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Agriculture

"Neue Anwendungen nicht ausgeschlossen" - aus CHEManager 18/2017

Auch mit bekannten, einfachen Verbindungen lässt sich anspruchsvolle, innovative Chemie betreiben

Autor: Dr. Georg Weichselbaumer, AlzChem AG

Veröffentlichung: CHEManager, Ausgabe 18/2017

 

AlzChem ist ein international tätiges Spezialchemieunternehmen mit mehr als 1.400 Mitarbeitern und einem Jahresumsatz von mehr als 320 Mio. EUR. Schwerpunkt und Besonderheit des Unternehmens ist die NCN-Chemie, die für Produkte mit typischer Stickstoff-Kohlenstoff-Stickstoff-Bindung steht. Eine ganze Reihe dieser Chemikalien, die in unterschiedlichsten Bereichen wie bspw. Landwirtschaft, Ernährung, Feinchemie, erneuerbare Energien oder Metallurgie Anwendung finden, wurde am Firmensitz im oberbayerischen Trostberg entwickelt. Calciumcarbid, das aus Kohle, Kalk und Luft erzeugt und mit Luftstickstoff zu Calciumcyanamid (Kalkstickstoff) umgesetzt wird, bildet seit über 100 Jahren die Basis des weit verzweigten Produktstammbaums des Unternehmens. Aus Kalkstickstoff synthetisiert AlzChem Produkte wie Cyanamid, Dicyandiamid, Guanidin, Nitroguanidin und Guanamin.

Diese Basisprodukte werden anschließend in Vielzweckanlagen zu einer breiten Palette von Feinchemikalien veredelt.

 

Innovative Anwendungsmöglichkeiten

„Unsere Produkte sind von der Chemie her relativ einfach, finden aber Einsatz in vielen anspruchsvollen Anwendungen“, sagt Dr. Georg Weichselbaumer, Leiter des Bereichs Chemistry and Building Blocks bei AlzChem. So wird Dicyandiamid (DCD) aufgrund seiner hohen Reaktivität unter dem Handelsnamen Dyhard als Heißhärter für Epoxidsysteme vermarktet. Eingesetzt wird es z. B. in Pulverlacken zur Oberflächenbeschichtung oder in Formteilen zur Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen. Das Additiv kommt auch in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie zum Einsatz, bspw. in Karbonformteilen und Sichtkarbonteilen. Die neueste Anwendung für Cyanamid-basierte Flüssighärtersysteme sind gewickelte Druckzylinder für die Speicherung von Flüssiggas (CNG) in Autos und Bussen.

 

Folgeprodukte von Dicyandiamid

Dicyandiamid steht am Beginn einer Reihe weiterer Synthesen und ist daher auch eine wichtige Ausgangschemikalie. Durch Umsetzung von DCD mit entweder Ammoniumnitrat oder -chlorid sind die Folgeprodukte Guanidinnitrat und Guanidinhydrochlorid darstellbar.

Obwohl Guanidinnitrat sehr stabil und nicht als Gefahrstoff klassifiziert ist, wird es überwiegend in energetischen Anwendungen eingesetzt. Bedingt durch die hohe Konzentration an Sauerstoff- und Stickstoffatomen ist es in der Lage, mit entsprechenden Mischpartnern und nach vorheriger Zündung schnell große Gasmengen freizusetzen.

Dieser Eigenschaft verdankt die Substanz die Anwendung als Hauptkomponente für Gasgeneratoren in Airbag-Systemen, wo das früher gebräuchliche, aber instabilere Ammoniumnitrat durch das nicht weniger effektive, aber sehr viel trägere Guanidinnitrat zunehmend ersetzt wird. Ganz anders ist die Anwendung von Guanidinhydrochlorid: Aufgrund seiner sog. „chaotropen Eigenschaften“ (d. h. die Möglichkeit, die Faltung von Proteinen zu beeinflussen) wird es bei der Herstellung und Isolierung von biologisch hergestellten Medikamenten verwendet. Vermarktet unter dem Namen BioSelect profitiert das Produkt vom Trend in der Pharmaentwicklung hin zu „large molecules“ und der fortschreitenden Etablierung von Biosimilars (generische Versionen von biologisch hergestellten Medikamenten). Die Kapazität seiner Anlagen nutzt AlzChem auch, uman dem durch den anhaltenden Outsourcing-Trend wachsenden Custom-Manufacturing-Geschäft zu partizipieren. Weichselbaumer erläutert: „In unseren drei Mehrzweckanlagenam Standort Trostberg bieten wir externen Kunden Kapazitäten für Auftragssynthesen an. Unsere Expertise umfasst dabei zum Beispiel Cyanamid- und Heterozyklenchemie, Grignard-Synthesen und Gasphasenreaktionen.“

 

Folgeprodukte von Cyanamid

Durch Umsetzung von Cyanamid mit Sarkosin oder Glycin entsteht in einem Schritt Kreatin bzw. Guanidinoessigsäure.Kreatin spielt als Energietransporter und –speicher eine zentrale Rolle in jeder menschlichen Zelle. Einen Teil dieser natürlichen, körpereigenen Substanz können verschiedene Organe synthetisieren, den Rest muss der Körper über die Nahrung aufnehmen. Vor allem für die Muskelkontraktion, aber auch für Hirn- und Nervenfunktionen wird Kreatin in seiner aktivierten Form Kreatinphosphat benötigt. Hochreines Kreatin wird bei AlzChem seit 1995 produziert und unter dem Handelsnamen Creapure als Nahrungsergänzungsmittel vermarktet. Ambitionierten Sportlern ist es ein Begriff, da es sich positiv auf die Leistungsfähigkeit und Regeneration auswirkt. So war es naheliegend, Kreatin auch in der Tierernährung einzusetzen.

Entsprechende Versuche zeigten positive Effekte, die breite Vermarktung scheiterte allerdings an der unzureichenden Stabilität von Kreatin, da es bei den zur Herstellungvon Futtermitteln verwendeten Bedingungen langsam zersetzt wird. Die Lösung wurde in der biologischen Vorstufe Guanidinoessigsäure (GAA, Handelsname CreAmino) gefunden,die stabiler ist und im Körper in Kreatin umgewandelt wird.

Die weltweit steigende Nachfrage für den Futtermittelzusatz bedient AlzChem aus seiner 2015 erweiterten Produktionsanlage und durch Kooperation mit dem Geschäftsbereich Nutrition & Care von Evonik, der seinen Kunden CreAmino mit seinem eigenen Aminosäuren-Portfolio anbietet. Calciumcarbid für die Metallurgie Calciumcarbid findet seit Jahrzehnten Anwendung in Stahlherstellung und -veredelung. AlzChem entwickelte den auf Calciumcarbid basierenden neuartigen Fülldraht CalciPro, der nun eine sichere, kostengünstigere und effizientere Alternative zu den bisher für die Calciumbehandlung verwendeten Fülldrähten darstellt und universell einsetzbar ist.

 

Ein weiterer Vorteil:

Die Reaktion beim Einspulen von CalciPro in das Stahlbad ist weniger heftig als bei CaFe- und Ca-Drähten, wodurch die Sicherheit im Stahlwerk erhöht wird.

 

Siliziumnitrid für die Solartechnik

Die langjährige Erfahrung mit der Technologie zur Diazotierung von Calciumcarbid ebnete AlzChem den Weg in die Herstellung von Siliziumnitridpulver (Si3N4). Im ersten Schritt wurde 1992 eine Fertigungsstätte zur Herstellung einer keramischen Qualität (Silzot HQ) errichtet. Aus Siliziumnitridpulver können Hochleistungskeramiken hergestellt werden, die höchste Festigkeiten bei Temperaturen über 1.000 °C aufweisen und extrem abriebfest sind, so dass aus diesem Material bspw. Schneidkeramik und Hochleistungskugellager hergestellt werden können. Seit 2009 partizipiert AlzChem mit einem hochreinen Siliziumnitridpulver (Silzot SQ) am Wachstum der Fotovoltaikindustrie. Das Unternehmen nahm 2012 eine neue, dedizierte Anlage für dieses Anwendungsgebiet in Betrieb, die mit einem speziellen, sehr stabilen Herstellungsprozess Silzot SQ von gleichbleibend hoher Qualität produziert. Da die Herstellung von Fotovoltaikzellen inzwischen überwiegend in China erfolgt, wird fast die gesamte Produktionsmenge nach Asien exportiert. Mehr als 90 % der heute verfügbaren Fotovoltaikanlagen basieren auf kristallinen Siliziumsolarzellen, die zu Solarmodulen verschaltet sind. Für die Herstellung der Solarzellen werden Siliziumscheiben (Wafer) benötigt, die eine hohe Materialqualität aufweisen, aber in der Herstellung kostengünstig sein müssen.

Einen guten Kompromiss aus diesen Anforderungen stellen multikristalline Siliziumkristalle (mc-Si) dar, die bei etwa 1.400 °C aus der Siliziumschmelze durch gerichtete Blockerstarrung in einem mit Siliziumnitridpulver beschichteten Quarzguttiegel hergestellt werden. Dabei dient die Siliziumnitrid-Beschichtung als Trennschicht und Barriere für mögliche metallische Verunreinigungen aus solchen Quarzguttiegeln. Aufgrund der technischen Kompetenz kann sich Alz-Chem mit Silzot SQ erfolgreich auf dem hart umkämpften Solarmarkt behaupten.

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Sabine Sieber

Sabine Sieber

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