La ricerca e la produzione di prodotti fitosanitari comportano costi molto elevati.
La miscelazione dei pesticidi e dei fitosanitari (Parte 1)
Per produrre prodotti fitosanitari sono necessari moderni impianti di lavorazione. Questo perché le sostanze altamente efficaci non sono solo preziose nel doppio senso della parola, ma anche non prive di pericoli per l'operatore dell'impianto a causa della loro elevata concentrazione nel processo. Per maggiore sicurezza, le sintesi e le fasi di formulazione a più stadi avvengono quindi in sistemi chiusi.
Questo articolo in due parti descrive perché gli apparecchi amixon, grazie alle loro speciali caratteristiche di progettazione, possono contribuire molto all'efficienza in questo ambiente difficile e avere un'influenza decisiva sulla quantità di output di una produzione. La prima parte tratta le fasi di sintesi del processo di produzione dei pesticidi, le sfide particolari e le relative soluzioni tecniche.
Colture per l'alimentazione
Alla fine del 2020 sulla Terra vivranno più di 7,8 miliardi di persone. Nel 2050 ci saranno circa 9,7 miliardi di persone, secondo l'attuale proiezione demografica delle Nazioni Unite del 2019. Per produrre cibo a sufficienza per la crescente popolazione mondiale, l'agricoltura mondiale non può fare a meno dei pesticidi. Senza i prodotti fitosanitari, i rendimenti agricoli che oggi diamo per scontati in tutto il mondo non sarebbero neanche lontanamente raggiungibili.
Il termine pesticidi è un termine collettivo e comprende sostanze attive con diverso spettro d'azione: per controllare gli acari (arcicidi), i patogeni microbici (battericidi), i funghi o le loro spore (fungicidi), le erbacce multivore (erbicidi), gli sciami di insetti (insetticidi), i nematodi (nematicidi) e i roditori dannosi (rodenticidi).
I prodotti fitosanitari e le loro diverse funzioni protettive
Fatturato e vendite nel mercato tedesco dei prodotti fitosanitari.
Fatturato e vendite nel mercato tedesco dei prodotti fitosanitari,
utilizzati per massimizzare i rendimenti contro gli organismi indesiderati in agricoltura. Purtroppo, il loro utilizzo su larga scala comporta anche rischi residui per l'ambiente, ma non ci sono alternative a causa del loro elevato beneficio per la produzione agricola. Il loro effetto è tale che alcuni prodotti fitosanitari possono essere utilizzati anche in agricoltura biologica. Questo avviene quando altre misure falliscono. - Un metodo spesso praticato è la creazione di rotazioni colturali intelligenti per prevenire la riproduzione di massa dei parassiti. I prodotti fitosanitari che possono essere utilizzati in agricoltura biologica, ad esempio, sono regolati dall'Ordinanza sull'agricoltura biologica. "In caso di minaccia identificata per le colture, possono essere utilizzati solo i prodotti fitosanitari autorizzati per l'uso nella produzione biologica in conformità all'articolo 16" (articolo 12 del Regolamento 834/2007).
I prodotti per la protezione delle colture sono un mercato globale che vale miliardi
Il mercato mondiale dei prodotti fitosanitari è ampio. Gli erbicidi rappresentano il volume di produzione di gran lunga maggiore, seguiti dagli insetticidi e dai fungicidi. Nel 2018, le vendite globali di prodotti per la protezione delle colture sono state pari a poco meno di 48 miliardi di euro, con un aumento dello 0,5% rispetto all'anno precedente. Nel 2021 il fatturato globale ha ristagnato. L'Asia è di gran lunga il mercato più grande, davanti all'America Latina e all'Europa.
In Germania, il fatturato nello stesso periodo è stato di 1,3 miliardi di euro. La quantità di prodotti fitosanitari venduti in Germania è stata di circa 48.000 tonnellate nel 2016, raddoppiando in dieci anni (2006: circa 32.000 tonnellate). Di questi, circa il 40% sono erbicidi (diserbanti), circa il 25% sono fungicidi (contro i funghi e le loro spore) e circa il 30% sono insetticidi (per uccidere, allontanare o inibire gli insetti e i loro stadi di sviluppo). L'uso di prodotti fitosanitari in Germania è diminuito costantemente da 1,6 miliardi di euro a 1,15 miliardi di euro nel periodo 2014-2020. Nel 2021, il consumo è salito a 1,2 miliardi di euro. In Germania, nel 2016 sono state registrate circa 270 sostanze attive in un totale di 753 prodotti fitosanitari diversi. I ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando a pieno ritmo per sviluppare nuove sostanze attive sostenibili che si decompongono senza lasciare residui una volta che hanno fatto effetto.
Classifica dei maggiori produttori di agrofarmaci.
Volume delle vendite in miliardi di euro e mercati di vendita globali negli anni dal 2008 al 2018.
amixon® miscelatore essiccatore sottovuoto/reattore di sintesi VMT 100. Gli impianti pilota da 50 litri, 100 litri, 200 litri o 400 litri sono disponibili nell'impianto pilota amixon®.
Lo sviluppo di nuovi preparati per la protezione delle colture è lungo e costoso.
Sono necessari circa dieci anni di intenso lavoro di sviluppo prima che un prodotto fitosanitario possa essere approvato e lanciato sul mercato. Le nuove sostanze promettenti vengono ricercate in laboratorio e testate in prove modello. Il produttore sta investendo circa 200 milioni di euro nel nuovo sviluppo. Conduce circa 200 studi e misura più di 800 parametri. Già per questi test, le sostanze attive effettive vengono convertite in prodotti applicabili all'agricoltura come le cosiddette formulazioni. Per queste formulazioni vengono utilizzati come eccipienti i cosiddetti carrier, come la farina di roccia o i solventi organici. Gli emulsionanti tensioattivi possono essere utilizzati anche come agenti bagnanti o adesivi. Il compito degli eccipienti di formulazione è quello di rendere i principi attivi tecnicamente sicuri per l'uso finale. Da parte loro, gli eccipienti e i carrier devono essere compatibili con l'ambiente e sostenere l'efficacia.
Processo di produzione in più fasi con requisiti elevati
Le fasi di sintesi per la produzione di prodotti fitosanitari variano naturalmente a seconda dell'ingrediente attivo e della forma di applicazione desiderata. Tuttavia, le fasi di base del processo sono simili per i materiali di partenza in polvere. In primo luogo, viene introdotto un solvente nel reattore, vengono aggiunti i reagenti in polvere e disciolti o sospesi in modo omogeneo. In questa fase liquida, la prima reazione di sintesi avviene sotto riscaldamento. Per favorire la cinetica di reazione, il processo di agitazione può essere supportato da pompe di circolazione. Al termine della reazione, la nuova sostanza si presenta in forma liquida. Viene miscelato con additivi per avviare la cristallizzazione del nuovo intermedio. La cristallizzazione/flocculazione può essere favorita da un sapiente controllo della temperatura. Al momento del cambiamento di fase (da liquido a cristallino/solido), è necessaria un'azione di miscelazione particolarmente delicata, soprattutto se si vogliono preservare le strutture cristalline.
I solidi in sospensione rimangono solitamente pompabili e vengono sottoposti a un lavaggio a più stadi nella fase di processo successiva. In questo caso, i cristalli di principio attivo vengono solitamente liberati dai reagenti con acqua o solvente. Possono seguire ulteriori fasi di pulizia. La separazione meccanica solido-liquido viene effettuata con l'ausilio di centrifughe a funzionamento continuo, che rappresentano il metodo preferito. Le filtropresse a camera non sono utilizzate di rado. Di norma, per la separazione meccanica solido-liquido si preferiscono sistemi chiusi a tenuta di gas. La prima fase di sintesi è completata dall'essiccazione termica nel mixer essiccatore sotto vuoto. L'obiettivo è quello di preservare la struttura e le dimensioni delle particelle. Inoltre, i solventi devono essere recuperati.
Essiccatoio di miscelazione sottovuoto amixon®/reattore di sintesi VMT 200, tutte le parti bagnate in lega 59.
Esempio di un classico impianto di sintesi multifunzionale. amixon® produce i seguenti apparecchi: Reattori di sintesi, bunker per paste, essiccatori a contatto sotto vuoto, miscelatori di raffreddamento e riempimento.
Resistenza alla corrosione dell'acido solforico con l'esempio di quattro diversi materiali a base di nichel.
Reattori di sintesi durevoli grazie a materiali adeguati
Esaminando le specifiche delle nuove apparecchiature nelle fabbriche di sintesi in Europa, negli Stati Uniti e in India, si possono fare tre osservazioni:
- i processi di sintesi chimica stanno diventando sempre più complessi
- i solventi utilizzati diventano più aggressivi/corrosivi
- le sovrapressioni di esercizio ammissibili sono definite più elevate
- le temperature di esercizio ammissibili diventano più elevate
Le austeniti convenzionali sono tuttora utilizzate nella formulazione delle polveri. Ma anche in questo caso si utilizzano sempre più spesso acciai inossidabili austenitico-ferritici, i cosiddetti duplex e superduplex. Per i reattori di sintesi e gli essiccatori, la tendenza è verso materiali ad alta lega a base di nichel (Hastelloy C22 e Alloy 59). Oltre alle sollecitazioni corrosive, il passaggio dal vuoto alla pressione e dal funzionamento a caldo a quello a freddo comporta ulteriori sollecitazioni sull'apparecchiatura di processo e accelera il processo di invecchiamento. Questo può persino portare a una cricca da tensocorrosione in rapida progressione.
amixon® ha una grande esperienza e le necessarie qualifiche di saldatura per produrre attrezzature a pressione di tutte le classi in conformità alle normative internazionali. La vita media degli apparecchi amixon® è di oltre 30 anni. A questo proposito, amixon® soddisfa tre prerequisiti:
- Design sofisticato per una tenuta permanente sotto pressione e sotto vuoto
- Eccellente protezione dalla corrosione e
- buona protezione dall'usura
amixon® ha esperienza di saldatura con materiali ad alta lega. La saldatura di questi materiali richiede, ad esempio, sequenze di saldatura rigorosamente rispettate e una pulizia rigorosa. Anche i test meccanici e di corrosione che accompagnano la produzione, come l'ASTM G48, possono portare a una cessazione indesiderata del lavoro già svolto. Lo stesso vale per il test di corrosione Cabot sui cordoni di saldatura.
La rispettiva fase di sintesi è completata con l'essiccazione sotto vuoto
L'essiccamento sotto vuoto produce un primo prodotto di sintesi in polvere che può servire come prodotto di base per una seconda fase di sintesi. I moderni prodotti chimici in polvere altamente efficaci sono di solito il risultato di diverse fasi di sintesi, che terminano quasi sempre con un'essiccazione sotto vuoto. Durante il processo, l'ingrediente attivo diventa più prezioso e spesso più sensibile ad ogni fase di sintesi. Durante l'essiccazione è quindi importante evitare stress termici e meccanici.
Se il prodotto di sintesi è sufficientemente asciutto e fresco da poter essere scaricato dall'essiccatore sottovuoto, di solito sono di nuovo sufficienti semplici materiali in acciaio inox come 1.4571 o 1.4404.
Parte dello sviluppo è la valutazione di diverse formulazioni di prodotto: Uno di questi, ad esempio, è la micronizzazione dei principi attivi in polvere e la loro successiva agglomerazione. I prodotti agglomerati sono fissi allo stato misto, poco polverosi e ben sospendibili/solubili in acqua. Le particelle più fini possono galleggiare in modo permanente nell'acqua senza sedimentare. La sospensione/soluzione omogenea e priva di grumi può essere applicata uniformemente dall'agricoltore.
Un altro aspetto qualitativo è la stabilità a lungo termine, indipendentemente dalla zona climatica in cui viene utilizzato il prodotto fitosanitario. Non deve decomporsi e deve rimanere facilmente solubile/dispersibile.
Nel centro tecnico amixon è possibile dimostrare le fasi di preparazione della sintesi, dell'essiccazione a contatto sottovuoto, dell'omogeneizzazione e della granulazione per accumulo. amixon vanta un'esperienza decennale nella progettazione di macchine di processo da 10 a 50 volte più grandi delle macchine sperimentali.
I principi attivi in polvere vengono riempiti in grandi sacchi.
© Copyright by amixon GmbH