La investigación y la producción de productos fitosanitarios implican costes muy elevados.
Producción de plaguicidas y el papel de los mezcladores industriales amixon® (Parte 1)
Para producir productos fitosanitarios se necesitan plantas de transformación modernas. Ello se debe a que las sustancias altamente eficaces no sólo son valiosas en el doble sentido de la palabra, sino que además no están exentas de peligro para el operador de la planta debido a su elevada concentración en el proceso. Por ello, para mayor seguridad, las síntesis en varias etapas y las fases de formulación se realizan en sistemas cerrados.
Este artículo en dos partes describe por qué los aparatos de amixon, gracias a sus especiales características de diseño, pueden contribuir en gran medida a la eficiencia en este difícil entorno e influir decisivamente en la cantidad de salida de una producción. La primera parte trata de las etapas de síntesis en el proceso de producción de plaguicidas y de los retos especiales y sus soluciones técnicas.
Cultivos alimentarios
Más de 7.800 millones de personas vivirán en la Tierra a finales de 2020. En 2050, habrá unos 9.700 millones de personas, según la proyección demográfica actual de la ONU de 2019. Para producir alimentos suficientes para la creciente población mundial, la agricultura mundial no puede prescindir de los plaguicidas. Sin los productos fitosanitarios, los rendimientos agrícolas que hoy damos por sentados en todo el mundo no serían ni de lejos alcanzables.
El término plaguicidas es un término colectivo e incluye sustancias activas con distinto espectro de acción: para controlar ácaros (arcricidas), patógenos microbianos (bactericidas), hongos o sus esporas (fungicidas), malas hierbas multivoras (herbicidas), enjambres de insectos (insecticidas), nematodos (nematicidas) y roedores dañinos (rodenticidas).
Productos fitosanitarios y sus diversas funciones protectoras
Volumen de negocios y ventas en el mercado alemán de productos fitosanitarios.
Volumen de negocios y ventas en el mercado alemán de productos fitosanitarios,
utilizados para maximizar el rendimiento frente a organismos indeseables en la agricultura. Por desgracia, su uso a gran escala también conlleva riesgos residuales para el medio ambiente, pero no hay alternativa debido a su gran beneficio para la producción agrícola. Su efecto es tan grande que algunos productos fitosanitarios también pueden utilizarse en la agricultura ecológica. Éste es el caso cuando fracasan otras medidas. - Un método que se practica con frecuencia es el establecimiento de rotaciones de cultivos inteligentes para evitar la reproducción masiva de plagas -. Los productos fitosanitarios que pueden utilizarse en la agricultura ecológica, por ejemplo, están regulados en la Ordenanza de Agricultura Ecológica. "En caso de que se identifique una amenaza para los cultivos, sólo podrán utilizarse productos fitosanitarios autorizados para su uso en la producción ecológica de conformidad con el artículo 16" (artículo 12 del Reglamento 834/2007).
Los productos fitosanitarios constituyen un mercado mundial de miles de millones de euros.
El mercado mundial de productos fitosanitarios es amplio. Los herbicidas representan, con diferencia, el mayor volumen de producción, seguidos de los insecticidas y los fungicidas. En 2018, las ventas mundiales de productos fitosanitarios ascendieron a algo menos de 48.000 millones de euros, lo que supone un aumento del 0,5% en comparación con el año anterior. En 2021, la facturación mundial se estancó. Asia es, con diferencia, el mayor mercado, por delante de América Latina y Europa.
En Alemania, la facturación en el mismo periodo fue de 1.300 millones de euros. La cantidad de productos fitosanitarios vendidos en Alemania fue de unas 48.000 toneladas en 2016, duplicándose en diez años (2006: unas 32.000 toneladas). De ellos, alrededor del 40% son herbicidas (para eliminar las malas hierbas), alrededor del 25% son fungicidas (contra los hongos y sus esporas) y alrededor del 30% son insecticidas (para matar, ahuyentar o inhibir a los insectos y sus fases de desarrollo). El uso de productos fitosanitarios en Alemania disminuyó de forma constante de 1.600 millones de euros a 1.150 millones de euros en el periodo de 2014 a 2020. En 2021, el consumo aumentó a 1.200 millones de euros. En Alemania, en 2016 se registraron alrededor de 270 sustancias activas en un total de 753 productos fitosanitarios diferentes. Investigadores de todo el mundo trabajan a toda velocidad para desarrollar nuevas sustancias activas sostenibles que se descompongan sin dejar residuos una vez hayan hecho efecto.
Clasificación de los mayores productores de productos fitosanitarios.
Volumen de ventas en miles de millones de euros y mercados mundiales de ventas en los años 2008 a 2018.
amixon® secador mezclador de vacío/reactor de síntesis VMT 100. En la planta piloto amixon® hay disponibles plantas piloto de 50 litros, 100 litros, 200 litros o 400 litros.
El desarrollo de nuevos preparados fitosanitarios es largo y costoso
Se necesitan unos diez años de intenso trabajo de desarrollo antes de que un producto fitosanitario pueda ser aprobado y lanzado al mercado. Se buscan nuevas sustancias prometedoras en el laboratorio y se prueban en ensayos con modelos. El fabricante está invirtiendo unos 200 millones de euros en el nuevo desarrollo. Realiza unos 200 estudios y mide más de 800 parámetros. Ya para estas pruebas, las sustancias activas reales se convierten en productos aplicables a la agricultura como las denominadas formulaciones. Para estas formulaciones, se utilizan como excipientes los denominados portadores, como la harina de roca o los disolventes orgánicos. Los emulsionantes tensioactivos también pueden utilizarse como agentes humectantes o adhesivos. La tarea de los excipientes de formulación es hacer que los principios activos sean técnicamente seguros para el uso final. Por su parte, los excipientes y los soportes deben ser compatibles con el medio ambiente y favorecer la eficacia.
Proceso de producción en varias fases con elevados requisitos
Los pasos de síntesis para la producción de productos fitosanitarios difieren naturalmente en función del ingrediente activo y de la forma de aplicación deseada. Sin embargo, los pasos básicos del proceso son similares para los materiales de partida en polvo. En primer lugar, se introduce un disolvente en el reactor, se añaden los reactivos en polvo y se disuelven o suspenden homogéneamente. En esta fase líquida, la primera reacción de síntesis tiene lugar bajo calentamiento. Para favorecer la cinética de la reacción, el proceso de agitación puede apoyarse en bombas de circulación. Una vez completada la reacción, la nueva sustancia se encuentra en forma líquida. Se mezcla con aditivos para iniciar la cristalización del nuevo intermedio. La cristalización/floculación puede fomentarse mediante un control hábil de la temperatura. En el momento del cambio de fase (líquido a cristalino/sólido), se requiere una acción de mezcla especialmente suave, sobre todo si se quieren preservar las estructuras cristalinas.
Los sólidos en suspensión suelen permanecer bombeables y se someten a un lavado multietapa en la siguiente fase del proceso. Aquí, los cristales del principio activo suelen liberarse de los reactivos con agua o disolvente. A continuación pueden seguir otros pasos de limpieza. La separación mecánica sólido-líquido se realiza con ayuda de centrifugadoras de funcionamiento continuo, que son el método preferido. Los filtros prensa de cámara no se utilizan con poca frecuencia. Por regla general, para la separación mecánica sólido-líquido se prefieren los sistemas cerrados y estancos al gas. El primer paso de la síntesis se completa con el secado térmico en el secador mezclador al vacío. El objetivo es preservar la estructura y el tamaño de las partículas. Además, hay que recuperar los disolventes.
amixon® secador mezclador de vacío/reactor de síntesis VMT 200, todas las partes húmedas de aleación 59.
Ejemplo de una planta de síntesis polivalente clásica. amixon® fabrica los siguientes aparatos: Reactores de síntesis, depósitos de pasta, secadores de contacto al vacío, mezcladores de refrigeración y llenado.
Resistencia a la corrosión por ácido sulfúrico utilizando el ejemplo de cuatro materiales diferentes a base de níquel.
Reactores de síntesis duraderos gracias a materiales adecuados
Si observamos las especificaciones de los nuevos equipos de las fábricas de síntesis de Europa, Estados Unidos e India, podemos hacer tres observaciones:
- los procesos de síntesis química son cada vez más complejos
- los disolventes utilizados se vuelven más agresivos/corrosivos
- las sobrepresiones de funcionamiento admisibles se definen más altas
- las temperaturas de funcionamiento admisibles aumentan
Herkömmliche Austenite werden allenfalls noch in der Pulverformulierung eingesetzt. Aber auch hier kommen zunehmend austenitisch-ferritische Edelstähle, sogenannte Duplex und Superduplexstähle zum Einsatz. Für die Synthesereaktoren und Trockner geht der Trend zu den hochlegierten Nickelbasiswerkstoffen (Hastelloy C22 und Alloy 59). Neben der korrosiven Beanspruchung führt der Wechsel zwischen Vakuum und Druck sowie zwischen Heiß- und Kaltbetrieb zu einer zusätzlichen Belastung der Prozessapparate und beschleunigt den Alterungsprozess. Dies kann sogar zu schnell fortschreitender Spannungsrisskorrosion führen.
amixon® cuenta con una gran experiencia y las cualificaciones de soldadura necesarias para fabricar equipos a presión de todas las clases de acuerdo con la normativa internacional. La vida útil media de los aparatos amixon® es de más de 30 años. En este sentido, amixon® cumple tres requisitos previos:
- Diseño sofisticado para una estanqueidad permanente bajo presión y vacío
- Excelente protección contra la corrosión y
- buena protección contra el desgaste
amixon® tiene experiencia en soldadura con materiales de alta aleación. La soldadura de estos materiales requiere, por ejemplo, el cumplimiento estricto de las secuencias de soldadura y una limpieza rigurosa. Incluso los ensayos mecánicos y las pruebas de corrosión que acompañan a la producción, como la ASTM G48, pueden dar al traste con el trabajo ya realizado. Lo mismo se aplica a la prueba de corrosión Cabot en cordones de soldadura.
La etapa de síntesis correspondiente se completa con el secado al vacío
El secado al vacío da lugar a un primer producto de síntesis en polvo que puede servir como educto para una segunda etapa de síntesis. Los productos químicos en polvo modernos y altamente eficaces suelen ser el resultado de varias etapas de síntesis, que casi siempre terminan con un secado mixto al vacío. En el proceso, el principio activo se vuelve más valioso y a menudo más sensible con cada paso de la síntesis. Por ello, durante el secado es importante evitar las tensiones térmicas y mecánicas.
Si el producto de síntesis está lo suficientemente seco y frío como para ser descargado del secador al vacío, los materiales sencillos de acero inoxidable como 1.4571 o 1.4404 suelen volver a ser suficientes.
Parte del desarrollo es la evaluación de diferentes formulaciones de productos: Una de ellas, por ejemplo, es la micronización de principios activos en polvo y su posterior aglomeración. Los productos aglomerados se fijan en su estado mezclado, tienen poco polvo y son bien suspendibles/solubles en agua. Las partículas más finas pueden flotar permanentemente en el agua sin sedimentarse. La suspensión/solución homogénea y sin grumos puede ser aplicada uniformemente por el agricultor.
Otro aspecto cualitativo de muchos es la estabilidad a largo plazo, independientemente de la zona climática del planeta en la que se utilice el producto fitosanitario. No debe descomponerse y debe permanecer fácilmente soluble/dispersable.
En el centro técnico de amixon se pueden demostrar los pasos de preparación de la síntesis, el secado por contacto al vacío, la homogeneización y la granulación por acumulación. amixon cuenta con décadas de experiencia en el diseño de máquinas de proceso que son de 10 a 50 veces mayores que las máquinas experimentales.
Las sustancias activas en polvo se introducen en bolsas grandes.
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