Zelena kemija definicija, principi in cilji trajnostne kemije

Zelena kemija (ali trajnostna kemija) je vrsta kemijskih raziskav in inženirstva. Podpira oblikovanje izdelkov in postopkov, ki uporabljajo čim manj nevarnih snovi.

Okoljska kemija je kemija naravnega okolja in onesnaževalnih kemikalij v naravi. Zelena kemija pa želi zmanjšati in preprečiti onesnaževanje pri viru. Leta 1990 je bil v Združenih državah Amerike sprejet Zakon o preprečevanju onesnaževanja. Ta zakon je iskal izvirne in nove načine ravnanja z onesnaževanjem. Njegov cilj je preprečiti težave, še preden se pojavijo.

Zelena kemija uporablja organsko kemijo, anorgansko kemijo, biokemijo, analitično kemijo in celo fizikalno kemijo. Čeprav se zdi, da se zelena kemija osredotoča le na industrijsko uporabo, se uporablja za vse vrste kemije. Zeleni kemiki zmanjšujejo nevarnosti in povečujejo učinkovitost katere koli izbrane kemikalije. Razlikuje se od okoljske kemije, ki se osredotoča na kemijske pojave v okolju.

Principi zelene kemije

Zelena kemija temelji na naboru načel, ki jih sta v poznem 20. stoletju popularizirala Paul Anastas in John C. Warner. Namen teh načel je voditi razvoj varnejših, učinkovitejših in manj obremenilnih kemijskih procesov. Glavnih načel je dvanajst:

Preprečevanje odpadkov: bolje je preprečiti nastanek odpadkov kot jih kasneje čistiti.
Atomna ekonomija: procesi naj vključujejo čim več atomov iz izhodiščnih snovi v končni izdelek.
Malo ali nič strupenih pomožnih snovi: izogibanje nepotrebnim topilom, reagentom in dodatkom.
Oblikovanje manj nevarnih snovi: kemične snovi naj so manj strupene za zdravje in okolje.
Odpornost na razgradnjo: izdelke je treba oblikovati tako, da se po uporabi razgradijo v neškodljive snovi in ne ostanejo v okolju.
Uporaba varnejših topil in reakcijskih pogojev: izogibanje nevarnim topilom, uporaba vode ali neškodljivih alternativ, uporaba blagejših temperatur in pritiskov.
Energetska učinkovitost: procesi naj porabijo čim manj energije; prednost pri uporabi obnovljivih virov energije.
Uporaba obnovljivih surovin: če je mogoče, naj bodo surovine obnovljive namesto fosilnih virov.
Redukcija derivatizacij: zmanjšanje nepotrebnih zaščit in odstranjevanj, ki povečajo porabo materiala in odpadke.
Kataliza: uporaba katalizatorjev, ki povečajo selektivnost in učinkovitost reakcij, pogosto pri manjših količinah reagentov in energije.
Načrtovanje za analizo in nadzor: enostaven in učinkovit nadzor procesov, da se prepreči nastanek nevarnih snovi in nesreč.
Varnostne lastnosti v dizajnu: snovi in materiali naj bodo zasnovani tako, da zmanjšajo tveganje za nesreče, požare in eksplozije.

Cilji zelene kemije

Preprečevati nastanek onesnaževal in nevarnih odpadkov že v fazi načrtovanja procesov.
Zmanjševati toksičnost surovin in končnih izdelkov za ljudi in ekosisteme.
Povečati učinkovitost rabe surovin in energije (nižji stroški, manj okoljskega vpliva).
Spodbujati uporabo obnovljivih virov in materialov ter recikliranje v krožnem gospodarstvu.
Vpeljevati merljive kazalnike trajnosti (npr. atomna ekonomija, E-factor, PMI) za primerjavo in izboljšave procesov.
Izobraževati kemike, inženirje in industrijo o trajnostnih praksah ter jih vključevati v razvoj novih tehnologij.

Primeri uporabe in prakse

Zelena kemija se uporablja v različnih panogah, med drugim v farmaciji, kemijski industriji, proizvodnji polimerov, pri proizvodnji barv, gospodinjskih sredstev in v energetiki. Nekateri praktični primeri:

Uporaba katalize za zmanjšanje količine reagentov in energije pri sintezi zdravil.
Zamenjava nevarnih topil z vodo ali z manj nevarnimi alternativami (superkritični CO2, bio-topila).
Razvoj biorazgradljivih polimerov in materialov za enkratno uporabo.
Načrtovanje sintetičnih poti z visoko atomno ekonomijo, kar zmanjša stranske produkte in odpadke.
Uporaba obnovljivih surovin (npr. biomasnih izvlečkov) namesto naftnih derivatov.

Merila, ocenjevanje in instrumenti

Za oceno trajnosti kemijskih procesov in izdelkov se uporabljajo različna orodja:

Atomna ekonomija: meri, kolikšen delež atomov iz izhodišč se pojavi v končnem izdelku.
E-factor: razmerje mase odpadkov do mase proizvoda; nižji E-factor pomeni manj odpadkov.
Process Mass Intensity (PMI): skupna masa vhodnih materialov glede na maso izdelka.
Life-cycle assessment (LCA): celostna ocena vplivov izdelka skozi celoten življenjski cikel (od surovin do odlaganja).

Izzivi in prihodnost

Kljub napredku so pred zeleno kemijo še izzivi:

Prilagoditev obstoječih industrijskih procesov in investicije v nove tehnologije.
Ekonomske ovire in potreba po konkurenčnosti trajnostnih rešitev.
Potrebna je širša uporaba meril trajnosti in regulativnih spodbud za hitrejše uvajanje.
Poudarek na izobraževanju in meddisciplinarnem sodelovanju (kemija, inženirstvo, ekonomija, politika).

Skupaj pa ti premiki usmerjajo industrijo k manj rabi nevarnih snovi, nižjim emisijam in učinkovitejši rabi virov — kar so ključni cilji trajnostnega razvoja.

12 načel zelene kemije

1. Preprečevanje nastajanja odpadkov

Izdelujte izdelke brez odpadkov ali z minimalno količino odpadkov, tako da za odpadke ni treba poskrbeti pozneje.

2. Oblikovanje varnejših kemikalij in izdelkov

Kemikalije so načrtovane tako, da so malo ali nič strupene, ne da bi to vplivalo na učinkovitost.

3. Oblikovanje manj nevarnih kemijskih sintez

Oblikujte način sinteze izdelkov, ki ne bo strupen za ljudi ali okolje.

4. Uporaba obnovljivih surovin

Uporabljajte obnovljive surovine, kot so rastlinski materiali, in ne izčrpavajočih se surovin, kot so fosilna goriva.

5. Uporabljajte katalizatorje in ne stehiometričnih reagentov

Uporaba katalizatorjev zaradi njihove možnosti ponovne uporabe in manjše škodljivosti kot pri reagentih.

6. Izogibajte se kemičnim derivatom

Pri kemičnih derivatih nastajajo odpadki, ki se jim je mogoče izogniti.

7. Povečanje ekonomičnosti atoma

Prepričajte se, da je večji odstotek atomov, ki so prisotni v reaktantih kemijske reakcije, uporabljen v produktih, ki so prav tako uporabni.

8. Uporaba varnejših topil in reakcijskih pogojev

Izogibajte se uporabi ostrih topil, če pa se temu ni mogoče izogniti, uporabite prijazne kemikalije.

9. Povečanje energetske učinkovitosti

Če je mogoče, uporabite običajno temperaturo in tlak okolja.

10. Oblikovanje za degradacijo

Oblikovanje materialov za razgradnjo v blagodejne snovi z bakterijami ali na druge okolju prijazne načine.

11. Analiza v realnem času za preprečevanje onesnaževanja

Spremljanje in nadzor nastajanja stranskih produktov med reakcijo.

12. Zmanjšanje možnosti za nesreče

Načrtujte kemikalije tako, da čim bolj zmanjšate možnost nesreč.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je zelena kemija?

O: Zelena kemija je vrsta kemijskih raziskav in inženirstva, katere cilj je oblikovati izdelke in postopke, pri katerih se uporablja čim manj nevarnih snovi.

V: Kakšna je razlika med okoljsko kemijo in zeleno kemijo?

O: Medtem ko se okoljska kemija osredotoča na kemijske pojave v okolju in naravno pojavljanje onesnaževalnih kemikalij, je cilj zelene kemije zmanjšati in preprečiti onesnaževanje pri viru z oblikovanjem in uporabo izdelkov in postopkov, ki so manj nevarni.

V: Kdaj je bil v ZDA sprejet Zakon o preprečevanju onesnaževanja?

O: Zakon o preprečevanju onesnaževanja je bil v Združenih državah sprejet leta 1990.

V: Kakšen je cilj zakona o preprečevanju onesnaževanja?

O: Cilj zakona o preprečevanju onesnaževanja je poiskati izvirne in nove načine ravnanja z onesnaževanjem in preprečiti težave, še preden se pojavijo.

V: Kakšen je obseg kemijskih disciplin, na katere se nanaša zelena kemija?

O: Zelena kemija se uporablja na številnih kemijskih področjih, vključno z organsko kemijo, anorgansko kemijo, biokemijo, analitično kemijo in celo fizikalno kemijo.

V: Ali se zelena kemija uporablja samo v industriji?

O: Ne, zelena kemija se uporablja za vse kemikalije, njen cilj pa je zmanjšati nevarnosti in povečati učinkovitost vseh kemikalij.

V: Kako se zelena kemija razlikuje od okoljske kemije?

O: Zelena kemija se razlikuje od okoljske kemije po tem, da se osredotoča na zmanjševanje in preprečevanje onesnaževanja pri viru z oblikovanjem in uporabo manj nevarnih izdelkov in postopkov, medtem ko se okoljska kemija osredotoča na kemijske pojave v okolju.