農作物保護製品の研究と生産には、非常に高いコストがかかる。
植物保護製品（その1）
作物保護製品を製造するには、近代的な加工工場が必要である。というのも、効果の高い物質は、どちらの意味でも価値があるだけでなく、プロセス中の濃度が高いため、プラントのオペレーターにとっても危険だからである。そのため、安全性を高めるために、多段階合成と製剤化工程は閉鎖系で行われる。
この2部構成の記事では、特別な設計上の特徴を持つアミクソンの機器が、なぜこの厳しい環境下での効率化に大きく貢献し、生産施設の生産高に決定的な影響を与えることができるのかについて説明する。第1部では、農薬製造過程における合成ステップ、特別な課題とその技術的解決策を扱う。
栄養のための栽培植物
2020年末までに78億人以上が地球上で暮らすことになる。2019年の最新の国連人口予測によると、2050年には約97億人になるという。増え続ける世界の人口に十分な食糧を生産するためには、世界の農業は農薬なしでは成り立たない。作物保護製品がなければ、今日世界中で当たり前のように行われている農業の収量は、到底達成できないだろう。
殺虫剤という用語は総称であり、ダニ（殺ダニ剤）、微生物病原体（殺バクテリア剤）、真菌またはその胞子（殺真菌剤）、草食性雑草（殺草剤）、昆虫群（殺虫剤）、線虫（殺線虫剤）、げっ歯類（殺げっ歯剤）など、さまざまな作用スペクトルを持つ活性物質が含まれる。
植物保護製品とその様々な保護機能
作物保護製品のドイツ市場における売上高と販売。
作物保護製品のドイツ市場における売上高と販売、
これは、農業における望ましくない生物に対する収量を最大化するために使用される。残念なことに、これらの大規模な使用は環境に対する残留リスクもはらんでいるが、農業生産に大きな利益をもたらすため、代替手段はない。その効果は非常に大きいため、ある種の植物保護剤は有機農業でも使用されることがある。これは、他の対策がうまくいかない場合である。- よく実践されているのは、害虫の大量繁殖を防ぐために巧みな輪作を確立する方法である。例えば、有機農業で使用できる植物保護剤は、有機農業条例で規定されている。「作物への脅威が確認された場合、第16条に従って有機栽培での使用が認可された植物保護製品のみを使用することができる」（規則834/2007の第12条）。
農作物保護製品は、数十億ドル規模の世界市場である。
作物保護製品の世界市場は大きい。生産量は除草剤が圧倒的に多く、次いで殺虫剤、殺菌剤となっている。2018年の作物保護製品の世界売上高は480億ユーロ弱で、前年比0.5％増だった。2021年、世界販売は停滞した。アジアはラテンアメリカやヨーロッパを抑えて、圧倒的に大きな市場である。
ドイツでは同期間の売上高は合計13億ユーロだった。2016年にドイツで販売された作物保護製品の量は約48,000トンで、10年間で倍増したことになる（2006年は約32,000トン）。このうち約40％は除草剤、約25％は殺菌剤、約30％は殺虫剤である。ドイツにおける作物保護製品の使用は、2014年から2020年にかけて16億ユーロから11億5000万ユーロへと継続的に減少した。2021年の消費額は12億ユーロに増加した。ドイツでは2016年、合計753種類の作物保護製品に約270種類の有効成分が認可された。世界中の研究者が、一度効果を発揮すれば残留物を残さず分解される、持続可能な新しい有効成分の開発に全力で取り組んでいる。
農作物保護製品の最大手メーカーランキング。
2008年から2018年までの売上高（億ユーロ）および世界販売市場。
amixon® 真空混合乾燥機/合成リアクター VMT 100. 50リットル、100リットル、200リットル、400リットルのパイロットシステムは、amixon® のテクニカルセンターでお求めいただけます。
新しい農薬の開発には時間とコストがかかる。
作物保護製品が認可され、市場に投入されるまでには、およそ10年の集中的な開発作業が必要である。有望な新規物質が実験室で探され、モデル試験でテストされている。The manufacturer is investing around 200 million euros in the new development.看ているのは看ている。これらの試験でも、実際の有効成分は、いわゆる製剤として農業に応用可能な製品に変換される。これらの製剤には、岩粉や有機溶剤などのいわゆる担体が添加物として使用される。表面活性乳化剤は、湿潤剤や接着剤としても使用できる。製剤用賦形剤の役割は、有効成分を最終用途に対して技術的に安全にすることである。賦形剤や担体は、それ自体が環境に適合し、有効性をサポートするものでなければならない。
要求の高い多段階生産プロセス
作物保護剤を製造するための合成ステップは、有効成分や希望する適用形態によって当然異なる。しかし、基本的な工程は粉末原料でも同様である。まず、溶媒を反応器に導入し、粉末状の反応物を加えて均一に溶解または懸濁させる。最初の合成反応は、この液相中で加熱下に行われる。攪拌プロセスは、反応速度論を促進するために循環ポンプでサポートすることができる。反応が完了すると、新しい物質は液状になる。これは、新しい中間生成物の結晶化を開始するために添加剤と混合される。結晶化／凝集は、巧みな温度制御によって促進することができる。相変化の瞬間（液体から結晶／固体へ）、特に結晶構造を保持するためには、特に穏やかな混合作用が要求される。
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浮遊固形物は一般的にポンプで汲み上げられ、次の工程で多段洗浄にかけられる。ここで、有効成分の結晶は通常、水または溶媒を用いて試薬から遊離される。さらに洗浄のステップを踏むことができる。機械的固液分離は、連続運転する遠心分離機の助けを借りて行われ、これが好ましい方法である。チャンバーフィルタープレスがよく使われる。原則として、機械的固液分離には気密性の高い閉鎖系が適している。最初の合成工程は、真空混合乾燥機での熱乾燥によって完了する。その目的は、粒子の構造とサイズを維持することである。溶剤も回収される。
amixon®真空混合乾燥機/合成リアクターVMT 200、製品に接触するすべての部品は合金59製。
硫酸に対する耐食性を4種類のニッケル系材料を例にして示す。
適切な材料による長寿命の合成リアクター
欧州、米国、インドの合成プラントの新設備の設備仕様を見ると、3つの見解がある：
- 化学合成プロセスはますます複雑になっている
- 使用される溶剤がより攻撃的／腐食的になる
- 許容動作圧力は高く定義されている
- 許容動作温度はより高い
従来のオーステナイトは、今でもせいぜい粉末製剤に使われる程度である。しかし、オーステナイト・フェライト系ステンレ ス鋼、いわゆる二相鋼や超二相鋼の使用も増えて いる。合成リアクターやドライヤーでは、高合金ニッケル系材料（ハステロイC22やアロイ59）がトレンドとなっている。腐食ストレスに加え、真空と圧力の変化、高温と低温の運転は、プロセス機器にさらなるストレスをもたらし、経年劣化を加速させる。これは、急速に進行する応力腐食割れにつながることさえある。
amixon®は豊富な経験と必要な溶接資格を有し、国際的な規制に従ってあらゆるクラスの圧力機器を製造しています。amixon® の平均寿命は30年以上です。この点で、amixon®は3つの要件を満たしている：
- 圧力および真空下での恒久的な気密性を実現する洗練された設計
- 優れた耐食性と
- 優れた耐摩耗性
amixon®は、高合金材料の溶接に関する技術的な経験があります。これらの材料の溶接には、例えば厳密な溶接順序や厳密な清浄度が要求される。ASTM G48のような製造に付随する機械試験や腐食試験でさえ、すでに実施された作業を意図せず中止してしまう可能性がある。溶接継目のキャボット腐食試験も同様である。
それぞれの合成段階は真空乾燥で完了する。
真空乾燥により、最初の粉末状の合成生成物を得ることができ、これを第二の合成工程の出発原料として使用することができる。最新の、非常に効果的な粉末化学薬品は、通常、いくつかの合成ステップの結果であり、ほとんどの場合、真空混合乾燥で終わる。有効成分は合成の段階を経るごとに価値が高まり、多くの場合、より敏感になる。したがって、乾燥中の熱的・機械的ストレスを避けることが重要である。
合成品が真空乾燥機から排出されるのに十分乾燥していて冷たい場合は、1.4571や1.4404のような単純なステンレス鋼材料で十分である。
開発の一環として、さまざまな製品処方の評価がある：そのひとつが、たとえば粉末有効成分の微粉化とそれに続く凝集である。凝集製品は混合状態で固定され、粉塵が少なく、水に懸濁／溶解しやすい。最も微細な粒子は、沈殿することなく水中に永久に浮遊することができる。ダマのない均質な懸濁液/溶液は、農家が均一に散布できる。
作物保護製品が使用される気候帯に関係なく、長期的な安定性があることも、多くの品質面の特徴である。腐敗せず、溶けやすい／分散しやすい状態を保たなければならない。
アミクソンのテクニカルセンターでは、合成、真空接触乾燥、ホモジナイズ、ペレタイジングの処理工程を実演することができます。アミクソンは、試験機の10倍から50倍の大きさのプロセスマシンの設計で数十年の経験を積んでいます。
粉末状の有効成分が大きな袋に充填される。
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