حمض الفوماريكهو حمض عضوي شائع يستخدم على نطاق واسع في صناعات الأغذية والأعلاف والأدوية والراتنجات والبوليستر غير المشبع وعوامل التنظيف. ومع تزايد الطلب، ظهرت طرق اصطناعية مختلفة في بلدان مختلفة. تختلف العمليات المختلفة بشكل كبير من حيث مصادر المواد الخام، والإنتاج، واستهلاك الطاقة، والمتطلبات البيئية. وفيما يلي ملخص لعمليات الإنتاج السائدة الحالية من منظور صناعي.
1. طريقة تقطير الهيدروجين (أنهيدريد الفينيل ← حمض الماليك ← حمض الفوماريك)
يعد هذا هو الطريق الصناعي الأكثر شيوعًا حاليًا على مستوى العالم، حيث يتميز بالتكنولوجيا الناضجة والإنتاج العالي ونقاء المنتج العالي.
تدفق العملية:
يتأكسد البيوتان أو البنزين لإنتاج أنهيدريد المالئيك.
يتم تحلل أنهيدريد الكتلة لإنتاج حمض الماليك.
يتم بعد ذلك تحويل حمض الماليك إلى حمض الفوماريك عن طريق الهدرجة الحفزية أو الأيزومرة؛
يتم الحصول على المنتج من خلال الترشيح وإزالة اللون والبلورة والتجفيف.
المزايا: تكنولوجيا ناضجة، ودرجة عالية من الاستمرارية، ومناسبة للإنتاج على نطاق واسع-.
العيوب: تتأثر تكاليف المواد الخام بالتقلبات في أسعار البتروكيماويات، ويلزم وجود نظام لمعالجة الغاز الخلفي.
2. طريقة الأيزومرية التحفيزية (حمض الماليك ← حمض الفوماريك)
تستخدم هذه الطريقة حمض الماليك باعتباره المادة الخام الرئيسية، حيث يتم الحصول مباشرة على حمض الفوماريك من خلال تفاعل الأيزومرية الحفزية. يتم استخدام أملاح الفلزات القلوية، والراتنجات ذات الحموضة الضعيفة، والمحفزات المعتمدة على الموليبدينوم- بشكل شائع.
صفات:
ظروف التشغيل المعتدلة.
معدل تحويل مرتفع، شوائب منخفضة؛
مناسب للمؤسسات الكبيرة والمتوسطة الحجم-لتوسيع الإنتاج أو الإنتاج المشترك-مع مصانع أنهيدريد الماليك.
المفتاح هنا هو التحكم في التفاعل، مما يتطلب تحسين صياغة المحفز، وقيمة الرقم الهيدروجيني، ودرجة الحرارة لتجنب تكوين المنتجات الثانوية مثل حمض الماليك.
3. طريقة تجفيف حمض الماليك (L-حمض الماليك → حمض الفوماريك)
يعتمد هذا الطريق على تفاعل تجفيف حمض الماليك لإنتاج حمض الفوماريك تحت تأثير محفز حمضي (مثل حمض الكبريتيك، أو الكربون المنشط الداعم للمجموعات الحمضية، أو الحمض الصلب).
المزايا:
طريق بسيط، رد فعل يمكن السيطرة عليه؛
مناسب لإنتاج حمض الفوماريك من الدرجة -الغذائية أو الصيدلانية-(عالية النقاء).
العيوب:
أسعار المواد الخام أعلى من أسعار حمض الماليك، مما يجعلها أقل تكلفة-تنافسية؛
يُستخدم غالبًا في المصانع الصغيرة إلى المتوسطة-أو في التطبيقات الخاصة.
4. طريقة التخمير الحيوي (مصدر الكربون المتجدد ← حمض الفوماريك)
ومع الترويج للكيمياء المستدامة، أصبحت الأساليب المعتمدة على البيولوجيا -نقطة جذب عالمية للأبحاث. تشمل الكائنات الحية الدقيقة الشائعة الفطريات الخيطية مثل *Rhizopus oryzae* و *Rhizopus arrhizus*.
عملية الإنتاج:
يستخدم الجلوكوز، أو هيدروليزات النشا، أو دبس السكر، أو سكريات الليجنين-السليلوز كمواد خام؛
التحكم في درجة الحموضة والأكسجين المذاب وتركيزات أملاح الكالسيوم يعزز تراكم حمض الفوماريك.
يستخدم فصل الغشاء أو التبلور أو التحليل الكهربائي لاستخراج المنتج.
المزايا:
يستخدم الموارد المتجددة.
عملية خضراء ذات انبعاثات كربونية منخفضة؛
ليست هناك حاجة للأكسدة في درجات الحرارة العالية-ومعالجة غاز العادم كما هو الحال في طرق البتروكيماويات.
العيوب:
لا تزال الإنتاجية وقابلية التوسع محدودة؛
لم يتم بعد اعتماد المسارات الصناعية-الحيوية- بشكل كامل في بعض البلدان.
تعد الطرق-الحيوية اتجاهًا عالميًا، وتجذب الانتباه بشكل خاص في صناعات الأغذية والأعلاف نظرًا لأن علامة المصدر الطبيعي لها قيمة سوقية أكبر. 5. طريقة الأكسدة الكيميائية (ماسين → نظام أنهيدريد الماليك)
تستخدم بعض النباتات البيوتين و-البيوتان كمواد خام، حيث تقوم بأكسدتها بشكل انتقائي لإنتاج منتجات وسيطة، والتي يتم بعد ذلك تحللها مائيًا وتصاوغها للحصول على حمض الفوماريك. وهذا جزء من النظام البتروكيميائي التقليدي، وهو يشبه طريقة التقطير الهيدروجيني، ولا تختلف إلا المواد الخام في مرحلة الأكسدة.
صفات:
تعتمد على نظام ناضج للمواد الخام البتروكيماوية؛
مناسبة للمعالجة الموسعة بالاشتراك مع مصانع أنهيدريد المالئيك؛
تكلفة أقل، ولكنها تتطلب استهلاكًا عاليًا للطاقة ومعالجة صارمة للنفايات.
6. المسارات الناشئة الأخرى (المرحلة التجريبية أو الصغيرة-)
التوليف الكهروكيميائي: يستخدم التحفيز الكهربائي لتحويل أملاح الماليات مباشرة إلى حمض الفوماريك؛ لا يزال في مرحلة الاختبارات المعملية وشبه الصناعية.
عملية التدفق المستمر للمحفز الصلب: تعمل على تحسين الإنتاجية والسلامة من خلال مفاعلات ذات طبقة ثابتة - أو مفاعلات ذات قنوات صغيرة؛ مناسبة لتطوير المصنع الذكي في المستقبل.
طريق التحفيز الضوئي: يستخدم المواد الحساسة للضوء لتعزيز التحويل؛ لا يزال في المرحلة الاستكشافية.
اتجاهات الصناعة والاتجاهات المستقبلية
من منظور السوق العالمية، يتجه إنتاج حمض الفوماريك نحو استهلاك-طاقة أقل-صديق للبيئة، ودرجة نقاء أعلى-، ومواد خام أكثر استدامة:
وسيظل طريق البتروكيماويات هو المهيمن بسبب انخفاض تكلفته؛
وسيتوسع المسار-المعتمد على المواد الحيوية ليشمل قطاعات الأغذية والأدوية والمواد-الراقية؛
ستعمل تكنولوجيا المحفز ومعدات الإنتاج المستمر على تقليل استهلاك الطاقة وتصريف مياه الصرف الصحي بشكل كبير؛
وسوف تركز العمليات الجديدة بشكل أكبر على الاقتصاد الدائري، مثل تكامل الأنظمة التكافلية، واسترداد المحفزات، واستخدام المنتجات الثانوية.