Towards strategic implementation of renewable value chains in cosmetic chemistry

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: SI/503003-WP12

Description succincte (Allemand)

Die Dekarbonisierung des Chemiesektors ist für die Erreichung der Netto-Null-Ziele der Schweiz und der EU von entscheidender Bedeutung. Angesichts der steigenden Nachfrage nach erneuerbarem Kohlenstoff aus Biomasse, recycelten Materialien und regional abgeschiedenem CO2 steht die Kosmetikindustrie vor besonderen Herausforderungen: Inhaltsstoffe können nicht rezykliert werden und zerfallen letztendlich zu CO2 oder Biomasse. Prozessoptimierung und erneuerbare Energien reduzieren zwar den CO2-Fussabdruck am Prozessausgang, mindern jedoch nicht die Emissionen am Ende des Lebenszyklus von fossilen Kohlenstoffverbindungen. Die Verwendung von biogenem Kohlenstoff in nicht sammelbaren Produkten kann die CO2-Neutralität unterstützen, die Gesamtbilanz hängt jedoch stark von vorgelagerten Prozessen ab, einschliesslich der Beschaffung und Umwandlung von Rohstoffen. Die Prozessentwicklung in der Chemie ist zeitaufwändig und dauert aufgrund von Sicherheitsbewertungen, Verunreinigungsprofilen, toxikologischen Studien und behördlichen Registrierungen oft bis zu einem Jahrzehnt. Daher muss die Transformation der Wertschöpfungskette deutlich vor 2045 beginnen. Auch wenn aus Biomasse gewonnene Massenchemikalien möglicherweise nicht so schnell kostengünstig sein werden, sind biobasierte Alternativen für höherwertige Sektoren wie Kosmetika durchaus rentabel. Einige Lösungsmittel sind bereits in grossem Massstab verfügbar, doch viele erforderliche Lösungsmittel und Additive basieren nach wie vor auf fossilen Brennstoffen, und ihre Rückgewinnung verursacht fossile Restemissionen. Dieses Arbeitspaket konzentriert sich auf aus Biomasse gewonnene Chemikalien und Materialien für die Kosmetikindustrie, einschliesslich wichtiger chemischer Bausteine und Hilfsstoffe. Da die Verfügbarkeit und Zusammensetzung von Biomasse je nach Region variiert, müssen die Verarbeitungs- und Umwandlungstechnologien angepasst werden, was eine dynamische Modellierung von Beschaffungs- und Technologieszenarien erfordert. Dieses Umsetzungsprojekt wird die Grundlage für die Beschaffung von erneuerbarem Kohlenstoff schaffen, indem es ein prospektives Systemdynamikmodell entwickelt, das die zukünftige Verfügbarkeit, die Umweltauswirkungen und die vorgelagerten Risiken bewertet. Eine ergänzende Lebenszyklusanalyse (LCA) wird das Netto-Null-Potenzial von biobasierten Chemikalien im Vergleich zu fossilen sowie CCU-Alternativen bewerten. 

Description succincte (Anglais)

The defossilisation of the chemical sector is essential for achieving the net-zero targets of Switzerland and the EU. As the demand for renewable carbon from biomass, recycled materials and regionally captured CO₂ increases, the cosmetic industry faces particular challenges: ingredients cannot be recovered for recycling and ultimately degrade into CO₂ or biomass. While process optimisation and renewable energy reduce carbon footprints at the process gate, they do not mitigate end-of-life emissions from fossil-based embedded carbon. Using biogenic carbon in non-collectable products can support carbon neutrality, but the overall balance depends strongly on upstream processes, including sourcing and conversion of raw materials. Process development in chemicals is time-intensive, often requiring up to a decade due to safety evaluations, impurity profiling, toxicological studies and regulatory registration. Therefore, value-chain transformation must start well before 2045. Although biomass-derived bulk chemicals may not soon be cost-competitive, bio-based alternatives are viable for higher-value sectors such as cosmetics. Several solvents are already available at scale, yet many required solvents and additives remain fossil-based, and their recovery generates residual fossil emissions. This WP will focus on biomass-derived chemicals and materials for the cosmetics sector, including chemical key building blocks and auxiliaries. As biomass availability and composition vary by region, processing and conversion technologies must be adapted, requiring dynamic modelling of sourcing and technology scenarios. This implementation project will establish the foundation for renewable carbon sourcing by developing a prospective system-dynamics model assessing future availability, environmental impacts and upstream risks. Complementary Life-Cycle Assessment (LCA) will evaluate the net-zero potential of bio-based chemicals versus fossil and CCU alternatives.

Description succincte (Français)

La décarbonation du secteur chimique est essentielle pour atteindre les objectifs de neutralité carbone de la Suisse et de l'Union européenne. À mesure que la demande en carbone renouvelable issu de la biomasse, de matériaux recyclés ou du CO2 capté localement augmente, l'industrie cosmétique fait face à des défis spécifiques. Les ingrédients utilisés dans les produits cosmétiques ne peuvent pas être recyclés et se dégradent inévitablement en CO2 ou en biomasse en fin de vie. L'optimisation des procédés et l'utilisation d'énergie renouvelable réduisent l'empreinte carbone au niveau de la fabrication, mais ne permettent pas d'éliminer les émissions liées au carbone fossile incorporé dans les produits. L'utilisation de carbone biogénique dans des produits non récupérables peut contribuer à la neutralité carbone, mais le bilan global dépend fortement des processus en amont, notamment l'approvisionnement et la conversion des matières premières. Le développement de nouveaux procédés chimiques exige beaucoup de temps et peut prendre jusqu'à une décennie en raison des exigences de sécurité, d'analyses d'impuretés, d'études toxicologiques et de procédures réglementaires. La transformation des chaînes de valeur doit donc être engagée bien avant 2045. Même si les produits chimiques de base issus de la biomasse ne seront peut-être pas compétitifs à court terme, des alternatives biosourcées apparaissent réalistes et attractives pour des secteurs à forte valeur ajoutée comme les cosmétiques. Certains solvants biosourcés sont déjà disponibles à grande échelle, mais de nombreux solvants et additifs essentiels restent d'origine fossile et leur récupération génère encore des émissions résiduelles. Ce volet se concentre sur les produits chimiques biosourcés destinés au secteur cosmétique, notamment les briques chimiques élémentaires et les auxiliaires clés. Comme la disponibilité et la composition de la biomasse varient selon les régions, les technologies de transformation doivent être adaptées, ce qui nécessite une modélisation dynamique des scénarios d'approvisionnement et de conversion. Ce projet d'implémentation établira les bases d'un approvisionnement en carbone renouvelable en développant un modèle prospectif de dynamique des systèmes permettant d'évaluer la disponibilité future, les impacts environnementaux et les risques en amont. Une analyse du cycle de vie viendra compléter ces travaux en comparant le potentiel net zéro des produits chimiques biosourcés avec leurs alternatives fossiles ou issues du captage et de l'utilisation du CO2.

Description succincte (Italien)

L’industria cosmetica affronta sfide specifiche per raggiungere gli obiettivi climatici: gli ingredienti non possono essere recuperati per il riciclaggio e, al termine del loro ciclo di vita, si degradano in CO₂ o biomassa. Sebbene l’ottimizzazione dei processi e l’uso di energia rinnovabile riducano l’impronta di carbonio nella fase produttiva, non mitigano le emissioni derivanti dalla fine vita del carbonio incorporato di origine fossile. Lo sviluppo di nuovi processi nel settore chimico richiede tempi lunghi, spesso superiori a un decennio. Per questo motivo, la trasformazione della catena del valore deve iniziare ben prima del 2045. Sebbene i prodotti chimici di base derivati dalla biomassa possano non essere competitivi in termini di costi nel breve periodo, le alternative a bio-based sono già praticabili in settori ad alto valore aggiunto, come quello cosmetico. Diversi solventi sono già disponibili su larga scala, ma molti solventi e additivi necessari restano di origine fossile e il loro recupero comporta emissioni fossili residue. Questo WP si concentrerà sui prodotti chimici e sui materiali derivati dalla biomassa per l’industria cosmetica, inclusi componenti chiave e ausiliari. Poiché la disponibilità e la composizione della biomassa variano a livello regionale, le tecnologie di lavorazione e conversione devono essere adattate di conseguenza, richiedendo una modellizzazione dinamica degli scenari di approvvigionamento e tecnologici. Questo progetto di implementazione getterà le basi per l’approvvigionamento di carbonio rinnovabile sviluppando un modello prospettico di dinamica dei sistemi, volto a valutare la disponibilità futura, gli impatti ambientali e i rischi a monte. Una valutazione complementare del ciclo di vita (LCA) analizzerà il potenziale di raggiungimento delle emissioni nette pari a zero dei prodotti chimici di bio-based rispetto alle alternative fossili e alle soluzioni CCU.