Industrie + Technik

<p>Das meistverwendete Betriebsmittel in der chemischen Industrie ist Wasser. Es dient als Lösemittel und Reagenz, als Energieträger zum Wärmen oder Kühlen oder etwa zur Reinigung. Ganz gleich, wofür es verwendet wird: Das Wassermonitoring gehört zu den wichtigen Aufgaben in einem Chemiepark. Ein entscheidender Parameter ist der Gehalt an organischem Kohlenstoff.</p>
<p>Im Parameter TOC (total organic carbon) wird der gesamte Kohlenstoff aus organischen Verbindungen in Wasser oder wässrigen Lösungen in einem Analysenwert erfasst. Somit gilt er als Maß der Verunreinigung durch organische Substanzen.</p><p>Bei der meistverwendeten Analysemethode zur Bestimmung organischen Kohlenstoffs wird die Probe zunächst mit einer Mineralsäure (meistens HCl) angesäuert. Sie setzt die anorganischen Kohlenstoffverbindungen wie Carbonate und Hydrogencarbonate zu Kohlendioxid um, das von einem Spülgas aus der Probe entfernt wird. Dann wird ein Aliquot auf einen heißen Katalysator injiziert. Die organischen Verbindungen werden zu Kohlendioxid umgesetzt und mit einem Trägergas zu einem NDIR-Detektor (NDIR: non dispersive infrared) befördert, der die Menge an Kohlendioxid detektiert.</p><p>Das Verfahren ist matrixunabhängig und nachweisstark; zudem wird nur eine Mineralsäure als Reagenz benötigt, und die Analyse dauert nur wenige Minuten. Darüber hinaus lässt sich die Messung nicht nur im Labor durchführen, sondern auch im Prozess einfach umsetzen. Das ist vor allem in Prozessen wichtig, in denen die Veränderung eines Wassers schnell und engmaschig erfasst werden soll. Daher setzt die chemische Industrie TOC-Messungen besonders häufig ein.</p><h2>Der Online-Analysator</h2><p>Um TOC-Messungen online durchzuführen, muss ein Analysator mehrere Anforderungen erfüllen:</p><p><list list-type="simple"><list-item></list-item></list></p><p>Probenanbindung für unterschiedliche Messstellen,</p><list-item><p>zuverlässige Probenentnahme bei unterschiedlichen Proben,</p></list-item><list-item><p>Kommunikationsmittel, die Messwerte, Status- und Alarmsignale schnellstmöglich an eine Fernwarte übertragen</p></list-item><list-item><p>autarke und wartungsarme Arbeitsweise, sodass der Analysator rund um die Uhr laufen kann.</p></list-item><p></p><p>Auf diese Anforderungen ist der TOC-4200 von Shimadzu ausgelegt. Mit unterschiedlichen Probenehmern passt er sich an die jeweilige Messstelle an. Das System erledigt Probenvorbereitung und Analyse automatisch.</p><p>Das Gerät oxidiert die organischen Verbindungen mit einem Platinkatalysator bei 680 °C. Damit liegt die Verbrennungstemperatur unterhalb der Schmelzpunkte der gängigen Salze wie Natriumchlorid.</p><p>Mit der Software lässt sich eine Kontrollprobe definieren, um das System und die Kalibrierung zu überprüfen. Zudem kann das Gerät bei Abweichungen automatisch kalibrieren. Automatische Probenverdünnung schont das System bei stark säure- oder salzhaltigen Medien. Um Daten an die Leitwarte zu übertragen gibt es mehrere Kommunikationsmittel, zum Beispiel Modbus.</p><p>Je nach Verwendung der verschiedenen Wasser in chemischen oder thermischen Prozessen, in geschlossenen oder offenen Systemen hat eine TOC-Analytik andere Aufgaben (Abbildung S. 37).</p><figure><img src="https://media.graphcms.com/yVBUVBv0QtCqRE6e62OE"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Einsatz von Total-Organic-Carbon(TOC)-Prozessanalysatoren in einem Chemiepark.</figcaption></figure>
<h2>Abwasser</h2><p>In einem Chemiepark entstehen große Mengen Abwasser, die in einer standorteigenen Kläranlage gereinigt werden. Um deren biologische Reinigungsstufe zu schützen, werden die Einläufe mit TOC-Prozessanalysatoren überwacht (Abbildung oben). In vielen Chemieparks stehen zudem die Abwasserströme einzelner Betriebe unter permanenter Kontrolle, um einen Havariefall schnell zu erkennen und die Abwasserreinigungsanlage zu schützen. Zudem basiert die Abwasserreinigungsgebühr zumeist auf der anfallenden TOC-Fracht.</p><figure><img src="https://media.graphcms.com/jdyw6CjMQj6th5otl6NK"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Messungen im Einlauf einer Industrie-Kläranlage in einem Chemiepark über einen Zeitraum von fast vier Monaten. Hier wurde im Takt von zirka fünf Minuten der TOC-Gehalt gemessen, insgesamt wurden etwa 27 000 einzelne Messungen aufgezeichnet.</figcaption></figure>
<p>Zudem ist die Reinigungseffizienz einer Kläranlage zu überwachen, etwa im Ablauf. Denn viele Chemieparks liegen an Fließgewässern und leiten das gereinigte Wasser in die Flüsse.</p><h2>Reinstwasser, Dampf und Kondensat</h2><p>Die Betriebe in den Chemieparks nutzen Reinstwasser für chemische oder thermische Prozesse in Abhitzeanlagen. Dafür wird es an manchen Standorten zentral hergestellt und über Rohrleitungen zu den Betrieben gebracht. Organische Verunreinigungen im Reinstwasser können chemische Prozesse und letztendlich die Produktqualität beeinträchtigen. Daher werden Reinstwasser mit Online-TOC überwacht, in der Regel zentral.</p><p>Ähnlich verhält es sich mit Rücklaufkondensat aus dem Dampf-Wasserkreislauf. Wasserdampf ist einer der wichtigsten Energieträger in einem Chemiepark, heizt beispielsweise Reaktoren, dient der Stromerzeugung und ist manchmal Teil eines Herstellungsprozesses. Verunreinigungen in dem zur Dampfgewinnung genutzten Wasser wirken sich negativ auf die Anlage aus.</p><p>So zersetzen sich bei der Dampferzeugung einige organische Substanzen, und die Zersetzungsprodukte sowie organische Säuren fördern die Korrosion an Anlagenteilen wie Wärmetauschern oder Dampfturbinen. Daher ist im Dampf-Kondensatkreislauf der TOC-Gehalt zu überwachen.</p><h2>Kühlwasser</h2><p>Um Prozesse zu kühlen, werden in Chemieparks zusätzliche Kühlkreisläufe betrieben. Die hierfür verwendeten Kühltürme mit ihren großen Wassermengen sind anders als die Dampf-Wasserkreisläufe ein offenes System. Von außen wirken Umwelteinflüsse auf die Qualität des Rückkühlwassers.</p><p>Mancherorts dient Wasser aus Fließgewässern zur Kühlung. Dieses Wasser wird meist aufbereitet, durch Wärmetauscher gepumpt und anschließend in den Fluss zurückgeleitet. Um Lecks im Kühlsystem schnell zu erkennen und die Umwelt vor austretenden organischen Schadstoffen zu schützen, werden auch hier TOC-Prozessanalysatoren eingesetzt.</p><h2>Oberflächenwasser</h2><p>Chemieparks bestehen aus großen versiegelten Flächen. Kommt es beim Ab- oder Beladen zu einem Unfall, könnten Stoffe austreten, die Regenwasser in die Kanalisation spült. Die Stoffe landen dann entweder in der standorteigenen Kläranlage, fließen über ein weiteres Kanalnetz in die kommunale Kläranlage oder gelangen im schlimmsten Fall über Flüsse in die Umwelt. Auch bei der Überwachung von Oberflächenwasser werden häufig TOC-Messungen online durchgeführt. Das Wasser muss dann bei Überschreitung eines Grenzwerts umgeleitet werden, zum Beispiel über die Prozessleitwarte, an die der aktuelle TOC-Wert laufend übertragen wird.</p><p>Sascha Hupach ist seit dem Jahr 2008 Produktspezialist für TOC und AAS bei Shimadzu Deutschland in Duisburg. <a href="mailto:info@shimadzu.de">info@shimadzu.de</a></p>

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Kohlenstoffgehalt überwachen

Das meistverwendete Betriebsmittel in der chemischen Industrie ist Wasser. Es dient als Lösemittel und Reagenz, als Energieträger zum Wärmen oder Kühlen oder etwa zur Reinigung. Ganz gleich, wofür es verwendet wird: Das Wassermonitoring gehört zu den wichtigen Aufgaben in einem Chemiepark. Ein en...

<p>Im Jahr 2020 haben Branchen wie Biotech, Pharma und Waschmittel im Durchschnitt mehr umgesetzt als im Jahr zuvor. Viele Chemiefirmen haben dagegen Verluste gemacht. In allen Bilanzen einzelner Unternehmen nehmen Nachhaltigkeitsziele großen Raum ein.</p>
<p>Unternehmen haben im Jahr 2020 nicht so viel umgesetzt wie gedacht. Die Beschäftigtenzahlen und Investitionen sanken dennoch kaum (Tabelle). So soll es den Ausblicken in den Bilanzen zufolge im laufenden Jahr bleiben. Ein Punkt fiel in allen Unternehmensbilanzen auf: Die Ausgaben für nachhaltiges Wirtschaften im Sinn der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen sollen steigen.</p><table-wrap>

<label>Tab. 1</label><h2>Unternehmen, sortiert nach in Euro umgerechnetem Umsatz des Jahrs 2020. * Werte in Mio. US-Dollar, 1 USD ≈ 0,8 Euro; ** Werte in Mio. Schweizer Franken, 1 CHF ≈ 0,9 Euro; –: nicht ausgewiesen. Ebit: Gewinn vor Zinsen und Steuern; Ebitda-Marge: (Gewinn vor Zinsen, Steuern und Abschreibungen)/Umsatz; F+E: Forschungs- und Entwicklungskosten; F+E-Quote: F+E/Umsatz. Zahlen in Klammern: Veränderung zum Vorjahr. Hochgestellt:<sup>1–3)</sup> Bilanzberichte in Nachr. Chem. 2021, 69(4), 67(5) und 67(6).</h2><img src="https://media.graphcms.com/9TwCYYQTGrgsyLgkABAA">

</table-wrap><p>Die Mitgliedsunternehmen des Branchenverbands Plasticseurope wollen den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft beschleunigen und dafür in chemisches Recycling 2,6 Mrd. Euro im Jahr 2025 und 7,2 Mrd. Euro im Jahr 2030 investieren. Die kunststofferzeugenden Unternehmen planen, damit dann 1,2 Mio. Tonnen beziehungsweise 3,4 Mio. Tonnen recycelte Kunststoffe zu gewinnen. Im Jahr 2018 gab es europaweit etwa 29 Mio. Tonnen Kunststoffabfall. Davon wurde ungefähr ein Viertel recycelt – hauptsächlich mechanisch.</p><p>Die Circular Plastics Alliance der EU-Kommission verlangt, ab dem Jahr 2025 jährlich 10 Mio. Tonnen recycelte Kunststoffe in europäischen Produkten zu verwenden. Bis zum Jahr 2050 wäre es der Unternehmensberatung McKinsey zufolge möglich, dass nahezu 60 Prozent der weltweiten Kunststoffherstellung auf Wiederverwendung und Verwertung beruhen.</p><h2>Kunststoffproduktion und -umsatz gesunken</h2><p>Die etwa 100 Mitgliedsunternehmen von Plasticseurope produzieren mehr als 90 Prozent der Kunststoffe in den 27 EU-Mitgliedsstaaten, Großbritannien, Norwegen, der Schweiz und der Türkei. In Deutschland zählten im Jahr 2020 insgesamt etwa 3490 Unternehmen zur Kunststoffindustrie, darunter mehr als 3000 kunststoffverarbeitende Betriebe, zirka 250 Kunststoff- und Gummimaschinenbauer sowie 200 Kunststofferzeuger.</p><p>Diese Kunststofferzeuger beschäftigten im Jahr 2020 etwa 53 000 Menschen und setzten zusammen 23 Mrd. Euro um. Das waren 8,7 Prozent weniger als im Jahr zuvor, und 8,2 Mrd. Euro stammten aus dem Inland. Die Produktion in Deutschland sank um 1,6 Prozent auf 17,9 Mio. Tonnen Kunststoffe. Importiert wurden ungefähr 9 Mio. Tonnen (–7,1 %); davon kamen mehr als 80 Prozent aus EU-Mitgliedsstaaten, vor allem aus den Niederlanden und Belgien, jeweils etwa 20 Prozent.</p><h2>Biotech boomt</h2><p>Die Aktien der Biotechunternehmen Curevac und Immatics haben seit ihrem Börsengang im August 2020 bis zum Jahreswechsel zugelegt: Die Marktkapitalisierung – also der rechnerische Gesamtwert der im Umlauf befindlichen Aktien – von Curevac stieg von um 46 Prozent auf etwa 14 Mrd. US-Dollar (USD). Die Marktkapitalisierung von Immatics stieg um mehr als 200 Prozent – und dies nicht aufgrund neuer Covid-19-Therapien, sondern mit Immuntherapien gegen Krebs.</p><p>Das Mainzer Unternehmen Biontech hat seine Marktkapitalisierung seit dem Börsengang im Oktober 2019 bis zum Jahresende 2020 von etwa 3,5 Mrd. USD auf mehr als 20 Mrd. USD fast versechsfacht.</p><p>Alle drei Unternehmen sind an der US-amerikanischen Börse Nasdaq gelistet. In den Jahren 2019 und 2020 ist die Marktkapitalisierung deutscher Biotechunternehmen der Unternehmensberatung EY zufolge insgesamt um etwa 111 Prozent gestiegen.</p><p>Für EY sind Biotechunternehmen gefährdet, die aus laufenden Forschungsprogrammen auf Covid-19-Forschung umgeschwenkt sind oder diese zusätzlich aufgenommen haben. Sie hätten ein doppeltes Risiko: Die meisten dieser Investitionen würden ins Leere laufen, da der Wettbewerb auf dem Gebiet stark ist. Pharmaunternehmen forschen zurzeit weltweit an 446 Covid-19-Wirk- und 240 -Impfstoffen. Zudem lenke diese Forschung vom ursprünglichen Unternehmenszweck ab.</p><p>Der Branchenverband Bio Deutschland vertritt 687 private Biotechunternehmen. Die 23 börsennotierten Unternehmen eingerechnet stiegen der Branchenumsatz um 36 Prozent und die Investitionen in Forschung und Entwicklung um 37 Prozent. Die Zahl der Arbeitsplätze nahm um zehn Prozent zu (Grafik).</p><figure><img src="https://media.graphcms.com/VefvRegORZqX3X6Zd33Y"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Umsatz sowie Ausgaben für Forschung und Entwicklung (F+E) von Biotechunternehmen in den Jahren 2020 und 2019. Quellen: EY (börsennotierte), Bio Deutschland</figcaption></figure>
<p>Oliver Schacht, Vorstandsvorsitzender von Bio Deutschland, hatte die Steigerungen erwartet, da „sich rund 70 unserer Mitgliedsunternehmen mit Diagnostika, Impfstoffen und Therapieentwicklungen für die Bekämpfung der Pandemie einsetzen“. Etwa ein Viertel der Biotechunternehmen mit einer positiven Geschäftsentwicklung im Jahr 2020 begründeten einer Umfrage von Bio Deutschland zufolge die gute Situation mit dem Bedarf an biotechnischen Produkten, um die Pandemie einzudämmen.</p><h2>Mehr Dünger, weniger Insektizide</h2><p>Der gesamte Stickstoffdüngerabsatz ist dem Industrieverband Agrar (IVA) zufolge in der Düngesaison 2019/20 gegenüber dem Vorjahreswert um 2,2 Prozent auf 1,4 Mio. Tonnen gestiegen. Den größten Marktanteil hatte Kalkammonsalpeter mit 511 000 Tonnen (+1,4 %). An Harnstoff setzte die Branche 219 130 Tonnen (–7,2 %) ab. Die anderen Einnährstoffdünger, zu denen schwefelhaltige Düngemittel wie Ammonsulfatsalpeter zählen, legten um 7 Prozent zu.</p><p>Der Verkauf von Phosphatdüngern stieg um 23 Prozent auf 247 766 Tonnen. Kalidünger legte um 2,4 Prozent auf 419 542 Tonnen zu. Kalkdünger gingen um 6,7 Prozent auf 2,7 Mio. Tonnen zurück.</p><p>Der gesamte Inlandsumsatz der im IVA organisierten Pflanzenschutzmittelhersteller sank im Jahr 2020 um 3,9 Prozent auf 1,1 Mrd. Euro. Der Herbizidumsatz blieb mit 545 Mio. Euro auf Vorjahresniveau. Der Fungizidumsatz ging im Vergleich zum Vorjahr um 5,5 Prozent auf 411 Mio. Euro zurück. Der Insektizidumsatz lag mit 112 Mio. Euro um 16,4 Prozent unter dem Wert des Vorjahrs. Der Umsatz für Pflanzenschutzmittel für Haus und Garten lag im Jahr 2020 bei insgesamt 60,4 Mio. Euro (+14 %).</p><p>Die Farm-to-Fork-Strategie der EU soll den Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel reduzieren. Dafür werden IVA-Präsident Manfred Hudetz zufolge in Europa „die führenden Unternehmen unserer Industrie in diesem Jahrzehnt in digitale Lösungen für die Landwirtschaft 10 Mrd. Euro und in die Entwicklung biologischer Pflanzenschutzmittel 4 Mrd. Euro investieren.“</p><h2>Waschen statt schmücken</h2><p>Der Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel hat etwa 430 Mitglieder. Die Branche setzte in Deutschland im Jahr 2020 ungefähr 19,2 Mrd. Euro um. Das waren 2,3 Prozent mehr als im Jahr zuvor. Dabei stiegen Umsätze mit Haushaltspflegemitteln um 9,2 Prozent auf 5,2 Mrd. Euro, während die Umsätze mit Schönheitspflegeartikeln nahezu konstant bei 14 Mrd. Euro blieben.</p><p>Bei der Haushaltpflege sanken nur die Umsätze mit Fein- und Spezialwasch- sowie mit Lederpflegemittel. Alle anderen Kategorien legten zu. Bei der Schönheitspflege sank der Umsatz mit dekorativer Kosmetik um 13 Prozent auf 1,6 Mrd. Euro, der mit Seifen und Syndets stieg dagegen um 77 Prozent auf 0,6 Mrd. Euro.</p><p>Der Verband schätzt, dass jeder achte Euro, der heute im deutschen Lebensmittelhandel umgesetzt wird, für Schönheits- und Haushaltspflege ausgegeben wird. Deutschland hat vor Großbritannien, Frankreich, Italien und Spanien den größten Anteil am europäischen Markt, der mehr als 131 Mrd. Euro jährlich umsetzt.</p><p>Die Europäische Kommission will die EU-Verpackungsrichtlinie überarbeiten: Verpackungsdesigns sollen Wiederverwendung und Recycling fördern, der Rezyklatanteil in Verpackungen soll steigen und es soll generell weniger Verpackungsabfälle geben. Mit konkreten Regelungsvorschlägen der Kommission rechnet der Verband Ende des Jahres.</p><h2>Chemiehandel wechselnd</h2><p>Der Verband Chemiehandel benennt den Umsatz seiner Mitgliedsunternehmen im Jahr 2020 mit 13,8 Mrd. Euro. Das ist 1 Prozent mehr als im Vorjahr. Vor allem Industriechemikalien legten zu (+5,9 %). Der Mengenabsatz stieg insgesamt um 1,5 Prozent auf 6,4 Mio. Tonnen, die Beschäftigtenzahl um 1 Prozent auf 7921.</p><p>Die Brenntag-Gruppe hat etwa 670 Standorte in 77 Ländern. Mit mehr als 17 000 Beschäftigten setzte der Chemikalienhändler im Jahr 2020 etwa 11,8 Mrd. Euro um. Das sind 8 Prozent weniger als im Jahr zuvor. Der Rohertrag – also die Differenz aus Umsatz und Wareneinsatz – betrug 2,8 Mrd. Euro und lag damit 1 Prozent über Vorjahr. Die größten Umsätze machte der Konzern in der Region Emea (Europa, Naher Osten und Afrika; 5,0 Mrd. Euro), gefolgt von Nordamerika (4,2 Mrd. Euro) und Asien/Pazifik (1,4 Mrd. Euro).</p><p>Das Familienunternehmen Helm setzte mit Chemikalienhandel im Jahr 2019 etwa 5,0 Mrd. Euro um. Der Konzern hat etwa 1680 Beschäftigte sowie 100 Niederlassungen und Beteiligungen in mehr als 30 Ländern.</p><p>Der Chemikalienhändler Biesterfeld ist ebenso in Familienbesitz und setzt jährlich etwa 1,1 Mrd. Euro um. Über 925 Beschäftigte arbeiten an weltweit mehr als 40 Standorten.</p><p>Maren Bulmahn ist Redakteurin der Nachrichten aus der Chemie.</p>

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