術將天然氣直接分解為氫和碳。 例如,所得固體碳可應用於鋼或鋁的生產,這種甲烷熱解過程需要相對較少的能量。如果這種能源來自可再生能源,可將氫氣進行量產而不產生二氧化碳排放。

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Kohlenstoffmanagement: Neue Katalysatoren für saubere Olefine

碳管理:生產乾淨烯烴的新催化劑

作為一種核心、大量的中間體,烯烴是巴斯夫尋求開發新的低排放製程的重要領域。透過甲烷的「乾重組」可以顯著降低蒸汽裂解裝置目前生產方法所產生的大量二氧化碳排放。該方法產生合成氣,然後透過二甲醚的中間體將其轉化為烯烴。 由於採用了新型高性能催化劑系統,巴斯夫研究人員首次找到這樣做的方法。這些新一代催化劑正在與林德(Linde)合作上市。 根據原材料和可再生電力的可用性,這一創新過程可以作為蒸汽裂解裝置潛在電加熱的補充或替代。

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碳管理: 使用二氧化碳的新化學

巴斯夫推出了一種使用二氧化碳作為化學原料的新方法:利用乙烯和二氧化碳生產丙烯酸鈉。丙烯酸鈉是超級吸收體的重要原料,廣泛應用於尿布和其他衛生用品。幾年前,海德堡大學巴斯夫支持的催化研究實驗室(CaRLa)的研究人員首次成功完成了該反應的催化劑循環。與此同時,巴斯夫專家將此製程擴大至商業化生產規模取得了重要進展,並證明它可以在實驗室規模的小型工廠中成功實施。與目前以丙烯為基礎的超級吸收體生產方法相比,在新製程中,二氧化碳將取代約30%的石化燃料,即使是更大規模的生產製程也同樣穩定的和節能。

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虛擬和實體實驗相輔相成

數位化技術對研發的影響正急劇擴大。大量資料的處理已成為未來科學和經濟領域取得成功的決定性因素。藉由巴斯夫的數位化方法,虛擬模擬和電腦類比與實驗室的實驗可同步進行,相輔相成。模擬有助於實驗的設計和預測,而實驗能提供可測量的結果並評估電腦模型。幫助研究人員更了解化學產品和製程,進而在更短的時間內實現更大的創新。推動巴斯夫數位化進程的一大關鍵要素就是2017年10月在德國路德維希港投入使用的超級電腦。該電腦每秒可運算1.75千萬億次,其運算能力約為巴斯夫現有科學計算能力的10倍。在2017年全球計算系統500強中榜單中,該電腦名列第65位。

數位化技術在日常研發活動中不可或缺

數位化為研究人員落實創意並在全球緊密合作創造了新的契機。巴斯夫專家認為,數位化技術必須直接整合到研發部門的日常工作中。直接訪問知識系統對高效解決問題十分必要,同時也有助於研究人員開闊視野。例如,基於雲端技術的應用平臺將大大提高所有研究人員擴大知識網絡的效率。最近幾個月,巴斯夫研究人員多項成功計劃顯示,數位化在研究領域擁有巨大潛力。例如,研究人員首次對中間體產品環氧乙烷生產中的催化劑資料進行了系統化研究。此項研究所發現的催化劑配方和催化性能之間的相關性可以幫助更準確、快速地預測催化劑的性能和使用壽命。

另一個例子是應用電腦類比研究微膠囊技術。該技術用於保護活性成分免受濕氣和氧氣等的干擾。模擬有助於更好地理解和預測微膠囊中複雜的化學和物理作用,進而更精確地規劃實驗室測試。

數位農藝惠及農民

透過內外部合作,巴斯夫同樣在農業的數位化轉型中發揮了重要作用。線上應用程式Maglis® 可幫助農民更有效地利用現有資訊,在農田種植方面做出更好的決策。今年5月底,巴斯夫收購了ZedX公司,後者專門研發天氣、植物生長和疾病、雜草以及有害生物的農藝模型。巴斯夫和ZedX聯合研發了一款基於天氣和環境條件的模型,為巴斯夫除草劑確保正確的應用時機。

Ein Pilz als lebende Fabrik / A Fungus as a living factory

白色生物科技:耐高溫的動物營養用酶

巴斯夫生物科學研究平台近期的研究重點是面向動物營養產品的植酸酶 (Natuphos® E)。植酸酶可幫助動物更好地吸收植物中的磷。但很多酶對溫度十分敏感。因此,在動物飼料生產過程中,制粒環節所產生的高溫會使酶失去活性,無法發揮應有的作用。為了開發耐高溫的植酸酶,巴斯夫研究人員廣泛分析了細菌中存在的各種植酸酶,並使用生物技術培養出了性能最佳的雜交酶。同時,研究人員還開發出了基於黑麯黴的酶發酵(生物技術生產)製程,進一步提高了酶產效率。新的植酸酶產品已在美國以及亞洲和南美的部分國家上市。

Spezial-Zeolithe für Abgaskatalysatoren / Specialty Zeolites for automotive emission catalysts

催化劑:為廢氣淨化與精煉增加價值

製程研究及化學工程研究平台近來主要專注於銅菱沸石等特種沸石的研究,它們可高效去除廢氣中的氮氧化物,在柴油引擎排放控制催化劑等產品中發揮著關鍵作用。隨著全球排放法規的日益嚴格,車用催化系統需求穩定成長。為了滿足這項需求,巴斯夫研究人員不斷致力於開發下一代特種沸石。利用複雜的原材料和製程技術,他們可以調整孔徑大小以獲得更加均勻的顆粒。此外,巴斯夫還開發了硼催化技術 (BoroCatTM)以幫助煉油廠提高汽油、柴油和其它燃油等高價值產品的產量。原油中的鎳會大幅增加石油焦炭和氫氣等不需要的副產品,對進一步加工造成挑戰。全新的BoroCat流化催化裂化(FCC)催化劑則採用了優化的微孔結構,可捕獲加工過程中的鎳,阻止不需要的化學反應。

塑膠:成功 減少噪音和震動

先進材料及系統研究平台近期的研究重點是「噪音、震動和舒適性」課題。巴斯夫專家正不斷探索透過材料和零部件設計減少噪音和震動的可行性。隨著家庭和工作環境自動化程度的提高,背景雜音和震動也在不斷增加,使得降噪減震的需求日益迫切。與此同時,噪音類型也在變化。以電動車為例,儘管引擎噪音有所降低,但其它頻率的噪音卻更加突出,必須加以處理。另外一個例子則是家用電器,城市化的發展使越來越多的人不得不居住在狹小的空間內。但同時,家用電器不僅數量增加,功率也變得更大。因此必須儘量減小它們所產生的噪音和振動。一支由化學家、物理學家和工程師組成的巴斯夫跨學科團隊對各種聚合物解決方案進行改良,進而優化可被人體聽到或感受到的頻率範圍(1 - 20000 赫茲)。該團隊可根據頻率範圍和要求,利用電腦模擬技術調整部件設計及材料(聚醯胺、聚氨酯、三聚氰胺樹脂泡綿)的分子或泡綿結構。